KR101706060B1 - 교차 유동되는 에피텍셜 챔버 - Google Patents

교차 유동되는 에피텍셜 챔버 Download PDF

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Abstract

기판을 프로세싱하기 위한 방법 및 장치가 여기에서 제공된다. 일부 실시예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 장치는 프로세스 챔버 내부에 배치되어 프로세스 챔버 내의 원하는 위치에서 기판의 프로세싱 표면을 지지하기 위한 기판 지지부를 구비하는 프로세스 챔버; 제 1 프로세스 가스를 상기 기판의 프로세싱 표면 위에서 제 1 방향으로 제공하기 위한 제 1 유입구 포트; 제 2 프로세스 가스를 상기 기판의 프로세싱 표면 위에서 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 제공하기 위한 제 2 유입구 포트로서, 상기 기판 지지부의 중심 축선에 대해서 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향 사이에서 측정된 방위 각이 약 145도 이하인, 제 2 유입구 포트; 그리고 상기 프로세스 챔버로부터 제 1 및 제 2 프로세스 가스를 배출하기 위해서 상기 제 1 유입구 포트의 반대쪽에 배치된 배출 포트를 포함한다.

Description

교차 유동되는 에피텍셜 챔버{EPITAXIAL CHAMBER WITH CROSS FLOW}
본원 발명의 실시예는 일반적으로 기판을 프로세싱하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
기판 상에 층을 에피텍셜 증착(deposition)하는 것과 같은 일부 프로세스에서, 프로세스 가스들은 기판 표면을 가로질러 동일한 방향으로 유동될 것이다. 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 프로세스 가스가 프로세스 챔버의 대향 단부들에 배치된 유입구 포트와 배출 포트 사이에서 기판 표면을 가로질러 유동하여 기판 표면의 최상부에 에피텍셜 층을 성장시킬 수 있을 것이다.
이제까지, 온도가 필름 두께 제어를 위한 주된(predominant) 변수라는 것이 통상적인 종래의 생각이다. 그와 같은 경우에, 기판 상에 증착되는 필름 두께를 제어하기 위해서 기판 및/또는 프로세스 분위기의 온도 제어가 이용된다.
본원에서, 본원 발명자들은 기판을 프로세싱하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공한다.
본원에서는 기판을 프로세싱하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일부 실시예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 장치는 프로세스 챔버 내부에 배치되어 프로세스 챔버 내의 원하는 위치에서 기판의 프로세싱 표면을 지지하기 위한 기판 지지부를 구비하는 프로세스 챔버; 제 1 프로세스 가스를 상기 기판의 프로세싱 표면 위에서 제 1 방향으로 제공하기 위한 제 1 유입구 포트; 제 2 프로세스 가스를 상기 기판의 프로세싱 표면 위에서 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 제공하기 위한 제 2 유입구 포트로서, 상기 기판 지지부의 중심 축선에 대해서 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향 사이에서 측정된 방위 각이 약 145도 이하인, 제 2 유입구 포트; 그리고 상기 프로세스 챔버로부터 제 1 및 제 2 프로세스 가스를 배출하기 위해서 상기 제 1 유입구 포트의 반대쪽에 배치된 배출 포트를 포함한다.
일부 실시예에서, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법은 기판의 프로세싱 표면을 가로질러 제 1 방향으로 제 1 프로세스 가스를 유동시키는 단계; 기판의 프로세싱 표면을 가로질러 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 제 2 프로세스 가스를 유동시키는 단계로서, 상기 기판의 중심 축선에 대해서 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향 사이에서 측정된 방위 각이 약 145도 이하인, 제 2 프로세스 가스를 유동시키는 단계; 그리고 상기 기판 상에서 상기 제 1 및 제 2 프로세스 가스의 유동 상호작용으로부터 적어도 부분적으로 형성된 층을 기판 상에 증착하는 단계를 포함한다. 다른 실시예들 및 변경들이 이하의 상세한 설명에 기재되어 있다.
앞서서 간략히 설명되고 이하에서 보다 구체적으로 설명되는 본원 발명의 실시예들은 첨부 도면들에 도시된 본원 발명의 예시적인 실시예들을 참조함으로써 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 첨부 도면들은 본원 발명의 통상적인 실시예들만을 도시한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 주지하여야 하며, 본원 발명은 다른 균등한 효과의 실시예들도 포함할 것이다.
도 1은 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 측면도이다.
도 2a는 본원 발명이 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 평면도이다.
도 2b는 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 유입구 포트를 도시한 도면이다.
도 2c는 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버를 도시한 개략적인 측면도이다.
도 3은 본원 발명의 일부 실시예들에 따라 기판 상에 층을 증착하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 방법에 따라 기판 상에 증착된 층을 도시한 도면이다.
