KR20120053003A - 할로우 캐소드 샤워헤드 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들은 플라즈마로부터의 라디칼들을 이용하여 금속 HVPE 또는 MOCVD 프로세스를 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 가스 분배 어셈블리를 갖는 프로세싱 챔버를 제공하며, 이러한 가스 분배 어셈블리는 플라즈마를 생성하고, 프로세싱 볼륨으로부터 플라즈마의 전계를 차폐(shield)시키면서, 하나 이상의 라디칼 종들(radical species)을 프로세싱 볼륨에 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 가스 분배 어셈블리는 원뿔(cone)에 연결되는 구멍(bore)에 의해 한정되는 다수의 통로들(passages)을 가지며, 상기 구멍의 종횡비는 플라즈마 내의 라디칼들의 통로를 허용하고 플라즈마의 전계를 유지하도록 조정된다.
Description
[0001] 본 발명의 실시예들은 기판들을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은 플라즈마로부터의 라디칼들(radicals)을 이용하여 열 활성화된 화학 기상 증착 프로세스들을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예들은 또한 다운스트림 세정 프로세스를 위한 장치 및 방법을 제공한다.
[0002] 3족 금속 질화물 반도체들(group Ⅲ metal nitride semiconductors)은, 이를 테면 단파장 발광 다이오드(LED)들, 레이저 다이오드(LD)들, 및 고전력, 고주파수, 고온 트랜지스터들 및 집적 회로들을 포함하는 전자 디바이스들과 같은 다양한 반도체 디바이스들의 개발 및 제조에 있어서 점점 더 중요한 것으로 확인되고 있다. 발광 다이오드(LED)들 및 레이저 다이오드(LD)들은 기판들 상에 3족 질화물들을 증착함으로써 제조된다. 3족 질화물들은 사파이어 기판들과 같은 산화 알루미늄(aluminum oxide) 함유 기판들 상에, 수소화물 기상 에피택시(HVPE), 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD), 화학 기상 증착(CVD), 그리고/또는 물리 기상 증착(PVD)에 의해 증착될 수 있다.
[0003] 전형적으로, HVPE 또는 MOCVD에 의해 3족 금속 질화물막(metal nitride film)을 형성할 때, 질소 소스는 가열된 암모니아(NH3) 가스로부터 제공된다. 암모니아를 분해(crack)하여 질소를 생성하기 위해 요구되는 온도는 높으며, 소스 가스들의 물리적 및 화학적 특성들뿐만 아니라 반응 속도론(reaction kinetics)을 다소 제한한다. 부가적으로, 암모니아 내의 적은 양의 원치않는 수소는 또한 금속 질화물막 내에도 형성될 수 있다. 또한, 암모니아는 질소 가스와 같은 다른 질소 소스와 비교하여 상당히 비싸다.
[0004] 본 발명의 실시예들은 HVPE 또는 MOCVD 프로세스에 의해 3족 금속 질화물을 형성할 때에 질소 소스로서 질소 가스를 이용하여, LED, LD, 또는 기타 디바이스들의 소유 비용을 절감하기 위한 솔루션들을 제공한다.
[0005] 본 발명은 일반적으로 LED/LD 구조들을 형성하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 특히, 본 발명의 실시예들은, 예를 들어 플라즈마로부터의 질소 라디칼들을 이용하여 발광 다이오드(LED)들 또는 레이저 다이오드(LD)들과 같은 디바이스들을 위한 3족 금속 질화물층을 형성하기 위해, 플라즈마로부터의 라디칼들을 이용하여 열 활성화된 화학 기상 증착을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관련된다. 본 발명의 실시예들은 또한 다운스트림 세정 프로세스에도 적용될 수 있다.
[0006] 본 발명의 일 실시예는 하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버를 제공하는 바, 이러한 챔버는 프로세싱 볼륨을 한정하는 챔버 몸체(chamber body); 상기 프로세싱 볼륨 내에 배치되어, 상기 하나 이상의 기판들을 지지하도록 구성되는 서셉터(susceptor); 상기 서셉터 위에 배치되는 가스 분배 어셈블리(gas distribution assembly) ― 상기 가스 분배 어셈블리는 플라즈마를 생성하고, 상기 프로세싱 볼륨으로부터 플라즈마의 전계를 차폐(shield)시키면서, 상기 플라즈마로부터의 하나 이상의 라디칼 종들(radical species)을 상기 프로세싱 볼륨에 제공하도록 구성됨 ―; 상기 가스 분배 어셈블리에 결합되는 RF(radio frequency) 전력원; 상기 가스 분배 어셈블리에 결합되는 제 1 반응 가스 소스; 및 상기 프로세싱 볼륨과 유체 연통(fluid communication)하는 제 2 반응 가스 소스를 포함한다.
[0007] 본 발명의 다른 실시예는 프로세싱 영역에 반응 가스의 라디칼들을 제공하기 위한 가스 분배 어셈블리를 제공하는 바, 이러한 가스 분배 어셈블리는 제 1 전극 ― 상기 제 1 전극은 상기 제 1 전극의 제 1 측과 상기 전극의 제 2 측을 연결하는 다수의 제 1 통로들(passages)을 갖고, 상기 제 1 전극의 제 1 측은 상기 프로세싱 영역을 대면하도록 구성되고, 각각의 제 1 통로는 상기 제 1 측 상의 좁은 개구부(opening) 및 상기 제 2 측 상의 넓은 개구부를 가짐 ―; 상기 제 1 전극과 실질적으로 평행한 제 2 전극 ―상기 제 1 전극의 제 2 측은 상기 제 2 전극을 대면하며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 플라즈마 생성 볼륨(plasma generating volume)이 한정됨―; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 주변부들(perimeters) 가까이에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되어, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전기적인 절연을 제공하는 절연체를 포함한다.
[0008] 본 발명의 또 다른 실시예는 하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 방법을 제공하는 바, 이러한 방법은 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치되는 서셉터 상에 상기 하나 이상의 기판들을 배치하는 단계 ― 상기 프로세싱 챔버는 상기 서셉터 위에 배치되는 가스 분배 어셈블리를 포함하고, 상기 가스 분배 어셈블리는 플라즈마 생성 볼륨을 가짐 ― ; 제 1 반응 가스를 가스 분배 어셈블리의 플라즈마 생성 볼륨에 흘려보내는 단계; 상기 제 1 반응 가스의 라디칼들을 생성하기 위해, 상기 플라즈마 생성 볼륨 내에서 플라즈마를 점화(ignite)시키는 단계; 상기 제 1 반응 가스의 라디칼들을 상기 프로세싱 볼륨에 도입시키는 단계; 제 2 반응 가스를 상기 프로세싱 볼륨에 흘려보내는 단계; 및 상기 하나 이상의 기판들 위에 막을 형성하는 단계 ― 상기 막은 상기 제 1 반응 가스와 상기 제 2 반응 가스의 반응 생성물(reactive product)임 ― 를 포함한다.
[0009] 본 발명의 전술한 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 앞서 간략하게 요약된 본 발명의 보다 특정한 설명은 실시예들을 참조로 이루어질 수 있고, 실시예들 중 일부는 첨부되는 도면들에 예시된다. 그러나, 본 발명이 다른 등가적인 유효 실시예들에 허용할 수 있기 때문에, 첨부되는 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 예시하는 것이며, 따라서 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않는다는 것을 주목해야 한다.
[0010] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 개략도이다.
[0011] 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MOCVD 챔버의 개략적 측단면도이다.
