KR102696320B1 - 반도체 에피택시 성장을 위한 주입기 - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 반도체 처리를 위한 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 명세서에 설명된 실시예들은 원자 층 에피택시를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 기판들은 집적 디바이스들 및 마이크로디바이스들의 제조를 포함한 매우 다양한 응용들을 위해 처리된다. 기판들을 처리하는 한가지 방법은 기판의 상부 표면 상에 재료, 예를 들어 유전체 재료 또는 전도체 금속을 퇴적하는 것을 포함한다. 예를 들어, 에피택시는 기판의 표면 상에, 통상적으로 실리콘 또는 게르마늄으로 이루어진 얇은 초고순수 층을 성장시키는 퇴적 프로세스이다. 재료는 지지체 상에 위치된 기판의 표면에 평행하게 하나 이상의 프리커서 가스를 유동시키고, 프리커서들을 열적으로 분해하여 가스로부터의 재료를 기판 표면 상에 퇴적하는 것에 의해 교차 유동 챔버(cross-flow chamber) 내에 퇴적될 수 있다.
프리커서들은 통상적으로 측면 가스 주입기들을 통해 가스 위상으로 교차 유동 챔버 내에 주입되고, 기판에 걸쳐 유동된다. 퇴적 프로세스에서 둘 이상의 프리커서가 이용되는 경우, 프리커서들은 기판에 걸쳐서 동일한 균열 비율(ratio) 또는 속도(rate)를 갖지 않을 수 있는데, 왜냐하면 프리커서들은 주어진 온도 범위 하에서 상이한 열분해(pyrolysis) 또는 분해(decomposition) 온도를 갖고, 처리 용적 내에서의 온도 경사(temperature gradient)는 기판과 교차 유동 챔버의 최상부 돔 사이에서 달라지기 때문이다. 프리커서들의 균열 속도는 기판 표면 상에 퇴적되는 조성물의 조성을 결정하므로, 기판을 향해 주입될 때, 더 낮은 열분해 온도를 갖는 프리커서들은 더 높은 열분해 온도를 갖는 프리커서들보다 빠르게 균열할 수 있고, 그에 의해, 기판의 에지에서는 더 낮은 열분해 온도 프리커서의 더 높은 농도를 야기하고, 기판의 중심에서는 더 높은 열분해 온도 프리커서의 더 높은 농도를 야기한다. 그러므로, 기판에 걸친 필름의 조성 균일성이 손상된다.
그러므로, 에피택시 프로세스들에서 필름 품질 및 퇴적 균일성을 개선하기 위해, 가스 주입기들에 중심-대-에지 조정 능력들을 제공하는 교차 유동 챔버가 필요하다.
본 개시내용의 실시예들은 처리 챔버로서, 함께 결합되어 내부에 용적을 정의하는 최상부(top), 최하부(bottom), 및 측벽; 용적 내에 배치되는 기판 지지체 - 기판 지지체는 기판 지지 표면을 가짐 - ; 측벽에 배치되는 가스 주입기; 및 최상부 또는 최하부에 결합된 에너지 소스를 포함하는 처리 챔버를 제공한다. 가스 주입기는 제1 높이에 배치된 제1의 복수의 가스 유출구 - 제1의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 지지 표면에 대해 제1 각도로 배향됨 - , 제1 높이보다 짧은 제2 높이에 배치된 제2의 복수의 가스 유출구 - 제2의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 지지 표면에 대해 제2 각도로 배향됨 - , 및 제2 높이보다 짧은 제3 높이에 배치된 제3의 복수의 가스 유출구 - 제3의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 지지 표면에 대해 제3 각도로 배향됨 - 를 포함한다.
다른 실시예에서, 처리 챔버는 함께 결합되어 내부에 용적을 정의하는 최상부, 최하부, 및 측벽; 용적 내에 배치되는 기판 지지체 - 기판 지지체는 기판 처리 표면을 가짐 - ; 측벽에 배치되는 가스 주입기; 및 최상부 또는 최하부에 결합된 에너지 소스를 포함한다. 가스 주입기는 제1 높이에 배치된 제1의 복수의 가스 유출구 - 제1의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 처리 표면에 대해 제1 각도로 하향 배향됨 - , 제1 높이보다 짧은 제2 높이에 배치된 제2의 복수의 가스 유출구 - 제2의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 처리 표면에 대해 제2 각도로 하향 배향됨 - , 및 제2 높이보다 짧은 제3 높이에 배치된 제3의 복수의 가스 유출구 - 제3의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 지지 표면에 대해 제3 각도로 배향됨 - 를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 처리 챔버는 함께 결합되어 내부에 용적을 정의하는 최상부, 최하부, 및 측벽; 용적 내에 배치되는 기판 지지체 - 기판 지지체는 기판 처리 표면을 가짐 - ; 측벽에 배치되는 가스 주입기; 및 최상부 또는 최하부에 결합된 에너지 소스를 포함한다. 가스 주입기는 제1 높이에 배치된 제1의 복수의 가스 유출구 - 제1의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 처리 표면에 대해 제1 각도로 상향 배향되고, 제1의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 처리 표면에 대해 제1 각도로 하향 배향됨 - , 제1 높이보다 짧은 제2 높이에 배치된 제2의 복수의 가스 유출구 - 제2의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 처리 표면에 대해 제2 각도로 상향 배향되고, 제2의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 처리 표면에 대해 제2 각도로 하향 배향됨 - , 및 제2 높이보다 짧은 제3 높이에 배치된 제3의 복수의 가스 유출구 - 제3의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 지지 표면에 대해 제3 각도로 상향 배향되고, 제3의 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 기판 지지 표면에 대해 제3 각도로 하향 배향됨 - 를 포함한다.
위에서 간략하게 요약하고 이하에 더 상세하게 논의되는 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버의 개략적인 측단면도이다.
도 1b는 도 1a의 챔버를 90도 회전한 것의 개략적 측단면도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 하나 이상의 라이너를 포함하는 가스 프로세스 키트의 일 실시예의 등축도이다.
도 3a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 부분 사시 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 3a의 주입기 라이너의 가스 유출구들 사이의 예시적인 각도 관계를 도시한다.
도 4a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 일부분의 개략적 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 실시예들을 실시하기 위해 이용될 수 있는 예시적인 가스 매니폴드 시스템을 도시한다.
도 5a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 측표면의 부분 단면도이다.
도 5b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 5a의 주입기 라이너의 가스 유출구들 사이의 예시적인 각도 관계를 도시한다.
도 5c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 측표면의 부분 단면도이다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 최상부 단면도를 도시한다.
도 7a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 일부분의 개략적 단면도이다.
도 7b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 일부분의 개략적 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 도면들이 비례에 맞춰 그려지지는 않으며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
도 1a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버의 개략적인 측단면도이다.
도 1b는 도 1a의 챔버를 90도 회전한 것의 개략적 측단면도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 하나 이상의 라이너를 포함하는 가스 프로세스 키트의 일 실시예의 등축도이다.
도 3a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 부분 사시 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 3a의 주입기 라이너의 가스 유출구들 사이의 예시적인 각도 관계를 도시한다.
도 4a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 일부분의 개략적 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 실시예들을 실시하기 위해 이용될 수 있는 예시적인 가스 매니폴드 시스템을 도시한다.
도 5a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 측표면의 부분 단면도이다.
도 5b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 도 5a의 주입기 라이너의 가스 유출구들 사이의 예시적인 각도 관계를 도시한다.
도 5c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 측표면의 부분 단면도이다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 최상부 단면도를 도시한다.
도 7a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 일부분의 개략적 단면도이다.
도 7b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너의 일부분의 개략적 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 도면들이 비례에 맞춰 그려지지는 않으며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
본 개시내용의 구현들은 일반적으로 상이한 열분해 온도를 갖는 둘 이상의 프리커서 가스를 분리하기 위해 복수의 레벨의 가스 유출구들을 갖는 상호교환가능한 측부 가스 주입에 관한 것이다. 상이한 레벨들의 가스 유출구들은 상이한 프리커서 가스들이 프로세스 챔버에 주입될 때 실질적으로 동일한 열 균열 속도를 갖는 것을 허용하도록 상이한 각도들로 배향된다. 상이한 높이들에 있는 하나 이상의 가스 유출구의 배향은, 퇴적된 층 내의 조성 균일성을 조정 또는 개선하거나 상이한 프리커서 가스들 사이의 요구되는 유동 상호작용을 촉진하기 위해, 프리커서 가스(들)의 방향성 유동을 기판의 중심을 향해, 기판의 중심부 부근으로, 또는 임의의 요구되는 위치에서 기판 상에 공간적으로 분산시켜 유동시키도록 조절될 수 있다. 본 개시내용 및 다양한 구현들의 상세가 이하에 논의된다.
예시적인챔버 하드웨어
도 1a는 본 개시내용에서 논의되는 퇴적 프로세스의 다양한 실시예들을 구현하기 위해 이용될 수 있는 예시적인 프로세스 챔버(100)의 개략적인 측단면도이다. 챔버(100)는 에피택셜 퇴적 프로세스들과 같은 화학적 기상 증착을 수행하기 위해 이용될 수 있지만, 챔버(100)는 에칭 또는 다른 프로세스들을 위해서도 이용될 수 있다. 챔버(100)는 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은 프로세스 저항 재료(process resistant material)로 이루어진 하우징 구조물(102)을 포함한다. 하우징 구조물(102)은 처리 용적(110)이 내부에 포함되는 상부 챔버(106) 및 하부 챔버(108)를 포함하는 석영 챔버(104)와 같은 프로세스 챔버(100)의 다양한 기능 요소들을 둘러싼다. 실리콘 카바이드와 같은 실리콘 재료로 코팅된 흑연 재료 또는 세라믹 재료로 이루어진 기판 지지체(112)는 석영 챔버(104) 내에서 기판(114)을 수용하도록 적응된다. 기판 지지체(112)는 기판 지지 어셈블리(164)에 결합된 리프트 메커니즘(172) 및 회전 메커니즘(174)을 포함한다. 리프트 메커니즘(172)은 중심 축 "A"를 따라 기판 지지체(112)를 이동시키기 위해 이용될 수 있다. 회전 메커니즘(174)은 중심 축 "A"에 대하여 기판 지지체(112)를 회전시키기 위해 이용될 수 있다. 프리커서 반응물질 재료들로부터의 반응 종들(reactive species)은 기판(114)의 처리 표면(116)에 가해지고, 후속하여, 부산물들은 처리 챔버(116)로부터 제거될 수 있다.
