KR20040068596A - 결정기판상의 결정층 증착방법과 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 결정반도체기판상에 다수의 결정반도체층을 증착시키기 위한 방법과 장치에 관한 것이다. 상기 방법에 따라서, 기체상 출발물질이 가스유입부재를 통하여 반응기(1)의 공정챔버(2)로 도입되고, 만약 적당한 경우 화학증기상 또는 표면반응후에 출발물질이 공정챔버의 기판홀더(5)상에 배치된 반도체기판의 표면에 집적되어 반도체층을 형성한다. 상기 반도체층과 반도체기판이 주족 IV으로부터의 하나 이상의 원소, 주족 III 및 V으로부터의 원소, 또는 주족 II 및 VI으로부터의 원소로부터 결정을 형성하고, 제1 반도체층의 증착을 위한 제1 공정단계에서, 하나 이상의 제1 출발물질로 구성되는 제1 공정가스가 공정챔버(2)로 도입되며, 공정가스의 분해생성물이 제1 반도체층의 결정을 형성하고, 제1 반도체층을 도프하기 위하여 소량의 다른 출발물질이 공정챔버(2)로 도입될 수 있도록 한다. 본 발명은 제2 공정단계에서 제1 공정단계의 전후에, 제2 출발물질과 적당한 경우 다른 가스를 함유하는 제2 공정가스가 제2 반도체층을 증착하기 위하여 동일한 공정챔버에 도입되고, 이 제2 공정가스의 분해생성물이 제1 층의 결정과는 다른 결정을 갖는 제2 반도체층을 형성하며, 제2 반도체층의 도프를 위하여 공정챔버에 소량의 제1 출발물질이 도입될 수 있게 되어 있음을 특징으로 한다.

Description

결정기판상의 결정층 증착방법과 장치 {METHOD AND DEVICE FOR DEPOSITING CRYSTALLINE LAYERS ON CRYSTALLINE SUBSTRATES}
본 발명은 적어도 하나의 결정반도체기판상에 다수의 결정반도체층을 증착시키기 위한 방법에 관한 것으로, 기체상 출발물질이 가스유입부재를 통하여 반응기의 공정챔버로 유입되고, 만약 적당한 경우 화학증기상 또는 표면반응후에 출발물질이 공정챔버의 기판홀더상에 배치된 반도체기판의 표면에 집적되어 반도체층을 형성하며, 반도체층과 반도체기판이 (a.) 주족 IV으로부터의 하나 이상의 원소, (b.) 주족 III 및 V으로부터의 원소, 또는 (c.) 주족 II 및 VI으로부터의 원소로부터 결정을 형성하고, 제1 반도체층의 증착을 위한 제1 공정단계에서, 하나 이상의 제1 출발물질로 구성되는 제1 공정가스가 공정챔버로 도입되며, 공정가스의 분해생성물이 제1 반도체층의 결정을 형성하고, 제1 반도체층을 도프하기 위하여 소량의 다른 출발물질이 공정챔버로 유입될 수 있다.
특허문헌 WO 01/65592A2로부터 질화갈륨 또는 갈륨비소가 증기상 에피택시에 의하여 실리콘결정상에 배치되는 방법이 알려져 있다. 실리콘결정은 상기 (a.)로 보인 특성을 갖는다. 질화갈륨 또는 갈륨비소는 상기 (b.)로 보인 특성을 갖는다. 더욱이, 실리콘단결정상에 실리콘을 증착하는 것이 종래기술로서 알려져 있다. 이방법 역시 증기상 에피택시에 의하여 수행된다. 갈륨비소의 증착을 위하여 출발물질로서 기체상 트리메틸갈륨과 기체상 아르신이 사용되는 반면에, 실리콘기판상에 단결정 실리콘층을 증착시키기 위하여 출발물질로서 기체상 실란이 사용된다. 또한, 예를 들어 갈륨과 실리콘의 결정혼합체와 같은 상기 (a.)에 관련된 결정의 결정혼합체를 제조할 수 있다. 이러한 경우, 기체상 살린에 부가하여 기체상 게르만이 가스유입부재를 통하여 공정챔버로 유입된다. 이러한 경우, 공정가스는 두 기체상 출발물질로 구성된다. 실리콘/게르마늄을 도프하기 위하여 이러한 공정가스에 다른 출발물질이 첨가될 수 있다. 다른 출발물질로서는 트리메틸갈륨 또는 아르신이 적합하며 이는 갈륨도핑 또는 비소도핑이 요구되는 것에 따라서 극소량이 기체상에 공급된다.
