KR102076087B1 - 불순물 적층 에피택시를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시물의 실시예들은 반도체 기판을 처리하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 프로세스 챔버를 포함하고, 프로세스 챔버는 기판을 지지하기 위한 기판 지지체; 하부 돔; 하부 돔에 대향하는 상부 돔; 및 프로세스 챔버의 측벽 내에 배치된 복수의 가스 주입구를 갖는다. 이 장치는 복수의 가스 주입구를 통해 프로세스 챔버에 결합된 가스 전달 시스템을 포함하고, 가스 전달 시스템은 하나 이상의 화학종을 제1 유체 라인을 통해 복수의 가스 주입구로 제공하는 가스 도관; 하나 이상의 도펀트를 제2 유체 라인을 통해 복수의 가스 주입구로 제공하는 도펀트 소스; 및 제2 유체 라인과 프로세스 챔버 사이에 배치된 고속 스위칭 밸브를 포함하고, 고속 스위칭 밸브는 프로세스 챔버와 배기부 사이에 하나 이상의 도펀트의 유동을 스위칭한다.

Description

불순물 적층 에피택시를 위한 장치{APPARATUS FOR IMPURITY LAYERED EPITAXY}
본 개시물의 실시예들은 일반적으로 기판 처리 챔버에서 이용하기 위한 고속 스위칭 밸브들에 관한 것이다.
불순물들의 하나의 모노레이어(monolayer) 또는 서브-모노레이어(sub-monolayer)로 도핑된 실리콘 게르마늄(SiGe), 실리콘 게르마늄 탄소(SiGeC), 실리콘 탄화물(SiC) 또는 게르마늄 탄화물(GeC) 막들과 같은 고품질의 실리콘-함유 막들의 에피택셜 성장은 에피택셜 층들 간에 그리고 퇴적 간에 불순물의 반복가능한 투여를 종종 필요로 한다. 이러한 퇴적 프로세스는 종종 각각의 에피택셜 층의 퇴적 이후에 그리고 각각의 불순물 투여 이후에 긴 퍼지를 수반하여, 퇴적 프로세스를 느리게 하고, 생산에 적합하지 않게 한다.
챔버 설계가 에피택시 성장에서 막 품질에 직접적으로 영향을 미치기 때문에, 불순물들의 서브-모노레이어의 고속 투여 능력, 및 에피택셜 퇴적과 불순물 투여 사이의 고속 퍼징을 제공하는 퇴적 장치가 필요하다.
본 명세서에 설명된 본 개시물의 실시예들은 일반적으로 기판 처리 챔버에서 이용하기 위한 고속 스위칭 밸브들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 반도체 기판을 처리하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 프로세스 챔버를 포함하고, 프로세스 챔버는 기판을 지지하기 위해 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 지지체; 하부 돔; 하부 돔에 대향하는 상부 돔; 및 프로세스 챔버의 측벽 내에 배치된 복수의 가스 주입구를 포함하고, 복수의 가스 주입구는 기판의 직경에 대응하는 실질적 선형 배열로 구성된다. 이 장치는 복수의 가스 주입구를 통해 프로세스 챔버에 결합된 가스 전달 시스템을 또한 포함하고, 가스 전달 시스템은 하나 이상의 화학종을 제1 유체 라인을 통해 복수의 가스 주입구로 제공하도록 구성된 가스 도관; 하나 이상의 도펀트를 제2 유체 라인을 통해 복수의 가스 주입구로 제공하도록 구성된 도펀트 소스; 및 제2 유체 라인과 프로세스 챔버 사이에 배치된 고속 스위칭 밸브를 포함하고, 고속 스위칭 밸브는 프로세스 챔버와 배기부(exhaust) 사이에 하나 이상의 도펀트의 유동을 스위칭하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 기판을 처리하기 위한 프로세스 챔버가 제공된다. 프로세스 챔버는 기판을 지지하기 위해 프로세스 챔버 내에 배치된 회전가능한 기판 지지체; 상대적으로 기판 지지체의 아래에 배치된 하부 돔; 상대적으로 기판 지지체의 위에 배치된 상부 돔 - 상부 돔은 하부 돔에 대향함 -; 상부 돔과 하부 돔 사이에 배치된 링 바디 - 상부 돔, 링 바디 및 하부 돔은 기판 처리 챔버의 내부 용적을 일반적으로 정의하고, 링 바디는, 기판의 직경에 일반적으로 대응하는 폭을 갖는 적어도 하나의 선형 그룹으로 배열되는 복수의 가스 주입구를 가짐 -; 및 복수의 가스 주입구를 통해 프로세스 챔버에 결합된 가스 전달 시스템을 포함하고, 가스 전달 시스템은 제1 세트의 화학종을 제1 유체 라인을 통해 복수의 가스 주입구로 제공하도록 구성된 제1 가스 도관; 제1 도펀트들을 제2 유체 라인을 통해 복수의 가스 주입구로 제공하도록 구성된 제1 도펀트 소스; 및 제2 유체 라인과 프로세스 챔버 사이에 배치된 고속 스위칭 밸브를 포함하고, 고속 스위칭 밸브는 프로세스 챔버와 배기부 사이에 제1 도펀트들의 유동을 스위칭하도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 장치는 프로세스 챔버를 포함하고, 프로세스 챔버는 기판을 지지하기 위한 기판 수용 표면을 갖는 기판 지지체; 상대적으로 기판 지지체의 아래에 배치된 하부 돔 - 하부 돔은 스템 부분(stem portion), 주변 플랜지, 및 스템 부분과 주변 플랜지를 연결하도록 방사상으로 연장되는 저부를 포함하고, 저부는 기판 지지체의 기판 수용 표면에 대하여 약 8° 내지 약 16°의 각도로 이루어짐 -; 상대적으로 기판 지지체의 위에 배치된 상부 돔 - 상부 돔은 하부 돔에 대향하고, 상부 돔은 중앙 윈도우 부분, 및 중앙 윈도우 부분을 지지하기 위한 주변 플랜지를 포함하고, 주변 플랜지는 중앙 윈도우 부분의 둘레 주위에서 중앙 윈도우 부분에 맞물리고, 중앙 윈도우 부분은 기판 지지체의 기판 수용 표면에 대하여 약 8° 내지 약 16°의 각도를 형성함 -; 및 하부 돔에 인접하여 하부 돔 아래에 배치된 램프들의 어레이를 포함한다. 이 장치는 복수의 가스 주입구를 통해 프로세스 챔버에 결합된 가스 전달 시스템을 또한 포함하고, 가스 전달 시스템은 하나 이상의 화학종을 제1 유체 라인을 통해 복수의 가스 주입구로 제공하도록 구성된 가스 도관; 하나 이상의 도펀트를 제2 유체 라인을 통해 복수의 가스 주입구로 제공하도록 구성된 도펀트 소스; 및 제2 유체 라인과 프로세스 챔버 사이에 배치된 고속 스위칭 밸브를 포함하고, 고속 스위칭 밸브는 프로세스 챔버와 배기부 사이에 하나 이상의 도펀트의 유동을 스위칭하도록 구성된다.
위에서 언급된 본 개시물의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시물의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시물은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시물의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1a는 본 개시물의 일 실시예에 따른 후면(backside) 가열 프로세스 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 프로세스 챔버의 개략적인 상부 단면도이다.
도 2는 본 개시물의 일 실시예에 따른 예시적인 가스 전달 시스템을 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에서 유리하게 통합될 수 있을 것으로 고려된다.
