KR20100100975A - 전구체 개스를 에피택셜 성장 기판으로 전달하는 장치 - Google Patents

전구체 개스를 에피택셜 성장 기판으로 전달하는 장치 Download PDF

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찬탈 아레나
크리스티안 제이. 에르크호벤
로널드 토마스 주니어 버트람
에드 린도우
데니스 엘. 굳윈
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에스.오.아이. 테크 실리콘 온 인슐레이터 테크놀로지스
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Abstract

이 발명은 열 중성화된 (thermalized) 전구체 개스를 보다 정확하게 전달하도록, 성 장 챔버 내로 연장된 개스 인젝터 장치를 제공한다. 상기 개선된 인젝터는 가열된 전구체 개스를 상기 개스들이 성장 기판에 도달할 할 때까지 공간적으로 상호 이격되며 대량의 생산에 적합한 부피를 갖는 플로우로 상기 성장 챔버로 분배할 수 있다. 중요한 것은, 상기 개선된 인젝터는 챔버와 함께 사용되는 기계적 및 로봇 기판 취급 장치의 동작을 방해하지 않고, 기존의 상업적 성장 챔버에 맞출 수 있을 크기와 구성을 갖는다. 이 발명은 다양한 기본 및 화합물 반도체의 대량 성장에 유용하며, 특히. III-V족 화합물 및 GaN의 대량 성장에 유용하다.

Description

전구체 개스를 에피택셜 성장 기판으로 전달하는 장치 {Apparatus for delivering precursor gases to an epitaxial growth substrate}
본 발명은 기상 에피택셜 성장 장치에 관한 것이며, 특히 에피택셜 성장 챔버로 전구체 개스를 옮기고 상기 챔버에서 가열하는 장치를 제공한다. 본 발명은 특히 대량피의 GaN 성장를 위한 장치에 유용하다.
GaN 또는 다른 III-V 족 화합물의 할로겐화물 (halide) (또는 수소화물 hydride) 기상 에피택시 (HVPE)는 기판에서 전구체 개스가 GaN으로 비효율적으로 전환한다는 문제를 가지고 있다. 하나의 문제는 전구체 개스의 온도와 관련된다. GaN의 경우, GaCl3과 NH3의 도입 온도가 약 850℃ 보다 낮으면, 원하지 않는 GaCl3:NH3 ㅊ착체가 형성되어, 이것이 GaN을 형성하는 GaCl3와 GaCl3 간의 원하는 직접적 반응을 제한할 수 있다. 또 다른 문제는 , 전구체 개스들이 기판 아주 가까이에 근접하기 전에 미리 혼합될 때 발생한다. 전구체 개스의 너무 이른 혼합은 반응기 안에 원하지 않은 기상 반응 부산물 및 미립자 생산을 가져올 수 있는데, 이들은 제품 품질을 떨어뜨릴 수 있다.
다른 문제는 성장 챔버 내부 벽 상의 원하지 않는 증착에서 발생한다. GaN의 경우, 예를 들면 GaCl이나 GaCl3와 같은 전구체를 포함하는 Ga가 비교적 낮은 온도에서 기체 상태로부터 응결되며 (보통 500℃), 따라서 기화 범위를 넘는 온도로 유지되지 않은 반응기 영역은 코팅될 수 있다. 이 원하지 않는 물질들은 챔버의 비효율적 가열 및품질이 저하된 미립자의 생산을 가져올 수 있다.
따라서, 종래의 III-V 족 화합물 성장은 열 중성자화 (thermalization) 및 성장 챔버로의 전구체 개스의 운반을 개선하는 장치에 의해 개선될 수 있다. 이와 같은 개선은 보다 효율적인 전구체 개스의 사용 및 이와 관련된 비용 절감을 가져올 것이다. 하지만, 이와 같은 장치는 아직 이용할 수 없는데, 왜냐하면 상업적 생산에 적합한 성장 챔버 내의 물리적 공간이 매우 제한되어 있어서 다른 장치의 추가가 기계적 기판 운송 시스템의 효율을 손상시키거나 예컨대 도입 및 배기 라인을 위한 가용 클리어런스 (clearance)에 의해 제한될 수 있기 때문이다.
본 발명은 열중성화된 전구체 개스의 보다 정확한 전달을 제공하기 위해, 선장 챔버 내로 수평 연장되는 인젝터 장치를 제공한다. 상기 개선된 인젝터는 가열된 전구체 개스들을, 이 개스들이 기판에 닿기까지는 공간적으로 상호 이격되어 있는 플로우로 성장 챔버로 분배할 수 있다. 상기 플로우는 대량 생산에 적합한 용량으로 전달된다. 중요한 것은, 상기 개선된 인젝터가 챔버와 함께 사용되는 기계적 및 로봇 기판 취급 장치의 동작을 방해하지 않고, 기존의 상업적 성장 챔버에 맞출 수 있을 크기와 구성을 갖는다는 것이다. 이 발명은 다양한 기본 및 화합물 반도체의 큰 부피 성장에 유용하며, 특히. III-V족 화합물 및 GaN의 대량 성장에 유용하다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 초 경량 (ultra compact), 초 박 (ultra thin) 전구체 가열 인제터를 제공하는데, 이 인젝터는 웨이퍼 선적/하적 메커니즘의 적절한 접근이 가능하면서, 기판 상의 제한된 공간에 도입될 수 있다. 본 발명은 반응성, 전구체 개스의 분리를 위한 비-반응 기체 스트림을 제공할 수 있다. 상기 인젝터는 하나 이상의 접착 가능하면서, 에피택셜 성장 챔버 내의 부식 조건 및 고온을 이길 수 있는 물질을 본딩함으로써 형성된다. 적절한 물질로 예컨대, 석영과 같은 내화성 옥사이드, 예컨대 실리콘 카바이드 같은 내화성 카바이드, 예컨대 알루미늄 나이트라이드 같은 내화성 나이트라이드가 포함된다. 하나 이상의 층에 채널들이 형성되어, 다른 층들에 의해 밀봉되었을 때, 공간적으로 상호 이격된 도관을 형성한다. 상기 채널들은 다양한 채널 형태 및 크기, 다양한 입력 포트, 다양한 출력 포트 등을 갖는다. 상기 채널들은 기술 분야에 공지된 기술에 의해 커팅되는데, 이 방법들은 습식 에칭, 플라즈마 에칭, 및 기계적 절단, 레이저 커팅 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 그리고 전체 장치는 구성 층을 본딩함으로써 완성된다.
