KR20160108487A

KR20160108487A - 필름 내의 불순물의 감소를 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160108487A
Application number: KR1020167022077A
Authority: KR
Inventors: 이안 만; 사티아나라얀 바리크; 마리 윈트리베르트-푸케; 조쉬 브라운; 폴 더니건
Original assignee: 갈리움 엔터프라이지즈 피티와이 엘티디
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2016-09-19
Also published as: EP3095305A1; US11001926B2; AU2015207672B2; EP3095305A4; JP6546927B2; CN105917748A; CN105917748B; US20160326649A1; TWI651429B; JP2017509107A; WO2015106318A1; EP3095305B1; KR102279673B1; SG11201605463QA; AU2015207672A1; TW201531585A

Abstract

필름 형성 동안 에너지 가스 종의 손실을 최소화할 뿐만 아니라 완전한 PBN 라이너의 사용에 대해 성장 필름 내로 도입되는 붕소 불순물 수준을 감소시키는 부분 PBN 라이너를 이용하는 플라즈마 발생기가 설명된다. 필름 형성 장치 및 필름을 형성하는 방법에서 이 같은 플라즈마 발생기의 사용이 또한 설명된다.

Description

필름 내의 불순물의 감소를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR THE REDUCTION OF IMPURITIES IN FILMS}

[0001] 본 발명은 플라즈마를 이용하여 CVD 공정에 의해 성장된 필름 내의 불순물, 특히 붕소의 감소를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

[0002] 본 명세서에서 배경에 대한 임의의 참조는 이 같은 기술이 오스트레일리아 또는 다른 나라에서 통상적이고 일반적인 기술을 구성하는 것을 인정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

[0003] 질화 갈륨(GaN) 필름과 같은 금속 함유 필름은 발광 다이오드로부터 자외선 검출기 내지 트랜지스터 장치까지의 장치의 범위에 적용된다.

[0004] 이러한 필름은 통상적으로 분자 빔 에피택시(MBE), 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD) 및 원격 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD 또는 LPCVD)을 포함하는 기술에 의해 생산되어 왔다. RPCVD는 종종 약 1000℃ 내지 1200℃의 성장 온도를 포함하는, MOCVD보다 낮은 온도에서 고품질의 필름을 생산하는데 이용되고 있으며, 이에 의해 장비 비용을 감소시켜 필름 증착을 위한 온도 민감성의 바람직한 기판의 사용을 허용한다.

[0005] RPCVD는 질소와 같은 공급 가스(feed gas)로부터 플라즈마의 발생을 사용하여, 유기 금속 시약과 반응하고 기판 상에 원하는 재료를 증착한다. 이러한 기술에서, 플라즈마 튜브인 플라즈마 발생 구역으로부터 반응 또는 성장 챔버에 공급되는 일관된 수준의 적절한 에너지 활성 가스 종을 유지하는 것이 중요하다.

[0006] 에너지 활성 가스 종이 감소될 수 있는 하나의 경로는 플라즈마가 생성되는 플라즈마 튜브의 벽 위 그리고 또한 잠재적으로 활성 가스 종을 성장 챔버로 운반하는 용기의 벽 위의 표면 재조합을 통해서이다. 이러한 표면 재조합은 예를 들면 질소의 원자 또는 분자의 재조합이며 이는 유기 금속 시약과의 반응에 사용할 수 있는 활성 원자 또는 분자 질소 종의 개수를 감소시킨다.

[0007] 이 때문에 발생되는 특별한 활성 가스 종에 대한 낮은 고유 표면 재조합 특성을 갖는 재료로 플라즈마 튜브를 제조하는 것이 유용할 수 있다. 열분해성 질화 붕소(PBN)는 질소 플라즈마를 생성할 때 이를 위해 유용한 재료이다. 그러나, PBN은 비교적 고가의 재료이고 원하는 사양으로 기계 가공하기가 어렵고 이에 따라 플라즈마 발생기의 제조 비용은 PBN 플라즈마 튜브의 포함에 의해 상당히 상승된다. 또한, 본 발명자는 PBN 튜브 벽의 스퍼터링이 불순물로서 상당한 수준의 붕소를 성장 필름 내로 유입시키는 것에 주목하였다. 이는 특정 장치 목적에 대한 적합성 및 필름의 품질을 감소시키며 이는 이러한 도입의 상당한 단점이 된다.

[0008] 표면 재조합에 의한 활성 종의 손실의 감소를 허용하지만 수용가능한 상업적 수준을 넘어 성장 필름 내로 불순물이 포함되는 것에 기여하지 않는 플라즈마 발생기를 제공하는 것이 유용하다.

[0009] 본 발명의 제 1 양태에 따라, 플라즈마 발생기가 제공되고, 이 플라즈마 발생기는,

(a) 플라즈마 튜브로서, 상기 플라즈마 튜브의 제 1 단부에 형성된 가스 입구 및 상기 플라즈마 튜브의 제 2 단부에 형성된 플라즈마 출구를 갖는, 플라즈마 튜브;

(b) 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역을 규정하고, 상기 구역을 전자기장에 노출시켜 활성 플라즈마 종(active plasma species)을 발생시키도록, 상기 플라즈마 튜브에 인접한 이온화 소스; 및

(c) 상기 플라즈마 튜브의 제 2 구역 내의 상기 플라즈마 튜브의 내부 벽에 라이닝하는 열분해성 붕소 질화물 라이너를 포함하며,

상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 20%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는다.

[0010] 일 실시예에서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 10%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는다.

[0011] 추가 실시예에서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 5% 초과인 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는다.

[0012] 일 실시예에서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 제 1 구역 내로 연장되지 않음으로써 상기 이온화 소스에 인접한 상기 플라즈마 튜브의 내부 표면의 일 부분에 라이닝하지 않는다.

[0013] 일 실시예에서, 상기 플라즈마 튜브의 가스 입구 또는 상기 제 1 단부 근처의 상기 플라즈마 튜브의 일 부분이 상기 플라즈마 튜브의 나머지에 대해 수축된다.

[0014] 적절하게는, 상기 수축은, 상기 플라즈마 튜브의 제 2 구역의 직경에 대해 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역의 적어도 일 부분 및/또는 가스 입구가 직경 이 감소된 구역의 형태로 나타난다.

[0015] 일 실시예에서, 플라즈마 발생기는 필름을 형성하기 위한 장치의 구성요소이다. 상기 장치는 기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름(metal nitride film)을 증착하기 위한 것일 수 있다. 상기 장치는 반응물로서 플라즈마를 이용하는 필름을 형성하기 위한 장치일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 장치는 RPCVD 장치이고 이에 따라 플라즈마 발생기는 RPCVD 플라즈마 발생기일 수 있다.

[0016] 적절하게는, 상기 장치는 그룹 VA 플라즈마 입구, 그룹 IIIA 시약 입구 및 하나 또는 둘 이상의 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더를 포함하는 성장 챔버를 더 포함할 수 있다.

