KR102481930B1 - 3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 공정 챔버(1), 공정 챔버(1)의 바닥을 형성하고 하나 또는 다수의 코팅될 기판을 수용하기 위한 서셉터(2)(susceptor), 서셉터(2)를 공정 온도까지 가열하기 위한 가열 장치(3), 및 수소화물 및 MO-화합물을 공정 챔버(1) 내부로 도입하기 위한 하나 이상의 제1 및 제2 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 구비하는 가스 유입 기관(4)을 갖춘, 3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치에 관한 것이다. 에칭 가스 유입구(9)가 수소화물 및 MO-화합물의 유동 방향(23)으로 볼 때 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)의 하류에서 공정 챔버(1) 내부와 통하는 것이 제안되며, 이 경우에는, 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)으로부터 배출되는 공정 가스가 반도체 층을 증착할 때에 에칭 가스 유입구(9)로 유입될 수 없도록 그리고 공정 챔버를 세척할 때에 에칭 가스 유입구(9)로부터 배출되는 에칭 가스가 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)으로 유입될 수 없도록 제어 장치(22)가 설계되어 있고, 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 및 에칭 가스 유입구(9)가 또한 이러한 방식으로 배치되어 있다. 에칭 가스 유입구(9)는 가스 유입 기관(4) 둘레를 덮는 공정 챔버 덮개의 환상 구역에 의해서 그리고 덮개 플레이트(25)를 고정하기 위한 환상의 고정 요소(8)에 의해서 형성되어 있다.

Description

3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR DEPOSITING A Ⅲ-Ⅴ-SEMICONDUCTOR LAYER}
본 발명은, 공정 챔버, 공정 챔버의 바닥을 형성하고 하나 또는 다수의 코팅될 기판을 수용하기 위한 서셉터(susceptor), 서셉터를 공정 온도까지 가열하기 위한 가열 장치, 및 각각 공정 가스를 공정 챔버 내부로 도입하기 위한 하나 이상의 제1 및 제2 공정 가스-유입 구역을 구비하는 가스 유입 기관을 갖춘, 3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치에 관한 것이며, 이 경우 제1 공정 가스-유입 구역은 공정 가스로서 5-주족의 수소화물을 제공하는 수소화물 소스와 연결되어 있고, 제2 공정 가스-유입 구역은 공정 가스로서 3-주족의 금속 유기 화합물을 제공하는 MO-소스와 연결되어 있으며, 이 경우에는 하나의 에칭 가스 유입구가 하나의 에칭 가스 소스와 연결되어 있으며, 그리고 이 경우에는 수소화물, MO-화합물 및 에칭 가스를 각각 하나의 캐리어 가스(carrier gas)와 함께 질량 흐름 통제된 상태에서 파이프 라인 시스템을 통해 공정 챔버 내부로 도입하기 위하여, 제어 장치에 의해서 전환될 수 있는 밸브 및 조절될 수 있는 질량 흐름 컨트롤러가 제공되어 있다.
본 발명은 또한, 공정 챔버의 바닥을 형성하는 서셉터에 의해서 수용되어 있고, 이 서셉터가 가열 장치에 의해서 공정 온도까지 가열되는, 하나 또는 다수의 코팅될 기판상에 3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법과도 관련이 있으며, 이 경우에는 반도체 층을 증착하기 위하여 가스 유입 기관의 제1 및 제2 공정 가스-유입 구역을 통해 각각 공정 가스가 공정 챔버 내부로 도입되며, 이 경우 5-주족의 수소화물은 제1 공정 가스-유입 구역을 통해 그리고 3-주족의 금속 유기 화합물은 제2 공정 가스-유입 구역을 통해 공정 챔버 내부로 도입되며, 그리고 이 경우에는 반도체 층을 증착한 후에 공정 챔버를 세척하기 위하여 에칭 가스가 에칭 가스 유입구를 통해 공정 챔버 내부로 도입되며, 이 경우 공정 가스 및 에칭 가스의 질량 흐름은 제어 장치에 의해서 제어되는 질량 흐름 컨트롤러에 의해 제어된다.
독일 공개 특허 출원서 DE 10 2011 002 145 A1호, 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2011 002 146 A1호 및 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2012 102 661 A1호는 동류의 장치 및 동류의 방법을 기술한다. 이 장치는 MOCVD를 이용해서 GaN-층을 증착하기 위해 이용된다. 이때, 원형의 윤곽을 갖는 공정 챔버 내에서는, 공정 챔버의 중심에 배치된 가스 유입 기관을 통해 TMGa 및 NH3이 각각 희석된 상태에서, H2로 이루어진 캐리어 가스 내부에 공급된다. 공정 챔버의 바닥을 형성하는 서셉터는 서셉터 하부에 배치된 가열 장치에 의해서 공정 온도로 제공된다. 공정 챔버 덮개는 냉각 몸체에 의해서 냉각된다. 증착 동안에는 공정 가스가 기판 표면에서 열분해 방식으로 분해됨으로써, 결과적으로 그곳에서는 GaN-층이 증착된다. 서셉터 또는 공정 챔버 덮개의 자유 표면도 반응 생성물로 코팅되는 것을 피할 수 없다. 이와 같은 공정 챔버 덮개 및 서셉터의 기생 코팅은 세척 단계에서 제거되어야만 한다. 이 목적을 위해 에칭 가스가 사용된다. 바람직하게는, Cl2가 이 경우에 N2인 캐리어 가스와 함께 고려된다. 동류의 장치에서는, 에칭 가스가 공정 가스-유입 구역들 중 한 구역을 통해 공정 챔버 내부로 공급된다. 공정 가스 공급 라인의 벽에 그리고 가스 유입 기관의 내부 공간의 벽에 달라붙는 공정 가스의 흡착물로 인해, 그곳에서는 공정 가스의 잔류물과 에칭 가스 간에 원치 않는 반응이 나타난다. 또한, 가스 유입 기관 내에 있는 가스 분배 공간 또는 가스 공급 라인의 표면과 에칭 가스의 반응도 나타날 수 있다. 이때 생성되는 반응 생성물 및 특히 입자가 단점으로 작용한다.
