KR20240031101A - 가스 주입 및 제어를 위한 방법, 어셈블리 및 시스템 - Google Patents

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KR20240031101A
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웬타오 왕
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카이 조우
판 가오
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기상 공정에 적합한 방법, 시스템 및 어셈블리가 개시된다. 예시적인 어셈블리는 서셉터 링 및 적어도 하나의 인젝터 튜브를 포함한다. 인젝터 튜브는 기판의 주변 영역에 가스를 제공하기 위해 서셉터 링 내에 배치될 수 있다. 방법, 시스템, 및 어셈블리는 기판 표면 상의 재료의 원하는 (예를 들어, 조성 및/또는 두께) 프로파일을 수득하는 데 사용될 수 있다.

Description

가스 주입 및 제어를 위한 방법, 어셈블리, 및 시스템{METHOD, ASSEMBLY, AND SYSTEM FOR GAS INJECTION AND CONTROL}
본 개시는 일반적으로 전자 소자 형성에 사용하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 기판 처리 동안 가스 주입에 적합한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
화학 기상 증착(CVD) 반응기 등과 같은 기상 반응기는, 기판 표면 상의 재료를 증착 및 에칭하고 기판 표면을 세정하는 것을 포함하는, 다양한 응용 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 기상 반응기는 기판 상에 에피택셜 층을 증착하기 위해 사용되어 소자, 예컨대 반도체 소자, 평면 패널 디스플레이 장치, 광전지 소자, 마이크로전자기계시스템(MEMS) 등을 형성할 수 있다.
전형적인 기상 에피택셜 반응기 시스템은 반응기를 포함하고, 이는 반응 챔버, 반응 챔버에 유체 결합된 하나 이상의 전구체 및/또는 반응물 가스 공급원, 반응 챔버에 유체 결합된 하나 이상의 캐리어 및/또는 퍼지 가스 공급원, 가스(예, 전구체 및/또는 반응물 가스(들) 및/또는 캐리어 또는 퍼지 가스(들))를 반응 챔버로 전달하는 가스 주입 시스템, 기판을 유지하고 가열하기 위한 서셉터, 및 반응 챔버에 유체 결합된 배기 공급원을 포함한다. 또한, 에피택셜 반응기 시스템은, 하나 이상의 히터(예, 램프) 및/또는 온도 측정 장치(예, 열전대)를 포함할 수 있다.
증착, 예컨대 에피택셜 증착 동안, 특히 도핑된 또는 다성분 막의 증착 동안, 기판의 외곽 에지(예를 들어, 반경 외측의 약 5% 내지 약 15%)까지 증착 막의 두께 및 조성과 같은 막 특성을 제어하는 것이 종종 바람직하다. 통상적인 방법 및 시스템에서, 이러한 제어는 어려울 수 있다. 따라서, 개선된 방법 및 시스템이 요구된다.
이 부분에서 진술된 문제점 및 해결책에 대한 임의의 논의를 포함하여 모든 논의는 단지 본 개시에 대한 맥락을 제공하는 목적으로 본 개시에 포함되었고, 그 논의의 일부 또는 전부가 본 발명이 이루어진 당시에 알려졌거나 달리 종래 기술을 구성하고 있음을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 된다.
본 발명의 내용은 개념의 선택을 단순화된 형태로 도입할 수 있으며, 이는 이하에서 더욱 상세히 설명될 수 있다. 이 발명의 내용은 청구된 주제의 주요 특징부 또는 필수 특징부를 반드시 식별하도록 의도되지 않으며, 청구된 주제의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시의 다양한 구현예는, 기판의 표면 상에 재료를 증착하기에 적절하게 개선된 방법과 시스템 및/또는 다른 공정에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 구현예가 이전 방법과 시스템의 문제점을 해결하는 방식은 이하에서 보다 상세히 논의되면서, 일반적으로 본 개시의 다양한 구현예는, 예를 들어 더 제어되는 방식으로 에피택셜 재료를 증착하기 위해 사용될 수 있는 방법과 시스템을 제공한다. 예를 들어, 기판을 처리하는 동안 기판의 외곽 에지에서 롤업 및/또는 롤다운을 감소시키고 제어하기 위해 예시적인 방법이 사용될 수 있다. 본 개시의 예는 막 두께, 조성 등의 개선된 균일성을 제공할 수 있다.
이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 본 개시의 예에 따르면, 서셉터 링 상에 배치된 인젝터 튜브 및 인젝터 포트를 이용하는 가스 주입이 개시된다. 이러한 가스 주입은, 롤업 및 롤다운과 같은 문제가 발생할 수 있는 기판의 외측 에지 상의 공정(예를 들어, 증착 및/또는 에칭)에 대한 원하는 유동 프로파일의 수득을 더 많이 제어하거나 용이하게 할 수 있다. 이러한 가스 주입은 증착되거나 에칭된 막의 불균일성을 감소시키고/시키거나 원하는 유동 프로파일을 제공하는 데 있어서 상당한 이점을 추가로 제공할 수 있다.
본 개시의 예는 실리콘 게르마늄 막과 같은 에피택셜 막, 또는 다른 성장되거나 증착된 층의 형성과 관련하여 편의를 위해 기술된다. 그러나, 달리 언급되지 않는 한, 본 개시의 예는 이에 제한되지 않는다.
