KR20230066337A - N형 도핑된 탄화규소의 cvd 증착 방법 및 에피택셜 반응기 - Google Patents

N형 도핑된 탄화규소의 cvd 증착 방법 및 에피택셜 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR20230066337A
KR20230066337A KR1020237007637A KR20237007637A KR20230066337A KR 20230066337 A KR20230066337 A KR 20230066337A KR 1020237007637 A KR1020237007637 A KR 1020237007637A KR 20237007637 A KR20237007637 A KR 20237007637A KR 20230066337 A KR20230066337 A KR 20230066337A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction chamber
gas
gas mixture
silicon carbide
substrate
Prior art date
Application number
KR1020237007637A
Other languages
English (en)
Inventor
실비오 프레티
지안루카 시비디니
Original Assignee
엘피이 에스피에이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘피이 에스피에이 filed Critical 엘피이 에스피에이
Publication of KR20230066337A publication Critical patent/KR20230066337A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32—Carbides
    • C23C16/325—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
    • C23C16/45504—Laminar flow
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45587—Mechanical means for changing the gas flow
    • C23C16/45591—Fixed means, e.g. wings, baffles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/183—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being provided with a buffer layer, e.g. a lattice matching layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02447—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02529—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02576—N-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

CVD 유형 공정을 사용하여 반응 챔버 내부의 회전 서셉터(rotating susceptor) 상에 수평으로 배치된 기판의 표면 상에 n형 도핑으로 탄화규소의 층을 증착하기 위한 방법이 제공되고; 상기 회전 서셉터는 단일 기판 지지에 적합하며; 상기 방법은 제1 측면에서 제2 측면으로 반응 챔버를 따라 내부적으로 기체 혼합물을 도입하고 유동시켜 상기 반응 챔버의 하부 벽의 일부 위를 지난 다음 하나의 기판을 지지하는 상기 회전 서셉터 위를 지나도록 하는 단계를 포함하고; 상기 기체 혼합물은 증착될 탄화규소의 전구체인 하나 이상의 기체, 및 캐리어 기체 및 n형 도핑을 일으키기에 적합한 물질을 함유하는 전구체 기체를 포함하거나 이들로 이루어지며; 도펀트 물질은 상기 반응 챔버의 탄화규소로 이루어진 내부 표면과의 접촉에 의해 촉진되는 열분해를 받도록 조정되어 화학량론 NHxCySiz를 갖는 종을 형성하고, 여기서 x 및 y 및 z는 0과 3 사이에 포함되며 x+y+z>0이고, 상기 반응 챔버는 1450℃ 내지 1800℃의 범위에 포함된 온도 및 5kPa 내지 30kPa의 범위에 포함된 압력에 있으며; 상기 기판은 Si, C 및 N 각각의 이용가능성 경향이 모두 감소하고 온도가 증착 온도 범위 내에 있는 영역의 반응 챔버 내부에 위치된다.

Description

N형 도핑된 탄화규소의 CVD 증착 방법 및 에피택셜 반응기
본 발명은 고온에서 CVD 유형 공정을 사용하여 탄화규소 기판 상에 n형 도핑(n-type doping)으로 탄화규소의 층을 증착(depositing)하는 방법 및 에피택셜 반응기(epitaxial reactor)에 관한 것이다.
탄화규소를 기판 상에 증착하기 위한 일부 공지된 에피택셜 반응기에서, n형 도핑은 종종 반응 챔버(reaction chamber)로 도입된 기체 혼합물에 기체 질소, 즉 N2를 첨가함으로써 수득된다. 이는 일반적으로, 예를 들어, WO2008011022A1에 개시되어 있다.
이러한 방식으로 수득된 층의 n형 도핑 균일도(doping uniformity)는 특별히 높지 않다.
탄화규소를 기판 상에 증착하기 위한 다른 공지된 에피택셜 반응기에서, n형 도핑은 종종 반응 챔버로 도입된 기체 혼합물에 기체 암모니아, 즉 NH3를 첨가함으로써 수득된다. 이는, 예를 들어, "샤워 헤드(shower-head)" 구조의 반응 챔버와 관련하여 US2017345658A1(예를 들어, 청구항 4 참조)에 개시되어 있으며, 여기서 기체 유입구는 기판 위에 적절하게 이격되어 있으며, 다양한 전구체 기체가 고온의 반응 챔버 내부에서 혼합된다.
반응 챔버의 구조, 특히 그 구성이 도핑 균일도에 영향을 미친다는 점에 유의해야 한다.
본 발명의 일반적인 목적은 반응 챔버 및 회전 서셉터(rotating susceptor)를 그 내부에 포함하는 에피택셜 반응기를 통해 수행되는 고온에서의 CVD 유형 공정에 의해 수득된 탄화규소 층의 n형 도핑 균일도를 개선하는 것이며, 여기서 기체 혼합물은 제1 측면에서 제2 측면으로 반응 챔버를 따라 내부적으로 유동하여 하나의 기판을 지지하는 회전 서셉터를 지난다.
이 목적은 본 명세서의 필수적인 부분으로 간주되는 첨부된 청구범위에 기술된 기술적 특징의 방법 덕분에 달성된다.
본 발명의 근본적인 첫 번째 중요한 아이디어는 반응 챔버의 내부 표면과의 접촉에 의해 촉진되는 열분해를 받도록 조정된 도펀트 물질을 n형 도핑을 위한 전구체로서 사용하여 화학량론 NHxCySiz를 갖는 종(species)을 형성하는 것으로, 여기서 x 및 y 및 z는 0과 3 사이에 포함되고 x+y+z>0이며, 이로써 질소를 탄화규소에 쉽게 혼입시킬 수 있다. 대신 기체 질소는 질소를 원자 형태로 사용할 수 있도록 상당한 에너지가 필요하고; 당업자에게 명백한 바와 같이 질소, 즉 N2는 상기 정의된 화학량론 종을 형성할 수 없다.