본 발명의 과제는, 증착 방법 및 이 방법에 시간적으로 후속하는 세척 방법 그리고 이와 같은 방법들을 위해 사용되는 장치를 사용에 바람직하게 개선하는 것이다.
상기 과제는, 청구범위에 제시된 발명에 의해서 해결되며, 이 경우 종속 청구항들은 대등한 청구항들의 바람직한 개선예들 뿐만 아니라 상기 과제의 독자적인 해결책들까지도 기술할 수 있다.
가장 먼저 그리고 실질적으로는, 에칭 가스 유입구를 공정 가스-유입 구역으로부터 공간적으로 분리시키는 것이 제공되어 있다. 공정 가스-유입 구역은 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2008 055 582 A1호에 기술되어 있는 바와 같은 형상을 가질 수 있다. 가스 유입 기관은, 환상의 벽에 의해 폐쇄되어 있는 가스 유입 챔버를 형성하며, 이 경우 환상의 벽은 서로 나란히 조밀하게 놓여 있는 다수의 가스 배출 개구를 구비한다. 이들 가스 배출 개구는, 공정 가스를 공정 챔버 내부로 동일한 형태로 분배하기 위해서 유용한 압력 배리어를 형성한다. 공정 가스 흐름, 특히 공정 가스를 공정 가스-유입 구역을 통해 공정 챔버 내부로 공급해주는 캐리어 가스 흐름은, 공정 가스가 에칭 가스 유입구 내부로 그리고 에칭 가스 유입구 상류에 배치된 에칭 가스 공급 라인 내부로 전혀 유입될 수 없도록 코팅 공정시 에칭 가스 유입구를 통해 공정 챔버 내부로 흐르는 세정 가스 흐름에 적응되어 있으며, 그 결과 에칭 가스 공급 라인의 벽은 공정 가스와 접촉하지 않게 된다. 세척 단계 동안에 가스 흐름, 더 상세하게 말하자면 공정 가스-유입 구역을 통과하는 세정 가스 흐름 및 에칭 가스 유입구를 통해 공정 챔버 내부로 유입되는 에칭 가스 흐름은, 에칭 가스가 공정 가스-유입 구역을 통과해서 공정 가스 공급 라인 내부로 유입되지 않도록 서로 매칭되어 있다. 이로써, 에칭 가스는 공정 가스 공급 라인의 벽과 접촉하지 않게 된다. 본 발명에 따른 장치는 가스 공급 시스템을 포함하며, 이 가스 공급 시스템은 하나의 파이프 라인 시스템을 형성하는 다수의 파이프를 구비한다. 이들 파이프는 개방될 수 있는 밸브에 의해서 폐쇄되어 있다. 파이프를 통과하는 공정 가스, 세정 가스 또는 캐리어 가스 혹은 캐리어 가스-/공정 가스 혼합물을 질량 흐름 통제된 상태에서 제어하기 위하여, 파이프 내에는 질량 흐름 컨트롤러가 있다. 밸브의 개방 및 폐쇄 그리고 질량 흐름 값의 조절은 전자식 제어 장치에 의해 프로그램 제어된 상태에서 이루어진다. 파이프 라인 시스템은 각각의 공정 가스 소스와 공정 가스-유입 구역의 파이프 라인 연결부 또는 에칭 가스 소스와 에칭 가스 유입구의 파이프 라인 연결부를 형성한다. 특히, 공정 챔버가 원형의 윤곽을 갖는 것이 제공되어 있다. 공정 챔버의 중심에는 가스 유입 기관이 있으며, 이 가스 유입 기관은 바람직하게 공정 챔버의 전체 높이에 걸쳐 연장된다. 공정 가스-유입 구역은 다양한 높이 위치에 걸쳐 배치되어 있다. 3개, 4개, 5개 또는 그보다 많은 공정 가스-유입 구역이 서로 위·아래로 겹쳐서 배치될 수 있다. 개별 공정 가스-유입 구역으로부터 각각의 공정 가스가 방사 방향으로 수평으로 공정 챔버를 통해서 흐른다. 공정 챔버의 방사 방향 외부 에지에는 가스 배출구가 있으며, 이 가스 배출구를 통해서 반응 생성물 및 캐리어 가스가 공정 챔버를 벗어날 수 있다. 공정 가스-유입 구역을 통해서는 에칭 가스가 공정 챔버 내부로 전혀 도입되지 않는다. 에칭 가스의 유입은 오히려 공정 가스-유입 구역으로부터 공간적으로 분리된 에칭 가스 유입구를 통해서 이루어진다. 에칭 가스 유입구는 다수의 개구를 구비할 수 있으며, 이들 개구를 통해 에칭 가스가 캐리어 가스와 함께 관류할 수 있다. 에칭 가스 유입구는 바람직하게 가스 유입 기관 둘레로 환상으로 연장되는 한 구역에 할당되어 있다. 이 에칭 가스-유입 구역은 바람직하게 공정 챔버 덮개에 의해서 그리고 특히 바람직하게는 공정 챔버 덮개의 하나 이상의 덮개 플레이트를 고정하는 고정 요소에 의해서 형성된다. 에칭 가스의 공급은 바람직하게 가스 유입 기관으로부터 공간적으로 분리되어 있는 에칭 가스-유입 기관을 통해서 이루어진다. 에칭 가스-유입 기관은, 다수의 개구에 의해서 형성되는 환상의 에칭 가스-유입 구역을 구비한다. 