이해를 돕기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에서 공통되는 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하여 표시하였다. 도면들은 실척으로 도시된 것이 아니고 간명함을 위해서 단순화된 것일 수 있을 것이다. 다른 언급이 없는 경우에는, 하나의 실시예의 구성요소들 및 특징들이 다른 실시예들에서 유리한 방향으로 포함될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
기판 상에 층을 증착하기 위한 방법 및 장치가 본원에 개시되어 있다. 본원 발명자들은, 종래의 프로세스들 중에, 기판 표면 상에서 성장된 에피텍셜 층의 바람직하지 못한 두께 및/또는 조성적 불균일성이 여전히 존재할 수 있다는 것을 확인하였다. 본원 발명자들은 그러한 두께 및 조성의 불균일성이 보다 작은 임계 치수 및/또는 보다 높은 정도의 조성적 로딩(loading)에서 보다 더 바람직하지 못하게 될 수 있다는 것을 추가적으로 확인하였다. 본원에 개시된 본원 발명의 방법 및 장치의 실시예는 증착에 이용되는 프로세스 가스들 사이에 유동 상호작용을 생성시킴으로써 증착된 층들에서의 두께 및/또는 조성적 불균일성을 유리하게 극복할 수 있을 것이다. 본원 발명의 방법 및 장치는 증착된 층 내에서의 결함/입자 형성을 추가적으로 감소시켜, 증착된 층의 두께 및/또는 조성 및/또는 결정성(crystallinity)의 조절(tailoring)을 가능하게 한다.
도 1은 본원 발명의 일부 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 측면도이다. 프로세스 챔버(100)는 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스사로부터 이용가능한 RP EPI(등록상표) 반응기와 같이 상업적으로 이용가능한 프로세스 챔버, 또는 에피텍셜 실리콘 증착 프로세스를 실시하기 위해서 구성된 임의의 적합한 반도체 프로세스 챔버로부터 변경될 수 있을 것이다. 프로세스 챔버(100)는 전술한 바와 같이 에피텍셜 실리콘 증착 프로세스를 실시하도록 구성될 수 있을 것이고, 그리고 예시적으로 챔버 본체(110) 그리고, 기판 지지부(124) 주위에 배치된 제 1 유입구 포트(114), 제 2 유입구 포트(170), 및 배출 포트(118)를 포함한다. 제 1 유입구 포트(114) 및 배출 포트(118)는 기판 지지부(124)의 대향 측부들(sides) 상에 배치된다. 제 2 유입구 포트(170)는, 제 1 유입구 포트(114)에 의해서 제공되는 제 1 프로세스 가스에 대해서 각을 이루는 제 2 프로세스 가스를 제공하도록, 상기 제 1 유입구 포트(114)에 대해서 구성된다. 프로세스 챔버(100)의 평면도를 도시한 도 2a에 대해서 이하에서 설명하는 바와 같이, 제 2 유입구 포트(170) 및 제 1 유입구 포트(114)는 챔버의 양 측부(either side) 상에서 약 145도 이하의 방위 각(202)만큼 분리될 수 있다. 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 프로세스 챔버(100)는 지원 시스템(130), 및 제어부(140)를 더 포함한다.
일반적으로, 챔버 본체(110)는 상부 부분(102), 하부 부분(104), 및 외장(enclosure; 120)을 포함한다. 상부 부분(102)은 하부 부분(104) 상에 배치되고 그리고 덮개(106), 클램프 링(108), 라이너(116), 베이스플레이트(112), 하나 또는 둘 이상의 상부 램프(136) 및 하나 또는 둘 이상의 하부 램프(138), 및 상부 고온계(pyrometer; 156)를 포함한다. 일 실시예에서, 덮개(106)는 돔-유사 폼 팩터(form factor)를 가지나, 다른 폼 팩터를 가지는 덮개들(예를 들어, 평판형 또는 역 곡면형 덮개)도 또한 고려될 수 있다. 하부 부분(104)은 제 1 유입구 포트(114), 제 2 유입구 포트(170), 및 배출 포트(118)에 커플링되고 그리고 베이스플레이트 조립체(121), 하부 돔(132), 기판 지지부(124), 예열 링(122), 기판 승강 조립체(160), 기판 지지 조립체(164), 하나 또는 둘 이상의 상부 램프(152) 및 하나 또는 둘 이상의 하부 램프(154), 그리고 하부 고온계(158)를 포함한다. 비록 예열 링(122)과 같은 프로세스 챔버의 특정 성분을 설명하기 위해서 "링"이라는 용어를 사용하였지만, 이들 성분의 형상이 반드시 원형일 필요가 없고 그리고 직사각형, 다각형, 타원형 등을 포함하는 임의의 형상을 포함할 수 있을 것이고, 상기 성분의 형상이 상기에 나열한 형상으로 제한되는 것은 아님을 이해할 수 있을 것이다.
도 2a는 챔버(100)의 개략적인 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제 1 유입구 포트(114), 제 2 유입구 포트(170), 및 배출 포트(118)는 기판 지지부(124) 주위에 배치된다. 배출 포트(118)는 제 1 유입구 포트(114)의 반대쪽에 위치하는 기판 지지부(124)의 측부(side) 상에 배치될 수 있다(예를 들어, 배출 포트(118) 및 제 1 유입구 포트(114)가 전체적으로 서로 정렬된다). 제 2 유입구 포트(170)는 기판 지지부(124) 주위에 배치될 수 있고, 그리고 일부 실시예(도시된 바와 같음)에서, 배출 포트(118) 또는 제 1 유입구 포트(114)의 어느 것에도 대향하지 않는다. 그러나, 도 2a에서 제 2 유입구 포트(170)의 배치는 단지 예시적인 것이고 그리고 기판 지지부(124) 주위의 다른 위치들도 이하에서 설명하는 바와 같이 가능하다.
