KR20120034031A - 원자층 증착법에 의하여 반도체 물질들을 형성하는 시스템들 및 방법들 - Google Patents

원자층 증착법에 의하여 반도체 물질들을 형성하는 시스템들 및 방법들 Download PDF

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Abstract

기판 상에 III-V 반도체 물질을 증착하는 방법은, 복수의 가스 칼럼들에 대하여 상기 기판의 공간적인 위치를 교번하여 기판에 III 족 원소의 가스 전구체 및 V 족 원소의 가스 전구체를 순차적으로 도입하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 기판은 실질적으로 정렬된 복수의 가스 칼럼들에 대하여 이동시킬 수 있고, 복수의 가스 칼럼들 각각은 다른 전구체를 위치시킨다. 전구체들을 생성하는 열성화 가스 분사기들은 입구, 열성화 배관, 그 내에 액상 시약을 유지하도록 구성된 액체 저장기, 및 출구를 포함할 수 있다. 기판의 표면 상에 하나 또는 그 이상의 III-V 반도체 물질들을 형성하는 증착 시스템들은 복수의 가스 칼럼들을 통하여 기판에 전구체를 도입하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 열성화 가스 분사기들을 포함할 수 있다.

Description

원자층 증착법에 의하여 반도체 물질들을 형성하는 시스템들 및 방법들{Systems and methods for forming semiconductor material by atomic layer deposition}
[0001] 본 발명의 실시예들은 기판들 상에 물질들을 증착하는 시스템들과 상기 시스템들을 형성하고 이용하는 방법들에 일반적으로 관련된다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예들은 기판들 상에 III-V 반도체 물질들을 증착하는 원자층 증착법(ALD) 방법들 및 상기 시스템들을 형성하고 이용하는 방법들에 관련된다.
<관련출원들에 대한 상호참조>
[0002] 본 출원은 아레나(Arena) 등에 의하여 2009년3월3일 출원된 미국특허출원 제61/157,112호와 버트란(Ronald T. Bertran, Jr.)에 의하여 2010년9월30일 출원된 미국특허출원 제12/894,724호 "Thermalizing Gas Injectors for Generating Increased Precursor Gas, Material Deposition Systems Including Such Injectors, and Related Methods,"와 관련되고, 이들 출원의 각각의 전체적인 개시는 참조로서 전체적으로 본 명세서와 결합된다.
[0003] III-V 반도체 물질들은 전자 어플리케이션들과 광전자 어플리케이션들 내의 사용을 위하여 빠르게 개발되어 왔다. 많은 III-V 반도체 물질들은 직접 밴드 갭들을 가지며, 이러한 밴드갭들은 발광 다이오드들(LED들) 및 레이저 다이오드들(LD들)과 같은 광전자 소자들을 형성하기에 특히 유용하다. 갈륨 질화물(GaN), 인듐 질화물(InN), 알루미늄 질화물(AlN) 및 그들의 합금들(III-질화물들로 일반적으로 지칭됨)과 같은 소정의 III-V 반도체 물질들은, 청색 및 자와선 발광 광전자 소자들을 포함하는 더 짧은 파장 LED들 및 LD들을 제조하기 위하여, 중요한 물질들로서 부각되고 있다. 또한, 높은 전류 수준들, 높은 항복 전압들과 높은 온도들에서 동작할 수 있는 III-질화물들의 능력에 기인하여, 높은 주파수 및 높은 전력 전자 장치들에 대하여 넓은 밴드 갭 III-질화물들이 사용될 수 있다.
[0004] III-V 반도체 물질들을 증착하기 위하여 널리 사용되는 공정의 하나는 본 기술분야에서 유기 금속 화학기상증착(MOCVD)으로 지칭된다. MOCVD 공정들에 있어서, 기판은 반응 챔버 내에서 하나 또는 그 이상의 가스 전구체들에 노출되고, 이에 따라 반응하거나 분해하거나 또는 반응 및 분해하여, 기판의 표면 상에 III-V 물질이 에피택셜 증착된다. MOCVD 공정들은 III 족 원소를 포함하는 전구체(즉, III 족 원소 전구체) 및 V 족 원소를 포함하는 전구체(즉, V 족 원소 전구체)를 기판을 수용하는 반응 챔버 내로 도입하여 III-V 반도체 물질들을 증착시키도록 종종 사용된다. 이에 따라 기판의 표면 상에 노출되기 전에, 전구체들(즉, 상기 III 족 원소 전구체 및 상기 V 족 원소 전구체)이 혼합된다.
[0005] MOCVD 공정을 이용한 III-V 반도체 물질들의 증착은 기판의 표면에서의 성장 속도와 기체 상태에서의 화합물 형성 사이의 균형을 포함한다. 특히, 상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체의 혼합은 전구체들을 소모하는 파티클들의 형성을 야기할 수 있고, 상기 전구체들은 이와 같지 않으면 적절한 성장 기판 상에 III-V 반도체 물질을 형성하도록 사용된다. MOCVD 공정 동안에 유용한 전구체들의 소모는, 특히 큰 반응 챔버들 내에서, III-V 반도체 물질의 성장 속도, 두께 및 조성을 제어하는 것을 어렵게 한다. MOCVD 공정들을 사용하여 형성된 III-V 반도체 물질의 두께 및 조성의 변화는 파장 특정 LED들과 같은 소정의 방출 파장을 가지는 소자들의 수율과 생산량에 악영향을 줄 수 있다. 또한, MOCVD 공정들에 의하여 형성된 III-V 반도체 물질들의 증착 속도들은 일반적으로 낮으며, 따라서, 수율을 감소시키고 웨이퍼 당 비용을 증가시킨다.
[0006] 원자층 증착법(ALD)은 원자 크기의 두께 제어를 이용하여 균일한 물질을 증착시키기 위하여 사용되는 공정이다. ALD는 III-V 반도체 물질들을 증착시키도록 사용될 수 있다. ALD는 적어도 두 개의 시약들(reagent) 또는 전구체들의 사용을 포함하는 다중 단계(multi-step) 및 자기-한정(self-limiting) 공정이다. 일반적으로, 제1 전구체는 기판을 수용하는 반응기 내로 도입되고, 기판의 표면 상으로 흡착된다. 과잉의 전구체는, 예를 들어 퍼지 가스를 이용하여 상기 반응기를 펌핑 및 퍼징하여 제거될 수 있다. 이어서, 상기 기판 상에 물질의 균일한 층 또는 막을 형성하도록, 제2 전구체가 상기 반응기 내에 도입되고, 상기 흡착된 물질과 반응한다. 선택된 성장 조건들 하에서, 상기 증착 반응은 먼저 흡착된 물질이 상기 제2 전구체와 완전히 반응하면 반응이 종료되는 자기-한정일 수 있다. 과잉의 전구체는 상기 반응기를 펌핑 및 퍼징하여 다시 제거될 수 있다. 공정은 물질의 다른 층을 형성하기 위하여 반복될 수 있고, 싸이클의 횟수는 증착된 막의 전체 두께를 결정한다.
[0007] ALD 공정들을 이용하여 형성한 III-V 반도체 물질들은 종래의 MOCVD 공정들에 의하여 형성한 물질들에 비하여 더 높은 결정 품질일 수 있다. ALD 공정들은 증착된 결정 물질 내로 전구체 결합을 더 제어할 수 있고, 이에 따라 형성된 결정 물질, 예를 들어 이러한 ALD 공정들에 의하여 형성된 III-V 반도체 물질의 조성을 더 제어할 수 있다. 상기 III-V 반도체 물질의 조성의 엄격한 제어는 발광 소자들 내에서, 예를 들어 단일의 성장 기판 상에 형성된 발광 소자들 사이의 균일한 발광 파장을 보증할 수 있고, 성장 기판들에 각각 형성된 발광 소자들 사이의 균일한 발광 파장을 보증할 수 있다.
[0008] 그러나, 종래의 ALD 공정들에 의한 III-V 반도체 물질들의 성장 속도는 MOCVD의 성장 속도에 비하여 상대적으로 낮다. 또한, 종래의 ALD에 의한 III-V 반도체 물질들의 높은 수율은 증가된 로드 크기들을 요구하고, 이에 따라 반응기로부터 과잉의 전구체와 퍼지 가스를 퍼지하는 것이 어려워진다. 따라서, 현재 가능한 ALD 반응기들은 단일 웨이퍼 공정을 위하여 종종 구성되고, ALD에 의한 III-V 반도체 물질들의 낮은 생산량과 높은 웨이퍼당 비용을 야기한다.
[0009] 최근, ALD 방법들 및 시스템들은, 각각의 전구체가 공간적으로 분리된 영역들 내에 계속적으로 제공되고, 기판이 연속하여 각각의 전구체를 통하여 이동됨에 따라 각각의 전구체가 상기 기판에 도입되도록, 발달되어 왔다. 이러한 공정들은 본 기술 분야에서는 "공간 ALD" 또는 "S-ALD"로 종종 지칭된다.
본 발명은 원자층 증착법에 의하여 반도체 물질들을 형성하는 시스템들 및 방법들을 제공하는 것이다.
[0010] 이러한 요약은 단순화된 형태로서 개념들의 선택을 소개하도록 제공되고, 이러한 개념들은 하기의 본 발명의 실시예들의 일부예로서 더 설명된다. 본 요약은 청구된 목적물의 중요한 특징들 또는 근본적인 특징들을 구분하도록 의도되거나 청구된 목적물의 범위를 한정하도록 사용될 것을 의도하는 것은 아니다.
[0011] 일부 실시예들에 있어서, 본 발명은 III-V 반도체 물질과 같은 물질을 기판 상에 증착하는 방법을 포함한다. III 족 원소 전구체와 V 족 원소 전구체는 복수의 실질적으로 정렬된 가스 분사기들 내에 도입될 수 있다. 상기 III 족 원소 전구체 및 상기 V 족 원소 전구체에 노출되어 상기 기판의 표면 상에 적어도 하나의 III-V 반도체 물질을 형성하도록, 상기 기판은 복수의 실질적으로 정렬된 가스 분사기들에 대하여 이동할 수 있다.
[0012] 추가적인 실시예들에 있어서, 본 발명은 반도체 물질들을 형성하기 위한 증착 시스템들을 포함한다. 상기 증착 시스템들은 복수의 실질적으로 정렬된 가스 분사기들을 포함하는 매니폴드 및 상기 매니폴드의 길이를 따라서 기판을 이동시키는 적어도 하나의 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 실질적으로 정렬된 가스 분사기들의 적어도 하나는 입구, 열성화 배관, 그 내에 액상 시약을 유지하도록 구성된 액체 저장기, 및 출구를 포함한다. 경로는 상기 입구로부터 상기 열성화 배관을 통하여 상기 액체 저장기 내의 내부 공간으로 연장되고, 상기 액체 저장기 내의 내부 공간으로부터 상기 출구로 연장된다.
본 발명의 증착 시스템은 III-V 반도체 물질들 각각의 두께와 조성의 정확한 제어를 할 수 있다. 증착 시스템은 III-V 반도체 물질 층들의 임의의 조합을 증착하도록 구성될 수 있고, 각각의 층은 원하는 두께와 조성을 가질 수 있다. 증착 시스템, 및 관련된 방법들은 종래의 증착 시스템들 및 방법들과 비교하여 III-V 반도체 물질들의 실질적으로 증가된 생산량을 더 제공할 수 있고, 따라서 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 증착 시스템은 III-V 반도체 물질들의 복수의 층들을 포함하는 구조체들의 제조를 더 가능하게 하고, 상기 층들은 레이저 다이오드, LED들, 고 주파수 및 파워 다이오드들과 같은 III 족 질화물 계 소자들 내에 사용될 수 있다.
[0013] 본 발명은 하기의 본 발명의 예시적인 실시예들의 상세한 설명을 참조하여 더 충분하게 이해할 수 있으며, 첨부된 도면들에 도시되어 있다.
