KR102349317B1 - 에피택셜 증착 프로세스들을 위한 주입 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에서, 가스 도입 인서트는, 바디를 갖는 가스 분배 어셈블리, 가스 분배 어셈블리 내에 형성된 복수의 가스 주입 채널들 ― 복수의 가스 주입 채널들 중 적어도 일부는 가스 분배 어셈블리에 형성된 블라인드 채널에 인접함 ―, 및 복수의 가스 주입 채널들과 블라인드 채널의 일 측과 경계를 접하는 정류 플레이트를 포함하며, 정류 플레이트는, 블라인드 채널의 포지션에 대응하는 비-천공 부분을 포함한다.

Description

에피택셜 증착 프로세스들을 위한 주입 어셈블리
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 디바이스 제조 프로세스를 수행하기 위한 전구체 가스들을 제공하는 것에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 에피택셜 증착 프로세스 또는 다른 화학 기상 증착 프로세스와 같은, 반도체 기판 상에서 수행되는 증착 및 에칭 반응들에서 사용되는 전구체 가스들의 제공에 관한 것이다.
[0002] 기판들 상에서의 실리콘 및/또는 게르마늄-함유 막들의 에피택셜 성장은, 다른 반도체 디바이스들 중에서도 어드밴스드 로직(advanced logic) 및 DRAM 디바이스들 및 반도체 전력 디바이스들에 대한 새로운 애플리케이션들로 인해 점점 더 중요해졌다. 이러한 애플리케이션들 중 일부 애플리케이션에 대한 중요한 요건은, 기판 표면에 걸쳐 성장 또는 증착되는 층의 막 두께의 균일성이다. 전형적으로, 막 두께 균일성은 기판에 걸친 가스 유량의 균일성과 관련된다.
[0003] 그러나, 일부 종래의 챔버들에서의 증착 또는 캐리어 가스 유동들(즉, 속도)은 균일하지 않으며, 이는 기판 표면에 걸쳐 성장 또는 증착되는 층의 두께의 불균일성을 초래할 수 있다. 일부 경우들에서, 불균일성이 특정 한계를 초과할 때, 기판은 사용불가능해질 수 있다.
[0004] 따라서, 에피택셜 성장 또는 증착 프로세스 동안 유동하는 전구체 가스 유동들 또는 속도들의 차이를 최소화하기 위한 장치 및 방법이 당해 기술분야에 필요하다.
[0005] 본원에서 설명되는 실시예들은, 기판의 노출된 표면에 걸쳐, 실질적으로 동일한 두께를 갖는 막 층을 형성하기 위해, 프로세스 가스를 챔버 내의 프로세싱 구역에 전달하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
[0006] 일 실시예에서, 가스 도입 인서트(gas introduction insert)는, 바디를 갖는 가스 분배 어셈블리, 가스 분배 어셈블리 내에 형성된 복수의 가스 주입 채널들 ― 복수의 가스 주입 채널들 중 적어도 일부는 가스 분배 어셈블리에 형성된 블라인드 채널에 인접함 ―, 및 복수의 가스 주입 채널들과 블라인드 채널의 일 측과 경계를 접하는(bounding) 정류 플레이트(rectification plate)를 포함하며, 정류 플레이트는, 가스 분배 어셈블리에서 블라인드 채널의 포지션에 대응하는 포지션에 비-천공 부분(non-perforated portion)을 포함한다.
[0007] 다른 실시예에서, 반응 챔버를 위한 가스 도입 인서트가 제공되며, 가스 도입 인서트는, 전구체 가스를 적어도 2개의 가스 소스들로부터 복수의 플레넘(plenum)들에 전달하기 위한 적어도 하나의 유입구를 갖는 주입 블록, 주입 블록에 커플링된 가스 분배 어셈블리, 복수의 플레넘들의 일 측과 경계를 접하는 정류 플레이트 ― 정류 플레이트는 정류 플레이트의 대향 단부들 상에 비-천공 부분을 포함함 ―, 및 가스 분배 어셈블리의 바디 내에 형성된 복수의 가스 주입 채널들을 포함하며, 복수의 가스 주입 채널들 중 적어도 일부는 정류 플레이트의 비-천공 부분의 포지션들에 대응하는, 바디에 형성된 블라인드 채널에 인접한다.