본 개시의 추가적인 구현예에 따르면, 서셉터 링 어셈블리가 제공된다. 예시적인 서셉터 링 어셈블리는 서셉터 링 및 적어도 하나의 인젝터 튜브를 포함한다. 예시적인 서셉터 링은 상단 표면, 하단 표면, 제1 에지, 제2 에지, 및 서셉터 링의 내부에 서셉터 개구를 포함한다. 구현 예시에 따르면, 제1 에지는 서셉터 링 내의 제1 인젝터 공동으로 연장되는 개구를 포함할 수 있다. 구현 예시에 따르면, 상단 표면은 상단 표면부터 제1 인젝터 공동으로 제1 주입 각도로 연장되는 제1 인젝터 포트를 포함할 수 있다. 서셉터 개구는 상단 표면과 하단 표면 사이에 걸칠 수 있다. 추가 구현 예시에 따르면, 제1 인젝터 튜브는 제1 인젝터 공동 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
추가 구현 예시에 따르면, 제1 주입 각도는 약 25도 내지 65도일 수 있다. 구현 예시에 따르면, 제1 인젝터 포트 길이는 약 5 밀리미터 내지 약 20 밀리미터이다. 구현 예시에 따르면, 서셉터 링 어셈블리는 서셉터 개구 내에 적어도 부분적으로 배치된 회전 가능한 서셉터를 더 포함할 수 있다. 구현 예시에 따르면, 제1 인젝터 튜브는 제1 인젝터 튜브의 벽 내에 제1 애퍼처를 포함할 수 있다. 제1 애퍼처는 제1 인젝터 포트와 유체 연통할 수 있다. 구현 예시에 따르면, 애퍼처는 제1 주입 각도보다 더 큰 개구 각도를 포함할 수 있다. 추가의 예시적인 구현예에 따르면, 서셉터 링은 제2 인젝터 공동 및 그 안에 배치된 제2 인젝터 튜브를 포함할 수 있다. 구현 예시에 따르면, 제1 및/또는 제2 인젝터 튜브는 석영을 포함할 수 있다.
본 개시의 추가 구현예에 따르면, 반응기 시스템이 제공된다. 반응기 시스템은, 반응 챔버를 포함하는 반응기 및 상기 반응기 내에 배치된 서셉터 링 어셈블리를 포함한다. 서셉터 링 어셈블리는, 전술하고 본원의 다른 곳에서 설명된 것과 동일한 서셉터 링 어셈블리일 수 있다.
구현 예시에 따르면, 반응기 시스템은 서셉터 개구 내에 적어도 부분적으로 배치된 회전 가능한 서셉터를 포함한다. 구현 예시에 따르면, 반응기 시스템은 회전 가능한 서셉터 내에 배치된 열전대를 더 포함한다. 열전대는 회전 가능한 서셉터의 온도를 측정하는 데 사용될 수 있다. 구현 예시에 따르면, 반응기 시스템은 배기 플랜지를 더 포함하고, 제1 및/또는 제2 인젝터 튜브의 근위부는 배기 플랜지 내에 배치된다. 구현 예시에 따르면, 반응기 시스템은 주입 플랜지를 포함하고, 주입 플랜지는 반응 챔버의 제1 단부에서 가스를 도입하고, 제1 인젝터 튜브의 가스 유입구는 반응 챔버의 제2 단부에 있다.
구현 예시에 따르면, 반응기 시스템은 복수의 인젝터 포트를 포함한다. 구현 예시에 따르면, 제1 인젝터 튜브는 반응 챔버 유입구부터 반응 챔버 유출구로 유동하는 공정 가스의 유동에 실질적으로 수직으로 가스를 제공하도록 구성된 제1 애퍼처를 포함한다. 제1 애퍼처는 제1 인젝터 포트 및 제1 인젝터 튜브의 가스 유입구와 유체 연통할 수 있다. 구현 예시에 따르면, 반응기 시스템은 반응 챔버에 전구체를 도입하기 위한 주입 플랜지 및 제1 인젝터 포트와 유체 연통하는 전구체 공급원을 더 포함할 수 있다. 예시적인 전구체는 실리콘 함유 전구체, 게르마늄 함유 전구체 및 도펀트 함유 전구체 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 개시의 추가적인 구현예에 따르면, 방법이 제공된다. 예시적인 방법은 반응기 시스템의 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계를 포함하되, 상기 반응기 시스템은 전술한 바와 같은 또는 본원의 다른 곳에서 기술된 바와 같은 서셉터 링 어셈블리를 포함한다. 구현 예시에 따르면, 상기 방법은 제1 인젝터 튜브를 통해 가스를 유동시키는 단계를 더 포함한다. 가스는 실리콘 함유 전구체, 게르마늄 함유 전구체 및 도펀트 함유 전구체 중 하나 이상일 수 있다.
구현 예시에 따르면, 상기 방법은 (예, 서셉터 또는 고온계 내에 배치된 열전대 중 하나 이상을 사용하여) 서셉터의 온도를 측정하는 단계를 더 포함한다. 구현 예시에 따르면, 상기 방법은 서셉터의 측정된 온도에 기초하거나 공정 온도에 기초하여 가스의 유량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이들 추가 구현 예시에 따르면, 반응기 시스템은 각각의 전구체, 도펀트 및/또는 에천트를 반응 챔버에 도입하기 위한 주입 플랜지 및 제1 인젝터 포트와 유체 연통하는 전구체, 도펀트 및/또는 에천트 공급원을 더 포함할 수 있고, 상기 방법은 각각의 전구체, 도펀트 및/또는 에천트를 주입 플랜지 및 주입 포트를 통해 반응 챔버 내로 유동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예(들)에 제한되지 않으며, 이들 및 다른 구현예는 첨부된 도면을 참조하는 특정 구현예의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 분명해질 것이다.
