KR101716678B1

KR101716678B1 - Ｃｖｄ 반응기 그리고 코팅을 증착시키는 방법

Info

Publication number: KR101716678B1
Application number: KR1020127007658A
Authority: KR
Inventors: 게르하르트 칼 슈트아우흐; 마르틴 다우엘스베르크
Original assignee: 아익스트론 에스이
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2017-03-15
Also published as: KR20120073245A; CN102482774A; DE102009043840A1; EP2470685B1; WO2011023493A1; EP2470685A1; JP2013502747A; TW201120238A; TWI537416B; US20120263877A1; CN102482774B

Abstract

본 발명은 프로세스 챔버(1), 바닥(3) 및 천장(6)을 포함하는 CVD 반응기에 관한 것으로, 레이어로 코팅되도록 기판들(4)을 수용하기 위한 서셉터(2)에 의해 상기 바닥(3)이 형성되고, 가스 흡기 요소(5)의 전체적인 표면 위에 균일하게 분배되는 복수의 가스 흡기 개구들(13, 14)을 포함하는 가스 흡기 요소(5)의 밑면에 의해 상기 천장(6)이 형성되고, 확장의 방향으로 서로 평행하게 이어지는 스트립-유사 또는 밴드-유사 제1 및 제2 가스 흡기 영역들(11, 12) 내로 상기 가스 흡기 개구들(13, 14)이 나누어지고, 제1 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버(1) 내로 도입시키기 위하여 공통의 제1 프로세스-가스 공급 라인(9)에 제1 가스 흡기 영역(11)의 상기 가스 흡기 개구들(13)이 연결되고, 제2 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버(1) 내로 도입시키기 위하여 상기 제1 가스 프로세스-가스 공급 라인(9)과 상이한 공통의 제2 프로세스-가스 공급 라인(10)에 제2 가스 흡기 영역(12)의 상기 가스 흡기 개구들(14)이 연결되고, 그리고 상기 제1 및 제2 가스 흡기 영역들(11, 12)은 서로 나란하게 번갈아 배치되도록 놓인다. 확장의 방향에 횡단하여 나란하게 놓인, 각각의 가스 흡기 영역(11, 12)의 복수의 가스 흡기 개구들(13, 14)의 간격(D)은, 상기 프로세스 챔버(1)의 높이(H)의 대략 사분의 일이고, 각각의 가스 흡기 영역(11, 12)의 상기 폭(W)은 상기 높이(H)에 상응한다.

Description

ＣＶＤ 반응기 그리고 코팅을 증착시키는 방법{CVD REACTOR AND METHOD FOR DEPOSITING A COATING}

본 발명은 프로세스 챔버, 바닥 및 천장을 포함하는 CVD 반응기에 관한 것으로, 레이어로 코팅되도록 기판들을 수용하기 위한 서셉터에 의해 상기 바닥이 형성되고, 가스 흡기 요소의 밑면의 전체적인 표면 위에 균일하게 분배되는 복수의 가스 흡기 개구들을 포함하는 가스 흡기 요소의 밑면에 의해 상기 천장이 형성되고, 확장의 방향으로 서로 평행하게 이어지는 스트립-유사 또는 밴드-유사 제1 및 제2 가스 흡기 영역들 내로 상기 가스 흡기 개구들이 나누어지고, 제1 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버 내로 도입시키기 위하여 공통의 제1 프로세스-가스 공급 라인에 제1 가스 흡기 영역의 상기 가스 흡기 개구들이 연결되고, 제2 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버 내로 도입시키기 위하여 상기 제1 가스 프로세스-가스 공급 라인과 상이한 공통의 제2 프로세스-가스 공급 라인에 제2 가스 흡기 영역의 상기 가스 흡기 개구들이 연결되고, 그리고 상기 제1 및 제2 가스 흡기 영역들은 서로 나란하게 번갈아 배치되도록 놓인다.

뿐만 아니라, 본 발명은 프로세스 챔버 내의 기판 상에 레이어를 증착하기 위한 방법에 관한 것으로, 기판이 놓인 서셉터에 의해 상기 챔버의 바닥이 형성되고, 가스 흡기 요소의 밑면의 전체적인 표면 위에 균일하게 분배된 복수의 가스 흡기 개구들을 포함하는 가스 흡기 요소의 밑면에 의해 상기 챔버의 천장이 형성되고, 확장의 방향으로 서로 평행하게 이어지는 스트립-유사 또는 밴드-유사 제1 및 제2 가스 흡기 영역들 내로 상기 가스 흡기 개구들이 나누어지고, 제1 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버 내로 도입시키는 공통의 제1 프로세스-가스 공급 라인에 제1 가스 흡기 영역의 상기 가스 흡기 개구들이 연결되고, 제2 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버 내로 도입시키는 공통의 제2 프로세스-가스 공급 라인 - 상기 제1 가스 프로세스-가스 공급 라인과 상이함 - 에 제2 가스 흡기 영역의 상기 가스 흡기 개구들이 연결되고, 그리고 상기 제1 및 제2 가스 흡기 영역들은 서로 나란하게 번갈아 배치되도록 놓인다.