바람직한 실시예에서, 채널 및 도관들은 구불구불한 배열로 만들어진다. 이 배열 및 유사한 배열은 인젝터 내의 채널 길이를 최대화하여 상기 인젝터 내의 개스 플로우의 체류 시간을 증가시킨다. 이와 같은 연장된 체류 시간은 개스가 효과적으로 가열되게 한다. 바람직하게는, 상기 인젝터가 가열 램프, 저항성/유도성 가열 등에 의해 가열되는데, 가열은 반응기 가열 소자 또는 가열기와 독립된 가열 소자에 의해 수행될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 하나 이상의 상대적으로 비-반응성인 기체 커튼이 상기 인젝터에 통합되어 상기 인젝터를 벗어난 후 전구체 개스의 조기 혼합을 방지할 수 있다. 커튼 개스 플로우의 추가는 반응 기체가 기판과 접촉할 때 까지 분리되어 있는 능력을 증가시키는데, 여기서 고온 기판으로부터 결과하는 난류 (turbulence)는 불활성 기체 커튼을 깨뜨려서, 상기 개스들이 혼합되고 반응하도록 할 수 있다. 나아가, 커튼 개스 유속의 조정은 전구체 개스의 혼합 및 성장 기판 상의 체류 시간을 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
보다 상세하게, 바람직한 실시예에서, 본 발명은 기체 상태의 (gaseous) 전구체를 분배하는 인젝터 장치를 제공한다. 상기 장치는 챔버 벽에 인접한 근접부 (proximal portion)로부터 챔버 내에 존재하는 에피택셜 성장 기판 근처의 말단부를 향해 수평으로 (horizontally) 연장되는 하나 이상의 도관을 포함한다. 챔버 벽에 인접한 근접부는 개스 플로우 (flow)를 받아들이는 적어도 하나의 개구(opening)을 가지며; 상기 기판 근처의 말단부 (distal portion)는 상기 개스 플로우를 상기 챔버 내로 분배하는 복수의 포트를 갖는다. 상기 인젝터 장치는 상기 챔버 내부로부터 상기 인젝터 장치로의 열전달을 개선하는 열 전달 수단을 더 포함한다. 이와 같은 인젝터는 바람직하게는, 약 2mm와 약 8mm 사이의 두께를 가지며, 성장 챔버 내의 조건 및 도관 내의 조건에 잘 견디는 (resistant) 물질을 더 포함한다.
바람직한 실시예는 평면형일 수 있다. 평면형 실시예는 2 이상의 평면 물질 (planar material)이 상기 성장 챔버 내에 수평으로 배열되도록 구성될 수 있으며, 상기 평면 물질의 적어도 하나는 그 안에 형성된 하나 이상의 채널을 포함하며, 상기 2 이상의 평면 물질은 상기 채널들을 밀봉하도록 상호 밀봉 (sealingly) 접착되어 상기 평면 물질의 적어도 하나를 통과하는 복수의 포트를 포함한다.
다른 관점에서, 상기 도관들은 다양한 구조를 갖는다. 예를 들어, 복수의 도관은 상기 기판 표면 (face)에 복수의 개스를 분배하도록 행동할 수 있다. 나아가 , 적어도 2개의 이와 같은 도관의 말단부는 상호 평행하게 배열된 선형 (linear) 형상으로 구성되거나, 상호 동심원으로 (concentrically) 배열된 적어도 일부가 원형인 형상으로 구성되거나, 상기 말단부의 포트들은 하나의 말단 단부의 포트가 다른 말단 단부의 포트에 인접하도록 배열된다. 적어도 3개의 개스를 분배할 수 있는 적어도 3개의 도관의 경우, 도관의 말단 단부의 포트들은 하나의 말단 단부의 포트가 다른 2개의 말단 단부의 포트들 사이에 존재하도록 배열된다.
나아가, 도관 구조는 상기 근접부와 상기 말단부 사이에 구불구불한 (serpentine) 경로를 포함하며, 상기 도관들 사이의 개스 연통 (communication) 없이 수직 방향으로 이격된 적어도 2개의 도관도 포함한다. 이와 같은 도관들은 적어도 두개의 채널들을 수직 이격되며 적어도 하나의 다른 채널과 절연된 하나의 채널과 밀봉함으로써 형성된다. 도관 구조는 적어도 하나의 도관이 상기 도관들 사이의 개스 연통 없이, 적어도 하나의 다른 도관에서 교차하는 것을 포함한다. 이와 같은 실시예에서, 하나의 도관의 근접부와 다른 도관의 말단부 사이를 개스가 흐를 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 내부에 배열된 성장 기판을 포함하는 에피택셜 성장 챔버; 및 복수의 개스를 상기 성장 기판의 면에 분배하도록 배열된, 제 1항 내지 제 14항 중의 어느 한 항의 인젝터 장치를 포함하는, 에피택셜 성장 장치를 제공한다. 이와 같은 성장 챔버들은 상기 성장 챔버 내의 물질을 가열하는 방사 소자를 더 포함하며, 상기 성장 챔버는 상기 방사 소자로부터 방출되는 방사 (radiation)에 대해 적어도 일부 투명하며 (transparent); 상기 인젝터 장치는 상기 방출된 방사를 적어도 일부 흡수하는 물질을 포함한다. 상기 흡수 물질은 상기 인젝터 장치의 통합 (integral) 부분이거나, 상기 인젝터 장치의 개스 운반부와 접촉하거나 이에 인접한 평면 물질로 구성된다.
그 밖을 실시예에서, 상기 에피택셜 성장 장치는 선적 (loading)/ 하적 (unloading) 포트; 및 상기 선적/하적 포트를 통해 상기 성장 챔버로 들어가거나 상기 성장 챔버로부터 벗어나서, 상기 성장 챔버 내에 성장 기판을 두거나 상기 성장 챔버로부터 성장 기판을 제거하는, 선적/하적 메커니즘 (mechanism)을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 에피택셜 성장 장치에서, 상기 인젝터 장치는 상기 선적/하적 메커니즘을 방해하지 않도록 하는 크기 및 구성을 갖고, 상기 성장 챔버 내에 배열된다. 바람직한 실시예에서, 상기 에피택셜 성장 장치는 3개의 개스를 분배할 수 있는 인젝터를 포함하며, NH3, GaCl3가 상기 외곽 말단 단부의 포트를 통해 분배되며 비 반응성 기체가 내곽 말단 단부를 통해 분배된다.
본 발명의 그 밖의 관점 및 상세, 구성요소의 대안적 결합 등은 하기의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이며 이것들 역시 본 발명가들의 발명의 범위 내이다.
본 발명은 이하의 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명 및 본 발명의 특정 예 및 첨부된 도면을 참조해서 보다 완전하게 이해될 것인데, 여기서 도면들은:
도 1a-d는 예시적인 방법으로, 내부 인젝터 및 도관 포트를 도시한다;
도 2a-b는 예시적인 도관 구조를 도시한다;
도 3a-c는 예시적인 평면형 내부 인젝터를 도시한다;
도 4는 평면형 내부 인젝터의 또 다른 예를 도시한다;
도 5는 예시적 방식으로, 가열된 내부 인젝터를 도시한다.
이제 본 발명의 내부 인젝터 (injector) 장치의 바람직한 실시예가 설명된다. 이 명세서의 제목 (heading)은 명료함을 위한 것이며 제한의 의도는 없다.
도 1a-b는 본 발명의 내부 인젝션 (injection) 장치의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한다. 명료함을 위해, 도 1a의 참조 번호 중 도 1b에도 도시되는 동일한 구성 요소를 특정하는 번호들은 도 1b에서 반복되지 않는다. 이 도면들에 도시된 것 처럼, 본 발명의 내부 인젝터 (13) 에피택셜 성장 챔버 (1) 내부에 배치되는데, 이 성장 챔버 (1)은 이 발명과 함께 사용되기 위해 설계된 것이거나 이미 존재하는 것일 수 있다. 어떤 경우에도, 상기 성장 챔버는 도 1a-b에 도시된 기본적인 특징들을 가지는데, 이 특징들이 이제 간략하게 설명된다.
