KR101349480B1 - 성막장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판의 온도 분포를 임의로 조정할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것으로, 또한 기판을 균일하게 가열하고 원하는 두께의 막을 형성할 수 있는 성막 방법을 제공하는 것으로, 성막장치(100)는 채임버(103)와, 채임버(103) 내에 설치되어 실리콘 웨이퍼(101)가 배치되는 서셉터(102)와, 서셉터(102)를 회전시키는 회전부(104)와, 서셉터(102)의 하방에 위치하는 인히터(120) 및 아웃히터(121)와, 이들 히터의 하방에 위치하는 리플렉터 집합부(105)를 구비하고, 리플렉터 집합부(105)는 환형상의 리플렉터와 원반 형상의 리플렉터가 조합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 성막장치에 관한 것이다.
GaN계 화합물 반도체(일반식: AlxGayln1-x-yN)는 직접 천이형의 에너지 밴드 구조를 갖고, 그 밴드 갭 에너지가 실온에서 1.9eV~6.2eV에 미치는 와이드밴드 갭이므로, 자외역으로부터 가시광역을 커버하는 발광 다이오드, 레이저 다이오드 및 자외선 센서 등의 수광소자로서 광범위한 응용이 가능하다.
종래법에 의한 수광 소자의 제조방법으로서는 사파이어 등의 평탄성이 높은 기판상에 버퍼층을 설치하고, 그 위에 수광영역을 포함하는 디바이스층을 형성하는 방법이 있다. 여기에서, 버퍼층을 설치하는 이유는 사파이어 기판의 결정성장면의 격자 간격과, 수광영역의 GaAlN의 격자간격 사이의 격자부정합을 완화하고, 격자부정합에 의해 발생할 수 있는 수광영역 중의 관통 전위(轉位)를 적게 하는 것에 있다.
또한, 사파이어 기판과 디바이스층 사이에 단층의 버퍼층이 아니라, 복수의 버퍼층을 설치하는 방법도 있다. 예를 들어, 사파이어 기판상에 AlN으로 이루어진 저온 퇴적 버퍼층과, GaN으로 이루어진 결정개선층과, AlN으로 이루어진 저온퇴적 중간층이라는 다층의 질화물 반도체 기판층을 설치하고, 그 위에 디바이스층을 설치한다. 이 방법에 의하면 단층의 버퍼층을 설치한 경우 이상으로, 기판과 수광영역 사이의 격자 부정합을 완화시키는 것이 가능해진다.
그러나, 상기 방법에서는 예를 들어 GaAlN을 주로 하는 수광소자를 구성하는 디바이스층을 그 상부에 형성한 경우, 기판측으로부터 입사시킨 광은 GaAlN보다 밴드갭 에너지가 작은 GaN층 내에서 흡수된다. 이 때문에, 입사광은 상부로부터의 입사에 제한된다.
한편, 상기 다층의 질화물 반도체 기판층에서 GaN층으로 이루어진 결정 개선층을, 디바이스층을 구성하는 GaAlN 보다 AlN 조성비가 큰 GaAlN 또는 AlN을 사용하여 형성하는 방법도 있다. 상기 방법에 의하면 상기 문제는 해소된다.
그런데, GaAlN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 화합물 반도체는 사파이어 기판상에 유기금속기상 성장법을 사용하여 Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 반도체 결정을 에피택시얼 성장시킴으로써 제조된다. 이러한 에피택시얼 성장 기술은 비교적 막두께가 두꺼운 결정막을 필요로 하는 반도체 소자의 제조공정에서 이용된다.
막두께가 두꺼운 에피택시얼 웨이퍼를 높은 수율로 제조하는 데에는 균일하게 가열된 웨이퍼의 표면에 새로운 원료가스를 차례로 접촉시켜 성막속도를 향상시킬 필요가 있다. 그래서, 웨이퍼를 고속으로 회전시키면서 에피택시얼을 성장시키고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1에서는 웨이퍼를 지지하는 링형상의 서셉터가 서셉터 받침에 끼워 부착되어 있고, 서셉터 받침에 접속되는 회전축이 회전함으로써 웨이퍼가 회전한다. 웨이퍼의 이면측에는 히터가 배치되어 있고, 또한 웨이퍼와 히터 사이에는 카본제의 균열판이 배치되어 있다.
특허 문헌 1의 성막장치에 의하면 웨이퍼는 히터로 가열된 균열판에 의해 가열된다. 여기에서, 서셉터는 그 내주측에 설치된 카운터보링 내에 웨이퍼의 외주부를 수용하는 구조로 되어 있다. 즉, 웨이퍼의 외주부는 서셉터에 접촉되어 있고, 외주부를 통하여 열이 달아나기 쉽다. 또한, 히터는 통상 외주부의 온도쪽이 내측의 온도에 비하여 낮아진다.
이러한 점에서 웨이퍼의 외주부를 집중적으로 가열하는 히터를 설치하고 있다. 그러나, 이 방식에 의해서도 웨이퍼의 외주부와 내주부 사이에는 온도차가 발생한다. 이러한 온도차는 형성되는 에피택시얼막의 막두께를 불균일하게 하므로 웨이퍼의 온도 분포가 균일해지도록 가열하는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 기판의 온도분포를 임의로 조정할 수 있는 성막장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 기판을 균일하게 가열하여 원하는 두께의 막을 형성할 수 있는 성막방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 기재로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 제 1 형태는,
성막실,
성막실 내에 설치되어 기판이 배치되는 서셉터,
서셉터를 회전시키는 회전부,
서셉터의 하방에 위치하는 히터, 및
히터의 하방에 위치하는 리플렉터를 구비하고,
리플렉터는 환형상의 리플렉터와 원반 형상의 리플렉터가 조합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 성막장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 형태에서 리플렉터는 복수의 환형상의 제 1 리플렉터와, 복수의 원반 형상의 제 2 리플렉터로 이루어진 것으로 할 수 있다. 이 경우, 히터의 하방에 복수의 제 1 리플렉터를 배치하고, 제 1 리플렉터의 더욱 하방에 복수의 제 2 리플렉터를 배치할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 형태에서는 제 1 리플렉터와 제 2 리플렉터의 배치를 반대로 할 수도 있다. 즉, 히터의 하방에 복수의 제 2 리플렉터를 배치하고 제 2 리플렉터의 더욱 하방에 복수의 제 1 리플렉터를 배치할 수도 있다.
또한, 본 발명의 제 1 형태에서는 제 1 리플렉터와 제 2 리플렉터를 번갈아 배치할 수도 있다.
본 발명의 제 1 형태에서 리플렉터는 내주부의 직경이 다른 환형상의 제 1 리플렉터를 준비하고, 이들을 위로부터 차례로 내주부의 직경이 큰 것부터 배치하고, 최하방에 원반형상의 제 2 리플렉터를 배치한 구조로 할 수도 있다.
