KR20120040152A - 반도체 재료의 웨이퍼를 제조하기 위한 분자선 에피택시 장치 - Google Patents

반도체 재료의 웨이퍼를 제조하기 위한 분자선 에피택시 장치 Download PDF

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KR20120040152A
KR20120040152A KR1020117030375A KR20117030375A KR20120040152A KR 20120040152 A KR20120040152 A KR 20120040152A KR 1020117030375 A KR1020117030375 A KR 1020117030375A KR 20117030375 A KR20117030375 A KR 20117030375A KR 20120040152 A KR20120040152 A KR 20120040152A
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beam epitaxy
growth chamber
cryogenic panel
wall
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KR1020117030375A
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제로미 빌레트
발레릭 카상네
캐서린 체익스
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리베르
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Abstract

본 발명은 공정 영역(2)을 둘러싸는 성장 챔버(1), 상기 성장 챔버(1)의 상기 측벽(3)의 내부 표면을 덮는 적어도 하나의 측 부(lateral part)(10)를 갖는 주 극저온 패널, 샘플 홀더(6), 물질을 증발시킬 수 있는 적어도 하나의 방출 셀(8), 성장 챔버(1)에 기체 전구 물질을 주입시킬 수 있는 기체 인젝터(9), 상기 성장 챔버(1)에 연결되고, 고 진공 능력을 제공할 수 있는 펌핑 수단(11)을 포함하는, 반도체 재료의 웨이퍼를 제조하기 위한 분자선 에피택시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 분자선 에피택시 장치는 상기 성장 챔버 벽(3,4,5)의 적어도 내부 표면을 덮는 절연 밀폐물(14)을 포함하고, 상기 절연 밀폐물(14)은 기체 전구 물질의 융점 이하의 온도 Tmin을 갖는 냉각부, 고온 부상의 기체 전구 물질의 탈착률이 상기 기체 전구 물질의 흡착률보다 적어도 1000 배 큰 온도 이상의 온도 Tmax를 갖는 고온 부를 포함한다.

Description

반도체 재료의 웨이퍼를 제조하기 위한 분자선 에피택시 장치{Molecular Beam Epitaxy Apparatus for Producing Wafers of Semiconductor Material}
본 발명은 반도체 재료의 웨이퍼를 제조하기 위한 분자선 에피택시 장치에 관한 것이다.
에피택시얼 질화 갈륨(GaN) 반도체는 고 발광 LED 또는 라디오주파수 트랜지스터와 같은 고 전력 및 고 주파수 적용 경우 매우 흥미로운 반도체 물성을 나타냈다.
GaN의 박층들의 에피택시는 두 개의 주요 기술, 즉 분자선 에피택시(MBE) 및 금속 유기 화학 증착(MOCVD)에 의해 행해질 수 있다.
분자선 에피택시 기술 경우, 원소들 또는 화합물의 원자 또는 분자, 예를 들어 갈륨은 방출(effusion) 셀 중의 용융된 금속으로부터 증발되고, 질소 원소는 플라즈마 공급원에 의해 쪼개진 분자 질소에 의해 또는 열 활성화에 의해 기판의 표면에서 화학적으로 분해하는 기체 인젝터로부터의 기체 상태의 암모니아로부터 공급될 수 있다.
분자선 에피택시 장치는 보통 코팅되려는 기판이 도입되는 적재 구획, 기판이 탈수되는 구획, 기판의 탈산화 작업이 수행되는 구획, 성장 챔버 및 성장 챔버의 잔류 원소를 펌핑하는 펌핑 수단을 포함한다.
기판, 예를 들어 실리콘이 약 10-8 파스칼의 진공 상태인 성장 챔버에 도입된다. 기판은 약 300℃ 내지 1100℃ 사이의 온도에서 가열된다. 이어서 암모니아와 같은 기체 전구 물질이 성장 챔버에 주입되고, 방출 셀안의 금속이 가열되어 증발된다. 기체 암모니아는 기판의 표면에서 증발된 금속과 반응하여 GaN의 에피택시얼 층을 형성한다.
성장 공정동안 쪼개지지 않은 암모니아의 부분은 성장 챔버의 측벽의 내부 표면을 덮는 극저온의(cryogenic) 패널 위에 트랩된다(trapped).