[0014] 도 1은 본 발명의 증착 시스템의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하는 단면도이고, 본 명세서에 설명된 바와 같이 적어도 하나의 가스 분사기를 가지는 매니폴드를 포함한다.
[0015] 도 2a 내지 도 2d는 매니폴드의 적어도 하나의 가스 분사기에 제공되는 가스 혼합물들의 실시예들의 예들을 개략적으로 도시한다.
[0016] 도 3은 본 발명의 가스 분사기의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고, 상기 하나 또는 그 이상 가스 분사기는 도 1의 증착 시스템과 같이 본 발명의 증착 시스템들의 실시예들에 사용될 수 있다.
[0017] 도 4는 도 2의 가스 분사기의 부분의 부분적인 확대 단면도이다.
[0018] 도 5는 본 발명의 가스 분사기의 예시적인 다른 실시예를 개략적으로 도시하고, 도 3과 유사하지만 능동 및 수동 가열 요소들을 더 포함한다.
[0019] 도 6은 본 발명의 가스 분사기의 예시적인 다른 실시예를 개략적으로 도시하고, 상기 하나 또는 그 이상 가스 분사기는 도 1의 증착 시스템과 같이 본 발명의 증착 시스템들의 실시예들에 사용될 수 있다.
[0020] 도 7은 본 발명의 가스 분사기의 예시적인 다른 실시예를 개략적으로 도시하고, 도 6과 유사하지만 능동 및 수동 가열 요소들을 더 포함한다.
[0021] 도 8은 가스 분사기의 예시적인 다른 실시예를 개략적으로 도시하고, 상기 하나 또는 그 이상 가스 분사기는 도 1의 증착 시스템과 같이 본 발명의 증착 시스템들의 실시예들에서 기판들 상에 전구체 가스들을 분사하도록 사용될 수 있다.
[0022] 도 9는 본 발명의 증착 시스템 및 방법의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
[0023] 본 명세서에 포함된 도시들은 임의의 특정한 구성요소, 소자, 또는 시스템의 실제적인 도면을 의미하는 것은 아니고, 본 발명의 실시예들을 설명하도록 채용된 단지 이상적인 묘사이다.
[0024] 본 명세서에 인용된 참조들은 및 이들의 개시들은 모든 목적을 위한 참조로서 본 명세서에 전체적으로 결합된다. 또한, 인용된 참조들은, 그 내에 어떻게 특정되었다고 하여도, 본 명세서에 청구된 목적물의 발명에 대하여 종래 기술로서 인정하는 것은 아니다.
[0025] 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "III-V 반도체 물질"은 주기율표의 IIIA족의 하나 또는 그 이상의 원소들(B, Al, Ga, 및 In) 및 주기율표의 VA족의 하나 또는 그 이상의 원소들(N, P, As, 및 Sb)로 적어도 주로 구성된 임의의 반도체 물질을 의미하고 포함한다. 예를 들어, III-V 반도체 물질들은 갈륨 질화물, 갈륨 인화물, 갈륨 비소화물, 인듐 질화물, 인듐 인화물, 인듐 비소화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 인화물, 알루미늄 비소화물, 인듐 갈륨 질화물, 인듐 갈륨 인화물, 인듐 갈륨 비소화물, 알루미늄 갈륨 질화물, 알루미늄 갈륨 인화물, 알루미늄 갈륨 비소화물, 인듐 갈륨 질화물 인화물, 등을 포함하고, 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
[0026] 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "가스"는 가스들(독립적인 형상이나 부피를 가지지 않는 유동체들) 및 증기들(확산된 액체 또는 고체 물질 내에 걸린 가스들)을 포함하고, 용어들 "가스(gas)" 와 "증기(vapor)"는 본 명세서에서 동일한 의미로 사용된다.
[0027] 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "ALD 성장 사이클"은 상기 기판의 표면 상에 제1 전구체의 화학흡착을 위하여, 기판의 표면을 제1 전구체에 노출시키는 단계, 상기 기판의 표면을 제2 전구체에 노출시키는 단계, 및 물질의 층을 형성하도록 표면 반응시키는 단계를 의미하고 포함한다.
[0028] 전구체들로서 예를 들어, 삼염화 갈륨(GaCl3), 삼염화 인듐(InCl3), 및/또는 삼염화 알루미늄(AlCl3)과 같은 하나 또는 그 이상의 할로겐화 금속들의 외부 소스를 사용하는 방법들 및 시스템들이 최근에 개발되었다. 이러한 방법들 및 시스템들의 예들이, 아레나(Arena) 등에 의하여 2009년9월10일 공개된 미국특허출원공개번호 제2009/0223442호에 개시되어 있고, 참조로서 전체적으로 본 명세서에 결합된다. 또한, 개선된 가스 분사기들은 이러한 방법들 및 시스템들에 사용되기 위하여 최근 개발되어 왔다. 이러한 가스 분사기들의 예들이, 아레나(Arena) 등에 의하여 2009년3월3일 출원된 미국특허출원번호 제61/157,112호 및 버트란(Ronald T. Bertran, Jr.)에 의하여 2010년9월30일 출원된 미국특허출원 제12/894,724호 "Thermalizing Gas Injectors for Generating Increased Precursor Gas, Material Deposition Systems Including Such Injectors, and Related Methods,"에 개시되어 있고, 이들 출원의 각각의 전체적인 개시는 참조로서 전체적으로 본 명세서와 결합된다.
[0029] 상기 할로겐화 금속들은 무기 ALD 전구체들로서 분류된다. ALD 공정들을 위한 이러한 무기 할로겐화 금속 전구체들의 사용은, 예를 들어 유기 전구체들 상에 위치할 수 있고, 이는 일반적으로 더 작고, 더 반응성이 있고, 열적으로 안정되고, 증착된 결정 물질 내에 작은 양의 액상 잔류물을 일반적으로 남기기 때문이다. 작은 리간드들은 공간적 제한의 위험을 감소시키고, 이에 따라 싸이클 당 성장을 감소시킨다. 높은 열안정성은 더 높은 온도들에서 열분해없이 증착되는 것을 가능하게 한다.
[0030] 본 발명의 실시예들은, 하기에 상세하게 설명한 바와 같이, 새로운 가스 분사기들을 포함할 수 있고 원자층 증착(ALD) 공정에서 새로운 가스 분사기들을 사용할 수 있다. 본 발명의 증착 시스템(100)의 실시예의 예는 복수의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)을 포함하고, 미국특허출원 제61/157,112호 또는 미국특허출원 제12/894,724호에 개시되어 있고, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 하기에 설명된다. 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)의 각각은 ALD 공정 내에서 사용하기 위하여 소스 가스를 하나 또는 그 이상의 전구체들로 변환하도록 구성될 수 있다. 증착 시스템(100)은 일련의 ALD 성장 사이클들을 제공할 수 있고, 각각의 성장 사이클은 III-V 반도체 물질의 층을 형성한다. 따라서, 증착 시스템(100)은 III-V 반도체 물질의 복수의 층들을 형성하도록 사용될 수 있고, 각각의 층은, 예를 들어 발광 다이오드들(LED들) 등을 포함하는 소자 구조체의 형성에 사용되도록 원하는 조성과 두께를 가진다.
[0031] 증착 시스템(100)은 매니폴드(104, manifold)와 트랙, 컨베이어 또는 지지부와 같은 어셈블리(106)를 더 포함할 수 있다. 매니폴드(104)는 포트(110)를 통하여 그 내에 적어도 하나의 가스를 수용하도록 구성된 복수의 가스 칼럼들(108)을 포함할 수 있다. 가스 칼럼들(108)은 매니폴드(104)를 형성하도록 서로 세로 방향(longutudinal)으로 정렬되도록 위치할 수 있다. 매니폴드(104)의 가스 칼럼들(108)은 선형(linear)으로, 접힌형(folded)으로, 또는 구불구불한 형태(serpentine)의 구성과 같은 임의의 적절한 구성으로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 방향 화살표(103)에 의하여 지시되는 바와 같이, 매니폴드(104)는, 그 상에 III-V 반도체 물질을 증착하거나 또는 제공하는, 하나 또는 그 이상의 워크피스(workpiece) 기판들(112) (예를 들어, 하나 또는 그 이상의 다이들 또는 웨이퍼들)에 대하여 이동하도록 구성된다. 다른 실시예들에 있어서, 방향 화살표(105)에 의하여 지시되는 바와 같이, 어셈블리(106)는, 매니폴드(104)의 가스 칼럼들(108)에 대하여 워크피스 기판(112)을 이동하도록 구성된다. 예를 들어, 워크피스 기판들(112)은 다이들 또는 웨이퍼들을 포함할 수 있다. 따라서, 워크피스 기판(112)이 가스 칼럼들(108)과 어셈블리(106) 사이의 공간을 통하여 이동하도록, 가스 칼럼들(108)은 어셈블리(106) 상에 충분한 거리에 위치할 수 있다.
[0032] 증착 시스템(100)의 하기의 설명에서 및 특히 증착 시스템(100)의 매니폴드(104)의 하기의 설명에서, 용어들 "세로 방향으로(longitudinal)" 및 "가로 방향으로(transverse)"는 매니폴드(104)와 어셈블리(106)에 대한 방향들을 지칭하고, 도 1에 도시된 바와 같고, 세로 방향은 도 1의 관점으로부터 수평 방향이고, 가로 방향은 도 1의 관점으로부터 수직 방향이다. 또한, 세로 방향들은 "매니폴드의 길이를 따라" 또는 "어셈블리의 길이를 따라" 연장된 방향들로서 지칭된다.
[0033] 일부 실시예들에 있어서, 증착 시스템(100)은 매니폴드(104)로 하나 또는 그 이상의 가스들을 공급하고, 매니폴드(104)로부터 가스들을 제거하도록 사용되는 가스 유동 시스템을 포함한다. 예를 들어, 증착 시스템(100)은 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D) 각각에 가스들을 공급하는 가스 소스들(114A, 114B, 114C, 114D)을 포함할 수 있다.
[0034] 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 가스 소스들(114A, 114B, 114C, 114D)은 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)에 공급될 수 있는 III 족 원소 또는 V 족 원소의 외부 소스를 포함할 수 있다. 상기 II 족 원소 소스는 갈륨(Ga) 소스, 인듐(In) 소스 및 알루미늄(Al) 소스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한정되지 않는 예로서, 상기 III 족 원소 소스는 삼염화 갈륨(GaCl3), 삼염화 인듐(InCl3) 및 삼염화 알루미늄(AlCl3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. GaCl3, InCl3 또는 AlCl3 중 적어도 하나를 포함하는 상기 III 족 원소 소스는 예를 들어, Ga2Cl6, In2Cl6 또는 Al2Cl6 와 같은 2량체(dimer)의 형태일 수 있다. 상기 V 족 원소 소스는 질소(N) 소스, 비소(As) 소스 및/또는 인(P) 소스를 포함할 수 있다. 한정하지는 않은 예로서, 상기 V 족 원소 소스는 하나 또는 그 이상의 암모니아(NH3), 아르신(AsH3) 또는 포스핀(PH3)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 소스 가스들은 수소 가스(H2), 헬륨 가스(He), 아르곤(Ar), 등과 같은 하나 또는 그 이상의 캐리어 가스들을 이용하여 가스 소스들(114A, 114B, 114C, 114D)로부터 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)로 공급될 수 있다. 따라서, 상기 소스 가스는 하나 또는 그 이상의 캐리어 가스들 및 하나 또는 그 이상의 III 족 원소 소스들을 포함할 수 있다.