본 발명의 제 1 형태에서 히터는 기판의 내주부에 대응하는 위치에 배치되는 인히터와, 기판과 인히터 사이에, 기판의 외주부에 대응하는 위치에 배치되는 아웃히터를 구비할 수 있다.
본 발명의 제 2 형태는,
성막실,
성막실 내에 설치되고 기판이 배치되는 서셉터,
서셉터를 회전시키는 회전부,
서셉터의 하방에 위치하는 히터, 및
히터의 하방에 위치하는 리플렉터를 구비하고,
리플렉터는 원반 형상의 리플렉터에 다른 직경의 구멍이 설치된 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 성막장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 2 형태에서 리플렉터는 히터의 하방에 복수 배치되어 있어도 좋고 1매만 배치되어 있어도 좋다.
본 발명의 제 2 형태에서 히터는 기판의 내주부에 대응하는 위치에 배치되는 인히터와, 기판과 인히터 사이에, 기판의 외주부에 대응하는 위치에 배치되는 아웃히터를 구비할 수 있다.
본 발명의 제 3 형태는,
성막실,
성막실 내에 설치되어 기판이 배치되는 서셉터,
서셉터를 회전시키는 회전부,
서셉터의 하방에 위치하는 히터, 및
히터의 하방에 위치하는 단열재를 구비하고,
단열재는 내부주가 외주부에 비해 얇은 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 3 형태에서 히터는 기판의 내주부에 대응하는 위치에 배치되는 인히터와, 기판과 인히터 사이에, 기판의 외주부에 대응하는 위치에 배치되는 아웃히터를 구비할 수 있다.
본 발명의 제 1 형태, 제 2 형태 및 제 3 형태는 서셉터의 상방에 위치하는 상부 히터를 추가로 구비할 수 있다.
본 발명의 제 4 형태는 성막실 내에서 기판을 그 하방에 배치된 히터로 가열하면서 기판상에 소정의 막을 형성하는 성막방법에 있어서,
히터의 하방에 환형상의 리플렉터와 원반 형상의 리플렉터를 조합시켜 배치하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제 4 형태에서는 히터의 하방에 복수의 환형상의 제 1 리플렉터를 배치하고, 상기 제 1 리플렉터의 더욱 하방에 복수의 원반 형상의 제 2 리플렉터를 배치할 수 있다.
본 발명의 제 4 형태에서는 히터의 하방에 복수의 원반 형상의 제 2 리플렉터를 배치하고 상기 제 2 리플렉터의 더욱 하방에 복수의 원반 형상의 제 1 리플렉터를 배치할 수도 있다.
본 발명의 제 4 실시형태에서 제 1 리플렉터와 제 2 리플렉터를 번갈아 배치할 수도 있다.
본 발명의 제 4 실시 형태에서는 내주부의 직경이 다른 환형상의 제 1 리플렉터를 준비하고, 이들을 위로부터 차례로 내주부의 직경이 큰 것부터 배치하고, 최하방에 원반 형상의 제 2 리플렉터를 배치할 수도 있다.
본 발명의 제 4 형태에서 기판은 기판의 내주부에 대응하는 위치에 배치되는 인히터와, 기판과 인히터 사이에, 기판의 외주부에 대응하는 위치에 배치되는 아웃히터에 의해 가열할 수 있다.
본 발명의 제 4 형태는 서셉터 상방에 위치하는 상부 히터를 추가로 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 성막실내에서 기판을 그 하방에 배치된 히터로 가열하면서 기판상에 소정의 막을 형성하는 성막방법으로,
히터의 하방에 다른 직경의 구멍이 설치된 원반 형상의 리플렉터를 배치하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 형태는 성막실내에서 기판을 그 하방에 배치된 히터로 가열하면서 기판상에 소정의 막을 형성하는 성막방법으로,
히터의 하방에 내주부가 외주부에 비해 얇은 단열재를 배치하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면 기판의 온도 분포를 임의로 조정할 수 있는 성막장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면 기판을 균일하게 가열하여 원하는 두께의 막을 형성할 수 있는 성막방법이 제공된다.
도 1은 실시형태 1에서의 성막장치의 모식적인 단면도,
도 2는 본 발명에서의 리플렉터 집합부의 평면도,
도 3은 실시형태 2에서 리플렉터 집합부를 설치하지 않는 경우와 설치한 경우에서 실리콘 웨이퍼의 온도 분포를 비교한 일례를 나타낸 도면,
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명에서의 리플렉터 집합부의 변형예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 적용 가능한 리플렉터의 다른 예,
도 6은 본 발명에 적용 가능한 단열재의 단면도, 및
도 7은 실시형태 2에서의 성막장치의 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에서의 리플렉터 집합부의 평면도,
도 3은 실시형태 2에서 리플렉터 집합부를 설치하지 않는 경우와 설치한 경우에서 실리콘 웨이퍼의 온도 분포를 비교한 일례를 나타낸 도면,
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명에서의 리플렉터 집합부의 변형예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 적용 가능한 리플렉터의 다른 예,
도 6은 본 발명에 적용 가능한 단열재의 단면도, 및
도 7은 실시형태 2에서의 성막장치의 모식적인 단면도이다.
실시형태 1.
도 1은 본 실시형태에서의 성막장치(100)의 모식적인 단면도이다.
본 실시형태에서는 기판으로서 실리콘 웨이퍼(101)를 사용한다. 단, 이에 한정되는 것은 아니고, 경우에 따라서 다른 재료로 이루어진 웨이퍼를 사용해도 좋다.
성막장치(100)는 성막실로서의 채임버(103)를 갖는다.
채임버(103)의 상부에는 가열된 실리콘 웨이퍼(101)의 표면에 결정막을 성장시키기 위한 원료 가스(129)를 공급하는 가스 공급부(123)가 설치되어 있다. 또한, 가스 공급부(123)에는 원료가스(129)의 토출 구멍이 다수 형성된 샤워플레이트(124)가 접속되어 있다. 샤워플레이트(124)를 실리콘 웨이퍼(101)의 표면과 대향하여 배치함으로써 실리콘 웨이퍼(101)의 표면에 원료가스(129)가 공급된다.
채임버(103)의 하부에는 반응후의 원료가스(129)를 배기하기 위한 가스 배기구(125)가 복수 설치되어 있다. 가스 배기부(125)는 조정밸브(126) 및 진공펌프(127)로 이루어진 배기기구(128)에 접속되어 있다. 또한, 배기기구(128)는 도시하지 않은 제어기구에 의해 제어되어 채임버(103) 내를 소정의 압력으로 조정한다.
채임버(103)의 내부에는 서셉터(102)가 회전부(104)의 상방에 설치되어 있다. 서셉터(102)는 고온하에 노출되는 점에서, 예를 들어 고순도의 SiC를 사용하여 구성된다. 채임버(103)의 내부에 반송된 실리콘 웨이퍼(101)는 서셉터(102) 상에 배치된다.