[0012] 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분배 어셈블리에 대한 캐소드의 개략적인 부분 측단면도이다.
[0013] 도 3b는 도 3a의 캐소드의 상면도이다.
[0014] 도 3c는 냉각 채널들(cooling channels)을 보여주는 도 3a의 캐소드의 저면도이다.
[0015] 도 3d는 제 2 가스 소스에 대한 채널들을 보여주는 도 3a의 캐소드의 다른 상면도이다.
[0016] 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVPE 챔버의 단면도이다.
[0017] 도 5는 도 4의 HVPE 챔버 내의 가스 분배 어셈블리의 캐소드의 부분 단면도이다.
[0018] 이해를 돕기 위해, 도면들에서 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 동일한 참조 부호가 이용되었다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들은 구체적인 설명없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0010] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 개략도이다.
[0011] 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MOCVD 챔버의 개략적 측단면도이다.
[0012] 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분배 어셈블리에 대한 캐소드의 개략적인 부분 측단면도이다.
[0013] 도 3b는 도 3a의 캐소드의 상면도이다.
[0014] 도 3c는 냉각 채널들(cooling channels)을 보여주는 도 3a의 캐소드의 저면도이다.
[0015] 도 3d는 제 2 가스 소스에 대한 채널들을 보여주는 도 3a의 캐소드의 다른 상면도이다.
[0016] 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVPE 챔버의 단면도이다.
[0017] 도 5는 도 4의 HVPE 챔버 내의 가스 분배 어셈블리의 캐소드의 부분 단면도이다.
[0018] 이해를 돕기 위해, 도면들에서 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 동일한 참조 부호가 이용되었다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들은 구체적인 설명없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0019] 본 발명의 실시예들은 플라즈마로부터의 라디칼들을 이용하여 열 활성화된 화학 기상 증착 프로세스들을 수행하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 발광 다이오드(LED)들 또는 레이저 다이오드(LD)들과 같은 디바이스들의 제조에 관한 것이다. 보다 특정하게는, 본 발명의 실시예들은 플라즈마로부터의 질소 라디칼들을 이용하여 HVPE 또는 MOCVD에 의해 3족 금속 질화물막들을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 또한 산소 플라즈마로부터의 산소 라디칼들을 이용하여 산화물막을 형성하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 또한 화학 기상 증착 프로세스를 위한 라디칼들을 제공하기 위해 순수한 화합물의 플라즈마를 생성하는 데에 이용될 수 있는바, 예를 들어 트리메틸갈륨(TMG)과 혼합하기 위한 As 라디칼들을 제공하기 위해 AsH3 플라즈마를 생성한다.
[0020] 본 발명의 일 실시예는 가스 분배 어셈블리를 갖는 프로세싱 챔버를 제공하는 바, 이러한 가스 분배 어셈블리는 플라즈마를 생성하여, 프로세싱 볼륨으로부터 플라즈마의 전계를 차폐(shield)시키면서, 하나 이상의 라디칼 종들(radical species)을 이러한 프로세싱 볼륨에 제공하도록 구성된다. 플라즈마로부터의 라디칼 종들을 퀀칭(quenching)함으로써, 본 발명의 실시예들은 통상의 열 활성된 기상 증착이 보다 낮은 온도에서 수행될 수 있게 한다. 일 실시예에서, 가스 분배 어셈블리는 원뿔(cone)에 연결된 구멍(bore)에 의해 한정되는 다수의 통로(passage)들을 가지며, 구멍의 종횡비는 플라즈마 내의 라디칼들의 통로를 허용하고 플라즈마의 전계를 유지할 수 있도록 조정된다.
[0021] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버(1)의 개략도이다. 프로세싱 챔버(1)는 플라즈마로부터 생성되는 적어도 하나의 전구체를 이용하여 기상 증착 방법에 의해 금속 질화물막들을 형성하도록 구성된다.
[0022] 프로세싱 챔버(1)는 챔버 몸체(10), 및 이러한 챔버 몸체(10) 내에 배치되는 서셉터(12) 및 가스 분배 어셈블리(20)를 포함한다.
[0023] 서셉터(12)는 프로세싱될 프로세싱 볼륨(18) 내의 전구체들에 하나 이상의 기판들(14)을 노출시키기 위해 이러한 하나 이상의 기판들(14)을 지지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 서셉터(12)는 하나 이상의 기판들(14)을 수행되고 있는 프로세스에 의해 요구되는 온도로 가열하도록 구성된 히터(16)를 포함한다.
[0024] 가스 분배 어셈블리(20)는 제 1 전극(22), 제 2 전극(26), 및 이러한 제 1 전극(22)과 제 2 전극(26) 사이에 배치되는 절연체(24)를 포함한다. 제 1 전극(22), 절연체(24) 및 제 2 전극(26)은 내부 볼륨(inner volume)(28)을 한정한다. 일 실시예에서, 제 1 전극(22)은 RF(radio frequency) 접지에 결합되고, 제 2 전극(26)은 RF 전력원(40)에 결합되며, 그리고 절연체(24)는 제 2 전극(26)으로부터 제 1 전극(22)을 전기적으로 절연시킨다.
[0025] 제 1 가스 소스(34)가 내부 볼륨(28)에 연결되어, 하나 이상의 반응 가스들을 내부 볼륨(28)에 제공한다. RF 전력이 제 2 전극(26)에 인가되면, 내부 볼륨(28) 내에 용량성 플라즈마(capacitive plasma)가 생성될 수 있다.
[0026] 제 1 전극(22)은 제 2 전극(26)과 서셉터(12) 사이에 배치되어, 플라즈마가 생성되는 동안 제 2 전극(26)의 RF 필드로부터 서셉터(12) 및 하나 이상의 기판들(14)을 차폐시킨다.
[0027] 제 1 전극(22)은 제 1 전극(22)을 관통하여 형성되는 다수의 제 1 통로들(30)을 갖는다. 각 통로(30)는 내부 볼륨(28)을 프로세싱 볼륨(18)에 연결한다. 일 실시예에서, 다수의 제 1 통로들(30)은 서셉터(12)의 표면 영역에 대응하는 제 1 전극(22)의 표면 영역에 걸쳐서 균일하게 분포된다.
[0028] 프로세싱 챔버(1)는, 프로세싱 볼륨(18)을 펌핑 아웃(pumping out)하여, 프로세싱 볼륨(18) 내에서 원하는 압력 레벨을 얻도록 구성되는 진공 펌프(38)를 더 포함한다. 프로세싱 동안, 진공 펌프(38)는 가스 분배 어셈블리(20)의 내부 볼륨(28)에 비해 프로세싱 볼륨(18) 내에 부압(negative pressure)을 제공하여, 이에 따라 내부 볼륨(28) 내의 종들(species)이 프로세싱 볼륨(18)으로 흘러들어갈 수 있게 한다.
[0029] 일 실시예에서, 가스 분배 어셈블리(20)는 소스 가스를 해리시키기 위해 내부 볼륨(28) 및 제 1 통로(30) 내에서 플라즈마(42)를 생성하고, 프로세싱 볼륨(18)으로부터 플라즈마의 RF 필드를 차폐시키면서, 플라즈마 내의 라디칼들을 프로세싱 챔버(18)에 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 플라즈마의 전계를 차폐시키는 것은, 내부 볼륨(28)과 프로세싱 볼륨(18)을 연결하는 각 통로(30) 내에 하나 이상의 배플 피쳐들(baffle features)을 제공함으로써 달성될 수 있다.