다음의 예시적인 도면과 연관하여 고려되는 경우에 발명의 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써, 본 개시의 예시적인 구현예에 대해 더욱 완전한 이해를 얻을 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 서셉터 링 어셈블리의 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 서셉터 링 어셈블리의 일부를 나타낸다.
도 3은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 인젝터 튜브의 일부를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 서셉터 링 어셈블리의 단면도를 나타낸다.
도 5는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 서셉터 링 어셈블리의 단면도를 나타낸다.
도 6은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 반응기 시스템의 단면도를 나타낸다.
도 7은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 방법을 나타낸다.
도 8은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 가스 유입구의 일부를 나타낸다.
도면의 요소는 간략하고 명료하게 도시되어 있으며, 반드시 축적대로 도시되지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 도시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 확대될 수 있다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물을 넘어 확장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되고 구체적으로 개시된 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다.
본 개시는, 일반적으로 기상 반응기에서 사용하기에 적합한 방법, 어셈블리 및 시스템에 관한 것이다. 이러한 방법, 어셈블리 및 시스템은 소자의 형성 중에 에피택셜 층과 같은 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예로서, 상기 방법, 어셈블리 및 시스템은 기판의 에지에서 또는 에지 근처에서 이러한 특성의 제어를 개선하면서, 원하는 조성 및/또는 두께 프로파일을 갖는 에피택셜 층(예를 들어, 다성분) 에피택셜 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "전구체" 및/또는 "반응물"은 화학 반응에 참여하는 하나 이상의 가스/증기를 지칭할 수 있거나, 이로부터 반응에 참여하는 기상 물질을 유도하는 것을 지칭할 수 있다. 용어 전구체 및 반응물은 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 화학 반응은 기상에서, 및/또는 기상과 (예를 들어 기판 또는 반응 챔버의) 표면 사이에서, 및/또는 (예를 들어 기판 또는 반응 챔버의) 표면 상의 종에서 일어날 수 있다. 도펀트는 전구체 또는 반응물로 간주될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 형성하기 위해 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 본 개시의 일 구현예에 따른 방법에 의해 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다. 기판은 실리콘(예, 단결정 실리콘), 게르마늄과 같은 다른 IV족 재료, 또는 II-VI족 또는 III-V족 반도체 재료와 같은 다른 반도체 재료와 같은 벌크 재료를 포함할 수 있고, 벌크 재료 위에 놓이거나 그 아래에 놓인 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 또한, 기판은, 기판의 층의 적어도 일부 내에 또는 그 위에 형성된 다양한 특징부, 예컨대 오목부, 돌출부 등을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "막" 및/또는 "층"은 본원에 개시된 방법에 의해 증착된 재료와 같이 임의의 연속적인 또는 비연속적인 구조 및 재료를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 막 및/또는 층은 이차원 재료, 삼차원 재료, 나노입자, 부분 또는 전체 분자층 또는 부분 또는 전체 원자층 또는 원자 및/또는 분자 클러스터를 포함할 수 있다. 막 또는 층은 기판의 표면 상에 복수의 분산된 원자를 포함하거나, 이로 적어도 부분적으로 구성될 수 있고/있거나 기판 내에 매립될 수 있다. 막 또는 층은 핀홀 및/또는 격리된 섬을 갖는 재료 또는 층을 포함할 수 있다. 막 또는 층은 적어도 부분적으로 연속적일 수 있다. 일부 경우에, 막은 두 개 이상의 층을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "구조체"는 본원에 설명된 바와 같은 기판일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 구조체는, 기판 위에 놓이는 하나 이상의 층, 예컨대 본원에서 설명된 방법에 따라 형성된 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "증착 공정"은 기판 위에 층을 증착하거나 형성하기 위해 반응 챔버 내로 전구체(및/또는 반응물)를 도입하는 것을 지칭할 수 있다.
본 개시에서, 변수의 임의의 두 숫자는 변수의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있으며, 표시된 모든 범위는 엔드포인트를 포함하거나 제외할 수 있다. 추가로, 표시된 변수의 임의의 값들("약"으로 표시되었는지 여부에 관계없이)은 정확한 값들 또는 대략적인 값들을 지칭할 수 있고 등가물들을 포함할 수 있으며, 일부 실시예들에서는 평균, 중앙값, 대표, 다수 등을 지칭할 수 있다. 또한, 본 개시에서, "포함하는", "로 구성되는" 및 "갖는"이라는 용어들은 독립적으로 "전형적으로 또는 광범위하게 포함하는", "포함하는", "필수적으로 구성하는" 또는 "구성하는"을 지칭할 수 있다. 본 개시에서, 임의로 정의된 의미는 일부 구현예에서 보통이고 관습적인 의미를 반드시 배제하는 것은 아니다.
이제 도면을 참조하면, 도 1 내지 도 2 및 도 4 내지 도 5는 본 개시의 구현예에 따른 서셉터 링 어셈블리(100)의 상이한 도면을 도시한다. 서셉터 링 어셈블리(100)는 서셉터 링(102) 및 하나 이상의 인젝터 튜브(126, 226)를 포함한다. 도시된 예에서, 서셉터 링(102)은 상단 표면(104), 하단 표면(106)(도 2에 도시됨), 제1 에지(108), 제2 에지(110), 및 서셉터 링(102)의 내부에 서셉터 개구(112)를 포함한다. 서셉터 개구(112)는 서셉터 링(102) 내에 중심을 둔 원형 개구일 수 있다. 다양한 구현예에서, 서셉터(114)는 서셉터 개구(112) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 서셉터 링(102)은 상단 표면(104)부터 하단 표면(106)까지 서셉터 개구의 원주를 따라 연장되는, 추가로 도시된 바와 같은 내부 벽(116)을 포함할 수 있다. 서셉터 링(102)은, 예를 들어 흑연 또는 열분해 탄소로 형성될 수 있다. 벌크 흑연 또는 열분해 탄소는 탄화규소로 코팅(또는 캡슐화)될 수 있다.