본 발명의 근본적인 두 번째 중요한 아이디어는 Si, C 및 N 각각의 이용가능성(availability) 경향이 모두 감소하고 온도가 증착 온도(좁은) 범위 내에 있는 영역의 반응 챔버 내부에 기판을 배치하는 것이다.
본 발명에 따르면, 반응기는 "단일 웨이퍼(single-wafer)" 유형으로, 즉 증착 공정 동안 반응 챔버 내부의 회전 서셉터에는 하나의 기판만 있다.
US2020043725A1은 상기 구조의 반응 챔버가 있는 "다중 웨이퍼(multi-wafer)" 반응기를 개시하며; 도 3의 실시양태에 따르면 3개의 하위상태가 회전 서셉터에 의해 안정적으로 지지되고, 도 13의 실시양태에 따르면 3개의 하위상태가 회전 서셉터에 의해 회전 가능하게 지지된다.
US2020043725A1의 일반적인 교시는 암모니아와 질소의 혼합물로부터 도핑을 얻는 것이고(초록, 단락 [0004] 및 [0023], 청구항 1 및 3 참조); 실제로 암모니아의 유동은 질소의 유동보다 훨씬 작은데, 즉 비율이 0.0089 미만이다.
이 특허 문헌에 기술된 실험에 따르면, 암모니아만을 도핑 물질로 사용하여 26%의 도핑 균일도를 얻었고(도 6 참조), 질소만을 도핑 물질로 사용하여 22%의 도핑 균일도를 얻었으며(도 5 참조), 0.022/7.8=0.0028의 비율로 암모니아와 질소의 혼합물을 사용하여 20%의 도핑 균일도를 얻었다(도 7 참조).
따라서, 의심할 여지 없이 US2020043725A1은 순수한 암모니아를 도핑 물질로 사용하는 것을 피하는 일반적인 교시도 제공한다.
어쨌든 이 특허 문서는 세 가지 실험과 이의 상이한 도핑 균일도에 대한 과학적 이유를 제공하지 않는다.
본 출원인은 생성된 도핑 균일도에 큰 이점이 있는 반응 챔버 구조를 활용하여 암모니아(또는 유사한 기체)만을 도핑 기체로 사용하는 방법을 알아냈다.
전형적으로, 본 발명은 탄화규소 또는 탄화규소로 코팅된 더 우수한 흑연으로 제조된 "고온 벽(hot wall)"(유도에 의해 가열됨)이 있는 반응 챔버에 적용되며, 상기 챔버 내부에서 기체는 종방향 유동한다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 반응 챔버의 단면은 직사각형 형상이고; 상기 직사각형은 높이보다 폭이 훨씬 더 클 수 있고, 특히 5-20배 더 클 수 있으며, 더욱 특히 약 10배 더 클 수 있다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 반응 챔버의 폭(상술한 직사각형의 폭에 대략적으로 대응함)은 기판 지지 요소의 지름보다 더 크고, 특히 10-30% 더 크고, 더욱 특히 약 20% 더 크다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 반응 챔버의 길이는 기판 지지 요소의 지름보다 더 크고, 특히 60-120% 더 크고, 더욱 특히 약 80% 더 크다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 반응 챔버의 초기 지점과 (반응 챔버의 축을 따른) 기판 지지 요소의 초기 지점 사이의 거리는 기판 지지 요소의 지름의 L배이고/이거나 반응 챔버 폭의 M배이고/이거나 반응 챔버 높이의 N배이며; 특히, L은 0.3-0-5, 더욱 특히 약 0.4이고, M은 0.25-0.45, 더욱 특히 약 0.35이고, N은 2.5-4.5, 더욱 특히 약 3.5이다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 기판은 증착 공정 동안 회전하는 (바람직하게는 완전히 또는 부분적으로 제거 가능한) 기판 지지 요소에 의해 지지되고; 기판 지지 요소는 회전 서셉터에 배치된다.
추가 측면에 따르면, 본 발명은 에피택셜 반응기에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 고려되어야 하는 다음의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 명백해질 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 방법을 구현하기에 적합한 본 출원인의 에피택셜 반응기의 반응 챔버의 도식적 단면도를 나타내고,
도 2는 도 1의 반응 챔버의 종단면도를 나타내며,
도 3은 내부에 기판이 있는 도 1의 반응 챔버의 도식적(부분적) 상면도(top view)를 나타내고,
도 4는 기체 혼합물을 챔버로 도입하기 위한 혁신적인 조립체(assembly)가 앞에 있는 도 3의 반응 챔버의 도식적(부분적) 상면도를 나타내며,
도 5는 본 발명에 따른 증착 방법의 실시양태가 수행될 때 본 발명에 따른 반응 챔버의 실시양태의 내부 온도뿐만 아니라 Si, C 및 N의 이용가능성의 대략적인 플롯(동일한 척도가 아님)을 나타낸다.
쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 첨부된 청구범위에서 주요 유리한 측면에서 정의되고 다음의 상세한 설명 또는 첨부된 청구범위에 제한되지 않는 본 발명을 실질적으로 구현하는 다양한 방법이 있다.
도 1 내지 도 3의 도면에는 에피택셜 반응기의 반응 챔버(1)의 실시양태가 나와 있다.