제 1 유입구 포트(114)는 제 1 방향(208)을 따라 기판(125)의 프로세싱 표면 위로 제 1 프로세스 가스를 제공하도록 구성된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 프로세스 가스라는 용어는 단일 가스 및 복수 가스의 혼합물 모두를 지칭한다. 또한, 본원에서 사용된 바와 같이, "방향"이라는 용어는 프로세스 가스가 유입구 포트를 빠져나가는 방향을 의미하는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 제 1 방향(208)은 기판(125)의 프로세싱 표면에 대해서 평행하고 그리고 전체적으로 대향하는 배출 포트(118)를 향해 지향된다(pointed).
제 1 유입구 포트(114)는 단일 포트를 포함할 수 있고, 상기 단일 포트를 통해서 제 1 프로세스 가스가 제공될 수 있고(도시하지 않음), 또는 제 1 유입구 포트(114)는 제 1의 복수의 이차(secondary) 유입구(210)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제 1의 복수의 이차 유입구들 중의 이차 유입구(210)의 수는 약 5개 유입구 이하이나, 그보다 많거나 적은 이차 유입구가 제공될 수도 있다(예를 들어, 하나 또는 둘 이상). 각각의 이차 유입구(210)가 제 1 프로세스 가스를 제공할 수 있고, 그러한 제 1 프로세스 가스는 예를 들어 몇개의 프로세스 가스의 혼합물이 될 수도 있다. 그 대신에, 하나 또는 둘 이상의 이차 유입구(210)가 하나 이상의 다른 이차 유입구(210)에서 상이한 하나 또는 둘 이상의 프로세스 가스를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세스 가스들이 제 1 유입구 포트(114)를 빠져나온 후에 실질적으로 균일하게 혼합되어 제 1 프로세스 가스를 형성할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 제 1 프로세스 가스가 의도적으로 불균일한 조성을 가지도록, 프로세스 가스들이 제 1 유입구 포트(114)를 빠져나온 후에 전체적으로 함께 혼합되지 않을 수 있을 것이다. 각각의 이차 유입구(210)에서, 유량, 프로세스 가스 조성, 등이 독립적으로 제어될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 이하에서 설명하는 바와 같이, 예를 들어, 제 2 유입구 포트(170)에 의해서 제공된 제 2 프로세스 가스와의 희망하는 유동 상호작용을 성취하기 위해서, 프로세싱 동안에 이차 유입구(210)의 일부가 공회전(idle)되거나 또는 펄싱(pulsed)될 수 있을 것이다. 또한, 제 1 유입구 포트(114)가 단일 포트를 포함하는 실시예에서, 단일 포트는 전술한 바와 유사한 이유로 펄싱될 수 있을 것이다.
제 2 유입구 포트(170)는 제 1 유입구 포트(114)와 실질적으로 유사한 디자인을 가질 수 있을 것이다. 제 2 유입구 포트(170)는 상기 제 1 방향(208)과 상이한 제 2 방향(212)을 따라서 제 2 프로세스 가스를 제공하도록 구성된다. 제 2 유입구 포트(170)는 단일 포트를 포함할 수 있을 것이다(도 1에 개략적으로 도시된 바와 같음). 그 대신에, 제 2 유입구 포트(170)가 제 2의 복수의 이차 유입구(214)를 포함할 수 있을 것이다. 각각의 이차 유입구(214)가 제 2 프로세스 가스를 제공할 수 있고, 그러한 제 2 프로세스 가스는 예를 들어 몇개의 프로세스 가스의 혼합물일 수 있을 것이다. 그 대신에, 하나 또는 둘 이상의 이차 유입구(214)가 하나 이상의 다른 이차 유입구(210)와 상이한 하나 또는 둘 이상의 프로세스 가스를 제공할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 프로세스 가스들이 제 2 유입구 포트(170)를 빠져나온 후에 실질적으로 균일하게 혼합되어 제 2 프로세스 가스를 형성할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 제 2 프로세스 가스가 의도적으로 불균일한 조성을 가지도록, 프로세스 가스들이 제 2 유입구 포트(170)를 빠져나온 후에 전체적으로 함께 혼합되지 않을 수 있을 것이다. 각각의 이차 유입구(210)에서, 유량, 프로세스 가스 조성, 등이 독립적으로 제어될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 제 1 유입구 포트(114)에 의해서 제공된 제 1 프로세스 가스와의 희망하는 유동 상호작용을 성취하기 위해서, 프로세싱 동안에 제 2 유입구 포트(170), 또는 이차 유입구(214)의 일부 또는 전부가 공회전되거나 또는 펄싱될 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 제 1 유입구 포트(114)의 제 1 방향(208)과 제 2 유입구 포트(170)의 제 2 방향(212) 사이의 관계는 방위 각(202)에 의해서 적어도 부분적으로 규정될 수 있다. 방위 각(202)은 기판 지지부(124)의 중심 축선(200)에 대해서 제 1 방향(208)과 제 2 방향(212) 사이에서 측정된다. 방위 각(202)은 약 145도 이하, 또는 약 0 도 내지 약 145 도일 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 선(204)에 의해 도시된 바와 같이, 방위 각(202)이 90 도 미만이 될 수 있고, 이는 배출 포트(118) 보다 제 1 유입구 포트(114)에 더 가까이 근접한 제 2 유입구 포트(170)의 위치를 초래한다. 일부 실시예에서, 선(206)에 의해서 보여지는 바와 같이, 방위 각(202)은 90 도 보다 더 클 수 있고, 이는 제 1 유입구 포트(114) 보다 배출 포트(118)에 더 가까이 근접한 제 2 유입구 포트(170)의 위치를 초래한다. 일부 실시예에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 방위 각(202)은 약 90 도이다. 방위 각(202)은 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스 사이의 희망하는 양의 교차-유동 상호작용을 제공하도록 선택될 수 있을 것이다.