[0017] 일 실시예에서, 상기 발명은 기판 상의 그룹 III 금속 질화물 필름을 증착하기 위한 장치 내에 제공되며, 상기 장치는

(a) 질소 소스로부터 질소 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 발생기로서,

(i) 플라즈마 튜브로서, 상기 플라즈마 튜브의 제 1 단부에 형성된 가스 입구 및 상기 플라즈마 튜브의 제 2 단부에 형성된 플라즈마 출구를 갖는, 플라즈마 튜브;

(ii) 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역을 규정하고, 상기 구역을 전자기장에 노출시켜 활성 플라즈마 종을 발생시키도록, 상기 플라즈마 튜브에 인접한 이온화 소스; 및

(iii) 상기 플라즈마 튜브의 제 2 구역 내에서 상기 플라즈마 튜브의 내부 벽에 인접하게 배치된 열분해성 붕소 질화물 라이너로서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 20%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는, 열분해성 붕소 질화물 라이너를 포함하는 플라즈마 발생기;

(b) 성장 챔버로서, 상기 성장 챔버 내에서, 그룹 III 금속을 포함하는 시약을 상기 질소 플라즈마로부터 얻어진 활성 질소 종과 반응시켜, 상기 기판 상에 그룹 III 금속 질화물을 증착시키는, 성장 챔버; 및

(c) 상기 플라즈마 발생기로부터 상기 성장 챔버 내로 질소 플라즈마의 이동을 용이하게 하기 위한, 상기 성장 챔버 상의 플라즈마 입구를 포함한다.

[0018] 일 실시예에서, 상기 장치는 RPCVD 장치이다.

[0019] 일 실시예에서, 샤워헤드(showerhead)는 상기 RPCVD 장치의 성장 챔버와 상기 플라즈마 발생기 사이에 배치된다.

[0020] 일 실시예에서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 10%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는다.

[0021] 추가 실시예에서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 5%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는다.

[0022] 일 실시예에서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 제 1 구역 내로 연장되지 않음으로써 상기 이온화 소스에 인접한 상기 플라즈마 튜브의 내부 표면의 일 부분에 라이닝하지 않는다. 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 제 1 영역 내로 연장되지 않고, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너와 상기 이온화 소스 사이의 간격은 플라즈마 발생기에 대해 앞에서 설명된 임의의 거리일 수 있다.

[0023] 적절하게는, 상기 유기 금속 시약은 상기 샤워헤드로부터 성장 챔버 내로 방출된다.

[0024] 상기 샤워헤드는 그것의 폭을 통과하는 적어도 하나의 통공을 포함하며, 통하여 상기 플라즈마 튜브의 플라즈마 출구로부터 나온 플라즈마가 상기 통공을 통과하여 상기 성장 챔버로 들어갈 수 있다.

[0025] 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 통공에는 열분해성 붕소 질화물 외장(sheath) 또는 코팅(coating)이 제공된다.

[0026] 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 통공은 복수의 통공이며, 상기 통공의 대부분은 열분해성 붕소 질화물 외장을 구비한다. 일 실시예에서, 실질적으로 모든 통공은 열분해성 붕소 질화물 외장을 구비한다.

[0027] 일 실시예에서, 플라즈마 공동이 상기 샤워헤드의 상부 표면, 상기 플라즈마 발생기의 플라즈마 출구의 반대쪽, 적어도 하나의 측벽 및 상기 플라즈마 발생기의 플라즈마 출구가 관통하여 개방하는 천장에 의해 형성된다.

[0028] 적절하게는, 적어도 상기 샤워헤드의 상부 표면 및 상기 적어도 하나의 측벽이 열분해성 붕소 질화물로 덮인다.

[0029] 일 실시예에서, 상기 플라즈마 공동의 모든 표면은 플라즈마 발생기의 열분해성 붕소 질화물 라이너와 분리되거나 연속될 수 있는 하나 또는 둘 이상의 열분해성 붕소 질화물 라이너가 라이닝된다.

[0030] 본 발명의 제 2 양태에 따라, 플라즈마를 발생시키는 방법이 제공된다.

(a) 플라즈마 발생기를 제공하는 단계로서, 상기 플라즈마 발생기는 제 1 단부에 형성된 가스 입구 및 제 2 단부에 형성된 플라즈마 출구를 갖는 플라즈마 튜브; 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역에 인접한 이온화 소스로서, 상기 구역을 전자기장에 노출시켜 활성 플라즈마 종을 발생시키는 이온화 소스; 및 상기 플라즈마 튜브의 제 2 구역 내에 상기 플라즈마 튜브의 내부 벽에 인접하게 배치된 열분해성 붕소 질화물 라이너를 포함하며, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 20% 초과인 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는, 단계;

(b) 상기 가스 입구를 통하여 공급 가스를 공급하는 단계; 및

(c) 상기 가스를 상기 제 1 구역 내 전자기장에 노출시키는 단계를 포함함으로써, 플라스마를 발생시킨다.

[0031] 플라즈마 발생기의 다양한 구성요소는 제 1 양태의 임의의 실시예에서 설명되는 것일 수 있으며 기판 상의 그룹 III 금속 질화물 필름을 증착하기 위한 장치의 실시예를 포함한다.

[0032] 제 3 양태에서, 본 발명은 제 2 양태의 공정에 의해 이루어진 그룹 III 금속 필름에 제공된다. 상기 필름은 그룹 III 금속 질화 필름일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 필름은 GaN 필름이다.

[0033] 제 4 양태에서, 상기 발명은 반도체 장치의 제 3 양태의 그룹 III 금속 필름의 사용에 제공된다. 상기 필름은 제 3 양태를 위해 설명되는 것일 수 있다.

[0034] 상기 개별 섹션에 인용되는 본 발명의 다양한 특징 및 실시예는 적절하게는 필요한 부분만 약간 수정하여 다른 섹션에 적용한다. 결론적으로, 하나의 섹션에서 특정된 특징은 적절하게는 다른 섹션에서 특정된 특징과 조합될 수 있다. 제 1 양태에 대해 설명된 다양한 장치 구성요소의 압력, 가스 유동 및 성질의 상태는 제 2 양태에 동일하게 적용되고 상기 양태와 충분히 관련하여 인용되는 것으로 고려된다.

[0035] 본 발명의 추가 특징 및 장점은 아래의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

[0036] 본 발명이 용이하게 이해될 수 있고 실제로 유효할 수 있도록, 지금부터 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
[0037] 도 1은 부분 PBN 라이너를 구비한 플라즈마 튜브를 이용할 때 기판 상에 금속 질화물 필름을 증착하기 위한 장치의 일 실시예의 단면 사시도이며;
[0038] 도 2는 도 1의 기판 상에 금속 질화물 필름을 증착하지만 수축된 가스 입구를 이용하는 장치의 단면 사시도이며;
[0039] 도 3은 완전한 PBN 라이너, RF 코일로부터 10 mm 이격된 부분 PBN 라이너 및 RF 코일로부터 20 mm 이격된 부분 PBN 라이너로 생산된 GaN 필름으로 생산된 GaN 필름에서 발견된 불순물로서 붕소의 수준의 SIMS 그래픽 분석이다.