먼저, 상기 성장 챔버는 그 내부에 적어도 하나의 에피택셜 성장 기판 (5) 및 적어도 하나의 본 발명의 내부 인젝션 (injection) 장치 (13)를 포함할 수 있는 크기 및 구성을 갖는다. 그렇지 않으면, 상기 성장 챔버는 다양한 구성 및 크기를 가질 수 있는데, 예컨대, 장방형, 원형 또는 다른 형상의 수평 단면, 예컨대 평면형, 돔형으로 형성될 수 있는 상부 및 하부면 및 기타 다른 구성 옵션을 가질 수 있다. 상기 성장 챔버는 적어도 하나의 배기 포트 (9)를 포함하는데, 이 배기부를 통해 사용된 개스 E가 챔버로부터 빠져 나간다. 선택적으로, 상기 성장 챔버는 상기 내부 인젝터 (13)에 의해 제공되는 것들 외의 추가 인젝터 포트를 포함할 수 있는데, 이 추가 인젝터 부를 통해 개스 또는 개스들 D로 개략 도시된 다양한 공정 개스들이 챔버 내로 도입될 수 있다. 개략적으로 포트 (3)으로 도시된 이 추가 포트들은 기술 분야에 공지된 많은 구성 빛 배열을 가질 수 있다. 상기 성장 챔버는 자화기 (susceptor:7)와 같은 통상의 구성요소들과 결합될 수 있는데, 상기 자화기는 성장 기판 (5)을 지지하도록 회전 실장 (rotatably-mounted) 될 수 있다.
상기 성장 챔버는 가열 부재 (11)와도 결합될 수 있는데, 상기 가열 부재는: 전류에 의해 가열되는 저항 소자; RF, 적외선, 가시광선, UV 등과 같은 방사 (radiation)을 방출하는 방사 소자; 다른 유형의 소자들; 및 상이한 유형의 가열 소자의 결합을 포함한다. 바람직한 실시예들에서, 가열 부재 (11)는 방사를 방출하는 예컨대, 램프, RF 코일 등과 같은 방사 소자들을 포함하는데, 상기 방사에 대해 상기 성장 챔버의 물질들은 적어도 일부 투명하며, 그래서 상기 방사가 성장 챔버 내로 들어가서 상기 방출된 방사를 흡수하는 내부 부품들을 직접 가열한다. 보다 바람직하게, 그리고 도 1a-b에 도시된 것 처럼, 상기 성장 챔버의 물질은 석영을 포함하며, 상기 가열 부재는 공지된 형태의 반도체 공장 장치에 사용되는 가열 램프를 포함하는데, 이 가열 램프는 상기 성장 챔버 하부 (below) 또는 상부 (above) 또는 하부 및 상부 양쪽 모두에 위치할 수 있다 .
도 1a-b에 도시된 예시적인 내부 인젝션 장치 (13)의 세부로 돌아가면, 이 내부 인젝터는 개략적으로 도시되었으며 실제 실시예를 보여줄 의도가 아니라는 것이 이해되어야 한다. 그 대신, 이 도면은 기본적인 기능 부품들 및 기본적인 기능적 관계를 보여주는데, 어떤 특정 스케일일 필요가 없다. 실제 내부 인젝터들은 도시된 기능 부품보다 크거나 많은 수, 상이한 크기와 배열의 부품들을 가질 수 있다. 이와 같은 이해 하에, 본 발명의 내부 인젝터 장치 (13)는 하나 이상의 인젝터 내부의 도관 (17)을 갖는데, 상기 도관은 공정 개스를 통상 성장 기판 (5) 근처의 성장 챔버로 운반 및 배포한다. 도관을 갖는 상기 인젝터는 챔버 벽 근처에 제한되지 않으며, 그렇지 않으면 상기 챔버 내부의 본체 내에서 자유롭게 연장될 수 있다. 공정 개스들은 통상 상기 성장 챔버 외부의 공정-개스 공급과 연통하는, 포트 (port), 튜브, 다른 인젝터 등 포트 (27)로 도시된 모든 것들로부터 상기 도관 (17)의 말단부로 도입된다. 도입된 개스는 도관을 통해 흘러서, 예컨대, 상기 도관 (17)과 연통하는,.도관 포트 (21, 23, 및 25)과 같은 복수의 도관 포트 (또는 도관 노즐)을 통해 성장 챔버 (1) 내로 분배된다. 기술적으로 부정확하다고 해도, 편의 및 명료함을 위해 도 1a는 내부 인젝터 (13)가 유형 A 개스, 유형 B 개스, 및 유형 C 개스의 세가지 유형의 개스를 도관 포트 (21, 22, 및 23) 각각을 통해 분배하는 것을 도시하며 단일 도관을 도시한다. 실제 구현예에서는 각 유형의 개스 각각에 대해 개별 도관이 있다는 것이 이해되어야 한다.
도관 (17)은 성장 챔버 내부에, 상층부 (15) 및 하층부 (19) 사이에 형성된 선형, 평면 (2D) 배열을 갖는 것으로 도시된다. 이것은 도관을 통한 개스의 전달 시간을 최소화하고, 내부 인젝터가 차지하는 챔버의 용적을 최소화하기를 원할 때 바람직하다. 다른 도관 배열도 가능하다. 도관을 통한 개스의 전달 시간을 최소화하기를 원하지만, 내부 인젝터가 차지하는 챔버의 용적을 최소화 하기를 원하지 않는 경우에는 평면의 구불구불한 (serpentine) 배열 (도 3a)도 사용될 수 있다. 이와 같은 배열은개스 전달 시간을 최대화 하기 위해서도 사용될 수 있다. 챔버 내부의 공간이 이용가능하다면, 도관은 챔버 내의 다양한 3D 방향 (course)을 따라 형성될 수 있다. 상기 도관은 튜브 같은 (tube-like) 모양으로 형성될 수 있다.
도관 포트들은 바람직하게는 성장 기판에 걸쳐 원하는 공정 개스의 분배를 얻는 크기, 배열을 가질 수 있고, 그룹 지어질 수 있으며, 상기 성장 기판으로부터 이격될 수 있다. 만일 기판이 회전하고 있어서, 포트들(ports)이 상기 기판의 직경에 걸쳐 실질적으로 배치될 수 있거나, 만일 기판이 고정되어 있어서, 포트들(ports)이 상기 기판의 직경에 걸쳐 실질적으로 배치될 수 있는 경우에, 통상 기판 면에 걸쳐 하나 이상의 공정 개스의 균일한 분배가 바람직하다. 도관 포트들의 공간 밀도 및 직경은 보다 작은 수의 보다 큰 포트들이 상기 기판으로부터 보다 멀리 떨어져 있는 것에서부터, 보다 많은 수의 보다 작은 포트들이 상기 기판으로부터 보다 가까이 떨어져 있는 것까지 가능한데, 대부분의 실시예에서는 후자의 실시예가 바람직하다. 예컨대, 300 mm 성장 기판에 대해서, 상기 도관 포트들은 성장 기판 면 (face)로부터 약 10 mm 내지 30 mm 이격되어 있는 것이 바람직하며; 상기 도관 포트들의 단면 크기는 약 0.01 mm 내지 약 1.0 mm 크기의 범위인 것이 바람직하다. 그리고 나서, 상기 도관 포트들의 공간 밀도가 상기 도관 포트로부터 상기 자화기로의 개스 흐름의 성격의 관점에서, 즉, 원칙적으로 상기 기판 면 상의 단일 도관 포트에 의해 생산되는 개스 풋 프린트 (foot print) 또는 보급 영역 (coverage area)의 관점에서 선택된다. 도관 포트 배열의 특정 변수의 선택은 공지된 개스 흐름 특성에 의해 이루어질 수 있으며, 추정된 변수는 통상의 (routine) 실험에 의해 개선될 수 있다.