[0008] 다른 실시예에서, 전구체 가스를 챔버 내의 프로세싱 구역에 전달하는 방법이 제공된다. 방법은, 가스 주입 부분을 정의하는 복수의 가스 주입 채널들과 유체 연통하는 천공 구역 및 비-천공 구역을 갖는 정류 플레이트에 전구체 가스를 제공하는 단계 ― 복수의 가스 주입 채널들 중 적어도 일부는 블라인드 채널에 인접하게 포지셔닝됨 ―, 및 비-천공 구역을 향해 그리고 정류 플레이트의 천공 구역의 개구들을 통해 복수의 가스 주입 채널들 내로 전구체 가스를 유동시키는 단계를 포함하며, 정류 플레이트의 길이는 가스 주입 부분의 길이보다 더 길고, 그리고 가스 주입 부분의 길이는 기판의 직경과 실질적으로 동일하다.
[0009] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 에피택셜 성장 장치의 일 실시예를 예시하는 단면도이다.
[0011] 도 2는 도 1의 에피택셜 성장 장치의 반응 챔버를 예시하는 분해 등각도이다.
[0012] 도 3은 도 1의 에피택셜 성장 장치의 반응 챔버를 예시하는 분해 등각도이다.
[0013] 도 4는 단면의 에피택셜 성장 장치의 부분의 개략적인 평면도이다.
[0014] 도 5는 반응 챔버의 프로세싱 볼륨에 커플링된 가스 분배 어셈블리의 등각도이다.
[0015] 본원의 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들 중 상이한 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면 부호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들은 상이한 실시예에서 특정 언급 없이 다른 실시예들에서 유리하게 활용될 수 있다는 점이 또한 고려된다.
[0016] 본 개시내용은, 기판의 성장 표면에 걸쳐 높은 막 두께 균일성을 갖는 에피택셜 막 층의 안정적이고 높은 성장 레이트를 달성할 수 있는, 에피택셜 성장을 사용한 막 층 형성 방법 및 에피택셜 성장 장치를 제공한다. 더 구체적으로, 본 개시내용은, 막 형성 방법을 가능하게 하는 에피택셜 성장 장치를 위한 챔버 컴포넌트들을 설명한다. 예시적인 챔버 컴포넌트들 및 예시적인 챔버 컴포넌트들에서의 개선들은 기판의 성장 표면 상에 형성되는 에피택셜 층의 막 두께 균일성 및 성장 레이트를 향상시켜서, 성장 표면의 에피택셜방식으로 성장되는 더 균일한 막 층 및 에피택셜방식으로 성장되는 막에서의 결함들의 감소를 갖는 기판들의 처리량의 증가를 유발한다.
[0017] 여기서 우선, 본 개시내용의 일 실시예에 따른 에피택셜 성장 장치(100)의 구성이 설명된다. 도 1은 에피택셜 성장 장치(100)의 구성을 예시하는 단면도이다. 도 2는 에피택셜 성장 장치(100)의 반응 챔버(101)의 부분들의 구성을 예시하는 분해 등각도이다. 도 3은 에피택셜 성장 장치(100)의 반응 챔버(101)의 외측 구성을 예시하는 분해 등각도이다.
[0018] 에피택셜 성장 장치(100)는, 예컨대, 실리콘의 막 층이 기판(102) 상에 에피택셜방식으로 성장되는 것을 가능하게 하는 막 형성 장치이다.
[0019] 에피택셜 성장 장치(100)는 반응 챔버(101)를 포함한다. 반응 챔버(101)는, 서셉터(susceptor)(103) ― 기판(102) 상에서의 에피택셜 막 층의 성장을 위해 기판(102)이 서셉터(103) 상에 장착됨 ―, 주변 바디(surrounding body)(104), 및 천장(ceiling)(105)을 포함한다.
[0020] 서셉터(103)는, 위에서 볼 때 원형 환형 형상을 갖는 플레이트형 부재이고, 기판(102)의 외측 원주보다 약간 더 큰 외측 원주를 갖는다. 서셉터(103)에는 오목부 부분(recess portion)(103a)이 제공되며, 기판(102) 상에서의 막 층의 에피택셜 성장을 위해 기판(102)이 오목부 부분(103a) 내에 장착된다. 서셉터(103)는 서셉터 지지부(106)에 의해 지지되며, 서셉터 지지부(106)는 서셉터 지지부(106)로부터 상향으로 그리고 반경방향으로 서셉터(103)의 하부측으로 연장되는 복수의 아암들(108)을 갖는다.