[0040] 본 발명은 RF 코일에 바로 인접한 또는 RF 코일에 의해 둘러싸여진 플라즈마 튜브의 구역 내에 임의의 큰 정도로 있지 않도록 라이너가 배치되는 경우 플라즈마 발생기의 또한 반응 튜브로서 지칭될 수 있는 플라즈마 튜브 내의 PBN 라이너의 낮은 표면 재조합 특성으로부터 여전히 이익을 가지면서 적어도 부분적으로 RPCVD에 의해 성장된 필름 내로 불순물로서 붕소의 바람직하지 않은 결합이 상당히 감소되는 결과를 근거로 한다. PBN 라이너로부터 RF 코일의 하나의 지점까지 증가하는 거리는 붕소 불순물 감소의 면에서 추가 이익이된다.

[0041] 특허 명세서에서, 제 1 및 제 2, 우측 및 좌측, 전방 및 후방, 상부 및 하부 등과 같은 형용사는 형용사에 의해 설명되는 특정 상대 위치 또는 시퀀스를 반드시 요구하지는 않으면서 다른 요소 또는 방법 단계로부터 하나의 요소 또는 방법 단계를 홀로 규정하기 위해 사용된다. 용어 '포함하는(comprises, comprising, includes, including)' 또는 유사 용어는 비 배타적 포함을 의미하는 것으로 의도되어 열거된 요소를 포함하는 방법, 시스템 또는 장치는 상기 요소들을 단독으로 포함하지 않지만 열거되지 않은 다른 요소들을 양호하게 포함할 수 있다.

[0042] 달리 정의되지 않으면, 여기서 사용된 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

[0043] 용어 "플라즈마"는 플라즈마 발생 구역 내의 가스의 이온화에 의해 형성된 종 및 플라즈마 튜브, 플라즈마 공동, 샤워 헤드를 통하여 RPCVD 장치의 반응 또는 성장 챔버 내로 통과하는 것을 논의하지만, 충전 가스 종이 플라즈마 발생 구역으로부터 성장 챔버로의 이러한 이동 동안 주로 구별될 수 있어 이러한 구역에서의 "플라즈마"에 대한 인용은 또한 활성 가스 종을 지칭하는 것으로서 이해될 것이다.

[0044] 본 발명의 제 1 양태에 따라, 플라즈마 발생기가 제공되고, 이 플라즈마 발생기는

(b) 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역을 규정하고, 상기 구역을 전자기장에 노출시켜 활성 플라즈마 종을 발생시키도록, 상기 플라즈마 튜브에 인접한 이온화 소스; 및

[0045] "열분해성 붕소 질화물 라이너가 제 1 영역의 길이의 20%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는다"에 의해, PBN 라이너가 제 2 구역에 주로 존재하지만 제 1 구역 내로 이를 넘어 연장하여서 제한된 연장 구역 만이 이온화 소스에 인접하게 되는 것이 의도된다. 이러한 실시예에서 제 1 구역 내로의 연장 거리는 제 1 구역의 길이의 20%이며(제 1 구역은 이에 바로 인접한 이온화 소소를 갖는 플라즈마 튜브의 부분이 된다) 여기서 길이는 작동시 플라즈마 튜브를 통한 가스/플라즈마 종의 이동 방향으로 측정된다. 전체적으로 이온화 소스는 플라즈마 튜브에 인접하고 제 1 구역의 길이는 RF 코일과 같은 이온화 소스의 길이와 동일할 것이다. 단지 예로서, 가스/플라즈마 종 이동의 방향으로의 제 1 구역의 길이는 5 cm이고 이어서 열분해성 붕소 질화물 라이너는 제 1 구역 내로 연장되지 않음으로써 임의의 10 mm 초과만큼 이온화 소스와 중복되며, 이 거리는 5cm의 20%이다.

[0046] PBN 라이너와 이온화 소스 사이에 중복이 없는 최적 결과가 바람직하지만, 발명자는 에너지 가스 종의 재조합이 상당히 감소될 수 있는 반면 붕소 불순물이 상술된 바와 같이 20% 미만과 같은, 비교적 작은 중복이 존재할 때 관리가능한 수준으로 유지될 수 있다.

[0047] 일 실시예에서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 10%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는다.

[0048] 추가 실시예에서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 5%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는다.

[0049] 일 실시예에서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 제 1 구역 내로 연장되지 않음으로써 상기 이온화 소스에 인접한 상기 플라즈마 튜브의 내부 표면의 일 부분에 라이닝하지 않는다. 이는 PBN 라이너 및 이온화 소스가 중복되지 않거나 다른 방식으로 놓이고, PBN 라이너와 이온화 소스 사이의 간격이 유지된다는 점에서 바람직한 실시예이다.

[0050] 이온화에 인접하는 플라즈마 튜브의 내부 표면에 라이닝하지 않는 PBN 라이너에 대한 참조는 PBN 라이너 및 RF 코일이 어떠한 점에서도 또한 플라즈마 튜브를 통하여 가스/플라즈마의 이동 방향으로서 정의될 수 있는 플라즈마 튜브의 길이의 축선을 따라 중복되지 않는 것을 의미한다.

[0051] 일 실시예에서, 열분해성 붕소 질화물 라이너는 이온화 소스의 하단부로부터 0 mm 초과 대략 100 mm까지의 거리에서 시작한다. 이온화 소스의 하단부는 PBN 라이너에 가장 근접한 이온화 소스의 지점 또는 표면으로서 정의될 수 있다. 예를 들면, 이온화 소스가 RF 코일이면, 이러한 소스로부터 PBN 라이너가 시작하는 거리는 PBN 라이너에 가장 근접하게 되는 최하 코일의 하부로부터 측정된다. 대안적으로, 동일한 효과가 달성되지만, 이온화 소스의 하단부는 이동하는 가스 또는 플라즈마가 작동 중 플라즈마 튜브를 나오기 전에 이동 방향으로 지나가는 이온화 소스의 마지막 지점의 수준으로서 정의될 수 있다. 아래 문단에서 인용되는 간격은 작동 중 플라즈마가 이의 이동방향으로 마주하는 PBN 라이너의 제 1 지점과 이러한 지점 사이의 거리에 관련한다.