에칭 가스 유입구를 형성하는 에칭 가스-유입 구역을 통해서는, 캐리어 가스 내에서 희석된 에칭 가스가 수직 방향으로, 더 상세하게 말하자면 공정 가스의 방사 방향 유동에 대해 가로 방향으로 공정 챔버 내부로 도입된다. 특히, 에칭 가스가 공정 가스의 유동 방향에 대해 90° 또는 그보다 작은 각도로 공정 챔버 내부로 도입되는 것이 제공되어 있다. 바람직하게, 에칭 가스의 공급은 공정 챔버의 차가운 측으로부터 이루어진다. 공정 가스를 가스 유입 기관에 공급하는 과정은, 하나의 가스 공급 라인 기관 내에 있는 별도의 공정 가스 공급 라인을 통해서 이루어지며, 이 가스 공급 라인 기관은 가스 유입 기관 위에 수직으로 배치되어 있다. 한 바람직한 실시예에서, 가스 공급 라인 기관은, 에칭 가스 공급 라인을 구비하는 외부 몸체에 의해서 둘러싸여 있다. 에칭 가스 공급 라인은, 가스 공급 라인 기관 둘레로 연장되는 환상의 가스 분배 챔버 내부와 통한다. 바람직하게 균일한 각도 분포로 배치된 하나 또는 다수의 가스 통과 개구를 통해서는, 캐리어 가스 내에서 희석된 에칭 가스가 가스 분배 챔버로부터 외부로 배출될 수 있다. 이들 개구는 압력 배리어로서 작용한다. 이들 개구의 하류에는 또 다른 하나의 분배 챔버가 있으며, 이 분배 챔버는 에칭 가스-유입 구역 내부와 통하는 가스 통과 개구를 구비한다. 마지막에 언급된 분배 챔버는 보충하는 세정 가스 흐름에 의해서 세정될 수 있다. 이와 관련된 세정 가스 라인은 또 다른 하나의 가스 분배 챔버 내부와 통한다. 이 장치에 의해서는 GaN이 증착된다. 이 목적을 위해서는, H2 캐리어 가스 내에서 운송되는 NH3 및 H2 캐리어 가스 내에서 운송되는 TMGa가 공정 가스로서 사용된다. 증착 공정 동안에는 H2가 에칭 가스 유입구를 통해서 흐른다. 공정 챔버를 세척하기 위해, N2가 공정 가스-유입 구역을 통해서 흐른다. 에칭 가스 유입구를 통해서는 N2 및 Cl2가 흐른다. 반도체 층을 증착할 때에는, 세정 가스 흐름이 에칭 가스 유입 구역을 통해서 또는 이 에칭 가스 유입 구역을 형성하는 개구를 통해서 흐른다. 세정 가스의 유동 속도는, 공정 가스가 단지 약간만 에칭 가스 유입 개구 내부로 확산될 수 있도록 선택되었다. 공정 가스는 최대로, 세정 가스에 의해서 세정된 분배 챔버 내부까지 도달한다. 세척 단계에서, 세정 가스는, 에칭 가스가 공정 가스 유입 개구 후방에 배치된 공정 가스 분배 챔버 내부까지 확산될 수 없는 유동 속도로, 공정 가스 유입 구역을 통해서, 더 상세하게 말하자면 이와 관련하여 서로 나란히 조밀하게 배치된 가스 유입 기관의 개구들을 통해서 흐른다. 에칭 가스 공급 라인에는 바람직하게 하나 또는 다수의 압력 배리어가 배치되어 있다. 이들 압력 배리어가 상응하게 작은 횡단면을 갖는 가스 통과 개구에 의해 형성될 수 있음으로써, 결과적으로 가스 통과 개구의 상류에서는 가스 통과 개구의 하류에서보다 훨씬 더 높은 압력이 에칭 가스 공급 라인 내부에 존재하게 된다. 이들 압력 배리어 중 하나 또는 다수는 가스 분배 챔버 하류에 배치될 수 있다. 이들 압력 배리어는 공정 챔버로부터 가스 분배 챔버 방향으로의 확산을 차단하는 확산 차단부로서 작용한다.
본 발명의 한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명된다. 도면부에서:
도 1은 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2008 055 582 A1호의 도 5와 유사하게, 3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 본 발명에 따른 장치의 횡단면을 보여주며, 이 경우 도면에 도시된 횡단 평면에는 에칭 가스 공급 라인(29)이 놓여 있고,
도 2는 도 1에 따른 도면이지만 이 도면을 확대된 상태에서, 그리고 세정 가스 공급 라인(26) 및 가스 통과 개구(30)가 놓여 있는 다른 한 횡단 평면에서 보여주며,
도 3은 도 1 및 도 2에 단면도로 도시된 에칭 가스-유입 기관(8)을 평면도로 보여주고,
도 4는 에칭 가스 유입 기관을 사시도로 보여주며, 그리고
도 5는 본 발명을 설명하기 위해서 중요한 가스 혼합 시스템의 요소들을 보여준다.