[0021] 서셉터 지지부(106)의 복수의 아암들(108)은, 서셉터 지지부(106)와 함께, 서셉터(103)를 지지하면서 서셉터(103)를 상향으로 그리고 하향으로 이동시키도록 구성된다. 서셉터 지지부(106) 및 아암들(108)은, 서셉터 지지부(106)의 길이방향 축(110)을 중심으로 서셉터(103)를 회전시키도록 구성된다. 챔버 내에서의, 상부에 기판(102)이 장착된 서셉터(103)의 표면의 포지션은, 서셉터(103) 상에 로케이팅된 기판(102) 상에 막이 성장되는 막-형성 평면(P1)으로부터, 기판(102)이 에피택셜 성장 장치(100)의 벽의 밸브식 개구(109)를 통해 에피택셜 성장 장치(100) 내로 로딩되고 그리고 에피택셜 성장 장치(100)로부터 리트랙팅되는(retracted) 기판 이송 평면(P2)까지의 범위이다. 서셉터 지지부(106)는, 서셉터(103)가 막-형성 평면(P1)에 로케이팅되어 있는 동안 서셉터 지지부(106)의 길이방향 축(110)을 중심으로 회전함으로써, 서셉터(103) 및 그에 따라 기판(102)이 회전되는 것을 가능하게 하도록 구성된다.
[0022] 서셉터(103)가 막-형성 평면(P1)에 로케이팅될 때, 서셉터(103) 주위에 환형 서셉터 링 어셈블리(107)가 배치된다. 환형 서셉터 링 어셈블리(107)의 세부사항들은 본원에서 나중에 설명될 것이지만, 서셉터 링 어셈블리(107)는, 제1 링(111), 및 제1 링(111) 상에 로케이팅된 제2 링(112)을 포함한다. 서셉터 링 어셈블리(107)는 반응 챔버(101) 내에서 플랜지 부분(113)에 의해 지지되며, 플랜지 부분(113)은 반응 챔버(101)의 지지 바디(104)의 내측 벽으로부터 내부쪽으로 연장된다.
[0023] 천장 부분(105)은 천장 플레이트(121) 및 지지부(122)를 포함하며, 지지부(122)는 천장 플레이트(121) 주위에서 연장되고 그리고 천장 플레이트(121)를 지지한다. 천장 플레이트(121)는 가시 스펙트럼에 가까운 파장들뿐만 아니라 가시 스펙트럼의 방사 에너지(radiant energy)에 대해 투명하다. 천장 플레이트(121)는, 천장 플레이트(121) 위에 그리고 상부 리플렉터(126) 아래에 배치된 가열 디바이스들(123)(예컨대, 할로겐 램프들)로부터 에너지를 송신함으로써 방사 에너지가 천장 플레이트(121)를 통과하여 반응 챔버(101) 내의 기판(102)을 가열시키는 것을 가능하게 하도록 구성된다. 즉, 이 실시예에 따른 에피택셜 성장 장치(100)는 냉벽형 에피택셜 성장 장치(cold wall type epitaxial growth apparatus)이다. 이 실시예에서, 천장 플레이트(121)는 투명한 석영으로 형성된다.
[0024] 천장 플레이트(121)를 지지하는 지지부(122)는 환형 형상을 가지며, 지지부(122)는 천장 플레이트(121)를 둘러싼다. 천장 플레이트(121)는, 지지부(122)의 내측 절두원추형 벽(124)의 베이스에서 기판(102)에 근접하게 지지부(122)의 단부에 고정된다. 고정 방법의 예는 용접 방법이다.
[0025] 측면 지지 바디(104)는 상부 링(131) 및 하부 링(132)을 포함한다. 플랜지 부분(113)은 하부 링(132)의 내측 원주로부터 챔버 볼륨의 내부쪽으로 연장된다. 기판 이송 포트(130)는 플랜지 부분(113) 아래의 위치에서 하부 링(132)을 관통하여 연장된다. 상부 링(131)은, 지지부(122)의 돌출된 부분(protruded portion)(125)과 계면을 이루는 내측 경사진 부분(115)에 대응하는 외측 경사진 부분(114)을 갖는다. 지지부(122)는 상부 링(131)의 경사진 부분(116) 상에 배치된다.