US 5,595,606에 의하여 포괄적인(generic) 장치가 서술된다. 이 경우에는, 반응기 하우징 내에 아래로부터 가열되는 서셉터가 있다. 상기 서셉터의 수평 표면(horizontal surface) 상에서 하나 이상의 기판들이 지지된다. 상기 기판에 대한 지지 표면이 프로세스 챔버의 바닥을 형성한다. 가스 흡기 요소의 밑면에 의하여 상기 프로세스 챔버의 천장이 형성된다. 상기 밑면은, 복수의 노즐-유사 가스 흡기 개구들을 제공하는 가스 흡기 표면을 형성한다. 공급 라인들에 상기 가스 흡기 개구들이 연결되는데 상기 공급 라인들을 통해 다양한 프로세스 가스들이 상기 가스 흡기 개구들 내로 도입될 수 있다. 서로 평행하게 이어지는 스트립-유사 제1 및 제2 가스 흡기 영역들에 상기 가스 흡기 개구들이 할당되는데, 상기 제1 및 제2 가스 흡기 영역들은 서로 번갈아 배치된다. 각각의 경우에 캐리어 가스와 함께, 상기 제1 가스 흡기 영역을 통하여 상기 프로세스 챔버 내로 상기 제1 프로세스 가스가 독점적으로 인도되고, 상기 제2 가스 흡기 영역을 통하여 상기 프로세스 챔버 내로 상기 제2 프로세스 가스가 독점적으로 인도된다. 두 개의 인접한 가스 흡기 개구들의 간격과 상기 가스 흡기 영역의 폭은 동일하다. 두 개의 가스 흡기 영역들의 간격보다, 상기 프로세스 챔버의 높이가 상당히 더 크다.

가스 흡기 요소가 상기 프로세스 챔버 내로 세 개의 상이한 프로세스 가스들을 도입시킬 수 있는 CVD 반응기를, WO 2008/032 910 A1이 서술한다. 상기 가스 흡기 요소의 밑면 상에, 차례로 일렬로 배치된 복수의 가스 흡기 개구들이 있다. 세 개의 스트립들은 나란하게 번갈아 배치되도록 놓이는데, 각각의 스트립은 가스 배기 노즐들의 단일-라인 배열을 포함한다. 상기 단일 열들과 나란하게 퍼지 가스 배기 개구들이 배치된다. 원형의 가스 흡기 요소의 중심을 상기 열들 중 하나가 통과하고, 서로 상이한 두 개의 반응성 가스들에 대한 배기 개구들 가까이에(by) 상기 열들 중 하나가 인접되므로, 상기 배열은 비대칭적이다.

서로 상이한 프로세스 가스들에 대한, 나란하게 배치된, 스트립-유사 가스 흡기 영역들을 구비하는 가스 흡기 요소를 포함하는 CVD 반응기를, US 4,880,163이 서술한다.

서로 상이한 프로세스 가스들에 대한 상이한 가스 흡기 영역들을 포함하는 CVD 반응기를 US 6,090,210이 서술하는데, 상기 영역들은 가스 흡기 요소의 중심을 둘러싼다.

나선의 형태로 이어지는 가스 흡기 영역들을 US 5,500,256이 서술하는데, 여기에서 또한, 서로 인접한 두 개의 가스 흡기 영역들 사이의 직접적인 간격과 상기 영역의 폭은 동일하다.

CVD 반응기 내에 레이어를 증착시키기 위한 방법이 DE 10 2005 055 468 A1에 서술된다. 여기에서 또한, 서로 상이한 가스 흡기 영역들로부터 프로세스 챔버 내로, 서로 상이한 프로세스 가스들이 유입된다. 또한 프로세스 챔버 내로 서로 상이한 프로세스 가스들을 도입시키기 위한 가스 흡기 요소들이 EP 1 118 691 A1, US 6,086,677, US 2004/0040502 A1, US 2004/0191413 A1, US 2006/0201428 A1 및 US 2007/0101929 A1에 서술되는데, 가스 흡기 노즐들의 각각의 세트는 각각의 프로세스 가스와 연관된다.

프로세스 챔버 내로 서로 분리된 프로세스 가스들을 도입시키기 위하여, 디퓨저들로서 형성된, 나란하게 배치된 가스 흡기 스트립들을, 조기공개되지 않은(non-prepublished) WO 2010/065695 A2가 서술한다.