본 실시예의 공정 챔버의 형상과 관련해서는, 서문에 언급된 선행 기술의 설명이 참조된다. 반응기의 공정 챔버는, 방사 방향 외부에 배치된 가스 배출 기관(24)을 갖춘 원형의 윤곽을 가지며, 이 가스 배출 기관은 진공 펌프 및 가스 세정기에 연결되어 있다. 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2008 055 582 A1호에서 기술되는 바와 같이, 공정 챔버(1)의 중심에는 가스 유입 기관(4)이 있다. 공정 챔버(1)의 바닥은 예를 들어 흑연으로 제조된 서셉터(2)에 의해서 형성되어 있으며, 이 서셉터 상에 코팅될 기판이 배치되어 있다. 서셉터(2) 아래에는 가열 장치(3)가 제공되어 있으며, 이 가열 장치로서는, IR-가열 장치의 저항 가열 장치 또는 RF-가열 장치가 사용될 수 있다. 가열 장치(3)에 의해서는, 공정 챔버(1) 쪽을 향하는 서셉터(2)의 상부 면이 공정 온도로 제공된다. 공정 챔버(1)의 덮개는, 후면이 냉각되는 하나 또는 다수의 덮개 플레이트(25)에 의해서 형성된다. 열 전달 몸체(38)가 제공되어 있다. 온도 조절 가스 공급 라인(37)을 통해서는, 덮개 플레이트(25)와 열 전달 몸체(38) 사이에 있는 간극을 통해서 흐르는 온도 조절 가스가 공급된다. 도 1 및 도 2는 각각, 공정 챔버(1)의 중심축과 동일한 가스 유입 기관(24)의 중심축의 횡단면을 보여주며, 이 경우 도 1 및 도 2의 단면들은 각도 변위 된 상태로 진행한다.
가스 유입 기관(4)은 서로 수직으로 겹쳐서 배치된 3개의 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 구비하고, 이들 유입 구역에는 각각 분리된 가스 공급 라인에 의해서 공정 가스가 공급될 수 있으며, 이 경우 공정 가스는 가스 공급 라인 기관(36)을 통해서 공급된다. 가스 유입 기관(4) 위에 수직으로 배치된 가스 공급 라인 기관(36)은, 도 1의 절단 평면에 놓여 있고 에칭 가스용 공급 라인(29)을 구비하는 외부 몸체(28)에 의해서 둘러싸인다. 공급 라인(29)은 에칭 가스-공급 라인 장치의 부분이고, 가스 공급 라인 기관(36)을 둘러싸는 환상 챔버(29') 내부와 통한다. 환상 챔버(29')는 균일한 각도 분포로 환상 챔버의 전체 둘레에 걸쳐 배치된 다수의 개구(30)를 구비하며, 이들 개구가 하나의 압력 배리어를 형성한다. 이들 개구(30)로부터, 에칭 가스 공급 라인(29)을 통해 공급된 가스, 즉 에칭 가스 또는 세정 가스일 수 있는 가스가 외부 몸체(28)의 한 세그먼트(28')로부터 나와서, 가스 공급 라인 기관(36)을 마찬가지로 환상으로 둘러싸는 분배 챔버(31) 내부로 들어간다. 분배 챔버(31)의 한 벽은 외부 몸체 세그먼트(28')의 외벽에 의해서 형성되고, 분배 챔버(31)의 다른 한 벽은 에칭 가스-유입 기관(8)의 외벽에 의해서 형성된다. 에칭 가스-유입 기관(8)은 환상 구역 내에서 가스 유입 기관(4) 둘레에 배치된 다수의 보어(10)를 구비하고, 이들 보어의 입구가 에칭 가스 유입구(9)를 형성한다. 동심으로 배치된 2열의 개구(10)가 제공되어 있다. 그러나 다만 1열의 개구(10)가 제공될 수도 있다. 그러나 동심 열들의 개수는 또한 2개 이상일 수도 있다.
에칭 가스-유입 기관(8)으로서는, 덮개 플레이트(25)를 지지하는 고정 요소가 사용될 수 있다. 베이어닛 조인트(bayonet joint)를 통해서는, 고정 요소(8)가 공정 챔버 덮개에 혹은 외부 몸체(28)에 또는 가스 공급 라인 기관(36)에 고정될 수 있다.
에칭 가스-유입 개구(10)가 있는 에칭 가스-유입 구역(9)은 가스 유입 기관(4)으로부터 공간적으로 분리되어 있다. 가스 유입 기관(4)에 대한 방사 방향 간격이 존재한다.