기판(114) 및/또는 처리 용적(110)의 가열은 복사 소스 또는 열 소스일 수 있는 에너지 소스에 의해 제공된다. 복사 소스는 UV, IR, 및 가시 주파수 램프들, 레이저들 및 LED들, 또는 이들의 임의의 조합들을 포함할 수 있다. 열 소스들은 레이저들, LED들, 및 필라멘트 램프들, 또는 이들의 조합들일 수 있다. 도 1a에 도시된 일 실시예에서, 에너지 소스는 상부 램프 모듈들(118A) 및/또는 하부 램프 모듈들(118B)과 같은 램프들을 이용하는 복사 소스이다. 일례에서, 상부 램프 모듈들(118A) 및 하부 램프 모듈들(118B)은 적외선 램프들이다. 램프 모듈들(118A 및 118B)로부터의 복사는 상부 챔버(106)의 상부 석영 윈도우(120)를 통해, 그리고 하부 챔버(108)의 하부 석영 윈도우(122)를 통해 이동한다. 필요하다면, 상부 챔버(106)를 위한 냉각 가스들이 유입구(124)를 통해 들어와서 유출구(126)를 통해 나간다.
반응 종들은 가스 분배 어셈블리(128)에 의해 석영 챔버(104)에 제공되고, 처리 부산물들은 전형적으로 진공 소스(도시되지 않음)와 연통하는 배기 어셈블리(130)에 의해 처리 용적(110)으로부터 제거된다. 가스 분배 어셈블리(128)의 다양한 실시예들은 도 3a - 도 3b 내지 도 7a - 도 7b에 관련하여 아래에 더 상세하게 논의될 것이다. 프리커서 반응물질 재료들과, 챔버(100)를 위한 희석제, 퍼지(purge) 및 환기(vent) 가스들은 가스 분배 어셈블리(128)를 통해 들어오고 배기 어셈블리(130)를 통해 나갈 수 있다. 프로세스 챔버(100)는 복수의 라이너(132A-132H)를 포함한다[라이너들(132A-132G)만이 도 1a에 도시되어 있음]. 라이너들(132A-132H)은 처리 용적(110)을 둘러싸는 금속 벽들(134)로부터 처리 용적(110)을 차폐한다. 일 실시예에서, 라이너들(132A-132H)은 처리 용적(110)과 연통하거나 다르게 그에 노출될 수 있는 모든 금속 컴포넌트들을 커버하는 프로세스 키트를 포함한다.
하부 라이너(132A)는 하부 챔버(108) 내에 배치된다. 상부 라이너(132B)는 하부 챔버(108) 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 하부 라이너(132A)에 인접한다. 배기 인서트 라이너 어셈블리(exhaust insert liner assembly)(132C)는 상부 라이너(132B)에 인접하여 배치된다. 도 1a에서, 배기 인서트 라이너(132D)는 배기 인서트 라이너 어셈블리(132C)에 인접하여 배치되고, 설치를 용이하게 하기 위해 상부 라이너(132B)의 일부분을 대체할 수 있다. 주입기 라이너(injector liner)(132E)는 처리 용적(110)에 있어서 배기 인서트 라이너 어셈블리(132C) 및 배기 라이너(132D)에 대향하는 측에 도시되어 있다. 주입기 라이너(132E)는 가스 또는 가스 플라즈마와 같은 하나 이상의 유체를 처리 용적(110)에 제공하기 위한 매니폴드로서 구성된다. 하나 이상의 유체는 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)에 의해 주입기 라이너(132E)에 제공된다. 배플 라이너(132G)는 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)에 결합된다. 배플 라이너(132G)는 제1 가스 소스(135A) 및 제2 가스 소스(135B)에 결합되고, 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F), 및 주입기 라이너(132E) 내에 형성된 가스 유출구들(136A 및 136B)에 가스들을 제공한다.
일 실시예에서, 하나 이상의 가스는 제1 가스 소스(135A), 제2 가스 소스(135B), 및 제3 가스 소스(135C)로부터, 배플 라이너(132G), 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)를 통해, 그리고 주입기 라이너(132E) 내에 형성된 하나 이상의 가스 유출구(136A 및 136B)를 통해 처리 용적(110)에 제공된다. 주입기 라이너(132E) 내에 형성되는 하나 이상의 가스 유출구(136A 및 136B)는 경사/층류 경로(133A 또는 133B)를 위해 구성된 유출구들에 결합된다. 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 기판에 걸친 필름 균일성을 조정하기 위해 가스 유출구들 중 하나 이상(136A)은 기판 표면에 평행한 축 A'에 대하여 다르게 기울어진다. 가스 유출구들(136A 및 136B)은 속도, 밀도 또는 조성과 같은 다양한 파라미터들을 갖는 개별 또는 다중 가스 유동들을 제공하도록 구성된다.
복수의 가스 유출구(136A 및 136B)가 적응되는 일 실시예에서, 가스 유출구들(136A 및 136B)은 기판의 직경을 실질적으로 커버하기에 충분히 넓은 가스 유동을 제공하기 위해, 가스 분배 어셈블리(128)의 둘레의 일부분[예를 들어, 주입기 라이너(132E)]을 따라 실질적으로 선형인 배열로 분산될 수 있다. 예를 들어, 가스 유출구들(136A 및 136B) 각각은 기판의 직경에 대체로 대응하는 가스 유동을 제공하기 위해, 적어도 하나의 선형 그룹 내에서 가능한 범위로 배열될 수 있다. 가스 유출구들(136A)로부터 나오는 가스(들)는 축 A'에 대해 대체로 기울어진[실질적으로, 챔버(100)의 길이방향 축 A"에 대해 수직함] 유동 경로(133B)를 따라 유동되고, 가스 유출구들(136B)로부터 나오는 가스(들)과 혼합된다. 가스들 또는 가스 혼합물은 유동 경로들(133A, 133B)을 따라 기판의 전체 표면에 걸쳐서, 그리고 배기 유동 경로(133C)를 따라 배기 라이너(132D) 내의 플레넘(137) 내로 유동한다. 플레넘(137)은 배기 또는 진공 펌프(도시되지 않음)에 결합된다. 일 실시예에서, 플레넘(137)은 배기 유동 경로(133C)를 축 A'에 실질적으로 평행한 방향으로 지향시키는 매니폴드(139)에 결합된다. 적어도 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)가 주입 캡(129)을 통해 배치되고 그에 의해 부분적으로 지지될 수 있다.
도 1b는 도 1a의 챔버(100)를 90도 회전한 것의 개략적 측단면도이다. 간결하게 하기 위해, 도 1a에 설명된 챔버(100)와 유사한 모든 컴포넌트는 설명되지 않을 것이다. 도 1b에서, 슬릿 밸브 라이너(132H)는 챔버(100)의 금속 벽들(134)을 통해 배치된 것으로 도시되어 있다. 추가로, 도 1b에 보여진 회전된 도면에서, 도 1a에 도시된 주입기 라이너(132E)를 대신하여 하부 라이너(132A)에 인접한 상부 라이너(132B)가 도시되어 있다. 도 1b에 보여진 회전된 도면에서, 도 1a에 도시된 배기 라이너(132D)를 대신하여, 챔버(100)에 있어서 슬릿 밸브 라이너(132H)에 대향하는 측에서 하부 라이너(132A)에 인접한 상부 라이너(132B)가 도시되어 있다. 도 1b에 보여진 회전된 도면에서, 상부 라이너(132B)는 상부 챔버(106)의 금속 벽들(134)을 커버한다. 상부 라이너(132B)는 또한 내측으로 연장되는 숄더(shoulder)(138)를 포함한다. 내측으로 연장되는 숄더(138)는 프리커서 가스들을 상부 챔버(106) 내에 가두는 고리형 예비 가열 링(140)을 지지하는 립(lip)을 형성한다.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 같은 하나 이상의 라이너(132A-132H)를 포함하는 가스 프로세스 키트(200)의 일 실시예의 등축도이다. 라이너들(132A-132H)은 모듈식(modular)이고, 단독으로 또는 집합적으로 교체되도록 되어 있다. 예를 들어, 라이너들(132A-132H) 중 하나 이상은 다른 라이너들(132A-132H)의 교체 없이, 상이한 프로세스를 위해 적응된 다른 라이너로 교체될 수 있다. 그러므로, 라이너들(132A-132H)은 라이너들(132A-132H) 전부를 교체하지 않고서도 상이한 프로세스들을 위해 챔버(100)를 구성하는 것을 용이하게 한다. 프로세스 키트(200)는 하부 라이너(132A) 및 상부 라이너(132B)를 포함한다. 하부 라이너(132A) 및 상부 라이너(132B) 둘 다는 도 1a 및 도 1b의 챔버(100) 내에 수용되도록 크기가 정해지는, 대체로 원통형인 외측 직경(201)을 포함한다. 라이너들(132A-132H) 각각은 중력에 의해, 및/또는 라이너들(132A-132H) 중 일부의 안에 또는 위에 형성된 돌출부들 및 결합 리세스들(mating recesses)과 같은 인터로크 디바이스들에 의해 챔버 내에 지지되도록 구성될 수 있다. 하부 라이너(132A) 및 상부 라이너(132B)의 내부 표면들(203)은 처리 용적(110)의 일부분을 형성한다. 상부 라이너(132B)는 도 1a의 단면에 도시된 배기 라이너(132D) 및 주입기 라이너(132E)를 수용하도록 크기가 정해진 컷아웃 부분들(202A 및 202B)을 포함한다. 컷아웃 부분들(202A, 202B) 각각은 내측으로 연장되는 숄더(138)에 인접하여, 상부 라이너(132B)의 리세스 영역들(204)을 정의한다.