포괄적인 장치는, 주위에 대하여 기밀식으로 폐쇄되고 내부에 프로세스 챔버를 구비하는 반응기 하우징을 포함하는데, 상기 프로세스 챔버는 원형의 실린더의 형태를 가지고, 상기 프로세스 챔버의 디스크-유사 바닥은 아래로부터 가열된 서셉터에 의해 형성되고, 그리고 상기 프로세스 챔버의 디스크-유사 천장은 마찬가지로 가열 가능한 가스 흡기 요소에 의해 형성된다. 기판 홀더 상에 하나 이상의 기판들이 놓일 수 있다. 상기 기판 홀더는, 각각의 베어링 디스크가 하나 이상의 기판들을 운송하는 복수의 개별 베어링 디스크들을 포함할 수 있는데, 가스 쿠션 상에서 상기 베어링 디스크들이 회전 구동된다. 중앙 기둥에 의해 운송되는 상기 서셉터는, 프로세스 챔버의 대칭축을 중심으로 회전될 수 있다. 수소, 질소 또는 비활성 가스일 수 있는, 캐리어 가스와 함께, 제1 가스 흡기 영역을 통하여 프로세스 챔버 내로, 가스상 유기금속 화합물이 도입될 수 있다. 여기에 해당하는 가스상 유기금속 화합물은, 예를 들어 TMGa, TMIn 또는 TMAl이다. 제2 가스 흡기 영역을 통하여 프로세스 챔버 내로 도입되는, 제2 프로세스 가스는, 예를 들어 아르신, 포스핀 또는 암모니아와 같은 수소화물이다. 상기 프로세스 가스들을 이용하여 기판의 표면 상에 반도체 레이어들이 증착될 것이고, 상기 레이어들은 Ga, In, Al, P, As 및 N으로 구성될 수 있다. 상기 장치를 이용하여, III-V 반도체 레이어들만이 증착될 수 있는 것은 아니고, 상이한 출발 물질들을 적합하게 선택함으로써 II-VI 반도체 레이어들도 증착될 수 있다. 나아가, 적합한, 고희석(highly-diluted) 된, 대안적인 출발 물질들의 추가에 의하여, 증착된 반도체 레이어들을 도핑시키는 것도 가능하다. 프로세스 챔버 내로 도입된 프로세스 가스들은 열분해적으로(pyrolytically) 분해된다. 오직 기판 표면 상에서만 상기 분해가 발생하는 것이 최적일 것이다. 그러나, 열 전도 등에 의하여 서셉터 위의 프로세스 챔버 내에 위치한 가스도 가열되므로, 출발 물질들의 선분해(predecompositions)는 피할 수 없다. 바람직하지 않은 방식으로, 출발 물질들의 선분해의 산물들이 서로 반응한다. 예를 들어 500 ºC 아래의 온도에서, 상기 선분해 산물들은 부가 생성물들을 형성한다. 부가 생성물 형성 온도는 프로세스 챔버 내로 도입된 프로세스 가스들의 조성에 따르고, 이는 100 ºC 및 500 ºC 사이의 범위이다. 부분적인 분해에 의해 형성된 부가 생성물들은, 증착된 레이어들의 결정 품질을 감소시키기만 하는 것은 아니다. 부가 생성물들 상의 핵 생성(nucleus formation)에 의하여 그리고 이러한 핵 형성을 원인으로 하는 핵형성(nucleations)에 의하여, 출발 물질들의 또는 출발 물질들의 분해 산물들의 덩어리들(conglomerates)이 형성될 수 있고, 열영동 현상(thermophoresis)에 의하여, 상기 덩어리들이 기판 표면을 향해 하향 이동하는 것이 방지된다. 결정 성장에 가용하지 않은, 고가인 출발 물질들의 이러한 분율은, 가스 흐름을 따라(along by) 가스 배기 요소로 운송되어서, 가용되지 못하고 프로세스 챔버를 떠나게 된다.

증착된 레이어의 품질 및 코팅 프로세스의 효율성을 개선시킬 수 있는 배열들을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