세정 가스 라인(26)이 제공되어 있으며, 이 세정 가스 라인은 외부 몸체(28) 내부에 있고, 개구(33)를 통해 절연 몸체의 분배 챔버(34)와 통한다. 세정 가스 라인(26)은 중심축을 기준으로 에칭 가스 공급 라인(29)에 대해 각도 변위 된 상태로 있고, 이와 같은 상태는 도 2에 도시되어 있다. 절연 몸체는, 에칭 가스-유입 기관(8) 외부에 방사 방향으로 배치되어 있는 절연 링(27)에 의해서 형성된다. 압력 배리어로서 이용되는 개구(35)를 통해서는, 세정 가스-공급 라인(26) 내부로 공급되는 세정 가스가 분배 챔버(34)로부터 공정 챔버(1)의 방향으로 배출될 수 있다. 이때에는, 분배 챔버(31) 내부로 유입시키기 위하여 그리고 에칭 가스와 함께 에칭 가스-유입 개구(10)를 관통해서 공정 챔버(1) 내부로 유입시키기 위하여, 세정 가스 흐름이 과류 채널(32)을 통해 에칭 가스-유입 기관(8)의 플랜지 세그먼트를 넘어서 흐른다. 세정 가스 공급 라인(26)을 통해서 공급되는 세정 가스에 의해서, 그러나 코팅 공정 동안 에칭 가스 공급 라인(29)을 통해서 흐르는 세정 가스에 의해서도, 에칭 가스-유입 기관(8)과 외부 몸체(28) 사이에 있는 좁은 간극도 세정된다.
질량 흐름 컨트롤러(17, 18)의 질량 흐름 값을 조절하는 전자식 제어 장치(22)가 제공되어 있다. 제어 장치(22)에 의해서는 전환 밸브(16, 19)도 전환된다. 이로써, 특히 전환 밸브(16)에 의해서는, 소스(14)로부터 나오는 세정 가스, 예를 들어 H2와 소스(15)로부터 나오는 세정 가스, 예를 들어 N2 간의 교체가 이루어진다. 공정 가스는 소스(12, 13) 내에서 준비된다. TMGa-소스(12)는 질량 흐름 컨트롤러 및 전환 밸브를 통해서 공정 가스-유입 구역(6)과 연결되어 있다. NH3-소스(13)가 질량 조절기 및 전환 밸브를 통해 공정 가스-유입 구역(5, 7)과 연결되어 있음으로써, 결과적으로 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 통해서는 공정 가스가 유동 방향(23)으로 흐르게 되고, 이 공정 가스를 운반하는 캐리어 가스는 공정 챔버(1)를 통해서 흐르게 된다. 유입 구역(5, 6, 7)은 가스 유입 기관(4)의 중심축 둘레로 환상으로, 그리고 에칭 가스 유입 구역(9) 상류로 또는 방사 방향 내부로 연장된다. 공정 가스 유입 구역(5, 6, 7)은 서로 수직으로 겹쳐 있고, 다수의 작은 가스 통과 개구를 구비하며, 이들 가스 통과 개구를 통해 각각의 공정 가스가 방사 방향 내부 가스 분배 챔버로부터 공정 챔버(1) 내부로 흐른다.
캐리어 가스-/공정 가스 혼합물이 전환 밸브에 의해 통풍 라인(20) 내부로 전환될 수 있음으로써, 결과적으로 가스 흐름은 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 통해서 흐르지 않게 된다.
에칭 가스 유입구(9)는 전환 밸브(19)에 의해서 에칭 가스 공급 라인(21)과 연결되어 있다. 전환 밸브(19)에 의해서는, 질량 흐름 조절기(18)에 의해 질량 흐름 조절된 캐리어 가스 및 질량 흐름 조절기(17)에 의해 제어된 에칭 가스를 함유하는 가스 흐름이 선택적으로 공급 라인(21) 내부로 전환되거나 통풍 라인(20) 내부로 전환된다. 에칭 가스-캐리어 가스 혼합물을 통풍 라인(20) 내부로 공급하는 과정은 공정 가스를 통풍 라인(20) 내부로 공급하는 과정의 하류에서 이루어진다.
층 성장 공정 동안에는, 전체 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 및 에칭 가스 유입구(9)가 가스, 예컨대 H2에 의해서 영구적으로 세정된다.
공정 가스 유입구(5, 6, 7)를 통해서는, 추가로 공정 가스가 공정 챔버(1) 내부로 공급된다. 세척 공정 동안에도 마찬가지로 전체 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 및 에칭 가스 유입구(9)가 가스에 의해서 세정된다. 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 통해서는 N2가 흐른다. 에칭 가스 유입구(9)를 통해서는, N2와 Cl2의 혼합물이 흐른다. 성장 공정에서 세척 공정으로 전환되기 전에 그리고 에칭 가스를 통과시키기 전에, 밸브(16)에 의해서 캐리어 가스가 H2에서 N2로 전환된다. 그 후에 비로소, 약 5 내지 10%의 Cl2 및 95%의 N2로 이루어진 가스 혼합물이 파이프 시스템을 통해 가스 분배기 평면 내에서 연장되는 분배 챔버(31) 내부로 공급되고, 이곳으로부터 출발해서 에칭 가스가 개구(10)로부터 수직 방향으로 공정 챔버(1) 내부로 유입된다. 이 경우에는 총 96개의 개구(10)를 포함하는 분배기-홀 서클(hole circle)이 사용된다. 이와 같은 배열은, 정압이 다만 가스 밀봉된 공간 내에서만 존재하고 산화를 야기할 수 있는 기생 전류가 시스템 내에서 발생하지 않도록 선택되었다. 산화 또는 에칭 가스 확산을 계속해서 방지할 수 있기 위하여, 편향 차단막(deflection baffle)과 같은 연속 가이드 구조물 또는 추가의 가스 유입구가 사용될 수 있다. 유입구용으로 상이한 재료를 사용하는 것도 바람직하다. 따라서, 가스 공급 라인 기관(36)이 특수강, 예를 들어 인코넬(inconel)로 이루어지도록 제공되어 있다. 외부 몸체(28)는 동일한 재료로 제작될 수 있다. 절연 링(27) 및 에칭 가스 유입 기관(9)용으로는 바람직하게 세라믹, 석영, 그러나 특수강도 사용된다. 또한, 세척 가스로서는 SOCl2가 사용될 수 있다. 가스 가이드부는, 공정 가스-유입 구역의 그리고 에칭 가스 유입구의 가스 유입구가 대략 90° 또는 90° 미만의 각도로 서로 충돌하도록 선택되었다. 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 및 에칭 가스 유입구(9)는 서로 상이한 재료로, 그러나 동일한 재료 그룹에 속하지만 상이한 합금을 함유하는 재료로도 이루어질 수 있다. 공정 챔버(1) 내부로 도입되는 공정 가스 및 에칭 가스의 공간적인 분리는, 공정 가스용 가스 유입구의 주변에 적어도 LOG10에서 10의 5승에 해당하는 에칭 가스의 감소가 계산되도록 설계되어있다.