일 실시예에서, 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F) 및 배기 인서트 라이너 어셈블리(132C) 각각은 두 개의 섹션을 포함할 수 있다. 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)는 배플 라이너(132G)에 의해 일 측에서 결합된 제1 섹션(206A) 및 제2 섹션(206B)을 포함한다. 마찬가지로, 배기 인서트 라이너 어셈블리(132C)는 제1 섹션(208A) 및 제2 섹션(208B)을 포함한다. 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)의 섹션들(206A 및 206B) 각각은 제1 가스 소스(135A), 제2 가스 소스(135B), 및 제3 가스 소스(135C)로부터 배플 라이너(132G)를 통해 가스들을 수용한다. 더 많거나 더 적은 가스 소스들이 예상된다.
가스들은 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)를 통해 유동되고, 가스 분배 매니폴드 라이너(도시되지 않음)를 통해 주입기 라이너(132E) 내의 하나 이상의 제1 유출구(210A) 및 복수의 제2 유출구(210B)로 라우팅된다. 전형적인 일례에서, 제1 가스 소스(135A)로부터의 제1 프리커서 가스는 제1 집합의 제1 유출구들(210A)에 라우팅되고, 제2 가스 소스(135B)로부터의 제2 프리커서 가스는 제2 집합의 제1 유출구들(210A)에 라우팅되고, 제3 가스 소스(135C)로부터의 제3 프리커서 가스는 제2 유출구들(210B) 중 하나 이상에 라우팅된다. 일부 실시예들에서, 제1 유출구들(210A)은 위에서 논의된 바와 같이 제2 유출구들(210B)에 대해 기울어진다. 일부 실시예들에서, 도 3a 및 도 3b에 대하여 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 프리커서 가스들의 열적 균열 또는 분해 반응들의 속도를 제어하고, 그에 의해 기판에 걸친 필름 균일성을 제어하기 위해, 제1 집합의 제1 가스 유출구들(210A)은 제2 집합의 제1 유출구들(210A)과는 다르게 기울어질 수 있다.
주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)로부터 주입기 라이너(132E)로의 가스 유동을 용이하게 하기 위해, 주입기 라이너(132E)는 상부 라이너(132B) 내에 형성된 컷아웃 내에 설치되고 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)와 결합될 수 있다. 배기 라이너(132D)는 상부 라이너(132B) 내에서 주입기 라이너(132E)에 대향하여 형성된 컷아웃 내에서 배기 인서트 라이너 어셈블리(132C)보다 위에 설치될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 주입기 라이너(132E)는 도 4a - 도 4b 내지 도 7a - 도 7b에 대하여 아래에 논의된 다양한 다른 가스 유동 방식들을 위해 구성된 다른 주입기 라이너로 교체될 수 있다. 마찬가지로, 배기 인서트 라이너 어셈블리(132C)는 다른 배기 유동 방식을 위해 구성된 다른 배기 인서트 라이너 어셈블리로 교체될 수 있다.
기울어진주입을 갖는 예시적인2 레벨 가스유출구
도 3a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너(332E)의 부분 사시 단면도를 도시한다. 주입기 라이너(332E)는 도 1a, 도 1b, 및 도 2에 도시된 주입기 라이너(132E)를 대신하여 이용될 수 있다. 도 2에 도시된 주입기 라이너(132E)와 마찬가지로, 주입기 라이너(332E)는 도 1a에 도시된 상부 라이너(132B) 내에 형성된 컷아웃들에 들어맞는 크기를 갖는 원통 내측 직경을 갖는다. 주입기 라이너(332E)는 일반적으로 제1 가스 유출구(305)에 유체 연결된 복수의 제1 가스 채널(304) 및 제2 가스 유출구(308)에 유체 연결된 복수의 제2 가스 채널(306)을 갖는 부분 원통형 바디(302)이다. 제1 및 제2 가스 유출구(305, 308)는 기판 지지체(112) 상의 기판들에 균일한 가스 노출을 제공하기 위한 임의의 편리한 배열에 따라 배열될 수 있다. 도 3a의 실시예에서, 제1 가스 유출구들(305) 및 제2 가스 채널들(306)은 2 레벨 또는 2 행으로 배열되고, 제1 가스 유출구들(305)이 상위 레벨에 배치되고, 제2 가스 채널들(306)이 하위 레벨에 배치된다. 제1 가스 유출구들(305) 및 제2 가스 채널들(306)은 둘레 주위에 균일하게 이격되고, 서로에 수직하게 정렬될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 제1 가스 채널(304) 및 제2 가스 채널(306)은 제1 가스 소스(135A), 제2 가스 소스(135B), 및 제3 가스 소스(135C)와 같은 하나 이상의 가스 소스와 각각 유체 연통한다.
주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)로부터 주입기 라이너(332E)로의 가스 유동을 용이하게 하기 위해, 바디(302)는 상부 라이너(132B)와 제거가능하게 조합될 수 있고 도 2에 관련하여 위에서 논의된 방식으로 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)와 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)는 프리커서 가스들을 주입기 라이너(332E)의 제1 가스 유출구들(305) 및 제2 가스 유출구들(308)에 각각 라우팅하는 하나 이상의 가스 통로(331A 및 331B)를 포함한다. 제1 및 제2 가스 통로(331A, 331B) 각각은 대응하는 제1 가스 채널(304) 및 제2 가스 채널(306)에 유체 결합된다. 제1 가스 채널(304)은 제1 가스 통로(331A)의 길이방향 축에 실질적으로 직교하는 길이방향 축을 가질 수 있다. 제1 가스 소스(135A), 제2 가스 소스(135B), 및 제3 가스 소스(135C)로부터의 프리커서 가스들은 가스들이 제1 가스 유출구들(305) 및 제2 가스 유출구들(308)을 빠져나갈 때까지 분리된 채로 남아있을 수 있다.
전형적인 실시예에서, 제1 프리커서 가스는 제1 가스 소스(135A)로부터 복수의 가스 통로(331A) 중 제1 집합을 통해 복수의 제1 가스 채널(304) 중 제1 집합 내로 유동되며, 그러한 제1 가스 채널 각각은 각자의 제1 가스 유출구(305)에 유체 연결된다. 제2 프리커서 가스는 제2 가스 소스(135B)로부터 복수의 가스 통로(331A) 중 제2 집합을 통해 복수의 제1 가스 채널(304) 중 제2 집합 내로 유동되며, 그러한 제1 가스 채널 각각은 각자의 제1 가스 유출구(305)에 유체 연결된다. 제3 프리커서 가스는 제3 가스 소스(135C)로부터 가스 통로(331B)를 통해 제2 가스 채널(306) 내로 유동되며, 제2 가스 채널 각각은 각자의 제2 가스 유출구(308)에 유체 연결된다. 예를 들어, 제1, 제2, 및 제3 프리커서 가스는 특정 프로세스의 필요에 따라, Ⅲ족 또는 Ⅴ족 프리커서 가스, 또는 임의의 프로세스 호환가능한 불활성 가스와 같은 적절한 퍼지 가스일 수 있다. 전형적인 실시예에서, 제1 및 제2 프리커서 가스는 Ga, In 또는 Al을 포함할 수 있고(제1 프리커서 가스는 제2 프리커서 가스와 동일하거나 동일하지 않을 수 있음), 제3 프리커서 가스는 P, As 또는 Sb를 포함할 수 있다. 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 주입기 라이너(332E)는 상이한 열적 분해 또는 열분해 온도를 갖는 2가지의 Ⅲ족 프리커서 가스로부터 Ⅴ족 프리커서 가스를 분리하는 능력을 가지며, 그에 의해, 상이한 프리커서 가스들은 프로세스 챔버 내로 주입될 때 실질적으로 동일한 열적 균열 속도를 갖게 된다.
다양한 실시예들에서, 주입기 라이너(332E)는 약 6개 내지 약 22개의 제1 가스 유출구, 예를 들어 약 8개 내지 약 16개의 제1 가스 유출구를 가질 수 있다. 제2 가스 유출구의 개수는 제1 가스 유출구의 개수에 대응할 수 있다. 기판의 크기, 및/또는 처리 용적(110) 내의 가스의 요구되는 유량 및/또는 분산 속도(dispersion rate)에 따라, 더 많거나 더 적은 수의 제1 및 제2 가스 유출구가 예상된다.
다양한 실시예들에서, 주입기 라이너(332E)는 선택된 에너지 파장들에 투명하거나 그러한 파장들을 투과시키는 재료로 형성되고, 석영(투명 석영 또는 불투명 석영), 사파이어, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘 카바이드로 코팅된 흑연, 또는 이들의 조합과 같은 열 저항성 및 화학 저항성 재료로 이루어질 수 있다. 요구되는 경우, 주입기 라이너(332E)의 원통형 내측 표면은 금 또는 유전성 반사체와 같은 반사성, 내화성(refractory), 또는 불투명 재료로 코팅될 수 있다.