반응 챔버(1)는 국제 특허 출원 WO2004053187, WO2004053188, WO2007088420 및 WO2015092525(본원에 참조로 포함됨)에 도시되고 기술된 것과 유사한 기술적 특성이 있다.
반응 챔버(1)는 종방향을 따라 균일하게 연장된다. 이것은 반응 및 증착 구역(10)을 한정하고 단열재로 제조된 케이싱(casing)(7)에 함유된 4개의 서셉터 요소(2, 3, 4 및 5)를 포함하는 서셉터 조립체를 포함하며; 케이싱(7)은 속이 비어 있고 내부 액체 유동을 통해 냉각될 수 있는 석영관(8)에 삽입된다. 케이싱(7)은 튜브(71)와 2개의 원형 캡(72 및 73)을 포함한다. 인덕터(inductor)(9)는 튜브(8) 주위에 감겨 있고 발전기에 의해 적절하게 구동되는 전자기 유도에 의해 요소(2, 3, 4, 5)를 가열하도록 조정되며; 인덕터(9)는 엄밀히 말하면 반응 챔버(1)의 일부가 아니기 때문에 점선으로 표시되어 있다. 요소(4 및 5)는 2개의 라스(lath)이며 구역(10)의 측벽을 구성한다. 요소(2 및 3)는 원형 세그먼트 형상 섹션 및 원형 세그먼트 형상 섹션을 갖는 관통 구멍(20 및 30)이 있는 2개의 돌출된 고형체이고; 따라서 이것들은 평판(21 및 31) 및 곡판(22 및 32)으로 구성되며; 평판(21 및 31)은 각각 구역(10)의 상부 벽 및 하부 벽을 구성한다. 흑연으로 제조되고 적어도 구역(10)을 대향하는 표면이 탄화규소(및/또는 탄화탄탈륨)로 코팅된 요소(2, 3, 4 및 5). 하부 벽(31)은 무엇보다도 증착에 적용되는 하나의 기판(62)을 지지하도록 조정된 지지 요소(61)(전형적으로 증착 공정 동안 회전함)를 포함하는 조립체(6)를 수용하도록 조정되고; 이 실시양태에 따르면, 지지 요소(61)는 삽입될 수 있고 구역(10)에서 뜯어낼 수 있다. 2개의 캡(72 및 73)에는 개구부, 특히 전구체 기체와의 기체 혼합물의 유입(왼쪽 검은색 화살표 참조)을 위한 캡(73)의 개구부 및 배기 기체의 배출(오른쪽 검은색 화살표 참조)을 위한 캡(72)의 개구부가 있다.
도 1의 반응 챔버는 많은 변형의 대상이 될 수 있다. 예를 들어, 요소(4 및 5)는 전체가 전기 절연 재료, 특히 탄화규소 및/또는 탄화탄탈륨으로 제조될 수 있으며; 이 경우 "분리기 요소(separator element)"라고 부르는 것이 더 정확하다.
도 2에는 연속적인 종방향 위치 P0, P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 및 P9에 있는 일련의 평면이 강조 표시되어 있으며 챔버의 구역(10)에서 기체 혼합물의 유동 방향으로 연속적이다. 특히, P0은 구역(10)의 시작(반응 챔버의 실제 시작)에 있고, P1은 구역(10)의 시작 바로 다음 부분이며, P2는 구역(10)의 시작에 대해 앞선 부분이고, P3은 지지 요소의 시작에 있으며, P4는 기판의 시작에 있고, P5는 기판의 끝에 있으며, P6은 지지 요소의 끝에 있고, P7은 구역(10)의 끝에 대해 뒤로 설정되어 있고, P8 및 구역(10)의 끝의 바로 앞, P9는 구역(10)의 끝(반응 챔버의 실제 끝)에 있다. 평면 P1-P8은 구역(10)에서 점진적으로 전진하는 기체 혼합물의 전면을 특정 단순화하여 나타내는 것으로 생각할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 반응 챔버의 내부 표면과의 접촉에 의해 촉진되는 물질의 열분해를 고려한다. 도 1 내지 도 3의 도면에서, 이 현상에 의해 영향을 받고 특히 본 발명의 목적과 관련된 구역 Z는 기판(62) 상에 증착된 층의 도핑에 더 큰 영향을 미치기 때문에 강조 표시되어 있으며; 구역 Z는 하부 벽(3)의 평판(31)의 상부 표면 위에 위치되고, 벽(4 및 5) 사이에서 측방향으로 연장되며, 대략 평면 P1에서 대략 평면 P6까지 종방향으로 연장되며 - 평면 P1 앞에서 기체는 여전히 꽤 차갑고; 구역 Z의 표현은 단지 예시일 뿐임이 분명하다.
본 발명에 따른 방법은 고온에서 CVD 유형 공정을 사용하여 반응 챔버 내부의 회전 서셉터(단순화를 도 1-4에는 도시되지 않으며 - 도 1 및 도 2의 실시양태에 따르면 조립체(6)의 일부일 수 있고 지지 요소(61) 아래에 위치될 수 있음) 상에 수평으로 배치된, 특히 탄화규소로 제조된 기판의 표면 상에 n형 도핑으로 탄화규소의 층을 증착시키는 역할을 하고; 도 1-4의 실시양태에 따르면, 증착은 한 번에 하나의 기판에서만 일어날 수 있다.