[0030] 일 실시예에서, 통로(30)는 내부 볼륨(28) 쪽으로 더 넓은 개구부를 갖고 외부(이 경우, 프로세싱 볼륨(18)) 쪽으로 더 좁은 개구부를 가짐으로써 배플(baffle)을 제공한다.
[0031] 일 실시예에서, 통로(30)는 좁은 구멍(30b)에 연결된 넓은 채널(30a)을 포함하며, 좁은 구멍(30b)의 종횡비는 내부 볼륨(28) 내에 플라즈마를 보유하도록 조정된다. 일 실시예에서, 넓은 채널(30a)은 원뿔 형상(cone shape)을 가질 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 플라즈마(42)의 시쓰(sheath)는 내부 볼륨(28) 및 넓은 채널(30a) 내에 존재한다. 좁은 구멍(30b)은 내부에 플라즈마를 보유하기 위해 배플을 제공하도록 구성된다. 직경, 길이, 또는 길이와 직경의 종횡비는 플라즈마 내의 압력, 유량, 종, 또는 다른 이펙터들(effectors)에 의해 영향을 받을 수 있다. 일 실시예에서, 좁은 구멍(30b)의 길이와 직경의 종횡비는 약 5:1 내지 약 20:1 일 수 있다.
[0032] 비록 예시적으로 용량성 플라즈마가 생성되지만, 유도성 플라즈마 또는 원격 플라즈마 소스로부터의 플라즈마와 같은 다른 형태들의 플라즈마도 고려될 수 있다.
[0033] 일 실시예에서, 플라즈마 생성을 돕기 위해 하나 이상의 반응 증강제들(reaction enhancement agents)이 내부 볼륨(28) 내에 도입될 수 있다. 예시적인 반응 증강제들은 H2, Ar, He, Xe, Ne, CN, NH3, 또는 이들의 조합물들일 수 있다.
[0034] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(1)는 제 1 가스 소스(34)에 의해 제공되는 질소 소스 및 제 2 가스 소스(36)로부터의 하나 이상의 금속 전구체들로부터 기판들(14) 상에 하나 이상의 금속 질화물막들을 형성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제 2 가스 소스(36)는 제 1 전극(22) 내에 형성되는 제 2 통로(32)에 연결된다. 제 2 통로(32)는 서셉터(12)에 대응하는 제 1 전극(22)의 표면 영역에 걸쳐서 균일하게 분포되는 다수의 개구부들(32a)을 갖는다. 다른 실시예에서, 제 2 가스 소스(36)는 프로세싱 볼륨(18)에 직접 연결되거나, 또는 분배 어셈블리를 통해 연결된다.
[0035] 프로세스 동안, 질소 가스와 같은 질소 소스는 가스 분배 어셈블리(20)의 내부 볼륨(28) 내로 흘러들어가며, 여기에서 이러한 질소 소스는 제 1 전극 및 제 2 전극들(22, 26) 사이에 인가되는 RF 전력에 의해 질소 가스의 플라즈마가 점화(ignite)될 때에 해리된다. 그런 다음, 유리 질소 라디칼(free nitrogen radical)(질소 원자들)이 제 1 통로들(30)을 통해 프로세싱 볼륨(18)으로 흘러들어간다. 동시에, 염화물들 또는 금속 유기 화합물들과 같은 금속 전구체들이 제 2 가스 소스(36)로부터 프로세싱 볼륨(18)으로 흘러들어간다. 기판(14) 그리고/또는 프로세싱 볼륨(18)은, 질소 라디칼이 금속 전구체들과 반응하여 기판(14) 상에 하나 이상의 질화물들을 형성할 수 있게 하는 온도로 가열된다.
[0036] 상기 설명한 프로세스에서, 암모니아는 질소 가스로부터의 플라즈마로부터 발생되는 질소 라디칼들에 의해 대체됨으로써, 금속 질화물막의 형성에 요구되는 온도를 낮추게 되는데, 이는 질소 소스로서 암모니아를 이용할 때의 가장 높은 프로세싱 온도는, 유리 질소 원자들을 얻기 위해 암모니아를 가열하여 암모니아를 분해하기 위한 온도이기 때문이다. 부가적으로, 질소 가스가 암모니아 보다 훨씬 더 싸기 때문에, 소유 비용 역시 감소하게 된다.
[0037] 본 발명의 실시예들은 통상의 열 활성화되는 소스를 플라즈마로부터의 활성 소스로 대체하며, 에피택셜 성장에 의해 화합물막들을 형성하는 데에 특히 유익하다. 특히, 본 발명의 실시예들은, 결정질 품질, 성장률, 표면 모폴로지(surface morphology) 및 캐리어 농도와 같은, 화합물 에피택셜막의 특성들을 제어하는 데에 유익하다.
[0038] 보다 특정하게는, MOCVD에 의해 질화물막을 형성하는 애플리케이션에 있어서, 본 발명의 실시예들은 고품질의 3족 금속 질화물들의 성장을 가능하게 한다. 통상의 MOCVD에 의해 고품질의 단결정 3족 금속 질화물막들을 생성하는 것을 어렵게 하는 몇 개의 성장 과제들(growth challenges)이 있다.
[0039] 3족 금속 질화물들 중에서, InN은 이것의 높은 평형 질소 증기압으로 인해 성장시키기가 어렵다. InN의 높은 평형 증기압은 막 분해를 방지하기 위해 증착 온도를 650℃ 미만으로 제한한다. 전형적으로 InN의 MOCVD 성장에 이용되는 소스 물질들은 TMIn(트리-메틸-인듐) 및 암모니아이다. 통상의 MOCVD 에서, 성장 온도는 보통, 결정질 품질, 성장률, 표면 모폴로지 및 캐리어 농도와 같은 막 특성들을 제어하기 위한 제어 파라미터들로서 이용된다. InN의 높은 평형 증기압 때문에, 전형적인 MOCVD에 의한 InN의 성공적인 성장을 위해서는 좁은 온도 윈도우(400℃-650℃)가 제공된다.
[0040] 이러한 더 낮은 증착 온도들에서, 암모니아 분해의 정도는 500℃에서 0.1% 미만 및 900℃에서 ~3%로 매우 낮다. 이러한 반응성 질소의 부족으로 인해, 인듐 드롭렛들(indium droplets)이 기판 상에 형성될 수 있으며, 이에 따라 이러한 인듐 드롭렛들의 형성을 피하기 위해서는, 주입(inlet) N 소스와 In 소스 비(ratio)가 충분히 높게(~50,000) 유지되어야 한다. 본 발명의 실시예들은 가스 분배 어셈블리 내에 형성되는 플라즈마로부터 활성 질소를 제공하고, N 소스와 In 소스의 훨씬 더 작은 비를 이용하여 고품질의 InN 막을 형성할 수 있으며, 이에 따라 비용을 줄인다.
[0041] 하지만, 부가적으로, 전형적인 MOCVD에서, 암모니아의 분해의 정도는 H2 부분 압력을 상당히 증가시키는데, 이는 InN 성장률을 감소시키는 것으로 나타났다. 본 발명의 실시예들은 질소 소스로서, 암모니아를 질소 가스로 대체할 수 있으며, 이에 따라 수소를 제거하거나 감소시키며, 더 높은 InN 성장률을 달성한다.