도 3b에 도시된 실시예에서, 각각의 제1 가스 유출구(305)는 기판 지지체(112)의 기판 지지 표면, 기판(114), 또는 기판의 처리 표면의 길이 방향에 대체로 평행한 수평 평면 "P"에 대해 각도 "θ"로 구성되고, 그에 의해 제1 프리커서 가스는 제1 가스 유출구(305)를 빠져나온 후에 도시된 바와 같이 제1 방향(307)을 따라 기울어져서 유동되게 된다. 제1 가스 유출구(305)의 길이 방향과 수평 평면 "P" 사이의 각도 "θ"는 약 90° 미만, 예를 들어 45° 미만, 예컨대 약 5° 내지 약 30°, 예를 들어 약 15°일 수 있다. 각도 "θ"는 가스가 기판(또는 기판 지지체)의 중심을 향해, 기판(또는 기판 지지체)의 주변부 근처로, 또는 임의의 요구되는 위치에서 기판(또는 기판 지지체) 상에 공간적으로 분산되어 유동하도록 조절될 수 있다. 일부 경우들에서, 제1 가스 유출구들(305) 중 일부의 각도 "θ"는 프로세스 챔버의 상부 돔을 향해 상향 지시하도록 구성되어, 원하는 않는 퇴적 또는 다른 반응들이 발생하는 것을 제한하거나 방지하는 한편, 다른 제1 가스 유출구들(305)은 기판을 향해 지시된다. 제1 가스 유출구(305)는 제1 가스 채널(304)의 길이 방향에 대해 약 25° 내지 약 85°, 예를 들어 약 45° 내지 약 75°의 각도 "α"로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 가스 유출구들(305) 중 일부는 다른 제1 가스 유출구들(305)과 다른 각도로 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 집합의 제1 가스 유출구들(305)은 약 5° 내지 약 20°의 각도 "θ"로 있을 수 있는 한편, 제2 집합의 제1 가스 유출구들(305)은 약 20° 내지 약 35°의 각도 "θ"로 있을 수 있다. 제1 집합의 제1 가스 유출구들(305)은 또한 특정 프로세스의 필요에 따라, 제2 집합의 제1 가스 유출구들(305)에 의해 유동되는 프리커서 가스와는 다른 프리커서 가스를 유동시킬 수 있다. 그러한 경우에서, 약 5° 내지 약 20°의 더 작은 각도 "θ"로 있는 제1 집합의 제1 가스 유출구들(305)은 더 낮은 저온 열분해 온도를 갖는 프리커서 가스들(예를 들어, Ga와 같은 Ⅲ족 프리커서 가스)을 유동시키기 위해 이용될 수 있는 한편, 약 20° 내지 약 35°의 더 큰 각도 "θ"로 있는 제2 집합의 제1 가스 유출구들(305)은 더 높은 열분해 온도(예를 들어, Ⅲ족 프리커서 가스 In)를 갖는 프리커서 가스들을 유동시키기 위해 이용될 수 있다. 프로세스 챔버의 온도는 기판 표면으로부터 멀어지는 방향으로 점진적으로 감소되므로, 제1 가스 유출구들(305)의 기울어진 배향에서의 차이들로 인해, 더 낮은 열분해 온도를 갖는 프리커서 가스들 및 더 높은 열분해 온도를 갖는 프리커서 가스들은 기판을 향해 주입될 때 실질적으로 일치하는 균열 속도를 가질 것이다. 다음으로, 제1 및 제2 프리커서 가스는 제2 방향(309)을 따라 흐르는 제2 가스 유출구(308)로부터의 제3 프리커서 가스(예를 들어, Ⅴ족 프리커서 가스)와 혼합된다. 결과적으로, 기판 표면에 걸친 균일한 조성 분포가 획득된다.
제1 가스 유출구들(305)이 2개의 상이한 주입 각도, 예를 들어 주입 각도 A 및 주입 각도 B를 갖도록 구성되는 경우, 주입 각도 A를 지시하는 제1 가스 유출구들(305)은 주입 각도 B를 지시하는 다른 제1 가스 유출구들(305)과 교대로 배열될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 가스 유출구들(305, 308) 각각은 구역화된 주입 능력(zoned injection capability)을 제공하도록 구성될 수 있음이 예상된다. 예를 들어, 제1 가스 유출구들(305)은 둘 이상의 그룹(예를 들어, 3개의 그룹)으로 배열될 수 있고, 여기서 각각의 그룹은 기판의 상이한 영역들을 지시하는, 서로 다른 미리 결정된 주입 각도를 갖는 한편, 제2 가스 유출구들(308)은 둘 이상의 그룹(예를 들어, 2개의 그룹)으로 배열될 수 있고, 여기서 각각의 그룹은 기판의 상이한 영역들을 지시하는, 서로 다른 미리 결정된 주입을 갖고, 또는 그 반대로 될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 각각의 그룹은 상이한 속도들로 동일한 프리커서 가스를 제공하고/거나, 동일 또는 상이한 속도들로 상이한 가스들을 제공하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제1 가스 유출구들(305)의 높이[및 선택적으로는 제2 가스 유출구들(308)의 높이]는 제1 가스 유출구들(305)과 제2 가스 유출구들(308) 사이의 높이 차이 및/또는 주입 각도에 따라 조절될 수 있고, 그에 의해, 기판을 향해 주입될 때 프리커서 가스들의 균열 속도가 실질적으로 일치하게 된다. 각각의 높이는 기판을 처리하기 전에 설정될 수 있는 한편, 하나 이상의 제1 가스 유출구(305)의 높이를 기판에 대해 동적으로 조절하기 위해, 기판 지지체는 처리 전에, 또는 처리 동안에 수직으로 이동될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들에서의 유량 및/또는 지속시간은 각각의 제1 및 제2 가스 유출구(305, 308)에 대해 독립적으로 제어될 수 있음이 예상된다. 예를 들어, 제2 가스 유출구들(308)로부터 유동되는 제2 프리커서 가스와의 요구되는 유동 상호작용을 달성하기 위해, 제1 가스 유출구들(305) 중 일부 또는 전부는 처리 동안 유휴 상태(idle)이거나 펄스화(pulsed)될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 동일한 프리커서 가스가 상이한 유량들로, 기판에 또는 기판의 상이한 영역들에 제공될 수 있다.
기울어진주입을 갖는 예시적인3 레벨 가스유출구
위에서 논의된 바와 같이, 프로세스 챔버의 온도는 기판 표면으로부터 멀어지는 방향으로 점진적으로 감소된다. 상이한 프리커서들은 상이한 열적 분해 또는 열분해 온도들을 갖고, 열적 균열 반응들의 속도는 조성물의 조성 및 기판 상의 재료 층들의 물리적/전기적 속성들을 결정하므로, 기판 표면에 걸친 퇴적된 층의 조성 균일성을 보장하기 위해, 상이한 프리커서 가스들이 프로세스 챔버 내에 주입될 때 동일한 속도로 열적으로 균열되게 하는 것이 유리할 것이다. 상이한 프리커서 가스들 사이의 일치된 균열 프로파일을 증강시키기 위해, 도 4 내지 도 7a - 도 7b는 가스 유동을 퇴적된 층 내의 조성 균일성을 조정하거나 개선하는 데에 요구되는 방식으로 지향시키거나, 가스 유출구들로부터의 상이한 프리커서 가스들 사이의 요구되는 유동 상호작용을 촉진시키기 위한 다양한 주입기 라이너 설계들을 도시한다. 구체적으로, 이러한 설계들은 다양한 구역 제어 유동 방식들과 함께 복수 레벨의 측면 가스 주입을 특징으로 하며, 이것은 프로세스 내에서 상이한 열적 분해 또는 열분해 온도들을 갖는 셋 이상의 프리커서 가스가 이용될 때 특히 이롭다.
도 4a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너(432E)의 일부분의 개략적 단면도이다. 주입기 라이너(432E)는 도 1a, 도 1b, 및 도 2에 도시된 주입기 라이너(132E)를 대신하여 이용될 수 있다. 주입기 라이너(432E)는 주입기 라이너(332E)와 유사하며, 가스 유출구들의 레벨들 및 그 구성에 있어서 약간의 차이가 있다. 일반적으로, 주입기 라이너(432E)는 상부 라이너(132B)(도 2) 내에 형성된 컷아웃들에 들어맞는 크기를 갖는 원통 내측 직경을 갖는 부분 원통형 바디(402)이다. 주입기 라이너(432E)는 복수의 제1 가스 유출구(405), 복수의 제2 가스 유출구(408), 및 복수의 제3 가스 유출구(411)를 갖는다. 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 가스 유출구들(405, 408, 411)은 주입기 라이너(432E)의 둘레 주위에, 및/또는 주입기 라이너(432E)의 길이방향 축을 따라 분산된다.
도시되지는 않았지만, 복수의 제1, 제2 및 제3 가스 유출구(405, 408, 411) 각각은 도 3a에 관련하여 위에서 논의된 것과 유사한 방식으로 각자의 가스 소스와 유체 연통하는 것으로 예상된다. 예를 들어, 일단 주입기 라이너(432E)가 상부 라이너(132B)에 형성된 컷아웃 내에 설치되고 주입 인서트 라이너 어셈블리(132F)(도 2)와 결합되고 나면, 복수의 제1, 제2, 및 제3 가스 유출구(405, 408, 411) 각각은 각자의 가스 통로 및 가스 채널, 예를 들어, 도 3a의 제1 및 제2 가스 통로(331A, 331B), 및 대응하는 제1 가스 채널(304) 및 제2 가스 채널(306)을 통해 도 3a의 제1 가스 소스(135A), 제2 가스 소스(135B), 및 제3 가스 소스(135C)와 유체 연통될 수 있다. 제1 및 제2 가스 통로(331A, 331B) 및 대응하는 제1 및 제2 가스 채널(304, 306) 중 하나 이상은 제3 가스 소스(135C)로부터의 제3 가스를 라우팅하기 위해 이용될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 제3 가스 통로 및 대응하는 제3 가스 채널들은 제3 가스 소스(135C)로부터 제3 가스 유출구들(411)로 프리커서 가스를 라우팅하기 위해 이용될 수 있다.
여기에 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 도 4a의 실시예에서, 주입기 라이너(432E)는 3 레벨 배열로 되어 있다. 즉, 제1 가스 유출구들(405)은 대략 제1 높이 "H1"에 배치되고, 제2 가스 유출구들(408)은 대략 제2 높이 "H2"에 배치되고, 제3 가스 유출구들(411)은 대략 제3 높이 "H3"에 배치되며, 제1 높이 "H1"은 제2 높이 "H2"보다 크고, 제2 높이 "H2"는 제3 높이 "H3"보다 크다. 본 명세서에 설명된 높이는 가스 유출구들의 개구와 기판(114)의 처리 표면(116)의 높이 사이의 거리를 지칭할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 높이는 예를 들어 프로세스 챔버 내에서 기판을 처리하기 전에 상이한 높이들로 설정된 가스 유출구들을 갖는 요구되는 주입기 라이너를 선택함으로써, 또는 제1, 제2 및 제3 높이를 조절하기 위해 기판의 처리 표면에 대하여 기판 지지체를 수직으로 이동시킴으로써 조절가능할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 주입기 라이너(432E)는 선택된 에너지 파장들에 투명하거나 그러한 파장들을 투과시키는 재료로 형성되고, 석영(투명 석영 또는 불투명 석영), 사파이어, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘 카바이드로 코팅된 흑연, 또는 이들의 조합과 같은 열 저항성 및 화학 저항성 재료로 이루어질 수 있다. 요구되는 경우, 주입기 라이너(432E)의 원통형 내측 표면은 금 또는 유전성 반사체와 같은 반사성, 내화성, 또는 불투명 재료로 코팅될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 가스 유출구들(405, 408, 411)은 응용의 필요에 따라 임의의 적절한 프리커서 가스(들)를 유동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제3 높이에 있는 제3 가스 유출구들(411)은 Ⅴ족 함유 프리커서 가스를 유동시킬 수 있고, 제1 및 제2 높이에 있는 제1 및 제2 가스 유출구들(405, 408)은 Ⅲ족 함유 프리커서 가스를 각각 유동시킬 수 있다[여기서, 제1 및 제2 가스 유출구들(405, 408)은 동일한 프리커서 가스를 유동시키거나 유동시키지 않을 수 있다]. 전형적인 일 실시예에서, 하나 이상의 제1 가스 유출구(405)는 더 낮은 열적 분해 또는 열분해 온도를 갖는 Ⅲ족 함유 프리커서 가스를 유동시키도록 구성되는 한편, 하나 이상의 제2 가스 유출구(408)는 더 높은 열적 분해 또는 열분해 온도를 갖는 Ⅲ족 함유 프리커서 가스를 유동시키도록 구성된다. 프리커서 가스는 Ⅱ-Ⅵ 재료계와 같이, Ⅲ-V가 아닌 임의의 재료계일 수 있음이 예상된다. 특정 프로세스들의 필요에 따라, 임의의 요구되는 도펀트 가스가 또한 이용될 수 있다.