제 1 방향(208) 및 제 2 방향(212) 중 어느 하나 또는 양자 모두가 기판(125)의 프로세싱 표면에 실질적으로 평행할 수 있고, 또는 기판(125)의 프로세싱 표면에 대해서 각을 이룰 수 있을 것이다(도 2b에 도시된 바와 같음). 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 방향(208)이 기판(125)의 프로세싱 표면에 대해서 각을 이루도록 배향된 하나 또는 둘 이상의 이차 유입구(210)를 제 1 유입구 포트(114)가 가질 수 있다. 제 2 방향(212)이 기판(125)의 프로세싱 표면에 대해서 각을 이루도록 하나 또는 둘 이상의 이차 유입구(214)를 배향하는 유사한 구성을 제 2 유입구 포트(170)(도 2b에 도시지 않음)가 가질 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 제 2 방향(212)이 기판 표면에 대해서 각을 이룰 수 있고 그리고 제 1 방향(208)이 기판 표면에 대해서 평행하다. 그러한 실시예에서, 방위 각(202)이 약 145도 이하가 될 수 있을 것이다(선(206)에 의해 보여지는 바와 같음). 그러한 실시예의 하나의 특정 예(도시하지 않음)에서, 방위 각이 0 도이다. 따라서, 제 1 유입구 포트(114) 및 제 2 유입구 포트(170)가 수직 정렬 상태로, 예를 들어, 서로 상하로 적층되어 배치될 수 있고 또는 단일 유닛으로 통합될 수 있을 것이다. 그러한 실시예에서, (제 1 방향(208) 및 제 2 방향(212) 사이의 방위 각(202)이 0 도라고 해도) 제 1 방향(208) 및 제 2 방향(212)이 여전히 상이한데, 이는 기판 표면에 대한 제 1 방향(208)의 평행한 배향과 제 2 방향(212)의 각을 이루는 배향 때문이다. 따라서, 유동 상호작용이 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스 사이에서 일어날 수 있다.
일부 실시예에서, 방위 각은 제 1 방향(208)과 제 2 방향(212) 사이의 차이를 규정한다. 예를 들어, 제 1 방향(208)과 제 2 방향(212) 모두가 기판 표면에 대해서 평행한 경우에, 제 1 방향(208)과 제 2 방향(212)이 서로 상이하도록, 그에 따라 유동 상호작용이 성취될 수 있도록, 방위 각(202)은 제로(0)가 아니게 된다.
일부 실시예에서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제 1 유입구 포트(114)가 제 1 높이(216)에 배치될 수 있고 그리고 제 2 유입구 포트가 기판(125)의 프로세싱 표면 위쪽의 제 2 높이(218)에 배치될 수 있을 것이다. 제 1 높이(216) 및 제 2 높이(218)는 조정될 수 있고, 예를 들어, 각 높이는 챔버(100) 내에서 기판(125)을 프로세싱하기에 앞서서 셋팅될 수 있고, 또는 각각의 유입구 포트(114, 170)가 가동(可動) 플랫폼(도시하지 않음) 상에 장착될 수 있고, 또는 기판 지지 조립체(164)가 중심 축선(200)을 따라서 이동되어 제 1 높이(216) 및 제 2 높이(218)를 조정할 수 있을 것이다(예를 들어, 기판 지지 조립체(164)가 서로 다른 프로세싱 평면들 내에 기판(125)을 위치시키기 위해서 수직으로 이동될 수 있다). 일부 실시예에서, 제 2 유입구 포트(170)의 제 2 높이(218)가 제 1 유입구 포트(114)의 제 1 높이(216) 보다 더 높다. 그러한 실시예에서, 제 2 방향(212)이 기판 표면(도 2c에 도시하지 않음)에 대해서 평행하거나 또는 각을 이룰 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로, 기판 지지 조립체(164)는 기판 지지부(124)에 커플링된 복수의 지지 핀(166)을 구비하는 지지 브래킷(bracket; 134)을 포함한다. 기판 승강 조립체(160)는 기판 승강 샤프트(126) 및 상기 기판 승강 샤프트(126)의 개별적인 패드(127) 상에 선택적으로(selectively) 놓여지는(resting) 복수의 승강 핀 모듈(161)을 포함한다. 일 실시예에서, 승강 핀 모듈(161)은 승강 핀(128)의 선택적인(optional) 상부 부분을 포함하고, 그러한 상부 부분은 기판 지지부(124) 내의 제 1 개구부(162)를 통해서 이동가능하게 배치된다. 작동 중에, 기판 승강 샤프트(126)는 승강 핀(128)과 결합하도록 이동된다. 결합되었을 때, 승강 핀(128)은 기판(125)을 기판 지지부(124) 위로 상승시키거나 또는 기판(125)을 기판 지지부(124) 상으로 하강시킬 수 있을 것이다.