[0042] 일반적으로 LED 디바이스들 내의 층들중 하나에 포함되는 다른 막인 InxGa1-xN(x는 일반적으로 약 0.02 내지 약 0.3이다)은, 열 활성화되는 질소 소스를 이용하는 통상의 MOCVD를 이용해서는 형성하기가 매우 어렵다. InxGa1 - xN 합금들의 성공적인 성장을 위해 극복되어야만 하는 몇 개의 성장 과제들이 있다.
[0043] 하나의 과제는, InN과 GaN 간의 11% 격자 오정합으로 인해 InxGa1 - xN 합금 내에서 위상 분리(phase separation)가 발생한다는 것이다. 단일 위상 준안정(metastable) InxGa1 - xN은, 저온이 이용될 때 MBE(분자 빔 에피택시)에 의해 전체 조성 범위에 걸쳐서 성장될 수 있는 것으로 증명되었다. 다른 과제는, InxGa1 - xN 합금들의 고품질의 성장에 영향을 미치는, InN과 GaN 간의 기압 차이이다. 더 낮은 증착 온도에서, 인듐 혼합이 증가될 수 있다. 증기 상태와 고체 상태 간의 인듐의 분배 계수(distribution coefficient)는 800℃에서 1(unity) 보다 상당히 더 큰데, 이는 이러한 더 높은 온도에서 성장 인터페이스에서의 준 평형 조건들(near equilibrium conditions)과 함께, 높여진 온도에서 분해 압력에 있어서의 큰 차이 때문이다. 500℃의 더 낮은 온도에서, 분배 계수는 1에 가까운데, 이는 비 평형(non-equilibrium)(반응 제한됨) 조건들이 기대됨을 암시한다. 또한, 800℃(LED들의 제조에서 전형적인 InGaN MQW들에 대한 전형적인 성장 온도(T))에서, 증기 조성물에 있어서의 급속한 변경과 함께 고체 조성물에 있어서의 급속한 변경을 가정하면, 조성물의 제어는 중간 조성물들에 대해 어려워진다는 것이 명백하다. 부가적으로, 최적의 N/3족 금속 주입비(inlet ratio)를 선택하는 것은 특정된 증착 온도에 의해 직접적으로 영향을 받는다. 전형적인 MOCVD에서는, 암모니아 분해 효율이 실제 N/3족 금속비를 결정한다. 하지만, 정확한 NH3 분해 효율을 얻기가 매우 어려운데, 왜냐하면 이러한 값은 온도 뿐 아니라 반응기 설계에 크게 의존하기 때문이다. 증착 온도가 낮을 때(<600℃), N/3족 금속 주입비는 활성 질소의 충분한 레벨들을 유지하고 In 드롭렛 형성을 피할 수 있을 정도로 충분히 높아야 한다. 온도가 650℃ 이상으로 증가하면, 과도한 수소 부분 압력이 막으로의 In 통합을 막지 않도록 N/3족 금속비가 적절히 감소되어야 한다.
[0044] 본 발명의 실시예들은 플라즈마로부터의 활성화된 질소를 이용하여 더 낮은 온도에서의 반응을 허용함으로써 InxGa1 - xN의 형성을 개선하고, 암모니아를 피함으로써 N/3족 금속비의 용이한 제어를 허용한다.
[0045] 일 실시예에서, 가스 분배 어셈블리(20)는 세정제(cleaning agent)의 소스에 연결되어, 이러한 세정제의 플라즈마를 생성하고, 이를 테면 통로들(30), 챔버 벽들(chamber walls), 기판 지지 표면들 및 배기부(exhaust)를 세정하는 것과 같은 다운스트림 세정을 수행하기 위한 플라즈마로부터의 종들을 제공하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 세정제는 염소 가스를 포함한다.
[0046] 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MOCVD 챔버(200)의 개략적 측단면도이다. MOCVD 챔버(200)는 MOCVD 프로세스에 의해 질소 라디칼들 및 금속 유기 전구체들로부터 하나 이상의 3족 금속 질화물막을 형성하도록 구성된다.
[0047] MOCVD 챔버(200)는 챔버 몸체(210), 및 챔버 몸체(210) 내에 배치되는 서셉터(212) 및 가스 분배 어셈블리(220)를 포함한다. 이러한 가스 분배 어셈블리(220)는 도 1의 가스 분배 어셈블리(20)와 유사하다.
[0048] 서셉터(212)는 하나 이상의 기판들(214)을 프로세싱될 프로세싱 볼륨(218) 내의 전구체들에 노출시키기 위해 이러한 하나 이상의 기판들(214)을 지지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 서셉터(212)는, 하나 이상의 기판들(214)을 수행되고 있는 프로세스에 의해 요구되는 온도로 가열하도록 구성되는 히터(216)를 포함한다. 일 실시예에서, 서셉터(212)는 프로세싱 동안 하나 이상의 기판들(214)을 회전시키도록 구성될 수 있다.
[0049] 가스 분배 어셈블리(220)는 제 1 전극(222), 제 2 전극(226), 및 이러한 제 1 전극(222)과 제 2 전극(226) 사이에 배치되는 절연체(224)를 포함한다. 제 1 전극(222), 절연체(224) 및 제 2 전극(226)은 내부 볼륨(228)을 한정한다. 일 실시예에서, 제 1 전극(222)은 RF(radio frequency) 접지에 결합되고, 제 2 전극(226)은 RF 전력원(240)에 결합되며, 그리고 절연체(224)는 제 2 전극(226)으로부터 제 1 전극(222)을 전기적으로 절연시킨다.
[0050] 제 1 가스 소스(234)가 내부 볼륨(228)에 연결되어, 질소 함유 가스를 내부 볼륨(228)에 제공한다. RF 전력이 제 2 전극(226)에 인가되면, 내부 볼륨(228) 내에 용량성 플라즈마가 생성될 수 있다.
[0051] 제 1 전극(222)이 제 2 전극(226)과 서셉터(212) 사이에 배치되어, 플라즈마가 생성되는 동안 제 2 전극(226)의 RF 필드로부터 서셉터(12) 및 하나 이상의 기판들(214)을 차폐시킨다.
[0052] 일 실시예에서, 가스 분배 어셈블리(220)는, 이를 테면 세라믹들과 같은 절연 물질로 만들어지는 클램프(227)에 의해 고정(secure)될 수 있다. 일 실시예에서, 클램프(227)는 산화 알루미늄(Al2O3)으로 만들어진다.
[0053] 일 실시예에서, 제 2 전극(226)은, 이를 테면 금속 또는 합금들과 같은 전도성 물질로부터 형성되는 평면형 디스크(planar disk)일 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 전극(226)은 스테인리스강(stainless steel)으로부터 형성된다. 절연체(224)는, 이를 테면 질화알루미늄(aluminum nitride)(AlxNy)과 같은 세라믹으로부터 형성될 수 있다.
[0054] 제 1 전극(222)은, 이를 테면 알루미늄 그리고/또는 스테인리스강과 같은 전도성 물질들로부터 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전극(222)은 함께 결합되는 몇 개의 디스크 형상 물질로부터 형성될 수 있다.
[0055] 제 1 전극(222)은 제 1 전극(222)을 관통하여 형성되는 다수의 제 1 통로들(230)을 갖는다. 각 통로(230)는 내부 볼륨(228)을 프로세싱 볼륨(218)에 연결한다. 일 실시예에서, 다수의 제 1 통로들(230)은 서셉터(212)의 표면 영역에 대응하는 제 1 전극(222)의 표면 영역에 걸쳐서 균일하게 분포된다.