다음의 설명에서, 설명을 목적으로, 본 개시물의 철저한 이해를 제공하기 위해서 다수의 특정 상세가 제시된다. 일부 경우에, 본 개시물을 모호하게 하는 것을 회피하기 위해서, 잘 알려진 구조들 및 디바이스들은 상세하게 도시되는 것이 아니라 블록도 형태로 도시된다. 이 실시예들은 관련 기술분야의 통상의 기술자가 본 개시물을 실시할 수 있게 할 정도로 충분히 상세하게 설명되고, 다른 실시예들이 이용될 수 있다는 것, 및 본 개시물의 범위로부터 벗어나지 않으면서 논리적, 기계적, 전기적 및 다른 변경들이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
예시적인 프로세스 챔버
도 1a는 일 실시예에 따른 예시적인 후면 가열 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도를 도시한다. 일반적으로, 프로세스 챔버(100)는, 기판(108)의 상부 표면 상의 재료의 에피택셜 퇴적을 포함하여, 하나 이상의 기판을 처리하는데 이용될 수 있다. 프로세스 챔버(100)는, 다른 컴포넌트들 중에서, 프로세스 챔버(100) 내에 배치된 기판 지지체(106)의 후면(104)을 가열하기 위한 복사 가열 램프들(102)의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복사 가열 램프들의 어레이는 대안적으로 또는 부가적으로 상부 돔(128) 위에 배치될 수 있다. 기판 지지체(106)는 도시된 바와 같이 디스크형 기판 지지체(106)일 수 있거나, 또는 램프들(102)의 열 복사에 대한 기판의 노출을 용이하게 하기 위해 기판을 기판의 에지로부터 지지하는, 중앙 개구를 갖는 링형 기판 지지체(107)일 수 있다.
기판 지지체(106)는 프로세스 챔버(100) 내에서 상부 돔(128)과 하부 돔(114) 사이에 위치된다. 상부 돔(128), 하부 돔(114), 및 상부 돔(128)과 하부 돔(114) 사이에 배치된 베이스 링(136)은 프로세스 챔버(100)의 내부 영역을 일반적으로 정의한다. 기판(108)(일정한 비례로 되어 있지 않음)은 로딩 포트(도시되지 않음)를 통해 프로세스 챔버(100) 내로 이동되어 기판 지지체(106) 상에 위치될 수 있으며, 이 로딩 포트는 도 1a에서는 기판 지지체(106)에 의해 가려져 있다. 기판 지지체(106)는 상승된 처리 위치에 있는 것으로 도시되어 있지만, 리프트 핀들(105)이 중앙 샤프트(132) 및 기판 지지체(106) 내의 홀들을 통과하여 하부 돔(114)에 접촉하고, 기판(108)을 기판 지지체(106)로부터 상승시키는 것을 허용하기 위해서 액추에이터(도시되지 않음)에 의해 처리 위치 아래에 있는 로딩 위치까지 수직으로 이동할 수 있다. 다음에, 로봇(도시되지 않음)이 프로세스 챔버(100)에 들어가서, 기판(108)에 맞물리고, 로딩 포트를 통하여 프로세스 챔버로부터 기판을 제거할 수 있다. 다음에, 기판 지지체(106)는, 기판(108)의 디바이스 측(116)을 위로 향하게 한 채로 기판을 기판 지지체(106)의 정면(front side)(110) 상에 배치하기 위해서 처리 위치까지 상향으로 작동될 수 있다.
기판 지지체(106)는, 처리 위치에 위치되어 있는 동안, 프로세스 챔버(100)의 내부 용적을, 기판 위에 있는 프로세스 가스 영역(156) 및 기판 지지체(106) 아래에 있는 퍼지 가스 영역(158)으로 분할한다. 기판 지지체(106)는, 프로세스 챔버(100) 내에서의 열 및 프로세스 가스 유동의 공간적 비정상(thermal and process gas flow spatial anomalies)의 영향을 최소화하고, 그에 의해 기판(108)의 균일한 처리를 용이하게 하기 위해서, 처리 동안 중앙 샤프트(132)에 의해 회전된다. 기판 지지체(106)는 중앙 샤프트(132)에 의해 지지되고, 중앙 샤프트는 기판(108)의 로딩 및 언로딩 동안에 그리고 일부 경우들에서는 기판(108)의 처리 동안에 기판(108)을 상하 방향(134)으로 이동시킨다. 기판 지지체(106)는, 램프들(102)로부터의 복사 에너지를 흡수하고 이 복사 에너지를 기판(108)에 전도하기 위해서 실리콘 탄화물 또는 실리콘 탄화물로 코팅된 흑연으로 형성될 수 있다.
상부 돔(128)은 열 복사를 통과시키는 중앙 윈도우 부분(199), 및 중앙 윈도우 부분(199)을 지지하기 위한 주변 플랜지(179)를 일반적으로 포함한다. 중앙 윈도우 부분(199)은 대체로 원형의 주변부를 가질 수 있다. 주변 플랜지(179)는 지지 계면(194)을 따라 중앙 윈도우 부분(199)의 둘레 주위에서 중앙 윈도우 부분(199)에 맞물린다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버 내의 처리 가스가 주변 환경으로 빠져 나가는 것을 방지하기 위한 밀봉을 제공하기 위해서, 주변 플랜지(179)는 주변 플랜지(179)와 측벽들 사이에 배치된 O-링(184)에 의해 프로세스 챔버의 측벽들 내에 밀봉된다.
하부 돔(114)은 스템 부분(195), 주변 플랜지(181), 및 스템 부분(195)과 주변 플랜지(181)를 연결하도록 방사상으로 연장되는 저부(192)를 일반적으로 포함한다. 주변 플랜지(181)는 저부(192)의 둘레를 둘러싸도록 구성된다. 주변 플랜지(181)와 저부(192)는, 상부 돔(128) 및 베이스 링(136)과 결합될 때, 프로세스 챔버(100)의 내부 용적을 일반적으로 정의한다. 일반적으로, 상부 돔(128)의 중앙 윈도우 부분(199) 및 하부 돔(114)의 저부(192)는 석영과 같은 광학적으로 투명한 재료(optically transparent material)로 형성된다. 하부 돔(114) 및 상부 돔(128)의 곡률(degree of curvature) 및 두께는 프로세스 챔버에서의 균일한 유동 균일성을 위해 더 평탄한 기하형상(flatter geometry)을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상부 돔(128)의 중앙 윈도우 부분(199)은 기판 지지체(106)의 기판 수용 표면을 정의하는 수평 평면에 대하여 약 8° 내지 약 16°의 각도를 형성할 수 있다. 유사하게, 하부 돔(114)의 저부(192)는 기판 지지체(106)의 기판 수용 표면을 정의하는 수평 평면에 대하여 약 8° 내지 약 16°의 각도로 이루어질 수 있다.