[0052] 일 실시예에서, 열분해성 붕소 질화물 라이너는 제 1 구역 내로 연장되지 않고 열분해성 붕소 질화물 라이너와 이온화 소스 사이의 간격은 0 mm 초과 내지 대략 100 mm이다. 바람직하게는, 열분해성 붕소 질화물 라이너와 이온화 소스 사이의 간격은 약 5 내지 약 100 m이다. 일 실시예에서, 열분해성 붕소 질화물 라이너와 이온화 소스 사이의 간격은 약 10 내지 75 mm이다. 추가 실시예에서, 열분해성 붕소 질화물 라이너와 이온화 소스 사이의 간격은 약 15 내지 50 mm이다. 또 다른 추가 실시예에서, 열분해성 붕소 질화물 라이너와 이온화 소스 사이의 간격은 약 20 내지 약 30 mm이다. 이러한 범위는 0 mm 초과 내지 100 mm, 0 mm 초과 내지 90 mm, 0 mm 초과 내지 80 mm, 0 mm 초과 내지 70 mm, 0 mm 초과 내지 60 mm, 0 mm 초과 내지 50 mm, 0 mm 초과 내지 40 mm, 및 0 mm 초과 내지 30 mm, 1 내지 100 mm, 1 내지 90 mm, 1 내지 80 mm, 1 내지 70 mm, 1 내지 60 mm, 1 내지 50 mm, 1 내지 40 mm, 및 1 내지 30 mm, 2 내지 100 mm, 2 내지 90 mm, 2 내지 80 mm, 2 내지 70 mm, 2 내지 60 mm, 2 내지 50 mm, 2 내지 40 mm, 및 2 내지 30 mm, 5 내지 100 mm, 5 내지 90 mm, 5 내지 80 mm, 5 내지 70 mm, 5 내지 60 mm, 5 내지 50 mm, 5 내지 40 mm, 5 내지 30 mm, 10 내지 100 mm, 10 내지 90 mm, 10 내지 80 mm, 10 내지 70 mm, 10 내지 60 mm, 10 내지 50 mm, 10 내지 40 mm 및 10 내지 30 mm, 20 내지 100 mm, 20 내지 90 mm, 20 내지 80 mm, 20 내지 70 mm, 20 내지 60 mm, 20 내지 50 mm, 20 내지 40 mm 및 20 내지 30 mm, 30 내지 100 mm, 30 내지 90 mm, 30 내지 80 mm, 30 내지 70 mm 및 30 내지 60 mm, 40 내지 100 mm, 40 내지 90 mm, 40 내지 80 mm, 40 내지 70 mm 및 40 내지 60 mm 뿐만 아니라 약 10 mm, 20 mm, 30, mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, 90 mm 및 100 mm의 개별 값으로 이루어지는 그룹을 포함할 수 있고 이 그룹으로부터 선택될 수 있다.

[0053] PBN 라이너는 실질적으로 플라즈마 출구에 인접하도록 또는 그 사이의 임의의 지점에서 종료하도록 상술된 지점으로부터 연장할 수 있다.

[0054] 본원의 발명자는 상술된 바와 같이 이온화 소스의 하단부와 PBN 라이너의 시작부 사이의 분리의 지속은 에너지 종의 재조합시 상당히 유용한 감소를 제공하면서 성장 필름 내로 통합되는 붕소의 수준을 상당히 낮춘다는 점을 발견하였다. 어떠한 특별한 이론에도 구속되지 않으면서, PBN 라이너로부터 붕소 원자의 배출이 활성 질소 플라즈마 종과 같은 활성 플라즈마 종과의 접촉시 스퍼터링 또는 에칭에 의해 발생한다고 생각되지만, 이러한 스퍼터링 또는 에칭의 크기가 이온화 소스에 의해 포함되는 플라즈마 형성 구역에서 바로 상당히 증가한다. 이에 따라, 이러한 구역으로부터 이격된 PBN 라이너의 하강 또는 PBN 라이너 더 위에 배치될 이온화 소스의 실제 상승은 라이너로부터 배출되는 붕소가 적어지는 것을 초래한다. 이온화 소스에 의해 포함되는 플라즈마의 구역에 대해 분리된 PBN 라이너의 위치는 당 기술분야에서의 이해를 기초로 하여 플라즈마 튜브의 비-PBN 라이너 부분 상에서 발생하는 활성 질소 종의 표면 재조합의 개수에서의 증가에 의해 필름 품질을 저하시킬 것으로 예상되고 있지만 놀랍게도 고 품질의 필름이 여전히 전체 플라즈마 튜브를 덮거나 적어도 이온화 소스에 인접하게 존재하는, 즉 활성 플라즈마 종에서의 어떠한 손실도 보상하기 위한 가스 유량 또는 이온화 소스 파워를 증가할 필요 없이 PBN 라이너를 구비한 것과 동일한 공정 상태 하에서 형성될 수 있다. 여기서 "부분 PBN 라이너"에 대한 인용은 라이너와 이온화 소스 사이의 이 같은 분리가 사용되는 배열체를 인용하는 것으로 이해될 것이다.

[0055] 바람직하게는, 열분해성 붕소 질화물 라이너는 제거가능한 라이너이다. 라이너를 제거하고 새로운 PBN 라이너를 대신하기 위한 능력은 작동시 상당한 장점을 갖는다. 첫번째, 상기 프로세스 작동이 비교를 위한 라이너의 사용 없이 또는 실질적으로 붕소가 없는 필름이 바람직한 경우 사용될 수 있는 유연성을 제공한다. 두번째, 존재하는 PBN 라이너가 마모되거나 손상될 때, PBN 라이너는 최소한의 중단 시간으로 용이하게 교체되고 PBN이 영구적인 코팅이었던 경우 요구되는 것과 같이 전체 플라즈마 튜브를 교체하는 비용을 회피한다.

[0056] 적절하게는, 열분해성 붕소 질화물 라이너는 0.6 mm 내지 1.3 mm 범위의 두께를 갖는다. 바람직하게는, 열분해성 붕소 질화물 라이너는 0.7 mm 내지 1.1 mm 범위의 두께이다. 더욱 바람직하게는, 열분해성 붕소 질화물 라이너는 0.75 mm 내지 0.9 mm, 예를 들면, 약 0.8 mm 범위의 두께를 갖는다.

[0057] 이러한 범위는 0.6 mm 내지 1.2 mm, 0.6 내지 1.1 mm, 0.6 내지 1.0 mm, 0.6 mm 내지 0.9 mm 및 0.6 내지 0.8 mm, 0.7 mm 내지 1.2 mm, 0.7 내지 1.1 mm, 0.7 내지 1.0 mm, 0.7 mm 내지 0.9 mm 및 0.7 내지 0.85 mm 뿐만 아니라 약 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.1 mm, 1.2 mm 및 1.3 mm의 개별 값을 포함한다.