선택적 에피택셜 성장 프로세스가 요구되는 실시예들에서, 제3 높이에 있는 하나 이상의 제3 가스 유출구(411)는 제1 프로세스 가스를 유동시킬 수 있고, 제1 및 제2 높이에 있는 제1 및 제2 가스 유출구들(405, 408)은 각각 제2 프로세스 가스를 유동시킬 수 있다. 제1 프로세스 가스는 하나 이상의 프로세스 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 프로세스 가스는 하나 이상의 퇴적 가스, 및 선택적으로는 도펀트 프리커서 가스, 에천트 가스 또는 캐리어 가스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 퇴적 가스는 예를 들어 실란, 할로겐화된 실란, 또는 이들의 조합들과 같은 실리콘 프리커서를 포함할 수 있다. 실란들은 실란(SiH4) 및 경험식 SixH(2x+2)를 갖는 고차 실란, 예컨대 디실란(Si2H6), 트리실란(Si3H8), 및 테트라실란(Si4H10)을 포함할 수 있다. 할로겐화된 실란들은 모노클로로실란(MCS: monochlorosilane), 디클로로실란(DCS: dichlorosilane), 트리클로로실란(TCS: trichlorosilane), 헥사클로로디실란(HCDS: hexachlorodisilane), 옥타클로로트리실란(OCTS: octachlorotrisilane), 실리콘 테트라클로라이드(STC: silicon tetrachloride), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도펀트 프리커서 가스는 퇴적된 에피택셜 층의 요구되는 전도성 특성에 따라, 인, 붕소, 비소, 갈륨, 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 에천트 가스는 예를 들어 메탄(CH3), 또는 염화 수소(HCl), 염소(Cl2), 또는 불화 수소(HF)와 같은 임의의 할로겐 분자 함유 가스를 포함할 수 있다. 캐리어 가스는 예를 들어 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 또는 수소(H2)를 포함할 수 있다.
제2 프로세스 가스는 제1 프로세스 가스와 동일하거나 다를 수 있다. 제2 프로세스 가스는 제1 프로세스 가스에 대하여 위에서 논의된 가스들 중 임의의 것 또는 모든 조합들을 포함할 수 있다(예를 들어, 퇴적 가스들, 에천트 가스들, 도펀트 프리커서 가스들, 및 캐리어 가스들의 조합들). 제2 프로세스 가스는 제1 프로세스 가스와 교대로, 주기적으로, 부분적으로 동시에, 또는 동시에 유동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 프로세스 가스는 제1 프로세스 가스와 동시에 유동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 높이에 있는 제1 및 제2 가스 유출구들(405, 408)은 서로 다른 제2 프로세스 가스를 유동시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 및 제3 높이들에 있는 가스 유출구들(408, 411)은 상이한 속도들로 동일한 프리커서 가스를 제공하고/거나, 동일 또는 상이한 속도들로 상이한 프리커서 가스들을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들에서 설명된 개념은 다른 재료들을 형성하기 위한 에피택시 프로세스에도 적용가능하다. 몇몇 예들은 로직 및 메모리 응용들에서 이용될 수 있는 도핑되지 않은 실리콘, SiGe/SiGe:B, Si:CP, 순수 Ge, GeSn, GeP, GeB, 또는 GeSnB 등을 포함할 수 있다. 그러한 경우들에서, 가능한 실리콘 프리커서들은 위에서 설명된 것들과 동일할 수 있고, 가능한 게르마늄 프리커서들은 GeH4 및 Ge2H6를 포함할 수 있지만 그에 한정되지 않는다. 이용될 수 있는 할로겐화된 게르마늄의 예들은 GeCl4, GeHCl3, Ge2Cl6, Ge3Cl8 등을 포함할 수 있지만, 그에 한정되지 않는다.
Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 반도체 합금들을 이원, 삼원 및 사원 조성물들의 형태로 퇴적하는 능력을 가능하게 하기 위해, 제1, 제2 및 제3 가스 유출구들 중 하나 이상에 대해 하나 이상의 가스 매니폴드가 이용될 수 있다. 도 4b는 도 4a의 실시예들, 또는 본 개시내용의 다른 실시예들을 실시하기 위해 이용될 수 있는 예시적인 가스 매니폴드 시스템을 도시한다. 도 4b의 실시예에서, 제1 가스 유출구들(405), 제2 가스 유출구들(408), 및 제3 가스 유출구들(411)은 제1 가스 소스(135A), 제2 가스 소스(135B), 및 제3 가스 소스(135C)와 각각 유체 연통한다. 제1 가스 소스(135A)로부터의 제1 프리커서 가스(예를 들어, Ⅲ족 함유 프리커서 가스)는 제1 밸브(440) 및/또는 제2 밸브(442)를 제어함으로써 제1 매니폴드(430) 및/또는 제2 매니폴드(432)를 통해 제1 가스 유출구들(405) 및/또는 제2 가스 유출구들(408)에 라우팅될 수 있다. 마찬가지로, 제2 가스 소스(135B)로부터의 제2 프리커서 가스(예를 들어, 제1 프리커서 가스와는 다른 Ⅲ족 함유 프리커서 가스)는 제3 밸브(444) 및/또는 제4 밸브(446)를 제어함으로써 제1 매니폴드(430) 및/또는 제2 매니폴드(432)를 통해 제1 가스 유출구들(405) 및/또는 제2 가스 유출구들(408)에 라우팅될 수 있다. 제3 가스 소스(135C)로부터의 제3 프리커서 가스(예를 들어, Ⅴ족 함유 프리커서 가스)는 제3 매니폴드(434)를 통해 제3 가스 유출구들(411)에 라우팅될 수 있다. 다른 구성들이 예상된다. 예를 들어, 제1, 제2, 및 제3 매니폴드들 및/또는 가스 소스들은 교환될 수 있다.
제1 또는 제2 프리커서 가스는 프리커서 가스의 열적 속성들에 의존하여, 밸브들(440-446)을 그에 따라 개방/폐쇄함으로써 제1 또는 제2 매니폴드(430, 432)에 유동될 수 있다. 예를 들어, 제1 프리커서 가스가 제2 프리커서 가스보다 더 낮은 열분해 온도를 갖는 경우, 제1 프리커서 가스는 제1 프리커서 가스를 제1 가스 유출구들(405)에 라우팅하기 위해 밸브(440)를 개방하고 밸브(442)를 폐쇄함으로써 제1 매니폴드(430)에 유동될 수 있다. 제1 프리커서 가스보다 더 높은 열분해 온도를 갖는 제2 프리커서 가스는 제2 프리커서 가스를 제2 가스 유출구들(408)에 라우팅하기 위해 밸브(444)를 개방하고 밸브(446)를 폐쇄함으로써 제2 매니폴드(432)에 유동될 수 있다. 제1 또는 제2 프리커서 가스는 수소 가스와 같은 퍼지 가스에 의해 제1 및 제2 가스 유출구들(405, 408) 중 임의의 것으로 푸시될 수 있다. 마찬가지로, 제3 프리커서 가스는 퍼지 가스에 의해 제3 가스 유출구들(411)에 푸시될 수 있다. 제1 프리커서 가스 및 제2 프리커서 가스가 동일하거나 유사한 열분해 온도를 갖는 경우, 프리커서 가스들 둘 다는 프로세스 필요들에 따라 제1 매니폴드(430) 또는 제2 매니폴드(432)에 유동될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 유량 제어기(FRC)(448)는 제1 매니폴드(430)와 제1 가스 유출구들(405) 사이에 제공되고, 제2 FRC(450)는 제2 매니폴드(432)와 제2 가스 유출구들(408) 사이에 제공되고, 제3 FRC(452)는 제3 매니폴드(434)와 제3 가스 유출구들(411) 사이에 제공된다. 유량 제어기들 각각은 가스 유동을 주입기 라이너의 내측 및 외측 영역으로 분할하도록 구성될 수 있고, 그에 의해 기판의 표면에 걸쳐 더 균일한 가스 분포를 만든다.