[0056] MOCVD 챔버(200)는, 프로세싱 볼륨(218)을 펌핑 아웃하여, 프로세싱 볼륨(218) 내에서 원하는 압력 레벨을 얻도록 구성되는 진공 펌프(238)를 더 포함한다. 일 실시예에서, MOCVD 챔버(200)는 프로세싱 볼륨(218) 내에 배치되는 펌핑 링(235)을 포함한다. 펌핑 링(235)은, 서셉터(212) 주위에 균일하게 분포되는 다수의 홀들(237)을 통해 프로세싱 볼륨(218)에 연결되는 플레넘(plenum)(239)을 한정한다. 진공 펌프(238)는 플레넘(239)과 유체 연통(fluid communication)한다. 펌핑 링(235)은 프로세싱 볼륨(218) 내에서의 균일한 펌핑을 가능하게 한다. 프로세싱 동안, 진공 펌프(238)는 가스 분배 어셈블리(220)의 내부 볼륨(228)에 비해 프로세싱 볼륨(218) 내에 부압을 제공하며, 이에 따라 내부 볼륨(228) 내의 종들이 프로세싱 볼륨(218)으로 흐르게 할수 있게 한다.
[0057] 가스 분배 어셈블리(220)는 질소 소스를 해리시키기 위해 내부에 플라즈마를 생성하고, 프로세싱 볼륨(218)으로부터 플라즈마의 RF 필드를 차폐시키면서, 플라즈마 내의 질소 라디칼들을 프로세싱 챔버(218)에 제공하도록 구성된다.
[0058] 일 실시예에서, 플라즈마의 전계를 차폐시키는 것은, 내부 볼륨(228)과 프로세싱 볼륨(218)을 연결하는 각 통로(230) 내에 하나 이상의 배플 피쳐들을 제공함으로써 달성될 수 있다.
[0059] 제 1 전극(222)과 제 2 전극(226) 간의 간격(229)은 약 3mm 내지 약 30mm 일 수 있다. 간격(229)은 플라즈마를 생성하는 동안 RF 전력의 효율을 개선하도록 조정될 수 있다.
[0060] 도 3a는 제 1 전극(222)의 부분 측단면도이다. 제 1 전극(222)은 내부 볼륨(228)로부터의 라디칼들을 외부로 흘려보내도록 구성되는 다수의 제 1 통로들(230)을 갖는다. 다수의 제 1 통로들(230)은 제 1 전극(222)에 걸쳐서 균일하게 분포될 수 있다. 일 실시예에서, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 다수의 제 1 통로들(230)은 육각형 패턴으로 배열된다.
[0061] 도 3a를 다시 참조하면, 통로(230)는 좁은 구멍(230b)에 연결되는 원뿔 형상 채널(cone shaped channel)(230a)을 포함한다. 원뿔 형상 채널(230a)은 내부 볼륨(228) 쪽으로의 넓은 개구부 및 좁은 구멍(230b)에 연결되는 좁은 개구부를 갖는다. 좁은 구멍(230b)의 종횡비는 내부 볼륨(228) 내에 플라즈마를 유지할 수 있도록 조정된다. 일 실시예에서, 원뿔 형상 채널(230a)은 약 22o의 각도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 원뿔 형상 채널(230a)은 약 8mm의 길이를 가질 수 있다.
[0062] 좁은 구멍(230b)은 내부에 플라즈마를 보유하기 위한 배플을 제공하도록 구성된다. 직경, 길이, 또는 길이와 직경의 종횡비는 플라즈마 내의 압력, 유량, 종들, 또는 다른 이펙터들에 의해 영향을 받을 수 있다. 일 실시예에서, 좁은 구멍(230b)의 길이와 직경의 종횡비는 약 5:1 내지 약 20:1 일 수 있다. 일 실시예에서, 좁은 구멍(230b)은 약 0.5mm 내지 약 12mm의 직경을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 좁은 구멍(230b)은 약 12mm의 길이를 가질 수 있다.
[0063] 제 1 전극(222)은 또한 제 1 전극(222) 내에 형성되는 냉각 채널(245)을 갖는다. 냉각 채널(245)은 (도 2에 나타낸) 냉각 유체 교환 시스템(cooling fluid exchanging system)(244)에 연결되어, 제 1 전극(222) 내에서 냉각 유체가 순환하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 유체 교환 시스템(244)은 또한, 챔버 몸체를 냉각시키도록 구성되는, 챔버 몸체 내의 냉각 채널들(211)에도 연결될 수 있다. 일 실시예에서는, 물이 냉각 유체로서 이용된다. 제 1 전극(222)은 프로세싱 동안 약 100℃의 온도로 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 채널은 원뿔 형상 채널들(230a)에 가깝게 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 채널(235)은 삼각 단면 형상(triangular sectional shape)을 가질 수 있다. 도 3c는 냉각 채널(245)의 어레인지먼트(arrangement)의 일 실시예를 나타낸다.
[0064] 도 3a를 다시 참조하면, 제 1 전극(222) 내에는 제 2 통로(232)가 형성되어, 제 2 가스 소스(236)(도 2에 미도시)와 프로세싱 볼륨(218) 사이에 연결을 제공한다. 제 2 통로(232)는 서셉터(212)에 대응하는 제 1 전극(222)의 표면 영역에 걸쳐서 균일하게 분포되는 다수의 개구부들(232a)을 갖는다. 제 2 통로(232)의 높이 및 개구부들(232a)의 직경은, 제 2 통로(232)에서의 압력 변동(pressure fluctuation)에 의해 야기되는 가스 분배에 있어서의 비균일성을 줄이도록 조정될 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 통로(232)는 약 6mm의 높이를 가질 수 있고, 제 2 개구부(232a)는 약 4mm의 길이를 갖는다. 도 3d는 제 2 통로(232)의 일 실시예를 도시한다.
[0065] 도 3a-3d에 나타낸 어레인지먼트는 2:1의, 제 1 가스 소스에 대한 좁은 구멍(230b)과 제 2 가스 소스에 대한 개구부(232a)의 비를 갖는다. 하지만, 다른 어레인지먼트들이 또한 본 발명의 실시예들에 의해 고려된다.
[0066] 도 3a에 나타낸 바와 같이, 제 1 전극(222)은 채널들 및 통로들의 형성을 가능하게 하기 위해 4개의 디스크들(222a, 222b, 222c 및 222d)로부터 형성될 수 있다. 원뿔 형상 채널들(230a) 및 냉각 채널들(245)은 디스크(222a) 내에 형성된다. 디스크(222b)는 쓰루홀들(through holes)을 가져, 그 내부에 형성되는 좁은 구멍들(230b)의 길이 부분을 제공한다. 디스크들(222a 및 222b)은 브레이징(brazing)에 의해 함께 결합될 수 있다. 디스크(222c)는 다수의 쓰루홀들을 가져, 좁은 구멍들(230b)의 길이 부분 및 제 2 통로(232)에 대한 슬릿들(slits)을 제공한다. 디스크(222d)는 개구부들(232a) 및 좁은 구멍들(230b)의 길이 부분을 위한 쓰루홀들을 갖는다.
[0067] 일 실시예에서, 디스크들(222a, 222b, 222c)은 알루미늄으로부터 형성되고, 브레이징에 의해 함께 결합될 수 있으며, 디스크(222d)는 스테인리스강으로부터 형성되며, 폭발(explosion)에 의해 디스크(222c)와 결합될 수 있다.