[0058] 특정 실시예에서, 플라즈마 튜브는 질화 알루미늄, 석영 및 알루미나로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성된다. 이러한 재료는 또한 PBN 라이너가 맞닿아 놓이는 플라즈마 튜브의 제 1 구역의 내부 표면을 형성한다. 이는 여기서 제 1 구역으로서 인용되는 이온화 소스에 인접한 플라즈마 튜브의 구역은 PBN이 아닌 이러한 재료로 형성되는 내부 표면을 가지게 되고 이에 따라 플라즈마가 내부 표면과 충돌할 때 이러한 재료 중 하나와 충돌하게 되는 것을 의미한다. 이의 내부 벽(들)/표면에 인접하게 배치된 PBN 라이너를 가지는 플라즈마 튜브의 구역이 되는 플라즈마 튜브의 제 2 구역에서, 플라즈마 튜브의 내부 표면과 충돌할 때, 플라즈마 활성 종이 PBN과 충돌하고 이에 의해 표면 재조합의 발생 정도를 감소시켜 이에 따라 활성 플라즈마 종의 손실을 감소시킨다.

[0059] 바람직한 실시예에서, 이온화 소스는 무선 주파수(RF) 소스이고 마이크로파 소스이다.

[0060] 바람직하게는, 이온화 소스는 RF 코일의 형태이다. 다른 이온화 소스가 당업자에게 공지될 것이지만, 여기서 추가 참조, 및 특히 도면 및 예와 관련하여 이온화 소스로서 RF 코일이 될 것이다. 본원의 기술을 고려하여 당업자는 단지 다른 이온화 소스를 포함하는 표준 수정을 하여 본 발명에 적용할 수 있다.

[0061] 일 실시예에서, 상기 플라즈마 발생기는 RPCVD 플라즈마 발생기이다. RPCVD는 다른 성장 공정에서 필요한 것과 상당히 상이하고 플라즈마 발생 공정에 영향을 미칠 수 있는 성장 상태를 요구한다. 예를 들면, MBE 성장 상태는 특히 성장 압력 및 가스 유동의 면에서 RPCVD의 성장 상태와 매우 상이하다. MBE 성장은 매우 낮은 성장 압력(1E 내지 4 Torr 미만)에서 수행되고 상대적으로 낮은 플라즈마 가스 유동(~몇 sccm)을 사용하는 반면, RPCVD는 매우 높은 압력(~몇 Torr)에서 작동하고 매우 더 많은 가스 유동(몇 백 내지 몇 천 sccm)을 사용한다. 이러한 차이 때문에, RPCVD 성장 공정, 챔버 부품, 플라즈마 발생 및 이의 전달은 MBE와 직접 비교될 수 없다.

[0062] 일 실시예에서, 상기 발명은 기판 상의 그룹 III 금속 질화물 필름을 증착하기 위한 장치 내에 제공되며, 상기 장치는

(iii) 상기 플라즈마 튜브의 제 2 구역 내에서 상기 플라즈마 튜브의 내부 벽에 인접하게 배치된 열분해성 붕소 질화물 라이너로서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 20%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는, 열분해성 붕소 질화물 라이너를 포함하며,

[0063] 일 실시예에서, 상기 장치는 RPCVD 장치이다.

[0064] 적절하게는, 성장 챔버는 그룹 VA 플라즈마 입구, 그룹 IIIA 시약 입구 및 하나 또는 둘 이상의 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더를 포함한다. 바람직하게는, 가스는 질소이고 따라서 그룹 VA 플라즈마는 활성 질소 종을 포함하는 질소 플라즈마이다. 적절하게는, 플라즈마 튜브 가스 입구는 질소 가스 입구이고 플라즈마 출구는 질소 플라즈마 출구이다.

[0065] 적절하게는, 그룹 IIIA 시약은 그룹 IIIA 유기 금속 시약이다. 본 발명의 장치 및 방법이 이용될 수 있는 시약 및 이에 따른 필름의 성질이 특별히 제한되지 않는다. 비록 여기서 논의된 실시예는 일반적으로 질소 플라즈마, 시약으로서 유기 금속물(전형적으로 트리메틸갈륨 또는 트리에틸갈륨과 같은 유기 금속물을 포함하는 갈륨)이 이용되지만, 본 발명의 용도는 이와 같이 제한되지 않는다.

[0066] 가스 유동 및 플라즈마에 대한 본 명세서에서의 추가 인용은 질소를 인용하고 유기 금속 시약에 대한 인용은 트리메틸갈륨(TMG) 또는 크리에틸갈륨(TEG)이 될 것이며 이에 의해 GAN 필름을 초래한다.

[0067] 일 실시예에서, 성장 챔버 내에서의 성장 압력은 약 1 내지 약 10 Torr, 바람직하게는 약 1.5 내지 약 6 Torr, 더 바람직하게는 약 2 내지 약 5 Torr, 예를 들면, 약 2.5, 3.0, 3.5, 또는 4.0 Torr이다.

[0068] 제시되는 범위는 1 내지 9 Torr, 1 내지 8 Torr, 1 내지 7 Torr, 1 to 내지 6 Torr, 1 to 내지 5 Torr 및 1 내지 4 Torr, 2 내지 9 Torr, 2 내지 8 Torr, 2 내지 7 Torr, 2 내지 6 Torr, 2 내지 5 Torr 및 2 내지 4 Torr를 포함한다.

[0069] 플라즈마로 변환될 가스 입구를 통한 가스의 유량은 증가하는 증착 영역 또는 증가하는 개수의 기판에 따라 증가할 것이다. 적절하고 예시적인 유량은 약 50 sccm 내지 약 5000 sccm, 바람직하게는 약 500 sccm 내지 약 4000 sccm, 더 바람직하게는 약 1000 sccm 내지 약 3000 sccm, 예를 들면 약 2500 sccm일 것이다. 그러나, 요구되는 정확한 유량은 성장 챔버의 크기, 증착 면적의 크기 및 필름 성장이 수행되는 기판 웨이퍼의 개수와 같은 인자들의 개수에 종속할 것이라는 점이 당업자에 의해 인정될 것이다. 예를 들면, 유사한 챔버 구성(즉, 챔버 높이, 기하학적 형상, 등)을 추정하면, 성장 영역 또는 웨이퍼의 개수가 두배가 되면 유동은 또한 고정된 성장 속도 및 유사한 필름 성능을 위해 대략 두 배가 되어야 한다. 위에서 설명된 유동 범위는 예를 들면 필름 증착이 발생하는 7개의 2인치 웨이퍼를 채용하는 장치에 적합할 것이다.

[0070] 도 1은 부분 PBN 라이너를 구비한 플라즈마 튜브를 이용할 때 기판 상에 금속 질화물 필름을 증착하기 위한 장치의 일 실시예의 단면 사시도이다.