램프들(102)의 어레이와 같은 하나 이상의 램프는, 프로세스 가스가 위로 지나갈 때 기판(108)의 다양한 영역들에서 온도를 독립적으로 제어하여 기판(108)의 상부 표면 상으로의 재료의 퇴적을 용이하게 하기 위해서, 중앙 샤프트(132) 주위에서, 특정된 최적의 원하는 방식으로 하부 돔(114)에 인접하여 하부 돔 아래에 배치될 수 있다. 램프들(102)은 전구들(141)을 포함하도록 구성되고, 약 섭씨 200도 내지 약 섭씨 1600도의 범위 내의 온도로 기판(108)을 가열하도록 구성될 수 있다. 각각의 램프(102)는 전력 분배 보드(도시되지 않음)에 결합되고, 전력 분배 보드를 통하여 각각의 램프(102)에 전력이 공급된다. 램프들(102)은, 예를 들어 램프들(102) 사이에 위치된 채널들(149)에 도입되는 냉각 유체에 의해 처리 동안에 또는 처리 이후에 냉각될 수 있는 램프헤드(145) 내에 위치된다. 부분적으로 램프헤드(145)가 하부 돔(114)에 매우 근접해 있는 것으로 인해, 램프헤드(145)는 하부 돔(114)을 전도 및 복사 냉각한다(conductively and radiatively cool). 램프헤드(145)는 램프들 주위의 반사기들(도시되지 않음)의 벽들 및 램프 벽들을 또한 냉각할 수 있다. 대안적으로, 하부 돔(114)은 관련 산업에서 공지되어 있는 대류식 접근법에 의해 냉각될 수 있다. 애플리케이션에 종속하여, 램프헤드들(145)은 하부 돔(114)과 접촉할 수도 있고 접촉하지 않을 수도 있다.
선택적으로, 원형 쉴드(167)가 기판 지지체(106) 주위에 배치되고, 라이너 어셈블리(163)에 의해 둘러싸일 수 있다. 쉴드(167)는, 프로세스 가스들을 위한 예비가열 구역을 제공하면서, 램프들(102)로부터의 열/광 잡음이 기판(108)의 디바이스 측(116)에 누설되는 것을 방지하거나 최소화한다. 쉴드(167)는 CVD SiC, SiC로 코팅된 소결 흑연(sintered graphite), 성장된 SiC, 불투명 석영, 코팅된 석영, 또는 프로세스 및 퍼징 가스들에 의한 화학적 파손(chemical breakdown)에 저항성이 있는 임의의 유사한 적합한 재료로 이루어질 수 있다.
베이스 링(136)은 프로세스 챔버(100)의 내측 둘레 내에 수용되도록 크기가 정해진 링 바디를 가질 수 있다. 링 바디는, 프로세스 가스 유입구(174) 및 가스 유출구(178) 각각 상의 단측들과 기판 로딩 포트(기판 지지체(106)에 의해 가려짐) 상의 장측을 갖는 대체로 타원(oblong) 형상을 가질 수 있다. 기판 로딩 포트, 프로세스 가스 유입구(174) 및 가스 유출구(178)는 서로에 대하여 약 90°로 각도 오프셋될 수 있다. 베이스 링(136)의 내측 둘레는 라이너 어셈블리(163)를 수용하도록 구성된다. 즉, 라이너 어셈블리(163)는 베이스 링(136)의 내측 둘레 내에 놓이거나 이 내측 둘레에 의해 둘러싸이도록 크기가 정해진다. 라이너 어셈블리(163)는 프로세스 챔버(100)의 금속 벽들로부터 처리 용적(즉, 프로세스 가스 영역(156) 및 퍼지 가스 영역(158))을 차폐한다. 금속 벽들은 프리커서들과 반응하여, 처리 용적에서 오염을 야기시킬 수 있다.
라이너 어셈블리(163)는 단일 바디로서 도시되어 있지만, 라이너 어셈블리(163)는 하나 이상의 라이너를 포함할 수 있다. 라이너 어셈블리(163)는, 하나 이상의 처리 가스를 프로세스 가스 영역(156)에 주입하기 위해 프로세스 가스 공급 소스(172) 및 프로세스 가스 유입구(174)와 유체 연통하는 복수의 가스 통로(109)를 포함할 수 있다. 라이너 어셈블리(163)는 하나 이상의 가스를 퍼지 가스 영역(158)에 주입하기 위한 복수의 가스 통로(129)를 또한 포함할 수 있다.
기판 지지체(106)로부터의 기판(108)의 후면 가열의 결과로서, 기판 지지체 상에서의 온도 측정/제어를 위해 광학 고온계(118)를 이용하는 것이 수행될 수 있다. 광학 고온계(118)에 의한 이러한 온도 측정은 알려지지 않은 방사율을 갖는 기판 디바이스 측(116) 상에서 또한 행해질 수 있는데, 그 이유는 이러한 방식으로 기판 지지체 정면(110)을 가열하는 것이 방사율 독립적이기 때문이다. 결과적으로, 광학 고온계(118)는, 램프들(102)로부터의 최소 배경 복사가 광학 고온계(118)에 직접적으로 도달하는 상태에서, 기판 지지체(106)로부터 전도되는 뜨거운 기판(108)으로부터의 복사만을 감지할 수 있다.
기판(108)으로부터 복사되는 적외광을 다시 기판(108) 상에 반사시키기 위해서 상부 돔(128) 외부에 반사기(122)가 선택적으로 배치될 수 있다. 반사기(122)는 클램프 링(130)을 이용하여 상부 돔(128)에 고정될 수 있다. 반사기(122)는 알루미늄이나 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 반사 효율은, 고반사성 코팅으로, 예컨대 금으로 반사기 영역을 코팅함으로써 개선될 수 있다. 반사기(122)는 냉각 소스(도시되지 않음)에 연결된 하나 이상의 머시닝된 채널(machined channels)(126)을 가질 수 있다. 채널(126)은 반사기(122)의 측부 상에 형성된 통로(도시되지 않음)에 연결된다. 통로는 물과 같은 유체의 유동을 운반하도록 구성되고, 반사기(122)를 냉각하기 위해 반사기(122)의 일부 또는 전체 표면을 커버하는 임의의 원하는 패턴으로 반사기(122)의 측부를 따라 수평으로 이어질 수 있다.
가스 전달 시스템(예를 들어, 도 2의 가스 전달 시스템(200))으로부터 공급된 프로세스 가스(들)는 프로세스 가스 공급 소스(172)에 도입되고, 베이스 링(136)의 측벽에 배치된 프로세스 가스 유입구(174)를 통하여 프로세스 가스 영역(156)으로 도입된다. 프로세스 가스 유입구(174)는 하나 이상의 개별 가스 유동을 전달하기 위한 하나 이상의 가스 주입구(196)(도 1b)를 포함할 수 있다. 프로세스 가스 유입구(174)는 속도, 밀도 또는 조성과 같은 다양한 파라미터들을 갖는 개별 가스 유동들을 제공하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스 가스 공급 소스(172)는, 제1 세트의 가스 주입구들(196)이 제2 세트의 가스 주입구들(196)과는 상이한 프로세스 가스를 제공하도록 구성된다. 프로세스 가스 유입구(174)의 하나 이상의 가스 주입구(196) 각각은 라이너 어셈블리(163)를 통해 형성된 복수의 가스 통로(109) 중 하나에 연결된다. 도 1b에서 더 잘 확인할 수 있는 바와 같이, 가스 주입구들(196)은 실질적으로 기판의 직경을 커버할 정도로 넓은 가스 유동을 제공하도록 라이너 어셈블리(163)(및 그에 따른 베이스 링(136))의 일부를 따라 분포된다. 예를 들어, 가스 주입구들(196)은 기판(108)의 직경에 일반적으로 대응하는 적어도 하나의 선형 그룹으로 가능한 정도로 배열될 수 있다. 복수의 가스 통로(109)는 대체로 방사상 내측 방향으로 프로세스 가스를 지향시키도록 구성된다. 복수의 가스 통로(109) 각각은 프로세스 가스 유입구(174)로부터의 프로세스 가스의 속도, 밀도, 방향 및 위치와 같은 하나 이상의 파라미터를 조정하기 위해 이용될 수 있다. 복수의 가스 통로(109)는, 처리를 위해 프로세스 가스 유입구(174)로부터의 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 가스 영역(156)에 지향시키기 이전에, 이러한 하나 이상의 프로세스 가스를 튜닝한다.