다른 한편으로, 단결정 갈륨비소층의 증착으로 위하여, 2-성분 공정가스가 상기 (b.)의 특징으로 보이는 결정을 증착토록 기체상에 유입되고, 다른 출발물질이 갈륨비소결정을 도프하기 위하여 공정가스에 극소량으로 혼합될 수 있다. 이러한 출발물질은 실란과 게르만이다. 그러나, 실리콘 또는 실리콘/게르마늄의 층성장과는 다르게, 실리콘만이 극미량, 예를 들어 수 천배 희석된 상태의 극미량이 GaAs를 위한 도판트로서 공정가스에 첨가된다.
본 발명은 종래 방법의 공정기술을 더욱 개발하고 이러한 방식으로 개발되는 방법을 수행하기 위하여 이용될 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적은 청구범위에 개시된 발명에 의하여 달성된다.
특히, 제2 공정단계에서 제1 공정단계의 전후에, 제2 출발물질과 적당한 경우 다른 가스를 함유하는 제2 공정가스가 제2 반도체층을 증착하기 위하여 동일한 공정챔버에 도입되고, 이 제2 공정가스의 분해생성물이 제1 층의 결정과는 다른 결정을 갖는 제2 반도체층을 형성하며, 제2 반도체층의 도프를 위하여 공정챔버에 소량의 제1 출발물질이 도입될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 갈륨비소층이 실리콘상에 증착되는 실리콘 또는 실리콘층에 증착될 수 있도록 할 뿐만 아니라 단일 공정챔버에서 연속하여 갈륨비소층상의 실리콘 또는 실리콘층상에 갈륨비소층이 증착될 수 있도록 한다. 이들 층은 비도핑형태 또는 도핑형태로 증착될 수 있다. IV 층에 III-V 층을 증착할 수 있다. 물론, 이는 II 층 및 VI 층에도 적용된다. 각각의 경우 도판트로서 다른 공정가스의 출발물질을 이용하여 갈륨비소층과 실리콘층이 도프되는 것이 좋다. 본 발명에 따른 장치는 가스유입부재에 다수의 가스공급라인이 연결되는 것이 특징이다. 적어도 두 출발물질이 결정을 형성하는데 사용되고 도핑을 위하여 사용될 수 있으므로 출발물질의 소오스의 최적한 이용이 가능하다. 이로써 장치의 구성에 소요되는 비용과 반도체 생산비용을 줄일 수 있다. 가스량을 조절하기 위하여, 특히 각 가스유량을 조절하기 위한 가스질량유량조절기가 사용될 수 있다. 가스질량유량조절기는 이들이 제1 반도체층의 층성장에 요구되는 가스량과 제2 반도체층의 도핑을 위하여 요구된 가스량을 제공하기 위하여 사용될 수 있도록 구성되는 것이 좋다. 예를 들어 실리콘 또는 갈륨과 같은 적어도 하나의 층의결정은 예를 들어 실리콘 과 같은 기판의 결정과 같을 수 있다. 그러나, 기판도 역시 갈륨비소, 인듐인화물 또는 게르마늄으로 구성될 수 있다. 그리고 적어도 하나의 층은 정확히 이 물질로 구성된다. 적어도 하나의 다른 층은 기판의 결정과 상이한 결정을 갖는 것이 좋다. 만약 기판이 실리콘이면 이 층은 갈륨비소, 인듐 인화물 또는 갈륨 인듐 인화물 또는 질화갈륨으로 구성될 수 있다. 적어도 하나의 층은 예를 들어 실리콘과 같이 기판을 구성하는 동일한 원소를 포함하는 것이 좋다. 그러나, 산화물 역시 기판의 결정과는 상이한 결정을 갖는 층으로서 이용하기에 적합하다. 예를 들어 실리콘/게르마늄 또는 갈륨비소인 제1 및 제2 층 사이의 전이영역은 단층 고용체를 형성할 수 있다. 두 층 사이의 전이영역에서 이러한 단층 고용체의 형성은 전형적으로 상이한 격자상수를 갖는 층들이 어떠한 결함없이 서로 결합됨을 의미한다. 상이한 결정의 층들은 모두 연속하여 즉시 증착될 수 있는 바, 이와 같은 경우 기체상의 조성만 달라진다. 