WO2024101775A1 - 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법 - Google Patents

산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2024101775A1
WO2024101775A1 PCT/KR2023/017367 KR2023017367W WO2024101775A1 WO 2024101775 A1 WO2024101775 A1 WO 2024101775A1 KR 2023017367 W KR2023017367 W KR 2023017367W WO 2024101775 A1 WO2024101775 A1 WO 2024101775A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
layer
deposition
hybrid
gallium oxide
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/017367
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
장성환
김상훈
김근식
장병열
원상희
박호용
김상균
최학영
Original Assignee
주식회사 넥서스비
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
Priority claimed from KR1020230149422A external-priority patent/KR20240069619A/ko
Application filed by 주식회사 넥서스비 filed Critical 주식회사 넥서스비
Publication of WO2024101775A1 publication Critical patent/WO2024101775A1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C23C16/40—Oxides
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • 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
    • C30B29/16—Oxides
    • 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
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid deposition apparatus for gallium oxide and a hybrid deposition method using the same (HYBRID DEPOSITING APPARATUS FOR GALLIUM OXIDE AND METHOD FOR HYPRID DEPOSITING USING THEREOF). More specifically, the present invention relates to an oxidation method in which at least two deposition methods are applied. It relates to a hybrid deposition device for gallium and a hybrid deposition method using the same.
  • silicon (Si) was used as a wafer to produce conventional semiconductors, but silicon (Si) had a low bandgap and limited high voltage implementation.
  • next-generation materials such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), and gallium oxide (Ga2O3).
  • methods for depositing a thin film of a predetermined thickness on a substrate include physical vapor deposition (PVD) using physical collisions such as sputtering, and chemical methods using chemical reactions.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • MOCVD Metal-Organic Chemical Vapor Deposition
  • Mist-CVD is a method of forming a thin film in an aqueous solution at normal pressure. This is a method of spraying and depositing a thin film through a chemical reaction with the substrate.
  • ALD atomic layer deposition
  • each deposition method has advantages and disadvantages, and when a single deposition method is used, that deposition method also has disadvantages.
  • the Mist-CVD method has problems in that it is difficult to control the growth rate of crystals (thin films) growing on a substrate and has low uniformity.
  • the ALD method has excellent thin film characteristics, but has the disadvantage of a slow crystal growth rate, and the MOCVD method has a problem of low thin film characteristics although the crystal growth rate is fast.
  • each of the deposition methods used to deposit thin films has different deposition conditions for stable deposition of the source gas or source liquid on the substrate, making it impossible to properly utilize various deposition methods with existing deposition equipment. There was a problem.
  • the present invention provides a hybrid deposition apparatus for gallium oxide that produces a wafer by forming a crystal layer using at least two deposition methods and a hybrid deposition method using the same.
  • a hybrid deposition device for gallium oxide includes a gas supply assembly for supplying a source gas, a reaction gas, and a purge gas, a liquid supply assembly for supplying at least a portion of the source gas, and the gas supply assembly and the It is connected to a liquid supply assembly and includes a chamber unit in which a substrate is placed.
  • the gas supply assembly includes a source gas supply module for supplying the source gas, a reaction gas supply module for supplying the reaction gas, a purge gas supply module for supplying the purge gas, and a main pumping module for providing negative pressure. can do.
  • the source gas supply module includes a first source gas supply unit supplying a first source gas, and a second source gas supply unit supplying a second source gas different from the first source gas. At least one of the first source gas and the second source gas may include trimethyl gallium (TMG).
  • TMG trimethyl gallium
  • reaction gas supply module is arranged to be connected to the purge gas supply module, and the reaction gas supply module can receive oxygen (O2) from the outside to generate ozone (O3) and supply it to the chamber unit.
  • reaction gas supply module may adjust the ratio of gallium supplied from the source gas supply module and the liquid supply assembly to the ozone supplied to the chamber unit.
  • the liquid supply assembly may include a source liquid supply unit that supplies the source liquid, and an evaporation unit that atomizes the source liquid.
  • the gas supply assembly and the liquid supply assembly are coupled to the upper side of the chamber unit, and the source gas, reaction gas, purge gas supplied from the gas supply assembly, or the source liquid supplied from the liquid supply assembly is connected to the chamber unit. It may be sprayed vertically toward one surface of the substrate disposed inside.
  • a device formed inside the chamber unit and connected to the gas supply assembly and the liquid supply assembly to spray at least one of the source gas, the reaction gas, the purge gas, and the source liquid on one surface of the substrate. It may include a spray unit including a plurality of spray nozzles.
  • the hybrid deposition apparatus may further include a substrate adjustment unit that supports a lower portion of the substrate and rotates the substrate in one direction.
  • the hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention may further include a heating unit formed below the substrate adjustment unit and controlling the temperature inside the substrate and the chamber unit.
  • the substrate adjustment unit may adjust the position of the substrate within the chamber unit by lifting the substrate.
  • the substrate handling unit prepares the substrate in a first state to deposit a first layer on the substrate by a first deposition method, and the substrate handling unit lifts the substrate and moves it to a first height.
  • the heating unit heats the substrate to a first temperature range
  • the first deposition method includes an atomic layer deposition method
  • the first layer may be an amorphous buffer layer.
  • the substrate handling unit prepares the substrate in a second state to deposit a second layer on the first layer by a second deposition method, and the substrate handling unit lowers the substrate to prepare the substrate.
  • the heating unit heats the substrate to a second temperature range
  • the second deposition method includes an organic metal chemical vapor deposition method
  • the second layer is a single crystal layer
  • the second height is It may be formed to be larger than the first height
  • the second temperature range may be formed to be higher than the first temperature range.
  • the gas supply assembly and the liquid supply assembly operate selectively through at least two of atomic layer deposition (ALD), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and mist chemical vapor deposition (Mist-CVD). Multiple layers can be grown on the substrate.
  • ALD atomic layer deposition
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • Mist-CVD mist chemical vapor deposition
  • the hybrid deposition method using the hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention is performed by any one of the substrate preparation step of placing the substrate to be grown inside the chamber unit, the gas supply assembly, and the liquid supply assembly.
  • a first layer deposition step of depositing a first layer on a substrate, and a second layer deposition step of depositing a second layer on the first layer by either the gas supply assembly or the liquid supply assembly; , the first layer and the second layer may be deposited through different deposition methods.
  • the first layer deposition step is performed using atomic layer deposition (ALD), which is a first deposition method
  • the second layer deposition step is performed using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) and mist chemical vapor deposition, which are second deposition methods. It can be performed by any one of the deposition methods (Mist-CVD).
  • the substrate before the first layer deposition step, is adjusted to the optimal conditions of the first deposition method by a substrate adjustment unit.
  • the first state includes at least one of a first height and a first temperature range
  • the second state includes at least one of a second height and a second temperature range
  • the second height is the first height. It can be formed larger, and the second temperature range can be formed higher than the first temperature range.
  • it may further include a third layer deposition step of depositing a third layer on the second layer by the liquid supply assembly, and the third layer deposition step may be performed by a mist chemical vapor deposition method.
  • gallium oxide thin film crystals can be grown and deposited on the substrate 900, so that an integrated high-voltage, high-output semiconductor with a high bandgap compared to existing silicon semiconductors can be manufactured. There is an advantage.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to a disclosed embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a conceptual diagram of a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an injection unit that is a component of a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows various examples of gallium oxide thin films grown using a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a schematic flowchart of a hybrid deposition method using a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a conceptual diagram of a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is for explaining a process of preparing a substrate in a first state to deposit a first layer by a first deposition method in a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is for explaining a process of preparing a substrate in a second state to deposit a second layer by a second deposition method in a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a schematic flowchart of a hybrid deposition method using a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to another embodiment of the present invention.
  • Hybrid deposition device for gallium oxide 100 Gas supply assembly
  • Source gas supply module 120 Reaction gas supply module
  • Purge gas supply module 140 Main pumping module
  • Liquid supply assembly 210 Source liquid supply unit
  • Evaporation unit 300 Chamber unit
  • Substrate adjustment unit 700 Heating unit
  • Substrate preparation step S220 First layer deposition preparation step
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are of course not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may also be a second component within the technical spirit of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to a disclosed embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to a disclosed embodiment of the present invention.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide includes a gas supply assembly 100, a liquid supply assembly 200, and a chamber unit 300.
  • the gas supply assembly 100 can supply various types of gas to the chamber unit 300.
  • the gas supply assembly 100 may supply source gas for growing crystals on the substrate 900.
  • the gas supply assembly 100 may supply a reaction gas to react with the source gas supplied to grow crystals on the substrate 900.
  • the gas supply assembly 100 may supply a purge gas to prevent unintentional diffusion of the source gas inside the chamber unit 300.
  • the gas supply assembly 100 may include a source gas supply module 110 for supplying source gas, a reaction gas supply module 120 for supplying a reaction gas, and a purge gas supply module 130 for supplying a purge gas. You can.
  • the source gas supply module 110 may supply the source gases (S1, S2, S3, and S4) stored in the source gas supply unit 111 to the chamber unit 300 through the source gas supply line 112.
  • the source gas supply module 110 may supply at least one source gas (S1, S2, S3, S4) to the chamber unit 300. That is, the source gas supply module 110 may include at least one source gas supply unit 111, and the source gas supply module 110 is a first source gas supply unit that supplies the first source gas (S1). It may include (1111) and a second source gas supply unit 1112 that supplies the second source gas (S2).
  • the second source gas (S2) may be a different material from the first source gas (S1).
  • at least one of the first source gas (S1) and the second source gas (S2) may include trimethyl gallium (TMG). Since at least one of the various source gases (S1, S2, S3, and S4) contains a material containing gallium (Ga), a gallium oxide (Ga2O3) crystal can be deposited on the substrate 900.
  • the source gas supply module 110 includes a first source gas supply unit 1111, a second source gas supply unit 1112, a third source gas supply unit 1113, and a fourth source gas supply unit ( 1114).
  • the first source gas (S1) supplied to the chamber unit 300 by the first source gas supply unit 1111 may be trimethyl gallium (TMG)
  • the first source gas (S1) supplied to the chamber unit 300 by the second source gas supply unit 1112 may be trimethyl aluminum (TMA).
  • TMG trimethyl gallium
  • TMA trimethyl aluminum
  • the lattice mismatch (layer mismatch) state can be resolved by depositing multiple layers of aluminum gallium oxide (AlGaOx) with different textures.
  • the third source gas (S3) supplied to the chamber unit 300 by the third source gas supply unit 1113 may be DTMASn or BTBAS, and is supplied to the chamber unit (300) by the fourth source gas supply unit 1114.
  • the fourth source gas S4 supplied to 300) may be an additional material needed to manufacture a semiconductor wafer. In this way, by providing various source gases (S1, S2, S3, and S4) by the source gas supply unit 111, the process of growing a thin film crystal on the substrate 900 can be optimized.
  • the reaction gas supply module 120 may supply reaction gas (R) to the chamber unit 300.
  • the reaction gas (R) may be ozone (O3)
  • the reaction gas supply unit 121 of the reaction gas supply module 120 receives oxygen (O2) from the outside and generates ozone (O3). It can be supplied to the chamber unit 300.
  • Ozone (O3) supplied by the reaction gas supply module 120 reacts with gallium (Ga) supplied by the source gas supply module 110 and/or the liquid supply assembly 200, and gallium (Ga) and ozone Gallium oxide (Ga2O3) generated through a chemical reaction of (O3) may be deposited on the substrate 900.
  • the reaction gas supply module 120 can adjust the ratio of gallium supplied from the source gas supply module 110 to the ozone supplied to the chamber unit 300.
  • the ratio of gallium to ozone may be determined by the degree to which the reaction gas supply control valve (not shown) formed between the reaction gas supply unit 121 and the reaction gas supply line 122 is opened and closed.
  • the purge gas supply module 130 may supply purge gas (P) to the chamber unit 300.
  • the purge gas (P) may be an inert gas such as nitrogen (N2) and/or argon (Ar).
  • the purge gas supply module 130 includes a purge gas supply unit 131 that stores and/or supplies purge gas (P), and a purge gas supply line 132 that delivers the purge gas (P) to the chamber unit 300. ) may include.
  • the purge gas supply line 132 may be connected to at least one of the source gas supply line 112, the reaction gas supply line 122, and the source liquid supply line 211 of the liquid supply assembly 200, which will be described later.
  • the source gas supply line 112, the reaction gas supply line 122, the source liquid supply line 211, and the source gases (S1, S2, S3, S4) remaining inside the chamber unit 300 are atomized.
  • the source liquid (L1) and the reaction gas (R) may be discharged to the outside of the chamber unit 300.
  • the first purge gas supply line 1321 of the purge gas supply lines 132 may be connected to the reaction gas supply line 122. More specifically, the reaction gas supply line 122 of the reaction gas supply module 120 may be arranged to be connected to the first purge gas supply line 1321 among the purge gas supply lines 132.
  • the reaction gas (R) is not mixed with the source gas (S1, S2, S3, S4) before being injected into the interior of the chamber unit 300 from the injection unit 400, which will be described later, so the source gas There is an advantage in that stable chemical reaction between (S1, S2, S3, S4) and reaction gas (R) and deposition on the substrate 900 are possible.
  • the second purge gas supply line 1322 of the purge gas supply lines 132 may be connected to the source gas supply line 112. More specifically, the second purge gas supply line 1322 includes the first source gas supply line 1121, the second source gas supply line 1122, the third source gas supply line 1123, and the fourth source gas supply line. It may be connected to at least one of the supply lines 1124. In this way, by connecting the source gas supply line 112 and the second purge gas supply line 1322, the purge gas (P) is supplied to the source gas supply line 112 and the source gas remaining inside the chamber unit 300 ( There is an advantage in that S1, S2, S3, and S4) can be discharged to the outside of the chamber unit 300 and enable stable deposition and thin film crystal growth.