서셉터(114)는 기판(128)을 수용하고 유지하도록 구성된다. 기판(128)의 외곽 에지는 기판 반경의 외측 10%로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 기판(128)의 반경이 150 밀리미터인 경우, 기판(128)의 외곽 에지는 기판 반경의 맨 끝(즉, 최외측) 15 밀리미터 내의 영역으로 정의될 수 있다. 일부 경우에, 외곽 에지는 기판(128) 반경의 외측 약 5%와 약 15% 사이의 영역으로 정의될 수 있다. 롤업 또는 롤다운으로 알려진 막 두께 변화는 기판(128)의 상부 표면 상에서의 증착 동안 기판의 중앙과 에지 사이의 증착 동안 온도 차이로 인해 기판의 외곽 에지에서 발생할 수 있다.
서셉터 링 어셈블리(100)는 제1 인젝터 공동(120)으로 연장되는 제1 개구(118)를 더 포함한다. 제1 인젝터 공동(120)은 제1 에지(108)부터, 상기 제1 에지(108)로부터의 일정 거리까지 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 인젝터 공동(120)은 제1 에지(108)부터 약 30 밀리미터 내지 약 250 밀리미터 연장될 수 있다.
상단 표면(104)은 상단 표면(104)부터 제1 주입기 공동(120)으로 제1 주입 각도로 연장되는 제1 주입기 포트(122)를 포함한다. 제1 주입 각도(α)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 인젝터 포트(122)의 제1 벽(124)과, 상단 표면(104)에 평행한 평면 사이의 각도로 정의될 수 있다. 다양한 구현예에서, 제1 주입 각도(α)는 약 25도 내지 약 65도, 약 30도 내지 약 60도 또는 약 35도 내지 약 55도일 수 있다. 제1 인젝터 공동(120)은 제1 인젝터 포트(122)를 통해 반응 공간에 제1 가스를 전달하도록 구성된다. 제1 인젝터 튜브(126)는 제1 인젝터 공동(120) 내에 배치될 수 있고, 제1 인젝터 튜브(126)로부터 전달되는 가스가 제1 인젝터 포트(122)를 통해 반응 공간으로 전달될 수 있도록 제1 인젝터 튜브(126)는 제1 인젝터 포트(122)와 유체 연통할 수 있다. 다양한 구현예에서, 제1 인젝터 튜브(126)는 석영 또는 가스 증착을 위한 다른 적절한 재료를 포함한다.
도 5를 추가로 참조하면, 서셉터 링 어셈블리(100)는 제2 인젝터 공동(220)으로 연장되는 제2 개구(218)를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 상단 표면(104)은 제2 주입구 포트(222)를 포함할 수 있으며, 상기 주입구 포트는 상단 표면(104)부터 제2 주입구 공동(220)으로 제2 주입구 각도(β)로 연장된다. 제2 주입 각도는 도 5에 도시된 바와 같이 제2 벽(224)과, 상단 표면(104)에 평행한 평면 사이의 각도로 정의될 수 있다. 다양한 구현예에서, 제2 주입 각도(β)는 약 25도 내지 약 65도, 약 30도 내지 약 60도 또는 약 35도 내지 약 55도일 수 있다. 제2 인젝터 공동(220)은 제2 인젝터 포트(222)를 통해 반응 공간에 가스(예, 제2 가스)를 전달하도록 구성된다. 제1 가스 및 제2 가스는 동일한 가스 또는 상이한 가스일 수 있고, 본원에서 일반적으로 단순히 가스로서 지칭될 수 있다. 제2 인젝터 튜브(226)는 제2 인젝터 공동(220) 내에 배치될 수 있고, 제2 인젝터 튜브(226)는 제2 인젝터 포트(222)와 유체 연통할 수 있다. 다양한 구현예에서, 제2 인젝터 튜브(226)는 석영 또는 가스 증착을 위한 다른 적절한 재료를 포함한다.
두 개의 인젝터 튜브(126, 226)로 도시되었지만, 본 개시에 따르는 서셉터 링 어셈블리(100)와 같은 어셈블리는 임의의 적절한 수의 인젝터 튜브를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 제1 인젝터 튜브(126)의 근위부(127) 및 제2 인젝터 튜브(226)의 근위부(227)는 모두(예를 들어, 밀봉 가능하게) 배기 플랜지(150)에 결합된다. 제1 가스 공급원(140)은 제1 인젝터 튜브(126)의 근위부(127) 및 제2 인젝터 튜브(226)의 근위부(227)와 유체 연통할 수 있다. 제1 가스 공급원(140)은 제1 가스 및 제2 가스 중 하나 이상을 포함할 수 있고 상기 가스를 인젝터 튜브에 전달할 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 가스 및 제2 가스 중 적어도 하나는 전구체를 포함한다. 전구체는 실란, 예컨대 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 트리실란(Si3H8), 테트라실란(Si4H10) 또는 일반 실험식 SixH(2x+2)를 갖는 고차 실란을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 전구체는 할로겐화 전구체일 수 있다. 예시로서, 전구체는 실리콘 테트라클로라이드(SiCl4), 트리클로로-실란(SiCl3H), 디클로로실란(SiCl2H2), 모노클로로실란(SiClH3), 헥사클로로디실란(HCDS), 옥타클로로트리실란(OCTS), 실리콘 요오드, 실리콘 브로마이드 중 하나 이상이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 경우에, 전구체는 아미노 기반 전구체, 예컨대 헥사키스(에틸아미노)디실란(AHEAD) 및 SiH[N(CH3)2]3(3DMASi), 비스(디알킬아미노)실란, 예컨대 BDEAS(비스(디에틸아미노)실란); 모노(알킬아미노)실란, 예컨대 디-이소프로필아미노실란; 또는 옥시실란 기반 전구체, 예컨대 테트라에톡시실란 Si(OC2H5)4일 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1 가스 및 제2 가스 중 하나 이상은 캐리어 가스, 예컨대 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 제1 가스 및 제2 가스 중 하나 이상은 도펀트를 포함할 수 있다. 예시적인 도펀트 공급원은 비소(As), 인(P), 탄소(C), 게르마늄(Ge) 및 붕소(B) 중 하나 이상을 포함하는 가스를 포함한다. 예로서, 도펀트 공급원은 저메인, 디보란, 포스핀, 아신 또는 삼염화인을 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 서셉터(114)는 상기 서셉터(114)에 결합된 회전 모터 시스템(130)에 의한 처리 중에 회전하도록(또는 회전하지 않도록) 구성될 수도 있다. 본 개시의 예에 따르면, 서셉터는 분당 약 60 내지 약 2, 약 35 내지 약 2 또는 약 35 내지 약 15회의 회전 속도로 회전한다.