상기 방법은 고온에서 제1 측면에서 제2 측면으로 반응 챔버를 따라 내부적으로 기체 혼합물을 도입하고 유동시켜 상기 반응 챔버의 하부 벽의 일부 위를 지난 다음 하나의 기판을 지지하는 상기 회전 서셉터 위를 지나도록 하는 단계를 포함하고; 기체 혼합물은 증착될 탄화규소의 전구체인 하나 이상의 기체, 및 캐리어 기체(carrier gas) 및 가능하게는 n형 도핑을 일으키도록 조정된 물질을 함유하는 전구체 기체를 포함하거나 이들로 이루어진다. 도 2 및 도 3에서 화살표는 반응 챔버, 특히 반응 및 증착 구역, 특히 그 단부로 유입 및 유출되는 이러한 기체 혼합물의 유동을 도식적으로 나타낸다. 전형적으로, 전구체 기체는 완전히 이용되지 않는데, 즉 상당한 비율의 이러한 기체가 소진되지 않고 챔버에 남는다. 본 발명에 따른 도펀트 물질의 경우(특히 암모니아의 경우) 그 분자가 "쉽게" 분해되기 때문에 챔버에 남는 배출되지 않은 기체의 비율이 낮거나 없을 수 있음에 주목해야 한다.
"물질" 또는 "도펀트 물질"은 반응 챔버의 내부 표면과의 접촉에 의해 촉진되는 열분해를 받도록 조정되어 화학량론 NHxCySiz를 갖는 종을 형성하며, 여기서 x 및 y 및 z는 0과 3 사이에 포함되고 x+y+z>0이다. 도면의 실시양태에서, 본 발명의 목적을 위해 특히 관심 있는 내부 표면은 하부 벽(3)의 평판(31)의 상부 표면, 즉 기판(62)이 위치하는 표면이며 탄화규소로 제조된 것이다. 도면의 실시양태에서, 본 발명의 목적을 위해 특히 관심 있는 구역은 상기 열분해가 일어나는 구역 Z이다 - 상기 열분해는 또한 다른 곳에서도 일어난다는 것을 주목해야 한다.
전형적으로, 상기 챔버는 1450℃ 내지 1800℃의 범위에 포함된 온도 및 5kPa 내지 30kPa의 범위에 포함된 압력에 있고; 수행할 특정 증착 공정에 따라 유효 증착 온도 범위와 유효 증착 압력 범위는 훨씬 더 좁다.
위의 화학량론 종은 질소를 탄화규소에 쉽게 혼입시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판은 Si, C 및 N 각각의 이용가능성 경향이 모두(바람직하게는 모두, 예를 들어, 대략 선형으로 감소하는 것으로 나타나는 도 5에 나타낸 바와 유사한 방식으로) 감소하고 온도가 증착 온도 범위 내에 있는 영역의 반응 챔버 내부에 위치된다. Si, C 및 N의 이용가능성은 바람직하게는 층의 생성을 보장하기 위해 각각의 미리 결정된 임계값보다 높아야 한다.
도 5는 본 발명에 따른 증착 방법의 실시양태가 수행될 때 본 발명에 따른 반응 챔버의 실시양태의 내부 온도뿐만 아니라 Si, C 및 N의 이용가능성의 대략적인 플롯을 나타내고; x 좌표는 반응 챔버 내부의 종방향 위치에 해당하며(예를 들어, 도 5의 P0에서 P9까지); 플롯된 값은 반응 챔버의 하부 벽의 상부 표면(예를 들어, 도 2의 요소(31) 참조) 바로 위의 반응 챔버의 중심 종축을 따른 위치에 대응하는 것으로 간주될 수 있다(예를 들어, 도 3 참조). 이러한 플롯은 실제 반응기의 충실한 모델에서 수행된 시뮬레이션 또는 실제 반응기에서 수행된 실험 또는 시뮬레이션과 실험의 조합에 의해 수득될 수 있다.
도 5는 상술한 위치 조건을 만족하는 위치 범위(P4에서 P5까지 또는 P4 약간 앞, 예를 들어, P3에서 P5 약간 뒤, 예를 들어, P6까지)를 나타낸다. 전체 기판(및 회전 서셉터 및 가능하게는 지지 요소)은 바람직하게는 이 위치 범위 내에 배치되어야 한다. 전형적으로 및 유리하게는, 기판의 지름(및 회전 서셉터의 지름 및 가능하게는 지지 요소의 지름)은 상기 위치 범위의 폭보다 작도록 선택된다.
모든 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 반응 챔버의 제1 측면에서만 기체가 도입된다(예를 들어, 도 2 및 도 3의 왼쪽 화살표 참조).
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 챔버로 도입되는 도펀트 물질은 주로 촉진된 열분해를 받도록 조정되어 HSiN 및 HCN을 형성하고; 훨씬 더 바람직하게는 도입된 물질은 주로 HSiN을 형성하는 것과 같은 것이다.
(증착될 탄화규소의) 규소 전구체 기체는 바람직하게는 염소화 화합물, 특히 디클로로실란 또는 트리클로로실란 또는 테트라클로로실란이다.
(증착될 탄화규소의) 탄소 전구체 기체는 바람직하게는 탄화수소, 특히 프로판 또는 에틸렌 또는 아세틸렌 또는 메탄이다.
물질, 즉 n형 도핑의 전구체 기체는 바람직하게는 암모니아(NH3) 또는 아세토니트릴(C2H3N) 또는 피롤(C4H5N) 또는 하이드라진(N2H4) 또는 시안화수소(HCN) 또는 메틸아민(CH3NH2)이다. 본 출원인의 실험에 따르면, 탄화규소에 매우 유리한 n형 도펀트 물질은 암모니아이다.
본 출원인의 실험에 따르면, 탄화규소에 대한 n형 도펀트 물질은 하나만 사용할 수 있으며, 바람직하게는 암모니아만 사용할 수 있다.