무엇보다도 청구항에 명시된 본 발명에 의하여 상기 목적이 충족되는데, 가스 흡기 영역들의 폭을 확대시킨다는 취지로 상기 장치가 개선된다. 이제 복수의 가스 흡기 개구들이 차례로 놓여질 뿐만 아니라 서로 옆에 놓여짐으로써, 스트립-유사 또는 밴드-유사 가스 흡기 영역들이 형성되고, 각각의 가스 흡기 영역은 두 개의 인접한 가스 흡기 개구들의 간격의 네 배와 실질적으로 동일한 폭을 갖는다. 가스 흡기 영역들은, 원형의 가스 흡기 요소의 실질적으로 전체적인 폭에 걸쳐 확장되고, 그리고 길이 방향을 횡단하여(transverse) 나란하게 놓인 가스 흡기 개구들을 갖는다. 중심 부근에서 확장된 가스 흡기 영역들이 가장 길다. 주변부의 영역에서 가장 짧은 가스 흡기 영역들이 확장된다. 가스 흡기 영역들은 바람직하게는 서로 바로 옆에 놓이는데, 상기 가스 흡기 영역들을 통해 프로세스 챔버 내로 서로 상이한 프로세스 가스들이 도입된다. 그러므로 본 발명의 바람직한 형태에서, 프로세스 챔버 내로 퍼지 가스 등이 도입되는 어떠한 추가적인 가스 흡기 개구들도, 두 개의 가스 흡기 영역들 사이에 놓이지 않는다. 공급 라인들에 의하여 차례로 연결된 가스 분배 챔버들로부터, 각각의 가스 흡기 영역의 가스 흡기 개구들이 공급된다. 프로세스 챔버의 높이는 영역의 폭에 상응하므로, 마찬가지로 서로 인접한 가스 흡기 개구들의 간격의 대략 네 배이다. 가스 흡기 요소의 밑면 상에 가스 흡기 개구들이 균일하게 배열된다. 사각형들의, 특히 정사각형들의, 코너 위치들에 또는 등변 삼각형들의 코너 위치들에 상기 가스 흡기 개구들이 있을 수 있다. 영역 경계 내에 원형의 형태를 갖는 가스 흡기 표면의 중심이 놓이도록, 스트립의 형태로 나란하게 놓인 교호(alternating) 가스 흡기 영역들의 레이아웃이 선택된다. 또한 상기 중심을 통하여 회전축이 이어지는데, 마찬가지로 원형의 주변부 형태를 갖는 서셉터가 그것을 중심으로 회전 가능하다. 가스 흡기 개구들의 직경은 대략 0.6mm + 10%이다. 상기 가스 흡기 개구들의 간격이, 즉, 코너 점들에가스 흡기 개구들이 위치되는 정사각형의 모서리 길이가, 대략 2.6mm + 10%이므로, 최적의 프로세스 챔버 높이는 대략 11.0mm + 10%가 된다. 서셉터의 직경 및 가스 흡기 표면의 직경, 그리고 이로 인한 프로세스 챔버의 직경은 300mm보다 크다. 일반적으로 상기 직경은 대략 32cm이다. CVD 반응기 내에서 수행되는 상기 프로세스는, 각각의 경우에 캐리어 가스와 함께, 각각의 경우에 제1 가스 흡기 영역들을 통해 프로세스 챔버 내로 제1 프로세스 가스가 도입되고, 각각의 경우에 제2 가스 흡기 영역들을 통해 프로세스 챔버 내로 제2 프로세스 가스가 도입되는 것을 특징으로 하는데, 전술한 유기금속 화합물들 중의 하나를 제1 프로세스 가스가 함유하고, 전술한 수소화물들 중의 하나를 제2 프로세스 가스가 함유한다. 캐리어 가스는 수소, 질소 또는 비활성 가스일 수 있다. 성장 표면에 유효하게 과잉으로(in an effective excess) 수소화물을 공급하기 위하여, 500mbar 내지 1,000mbar의 총 압력 하에서, 바람직하게는 약 600mbar의 압력 하에서, 증착 프로세스가 수행된다. 프로세스 챔버 체적의 상반부 내에서, 상기 유동이 릴렉스되고 그리고 프로세스 챔버의 하반부 내에서, 프로세스 가스들이 혼합되어 확산에 의해 실질적으로 기판 표면으로 상기 프로세스 가스들이 이송되도록, 가스 흡기 개구들을 통해 프로세스 챔버 내로 흐르는 질량 유동이 선택된다. 서셉터의 연속 회전으로부터 발생한 균질화(homogenisation)에 의하여, 균일한 코팅이 달성된다. 용인되지 않을(not to be tolerated) 평균 결정 조성으로부터의, 어떠한 국지적 편차들(local deviations)도 존재하지 아니한다. 프로세스 챔버 체적의 상반부 내에서 그리고 프로세스 챔버 체적의 하반부의 상부 영역들 내에서, 서로 상이한 프로세스 가스들이 오직 영역 경계의 영역 내에서만 실질적으로 접촉하게 된다. 오직 이 영역 내에서만, 도입부에서 전술된, 방지되어야 할 부가 생성물들이 형성될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 수단들에 의해, 비록 도입부에서 전술된 클러스터 형성을 경유하는 유해한 손실 메커니즘이 완전하게 회피될 수는 없어도, 상당히 감소될 수는 있다. 이는, 개별 가스 흡기 영역들 사이에 배치된 퍼지 영역들이 없어도 가능하다. 프로세스 챔버의 하부 영역을 향하는 경계에서 처음으로, 영역의 각각의 중심 영역 내의 프로세스 챔버 내로 도입되는, 즉, 각각의 가스 흡기 영역의 두 개의 내부 가스 흡기 개구들을 통하여 도입되는, 프로세스 가스가, 각각의 다른 프로세스 가스와 합류한다. 이러한 합류점에 이를 때까지, 각각의 프로세스 가스가 그리고 특히 유기금속 화합물들이 실제로 하나 이상의 분해의 산물들로 분해된다. 그러나, 기판으로의 단축된 경로 때문에, 잔류 반응 시간은 상당히 감소된다. 상기 반응 시간이 부가 생성물들 및 클러스터들의 형성에 대하여 매우 중요하다는 것을 모델 연산들(model calculations)이 나타낸다. 만약 적합한 수단들로 반응 시간이 감소된다면, 필연적으로, 클러스터링 및 이로 인한 유해한 손실 메커니즘도 함께 감소한다. 그러므로 서셉터의 표면 온도는 전체적으로 1,000ºC보다 특히 1,100ºC보다 클 수 있다. 프로세스 챔버 내로 도입되는 전구체(precursor)의 확산 길이는, 프로세스 조건들에 대해, 즉 적어도 500mbar인 총 압력에 대해 그리고 적어도 500ºC인 가스 온도에 대해, 프로세스 챔버의 길이의 대략 절반이다. 그러므로, 확산 길이의 두 배와 동일하도록 프로세서 챔버 높이가 선택된다.