회전부(104)는 원통부(104a)와 회전축(104b)을 갖고 있다. 회전축(104b)은 채임버(103)의 외부까지 연장되어 있고, 도시하지 않은 회전기구에 접속되어 있다. 원통부(104a)가 소정의 회전수로 회전함으로써 서셉터(102)를 회전시킬 수 있고, 더 나아가 서셉터(102)에 지지된 실리콘 웨이퍼(101)를 회전시킬 수 있다. 원통부(104a)는 실리콘 웨이퍼(101)의 중심을 통과하고 또한 실리콘 웨이퍼(101)에 직교하는 축을 중심으로 하여 회전하는 것이 바람직하다.
도 1에서 원통부(104a)는 상부가 해방된 구조이지만, 서셉터(102)와 실리콘 웨이퍼(101)가 배치됨으로써 상부가 덮여 중공영역(이하, P2영역이라고 부름)을 형성한다. 여기에서 채임버(103) 내를 P1영역으로 하면 P2영역은 서셉터(102)와 실리콘 웨이퍼(101)에 의해 실질적으로 P1영역으로 구획된 영역이 된다.
P2영역에는 가열부로서의 인히터(120)와 아웃히터(121)가 설치되어 있다. 인히터(120)는 실리콘 웨이퍼(101)의 내주부에 대응하는 위치에 배치되고, 예를 들어 원반형상으로 할 수 있다. 한편, 아웃히터(121)는 실리콘웨이퍼(101)와 인히터(120) 사이에 있고, 실리콘 웨이퍼(101)의 외주부에 대응하는 위치에 배치된다. 아웃히터(121)는 예를 들어 환형상으로 할 수 있다. 이들 히터는 회전축(104b)내에 설치된 거의 원통형상의 석영제의 샤프트(108)의 내부를 통과하는 배선(109)에 의해 급전되고, 실리콘 웨이퍼(101)를 그 이면으로부터 가열한다. 단, 본 실시형태의 히터는 인히터와 아웃히터로 나뉘어 있지 않은 구조, 즉 실리콘 웨이퍼(101)의 외주부만을 가열하는 아웃히터(121)를 갖지 않는 구조이어도 좋다.
가열에 의해 변화되는 실리콘 웨이퍼(101)의 표면 온도는 채임버(103)의 상부에 설치된 방사온도계(122)에 의해 계측된다. 샤워플레이트(124)를 투명 석영제로 함으로써 방사 온도계(122)에 의한 온도측정이 샤워플레이트(124)에 의해 방해받지 않도록 할 수 있다. 계측된 온도 데이터는 도시하지 않은 제어기구로 보내어진 후, 인히터(120) 및 아웃히터(121)의 출력제어로 피드백된다. 이에 의해, 실리콘웨이퍼(101)가 원하는 온도가 되도록 가열할 수 있다.
본 실시형태의 성막장치(100)에서는 인히터(120)의 하방에 리플렉터 집합부(105)가 배치되어 있다. 리플렉터 집합부(105)는 복수의 리플렉터로 이루어지고 이들이 서로 작용하여 실리콘 웨이퍼(101)의 온도분포에 영향을 준다.
도 2는 리플렉터 집합부(105)의 평면도이다. 상기 도면에 도시한 바와 같이 리플렉터 집합부(105)는 복수의 환형상의 제 1 리플렉터(105a)와, 복수의 원반형상의 제 2 리플렉터(105b)로 이루어진다. 도 1의 예에서는 인히터(120)의 하방에, 복수의 제 1 리플렉터(105a)가 배치되고, 제 1 리플렉터(105a)의 더욱 하방에, 복수의 제 2 리플렉터(105b)가 배치되어 있다. 또한, 본 명세서에서 「원반 형상」이라는 것은 적어도 중심을 포함하는 영역에 구멍이 설치되어 있지 않은 원형상을 말한다.
인히터(120)와 아웃히터(121)로 가열하면 실리콘 웨이퍼(10)의 온도는 외주부에 비해 내주부의 온도가 높아진다. 이 경우, 실리콘 웨이퍼(101)의 온도분포를 균일하게 하는 데에는 내주부의 방열성을 높이고 내주부의 온도가 낮아지도록 하면 좋다.
그런데, 리플렉터의 본래적인 역할은 히터로부터의 복사열을 반사하여 히터의 출력을 감소시키고 또한 하방에 배치된 부재를 히터의 열로부터 보호하는 데에 있다. 여기에서, 리플렉터를 환형상으로 하면 환형상 부분으로부터는 복사열이 반사되지만 내주부로부터는 반사되지 않는다. 따라서, 환형상의 리플렉터에 의하면 웨이퍼로의 가열상태로 분포를 갖게 할 수 있다.
그래서, 도 2에 도시한 바와 같이 리플렉터 집합부(105)를 환형상의 제 1 리플렉터(105a)와, 원반형상의 제 2 리플렉터(105b)로 구성하고, 제 1 리플렉터(105a)의 환형상 부분이 실리콘 웨이퍼(101)의 외주부에 대응하도록 하여 배치한다. 이와 같이 하면 실리콘 웨이퍼(101)의 외주부는 가열되지만, 실리콘 웨이퍼(101)의 내주부의 가열은 억제된다. 따라서, 실리콘 웨이퍼(101)의 온도 분포를 내주부의 온도가 저하되도록 변화시키는 것이 가능하다. 또한, 이 경우 원반형상의 제 2 리플렉터(105b)를 함께 배치하므로 하방에 배치된 부재를 히터의 열로부터 보호할 수도 있다.
상기한 바와 같이 환형상의 리플렉터를 사용함으로써 웨이퍼로의 가열상태로 분포를 갖게 할 수 있지만, 이 분포를 원하는 분포로 하는 데에는 환형상의 리플렉터와 원반 형상의 리플렉터를 조합하고 또한 이것을 복수 배치하여 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이 제 1 리플렉터(105a)와 제 2 리플렉터(105b)가 조합된 리플렉터 집합부(105)를 사용한다. 각각의 리플렉터의 수를 변화시키거나, 제 1 리플렉터(105a)에서의 내주부의 직경을 변화시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(101)의 온도 분포를 변화시키는 것이 가능하다. 즉, 내주부의 온도가 외주부보다 낮아지도록 하거나, 또는 내주부와 외주부의 온도가 동일해지도록 할 수 있다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 본 실시형태에서의 리플렉터 집합부의 변형예이다.
도 4의 (a)는 도 1의 리플렉터 집합부(105)와는 제 1 리플렉터(105a)와 제 2 리플렉터(105b)의 배치가 반대가 된 것이다. 즉, 도 4의 (a)의 리플렉터 집합부에 의하면 인히터(120)의 더욱 하방에, 복수의 제 2 리플렉터(105b)가 배치되고 제 2 리플렉터(105b)의 하방에 복수의 제 1 리플렉터(105a)가 배치되어 있다. 이와 같은 배치에 의해서도 도 1의 예와 동일한 효과가 얻어진다.