[0068] 일 실시예에서, 제 1 전극(222)은 전기 전도성 금속, 금속 세라믹 화합물, 매립형 전극(embedded electrode)을 갖는 세라믹, 또는 금속 세라믹들의 스택으로부터 형성될 수 있다.
[0069] 일 실시예에서, 제 2 가스 소스(236)는 금속 유기 화합물을 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제 2 가스 소스(236)는, 이를 테면 갈륨 질화물막을 형성하기 위한 트리메틸갈륨(TMG) 또는 트리에틸갈륨(TEG)과 같은 갈륨 소스이다.
[0070] MOCVD 챔버(200)를 이용하여 갈륨 질화물막을 MOCVD 증착하는 동안, 질소 가스와 같은 질소 소스가 가스 분배 어셈블리(220)의 내부 볼륨(228) 내로 흘러들어가며, 여기에서 이러한 질소 소스는 제 1 전극 및 제 2 전극(222, 226) 사이에 인가되는 RF 전력에 의해 질소 가스의 플라즈마가 점화될 때에 해리된다. 그런 다음, 유리 질소 라디칼(질소 원자들)이 제 1 통로(230)를 통해 프로세싱 볼륨(218)으로 흘러들어간다. 동시에, TMG 또는 TEG와 같은 갈륨 소스가 제 2 가스 소스(236)로부터 프로세싱 볼륨(218)으로 흘러간다. 기판(24) 그리고/또는 프로세싱 볼륨(218)은, 질소 라디칼이 금속 전구체들과 반응하여 기판(214) 상에 하나 이상의 질화물막들을 형성할 수 있게 하는 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 기판(214)은 약 700℃의 온도로 가열된다.
[0071] 도 4는 일 실시예에 따른 HVPE 장치(100)의 개략도이다. 장치(100)는 리드(lid)(104)에 의해 밀폐된 챔버(102)를 포함한다.
[0072] 제 1 가스 소스(110)로부터의 프로세싱 가스는 챔버(102)의 상부 부분에 배치되는 가스 분배 어셈블리(106)를 통해 챔버(102)에 전달된다. 일 실시예에서, 가스 소스(110)는 질소 가스, 또는 질소 함유 화합물을 포함할 수 있다. 가스 분배 어셈블리(106) 및 챔버 벽들(108)이 프로세싱 볼륨(107)을 한정한다. 서셉터(114)가 프로세싱 볼륨(107) 내에 배치되어, 하나 이상의 기판들(116)을 지지하도록 구성된다.
[0073] 가스 분배 어셈블리(106)는 가스 소스로부터 플라즈마를 생성하고, 프로세싱 볼륨(107)을 플라즈마의 전계에 노출시키지 않으면서, 플라즈마로부터의 라디칼들을 프로세싱 볼륨(107)에 전달하도록 구성된다.
[0074] 가스 분배 어셈블리(106)는 제 1 전극(161), 제 2 전극(163), 및 제 1 전극(161)과 제 2 전극(163) 사이에 배치되는 절연체(162)를 포함한다.
[0075] 가스 분배 어셈블리(106)는 제 1 전극(161), 제 2 전극(163), 및 제 1 전극(161)과 제 2 전극(163) 사이에 배치되는 절연체(162)를 포함한다. 제 1 전극(161), 절연체(162) 및 제 2 전극(163)은 내부 볼륨(164)을 한정한다. 일 실시예에서, 제 1 전극(161)은 RF(radio frequency) 접지에 결합되고, 제 2 전극(163)은 RF 전력원(105)에 결합되며, 그리고 절연체(162)는 제 2 전극(163)으로부터 제 1 전극(161)을 전기적으로 절연시킨다.
[0076] 제 1 가스 소스(110)가 내부 볼륨(164)에 연결되어, 하나 이상의 반응 가스들을 내부 볼륨(164)에 제공한다. RF 전력이 제 2 전극(163)에 인가되면, 내부 볼륨(164) 내에 용량성 플라즈마가 생성될 수 있다.
[0077] 제 1 전극(161)은 제 2 전극(163)과 서셉터(114) 사이에 배치되어, 플라즈마가 생성되는 동안 제 2 전극(163)의 RF 필드로부터 서셉터(114) 및 하나 이상의 기판들(116)을 차폐시킨다.
[0078] 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 1 전극(161)은 제 1 전극(161)을 관통하여 형성되는 다수의 제 1 통로들(165)을 갖는다. 각 통로(165)는 내부 볼륨(164)을 프로세싱 볼륨(107)에 연결한다. 일 실시예에서, 각 통로(165)는 좁은 구멍(174)에 연결되는 원뿔 형상 채널(173)을 포함한다. 일 실시예에서, 좁은 구멍(174)의 길이와 직경의 종횡비는 약 5:1 내지 약 20:1 일 수 있다. 제 1 전극(161)은 또한 그 내부에 형성되는 냉각 채널들(166)을 갖는다. 일 실시예에서, 제 1 전극(161)은 함께 결합되는 2개의 디스크들(171, 172)로부터 형성될 수 있다.
[0079] 일 실시예에서, 헬륨 또는 이원자 질소(diatomic nitrogen)와 같은 비활성 가스가 가스 분배 어셈블리(106)를 통해 또는 챔버(102)의 벽들(108)을 통해 또한 도입될 수 있다.
[0080] 장치(100)는 제 1 가스 소스(110)로부터의 질소 소스와 반응하는 전구체들을 포함하는 제 2 가스 소스(118)를 더 포함한다. 제 2 가스 소스(118)는 프로세싱 챔버(102) 내에서 프로세싱하기 위한 전구체를 생성하도록 구성된 챔버(132)를 가질 수 있다. 제 2 가스 소스(118)는 보트(boat)(117) 내에 배치되는 하나 이상의 3족 금속들을 포함하는 전구체들을 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제 2 가스 소스(118)는 갈륨 전구체 및 알루미늄 전구체를 포함한다. 일 실시예에서, 전구체는 액체 형태로 제 2 가스 소스(118) 내에 존재하는 갈륨을 포함한다. 다른 실시예에서, 전구체는 고체 형태로 제 2 가스 소스(118) 내에 존재하는 알루미늄을 포함한다. 일 실시예에서, 알루미늄 전구체는 고체의, 분말(powder) 형태일 수 있다.
[0081] 일 실시예에서, 제 2 가스 소스(118)는 반응 가스 소스(119)에 연결된다. 전구체는 반응 가스 소스(119)로부터의 반응 가스를 제 2 가스 소스(118) 내의 전구체에 의해(over) 및/또는 이러한 전구체를 통해 흘려보냄으로써 생성되는 화합물 가스(compound gas)의 형태로 챔버(102)에 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 반응 가스는 이원자 염소(diatomic chlorine)와 같은 염소 함유 가스를 포함할 수 있다. 이러한 염소 함유 가스는 갈륨 또는 알루미늄과 같은 전구체 소스와 반응하여, 염화물을 형성할 수 있는데, 이러한 염화물은 이후 프로세싱 챔버(102)에 전달된다.
[0082] 염소 함유 가스가 전구체와 반응하는 효율성을 증가시키기 위해, 이러한 염소 함유 가스는 챔버(132) 내의 보트(117)를 통해 굽이쳐 흐르며(snake), 저항성 히터(resistive heater)(120)에 의해 가열될 수 있다. 염소 함유 가스가 챔버(132)를 통해 굽이쳐 흐르는 체류 시간(residence time)을 증가시킴으로써, 이러한 염소 함유 가스의 온도가 제어될 수 있다. 염소 함유 가스의 온도를 증가시킴으로써, 염소는 전구체와 더 빨리 반응할 수 있게 된다. 즉, 온도는 염소와 전구체 간의 반응에 대한 촉매이다.