기판 지지부(124)는 기판 지지부 조립체(164)에 커플링된 회전 기구(174) 및 승강 기구(172)를 더 포함한다. 승강 기구(172)는 중심 축선(200)을 따라서 기판 지지부(124)를 이동시키기 위해서 이용될 수 있다. 회전 기구(174)는 중심 축선(200)을 중심으로 기판 지지부(124)를 회전시키기 위해서 이용될 수 있다.
프로세싱 동안에, 기판(125)은 기판 지지부(124) 상에 배치된다. 램프(136, 138, 152, 및 154)는 적외선(IR) 복사선(즉, 열)의 공급원이고 그리고, 작동 중에, 기판(125)에 걸쳐 소정(所定; 미리 정해진)의 온도 분포를 생성한다. 덮개(106), 클램프 링(116), 및 하부 돔(132)이 석영으로 형성되며; 그러나 다른 IR-투과성 및 프로세스 양립성(compatible) 물질이 이러한 성분들을 형성하기 위해서 또한 이용될 수 있을 것이다.
지원 시스템(130)은 프로세스 챔버(100) 내에서 소정 프로세스(예를 들어, 에피텍셜 실리콘 필름 성장)를 실행하고 모니터링하는데 이용되는 성분을 포함한다. 그러한 성분은 일반적으로 프로세스 챔버(100)의 여러 가지 하위(sub)-시스템(예를 들어, 가스 패널(들), 가스 분배(분포) 도관, 진공 및 배출 하위 시스템, 등) 및 장치(예를 들어, 전원, 프로세스 제어 기구, 등)을 포함한다. 이들 성분은 소위 당업자들에게 잘 공지되어 있고 그리고 간명함을 위해서 도면에서 생략하였다.
일반적으로, 제어부(140)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(142), 메모리(144), 및 지원 회로(146)를 포함하고 그리고, 직접적으로(도 1에 도시된 바와 같음) 또는, 그 대신에, 프로세스 챔버 및/또는 지원 시스템과 연관된 컴퓨터(또는 제어부)를 통해서, 프로세스 챔버(100) 및 지원 시스템(130)에 커플링되어 프로세스 챔버 및 지원 시스템을 제어한다.
본원 발명의 챔버(100)를 전술하였다; 그러나, 본원 발명자들은 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스 사이의 교차 유동 상호작용을 생성하기 위한 챔버의 다른 실시예들도 인지하고 있다. 예를 들어, 챔버(100)는 도시된 바와 같은 제 2 유입구 포트(170) 대신에 제 2 배출 포트(도시하지 않음)를 포함하도록 구성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 제 2 배출 포트의 위치는, 방위 각(202)이 제 1 유동 방향(208) 및 제 2 유동 방향(212) 사이의 관계를 규정하는 방식과 유사하게, 방위 각(202)에 의해서 규정될 수 있다. 그러한 예에서, 제 1 및 제 2 프로세스 가스 모두는 제 1 유입구 포트(114)로부터 유동될 수 있고 그리고 유동 상호작용은 제 1 유입구 포트에 대한 제 1 및 제 2 배출 포트의 비대칭성에 의해서 생성될 수 있을 것이다.
도 3은 본원 발명의 일부 실시예에 따라 기판 상에 층을 증착(deposition)하기 위한 방법에 대한 흐름도를 도시한다. 그러한 방법(300)은 전술한 챔버(100)의 실시예들과 관련하여 이하에서 설명된다.
방법(300)은 기판(125)과 같은 기판을 제공함으로써 단계(302)에서 시작된다. 기판(125)은 결정질 실리콘(예를 들어, Si<100> 또는 Si<111>), 실리콘 산화물, 스트레인형(strained; 변형된) 실리콘, 실리콘 게르마늄, 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼, 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 웨이퍼, 실리콘 온 인슐레이터(SOI), 탄소 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비화물, 유리, 사파이어, 또는 등등과 같은 적합한 물질을 포함할 수 있을 것이다. 또한, 기판(125)은 다층을 포함할 수 있고, 또는, 예를 들어, 트랜지스터, 플래시 메모리 소자, 및 등등과 같은 부분적으로 제조된 소자(장치)를 포함할 수 있을 것이다.
단계(304)에서, 제 1 프로세스 가스가 제 1 방향, 예를 들어, 제 1 방향(208)을 따라 기판(125)의 프로세싱 표면을 가로질러 유동될 수 있을 것이다. 제 1 프로세스 가스는 제 1 유입구 포트(114)로부터, 또는 하나 또는 둘 이상의 이차 유입구(210)로부터 제 1 방향(208)을 따라서 그리고 배출 포트(118)를 향해서 프로세싱 표면을 가로질러 유동될 수 있다. 제 1 프로세스 가스는 프로세싱 표면에 평행한 또는 프로세싱 표면에 대해 각을 이루는 제 1 방향(208)을 따라서 제 1 유입구 포트(114)로부터 유동될 수 있을 것이다.