일부 경우에, 제1 인젝터 포트(122)는 약 5 밀리미터 내지 약 20 밀리미터 또는 약 8 밀리미터 내지 약 15 밀리미터 또는 약 10 밀리미터의 제1 인젝터 포트 길이(123)를 갖는다. 제2 인젝터 포트(222)는 약 5 밀리미터 내지 약 20 밀리미터 또는 약 8 밀리미터 내지 약 15 밀리미터 또는 약 10 밀리미터의 제2 인젝터 포트 길이(223)를 가질 수 있다. 제1 및/또는 제2 인젝터 포트의 단면 치수는 약 5 밀리미터 내지 약 20 밀리미터일 수 있다. 인젝터 포트의 치수 및/또는 각도는 기판(128)에 가스 주입을 하기 위한 원하는 유동 특성을 제공하도록 조정될 수 있다. 제1 인젝터 포트(122) 및 제2 인젝터 포트(222)는 기판의 선단 에지 또는 원위 에지와 기판의 후단 에지 또는 근위 에지 사이의 중간 위치의 대략 동일한 거리(예, 약 10%, 5% 또는 2% 이내)의 영역에서 기판의 주변부부터 외측으로(바깥쪽으로) 제1 및/또는 제2 가스를 제공함으로써 기판(128)에 실질적으로 방사상으로 가스 유동을 전달하도록 구성될 수 있다. 다양한 구현예에서, 제1 인젝터 포트(122) 및/또는 제2 인젝터 포트(222)는 기판(128)의 외측 에지로부터 약 20 밀리미터 내지 약 30 밀리미터 또는 약 25 밀리미터 내지 28 밀리미터 떨어져 있다.
도 3을 추가로 참조하면, 예시적인 인젝터 튜브(300)의 일부가 도시되어 있다. 인젝터 튜브(300)는 제1 인젝터 튜브(126) 및 제2 인젝터 튜브(226) 중 하나 이상에 사용될 수 있다. 인젝터 튜브(300)는 인젝터 튜브(300)의 벽(304) 내에 애퍼처(302)를 포함한다. 도시된 예에서, 개구 각도(θ)(306)가 되도록 인젝터 튜브(300)로부터 애퍼처(302)가 절단된다. 제1 인젝터 튜브(126)는 인젝터 튜브(162)의 벽 내에 제1 애퍼처(160)를 포함한다. 제2 인젝터 튜브(226)는 인젝터 튜브(262)의 벽 내에 제2 애퍼처(260)를 포함한다. 제1 애퍼처(160) 및 제2 애퍼처(260) 둘 모두는 약 120도 내지 약 70도 또는 약 80도 내지 약 100도 또는 약 90도의 개구 각도(θ)를 갖는다. 다양한 구현예에서, 제1 개구 각도 및 제2 개구 각도 중 하나 이상은 각각의 제1 주입 각도(α) 및 제2 주입 각도(β)보다 크다.
도 6을 참조하면, 본 개시의 구현예에 따른 예시적인 반응기 시스템(600)의 단면도가 도시된다. 반응기 시스템(600)은 주입 플랜지(610)를 포함하는 반응 챔버(601)의 제1 단부(640), 및 배기 플랜지(150)를 포함하는 반응 챔버(601)의 제2 단부(642)를 갖는 반응 챔버(601)를 포함할 수 있다. 반응 챔버(601)는 반응 챔버 상부 벽(603) 및 반응 챔버 하부 벽(605)을 더 포함한다. 반응기 시스템(600)은 전술한 바와 같이 서셉터 링 어셈블리(100)를 포함한다. 반응 챔버(601)는 서셉터 링(102)과 반응 챔버 상부 벽(603) 사이의 부피로 정의되는 상부 챔버 영역(602)을 포함한다. 또한 반응 챔버(601)는 서셉터 링(102)과 반응 챔버 하부 벽(605) 사이의 부피로 정의되는 하부 챔버 영역(604)을 포함한다.
기판(128)은 서셉터(114) 상의 반응 챔버(601)에 제공될 수 있다. 다양한 구현예에서, 기판(128)은 하나 이상의 리프트 핀(624)으로 처리하기 위해 서셉터 위로 상승하고 서셉터(114)로 하강할 수 있다. 다양한 구현예에서, 배기 포트(616)는 반응 챔버(601)의 제2 단부(642)에서 유체 결합되어 반응 챔버로부터 공정 가스 및 전구체를 제거한다.