캐리어 기체는 바람직하게는 수소, 헬륨 또는 아르곤 또는 이들의 혼합물이다.
기체 혼합물은 반응 챔버에 도입되는 경우 바람직하게는 C/Si 비율이 활성 층을 형성하기 위해서는 1.5 미만 1.0 초과, 특히 약 1.3이고, 버퍼 층(buffer layer)을 형성하기 위해서는 1.0 미만 0.5 초과, 특히 약 0.8이다. 도펀트 물질은 그 양이 탄화규소의 전구체 기체에 비해 매우 적기 때문에 실질적으로 C/Si 비율에 영향을 미치지 않는다는 점에 주목해야 한다.
양호한 도핑 균일도를 얻기 위해 모든 전구체 기체가 반응 챔버, 즉 반응 및 증착 구역에서 유사한 방식으로 거동하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에 따른 바람직한 선택은 반응 챔버로 도입된 후(예를 들어, P1 뒤) 및 기판에 도달하기 전(예를 들어, P3 앞)에 충분한 수준의 열분해를 받도록 모든 전구체 기체를 선택하는 것이고; 기판에 도달한 후(예를 들어, P4 뒤) Si, C 및 N의 이용가능성 경향은 모두 유사한 방식으로 감소한다(예를 들어, 도 5의 플롯 참조).
이를 위해, 전구체 기체에 함유된 모든 물질은 반응 챔버의 내부 표면과의 접촉에 의해 촉진되는 열분해를 받도록 조정되며, 모든 열분해는 반응 챔버를 따라 진행되어 종 Si 및 C 및 N(즉, 증착되도록 조정된 종)을 적어도 일정한 N/Si 비율로 형성한다. C/Si, N/Si 및 N/C) 비율은 챔버의 동일한 위치에서, 예를 들어, 도면을 참조하면 평면 P1-P8, 특히 구역 Z에서 고려되어야 한다. 이와 관련하여, 그 변동이 30% 미만인 경우 비율은 "일정한" 것으로 간주되며; 이러한 변동은, 예를 들어, 동일하지만 유사한, 즉 감소하는 N 및 Si의 이용가능성 경향에서 유래할 수 있다.
기판의 모든 위치(예를 들어, P4에서 P5까지)에서의 일정한 비율의 결과는 탄화규소 성장 속도(Si 및 C의 이용가능성에 의해 결정됨)가 더 높은 영역에서 N의 이용가능성이 더 높고 탄화규소 성장 속도가 더 낮은 영역에서 N의 이용가능성이 더 낮아서 기판 표면 전체에 걸쳐 탄화규소 결정 체적 단위당 N 원자의 동일한 밀도를 제공한다.
분명히, 증착 동안 기판이 반응 챔버 내부에서 회전 상태를 유지하면 도핑 균일도가 훨씬 더 향상된다. 예를 들어, 도 5의 플롯을 고려하면, 회전의 경우 단일 회전 기판의 각 표면 지점은 주기적으로 N의 가변 가용성에 영향을 받지만, 1) 중요한 것은 평균이고 2) 중요한 것은 이용가능성 간의 할당(ration)이므로; 매우 좋은 결과가 달성되고; 예를 들어, 본 출원인이 본 발명에 따른 용액에 기초하여 수행한 테스트에 따르면 도펀트 물질로 암모니아만을 사용하여 6인치 탄화규소 기판 상에 증착된 도핑층에서 4-6%의 균일도를 최근에 달성한 반면 이전에는 도펀트 물질로 N2만 사용하여 12-18%의 균일도를 달성하였다.
일반적으로, 고온에서 반응 챔버를 따라 내부적으로 적어도 하나의 제1 기체 혼합물 및 제2 기체 혼합물을 도입하고 유동시키는 것이 유용할 수 있고; 제1 기체 혼합물 및 제2 기체 혼합물은 탄화규소의 전구체인 하나 이상의 기체, 및 캐리어 기체 및 가능하게는 n형 도핑을 일으키도록 조정된 물질을 함유하는 전구체 기체를 포함하거나 이들로 이루어진다 - 도펀트 물질은 도핑된 증착층이 필요할 때 존재한다.
제1 기체 혼합물 및 제2 기체 혼합물은 적어도 조성이 서로 상이할 수 있다. 특히, 도핑 균일도를 최적화하기 위해, 도펀트 물질의 양에서만 그 차이를 기대할 수 있다.
제1 기체 혼합물의 도입 유량(introduction flow rate) 및/또는 도입 속도와 제2 기체 혼합물의 유입 유량 및/또는 유입 속도는 서로 상이할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면(예를 들어, 도 4 참조):
- 제1 기체 혼합물은 반응 챔버의 중심 구역으로 도입되고(도 4의 화살표 F1 참조),
- 제2 기체 혼합물은 반응 챔버의 적어도 하나의 측면 구역으로 도입된다(두 측면 구역에서 제2 기체 혼합물의 사용을 나타내는 도 4의 화살표 F2A 및 F2B 참조).
본 발명에 따라 고온에서 CVD 유형 공정을 사용하여 기판 상에 탄화규소를 증착하기 위한 에피택셜 반응기는 본원에 기술되고 청구된 바와 같은 방법을 수행하도록 조정된다.
이의 회전 서셉터는 Si, C 및 N 각각의 이용가능성 경향이 모두 감소하고 온도가 증착 온도 범위 내에 있는 영역의 반응 챔버 내부에 위치한다 - 도 5 참조.