제 1 프로세스 가스는 하나 또는 둘 이상의 프로세스 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세스 가스는 선택적인 에피텍셜 성장 프로세스를 위한 것 등등과 같은 증착 및/또는 에칭 가스를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 제 1 프로세스 가스는 하나 또는 둘 이상의 증착 가스, 그리고 선택적으로, 하나 또는 둘 이상의 도펀트 전구체 가스, 에칭제 가스, 또는 캐리어 가스를 포함할 수 있을 것이다. 증착 가스는 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 디클로로실란(H2SiCl2) 중 하나 이상과 같은 실리콘 전구체를 포함할 수 있을 것이다. 도펀트 전구체 가스는 게르만(germane; GeH4), 포스핀(PH3), 디보란(B2H6), 아르신(AsH3), 또는 메틸실란(H3CSiH3) 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다. 에칭제 가스는 메탄(CH4), 염화 수소(HCl), 염소(Cl2), 또는 불화 수소(HF) 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다. 캐리어 가스는 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 또는 수소(H2) 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 예를 들어 실리콘 및 게르마늄을 포함하는 층을 증착하기 위해서, 제 1 프로세스 가스가 디클로로실란(H2SiCl2), 게르만(GeH4), 디보란(B2H6), 및 수소(H2)를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 실리콘 층을 증착하기 위해서, 제 1 프로세스 가스가, 염화 수소(HCl) 및 수소(H2)와 함께, 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 또는 디클로로실란(H2SiCl2) 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 증착 층이 도핑된 실리콘을 포함하는 일부 실시예에서, 제 1 프로세스 가스가 전술한 가스들을 포함할 수 있고 그리고 포스핀(PH3), 디보란(B2H6), 또는 아르신(AsH3) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있을 것이다. 증착 층이 실리콘 및 탄소를 포함하는 일부 실시예에서, 제 1 프로세스 가스는, 질소(N2) 또는 수소(H2) 중 하나 이상을 포함하는 분위기 내의 염화 수소(HCl) 또는 염소(Cl2) 중 하나 이상, 그리고 디실란(Si2H6), 메틸실란(H3CSiH3), 게르만(GeH4), 및 포스핀(PH3)을 포함할 수 있을 것이다.
단계(306)에서, 제 2 프로세스 가스가 제 2 방향, 예를 들어, 제 2 방향(212)을 따라 기판(125)의 프로세싱 표면을 가로질러 유동될 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 챔버(100)의 실시예에 따라서, 제 1 및 제 2 프로세스 가스 사이의 유동 상호작용을 촉진하기 위해서, 제 2 방향(212)이 제 1 방향(208)과 상이하게 된다. 제 2 방향(212)은 영이 아닌(non-zero) 방위 각(202)에 의해서, 기판 표면에 대해서 각을 이루어 제 2 프로세스 가스를 제공하는 것에 의해서(도 2b에 도시된 바와 같음), 또는 그 조합에 의해서, 제 1 방향(208)과 상이하게 구성될 수 있다. 제 1 방향(208) 및 제 2 방향(212)의 차이를 이용하여 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스 사이의 유동 상호작용을 생성할 수 있을 것이며, 그러한 유동 상호작용은 기판의 프로세싱 표면을 가로질러 증착된 층의 두께 및/또는 조성적 균일성을 개선할 수 있다.
제 2 프로세스 가스는 제 1 프로세스 가스와 동일하거나 상이할 수 있다. 제 2 프로세스 가스는 제 1 프로세스 가스에 대해서 전술한 그러한 가스들의 임의의 또는 모든 조합을 포함할 수 있을 것이다(예를 들어, 증착 가스, 에칭제 가스, 도펀트 전구체 가스, 및 캐리어 가스의 조합). 일부 실시예에서, 예를 들어 선택적인 에피텍셜 성장 프로세스 중에, 제 2 프로세스 가스가 에칭제 가스, 증착 가스, 또는 그 조합을 포함할 수 있을 것이다. 제 2 프로세스 가스가 제 1 프로세스 가스와 교번적으로, 주기적으로, 부분적으로 동시에, 또는 동시에 유동될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(304) 및 단계(306)가 동시에 실시되도록, 제 2 프로세스 가스가 제 1 프로세스 가스와 동일한 시간에 유동될 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 예를 들어, 증착된 층의 조성적 균일성을 개선하기 위해서, 제 2 프로세스 가스가 제 1 프로세스 가스와 다를 수 있다(이하에서, 단계(308)에서 설명됨). 일부 실시예에서, 예를 들어 실리콘 및 게르마늄을 포함하는 층을 증착하기 위해서, 제 2 프로세스 가스가 디클로로실란(H2SiCl2), 게르만(GeH4), 디보란(B2H6), 염화 수소(HCl), 및 수소(H2)를 포함할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 예를 들어 제 1 프로세스 가스에 촉매작용을 하는(catalyze) 촉매 가스를 제공함으로써, 제 2 프로세스 가스가 제 1 프로세스 가스와 상이해질 수 있을 것이다. 예를 들어, 그러한 촉매작용화는 기판 상에 증착되는 층의 조성적 균일성 및/또는 두께를 개선할 수 있을 것이다. 제 2 프로세스 가스는, 예를 들어, 위에서 나열한 실란 및/또는 게르만과 같은 다른 가스 및 촉매를 포함할 수 있을 것이다. 예시적인 촉매가 게르만(GeH4)을 포함할 수 있을 것이다.
단계(308)에서, 층(400)(도 4에 도시됨)이 적어도 부분적으로 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스의 유동 상호작용에 의해서 기판(125)의 최상부에 증착된다. 일부 실시예에서, 층(400)이 약 1 내지 약 10,000 나노미터의 두께를 가질 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 층(400)은 실리콘 및 게르마늄을 포함한다. 층(400) 내의 게르마늄의 농도는 약 5 내지 약 100 원자%(즉, 게르마늄만 존재)일 수 있을 것이다. 하나의 구체적인 실시예에서, 층(400)은 게르마늄 농도가 약 25 내지 약 45 원자%인 실리콘 게르마늄(SiGe) 층이다.