[0026] 하부 링(132)의 최상부 표면을 따라, 하부 링(132)의 외측 원주를 따르는 부분은 상부 링(131)이 장착되는 장착 표면(133)(도 2에 도시됨)을 형성한다. 하부 링(132)에 컷아웃 구역(cutout region)을 제공함으로써, 하부 링(132)에 제1 오목 부분(recessed portion)(134)이 형성된다. 즉, 제1 오목 부분(134)은, 하부 링(132)의 최상부 표면의 부분에 형성된 오목한 부분(concave portion)이다. 제1 오목 부분(134)의 형상에 대응하게 하기 위해 그리고 제1 오목 부분(134)과 제1 돌출 부분(protruding portion)(136) 사이에 갭(135)을 형성하기 위해, 상부 링(131)에서, 하부 링(132)의 제1 오목 부분(134)에 대응하는 포지션에 제1 돌출 부분(136)이 형성된다. 제1 돌출 부분(136)과 제1 오목 부분(134) 사이의 갭(135)은 반응물 가스 공급 경로(141)(공급 경로)로서 역할을 한다. 반응물 가스 공급 경로(141)의 추가의 세부사항들은 본원에서 나중에 설명될 것이다.
[0027] 하부 링(132)의 제1 오목 부분(134)의 맞은편 구역에서, 하부 링(132)의 최상부 표면의 외측 원주 부분의 일부가 컷 아웃(cut out)되어 제2 오목 부분(137)을 형성한다. 제2 오목 부분(137)의 형상에 대응하게 하기 위해 그리고 제2 오목 부분(137)과 제2 돌출 부분(139) 사이에 갭(138)을 형성하기 위해, 상부 링(131)에서, 제2 오목 부분(137)에 대응하는 포지션에 제2 돌출 부분(139)이 형성된다. 상부 링(131)의 제2 돌출 부분(139)과 제2 오목 부분(137) 사이의 갭(138)에 가스 배출 경로(gas discharge path)(142)가 형성된다.
[0028] 이러한 방식으로, 반응물 가스 공급 경로(141) 및 가스 배출 경로(142)는 반응 챔버(101)의 프로세싱 구역에 걸쳐 대각적으로 대향하며(diagonally opposed), 가스 공급 경로(141)로부터 반응 챔버(101) 내로 도입되는 반응물 가스는 수평 방향(길이방향 축(110)에 직교함)으로 기판(102)에 걸쳐 유동한다.
[0029] 하부 링(132)의 제2 돌출 부분(137)의 벽 표면(143)에 퍼지 홀(144)이 형성되며, 퍼지 홀(144)을 통해 퍼지 가스가 배출된다. 퍼지 홀(144)은 플랜지 부분(113)의 아래에 형성된다. 퍼지 홀(144)은 가스 배출 경로(142)와 연통하고, 그에 따라 반응물 가스 및 퍼지 가스 둘 모두는 가스 배출 경로(142)를 통해 배출될 수 있다.
[0030] 환형 플랫폼(145)이 바디(104)의 하부 링(132)의 최하부 표면 측 아래에 제공되며, 바디(104)는 플랫폼(145) 상에 로케이팅된다. 플랫폼(145)은 환형 클램핑 부분(151) 내에 로케이팅될 수 있다.
[0031] 환형 클램핑 부분(151)은, 천장 부분(105), 측벽(104), 및 플랫폼(145)의 외측 원주 상에 배치된다. 환형 클램핑 부분(151)은, 천장 부분(105), 측벽(104), 및 플랫폼(145)을 클램핑 및 지지한다. 클램핑 부분(151)에는, 반응물 가스 공급 경로(141)와 연통하는 공급측 연통 경로(152), 및 가스 배출 경로(142)와 연통하는 배출측 연통 경로(153)가 제공된다. 가스 도입 인서트(155)가 공급측 연통 경로(152)에 제공된다. 가스 배출 인서트(158)가 배출측 연통 경로(153)에 제공된다.
[0032] 반응물 가스 도입 부분(154)은 클램핑 부분(151) 외부에 배치되고, 반응물 가스 도입 부분(154)과 공급측 연통 경로(152)는 서로 유체 연통한다. 이 실시예에서, 제1 소스 가스 및 제2 소스 가스는 반응물 가스 도입 부분(154)으로부터 도입된다. 제2 소스 가스는 또한, 캐리어 가스로서 역할을 한다. 셋 이상의 유형들의 가스들의 혼합물이 반응물 가스로서 사용될 수 있다. 반응물 가스 도입 부분(154)에는 정류 플레이트(156)가 배치되며, 여기서 정류 플레이트(156)는 공급측 연통 부분(152)과 접합된다. 정류 플레이트(156)에는, 서셉터(103)의 상부 표면에 대해 일반적으로 평행한 직선 경로를 따라 정류 플레이트(156)를 관통하여 연장되는 복수의 개구들(156a)(도 5)이 제공되며, 반응물 가스가 개구들(156a)을 통과하게 함으로써, 제1 소스 가스와 제2 소스 가스가 혼합 및 정류된다. 클램핑 부분(151)의 외부에 가스 배출 부분(157)이 배치된다. 가스 배출 부분(157)은 반응물 가스 도입 부분(154)과 대향하는 포지션에 배치되고, 반응 챔버(101)의 중심은 가스 배출 부분(157)과 가스 도입 부분(154) 사이에 개재된다.