도 4의 (b)는 제 1 리플렉터(105a)와 제 2 리플렉터(105b)를 번갈아 배치한 것으로 이에 의해서도 도 1의 예와 동일한 효과가 얻어진다.
도 4의 (c)는 내주부의 직경이 다른 제 1 리플렉터(105a1~105a3)을 준비하고, 이들을 위로부터 차례로 내주부의 직경이 큰 것부터 배치하고 최하방에 제 2 리플렉터(105b)를 배치한 것이다. 이에 의해서도 도 1의 예와 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 내주부의 직경을 조금씩 변화시키고 있으므로, 다른 구성보다 미세한 온도조정이 가능하다.
도 5는 본 실시형태에 적용 가능한 리플렉터의 다른 예이다. 도 5의 리플렉터(106)는 원반형상의 리플렉터에 다른 직경의 구멍(106a, 106b, 106c)이 설치된 구조를 갖고 있다. 이 경우, 리플렉터(106)는 인히터(120)의 하방에 복수 배치되어 있어도 좋고 1매만 배치되어 있어도 좋다. 복수 배치되는 경우에는 도 1이나 도 4의 예와 같이 리플렉터 집합부를 구성한다. 또한, 구멍의 직경, 수 및 위치 등에 대해서도 적절히 변경할 수 있다. 실리콘 웨이퍼(101)의 내주부에서의 방열성을 높이는 경우에는 도 5와 같이 내주부를 중심으로 하여 각 구멍을 배치한다. 한편, 외주부에서의 방열성을 높일 필요가 있는 경우에는 외주부를 중심으로 하여 각 구멍을 배치한다.
본 실시 형태에서의 리플렉터는 모두 내열성이 높은 재료, 예를 들어 Si 등을 사용하여 구성된다. 단, 히터 가까이에 배치되는 리플렉터, 예를 들어 도 2의 제 1 리플렉터(105a), 도 4(a)의 제 2 리플렉터(105b) 등은 고내열성의 재료, 예를 들어 SiC 또는 SiC로 피복된 카본을 사용하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는 리플렉터를 대신하여 단열재를 사용할 수도 있다. 도 6은 적용 가능한 단열재의 단면도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이 단열재(107)는 내주부가 외주부에 비해 얇은 구조를 갖고 있고, 이에 의해 내주부에서의 방열성이 높아지도록 하고 있다. 단열재는 예를 들어 다공질 카본 또는 탄소섬유 등을 사용하여 구성할 수 있고, 구체적으로는 가부시키가이샤 크레하제의 그레카(상품명) 등을 들 수 있다.
다음에, 도 1 및 도 2를 참조하면서 실시형태 1에서의 성막방법의 일례를 설명한다. 또한, 도 2의 리플렉터 집합부(105)를 대신하여 도 4의 (a) 내지 (c)의 리플렉터 집합부 또는 도 5의 리플렉터(집합부)를 사용해도 좋고 도 6의 단열재(107)를 사용해도 좋다.
우선, 서셉터(102) 상에 실리콘 웨이퍼(101)를 배치한다.
이어서, 상압하 또는 적당한 감압하에서 수소가스를 흘리면서 회전부(104)에 부수시켜 실리콘 웨이퍼(101)를 50 rpm 정도로 회전시킨다.
다음에, 인히터(120) 및 아웃히터(121)에 의해 실리콘 웨이퍼(101)를 1100℃~1200℃로 가열한다. 예를 들어, 성막온도인 1150℃까지 서서히 가열한다.
본 실시형태에 의하면 인히터(120)의 하방에 리플렉터 집합부(105)를 배치하고 있다. 리플렉터 집합부(105)는 복수의 환형상의 제 1 리플렉터(105a)와 복수의 원반 형상의 제 2 리플렉터(105b)로 이루어져 있고, 제 1 리플렉터(105a)에 의하면 실리콘 웨이퍼(101)의 외주부는 가열되지만, 실리콘 웨이퍼(101)의 내주부로의 가열은 억제된다. 따라서, 내주부의 온도를 저하시켜 실리콘 웨이퍼(101)를 원하는 온도 분포가 되도록 가열할 수 있다.
방사온도계(122)에 의한 측정에서 실리콘 웨이퍼(101)의 온도가 1150℃에 도달한 것을 확인한 후에는 서서히 실리콘 웨이퍼(101)의 회전수를 높여간다. 그리고, 가스 공급부(123)로부터 샤워플레이트(124)를 통하여 원료가스(129)를 채임버(103)의 내부에 공급한다. 본 실시형태에서는 원료가스(129)로서 트리클로로실란을 사용할 수 있고, 캐리어가스로서의 수소가스와 혼합한 상태에서, 가스 공급부(123)로부터 채임버(103)의 내부에 도입한다.
채임버(103)의 내부에 도입된 원료가스(129)는 실리콘 웨이퍼(101)쪽에 흘러내린다. 그리고, 실리콘웨이퍼(101)의 온도를 1150℃로 유지하고 서셉터(102)를 900rpm 이상의 고속으로 회전시키면서 가스공급부(123)로부터 샤워플레이트(124)를 통하여 차례로 새로운 원료가스(129)를 실리콘웨이퍼(101)에 공급한다. 이에 의해, 높은 성막속도로 효율좋게 에피택시얼막을 성막시킬 수 있다.
이와 같이, 원료가스(129)를 도입하면서 서셉터(102)를 회전시킴으로써 실리콘 웨이퍼(101) 상에 균일한 두께의 실리콘의 에피택시얼층을 성장시킬 수 있다. 예를 들어 파워 반도체의 용도에서는 200㎜의 실리콘 웨이퍼상에 10㎛ 이상, 많게는 10㎛~100㎛ 정도의 두꺼운 막이 형성된다. 두꺼운 막을 형성하는 데에는 성막시의 기판의 회전수를 높게 하는 것이 좋고 예를 들어 상기와 같이 900rpm 정도의 회전수로 하는 것이 좋다.
또한, 실리콘웨이퍼(101)의 채임버(103) 내로의 반입, 또는 채임버(103) 밖으로의 반출에는 공지의 방법을 적용할 수 있다.
실시형태 2.
본 실시형태에서는 Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 화합물 반도체 기판의 제작을 예로 들어 설명한다. 상기 반도체 기판으로서는 예를 들어 사파이어 기판상에 제 1 AlN 버퍼층, AlN 반도체층 및 제 2 AlN 버퍼층이 적층된 것을 들 수 있다.
제 1 AlN 버퍼층은 예를 들어 300℃~800℃의 온도범위 내, 예를 들어 500℃의 저온에서 트리메틸알루미늄(Al원) 및 암모니아(질소원) 등의 각 원료가스를 사용한 MOCVD법(유기금속화합물 기상성장법)을 이용하여 20㎚의 막두께로 형성된다.