[0083] 전구체의 반응성(reactiveness)을 증가시키기 위해, 전구체는 챔버(132) 내의 저항성 히터(120)에 의해 가열될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 갈륨 전구체는 섭씨 약 750도 내지 섭씨 약 850도의 온도로 가열될 수 있다. 그런 다음, 염화물 반응 생성물(chloride reaction product)은 챔버(102)로 전달될 수 있다. 이러한 반응성 염화물 생성물은 먼저 튜브(122)에 들어가, 튜브(122) 내에 균일하게 분배된다. 튜브(122)는 다른 튜브(124)에 연결된다. 염화물 반응 생성물은 제 1 튜브(122) 내에서 균일하게 분배된 후, 제 2 튜브(124)에 진입한다. 그런 다음, 염화물 반응 생성물은 챔버(102)에 진입하는데, 여기에서 염화물 반응 생성물은 가스 분배 어셈블리(106)로부터의 질소 라디칼들과 혼합되어, 서셉터(114) 상에 배치되는 기판(116) 상에 질화물층을 형성한다.
[0084] 일 실시예에서, 서셉터(114)는 탄화규소를 포함할 수 있다. 질화물층은, 예를 들어 질화갈륨(gallium nitride) 또는 질화알루미늄을 포함할 수 있다. 이를 테면 질소 및 염소와 같은 다른 반응 생성물은 배기부(126)를 통해 배출된다.
[0085] 챔버(102)는 부력 효과(buoyancy effect)를 유도할 수 있는 열 경사(thermal gradient)를 가질 수 있다. 예를 들어, 질소 라디칼들은 섭씨 약 100도 사이의 온도에서 가스 분배 어셈블리(106)를 통해 도입된다. 챔버 벽들(108)은 섭씨 약 600도 내지 섭씨 약 700도의 온도를 가질 수 있다. 서셉터(114)는 섭씨 약 1050도 내지 약 1150도의 온도를 가질 수 있다. 따라서, 챔버(102) 내에서의 온도차는, 가열될 때에는 가스가 챔버(102) 내에서 올라가고, 냉각될 때에는 떨어질 수 있게 한다. 이와 같이 가스가 올라가고 내려가게 되면, 질소 라디칼들과 염화물 가스가 혼합되게 한다. 또한, 부력 효과는 상기 혼합 때문에 벽들(108) 상에 증착되는 질화갈륨 또는 질화알루미늄의 양을 감소시킬 것이다.
[0086] 프로세싱 챔버(102)의 가열은, 서셉터(114) 아래에 배치되는 램프 모듈(128)에 의해 서셉터(114)를 가열함으로써 달성된다. 증착 동안, 램프 모듈(128)은 프로세싱 챔버(102)에 대한 주요 가열 소스이다. 비록 램프 모듈(128)로서 나타내어 설명했지만, 다른 가열 소스들도 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 프로세싱 챔버(102)의 부가적인 가열은 챔버(102)의 벽들(108) 내에 매립되는 히터(130)를 이용하여 달성될 수 있다. 벽들(108) 내에 매립되는 히터(130)는 증착 동안에는, 설령 있다하더라도, 열을 거의 제공하지 않을 수 있다.
[0087] 증착 프로세스 이후, 기판(116)은 일반적으로 프로세싱 챔버(102)로부터 꺼낸다. 램프 모듈(128)은 턴오프된다. 램프 모듈(128)로부터의 열이 없다면, 챔버(102)는 급속하게 냉각될 수 있다. 벽들(108) 상에 증착될 수 있는 질화갈륨 또는 질화알루미늄은 벽들(108) 자체와 다른 열팽창 계수를 가질 수 있다. 따라서, 질화갈륨 또는 질화알루미늄은 열 팽창으로 인해 플레이킹(flaking)될 수 있다. 원하지 않는 플레이킹을 막기 위해, 챔버 벽들(108) 내에 매립된 히터(130)가 턴온되어, 열팽창을 제어하고, 챔버(102)를 원하는 챔버 온도로 유지할 수 있다. 히터(130)의 제어는 또한 열전대(thermocouple)로부터의 실시간 피드백에 기초할 수 있다. 일단 램프 모듈(128)이 턴오프되면, 질화갈륨 또는 질화알루미늄이 플레이킹되지 않고, 서셉터(114) 상의 기판 또는 랜드(land)를 오염시키지 않고, 평평하지 않은 서셉터(114) 표면을 생성하지 않도록 하기 위해, 히터(130)는 챔버(102)의 온도를 원하는 온도로 유지하기 위해 턴온 또는 턴오프된다. 챔버 벽들(108)을 올려진 온도로 유지함으로써, 챔버 벽들(108)로부터의 증착물들을 세정하는 데에 염소가 더욱 효과적일 것이다.
[0088] 비록 질소 함유 가스가 가스 분배 어셈블리(106)를 통해 도입되고, 챔버(102)의 중간에 해당하는 영역에 전구체가 전달되는 것으로서 설명되었지만, 가스가 도입되는 위치들은 필요에 따라 조정될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
[0089] 비록 본 발명의 실시예들과 함께 금속 질화물막 형성이 설명되었지만, 라디칼들이 요구되는 다른 프로세스들도 본 발명의 장치 및 방법에 의해 수행될 수 있다.
[0090] 전술한 바는 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가적인 실시예들이 하기 청구항들에 의해 결정되는 본 발명의 기본 범주를 벗어나지 않고 고안될 수 있다.