  • the second purge gas supply line 1322 of the purge gas supply lines 132 may be connected to the source liquid supply line 211.
  • the second purge gas supply line 1322 may be connected to the source liquid supply line 211 disposed between the front end of the source liquid supply unit 210 and the evaporation unit 220, which will be described later, and the evaporation unit 220 ) may be connected to the atomized source liquid supply line 211 disposed between the rear end of the chamber unit 300 and the chamber unit 300.
  • the purge gas (P) is supplied to the source liquid supply line 211 and the source liquid remaining inside the chamber unit 300 ( L1), and/or the atomized source liquid L1 can be discharged to the outside of the chamber unit 300, which has the advantage of enabling stable deposition and thin film crystal growth.
  • liquid supply assembly 200 will be described.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide may include a liquid supply assembly 200, and the liquid supply assembly 200 is supplied with at least one of the source gases S1, S2, S3, and S4. Some can be supplied. At this time, the liquid supply assembly 200 may vaporize the source liquid L1 to generate mist-type source gases S1, S2, S3, and S4 and supply them to the chamber unit 300.
  • the liquid supply assembly 200 may include a source liquid supply unit 210 that supplies the source liquid (L1) and an evaporation unit 220 that atomizes the source liquid (L1).
  • the source liquid supply unit 210 may store and/or supply source liquid L1 that shares a predetermined substance with at least one of the source gases S1, S2, S3, and S4.
  • the source liquid (L1) may be Ga(acac)3 containing gallium (Ga), and the source liquid (L1) is atomized by the evaporation unit 220 and stored inside the chamber unit 300. Ga) can be supplied.
  • the evaporation unit 220 may be a device capable of generating ultrasonic vibration, and may receive the source liquid L1 from the source liquid supply unit 210 and atomize the source liquid L1 into a mist form.
  • the atomized source liquid L1 may be supplied into the chamber unit 300 through the source liquid supply line 211 connected to the chamber unit 300 at the rear end of the evaporation unit 220.
  • the source liquid L1 atomized in the form of a mist may react with the reaction gas R to form gallium oxide (Ga2O3) crystals on the substrate 900.
  • the reaction gas supply module 120 and/or the liquid supply assembly 200 each supply the reaction gas (R) and the atomized source liquid (L1). ) can be adjusted to adjust the ratio of gallium (Ga) supplied by the liquid supply assembly 200 to ozone (O3) supplied by the reaction gas supply module 120.
  • the chamber unit 300 and the configurations of the hybrid deposition apparatus 1 disposed inside the chamber unit 300, and the source gas (S1, S2, S3, S4), reaction gas (R), and purge gas. (P), and the main pumping module 140 that discharges the source liquid (S1) will be described.
  • Figure 3 is a schematic diagram for explaining the injection unit 400, which is a component of the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide may include a chamber unit 300.
  • a substrate 900 may be placed inside the chamber unit 300.
  • At least one layer is deposited on the substrate 900 to grow a thin film crystal, and a power semiconductor device can be manufactured using the thin film crystal.
  • the hybrid deposition apparatus 1 may be operated at atmospheric pressure with the chamber region 300 filled with an inert gas for stable crystal growth on the substrate 900.
  • the configuration in which the operating pressure of the chamber region 300 of the hybrid deposition apparatus 1 is normal pressure is only an exemplary configuration, and a configuration in which the chamber region 180 is in a vacuum state or a low pressure state may also be included in the spirit of the present invention. there is.
  • the chamber unit 300 may be connected to the gas supply assembly 100 and the liquid supply assembly 200. More specifically, the chamber unit 300 is connected to the gas supply assembly 100 to supply source gas (S1, S2, S3, S4), reaction gas (R), and purge gas (P) simultaneously or sequentially. It can be supplied and connected to the liquid supply assembly 200 to receive atomized source liquid (L1).
  • a product e.g. For example, Ga2O3 or AlGaOx to resolve lattice mismatch
  • the gas supply assembly 100 and the liquid supply assembly 200 may be coupled to the upper side of the chamber unit 300. More specifically, among the gas supply assembly 100, the source gas supply line 112, the purge gas supply line 132 connected to the reaction gas supply line 122, and the source liquid supply line 211 are connected to the chamber unit ( 300). Accordingly, the source gas (S1, S2, S3, S4), reaction gas (R), purge gas (P) supplied from the gas supply assembly 100, or the source liquid (L1) supplied from the liquid supply assembly 200 ) may be sprayed vertically toward one surface (eg, top surface) of the substrate 900 disposed inside the chamber unit 300.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide When deposition was performed using a conventional mist chemical vapor deposition (Mist-CVD) method, a thin film was deposited by flowing mist from one side of the upper surface of the substrate 900 to the other side.
  • Mist-CVD mist chemical vapor deposition
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide vertically sprays the gas and/or liquid required to form a thin film crystal onto the upper surface of the substrate 900. , it has the advantage of enabling uniform thin film crystal growth.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide includes a spray unit formed inside the chamber unit 300. It may further include (400).
  • the injection unit 400 may include a plurality of fine injection nozzles 410.
  • the injection unit 400 is connected to the supply lines (e.g., source gas supply line and/or source liquid supply line) of the gas supply assembly 100 and the liquid supply assembly 200 and is connected to the inside of the chamber unit 300.
  • At least one of the source gas (S1, S2, S3, S4), reaction gas (R), purge gas (P), and (atomized) source liquid (L1) can be sprayed, and a plurality of spray nozzles 410 ) may be arranged to cover the top surface area of the substrate 900.
  • the plurality of injection nozzles 410 are arranged to cover the entire cross-sectional area of the chamber unit 300, but operate only in an area corresponding to the area of the substrate 900 disposed inside the chamber unit 300. It can also be controlled as much as possible.
  • each of the plurality of injection nozzles 410 included in the injection unit 400 may operate selectively when the substrate 900 moves in parallel within the chamber unit 300.
  • the substrate 900 can move horizontally within the chamber unit 300.
  • the spray nozzles 410 may spray gas and/or liquid depending on the position of the substrate 900. Accordingly, time-division deposition and/or space-division deposition can be performed, and there is an advantage in enabling uniform and stable thin film crystal deposition.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide may include a substrate conditioning unit 600.
  • the substrate adjustment unit 600 supports the lower portion of the substrate 900 and can rotate the substrate 900 in one direction.
  • the substrate adjustment unit 600 may rotate the susceptor 500 disposed below the substrate 900, and the substrate 900 seated on the susceptor 500 may be rotated by the susceptor 500. can be rotated with Since the substrate 900 can be rotated by the substrate adjustment unit 600, there is an advantage in that more uniform thin film deposition is possible.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide may further include a heating unit 700.
  • the heating unit 700 may control the temperature inside the substrate 900 and the chamber unit 300, and may be formed below the substrate adjustment unit 600.
  • the heating unit 700 may be formed below the susceptor 500 to heat or cool the susceptor 500 and the substrate 900 to reach the target temperature.
  • the heating unit 700 can be heated up to 1,000°C to 1,200°C and transfer heat energy to the substrate 900 and the chamber unit 300.
  • the heating unit 700 has the advantage of enabling easy deposition of a layer (epilayer) in a high temperature environment.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide may include a main pumping module 140.
  • the main pumping module 140 provides negative pressure to pump the source gas (S1, S2, S3, S4), reaction gas (R), purge gas (P), and (atomized) source liquid remaining inside the chamber unit 300. (L1) can be discharged to the outside.
  • the main pumping module 140 includes a main pump 141, and the main pump 141 provides negative pressure to form a fluid flow from the chamber unit 300 toward the discharge line 142. A pressure difference can be created. Accordingly, the gas and/or liquid remaining inside the chamber unit 300 can be easily discharged through the discharge line 142, which has the advantage of enabling stable and precise thin film crystal deposition.
  • gallium oxide thin film deposited using the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention will be described.
  • Figure 4 shows various examples of gallium oxide thin films grown using the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide grows a plurality of thin film crystal layers on the substrate 900 using at least two deposition methods.
  • the gas supply assembly 100 and the liquid supply assembly 200 of the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide operate selectively to perform atomic layer deposition (ALD), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), A plurality of layers can be grown on the substrate 900 through at least two of the following methods: and mist chemical vapor deposition (Mist-CVD).
  • the substrate 900 is placed inside the chamber unit 300.
  • the substrate 900 may be an n-type ⁇ -gallium oxide ( ⁇ -Ga2O3) substrate, a silicon substrate, or a silicon carbide substrate.
  • the substrate 900 may be a sapphire substrate made of aluminum oxide (Al2O3).
  • Al2O3 aluminum oxide
  • layer mismatch may occur between thin film crystal layers, but the mismatch problem can be solved by forming a superlattice using trimethyl aluminum (TMA) as described above. You can.
  • the first layer 910 may be deposited on the substrate 900.
  • the first layer 910 may be a ⁇ -gallium oxide ( ⁇ -Ga2O3) layer, and the first layer 910 may be deposited using atomic layer deposition (ALD).
  • ALD atomic layer deposition
  • the atomic layer deposited first layer 910A has a thickness of about 10 nm to 30 nm and is deposited at a temperature range of 100°C to 350°C. can be formed.
  • the source gas supply module 110, the reaction gas supply module 120, and the purge gas supply module ( 130) can operate simultaneously or sequentially, and one atomic layer can be deposited per cycle. Accordingly, a precise thin film layer layer of thin thickness can be formed.
  • ALD atomic layer deposition
  • the first layer 910 may be a ⁇ -gallium oxide ( ⁇ -Ga2O3) layer, and the first layer 910 may be deposited using a mist chemical vapor deposition (Mist-CVD) method.
  • the mist chemical vapor deposition first layer 910C has a thickness of about 5 ⁇ m to 12 ⁇ m and is heated at 600°C to 1,000°C. It can be formed in a temperature range of
  • the source liquid L1 atomized by the evaporation unit 220 of the liquid supply assembly 200 is deposited in the chamber unit 300. ) can be supplied inside, and a thin film layer can be formed.
  • the reaction gas supply module 120 of the gas supply assembly 100 may operate together to adjust the Ga/O ratio to generate gallium oxide (Ga2O3).
  • the second layer 920 may be deposited on the first layer 910.
  • the second layer 920 may be a ⁇ -gallium oxide ( ⁇ -Ga2O3) layer, and the second layer 920 is deposited using a method different from the method used to deposit the first layer 910. It can be.
  • ALD atomic layer deposition
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • Mist-CVD mist It may be deposited using either chemical vapor deposition
  • the organic metal chemical vapor deposited second layer 920B has a thickness of about 1 ⁇ m to 3 ⁇ m and is deposited at a temperature of 400° C. to 1,000° C. It can be formed in a range.
  • the organic-metal chemical vapor-deposited second layer 920B has a thickness of about 5 ⁇ m to 12 ⁇ m and is heated at 400 ° C. It can be formed in a temperature range of 1,000°C.
  • the source gases (S1, S2, S3, The reaction gas (R) supplied by S4) and the reaction gas supply module 120 may be supplied into the mixing and chamber unit 300, and a thin film layer may be formed.
  • the mist chemical vapor deposition second layer 920C has a thickness of about 5 ⁇ m to 12 ⁇ m. It can be formed in a temperature range of 600°C to 1,000°C.
  • the second layer 920 may be deposited using an atomic layer deposition method.
  • the atomic layer deposited second layer 920A may be formed to a thickness of approximately 10 nm to 30 nm at a temperature range of 100°C to 350°C.
  • a third layer 930 may be additionally deposited on the second layer 920.
  • the third layer 930 may be a ⁇ -gallium oxide ( ⁇ -Ga2O3) layer, and the third layer 930 may be formed by the method used when depositing the first layer 910 and the second layer 920. It may be deposited using a different method.
  • the first layer 910 is deposited on the substrate 900 using atomic layer deposition (ALD), and the second layer 920 is deposited using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the third layer 930 may be deposited using mist chemical vapor deposition (Mist-CVD).
  • the mist chemical vapor deposition third layer 930C has a thickness of about 3 ⁇ m to 10 ⁇ m and is heated at 600°C to 1,000°C. It can be formed in a temperature range of
  • the layer using the atomic layer deposition method is expressed as A
  • the layer using the organic metal chemical vapor deposition method is expressed as B
  • the layer using the mist chemical vapor deposition method is expressed as C.
  • an embodiment in which A layer - B layer - C layer are deposited on the substrate 900 (FIG. 4(a))
  • the A layer-B layer is deposited on the substrate 900
  • the C layer-A layer is deposited on the substrate 900 (FIG. 4(d))
  • the embodiments shown in FIG. 4 are exemplary, and a thin film deposition structure with more layers deposited and a deposition order different from the disclosed deposition order is also possible as needed.
  • the hybrid deposition device 1 for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention, which can grow and deposit gallium oxide thin film crystals on the substrate 900, high deposition rate compared to existing silicon semiconductors There is an advantage in being able to manufacture integrated high-voltage, high-output semiconductors with a band gap.
  • Figure 4 shows various examples of gallium oxide thin films grown using a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 shows a hybrid film grown using a hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to an embodiment of the present invention. This is a schematic flowchart of the deposition method.
  • the hybrid deposition method using the hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention includes a substrate preparation step (S110), a first layer deposition step (S120), and a second layer deposition step. (S130) may be included.
  • the substrate preparation step (S110) may mean placing the substrate on which the thin film crystal will be grown inside the chamber unit.