상기 진술들은, 적어도 다음과 같은 특징 조합들에 의해서 각각 선행 기술을 독자적으로도 개선하는, 본 출원서에 의해서 전체적으로 파악된 발명을 설명하기 위해 이용되는데, 다시 말하자면:
에칭 가스 유입구(9)가 수소화물 및 MO-화합물의 유동 방향(23)으로 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 하류에서 공정 챔버(1) 내부와 통하며, 이 경우에는, 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)으로부터 배출되는 공정 가스가 반도체 층을 증착할 때에 에칭 가스 유입구(9)로 유입될 수 없도록 그리고 공정 챔버를 세척할 때에 에칭 가스 유입구(9)로부터 배출되는 에칭 가스가 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)으로 유입될 수 없도록 제어 장치(22)가 설계되어 있고, 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 및 에칭 가스 유입구(9)가 또한 이러한 방식으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치;
에칭 가스가 수소화물 및 금속 유기 화합물의 유동 방향으로 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 하류에 배치된 에칭 가스 유입구(9)를 통해 공정 챔버(1) 내부로 공급되며, 이 경우 반도체 층을 증착할 때에 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 통해 공정 챔버(1) 내부로 흐르는 가스의 질량 흐름 및 에칭 가스 유입구(9)를 통해 공정 챔버(1) 내부로 유입되는 세정 가스의 질량 흐름은, 공정 가스가 에칭 가스 유입구(9) 내부로 유입되지 않도록 조절되어 있으며, 그리고 이 경우 공정 챔버(1)를 세척할 때에 에칭 가스 유입구(9)를 통해 공정 챔버(1) 내부로 도입되는 에칭 가스 흐름의 질량 흐름 및 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 통해 공정 챔버(1) 내부로 공급되는 세정 가스 흐름은, 에칭 가스가 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 상류에 배치된 가스 공급 라인 내부로 유입되지 않도록 조절되어 있는 것을 특징으로 하는, 방법;
공정 챔버(1)가 원형의 윤곽을 갖고, 가스 유입 기관(4)이 공정 챔버(1)의 중앙에 배치되어 있으며, 에칭 가스 유입구(9)가 공정 챔버 덮개의 환상 구역에 의해서 가스 유입 기관(4) 둘레에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치;
에칭 가스 유입구(9)의 환상 구역이 덮개 플레이트(25)를 고정하기 위한 환상 고정 요소(8)에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치;
가스 유입 기관(4) 위에 수직으로 배치된 가스 공급 라인 기관(36)에 의해서 형성되어 있는 가스 공급 라인으로부터 (가스가) 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)에 공급되며, 이 경우 가스 공급 라인 기관(36)은 에칭 가스 공급 라인(29, 29')을 형성하는 외부 몸체(28)에 의해서 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는, 방법 또는 장치;
에칭 가스 공급 라인(29)이 가스 공급 라인 기관(36)을 둘러싸는 환상 채널(29') 내부와 통하고, 이 환상 채널은 환상 채널(29')의 전체 둘레에 걸쳐 분배 배치된 다수의 가스 통과 개구(30)를 통해 분배 챔버(31)와 연결되어 있으며, 이 경우 이들 개구(30)는 압력 배리어로서 작용하는 것을 특징으로 하는, 방법 또는 장치;
분배 챔버(31)가, 에칭 가스 유입구(9)를 형성하는 가스 통과 개구(10)에 의해서 공정 챔버(1)와 유동 결합하는 환상 챔버인 것을 특징으로 하는, 장치;
세정 가스를 분배 챔버(31) 내부로 공급하기 위한 세정 가스 공급 라인(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 장치;
에칭 가스가 Cl2이고, 세정 가스가 세척 단계 동안에는 N2인 것을 특징으로 하는, 방법;
공정 가스가 3-주족의 원소들 및/또는 5-주족의 원소들을 함유하고, 특히 NH3 및 TMGa이며, 층을 증착할 때에는 세정 가스가 H2 또는 N2인 것을 특징으로 하는, 방법;
특히 가스 통과 개구(30)에 의해서 형성되어 있는 하나 이상의 압력 배리어를 에칭 가스 공급 라인(29) 내에 구비하는 것을 특징으로 하는, 장치;
압력 배리어(30)가 가스 분배 챔버(31) 하류에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치를 설명하기 위해 이용된다.