유리하게는, 회전 서셉터는 단일 기판 지지(single-substrate support)를 위해 조정된다.
유리하게는, 에피택셜 반응기는 기체를 제어된 방식으로 반응 챔버로 도입하기 위한 조립체를 포함하고; 이를 위해 하나 이상의 MFC(= Mass Flow Controller(질량 유량 제어기))를 사용할 수 있다. 전형적으로 및 유리하게는, 조립체는 상기 반응 챔버 앞에 위치되며, 여기서 상기 조립체는 기체가 상기 반응 챔버의 제1 측면에서만 반응 챔버로 도입되도록 구성된다.
전형적으로, 본 발명은 탄화규소 또는 탄화규소로 코팅된 더 우수한 흑연으로 제조된 "고온 벽"(유도에 의해 가열됨)이 있는 반응 챔버에 적용되며, 상기 챔버 내부에서 기체는 종방향 유동한다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 기판은 증착 공정 동안 회전하는 기판 지지 요소(바람직하게는 완전히 또는 부분적으로 제거 가능)에 의해 지지되고; 기판 지지 요소는 회전 서셉터에 배치된다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 반응 챔버의 단면은 직사각형 형상이고; 상기 직사각형은 높이보다 폭이 훨씬 더 클 수 있고, 특히 5-20배 더 클 수 있으며, 더욱 특히 약 10배 더 클 수 있다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 반응 챔버의 폭(상술한 직사각형의 폭에 대략적으로 대응함)은 기판 지지 요소의 지름보다 더 크고, 특히 10-30% 더 크고, 더욱 특히 약 20% 더 크다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 반응 챔버의 길이는 기판 지지 요소의 지름보다 더 크며, 특히 60-120% 더 크고, 더욱 특히 약 80% 더 크다.
전형적으로, 본 발명에 따르면, 반응 챔버의 초기 지점과 (반응 챔버의 축을 따른) 기판 지지 요소의 초기 지점 사이의 거리는 기판 지지 요소의 지름의 L배이고/이거나 반응 챔버 폭의 M배이고/이거나 반응 챔버 높이의 N배이고; 특히, L은 0.3-0.5, 더욱 특히 약 0.4이고, M은 0.25-0.35, 더욱 특히 약 0.35이고, N은 2.5-4.5, 더욱 특히 약 3.5이다.
도 1-4는 축척 도면이 아니고; 특히, 도 3 및 도 4에서, 기판의 지름은 반응 및 증착 구역의 측벽 사이의 거리보다 훨씬 더 작다; 그러나 일부 바람직한 실시양태에 따르면 상기 지름은 상기 거리보다 단지 15-30% 더 작다.
도 4의 실시양태에서, 반응 챔버(특히 반응 및 증착 구역) 앞에 기체 혼합물을 챔버로 도입하기 위한 조립체가 있다. 전형적으로 및 유리하게는, 조립체(400)는 도 1-3(또는 유사)의 반응 챔버 앞에 위치되도록 조정된다. 유리하게는, 이것은 (다른 벽들(430 및 440)과 함께) 제1 기체 혼합물의 유동(중앙) 및 제2 기체 혼합물의 유동(각각 양 측면에서)을 안내하도록 조정된 3개의 작은 챔버를 한정하는 2개의 파티션(410 및 420)을 포함하고; 일부 바람직한 실시양태에 따르면, 벽(410 및 420) 사이의 거리는 벽(430 및 410) 사이의 거리 및 벽(420 및 440) 사이의 거리보다 2-4배 더 크다. 더욱 특히, 파티션은 바람직하게는 복수의 구멍이 있는 플레이트(450)에 고정될 수 있다(플레이트를 가로지르는 작은 화살표 참조).
도 4는 3개의 작은 챔버 각각이 기체 혼합물의 "소스"에 유동적으로 연결되어 있음을 강조하고(즉, 기체의 혼합은 바람직하게는 플레이트(450) 앞에서, 특히 반응 및 증착 구역 내부 온도보다 더 낮은 온도, 바람직하게는 훨씬 더 낮은 온도에서 발생함); 개념적으로 3개의 "소스"는 서로 독립적이고; 전형적으로 2개의 작은 측면 챔버는 크기가 동일하며 동일한 소스에서 공급된다.
"분할된" 기체 도입 조립체는 기체 혼합물이 기판에 도달하기 전에 실질적으로 혼합되지 않도록 배열된다.
어떠한 도면에도 도시되지 않은 유리한 실시양태에 따르면, 기체 혼합물 또는 혼합물들이 도입되는 조립체와 반응 챔버 사이에 위치된 "전이 부품(transition piece)"이 존재하며, 여기서 기체 혼합물 또는 혼합물들은 반응 챔버(특히, 반응 및 증착 구역)에 들어가기 전에 유동한다. 이러한 "전이 부품"은 기체 혼합물 또는 혼합물들을 예열하는 데 사용된다. 바람직하게는, 이러한 "전이 부품"은 (가능하게는 탄화규소 및/또는 탄화탄탈륨 코팅이 있는) 흑연으로 제조되며 가열 인덕터(heating inductor)는 이러한 "전이 부품"도 가열하도록 조정되어 반응 챔버 약간 앞에서(예를 들어, 도 2의 인덕터보다 약간 더 왼쪽에 있음) 시작한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 반응 챔버는 로드락 챔버(load-lock chamber) 및 기판의 자동 로딩(loading) 및 언로딩(unloading) 시스템을 사용함으로써 증착 전, 증착 동안 및 증착 후에 외부 환경으로부터 격리 유지되어, 각 증착 시 챔버를 퍼지(purge)할 필요가 없다.