[0033] 플랫폼(145)의 내측 원주 측의 하부 부분에 챔버 최하부 부분(161)이 배치된다. 다른 가열 디바이스(162) 및 하부 리플렉터(165)가 챔버 최하부 부분(161) 외부에 배치되므로, 기판(102)은 또한, 하부측으로부터 가열될 수 있다.
[0034] 챔버 최하부 부분(161)의 중심에는, 서셉터 지지부(106)의 길이방향 축(110)을 따라 퍼지 가스 도입 부분(166)이 제공된다. 퍼지 가스는, 퍼지 가스 소스(도시되지 않음)로부터, 챔버 최하부 부분(161), 하부 링(132), 및 플랫폼(145)에 의해 형성되는 하부 반응 챔버 부분(164) 내로 도입된다. 퍼지 홀(144)은 또한, 챔버(101)의 하부 내측 볼륨을 통해 하부 반응 챔버 부분(164)과 유체 연통한다.
[0035] 이 실시예에 따른 에피택셜 성장 장치를 사용하는 막 형성 방법이 아래에서 설명될 것이다.
[0036] 첫 번째로, 서셉터(103)가 기판-운반 평면(P2)으로 이동되고, 기판(102)이 밸브식 개구(109) 및 기판 이송 포트(130)를 통해 이송되고, 상부에 기판이 있는 서셉터(103)가 막-형성 평면(P1)으로 이동된다. 예컨대, 200 mm의 직경을 갖는 실리콘 기판이 기판(102)으로서 사용된다. 그런 다음, 기판은, 가열 디바이스들(123 및 162)의 사용에 의해, 대기온도(standby temperature)(예컨대, 800℃)로부터 성장 온도(예컨대, 1,100℃)까지 가열된다. 퍼지 가스(166)(예컨대, 수소)가 퍼지 가스 공급부로부터 하부 반응 챔버 부분(164) 내로 도입된다. 반응물 가스(예컨대, 제1 소스 가스로서의 트리클로로실란 및 제2 소스 가스로서의 수소)가 반응물 가스 도입 부분(154)으로부터 반응물 가스 공급 경로(141)를 통해 반응 챔버(101) 내로 도입된다. 반응물 가스는 기판(102)의 표면 상에 경계 층을 형성하고, 경계 층에서 반응이 발생한다. 따라서, 실리콘 막이 기판(102) 상에 형성된다. 반응물 가스는, 반응 챔버(101)와 연통하는 가스 배출 경로(142)로부터 배출된다. 퍼지 가스는 퍼지 홀(144)을 통해 가스 배출 경로(142)로 배출된다. 에피택셜 성장 후에, 기판(102)의 온도는 대기 온도로 되돌아가고, 기판(102)은 챔버(101)로부터 꺼내져 반도체 제조 장치의 다른 챔버로 이동된다.
[0037] 도 4는 단면의 에피택셜 성장 장치(100)의 부분의 개략적인 평면도이다. 가스 분배 어셈블리(400)로서 도 4에 도시된 가스 도입 인서트(155)는 환형 클램핑 부분(151)에 커플링되는 것으로 도시된다. 가스 분배 어셈블리(400)는 하나 이상의 가스 소스들(410A 및 410B)에 커플링된 주입 블록(405)을 포함한다. 주입 블록(405)은, 정류 플레이트(156)의 개구들(156a)의 상류에 배치된 하나 이상의 플레넘들, 이를테면, 내측 플레넘(415A) 및 외측 플레넘들(415B)을 포함한다.
[0038] 가스 소스들(410A, 410B)은, 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 디클로로실란(SiH2Cl2), 헥사클로로디실란(Si2Cl6), 디브로모실란(SiH2Br2), 더 고차의 실란들, 이들의 유도체들, 및 이들의 조합들을 포함하는 실란들과 같은 실리콘 전구체들을 포함할 수 있다. 가스 소스들(410A, 410B)은 또한, 저메인(GeH4), 디저메인(Ge2H6), 게르마늄 테트라클로라이드(GeCl4), 디클로로저메인(GeH2Cl2), 이들의 유도체들, 및 이들의 조합들과 같은 게르마늄 함유 전구체들을 포함할 수 있다. 실리콘 및/또는 게르마늄 함유 전구체들은, 수소 클로라이드(HCl), 염소 가스(Cl2), 수소 브로마이드(HBr), 및 이들의 조합들과 함께 사용될 수 있다. 가스 소스들(410A, 410B)은, 가스 소스들(410A, 410B) 중 하나 또는 둘 모두에 존재하는, 실리콘 및 게르마늄 함유 전구체들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 외측 플레넘들(415B)과 연통할 수 있는 가스 소스(410A)는 전구체 재료들, 이를테면, 수소 가스(H2) 또는 염소 가스(Cl2)를 포함할 수 있는 반면, 가스 소스(410B)는 실리콘 및/또는 게르마늄 함유 전구체들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다.