공개된 모든 특징들은 (독자적으로, 그러나 또한 서로 조합된 형태로도) 본 발명에 중요하다. 이로써, 본 출원서의 공개문에는, 관련/첨부된 우선권 서류들(선 출원서의 사본)의 특징들을 본 출원서의 청구범위에 함께 수용하려는 목적으로도, 이 우선권 서류의 공개 내용도 전체 내용적으로 함께 포함된다. 종속 청구항들은, 특히 이들 종속 청구항을 기초로 분할 출원을 실행하기 위하여, 자체 특징들로써 선행 기술의 독자적이고 진보적인 개선예들을 특징화한다.
1: 공정 챔버 2: 서셉터
3: 가열 장치 4: 가스 유입 기관
5: 공정 가스-유입 구역 6: 공정 가스-유입 구역
7: 공정 가스-유입 구역 8: 고정 요소
9: 에칭 가스 유입구 10: 가스 통과 개구
11: Cl2-소스 12: TMGa-소스, 제어 장치
13: NH3-소스 14: H2-소스
15: N2-소스 16: 전환 밸브 N2/H2
17: 질량 흐름 컨트롤러 Cl2 18: 질량 흐름 컨트롤러 N2/H2
19: 전환 밸브 20: 통풍 라인
21: 공급 라인 22: 제어 장치
23: 유동 방향 24: 가스 배출구
25: 덮개 플레이트 26: 세정 가스 공급 라인
27: 절연 링 28: 외부 몸체
29: 에칭 가스 공급 라인 29': 에칭 가스 공급 라인, 환상 채널
30: 가스 통과 개구 31: 분배 챔버
32: 과류 채널 33: 개구
34: 분배 챔버 35: 개구
36: 가스 공급 라인 기관 37: 온도 조절 가스 공급 라인
38: 열 전달 몸체

Claims (15)

  1. 3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치로서, 공정 챔버(1), 하나 이상의 코팅될 기판을 수용하기 위해 상기 공정 챔버(1)의 바닥을 형성하는 서셉터(2), 상기 서셉터(2)를 공정 온도까지 가열하기 위한 가열 장치(3), 및 각각 공정 가스를 상기 공정 챔버(1) 내부로 도입하기 위한 하나 이상의 제1 및 제2 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 구비하는 원통형 가스 유입 기관(4)을 포함하고,
    덮개 플레이트(25)들을 포함하는 공정 챔버 덮개는 상기 서셉터(2) 위로 연장되고,
    상기 공정 챔버(1)의 높이는 상기 서셉터(2)와 상기 공정 챔버 덮개 사이의 수직 거리에 의해 규정되고,
    상기 가스 유입 기관(4)은 상기 공정 챔버(1)의 중심에 배치되고 상기 공정 챔버(1)의 전체 높이에 걸쳐 연장되고,
    상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)은 상기 가스 유입 기관(4)의 원통형 표면을 따라 다른 높이 위치에 위치되고,
    상기 제1 공정 가스-유입 구역(5, 7)은 공정 가스로서 5-주족의 수소화물을 제공하는 수소화물 소스(13)와 연결되어 있고, 상기 제2 공정 가스-유입 구역(6)은 공정 가스로서 3-주족의 금속 유기 화합물을 제공하는 MO-소스(12)와 연결되어 있으며, 에칭 가스 유입구(9)가 하나의 에칭 가스 소스(11)와 연결되어 있으며, 그리고 수소화물, 금속 유기 화합물 및 에칭 가스를 각각 하나의 캐리어 가스와 함께 질량 흐름 통제된 상태에서 파이프 라인 시스템(21)을 통해 상기 공정 챔버(1) 내부로 도입하기 위하여, 제어 장치(22)에 의해서 전환될 수 있는 밸브(16, 19) 및 조절될 수 있는 질량 흐름 컨트롤러(17, 18)가 제공되고,
    상기 수소화물 및 상기 금속 유기 화합물의 유동 방향(23)은 상기 가스 유입 기관(4)으로부터 상기 서셉터(2)를 가로질러 가스 배출구(24)까지 방사상 수평 방향으로 규정되고,
    상기 에칭 가스 유입구(9)는 상기 가스 유입 기관(4)의 주위에서 환상으로(annularly) 연장되는 구역에 배치되고,
    상기 에칭 가스 유입구(9)가 상기 수소화물 및 상기 금속 유기 화합물의 유동 방향(23)으로 상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 하류에서 상기 공정 챔버(1) 내부로 개구되며, 상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)으로부터 배출되는 공정 가스가 반도체 층을 증착할 때에 상기 에칭 가스 유입구(9)로 유입될 수 없도록 그리고 공정 챔버를 세척할 때에 상기 에칭 가스 유입구(9)로부터 배출되는 에칭 가스가 상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)으로 유입될 수 없도록 상기 제어 장치(22)가 설계되어 있고, 상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 및 상기 에칭 가스 유입구(9)가 또한 이러한 방식으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 유입 기관(4) 위에 수직으로 배치된 가스 공급 라인 기관(36)에 의해서 형성되어 있는 가스 공급 라인으로부터 가스가 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)에 공급되며, 상기 가스 공급 라인 기관(36)은 에칭 가스 공급 라인(29, 29')을 형성하는 외부 몸체(28)에 의해서 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭 가스 공급 라인(29)이 상기 가스 공급 라인 기관(36)을 둘러싸는 환상 채널(29') 내부와 통하고, 상기 환상 채널은 환상 채널(29')의 전체 둘레에 걸쳐 분배 배치된 다수의 가스 통과 개구(30)를 통해 분배 챔버(31)와 연결되어 있으며, 상기 개구(30)가 압력 배리어로서 작용하는 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분배 챔버(31)가, 상기 에칭 가스 유입구(9)를 형성하는 가스 통과 개구(10)에 의해서 공정 챔버(1)와 유동 결합하는 환상 챔버인 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    세정 가스를 상기 분배 챔버(31) 내부로 공급하기 위한 세정 가스 공급 라인(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    가스 통과 개구(30)에 의해서 형성되어 있는 하나 이상의 압력 배리어를 상기 에칭 가스 공급 라인(29) 내에 구비하는 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 압력 배리어가 가스 분배 챔버(31) 하류에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 장치.