첨부한 도면들이 참조되어 본 발명의 예시적인 실시예가 아래에 서술될 것이다:
도 1은 반응기 하우징 내에 배치된 프로세스 챔버를 통한 개략적인 횡단면을 도시한다.
도 2는 가스 흡기 요소(5)의 가스 흡기 표면의 아래로부터의 본 도면이다,
도 3은 상기 프로세스 챔버의 횡단면의 확대부(도 1의 III-III)를 도시한다.
도 4는 가스 혼합 시스템을 포함하는 CVD 반응기의 개략적인 레이아웃을 도시한다.

도 4는 본 발명에 따른 방법이 수행될 수 있는, 본 발명에 따른 CVD 반응기의 개략적인 레이아웃을 도시한다. 참조 번호 19에 의해 지시된 상기 반응기 하우징(19)이 환경에 대하여 기밀식으로 프로세스 챔버(1)를 캡술화하고, 상기 프로세스 챔버(1)는 가스 흡기 요소(5) 및 서셉터(2) 사이에서 연장된다. 두 개 이상의 공급 라인들(9, 10)을 거쳐, 프로세스 챔버(1) 내로 프로세스 가스들이 도입된다. 프로세스 가스들을 운송하는 캐리어 가스가 가스 배기 고리(gas outlet annulus)(18)를 통하여 반응 생성물들과 함께 프로세스 챔버(1) 밖으로 나오고, 그리고 배출 라인들(discharge lines)(도시되지 않음)을 통하여 CVD 반응기 하우징(19) 밖으로 나온다.

가스 혼합 시스템(20)에 의하여 제1 공급 라인(9) 및 제2 공급 라인(10)이 공급된다. 가스 혼합 시스템(20)은, 제1 프로세스 가스를 형성하는, 유기금속 화합물에 대한 저장소를 포함한다. 제1 프로세스 가스는 TMGa, TMIn 또는 TMAI일 수 있다. 저장소(22) 내에 홀딩된 제2 프로세스 가스는, 예를 들어 아르신, 포스핀 또는 암모니아와 같은 수소화물이다. 유기금속 화합물들을 홀딩하는 저장소(23)는, 캐리어 가스가 흐르는 세척통(washing bottle)의 형태를 가질 수 있다. 저장소(24) 내에, 특히 중심부에 저장되는 캐리어 가스는, 수소, 질소 또는 비활성 기체의 형태를 가진다. 질량 유동 제어기들(21)을 그리고 상류 또는 하류에 배열된 밸브들을 이용하여, 각각의 공급 라인(9, 10) 내로, 캐리어 가스와 함께 두 개의 프로세스 가스들이 계량된 방식으로(in a metered manner) 공급된다.

도 1로부터 명료해지는 바와 같이, 각각의 제1 공급 라인들(9) 및 제2 공급 라인들(10)은 다양한 방식으로 분기하는데, 제1 공급 라인(9)을 통해 가스 흡기 요소(5)의 복수의 제1 분배 챔버들(7)에 제1 프로세스 가스가 공급되는 방식으로, 그리고 제2 공급 라인(10)을 통해 가스 흡기 요소(5)의 복수의 제2 분배 챔버들(8)에 제2 프로세스 가스가 공급되는 방식으로 분기한다.

가스 흡기 요소(5)는, 평면적으로 보았을 때 원형의 형태를 가지고, 상기 가스 흡기 요소(5)의 표면 위에 균일하게 분배된 복수의 가스 흡기 개구들(13, 14)을 구비하는 밑면(underside)(6)을 포함한다. 도 2로부터 명료해지는 바와 같이, 가상적인 정사각형들의 코너 점들에 개별 가스 흡기 개구들(13, 14)이 놓인다.

가스 흡기 개구들(13, 14)은 서로 상이한 가스 흡기 영역들(11, 12)과 연관된다. 상이한 두 종류의 가스 흡기 영역들(11, 12)은, 각각 개별적으로 연관된 제1 분배 챔버(7) 및 제2 분배 챔버(8)를 구비한다. 제1 종 가스 흡기 영역들(11)을 통하여 프로세스 챔버(1) 내로, 캐리어 가스 내에 용해된 제1 프로세스 가스가 독점적으로 유입된다. 제2 종 가스 흡기 영역들(12)을 통하여 프로세스 챔버(1) 내로, 캐리어 가스와 함께 제2 프로세스 가스가 독점적으로 유입된다. 제1 종 및 제2 종의 가스 흡기 영역들(11, 12)은 스트립들의 또는 밴드들의 형태로 제공된다. 가스 흡기 영역들(11, 12)은 서로 번갈아 배치되는데, 두 개의 가장 바깥쪽에 위치된 가스 흡기 영역들(11, 12)까지, 두 개의 제2 종 가스 흡기 영역들(12)에 각각의 제1 종 가스 흡기 영역(11)이 인접하고, 두 개의 제1 종 가스 흡기 영역들(11)에 각각의 제2 종 가스 흡기 영역(12)이 인접하는 방식으로 배치된다. 다른 하나로부터 서로 상이한 두 개의 분배 챔버들(7, 8)을 분리하는, 분할 벽들(dividing walls)(15) 아래에서, 서로 상이한 두 개의 가스 흡기 영역들(11, 12) 사이의 영역 경계선(16)이 이어지고, 또한 스트립의 또는 밴드의 형태로 상기 영역 경계선(16)이 서로의 옆에 이어진다.