  • the substrate may be at least one of an n-type ⁇ -gallium oxide ( ⁇ -Ga2O3) substrate, a silicon substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, and an aluminum oxide (Al2O3) sapphire substrate.
  • the first layer deposition step (S120) may be performed.
  • the first layer may be deposited on the substrate by either a gas supply assembly or a liquid supply assembly.
  • the first layer may be deposited as a thin film by atomic layer deposition (ALD), and the gas supply assembly may operate when the thin film is deposited by atomic layer deposition (ALD).
  • ALD atomic layer deposition
  • a second layer deposition step may be performed.
  • the second layer may be deposited on the first layer by either a gas supply assembly or a liquid supply assembly.
  • the first layer and the second layer may be deposited through different deposition methods.
  • the first layer deposition step (S120) may be performed using an atomic layer deposition method to deposit the first layer on the substrate
  • the second layer deposition step (S130) may be performed using an organic metal chemical vapor deposition method and mist chemistry. Any of the vapor deposition methods may be performed to deposit the second layer on the substrate.
  • a third layer deposition step may be performed.
  • the third layer may be deposited on the second layer by a liquid supply assembly. Meanwhile, the third layer may be deposited through a different deposition method than the first layer and the second layer.
  • the first layer deposition step (S120) may be performed using an atomic layer deposition method to deposit the first layer on the substrate
  • the second layer deposition step (S130) may be performed using an organic metal chemical vapor deposition method.
  • the second layer may be deposited on the first layer
  • the third layer deposition step (S140) may be performed using a mist chemical vapor deposition method to deposit the third layer on the second layer.
  • each layer since the thickness, formation temperature, etc. of each layer were described in the process of explaining the hybrid deposition device for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention, detailed description of each layer will be omitted.
  • the second layer deposition step (S130) is performed by an atomic layer deposition method to deposit the second layer.
  • a layer may be deposited on the first layer.
  • the hybrid deposition method according to the disclosed embodiment of the present invention is performed using the hybrid deposition apparatus for gallium oxide according to the disclosed embodiment of the present invention, and thus shares the advantages of the hybrid deposition apparatus.
  • Figure 6 is a conceptual diagram of a hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to another embodiment of the present invention.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide includes the same gas supply assembly 100 and liquid supply assembly 200 as the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide described above. , a chamber unit 300, and an injection unit 400.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide provides a more specific structure for applying various deposition methods to one hybrid deposition apparatus for gallium oxide.
  • atomic layer deposition ALD
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • MOCVD another one of the deposition methods, has the advantage of a fast deposition rate, although the crystals of the deposited layer are relatively coarse.
  • the source gas (S1, S2, S3, S4) and/or source liquid (L1) must be sprayed and deposited under relatively low pressure and low temperature conditions.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the source gas (S1, S2, S3, S4) and/or source liquid (L1) must be sprayed and deposited under relatively high pressure and high temperature conditions. do.
  • optimal deposition conditions may differ depending on which deposition method is used.
  • the conventional deposition equipment applied a single deposition method, the conventional deposition equipment was operated in such a way that the conditions inside the chamber unit 300 were kept constant.
  • the crystal of the deposited layer is deformed when moving from one deposition equipment to another. Otherwise, there is a risk of contamination from the external environment.
  • the hybrid deposition device 1 for gallium oxide according to another (disclosed) embodiment of the present invention supports the lower part of the substrate 900 and rotates the substrate 900 in one direction to adjust the substrate. It may further include a unit 600'.
  • the substrate adjustment unit 600' of the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to another embodiment of the present invention not only rotates the substrate 900, but also lifts the substrate 900 to adjust the chamber unit ( The position of the substrate 900 within 300) can be adjusted.
  • the substrate adjustment unit 600' may adjust the height (h) of the substrate 900 within the chamber unit 300 by raising or lowering.
  • the height (h) of the substrate 900 may refer to the distance between the ends of the plurality of injection nozzles 410, which are a component of the injection unit 400, and the upper surface of the substrate 900. there is.
  • Figure 7 is for explaining the process of preparing the substrate 900 in the first state to deposit the first layer by the first deposition method in the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is for explaining the process of preparing the substrate 900 in the second state to deposit the second layer by the second deposition method in the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to another embodiment of the present invention. will be.
  • the substrate adjustment unit 600' may raise the heating unit 700 and the susceptor 500, and accordingly, the substrate 900 seated on the susceptor 500 may also be raised. It is moved to position 1 or the first height (h1). Additionally, the heating unit 700 may be controlled by a control unit (not shown) to heat the substrate 900 to the first temperature range T1.
  • the injection nozzles 410 are supplied with the source gas (S1, S2, S3, S4) or an atomized source under the first process pressure (P1) using the first deposition method.
  • the liquid L1 may be sprayed toward the upper surface of the substrate 900, and a first layer may be deposited on the substrate 900.
  • the first deposition method may be atomic layer deposition (ALD), and the first temperature range (T1) included in the first state may be 100°C to 350°C. Additionally, the thickness of the first layer deposited using the first deposition method may be 10 nm to 30 nm, and the first process pressure (P1) according to the first deposition method may be 0.5 to 20 torr. The first layer deposited using the first deposition method may form an amorphous buffer layer.
  • ALD atomic layer deposition
  • T1 included in the first state may be 100°C to 350°C.
  • the thickness of the first layer deposited using the first deposition method may be 10 nm to 30 nm
  • the first process pressure (P1) according to the first deposition method may be 0.5 to 20 torr.
  • the first layer deposited using the first deposition method may form an amorphous buffer layer.
  • the substrate adjustment unit 600' may lower the heating unit 700 and the susceptor 500, thereby lowering the susceptor ( The substrate 900 seated on 500) is also lowered and moved to the second position or second height h2.
  • the heating unit 700 may be controlled by a control unit (not shown) to heat the substrate 900 to the second temperature range T1.
  • the injection nozzles 410 are supplied with the source gas (S1, S2, S3, S4) or an atomized source under the second process pressure (P1) using the second deposition method.
  • the liquid L1 may be sprayed toward the upper surface of the substrate 900 (more specifically, the upper surface of the first layer), and the second layer may be sprayed on the substrate 900 (more specifically, on the first layer). can be deposited on
  • the second deposition method may be metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), and the second height (h2) may be increased due to the difference in optimal conditions between metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) and atomic layer deposition (ALD).
  • MOCVD metal-organic chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • ) is formed to be larger than the first height (h1)
  • the second temperature range (T2) is formed to be higher than the first temperature range (T1)
  • the second process pressure (P2) is also formed to be higher than the first process pressure (P1).
  • the thickness of the second layer may be greater than the thickness of the first layer.
  • the second temperature range (T1) included in the second state may be 400°C to 1,000°C.
  • the thickness of the second layer deposited using the second deposition method may be 1 ⁇ m to 10 ⁇ m
  • the second process pressure (P2) according to the second deposition method may be 30 torr to 500 torr.
  • the second layer deposited using the second deposition method may form a single crystal layer.
  • the first layer can act as an amorphous buffer layer so that the single crystal second layer can be more easily laminated on the substrate 900, and this has the advantage of allowing the second layer to be deposited and grown stably.
  • a process of cleaning the inside of the chamber unit 300 may be performed before and after depositing the second layer.
  • the source gas (S1, S2, S3, S4) is deposited inside the chamber unit 300 by high-pressure injection of the source gas (S1, S2, S3, S4) or the source liquid (L1).
  • the source liquid (L1) remains, and a cleaning step of discharging the remaining source gas (S1, S2, S3, S4) or source liquid (L1) to the outside may be performed. Accordingly, the reliability of the power semiconductor completed by depositing a layer on the substrate 900 can be improved, and the durability of the hybrid deposition device 1 for gallium oxide is improved.
  • the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide includes a substrate adjustment unit 600' capable of lifting and lowering the substrate 900 and a heating unit 700, so that each layer The state (temperature, height, etc.) of the inside of the chamber unit 300 and the substrate 900 can be changed to correspond to the optimal conditions of the deposition method used to deposit. Accordingly, multiple layers can be stably deposited using multiple deposition methods within one device, the production speed of power semiconductors manufactured by depositing and growing layers on a substrate is improved, and the inflow of foreign substances during the deposition process is improved. There is an advantage in that the reliability of power semiconductors is improved by minimizing this.
  • hybrid deposition method using the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to another embodiment of the present invention will be described.
  • the same configuration and structure as the hybrid deposition method according to the above-described embodiment of the present invention will be briefly mentioned or the description will be omitted.
  • Figure 9 is a schematic flowchart of a hybrid deposition method using the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide according to another embodiment of the present invention.
  • the hybrid deposition method using the hybrid deposition apparatus 1 for gallium oxide includes a substrate preparation step (S210) and a first layer deposition step (S210), similar to the hybrid deposition method described above. S230), and a second layer deposition step (S260).
  • the substrate preparation step (S210) in this embodiment is the same as the substrate preparation step (S110) in the above-described embodiment
  • the first layer deposition step (S230) in this embodiment is the first layer deposition step (S230) in the above-described embodiment.
  • It is the same as the layer deposition step (S120), and the second layer deposition step (S260) in this embodiment is the same as the second layer deposition step (S130) in the above-described embodiment, so detailed description is omitted.
  • the hybrid deposition method according to another embodiment of the present invention may further include deposition preparation steps (S220, S250) before each deposition step (S230, S260).
  • the deposition preparation steps S220 and S250 may include a first layer deposition preparation step S220 and a second layer deposition preparation step S250.
  • the first layer deposition preparation step (S220) may be performed between the substrate preparation step (S210) and the first layer deposition step (S230).
  • the first layer deposition preparation step (S220) may be a step of preparing the state of the substrate under optimal conditions for the first deposition method used to deposit the first layer on the substrate.
  • the first deposition method may be atomic layer deposition (ALD)
  • the substrate adjustment unit which is a component of the hybrid deposition apparatus for gallium oxide, includes a heating unit and a susceptor. The substrate placed on the susceptor can be adjusted to the first height by lifting (more specifically, raising).
  • ‘height’ may mean the vertical distance from the ends of the injection nozzles, which are the detailed configuration of the injection unit, to the top surface of the substrate. Additionally, in the first layer deposition preparation step (S220), the heating unit may heat the substrate to reach the first temperature range. Accordingly, in the first layer deposition preparation step (S220), the substrate and chamber unit may be prepared in the first state.
  • the injection unit sprays the source gas or source liquid toward the substrate at the first process pressure in the first layer deposition step (S230) to form an amorphous layer.
  • the first layer may be deposited to a first thickness.
  • the first layer may be a buffer layer, and the first layer may serve to buffer the second layer so that it can be easily deposited and grown on the substrate.
  • the first temperature range, first process pressure, and first thickness for depositing the first layer have already been described in the hybrid deposition apparatus for gallium oxide, and detailed descriptions will be omitted.
  • the second layer deposition preparation step (S250) may be performed between the first layer deposition step (S230) and the second layer deposition step (S260).
  • the second layer deposition preparation step (S260) may be a step of preparing the state of the substrate with optimal conditions for the second deposition method used to deposit the second layer on the substrate (more specifically, on the first layer).
  • the second deposition method may be a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method
  • the substrate adjustment unit which is a component of the hybrid deposition device for gallium oxide, includes a heating unit and a The substrate placed on the susceptor can be adjusted to the second height by lifting (more specifically, lowering) the susceptor.
  • the heating unit may heat the substrate to reach the second temperature range. Accordingly, in the second layer deposition preparation step (S250), the substrate and chamber unit may be prepared in a second state.
  • the injection unit sprays the source gas or source liquid toward the substrate at the second process pressure in the second layer deposition step (S260) to form a single crystal.
  • the second layer may be deposited to a second thickness.
  • the second layer may be a single crystal layer, and the second layer may be stacked on the first layer, which is a buffer layer.
  • the second temperature range, second process pressure, and second thickness for depositing the second layer have already been described in the hybrid deposition apparatus for gallium oxide, and detailed descriptions will be omitted.
  • a cleaning step (S240) may be further included between the first layer deposition step (S230) and the second layer deposition step (S260).
  • the cleaning step (S240) may be a process for discharging the source gas (S1, S2, S3, S4) or source liquid (L1) remaining in the chamber unit due to the first layer deposition step (S230) to the outside.
  • the substrate adjustment unit which is a component of the hybrid deposition apparatus for gallium oxide, elevates (more specifically, raises) the heating unit and the susceptor to adjust the substrate seated on the susceptor to the third height. You can.
  • the third height may be the same as the first height or may be smaller than the first height.
  • the substrate in the cleaning step (S240), the substrate may be raised to a higher position than in the first layer deposition step (S230). Additionally, in the cleaning step (S240), the heating unit may be turned off.
  • purge gas is supplied through the injection unit, or the gas and/or liquid remaining inside the chamber unit 300 can be easily discharged to the discharge line through the operation of the main pumping module. .
  • the cleaning step (S240) not only the internal space of the chamber unit, but also the substrate adjustment unit enters the chamber unit as much as possible, so that the source gas (S1, S2, S3, S4) that may remain on the surface of the substrate adjustment unit ) and/or the source liquid (L1) can be removed, and the overall hygiene of the hybrid deposition device for gallium oxide can be improved.
  • a third layer deposition step (not shown) of additionally depositing a third layer on the second layer using a third deposition method (e.g., Mist-CVD method) after the second layer deposition step (S260). Poetry) may be further included.
  • a second cleaning step (not shown) may be performed to additionally clean the inside of the chamber unit, which is optimal for using the third deposition method.
  • a third adjustment step (not shown) may be performed to prepare the substrate to a third state (eg, adjusting the substrate to a third height) to achieve the condition.