[0035] 상기 소스 가스가 배관들(conduits, 116)을 통하여 가스 소스들(114A, 114B, 114C, 114D)로부터 이송되므로, 상기 소스 가스는 상기 소스 가스로부터 전구체 가스를 생성하기에 충분한 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 가스는 GaCl3 및 H2을 포함할 수 있고, 삼염화 갈륨이 수소가 존재한 상태에서 갈륨 염화물(GaCl) 및 염화수소 가스(HCl) 및/또는 염소 가스(Cl2)과 같은 염화 종들로 분해되는 충분한 온도로 가열될 수 있다.
[0036] 가스 소스들(114A, 114B, 114C, 114D)은 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)로 제공될 수 있다. 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D) 각각은 하나 또는 그 이상의 전구체들을 생성하고 전구체들을 워크피스 기판(112)에 도입하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)은 전구체 가스들을 길쭉한 가스 칼럼들(108)로 공급하도록 구성될 수 있고, 워크피스 기판(112)의 주 표면을 향하여 워크피스 기판(112)의 상기 주 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 전구체 가스들을 도입하도록 구성될 수 있다. 따라서, 가스 칼럼들(108) 각각의 하측에 위치한 트랙(104) 상의 면적은 워크피스 기판(112)이 전구체 가스들에 노출되는 분사 지점을 나타낸다.
[0037] 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)은 각각 독립적으로 동작되고, 인접한 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)에 의하여 방출된 가스들의 교차 오염을 방지하기 위한 충분한 거리로 인접한 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)로부터 이격된다. 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D) 각각은 워크피스 기판(112)의 표면을 포화시키고 워크피스 기판(112)의 표면 상에 물질의 층을 증착하도록 충분한 양의 가스를 제공하도록 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 증착 시스템(100)의 매니폴드(104)는 네 개의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)과 함께 도시된다; 그러나, 임의의 갯수의 가스 분사기들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 워크피스 기판(112)에 전구체(예를 들어, III 족 원소 전구체 또는 IV 족 원소 전구체)를 제공하도록 사용된 가스 분사기들의 갯수는 원하는 두께의 물질(예를 들어, III-V 반도체 물질)에 기초하여 선택될 수 있다.
[0038] III 족 원소 전구체가 GaCl3, InCl3, 또는 AlCl3을 포함하는 가스로부터 형성되는 실시예들에 있어서, 상기 III 족 원소 전구체는, 설명하는 바와 같이, 적어도 하나의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)을 이용하여 상기 가스로부터 형성될 수 있다.
[0039] 또한, 증착 시스템(100)은, III-V 반도체 물질의 증착동안에, 상기 전구체 가스들의 분리를 유지하는 형상들을 가질 수 있다. 예를 들어, 방향 화살표(121)로 도시된 바와 같이, 증착 시스템(100)은 상응하는 가스 칼럼들(108)에 퍼지 가스를 공급하는 적어도 하나의 퍼지 가스 소스(118) 및 과잉의 전구체 가스들을 증착 시스템(100)으로부터 배기하는 배기 라인(120)를 포함할 수 있다. 퍼지 가스 소스(118)는 아르곤(Ar), 질소(N2), 및 헬륨(He)과 같은 퍼지 가스를 포함할 수 있다. 퍼지 가스 소스(118)는 상기 퍼지 가스를 가스 칼럼들(108)을 통하여 워크피스 기판(112)으로 이송하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 가스 소스(118)는, 상기 전구체들을 워크피스 기판(112)으로 제공하도록 사용된 두 개의 가스 칼럼들(108) 사이에 위치한 가스 칼럼들(108)의 적어도 하나에 상기 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 또한, 가스 칼럼들(108)은 워크피스 기판(112)의 표면으로부터 과잉의 가스들(즉, 상기 전구체 가스들 및 상기 퍼지 가스들)을 제거하도록 사용될 수 있다. 상기 과잉의 가스들은, 증착 시스템(100)으로부터 제거되기 위하여, 가스 칼럼들(108)을 통하여 통과되어, 배기 라인(120)으로 들어갈 수 있다. 예를 들어, 상기 과잉의 가스들은 상기 전구체 가스들 및 퍼지 가스를 워크피스 기판(112)에 공급하도록 구성된 가스 칼럼들(108) 각각 사이에 위치한 가스 칼럼들(108)의 하나를 통하여 제거될 수 있다.
[0040] 어셈블리(106)는 워크피스 기판(112)을 지지하도록 구성되고, 또한 일부 실시예들에 있어서, 각각의 연속적인 가스 칼럼(108) 하에 순차적으로 워크피스 기판(112)을 이송하도록 구성된다. 단일의 워크피스 기판(112)이 도 1에 도시되어 있지만, 어셈블리(106)는 공정을 위하여 임의의 갯수의 워크피스 기판들(112)을 지지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 어셈블리(106)는 매니폴드(104)의 길이를 따라서 워크피스 기판(112)을 이송할 수 있다. 워크피스 기판(112) 및 매니폴드(104)는, 상응하는 가스 분사기(102A, 102B, 102C, 102D)에 의하여 생성된 전구체 가스들 각각이 워크피스 기판(112)의 표면을 포화시키도록 소정의 속도로 서로에 대하여 이동할 수 있다. 워크피스 기판(112)의 표면이 전구체들 각각에 노출됨에 따라, 워크피스 기판(112)의 표면 상에 물질 층이 증착될 수 있다.
[0041] 워크피스 기판(112)이 가스 칼럼들(108)에 대하여 이동되는 바와 같이, 워크피스 기판(112)의 표면 상에 III-V 반도체 물질을 형성하기 위한 복수의 ALD 성장 사이클들이 종료될 수 있다.
[0042] 상술한 바와 같이, 증착 시스템(100)의 하나 또는 그 이상의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)은 도 2 내지 도 7를 참조하여 하기에 설명된 가스 분사기들의 다양한 실시예들의 하나이거나 또는 하나를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)은 미국특허출원번호 제61/157,112호에 개시된 바와 같은 열성화 가스 분사기를 포함할 수 있고, 그러나 소스 가스(또는 소스 가스의 분해 또는 반응물)와 반응하는 액상 시약을 유지하도록 구성된 저장부를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 저장부는 예를 들어, 액상 갈륨, 액상 알루미늄, 액상 인듐과 같은 액상 금속 또는 다른 원소를 유지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 저장부는 예를 들어, 철, 실리콘, 마그네슘과 같은 하나 또는 그 이상의 고상 물질들을 유지하도록 구성될 수 있다.
[0043] 도 2는 본 발명의 가스 분사기(200)의 일 실시예의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 분사기(200)는 입구(inlet, 202), 출구(outlet, 204), 열성화 배관(thermalizing conduit, 206), 및 저장기(container, 210)를 포함한다. 저장기(210)는 그 내에 액상 시약을 유지하도록 구성된다. 예를 들어, 액상 갈륨, 액상 인듐, 액상 알루미늄, 등과 같은 액상 금속은 저장기(210) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, GaCl3 및 H2를 포함하는 소스 가스는 입구(202)에 공급될 수 있다. 상기 소스 가스는 입구(202)로부터 열성화 배관(206)으로 유동할 수 있다. 열성화 배관(206)은, 열성화 배관(206) 내의 유동 경로의 단면적, 열성화 배관(206)을 통한 상기 소스 가스의 유동 속도, 및 열성화 배관(206)의 전체 길이의 함수일 수 있는, 원하는 시간(즉, 체류 시간) 동안 열성화 배관(206)을 통하여 유동하는 소스 가스를 가열하도록 구성될 수 있다. 열성화 배관(206)은 하기에 상세하게 설명하는 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 능동 또는 수동 가열 요소들에 인접하여 위치하도록 형상화되고 구성될 수 있다,
[0044] 또한, 열성화 배관(206)은 하나 또는 그 이상의 만곡된 부분들을 포함할 수 있고, 이에 따라 열성화 배관(206)에 의하여 차지된 물리적 공간의 길이는 열성화 배관(206)을 통한 유동 경로의 실제 길이에 비하여 상당히 작다. 다시 말하면, 열성화 배관(206)의 길이는 입구(202)와 액체 저장기(210) 사이의 최소 거리에 비하여 길 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 열성화 배관(206)의 길이는 입구(202)와 액체 저장기(210) 사이의 최소 거리의 적어도 약 두 배일 수 있고, 입구(202)와 액체 저장기(210) 사이의 최소 거리의 적어도 약 세 배일 수 있고, 또는 입구(202)와 액체 저장기(210) 사이의 최소 거리의 적어도 약 네 배일 수 있다. 예를 들어, 열성화 배관(206)은 도 2에 도시된 바와 같이 구불구불한 구성을 가질 수 있고, 180도의 각도를 통하여 연장된 만곡 부분들에 의하여 끝에서 끝까지 함께 연결된 복수의 전체적으로 평행한 수평 부분들을 포함한다.
[0045] 열성화 배관(206)은 예를 들어, 석영과 같은 내화성 물질로 적어도 실질적으로 구성된 튜브를 포함할 수 있다..
[0046] 일부 실시예들에 있어서, 상기 소스 가스는 열성화 배관(206) 내에서 적어도 부분적으로 분해될 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 가스가 GaCl3 및 H2을 포함하는 실시예들에 있어서, GaCl3는 수소의 존재하에서 가스화된 GaCl 및 예를 들어, 염화수소 가스(HCl) 및/또는 염소 가스(Cl2)와 같은 염화 가스 종들로 분해될 수 있다.
[0047] 상기 가스들은 열성화 배관(206)으로부터 저장기(210)로 유동한다. 도 3은 저장기(210)의 확대되고 부분적인 절개된 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 저장기(210)는 바닥 벽(212), 최상 벽(214), 및 적어도 하나의 측벽(216)을 포함한다. 도 2 및 도 3의 실시예에 있어서, 상기 저장부는 전체적으로 원통형 형상을 가지고, 바닥 벽(212)과 최상 벽(214) 각각은 원형의 형상을 가지고, 적어도 실질적으로 평평하고 측벽(216)은 적어도 실질적으로 원통형(예를 들어, 튜브형)이다. 바닥 벽(212), 최상 벽(214), 및 적어도 하나의 측벽(216)은 함께 중공형(hollow) 몸체를 한정하고, 이들의 내부는 액상 갈륨과 같은 액상 시약을 유지하는 저장부를 한정한다.
[0048] 중공형 저장기(210) 내의 내부 공간은 액상 갈륨, 액상 인듐, 액상 알루미늄과 같은 액상 시약으로 부분적으로 채워질 수 있다. 예를 들어, 저장기(210)는, 저장기(210) 내의 액상 시약 위의 보이드 또는 공간(222)이 존재하도록, 도 3에 점선(220)으로 나타난 바와 같은 수준으로 액상 시약으로 채워질 수 있다. 열성화 배관(206)으로부터 유동하는 가스들은 저장기(210) 내의 액상 시약 위의 공간(222) 내에 분사될 수 있다. 한정되지 않는 예로서, 열성화 배관(206)으로부터 유동하는 가스들은 바닥 벽(212)을 통하여 튜브(224)로 유동할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 튜브(224)는 저장기(210) 내로 연장되는 열성화 배관(206)의 통합된 부분을 포함할 수 있다. 튜브(224)는 저장기(210) 내에 위치한 액상 시약을 통하여 액상 시약 위의 공간(222)으로 연장될 수 있다. 튜브(224)의 말단이 액상 시약 위에서 수평으로 연장되도록, 튜브(224)는 90도 구부러진 부분을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 개구부는 액상 시약의 표면에 대면하는 일측 상의 튜브(224)의 원통형 측벽들을 통하여 제공될 수 있고, 이에 따라 튜브(224)를 통하여 유동하는 가스들은 개구부(226)를 통하여 튜브(224)로부터 나간다. 개구부(226)를 나가는 가스들은, 가스들의 하나 또는 그 이상의 구성 요소들과 액상 시약 사이의 반응을 촉진하도록, 액상 시약의 표면을 향하여 방위된 방향으로 상기 개구부로부터 향할 수 있다.