AlN 반도체층은 약 1280℃ 이상의 고온, 예를 들어 1300℃에서, 상기 각 원료가스를 사용한 MOCVD법을 사용하여 500㎚ 이상, 예를 들어 1㎛의 막두께로 형성된다. 이 때 AlN은 단결정으로서 에피택시얼 성장시키므로, 본 실시형태의 성막장치가 바람직하게 사용된다.
제 2 AlN 버퍼층은 제 1 AlN 버퍼층과 동일한 조건으로 형성된다. 즉, AlN 반도체층상에 20 ㎚의 막두께로 형성된다.
또한, 제 1 AlN층, AlN 반도체층 및 제 2 AlN 버퍼층 중 어느 것을 GaAlN층으로서 형성하는 경우에는 상기 원료 가스에 트리메틸갈륨(Ga원)이 추가된다.
도 7은 본 실시형태에서의 성막 장치(200)의 모식적인 단면도이다. 이 도면의 성막 장치(200)는 AlN 반도체층의 성막에 사용할 수 있다.
성막장치(200)는 성막실로서의 채임버(1)와, 채임버(1) 내에 배치된 중공 통형상의 라이너(2)와, 채임버(1)를 냉각하는 냉각수의 유로(3a, 3b)와, 채임버(1) 내에 반응가스(26)를 도입하기 위한 반응 가스 공급부(14)와, 반응후의 반응가스(26)를 채임버(1) 밖으로 배기하는 배기부(5)와, 반도체 기판(6)을 배치하여 이것을 지지하는 서셉터(7)와, 지지부(도시하지 않음)가 지지되어 반도체 기판(6)을 가열하는 하부히터(8) 및 상부히터(18)와, 채임버(1)의 상하부를 연결하는 플랜지부(9)와, 플랜지부(9)를 시일하는 패킹(10)과, 배기부(5)와 배관을 연결하는 플랜지부(11)와, 플랜지부(11)를 시일하는 패킹(12)을 갖는다.
라이너(2)는 매우 높은 내열성을 구비하는 재료를 사용하여 구성된다. 예를 들어, 카본에 SiC를 코팅하여 구성된 부재의 사용이 가능하다. 라이너(2)의 머리부(31)의 개구부에는 샤워플레이트(20)가 부착되어 있다. 샤워플레이트(20)는 반도체 기판(6)의 표면에 반응가스(26)를 균일하게 공급하기 위한 가스정류판이다. 상기 샤워플레이트(20)에는 반응가스(26)를 공급하기 위한 관통구멍(21)이 복수개 설치되어 있다.
또한, 라이너(2)를 설치하는 이유는 일반적으로 성막장치에서 채임버의 벽이 스테인레스제인 것에 따른다. 즉, 성막장치(200)에서는 상기 스테인레스제의 벽을 기상 반응계 내에 노출시키지 않도록 하기 위해 라이너(2)가 사용된다. 라이너(2)에는 결정막 형성시에 채임버(1)의 벽으로의 파티클의 부착이나 금속오염을 방지하거나, 채임버(1)의 벽이 반응가스(26)에 의해 침식되는 것을 방지하는 효과가 있다.
라이너(2)는 중공 통형상이고 서셉터(7)를 내부에 배치하는 몸통부(30)와, 몸통부(30)보다 내경이 작은 머리부(31)를 갖는다. 몸통부(30) 내에는 서셉터(7)가 배치된다.
서셉터(7) 상에는 반도체 기판(6)이 배치된다. 반도체 기판(6)은 사파이어 기판상에 AlN 버퍼층이 형성된 기판으로 할 수 있다.
서셉터(7)는 중공 통형상의 회전통(23) 상에 부착되어 있다. 그리고, 회전통(23)은 채임버(1)의 저부로부터 채임버(1) 내부에 뻗어있는 회전축(도시하지 않음)을 통하여 회전기구(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 즉, 서셉터(7)는 라이너(2)의 몸통부(30) 내의 하부 히터(8)의 상방에서 회전 가능하게 배치되어 있다. 따라서, 기상 상장 반응시에는 서셉터(7)를 회전시킴으로써 그 위에 배치된 반도체 기판(6)이 고속으로 회전된다.
반도체 기판(6) 상에 AlN 반도체층을 형성하는 경우, 반응가스(26)로서 트리메틸알루미늄(Al원) 및 암모니아(질소원)의 소스가스와, 캐리어가스로서의 수소(H2)가스를 혼합시킨 혼합가스가 사용된다. 혼합가스는 성막장치(200)의 반응가스 공급부(14)로부터 도입된다. 구체적으로는 라이너(2) 내, 다시 말하면 반응가스 공급부(14)로부터 반도체 기판(6)의 주위에 도달하는 제 1 공간(공간 A)에 도입된다.
라이너(2)의 머리부(31)의 상부 개구부에는 상술한 바와 같이 샤워플레이트(20)가 배치되어 있다. 샤워플레이트(20)는 몸통부(30) 내의 서셉터(7) 상에 설치된 반도체 기판(6)의 표면에 반응가스(26)를 균일하게 공급한다.
라이너(2)의 머리부(31)의 내경은 샤워플레이트(20)의 관통구멍(21)의 배치와 반도체 기판(6)의 크기에 대응하도록 결정된다. 이에 의해, 샤워플레이트(20)의 관통구멍(21)을 나온 반응가스(26)가 확산되는 불필요한 공간을 감소시킬 수 있다. 즉, 성막장치(200)는 샤워플레이트(20)로부터 공급되는 반응가스(26)가 낭비되지 않고, 효율 좋게 반도체 기판(6)의 표면에 모이도록 구성된다. 또한, 반도체 기판(6)의 표면에서의 반응가스(26)의 흐름을 보다 균일하게 하기 위해 반도체 기판(6)의 둘레 부분과 라이너(2) 사이의 간격이 가능한 좁아지도록 구성되어 있다.
라이너(2)를 상기와 같은 형상으로 함으로써 반도체 기판(6)의 표면에서 기상성장반응을 효율 좋게 진행할 수 있다. 즉, 반응가스 공급부(14)에 공급되는 반응가스(26)는 공간 A에서, 샤워플레이트(20)의 관통구멍(21)을 통과하여 정류되고, 하방의 반도체 기판(6)을 향하여 거의 연직으로 흘러 내린다. 즉, 반응가스(26)는 공간 A에 있는 샤워플레이트(20)로부터 반도체 기판(6)의 표면에 이르는 영역에서, 소위 세로 플로우를 형성한다. 그리고, 고속 회전하는 반도체 기판(6)의 끌어 당김 효과에 의해 끌어 당겨져, 반도체 기판(6)에 충돌한 후에는 난류(亂流)를 형성하지 않고, 반도체 기판(6)의 상면을 따르면서 수평 방향으로 거의 층류(層流)가 되어 흐른다. 이와 같이 반도체 기판(6)의 표면에서 가스가 정류 상태가 됨으로써, 막두께 균일성이 높고 고품질의 에피택시얼막이 형성된다.