그러나, 두 코팅단계 사이에서 중간공정단계가 수행될 수도 있다. 이러한 중간공정단계는 에칭단계 또는 패시베이션 단계일 수 있다. 에칭단계에서, 기판홀더상에 증착된 선행공정가스의 물질이 제거된다. 이러한 기생성장생성물의 에칭제거는 공정챔버에 HCl을 도입하여 이루어질 수 있다. 이는 특히 물질이 갈륨비소 또는 다른 III-V 화합물인 경우에 유리하다. 만약 실리콘증착단계의 기생성장생성물이 제거되어야 하는 경우, 수소 래디컬, 염소 래디컬 또는 플루오르 래디컬이 발생되는 플라즈마를 이용할 수 있다. 이 플라즈마는 예를 들어 고주파 전자교번자계에 의하여 점화된다. 이러한 전자교번자계는 기판의 외측영역에서 형성되어 기판에 인접하는 기판표면영역만이 래디컬에 의하여 영향을받도록 한다. 이 플라즈마는 또한 공정챔버의 벽과 커버를 처리하는데 이용되어 이들 영역의 퇴적물ㅇ리 제거될 수 있도록 할 수 있다. 그러나, 기판의 표면이 에칭될 수 있도록 에칭단계를 수행할 수 있다. 비록 이러한 과정에서 기판표면 또는 선행하여 증착된 층의 표면이 약간 손상될 수는 있으나, 이러한 표면의 가벼운 손상은 그 자체로서 다음의 층이 결합되도록 하는데 유리하다. 따라서, 결정핵생성층이 형성되는 것이다. 이러한 결정핵생성층은 또한 중간층이 에칭단계 대신에 패시베이션의 목적으로 증착되는 경우에도 형성된다. 방법의 변형예에서, 공정파라메타, 즉 가스유량과 공정챔버 내부온도는 기생성장이 최소화될 수 있도록 설정된다. 이를 위하여, 기판홀더나 공정챔버의 벽과 커버가 하측으로부터 가열되는 것이 좋다. 공정챔버는 원통형의 형태인 것이 좋다. 가스유입부재는 중앙에 배치된다. 기판홀더는 가스유입부재의 대향측에 배치되고 회전구동된다. 자전하여 회전구동되는 기판캐리어판은 기판홀더에 대하여 위성의 형태로 배치될 수 있다. 기판캐리어판의 회전구동은 잘 알려진 바와 같이 가스쿠션에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 제1 실시형태의 반응기에서 공정챔버를 보인 개략구성도,
도 2는 반응기 공정챔버의 제2 실세형태를 보인 단면도, 및
도 3-도 8은 본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조된 여러 층구조를 보인 설명도이다.
도 1에서 보인 장치는 개략적으로 보인 반응기(1)의 공정챔버(2)이다. 공정챔버(2)는 수평으로 연장되고 예를 들어 흑연 또는 코팅흑연으로 구성되는 기판홀더(5)를 갖는다. 이 기판홀더(5)는 잘 알려진 바와 같이 회전구동된다. 이 기판홀더는 그 중심축선을 중심으로 하여 회전한다. 기판홀더(5)는 원형의 디스크 형태이다. 기판이 배치되는 원통형의 기판캐리어판(6)이 기판홀더상의 원통형 포켓내에 배치된다. 이들 기판캐리어판(6)은 가스쿠션에 의하여 회전구동된다. 이 과정에서 이들은 이들 자신의 축선을 중심으로 하여 회전한다.
가스유입부재(7)는 가 공정챔버(2)의 중심측으로 개방된다. 도 1에서 보인 예시실시형태에서, 이 가스유입부재(7)는 트리메틸갈륨이 가스형태로 공정챔버로 도입될 수 있도록 하는 두개의 가스유입공, 즉, 주연의 가스유입공과, 공정챔버로 아르신이 도입될 수 있도록 하는 중앙가스유입공을 갖는다.가스유입부재(7)는 기판홀더에 평행하게 연장된 공정챔버 커버(4)의 개방부를 통하여 연장된다. 공정챔버(2)의 주연은 공정가스가 공정챔버(2)로부터 유출될 수 있는 가스유출공을 갖는 환상의 벽(3)으로 둘러싸여 있다.