  • the present invention is intended to provide a hybrid deposition apparatus for gallium oxide that produces a wafer by forming a crystal layer using at least two deposition methods and a hybrid deposition method using the same.

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)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치에 관한 것으로, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치는, 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스공급 어셈블리, 소스가스 중 적어도 일부를 공급하는 액체공급 어셈블리, 및 상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리와 연결되고, 내부에 기판이 배치된 챔버 유닛을 포함한다.

Description

산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법
본 발명은 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법(HYBRID DEPOSITING APPARATUS FOR GALLIUM OXIDE AND METHOD FOR HYPRID DEPOSITING USING THEREOF)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 본 발명은 적어도 2개의 증착 방식이 적용되는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법에 관한 것이다.
실생활에서 사용되는 전자제품들이 점차적으로 고도화됨에 따라, 상기 전자제품들을 동작시키기 위해 필요한 반도체의 성능, 반도체의 수가 증가하는 추세이다. 한편, 전기차량(EV)의 구동 시스템의 발전에 따라, 고전압 시스템이 요구되고 있고, 높은 밴드갭을 가지는 전력반도체가 요구되고 있다.
따라서, 종래의 반도체를 생산하기 위한 웨이퍼로 규소(실리콘, Si)가 사용되었으나, 규소(Si)는 밴드갭이 낮고 고전압 구현이 제한되는 문제점이 존재하였다. 이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN), 및 산화갈륨(Ga2O3)와 같은 차기 소재를 사용하여 반도체 웨이퍼를 제작하기 위한 다양한 시도들이 있다.
일반적으로, 반도체 기판이나 글라스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하는 방법으로는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition; PVD)과, 화학반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD) 등이 있다. 화학 기상 증착법 중 유기 금속 화학 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)은 유기 금속 착물 가스를 기판 상에 유출시켜 기판 표면의 분해반응을 일으켜 박막을 형성하는 방법이고, Mist-CVD는 상압에서 수용액을 분무시켜 기판과의 화학 반응으로 박막을 증착시키는 방법이다. 최근에는 반도체 소자의 미세 패턴 박막을 형성하기 위한 형성할 수 있는 원자층 증착 방법(atomic layer deposition: ALD) 또한 유효한 증착 방법 중 하나로 고려되고 있다.
다만, 각각의 증착 방식은 장단점을 가지고 있으며, 단일의 증착 방식을 사용하는 경우 해당 증착 방식의 단점을 가진다. 예를 들면, Mist-CVD 방식은 기판 상에 성장하는 결정(박막)의 성장속도를 제어하기 어렵고, 낮은 균일성을 가지는 문제점이 있다. ALD 방식은 박막특성이 우수하나, 결정의 성장속도가 느린 단점이 있으며, MOCVD 방식은 결정 성장속도가 빠른 대신 박막특성이 낮은 문제점이 있다.
또한, 박막을 증착하기 위해 사용되는 증착 방식들 각각은, 소스가스 또는 소스액체가 기판 상에 안정적으로 증착되기 위한 증착 조건이 상이하여, 기존의 증착 장비로는 다양한 증착 방식을 적절하게 활용할 수 없었던 문제가 있었다.
이상과 같은 증착 방식들의 각각의 문제점을 해소하기 위한 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법의 개발이 요구되고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 적어도 2개의 증착 방식을 사용하여 결정 레이어 층을 형성하여 웨이퍼를 제조하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법을 제공한다.
본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치는, 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스공급 어셈블리, 소스가스 중 적어도 일부를 공급하는 액체공급 어셈블리, 및 상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리와 연결되고, 내부에 기판이 배치된 챔버 유닛을 포함한다.
또한, 상기 가스공급 어셈블리는, 상기 소스가스를 공급하는 소스가스 공급모듈, 상기 반응가스를 공급하는 반응가스 공급모듈, 상기 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급모듈 및 음압을 제공하는 메인 펌핑모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 소스가스 공급모듈은, 제1 소스가스를 공급하는 제1 소스가스 공급유닛, 및 상기 제1 소스가스와 상이한 제2 소스가스를 공급하는 제2 소스가스 공급유닛을 포함하고, 상기 제1 소스가스 및 상기 제2 소스가스 중 적어도 하나는 트리메틸갈륨(TMG)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응가스 공급모듈은 상기 퍼지가스 공급모듈과 연결되도록 배치되며, 상기 반응가스 공급모듈은 외부로부터 산소(O2)를 공급받아 오존(O3)을 생성하여 상기 챔버 유닛으로 공급할 수 있다.
또한, 상기 반응가스 공급모듈은, 상기 챔버 유닛으로 공급하는 오존에 대한, 상기 소스가스 공급모듈 및 상기 액체공급 어셈블리로부터 공급되는 갈륨의 비를 조절할 수 있다.
또한, 상기 액체공급 어셈블리는 소스액체를 공급하는 소스액체 공급유닛, 및 상기 소스액체를 무화시키는 증발 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리는 상기 챔버 유닛의 상측에 결합되고, 상기 가스공급 어셈블리로부터 공급된 소스가스, 반응가스, 퍼지가스 또는 상기 액체공급 어셈블리로부터 공급된 소스액체는 상기 챔버 유닛의 내부에 배치된 기판의 일 표면을 향해 수직으로 분사될 수 있다.
또한, 상기 챔버 유닛 내부에 형성되고 상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리와 연결되어, 상기 기판의 일 표면에 상기 소스가스, 상기 반응가스, 상기 퍼지가스, 및 상기 소스액체 중 적어도 하나를 분사하는 복수의 분사 노즐들을 포함하는 분사 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 하이브리드 증착 장치는, 상기 기판의 하부를 지지하며, 상기 기판을 일방향으로 회전시키는 기판 조정 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치는, 상기 기판 조정 유닛의 하부에 형성되고, 상기 기판 및 상기 챔버 유닛 내부의 온도를 조절하는 히팅 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판 조정 유닛은 상기 기판을 승강시켜 상기 챔버 유닛 내에서 상기 기판의 위치를 조정할 수 있다.
또한, 상기 기판 조정 유닛은, 상기 기판 상에 제1 증착 방식으로 제1 레이어를 증착시키기 위해 상기 기판을 제1 상태로 준비하고, 상기 기판 조정 유닛은 상기 기판을 상승시켜 제1 높이로 이동시키고, 상기 히팅 유닛은 상기 기판을 제1 온도범위로 가열하며, 상기 제1 증착 방식은 원자층 증착 방식을 포함하고, 상기 제1 레이어는 비정질의 버퍼 레이어일 수 있다.
또한, 상기 기판 조정 유닛은, 상기 제1 레이어 상에 제2 증착 방식으로 제2 레이어를 증착시키기 위해 상기 기판을 제2 상태로 준비하고, 상기 기판 조정 유닛은 상기 기판을 하강시켜 상기 기판을 제2 높이로 이동시키고, 상기 히팅 유닛은 상기 기판을 제2 온도범위로 가열하며, 상기 제2 증착 방식은 유기금속 화학 기상 증착 방식을 포함하고, 상기 제2 레이어는 단결정 레이어이며, 상기 제2 높이는 상기 제1 높이보다 크게 형성되고, 상기 제2 온도범위는 상기 제1 온도범위보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리는 선택적으로 동작하여 원자층 증착 방식(ALD), 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD), 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD) 중 적어도 2개를 통해 상기 기판 상에 복수의 레이어를 성장시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법은, 성장시킬 기판을 챔버 유닛 내부에 배치하는 기판 준비 단계, 가스공급 어셈블리 및 액체공급 어셈블리 중 어느 하나에 의해 상기 기판 상에 제1 레이어를 증착시키는 제1 레이어 증착 단계, 및 상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리 중 어느 하나에 의해 상기 제1 레이어 상에 제2 레이어를 증착시키는 제2 레이어 증착 단계를 포함하고, 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어는 상이한 증착 방식을 통해 증착될 수 있다.
또한, 상기 제1 레이어 증착 단계는 제1 증착 방식인 원자층 증착 방식(ALD)으로 수행되고, 상기 제2 레이어 증착 단계는 제2 증착 방식인 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD) 및 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD) 중 어느 하나로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법은, 상기 제1 레이어 증착 단계 이전에, 기판 조정 유닛에 의해 상기 기판을 상기 제1 증착 방식의 최적 조건인 제1 상태로 준비하는 제1 레이어 증착 준비 단계, 및 상기 제2 레이어 증착 단계 이전에, 상기 기판 조정 유닛에 의해 상기 기판을 상기 제2 증착 방식의 최적 조건인 제2 상태로 준비하는 제2 레이어 증착 준비 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 상태는 제1 높이 및 제1 온도범위 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 상태는 제2 높이 및 제2 온도범위 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 제2 높이는 상기 제1 높이보다 크게 형성되고, 상기 제2 온도범위는 상기 제1 온도범위보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 액체공급 어셈블리에 의해 상기 제2 레이어 상에 제3 레이어를 증착시키는 제3 레이어 증착 단계를 더 포함하고, 상기 제3 레이어 증착 단계는 미스트 화학 기상 증착 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명의 개시된 실시예에 따르면, 산화갈륨 박막 결정을 기판(900) 상에 성장 및 증착시킬 수 있으므로, 기존의 실리콘 반도체와 비교하여 높은 밴드갭을 가지는 집적화된 고전압 고출력의 반도체를 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 산화갈륨을 재료로 하는 반도체를 제조할 때 다양한 증착 방식을 적용할 수 있는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 하이브리드 증착 방법을 사용함으로써, 필요한 사양에 부합하는 반도체를 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 다양한 증착 방식을 적용할 수 있는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 하이브리드 증착 방법을 사용함으로써, 각각의 증착 방식이 가지는 단점을 보완할 수 있는 이점이 있다.
또한, 다양한 증착 방식을 적용할 수 있도록 하나의 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 하이브리드 증착 방법에서 기판의 상태를 변화시킬 수 있도록 함으로써, 하나의 자치에서 복수의 증착 방식을 사용할 수 있으며, 각각의 증착 방식의 최적 조건으로 기판 상에 레이어를 안정적으로 증착 및 성장시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치의 일 구성인 분사 유닛을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용하여 성장시킨 산화갈륨 박막의 다양한 예시들이다.
도 5는 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법의 개략적인 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치에서 제1 증착 방식으로 제1 레이어를 증착시키기 위해 기판을 제1 상태로 준비하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치에서 제2 증착 방식으로 제2 레이어를 증착시키기 위해 기판을 제2 상태로 준비하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법의 개략적인 순서도이다.
[부호의 설명]
1: 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 100: 가스공급 어셈블리
110: 소스가스 공급모듈 120: 반응가스 공급모듈
130: 퍼지가스 공급모듈 140: 메인 펌핑모듈
200: 액체공급 어셈블리 210: 소스액체 공급유닛
220: 증발 유닛 300: 챔버 유닛
400: 분사 유닛 500: 서셉터
600, 600’: 기판 조정 유닛 700: 히팅 유닛
S110: 기판 준비 단계 S120: 제1 레이어 증착 단계
S130: 제2 레이어 증착 단계 S140: 제3 레이어 증착 단계
S210: 기판 준비 단계 S220: 제1 레이어 증착 준비 단계
S230: 제1 레이어 증착 단계 S240: 클리닝 단계
S250: 제2 레이어 증착 준비 단계 S260: 제2 레이어 증착 단계
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
한편, 본 발명의 명세서에서 구체적으로 언급되지 않은 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대될 수 있는 잠정적인 효과는 본 명세서에 기재된 것과 같이 취급되며, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공된 것인바, 도면에 도시된 내용은 실제 발명의 구현모습에 비해 과장되어 표현될 수 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성의 상세한 설명은 생략하거나 간략하게 기재한다.
이하에서는 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 개시된 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 가스공급 어셈블리(100), 액체공급 어셈블리(200), 그리고 챔버 유닛(300)을 포함한다. 가스공급 어셈블리(100)는 챔버 유닛(300)에 다양한 종류의 가스를 공급할 수 있다. 예시적으로, 가스공급 어셈블리(100)는 기판(900) 상에 결정을 성장시키기 위한 소스가스를 공급할 수 있다. 또한, 가스공급 어셈블리(100)는 기판(900) 상에 결정을 성장시키기 위해 공급되는 소스가스와 반응하기 위한 반응가스를 공급할 수 있다. 또한, 가스공급 어셈블리(100)는 챔버 유닛(300) 내부에 소스가스의 의도하지 않은 확산을 방지하기 위한 퍼지가스를 공급할 수 있다.
이하에서는 가스공급 어셈블리(100)에 대해 보다 상세히 설명한다. 가스공급 어셈블리(100)는 소스가스를 공급하는 소스가스 공급모듈(110)과, 반응가스를 공급하는 반응가스 공급모듈(120), 그리고 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급모듈(130)을 포함할 수 있다. 소스가스 공급모듈(110)은 소스가스 공급 유닛(111)에 저장된 소스가스들(S1, S2, S3, S4)을 소스가스 공급라인(112)을 통해 챔버 유닛(300)으로 공급할 수 있다.
소스가스 공급모듈(110)은 적어도 하나의 소스가스(S1, S2, S3, S4)를 챔버 유닛(300)으로 공급할 수 있다. 즉, 소스가스 공급모듈(110)은 적어도 하나의 소스가스 공급유닛(111)을 포함할 수 있으며, 소스가스 공급모듈(110)은 제1 소스가스(S1)를 공급하는 제1 소스가스 공급유닛(1111)과, 제2 소스가스(S2)를 공급하는 제2 소스가스 공급유닛(1112)을 포함할 수 있다. 제2 소스가스(S2)는 제1 소스가스(S1)와 상이한 물질일 수 있다. 예시적으로, 제1 소스가스(S1) 및 제2 소스가스(S2) 중 적어도 하나는 트리메틸갈륨(TMG)을 포함할 수 있다. 다양한 소스가스들(S1, S2, S3, S4) 중 적어도 하나가 갈륨(Ga)을 가지는 물질을 포함함으로써, 기판(900) 상에 산화갈륨(Ga2O3) 결정을 증착시킬 수 있다.