나아가, 복수의 가스가 개스들이 상기 도관 포트들을 통해 분배될 때, 각 개스 포트의 상대적인 공간 배열은 적어도 일부, 상기 개스들이 상기 기판 상에 놓이기 전에 분리되어 있는 것이 바람직한지 아니면 상기 기판 상에 놓이기 전에 개스 흐름을 혼합하는 것이 수용 가능한지에 의존한다. 전자의 경우, 각 개스를 위한 포트들은 공간적으로 개별 그룹으로 구분 (segregate) 되고/되거나 제 3의 개스를 위한 개재 포트들이 제공되는데, 여기서 제 3 개스는 비-반응 개스이며 혼합을 막는, 개스 간의 "커튼"으로 동작 가능한 개스가 선택된다. 후자의 경우, 상이한 개스들을 위한 포트들은 보다 적은 제한 (constraint)을 가지면서 배열될 수 있다.
도 1a는 도관 포트들의 예시적 간격, 크기, 배역 및 그루핑 (grouping)을 도시한다. 여기서, 상기 포트들은 각 포트들로부터의 개스 흐름이 성장 기판에 닿았을 때 실질적으로 균일한 분배를 달성할 수 있는 크기 및 상기 성장 기판으로부터의 거리를 갖는다. 각 포트의 풋 프린트는 점선 사각형으로 도시된다. 상기 포트들의 밀도는 전체 성장 기판에 걸쳐 3개의 개스의 바람직한 분배를 달성하도록 이루어진다. 상기 포트들의 상대적인 공간 배열은 개스 B를 커튼으로 개스 A로부터 개스 C가 분리되도록 이루어진다. 물론 그리고 예시적 도면과 달리, 실제의 구현에서는, 포트들 (21, 22, 23)이 실제로 수개의 보다 작은 포트들의 그룹일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 인렛 포트 (3)는 반응하지 않은 잔존 개스 A, B, 및 C를 임의의 반응 산물과 함께 배기 포트 (9)를 통해 흘러나가는 배기 개스 E로 쓸어내도록 (sweep) 하는 캐리어 개스 D와 같은 추가 공정 개스들을 허용할 수 있다. .
전구체 개스를 위한 포트들은 전구체 개스가 인젝션 고정 (fixture)을 벗어날 때 (exiting) 전구체 개스의 조기 혼합을 제한할 수 있는 커튼 개스를 위한 선택적 포트와 함께 인젝션 시스템에 통합된다. 커튼 개스 플로우의 추가는 반응 기체가 기판과 접촉할 때 까지 분리되어 있는 능력을 증가시키는데, 여기서 고온 기판으로부터 결과하는 난류 (turbulence)는 불활성 기체 커튼을 깨뜨려서, 상기 개스들이 혼합되고 반응하도록 할 수 있는데, 상기 기판 아주 가까운 곳에서만 그렇다. 커튼 개스 스트림은 상기 성장 웨이퍼 상의 개스 플로우의 최적화를 허용할 수 있다. 커튼 개스 유속의 조정은 전구체 개스의 혼합 및 성장 기판 상의 체류 시간을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 이에 의해, 에피택셜하게 성장한 층의 성장률 및 막 균일성 (film uniformity)이 개선된다. 예컨대, 개스 A 및 C는 전구체 개스일 수 있다. 개스 A 및 C가 순조롭게 반응하면, 개스 B는 상기 전구체 개스들이 상기 성장 기판에 놓일 때까지 반응을 방지하는, 전구체 개스 간의 커튼을 형성하는 비-반응 캐리어 개스일 수 있다. HVPE 공정에 의해 성장한 GaN의 경우, 개스 A 및 C는 GaCl3 및 NH3일 수 있으며, 개스 B는 N2 또는 H2일 수 있다.
도 1b는 성장 챔버 (41)내의 도관 (13') 포트의 또 다른 예시적 간격, 크기. 배열 및 그루핑 (grouping )을 도시한다. 그외에, 도관 (13') 및 챔버 (41)는 도 1a의 도관 및 챔버와 유사하다. 여기서, 네 개의 예시적 도관 포트 (실제는 복수의 도관 포트의 그룹)는 성장 기판을 통해 3개의 개스를 분배한다. 상기 성장 기판이 상기 자화기에 의해 회전된다고 가정하면, 포트 (33 및 37)는 개스 A 및 개스 C를 각각 분배하며, 상기 성장 기판으로부터 이격되어 상기 기판의 환형부에 걸쳐 바람직한 개스 분배를 달성하도록 배열된다. 포트 (31 및 39)는 개스 B를 얇은, 원뿔형 풋 프린트에 분배하는데, 이 풋 프린트는 기판 가장자리를 개스 A 및 C로부터 보호한다. 포트 (35)는 개스 A 를 개스 C로부터 분리하는 역할을 하는 개스 b커튼을 기판 중심에 분배한다.
도 1c-d는 2개의 도관 및 도관 내에 존재하는 도관 포트의 말단 부분의 예시적 2D 배열을 도시한다. 본 발명은 여기에 도시된 2D 배열에 한정되지 않으며, 매우 다양한 다른 2D 도관 공간 배열을 포함한다. 명료함과 편의를 위해, 개스 소스로부터 말단 (distal) 부로 연장되는, 상기 도관의 보다 근접 (proximal)한 부분은 여기에 도시되지 않지만, 전술한 바로부터 이해될 것이다.
도 1c는 말단부의 예시적인 선형 배열 및 개스 A, 개스 B, 및 개스 C의 1, 2, 또는 3의 상이한 유형의 3개의 개스의 분배가 가능한 도관 포트를 도시한다. 이 말단부들은 예컨대, 회전 기판에 적합할 것이다. 말단부 (107a)는 부 (111a)로부터 연장되는데, 이 부 (111a)로 이 도관의 보다 근접한 부분으로부터 개스 A가 운반된다. 개스 A는 선형 배열된 도관 포트 (109a)를 통해 말단부 (107a)로부터 성장 챔버로 빠져 나간다. 개스 C를 분배하는 말단부 (107c)는 말단부 (107a)와 유사하다. 말단부 (107b)도 말단부 (107a)와 유사한데, 2 열의 선형 배치된 도관 포트 (109b)를 통해 개스 B를 성장 챔버로 분배한다는 점은 다르다. 통상, 도관 포트는 말단부 상에 다양하게 배열될 수 있다.