- 주입 단계 동안 10-5 내지 10-2 파스칼 사이에서 사용된 암모니아 압력,
- 실온 주위의 성장 챔버 내부 벽의 온도,
- 성장 챔버의 부피에 비해 이들 벽의 큰 면적 및
약 75 내지 125 kJ/몰의 고체 위의 암모니아의 흡착/탈착 에너지 때문에,
암모니아 분자는 보통 감지가능하게 실온인 성장 챔버에 쉽게 흡착하고, 분(minutes) 내지 시간(hours)의 시간 상수로 탈착한다.
이는 암모니아 주입이 멈췄을 때 시스템에 어떤 무시할만한 정도가 아닌 증기압과, 암모니아의 유동을 유도한다. 이 잔류 암모니아는 암모니아가 요구되지 않을 때 성장 챔버 내에서 가동중인 다른 공정들을 방해할 수 있다.
한 예로서, 실리콘 기판이 사용될 때, 기판의 가열 동안 암모니아 압력의 중요한 배경은 기판의 표면을 질화시켜 실리콘을 질화 실리콘으로 변환시켜, 그대로 그의 전기적 성질에 영향을 준다.
본 발명의 목적은 기체 전구 물질이 요구되지 않을 때, 압력 한계하에서 성장 챔버내의 기체 전구 물질의 압력을 효율적으로 감소시킬 수 있는 분자선 에피택시 장치를 제공하는 것이다. 이 압력 한계는 전구 물질에 의한 성장 공정의 교란이 제한되거나 피해지는 기체 전구 물질의 압력에 상응한다.
이를 위해, 본 발명은 재료 층에 의해 덮혀진 기판을 포함하고, 추가로
- 각각 내부 표면을 갖는 측벽( a lateral layer), 하부 벽( a lower wall) 및 상부 벽(an upper wall)을 포함하는, 공정 영역을 둘러싸는 성장 챔버,
- 상기 측벽의 내부 표면을 덮는 적어도 하나의 측 부를 갖는 주 극저온 패널,
- 가열 수단을 포함하는, 상기 기판을 지지할 수 있는 샘플 홀더,
- 원소들 또는 화합물의 원자 또는 분자를 증발시킬 수 있는 적어도 하나의 방출 셀,
- 성장 챔버에 기체 전구 물질을 성장 챔버에 주입시킬 수 있는 기체 인젝터(injector)로서, 상기 기체 전구 물질의 일 부분은 기판의 표면 위의 원소들 또는 화합물의 증발된 원자 또는 분자와 반응할 수 있어 상기 층을 형성하는 기체 인젝터(injectoer),
- 성장 챔버에 연결되고, 고 진공 능력을 제공할 수 있는 펌핑 수단을 포함하는, 반도체 재료의 웨이퍼를 제조하기 위한 분자선 에피택시 장치에 분자선 에피택시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 분자선 에피택시 장치는 성장 챔버 벽의 적어도 내부 표면을 덮는 절연 밀폐물을 포함하고, 상기 절연 밀폐물은 기체 전구 물질의 융점 이하의 온도 Tmin을 갖는 냉각 부(cold parts), 고온 부(hot parts)상의 기체 전구 물질의 탈착률이 상기 기체 전구 물질의 흡착률보다 적어도 1000 배 큰 온도 이상의 온도 Tmax를 갖는 고온 부를 포함한다.
냉각 부 Tmin의 온도는 기체 전구 물질을 트랩(trap)하고 이를 방출하지 않기에 충분히 낮다. 고온 부의 온도 Tmax 는 기체 전구 물질의 고정을 피하기에 충분히 높다.
본 발명은 보통 실온(보통 Tmin 내지 Tmax 사이의 범위에 포함되지 않는 온도)인 성장 챔버 벽으로부터 탈착하는 기체 전구 물질로부터 공정 영역을 차폐하는 것을 가능하게 하여, 기체 전구 물질이 필요로 하지 않을 때 공정의 교란을 감소시키거나 제거한다. 본 발명은 기체 전구 물질(예를 들어 암모니아)의 잔류 증기압을 성장 챔버로 제한하는 것을 가능하게 한다. 기판, 방출 셀, 기체 인젝터 및 압력 게이지의 오염이 피해진다.