Claims (19)

  1. CVD 유형 공정을 사용하여 반응 챔버(reaction chamber) 내부의 회전 서셉터(rotating susceptor) 상에 수평으로 배치된 기판의 표면 상에 n형 도핑(n-type doping)으로 탄화규소의 층을 증착(depositing)하기 위한 방법으로서, 상기 회전 서셉터는 단일 기판 지지를 위해 조정되고;
    상기 방법은 제1 측면에서 제2 측면으로 반응 챔버를 따라 내부적으로 기체 혼합물을 도입하고 유동시켜 상기 반응 챔버의 하부 벽의 일부 위를 지난 다음 하나의 기판을 지지하는 상기 회전 서셉터 위를 지나도록 하는 단계를 포함하며;
    상기 기체 혼합물은:
    증착될 탄화규소의 전구체인 하나 이상의 기체,
    캐리어 기체(carrier gas) 및
    n형 도핑을 일으키도록 조정된 물질을 함유하는 전구체 기체를 포함하거나 이들로 이루어지고;
    상기 물질은 상기 반응 챔버의 내부 표면과의 접촉에 의해 촉진되는 열분해를 받도록 조정되어 화학량론 NHxCySiz를 갖는 종(species)을 형성하며, 여기서 x 및 y 및 z는 0과 3 사이에 포함되고 x+y+z>0이며;
    상기 반응 챔버는 1450℃ 내지 1800℃의 범위에 포함된 온도 및 5kPa 내지 30kPa의 범위에 포함된 압력에 있고;
    상기 기판은 Si, C 및 N 각각의 이용가능성(availability)의 경향이 모두 감소하고 온도가 증착 온도 범위 내에 있는 영역의 반응 챔버 내부에 위치되는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 물질은 상기 반응 챔버의 내부 표면과의 접촉에 의해 촉진되는 열분해를 받도록 조정되어 주로 HSiN 및 HCN을 형성하고, 여기서 HSiN이 우세한 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고온에서 반응 챔버를 따라 증착될 탄화규소의 규소 전구체 기체를 도입하고 유동시키는 단계를 포함하고, 상기 규소 전구체 기체는 염소화 화합물, 특히 디클로로실란 또는 트리클로로실란 또는 테트라클로로실란인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 고온에서 반응 챔버를 따라 증착될 탄화규소의 탄소 전구체 기체를 도입하고 유동시키는 단계를 포함하고, 상기 탄소 전구체 기체는 탄화수소, 특히 프로판 또는 에틸렌 또는 아세틸렌 또는 메탄인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질이 암모니아 또는 아세토니트릴 또는 피롤 또는 하이드라진 또는 시안화수소 또는 메틸아민, 바람직하게는 암모니아인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 혼합물은 상기 반응 챔버로 도입되는 경우 C/Si 비율이 활성 층을 형성하기 위해서는 1.5 미만 1.0 초과, 특히 약 1.3이고, 버퍼 층(buffer layer)을 형성하기 위해서는 1.0 미만 0.5 초과, 특히 약 0.8인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체 기체에 함유된 물질은 상기 반응 챔버의 내부 표면과의 접촉에 의해 촉진되는 열분해를 받도록 조정되고, 상기 열분해는 상기 반응 챔버를 따라 진행되어 Si 및 C 및 N 종을 적어도 일정한 N/Si 비율로 형성하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 증착 동안 상기 반응 챔버 내에서 회전 상태로 유지되는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 고온에서 반응 챔버를 따라 내부적으로 적어도 하나의 제1 기체 혼합물 및 제2 기체 혼합물을 도입하고 유동시키는 단계를 포함하고;
    상기 제1 기체 혼합물 및 상기 제2 기체 혼합물은 증착될 탄화규소의 전구체인 하나 이상의 기체, 및 캐리어 기체 및 n형 도핑을 일으키도록 조정된 물질을 함유하는 전구체 기체를 포함하거나 이들로 구성되는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 기체 혼합물 및 상기 제2 기체 혼합물은 적어도 조성이 서로 상이한 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1 기체 혼합물의 도입 유량(introduction flow rate) 및/또는 도입 속도와 상기 제2 기체 혼합물의 도입 유량 및/또는 도입 속도가 서로 상이한 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기체 혼합물은 상기 반응 챔버의 중심 구역으로 도입되고,
    상기 제2 기체 혼합물은 상기 반응 챔버의 적어도 하나의 측면 구역으로 도입되는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 챔버는 로드락 챔버(load-lock chamber) 및 기판의 자동 로딩(loading) 및 언로딩(unloading) 시스템을 사용함으로써 증착 전, 증착 동안 및 증착 후에 외부 환경으로부터 격리 유지되어, 각 증착 시 챔버를 퍼지(purge)할 필요가 없는 방법.
  14. 고온에서 CVD 유형 공정을 사용하여 기판 상에 탄화규소를 증착하기 위한 에피택셜 반응기(epitaxial reactor)로서, 상기 반응기는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 조정되는 에피택셜 반응기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 회전 서셉터는 Si, C 및 N 각각의 이용가능성의 경향이 모두 감소하고 온도가 증착 온도 범위 내에 있는 영역에서 반응 챔버 내부에 위치되는 에피택셜 반응기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 회전 서셉터는 단일 기판 지지(single-substrate support)를 위해 조정되는 에피택셜 반응기.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 반응 챔버 내로 기체를 도입하기 위한 조립체(assembly)를 포함하고, 상기 조립체는 상기 반응 챔버 앞에 위치되며, 상기 조립체는 기체가 상기 반응 챔버의 제1 측면에서만 반응 챔버로 도입되도록 구성되는 에피택셜 반응기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 조립체는:
    - 제1 기체 혼합물이 상기 반응 챔버의 중심 구역으로 도입되고,
    - 제2 기체 혼합물이 상기 반응 챔버의 적어도 하나의 측면 구역으로 도입되며;
    상기 제1 기체 혼합물 및 상기 제2 기체 혼합물은 기체 조성이 상이하도록 구성되는 에피택셜 반응기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 기체 혼합물 및 상기 제2 기체 혼합물은 탄화규소의 전구체인 하나 이상의 기체, 캐리어 기체, 및 가능하게는 n형 도핑을 일으키도록 조정된 물질을 함유하는 전구체 기체, 바람직하게는 암모니아를 포함하거나 이들로 이루어지는 에피택셜 반응기.