도 1d는 예컨대 고정 기판에 적합한, 말단부의 예시적인 환형 배열 및 도관 포트의 배열을 도시한다. 여기서, 최외곽 말단부 (101a)는 반-원형 형상이며; 개스 A를 합류점 (junction: 103a)를 통해 도관의 보다 근접부로부터 받아들이며; 개스 A를 반 원형으로 배열된 도관 포트 (105a)를 통해 성장 챔버로 분배한다. 중앙의 (middle) 말단부 (101b)는 최외곽 말단부와 유사하게, 반 원형의 형상이며; 개스 B를 합류점 (junction: 103a)를 통해 도관의 보다 근접부로부터 받아들이며; 이 개스를 반 원형으로 배열된 도관 포트를 통해 분배한다. 중앙 말단부 (101b)의 근접부의 합류점은 반원 형상의 최외곽 말단부 (101a)의 갭을 지나며, 최내곽 (innermost) 말단부 (101c)의 근접부의 합류점은 반원 형상의 최외곽 말단부 (101a)의 갭 및 반원형 중앙 말단부 (101b)의 갭을 지난다. 최외곽 및 중앙 말단부와 달리, 최내곽 말단부 (101c)는 이 도면에 갭이 없는 원형으로 도시되어 있다. 최내곽 말단부는 도관의 보다 근접한 부분으로의 합류점을 통해 개스 C를 받아여서 이 개스를 원형 배열된 도관 포트를 통해 분배한다. 상기 말단부 (101c) 보다 더 내부의 말단부가 없기 때문에, 상기 말단부 (101c) 자체는 보다 더 근접한 부분으로의 내부 합류점을 통과하는 갭을 필요로 하지 않는다.
도 1d의 배열은 상호 교차하는 도관을 필요로 하지 않으며, 그래서 평면 (planar) 2D 내부 인젝터에 적합하다. 만일 도관이 3차원으로 연장되어 상호 교차될 수 있다면, 3개의 말단부 모두가 갭 없이 원형으로 형성되어, 하나의 말단부로의 합류점은 다른 개재 (말단부)와 교차할 것이다. 비아 (via)를 형성하여 개스가 층 간을 통과하는 것이 가능하다면 예컨대, 도관 교차가 2 이상의 평면 도관 층을 갖는 내부 인젝터 내에서 가능하다; 교차는 적어도 하나의 도관이 3차원 (third dimension)으로 연장 가능한 개별 튜브인, 내부 인젝터 내에서도 가능하다.
도관은 다양한 구조로 형성 가능하다. 몇몇 실시예에서, 도관은 단일, 통상 원통형의 물질로 형성될 수 있다; 다른 실시예에서, 도관은 측면부를 갖는 상부 (15) 및 하부 (19) (도 1a) 사이에 형성될 수 있다. 이 구조의 이와 같은 도관은 성장 챔버 내의 3 개의 차원 모두로 연장될 수 있다. 도 2a는 원통형 실시예의 예시적 도관의 중간 (intermediate) 부 (예컨대 근단부와 말단단부 사이의 부분)의 섹션 (section)을 도시한다. 여기서, 물질 (51)은 통상 도관 (49) 내를 정의하는 원형 (circular form)이다.
하지만, 형성된 단면 크기 (dimension)는 본 발명의 인젝터가 기계적 및 로봇 기판 취급 장치의 동작을 방해하지 않고, 충분한 기계적 안정성을 제공하게 하는 정도인 것이 바람직하다. 통상의 기판-취급 장치 및 통상의 챔버의 경우, 전체 크기는 약 2 mm 에서 약 8 mm 미만이며, 바람직한 두께는 5mm 범위에 있다.
바람직한 실시예들에서, 도관은 2개의 평면 형상의 (planar-shaped) 물질들 사이에 형성되어, 그들의 부품의 평면형 물질에 의해 정의된 2D 평면으로만 연장될 수 있다. 도 2b는 예시적인 이와 같은 실시예의 말단부 (즉, 도관 포트를 갖는 부분)을 도시한다. 여기서 1 및 4 사이의 분리된 개스의 운반이 가능한 4개의 도관이 하부 평면 물질 (55)에 4개의 채널, 채널 59, 61, 63 및 65로 형성되어 상부 평면 물질 (57)에 의해 밀봉된다. 이 채널들은 대안적으로, 상부 평면 물질에 형성되거나 양 평면 물질에 형성될 수 있으며, 장방형 단면이 아닌 다른 단면을 가질 수 있다. 이 채널들 각각은 각각 선형 혹은 구불구불한 배열을 가질 수 있다. 도시된 말단부는 각각 도관 포트 59', 61', 63' 및 65'를 포함하는데, 각 도관 포트는 각각 도관 59, 61, 63 및 65와 연통한다. 물질 (55 및 57)은 동일하거나 상이할 수 있으며, 바람직하게는 상호 접착 가능하며, 바람직하게는 성장 챔버 내의 조건을 잘 견딘다 (resistant).
기타, 평면 (planar) 실시예는 도관을 정의하는 2 이상의 채널 층을 가질 수 있는데, 이 채널들은 상호 교차하며 추가 개스를 운반할 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 평면 물질 및 하부 평면 물질이 접착되면, 2개의 도관이 형성되도록 오버랩되지 않는 채널들이 부 평면 물질 및 하부 평면 물질에 형성된다. 또 다른 예로서, 3 이상의 평면형 물질 ( 그 중 2 이상은 채널을 갖는)이 상호 접착되어, 2 이상의 채널층이 형성될 수 있다. 특히, 중앙 (central) 평면 물질은 그 상부 면 및 하부 면에 채널을 가질 수 있는데, 이 상부 및 하부면은 상부 및 하부 평면 물질을 상기 중앙 평면 물질의 양 면에 본딩함으로써 밀봉된다. 나아가, 이와 같은 다층 평면 실시예에는, "비아"처럼 행동하는, 상이한 층의 채널들 사이의 개구 (opening)를 가질 수 있다. 이에 의해, 단일 도관이 3차원에서 (in the third dimension) 층에서 층으로 통과할 수 있다. 이와 같은 실시예는, 2D 채널의 단일 층의 형상의 제한 (geometricrestriction)에 의해 제한받지 않는 방법으로, 다수의 개스를 다수의 도관 포트 그룹으로 분배하는 내부 인젝터를 허용한다
내부 인젝터 어셈블리들이 성장 챔버 내의 고열 및 도관 내로 운반된 개스 및 성장 챔버의 내부의 개스에 의해 발생되는 반응 화학 환경 (reactive chemical environment) 양자 모두를 이겨낼 수 있는 물질로 형성된다. 바람직한 물질로 석영, 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드 및 다른 유사한 내화성 (refractory) 물질이 포함된다. 습식 에칭, 플라즈마 에칭, 및 기계적 절단, 레이저 커팅 또는 기술분야에 공지된 다른 방법으로 채널들이 물질 내에서 커팅될 수 있다. 물질들은 기술 분야에 공지된 웨이퍼 본딩 수단을 사용하여 본딩될 수 있다. 내부 및 외부 크기는 바람직하게는 약 1 mm에서 약 8 mm이며; 상기 도관 포트는 바람직하게는 약 0.01 mm에서 약 1 mm이다.