[0071] 장치(100)는 RPCVD 장치이고 플라즈마 발생기(200), 샤워헤드(300), 플라즈마 공동(400) 및 성장 챔버(500)를 포함한다. 플라즈마 발생기(200)는 도시된 실시예에서 원통형인 플라즈마 튜브(205)를 포함한다. 플라즈마 튜브(205)는 바람직하게는 석영 및 알루미나가 또한 적절하지만 질화알루미늄으로 구성된다. 플라즈마 튜브(205)는 제 2 구역으로서 본원에서 인용된 내부 표면의 일 부분에 인접하게 PBN 라이너(210)를 갖는다. 플라즈마 튜브는 그 안으로 가스 입구(215)가 개방되는 제 1 단부를 형성하는 상부 크기로 덮인다. 비록 도면에 도시되지 않았지만, 가스 입구(215)는 질소 공급원과 같은 가스 공급원에 연결될 것이다. 플라즈마 튜브(205)의 하부 크기 또는 제 2 단부에서, 도시된 실시예에서, 단순하게 플라즈마 튜브(205)의 개방 단부인 플라즈마 출구(220)가 있지만 배출하는 플라즈마 종에 집중하고 제어하기 위한 수축된 구역 또는 부분 필터와 같은 다수의 형태를 취할 수 있다. 이 같은 플라즈마 출구 설계가 당업계에서 공지되어 있다. 제 1 구역으로서 여기서 인용된, 플라즈마 튜브(205)의 일 부분은 바로 인접하거나 RF 코일(225)에 의해 둘러싸여서 전자기장으로 상기 구역을 노출하고 플라즈마 발생 존을 형성한다. PBN 라이너(210)가 제 1 구역 내로 연장되지 않음으로써 수직하게 정렬하거나 바로 인접한 RF 코일(225)인 플라즈마 튜브(205)의 내부 표면의 일 부분을 라이닝하지 않는다는 것이 인정될 것이다. 즉, RF 코일(225)의 하단부(230)와 PBN 라이너(210)의 시작부 사이의 수직 공간 분리가 있다. 붕소의 함유가 감소된 우수한 품질의 필름 제조의 여기서 논의된 장점을 제공하는 것이 바로 이러한 두 개의 구성요소의 분리, 및 이러한 두 개의 상대적 위치 또는 지점이다. 모든 경우에서 상기 분리가 수직 분리가 아닐 수 있으며, 즉 플라즈마 튜브가 정확한 장치 내에 수평 방향으로 놓일 수 있지만 분리의 원리가 유지되는 것이 인정될 것이다.

[0072] 샤워헤드(300)는 일련의 통공이 제공되는 상부 표면(305)을 갖는다. 성장 챔버(500)에 유입하도록 플라즈마 공동을 통하여 플라즈마 출구(220)로부터 활성 질소 플라즈마의 이동을 허용하는 복수의 플라즈마 장치(310)가 도시된다.

[0073] 일 실시예에서, 플라즈마 통공(310)에는 열분해성 붕소 질화물 외장 또는 코팅이 제공된다. 바람직하게는, 대부분, 더욱 바람직하게는 실질적으로 모두의 플라즈마 통공(310)은 열분해성 붕소 질화물 외장을 구비한다. 이러한 PBN 외장은 샤워헤드(300)를 통한 통과 동안 발생하는 활성 질소 원자의 표면 재조합의 개수를 감소시키는 것을 보조한다.

[0074] 샤워헤드(300)에는 이의 내부 내에 유기 금속 전달 채널(315)이 제공된다. 이러한 챔버(315)는 샤워헤드(300)의 하부에 형성된 복수의 지점에서 트리메틸갈륨(TMG) 또는 트리에틸갈륨(TEG)의 내부 전달을 위한 성장 챔버(500) 내로 개방한다. 부가 통공(320)은 샤워헤드(300)의 상부 표면에 형성되고 그 크기로 통과한다. 상부 플라즈마 공동(410) 천장 상의 관측 포트와의 이러한 조합은 온도를 모니터링하기 위한 고온계 또는 필름 두께를 모니터링하기 위한 필름메트릭스(filmmetrics)와 같은 인-시츄 분석 장비의 작동을 샤워 헤드(300)를 통하여 성장 챔버(500) 내로 허용한다.

[0075] 일 실시예에서, 사용 중인 활성 가스 종을 포함하는 플라즈마 공동(400)이 상기 샤워헤드(300)의 상부 표면, 상기 플라즈마 발생기의 플라즈마 출구의 반대쪽, 적어도 하나의 측벽(405) 및 상기 플라즈마 발생기(200)의 플라즈마 출구(220)가 개방하는 천장(410)에 의해 형성된다. 적절하게는, 상기 샤워헤드(300)의 적어도 상부 표면(305) 및 상기 적어도 하나의 측벽(405)이 열분해성 붕소 질화물로 덮인다. 일 실시예에서, 상기 플라즈마 공동(400)의 모든 표면은 플라즈마 발생기(200)의 PBN 라이너(210)와 분리되거나 연속될 수 있는 알루미늄 또는 PBN으로 코팅되거나 덮인다. 알루미늄 및 PBN에 부가하여, 활성 플라즈마 종의 표면 재조합을 감소시키는 능력은 또한 위에서 언급된 표면을 코팅하거나 덮기 위해 선택될 수 있다.

[0076] 성장 챔버(500)는 당업계에서 널리 알려진 표준 설계이다. 다수의 기판(510)이 배치되는 기판 홀더(505)를 포함한다. 기판 홀더(505)는 턴테이블 설계일 수 있고 증착 공정을 통하여 고속으로 회전될 수 있다. 폐기물은 출구(도면에 도시안됨)를 통해 제거된다.

[0077] 도 2는 도 1의 기판 상에 금속 질화물 필름을 증착하지만 수축된 가스 입구(215) 또는 이의 연장부를 이용하는 장치의 단면 사시도이다. 도 2의 실시예는 하나의 부가 구성요소를 갖고 도 1의 실시예와 실질적으로 유사하고 따라서 관련 부분만이 아래에서 논의된다. 그러나, 도 1과 관련하여 이루어진 모든 코멘트가 도 2에 동일하게 인용된다.

[0078] 도시된 실시예에서, 상기 플라즈마 튜브의 가스 입구(215) 또는 상기 제 1 단부 근처의 상기 플라즈마 튜브(205)의 일 부분이 상기 플라즈마 튜브(205)의 나머지에 대해 수축된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 삽입 부재(600)가 플라즈마 튜브(205)의 상부 크기에 배치되고, 사용 중 가스 입구(215)와 정렬되는 이의 크기를 통하여 통공(605)이 제공된다. 이는 플라즈마 발생을 위해 RF 코일(225)에 인접한 프라즈마 튜브(205)의 제 1 구역 내로 도입되는 제한된 가스 유동을 초래할 것이다. 유동 통로 상에 가해진 기하학적 형상 및 가스의 속도에 의해, 가스는 플라즈마 튜브(205)의 벽과의 최소 마찰을 가지고 플라즈마 튜브(205)의 제 1 구역을 통과할 것이다. 이러한 메커니즘을 줄이기 위해 PBN 라이너가 이용되지 않는, 제 1 구역에서 플라즈마 튜브(205)의 벽과의 재조합에 의해 활성 질소 원자의 임의의 손실이 표면 충돌이 발생하는 것을 방지하기 위한 유동 제어에 의해 상당히 최소화된다. 감소된 표면 충돌은 또한 PBN 라이너에서의 붕소 스퍼터링 효과를 감소시킬 수 있고 이에 의해 이러한 제한된 기하학적 형상을 사용하여 성장된 GaN 필름 내의 붕소 불순물에서의 감소를 초래할 것이다. 이에 따라, 제 1 단부의 수축은 최적 결과를 발생시키기 위해 여기서 설명된 부분 PBN 라이너와 협동하여 작업할 수 있는 메커니즘이다.