다양한 실시형태에 따르면, 본 발명은 또한 개별적으로 또는 모든 그들의 조합으로 고려되는 하기 특성들에 관한 것이다:
- 방출 셀은 III 족의 원소들 또는 화합물의 원자 또는 분자 또는 화합물을 증발시킬 수 있고, 기체 인젝터는 V족의 원소를 포함하는 기체 전구 물질을 주입할 수 있으며,
- 기판은 실리콘 기판이고, 방출 셀은 갈륨을 증발할 수 있으며, 기체 인젝터는 기체 암모니아를 주입할 수 있고,
- 상기 냉각부의 온도 Tmin은 -78℃ 이하이고, 상기 고온 부의 온도 Tmax는 +100℃ 이상이며,
- 절연 밀폐물의 상기 냉각 부는
Figure pct00001
측벽의 내부 표면을 덮고, 펌핑 수단과 연결을 위한 홀(hole)이 구비된 주 극저온의 패널의 상기 측벽 부,
Figure pct00002
저부 벽의 내부 표면을 덮고, 방출 셀용 제 1 홀, 및 기체 인젝터용 제 2 홀이 구비된 주 극저온 패널의 저 부(lower part),
Figure pct00003
상부 벽의 내부 표면을 덮고, 상기 샘플 홀더에 의해 가로질러진(crossed) 홀이 구비된 주 극저온 패널의 상 부(upper part)를 포함하고,
- 상기 펌핑 수단은 펌핑 관(duct)을 포함하고, 절연 밀폐물의 상기 냉각부는 펌핑 관의 벽 내부 표면을 덮는 극저온 패널을 포함하며,
- 절연 밀폐물은 성장 챔버 벽 및 펌핑 웰(pumping well)의 펌핑 관의 내부 표면의 적어도 80%를 덮고,
- 상기 방출 셀은 셔터를 포함하고, 상기 기체 인젝터는 가열 수단을 포함하며, 절연 밀폐물의 상기 고온부는 상기 방출 셀, 상기 기체 인젝터, 상기 샘플 홀더 ,및 상기 방출 셀의 셔터를 포함하며,
- 상기 분자선 에피택시 장치는 2차 극저온 패널을 포함하고, 상기 주 극저온 패널의 상기 측 부는 상부 단부를 포함하며, 절연 밀폐물의 상기 냉각 부는 주 극저온 패널의 측부의 상부 단부에 연결된 제 1 열(thermal) 윙(wing), 및 2차 극저온 패널의 외부 벽에 연결된 제 2 열 윙(thermal wing)을 포함하고, 상기 두 개의 열 윙은 횡으로 연장하며, 2차 극저온 패널을 둘러싸고, 성장 챔버의 상부 벽으로부터의 공정 영역을 절연하도록 서로 근접해 있으며,
- 절연 밀폐물의 상기 냉각부는 주 극저온 패널의 저 부의 제 2 홀 안으로 위치되고 상기 홀로부터 연장하는 제 4 열 윙을 포함하고,
- 절연 밀폐물의 상기 고온부는 기체 인젝터에 연결된 제 3 열 윙(thermal wing)을 포함하고, 상기 제 3 열 윙은 주 극저온 패널의 저부의 제 2 홀과 성장 챔버의 하부 벽의 내부 표면 사이에 위치하며, 성장 챔버의 저부 벽의 내부 표면으로부터 공정 영역을 절연하도록 기체 인젝터를 둘러싸고,
- 절연 밀폐물은 상기 절연 밀폐물의 냉각 부상의 응축된 전구 물질이 상기 성장 챔버 벽에 접촉하지 않도록 간격 d에 의해 성장 챔버 벽으로부터 분리되어 있으며,
- 샘플 홀더는 상기 샘플 홀더와 상기 2 차 극저온 패널의 하부 단부 사이에서의 열 변화를 제한하거나 피하기 위하여 2차 극저온 패널의 하단 보다 낮다.
본 발명의 기술은 다음 도면에 의해 예시되며, 여기에서,
- 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 분자선 에피택시 장치를 나타내고,
- 도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 열 윙들을 나타내며,
- 도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 열 윙을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 분자선 에피택시 장치를 나타낸다.