주입 플랜지(610)는, 주입 플랜지(610)를 통해 반응 챔버(601)의 제1 단부(640) 내로 반응기 시스템에 가스(예, 제1 및 제2 가스)를 도입하도록 구성된 가스 유입구(612)를 포함할 수 있다. 가스 유입구(612)는 제1 가스 공급원(140) 및 선택적으로 제2 가스 공급원(650)과 유체 연통한다. 제1 및 제2 가스 공급원 둘 모두는 전술한 바와 같은 전구체, 캐리어 가스, 도펀트, 이들의 혼합물 등 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 제1 인젝터 튜브(627)의 가스 유입구 및 제2 인젝터 튜브의 가스 유입구는 반응 챔버(601)의 제2 단부(642)에 있을 수 있으며, 상기 인젝터 튜브의 가스 유입구는 제1 가스 공급원(140), 예컨대 제1 가스 공급원(140) 및/또는 제2 가스 공급원(650)과 유체 연통한다.
가스 유동(630)은 반응 챔버(601)의 제1 단부(640)에서 반응 챔버에 진입하는 가스의 유동 방향을 나타낸다. 제1 인젝터 포트(122) 및 제2 인젝터 포트(222)부터 반응 챔버로 진입하는 가스는 외곽 에지 가스 유동이다. 다양한 구현예에서, 제1 인젝터 포트(122) 및 제2 인젝터 포트(222)부터 반응 챔버로 진입하는 외곽 에지 가스 유동은 가스 유동(630)에 실질적으로 수직이고(예, 약 90도 +/- 10도, 5도 또는 2도), 상부 챔버 영역(602)에서 실질적으로 유지된다.
도 8을 참조하면, 예시적인 가스 커넥터 어셈블리(800)의 일부가 도시되어 있다. 가스 커넥터 어셈블리(800)는 인젝터 튜브(826)(제1 인젝터 튜브(126) 및 제2 인젝터 튜브(226)와 동일하거나 유사함)를 배기 플랜지(850)(배기 플랜지(150)와 동일하거나 유사함)에 결합시키는 데 사용될 수 있다. 가스 커넥터 어셈블리(800)는 배기 플랜지(850)의 배기 플랜지 개구(810)에 결합된 너트(802)를 포함하고, 너트(802)의 일부는 배기 플랜지(850)의 외부에 배치된다. 너트(802)는 너트(802)의 원위 단부에 커넥터 공동(812)을 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 인젝터 튜브(826)는 또한 인젝터 튜브(826)의 근위부(827)(근위부(127 및 227)와 동일 유사함)를 포함할 수 있다. 인젝터 튜브(826)의 근위부(827)는 인젝터 튜브(826)의 나머지 부분과 비교할 때 증가된 직경을 갖는다. 인젝터 튜브(826)의 근위부(827)는 너트(802) 및 배기 플랜지(850)에 의해 완전히 둘러싸일 수 있다.
추가적으로, 인젝터 튜브(826)는 인젝터 튜브(826)의 근위부(827)의 단부에 튜브 플랜지(828)를 포함할 수 있고, 튜브 플랜지(828)는 인젝터 튜브(826)의 근위부(827)의 단부 주위를 둘러싸는 립을 포함할 수 있다. 인젝터 튜브(826)는, 튜브 플랜지(828)를 커넥터 공동(812) 내에 배치하고 커넥터 공동(812)과 튜브 플랜지(828) 각 측부 사이에 배치된 제2 o-링(808)과 제1 o-링(806)을 이용해 튜브 플랜지(828)의 측면을 가압함으로써 너트(802)에 결합될 수 있다. o-링(806, 808)은 튜브 플랜지(828)를 향해 가압하여 튜브 플랜지(828) 및 인젝터 튜브(826)를 제 위치에 고정시킨다.
가스 커넥터 어셈블리(800)는 너트(802)에 결합된 VCR 커넥터(804)를 더 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, VCR 커넥터(804)는 너트(802)에 용접된다. VCR 커넥터는 제1 가스 공급원(140)과 같은 가스 공급원, 및 인젝터 튜브(826)의 근위부(827)와 유체 연통할 수 있다. 가스 커넥터 어셈블리(800)는 도 1에서 인젝터 튜브(126, 226)의 근위부(127, 227)의 각각을 배기 플랜지(150)에 고정시키기 위해 사용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 개시의 구현예에 따른 방법(700)이 도시된다. 방법(700)은 반응기 시스템(예, 반응기 시스템(600))의 반응 챔버(예, 반응 챔버(601)) 내에 기판(예, 기판(128))을 제공하는 단계(702)를 포함한다.
방법(700)은 어셈블리(100) 또는 반응기 시스템(600)의 적어도 하나의 인젝터 튜브(예, 제1 인젝터 튜브(예, 제1 인젝터 튜브(126)) 및/또는 제2 인젝터 튜브(예, 제2 인젝터 튜브(226)))를 통해 가스를 유동시키는 단계를 포함할 수 있는 단계(704)를 포함한다. 단계(704) 동안, 반응 챔버(601)의 온도는 약 350℃ 내지 약 950℃, 약 350℃ 내지 약 800℃, 또는 약 600℃ 내지 약 800℃일 수 있다. 반응 챔버 내의 압력은 약 2 Torr 내지 약 1 ATM, 약 2 Torr 내지 약 400 Torr 또는 약 2 Torr 내지 약 200 Torr일 수 있다. 제1 가스(예, 실리콘 함유 전구체)의 유량은 약 10 sccm 내지 약 700 sccm 또는 10 sccm 내지 약 300 sccm일 수 있고; 제2 가스(예, 게르마늄 함유 전구체)의 유량은 약 10 sccm 내지 약 990 sccm, 약 10 sccm 내지 약 220 sccm 또는 약 10 sccm 내지 약 85 sccm일 수 있고; 이러한 유량은 캐리어와 함께 또는 없이 존재할 수 있다.