도 4a를 다시 참조하면, 제1, 제2, 및 제3 가스 유출구들(405, 408, 및 411) 중 하나 이상은 서로에 대해, 또는 기판(114)의 처리 표면(116)에 대해 임의의 미리 결정된 각도로 배향되어, 가스(들)를 임의의 요구되는 방향으로 지향시켜 방향성 가스 유동을 생성할 수 있다. 도 4a의 실시예에서, 제3 높이에 있는 제3 가스 유출구들(411)은 기판(114)의 처리 표면(116)에 대해 평행하게 배치되고, 그에 의해 제3 가스 유출구들(411)로부터의 프리커서 가스는 방향(410)[기판(114)의 처리 표면(116)에 실질적으로 평행함]으로, 그리고 처리 표면(116)을 가로질러 배기구를 향해 유동된다. 일부 실시예들에서, 제3 높이에 있는 하나 이상의 제3 가스 유출구(411)는 기판(114)의 처리 표면(116)에 대해 기울어져서 하향 또는 상향 배향될 수 있다. 그러한 경우에서, 제3 가스 유출구들(411)의 길이방향 축은 기판(114)의 처리 표면(116)에 대해 약 5° 내지 약 30°의 각도에 있을 수 있다. 제3 가스 유출구들(411)은 기판 처리 표면에 더 가까운 위치에 배치되므로(따라서, 더 높은 처리 온도에 노출되므로), 제3 가스 유출구들(411)은 더 높은 열적 분해 또는 열분해 온도를 갖는 프리커서 가스들을 유동시키기 위해 이용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 제1 높이에 있는 제1 가스 유출구들(405) 중 하나 이상, 또는 전부는 기판(114)의 처리 표면(116)에 평행한 수평 평면 "P"에 대해 기울어져서 배향될 수 있다. 그러한 경우에서, 제1 높이에 있는 제1 가스 유출구(405)의 길이방향 축은 수평 평면 "P"에 대해 약 1° 내지 약 35°, 예를 들어 약 5° 내지 약 25°의 각도로 있다. 선택된 각도는 방향(414)으로 유동하는 제1 가스 유출구들(405)로부터의 프리커서 가스(들)와 방향(412)으로 유동하는 제2 가스 유출구들(408)로부터의 프리커서 가스(들)는 물론, 방향(410)으로 유동하는 제3 가스 유출구들(411)로부터의 프리커서 가스(들) 사이의 요구되는 유동 상호작용을 가능하게 해야 한다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 제2 높이에 있는 제2 가스 유출구들(408) 중 하나 이상, 또는 전부는 기판(114)의 처리 표면(116)에 평행한 수평 평면 "P"에 대해 기울어져서 배향된다. 그러한 경우에서, 제2 높이에 있는 제2 가스 유출구(408)의 길이방향 축은 수평 평면 "P"에 대해 약 1° 내지 약 35°, 예를 들어 약 5° 내지 약 25°의 각도로 있다. 선택된 각도는 방향(412)으로 유동하는 제2 가스 유출구들(408)로부터의 프리커서 가스(들)와 방향(414)으로 유동하는 제1 가스 유출구들(405)로부터의 프리커서 가스(들)는 물론, 방향(410)으로 유동하는 제3 가스 유출구들(411)로부터의 프리커서 가스(들) 사이의 요구되는 유동 상호작용을 가능하게 해야 한다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 제1 높이에 있는 하나 이상의 제1 가스 유출구의 길이방향 축은 제2 높이에 있는 제2 가스 유출구들 중 하나 이상, 또는 전부의 길이방향 축과 다른 각도에 있다. 도 5a는 주입기 라이너(532E)의 측면 표면의 부분 단면도로서, 일부 제1 가스 유출구들(505)이 주입기 라이너(532E)의 최상부 에지(506)를 향해 상향 배향되는 한편(즉, 기판 처리 표면으로부터 멀어지는 방향으로), 다른 제1 가스 유출구들(505) 및 제2 가스 유출구들(508)은 본 개시내용의 일 실시예에 따라 하향 배향된다. 도 5의 일 실시예에서, 제1 높이에 있는 제1 가스 유출구들(505A, 505B, 505C)은 예를 들어 도 1에 도시된 프로세스 챔버(100)의 상부 석영 윈도우(120)를 향해 상향 배향되어 기울어진다. 이러한 구성은 제1 가스 유출구들(505A, 505B, 505C)이 퍼지 가스와 같은 프리커서 가스를 세정을 목적으로 상부 석영 윈도우(120)를 향해 제공하는 한편, 제2 가스 유출구들(508) 및 제1 가스 유출구들(505)의 나머지는 제3 가스 유출구들(511)로부터의 프리커서 가스들과 상호작용하는 프리커서 가스(들)를 제공하기 위해 기판(도시되지 않음)의 처리 표면에 대해 기울어져서 하향 배향되는 것을 허용한다. 도 5b에 도시된 전형적인 일 실시예에서, 제1 가스 유출구들(505A, 505B, 505C)의 길이방향 축은 기판의 처리 표면에 평행한 수평 평면 "P"에 대해 약 1° 내지 약 45°, 예를 들어 약 15° 내지 약 30°의 각도 "A"로 상향 배향된다. 제1 가스 유출구들(505)(도시되지 않음) 중 나머지의 길이방향 축과 하나 이상의 제2 가스 유출구(508)의 길이방향 축은 기판의 수평 평면 "P"에 대해 약 1° 내지 약 45°, 예를 들어 약 5° 내지 약 30°의 각도 "B"로 하향 배향된다. 하나 이상의 제3 가스 유출구(511)의 길이방향 축은 기판의 수평 평면 "P"에 평행하게 배향된다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 제1 높이에 있는 하나 이상의 제1 가스 유출구(505)의 길이방향 축은 제2 높이에 있는 하나 이상의 제2 가스 유출구(508)의 길이방향 축과 다른 각도에 있을 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 제1 가스 유출구(505)의 길이방향 축은 하나 이상의 제2 가스 유출구(508)의 길이방향 축에 대해 각도 "C"에 있을 수 있다. 그러한 각도 "C"는 약 1° 내지 약 35°, 예를 들어 약 5° 내지 약 15°가다. 본 실시예의 일부 예들에서, 제1 높이에 있는 하나 이상의 제1 가스 유출구(505)의 길이방향 축은 제2 높이에 있는 하나 이상의 제2 가스 유출구(508)의 길이방향 축에 대해 기울어져 있는 한편, 제1 높이에 있는 하나 이상의 제1 가스 유출구(505)의 길이방향 축은 제2 높이에 있는 하나 이상의 제2 가스 유출구(508)의 길이방향 축에 평행하게 배열된다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 제1 가스 유출구들(505), 제2 가스 유출구들(508), 및 제3 가스 유출구들(511)은 도 5a에 도시된 바와 같이 서로에 대해 수직 정렬된다(예를 들어, 서로의 최상부에 적층됨). 대안적으로, 제1 가스 유출구들(505), 제2 가스 유출구들(508), 또는 제3 가스 유출구들(511)은 서로로부터 수직 오프셋된다. 예를 들어, 제2 가스 유출구들(508)은 도 5c에 도시된 바와 같이 제1 가스 유출구들(505) 및 제3 가스 유출구들(511)로부터 하프피치(half-pitch)로 스태거링될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 제1 가스 유출구들(505), 제2 가스 유출구들(508), 및 제3 가스 유출구들(511) 각각은 프리커서 가스들을 기판의 처리 표면 또는 프로세스 챔버 내의 임의의 요구되는 영역을 향해 유동시키기 위한 복수의 독립적인 구역을 제공하도록 구성된다. 일례에서, 제1 가스 유출구들(505)은 둘 이상의 독립적 구역, 예를 들어, 세 개의 독립적 구역을 제공하도록 구성된다. 제2 가스 유출구들(508)은 둘 이상의 독립적 구역, 예를 들어, 세 개의 독립적 구역을 제공하도록 구성된다. 제3 가스 유출구들(511)은 둘 이상의 독립적 구역, 예를 들어, 세 개의 독립적 구역을 제공하도록 구성된다. 각각의 독립적 구역 내의 제1, 제2, 및 제3 가스 유출구들(505, 508, 511) 중 하나 이상, 또는 전부는 본 개시내용의 다양한 실시예들에 논의되는 것과 같은 방식으로 기판의 수평 평면 "P"에 대해 임의의 요구되는 각도로 배향된다. 제1 높이에 있는 각각의 독립적 구역 내의 가스 유출구들은 제2 또는 제3 높이에 있는 각각의 독립적 구역 내의 가스 유출구들과 유사하게 또는 다르게 프리커서 가스들의 방향성 유동을 유동시킬 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 제1 가스 유출구들(505), 제2 가스 유출구들(508), 및 제3 가스 유출구들(511) 각각은 프리커서 가스(들)의 방위각 및 반경방향 분포 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 독립적 구역은 바로 옆의 독립적 구역으로부터, 약 1° 내지 약 25°, 예를 들어 약 5° 내지 약 10°의 방위각에 의해 분리될 수 있다.
추가적으로, 또는 대안적으로, 각각의 독립적 구역 내의 제1, 제2, 및 제3 가스 유출구들(505, 508, 511) 중 하나 이상 또는 전부는 응용의 구체적인 필요에 따라, 프리커서 가스(들)의 방향성 가스 유동이 기판(또는 기판 지지체)의 중심에서, 기판(또는 기판 지지체)의 주변부 부근에서, 기판(또는 기판 지지체)의 중심과 주변부 사이의 임의의 요구되는 위치에서, 또는 상부 석영 윈도우(120)와 같은 프로세스 챔버 내의 임의의 요구되는 위치에서 제공되도록 배향될 수 있다.
본 개시내용에서 논의되는 임의의 개수의 가스 유출 개구들 및 임의의 개수의 행들의 가스 유출구들은 구체적인 구현들의 필요에 따라 주입기 라이너(532E) 내에 제공될 수 있음이 예상된다. 또한, 주입기 라이너(532E)는 주입기 라이너(532E)의 둘레를 따라 가스 유출구들[505(가스 유출구들(505A, 505B, 505C)을 포함함), 508 및 510)]의 일정한 밀도 또는 변화하는 밀도를 가질 수 있음이 예상된다. 가스 유출구들[505(가스 유출구들(505A, 505B, 505C)을 포함함), 508 및 510)]은 요구되는 가스 유동(들)을 제공하기 위해 가스 유출구들(505, 508, 및 510)의 전체 개수에 의존하여 크기가 정해진다. 전형적인 실시예에서, 가스 유출구들(505, 508, 및 510)은 약 2mm 내지 약 2cm, 예컨대 약 5mm 내지 약 1cm, 예를 들어 약 7mm 범위의 직경을 갖는다.