가스 흡기 요소(5)의 가스 흡기 표면(6)의 한쪽 가장자리로부터 가스 흡기 요소(5)의 가스 흡기 표면(6)의 다른 쪽 가장자리까지, 중단 없이 바로, 서로 평행하게 이어지면서 가스 흡기 영역들(11, 12)이 확장된다. 이러한 도중에, 하나의 분할 벽(15)이 그리고 상기 벽에 의해 정의된 영역 경계선(16)이 가스 흡기 표면(6)의 중심(M)을 통과하도록, 분할 벽들(15)이 배열된다. 그러므로 서로 상이한 두 개의 가스 흡기 영역들(11, 12)의 측면에 상기 가스 흡기 표면(6)의 중심(M)이 배치되는데, 이러한 가스 흡기 영역들(11, 12)이 가장 긴 흡기 영역들이다. 두 개의 가장 짧은 흡기 영역들(11, 12)은 가스 흡기 표면(6)의 가장 바깥쪽의 가장자리에 있다. 일 실시예에서, 상기 가스 흡기 표면(6)은 디스크형일 수 있고, 가스 흡기 요소(5)의 디스크형 가스 흡기 표면(6)의 중심(M)을 통하여, 제1 가스 흡기 영역(11) 및 제2 가스 흡기 영역(12)의 영역 경계선(16)이 이어질 수 있다.

제1 종 가스 흡기 개구들(13) 및 제2 종 가스 흡기 개구들(14)의 직경은 대략 0.6mm이고, 상기 개구들은 서로 동일하게 구성된다. 가스 흡기 개구들(13, 14)은 서로로부터 대략 2.6mm 만큼의 간격을 둔다. 가스 흡기 영역들(11, 12)의 길이는 가변적이다. 그러나 상기 가스 흡기 영역들(11, 12)의 폭은 동일하다. 각각의 가스 흡기 영역(11, 12)의 네 개의 가스 흡기 개구들(13, 14)이 나란하게 놓이도록, 가스 흡기 영역들(11, 12)의 폭이 선택된다. 따라서 두 개의 가스 흡기 개구들(13, 14) 사이의 간격(D)의 네 배와 가스 흡기 영역(11, 12)의 폭(W)이 동일하다. 가스 흡기 영역들(11, 12)의 길이 방향을 횡단하여(transverse) 나란하게 놓인, 가스 흡기 개구들(13, 14)의 개수에 의하여, 각각의 가스 흡기 영역(11, 12)의 폭이 실질적으로 정의된다.

가스 흡기 영역들(11, 12) - 상기 가스 흡기 영역들을 통해 서로 상이한 프로세스 가스들이 흐름 - 은 서로 직접적으로 인접하는 것이 바람직한 것으로 간주된다. 퍼지 가스 개구들(purge gas openings) - 상기 퍼지 가스 개구들을 통해 불활성 가스가 프로세스 챔버(1) 내로 도입됨 - 이 제1 종 가스 흡기 개구들(13) 및 제2 종 가스 흡기 개구들(14) 사이에 제공되는 것이 필수적인 것은 아니다.

가스 흡기 요소(5)에 평행하게 배열된 서셉터(2)는, 복수의 기판들(4)이 배치된 상부 표면(3)을 포함한다. 상기 상부 표면(3)에서, 흑연으로 구성된 원형의 서셉터(2) 상에 가능한 최대로 빽빽하게 팩킹된 채로, 상기 기판들(4)이 지지될 수 있다. 구동 수단(도시되지 않음)에 의하여, 가스 흡기 요소(5)의 중심(M)을 지나가는 회전축(17)을 중심으로, 서셉터(2)가 회전 구동될 수 있다. 또한 회전 구동되는 지지 디스크들 상에 개별 기판들(4)이 놓일 수 있다.