[0049] 예를 들어, 소스 가스가 GaCl3 및 H2 와 같은 캐리어 가스를 포함하고, 상기 소스 가스가 열성화 배관(206) 내에 가스화된 GaCl 및 염화 가스 종들을 포함하도록 분해되는 실시예들에 있어서, 저장기(210) 내의 액상 시약은, 추가적인 가스화된 GaCl을 형성하도록 열성화 배관(206) 내에 생성된 염화 가스 종들(예를 들어, HCl)과 반응할 수 있는, 액상 갈륨을 포함할 수 있다. 대안적으로, 저장기(210) 내의 액상 시약은, InCl, AlCl을 형성하도록 염화 가스 종들(예를 들어, HCl)과 각각 반응할 수 있는, 액상 인듐, 액상 알루미늄을 포함할 수 있다. 저장기(210) 내의 액상 시약 위의 공간(222) 내의 가스들은 출구 포트(228)를 통하여 저장기로부터 유동되어 나올 수 있다. 예를 들어, 출구 포트(228)는 튜브(224)의 수평으로 연장된 부분 위의 저장기(210)의 최상 벽(214) 내에 위치할 수 있다. 출구 포트(228)는 출구 배관(230)으로 이어질 수 있고, 그 단부는 가스 분사기(200)의 출구(204)를 한정할 수 있다.
[0050] 저장기(210)의 다양한 구성 요소들은 예를 들어, 석영과 같은 내화성 물질로 적어도 실질적으로 구성될 수 있다.
[0051] 상기 GaCl는 GaN을 형성하기 위한 바람직한 전구체 가스일 수 있다. 따라서, GaCl3 의 열분해로부터 과잉의 염화 가스를 추가적인 GaCl로 변환함에 의하여(소스 가스로서 GaCl3을 이용하는 시스템들 내에서), 증착된 GaN 물질에 대한 과잉의 염화 가스 종들의 유해한 영향들이 방지될 수 있고, 이는 워크피스 기판(112)(도 1)에 도입된 염화 가스 종들의 양이 감소될 수 있기 때문이다. 이러한 유해한 영향들은, 예를 들어 갈륨 질화물 결정 격자 내로 염소 원자들이 결합 및 증착된 GaN 막의 크랙 또는 벗겨짐을 포함할 수 있다. 추가적으로, 유해한 영향들은, 예를 들어, 과잉의 염화수소(HCl) 가스를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 염화수소는 증착 시스템(100) 내에 증착된 III-질화물 층에 식각제로서 기능할 수 있고, 이에 따라 성장 속도를 감소시킬 수 있거나 또는 III-질화물의 증착을 방지할 수 있다. 또한, 추가적인 GaCl을 형성하기 위하여 과잉의 염화 종들이 액상 갈륨과 반응함에 의하여, 증착 시스템(100)의 효율성이 개선될 수 있다.
[0052] 도 4는 도 2의 가스 분사기(200) 및 적어도 가스 분사기(200)의 열성화 배관(206)과 저장기(210) 가열하는 능동 및 수동 가열 구성 요소들을 포함하는 열성화 가스 분사기(300)의 다른 실시예를 도시한다. 다시 말하면, 적어도 하나의 가열 요소는, 가스 분사기(200)의 적어도 하나의 열성화 배관(206) 및 저장기(210)를 가열하도록, 적어도 하나의 열성화 배관(206) 및 저장기(210)에 인접하여 위치할 수 있다.
[0053] 도 4에 도시된 바와 같이, 열성화 가스 분사기(300)는 가스 분사기(200)의 열성화 배관(206)에 의하여 둘러싸인 전체적으로 원통형 공간 내에 위치한 원통형 수동 가열 요소(302)를 포함한다.
[0054] 수동 가열 요소(302)는, 높은 온도를 견딜 수 있고, 증착 시스템(100) 내에서 만날 수 있는 부식 환경을 견딜 수 있는, 높은 방출 수치들을 가지는 물질들(통일체에 가까움)(흑체 물질들)로 적어도 실질적으로 구성될 수 있다. 이러한 물질들은, 예를 들어, 0.98, 0.92, 및 0.92의 방출 수치들을 각각 가지는 알루미늄 질화물(AlN), 실리콘 탄화물(SiC), 및 보론 탄화물(B4C)을 포함할 수 있다.
[0055] 수동 가열 요소(302)는 솔리드형(solid) 또는 중공형(hollow)일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 수동 가열 요소(302)는 중공형일 수 있고, 또한 온도 모니터링 및 제어 목적들을 위하여 상기 수동 가열 요소의 내부 공간 내에 열전쌍이 위치할 수 있다. 추가적인 실시예들에 있어서, 원통형 열전쌍은 수동 가열 요소(203)를 둘러싸며 위치할 수 있고, 또한 수동 가열 요소(302)와 둘러싸는 열성화 배관(206) 사이에 위치할 수 있다.
[0056] 추가적인 실시예들에 있어서, 중공 원통형 수동 가열 요소들은 열성화 배관(206)의 하나 또는 그 이상의 직선 부분들 상에 및 주위에 위치할 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 원통형 열전쌍은 상기 중공 원통형 수동 가열 요소들과 상기 중공 원통형 수동 가열 요소들에 의하여 둘러싸인 열성화 배관(206)의 부분들 사이에 위치할 수 있다.
[0057] 또한, 열성화 가스 분사기(300)는 능동 가열 요소(304)를 포함할 수 있다. 능동 가열 요소(304)는 가스 분사기(200)의 열성화 배관(206) 및 저장기(210) 각각을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 능동 가열 요소(304)는 전체적으로 원통형일 수 있고, 열성화 배관(206) 및 저장기(210)의 각각의 적어도 부분을 전체적으로 둘러싸도록 연장될 수 있다. 능동 가열 요소(304)는, 예를 들어, 저항 가열 요소, 유도 가열 요소, 및 방사 가열 요소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 능동 가열 요소(304)와 수동 가열 요소(302)가 열성화 배관(206)(또는 적어도 그 내에 수용된 상기 가스 또는 가스들) 및 저장기(310)(또는 적어도 그 내에 수용된 상기 액상 시약 및 상기 가스 또는 가스들)를 가열하는 가열 공정의 효율성을 증가시키도록, 절연 재킷(306)은 가스 분사기(200), 수동 가열 요소(302), 및 능동 가열 요소(304)를 적어도 실질적으로 둘러쌀 수 있다.
[0058] 열성화 가스 분사기(300)의 능동 및 수동 가열 요소들은 열성화 배관(206), 저장기(210) 및 상기 소스 가스를 약 500℃ 내지 약 1,000℃ 사이의 온도들로 가열할 수 있다.
[0059] 도 5는 본 발명의 가스 분사기(400)의 다른 실시예를 도시한다. 도 5의 가스 분사기(400)는 도 2의 가스 분사기(200)와 유사하고, 입구(202), 출구(204), 열성화 배관(406), 및 저장기(210)를 포함한다. 저장기(210)는 도 2 및 도 3와 관련하여 설명할 수 있다. 열성화 배관(406)은 도 2의 열성화 배관(206)과 실질적으로 유사할 수 있고, 다만, 도 2의 열성화 배관(206)이 가지는 구불구불한 구성을 대신하여, 열성화 배관(406)이 나선 경로(즉, 나선 구성을 가짐)를 따라 연장되는 상이점이 있다.
[0060] 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 외측 하우징(housing, 450)을 또한 포함할 수 있다. 외측 하우징(450)은 적어도 가스 분사기(400)의 열성화 배관(406) 및 저장기(210)를 둘러싸고 보호하도록 구성될 수 있다. 또한, 외측 하우징(450)은, 예를 들어, 퍼지 가스들(예를 들어, 퍼지 가스들)을 운반하도록 사용될 수 있는 추가적인 가스 전달 배관로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 외측 하우징(450)은 입구 포트(452) 및 출구 포트(454)를 포함할 수 있고, 이에 따라 입구 포트(452)와 출구 포트(454) 사이의 외측 하우징(450)을 통하여 가스가 유동될 수 있다. 본 발명의 추가적인 실시예들에 있어서, 외측 하우징(450)은 도 2의 가스 분사기(200), 도 4의 가스 분사기(300), 또는 하기에 설명하는 다른 가스 분사기 상에 제공될 수 있다.
[0061] 도 5를 계속 참조하면, 공정에서 GaCl3 및 H2과 같은 소스 가스는 100 분당 입방 센티미터(sccm) 미만, 50 sccm 미만, 또는 10 sccm 미만의 도입 유동 속도를 가지고 입구(202)를 통하여 가스 분사기(400)에 인입된다. 그러나, 상기 유동 속도는 20 분당 표준 리터(standard liters per minute, SLM)보다 클 수 있고, 예를 들어, 30 SLM보다 같거나 클 수 있다. GaCl과 같은 상기 가스 전구체들은 약 500℃ 내지 약 1,000℃ 범위의 온도들에서 출구(204)를 통하여 가스 분사기(400)로부터 배출된다. 질소 가스 또는 질소 가스 및 수소 가스(H2)의 혼합물과 같은 퍼지 가스는 약 1 내지 5 SLM의 도입 유동 속도를 가지고 입구 포트(452)를 통하여 외측 하우징(450)에 인입되고, 외측 하우징(450)의 적어도 내부에서 과압을 유지한다. 상기 퍼지 가스는 출구 포트(454)를 통하여 외측 하우징(450)으로부터 배출된다. 또한, 상기 퍼지 가스는 외측 하우징(450)을 통하여 통과됨에 따라 가열될 수 있다.
[0062] 도 6은 열성화 가스 분사기(500)의 다른 실시예를 도시하고, 도 5의 가스 분사기(400)와 실질적으로 유사하고 외측 하우징(454)을 가지지 않는 가스 분사기를 포함한다. 따라서, 가스 분사기(500)는, 본 명세서에 상술한 바와 같이, 열성화 배관(406) 및 저장기(210)를 포함한다. 가스 분사기(500)는 입구(202) 및 출구(204)를 더 포함한다. 도 5의 열성화 가스 분사기는 도 4의 가스 분사기(300)와 관련하여 상술한 능동 및 수동 가열 요소들을 더 포함한다. 특히, 도 5의 가스 분사기(400)는 상술한 원통형 수동 가열 요소(302)를 포함하고, 가스 분사기(500)의 나선 열성화 배관(406)에 의하여 둘러싸인 전체적으로 원통형 공간 내에 위치한다. 또한, 열성화 가스 분사기(500)는, 도 4와 관련하여 상술한 바와 같이, 능동 가열 요소(304) 및 절연 재킷(306)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 열성화 가스 분사기(500)의 능동 및 수동 가열 요소들은 열성화 배관(406), 저장기(210) 및 상기 소스 가스를 약 500℃ 내지 약 1,000℃ 범위의 온도들로 가열할 수 있다.
[0063] 도 7은 워크피스 기판(112) 상으로 도판트 전구체들을 분사하도록 사용할 수 있는 가스 분사기(500)의 예를 도시한다. 가스 분사기(500)는, 도 2 및 도 3과 관련하여 상술한 바와 같이, 입구(202), 출구(204), 및 저장기(210)를 포함한다. 전체적으로 직선인 배관(502)은 입구(202)로부터 저장기(210)로 연장될 수 있다(도 2 및 도 3의 열성화 배관(206)을 대신함). 저장기(210)는, 예를 들어 액상 알루미늄, 액상 인듐과 같은 액상 금속 시약을 그 내에 유지하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 저장기(210)는 예를 들어 철, 실리콘 또는 마그네슘, 등과 같은 하나 또는 그 이상의 고상 물질들을 유지하도록 구성될 수 있다.