프로세스 동안, 기판 지지체(106)는, 프로세스 가스 유입구(174)에 인접하며 프로세스 가스 유입구와 대략 동일한 높이에 있는 처리 위치에 위치되어, 프로세스 가스가 층류(laminar flow) 방식으로 기판(108)의 상부 표면을 가로질러 유동 경로(173)를 따라 상방으로 그리고 주변으로(up and round) 유동할 수 있게 한다. 프로세스 가스는 프로세스 챔버(100)에서 프로세스 가스 유입구(174)의 반대측에 위치된 가스 유출구(178)를 통하여 (유동 경로(175)를 따라) 프로세스 가스 영역(156)에서 빠져나간다. 가스 유출구(178)를 통한 프로세스 가스의 제거는 가스 유출구(178)에 결합된 배기 시스템(180)에 의해 용이하게 될 수 있다. 프로세스 가스 유입구(174) 및 가스 유출구(178)가 서로에 대해 정렬되고 대략 동일한 높이에 배치되므로, 이러한 평행 배열은, 더 평탄한 상부 돔(128)과 결합될 때, 기판(108)을 가로지르는 대체로 평면의 균일한 가스 유동을 가능하게 한다고 여겨진다. 기판 지지체(106)를 통한 기판(108)의 회전에 의해 추가의 반경방향 균일성이 제공될 수 있다.
유사하게, 퍼지 가스는 가스 전달 시스템(예를 들어, 도 2의 가스 전달 시스템(200))으로부터 퍼지 가스 소스(162)로 공급되고, 그리고 라이너 어셈블리(163)에 형성된 복수의 가스 통로(129)를 통하여 베이스 링(136)의 측벽에 배치된 선택적인 퍼지 가스 유입구(164)를 통해 또는 프로세스 가스 유입구(174)를 통해 퍼지 가스 영역(158)으로 공급될 수 있다. 퍼지 가스 유입구(164)는 프로세스 가스 유입구(174) 아래의 높이에 배치된다. 다른 실시예에서, 퍼지 가스는 프로세스 가스 유입구(174)를 통해 유동할 수 있다. 원형 쉴드(167) 또는 예비가열 링(도시되지 않음)이 이용되는 경우, 원형 쉴드 또는 예비가열 링은 프로세스 가스 유입구(174)와 퍼지 가스 유입구(164) 사이에 배치될 수 있다. 어느 경우에도, 퍼지 가스 유입구(164)는 대체로 방사상 내측 방향으로 퍼지 가스를 지향시키도록 구성된다. 막 형성 프로세스 동안, 기판 지지체(106)는, 퍼지 가스가 층류 방식으로 기판 지지체(106)의 후면(104)을 가로질러 유동 경로(165)를 따라 하방으로 그리고 주변으로(down and round) 유동하도록 하는 위치에 위치될 수 있다. 임의의 특정 이론에 얽매이지 않고, 퍼지 가스의 유동은, 프로세스 가스의 유동이 퍼지 가스 영역(158)에 들어가는 것을 방지 또는 실질적으로 회피하거나, 퍼지 가스 영역(158)(즉, 기판 지지체(106) 아래의 영역)에 들어가는 프로세스 가스의 확산을 감소시키는 것으로 여겨진다. 퍼지 가스는 (유동 경로(166)를 따라) 퍼지 가스 영역(158)에서 빠져나가고, 프로세스 챔버(100)에서 퍼지 가스 유입구(164)의 반대측에 위치되는 가스 유출구(178)를 통하여 프로세스 챔버의 밖으로 배기된다.
유사하게, 퍼징 프로세스 동안, 기판 지지체(106)는 퍼지 가스가 기판 지지체(106)의 후면(104)을 가로질러 측방향으로 유동하는 것을 허용하도록 상승된 위치에 위치될 수 있다.
도 1b는 프로세스 가스 유입구(174)로부터 가스 유출구(178)까지의 유동 경로들을 도시하는 프로세스 챔버(100)의 개략적인 상부 단면도이다. 복수의 가스 통로(109)는 프로세스 가스 공급 소스(172)와 유체 연통하고, 하나 이상의 처리 가스를 프로세스 가스 영역(156)에 주입하도록 구성된다. 복수의 가스 통로(109)는 기판(108) 위를 횡단(crossing)하는 실질적으로 층류 방식으로 유동 경로들(173)을 지향시키기 위해 프로세스 챔버(100)의 내측 둘레 주위에 분포될 수 있다. 일례에서, 복수의 가스 통로(109)는 실질적으로 기판(108)의 직경을 커버할 정도로 넓은 가스 유동을 제공하도록 라이너 어셈블리(163)의 일부를 따라 분포된다. 가스 통로들(109) 각각의 위치, 치수 및 개수는 타깃 유동 패턴을 달성하도록 배열될 수 있다. 배기 개구(191)는 복수의 가스 통로(109)의 반대측에 라이너 어셈블리(163)를 통해 형성된 넓은 개구일 수 있다.
관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 가스 유입구들 또는 유출구의 위치, 크기 또는 개수 등이 기판(108) 상의 재료의 균일한 퇴적을 더 용이하게 하도록 조정될 수 있기 때문에, 복수의 가스 통로(109, 129)는 예시적인 목적으로 도시된 것임을 인식해야 한다.
예시적인 가스 전달 시스템
도 2는 본 개시물의 일 실시예에 따른, 프로세스 가스 공급 소스 및 퍼지 가스 공급 소스, 예컨대 도 1a의 프로세스 가스 공급 소스(172) 및 퍼지 가스 소스(162)에 각각 결합되도록 구성될 수 있는 예시적인 가스 전달 시스템(200)을 도시한다. 가스 전달 시스템은 인클로저(202)를 포함할 수 있다. 인클로저(202)는 화학종을 수용하고/하거나 라우팅하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 화학종은 중앙 설비 소스나 임의의 적합한 가스 소스와 같은 외부 소스로부터 인클로저(202)를 통해 도 1a의 프로세스 챔버(100)로 라우팅될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 화학종은, 예컨대 액체 및/또는 고체 상태로 인클로저(202)에 수용될 수 있으며, 기화 및/또는 승화되어 도 1a의 프로세스 챔버(100)로 라우팅될 수 있다.
인클로저(202)는 화학종과 공존가능한 임의의 적합한 재료들로 이루어질 수 있다. 이러한 재료들은 스테인리스 스틸, 에나멜 페인팅된 스틸 등을 포함할 수 있다. 인클로저(202)는 부분적으로 인클로징될 수 있는데, 예를 들어 인클로저(202)의 내부의 적어도 일부분들을 주변 환경에 노출시키는 개구들 등을 가질 수 있다. 가스 도관들 등과 같은 요소들이 이러한 개구들을 통해 인클로저(202)를 출입할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 개구들은, 아래에 논의되는 바와 같이 인클로저(202)를 통해 퍼지 가스로서 이용하기 위한 대기(atmosphere)를 주변 환경으로부터 견인하는데 이용될 수 있다.