상기와 같이 하여 반도체 기판(6)의 표면에 공급된 반응 가스(26)는 반도체 기판(6)의 표면에서 반응을 일으킨다. 이에 의해 반도체 기판(6)의 표면에 AlN의 에피택시얼막이 형성된다. 반응가스(26)의 내에서 기상성장반응에 사용된 가스 이외의 것은 변성된 생성가스가 되어 채임버(1)의 하부에 설치된 배기부(5)로부터 배기된다.
도 7의 성막장치(200)에서는 채임버(1)의 플랜지부(9)와 배기부(5)의 플랜지부(11)에, 각각 시일을 위한 패킹(10, 12)이 사용되고 있다. 상기 패킹(10, 12)에는 불소 고무제의 것이 바람직하게 사용되지만, 그 내열 온도는 약 300℃이다. 본 실시형태에서는 채임버(1)를 냉각하는 냉각수의 유로(3a, 3b)를 설치함으로써 패킹(10, 12)이 열로 열화되는 것을 방지할 수 있다.
AlN의 에피택시얼 성장은 약 1280 ℃ 이상의 고온, 예를 들어 1300 ℃에서 실시된다. 그래서, 도 7에 도시한 성막장치(200)에서는 라이너(2) 내의 반도체 기판(6)을 가열하기 위한 수단으로서, 상부 히터(18)와 하부 히터(8)를 설치하고 있다. 이 경우, 반도체 기판(6)의 온도 조정은 하부 히터(8)에 의해 실시된다.
상부 히터(18)는 카본 기재의 표면을 SiC 재료에 의해 피복하여 구성된 저항가열히터이고, 라이너(2)와 채임버(1) 내벽 사이에 형성된 제 2 공간(공간 B)에 배치된다. 그리고, 상부 히터(18)는 반도체 기판(6)을 효율적으로 가열하는 점에서, 반도체 기판(6) 가까이, 구체적으로는 라이너(2)의 몸통부(30)와 머리부(31)의 연결 부분 가까이에 배치되어 있다.
하부히터(8)도 상부히터(18)와 동일하게, 카본기재의 표면을 SiC 재료로 피복하여 구성된 저항가열히터이다. 그리고, 이 하부히터(8)는 반도체 기판(6)이 배치되는 서셉터(7)의 하방, 회전통(23)의 내부 공간인 제 3 공간(공간 C)에 배치된다. 또한, 하부히터(8)는 실시형태 1과 같이 인히터와 아웃히터로 구성되어도 좋다.
상부히터(18)와 하부히터(8)를 설치하는 구성에서는 반도체 기판(6)의 내주부쪽이 외주부보다 많은 열을 상부히터(18)에 의해 받는다. 이는 반도체 기판(6)의 내주부와 외주부로부터 각각 상부히터(18)를 보았을 때, 외주부에서는 상부히터(18)의 보이는 면이 작은 것에 비해, 내주부에서는 상부히터(18)의 보이는 면이 커지게 되기 때문이다. 즉, 내주부쪽이 상부히터(18)와의 사이에서 복사에 의한 많은 열교환이 실시되므로, 외주부보다 온도가 높아진다. 이 경우, 하부히터(8)에 의한 온도조정에 의해 반도체 기판(6)의 면내 온도를 균일화하는 것은 곤란하다.
도 3은 성막장치(200)에서 리플렉터 집합부(40)를 설치하지 않은 경우와 설치한 경우에서 반도체 기판(6)의 온도분포를 비교한 일례이다. 점선은 (1) 리플렉터 집합부(40)를 설치하지 않은 경우의 온도분포를 나타내고 있다. 또한, 실선은 (2) 리플렉터 집합부(40)를 설치한 경우의 온도분포를 나타내고 있다. 또한, 도면의 횡축은 반도체 기판(6)의 중심과 외주부의 한 점을 연결하는 선을 따르는 것으로, 중심으로부터의 거리를 나타내고 있다. 또한, 횡축은 반도체 기판(6)의 표면에서의 온도를 나타내고 있다.
도 3의 점선 (1)을 보면 외주부에 비해 내주부의 온도가 높아진다. 즉, 상부히터(18)와 하부히터(8)로 가열되면, 반도체 기판(6)의 온도는 외주부에 비해 내주부의 온도가 높아진다. 이 경우, 반도체 기판(6)의 온도 분포를 균일하게 하기 위해서는 내주부의 방열성을 높여 내주부의 온도가 내려하도록 하면 좋다.
그래서, 본 실시형태의 성막장치(200)에서는 하부히터(8)의 하방에 리플렉터 집합부(40)를 배치한다. 리플렉터 집합부(40)는 복수의 리플렉터로 이루어지고, 이들이 서로 작용하여 반도체 기판(6)의 온도분포에 영향을 준다.
리플렉터 집합부(40)에는 실시형태 1과 동일한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 리플렉터 집합부(40)는 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 환형상의 제 1 리플렉터(105a)와, 복수의 원반 형상의 제 2 리플렉터(105b)로 이루어진 것으로 할 수 있다. 이 경우, 도 7에 도시한 바와 같이 하부히터(8)의 하방에, 복수의 제 1 리플렉터(105a)를 배치하고, 제 1 리플렉터(105a)의 더욱 하방에, 복수의 제 2 리플렉터(105b)를 배치할 수 있다.
또한, 리플렉터 집합부(40)는 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 제 1 리플렉터(105a)와 제 2 리플렉터(105b)의 배치를 도 7과 반대로 할 수도 있다. 또한, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 제 1 리플렉터(105a)와 제 2 리플렉터(105b)를 번갈아 배치해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 내주부의 직경이 다른 제 1 리플렉터(105a1~105a3)를 준비하고, 이들을 위로부터 차례로 내주부의 직경이 큰 것부터 배치하고 최하방에 제 2 리플렉터(105b)를 배치하여, 리플렉터 집합부(40)로 할 수도 있다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이 원반형상의 리플렉터에 다른 직경의 구멍(106a, 106b, 106c)가 설치된 구조의 것을, 인히터(120)의 하방에 복수 또는 단수 배치하고 리플렉터 집합부(40)로 할 수도 있다.
성막장치(200)에서 리플렉터 집합부(40)를 설치함으로써 반도체 기판(6)의 온도 분포를 변화시킬 수 있다. 즉, 리플렉터를 환형상으로 하면, 환형상 부분으로부터는 복사열이 반사되지만 내주부로부터는 반사되지 않는다. 따라서, 환형상의 리플렉터에 의하면 반도체 기판으로의 가열상태로 분포를 가져올 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이 리플렉터 집합부(40)를 환형상의 제 1 리플렉터(105a)와 원반 형상의 제 2 리플렉터(105b)로 구성하고, 제 1 리플렉터(105a)의 환형상 부분이 반도체 기판(6)의 외주부에 대응하도록 하여 배치한다. 이렇게 하면, 반도체 기판(6)의 외주부는 가열되지만, 반도체 기판(6)의 내주부로의 가열은 억제된다. 다시 말하면, 반도체 기판(6)의 내주부에서의 방열성이 향상된다. 따라서, 반도체 기판(6)의 표면의 온도분포를 내주부의 온도가 저하되도록 변화시키는 것이 가능하다. 그리고, 환형상의 리플렉터와 원반 형상의 리플렉터에 대해서 각각의 리플렉터의 수를 변화시키거나, 환형상의 리플렉터에서 내주부의 직경을 변화시킴으로써 반도체 기판(6)을 원하는 온도 분포로 하는 것이 가능하다. 즉, 도 3의 실선 (2)로 도시한 바와 같이 내주부의 온도가 외주부보다 낮아지도록 하거나, 또는 내주부와 외주부의 온도가 동일해지도록 할 수 있다.