기판홀더(5)는 예를 들어 적외선 또는 고주파에 의하여 하측으로부터 가열된다. 공정챔버 벽(3)과 공정챔버 커버(4)도 역시 가열된다. 공정챔버의 벽과 공정챔버의 커버의 가열은 기생성장을 최소화하도록 작용한다.
공정챔버 커버(4)와 공정챔버 벽(3)은 전도체로 구성될 수 있다. 그러나, 이들은 또한 전도영역을 가질 수 있다. 이들 전도영역은 전극(8)(9)에 연결된다. 고주파 전자교번자계가 이들 전극에 연결되어 공정챔버(2)내의 주어진 적당한 증기상 조성물에서 플라즈마가 형성될 수 있다. 이 플라즈마는 수소, 염소 또는 플르오르 래디컬을 발생하여 이에 의해 공정챔버 커버(4)와 공정챔버 벽(3)에 형성된 실리콘 코팅을 에칭제거할 수 있도록 한다. 그러나, 가스유입부재(7)를 통하여 HCL을 도입함으로서 공정챔버 벽과 공정챔버 커버(2)의 갈륨비소 피복물이 제거될 수 있도록 할 수도 있다. 그러나, HCL의 도입이나 래디컬의 발생은 기판홀더(5)의 표면도 에칭토록 하는데 이용될 수 있다. 기판의 표면과 기판상에 증착된 층의 표면을 부분적으로 에칭시키는 것도 가능하다.
도 2에서 보인 실시형태는 가스유입부재(7)의 형상에 있어서 도 1의 실시형태와 상이하다. 가스유입부재(7)가 다중통로형의 가스유입시스템이고 통로가 이들의 개방부까지 서로 분리되어 있는 반면에, 도 2에서 보인 가스유입부재(7)는 "샤워헤드"의 형태이다. 이러한 가스유입시스템은 중앙챔버를 가지며 이로부터 그리드 형태로 배치된 다수의 개방공이 공전챔버(2)측으로 개방되어 있다.
도 1에서 도면 부호 10은 여러 가스질량유량조절기를 보이고 있다. 예를 들어, 각 경우의 장치는 트리메틸인듐, 트리메틸갈륨, 포스핀, 아르신, 실란, 게르만, HCl, 염소, 플루오르 및 수소를 위한 가스질량유량조절기를 갖는다. 가스질량유량조절기(10)는 다른 요구된 구조를 가질 수 있다. 만약 예를 들어 트리메틸인듐, 트리메틸갈륨, 포스핀, 아르신, 실란 또는 게르만을 위한 적어도 하나의 경정형성가스의 가스질량유량조절기(10)가 이러한 출발물질이 결정형성 출발물질 및 도판드로서 사용될 수 있도록 하는 것이 좋다. 만약 이러한 출발물질이 도판트로서 사용되는 경우 10의 몇 제곱 만큼 감소된 가스질량이 가스질량유량조절기(10)로부터 가스유입부재(7)측으로 공급된다. 이러한 범위까지 출발물질의 가스질량유량을 감소시키는 것을 예를 들어 적당한 희석에 의하여 이루어진다. 그러나, 문제의 출발물질은 결정을 형성토록 하는데 이용되거나 상이한 결정을 도프하기 위하여 극미량의 형태로 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 도 3-도 8에서 보인 수직층구조를 기초로 하여 설명될 것이다. 이들 도면에서, 예시된 기판물질은 설명을 간편히 하기 위하여 실리콘인 것으로 설명된다.
도 3에서 보인 층구조를 얻기 위하여, 실리콘/게르마늄이 단결정의 형태로 실리콘기판상에 증착된다. 이러한 실리콘/게르마늄 층상에 다시 실리콘층의 증착의 증착이 이루어진다. 이후에 갈륨비소가 증착된다.
실리콘/게르마늄 층을 증착시키기 위하여, 기판홀더(5)가 1000℃의 온도로 가열된다. 그리고, 실란과 게르만이 가스유입부재(7)를 통하여 공정챔버에 도입된다. 실리콘기판상에 실리콘/게르마늄 층이 형성된다. 그리고, 실리콘 층을 증착시키기 위하여, 가스유입부재를 통하여 실란 만이 공정챔버(2)로 도입됨으로서 실리콘 층이 증착된다. 기생성장으로 소량의 물질이 공정챔버의 벽(3) 또는 공정챔버 커버(4)에 증착된다. 이러한 피복물은 공정챔버의 벽(3)과 공정챔버의 커버(4)를 가열함으로서 최소화될 수 있다.