인클로저(202)는 인클로저(202) 내에 배치된 제1 격실(206)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 격실(206)은 제1 세트의 화학종을 운반하기 위한 복수의 제1 도관(208)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 도관(208)은 인클로저(202)의 다른 곳에서, 예컨대 제3 격실(220)에서 유래하고, 제1 세트의 화학종의 적어도 일부를 제1 격실(206)로 운반할 수 있다. 제1 격실(206)에서, 제1 도관들(208) 각각은 하나 이상의 소스 디바이스(212)를 통해 제1 유체 라인(210)에 결합될 수 있다. 소스 디바이스들(212)은, 질량 유동 제어기(mass flow controller) 등과 같은 계량 디바이스, 액체 가스 주입 장치(liquid gas injection apparatus), 또는 액체나 고체 상태로 제1 세트로부터의 하나 이상의 화학종을 포함하는 앰플 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 세트의 화학종은 복수의 제1 도관(208)을 통해 제1 격실(206)에 전달될 수 있고/있거나, 제1 세트의 화학종은 제1 격실(206)에서 유래할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 세트의 화학종 중 하나는 액체 또는 고체 상태로 앰플과 같은 하나 이상의 소스 디바이스(212)에 배치될 수 있고, 복수의 제1 도관(208) 중 하나에 의해 제공되는 제1 세트의 화학종 중 다른 것, 예컨대 캐리어 가스는 앰플을 통과하여, 승화되거나 기화된 화학종을 앰플로부터 제1 도관(208)으로 그리고 제1 유체 라인(210)을 향하여 견인(drawing)할 수 있다. 제1 세트의 화학종은 고체, 액체 또는 기체 상태의 화학종을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 세트의 화학종은 캐리어 가스, 예컨대 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 세트의 화학종은 하나 이상의 Ⅲ족 원소를 포함할 수 있고, 이러한 원소들은 트리메틸 인듐((CH3)3In)(TMI), 트리메틸 알루미늄((CH3)3Al)(TMA), 트리메틸 갈륨((CH3)3Ga)(TMG), 트리에틸 갈륨((CH3CH2)3Ga) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 세트의 화학종은 실질적으로 무독성일 수 있다. 따라서, 제1 격실(206)은 아래에 논의되는 바와 같이 제2 격실(214) 및/또는 제3 격실(220)을 통하는 것보다 제1 격실(206)을 통하는 더 낮은 견인 속도(draw velocity)의 퍼지 가스를 포함할 수 있다.
인클로저(202)는 인클로저(202) 내에 배치된 제2 격실(214)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 격실(214)은 제1 격실(206)에 대하여 격리될 수 있다. 그러나, 이것은 예시적인 설명일 뿐이며, 다른 실시예들도 가능하다. 예를 들어, 제1 격실(206) 및 제2 격실(214)은 서로에 대해 개방될 수 있다(도시되지 않음). 일부 실시예들에서, 제2 격실(214)은 제2 세트의 화학종을 운반하기 위한 복수의 제2 도관(216)을 포함할 수 있다. 복수의 제2 도관(216)은 인클로저(202)의 다른 곳에서, 예컨대 제3 격실(220)에서 유래하고, 제2 세트의 화학종의 적어도 일부를 제2 격실(214)로 운반할 수 있다. 제2 격실(214)에서, 제2 도관들(216) 각각은 하나 이상의 소스 디바이스(212)를 통해 제2 유체 라인(218)에 결합될 수 있다.
제2 세트의 화학종은 복수의 제2 도관(216)을 통해 제2 격실(214)에 전달될 수 있고/있거나, 제2 세트의 화학종은 제1 세트의 화학종에 관하여 위에서 논의된 실시예들과 실질적으로 유사한 방식으로 제2 격실(214)에서 유래할 수 있다. 제2 세트의 화학종은 고체, 액체 또는 기체 상태의 화학종을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 세트의 화학종은 캐리어 가스, 예컨대 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 세트의 화학종은 하나 이상의 Ⅴ족 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ⅴ족 원소들을 포함하는 화학종은 포스핀(PH3), 아르신(AsH3), 3급부틸 포스핀(tertiarybutyl phosphine)((CH3)3C)PH2), 3급부틸 아르신(tertiarybutyl arsine)((CH3)3C)AsH2), 트리메틸 안티모니(trimethyl antimony)((CH3)3Sb) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 세트의 화학종은 제1 세트의 화학종과는 상이할 수 있다.
인클로저(202)는 제3 격실(220)을 포함할 수 있다. 제3 격실(220)은 제1 또는 제2 세트의 화학종으로부터의 적어도 일부 화학종을 인클로저(202) 외부의 위치로부터 수취할 수 있다. 예를 들어, 적어도 일부 화학종은 하나 이상의 가스 소스에 의해, 예를 들어 프로세스 챔버(100)와 함께 이용하기 위해 특정하게 제공되는 가스 소스들로부터 또는 중앙 설비 소스들로부터 제3 격실로 제공될 수 있다. 예를 들어, 적어도 일부 화학종은 복수의 제3 도관(222)에 의해 제3 격실(220)로 제공될 수 있다. 각각의 제3 도관은 외부 위치로부터 인클로저(202)에 들어가고, 제1 또는 제2 세트로부터의 화학종을 운반할 수 있다. 제1 및 제2 도관(208, 216)의 적어도 일부는, 제3 격실(220)에서, 제1 및 제2 격실(206, 214) 각각에 적어도 일부 화학종을 운반하기 위해 주로 인클로저 외부에 배치되는 다른 도관들에 결합될 수 있다. 제1 및 제2 격실(206, 214)과 유사하게, 제3 격실(220)은 고립형 격실이거나, 또는 제1 및 제2 격실(206, 214)에 부분적으로 개방되는 대체로 고립형 격실일 수 있다.
제3 격실(220)은 제3 격실(220) 내에 배치된 복수의 조인트(224)를 포함할 수 있다. 각각의 조인트(224)는 복수의 제3 도관(222) 중 하나를 복수의 제1 및 제2 도관(208, 216) 중 대응하는 것에 결합할 수 있다. 각각의 조인트(224)는 밸브, 커넥터 등 중의 하나 이상일 수 있다.
제1, 제2 및 제3 격실(206, 214, 220)은 프로세스 챔버의 동작 중에 그리고/또는 항상 연속적인 퍼지 가스 유동 하에 유지될 수 있다. 퍼지 가스는 Ar, He 등과 같은 불활성 가스이고, 제1, 제2 및 제3 격실(206, 214, 220) 각각에 공급될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 퍼지 가스는, 격실들(206, 214, 220)에 결합된 배기 시스템 등에 의해 격실들(206, 214, 220)을 통하여 인클로저(202)로 견인되는 주변 대기일 수 있다.
제1, 제2 및 제3 격실 각각은 격실들 각각을 통한 퍼지 가스의 유입구 및 유출구를 위한 별개의 배기 개구들 및 견인 개구들(draw openings)을 가질 수 있다. 대안적으로, 배기 개구들 및/또는 견인 개구들 중 하나 이상은 격실들 사이에 공유될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 격실(206)은 제1 격실(206)을 통해 유동하는 퍼지 가스를 배기하기 위한 제1 배기 유출구(226)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 격실(206)은 퍼지 가스를 제1 격실(206)로 견인하기 위한 제1 견인 개구(228)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 격실(214)은 제2 격실(214)을 통해 유동하는 퍼지 가스를 배기하기 위한 제2 배기 유출구(232)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 격실(214)은 퍼지 가스를 제2 격실(214)로 견인하기 위한 제2 견인 개구(230)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 격실(220)은 제3 격실(220)을 통해 유동하는 퍼지 가스를 배기하기 위한 제3 배기 유출구(236)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 격실(220)은 퍼지 가스를 제3 격실(220)로 견인하기 위한 제3 견인 개구(234)를 포함할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 격실(206, 214, 220)에 대하여 퍼지 가스의 유입구 및 유출구를 위한 개구들의 대안적인 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 견인 개구(228, 230 및 234)는 예를 들어 제1 견인 개구(228)를 제2 및 제3 격실(214, 220)에 결합하는 도관(238)을 갖는 제1 견인 개구(228)와 같은 단일의 견인 개구로 대체될 수 있다. 대안적으로, 제1, 제2 및 제3 격실(206, 214, 220) 각각 및 인클로저(202)의 저부 부분들(도시되지 않음)은 개방될 수 있고/있거나, 예를 들어 퍼지 가스를 견인하기 위해 인클로저(202) 등의 측부 부분들에 배치된 것과 같이 근접 배치된 개구들을 가질 수 있다. 격실들 중 임의의 하나 이상의 격실은 다수의 견인 개구 및/또는 배기 개구를 가질 수 있다고 고려된다.