분자선 에피택시 장치는 공정 영역(2)를 둘러싸는 성장 챔버(1)을 포함한다. 성장 챔버(1)은 측벽(3), 저부 벽(4) 및 상부 벽(5)를 포함한다. 이들 벽의 각각은 내부 표면을 갖는다. 성장 챔버 벽(3,4,5)은 밀폐된 실린더의 일반적인 모양을 갖는 일체형(unitary) 어셈블리를 형성한다.
분자선 에피택시 장치는 측벽(3)의 내부 표면을 적어도 덮는 측부(10)를 갖는 주 극저온 패널을 포함한다. 이 주 극저온 패널(10)은 예를 들어 액체 질소와 같은 극저온 유체로 냉각된다. 글리콜이 또한 극저온 유체로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 주 극저온 패널(10)의 측 부가 원통형 모양을 갖는다.
분자선 에피택시 장치는 원통형 모양을 갖는 2차 극저온 패널(7)에 의해 결국 둘러싸일 수 있는 샘플 홀더(6)를 포함한다. 샘플 홀더(6)는 성장 챔버(1)의 상부에 위치하고, 기판을 지지한다. 이는 기판을 300℃ 내지 1100℃의 온도에서 가열하기 위한 가열 수단을 포함한다.
분자선 에피택시 장치는 원소들 또는 화합물의 원자 또는 분자를 증발시킬 수 있는 적어도 하나의 방출 셀(8), 및 성장 챔버(1)에 기체 전구 물질을 주입할 수 있는 기체 인젝터(9)를 포함한다. 방출 셀(8) 및 기체 인젝터(9)는 성장 챔버(1)의 바닥에 위치한다.
기체 전구 물질의 일부는 기판의 표면에서 원소들 또는 화합물의 원자 또는 분자와 반응하여 예를 들어 GAN과 같은 재료의 에피택시얼 층을 형성할 수 있고, 기체 전구 물질의 다른 부분은 소모되지 않는다.
기판은 예를 들어 실리콘, 탄화규소, 사파이어, 질화 알루미늄, 다이아몬드, 질화 갈륨 주형일 수 있다.
예를 들어, 증발되는 원소들 또는 화합물의 원자 또는 분자는 III 족의 금속일 수 있고, 주입되려는 원소는 V족의 원소일 수 있다.
바람직하게는, 분자선 에피택시 장치는 실리콘 기판의 표면에 GAN의 에피택시얼 층을 얻기 위하여 사용되고, III 족의 원소는 갈륨이며, V족의 원소를 포함하는 기체 전구 물질은 암모니아(NH3)이다.
각 방출 셀(8)은 이동성 셔터(shutter)(나타나지 않음)를 포함하고, 예를 들어 알루미나와 같은 다양한 물질로 만들어진다.
분자선 에피택시 장치는 성장 챔버(11)에 연결되고, 고 진공 능력을 제공할 수 있는 펌핑 수단(11)을 포함한다.
펌핑 수단(11)은 벽(15)를 갖는 펌핑 관(duct)(30)을 포함할 수 있다. 펌핑 관(30)은 제 1 단부(12)에 의해 펌핑 장치(21)에 연결되고 제 2 단부(13)에 의해 성장 챔버(10)로 빠져나온다.
펌핑 장치(21)는 2차 펌프와 연결된 1차 펌프일 수 있다.
주 극저온 패널(10)의 측부에는 펌핑 수단911)의 제 2 단부(13) 앞에 위치한 홀(22)이 구비된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 분자선 에피택시 장치가 성장 챔버(3,4,5)의 적어도 내부 표면을 덮는 절연 밀페물(14)를 포함한다.
절연 밀폐물(14)은 기체 전구 물질이 원해지지 않을 때, 성장 챔버(1)안의 기체 전구 물질의 부분적인 압력을 제한하기 위하여, 기체의 흡착/탈착 변화 공정이 공정 영역(2) 주변에서 제한되거나 피해지도록 하는 온도를 갖는 냉각부와 고온부를 갖는다.