[0079] 논의된 바와 같이, 적절하게는, 상기 수축은, 상기 플라즈마 튜브(205)의 제 2 구역의 직경에 대해 상기 플라즈마 튜브(205) 또는 가스 입구(215)가 직경이 감소된 구역의 형태로 나타난다. 그러나, 제 2 구역에서 이의 허용된 유동 성능에 대해 플라즈마 발생 존을 통한 가스 유동을 제한하는 임의의 수단이 동일한 효과를 달성할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

[0080] 본 발명의 제 2 양태에 따라, 플라즈마를 발생시키는 방법이 제공된다.

(a) 플라즈마 발생기를 제공하는 단계로서, 상기 플라즈마 발생기는 플라즈마 튜브로서, 상기 플라즈마 튜브의 제 1 단부에 형성된 가스 입구 및 상기 플라즈마 튜브의 제 2 단부에 형성된 플라즈마 출구를 갖는, 플라즈마 튜브; 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역에 인접한 이온화 소스로서, 상기 구역을 전자기장에 노출시켜 활성 플라즈마 종을 발생시키는 이온화 소스; 및 상기 플라즈마 튜브의 제 2 구역 내에 상기 플라즈마 튜브의 내부 벽에 인접하게 배치된 열분해성 붕소 질화물 라이너를 포함하며, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 20%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는, 단계;

(b) 공급 가스를 상기 가스 입구를 통하여 공급하는 단계; 및

(c) 상기 가스를 상기 제 1 구역 내 전자기장에 노출시키는 단계를 포함함으로써,

플라즈마를 발생한다.

[0081] 일 실시예에서, 가스는 질소, 수소, 암모니아, 헬륨 또는 임의의 불활성 가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다. 바람직하게는, 가스는 질소이다.

[0082] 상기 방법은 도 1 및 도 2의 제 1 양태와 관련하여 설명된 바와 같은 플라즈마 발생기를 사용하여 수행된다. 이에 따라, 제 1 양태에 대해 제시된 공정 상태 및 장치 및 플라즈마 발생기 구성요소 모두가 제 2 양태에 양호하고 균일하게 적용되고 설명된 바와 같이 전체가 동일하게 취해진다.

실험

일반

[0083] 아래 실험에서 RPCVD 상태 하에서 GaN 필름을 성장시키기 위해 3개의 상이한 PBN 라이너 배열체가 적용되었다. 정확하게 동일한 공정 조건이 각각의 경우 사용되었으며 따라서 단지 변수는 PBN 라이너의 위치 설정 및 상대적 길이이다.

공정 조건

[0084] RPCVD 필름은 1600 sccm 수소의 유기 금속 주입기 유동으로 3.5 Torr에서 성장되었다. 트리에틸갈륨(TEG)은 120 sccm의 유동에서 유기기 금속 시약으로서 사용되었다. 플라즈마 질소 유동은 2500 sccm이었다. 플라즈마는 13.56 MHz에서 작동하는 2.0 kW RF 소스를 사용하여 발생되었다. 상기 성장은 플라즈마 소스와 웨이퍼 사이의 임의의 샤워헤드 없이 수행되었다. 결과적인 성장 속도는 0.6 μm/hour이었다.

[0085] 실험 실행을 위해, 하나의 실험은 AIN 플라즈마 튜브(도 3에서 실행(run) "959 붕소'로 표시됨)의 전체 길이를 덮는 완전 표준 PBN 라이너를 사용하여 수행되었다. RF 코일의 상부측 또는 하단부와 PBN 라이너의 상부 또는 시작부 사이의 거리를 갖는 부분 PBN 라이너를 이용하는 추가 실험은 10 mm에서 설정된다(도 3에서 실행 '1050 붕소'로 표시됨). 마지막으로, 실험은 또한 하부 크기가 20 mm로 설정되는 가장 가까운 PBN 라이너의 지점과 RF 코일의 하부 크기 사이의 거리를 갖는 부분 PBN 라이너를 사용하여 수행되었다. 이는 실행 1050 에서 RF 코일을 취하고 PBN 라이너에 대해 이를 10 mm 더 상승시킴으로써 달성되었다. 이러한 실험 실행은 도 3에서 '1052 붕소'로 표시되었다.

결과

[0086] 도 3은 전술된 바와 같이 RF 코일의 단부에 대해 PBN 길이 및 상대 위치의 면에서 3개의 실험 상태에 의해 생산된 GaN 필름에서 발견된 불순물로서의 붕소의 수준의 SIMS 그래픽 분석이다. 본 발명의 장치 및 방법을 사용하여, 즉 부분 PBN 라이너로부터 증가하는 공간을 가지고 이격된 RF 코일의 하단부에서 성장된 GAN 필름에서의 붕소 원자의 농도가 정확히 동일하지만 플라즈마 튜브의 내부 표면의 모두를 덮는 완전한 PBN 라이너를 갖는 상태하에서 성장된 GaN 필름에서 발견된 것보다 상당히 적다는 것을 확실히 알 수 있다.

[0087] 구체적으로, 완전한 PBN 라이너를 사용하는 실행(0.5 μm 깊이에서, 도 3에서 최상 라인)은 다른 두 개의 실행보다 상당히 더 큰 수준의 붕소 불순물을 포함하는 GaN 필름을 초래하였다. 불순물 수준에서의 이러한 차이는 필름 품질에 붕소가 감소된 바람직한 결과의 영향을 미칠 것이다. 실행 1052는 10 mm 간격을 가지는 실행 1050에 대한 최종 필름에서 불순물로서 붕소의 수준을 PBN 라이너와 RF 코일 샤워 헤드 사이에 20 mm 간격을 이용한다. 따라서, 지점까지, 라이너와 코일 사이의 간격을 증가시키는 것이 바람직하다. 부분 PBN 라이너(실행 1050 및 1052)를 이용하는 필름들 모두는 이외에 고품질이고 전형적인 GaN 필름 적용에서 사용하기에 적절하였다.

[0088] 이러한 SMS 분석은 이온화 소스로부터 PBN 라이너의 분리가, 앞에서 설명되고 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 성장된 필름 내로 포함되는 붕소의 수준에서의 놀라운 수준의 감소를 위해 제공된다. 붕소 불순물이 필름 품질 및 이에 따라 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에, 이러한 수준의 제어는 매우 높은 품질의 필름에 대해 매우 바람직하다.