유사하게, 일부 실시예들에서, 제2 및 제3 가스 격실(214, 220)은 실질적으로 유사한 퍼지 가스 견인 요건을 가질 수 있다. 따라서, 제2 및 제3 배기 유출구(232, 236)는 예를 들어 제3 격실(220)을 제2 배기 유출구(232)에 결합하는 도관(240)으로서 도시된 단일의 배기 개구일 수 있다. 그러나, 이것은 설명을 위한 예일 뿐이며, 제2 및 제3 격실(214, 220)에 대한 단일의 배기 개구의 다른 변형들도 가능할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 격실(206, 214, 220) 각각은 예를 들어 가스 트레이서 시험(gas tracer test) 등을 통과하기 위해 다양한 퍼지 가스 견인 요건을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 세트의 화학종을 라우팅하는 제1 격실(206)은 제2 또는 제3 격실(214, 220)보다 더 낮은 퍼지 가스 견인 요건을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 격실(206)은, 제1 세트의 화학종이 Ⅲ족 원소들을 포함하는 재료들과 같은 실질적으로 무독성의 재료들일 때에 더 낮은 퍼지 가스 견인 요건을 가질 수 있다.
예를 들어, 제2 세트의 화학종을 라우팅하는 제2 격실(214), 및/또는 제1 및 제2 세트의 화학종 양쪽 모두를 라우팅하는 제3 격실(220)은 제1 격실(206)보다 더 높은 퍼지 가스 견인 요건을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 및/또는 제3 격실(214, 220)은, 제2 세트의 화학종이 Ⅴ족 원소들을 포함하는 재료들과 같은 독성 재료들을 포함할 때에 더 높은 퍼지 가스 견인 요건을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 격실(214)을 통하는 퍼지 가스의 견인 속도는 제1 격실(206)을 통하는 퍼지 가스의 견인 속도보다 더 높다. 일부 실시예들에서, 제3 격실(220)을 통하는 퍼지 가스의 견인 속도는 제1 격실(206)을 통하는 퍼지 가스의 견인 속도보다 더 높다.
각각의 격실에서의 퍼지 가스의 견인 속도의 변동은 본 개시물의 하나 이상의 실시예에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 격실은 상이한 용적을 가질 수 있다. 또한, 각각의 배기 유출구(226, 232, 236)는 상이한 배기 시스템(도시되지 않음)에 결합될 수 있으며, 각각의 배기 시스템은 상이한 배기량(exhaust rate)을 갖는다. 대안적으로, 각각의 배기 유출구(226, 232, 236)는 동일한 배기 시스템(180)에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 격실(206, 214, 220)에서의 퍼지 가스의 견인 속도의 변동은 각각의 배기 유출구(226, 232, 236)의 직경을 제어함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제2 격실(214)에서 더 높은 견인 속도를 달성하기 위해서, 제2 배기 유출구(232)는 제1 격실(206)의 제1 배기 유출구(226)보다 더 작을 수 있다. 유사하게, 일부 실시예들에서, 제3 격실(220)에서 더 높은 견인 속도를 달성하기 위해서, 제3 배기 유출구(236)는 제1 격실(206)의 제1 배기 유출구(226)보다 더 작을 수 있다. 격실 용적들, 배기 개구 직경들 및 업스트림 압력 제어의 임의의 적합한 조합이 제1, 제2 및/또는 제3 격실(206, 214, 220)에 대한 견인 속도 및/또는 용적 요건을 제어하기 위해 이용될 수 있다.
가스 전달 시스템(200)은 제1 유체 라인(210)과 프로세스 챔버(100) 사이에 배치된 제1 스위칭 밸브(244)를 포함할 수 있다. 제1 스위칭 밸브(244)는 소스 디바이스들(212)로부터의 하나 이상의 화학종을 프로세스 챔버(100)로 유동시키는 것과 배기 시스템(180)으로 유동시키는 것 사이에서 스위칭할 수 있다. 가스 전달 시스템(200)은 제2 유체 라인(218)과 프로세스 챔버(100) 사이에 배치된 제2 스위칭 밸브(246)를 또한 포함할 수 있다. 제2 스위칭 밸브(246)는 제2 세트로부터의 하나 이상의 화학종을 프로세스 챔버(100)로 유동시키는 것과 배기 시스템(180)으로 유동시키는 것 사이에서 스위칭할 수 있다. 폐쇄 루프 제어 배압(closed loop controlled back pressure)을 촉진시키기 위해서, 예를 들어 스위칭 밸브들(244, 246)을 통해 배기 시스템(180)으로 유동하는 배기 라인들과 프로세스 챔버(100)로 유동하는 퇴적 라인들 사이에 스위칭하는 것으로부터 기인하는 압력 섭동(perturbation)을 제한하기 위해서 프로세스 제어기(도시되지 않음)가 제1 및 제2 유체 라인(210, 218)에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 퇴적 라인들, 배기 라인들 및/또는 유체 라인들(210, 218)은 특정 라인에서의 화학종의 역 스트리밍을 제한 및/또는 방지하도록 연속적으로 스위프될 수 있다(예를 들어, 비반응성 가스의 연속적인 유동을 가질 수 있다). 예를 들어, 각각의 라인의 스위프는, 캐리어 가스, 불활성 가스 등과 같은 비반응성 가스, 예컨대 H2 또는 그와 같은 다른 가스들을 이용하여 수행될 수 있다. 각각의 라인의 스위프를 위해 이용되는 가스들은 위에서 논의된 장치들 중 임의의 것을 이용하여, 예컨대 복수의 제1, 제2 및/또는 제3 도관(208, 216, 222) 중의 도관들을 통해, 또는 대안적으로는 스위프되어야 하는 각각의 라인에 결합된 하나 이상의 지정된 도관(도시되지 않음)을 통해 제공될 수 있다.
제1 및 제2 스위칭 밸브(244, 246) 각각은, 퇴적 균일성과 같은 처리에 악영향을 미칠 수 있는, 프로세스 챔버(100)로의 가스 공급에서의 압력 섭동을 초래하지 않으면서(또는 임의의 이러한 압력 섭동을 최소화하면서) 프로세스 챔버(100)로 상이한 프로세스 가스들을 공급하는 것 간의 고속 스위칭을 허용하는 고속 스위칭 능력을 제공하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 스위칭 밸브(244, 246)는 소스 디바이스(212)로부터의 화학종을 프로세스 가스 공급 소스(172)로 제공하고, 그리고 후속하여 도 1b에 도시된 프로세스 가스 유입구(174)의 하나 이상의 가스 주입구(196)를 통해 프로세스 챔버(100)로 제공하도록 구성될 수 있다.