또한, 반도체 기판(6)의 내주부에서의 방열성을 향상시킴으로써 하부히터(8)의 출력을 증대시켜, 반도체 기판(6)에 대한 온도조정기능을 수행하도록 할 수 있다. 또한, 하부히터(8)의 출력이 증대되면, 상부히터(18)의 출력이 크게 감소되므로, 리플렉터 집합부(40)를 설치하지 않는 경우에 비해, 상부히터(18)와 하부히터(8)의 합계 출력을 감소시킬 수도 있다.
또한, 리플렉터 집합부(40)를 대신하여 도 6에 도시한 바와 같은 단열재(107), 즉 내주부가 외주부에 비해 얇은 구조를 갖는 단열재를 사용할 수도 있고, 이 경우에도 상기와 동일한 효과가 얻어진다.
다음에, 도 7을 참조하면서 본 실시형태에서의 성막방법의 일례를 설명한다. 또한, 상기한 바와 같이, 도 7의 리플렉터 집합부(40)를 대신하여 도 4의 (a)~(c)와 동일한 리플렉터 집합부, 또는 도 5에서 설명한 것과 동일한 리플렉터(집합부)를 사용해도 좋고, 도 6의 단열재(107)를 사용해도 좋다.
우선, 반도체 기판(6)을 채임버(1)의 내부에 반입하여 서셉터(7) 상에 배치한다. 다음에, 회전통(23) 및 서셉터(7)에 부수시켜 서셉터(7)상에 배치된 반도체 기판(6)을 50rpm 정도로 회전시킨다.
상부히터(18) 및 하부히터(8)에 전류를 공급하여 작동시키고, 상부히터(18) 및 하부히터(8)로부터 발열된 열에 의해 반도체 기판(6)을 가열한다. 반도체 기판(6)의 온도가 성막온도인 약 1280 ℃ 이상의 고온, 예를 들어 1300℃에 도달할 때까지 서서히 가열한다. 이 때, 상부히터(18) 및 하부히터(8)의 온도는 1300 ℃보다 높은 온도가 된다. 따라서, 채임버(1)의 벽 부분에 설치한 유로(3a, 3b)에 냉각수를 흘리고 과도하게 채임버(1)의 온도가 상승하는 것을 방지한다.
본 실시형태에 의하면 하부 히터(8)의 하방에, 리플렉터 집합부(40)를 배치하고 있다. 리플렉터 집합부(40)는 복수의 환형상의 제 1 리플렉터(105a)와, 복수의 원반형상의 제 2 리플렉터(105b)로 이루어져 있고, 제 1 리플렉터(105a)에 의하면 반도체 기판(6)의 외주부는 가열되지만, 반도체 기판(6)의 내주부로의 가열은 억제된다. 따라서, 내주부의 온도를 저하시키고, 반도체 기판(6)을 원하는 온도분포가 되도록 가열할 수 있다.
반도체 기판(6)의 온도가 1300℃에 도달한 후에는 하부히터(8)에 의해 1300℃ 부근에서의 치밀한 온도조정이 이루어진다. 이 때, 반도체 기판(6)의 온도측정은 성막 장치에 부설된 방사온도계(도시하지 않음)를 사용하여 실시된다. 그리고, 방사온도계에 의한 측정에서 반도체 기판(6)의 온도가 소정 온도에 도달한 것을 확인한 후에는 서서히 반도체 기판(6)의 회전수를 높여 간다.
다음에, 반응가스 공급부(14)로부터 반응가스(26)를 공급하고, 샤워플레이트(20)를 통하여 반응가스(26)를 라이너(2)의 몸통부(30) 내에 놓인 반도체 기판(6)상에 흘러내리게 한다. 이 때, 반응가스(26)는 정류판인 샤워플레이트(20)의 관통 구멍(21)을 통과하여 정류되고, 하방의 반도체 기판(6)을 향하여 거의 연직으로 흘러내린다. 즉, 소위 세로 플로우를 형성한다. 그리고, 가열된 반도체 기판(6)의 표면에 반응가스(26)가 도달하면 반응가스(26)는 반응을 일으키고, 반도체 기판(6)의 표면에 AlN 에피택시얼막을 형성한다.
AlN 에피택시얼막이 소정의 막두께에 도달하면, 반응가스(26)의 공급을 정지시킨다. 이 때, 캐리어가스인 수소 가스의 공급은 정지되지 않고, 방사 온도계(도시하지 않음)에 의한 측정으로 반도체 기판(6)이 소정의 온도보다 낮아진 것을 확인하고 나서 정지되도록 해도 좋다.
반도체 기판(6)이 소정의 온도까지 냉각된 것을 확인한 후에는 채임버(1)의 외부에 반도체 기판(6)을 반출한다.
이상, AlN 에피택시얼막의 성막을 예로 들어, 실시형태 2의 성막장치 및 성막방법에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 예를 들어 GaAlN 에피택시얼막 등 다른 에피택시얼막의 성막에도 적용 가능하다. 또한, 본 실시형태에서 나타내는, AlN이나 GaAlN의 에피택시얼막의 성장온도는 Al을 포함하기 때문에 GaN 에피택시얼막의 성장온도보다 높아진다. 그 때문에, 이들 막에 대해서는 본 발명의 효과가 현저하다. 즉, 기판을 균일하게 가열하여 원하는 두께의 막을 형성할 수 있다는 효과가 크다.
본 발명에 의한 성막장치는 상기한 바와 같이 서셉터상에 배치되는 웨이퍼의 상면으로부터 성막에 필요한 가스가 공급되고, 서셉터의 이면측에 히터가 설치되어 있는, 소위 세로형의 에피택시얼 성장장치에 적용되는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 성막방법에 의해 AlN 반도체층을 형성한 후에는 제 2 AlN 버퍼층을 20 ㎚의 막두께로 형성한다. 이에 의해, Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 화합물 반도체 기판이 제조된다.