절연 밀폐물(14)은 성장 챔버 벽(3,4,5)의 내부 표면으로부터 공정 영역(2)을 절연하기 위하여, 성장 챔버 벽(3,4,5)의 내부 표면을 완전히 또는 거의 덮는다.
냉각부의 온도 Tmin은 냉각부에서 소모되지 않은 기체 전구물질을 트랩(trap)하기 위하여 기체 전구물질 용융점 이하이다.
냉각부의 온도 Tmin은 탈착 시간 상수가 높아 공정 영역(2)에서 암모니아의 무시할만한 유동에 이르도록 하는 정도이다.이 온도는 기체 전구물질, 예를 들어 암모니아의 용융점보다 적어도 낮아야 한다.
예를 들어, -78℃의 암모니아 용융점 아래의 온도 경우, 탈착 시간 상수가 실온에 비해 5 차수(orders) 크기로 감소한다. 따라서, 공정 영역(2)로의 오염 유동이 이 인자에 의해 수십 배 역시 감소한다. 냉각부의 온도는 암모니아를 트랩하고 이를 방출하지 않도록 충분히 낮아야 한다.
유리하게는, 액체 질소의 온도(-196℃)에서, 12 차수 크기를 얻는다.
대부분의 기체 암모니아는 냉각부에 의해 트랩된다. 암모니아 경우, 절연 밀폐물(14)의 냉각 부의 펌핑 능력은 총 펌핑 능력의 약 99%이다. 질소, 탄소, 물 및 수소와 같은, 냉각 부에 의해 트랩되지 않은 잔류 종들은 펌핑 수단(11)에 의해 펌핑된다.
고온 부의 온도 Tmax는 고온 부위에서 기체 전구 물질의 탈착률이 기체 전구 물질의 흡착률보다 적어도 1000배 크다. 달리 말하면, 고온 부의 온도 Tmax는 기체 전구 물질의 고정을 피하기에 충분히 높다.
고온부의 온도 Tmax는 기체 전구물질의 탈착 시간 상수가 고온부 위의 기체 전구 물질의 흡착을 제한하기 위하여 공정의 전이 기간 동안보다 미만인 온도 이상이다.
전형적으로, 분(minutes) 범위의 전이 시간과 함께, 탈착 시간 상수는 초 이하이어야 한다. 분명히, 스테인리스 강 또는 탄탈룸 같은 보통의 재료상에서, 이는 +100℃ 보다 높은 온도 Tmax를 필요로 한다.
요약하여, 기체 전구 물질로 암모니아를 사용할 때, 냉각부의 온도 Tmin은 -78℃ 이하이고, 고온부의 온도 Tmax는 +100℃ 이상이다. -78℃ 내지 +100℃ 사이의 온도를 갖는 절연 밀폐물(14)의 표면은 제한되고, 바람직하게는 제거된다. 다르게 말해서, 절연 밀폐물(14)의 온도는 Tmin 내지 Tmax 사이의 범위(암모니아 경우 -78℃ 및 +100℃)에 포함되지 않는다.
이들 온도는 예를 들어 산소와 같은 다른 전구 물질을 사용할 때 다르다.
암모니아의 잔류 압력은 암모니아가 필요로 하지 않을 때, 즉, 성장 챔버(1)에서 기체 암모니아의 주입 전 및 후, 10-7 파스칼 미만이어야 한다. 이는 성장 공정이 교란되거나, 멈추지 않는 한계 압력이다. 바람직하게는, 암모니아의 잔류 압력은 약 10-8 파스칼이다. 비교를 위하여, 성장 공정 동안, 기체 전구 물질이 주입될 때, 암모니아의 잔류 압력은 약 10-5 파스칼이다.
주 극저온 패널은 측 벽(3)의 내부 표면을 덮는 측부(10), 저부 벽(4)의 내부 표면을 덮는 저 부(23) 및 상부 벽(5)의 내부 표면을 덮는 상 부(26)을 포함한다.
절연 밀폐물(14)의 냉각부는 주 극저온 패널의 측부(10), 저 부(23), 및 상 부(26)를 포함한다.
주 극저온 패널(23)의 저 부에는 방출 셀(8)용의 제 1 홀(24), 및 기체 인젝터(9)용의 제 2 홀(25)이 구비된다.