추가로, 3 레벨 가스 주입이 도시되고 논의되었지만, 본 개시내용에 설명되는 설계 특징들은 복수 레벨, 예를 들어 4 레벨, 5 레벨, 또는 X 레벨(X는 요구되는 응용에 따라 6 내지 50, 예를 들어 10 내지 30, 또는 임의의 다른 개수)의 측면 가스 주입을 제공하기 위해 조합 및/또는 배가될 수 있고, 그에 의해 본 개시내용에 설명된 것과 같은 다양한 구역 제어된 유동 방식들을 갖는 복수 레벨 측면 가스 주입을 제공하며, 이는 프로세스 내에서 상이한 열적 분해 또는 열분해 온도들을 갖는 셋 이상의 프리커서 가스가 이용되는 경우에 특히 이롭다.
본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일 실시예에서, 주입기 라이너는 주입기 라이너의 반경에 대해 각도를 형성하도록 구성된 임의의 하나 이상의 제1 가스 유출구, 제2 가스 유출구, 및/또는 제3 가스 유출구를 가질 수 있다. 도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주입기 라이너(632E)의 최상부 단면도를 도시한다. 주입기 라이너(632E)는 주입기 라이너(632E)의 반경(604)에 대해 약 5° 내지 약 35°의 각도 "D"를 형성하는 복수의 제1 가스 유출구(605)를 갖는다. 따라서, 제1 가스 유출구들(605)은 프로세스 챔버(100)의 처리 용적(110) 내로 방향(614)으로 유동하는 가스(들)의 회전 유동(rotational flow)을 제공한다. 기판에 대해, 예컨대 기판의 중심을 향해, 기판(또는 기판 지지체)의 주변부 근처로, 또는 임의의 바람직한 위치에서 기판(또는 기판 지지체) 상에 공간적으로 분산되어, 하나 이상의 프리커서 가스의 임의의 바람직한 공간 구성을 달성하기 위해, 선택된 각도 "D"에 의존하여, 가스(들)의 회전 유동은 기판을 가로질러 접선방향으로(tangentially) 유동되거나, 기판 위로부터 전달되거나, 이들의 조합일 수 있다. 퇴적된 층 내의 조성 균일성을 조정하거나 개선하기 위해, 또는 다른 가스 유출구들로부터의 상이한 프리커서 가스들 사이의 요구되는 유동 상호작용을 촉진시키기 위해, 제1 가스 유출구들(605)에 의해 제공되는 가스(들)의 회전 유동은 처리 용적 내로 유동하는 다른 프리커서 가스(들)에 전해진다. 또한, 일부 경우들에서 처리 균일성을 개선하도록, 기판 지지체의 회전을 보상하거나 상쇄시키거나 다르게 상호작용하기 위해, 가스(들)의 회전 또는 접선(tangential) 유동이 이용된다. 제1 가스 유출구들(605)만이 도시되어 있지만, 제2 가스 유출구들 중 하나 이상 및/또는 제3 가스 유출구들 중 하나 이상은 가스(들)의 요구되는 유동을 제공하기 위해 마찬가지로 구성된다는 점이 예상된다. 도 6의 각도지정(angling)은 임의의 원하는 방식으로 도 3, 도 4, 및 도 5a - 도 5c의 각도 배향과 함께 조합될 수 있음이 예상된다.
본 개시내용의 다양한 실시예들에서, 주입기 라이너는 복수의 레벨 또는 행의 가스 유출구들을 포함하는 통합된 부분으로서 형성되거나, 함께 적층되거나 결합된 복수 단편(multiple pieces)일 수 있다. 도 4a를 예로 들면, 주입기 라이너(432E)는 부분 원통형 바디(402) 내에 형성된 3 레벨의 가스 유출구(405, 408, 411)를 갖는 통합된 부분으로서 형성된다. 본 명세서에 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 도 7a에 도시된 것과 같은 대안적인 실시예에서, 주입기 라이너(732E)는 3 블록(720, 722, 724)으로 형성된다. 그러한 경우에서, 복수의 제1 가스 유출구(705)를 갖는 제1 블록(720)은 중력에 의해, 복수의 제2 가스 유출구(708)를 갖는 제2 블록(722) 상에 놓이고, 복수의 제2 가스 유출구(708)를 갖는 제2 블록(722)은 복수의 제3 가스 유출구(711)를 갖는 제3 블록(724) 상에 놓인다. 블록들(720, 722, 724)은 제1 인터페이스(732)와 제2 인터페이스(734) 사이에 제공되는 임의의 적절한 고정 수단을 갖거나 갖지 않고서 함께 적층될 수 있다. 대안적으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 주입기 라이너(732E)는 2개의 블록으로 형성될 수 있고, 제1 및 제2 가스 유출구(705, 708)는 제1 블록 내에 제공되고 제3 가스 유출구들(711)은 제2 블록 내에 제공되며, 여기서 제1 블록은 제2 블록의 최상부에 [인터페이스(736) 사이에 제공되는 임의의 적절한 고정 수단을 갖거나 갖지 않고서] 적층된다. 블록들의 개수, 및/또는 각각의 블록 내의 가스 유출구들의 개수 또는 행들은 구체적인 구현들을 위한 필요들에 따라 달라질 수 있음이 예상된다.
복수의 단편으로 형성된 주입기 라이너(732E)를 갖는 것은 일부 경우들에서 유리할 수 있는데, 왜냐하면 각각의 블록은 상호교환가능할 수 있고, 구체적인 응용들의 필요들에 따라 하나 이상의 커스터마이징가능한 가스 유동을 제공하기 위해 본 개시내용에 논의된 것과 같은 다양한 각도 및/또는 구역 제어 구성들을 포함하도록 구성될 수 있기 때문이다. 블록들(720, 722, 724)은 석영(투명 석영 또는 불투명 석영), 사파이어, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘 카바이드로 코팅된 흑연, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 열 저항성 및 화학 저항성 재료로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 블록은 상이한 높이들에 있는 가스 유출구들 사이의 온도 구별을 더 증강시키기 위해 서로 다른 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 가스 유출구들을 통해 유동될 프리커서 가스의 열분해 온도에 의존하여, 블록들(720 및 722)은 불투명 석영으로 형성될 수 있고, 블록(724)은 투명 석영, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘 카바이드로 코팅된 흑연으로 형성될 수 있거나, 그 반대로 될 수 있다. 임의의 경우들에서, 주입기 라이너(통합된 부분으로 형성되거나 복수의 단편으로 형성됨) 내의 가스 유출구들의 온도는 프리커서 가스의 유동이 가스 유출구들의 개구 상에 다시 퇴적되는 것을 방지하도록 높아야 하지만, 프로세스 챔버의 처리 용적에 진입하기 전에 프리커서 가스들을 균열시킬 정도로 높아서는 안 된다.
본 개시내용의 혜택들은 상이한 열분해 온도를 갖는 둘 이상의 프리커서 가스를 분리하기 위해 복수의 레벨의 가스 유출구들을 갖는 상호교환가능한 측면 주입을 포함한다. 복수의 레벨의 가스 유출구들이 상이한 각도들로 배향되면, 상이한 프리커서 가스들은 프로세스 챔버에 주입될 때 실질적으로 동일한 열적 균열 속도를 가질 것이다. 상이한 높이들에 있는 하나 이상의 가스 유출구의 배향은, 퇴적된 층 내의 조성 균일성을 조정 또는 개선하거나 상이한 프리커서 가스들 사이의 요구되는 유동 상호작용을 촉진하기 위해, 프리커서 가스(들)의 방향성 유동을 기판의 중심을 향해, 기판의 중심부 부근으로, 또는 임의의 요구되는 위치에서 기판 상에 공간적으로 분산시켜 유동시키도록 조절될 수 있다. 또한, 상위 레벨에 있는 일부 가스 유출구들은 세정 목적을 위해 프로세스 챔버의 상부 석영 윈도우를 향해 상향 배향될 수 있다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 만들어질 수 있다.
Claims (31)
- 기판 처리 챔버를 위해 구성된 가스 주입기 라이너로서,
상기 가스 주입기 라이너는:
내측 표면 및 상기 내측 표면에 대향하는 외측 표면을 포함하고, 상기 외측 표면은 상기 내측 표면에 실질적으로 평행하게 연장되고, 상기 내측 표면은 처리 챔버의 중심과 대면하도록 구성된 연속적인 원통형 링을 형성하고, 상기 가스 주입기 라이너는:
상기 가스 주입기 라이너의 상기 내측 표면에 제1 높이에 배치된 개구를 각각 갖는 제1 복수의 가스 유출구 - 상기 제1 복수의 가스 유출구의 각각의 개구는 상기 내측 표면에서 종료되고, 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 제1 세트의 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 외측 표면에 실질적으로 수직으로 연장되는 수평 평면에 대해 제1 각도로 배향되며, 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 제2 세트의 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 수평 평면에 대해 상기 제1 각도와 상이한 각도로 상기 가스 주입기 라이너의 최하부를 향해 하향 배향됨 -;
상기 가스 주입기 라이너의 상기 내측 표면에 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이에 배치된 개구를 각각 갖는 제2 복수의 가스 유출구 - 상기 제2 복수의 가스 유출구의 각각의 개구는 상기 내측 표면에서 종료되고, 상기 제2 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 수평 평면에 대해 제2 각도로 하향 배향됨 -; 및
상기 가스 주입기 라이너의 상기 내측 표면에 상기 제2 높이보다 낮은 제3 높이에 배치된 개구를 각각 갖는 제3 복수의 가스 유출구 - 상기 제3 복수의 가스 유출구의 각각의 개구는 상기 내측 표면에서 종료되고, 상기 제3 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 수평 평면에 대해 제3 각도로 배향되고, 상기 제3 각도의 절대값은 상기 제1 각도의 절대값보다 작음 -
를 더 포함하는, 가스 주입기 라이너. - 제1항에 있어서, 상기 제1 각도는 약 1° 내지 약 35°의 범위 내이고, 상기 제2 각도는 약 1° 내지 약 35°의 범위 내인, 가스 주입기 라이너.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 각도는 상기 제2 각도와 동일한, 가스 주입기 라이너.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 각도는 상기 제2 각도와 상이한, 가스 주입기 라이너.
- 제1항에 있어서, 상기 제3 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 상기 수평 평면에 실질적으로 평행하게 배향되는, 가스 주입기 라이너.
- 제1항에 있어서, 상기 제3 각도는 약 5° 내지 약 30°의 범위 내인, 가스 주입기 라이너.