상기에서 얻어진 반도체 기판상에 디바이스층을 형성함으로써 반도체 장치가 제조된다. 예를 들어, 디바이스층에 형성되는 수광소자로서 PIN 접합형 포토다이오드를 형성하는 예에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 성막장치를 사용하여 제조된 반도체 기판상에 n형 GaAlN층, i형 GaAlN층, p형 GaAlN 초격자층(超格子層) 및 p형 GaAlN층을 차례로 적층하고, 디바이스층을 형성한다.
n형 GaAlN층은 예를 들어 다음과 같이 하여 형성된다. 즉, 트리메틸알루미늄(Al원), 트리메틸갈륨(Ga원) 및 암모니아(질소원) 등의 각 원료가스를 사용하여, n형 불순물의 원료가스로서 SiH4(모노실란)가스를 흘린다. 이에 의해 Si(실리콘)이 주입(도프)된 n형 GaAlN층을 성장시킬 수 있다. n형 GaAlN층의 막두께는 500 ㎚~2000㎚의 범위로 하고, 예를 들어 1000㎚로 형성된다.
계속해서 i형 GaAlN층을, MOCVD법을 이용하여 막두께 약 100㎚~200㎚의 범위로 예를 들어 200㎚로 형성한다.
다음에, i형 GaAlN층상에, p형 GaAlN 초격자층을 형성한다. p형 GaAlN 초격자층은 막두께 2㎚의 p형 GaN층(우물층)과 막두께 3㎚의 AlN층(배리어층)을 차례로 적층한 것(막두께 5㎚)를 20층 반복하여 적층한 다중 양자우물로서 형성된다. p형 GaAlN 초격자층의 p형 GaN층과 AlN층은 GaAlN의 원료로서 상기의 각 원료가스를 사용하고, MOCVD법을 사용하여 형성된다.
p형 GaN층의 p형 불순물의 도핑은 GaN층의 성장시에 p형 불순물의 원료가스로서 Cp2Mg(비스시클로펜타디에닐마그네슘)가스를 흘리면서, Mg(마그네슘)을 주입(도프)한다.
계속해서 MOCVD법을 사용하여 GaAlN의 원료로서 상기의 각 원료가스를 사용하여 p형 불순물의 원료가스로서 Cp2Mg가스를 흘리면서 Mg를 주입한 p형 GaAlN층을 막두께 약 20㎚로 성장시킨다. 여기에서, p형 GaAlN층은 후술하는 p형 전극과의 오믹 접촉을 확실하게 하고, 충분한 p형 활성화를 실시하여 저저항화하기 위해, AlN 조성비를 20% 이하로 한 컨택트층이고 AlN 조성비가 0%인 p형 GaN층이어도 상관없다.
이상과 같이 하여 디바이스층을 형성한 후에는 n형 GaAlN층이 부분적으로 노출되도록 디바이스층을 에칭 제거하고, 그 노출부위에 n형 전극을 형성하며, 또한 p형 GaAlN층상에 p형 전극을 형성한다. p형 전극 및 n형 전극은 각각의 극성에 따라서 Al, Au, Pd, Ni, Ti 등의 공지의 재료를 사용하여 공지의 방법으로 제작된다. 예를 들어, p형 전극으로서 제 1 층에 Pd(파라듐), 제 2 층에 Au(금)를 각각 10㎚씩 증착한 후, 소정의 평면형상으로 패터닝한다. 또한, p형 전극 또는 n형 전극으로서 ZrB2를 전극재료로서 사용해도 좋다.
상기와 같이 하여 얻어진 반도체 장치에 대해서 외부로부터 광이 조사된 경우, 그 광은 기판측으로부터 입사되고 n형 GaAlN층을 투과하여 수광 영역인 i형 GaAlN층에 입사하여 흡수되어, 광캐리어가 발생한다. p형 전극 및 n형 전극 사이에는 소정의 역바이어스 전계가 인가되어 있고, 발생된 광캐리어는 광전류로서 외부에 출력된다.
또한, 본 발명은 상기 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 상기 각 실시형태에서는 기판을 회전시키면서 성막하는 구성으로 했지만, 기판을 회전시키지 않고 성막해도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에서는 성막장치의 일례로서 에피택시얼 성장장치를 들었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 성막실 내에 반응가스를 공급하고 성막실 내에 배치되는 기판을 가열하여 기판 표면에 막을 형성하는 성막장치이면 CVD 장치 등의 다른 성막장치이어도 좋다.
1, 103: 채임버 2: 라이너
3a, 3b: 유로 5: 배기부
6: 반도체 기판 7, 102: 서셉터
8: 하부히터 9, 11: 플랜지부
10, 12: 패킹 14: 반응가스 공급부
18: 상부히터 20, 124: 샤워플레이트
21: 관통구멍 23: 회전통
26: 반응가스 30: 몸통부
31: 머리부 40, 105: 리플렉터 집합부
105a: 제 1 리플렉터 105b: 제 2 리플렉터
106: 리플렉터 107: 단열재
100, 200: 성막장치 A, B, C: 공간
101: 실리콘 웨이퍼 104: 회전부
104a: 원통부 104b: 회전축
108: 샤프트 109: 배선
120: 인히터 121: 아웃히터
122: 방사온도계 123: 가스 공급부
125: 가스 배기부 126: 조정 밸브
127: 진공 펌프 128: 배기 기구
3a, 3b: 유로 5: 배기부
6: 반도체 기판 7, 102: 서셉터
8: 하부히터 9, 11: 플랜지부
10, 12: 패킹 14: 반응가스 공급부
18: 상부히터 20, 124: 샤워플레이트
21: 관통구멍 23: 회전통
26: 반응가스 30: 몸통부
31: 머리부 40, 105: 리플렉터 집합부
105a: 제 1 리플렉터 105b: 제 2 리플렉터
106: 리플렉터 107: 단열재
100, 200: 성막장치 A, B, C: 공간
101: 실리콘 웨이퍼 104: 회전부
104a: 원통부 104b: 회전축
108: 샤프트 109: 배선
120: 인히터 121: 아웃히터
122: 방사온도계 123: 가스 공급부
125: 가스 배기부 126: 조정 밸브
127: 진공 펌프 128: 배기 기구
Claims (8)
- 성막실,
상기 성막실 내에 설치되어 기판이 배치되는 서셉터,
상기 서셉터를 회전시키는 회전부.
상기 서셉터의 상방에 위치하는 상부 히터,
상기 서셉터의 하방에 위치하는 하부 히터, 및
모두 상기 하부 히터의 하방에 위치하고 외경이 동일하며 상하 방향으로 소정의 간격으로 배치되는 환형상의 리플렉터와 원반 형상의 리플렉터를 구비하며,
상기 하부 히터는 인히터와 아웃히터를 포함하며, 상기 인히터는 상기 기판의 내주부에 대응하는 위치에 배치되며, 상기 아웃히터는 상기 기판과 상기 인히터 사이에서 상기 기판의 외주부에 대응하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 성막장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 환형상의 리플렉터가 상기 원반 형상의 리플렉터의 상방에 배치되는 것을 특징으로 하는 성막장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 환형상의 리플렉터와 외경이 동일하고 내경이 다른, 다른 환형상의 리플렉터를 구비하는 것을 특징으로 성막장치. - 삭제
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