주 극저온 패널(26)의 상 부에는 샘플 홀더(6)가 및 결국에는 샘플 홀더를 둘러싸는 2차 극저온 패널(7)이 가로지르는 홀(27)이 구비된다.
다른 가능한 실시 형태에서, 절연 밀폐물(14)의 냉각부는 펌핑 수단(11)의 펌핑 관(30)의 벽(15) 내부 표면을 완전히 또는 거의 덮는 극저온 패널(16)을 포함한다.
본 발명인들은 "덮는(covering)"에 의해 냉각부 상의 응축된 전구 물질이 벽에 접촉하지 않도록, 이들 내부 표면과 극저온 패널 사이에 간격 d를 두고 벽을 따라 배치된 것을 의미한다. 간격 d는 0.5 cm 내지 5 cm이다.
바람직하게는, 주 극저온 패널의 측부(10), 주 극저온 패널의 저 부(23) 및 성장 챔버(1)의 주 극저온 패널의 상 부(26)는 극저온 유체가 순환하는 일체형 어셈블리를 형성한다.
이 일체형 어셈블리는 성장 챔버 벽(3,4,5)의 형태에 적합하다.
주 극저온 패널의 부분들은 성장 챔버 벽(3,4,5)의 내부 표면의 대부분을 덮도록 설계된다. 이 극저온 패널안의 홀들은 추가로 샘플 홀더(6), 방출 셀(8), 가열 수단을 포함하는 기체 인젝터(9) 및 방출 셀의 셔터를 포함하는 고온부로 채워진다.
달리는, 주 극저온 패널(26)의 측 부(10), 저 부(23) 및 상 부는 세 개의 별개의 극저온 패널이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 유리하게는, 두드러지게 실온에서 및 보통으로는 Tmin 내지 Tmax 사이의 범위에 포함되지 않는 온도인 성장 챔버로부터 직접적인 도시는 없다.
바람직한 방법으로는, 성장 챔버 벽의 80% 보다 많은 부분이 공정 영역(2)를 향하는 절연 밀폐물(14)의 고온 및 냉각 부에 의해 차폐된다.
달리는, 도 2에 나타난 바와 같이, 주 극저온 패널(10)의 측 부는 상부 단부(28)를 포함하고, 절연 밀폐물(14)의 냉각부는 주 극저온 패널(10)의 측 부의 상부 단부(28)에 연결된 제 1 열 윙(17)을 포함한다.
절연 밀페물(14)의 냉각 부는 2차 극저온 패널(7)의 외부 벽에 연결된 제 2 열 윙(18)을 동등하게 포함한다.
이들 두 개의 열 윙(17,18)은 횡으로 연장한다. 제 2 열 윙(18)은 2차 극저온 패널(7)의 외부 벽으로부터 횡으로 연장한다. 이들 두 개의 윙(17,18)은 2차 극저온 패널(7)을 둘러싸고, 성장 챔버(1)의 상부 벽(5)으로부터 공정 영역(2)을 절연하기 위하여 서로 근접해 있다.
간격(29)이 두 개의 열 윙(17,18) 사이에 제공된다. 바람직하게는, 열 윙(17,18)은 고리-모양이다.
제 1 열 윙(17)은 주 극저온 패널(10)의 측 부로부터 2차 극저온 패널(7)의 부근까지 연장한다. 간격이 제 1 열 윙(17)의 단부와 2차 극저온 패널(7)의 벽 사이에 제공된다.
제 2 열 윙(18)은 제 1 열 윙(17) 아래에 위치한다. 제 2 열 윙(18)은 제 1 열 윙(17) 보다 짧고, 제 1 열 윙(17)의 단부와 2차 극저온 패널(7) 사이에 제공된 간격 앞에 제공된다.
열 윙(17,18)은 열 전도체로서 작용하고, 극저온 패널에 의해 냉각된다.
절연 밀폐물(14)의 고온 부는 기체 인젝터(9)에 연결된 제 3 열 윙(19)을 포함한다. 제 3 열 윙(19)은 주 극저온 패널(23)의 저 부의 제 2 홀(25)과 성장 챔버(1)의 저부 벽(4)의 내부 표면 사이에 위치한다. 제 3 열 윙(19)은 성장 챔버(1)의 저부 벽(4)의 내부 표면으로부터 공정 영역(2)을 절연시키도록 기체 인젝터(9)를 둘러싼다.