예를 들면, 소스가스 공급모듈(110)은 제1 소스가스 공급유닛(1111), 제2 소스가스 공급유닛(1112), 제3 소스가스 공급유닛(1113), 및 제4 소스가스 공급유닛(1114)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 소스가스 공급유닛(1111)에 의해 챔버 유닛(300)에 공급되는 제1 소스가스(S1)는 트리메틸갈륨(TMG)일 수 있고, 제2 소스가스 공급유닛(1112)에 의해 챔버 유닛(300)에 공급되는 제2 소스가스(S2)는 트리메틸알루미늄(TMA)일 수 있다. 제2 소스가스(S2)가 트리메틸알루미늄(TMA)인 경우, 상이한 결을 가지는 복수 겹의 AlGaOx(Aluminum Gallium Oxide) 층을 증착시켜 격자부정합(layer mismatch) 상태를 해소할 수 있다.
또한, 제3 소스가스 공급유닛(1113)에 의해 챔버 유닛(300)에 공급되는 제3 소스가스(S3)는 DTMASn 또는 BTBAS일 수 있고, 제4 소스가스 공급유닛(1114)에 의해 챔버 유닛(300)에 공급되는 제4 소스가스(S4)는 반도체 웨이퍼를 제조하기 위해 필요한 추가적인 재료가 되는 물질일 수 있다. 이와 같이, 소스가스 공급유닛(111)에 의해 다양한 소스가스들(S1, S2, S3, S4)이 구비됨으로써, 기판(900) 상에 박막 결정이 성장하는 과정이 최적화될 수 있다.
반응가스 공급모듈(120)은 반응가스(R)를 챔버 유닛(300)에 공급할 수 있다. 예시적으로, 반응가스(R)는 오존(O3)일 수 있으며, 반응가스 공급모듈(120) 중 반응가스 공급유닛(121)은 외부로부터 산소(O2)를 공급받아 오존(O3)을 생성하여 챔버 유닛(300)으로 공급할 수 있다. 반응가스 공급모듈(120)에 의해 공급되는 오존(O3)은 소스가스 공급모듈(110) 및/또는 액체공급 어셈블리(200)에 의해 공급되는 갈륨(Ga)과 반응하고, 갈륨(Ga)과 오존(O3)의 화학반응에 의해 생성된 산화갈륨(Ga2O3)은 기판(900) 상에 증착될 수 있다.
한편, 필요한 양의 산화갈륨(Ga2O3)을 생성하기 위해, 갈륨(Ga)과 오존(O3)이 공급되는 비율이 조절되어야 한다. 따라서, 반응가스 공급모듈(120)은 챔버 유닛(300)으로 공급하는 오존에 대한, 소스가스 공급모듈(110)으로부터 공급되는 갈륨의 비를 조절할 수 있다. 오존에 대한 갈륨의 비율은, 반응가스 공급유닛(121)과 반응가스 공급라인(122) 사이에 형성되는 반응가스 공급 조절밸브(미도시)가 개폐된 정도에 의해 결정될 수 있다. 이와 같이 공급되는 오존(O3)에 대한 공급되는 갈륨(Ga)의 비를 조절함으로써, 잔여하는 갈륨(Ga) 또는 오존(O3)이 최소화되면서 산화갈륨(Ga2O3)이 완전히 반응할 수 있는 이점이 있다.
퍼지가스 공급모듈(130)은 퍼지가스(P)를 챔버 유닛(300)에 공급할 수 있다. 퍼지가스(P)는 질소(N2) 및/또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체일 수 있다. 퍼지가스 공급모듈(130)은 퍼지가스(P)를 저장 및/또는 공급하는 퍼지가스 공급유닛(131)과, 상기 퍼지가스(P)를 챔버 유닛(300) 측으로 전달하는 퍼지가스 공급라인(132)을 포함할 수 있다. 이 때, 퍼지가스 공급라인(132)은 소스가스 공급라인(112), 반응가스 공급라인(122), 및 후술하는 액체공급 어셈블리(200)의 소스액체 공급라인(211) 중 적어도 하나와 연결될 수 있고, 소스가스 공급라인(112), 반응가스 공급라인(122), 소스액체 공급라인(211), 및 챔버 유닛(300) 내부에 잔여하는 소스가스들(S1, S2, S3, S4), 무화된 소스액체(L1), 및 반응가스(R)를 챔버 유닛(300)의 외부로 배출시킬 수 있다.
예시적으로, 퍼지가스 공급라인(132) 중 제1 퍼지가스 공급라인(1321)은 반응가스 공급라인(122)과 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 반응가스 공급모듈(120)의 반응가스 공급라인(122)은 퍼지가스 공급라인(132) 중 제1 퍼지가스 공급라인(1321)과 연결되도록 배치될 수 있다. 이와 같은 구조에 따라, 반응가스(R)는 후술하는 분사 유닛(400)에서 챔버 유닛(300)의 내부로 분사되기 이전에 소스가스(S1, S2, S3, S4)와 혼합되지 않으므로, 소스가스(S1, S2, S3, S4)와 반응가스(R) 간의 안정적인 화학반응 및 기판(900) 상의 증착이 가능한 이점이 있다.
다른 예시로, 퍼지가스 공급라인(132) 중 제2 퍼지가스 공급라인(1322)은 소스가스 공급라인(112)과 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 퍼지가스 공급라인(1322)은 제1 소스가스 공급라인(1121), 제2 소스가스 공급라인(1122), 제3 소스가스 공급라인(1123), 및 제4 소스가스 공급라인(1124) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 이와 같이, 소스가스 공급라인(112)과 제2 퍼지가스 공급라인(1322)이 연결됨으로써, 퍼지가스(P)는 소스가스 공급라인(112) 및 챔버 유닛(300) 내부에 잔여하는 소스가스(S1, S2, S3, S4)를 챔버 유닛(300)의 외부로 배출시킬 수 있고, 안정적인 증착 및 박막결정 성장을 가능하게 하는 이점이 있다.
또다른 예시로, 퍼지가스 공급라인(132) 중 제2 퍼지가스 공급라인(1322)은 소스액체 공급라인(211)과 연결될 수 있다. 이 때, 제2 퍼지가스 공급라인(1322)은 후술하는 소스액체 공급유닛(210)과 증발 유닛(220)의 전단 사이에 배치된 소스액체 공급라인(211)과 연결될 수도 있고, 증발 유닛(220)의 후단과 챔버 유닛(300) 사이에 배치된, 무화된 소스액체 공급라인(211)과 연결될 수도 있다. 이와 같이, 소스액체 공급라인(211)과 제2 퍼지가스 공급라인(1322)이 연결됨으로써, 퍼지가스(P)는 소스액체 공급라인(211) 및 챔버 유닛(300) 내부에 잔여하는 소스액체(L1), 및/또는 무화된 소스액체(L1)를 챔버 유닛(300)의 외부로 배출시킬 수 있고, 안정적인 증착 및 박막결정 성장을 가능하게 하는 이점이 있다.
이하에서는, 액체공급 어셈블리(200)에 대해 설명한다.
본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 액체공급 어셈블리(200)를 포함할 수 있고, 액체공급 어셈블리(200)는 소스가스(S1, S2, S3, S4) 중 적어도 일부를 공급할 수 있다. 이 때, 액체공급 어셈블리(200)는 소스액체(L1)를 무화(vaporize)시켜 미스트 형태의 소스가스(S1, S2, S3, S4)를 생성하여 챔버 유닛(300)에 공급할 수 있다.
액체공급 어셈블리(200)는 소스액체(L1)를 공급하는 소스액체 공급유닛(210)과, 소스액체(L1)를 무화시키는 증발 유닛(220)을 포함할 수 있다. 소스액체 공급유닛(210)은 소스가스(S1, S2, S3, S4) 중 적어도 하나와 소정 물질을 공유하는 소스액체(L1)를 저장 및/또는 공급할 수 있다. 예시적으로, 소스액체(L1)는 갈륨(Ga)을 포함하는 Ga(acac)3일 수 있으며, 소스액체(L1)는 증발 유닛(220)에 의해 무화되어 챔버 유닛(300) 내부에 갈륨(Ga)을 공급할 수 있다. 증발 유닛(220)은 초음파 진동을 발생시킬 수 있는 소정 장치일 수 있으며, 소스액체 공급유닛(210)으로부터 소스액체(L1)를 공급받아 소스액체(L1)를 미스트 형태로 무화시킬 수 있다. 무화된 소스액체(L1)는 증발 유닛(220)의 후단에 챔버 유닛(300)과 연결된 소스액체 공급라인(211)을 통해 챔버 유닛(300)의 내부로 공급될 수 있다.
한편, 미스트 형태로 무화된 소스액체(L1)는 반응가스(R)와 반응하여 기판(900) 상에서 산화갈륨(Ga2O3) 결정을 형성할 수 있다. 이 때, 소스액체(L1)와 반응가스(R)의 잔여량이 최소화되도록, 반응가스 공급모듈(120) 및/또는 액체공급 어셈블리(200) 각각은 반응가스(R) 및 무화된 소스액체(L1)의 공급량을 조절하여 반응가스 공급모듈(120)이 공급하는 오존(O3)에 대해 액체공급 어셈블리(200)가 공급하는 갈륨(Ga)의 비를 조절할 수 있다.
이하에서는, 챔버 유닛(300)과 챔버 유닛(300)의 내부에 배치된 하이브리드 증착 장치(1)의 구성들, 및 소스가스(S1, S2, S3, S4), 반응가스(R), 퍼지가스(P), 및 소스액체(S1)를 배출시키는 메인 펌핑모듈(140)에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)의 일 구성인 분사 유닛(400)을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 챔버 유닛(300)을 포함할 수 있다. 챔버 유닛(300)의 내부에는 기판(900)이 배치될 수 있다. 상기 기판(900) 상에 적어도 하나의 레이어가 증착되어 박막결정이 성장되고, 상기 박막결정을 이용하여 전력반도체 소자등을 제조할 수 있다.
본 발명의 개시된 실시예에 따른 하이브리드 증착 장치(1)는 기판(900) 상의 안정적인 결정 성장을 위해, 챔버 영역(300)에 불활성 기체가 채워진 상압 상태(Atmosphere Pressure)에서 구동될 수 있다. 다만, 하이브리드 증착 장치(1)의 챔버 영역(300)의 동작 압력이 상압 압력인 구성은 예시적인 구성일 뿐, 챔버 영역(180)이 진공 상태 또는 저압 상태인 구성 또한 본 발명의 사상에 포함될 수 있다.
챔버 유닛(300)은 가스공급 어셈블리(100) 및 액체공급 어셈블리(200)와 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 챔버 유닛(300)은 가스공급 어셈블리(100)와 연결되어 소스가스(S1, S2, S3, S4), 반응가스(R), 및 퍼지가스(P)를 동시에, 또는 순차적으로 공급받을 수 있고, 액체공급 어셈블리(200)와 연결되어 무화된 소스액체(L1)를 공급받을 수 있다. 챔버 유닛(300) 내부에 배치된 기판(900)에 소스가스(S1, S2, S3, S4) 또는 무화된 소스액체(L1)와 반응가스(R)의 화학반응에 의해 생성된 생성물질(예를 들면, Ga2O3 또는 격자부정합을 해소하기 위한 AlGaOx)이 기설정된 두께만큼 증착될 수 있다.
이 때, 가스공급 어셈블리(100) 및 액체공급 어셈블리(200)는 챔버 유닛(300)의 상측에 결합될 수 있다. 보다 상세하게는, 가스공급 어셈블리(100) 중 소스가스 공급라인(112), 반응가스 공급라인(122)과 연결되는 퍼지가스 공급라인(132), 및 소스액체 공급라인(211)은 챔버 유닛(300)의 상측에 결합될 수 있다. 이에 따라, 가스공급 어셈블리(100)로부터 공급된 소스가스(S1, S2, S3, S4), 반응가스(R), 퍼지가스(P), 또는 액체공급 어셈블리(200)로부터 공급된 소스액체(L1)는 챔버 유닛(300)의 내부에 배치된 기판(900)의 일 표면(예를 들면, 상면)을 향해 수직으로 분사될 수 있다.
종래의 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD)을 이용하여 증착을 수행하는 경우, 미스트를 기판(900)의 상면 일측으로부터 타측으로 유동시켜 박막을 증착하였다. 다만, 이와 같은 방식을 사용하면, 기판(900)의 상면을 유동하는 미스트가 균일한 높이로 증착되지 않는 문제점이 발생하였고, 제조된 웨이퍼 및 이에 따라 생산된 반도체의 불량을 야기할 수 있다. 이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 박막 결정을 형성하기 위해 필요한 가스 및/또는 액체를 기판(900)의 상면에 수직으로 분사함으로써, 균일한 박막 결정 성장을 가능하게 하는 이점이 있다.