도 3a-c는 내부 인젝터 (81)의 바람직한 실시예를 도시하는데, 상기 내부 인젝터 (81)는 비교적 얇은, 평면 모양의 단일 도관층으로 구성되며 상기 도관층은 인젝터 평면에 놓이며 3개의 선형의 평행한 도관 포트 어레이로 안내한다. 내부 인젝터 (81)는 도 1a에 간략 도시된 내부 인젝터의 비-제한 실시예의 하나로 간주될 수 있다. 도 3a는 이 실시예의 평면도를 보여준다. 내부 인젝터 (81)는 3개의 도관 (83a, 83b, 및 83c)를 갖는데, 이 3개의 도관은 평면 물질에 밀봉된 채널로 형성되며 도관 인렛으로부터 3개의 선형 배열된 도관 포트까지 구불구불한 코스로 이어진다. 특히, 채널 83a (83 b 및 83c)는 도관 인렛 (85a) (각각 85 b 및 85c)에서 도관 포트 87a (각각 87 b 및 87)까지 선형 배열로 개스를 운반한다. 상기 도관의 구불구불한 코스는 도관을 통한 개스 전달 시간을 늘리는데, 이것은 실질적으로 도 5와 관련하여 기술된 이 발명의 바람직한 실시예와 관련하여 유용한 특징이다.
도 3b는 인젝터 (81) 표면의 사시도를 도시하는데, 이 표면을 통해 도관 포트가 열린다. 여기서, 이 인젝터는 얇은, 평면 물질 (90)을 얇은, 평면 물질 (91) (물질 90 및 91은 동일하거나 상이하다)에 본딩하여, 약 2 mm 내지 약 8 mm, 바람직하게는 약 5 mm.의 두께를 갖는 구조를 형성함으로써 만들어진다는 것이 분명하다. 도 3a에 도시된 도관은 물질 (90, 91) 중 하나 또는 양자에 채널로 형성될 수 있으며, 하나 이상의 개스를 보통 성장 기판 근처에 존재하는 도관 포트 어레이 (87a, 87b, 87c)를 통해 성장 챔버 내로 분배한다. 접속 블록 (junction block: 88a, 88b, 88c)은 각각 중간 튜브 (89a, 89b, 89c)를 통해 안내되는 개스를 (통상 외부의) 개스 소스로부터 각각의 도관 인렛 (85a, 85b, 85c)으로 연결한다.
도 3c는 성장 챔버 (1)에 위치한 내부 인젝터 (81) 배열의 평면도를 도시한다. 도 1a 및 도 3 양 도면에 공통된 성장 챔버 소자들은 양 도면에 동일 참조 번호로 도시되었음을 명심하라. 중간 튜브 (89a, 89b, 89c)는 성장 챔버 외부의 개스 포트 (27a, 27b, 27c) 각각을 각 도관 인렛 (85a, 85b, 85c)에 연결한다 (도시되지 않은 접속 (junction)을 통해). 평면 내부 인젝터 (81)의 도관 (83a, 83b, 83c)은 도관 인렛 (85a, 85b, 85c)을 성장 기판 (5)와 자화기의 중심에 걸쳐 위치하는, 도관 포트 (87a, 87b, 87c)에 각각 연결한다. 이로 인해, 개스의 완전한 경로가 성장 챔버 외부의 개스 소스로부터 성장 기판 부근의 복수의 개스 포트 어레이로 설정된다. 성장 챔버로부터 배기 포트 (9)로 개스가 배출된다. 추가 개스 포트 (3)가 하나 이사의 개스 플로우 (flow)를 성장 챔버를 통해 성장 기판에 걸쳐 설정하다. 바람직하게는, 내부 인젝터 (81)의 개스 플로우는 포트 (3)에 의해 도입되는 개스의 임의의 크로스 플로우 (cross-flow)에 대응한다 .
도 4는 도 1b에 개략 도시된 내부 인젝터의 하나의 비-제한적인 실시예의 평면도를 도시한다. 인젝터 (94)는 상대적으로 얇은, 평면 형상으로, 상기 인젝터의 면에 이어지는 3개의 선형, 평행 도관 포트 어레이를 갖는 구조이다. 내부 인젝터 (81)와 유사한 내부 인젝터 (94)는 3개의 도관 (83a, 83b, 83c)을 갖는데, 이 도관들은 밀봉 채널로서 평면 물질에 형성될 수 있으며, 각각 도관 인렛 (85a, 85b, 85c)로부터 4개의 선형 배열된 도관 포트까지 구불구불한 코스를 형성한다. 특히, 채널( 83b(83c))은 개스를 도관 포트 93b(93c, 각각)의 선형 어레이로 개스를 운반한다. 하지만, 도관은 도관 (83a)의 말단부가 도관 포트 (93a 및 93d)의 선형 어레이로 가스를 운반하는 하부 도관 (95,97)으로 나뉘는 대안 어레이를 도시한다. 따라서, 단일 인렛 포트 (85a)로부터의 개스가 아울렛 포트 (93a, 93d)로 운반되어 이 양 어레이로부터 성장 챔버 내로 분배되어 도관 포트 어레이 (93c)로부터 분배되는 개스를 에워싸는 커튼을 형성한다. 상기 3개의 도관의 구불구불한 코스는 개스 도관을 통한 개스 전달 시간을 늘리는데, 이것은 실질적으로 도 5와 관련하여 기술된 이 발명의 바람직한 실시예와 관련하여 유용한 특징이다.
본 발명의 그 밖의 중요한 특징은 본 발명의 내부 인젝터를 통해 개스가 운반될 때 성장 챔버 내로 분배되기 이전에 개스 가열이 가능하다는 점이다. 전구체 개스의 가열은 이 개스가 의도하는 성장 기판에 놓이기 이전의 조기 반응을 방지하는데 유리하다. 조기 반응은, 예컨대, 성장중인 에피택셜 층의 품질 저하를 가져고고, 유용한 시약 (reagent) 개스 등을 소비할 수 있음은 알려져 있다. 예컨대, GaN의 경우, HVPE 공정에 의한 성장에서, GaCl (또는 GaCl3) 및 NH3는 저온에서 GaN으로의 전환에 저항력 있는 착체 (complex)를 형성할 수 있다. 내부 인젝터는 성장 챔버 내에서 고온에 노출되어야 하기 때문에, 상기 내부 인젝터를 흐르는 개스는 통상 필연적으로 일정 온도로 가열될 것이다. 하지만, 많은 실시예에서, 본 발명의 내부 인젝터를 흐르는 개스의 가열을 촉진하는 특별한 특징을 포함하는 것이 바람직하다.
인젝터 내부의 도관을 흐르는 개스의 가열을 촉진할 수 있는 하나의 중요한 설계 특징은 개스 도관의 레이 아웃 (layout)이다. 바람직하게는, 도관 레이 아웃은 상기 내부 인젝터 고정(fixture) 내부의 개스의 체류 시간을 늘리는 것이어야 하는데, 왜냐하면 더 긴 체류 시간은 개스로의 연전달을 위한 추가 시간을 제공하기 때문이다. 다른 한편, 개스 플로우 레이트가 심각하게 제한되지 않고, 개스 압력이 심각하게 증가하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 도관이 보다 길지만 더 좁지는 않게 만들어지는 것이 바람직하다. 본딩된 평면 물질들 사이에 형성된 채널을 갖는 내부 인젝터의 경우, 보다 긴 도관이 구불구불한 경로를 흐를 수 있다. 많은 패턴의 구불구불한 경로가 이 발명에 적합하다. 도 3a-d, 및 4에 도시된 하나의 바람직한 패턴은 타이트한 (tight) 파도 모양의 경로를 따르는 채널에 관한 것인데, 선택적으로 인터-디지테이트 (inter-digitated) 상에 끼워 넣어진 이웃 채널들의 정점 (peak) 및 저점 (trough)을 가질 수 있다. 보다 긴 도관으로 이끌 수 있는 다른 형태의 패턴들이 많이 알려져 있다.