가스 전달 시스템(200)은 제3 유체 라인(260)에 결합된 제1 도펀트 소스(248)를 포함할 수 있다. 제1 도펀트 소스(248)는 제1 격실(206)에 배치될 수 있거나, 또는 대안적으로는, 예컨대 외부 공급 소스들로부터 제1 및 제2 세트로부터의 화학종을 라우팅하기 위해 위에서 논의된 바와 유사한 장치에 의해, 외부 공급 소스로부터 하나 이상의 도관(도시되지 않음)을 경유하여 제1 격실을 통해 라우팅될 수 있다. 제1 도펀트 소스(248)는 액체 또는 기체 형태의 하나 이상의 제1 도펀트를 제3 유체 라인(260)에 제공할 수 있다. 제3 유체 라인(260)은 제3 스위칭 밸브(262)에 결합되고, 이 스위칭 밸브(262)는 제1 도펀트 소스(248)로부터의 제1 도펀트들을 프로세스 챔버(100)로 유동시키는 것과 배기 시스템(180)으로 유동시키는 것 사이에서 스위칭한다. 하나 이상의 제1 도펀트는 Ⅲ족 원소들과 Ⅴ족 원소들의 반응에 의해 형성된 재료를 도핑하기에 적합할 수 있다. 예시적인 제1 도펀트들은 실란(SiH4), 게르만(GeH4), n형 도펀트들 또는 임의의 다른 원하는 도펀트들을 포함할 수 있다.
가스 전달 시스템(200)은 제4 유체 라인(264)에 결합된 제2 도펀트 소스(250)를 선택적으로 포함할 수 있다. 제2 도펀트 소스(250)는 제1 격실(206)에 배치될 수 있거나, 또는 대안적으로는, 예컨대 외부 공급 소스들로부터 제1 및 제2 세트로부터의 화학종을 라우팅하기 위해 위에서 논의된 바와 유사한 장치에 의해, 외부 공급 소스로부터 하나 이상의 도관(도시되지 않음)을 경유하여 제1 격실을 통해 라우팅될 수 있다. 제2 도펀트 소스(250)는 액체 또는 기체 형태의 하나 이상의 제2 도펀트를 제4 유체 라인(264)에 제공할 수 있다. 제4 유체 라인(264)은 제4 스위칭 밸브(266)에 결합되고, 이 스위칭 밸브(266)는 제2 도펀트 소스(250)로부터의 제2 도펀트들을 프로세스 챔버(100)로 유동시키는 것과 배기 시스템(180)으로 유동시키는 것 사이에서 스위칭한다. 하나 이상의 제2 도펀트는 Ⅲ족 원소들과 Ⅴ족 원소들의 반응에 의해 형성된 재료를 도핑하기에 적합할 수 있다. 예시적인 제2 도펀트들은 브로모트리클로로메탄(CCl3Br), p형 도펀트들 또는 임의의 다른 원하는 도펀트들을 포함할 수 있다.
제1 및/또는 제2 도펀트 소스(248, 250)는 도펀트들과 함께 유동하도록 희석 가스를 부가적으로 제공할 수 있다. 희석 가스는, 아르곤, 크립톤 또는 크세논과 같이, 용이하게 이온화되고 비교적 매시브(massive)하며 화학적으로 불활성인 가스일 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 일부 경우에는 수소 가스가 이용될 수 있다. 희석 가스는, 약 1:1 내지 약 20:1, 예를 들어 약 2:1 내지 약 4:1, 약 4:1 내지 약 6:1, 약 6:1 내지 약 8:1, 약 8:1 내지 약 10:1, 약 10:1 내지 약 12:1, 약 12:1 내지 약 14:1, 약 14:1 내지 약 16:1, 약 16:1 내지 약 18:1, 약 18:1 내지 약 20:1의 희석 가스 용적 유량(volumetric flow rate) 대 도펀트 용적 유량 비를 가질 수 있다.
특정 실시예들에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스위칭 밸브(244, 246, 262, 266)는 바로 프로세스 챔버(100)의 측부에 인접한 주입 위치에 위치하거나 또는 이 위치에 매우 가깝게 위치할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 밸브들(244, 246, 262, 266)은 프로세스 가스 공급 소스(172)에 인접 위치할 수 있다. 제1 및 제2 도펀트 소스(248, 250)에 대한 제3 및/또는 제4 스위칭 밸브(262, 266)는, 도펀트들을 프로세스 챔버(100) 또는 배기 시스템(180)으로 전환하기 위해 선택적으로 개방하도록 독립적으로 동작할 수 있는 고속 스위칭 밸브일 수 있다. 제3 및/또는 제4 스위칭 밸브(262, 266)는, 프로세스 가스 공급 소스(172)로, 예를 들어 도 1b에 도시된 프로세스 가스 유입구(174)의 하나 이상의 가스 주입구(196)로 제1 도펀트들 및 제2 도펀트들의 짧은 펄스형 투여(short pulsed dosing)를 제공하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 설명된 "고속 스위칭 밸브"라는 용어는 2개의 극단의 제어 위치 사이에서 비교적 짧은 시간 내에 조정가능한 밸브를 지칭한다. 최대 개방 유동 단면의 제어 위치와 최소 개방 또는 폐쇄 단면의 제어 위치 사이에서 이러한 고속 동작 밸브는 50㎳ 미만, 또는 20㎳ 미만, 또는 10㎳ 미만, 또는 5㎳ 미만의 스위칭 시간을 갖는다. 제3 및 제4 스위칭 밸브(262, 266)는 각각 약 0.05초 내지 약 20초, 예컨대 약 0.1초 내지 약 3.5초, 예를 들어 약 0.5초 내지 약 1초의 펄스 반복률(pulse repetition rate)로 제1 및 제2 도펀트들을 투여하도록 구성될 수 있다. 일례에서, 제3 및 제4 스위칭 밸브(262, 266)는 에피택셜 프로세스 이전에 그리고/또는 에피택셜 프로세스 동안에 약 0.1초 내지 약 2초 동안 도펀트들을 짧은 펄스형으로 투여하도록 구성될 수 있다. 다양한 예들에서, 짧은 펄스형 투여의 기간은 기판 표면 상에 도펀트들의 모노레이어 또는 서브-모노레이어를 제공하기에 충분해야 한다. 펄스 반복률 또는 짧은 펄스형 투여의 기간은 응용례에 종속하여 변할 수 있다고 고려된다. 요구되는 경우, 제3 및 제4 스위칭 밸브(262, 266)의 펄스 반복률 및/또는 짧은 펄스형 투여의 기간은 서로 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 제3 및 제4 스위칭 밸브(262, 266)를 고속 스위칭 밸브로서 구성하는 것은 고속 및 반복가능한 도펀트들의 투여를 가능하게 하므로, 고품질의 막들의 에피택셜 성장을 보장한다.
가스 전달 시스템(200)은 제1, 제2, 제3 및 제4 유체 라인(210, 218, 260, 264)에 결합된 퍼징 가스 소스(254)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 유체 라인(210, 218, 260, 264) 각각은 각자의 퍼징 가스 소스에 결합될 수 있다. 퍼징 가스 소스(254)는 제1 격실(206)에 배치될 수 있거나, 또는 대안적으로는, 예컨대 외부 공급 소스들로부터 제1 및 제2 세트로부터의 화학종을 라우팅하기 위해 위에서 논의된 바와 유사한 장치에 의해, 외부 공급 소스로부터 하나 이상의 도관(도시되지 않음)을 경유하여 제1 격실을 통해 라우팅될 수 있다. 예를 들어, 퍼징 가스 소스(254)는, 유체 라인들(210, 218, 260, 264), 프로세스 챔버(100) 또는 가스 전달 시스템(200)의 다른 컴포넌트들을 세정하게 위해 이용될 수 있는 퍼징 가스를 제공할 수 있다. 예시적인 세정 가스들은 수소(H2), 염소(Cl2), 염화 수소(HCl), 또는 삼불화 질소(NF3), 또는 삼불화 염소(ClF3)를 포함할 수 있다. 일례에서, 퍼징 가스는 약 30slm 내지 약 50slm의 유량으로 유동할 수 있다.