[0064] 또한, 가스 분사기(500)는 도 4의 가스 분사기(300)아 관련하여 상술한 능동 가열 요소(304)와 절연 재킷(306)과 같은 능동 및/또는 수동 가열 요소들을 포함할 수 있다. 이러한 능동 및/또는 수동 가열 요소들은 저장기(210) 내에 상기 금속을 액체 상테로 유지하기에 충분한 온도들로 저장기(210)를 (또는 적어도 그 내에 수용된 액체를) 가열하도록 사용될 수 있다.
[0065] 가스화된 염화수소, 염소 또는 가스화된 GaCl과 같은 소스 가스는 외부 가스 소스로부터 입구(202)로 공급될 수 있다. 상기 소스 가스는 입구(202)로부터 배관(502)을 통하여 저장기(210)로 유동할 수 있고, 상기 소스 가스는, 전구체 가스(예를 들어, InCl, AlCl, FeCl, 등)를 형성하도록 상기 저장기 내에서 금속 시약과 반응할 수 있다. 상기 전구체 가스는 저장기(210)로부터 출구(204)를 통하여 배출될 수 있다.
[0066] 증착 시스템(100)의 다른 가스 분사기들의 유동 속도들에 대하여 가스 분사기(500)를 통하는 가스들의 유동 속도는, 결과적인 III-V 반도체 물질 내에서 상기 도판트 전구체로부터 증착된 원소들의 농도를 제어하도록, 선택적으로 제어될 수 있다.
[0067] 상술한 바와 같이, 본 발명의 열성화 가스 분사기들의 실시예들은 S-ALD 공정을 이용하여 III-V 반도체 물질들을 증착하도록, 워크피스 기판(112) 상에 가스화된 III 족 원소 전구체들 및 V 족 원소 전구체들을 분사하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 본 발명의 열성화 가스 분사기들은, 수소의 존재 하에서 GaCl3의 열분해에 의하고 또한 GaCl3의 열분해로부터의 염화 종들(예를 들어, HCl, Cl2)과 액상 갈륨의 반응에 의하여 GaCl3을 가스화된 GaCl로 변환하도록 사용될 수 있고, ALD 공정 내에서 GaN의 증착을 위하여 워크피스 기판(112) 상에 GaCl를 분사하도록 사용될 수 있다.
[0068] 도 8a 내지 도 8d는, 방향 화살표들(107)에 의하여 지칭되는 바와 같이, 가스 소스들(114A, 114B, 114C, 114D) (도 1)에 의하여 외부에서 공급된 소스 가스들로부터 III 족 원소 전구체들을 생성하도록 사용될 수 있는 배관들(116) 및 가스 분사기들(102)의 구성들의 예들을 도시한다. 도 3 및 도 7를 참조하여 설명한 바와 같이, GaCl, AlCl 또는 InCl와 같은 III 족 전구체를 형성하기 위하여, 예를 들어, 상기 III 족 원소 전구체는 하나 또는 그 이상의 III 족 원소들 및 하나 또는 그 이상의 캐리어 가스들을 포함하는 가스로부터 생성되거나, 또는 가열된 III 족 원소(즉, 액상 갈륨, 액상 알루미늄, 액상 인듐, 등) 상에 염화수소(HCl) 기체와 같은 가스를 통과시켜 생성될 수 있다. 도 8a 내지 도 8d에 관련하여 설명한 바와 같이 상기 전구체 가스들을 형성하여, 상기 전구체 가스들의 농도는 원하는 조성을 가지는 III-V 반도체 물질을 형성하도록 조절될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 배관들(116)은, 분사기들(102)로 다른 전구체들을 운반하고 또한 분사기들(102)로부터 다른 전구체들을 운반하도록, 복수의 분기들(126A, 126B, 126C)을 포함할 수 있다. 방향 화살표들(109)에 의하여 지칭된 바와 같이, 배관들(116)의 분기들(126A, 126B, 126C)은, 가스 칼럼들(108)에 공급될 수 있는, 단일 가스 스트림을 형성하는 것을 집중시킬 수 있다(도 1).
[0069] 도 8a에 도시된 바와 같이, GaCl 및 InCl과 AlCl 중 적어도 하나를 포함하는 전구체 혼합물은 분사기들(102)을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 배관(116)의 제1 분기(126A)에서 GaCl3이 GaCl 및 염화 가스로 변환될 수 있고, 배관(116)의 제2 분기(126B)에서 InCl3 또는 AlCl3이 InCl 또는 AlCl로 변환될 수 있다. 상기 전구체 혼합물이 GaCl 및 InCl을 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 전구체 혼합물은 워크피스 기판(112)(도 1) 상에 하나 또는 그 이상의 InGaN, InGaAs 및 InGaP을 형성하는 단계에서 사용될 수 있다. 상기 전구체 혼합물이 GaCl 및 AlCl을 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 전구체 혼합물은 워크피스 기판(112)(도 1) 상에 하나 또는 그 이상의 AlGaN, AlGaAs, 및 AlGaP을 형성하는 단계 내에 사용될 수 있다.
[0070] 도 8b 및 도 8c를 참조하면, GaCl, AlCl, InCl 또는 FeCl 중 둘 또는 그 이상과 같은 둘 또는 그 이상의 III 족 원소 전구체들은, 도 3 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 외부 소스로부터 가스 분사기(102)를 이용하여 가열된 III 족 원소 소스(예를 들어, 인듐 소스 또는 알루미늄 소스) 상에 GaCl3을 통과시켜 형성할 수 있다. 한정되지 않는 예로서, InCl 및 GaCl을 형성하기 위하여 가열된 인듐 소스 상에 GaCl3을 통과시킬 수 있고, AlCl 및 GaCl을 형성하기 위하여 가열된 알루미늄 소스 상에 GaCl3을 통과시킬 수 있고, 또는 FeCl 및 GaCl을 형성하기 위하여 가열된 철 소스 상에, GaCl3을 통과시킬 수 있다. 추가적인 GaCl 전구체는 갈륨 소스 상에 적어도 하나의 염화수소 및 염소 가스를 통과시켜 형성할 수 있다.
[0071] 배관(116)의 제1 분기(126A)에서, GaCl 및 적어도 하나의 염화수소와 염소 가스는, 도 3 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 분사기(102)를 이용하여 하나 또는 그 이상의 GaCl3 및 H2로부터 생성될 수 있다. 배관(116)의 제2 분기(126B)에서, 추가적인 GaCl 또는 추가적인 III 족 원소 전구체는 분사기(102)에 의하여 생성될 수 있다. 추가적인 GaCl이 생성되는 실시예들에 있어서, GaCl3, 염화수소 또는 수소 가스의 적어도 하나로부터 생성된 염화 가스는, 추가적인 GaCl을 형성하도록, 갈륨과 반응할 수 있다. 추가적인 III 족 원소 전구체가 형성되는 실시예들에서, GaCl3로부터 생성된 GaCl, 염화수소 또는 염소는, 추가적인 III 족 원소 전구체(즉, InCl, AlCl 또는 FeCl)를 형성하도록, 적어도 하나의 인듐, 알루미늄 또는 철과 반응할 수 있다. 배관(116)의 제1 분기(126A) 및 제2 분기(126B)는 모여질수 있고, 따라서 가스들을 혼합한다.
[0072] 일부 실시예들에 있어서, 상기 III-V 반도체 물질들을 도핑하기 위하여 사용될 수 있는 추가적인 가스들이 배관들(116)을 통하여 추가될 수 있다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 배관(116)의 제1 분기(126A)로 공급되는 GaCl3는 배관(116)의 제2 분기(126B)로 공급되는 도판트 가스와 혼합될 수 있다. 적절한 도판트 가스들은 철-함유가스들, 디클로로실란(H2SiCl2), 실란(SiH4) 및 사염화 실리콘(SiCl2)을 포함하고, 이에 한정되는 것은 아니다. 선택적으로(Optionally), 배관(116)의 제3 분기(126C)는, 도 8b를 참조하여 설명한 바와 같이, 추가적인 III 족 원소 전구체 또는 추가적인 GaCl를 생성하도록 사용될 수 있다.
[0073] 도 8d에 도시된 추가적인 실시예들에 있어서, 배관(116)은 분기들(126A, 126B, 126C)을 포함할 수 있고, GaCl3, InCl3 및 AlCl3 중 하나는, GaCl3, InCl3 및 AlCl3 중 적어도 두 개의 혼합물을 포함하는 가스를 형성하도록, 분기들(126A, 126B, 126C)의 적어도 두 개에 공급될 수 있다. GaCl3, InCl3 및 AlCl3 중 적어도 두 개의 조합은 예를 들어, InGaN 또는 AlGaN과 같은 삼원계 혼합물들 형성하도록 사용될 수 있고, 예를 들어, AlInGaN와 같은 사원계 혼합물들 형성하도록 사용될 수 있다.
[0074] 도 1을 참조하여 설명한 증착 시스템(100)은 S-ALD에 의하여 III-V 반도체 물질을 형성하는 방법에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 상기 III-V 반도체 물질을 형성하기 위한 복수의 ALD 성장 사이클들(122, 124)을 이용할 수 있고, 상기 ALD 성장 사이클들 각각은 워크피스 기판(112)을 적어도 하나의 III 족 전구체 및 적어도 하나의 V 족 전구체에 노출하는 단계를 포함한다. 과잉의 전구체 및 퍼지 가스는, 상기 적어도 하나의 III 족 전구체 및 상기 적어도 하나의 V 족 전구체의 혼합을 방지하도록, 배기 라인(120)에 연결된 가스 칼럼들(108)에 의하여 제거될 수 있다. 따라서, ALD 성장 사이클들(122, 124) 각각은 소정의 III-V 반도체 물질의 층을 형성한다. 원하는 두께의 소정의 III-V 반도체 물질을 형성하도록 또는 다른 III-V 반도체 물질들의 복수의 층들을 형성하도록, 임의의 횟수의 ALD 성장 사이클들이 증착 시스템(100)을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 성장 사이클들 각각 동안에 워크피스 기판(112)에 공급된 전구체들은, 워크피스 기판(112) 상에 원하는 III-V 반도체 물질 또는 III-V 반도체 물질들의 원하는 복수의 층들을 형성하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 LED들과 같은 소자 층들 내에서 유용한 다른 조성들을 가지는 III-V 반도체 물질들을 포함하는 복수의 층들을 형성하도록 사용될 수 있다.
[0075] 어셈블리(106)와 매니폴드(104)의 적어도 하나는 매니폴드(104)에 대하여 워크피스 기판(112)의 이동을 구현하도록 구성된다. 워크피스 기판(112)은 어셈블리(106) 상에 위치할 수 있고, 매니폴드(104)의 길이를 따라서 일련의 분사 위치들(즉, 세로로 정렬된 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D) 각각의 아래의 위치들)을 통하여 매니폴드(104)에 대하여 이동할 수 있다. 상기 분사 위치들 각각에서, 워크피스 기판(112)은 위에 위치한 가스 분사기(102A, 102B, 102C, 102D)에 의하여 상기 적어도 하나의 III 족 원소 전구체 또는 상기 적어도 하나의 V 족 원소 전구체에 노출될 수 있고, 이에 따라 III 족 물질, V 족 물질 또는 III 족-V 족 화합물 물질의 층이 워크피스 기판(112) 상에 증착된다. 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)은 원하는 III-V 반도체 물질을 형성하기 위하여 상기 전구체 유동 속도 및 조성을 제어하도록 프로그램될 수 있다.