전술한 바와 같이, 층(400)은 다른 유동 방향들(208, 212)을 따라서 유동되는 제 1 및 제 2 프로세스 가스 사이의 유동 상호작용에 의해서 적어도 부분적으로 증착된다. 이론에 의해서 한정되는 것을 바라지 않으면서, 본원 발명자들은, 예를 들어, 약 90 도의 방위 각(202)을 가지는 일부 구성의 경우에, 기판의 둘레 엣지에 근접한 증착은 두 개의 프로세스 가스들 사이의 교차-유동 상호작용을 통해서 주로 일어나는 한편, (중심 축선(200) 근처의) 기판의 중심에 근접한 증착은 제 1 프로세스 가스를 통해 주로 증착될 수 있는 것으로 믿는다. 예를 들어, 약 0 도의 방위 각(202)을 가지는 다른 구성에서, 증착은 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스 사이의 유동 상호작용을 통해서 전체적으로(완전히) 이루어질 수 있을 것이다.
층(400)은 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 방법에 의해서 증착될 수 있을 것이다. 예를 들어, 제 1 프로세스 가스와 제 2 프로세스 가스의 유량들은 층(400)의 두께 및/또는 조성을 조절하도록 변경될 수 있을 것이다. 또한, 유량은 층의 결정성(crystallinity)을 조정하기 위해서 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 보다 많은 유량은 층의 결정성을 개선할 수 있을 것이다. 다른 프로세스 변형은, 제 1 및 제 2 프로세스 가스 중 하나 또는 양자 모두가 유동되는 동안, 중심 축선(200)을 따라서 기판(125)을 이동시키는 것 및/또는 중심 축선(200)을 중심으로 회전시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 프로세스 가스 중 하나 또는 양자 모두가 유동되는 동안, 기판(125)이 회전된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 각 프로세스 가스의 유량을 조정하기 위해서 제 1 및 제 2 프로세스 가스 중 하나 또는 양자 모두가 유동되는 동안 기판(125)이 중심 축선(200)을 따라서 이동된다.
층 증착의 다른 변형도 가능하다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 프로세스 가스가 교번적인 또는 사이클적인 패턴 중 하나로 펄싱될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 층의 선택적인 에피텍셜 성장이 제 1 유입구 포트(114) 및 제 2 유입구 포트(170) 중 어느 하나 또는 양자 모두로부터의 증착 가스 및 에칭 가스를 교번적으로 펄싱함으로써 실시될 수 있을 것이다. 또한, 제 1 및 제 2 프로세스 가스의 펄싱이 다른 프로세싱 방법과 조합하여 이루어질 수 있을 것이다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 프로세스 가스 중 하나 또는 양자 모두의 제 1 펄스가 중심 축선(200)을 따른 제 1 기판 위치에서 이루어질 수 있고, 이어서 제 1 및 제 2 프로세스 가스 중 하나 또는 양자 모두의 제 2 펄스가 중심 축선(200)을 따른 제 2 기판 위치에서 이루어질 수 있을 것이다. 또한, 기판이 중심 축선(200)을 중심으로 회전하는 것과 함께 펄싱이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법 및 장치가 본원에서 설명되었다. 본원 발명의 방법 및 장치는, 증착을 위해서 이용되는 프로세스 가스들 사이의 유동 상호작용을 생성함으로써 증착된 층의 두께 및/또는 조성적 불균일성을 유리하게 극복한다. 본원 발명의 방법 및 장치는 증착된 층 내의 결함/입자 형성을 추가적으로 감소시키고, 그리고 증착된 층의 두께 및/또는 조성 및/또는 결정성의 조절을 가능하게 한다.