또한, 가스 및/또는 액체를 기판(900) 상에 균일하게 분사하기 위해, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 챔버 유닛(300)의 내부에 형성되는 분사 유닛(400)을 더 포함할 수 있다. 분사 유닛(400)은 복수의 미세한 분사 노즐(410)들을 포함할 수 있다. 분사 유닛(400)은 가스공급 어셈블리(100) 및 액체공급 어셈블리(200)의 공급라인들(예를 들면, 소스가스 공급라인 및/또는 소스액체 공급라인)과 연결되어 챔버 유닛(300)의 내부로 소스가스(S1, S2, S3, S4), 반응가스(R), 퍼지가스(P), 및 (무화된) 소스액체(L1) 중 적어도 하나를 분사할 수 있으며, 복수의 분사 노즐(410)들은 기판(900)의 상면 면적을 커버할 수 있도록 배치될 수 있다. 다른 실시예로, 복수의 분사 노즐(410)들은 챔버 유닛(300)의 단면적 전체를 커버할 수 있도록 배치되되, 챔버 유닛(300) 내부에 배치되는 기판(900)의 면적에 대응되는 영역만큼 작동되도록 제어될 수도 있다.
경우에 따라, 분사 유닛(400)에 포함된 복수의 분사 노즐(410)들 각각은 기판(900)이 챔버 유닛(300) 내부에서 평행이동할 때 선택적으로 작동할 수 있다. 본 발명의 도면에 상세하게 도시되어 있지는 않으나, 기판(900)은 챔버 유닛(300)의 내부에서 수평이동할 수 있다. 기판(900)이 챔버 유닛(300) 내부에서 수평이동할 때, 기판(900)의 위치에 따라 분사 노즐(410)들이 가스 및/또는 액체의 분사를 수행할 수 있다. 이에 따라, 시간 분할 증착 및/또는 공간 분할 증착이 수행될 수 있고, 균일하고 안정적인 박막 결정 증착을 가능하게 하는 이점이 있다.
본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 기판 조정 유닛(600)을 포함할 수 있다. 기판 조정 유닛 (600)은 기판(900)의 하부를 지지하며, 기판(900)을 일방향으로 회전시킬 수 있다. 예시적으로, 기판 조정 유닛(600)은 기판(900)의 하부에 배치된 서셉터(500)를 회전시킬 수 있고, 서셉터(500) 상에 안착된 기판(900)은 서셉터(500)와 함께 회전될 수 있다. 기판 조정 유닛(600)에 의해 기판(900)이 회전될 수 있으므로, 보다 균일한 박막 증착이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 히팅 유닛(700)을 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 히팅 유닛(700)은 기판(900) 및 챔버 유닛(300) 내부의 온도를 조절할 수 있고, 기판 조정 유닛(600)의 하부에 형성될 수 있다. 다른 예시로, 히팅 유닛(700)은 서셉터(500)의 하부에 형성되어 서셉터(500) 및 기판(900)을 목표 온도에 도달하도록 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 예를 들면, 히팅 유닛(700)은 최대 1,000℃ 내지 1,200℃까지 가열되어 열에너지를 기판(900) 및 챔버 유닛(300)에 전달할 수 있다. 히팅 유닛(700)에 의해, 고온 환경에서 레이어(에피레이어)의 용이한 증착이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 메인 펌핑모듈(140)을 포함할 수 있다. 메인 펌핑모듈(140)은 음압을 제공함으로써 챔버 유닛(300) 내부에 잔류하는 소스가스(S1, S2, S3, S4), 반응가스(R), 퍼지가스(P), (무화된) 소스액체(L1)를 외부로 배출시킬 수 있다. 예시적으로, 메인 펌핑모듈(140)은 메인 펌프(141)를 포함하며, 메인 펌프(141)는 음압을 제공하여 챔버 유닛(300) 측으로부터 배출 라인(142) 측을 향하여 유체 흐름을 형성하는 압력차를 생성할 수 있다. 이에 따라, 챔버 유닛(300) 내부에 잔류하는 가스 및/또는 액체는 배출 라인(142)으로 용이하게 배출될 수 있으며, 안정적이고 정밀한 박막 결정 증착이 가능한 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)를 이용하여 증착된 산화갈륨 박막에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)를 이용하여 성장시킨 산화갈륨 박막의 다양한 예시들이다.
도 2, 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 적어도 2개의 증착 방식을 사용하여 기판(900) 상에 복수의 레이어를 박막 결정 성장시킬 수 있다. 예시적으로, 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)의 가스공급 어셈블리(100) 및 액체공급 어셈블리(200)는 선택적으로 동작하여 원자층 증착 방식(ALD), 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD), 및 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD) 중 적어도 2개를 통해 기판(900) 상에 복수의 레이어들을 성장시킬 수 있다.
먼저, 챔버 유닛(300) 내부에 기판(900)이 배치된다. 예시적으로, 기판(900)은 n형의 β-산화갈륨(β-Ga2O3) 기판, 실리콘 기판, 또는 실리콘카바이드 기판일 수 있다. 다른 예시로, 기판(900)는 산화알루미늄(Al2O3)의 사파이어 기판일 수도 있다. 산화알루미늄(Al2O3)의 사파이어 기판을 사용하는 경우, 박막 결정 레이어 간의 결정 부정합(layer mismatch)이 발생할 수 있으나, 전술한 트리메틸알루미늄(TMA)을 이용한 초격자(superlattice)를 형성함으로써 부정합 문제를 해소할 수 있다.
이후, 기판(900) 상에 제1 레이어(910)가 증착될 수 있다. 예시적으로, 제1 레이어(910)는 β-산화갈륨(β-Ga2O3) 층일 수 있고, 제1 레이어(910)는 원자층 증착 방식(ALD)을 사용하여 증착 형성될 수 있다. 원자층 증착 방식(ALD)을 사용하여 제1 레이어(910)를 증착하는 경우, 원자층 증착된 제1 레이어(910A)는 약 10 nm 내지 30 nm의 두께로 100℃ 내지 350℃의 온도 범위에서 형성될 수 있다. 원자층 증착 방식(ALD)을 사용하여 제1 레이어(910)를 증착하는 경우, 가스공급 어셈블리(100) 중 소스가스 공급모듈(110), 반응가스 공급모듈(120), 및 퍼지가스 공급모듈(130)이 동시에 또는 순차적으로 작동할 수 있고, 1 사이클 당 하나의 원자층이 적층될 수 있다. 이에 따라, 얇은 두께의 정밀한 박막 레이어 층이 형성될 수 있다.
다른 예시로, 제1 레이어(910)는 β-산화갈륨(β-Ga2O3) 층일 수 있고, 제1 레이어(910)는 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD)을 사용하여 증착 형성될 수 있다. 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD)을 사용하여 제1 레이어(910)를 증착하는 경우, 미스트 화학 기상 증착된 제1 레이어(910C)는 약 5 μm 내지 12 μm의 두께로 600℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에서 형성될 수 있다. 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD)을 사용하여 제1 레이어(910)를 증착하는 경우, 액체공급 어셈블리(200)의 증발 유닛(220)에 의해 무화된 소스액체(L1)가 챔버 유닛(300) 내부로 공급될 수 있고, 박막 레이어가 형성될 수 있다. 필요에 따라, 가스공급 어셈블리(100) 중 반응가스 공급모듈(120)이 함께 작동하여 산화갈륨(Ga2O3)을 생성하기 위한 Ga/O 비율을 조절할 수도 있다.
이후, 제1 레이어(910) 상에 제2 레이어(920)가 증착될 수 있다. 예시적으로, 제2 레이어(920)는 β-산화갈륨(β-Ga2O3) 층일 수 있고, 제2 레이어(920)는 제1 레이어(910)를 증착할 때 사용한 방식과 상이한 방식을 사용하여 증착될 수 있다. 예시적으로, 원자층 증착 방식(ALD)을 사용하여 제1 레이어(910)가 기판(900) 상에 증착된 경우, 제2 레이어(920)는 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD), 및 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD) 중 어느 하나를 사용하여 증착될 수 있다. 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD)을 사용하여 제2 레이어(920)를 증착하는 경우, 유기금속 화학 기상 증착된 제2 레이어(920B)는 약 1μm 내지 3μm의 두께로 400℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에서 형성될 수 있다. 다른 예시로, 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD)을 사용하여 제2 레이어(920)를 증착하는 경우, 유기금속 화학 기상 증착된 제2 레이어(920B)는 약 5μm 내지 12μm의 두께로 400℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에서 형성될 수 있다. 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD)을 이용하여 제2 레이어(920)를 증착하는 경우, 가스공급 어셈블리(100)의 소스가스 공급모듈(110)에 의해 공급되는 소스가스(S1, S2, S3, S4)와 반응가스 공급모듈(120)에 의해 공급되는 반응가스(R)가 혼합 및 챔버 유닛(300) 내부로 공급될 수 있고, 박막 레이어가 형성될 수 있다.
또다른 예시로, 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD)를 사용하여 제2 레이어(920)를 증착하는 경우, 미스트 화학 기상 증착된 제2 레이어(920C)는 약 5 μm 내지 12 μm의 두께로 600℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에서 형성될 수 있다.
또다른 예시로, 미스트 화학 기상 증착 방식을 사용하여 제1 레이어(910)가 증착된 경우, 제2 레이어(920)는 원자층 증착 방식을 사용하여 증착될 수 있다. 원자층 증착된 제2 레이어(920A)는 약 10 nm 내지 30 nm의 두께로 100℃ 내지 350℃의 온도 범위에서 형성될 수 있다.
이후, 추가적으로 제2 레이어(920) 상에 제3 레이어(930)가 증착될 수 있다. 예시적으로, 제3 레이어(930)는 β-산화갈륨(β-Ga2O3) 층일 수 있고, 제3 레이어(930)는 제1 레이어(910) 및 제2 레이어(920)를 증착할 때 사용한 방식과 상이한 방식을 사용하여 증착될 수 있다. 예시적으로, 원자층 증착 방식(ALD)을 사용하여 제1 레이어(910)가 기판(900) 상에 증착되고, 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD)을 사용하여 제2 레이어(920)가 제1 레이어(910) 상에 증착된 경우, 제3 레이어(930)는 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD)을 사용하여 증착될 수 있다. 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD)을 사용하여 제3 레이어(930)를 증착하는 경우, 미스트 화학 기상 증착된 제3 레이어(930C)는 약 3 μm 내지 10 μm의 두께로 600℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에서 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이 산화갈륨 박막이 증착된 다양한 형태에서, 원자층 증착 방식을 사용한 레이어를 A, 유기금속 화학 기상 증착 방식을 사용한 레이어를 B, 및 미스트 화학 기상 증착 방식을 사용한 레이어를 C로 표현하면, A 레이어 - B 레이어 - C 레이어가 기판(900) 상에 증착 형성된 실시예(도 4(a)), A 레이어 - C 레이어가 기판(900) 상에 증착 형성된 실시예(도 4(b)), A 레이어 - B 레이어가 기판(900) 상에 증착 형성된 실시예(도 4(c)), 및 C 레이어 - A 레이어가 기판(900) 상에 증착 형성된 실시예(도 4(d))가 가능하다. 다만, 도 4에 도시된 실시예들은 예시적인 것이며, 필요에 따라 더 많은 레이어의 증착, 및 개시된 증착 순서와 상이한 증착 순서를 가지는 박막 증착 구조 또한 가능하다.
전술한 바와 같이 산화갈륨 박막 결정을 기판(900) 상에 성장 및 증착시킬 수 있는 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)를 사용함으로써, 기존의 실리콘 반도체와 비교하여 높은 밴드갭을 가지는 집적화된 고전압 고출력의 반도체를 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 산화갈륨을 재료로 하는 반도체를 제조할 때 다양한 증착 방식을 적용할 수 있는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)를 사용함으로써, 필요한 사양에 부합하는 반도체를 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 다양한 증착 방식을 적용할 수 있는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)를 사용함으로써, 각각의 증착 방식이 가지는 단점을 보완할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 전술한 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 하이브리드 증착 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법을 설명함에 있어서, 전술한 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치와 중복되는 내용은 간략히 언급하거나 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용하여 성장시킨 산화갈륨 박막의 다양한 예시들이고, 도 5는 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법의 개략적인 순서도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법은 기판 준비 단계(S110), 제1 레이어 증착 단계(S120), 제2 레이어 증착 단계(S130)를 포함할 수 있다.
본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법에서, 기판 준비 단계(S110)는 박막 결정을 성장시킬 기판을 챔버 유닛 내부에 배치하는 것을 의미할 수 있다. 기판은 n형 β-산화갈륨(β-Ga2O3) 기판, 실리콘 기판, 실리콘카바이드(SiC) 기판, 및 산화알루미늄(Al2O3) 사파이어 기판 중 적어도 하나일 수 있다.
이후, 제1 레이어 증착 단계(S120)가 수행될 수 있다. 제1 레이어 증착 단계(S120)에서, 가스공급 어셈블리 및 액체공급 어셈블리 중 어느 하나에 의해 기판 상에 제1 레이어를 증착시킬 수 있다. 이 때, 제1 레이어는 원자층 증착 방식(ALD)에 의해 박막 증착될 수 있으며, 원자층 증착 방식에 의해 박막 증착되는 경우 가스공급 어셈블리가 작동할 수 있다.
이후, 제2 레이어 증착 단계(S130)가 수행될 수 있다. 제2 레이어 증착 단계(S130)에서, 가스공급 어셈블리 및 액체공급 어셈블리 중 어느 하나에 의해 제1 레이어 상에 제2 레이어를 증착시킬 수 있다. 한편, 제1 레이어와 제2 레이어는 상이한 증착 방식을 통해 증착될 수 있다. 예시적으로, 제1 레이어 증착 단계(S120)는 원자층 증착 방식으로 수행되어 제1 레이어를 기판 상에 증착시킬 수 있고, 제2 레이어 증착 단계(S130)는 유기금속 화학 기상 증착 방식 및 미스트 화학 기상 증착 방식 중 어느 하나로 수행되어 제2 레이어를 기판 상에 증착시킬 수 있다.