개별 가스 흡기 영역들(11, 12)의 두 개의 내부 개구들(13, 14) 밖으로 유출되는 프로세스 가스들이, 초기에 하반부 내로 유입되고 그리고 바람직하게는 단지 프로세스 챔버(1) 체적의 하반부의 하부 영역 내에서만 각각의 다른 프로세스 가스와 접촉하게 되도록, 프로세스 챔버(1)의 높이(H)가, 즉 바닥(3)과 천장(6) 사이의 간격이, 선택된다. 따라서 프로세스 챔버(1)의 상반부 내에서, 오직 각각 영역 경계선(16)에 각각 인접하는 가스 흡기 개구들(13, 14) 밖으로 유출된 프로세스 가스들만이 서로 혼합된다. 따라서 영역 경계선(16) 주위의 인접한 영역으로 부가 생성물들의 형성이 제한된다. 캐리어 가스 내에 용해된 프로세스 가스의 확산 길이의 두 배와 프로세스 챔버(1)의 높이(H)가 동일한 것이 최적이다. 프로세스 챔버 내에서의 총 압력은 500mbar 및 1,0000mbar 사이의 범위이고, 바람직하게는 대략 600mbar이다. 기판 온도는 대략 1,100ºC이다. 프로세스 챔버 천장(6)의 표면 온도는 500ºC 보다 다소 크거나 600ºC 보다 다소 크다. 상기 온도는, 부가 생성물 형성 온도가 의존하는, 프로세스 가스들의 조성에 따르는데, 이는 500ºC로부터 600ºC까지의 범위이다. 그러나 동적 성장(kinetic growth)을 위하여, 프로세스 챔버 천장(6)의 온도는 성장-온도 한계치 아래로 유지되는데, 이는 프로세스 가스들에 따라, 850ºC 및 900ºC 사이의 범위이다. 일 실시예에서, 오직 프로세스 챔버(1)의 하반부 내에서만 서로 상이한 제1 및 제2 프로세스 가스들의 완전한 혼합이 이루어지도록, 상기 프로세스 가스들과 함께 각각의 가스 흡기 영역들(11, 12)을 통해 상기 프로세스 챔버(1) 내로 도입되는 캐리어 가스의 질량 유량이 선택될 수 있다.

이러한 요건들을 충족시키기 위하여, 프로세스 챔버(1)의 높이(H)는, 가스 흡기 영역들(11, 12)의 폭(W)의 값과 대략적으로 동일하다. 일 실시예에서, 직접적으로 인접하는 두 개의 또는 복수의 가스 흡기 개구들(13, 14)의 간격(D)은, 프로세스 챔버(1)의 높이(H) 및 상기 높이(H)에 대략적으로 상응하는 각각의 가스 흡기 영역(11, 12)의 폭(W)의 대략 사분의 일일 수 있다. 모든 가스 흡기 영역들(11, 12)은 대략 10.4mm의 동일한 폭(W)을 가진다. 예시적인 실시예에서, 프로세스 챔버(1)는 11mm의 높이를 가진다. 가스 배기 고리(18)에 의해 둘러싸인 프로세스 챔버(1)의 직경은 대략 32cm이다. 이로써, 대략 900cm³의 반응기 체적이 얻어진다. 프로세스 챔버(1)의 상반부 내에 부가 생성물들이 형성될 수 있는 체적이 약 40 cm³로 감소된다. 그러나, 프로세스 챔버(1) 체적의 하부 영역 내에서 온전한 혼합이 요구되기 때문에, 가스 흡기 영역들(11, 12)의 중앙 영역 내에도 부가 생성물들이 생성될 수 있다. 하지만 부가 생성물들은 기판(4)의 표면까지에 이르는, 단지 짧은 경로 길이를 가지고 이로써 단지 매우 짧은 반응 시간만을 가지므로, 클러스터링이 효율적으로 감소된다.

여기에 나타난 모든 기술적 특징은 (그 자체로) 본 발명과 관련된다. 또한 이로써, 관련된/첨부된 우선권 서류들(우선권 출원의 복사본)에 개시된 내용은, 이 서류들의 기술적 특징을 포함하기 위해 본 출원의 청구항 내에 포함되면서, 본 출원의 개시된 내용에 모두 포함된다. 종속항들은, 그 선택적으로 종속되는 공식화(formulation)에 있어서, 특히 이들 청구항들에 기초하여 분할출원을 하기 위한 목적으로 종래 기술의 독립적인 본 발명에 따른 개량을 특징으로 한다.