Claims (15)
- 하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버로서,
프로세싱 볼륨을 한정하는 챔버 몸체(chamber body);
상기 프로세싱 볼륨 내에 배치되며, 상기 하나 이상의 기판들을 지지하도록 구성되는 서셉터(susceptor);
상기 서셉터 위에 배치되는 가스 분배 어셈블리 ― 상기 가스 분배 어셈블리는 플라즈마를 생성하고, 상기 프로세싱 볼륨으로부터 상기 플라즈마의 전계를 차폐(shield)시키면서, 상기 플라즈마로부터의 하나 이상의 라디칼 종들(radical species)을 상기 프로세싱 볼륨에 제공하도록 구성됨 ―;
상기 가스 분배 어셈블리에 결합되는 RF(radio frequency) 전력원;
상기 가스 분배 어셈블리에 결합되는 제 1 반응 가스 소스; 및
상기 프로세싱 볼륨과 유체 연통(fluid communication)하는 제 2 반응 가스 소스;
를 포함하는,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 가스 분배 어셈블리는,
제 1 전극 ― 상기 제 1 전극은 상기 제 1 전극의 제 1 측과 상기 전극의 제 2 측을 연결하는 다수의 제 1 통로들(passages)을 갖고, 상기 제 1 전극의 상기 제 1 측은 상기 프로세싱 볼륨을 대면하며, 각각의 제 1 통로는 상기 제 1 측 상의 좁은 개구부(narrow opening) 및 상기 제 2 측 상의 넓은 개구부(wide opening)를 가짐 ―;
상기 제 1 전극과 실질적으로 평행한 제 2 전극 ―상기 제 1 전극의 상기 제 2 측은 상기 제 2 전극을 대면하며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 플라즈마 생성 볼륨(plasma generating volume)이 한정되며, 상기 제 1 반응 가스 소스는 상기 플라즈마 생성 볼륨의 입구(inlet)에 연결됨―; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 주변부들(perimeters) 가까이에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되며 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전기적인 절연을 제공하는, 절연체 ― 상기 제 2 전극은 상기 RF 전력원에 결합되고, 상기 제 1 전극은 접지됨 ―;
를 포함하는,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 2 항에 있어서,
각각의 제 1 통로는 상기 제 1 전극의 상기 제 2 측에 대한 구멍 개구부(bore opening)에 연결되는 상기 제 1 전극의 상기 제 1 측에 대한 원뿔 개구부(cone opening)에 의해 한정되는,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 3 항에 있어서,
상기 구멍의 깊이와 직경의 비(ratio)는 약 5:1 내지 약 20:1 인,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 다수의 제 2 통로들을 갖고, 각각의 제 2 통로는 상기 제 1 전극의 상기 제 2 측에 대한 구멍 개구부에 의해 한정되고, 상기 제 1 전극 내에 분포되는 내부 가스 채널에 연결되며, 상기 내부 가스 채널은 상기 제 2 반응 가스 소스에 연결되는,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 2 항에 있어서,
상기 서셉터와 상기 가스 분배 어셈블리 사이의 상기 프로세싱 볼륨 내에 배치되는 가스 주입 링(gas inlet ring)을 더 포함하며, 상기 가스 주입 링은 상기 제 2 반응 가스 소스에 연결되고, 상기 프로세싱 볼륨과 유체 연통하는 다수의 개구부들을 갖는,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 반응 가스 소스는,
반응 생성물 보트(reactive product boat);
상기 반응 생성물 보트 내에 배치되는 제 1 반응 생성물 소스(reactive product source);
상기 반응 생성물 보트에 결합되는 제 2 반응 생성물 소스; 및
상기 반응 생성물 보트에 결합되는 가열 부재(heating element)
를 포함하는,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버. - 프로세싱 영역에 반응 가스의 라디칼들을 제공하기 위한 가스 분배 어셈블리로서,
제 1 전극 ― 상기 제 1 전극은 상기 제 1 전극의 제 1 측과 상기 전극의 제 2 측을 연결하는 다수의 제 1 통로들을 갖고, 상기 제 1 전극의 상기 제 1 측은 상기 프로세싱 영역을 대면하도록 구성되고, 각각의 제 1 통로는 상기 제 1 측 상의 좁은 개구부 및 상기 제 2 측 상의 넓은 개구부를 가짐 ―;
상기 제 1 전극과 실질적으로 평행한 제 2 전극 ―상기 제 1 전극의 상기 제 2 측은 상기 제 2 전극을 대면하며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 플라즈마 생성 볼륨이 한정됨―; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 주변부들 가까이에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되며 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전기적인 절연을 제공하는, 절연체
를 포함하는,
가스 분배 어셈블리. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 RF(radio frequency) 접지에 전기적으로 결합되고, 상기 제 2 전극은 RF 전력원에 전기적으로 결합되며, 상기 다수의 제 1 통로들은 상기 가스 분배 어셈블리 내에서 RF 필드를 유지하도록 구성되는,
가스 분배 어셈블리. - 제 9 항에 있어서,
각각의 제 1 통로는 상기 제 1 전극의 상기 제 2 측에 대한 구멍 개구부에 연결되는 상기 제 1 전극의 상기 제 1 측에 대한 원뿔 개구부에 의해 한정되는,
가스 분배 어셈블리. - 제 10 항에 있어서,
상기 구멍의 깊이와 직경의 비는 약 5:1 내지 약 20:1 인,
가스 분배 어셈블리. - 하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치되는 서셉터 상에 상기 하나 이상의 기판들을 배치하는 단계 ― 상기 프로세싱 챔버는 상기 서셉터 위에 배치되는 가스 분배 어셈블리를 포함하고, 상기 가스 분배 어셈블리는 플라즈마 생성 볼륨을 가짐 ― ;
제 1 반응 가스를 상기 가스 분배 챔버의 상기 플라즈마 생성 볼륨에 흘려보내는 단계;
상기 제 1 반응 가스의 라디칼들을 생성하기 위해, 상기 플라즈마 생성 볼륨 내에서 플라즈마를 점화(ignite)시키는 단계;
상기 프로세싱 볼륨으로부터 상기 플라즈마를 차폐시키면서, 상기 제 1 반응 가스의 상기 라디칼들을 상기 프로세싱 볼륨에 도입시키는 단계;
제 2 반응 가스를 상기 프로세싱 볼륨에 흘려보내는 단계; 및
상기 하나 이상의 기판 위에 막을 형성하는 단계 ― 상기 막은 상기 제 1 반응 가스와 상기 제 2 반응 가스의 반응 생성물임 ―;
를 포함하는,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 가스 분배 어셈블리는 상기 서셉터를 대면하는 제 1 전극 및 상기 제 1 전극 위에 배치되는 제 2 전극을 포함하고, 상기 플라즈마 생성 볼륨은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 한정되고, 상기 제 1 전극은 상기 플라즈마 생성 볼륨을 상기 프로세싱 볼륨에 연결하는 다수의 제 1 통로들을 가지며, 그리고 상기 플라즈마를 점화시키는 단계는 상기 제 2 전극에 RF(radio frequency) 전력원을 적용(applying)하는 단계 및, 상기 제 1 전극을 전기적으로 접지시키는 단계를 포함하는,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 반응 가스는 질소 소스이고, 상기 제 2 반응 가스는 3족 금속을 포함하며, 그리고
상기 제 2 반응 가스를 상기 프로세싱 볼륨에 흘려보내는 단계는,
상기 프로세싱 챔버로부터 원격적으로(remotely) 상기 제 2 반응 가스를 가열하는 단계; 및
상기 가스 분배 어셈블리와 상기 서셉터 사이의 상기 프로세싱 볼륨 내에 배치되는 가스 주입 링을 통해 상기 프로세싱 볼륨으로 상기 제 2 반응 가스를 도입시키는 단계를 포함하는,
하나 이상의 기판들을 프로세싱하기 위한 방법. - 프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법으로서,
상기 프로세싱 챔버의 가스 분배 어셈블리의 플라즈마 생성 볼륨에 세정 가스를 흘려보내는 단계 ― 상기 가스 분배 어셈블리는,
제 1 전극 ― 상기 제 1 전극은 상기 제 1 전극의 제 1 측과 상기 전극의 제 2 측을 연결하는 다수의 제 1 통로들을 갖고, 상기 제 1 전극의 상기 제 1 측은 상기 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨을 대면하도록 구성되고, 각각의 제 1 통로는 상기 제 1 측 상의 좁은 개구부 및 상기 제 2 측 상의 넓은 개구부를 가짐 ―;
상기 제 1 전극과 실질적으로 평행한 제 2 전극 ―상기 제 1 전극의 상기 제 2 측은 상기 제 2 전극을 대면하며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 상기 플라즈마 생성 볼륨이 한정됨―; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 주변부들 가까이에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치되며 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전기적인 절연을 제공하는, 절연체를 포함함 ―;
상기 세정 가스의 라디칼들을 생성하기 위해 상기 플라즈마 생성 볼륨 내에서 플라즈마를 점화시키는 단계; 및
상기 프로세싱 챔버의 상기 프로세싱 볼륨으로부터 상기 플라즈마를 차폐시키면서, 상기 프로세싱 볼륨에 상기 세정 가스의 상기 라디칼들을 도입시키는 단계;
를 포함하는,
프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
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