단계(704)의 가스는 가스 공급원(예컨대, 제1 가스 공급원(140) 및/또는 제2 가스 공급원(650))으로부터 제1 인젝터 튜브(126) 및/또는 제2 인젝터 튜브에 제공되고, 전술한 바와 같은 전구체 또는 임의의 다른 가스를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 전구체는 실리콘을 포함한다. 가스는 제1 인젝터 튜브(126)부터 제1 인젝터 포트(122)로 유동하고 기판(128)을 향해 방사상으로 제1 인젝터 포트(122)를 빠져 나오도록 구성될 수 있다.
추가 구현예에서, 단계(704)는 제1 가스 및/또는 제2 가스를 제2 인젝터 튜브(예컨대 제2 인젝터 튜브(226))를 통해 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 제2 인젝터 튜브(226)를 통해 유동하는 가스는 제1 인젝터 튜브(126)를 통해 유동하는 가스와 동일한 가스 또는 상이한 가스일 수 있다. 예를 들어, 제1 가스는 전술한 바와 같은 실리콘 함유 전구체, 게르마늄 함유 전구체, 도펀트 함유 전구체 및/또는 에천트와 같은 가스의 혼합물을 포함할 수 있다.
일부 경우에, 제1 및/또는 제2 인젝터 튜브(126, 226)에 제공된 가스는 동일한 가스(들)를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 제1 및/또는 제2 인젝터 튜브(126, 226)에 제공된 가스는 주입 플랜지에 제공된 동일한 가스일 수 있다. 일부 경우에, 제1 및/또는 제2 인젝터 튜브(126, 226)에 제공된 가스는, 유입구 플랜지에 제공된 가스의 동일한 가스 또는 가스의 서브세트의 상이한 혼합물 비율을 포함할 수 있거나, 다른 (예, 불활성) 가스이거나 이를 포함할 수 있다.
추가 구현예에서, 가스는 서로 독립적으로 또는 독립적이지 않게 제1 인젝터 포트(122) 및 제2 인젝터 포트(221)에 제공될 수 있다. 즉, 일부 경우에, 제1 및 제2 가스의 유량은 독립적으로 제어될 수 있고/있거나 상이한 공급원으로부터 유래될 수 있다. 단계(704)는 원하는 프로파일을 위해 가스의 유량 또는 상대 유량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 외곽 에지에서 롤다운이 필요한 경우, 반응기 시스템(600)은 제1 인젝터 포트(122) 및 제2 인젝터 포트(222) 중 하나 이상에서 전구체의 유량을 증가시킬 수 있다. 외곽 에지에서 롤업이 필요한 경우, 반응기 시스템(600)은 제1 인젝터 포트(122) 및 제2 인젝터 포트(222) 중 하나 이상에서 캐리어 가스의 유량을 증가시켜, 반응 챔버(601)의 임의의 전구체를 희석시킬 수 있다. 원하는 막 두께 및/또는 조성 프로파일을 수득하도록 제1 및 제2 가스의 유량은 유사하게 제어될 수 있다. 두께 및 조성 프로파일은 본원에 개시된 방법을 사용하여 제어될 수 있다.
방법(700)은 서셉터(예컨대, 서셉터(114))의 온도를 측정함을 포함할 수 있는 단계(706)를 포함한다. 온도는 서셉터(114) 내에 배치된 하나 이상의 열전대를 사용하여 측정되고/측정되거나 고온계를 사용하여 측정될 수 있다. 서셉터의 온도를 측정하는 단계는 기판(128)을 따라 형성된 온도 프로파일 및 온도 차이를 결정하는 데 도움이 될 수 있다. 전술한 바와 같이, 막 두께 변화(예, 기판의 외곽 에지에서 막 롤업 또는 롤다운)는 증착 공정 동안 온도 차이에 의해 야기될 수 있다.
방법(700)은 주입 플랜지(예컨대, 주입 플랜지(610))를 통해 반응기 시스템(600)의 반응 챔버(601)로 전구체를 유동시킴을 포함할 수 있는 단계(708)를 포함한다. 다양한 구현예에서, 주입 플랜지(610)를 통해 유동하는 전구체는 제2 가스 공급원(650)으로부터 제공될 수 있고, 동일한 전구체 또는 상이한 전구체는 이 단계 동안 제1 가스 공급원(140)으로부터 제1 인젝터 포트(122)를 통해 유동할 수 있다.