[0039] 가스 소스들(410A, 410B)로부터의 전구체 재료들은 내측 플레넘(415A) 및 외측 플레넘들(415B)에 전달된다. 전구체 재료들은, 내측 플레넘(415A) 및 외측 플레넘들(415B)을 통해, 정류 플레이트(156)의 개구들(156a)을 통해, 그리고 가스 분배 어셈블리(400)의 바디(425)에 형성된 하나 이상의 가스 주입 채널들(420)을 통해 반응 챔버(101)의 프로세싱 볼륨에 진입한다.
[0040] 도 4에 도시된 평면도에서, 하나 이상의 가스 주입 채널들(420)은, 외측 벽들(430), 정류 플레이트(156), 및 중심 파티션(435)에 의해 경계가 정해진다(bounded). 블라인드 채널들(440)이 외측 벽들(430) 외부에 도시되며, 여기서 개구들(156a)은 정류 플레이트(156)(즉, 정류 플레이트(156)의 비-천공 부분)에 형성되지 않는다. 바디(425)는 또한, 정류 플레이트(156)의 비-천공 부분 및 외측 벽들(430)과 함께 블라인드 채널들(440)의 경계를 정하는 측면 플레이트들(445)을 포함한다. 하나 이상의 가스 주입 채널들(420)뿐만 아니라 블라인드 채널들(440)은 반응 챔버(101)의 프로세싱 볼륨과 유체 연통할 수 있다(예컨대, 블라인드 채널들(440)은 블라인드 채널들(440)의 일 단부에서 개방됨). 그러나, 주입 블록(405)으로부터 블라인드 채널들(440)을 통해 반응 챔버(101)의 프로세싱 볼륨으로 어떤 전구체 가스들도 유동하지 않는다. 소스(410A)에 의해 도입되는 전구체 가스(들)는 초기에 플레넘들(415B)에 진입하며, 전구체 가스(들)는 플레넘들(415B)로부터 플레넘(410) 내로 유동한다. 소스(410B)에 의해 도입되는 전구체 가스(들)는 초기에 플레넘(415A)에 진입하며, 전구체 가스(들)는 플레넘(415A)으로부터 플레넘(410) 내로 유동하여, 소스(410A)로부터의 전구체 가스와 상호혼합될 것이다. 그런 다음, 전구체 가스들은 기판(102)에 걸쳐 유동하고 가스 배출 부분(157)을 통해 반응 챔버(101)의 프로세싱 볼륨을 빠져 나간다. 적어도, 외측 벽들(430) 및 정류 플레이트(156)를 포함하는 가스 분배 어셈블리(400)의 바디(425)는 석영 재료로 제조될 수 있다.
[0041] 도 5는 반응 챔버(101)의 프로세싱 볼륨에 커플링된 가스 분배 어셈블리(400)의 등각도이다. 서셉터(103) 상에 기판(102)이 도시되며, 환형 서셉터 링(107)은 서셉터(103)를 실질적으로 둘러싼다. 일부 실시예들에서, 환형 서셉터 링(107)은 열 차폐부를 포함한다.
[0042] 가스 분배 어셈블리(400)의 가스 주입 부분(505)이 도 5에 도시되며, 가스 주입 부분(505)을 통해 가스가 챔버(101) 내로 도입되고, 가스 주입 부분(505)의 폭은 가스 분배 어셈블리(400)의 외측 벽들(430) 사이의 거리(510)에 의해 정의된다.