[0076] 상술한 바와 같은 본 발명의 열성화 가스 분사기들의 실시예를 이용하여, 상기 III 족 원소 전구체가 III 족 원소 소스로부터 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, III 족 원소 전구체(즉, GaCl, InCl 및 AlCl)를 형성하도록, GaCl3, InCl3 및 AlCl3 중 적어도 하나와 H2, N2 및 Ar과 같은 하나 또는 그 이상의 캐리어 가스들은 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)을 이용하여 열성화될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, GaCl3, InCl3 및 AlCl3과 같은 가스들의 혼합물을 포함하는 III 족 원소 소스는 InGaN, InGaAs, InGaP, AlGaN, AlGaAs 및 AlGaP와 같은 삼원계 및 사원계 III-V 반도체 물질들을 형성하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스들의 혼합물은, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한 바와 같이, 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D) 내에 도입되지 전에 형성될 수 있다. 이러한 혼합물들은 워크피스 기판(112) 상에 삼원계 및 사원계 III-V 반도체 물질들을 형성하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 워크피스 기판(112) 상에 InGaN, InGaAs 또는 InGaP을 형성하도록 GaCl3 및 InCl3의 혼합물이 하나 또는 그 이상의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)에 공급될 수 있고, 또는 워크피스 기판(112) 상에 AlGaN, AlGaAs 또는 AlGaP을 형성하도록 GaCl3-- 및 AlCl3의 혼합물이 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)에 공급될 수 있다. 상기 혼합물 내의 가스들의 비율은 원하는 조성을 가지는 III-V 반도체 물질을 형성하도록 조정될 수 있다.
[0077] 상기 V 족 원소 전구체는, V 족 원소 소스를 열성화함에 의하여 또는 본 기술분야에 알려진 다른 기술들에 의하여(예를 들어, 플라즈마 생성 기술) 형성될 수 있다. 예를 들어, 암모니아(NH3), 아르신(AsH3) 및 포스핀(PH3) 중 적어도 하나는 V 족 원소 전구체를 형성하도록 열성화될 수 있다.
[0078] 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)은 GaCl, InCl 또는 AlCl과 같은 III 족 원소 전구체를 생성하도록 사용될 수 있고, 워크피스 기판(112)의 주 표면을 상기 III 족 원소 전구체에 노출하도록 사용될 수 있다. 추가적인 본 발명의 실시예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)은, 예를 들어, InGaN, AlGaN, InAlGaN, 등과 같은 둘 또는 다른 III 족 원소들을 포함하는 III 족 질화물 화합물 물질들을 형성하도록 사용될 수 있는 다른 III 족 원소 전구체들을 생성하도록 사용될 수 있다. 한정하지는 않은 예로서, 제1 및 제3 가스 분사기들(102A, 102C)은 하나 또는 그 이상의 GaCl(GaCl3의 열분해에 의하여 GaCl3을 가스화된 GaCl로 변환하고 GaCl3의 열분해로부터 발생한 염화 종들의 액상 갈륨과의 반응에 의함), InCl(InCl3의 열분해에 의하여 InCl3을 가스화된 InCl로 변환하고 InCl3의 열분해로부터 발생한 염화 종들의 액상 인듐과의 반응에 의함) 및 AlCl(AlCl3의 열분해에 의하여 AlCl3을 가스화된 AlCl로 변환하고 InCl3의 열분해로부터 발생한 염화 종들의 액상 인듐과의 반응에 의함)을 제공하도록 사용될 수 있고, 제2 및 제4 가스 분사기들(102B, 102D)은 가스화된 암모니아(NH3), 가스화된 아르신(AsH3), 또는 가스화된 포스핀(PH3)을 제공하도록 사용될 수 있다. 각각의 가스 분사기(102A, 102B, 102C, 102D)는 워크피스 기판(112) 상에 물질의 층을 증착하도록 충분한 양의 전구체 가스를 워크피스 기판(112)에 도입할 수 있다. 증착 시스템(100)은, 워크피스 기판(112) 상에 원하는 두께의 III-V 반도체 물질 또는 다른 III-V 반도체 물질들의 복수의 층들을 증착하기 위하여, 임의의 갯수의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 워크피스 기판(112)은, 원하는 두께의 III-V 반도체 물질 또는 다른 III-V 반도체 물질들의 복수의 층들을 얻기 위하여, 임의의 횟수로 증착 시스템(100)을 통하여 통과될 수 있다.
[0079] 추가적인 본 발명의 실시예들에 있어서, 적어도 하나의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)은 도판트(예를 들어, 철 원자들 또는 이온들 또는 실리콘 원자들 또는 이온들)를 상기 III-V 반도체 물질에 도입하도록 사용될 수 있는 도판트 전구체(예를 들어, 철 염화물(FeCl) 또는 실리콘(Si)을 포함하는 기상 종들)을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 증착 공정 동안에, 상기 도판트 전구체는 상기 도판트가 증착되는 III-V 반도체 물질 내에 결합되는 방식으로 분해되거나 및/또는 다른 물질과 반응할 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 상기 도판트 전구체를 분사하도록 사용된 가스 분사기 내에 도판트 전구체의 열분해가 필요하지 않을 수 있다.
[0080] 한정되지 않는 예에 의하여, ALD 성장 사이클들(122, 124) 각각은 원하는 조성을 가지는 III-V 반도체 물질의 층 또는 각각 다른 조성을 가지는 III-V 반도체 물질의 복수의 층들을 형성하도록 사용될 수 있다. 제1 ALD 성장 사이클(122)은 III-V 반도체 물질의 제1 층을 증착하도록 수행될 수 있다. 워크피스 기판(112)이 제1 ALD 성장 사이클(122)을 통하여 매니폴드(104)의 길이를 따라 이동함에 따라, 워크피스 기판(112)은 제1 분사기(102A)와 연통하여 가스 칼럼(108) 아래에 위치할 수 있다. 제1 분사기(102A)는 상응하는 가스 칼럼(108)을 통하여 III 족 원소 전구체를 워크피스 기판(112)에 공급할 수 있고, 상기 III 족 원소는 워크피스 기판(112)의 표면 상에 흡착될 수 있다.
[0081] 과잉의 가스들 또는 III 족 원소 전구체는 배기 라인(120)에 연결된 가스 칼럼들(108)을 통하여 워크피스 기판(112)의 표면으로부터 가스들을 펌핑하여 워크피스 기판(112)으로부터 제거될 수 있다. 또한, 워크피스 기판(112)의 표면을 상기 퍼지 가스에 노출하여 펌핑 수행들 사이에 퍼징이 수행될 수 있다.
[0082] 따라서, 워크피스 기판(112)은 매니폴드(104)에 대하여 제2 분사기(102B) 아래의 위치로 이동될 수 있다. 워크피스 기판(112)은 제2 분사기(102B)에 의하여 공급된 상기 V 족 원소 전구체에 노출될 수 있다. 제2 분사기(102B)는 충분한 양의 V 족 원소 전구체를 워크피스 기판(112)에 도입할 수 있고, 이에 따라 V 족 원소가 III-V 반도체 물질의 제1 층을 형성하도록 제1 분사기(102A)에 의하여 워크피스 기판(112)의 표면 상에 증착된 III 족 원소와 반응한다. 과잉의 가스들 또는 V 족 원소 전구체는, 상술한 바와 같이, 펌핑과 퍼징에 의하여 워크피스 기판(112)으로부터 제거될 수 있다. ALD 성장 사이클(122)은 III-V 반도체 물질의 제1 층의 두께를 증가시키도록 임의의 횟수로 반복될 수 있다.
[0083] 다른 ALD 성장 사이클(124)이 III-V 반도체 물질의 제1 층과는 다른 조성을 가지는 III-V 반도체 물질의 제2 층을 증착하도록 수행될 수 있다. 워크피스 기판(112)이 제2 ALD 성장 사이클(124)을 통하여 매니폴드(104)에 대하여 이동함에 따라, 워크피스 기판(112)은 제3 분사기(102C)의 아래에 위치할 수 있다. 제3 분사기(102C)는 III 족 원소 전구체를 워크피스 기판(112)에 도입할 수 있고, 상기 III 족 원소는 워크피스 기판(112)의 표면 상에 흡착될 수 있다.
[0084] 과잉의 가스들 또는 전구체는, 상술한 바와 같이, 펌핑과 퍼징에 의하여 워크피스 기판(112)으로부터 제거될 수 있다.
[0085] 상기 과잉의 가스들을 제거한 후에, 워크피스 기판(112)은 매니폴드(104)에 대하여 제4 분사기(102D)의 아래의 위치로 이동될 수 있다. 제4 분사기(102D)는 상기 V 족 원소 전구체를 워크피스 기판(112)에 도입할 수 있고, 상기 V 족 원소는, III-V 반도체 물질의 제2 층을 형성하기 위하여, 워크피스 기판(112)의 표면 상에 증착된 III 족 원소와 반응할 수 있다. ALD 성장 사이클(124)은 III-V 반도체 물질의 제2 층의 두께를 증가시키도록 임의의 횟수로 반복될 수 있다.
[0086] ALD 성장 사이클들(122, 124)의 하나에서 형성된 III-V 반도체 물질의 층의 두께는 사용된 전구체들과 매니폴드(104)의 길이를 따라서 워크피스 기판(112)의 상대적인 이동 속도에 의존할 수 있다. 원하는 두께의 III-V 반도체 물질을 증착하기 위하여 또는 다른 조성들을 가지는 III-V 반도체 물질들의 층들을 형성하기 위하여, 임의의 횟수의 ALD 성장 사이클들(122, 124)이 수행될 수 있다. 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)에 의하여 워크피스 기판(112)에 도입된 전구체들의 유형들은 원하는 III-V 반도체 물질 또는 III-V 반도체 물질들의 원하는 복수의 층들을 형성하도록 조정될 수 있다. III-V 반도체 물질들의 복수의 층들을 포함하는 구조체가 형성된 실시예들에 있어서, 원하는 두께의 소정의 III-V 반도체 물질은 하나 또는 그 이상의 제1 ALD 성장 사이클들(122)을 수행함에 의하여 워크피스 기판(112) 상에 형성될 수 있고, 이에 따라 하나 또는 그 이상의 제2 ALD 성장 사이클들(124)은 원하는 두께의 다른 III-V 반도체 물질을 형성하도록 수행될 수 있다. ALD 성장 사이클들(122, 124)은 증착 시스템(100)을 사용하여 증착된 III-V 반도체 물질의 각각의 층의 두께와 조성을 제어하도록 조정될 수 있다.
[0087] 워크피스 기판(112)과 매니폴드(104)의 상대적인 이동은 종래의 CVD 시스템들에서의 온도 램프들, 세정, 펌프 다운, 등의 ALD 성장 사이클들 사이의 반응 챔버로부터 워크피스 기판(112)을 로딩 및 언로딩하지 않고, 워크피스 기판(112)을 다른 전구체들에 연속적이고 순차적으로 노출하는 것을 가능하게 한다. 워크피스 기판(112)의 매니폴드(104)에 대한 상대적인 이동 속도는 전구체들의 반응 시간에 따라 변화할 수 있고, III-V 반도체 물질들의 높은 성장 속도를 제공한다. 증착된 III-V 반도체 물질들 각각의 두께와 조성은 증착 시스템(100) 내의 분사 위치들(즉, 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D)에 상응하는 가스 칼럼들(108) 각각의 아래의 위치들)의 갯수, 및 이러한 분사 위치들 각각에서 워크피스 기판(112)에 도입되는 전구체들의 유형에 의하여 결정될 수 있다. 따라서, 증착 시스템(100)은 III-V 반도체 물질들 각각의 두께와 조성의 정밀한 제어가 가능할 수 있다. 증착 시스템(100)은 III-V 반도체 물질 층들의 임의의 조합을 증착하도록 구성될 수 있고, 각각의 층은 원하는 두께와 조성을 가질 수 있다. 증착 시스템(100) 및 관련된 방법들은 종래의 증착 시스템들 및 방법들과 비교하여 III-V 반도체 물질들의 실질적으로 증가된 생산량을 더 제공할 수 있고, 따라서 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 증착 시스템(100)은 III-V 반도체 물질들의 복수의 층들을 포함하는 구조체들의 제조를 더 가능하게 하고, 상기 층들은 레이저 다이오드, LED들, 고주파수 및 파워 다이오드들과 같은 III 족 질화물계 소자들 내에 사용될 수 있다.