제 3 열 윙(19)은 기체 인젝터(9)의 표면으로부터 연장한다. 이는 고리-모양이다. 그의 폭은 주 극저온 패널(23)의 저 부의 제 2 홀(25)의 직경에 대략적으로 상응한다.
증기 상태의 암모니아의 순환은 제 3 열 윙(19)과 주 극저온 패널(23)의 하 부 사이에 제한된다.
절연 밀폐물(14)의 냉각부는 주 극저온 패널(23)의 저 부의 제 2 홀(24)에 삽입되고, 주 극저온 패널(23)의 하부로 부터 연장하는 제 4 열 윙(20)을 포함한다. 제 4 열 윙(20)은 성장 챔버(1)의 저부 벽(4)의 내부 표면으로부터 공정 영역(2)를 절연하기위하여 기체 인젝터(9)를 둘러싼다. 제 4 열 윙(20)은 고리-모양일 수 있다.
본 발명의 다른 가능한 실시 형태에서, 샘플 홀더(6)는 샘플 홀더(6)와 2차 극저온 패널(7)의 하부 단부(31) 사이의 열 교환을 제한하거나 피하기 위하여 2차 극저온 패널(7)의 하단(31)보다 낮다.
본 발명은 기체 전구 물질의 주입이 멈출 때 성장 챔버(1)에로의 기체 전구 물질의 잔류 증기압을 제한하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 성장 공정은 교란되지 않는다.
(1) : 성장 챔버
(2) : 공정 영역
(3) : 측 벽
(4) : 저부 벽
(5) : 상부 벽
(6) : 샘플 홀더
(7) : 2차 극저온 패널
(8) : 방출 셀
(9) : 기체 인젝터
(10) : 주 극저온 패널의 측부
(11) : 펌핑 웰
(12) : 제 1 단부
(13) : 제 2 단부
(14) : 절연 밀폐물
(15) : 벽
(16) : 극저온 패널
(17) : 제 1 열 윙
(18) : 제 2 열 윙
(19) : 제 3 열 윙
(20) : 제 4 열 윙
(21) : 펌핑 장치
(22) : 홀
(23) : 주 극저온 패널의 저 부
(24) : 제 1 홀
(25) : 제 2 홀
(26) : 주 극저온 패널의 상 부
(27) : 홀
(28) : 상부 단부
(29) : 간격
(30) : 펌핑 관
(31) : 하부 단부

Claims (13)

  1. 재료 층에 의해 덮혀진 기판을 포함하는 반도체 재료의 웨이퍼를 제조하기 위한 분자선 에피택시 장치로서,
    - 각각 내부 표면을 갖는 측벽(3), 하부 벽(4) 및 상부 벽(5)을 포함하는, 공정 영역(2)을 둘러싸는 성장 챔버(1),
    - 상기 측벽(3)의 내부 표면을 덮는 적어도 하나의 측 부(lateral part)(10)를 갖는 주 극저온 패널,
    - 가열 수단을 포함하는, 상기 기판을 지지할 수 있는 샘플 홀더(6),
    - 원소들 또는 화합물의 원자 또는 분자를 증발시킬 수 있는 적어도 하나의 방출 셀(8),
    - 성장 챔버(1)에 기체 전구 물질을 주입시킬 수 있는 기체 인젝터(injector)(9)로서, 상기 기체 전구 물질의 일 부분은 기판의 표면 위의 원소들 또는 화합물의 원자 또는 분자와 반응할 수 있어 상기 층을 형성하는 기체 인젝터(9),
    - 성장 챔버(1)에 연결되고, 고 진공 능력을 제공할 수 있는 펌핑 수단(11)을 추가로 포함하고,
    상기 성장 챔버 벽(3,4,5)의 적어도 내부 표면을 덮는 절연 밀폐물(14)을 포함하고, 상기 절연 밀폐물(14)은 기체 전구 물질의 융점 이하의 온도 Tmin을 갖는 냉각 부(cold parts), 고온 부(hot parts)상의 기체 전구 물질의 탈착률이 상기 기체 전구 물질의 흡착률보다 적어도 1000 배 큰 온도 이상의 온도 Tmax를 갖는 고온 부를 포함함을 특징으로 하는 반도체 재료의 웨이퍼를 제조하기 위한 분자선 에피택시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방출 셀(8)은 III 족의 원소들 또는 화합물의 원자 또는 분자를 증발시킬 수 있고, 상기 기체 인젝터(9)는 V족의 원소를 포함하는 기체 전구 물질을 주입할 수 있는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판이고, 상기 방출 셀(8)은 갈륨을 증발할 수 있으며, 상기 기체 인젝터(9)는 기체 암모니아를 주입할 수 있는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각부의 온도 Tmin은 -78℃ 이하이고, 상기 고온 부의 온도 Tmax는 +100℃ 이상인 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 밀폐물(14)의 상기 냉각 부는