KR1020237007637A 2020-09-11 2021-09-09 N형 도핑된 탄화규소의 cvd 증착 방법 및 에피택셜 반응기 KR20230066337A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102020000021517A IT202000021517A1 (it) 2020-09-11 2020-09-11 Metodo per deposizione cvd di carburo di silicio con drogaggio di tipo n e reattore epitassiale
IT102020000021517 2020-09-11
PCT/IB2021/058194 WO2022053963A1 (en) 2020-09-11 2021-09-09 Method for cvd deposition of n-type doped silicon carbide and epitaxial reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230066337A true KR20230066337A (ko) 2023-05-15

Family

ID=73643179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237007637A KR20230066337A (ko) 2020-09-11 2021-09-09 N형 도핑된 탄화규소의 cvd 증착 방법 및 에피택셜 반응기

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230313410A1 (ko)
EP (1) EP4211289A1 (ko)
JP (1) JP2023540432A (ko)
KR (1) KR20230066337A (ko)
CN (1) CN116057214A (ko)
IT (1) IT202000021517A1 (ko)
WO (1) WO2022053963A1 (ko)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002368439A1 (en) 2002-12-10 2004-06-30 Etc Srl Susceptor system
CN100507073C (zh) 2002-12-10 2009-07-01 Etc外延技术中心有限公司 感受器系统
ITMI20052498A1 (it) 2005-12-28 2007-06-29 Lpe Spa Camera di reazione a temperatura differenziata
EP2044244B1 (en) * 2006-07-19 2013-05-08 Dow Corning Corporation Method of manufacturing substrates having improved carrier lifetimes
ITCO20130073A1 (it) 2013-12-19 2015-06-20 Lpe Spa Camera di reazione di un reattore per crescite epitassiali adatta per l'uso con un dispositivo di carico/scarico e reattore
JP6362266B2 (ja) * 2014-12-19 2018-07-25 昭和電工株式会社 ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法及びＳｉＣエピタキシャル成長装置
US20200043725A1 (en) * 2016-10-28 2020-02-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate
IT201800011158A1 (it) * 2018-12-17 2020-06-17 Lpe Spa Camera di reazione per un reattore epitassiale di materiale semiconduttore con sezione longitudinale non-uniforme e reattore

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022053963A1 (en) 2022-03-17
EP4211289A1 (en) 2023-07-19
CN116057214A (zh) 2023-05-02
JP2023540432A (ja) 2023-09-25
US20230313410A1 (en) 2023-10-05
IT202000021517A1 (it) 2022-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20030111013A1 (en) Method for the deposition of silicon germanium layers
US6063186A (en) Growth of very uniform silicon carbide epitaxial layers
KR101193628B1 (ko) 저온 실리콘 화합물 증착
KR101329449B1 (ko) 저온 ｇｓｔ 방법
US8486193B2 (en) Systems for forming semiconductor materials by atomic layer deposition
JP2008016609A (ja) 有機金属気相成長装置
CN111357080B (zh) 含钌薄膜的制造方法及由该制造方法制造的含钌薄膜
WO2007008653A2 (en) Method for depositing silicon-containing films
CN115558905B (zh) 一种提高碳化硅沉积速率与均匀性的方法与反应器
US3338761A (en) Method and apparatus for making compound materials
KR20230066337A (ko) N형 도핑된 탄화규소의 cvd 증착 방법 및 에피택셜 반응기
JP2007317770A (ja) 気相成長装置
TW202330976A (zh) Ｎ型摻雜的碳化矽之ｃｖｄ沈積方法及磊晶反應器
FI101585B (fi) Alennettupaineinen CVD-menetelmä materiaalikerroksen kerrostamiseksi s ubstraatille
US4895737A (en) Metal-organic chemical vapor deposition
RU2673515C2 (ru) Способ подачи газов в реактор для выращивания эпитаксиальных структур на основе нитридов металлов iii группы и устройство для его осуществления
KR101916289B1 (ko) 탄화규소 증착 방법
Huang et al. Superconformal silicon carbide coatings via precursor pulsed chemical vapor deposition
CN115613139B (zh) 用于外延生长碳化硅薄膜的化学气相沉积反应器及方法
KR20070037503A (ko) 실리콘 및 게르마늄을 포함하는 층들의 증착 방법
Hong et al. Composition change of SiC x (x= 1–2) films due to variation of film precursors in the Si2H6/C2H2 chemical vapor deposition reaction system
KR102512743B1 (ko) 다이아몬드 합성용 마이크로파 플라즈마 cvd 장치
WO2004092441A2 (en) Methods for producing silicon nitride films by vapor-phase growth
WO2024008472A2 (en) A method for operating a chemical vapor deposition process
US20060198958A1 (en) Methods for producing silicon nitride films by vapor-phase growth