[0043] 일부 실시예들에서, 거리(510)는 가스 분배 어셈블리(400)의 치수(515)(즉, 일 단부 플레이트(445)로부터 다른 단부 플레이트(445)까지의 길이) 미만이다. 블라인드 채널들(440)을 포함하는, 가스 분배 어셈블리(400)의 외측 부분들(520)은, 반응 챔버(101)의 바디(530)의 기존의 개구(525)를 점유하여, 가스 분배 어셈블리(400)가 기존의 챔버로 개장(retrofit)되도록 커스터마이징되는 것을 가능하게 하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 어셈블리(400)는 교체가능한 선형 어셈블리이고, 가스 분배 어셈블리(400)는 필요에 따라 교체될 수 있다. 외측 부분들(520)은, 위에서 설명된 바와 같은 가스 유동에는 필요하지 않지만, 다른 속성들 중에서도 진공을 유지하기 위해 기존의 개구(525)를 점유하는 데 활용될 수 있다.
[0044] 일부 실시예들에서, 가스 분배 어셈블리(400)의 가스 주입 부분(505)의 거리(510)는 기판(102)의 직경(535)과 실질적으로 동일하다. 예컨대, 기판(102)이 200 밀리미터(mm)의 직경을 갖는다면, 가스 분배 어셈블리(400)의 가스 주입 부분(505)의 거리(510)는 200 mm와 실질적으로 동일하다. “실질적으로 동일한”이라는 용어는, 200 mm 기판에 기반하여 대략 +/- 3 mm 또는 그 미만으로서 정의될 수 있다.
[0045] 이러한 비율에 대한 이유들은 많으며, 관찰들 및 시뮬레이션들에 기반한다. 반응 챔버(101)의 프로세싱 볼륨이 원통형으로 형상화되는 반면 가스 분배 어셈블리(400)의 가스 주입 부분(505)은 직사각형인 것으로 관찰되었다. 종래의 가스 분배 어셈블리들에서, 블라인드 채널들(440)을 갖는 가스 분배 어셈블리(400)의 볼륨이 수정되지 않아서 가스가 또한 그러한 위치들로 유동하도록 허용하고 정류 플레이트(156)의 전체 길이에 걸쳐 개구들(156a)이 존재하여서, 가스 주입 부분이 기판(102)의 직경(535)보다 더 클 뿐만 아니라 거리(510)보다 더 큰 것을 초래하고, 가스 유동은 가스 주입 부분의 중심에 비해 가스 주입 부분의 단부들에서 더 높은 속도를 갖는 경향이 있다. 가스 분배 어셈블리의 에지들에서의 이러한 상대적으로 더 높은 속도는, 가스 분배 어셈블리의 에지들에서의 단면적의 감소에 기인하며, 이는 그 내부에서의 속도를 증가시킨다. 이러한 불균일한 가스 유동은 기판 상에서의 불균일한 막 성장을 초래한다. 예컨대, 종래의 가스 분배 어셈블리들에서 유량들이 제어될 수 있지만, 유량의 제어는 기판의 에지들 상에서의 막 성장에 거의 영향을 미치지 않는다. 이러한 불균일한 가스 유동은, 기판에 걸쳐 대략 +/- 1.0%인 두께 불균일성을 생성하는 것으로 나타났으며, 이는 일부 반도체 디바이스 애플리케이션들에 대한 규격들을 벗어난 것이다.
[0046] 그에 반해, 기판(102)의 직경(535)과 실질적으로 동일한 가스 분배 어셈블리(400)의 가스 주입 부분(505)의 거리(510)를 갖는 것으로 본원에 개시된 가스 분배 어셈블리(400)를 활용하는 것은, 두께 불균일성을 기판(102)에 걸쳐 대략 +/- 0.6%까지 개선하였다.
[0047] 본원에 개시된 가스 분배 어셈블리(400)에 대해 수행된 테스트들은, 가스 주입 부분(505)에 걸쳐(예컨대, 거리(510)를 따라) 실질적으로 균일한 유속을 보여주었다. 예컨대, 가스 주입 부분(505)에 걸친 속도는, +/- 1.5 미터/초만큼 변화하는 종래의 가스 분배 어셈블리의 속도들과 비교하여 +/- 0.5 미터/초만큼 변화한다. 본원에 개시된 가스 분배 어셈블리(400)의 가스 주입 부분(505)에 걸친 유속의 이러한 감소된 변동은, 위에서 논의된 바와 같이 개선된 두께 균일성을 가져온다.