추가적으로, 제3 레이어 증착 단계(S140)가 수행될 수 있다. 제3 레이어 증착 단계(S140)에서, 액체공급 어셈블리에 의해 제2 레이어 상에 제3 레이어를 증착시킬 수 있다. 한편, 제3 레이어는 제1 레이어 및 제2 레이어와 상이한 증착 방식을 통해 증착될 수 있다. 예시적으로, 제1 레이어 증착 단계(S120)는 원자층 증착 방식으로 수행되어 제1 레이어를 기판 상에 증착시킬 수 있고, 제2 레이어 증착 단계(S130)는 유기금속 화학 기상 증착 방식으로 수행되어 제2 레이어를 제1 레이어 상에 증착시킬 수 있으며, 제3 레이어 증착 단계(S140)는 미스트 화학 기상 증착 방식으로 수행되어 제3 레이어를 제2 레이어 상에 증착시킬 수 있다.
한편, 각각의 레이어에 대한 두께, 형성온도 등은 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 설명하는 과정에서 함께 설명하였는 바, 각각의 레이어에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다른 예시로, 제1 레이어 증착 단계(S120)가 미스트 화학 기상 증착 방식으로 수행되어 제1 레이어를 기판 상에 증착시키는 경우, 제2 레이어 증착 단계(S130)는 원자층 증착 방식으로 수행되어 제2 레이어를 제1 레이어 상에 증착시킬 수 있다. 이와 같이, 고성능의 반도체를 제조하기 위한 효율적인 방식을 적용하여 기판 상에 박막 증착 및 결정 성장이 가능하며, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 하이브리드 증착 방법을 사용하여 복수의 증착 방식을 적용한 고품질의 반도체를 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 하이브리드 증착 방법은 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용하여 수행되므로, 하이브리드 증착 장치가 가지는 이점을 공유한다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치에 대해 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 설명함에 있어서, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치와 동일한 구성 및 구조에 대해서는 간단하게 언급하거나 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)의 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 전술한 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)와 동일한 가스공급 어셈블리(100), 액체공급 어셈블리(200), 챔버 유닛(300), 그리고 분사 유닛(400)을 포함한다.
더하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 다양한 증착 방식을 하나의 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치에 적용하기 위한 보다 구체적인 구조를 제공한다. 예시적으로, 증착 방식들 중 어느 하나인 원자층 증착 방식(ALD)은 증착 속도가 느리지만, 증착 형성된 레이어의 결정이 상대적으로 세밀한 장점을 가진다. 다른 예시로, 증착 방식들 중 다른 하나인 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD)은 증착 형성된 레이어의 결정이 상대적으로 세밀하지 않지만, 증착 속도가 빠른 장점을 가진다.
다만, 원자층 증착 방식(ALD)을 사용하여 레이어를 증착시키는 경우, 소스가스(S1, S2, S3, S4) 및/또는 소스액체(L1)는 상대적으로 저압 및 저온 조건 하에서 분사 및 증착되어야 하고, 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD)을 사용하여 레이어를 증착시키는 경우, 소스가스(S1, S2, S3, S4) 및/또는 소스액체(L1)는 상대적으로 고압 및 고온 조건 하에서 분사 및 증착되어야 한다. 기판(900) 상에 레이어가 균일하고 안정적인 형상 및 구조로 증착되도록 하기 위해, 어떤 증착 방식을 사용하는지에 따른 최적의 증착 조건이 상이할 수 있다.
종래의 증착 장비에서는 하나의 증착 방식을 적용하였으므로, 종래의 증착 장비는 챔버 유닛(300) 내부의 조건을 일정하게 유지되는 형태로 운용되었다. 또한, 단지 서로 다른 증착 방식을 적용한 복수의 증착 장비들을 이용하여 복수의 증착 방식들을 하나의 기판 상에 적용하더라도, 어느 하나의 증착 장비에서 다른 하나의 증착 장비로 이동할 때 증착된 레이어의 결정이 변형되거나, 외부 환경에 의한 오염이 발생할 우려가 있다.
이와 같은 문제점들을 해소하기 위해, 본 발명의 다른 (개시된) 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 기판(900)의 하부를 지지하며, 기판(900)을 일방향으로 회전시키는 기판 조정 유닛(600’)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)의 기판 조정 유닛(600’)은 기판(900)을 회전시키는 것 뿐만 아니라, 기판(900)을 승강시켜 챔버 유닛(300) 내에서 기판(900)의 위치를 조정할 수 있다. 예를 들면, 기판 조정 유닛(600’)은 상승 또는 하강하여 챔버 유닛(300) 내에서 기판(900)의 높이(h)를 조정할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 기판(900)의 높이(h)는 분사 유닛(400)의 일 구성인 복수의 분사 노즐(410)들의 말단과 기판(900)의 상면과의 간격을 의미할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)에서 제1 증착 방식으로 제1 레이어를 증착시키기 위해 기판(900)을 제1 상태로 준비하는 과정을 설명하기 위한 것이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)에서 제2 증착 방식으로 제2 레이어를 증착시키기 위해 기판(900)을 제2 상태로 준비하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 7을 참조하면, 기판 조정 유닛(600’)은 히팅 유닛(700)과 서셉터(500)를 상승시킬 수 있고, 이에 따라 서셉터(500) 상에 안착된 기판(900) 또한 상승되어 제1 위치 또는 제1 높이(h1)로 이동된다. 또한, 히팅 유닛(700)은 제어 유닛(미도시)에 의해 제어되어 제1 온도범위(T1)로 기판(900)을 가열시킬 수 있다. 이와 같이 기판(900)이 제1 상태로 준비되면, 제1 증착 방식을 사용하여 제1 공정 압력(P1) 하에서 분사 노즐(410)들이 소스가스(S1, S2, S3, S4) 또는 무화된 소스액체(L1)를 기판(900)의 상면을 향해 분사할 수 있고, 제1 레이어가 기판(900) 상에 증착될 수 있다.
보다 상세하게는, 제1 증착 방식은 원자층 증착 방식(ALD)일 수 있으며, 제1 상태에 포함되는 제1 온도범위(T1)는 100℃ 내지 350℃일 수 있다. 또한, 제1 증착 방식을 사용하여 증착되는 제1 레이어의 두께는 10nm 내지 30nm일 수 있으며, 제1 증착 방식에 따른 제1 공정압력(P1)은 0.5 내지 20 torr일 수 있다. 제1 증착 방식을 사용하여 증착된 제1 레이어는 비정질(amorphous)의 버퍼 레이어(buffer layer)를 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 기판(900) 상에 제1 레이어가 증착된 후, 기판 조정 유닛(600’)은 히팅 유닛(700)과 서셉터(500)를 하강시킬 수 있고, 이에 따라 서셉터(500) 상에 안착된 기판(900) 또한 하강되어 제2 위치 또는 제2 높이(h2)로 이동된다. 또한, 히팅 유닛(700)은 제어 유닛(미도시)에 의해 제어되어 제2 온도범위(T1)로 기판(900)을 가열시킬 수 있다. 이와 같이 기판(900)이 제2 상태로 준비되면, 제2 증착 방식을 사용하여 제2 공정 압력(P1) 하에서 분사 노즐(410)들이 소스가스(S1, S2, S3, S4) 또는 무화된 소스액체(L1)를 기판(900)의 상면(보다 상세하게는, 제1 레이어의 상면)을 향해 분사할 수 있고, 제2 레이어가 기판(900) 상(보다 상세하게는, 제1 레이어 상)에 증착될 수 있다.
이 때, 제2 증착 방식은 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD)일 수 있으며, 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD)과 원자층 증착 방식(ALD)의 최적 조건의 차이에 의해 제2 높이(h2)는 제1 높이(h1)보다 크게 형성되고, 제2 온도범위(T2)는 제1 온도범위(T1)보다 높게 형성되며, 제2 공정압력(P2) 또한 제1 공정압력(P1)보다 높게 설정될 수 있다. 더하여, 제2 레이어의 두께는 제1 레이어의 두께보다 크게 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 제2 상태에 포함되는 제2 온도범위(T1)는 400℃ 내지 1,000℃일 수 있다. 또한, 제2 증착 방식을 사용하여 증착되는 제2 레이어의 두께는 1μm 내지 10μm일 수 있으며, 제2 증착 방식에 따른 제2 공정압력(P2)은 30 torr 내지 500 torr일 수 있다. 제2 증착 방식을 사용하여 증착된 제2 레이어는 단결정(single crystal) 레이어를 형성할 수 있다.
한편, 제1 레이어는 단결정의 제2 레이어가 기판(900)에 보다 용이하게 적층 형성될 수 있도록 비정질의 버퍼 레이어로 작용할 수 있고 이에 따라 제2 레이어가 안정적으로 증착 및 성장할 수 있는 이점이 있다.
필요에 따라, 제2 레이어를 증착시키기 전후에, 챔버 유닛(300)의 내부를 클리닝하는 과정이 수행될 수도 있다. 특히, 제2 레이어를 증착시킨 후 소스가스(S1, S2, S3, S4) 또는 소스액체(L1)의 고압 분사에 의해 챔버 유닛(300)의 내부에 소스가스(S1, S2, S3, S4) 또는 소스액체(L1)가 잔여할 가능성이 높으며, 잔여하는 소스가스(S1, S2, S3, S4) 또는 소스액체(L1)를 외부로 배출시키는 클리닝 단계가 수행될 수 있다. 이에 따라, 기판(900)에 레이어를 증착시켜 완성되는 전력반도체의 신뢰성이 향상될 수 있고, 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)의 내구성이 향상되는 이점이 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)는 기판(900)을 승강시킬 수 있는 기판 조정 유닛(600’)과 히팅 유닛(700)을 포함하므로, 각각의 레이어를 증착하기 위해 사용되는 증착 방식의 최적 조건에 대응되도록 챔버 유닛(300) 내부 및 기판(900)의 상태(온도, 높이 등)를 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 하나의 장치 내에서 복수의 증착 방식을 사용하여 복수의 레이어를 안정적으로 증착시킬 수 있으며, 기판에 레이어를 증착 성장시켜 제조되는 전력반도체의 생산 속도가 향상되고, 증착 과정에서 이물질 유입을 최소화하여 전력반도체의 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)를 이용한 하이브리드 증착 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 증착 방법을 설명함에 있어서, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 증착 방법과 동일한 구성 및 구조에 대해서는 간단하게 언급하거나 설명을 생략한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)를 이용한 하이브리드 증착 방법의 개략적인 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 개시된 실시예에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치(1)를 이용한 하이브리드 증착 방법은 전술한 하이브리드 증착 방법과 유사하게 기판 준비 단계(S210), 제1 레이어 증착 단계(S230), 및 제2 레이어 증착 단계(S260)를 포함한다. 본 실시예에서의 기판 준비 단계(S210)는 전술한 실시예에서의 기판 준비 단계(S110)와 동일하고, 본 실시예에서의 제1 레이어 증착 단계(S230)는 전술한 실시예에서의 제1 레이어 증착 단계(S120)와 동일하며, 본 실시예에서의 제2 레이어 증착 단계(S260)는 전술한 실시예에서의 제2 레이어 증착 단계(S130)와 동일한 바, 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 증착 방법은 각각의 증착 단계(S230, S260) 이전에 증착 준비 단계(S220, S250)를 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 증착 준비 단계(S220, S250)는 제1 레이어 증착 준비 단계(S220)와 제2 레이어 증착 준비 단계(S250)를 포함할 수 있다.
제1 레이어 증착 준비 단계(S220)는 기판 준비 단계(S210)와 제1 레이어 증착 단계(S230) 사이에 수행될 수 있다. 제1 레이어 증착 준비 단계(S220)는 기판 상에 제1 레이어를 증착시키기 위해 사용되는 제1 증착 방식의 최적 조건으로 기판의 상태를 준비하는 단계일 수 있다. 예시적으로, 제1 증착 방식은 원자층 증착 방식(ALD)일 수 있으며, 제1 레이어 증착 준비 단계(S220)에서 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치의 일 구성인 기판 조정 유닛은 히팅 유닛 및 서셉터를 승강(보다 상세하게는, 상승)시켜 서셉터 상에 안착된 기판을 제1 높이로 조정할 수 있다. 이 때, ‘높이’는 분사 유닛의 세부 구성인 분사 노즐들의 말단으로부터 기판의 상면까지의 수직 간격을 의미할 수 있다. 또한, 제1 레이어 증착 준비 단계(S220)에서, 히팅 유닛은 기판이 제1 온도범위에 도달하도록 가열될 수 있다. 이에 따라, 제1 레이어 증착 준비 단계(S220)에서 기판 및 챔버 유닛은 제1 상태로 준비될 수 있다.
제1 레이어 증착 준비 단계(S220)를 통해 기판이 제1 상태로 준비되면, 제1 레이어 증착 단계(S230)에서 분사 유닛은 제1 공정압력으로 소스가스 또는 소스액체를 기판을 향해 분사하여 비정질의 제1 레이어를 제1 두께만큼 증착시킬 수 있다. 예시적으로, 제1 레이어는 버퍼 레이어일 수 있으며, 제1 레이어는 제2 레이어가 기판 상에서 용이하게 증착 및 성장할 수 있도록 완충하는 역할을 수행할 수 있다. 제1 레이어를 증착시키기 위한 제1 온도범위, 제1 공정압력, 및 제1 두께는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치에서 이미 설명한 바, 상세한 설명은 생략한다.