전술한 본 개시의 예시적 구현예는 본 발명의 범주를 제한하지 않는데, 그 이유는 이들 구현예는 본 발명의 구현예의 예시일 뿐이기 때문이며, 이는 첨부된 청구범위 및 그의 법적 균등물에 의해 정의된다. 임의의 균등한 구현예는 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 확실하게, 본원에 나타내고 설명된 것 외에도, 설명된 요소의 대안적인 유용한 조합과 같은 본 발명의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경예 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (23)

  1. 서셉터 링 어셈블리로서,
    상단 표면, 하단 표면, 제1 에지, 제2 에지, 및 그 내부에 있는 서셉터 개구를 포함한 서셉터 링으로서, 상기 제1 에지는 상기 서셉터 링 내의 제1 인젝터 공동으로 연장되는 개구를 포함하고, 상기 상단 표면은 상기 상단 표면부터 상기 제1 인젝터 공동으로 제1 주입 각도로 연장되는 제1 인젝터 포트를 포함하고, 상기 서셉터 개구는 상기 상단 표면과 상기 하단 표면 사이에 걸쳐 있는, 서셉터 링; 및
    상기 제1 인젝터 공동 내에 적어도 부분적으로 배치된 제1 인젝터 튜브를 포함하는, 서셉터 링 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 인젝터 튜브는 석영을 포함하는, 서셉터 링 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 서셉터 링은 제2 인젝터 공동을 포함하고, 상기 서셉터 링 어셈블리는 그 안에 배치된 제2 인젝터 튜브를 포함하는, 서셉터 링 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 주입 각도는 약 25도 내지 약 65도인, 서셉터 링 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 인젝터 포트는 약 5 밀리미터 내지 약 20 밀리미터의 제1 인젝터 포트 길이를 갖는, 서셉터 링 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 서셉터 개구 내에 적어도 부분적으로 배치된 회전 가능한 서셉터를 더 포함하는 서셉터 링 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 인젝터 튜브는 상기 제1 인젝터 튜브의 벽 내에 제1 애퍼처를 포함하는, 서셉터 링 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 애퍼처는 상기 제1 인젝터 포트와 유체 연통하는, 서셉터 링 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 애퍼처의 개구 각도는 상기 제1 주입 각도보다 더 큰, 서셉터 링 어셈블리.
  10. 반응기 시스템으로서,
    반응 챔버를 포함하는 반응기; 및
    상기 반응기 내에 배치된 서셉터 링 어셈블리를 포함하되, 상기 서셉터 링 어셈블리는,
    상단 표면, 하단 표면, 제1 에지, 제2 에지, 및 그 내부에 있는 서셉터 개구를 포함한 서셉터 링으로서, 상기 제1 에지는 제1 인젝터 공동으로 연장되는 개구를 포함하고, 상기 상단 표면은 상기 상단 표면부터 상기 제1 인젝터 공동으로 제1 주입 각도로 연장되는 제1 인젝터 포트를 포함하고, 상기 서셉터 개구는 상기 상단 표면과 상기 하단 표면 사이에 걸쳐 있는, 서셉터 링; 및
    상기 제1 인젝터 공동 내에 적어도 부분적으로 배치된 제1 인젝터 튜브; 및
    상기 서셉터 개구 내에 적어도 부분적으로 배치된 회전 가능한 서셉터를 포함하는, 반응기 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반응기 시스템은 상기 회전 가능한 서셉터 내에 배치된 열전대를 더 포함하는, 반응기 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 반응기 시스템은 배기 플랜지를 더 포함하고, 제1 인젝터 튜브의 근위부는 상기 배기 플랜지 내에 배치되는, 반응기 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제1 인젝터 튜브는 석영을 포함하는, 반응기 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 주입 플랜지를 더 포함하고, 상기 주입 플랜지는 반응 챔버 또는 상기 반응기의 제1 단부에서 가스를 도입하고, 상기 제1 인젝터 튜브의 가스 유입구는 상기 반응 챔버의 제2 단부에 있는, 반응기 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 복수의 인젝터 포트를 포함하는 반응기 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제1 인젝터 튜브는 반응 챔버 유입구부터 반응 챔버 유출구로 유동하는 공정 가스의 유동에 실질적으로 수직으로 가스를 제공하도록 구성된 제1 애퍼처를 포함하는, 반응기 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 애퍼처는 상기 제1 인젝터 포트와 유체 연통하는, 반응기 시스템.
  18. 제10항에 있어서, 상기 반응기 시스템은 상기 반응 챔버에 전구체를 도입하기 위한 주입 플랜지 및 제1 인젝터 포트와 유체 연통하는 전구체 공급원을 더 포함하는, 반응기 시스템.
  19. 방법으로서,
    반응기 시스템의 반응 챔버 내에 기판을 제공하되, 상기 반응기 시스템은 서셉터 링 어셈블리를 포함하며, 상기 어셈블리는,
    상단 표면, 하단 표면, 제1 에지, 제2 에지, 및 그 내부에 있는 서셉터 개구를 포함한 서셉터 링으로서, 상기 제1 에지는 상기 서셉터 링 내의 제1 인젝터 공동으로 연장되는 개구를 포함하고, 상기 상단 표면은 상기 상단 표면부터 상기 제1 인젝터 공동으로 제1 주입 각도로 연장되는 제1 인젝터 포트를 포함하고, 상기 서셉터 개구는 상기 상단 표면과 상기 하단 표면 사이에 걸쳐 있는, 서셉터 링; 및
    상기 제1 인젝터 공동 내에 적어도 부분적으로 배치된 제1 인젝터 튜브를 포함하는 단계; 및
    상기 제1 인젝터 튜브를 통해 가스를 유동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반응기 시스템은 서셉터 내에 배치된 열전대를 더 포함하고, 상기 방법은 상기 서셉터의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 방법은 상기 제1 인젝터 튜브 내의 가스 유량을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 가스는 실리콘 함유 전구체, 게르마늄 함유 전구체 및 도펀트 함유 전구체 중 하나 이상인, 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 반응기 시스템은 상기 반응 챔버에 전구체를 도입하기 위한 주입 플랜지 및 제1 인젝터 포트와 유체 연통하는 전구체 공급원을 더 포함하고, 상기 방법은 상기 주입 플랜지 및 상기 인젝터 포트를 통해 상기 반응 챔버 내로 전구체를 유동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
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