실리콘 층이 증착된 후에, 반응기의 벽(3)과 반응기의 커버(4)에 형성된 기생증착물이 제거된다. 이는 수소, 염소 또는 플루오르 플라즈마에 의하여 이루어진다. 이를 위하여, 공정챔버에 염소 또는 HCl 또는 플루오르 또는 수소가 도입된다.플라즈마는 전극(8)(9)에 의하여 공정챔버내에서 점화된다.이로써 형성된 유리 래디컬이 플라즈마의 영역에서 증착물을 에칭제거한다.
그러나, 예를 들어 갈륨비소와 같이 기생증착물을 패시베이션시키는 얇은 중간층을 증착시킬 수 있다.
도 4에서 보인 층구조를 얻기 위하여, 마찬가지로 먼저 실리콘기판상에 실리콘/게르마늄이 증착된다. 그리고, 선택적인 에칭단계 또는 패시베이션단계 후에, 실리콘/게르마늄 층상에 갈륨비소가 증착된다.
도 5에서 보인 층구조를 얻기 위하여, 실리콘기판상에 실리콘/버퍼 층이 증착된 후에, 갈륨비소가 증착된다. 이와 같은 경우에 있어서도 갈륨비소의 증착은 에칭단계 또는 패시베이션단계에 선행된다.
도 6에서 보인 예시실시형태에서, 먼저 산화층이 실리콘기판상에 증착된다. 이 산화층상에 갈륨비소 층이 증착된다.
도 7에서 보인 실시형태에서, 기판상에 증착된 실리몬/게르마늄 층상에 갈륨비소가 증착된다. 그리고 이 갈륨비소 층이 실리콘 층으로 피복된다. 실리콘피복층이 증착되기 전에 다른 에칭 또는 패시베이션단계가 수행될 수 있다. 공정챔버 벽(3), 기판홀더(5) 또는 반응기 커버(4)상에 기생증착된 갈륨비소를 제거하기 위하여 HCl이 반응기에 도입된다. 이 HCl은 기생성장된 갈륨비소를 에칭제거한다. 이러한 에칭단계는 갈륨비소 층 자체를 균일하게 부분적으로 에칭한다.
변형실시형태에서, 실리콘피복층의 증착은 패시베이션 층의 증착에 선행함으로서 갈륨비소 증착물로부터 갈륨이나 비소가 증발되지 않도록 한다.
도 8에서 보인 실시형태에서, 먼저 실리콘기판상에 실리콘/게르마늄이 증착된다. 이 층 상에 갈륨비소의 피복이 이루어진다. 이와 같은 경우에서 피복층은 실리콘/게르마늄이다.
본 발명에 따른 방법은 반응기에 하나 이상의 기판을 로딩시켜 이루어진다. 예를 들어 기판은 기판캐리어판(6)상에 실린다. 그러나, 비회전형 기판홀더 상에 하나의 기판을 배치할 수도 있다. 반응기가 폐쇄된 후에, 공정챔버는 실리콘의 증착온도로 가열된다. 이 증착온도는 약 1000℃이다. 그리고 실란이 가스유입부재(7)를 통하여 공정챔버(2)로 도입된다. 실란의 가스질량유량은 가스질량유량조절기(10)에 의하여 설정된다. 가스질량유량은 광범위한 층성장이 이루어질 수 있도록 충분한 양으로 설정된다.
실리콘 층이 증착된 후에, 실란유량이 제로로 설정된다.
또한, 순수 실란 대신에 게르만과 실란의 혼합물을 증기상으로 도입함으로서 기판상에 실리콘-게르마늄 층을 성장시킬 수 있다. 또한, 산화물형성물질을 도입할 수 있다(도 7). 실리콘 층의 증착중에, 실란이 이러한 층의 형성을 위한 출발물질로서 이용된다. 이러한 실란에 부가하여, 가스유입부재(7)를 통하여 공정챔버(2)에 아르신 또는 트리메틸갈륨 또는 포스핀 또는 트리메틸인듐이 도입될 수 있다. 그러나, 이러한 제2 출발물질의 질량유량은 실란에 비하여 1000 분의 몇 정도로 상당히 낮으므로 이러한 제2 출발물질은 결정을 형성하지는 못하고 결정의 도핑에만 영향을 줄 뿐이다.