제2 레이어 증착 준비 단계(S250)는 제1 레이어 증착 단계(S230)와 제2 레이어 증착 단계(S260) 사이에 수행될 수 있다. 제2 레이어 증착 준비 단계(S260)는 기판 상(보다 상세하게는, 제1 레이어 상)에 제2 레이어를 증착시키기 위해 사용되는 제2 증착 방식의 최적 조건으로 기판의 상태를 준비하는 단계일 수 있다. 예시적으로, 제2 증착 방식은 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD)일 수 있으며, 제2 레이어 증착 준비 단계(S250)에서 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치의 일 구성인 기판 조정 유닛은 히팅 유닛 및 서셉터를 승강(보다 상세하게는, 하강)시켜 서셉터 상에 안착된 기판을 제2 높이로 조정할 수 있다. 또한, 제2 레이어 증착 준비 단계(S250)에서, 히팅 유닛은 기판이 제2 온도범위에 도달하도록 가열될 수 있다. 이에 따라, 제2 레이어 증착 준비 단계(S250)에서 기판 및 챔버 유닛은 제2 상태로 준비될 수 있다.
제2 레이어 증착 준비 단계(S250)를 통해 기판이 제2 상태로 준비되면, 제2 레이어 증착 단계(S260)에서 분사 유닛은 제2 공정압력으로 소스가스 또는 소스액체를 기판을 향해 분사하여 단결정의 제2 레이어를 제2 두께만큼 증착시킬 수 있다. 예시적으로, 제2 레이어는 단결정 레이어일 수 있으며, 제2 레이어는 버퍼 레이어인 제1 레이어 상에 적층될 수 있다. 제2 레이어를 증착시키기 위한 제2 온도범위, 제2 공정압력, 및 제2 두께는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치에서 이미 설명한 바, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 제1 레이어 증착 단계(S230)와 제2 레이어 증착 단계(S260) 사이에, 클리닝 단계(S240)가 더 포함될 수 있다. 상기 클리닝 단계(S240)는 제1 레이어 증착 단계(S230)에 의해 챔버 유닛에 잔여하는 소스가스(S1, S2, S3, S4), 또는 소스액체(L1)를 외부로 배출시키기 위한 과정일 수 있다. 클리닝 단계(S240)에서, 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치의 일 구성인 기판 조정 유닛은 히팅 유닛 및 서셉터를 승강(보다 상세하게는, 상승)시켜 서셉터 상에 안착된 기판을 제3 높이로 조정할 수 있다. 이 때, 제3 높이는 제1 높이와 동일하거나, 제1 높이보다 작을 수 있다. 즉, 클리닝 단계(S240)에서 기판은 제1 레이어 증착 단계(S230)보다 높은 위치로 상승될 수 있다. 또한, 클리닝 단계(S240)에서, 히팅 유닛은 오프될 수 있다. 기판이 제3 높이로 조정되면, 분사 유닛을 통해 퍼지 가스가 공급되거나, 메인 펌핑모듈의 동작을 통해 챔버 유닛(300) 내부에 잔류하는 가스 및/또는 액체를 배출 라인으로 용이하게 배출시킬 수 있다.
한편, 클리닝 단계(S240)에서, 챔버 유닛의 내부 공간 뿐만 아니라, 기판 조정 유닛이 챔버 유닛 내부로 최대로 진입하므로, 기판 조정 유닛의 표면에 잔여할 수 있는 소스가스(S1, S2, S3, S4) 및/또는 소스액체(L1)를 제거할 수 있으며, 전체적인 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치의 위생성을 향상시킬 수 있다.
필요에 따라, 제2 레이어 증착 단계(S260) 이후에 제3 증착 방식(예를 들면, Mist-CVD 방식)을 이용하여 제2 레이어 상에 제3 레이어를 추가적으로 증착시키는 제3 레이어 증착 단계(미도시)가 더 포함될 수도 있다. 또한, 제2 레이어 증착 단계(S260)와 제3 레이어 증착 단계 사이에, 추가적으로 챔버 유닛의 내부를 클리닝하는 제2 클리닝 단계(미도시)가 수행될 수도 있고, 제3 증착 방식을 사용하기 위한 최적 조건을 달성하기 위해 기판을 제3 상태로 준비(예를 들면, 기판을 제3 높이로 조정)하는 제3 조정 단계(미도시)가 수행될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명은, 적어도 2개의 증착 방식을 사용하여 결정 레이어 층을 형성하여 웨이퍼를 제조하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법을 제공하기 위한 것이다.

Claims (19)

  1. 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치에 있어서,
    소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스공급 어셈블리;
    소스가스 중 적어도 일부를 공급하는 액체공급 어셈블리; 및
    상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리와 연결되고, 내부에 기판이 배치된 챔버 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스공급 어셈블리는,
    상기 소스가스를 공급하는 소스가스 공급모듈, 상기 반응가스를 공급하는 반응가스 공급모듈, 상기 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급모듈 및 음압을 제공하는 메인 펌핑모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 소스가스 공급모듈은,
    제1 소스가스를 공급하는 제1 소스가스 공급유닛; 및
    상기 제1 소스가스와 상이한 제2 소스가스를 공급하는 제2 소스가스 공급유닛;을 포함하고,
    상기 제1 소스가스 및 상기 제2 소스가스 중 적어도 하나는 트리메틸갈륨(TMG)을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 반응가스 공급모듈은 상기 퍼지가스 공급모듈과 연결되도록 배치되며, 상기 반응가스 공급모듈은 외부로부터 산소(O2)를 공급받아 오존(O3)을 생성하여 상기 챔버 유닛으로 공급하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 반응가스 공급모듈은, 상기 챔버 유닛으로 공급하는 오존에 대한, 상기 소스가스 공급모듈 및 상기 액체공급 어셈블리로부터 공급되는 갈륨의 비를 조절하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 액체공급 어셈블리는 소스액체를 공급하는 소스액체 공급유닛, 및 상기 소스액체를 무화시키는 증발 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리는 상기 챔버 유닛의 상측에 결합되고, 상기 가스공급 어셈블리로부터 공급된 소스가스, 반응가스, 퍼지가스 또는 상기 액체공급 어셈블리로부터 공급된 소스액체는 상기 챔버 유닛의 내부에 배치된 기판의 일 표면을 향해 수직으로 분사되는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 챔버 유닛 내부에 형성되고 상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리와 연결되어, 상기 기판의 일 표면에 상기 소스가스, 상기 반응가스, 상기 퍼지가스, 및 상기 소스액체 중 적어도 하나를 분사하는 복수의 분사 노즐들을 포함하는 분사 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 하부를 지지하며, 상기 기판을 일방향으로 회전시키는 기판 조정 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판 조정 유닛의 하부에 형성되고, 상기 기판 및 상기 챔버 유닛 내부의 온도를 조절하는 히팅 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판 조정 유닛은 상기 기판을 승강시켜 상기 챔버 유닛 내에서 상기 기판의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 기판 조정 유닛은, 상기 기판 상에 제1 증착 방식으로 제1 레이어를 증착시키기 위해 상기 기판을 제1 상태로 준비하고, 상기 기판 조정 유닛은 상기 기판을 상승시켜 제1 높이로 이동시키고, 상기 히팅 유닛은 상기 기판을 제1 온도범위로 가열하며,
    상기 제1 증착 방식은 원자층 증착 방식을 포함하고, 상기 제1 레이어는 비정질의 버퍼 레이어인 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기판 조정 유닛은, 상기 제1 레이어 상에 제2 증착 방식으로 제2 레이어를 증착시키기 위해 상기 기판을 제2 상태로 준비하고, 상기 기판 조정 유닛은 상기 기판을 하강시켜 상기 기판을 제2 높이로 이동시키고, 상기 히팅 유닛은 상기 기판을 제2 온도범위로 가열하며,
    상기 제2 증착 방식은 유기금속 화학 기상 증착 방식을 포함하고, 상기 제2 레이어는 단결정 레이어이며,
    상기 제2 높이는 상기 제1 높이보다 크게 형성되고, 상기 제2 온도범위는 상기 제1 온도범위보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리는 선택적으로 동작하여 원자층 증착 방식(ALD), 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD), 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD) 중 적어도 2개를 통해 상기 기판 상에 복수의 레이어를 성장시키는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 따른 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법에 있어서,
    성장시킬 기판을 챔버 유닛 내부에 배치하는 기판 준비 단계;
    가스공급 어셈블리 및 액체공급 어셈블리 중 어느 하나에 의해 상기 기판 상에 제1 레이어를 증착시키는 제1 레이어 증착 단계; 및
    상기 가스공급 어셈블리 및 상기 액체공급 어셈블리 중 어느 하나에 의해 상기 제1 레이어 상에 제2 레이어를 증착시키는 제2 레이어 증착 단계;를 포함하고,
    상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어는 상이한 증착 방식을 통해 증착되는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 레이어 증착 단계는 제1 증착 방식인 원자층 증착 방식(ALD)으로 수행되고,
    상기 제2 레이어 증착 단계는 제2 증착 방식인 유기금속 화학 기상 증착 방식(MOCVD) 및 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD) 중 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 레이어 증착 단계 이전에, 기판 조정 유닛에 의해 상기 기판을 상기 제1 증착 방식의 최적 조건인 제1 상태로 준비하는 제1 레이어 증착 준비 단계; 및
    상기 제2 레이어 증착 단계 이전에, 상기 기판 조정 유닛에 의해 상기 기판을 상기 제2 증착 방식의 최적 조건인 제2 상태로 준비하는 제2 레이어 증착 준비 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 상태는 제1 높이 및 제1 온도범위 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제2 상태는 제2 높이 및 제2 온도범위 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 제2 높이는 상기 제1 높이보다 크게 형성되고, 상기 제2 온도범위는 상기 제1 온도범위보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 액체공급 어셈블리에 의해 상기 제2 레이어 상에 제3 레이어를 증착시키는 제3 레이어 증착 단계;를 더 포함하고,
    상기 제3 레이어 증착 단계는 미스트 화학 기상 증착 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치를 이용한 하이브리드 증착 방법.
PCT/KR2023/017367 2022-11-07 2023-11-02 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법 WO2024101775A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0147199 2022-11-07
KR20220147199 2022-11-07
KR10-2023-0149422 2023-11-01
KR1020230149422A KR20240069619A (ko) 2022-11-07 2023-11-01 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024101775A1 true WO2024101775A1 (ko) 2024-05-16

Family

ID=91032877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/017367 WO2024101775A1 (ko) 2022-11-07 2023-11-02 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024101775A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4713241B2 (ja) * 2004-06-25 2011-06-29 東京エレクトロン株式会社 高速原子層堆積装置及び使用方法
KR20120003455A (ko) * 2009-03-16 2012-01-10 알타 디바이씨즈, 인크. 증기 증착 반응기 시스템 및 그의 방법
KR20160012621A (ko) * 2014-07-24 2016-02-03 주식회사 테라세미콘 열처리 장치
KR20210015655A (ko) * 2019-07-30 2021-02-10 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 기판 처리 장치 및 방법
KR102388445B1 (ko) * 2017-04-24 2022-04-21 주식회사 나래나노텍 개선된 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4713241B2 (ja) * 2004-06-25 2011-06-29 東京エレクトロン株式会社 高速原子層堆積装置及び使用方法
KR20120003455A (ko) * 2009-03-16 2012-01-10 알타 디바이씨즈, 인크. 증기 증착 반응기 시스템 및 그의 방법
KR20160012621A (ko) * 2014-07-24 2016-02-03 주식회사 테라세미콘 열처리 장치
KR102388445B1 (ko) * 2017-04-24 2022-04-21 주식회사 나래나노텍 개선된 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치 및 방법
KR20210015655A (ko) * 2019-07-30 2021-02-10 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 기판 처리 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017188785A1 (ko) 가압식 금속 단원자층 제조 방법, 금속 단원자층 구조체 및 가압식 금속 단원자층 제조 장치
WO2013073889A1 (ko) 보조가스공급포트를 포함하는 기판 처리 장치
WO2013019062A2 (ko) 에피택셜 공정을 위한 반도체 제조설비
WO2013073886A1 (ko) 위상차를 갖는 반응가스를 공급하는 기판 처리 장치
KR101598911B1 (ko) 기상 성장 장치 및 기상 성장 방법
WO2013103194A1 (ko) 처리유닛을 포함하는 기판 처리 장치
WO2013019063A2 (ko) 에피택셜 공정을 위한 반도체 제조설비
WO2013019064A2 (ko) 에피택셜 공정을 위한 반도체 제조설비
WO2013147481A1 (ko) 선택적 에피택셜 성장을 위한 장치 및 클러스터 설비
WO2013073888A1 (ko) 열차단플레이트를 포함하는 기판 처리 장치
US20070266932A1 (en) Vapor phase growth apparatus and method for vapor phase growth
KR100786399B1 (ko) 반도체 처리용 매엽식 열처리 장치 및 방법
WO2013073887A1 (ko) 복수의 배기포트를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법
WO2013019061A2 (ko) 에피택셜 공정을 위한 반도체 제조설비
WO2013095030A1 (ko) 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
KR20110040542A (ko) 버퍼 챔버를 구비하는 금속 유기물 화학기상증착장치
WO2017030414A1 (ko) 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
WO2011019215A2 (ko) 레이어 형성장치
WO2020218816A1 (ko) 식각챔버를 이용한 식각장치
US20080092819A1 (en) Substrate support structure with rapid temperature change
WO2017122963A2 (ko) 에피텍셜 웨이퍼 제조 방법
WO2024101775A1 (ko) 산화갈륨용 하이브리드 증착 장치 및 이를 이용한 하이브리드 증착 방법
KR20120029797A (ko) 박막 증착 장치
US6514869B2 (en) Method for use in manufacturing a semiconductor device
TW202331896A (zh) 用於對矽片進行背封的設備

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23889037

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1