    - 측벽(3)의 내부 표면을 덮고, 펌핑 수단(11)과 연결을 위한 홀(hole)(22)이 구비된 주 극저온 패널(10)의 상기 측벽 부,
    - 저부 벽(4)의 내부 표면을 덮고, 방출 셀(8)용 제 1 홀(24), 및 기체 인젝터(9)용 제 2 홀(25)이 구비된 주 극저온 패널(23)의 저 부(lower part),
    - 상부 벽(5)의 내부 표면을 덮고, 상기 샘플 홀더(6)에 의해 가로질러진 홀(27)이 구비된 주 극저온 패널(26)의 상 부(upper part)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌핑 수단(11)은 펌핑 관(duct)(30)을 포함하고, 절연 밀폐물(14)의 상기 냉각부는 펌핑 관(30)의 벽(15) 내부 표면을 덮는 극저온 패널(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 밀폐물(14)은 성장 챔버 벽(1) 및 펌핑 웰(pumping well)(11)의 펌핑 관(30)의 내부 표면의 적어도 80%를 덮는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 셀(8)은 셔터를 포함하고, 상기 기체 인젝터(9)는 가열 수단을 포함하며, 상기 절연 밀폐물(14)의 상기 고온부는 상기 방출 셀(8), 상기 기체 인젝터(9), 상기 샘플 홀더(6) 및 상기 방출 셀의 셔터를 포함하는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자선 에피택시 장치는 2차 극저온 패널(7)을 포함하고, 상기 주 극저온 패널(10)의 상기 측 부는 상부 단부를 가지며, 절연 밀폐물(14)의 상기 냉각 부는 주 극저온 패널(10)의 측부의 상기 상부 단부(28)에 연결된 제 1 열 윙(wing)(17), 및 2차 극저온 패널(7)의 외부 벽에 연결된 제 2 열 윙(18)을 포함하고, 상기 두 개의 열 윙(17,18)은 횡으로 연장하며, 상기 2차 극저온 패널을 둘러싸고, 성장 챔버(1)의 상부 벽(5)으로부터의 공정 영역(2)을 절연하도록 서로 근접해 있는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 밀폐물(14)의 상기 냉각 부는 주 극저온 패널(23)의 저 부의 제 2 홀(24) 안으로 위치되고 상기 홀(24)로부터 연장하는 제 4 열 윙(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 밀폐물(14)의 상기 고온 부는 기체 인젝터(9)에 연결된 제 3 열 윙(19)을 포함하고, 상기 제 3 열 윙(19)은 주 극저온 패널(23)의 저 부의 제 2 홀(25)과 성장 챔버(1)의 하부 벽(4)의 내부 표면 사이에 위치하며, 성장 챔버(1)의 저부 벽(4)의 내부 표면으로부터 공정 영역(2)을 절연하도록 기체 인젝터(9)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 밀폐물(14)은 상기 절연 밀폐물(14)의 냉각 부상의 응축된 전구 물질이 상기 성장 챔버 벽에 접촉하지 않도록 간격 d에 의해 성장 챔버 벽으로부터 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플 홀더(6)는 상기 샘플 홀더(6)와 상기 2 차 극저온 패널(7)의 하부 단부 사이에서의 열 변화를 제한하거나 피하기 위하여 상기 2차 극저온 패널(7)의 하부 단부 보다 낮은 것을 특징으로 하는 분자선 에피택시 장치.
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