Claims

프로세스 챔버(1)를 구비하는 CVD 반응기로서:
상기 프로세스 챔버(1)의 바닥(3)은, 레이어로 코팅될 기판들(4)을 수용하기 위한 서셉터(2)에 의해 형성되고,
상기 프로세스 챔버(1)의 천장(6)은,
전체적인 표면 위에 균일하게 분포된 복수의 가스 흡기 개구들(13, 14)을 포함하는, 가스 흡기 요소(5)의 밑면(underside)에 의하여 형성되고,
상기 가스 흡기 개구들(13, 14)은, 길이 방향으로 서로 평행하게 연장하는 스트립 형태의 제1 및 제2 가스 흡기 영역들(11, 12)로 나누어지고,
상기 프로세스 챔버(1) 내로 제1 프로세스 가스를 도입시키기 위하여, 공통의 제1 프로세스-가스 공급 라인(9)에 제1 가스 흡기 영역(11)의 상기 가스 흡기 개구들(13)이 연결되고,
상기 프로세스 챔버(1) 내로 제2 프로세스 가스를 도입시키기 위하여, 상기 제1 프로세스-가스 공급 라인(9)과 상이한 공통의 제2 프로세스-가스 공급 라인(10)에 제2 가스 흡기 영역(12)의 상기 가스 흡기 개구들(14)이 연결되고,
상기 제1 및 제2 가스 흡기 영역들(11, 12)은 서로 옆에 번갈아 놓이고,
제1 및 제2 가스 흡기 영역(11, 12) 각각은, 상기 제1 및 제2 가스 흡기 영역들(11, 12)의 길이 방향을 횡단하도록(transverse) 나란하게 놓인 복수의 가스 흡기 개구들(13, 14)을 포함하고,
서로 상이한 상기 제1 및 제2 프로세스 가스들의 완전한 혼합이 오직 상기 프로세스 챔버(1)의 하반부에서만 이루어지도록, 직접적으로 인접하는 두 개의 가스 흡기 개구들(13, 14)의 간격(D)은, 상기 프로세스 챔버(1)의 높이(H)의 그리고 상기 높이(H)에 상응하는 각각의 가스 흡기 영역(11, 12)의 폭(W)의 사분의 일인,
CVD 반응기.
제1 항에 있어서,
상기 천장(6) 및 상기 바닥(3)은 원형인 형태를 가지고,
회전축(17)에 대해 상기 서셉터(2)가 회전 가능한 것을 특징으로 하는,
CVD 반응기.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
가스 흡기 요소(5)의 디스크형 가스 흡기 표면(6)의 중심(M)을 통하여, 제1 가스 흡기 영역(11) 및 제2 가스 흡기 영역(12)의 영역 경계선(16)이 이어지고,
상기 중심(M)을 통하여 상기 서셉터(2)의 회전축(17)이 이어지는 것을 특징으로 하는,
CVD 반응기.
제1 항에 있어서,
열(列)의 방식으로 일렬로 나란하게 놓인, 상기 흡기 개구들(13, 14)의 간격은 2.6mm인 것을 특징으로 하는,
CVD 반응기.
제1 항에 있어서,
상기 프로세스 챔버(1)의 높이(H)는 11mm인 것을 특징으로 하는,
CVD 반응기.
제1 항에 있어서,
상기 프로세스 챔버(1)의 직경은 300mm보다 큰 것을 특징으로 하는,
CVD 반응기.
프로세스 챔버(1) 내의 기판(4) 상에 레이어를 증착시키기 위한 방법으로서:
기판(4)이 놓이는 서셉터(2)에 의해 상기 챔버의 바닥(3)이 형성되고,
상기 프로세스 챔버(1)의 천장(6)은, 전체적인 표면 위에 균일하게 분포된 복수의 가스 흡기 개구들(13, 14)을 포함하는, 가스 흡기 요소(5)의 밑면(underside)에 의하여 형성되고,
상기 가스 흡기 개구들(13, 14)이 길이 방향으로 서로 평행하게 연장하는 스트립 형태의 제1 및 제2 가스 흡기 영역들(11, 12)로 나누어지며,
제1 가스 흡기 영역(11)의 상기 가스 흡기 개구들(13)이 상기 프로세스 챔버(1) 내로 제1 프로세스 가스를 도입시키는 공통의 제1 프로세스-가스 공급 라인(9)에 연결되고,
제2 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버(1) 내로 도입시키는, 상기 제1 가스 프로세스-가스 공급 라인(9)과 상이한 공통의 제2 프로세스-가스 공급 라인(10)에 제2 가스 흡기 영역(12)의 상기 가스 흡기 개구들(14)이 연결되고, 그리고
상기 제1 및 제2 가스 흡기 영역들(11, 12)은 서로 옆에 번갈아 놓이는,
기판 상에 레이어를 증착시키기 위한 방법에 있어서,
상기 가스 흡기 개구들(13, 14)의 서로로부터의 간격(D), 상기 프로세스 챔버(1)의 높이(H), 각각의 가스 흡기 영역(11, 12)의 폭(W), 그리고 500mbar 내지 1,000mbar 범위의 총 압력에 대하여,
서로 상이한 상기 제1 및 제2 프로세스 가스들의 완전한 혼합이 오직 상기 프로세스 챔버(1)의 하반부에서만 이루어지도록, 상기 프로세스 가스들과 함께 각각의 가스 흡기 영역(11, 12)을 통해 상기 프로세스 챔버(1) 내로 도입되는 캐리어 가스의 질량 유량이 선택되고,
공통의 가스 흡기 영역에 할당된, 그리고 상기 가스 흡기 영역들(11, 12)의 길이 방향을 횡단하도록 나란하게 놓인, 복수의 가스 흡기 개구들(13, 14)의 간격(D)은, 상기 프로세스 챔버(1)의 높이(H)의 사분의 일이고,
각각의 가스 흡기 영역(11, 12)의 상기 폭(W)은 상기 높이(H)에 상응하는 것을 특징으로 하는,
레이어를 증착시키기 위한 방법.
제7 항에 있어서,
상기 제1 프로세스 가스는 유기금속 화합물인 것을 특징으로 하는,
레이어를 증착시키기 위한 방법.
제7 항 또는 제8 항에 있어서,
상기 제2 프로세스 가스는 수소화물인 것을 특징으로 하는,
레이어를 증착시키기 위한 방법.
제7 항에 있어서,
상기 가스 흡기 개구들(13. 14)을 포함하는 가스 흡기 요소(5)의 가스 흡기 천장(6)은, 상기 제1 및 제2 프로세스 가스들의 부가 생성물 형성 온도보다 높은 온도를 갖는 것을 특징으로 하는,
레이어를 증착시키기 위한 방법.