기타의 특징이 내부 인젝터 고정으로의 열 전달과 관련하여 개스 가열을 촉진할 수 있다. 주위 열의 고정 (fixture)으로의 전달을 개선하는 기술 분야의 많은 공지 기술 및 이 기술들 중의 하나의 적합성은 예컨대, 챔버 가열을 위해 채용되는 가열 부재의 유형, 성장 챔버내의 예견되는 개스 압력 등에 의존한다. 예컨대, 열이 개스의 대류 및 전도에 의해 성장 챔버 내부로 전달되며, 이 공정들은 보다 높은 개스 압력으로 개선한다. 또한, 열 전도는 고온 물체 근처로 옮김으로써, 전도 핀이나 다른 전도성 소자 등에 의해 개선될 수 있다.
하지만, 바람직한 실시예에서, 상기 성장 챔버는 방사 소자에 의해 가열되며 방출된 방사 (radiation)는 포획되어 내부 인젝터를 가열한다. 예컨대, 이 경우, 내부 인젝터는 적어도 일정 정도로 방출된 방사를 흡수하는 물질, 예컨대, SiC를 포함한다. 상기 내부 인젝터는 자화기를 성장 온도로 가열하는 방출된 방사에 의해 직접 가열될 것이다. 이에 의해, 흐르는 개스가 보다 효과적으로 성장 온도 근처로 가열될 수 있다. 다른 한편, 만일 내부 인젝터의 물질들이 예컨대 석영과 같이 실질적으로 방출된 방사에 대해 투명하다면, 기타의 방사 흡수 물질이 상기 내부 인젝터와 접촉되거나 이에 근접하도록 하는 구성과 크기를 가질 수 있다. 이에 의해, 이 흡수 소자는 방출된 방사에 의해 가열되어 결과적으로 상기 내부 인젝터를 가열한다.
후자의 열전달 기술이 도 1a-b에 도시되어 있으며 이제 설명된다. 평면 물질판 (29)은 평면 내부 인젝터 가열에 적합한 이와 같은 흡수 소자를 포함한다. 많은 실시예에서, 가열 수단 (11)은 고 강도 램프를 포함하며,성장 챔버 (1)는 상기 램프에서 방출되는 방사에 대해 투명한 물질로 적어도 일부 형성될 것이다. 판 (29)은 바람직하게는 고 흡수의 (highly absorbing), 성장 챔버 조건에 잘 견디는 평면 물질이며, 예컨대, 내부 인젝터 (13)와 접촉하거나 이와 근접하여 배열된 SiC일 수 있다. 판 (29)은 가열 램프로부터 열을 흡수하여 상기 기판에 의해 도달되는 에피택셜 성장 온도와 유사한 온도에 도달할 수 있다. 이에 의해, 상기 내부 인젝터 및 그 내부를 흐르는 개스는 보다 효과적으로 성장 온도 근처까지 가열된다.
도 5는 성장 챔버 (1) 내의 가열된 내부 인젝터의 예를 도시한다. 위에서 처럼, 개스가 배기 포트 (9)를 통해 배출되며, 포트 (3)는 챔버 (1)의 길이를 통한 추가 개스 플로우를 허용할 수 있다. 도 3c에 도시된 포트 (27a, 27b, 27c)는 개스가 상기 내부 인젝터에 의해 분배되도록 하기 위한 것이다. 어떤 실시예에서, 상기 내부 인젝터 고정은 아래에 놓인 내부 인젝터 (13)와 접촉하거나 이에 근접하는, 상부 흡수 판 (29)을 포함한다. 다른 실시예어서, 흡수 판 또는 물질 (29)은 내부 인젝터 (13) (평면 인젝터의 상부 판과 같은 )의 통합 (integral) 부품이다. 흡수 판 또는 물질 (29)은 성장 챔버 (1) (미도시) 상부의 가열 램프에 직접 노출되도록 위치하며, 내부 인젝터 (13)는, 만일 판이나 물질 (29)로부터 분리되어 있다면, 판이나 물질 (29)과 접촉하거나 이에 근접하여 위치한다. 상기 내부 인젝터는 그것의 도관 포트가 성장 기판 (5) 상부에 존재하도록 위치하기도 한다. 상기 성장 기판은 오직 일부만이 상기 인젝터의 흡수 부에 의해 커버되어 상기 가열 램프에 의해 직접 가열할 수 있다. 도시된 것과 같이, 판 (29)의 전체 면적이 흡수성이다 (absorbing); 하지만, 다른 실시예에서, 판 (29)의 상기 흡수 부는 그 면적의 일부일 수 있다. 예컨대, 성장 기판 상부의 판의 일부 또는 전부는 대략 (more or less) 투명해서, 예컨대, 성장 기판을 더 잘 가열할 수 있다.
도 5는 본 발명의 기타 관점을 보여준다. 많은 성장 챔버에서, 선적 및 하적 (loading, unloading)은 예컨대 베르누이 막대 (Bernoulli wand)와 같은 자동 메카니즘에 의해 수행되는데, 베르누이 막대는 게이티드 된 (gated) 선적/하적 포트를 통해 성장 챔버로 들어가고 빠져나간다. 예컨대, 성장 챔버 (1)는 이와 같은 챔버이며, 제어 가능한 게이트 (49)를 가진 포트 (47)를 통해 로드 및 언로드될 수 있다. 나아가, 성장 챔버 (1)에서는, 이와 같은 많은 성장 챔버에서처럼, 여기에 이중 화살표 45로 도시된, 상기 성장 기판 위의 수직 클리어런스 (vertical clearance)은 제한된다. 따라서, 내부 인젝터 및 임의의 그 위에 놓인 가열 판인, 상기 내부 인젝터 고정은 바람직하게는 충분히 얇아서, 이 도면에 이중 화살표 (45)로 도시된, 선적/하적 메커니즘이 가능한 상기 성장 기판 상부의 잔여 수직 클리어런스가 이 메커니즘의 동작을 방해하도록 제한되지 않는 것이 좋다. 많은 성장 챔버에서, 인젝터 고정의 적절한 총 두께는 약 8 mm 이하, 바람직하게는 약 5 mm 이하, 보다 바람직하게는 약 2 mm 이하라는 것이 발견되었다.
예:
HVPE 공정에 의해 성장되는 GaN에 있어서는, 본 발명의 내부 인젝터가 상기 인젝터 상부에 위치하는 Sic 판을 가지고 석영으로 구성되어 상기 인젝터 및 그 내부를 흐르는 개스의 가열을 촉진할 수 있다 . 이 Sic 판은 상기 방사 히팅 소스로부터 인젝션 설계 (scheme)으로의 보다 효과적인 열 전달을 가져온다. 전구체는 NH3 및 GaCl3이며: 상기 NH3 는 내부 인젝터를 약 1-5 SLM (분 당 표준 리터: standard litres per minute)로 흐르고; N2 캐리어 개스는 인트레인드된 (entrained) GaCl3를 가지며, 내부 인젝터를 약 1-5 SLM로 흐른다. 나아가, 기타의 개스들이 추가 크로스 플로우 (cross flow) 입력 포트를 통해 약 0 및 약 50 사이의 SLM로 흘러서 상기 성장 기판 상부의 개스 플로우를 보다 최적화한다. 도 3a-c, 4, 및 5에 도시된 실시예와 유사한, 도시된 성장 챔버 내의 내부 인젝터가 이 어플리케이션에 적합하다.