[0088] 하기의 예는 본 발명의 실시예를 더 상세하게 설명하기 위하여 제공된다. 이러한 예는 본 발명의 범위에 대하여 완전하거나 또는 배재하도록 구성되는 것은 아니다.
[0089] 도 9는 도 1에 도시된 바와 같은 증착 시스템(100)의 상면도이고, 다른 III-V 반도체 물질들의 복수의 층들, 특히 다중-양자 우물 LED 구조체를 포함하는 구조체들을 형성하는 방법들에서 증착 시스템(100)의 사용을 도시한다. 증착 시스템(100)은 GaN, InN, AlN 및 III-질화물 합금들을 증착하도록 사용될 수 있다. 워크피스 기판(112)은 사파이어 기판 상에 n-형 GaN 물질과 같은 템플릿 구조체를 포함할 수 있다. 상기 GaN 물질은 약 1 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있고, n-형 물질을 형성하도록 실리콘으로 전기적으로 도핑될 수 있다. 증착 시스템(100)은 워크피스 기판(112)의 GaN 층 상에 복수의 활성층들(미도시)을 형성하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층들은 LED를 포함할 수 있는 소자 구조체의 기초를 형성한다. 추가적인 실시예들에 있어서, 상기 활성층들은 레이저 다이오드, 트랜지스터, 솔라 셀, MEMS, 등을 형성하도록 구성될 수 있다.
[0090] 증착 시스템(100)은 약 350℃ 내지 약 750℃ 범위의 온도 및 약 1000 mTorr 내지 약 7600 mTorr 범위의 압력에서 유지될 수 있다. 한정되지 않는 예로서, 가스 소스들은 약 1 sccm 내지 약 100 sccm 범위의 유동 속도로 공급될 수 있다.
[0091] 일부 실시예들에 있어서, 증착 시스템(100)은 복수의 증착 영역들(130A, 130B, 130C, 130D, 130E, 130F)을 포함할 수 있고, 각각의 영역은 워크피스 기판(112) 상에 복수의 층들을 포함하는 구조체를 형성하도록 사용되고, 상기 층들 각각은 소정의 조성을 가지는 III-V 반도체 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 구조체는 LED 소자 층 구조체일 수 있다. 도핑된 p-형 AlGaN의 층 및 도핑된 p-형 GaN의 층 아래의 InGaN 및 GaN의 교번하는 층들을 포함하는 구조체가 형성되는 실시예들에 있어서, 증착 시스템(100)은 InGaN 물질을 증착하기 위한 제1 및 제3 증착 영역들(130A, 130C), GaN 물질을 증착하기 위한 제2 및 제4 증착 영역들(130B, 130D), 도핑된 p-형 AlGaN 물질을 증착하기 위한 제5 증착 영역(130E) 및 도핑된 p-형 GaN 물질을 증착하기 위한 제6 증착 영역(130F)을 포함할 수 있다. 워크피스 기판(112)이 증착 시스템(100)의 영역들(130A, 130B, 130C, 130D, 130E, 130F)을 통하여 이동함에 따라, 적절한 III 족 전구체 및 질소 전구체의 교번하는 노출들이 원하는 III-V 반도체 물질을 형성하도록 워크피스 기판(112)에 도입할 수 있다.
[0092] 일부 실시예들에 있어서, 원하는 III-V 반도체 물질의 1 nm의 두께는 매니폴드(104)의 매 1 미터마다 증착될 수 있다. 어셈블리(106)가 매니폴드(104)의 길이를 따라서 워크피스 기판(112)가 이동하도록 사용된 트랙 또는 컨베이어를 포함하는 실시예들에 있어서, 트랙은 100 nm의 두께를 가지는 LED 소자 층 구조체와 같은 III-V 반도체 물질을 형성하도록, 충분한 갯수의 가스 분사기들(102A, 102B, 102C, 102D) 하에서 워크피스 기판(112)이 이동하는 약 100 미터의 길이를 가질 수 있다. 증착 시스템(100)은 가능한 공간에 의존하여 다양한 구성들로 배열될 수 있다. 상기 증착 시스템이 시간당 약 1000 웨이퍼들의 공정 속도를 가지는 실시예들에 있어서, 약 100 평방 미터(m2) 및 시간당 1000 웨이퍼의 소자 층 구조체들의 이동 속도를 가질 수 있다. 이는, 시간당 웨이퍼 당 약 0.1 m2 의 웨이퍼 당 유효한 사이클 시간 당 면적에 상응하고, 이는 종래의 CVD 반응기들을 위한 공정 속도들에 대하여 실질적인 개선이다.
[0093] 본 발명의 추가적인 한정되지 않는 예의 실시예들이 하기에 설명된다.
[0094] 실시예 1: 반도체 물질을 증착하는 방법으로서, 상기 방법은: 실질적으로 정렬된 복수의 가스 칼럼들의 제1 가스 칼럼을 통하여 III 족 원소 전구체를 유동시키는 단계; 상기 실질적으로 정렬된 복수의 가스 칼럼들의 제2 가스 칼럼을 통하여 V 족 원소 전구체를 유동시키는 단계; 상기 실질적으로 정렬된 복수의 가스 칼럼들에 대하여 기판의 이동을 구현하는 단계; 및 III-V 반도체 물질을 형성하도록, 상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계;를 포함한다.
[0095] 실시예 2: 실시예 1의 방법에 있어서, 상기 III 족 원소 전구체를 생성하도록, 적어도 하나의 III 족 원소를 포함하는 가스를 분해하는 단계를 더 포함한다.
[0096] 실시예 3: 실시예 2의 방법에 있어서, 상기 III 족 원소 전구체를 생성하도록, 상기 적어도 하나의 III 족 원소를 포함하는 가스를 분해하는 단계는, GaCl, InCl, 및 AlCl 및 염화물 중 적어도 하나를 형성하도록, GaCl3, InCl3, 및 AlCl3 중 적어도 하나를 분해하는 단계를 포함한다.
[0097] 실시예 4: 실시예 3의 방법에 있어서, 상기 GaCl, InCl, 및 AlCl 및 염화물 중 적어도 하나를 형성하도록, GaCl3, InCl3, 및 AlCl3 중 적어도 하나를 분해하는 단계는, GaCl 및 염화물을 형성하도록 GaCl3를 분해하는 단계를 포함한다.
[0098] 실시예 5: 실시예 2 또는 실시예 3의 방법에 있어서, 추가적인 GaCl를 형성하도록, 상기 염화 종들을 액상 갈륨과 반응시키는 단계를 더 포함한다.
[0099] 실시예 6: 실시예들 1 내지 5 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 반복하여 노출시켜, 상기 III-V 반도체 물질의 두께를 증가시키는 단계를 더 포함한다,
[0100] 실시예 7: 실시예들 1 내지 6 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 제1 가스 칼럼과 상기 제2 가스 칼럼 사이에 위치한 제3 가스 칼럼을 통하여 퍼지 가스를 유동시키는 단계; 및 상기 기판의 표면으로부터 과잉의 III 족 원소 전구체와 과잉의 V 족 원소 전구체를 제거하도록, 상기 퍼지 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계;를 더 포함한다.
[0101] 실시예 8: 실시예들 1 내지 7 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계는: 상기 기판의 표면에 갈륨, 인듐, 및 알루미늄 중 적어도 하나를 흡착시키도록, GaCl, InCl, 및 AlCl 중 적어도 하나에 상기 기판의 표면을 노출시키는 단계; 및 상기 기판의 표면 상에 흡착된 갈륨, 인듐, 및 알루미늄 중 적어도 하나를 질소, 비소, 및 인 중 적어도 하나에 노출시키는 단계;를 포함한다.
[0102] 실시예 9: 실시예들 1 내지 8 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 III-V 반도체 물질을 형성하도록, 상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계는, 갈륨 질화물, 인듐 질화물, 알루미늄 질화물, 인듐 갈륨 질화물, 인듐 갈륨 비소화물, 인듐 갈륨 인화물, 알루미늄 갈륨 질화물, 알루미늄 갈륨 비소화물, 및 알루미늄 갈륨 인화물 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함한다.
[0103] 실시예 10: 실시예들 1 내지 9 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 III-V 반도체 물질을 형성하도록, 상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계는, 약 100 nm 미만의 두께를 가지는 상기 III-V 반도체 물질을 형성하는 단계를 포함한다.
[0104] 실시예 11: 실시예들 1 내지 10 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 III-V 반도체 물질 상에 다른 III-V 반도체 물질을 형성하도록, 다른 III 족 원소 전구체와 다른 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계를 더 포함하고, 상기 다른 III-V 반도체 물질은 상기 III-V 반도체 물질과는 다른 조성을 가진다.
[0105] 실시예 12: 반도체 물질을 증착하는 방법으로서, 상기 방법은: III 족 원소 전구체를 형성하기 위하여, 열성화 가스 분사기 내에서 적어도 하나의 소스 가스를 열분해하는 단계; 상기 기판의 표면 상에 적어도 하나의 III 족 원소를 흡착시키도록, 적어도 하나의 가스 칼럼을 통하여 상기 기판의 표면을 향하여 상기 III 족 원소 전구체를 도입하는 단계; III-V 반도체 물질을 형성하도록, 상기 적어도 하나의 가스 칼럼에 실질적으로 정렬된 적어도 다른 가스 칼럼을 통하여 상기 기판의 표면을 향하여 V 족 원소 전구체를 도입하는 단계;를 포함한다.
[0106] 실시예 13: 실시예 12의 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스 칼럼 및 상기 적어도 다른 가스 칼럼에 대하여 상기 기판의 이동을 구현하는 단계를 더 포함한다.
[0107] 실시예 14: 실시예 13의 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스 칼럼 및 상기 적어도 다른 가스 칼럼에 대하여 상기 기판의 이동을 구현하는 단계는, 상기 적어도 하나의 가스 칼럼 및 복수의 가스 칼럼들의 상기 적어도 다른 가스 칼럼에 대하여 상기 기판의 이동을 구현하는 단계를 포함한다.
[0108] 실시예 15: 실시예들 12 내지 14 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 III 족 원소 전구체를 형성하기 위하여, 열성화 가스 분사기 내에서 적어도 하나의 소스 가스를 열분해하는 단계는, GaCl, InCl, 및 AlCl 및 염소 가스 중 적어도 하나를 형성하기 위하여, 열성화 가스 분사기 내에서 GaCl3, InCl3, 및 AlCl3 중 적어도 하나를 열분해하는 단계를 포함한다.
[0109] 실시예 16: 실시예 15의 방법에 있어서, 추가적인 GaCl, InCl, 및 AlCl 중 적어도 하나를 형성하도록, 상기 열성화 가스 분사기 내에서 상기 염소 가스를 액상 갈륨, 액상 인듐, 및 액상 알루미늄 중 적어도 하나와 반응시키는 단계를 더 포함한다.
[0110] 실시예 17: 실시예 15 또는 16의 방법에 있어서, InGaClx, AlGaClx, 및 FeGaClx 중 적어도 하나를 형성하도록, 상기 열성화 가스 분사기 내에서 상기 GaCl를 액상 인듐, 액상 알루미늄 및 액상 철 중 적어도 하나와 반응시키는 단계를 더 포함한다.
[0111] 실시예 18: 실시예들 12 내지 17 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 기판의 표면 상에 적어도 하나의 III 족 원소를 흡착시키도록, 상기 적어도 하나의 가스 칼럼을 통하여 상기 기판의 표면을 향하여 상기 III 족 원소 전구체를 도입하는 단계는, 상기 기판의 표면 상에 갈륨, 인듐, 및 알루미늄 중 적어도 하나를 흡착시키도록, 상기 적어도 하나의 가스 칼럼을 통하여 상기 기판의 표면을 향하여 GaCl, InCl, 및 AlCl 중 적어도 하나를 도입하는 단계를 포함한다.