- 제1항에 있어서, 하향 배향된 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 상기 가스 주입기 라이너의 중심을 향해, 또는 상기 가스 주입기 라이너의 상기 중심과 주변부 사이의 위치를 향해 배향되는, 가스 주입기 라이너.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 상기 가스 주입기 라이너의 최상부를 향해 상향 배향되는, 가스 주입기 라이너.
- 제8항에 있어서, 상기 제3 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 수평 평면에 실질적으로 평행하고, 상기 제2 복수의 가스 유출구는 상기 제1 복수의 가스 유출구 및 상기 제3 복수의 가스 유출구로부터 하프피치(half-pitch)로 수직 스태거링(staggering)되는, 가스 주입기 라이너.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구, 상기 제2 복수의 가스 유출구 및/또는 상기 제3 복수의 가스 유출구는 상기 가스 주입기 라이너의 중심에 대해 연장되는 반경에 대해 제4 각도를 형성하고, 상기 제4 각도는 약 5° 내지 약 35의 범위 내인, 가스 주입기 라이너.
- 제10항에 있어서, 상기 반경에 대한 상기 제4 각도는 상기 외측 표면에서 상기 내측 표면으로의 방향으로 유동하는 하나 이상의 가스의 회전 유동을 제공하도록 구성되는, 가스 주입기 라이너.
- 제11항에 있어서, 상기 제4 각도는 상기 수평 평면 내에 있거나 상기 수평 평면에 평행한 평면 내에 있는, 가스 주입기 라이너.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 가스 유출구, 상기 제2 복수의 가스 유출구, 및/또는 상기 제3의 복수의 가스 유출구는 상기 가스 주입기 라이너의 반경에 대해 제4 각도를 형성하고, 상기 제4 각도는 약 5° 내지 약 35°의 범위 내인, 가스 주입기 라이너.
- 기판 처리 챔버를 위해 구성된 가스 주입기 라이너로서,
상기 가스 주입기 라이너는:
내측 표면 및 상기 내측 표면에 대향하는 외측 표면을 포함하고, 상기 외측 표면은 상기 내측 표면에 실질적으로 평행하게 연장되고, 상기 내측 표면은 처리 챔버의 중심과 대면하도록 구성된 연속적인 원통형 링을 형성하고, 상기 가스 주입기 라이너는:
상기 가스 주입기 라이너의 내측 표면에 제1 높이에 배치된 개구를 각각 갖는 제1 복수의 가스 유출구 - 상기 제1 복수의 가스 유출구의 각각의 개구는 상기 내측 표면에서 종료되고, 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 제1 세트의 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 외측 표면에 실질적으로 수직으로 연장되는 수평 평면에 대해 제1 각도로 상향 배향되고, 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 제2 세트의 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 수평 평면에 대해 제2 각도로 상기 가스 주입기 라이너의 최하부를 향해 하향 배향되며, 상기 제2 각도는 상기 제1 각도와 상이함 -;
상기 가스 주입기 라이너의 내측 표면에 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이에 배치된 개구를 각각 갖는 제2 복수의 가스 유출구 - 상기 제2 복수의 가스 유출구의 각각의 개구는 상기 내측 표면에서 종료되고, 상기 제2 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 수평 평면에 대해 제3 각도로 하향 배향됨 -; 및
상기 가스 주입기 라이너의 내측 표면에 상기 제2 높이보다 낮은 제3 높이에 배치된 개구를 각각 갖는 제3 복수의 가스 유출구 - 상기 제3 복수의 가스 유출구의 각각의 개구는 상기 내측 표면에서 종료되고, 상기 제3 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 수평 평면에 대해 제4 각도로 배향되고, 상기 제4 각도의 절대값은 상기 제1 각도의 절대값 또는 제2 각도의 절대값 중 하나 이상보다 작음 -
를 더 포함하는, 가스 주입기 라이너. - 제14항에 있어서, 상기 제1 각도는 약 1° 내지 약 35°의 범위 내에 있고, 상기 제2 각도는 약 1° 내지 약 35°의 범위 내에 있는, 가스 주입기 라이너.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 각도는 상기 제3 각도와 동일한, 가스 주입기 라이너.
- 제14항에 있어서, 상향 배향된 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 상기 가스 주입기 라이너의 최상부를 향해 배향되는, 가스 주입기 라이너.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구는 상기 가스 주입기 라이너의 중심을 향해 하향 배향되고, 또는 상기 가스 주입기 라이너의 상기 중심과 주변부 사이의 위치를 향해 배향되는, 가스 주입기 라이너.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 복수의 가스 유출구, 상기 제2 복수의 가스 유출구, 및/또는 상기 제3 복수의 가스 유출구는 상기 가스 주입기의 반경에 대해 제4 각도를 형성하고, 상기 제4 각도는 약 5° 내지 약 35°의 범위 내인, 가스 주입기 라이너.
- 삭제
- 기판 처리 챔버를 위해 구성된 가스 주입기 라이너로서,
내측 표면 및 상기 내측 표면에 대향하는 외측 표면을 포함하고, 상기 외측 표면은 상기 내측 표면에 실질적으로 평행하게 연장되고, 상기 내측 표면은 상기 기판 처리 챔버의 중심과 대면하도록 구성된 연속적인 원통형 링을 형성하고, 상기 가스 주입기 라이너는:
제1 높이에 배치된 개구들을 갖는 제1 복수의 가스 유출구 - 상기 제1 복수의 가스 유출구의 각각의 개구는 상기 내측 표면에서 종료되고, 상기 제1 복수의 가스 유출구는 제1 Ⅲ족 함유 프리커서 가스를 포함하는 제1 가스 소스와 유체 연통하고, 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 제1 세트의 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 외측 표면에 실질적으로 수직으로 연장되는 수평 평면에 대해 제1 각도로 배향되고, 상기 제1 복수의 가스 유출구 중 제2 세트의 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 수평 평면에 대해 상기 제1 각도와 상이한 각도로 상기 가스 주입기 라이너의 최하부를 향해 하향 배향됨 -;
상기 내측 표면과 상기 외측 표면 사이의 상기 가스 주입기 라이너 내에 배치된 제1 가스 채널 - 상기 제1 가스 채널은 상기 제1 복수의 가스 유출구를 유동적으로 결합함 -;
상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이에 배치된 개구들을 갖는 제2 복수의 가스 유출구 - 상기 제2 복수의 가스 유출구의 각각의 개구는 상기 내측 표면에서 종료되고, 상기 제2 복수의 가스 유출구는 제2 Ⅲ족 함유 프리커서 가스를 포함하는 제2 가스 소스와 유체 연통하고, 상기 제2 Ⅲ족 함유 프리커서 가스는 상기 제1 Ⅲ족 함유 프리커서 가스보다 높은 열적 분해(thermal decomposition) 또는 열분해(pyrolysis) 온도를 갖고, 상기 제2 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 상기 수평 평면에 대해 제2 각도로 하향 배향됨 -; 및
상기 제2 높이보다 낮은 제3 높이에 배치된 개구들을 갖는 제3 복수의 가스 유출구 - 상기 제3 복수의 가스 유출구의 각각의 개구는 상기 내측 표면에서 종료되고, 상기 제3 복수의 가스 유출구 중 하나 이상의 가스 유출구의 종축은 가스가 상기 제3 복수의 가스 유출구 각각을 빠져나간 이후에 상기 내측 표면으로부터 외측으로 유동되도록 상기 수평 평면에 대해 제3 각도로 배향되고, 상기 제3 각도의 절대값은 상기 제1 각도의 절대값보다 작음 -
를 더 포함하는, 가스 주입기 라이너. - 제21항에 있어서, 상기 제3 복수의 가스 유출구는 V족 함유 프리커서 가스를 포함하는 제3 가스 소스와 유체 연통하는, 가스 주입기 라이너.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 가스 소스 및/ 또는 상기 제2 가스 소스는 에천트 가스를 더 포함하는, 가스 주입기 라이너.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내측 표면과 상기 외측 표면 사이의 상기 가스 주입기 라이너 내에 배치된 제1 가스 채널을 더 포함하고, 상기 제1 가스 채널은 상기 제1 복수의 가스 유출구를 유동적으로 결합하는, 가스 주입기 라이너. - 제24항에 있어서,
상기 내측 표면과 상기 외측 표면 사이의 상기 가스 주입기 라이너 내에 배치된 제2 가스 채널을 더 포함하고, 상기 제2 가스 채널은 상기 제2 복수의 가스 유출구를 유동적으로 결합하는, 가스 주입기 라이너. - 제25항에 있어서,
상기 제1 가스 채널에 유동적으로 결합된 제1 가스 통로, 및 상기 제2 가스 채널에 유동적으로 결합된 제2 가스 통로를 더 포함하고,
상기 제1 가스 통로는 복수의 가스를 유동하도록 구성되는, 가스 주입기 라이너. - 제24항에 있어서,
상기 제1 가스 채널은 제2 통로에 실질적으로 수직인 제1 통로를 포함하고, 상기 제1 통로는 상기 제2 통로에 유동적으로 결합된, 가스 주입기 라이너. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 복수의 가스 유출구는 프리커서 가스를 포함하는 제1 Ⅲ족을 포함하는 제1 가스 소스와 유체연통하고, 상기 제2 복수의 가스 유출구는 프리커서 가스를 포함하는 제2 Ⅲ족을 포함하는 제2 가스 소스와 유체연통하고, 상기 프리커서 가스를 포함하는 제2 Ⅲ족은 상기 프리커서 가스를 포함하는 제1 Ⅲ족 보다 높은 열적 분해 또는 열분해 온도를 갖는, 가스 주입기 라이너. - 제21항에 있어서,
상기 내측 표면과 상기 외측 표면 사이의 상기 가스 주입기 라이너 내에 배치된 제2 가스 채널을 더 포함하고, 상기 제2 가스 채널은 상기 제2 복수의 가스 유출구를 유동적으로 결합하는, 가스 주입기 라이너. - 제29항에 있어서,
상기 제1 가스 채널에 유동적으로 결합된 제1 가스 통로 및 상기 제2 가스 채널에 유동적으로 결합된 제2 가스 통로를 더 포함하고, 상기 제1 가스 통로는 복수의 가스를 유동하도록 구성되는, 가스 주입기 라이너. - 삭제
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