본 개시물의 이점들은, 다른 것들 중에서, 고속 온도 제어를 위한 램프 가열 요소들, 및 챔버의 측부에 배치된 가스 주입 밸브들을 포함할 수 있는 감소된 압력의 EPI 챔버들에 고속 압력 제어 밸브를 제공한다. EPI 챔버들은 에피택셜 퇴적 가스/프리커서 매니폴드와는 분리된 불순물 소스 주입을 위한 전용 매니폴드를 가질 수 있다. EPI 챔버들은 퇴적과 불순물 투여 사이의 고속 소스 가스 변경을 허용한다. 불순물 매니폴드 및 EPI 퇴적 매니폴드 양쪽 모두를 위한 최종 밸브들은 바로 기판의 측부에 인접 배치된 주입 위치에 있거나 또는 이러한 위치에 가까울 수 있다. 특히, 불순물 매니폴드를 위한 최종 밸브는 기판 표면 상의 서브-모노레이어 커버리지의 짧은 펄스형 투여를 위한 고속 스위칭 밸브이다. 다양한 실시예들에서, EPI 챔버들은 EPI 퇴적과 불순물 투여 사이의 고속 퍼징을 위해 높은 캐리어 퍼지 유동(예를 들어, 30slm-50slm)을 제공할 수 있다. 고속 온도 제어 및 인-시튜 챔버 세정은 불순물 투여 동안의 온도 프로파일 및 반복가능한 투여에 대한 능력을 제공하는데, 이러한 온도 프로파일은 EPI 퇴적 온도와는 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 불순물 소스에는 이중 희석이 제공될 수 있다. 불순물 소스들이 퇴적 소스들과 반응할 수 있는 경우에, 가스 차단 인터록(gas exclusion interlock)이 제공될 수 있다.
전술한 것은 본 개시물의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시물의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 반도체 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    에피택셜 프로세스 챔버; 및
    복수의 가스 주입구를 통해 상기 에피택셜 프로세스 챔버에 결합된 가스 전달 시스템
    을 포함하고,
    상기 에피택셜 프로세스 챔버는,
    상기 에피택셜 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 지지체;
    상대적으로 상기 기판 지지체의 아래에 배치된 하부 돔;
    상대적으로 상기 기판 지지체의 위에 배치된 상부 돔 - 상기 상부 돔은 상기 하부 돔에 대향함 -; 및
    상기 에피택셜 프로세스 챔버의 측벽 내에 배치된 상기 복수의 가스 주입구
    를 포함하고,
    상기 가스 전달 시스템은,
    하나 이상의 화학종을 제1 유체 라인을 통해 상기 복수의 가스 주입구로 제공하기 위한 가스 도관;
    하나 이상의 도펀트를 제2 유체 라인을 통해 상기 복수의 가스 주입구로 제공하기 위한 도펀트 소스; 및
    상기 제2 유체 라인과 상기 에피택셜 프로세스 챔버 사이에 배치된 고속 스위칭 밸브
    를 포함하고, 상기 고속 스위칭 밸브는 상기 에피택셜 프로세스 챔버와 배기부(exhaust) 사이에 상기 하나 이상의 도펀트의 유동을 스위칭하며, 상기 고속 스위칭 밸브는 50ms 미만 동안 상기 에피택셜 프로세스 챔버와 상기 배기부 사이에 상기 하나 이상의 도펀트의 유동을 스위칭하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고속 스위칭 밸브는 0.05초 내지 20초의 펄스 반복률(pulse repetition rate)로 상기 하나 이상의 도펀트의 짧은 펄스형 투여(short pulsed dosing)를 제공하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도펀트 소스는 상기 제2 유체 라인을 통해 상기 복수의 가스 주입구로 희석 가스를 추가로 제공하는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유체 라인과 상기 에피택셜 프로세스 챔버 사이에 배치된 밸브를 더 포함하고, 상기 밸브는 상기 에피택셜 프로세스 챔버와 상기 배기부 사이에 상기 하나 이상의 화학종의 유동을 스위칭하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유체 라인 및 상기 제2 유체 라인에 결합된 퍼징 가스 소스를 더 포함하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유체 라인에 결합된 제1 퍼징 가스 소스; 및
    상기 제2 유체 라인에 결합된 제2 퍼징 가스 소스
    를 더 포함하는 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 희석 가스는 1:1 내지 20:1의 용적 유량(volumetric flow rate) 대 도펀트 용적 유량 비를 갖는, 장치.
  8. 기판을 처리하기 위한 프로세스 챔버로서,
    에피택셜 프로세스 챔버 내에 배치된 회전가능한 기판 지지체;
    상대적으로 상기 기판 지지체의 아래에 배치된 하부 돔;
    상대적으로 상기 기판 지지체의 위에 배치된 상부 돔 - 상기 상부 돔은 상기 하부 돔에 대향함 -;
    상기 상부 돔과 상기 하부 돔 사이에 배치된 링 바디 - 상기 상부 돔, 상기 링 바디 및 상기 하부 돔은 상기 프로세스 챔버의 내부 용적을 일반적으로 정의하고, 상기 링 바디는 적어도 하나의 선형 그룹으로 배열되는 복수의 가스 주입구를 가짐 -; 및
    상기 복수의 가스 주입구를 통해 상기 에피택셜 프로세스 챔버에 결합된 가스 전달 시스템
    을 포함하고,
    상기 가스 전달 시스템은,
    제1 유체 라인;
    제1 세트의 화학종을 상기 제1 유체 라인을 통해 상기 복수의 가스 주입구로 제공하기 위한 제1 가스 도관;
    제2 유체 라인;
    제1 도펀트들을 상기 제2 유체 라인을 통해 상기 복수의 가스 주입구로 제공하기 위한 제1 도펀트 소스; 및
    상기 제2 유체 라인과 상기 에피택셜 프로세스 챔버 사이에 배치된 고속 스위칭 밸브
    를 포함하고, 상기 고속 스위칭 밸브는 상기 에피택셜 프로세스 챔버와 배기부 사이에 상기 제1 도펀트들의 유동을 스위칭하고, 상기 고속 스위칭 밸브는 50ms 미만 동안 상기 에피택셜 프로세스 챔버와 상기 배기부 사이에 상기 제1 도펀트들의 유동을 스위칭하는, 프로세스 챔버.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고속 스위칭 밸브는 0.05초 내지 20초의 펄스 반복률로 상기 제1 도펀트들의 짧은 펄스형 투여를 제공하는, 프로세스 챔버.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 도펀트 소스는 상기 제2 유체 라인을 통해 상기 복수의 가스 주입구로 희석 가스를 제공하는, 프로세스 챔버.
  11. 제8항에 있어서,
    제2 세트의 화학종을 제3 유체 라인을 통해 상기 복수의 가스 주입구로 제공하는 제2 가스 도관; 및
    제2 도펀트들을 제4 유체 라인을 통해 상기 복수의 가스 주입구로 제공하는 제2 도펀트 소스
    를 더 포함하는 프로세스 챔버.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 유체 라인에 결합된 제1 퍼징 가스 소스; 및
    상기 제2 유체 라인에 결합된 제2 퍼징 가스 소스
    를 더 포함하는 프로세스 챔버.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 희석 가스는 1:1 내지 20:1의 용적 유량 대 제1 도펀트 용적 유량 비를 갖는, 프로세스 챔버.
  14. 삭제
  15. 삭제
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