[0112] 실시예 19: 실시예 18의 방법에 있어서, 상기 기판의 표면을 향하여 GaCl, InCl, 및 AlCl 중 적어도 하나를 도입하는 단계는 상기 기판을 GaCl에 노출하는 단계를 포함한다.
[0113] 실시예 20: 실시예들 12 내지 19 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 적어도 다른 가스 칼럼을 통하여 상기 기판의 표면을 향하여 V 족 원소 전구체를 도입하는 단계는, 상기 적어도 다른 가스 칼럼을 통하여 상기 기판의 표면을 향하여 질소, 비소, 및 인 중 적어도 하나를 도입하는 단계를 포함한다.
[0114] 실시예 21: 실시예들 12 내지 20 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 V 족 원소 전구체를 생성하기 위하여, 암모니아, 아르신, 및 포스핀 중 적어도 어느 하나를 열성화하는 단계를 더 포함한다.
[0115] 실시예 22: 실시예들 12 내지 21 중의 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 기판의 표면으로부터 상기 III 족 원소 전구체 및 상기 V 족 원소 전구체 중 적어도 하나를 제거하도록, 상기 기판의 표면을 적어도 하나의 퍼지 가스에 노출하는 단계를 더 포함한다.
[0116] 실시예 23: 하나 또는 그 이상의 가스들을 도입하도록 구성되고, 실질적으로 정렬된 복수의 가스 칼럼들을 포함하는 매니폴드; 및 상기 매니폴드에 대하여 기판을 이동하는 적어도 하나의 어셈블리;를 포함하고, 열성화 가스 분사기로부터 III 족 전구체 가스를 수용하도록 구성된 상기 복수의 가스 칼럼들의 적어도 하나의 가스 칼럼들은: 입구; 열성화 배관; 그 내에 액상 시약을 유지하도록 구성된 액체 저장기; 출구; 및 상기 입구로부터 상기 열성화 배관을 통하여 상기 액체 저장기 내의 내부 공간으로 연장되고, 상기 액체 저장기 내의 내부 공간으로부터 상기 출구로 연장된 경로;를 포함한다.
[0117] 실시예 24: 실시예 23의 증착 시스템에 있어서, 상기 열성화 배관은 상기 입구와 상기 액체 저장기 사이의 최소 거리보다 큰 길이를 가진다.
[0118] 실시예 25: 실시예 23 또는 24의 증착 시스템에 있어서, 상기 액체 저장기 내에 적어도 하나의 액상 III 족 원소를 더 포함한다.
[0119] 실시예 26: 실시예 25의 증착 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 액상 III 족 원소는 액상 갈륨, 액상 인듐, 및 액상 알루미늄 중 적어도 하나를 포함한다.
[0120] 실시예 27: 실시예들 23 내지 26 중의 어느 하나의 증착 시스템에 있어서, 상기 열성화 배관과 상기 액체 저장기의 적어도 하나는 적어도 실질적으로 석영으로 구성된다.
[0121] 실시예 28: 실시예들 23 내지 27 중의 어느 하나의 증착 시스템에 있어서, 상기 열성화 배관과 상기 액체 저장기의 적어도 하나에 인접하여 위치한 적어도 하나의 가열 요소를 더 포함한다.
[0122] 실시예 29: 실시예들 23 내지 27 중의 어느 하나의 증착 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소는, 알루미늄 질화물, 실리콘 탄화물, 및 보론 탄화물 중 적어도 하나를 적어도 실질적으로 포함하는 수동 가열 요소를 포함한다.
[0123] 실시예 30: 실시예들 23 내지 27 중의 어느 하나의 증착 시스템에 있어서, 적어도 하나의 가스 소스; 및 상기 가스 소스로부터 상기 적어도 하나의 열성화 가스 분사기의 입구까지 소스 가스를 운반하도록 구성된 적어도 하나의 가스 유입 배관;을 더 포함한다.
[0124] 실시예 31: 실시예 30의 증착 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스 소스는 GaCl3, InCl3, 및 AlCl3 중 적어도 하나의 소스를 포함한다.
[0125] 실시예 32: 실시예들 23 내지 31 중의 어느 하나의 증착 시스템에 있어서, 상기 복수의 가스 칼럼들 각각의 사이에 위치한 적어도 하나의 퍼지 가스 노즐을 더 포함한다.
[0126] 실시예 33: 실시예들 23 내지 32 중의 어느 하나의 증착 시스템에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스 칼럼에 인접한 다른 가스 칼럼은 적어도 하나의 퍼지 가스를 수용하도록 구성된다.
[0127] 실시예 34: 실시예들 23 내지 33 중의 어느 하나의 증착 시스템에 있어서, 상기 매니폴드에 대하여 기판을 이동시키는 적어도 하나의 상기 어셈블리는 상기 매니폴드의 길이를 따라서 일련의 분사 위치들을 통하여 상기 기판을 이송하도록 구성된 트랙 시스템을 포함하고, 각각의 분사 위치는 상기 복수의 가스 칼럼들의 하나의 하측에 위치한다.
[0128] 이러한 실시예들은 본 발명의 실시예들의 단지 예들에 불과하므로, 상술한 본 발명의 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니고, 첨무된 청구항들과 법적 균등물들의 범위에 의하여 한정된다. 임의의 균등한 실시예들은 본 발명의 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서에 도시되고 설명된 실시예들에 추가하여, 설명된 요소들의 대안적이고 유용한 조합들과 같이, 본 발명의 다양한 변형들은 상세한 설명으로부터 본 기술 분야의 당업자에게는 자명할 것이다. 이러한 변형들은 또한 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
100: 증착 시스템, 102A, 102B, 102C, 102D: 가스 분사기
104: 매니폴드, 106: 어셈블리, 108: 가스 칼럼, 110: 포트,
112: 워크피스 기판, 114A, 114B, 114C, 114D: 가스 소스, 116: 배관
118: 퍼지 가스 소스, 120: 배기 라인, 122, 124: ALD 성장 사이클

Claims (20)

  1. 실질적으로 정렬된 복수의 가스 칼럼들의 제1 가스 칼럼을 통하여 III 족 원소 전구체를 유동시키는 단계;
    상기 실질적으로 정렬된 복수의 가스 칼럼들의 제2 가스 칼럼을 통하여 V 족 원소 전구체를 유동시키는 단계;
    상기 실질적으로 정렬된 복수의 가스 칼럼들에 대하여 기판의 이동을 구현하는 단계; 및
    III-V 반도체 물질을 형성하도록, 상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계;
    를 포함하는 반도체 물질의 증착 방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 III 족 원소 전구체를 생성하도록, 적어도 하나의 III 족 원소를 포함하는 가스를 분해하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 III 족 원소 전구체를 생성하도록, 상기 적어도 하나의 III 족 원소를 포함하는 가스를 분해하는 단계는,
    GaCl, InCl, 및 AlCl 및 염화 종들 중 적어도 하나를 형성하도록, GaCl3, InCl3, 및 AlCl3 중 적어도 하나를 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 GaCl, InCl, 및 AlCl 및 염화 종들 중 적어도 하나를 형성하도록, GaCl3, InCl3, 및 AlCl3 중 적어도 하나를 분해하는 단계는,
    GaCl 및 염화 종들을 형성하도록 GaCl3를 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    추가적인 GaCl를 형성하도록, 상기 염화 종들을 액상 갈륨과 반응시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 GaCl, InCl, 및 AlCl 및 염화 종들 중 적어도 하나를 형성하도록, GaCl3, InCl3, 및 AlCl3 중 적어도 하나를 분해하는 단계는,
    GaCl, InCl, 및 AlCl 중 적어도 하나 및 염화수소와 염소 가스의 적어도 하나를 형성하도록, GaCl3, InCl3, 및 AlCl3 중 적어도 하나를 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 반복하여 노출시켜, 상기 III-V 반도체 물질의 두께를 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가스 칼럼과 상기 제2 가스 칼럼 사이에 위치한 제3 가스 칼럼을 통하여 퍼지 가스를 유동시키는 단계; 및
    상기 기판의 표면으로부터 과잉의 III 족 원소 전구체와 과잉의 V 족 원소 전구체를 제거하도록, 상기 퍼지 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계는,
    상기 기판의 표면에 갈륨, 인듐, 및 알루미늄 중 적어도 하나를 흡착시키도록, GaCl, InCl, 및 AlCl 중 적어도 하나에 상기 기판의 표면을 노출시키는 단계; 및
    상기 기판의 표면 상에 흡착된 갈륨, 인듐, 및 알루미늄 중 적어도 하나를 질소, 비소, 및 인 중 적어도 하나에 노출시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 III-V 반도체 물질을 형성하도록, 상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계는,
    갈륨 질화물, 인듐 질화물, 알루미늄 질화물, 인듐 갈륨 질화물, 인듐 갈륨 비소화물, 인듐 갈륨 인화물, 알루미늄 갈륨 질화물, 알루미늄 갈륨 비소화물, 알루미늄 갈륨 인화물, 알루미늄 인듐 갈륨 질화물, 알루미늄 인듐 갈륨 비소화물, 및 알루미늄 인듐 갈륨 인화물 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 III-V 반도체 물질을 형성하도록, 상기 III 족 원소 전구체와 상기 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계는,
    약 1000 nm 미만의 두께를 가지는 상기 III-V 반도체 물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 III-V 반도체 물질 상에 다른 III-V 반도체 물질을 형성하도록, 다른 III 족 원소 전구체와 다른 V 족 원소 전구체에 상기 기판의 표면을 순차적으로 노출시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 다른 III-V 반도체 물질은 상기 III-V 반도체 물질과는 다른 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 물질의 증착 방법.
  13. 하나 또는 그 이상의 가스들을 도입하도록 구성되고, 실질적으로 정렬된 복수의 가스 칼럼들을 포함하는 매니폴드(manifold); 및
    상기 매니폴드에 대하여 기판을 이동하는 적어도 하나의 어셈블리;
    를 포함하고,
    열성화 가스 분사기(thermalizing gas injector)로부터 III 족 전구체 가스를 수용하도록 구성된 상기 복수의 가스 칼럼들의 적어도 하나의 가스 칼럼들은:
    입구(inlet);
    열성화 배관(thermalizing conduit);
    그 내에 액상 시약을 유지하도록 구성된 액체 저장기(liquid container);
    출구(outlet); 및
    상기 입구로부터 상기 열성화 배관을 통하여 상기 액체 저장기 내의 내부 공간으로 연장되고, 상기 액체 저장기 내의 내부 공간으로부터 상기 출구로 연장된 경로(pathway);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 열성화 배관은 상기 입구와 상기 액체 저장기 사이의 최소 거리보다 큰 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 액체 저장기 내에 적어도 하나의 액상 III 족 원소를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 액상 III 족 원소는 액상 갈륨, 액상 인듐, 및 액상 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 열성화 배관과 상기 액체 저장기의 적어도 하나에 인접하여 위치한 적어도 하나의 가열 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가열 요소는, 알루미늄 질화물, 실리콘 탄화물, 및 보론 탄화물의 적어도 하나를 적어도 실질적으로 포함하는 수동 가열 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서,
    적어도 하나의 가스 소스; 및
    상기 가스 소스로부터 상기 적어도 하나의 열성화 가스 분사기의 입구까지 소스 가스를 운반하도록 구성된 적어도 하나의 가스 유입 배관;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가스 소스는 GaCl3, InCl3, 및 AlCl3 중 적어도 하나의 소스를 포함하고,
    상기 퍼지 가스는 질소 가스 및 수소 가스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가스 칼럼에 인접한 다른 가스 칼럼은 적어도 하나의 퍼지 가스를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 증착 시스템.
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