전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명의 범위를 제한하지 않는데, 왜냐하면 이 실시예들은 본 발명의 몇몇 바람지한 관점의 기술이기 때문이다. 어떤 균등한 실시예도 이 발명의 범위에 속하도록 의도된다. 사실, 이 명세서에 도시 및 설명된 것 외의 본 발명의 다양한 변형, 설명된 구성요소들의 유용한 대안적 결합들은 이 기술분야 당업자에게 자명할 것이다. 이와 같은 변형들은 또한 첨부되는 청구항의 범위 내에 속하도록 의도된다. 하기의 (그리고 출원 전체로서) 제목 및 범례 (legend)는 오직 명료함과 편의를 위한 것이다. 다수의 참조들이 이 명세서에 언급되는데, 이 참조들의 개시 내용 전체가 이 명세서에 전체적으로 통합된다. 나아가, 인용된 참조문헌의 어떤 것도, 그것이 어떻게 특징 지워졌는가와 상관 없이, 이 명세서에 청구된 주제의 발명에 우선하는 것으로 인정된다.

Claims (20)

  1. 에피택셜 성장 챔버 내로 기체 상태의 (gaseous) 전구체를 분배하는 인젝터 (injector) 장치에 있어서, 상기 장치는
    챔버 벽에 인접한 근접부 (proximal portion)로부터 상기 챔버 내에 존재하는 에피택셜 성장 기판 근처의 말단부를 향해 수평으로 (horizontally) 연장되는 하나 이상의 도관을 포함하며;
    각 도관은 챔버 벽에 인접한 근접부를 포함하며, 개스 플로우 (flow)를 받아들이는 적어도 하나의 개구(opening)을 가지며;
    각 도관은 상기 기판 근처에 말단부 (distal portion)를 포함하며, 상기 개스 플로우를 상기 챔버 내로 분배하는 복수의 포트를 갖는, 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 도관의 상기 말단부의 상기 포트는 상기 기판 표면 (face)의 적어도 일부분 (portion) 상에 개스를 분배하도록 배열되는, 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 적어도 2개의 말단부는 상호 평행하게 배열된 선형 (linear) 형상으로 구성되는, 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 적어도 2개의 말단부는 상호 동심원으로 (concentrically) 배열된 적어도 일부가 원형인 형상으로 구성된, 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 복수의 개스를 상기 기판 표면에 분배하는 복수의 도관을 더 포함하는, 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 적어도 2개의 개스를 분배할 수 있는 적어도 2개의 도관을 더 포함하며, 도관의 말단 단부에 포트를 포함하고, 상기 포트들은 하나의 말단 단부의 포트가 다른 말단 단부의 포트에 인접하도록 배열되는, 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 적어도 3개의 개스를 분배할 수 있는 적어도 3개의 도관을 더 포함하며, 도관의 말단 단부에 포트를 포함하고, 상기 포트들은 하나의 말단 단부의 포트가 다른 2개의 말단 단부의 포트들 사이에 존재하도록 배열되는, 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 챔버 내부로부터 상기 인젝터 장치로의 열전달을 개선하는 열 전달 수단을 더 포함하는, 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 성장 챔버 내에 수평으로 배열된, 2 이상의 평면 물질 (planar material)을 더 포함하며, 상기 평면 물질의 적어도 하나는 그 안에 형성된 하나 이상의 채널을 포함하며, 상기 2 이상의 평면 물질은 상기 채널들을 밀봉하도록 상호 밀봉 (sealingly) 접착되어 상기 평면 물질의 적어도 하나를 통과하는 복수의 포트를 포함하도록 형성되는, 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 장치는 약 2mm와 약 8mm 사이의 두께를 가지며, 상기 성장 챔버 내의 조건 및 상기 도관 내의 조건에 잘 견디는 (resistant) 물질을 더 포함하는, 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 적어도 하나의 도관의 일부는 상기 근접부와 상기 말단부 사이의 구불구불한 (serpentine) 경로를 따르는, 장치.
  12. 제 9항에 있어서, 적어도 하나의 채널이 수직 이격되며 적어도 하나의 다른 채널로부터 절연되어, 밀봉 되었을 때, 상기 채널들이 상기 도관들 사이의 개스 연통 (communication) 없이 수직 방향으로 이격된, 적어도 2개의 도관을 형성하며, 적어도 하나의 도관이 상기 도관들 사이의 개스 연통 없이, 적어도 하나의 다른 도관에서 교차하는, 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 수직 이격된 2개의 도관들 사이에 포트를 더 포함하여, 개스가 하나의 도관의 근접부와 다른 도관의 말단부 사이를 흐를 수 있는, 장치.
  14. 제 9항에 있어서, 하나의 말단 단부에 생성된 포트들이 다른 2개의 말단 단부에 생성된 포트들 사이에 존재하도록 구성되고 배열된 말단 단부를 갖는, 적어도 3개의 도관을 더 포함하는, 장치.
  15. 에피택셜 성장 장치에 있어서,
    내부에 배열된 성장 기판을 포함하는 에피택셜 성장 챔버; 및
    복수의 개스를 상기 성장 기판의 면에 분배하도록 배열된, 제 1항 내지 제 14항 중의 어느 한 항의 인젝터 장치를 포함하는, 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 성장 챔버 내의 물질을 가열하는 방사 소자를 더 포함하며, 상기 성장 챔버는 상기 방사 소자로부터 방출되는 방사 (radiation)에 대해 적어도 일부 투명하며 (transparent);
    상기 인젝터 장치는 상기 방출된 방사를 적어도 일부 흡수할 수 있는 물질을 포함하는, 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 흡수 물질은 상기 인젝터 장치의 통합 (integral) 부분이거나, 상기 인젝터 장치의 개스 운반부와 접촉하거나 이에 인접한 평면 물질로 구성되는, 장치.
  18. 제 15항에 있어서.
    선적 (loading)/ 하적 (unloading) 포트; 및
    상기 선적/하적 포트를 통해 상기 성장 챔버로 들어가거나 상기 성장 챔버로부터 벗어나서, 상기 성장 챔버 내에 성장 기판을 두거나 상기 성장 챔버로부터 성장 기판을 제거하는, 선적/하적 메커니즘 (mechanism)을 더 포함하며,
    상기 인젝터 장치는 상기 선적/하적 메커니즘을 방해하지 않도록 하는 크기 및 구성을 갖고, 상기 성장 챔버 내에 배열되는, 장치.
  19. 제 15항에 있어서. 상기 챔버 내의 개스의 교차 플로우 (cross flow)를 설정하는 추가 개스 포트를 더 포함하는, 장치.
  20. 제 15항에 있어서, 상기 인젝터 장치는 적어도 3개의 도관을 더 포함하며, 상기 도관들은 하나의 보다 안쪽의 (inner) 말단 단부에 생성된 포트들이 다른 두개의 보다 바깥쪽의 (outer) 말단 단부에 생성된 포트들 사이에 존재하도록 구성되고 배열된 말단 단부를 가지며, NH3, GaCl3가 상기 보다 바깥쪽 말단 단부의 포트들을 통해 분배되며, 비-반응 기체가 상기 보다 안쪽의 말단 단부를 통해 분배되는, 장치.


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