[0048] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 구상될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 가스 도입 인서트(gas introduction insert)로서,
    바디를 갖는 가스 분배 어셈블리;
    상기 가스 분배 어셈블리 내에 형성된 복수의 가스 주입 채널들 및 블라인드 채널들 ― 상기 블라인드 채널들은 상기 가스 분배 어셈블리의 대향 단부들에 포지셔닝되며, 상기 복수의 가스 주입 채널들 중 적어도 일부는 상기 블라인드 채널들에 인접함 ―; 및
    상기 복수의 가스 주입 채널들과 상기 블라인드 채널들의 일 측과 경계를 접하는(bounding) 정류 플레이트(rectification plate)
    를 포함하고,
    상기 정류 플레이트는 상기 가스 분배 어셈블리에서 상기 복수의 가스 주입 채널들의 포지션들에 대응하는 포지션들에는 천공 부분들(perforated portions)을 포함하며, 상기 정류 플레이트는 상기 가스 분배 어셈블리에서 상기 블라인드 채널들의 포지션들에 대응하는 포지션들에는 비-천공 부분들을 포함하고,
    상기 비-천공 부분들은 상기 가스 분배 어셈블리를 통해 유동하는 가스들의 속도 변동을 감소시키기 위해 상기 블라인드 채널들로의 가스들의 유동을 차단하는,
    가스 도입 인서트.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 블라인드 채널들은 2개의 블라인드 채널들을 포함하고,
    상기 정류 플레이트는 상기 정류 플레이트의 대향 단부들에 상기 비-천공 부분들을 포함하는,
    가스 도입 인서트.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 정류 플레이트의 길이는 상기 가스 분배 어셈블리의 가스 주입 부분의 길이보다 더 긴,
    가스 도입 인서트.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 가스 분배 어셈블리의 가스 주입 부분의 길이는 기판의 직경과 실질적으로 동일한,
    가스 도입 인서트.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 주입 채널들 각각은, 상기 정류 플레이트, 외측 벽, 및 중심 파티션에 의해 경계가 정해지는(bounded),
    가스 도입 인서트.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 블라인드 채널들 각각은, 상기 정류 플레이트, 상기 외측 벽 및 상기 가스 분배 어셈블리의 단부 벽에 의해 경계가 정해지는,
    가스 도입 인서트.
  8. 반응 챔버를 위한 가스 도입 인서트로서,
    전구체 가스를 적어도 2개의 가스 소스들로부터 복수의 플레넘(plenum)들에 전달하기 위한 적어도 하나의 유입구를 갖는 주입 블록;
    상기 주입 블록에 커플링된 가스 분배 어셈블리;
    상기 복수의 플레넘들의 일 측과 경계를 접하는 정류 플레이트 ― 상기 정류플레이트는 상기 정류 플레이트의 대향 단부들 상의 비-천공 부분들 및 상기 비-천공 부분들 사이의 천공 부분들을 포함함 ―; 및
    상기 가스 분배 어셈블리의 바디 내에 형성된 복수의 가스 주입 채널들 및 블라인드 채널들
    을 포함하고,
    상기 블라인드 채널들은 상기 가스 분배 어셈블리의 대향 단부들에 포지셔닝되며, 상기 복수의 가스 주입 채널들 중 적어도 일부는 상기 블라인드 채널들에 인접하고, 상기 블라인드 채널들의 포지션들은 상기 정류 플레이트의 비-천공 부분들의 포지션들에 대응하며, 상기 비-천공 부분들은 상기 가스 분배 어셈블리를 통해 유동하는 가스들의 속도 변동을 감소시키기 위해 상기 블라인드 채널들로의 가스들의 유동을 차단하는,
    반응 챔버를 위한 가스 도입 인서트.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 주입 채널들 각각은, 상기 정류 플레이트, 외측 벽, 및 중심 파티션에 의해 경계가 정해지는,
    반응 챔버를 위한 가스 도입 인서트.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 블라인드 채널들 각각은, 상기 정류 플레이트, 상기 외측 벽 및 상기 가스 분배 어셈블리의 단부 벽에 의해 경계가 정해지는,
    반응 챔버를 위한 가스 도입 인서트.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 정류 플레이트의 길이는 상기 가스 분배 어셈블리의 가스 주입 부분의 길이보다 더 긴,
    반응 챔버를 위한 가스 도입 인서트.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 가스 분배 어셈블리의 가스 주입 부분의 길이는 기판의 직경과 실질적으로 동일한,
    반응 챔버를 위한 가스 도입 인서트.
  13. 삭제
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 블라인드 채널들은 2개의 블라인드 채널들을 포함하고,
    상기 정류 플레이트는 상기 정류 플레이트의 대향 단부들에 비-천공 부분을 포함하는,
    반응 챔버를 위한 가스 도입 인서트.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 가스 분배 어셈블리에 걸친 상기 전구체 가스의 속도는 +/- 0.5 미터/초만큼 변화하는,
    반응 챔버를 위한 가스 도입 인서트.
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