전술한 내용이 본원 발명의 실시예에 관한 것이지만, 본원 발명의 다른 실시예 및 추가적인 실시예가 본원 발명의 기본 범위를 이탈하지 않고도 안출될 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 기판을 프로세싱하기 위한 장치로서:
    프로세스 챔버 내부에 배치되어 상기 프로세스 챔버 내의 소정의 위치에서 기판의 프로세싱 표면을 지지하기 위한 기판 지지부를 구비하는, 프로세스 챔버;
    상기 기판의 프로세싱 표면 위에서 상기 기판의 일 단부로부터 상기 기판의 반대쪽 단부를 향하는 제 1 방향으로 제 1 프로세스 가스의 최초 유동을 지향시키기 위한 제 1 유입구 포트;
    상기 기판의 프로세싱 표면 위에서 제 2 방향으로 제 2 프로세스 가스의 최초 유동을 지향시키기 위한 제 2 유입구 포트로서, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 0도를 초과하는 방위 각을 가지며, 상기 기판 지지부의 중심 축선에 대해 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향 사이에서 측정된 상기 방위 각은 145도 이하이고, 상기 제 2 방향은 상기 프로세싱 표면을 향하여 경사지는, 제 2 유입구 포트; 그리고
    상기 프로세스 챔버로부터 상기 제 1 프로세스 가스와 상기 제 2 프로세스 가스를 배출하기 위하여 상기 제 1 유입구 포트의 반대쪽에 배치되는, 배출 포트;를 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방위 각은 90 도인,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 표면에 대한 상기 제 1 유입구 포트와 상기 제 2 유입구 포트 중 어느 하나 또는 양자 모두의 높이는 조정가능한 것인,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 표면에 대한 상기 제 2 유입구 포트의 높이는 상기 프로세싱 표면에 대한 상기 제 1 유입구 포트의 높이보다 더 높은,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 표면에 대해 수직인 축선을 따르는 복수의 위치들에서 상기 기판의 프로세싱 표면을 지지하기 위하여 상기 기판 지지부가 상기 프로세스 챔버 내에서 추가적으로 이동가능하도록 배치되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유입구 포트는 상기 제 1 프로세스 가스를 각각 전달할 수 있는 제 1의 복수의 이차 유입구를 더 포함하거나;
    상기 제 2 유입구 포트는 상기 제 2 프로세스 가스를 각각 전달할 수 있는 제 2의 복수의 이차 유입구를 더 포함하거나; 또는
    상기 제 1 유입구 포트는 상기 제 1 프로세스 가스를 각각 전달할 수 있는 제 1의 복수의 이차 유입구를 더 포함하고, 그리고 상기 제 2 유입구 포트는 상기 제 2 프로세스 가스를 각각 전달할 수 있는 제 2의 복수의 이차 유입구를 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1의 복수의 이차 유입구 중 하나 이상의 이차 유입구는 상기 제 1의 복수의 이차 유입구 중 다른 하나 이상의 이차 유입구와는 상이한 제 1 프로세스 가스 조성을 제공하거나;
    상기 제 2의 복수의 이차 유입구 중 하나 이상의 이차 유입구는 상기 제 2의 복수의 이차 유입구 중 다른 하나 이상의 이차 유입구와는 상이한 제 2 프로세스 가스 조성을 제공하거나; 또는
    상기 제 1의 복수의 이차 유입구 중 하나 이상의 이차 유입구는 상기 제 1의 복수의 이차 유입구 중 다른 하나 이상의 이차 유입구와는 상이한 제 1 프로세스 가스 조성을 제공하고, 그리고 상기 제 2의 복수의 이차 유입구 중 하나 이상의 이차 유입구는 상기 제 2의 복수의 이차 유입구 중 다른 하나 이상의 이차 유입구와는 상이한 제 2 프로세스 가스 조성을 제공하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1의 복수의 이차 유입구와 상기 제 2의 복수의 이차 유입구 중에서 하나 또는 둘 이상의 이차 유입구로부터의 프로세스 가스의 유량은 독립적으로 조정가능한 것인,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중심 축선을 중심으로 기판 지지부를 회전시키기 위해서 상기 기판 지지부에 커플링된 회전 기구; 및
    상기 중심 축선을 따라서 상기 기판 지지부를 이동시키기 위해서 상기 기판 지지부에 커플링된 승강 기구;
    중 하나 이상을 더 포함하는
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  11. 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법으로서:
    기판의 프로세싱 표면을 가로질러 상기 기판의 일 단부로부터 상기 기판의 반대쪽 단부를 향하는 제 1 방향으로 제 1 프로세스 가스의 최초 유동을 지향시키는 단계;
    상기 기판의 프로세싱 표면을 가로질러 제 2 방향으로 제 2 프로세스 가스의 최초 유동을 지향시키는 단계로서, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 0도를 초과하는 방위 각을 가지며, 기판 지지부의 중심 축선에 대해 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향 사이에서 측정된 상기 방위 각은 145도 이하이고, 상기 제 2 방향은 상기 프로세싱 표면을 향하여 경사지는, 제 2 프로세스 가스의 최초 유동을 지향시키는 단계; 그리고
    상기 제 1 프로세스 가스와 상기 제 2 프로세스 가스의 교차-유동 상호작용으로부터 적어도 부분적으로 형성된 층을 상기 기판 상에 증착하는 단계;를 포함하는
    기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스와 상기 제 2 프로세스 가스는 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있으며, 각각의 프로세스 가스는:
    실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 및 디클로로실란(H2SiCl2) 중 하나 이상을 포함하는 증착 가스;
    메틸실란(H3CSiH3), 게르만(GeH4), 포스핀(PH3), 디보란(B2H6), 및 아르신(AsH3) 중 하나 이상을 포함하는 도펀트 전구체 가스;
    메탄(CH4), 염화 수소(HCl), 염소(Cl2), 및 불화 수소(HF) 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 에칭제 가스; 및
    질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 및 수소(H2) 중 하나 이상을 포함하는 캐리어 가스;를 포함하는 것인,
    기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  13. 삭제
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스와 상기 제 2 프로세스 가스 중 하나 이상을 유동시키는 동안 상기 중심 축선을 중심으로 상기 기판을 회전시키는 단계; 및
    상기 제 1 프로세스 가스와 상기 제 2 프로세스 가스 중 하나 이상을 유동시키는 동안 상기 중심 축선을 따라서 상기 기판을 이동시키는 단계;
    중에서 하나 또는 둘 이상을 더 포함하는,
    기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스와 상기 제 2 프로세스 가스가 교번적인 패턴 또는 사이클적인 패턴 중 하나로 펄싱되거나, 또는
    상기 제 1 프로세스 가스와 상기 제 2 프로세스 가스가 동시에 유동되는,
    기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
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