이러한 제1 반도체층이 제1 공정가스로서 실란 또는 실란/게르만 혼합체로부터 증착된 후, 제2 반도체층이 증착될 수 있다. 이러한 과정은 공정가스로서 공정챔버에 제2 출발물질, 특히 두 제2 출발물질을 도입함으로서 이루어진다. 그리고 제2 공정가스는 아르신 또는 트리메틸갈륨 또는 포스핀과 트리메틸인듐의 혼합체 또는 모든 4개의 제2 출발물질로 구성될 수 있다. 이러한 제2 공정가스는 낮아진 증착온도에서 가스유입부재(7)를 통하여 공정챔버(2)로 도입된다. 이와 같이 함으로서 III-V 층이 기판 또는 선행하여 증착된 실리콘 또는 실리콘/게르마늄의 층 상에 증착된다. 이 층은 실리콘 또는 실리콘/게르마늄으로 구성되는 IV 결정층과는 상이한 결정을 갖는다. III-V 층의 증착중에, 상기 언급된 결정형성출발물질에 부가하여 실란을 공정챔버에 도입할 수 있다. 그러나, 실란의 가스질량유량은 예를 들어 아르신과 트리메틸인듐의 가스질량유량에 비하여 현저히 낮다. 이는 실질적으로 층이 갈륨비소로 구성되고 미량의 실리콘만을 포함함을 의미한다. 이와 같은 경우, 실리콘은 불순물에 지나지 않는다.
또한 제1 층의 증착후에 중간에칭단계가 포함될 수 있다. 이러한 중간에칭단계에서, 공정챔버 벽(3), 공정챔저 커버(4) 및 기판홀더(5)의 영역이 에칭된다. 실리콘층의 증착중에 증착된 물질은 에칭단계중에 제거된다. 이러한 에칭단계는 실리콘층의 표면을 균일하고 부분적으로 에칭시킬 수 있다. 기생성장된 실리콘을 에칭하여 제거하기 위해 플라즈마가 이용되는 것이 좋다. 이를 위하여, 플루오르, 염소 또는 HCl이 증기상으로 도입된다. 고주파 전자교번자계에 의하여 이들 가스로부터래디컬이 생성되고 공정챔버 벽(3)과 공정챔버 커버(4)로부터 증착물을 제거한다.
그러나, 에칭단계에 대한 다른 대안으로서 중간층을 증착시키는 것이 가능하다. 이와 같은 경우, 이 중간층은 공정챔버 벽(3)과 공정챔버 커버(4)의 피복이 이루어질 수 있도록 증착된다. 그리고, 공정챔버 벽(3) 과/또는 공정챔버 커버(4)의 온도는 적당한 방법으로 제어된다. 공정파라메타는 기판의 코팅단계중에 공정챔버의 벽과 공정챔버의 커버에 가능한 한 적은 물질이 증착될 수 있도록 선택된다. 그러나, 이러한 중간코팅단계에서, 공정파라메타는 실질적으로 증착물이 피복될 수 있도록 설정된다.
갈륨비소 또는 인듐 인화물의 기생성장을 제거하기 위하여 플라즈마 없이 순수 HCl이 사용될 수 있다. 이와 같은 경우에 있어서도, 에칭단계가 공정챔버의 벽과 공정챔버의 커버로부터 증착물을 제거하고 또한 기판상의 층표면을 부분적으로 에칭할 수 있다는 것이 허용될 수 있다. 특히 이는 코팅이 각 층 사이의 단층 고용체의 형성으로 이루어지는 경우에 유리하다. 전이영역에서 단층 고용체의 형성은 특히 층간의 결합 또는 무결함성장에 유리한 것이다. 그러나, III-V 화합물 반도체에 대한 대안으로서 II-VI 화합물 반도체를 증착시킬 수 있다.
이상의 모든 내용들이 본 발명에 관한(본질적으로) 것이다. 본 발명에 첨부된 우선권 서류(선행출원의 사본) 등의 내용이 본 발명의 내용에 포함되며 부분적으로 이들 내용이 본 발명의 청구범위에 포함된다.