  8. 공정 챔버(1)의 바닥을 형성하는 서셉터(2)에 의해서 수용되어 있는 하나 이상의 코팅될 기판상에 3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법으로서, 상기 서셉터(2)가 가열 장치(3)에 의해서 공정 온도까지 가열되며, 반도체 층을 증착하기 위하여 원통형 가스 유입 기관(4)의 제1 및 제2 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 통해 각각 공정 가스가 상기 공정 챔버(1) 내부로 도입되며, 5-주족의 수소화물이 제1 공정 가스-유입 구역(5, 7)을 통해 그리고 3-주족의 금속 유기 화합물이 상기 제2 공정 가스-유입 구역(6)을 통해 상기 공정 챔버(1) 내부로 도입되며,
    덮개 플레이트(25)들을 포함하는 공정 챔버 덮개는 상기 서셉터(2) 위로 연장되고,
    상기 공정 챔버(1)의 높이는 상기 서셉터(2)와 상기 공정 챔버 덮개 사이의 수직 거리에 의해 규정되고,
    상기 가스 유입 기관(4)은 상기 공정 챔버(1)의 중심에 배치되고 상기 공정 챔버(1)의 전체 높이에 걸쳐 연장되고,
    상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)은 상기 가스 유입 기관(4)의 원통형 표면을 따라 다른 높이 위치에 위치되고,
    상기 수소화물 및 상기 금속 유기 화합물의 유동 방향(23)은 상기 가스 유입 기관(4)으로부터 상기 서셉터(2)를 가로질러 가스 배출구(24)까지 방사상 수평 방향으로 규정되고,
    반도체 층을 증착한 후에 공정 챔버를 세척하기 위하여 에칭 가스가 에칭 가스 유입구(9)를 통해 상기 공정 챔버(1) 내부로 도입되며, 상기 공정 가스 및 상기 에칭 가스의 질량 흐름이 제어 장치(22)에 의해서 제어되는 질량 흐름 컨트롤러(17, 18)에 의해 제어되고,
    상기 에칭 가스 유입구(9)는 상기 가스 유입 기관(4)의 주위에서 환상으로 연장되는 구역에 배치되고,
    상기 에칭 가스가 상기 수소화물 및 상기 금속 유기 화합물의 유동 방향(23)으로 상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)의 하류에서 상기 공정 챔버(1) 내부로 개구되도록 배치된 에칭 가스 유입구(9)를 통해 상기 공정 챔버(1) 내부로 공급되며, 반도체 층을 증착할 때에 상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 통해 상기 공정 챔버(1) 내부로 흐르는 가스의 질량 흐름 및 상기 에칭 가스 유입구(9)를 통해 상기 공정 챔버(1) 내부로 유입되는 세정 가스의 질량 흐름은, 공정 가스가 상기 에칭 가스 유입구(9) 내부로 유입되지 않도록 조절되며, 상기 공정 챔버(1)를 세척할 때에 상기 에칭 가스 유입구(9)를 통해 상기 공정 챔버(1) 내부로 도입되는 에칭 가스 흐름의 질량 흐름 및 상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)을 통해 상기 공정 챔버(1) 내부로 공급되는 세정 가스 흐름은, 에칭 가스가 상기 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7) 상류에 배치된 가스 공급 라인 내부로 유입되지 않도록 조절되는 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 에칭 가스 유입구(9)의 환상 구역은 덮개 플레이트(25)를 고정하기 위한 환상의 고정 요소(8)에 의해 형성되는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 가스 유입 기관(4) 위에 수직으로 배치된 가스 공급 라인 기관(36)에 의해서 형성되어 있는 가스 공급 라인으로부터 가스가 공정 가스-유입 구역(5, 6, 7)에 공급되며, 상기 가스 공급 라인 기관(36)은 에칭 가스 공급 라인(29, 29')을 형성하는 외부 몸체(28)에 의해서 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 에칭 가스 공급 라인(29)이 상기 가스 공급 라인 기관(36)을 둘러싸는 환상 채널(29') 내부와 통하고, 상기 환상 채널은 환상 채널(29')의 전체 둘레에 걸쳐 분배 배치된 다수의 가스 통과 개구(30)를 통해 분배 챔버(31)와 연결되어 있으며, 상기 개구(30)가 압력 배리어로서 작용하는 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 에칭 가스가 Cl2이고, 상기 세정 가스가 세척 단계 동안에는 N2인 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 공정 가스는 NH3 및 TMGa이고, 층을 증착할 때에는 상기 세정 가스가 H2 또는 N2인 것을 특징으로 하는,
    3-5족-반도체 층을 증착하기 위한 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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