[0089] 본 발명의 다양한 실시예의 설명은 당업자에 대한 설명의 목적을 위해 제공된다. 본 발명을 완전한 것으로 의도하거나 단일의 개시된 실시예로 제한하는 것으로 의도하지 않는다. 상술된 바와 같이, 본 발명에 대한 다양한 대안예 및 변형예는 상기 사상의 당업자에게 명백할 것이다. 본 특허 명세서는 본 발명의 모든 대안예, 수정예 및 변형예를 수용하는 것이 의도된다.

Claims

(a) 플라즈마 튜브로서, 상기 플라즈마 튜브의 제 1 단부에 형성된 가스 입구 및 상기 플라즈마 튜브의 제 2 단부에 형성된 플라즈마 출구를 갖는, 플라즈마 튜브;
(b) 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역에 인접한 이온화 소스로서, 상기 구역을 전자기장에 노출시켜 활성 플라즈마 종(active plasma species)을 발생시키는 이온화 소스; 및
(c) 상기 플라즈마 튜브의 제 2 구역 내의 상기 플라즈마 튜브의 내부 벽에 라이닝하는 열분해성 붕소 질화물 라이너를 포함하며,
상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 20%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되는 않는,
플라즈마 발생기.
제 1 항에 있어서,
상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 10%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는,
플라즈마 발생기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 5%를 초과하는 거리 이상으로 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않는,
플라즈마 발생기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않음으로써 상기 이온화 소스에 인접한 상기 플라즈마 튜브의 내부 표면의 일 부분에 라이닝하지 않는,
플라즈마 발생기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 0 mm 초과 내지 약 100 mm의 거리 만큼 이온화 소스로부터 이격된,
플라즈마 발생기.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간격은 약 2 mm 내지 약 80 mm인,
플라즈마 발생기.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간격은 약 5 mm 내지 약 60 mm인,
플라즈마 발생기.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 제거가능한 라이너인,
플라즈마 발생기.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온화 소스는 RF 코일의 형태인,
플라즈마 발생기.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기는 RPCVD 플라즈마 발생기인,
플라즈마 발생기.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 입구는 질소 입구인,
플라즈마 발생기.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 튜브의 가스 입구 또는 상기 제 1 단부 근처의 상기 플라즈마 튜브의 일 부분이 상기 플라즈마 튜브의 나머지에 대해 수축되는,
플라즈마 발생기.
제 12 항에 있어서,
상기 수축은, 상기 플라즈마 튜브의 상기 제 2 구역의 직경에 대해 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역의 적어도 일 부분 및/또는 가스 입구가 직경이 감소된 구역의 형태로 나타나는,
플라즈마 발생기.
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름(metal nitride film)을 증착하기 위한 장치로서,
(a) 질소 소스로부터 질소 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 발생기로서, (i) 플라즈마 튜브로서, 상기 플라즈마 튜브의 제 1 단부에 형성된 가스 입구 및 상기 플라즈마 튜브의 제 2 단부에 형성된 플라즈마 출구를 갖는, 플라즈마 튜브;
(ii) 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역을 규정하고, 상기 구역을 전자기장에 노출시켜 활성 플라즈마 종을 발생키도록, 상기 플라즈마 튜브에 인접한 이온화 소스; 및
(iii) 상기 플라즈마 튜브의 제 2 구역 내에서 상기 플라즈마 튜브의 내부 벽에 인접하게 위치된 열분해성 붕소 질화물 라이너로서, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 20%를 초과하는 거리 이상으로 제 1 구역 내로 연장되지 않는, 열분해성 붕소 질화물 라이너;
를 포함하는 플라즈마 발생기;
(b) 성장 챔버로서, 상기 성장 챔버 내에서, 그룹 III 금속을 포함하는 시약을 상기 질소 플라즈마로부터 얻어진 활성 질소 종과 반응시켜, 상기 기판 상에 그룹 III 금속 질화물을 증착시키는, 성장 챔버; 및
(c) 상기 플라즈마 발생기로부터 상기 성장 챔버 내로 질소 플라즈마의 이동을 용이하게 하기 위한, 상기 성장 챔버 상의 플라즈마 입구를 포함하는,
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 장치는 RPCVD 장치인,
기판상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역 내로 연장되지 않음으로써, 상기 이온화 소스에 인접한 상기 플라즈마 튜브의 내부 표면의 일 부분에 라이닝하지 않는,
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에서 설명된 것인,
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기와 상기 성장 챔버 사이에 배치되는 샤워헤드(showerhead)를 더 포함하는,
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 샤워헤드는 그것의 폭을 통과하는 적어도 하나의 통공을 포함하며, 상기 플라즈마 튜브의 플라즈마 출구로부터 나온 플라즈마가 상기 통공을 통과하여 상기 성장 챔버로 들어갈 수 있는,
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 통공에는 열분해성 붕소 질화물 외장(sheath) 또는 코팅(coating)이 제공되는,
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 통공은 복수의 통공이며, 상기 통공의 대부분은 열분해성 붕소 질화물 외장을 구비하는,
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤워헤드의 상부 표면, 상기 플라즈마 발생기의 플라즈마 출구의 반대쪽, 적어도 하나의 측벽 및 상기 플라즈마 발생기의 플라즈마 출구가 관통하는 천장에 의해 규정되는 플라즈마 공동을 더 포함하는,
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
제 22 항에 있어서,
적어도 상기 샤워헤드의 상부 표면 및 상기 적어도 하나의 측벽이 열분해성 붕소 질화물로 라이닝되는,
기판 상에 그룹 III 금속 질화 필름을 증착하기 위한 장치.
(a) 플라즈마 발생기를 제공하는 단계로서, 상기 플라즈마 발생기는, 제 1 단부에 형성된 가스 입구 및 제 2 단부에 형성된 플라즈마 출구를 갖는 플라즈마 튜브; 상기 플라즈마 튜브의 제 1 구역에 인접한 이온화 소스로서, 상기 구역을 전자기장에 노출시켜 활성 플라즈마 종을 발생시키는 이온화 소스; 및 상기 플라즈마 튜브의 제 2 구역 내에 상기 플라즈마 튜브의 내부 벽에 인접하게 위치된 열분해성 붕소 질화물 라이너를 포함하며, 상기 열분해성 붕소 질화물 라이너는 상기 제 1 구역의 길이의 20%를 초과하는 거리 이상으로 제 1 구역 내로 연장되지 않는, 단계;
(b) 상기 가스 입구를 통하여 공급 가스(feed gas)를 공급하는 단계; 및
(c) 상기 가스를 상기 제 1 구역 내 전자기장에 노출시키는 단계를 포함함으로써, 플라즈마를 발생시키는,
플라즈마 발생 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 성장 챔버 내에서 상기 성장 압력은 약 1 내지 약 10 Torr인,
플라즈마 발생 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
수행될 때, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 플라즈마 발생기 또는 제 14 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항의 장치를 사용하는,
플라즈마 발생 방법.