Claims (21)

  1. 적어도 하나의 결정반도체기판상에 다수의 결정반도체층을 증착시키기 위한 방법으로서, 기체상 출발물질을 가스유입부재를 통하여 반응기(1)의 공정챔버(2)로 유입하고, 적당한 경우에는 화학증기상 또는 표면반응후에, 출발물질을 공정챔버의 기판홀더(5)상에 배치된 반도체기판의 표면에 집적하여 반도체층을 형성하며, 반도체층과 반도체기판을 (a.) 주족 IV으로부터의 하나 이상의 원소, (b.) 주족 III 및 V으로부터의 원소, 또는 (c.) 주족 II 및 VI으로부터의 원소로부터 결정을 형성하고, 제1 반도체층의 증착을 위한 제1 공정단계에서 하나 이상의 제1 출발물질로 구성되는 제1 공정가스를 공정챔버(2)로 유입하며, 공정가스의 분해생성물로서 제1 반도체층의 결정을 형성하고, 제1 반도체층을 도프하기 위하여 소량의 다른 출발물질이 공정챔버(2)로 유입될 수 있도록 한 결정기판상의 결정층 증착방법에 있어서, 제1 공정단계의 전후의 제2 공정단계에서 제2 출발물질과 적당한 경우의 다른 가스를 함유하는 제2 공정가스를 제2 반도체층을 증착하기 위하여 동일한 공정챔버에 유입하고, 이 제2 공정가스의 분해생성물로서 제1 층의 결정과는 다른 결정을 갖는 제2 반도체층을 형성하며, 제2 반도체층의 도프를 위하여 공정챔버에 소량의 제1 출발물질을 유입할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 결정기판상의 결정층 증착방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 한 층의 결정이 기판의 결정과 같게 하고, 적어도 하나의 층은 기판의 결정과 상이한 결정으로 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 층을 기판을 구성하는 원소와 동일한 원소로 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 실리콘인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 층이 갈륨비소, 질화갈륨, 질화실리콘, 실리콘/게르마늄 또는 산화물인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층과 제2 층 사이의 전이영역이 단층 고용체를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층을 제1 층에 직접 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판홀더, 공정챔버 벽(3) 및 공정챔버 커버(4)에 증착되는 제1 또는 제2 공정가스의 분해생성물을 제1 또는 제2 층의 증착후에 제거하거나 패시베이션하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 물질의 제거를 특히 HCl 또는 플라즈마를 이용한 에칭에 의하여 이루는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 수소, 염소 또는 플루오르 래디컬로 구성되는 플라즈마를 기판으로부터 원격되게 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판의 표면 또는 미리 증착되어 있는 층의 표면을 에칭하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 적어도 하나의 결정반도체기판상에 다수의 결정반도체층을 증착시키기 위한 장치로서, 기체상 출발물질을 가스유입부재를 통하여 반응기(1)의 공정챔버(2)로 유입하고, 적당한 경우에는 화학증기상 또는 표면반응후에, 반도체층을 형성하기 위하여 출발물질을 공정챔버(2)의 기판홀더(5)상에 배치된 반도체기판의 표면에 집적하며, 가스유입부재(7)의 상류측에 배치되는 가스혼합시스템을 갖는 장치에 있어서, 가스혼합시스템이 주족 III, IV 및 V에 속하는 기체상 출발물질을 위한 가스질량유량조절기(10)를 구비하고 있고, 가스질량유량조절기(10)에 의하여 제공되는 가스질량유량이 III-V 반도체층과 IV 반도체층의 성장에 적합한 레벨로 선택될 수 있으며, 적어도 하나의 가스질량유량조절기(10)가 제1 또는 제2 반도체층의 층성장에 필요한 가스질량유량과 각각의 경우의 상이한 제2 또는 제1 반도체층의 도핑을 위하여 요구되는 가스질량유량을 제공하는 것을 특징으로 하는 결정기판상의 결정층 증착장치.
  13. 제12항에 있어서, 두 가스질량유량이 적어도 일천분의 몇 정도로 상이한 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판의 외측에 증착된 물질을 제거 또는 패시베이션하기 위한 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제거 또는 패시베이션 수단이 공정챔버 벽(3) 및 공정챔버 커버(4)의 영역에서 작용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 기생성장을 제거하기 위한 수단이 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마가 공정챔버 벽(3) 및 공정챔버 커버(4)의 영역에서 발생되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판홀더가 후측으로부터 가열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 공정챔버 벽(3) 및 공정챔버 커버(4)가 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 가스유입부재(7)가 반응기(1)의 중심에 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전구동형의 기판홀더(5)에 회전구동형의 기판캐리어판(6)이 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
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