KR101443665B1 - Density-matching alkyl push flow for vertical flow rotating disk reactors - Google Patents

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Abstract

기판 상에 에피택셜층을 성장시키기 위한 회전 디스크 리액터 또는 다른 CVD 리액터 장치에서, 가스 유입구(8a 내지 8d)에서 디스크의 회전축(14)으로부터 상이한 반경 방향 거리로 기판(3a, 3b, 3c)을 향해 안내되는 가스는 각각의 유입구에서 거의 동일한 가스 유량/속도와 거의 동일한 가스 밀도 양자를 갖는다. 회전축으로부터 떨어져 있는 디스크 부분을 향해 안내되는 가스는 회전축에 근접한 디스크 부분을 향해 안내되는 가스보다 농도가 높은 반응 가스를 포함할 수 있기 때문에, 중심축으로부터 상이한 거리에 있는 기판 표면의 부분은 단위 면적당 거의 동일한 양의 반응 가스를 수용하며, 회전축으로부터 상이한 반경 방향 거리에 있는 상이한 상대 분자량을 갖는 캐리어 가스들의 조합이 채용되어 리액터의 각 영역에서의 가스 밀도를 거의 동일하게 한다. 장치에는 복수 개의 가스 유입구에서의 캐리어 가스의 조합, 복수 개의 유입구에서의 캐리어 가스와 반응 가스의 조합이 적용될 수 있고, 상기 장치는 분자량이 상이한 적어도 2개의 가스가 제공될 때 임의의 많은 개수의 가스와 함께 사용될 수 있다. 리액터 내에서는 선형 흐름 패턴이 달성되어, 층류 재순환 영역을 회피하고, 기판 상에의 균일한 증착과 에피택셜층의 성장을 허용한다.

Figure R1020097009061

3b and 3c at different radial distances from the axis of rotation 14 of the disk at the gas inlet 8a to 8d in a rotary disk reactor or other CVD reactor device for growing an epitaxial layer on a substrate The guided gas has approximately the same gas flow rate / velocity and nearly the same gas density at each inlet. The gas guided toward the disk portion remote from the rotation axis may contain a reactive gas having a higher concentration than the gas guided toward the disk portion adjacent to the rotation axis so that the portion of the substrate surface at a distance different from the central axis is almost A combination of carrier gases having different relative molecular weights at different radial distances from the axis of rotation to accommodate the same amount of reaction gas is employed to make the gas density in each region of the reactor approximately the same. A combination of carrier gas at a plurality of gas inlets, a combination of a carrier gas and a reactive gas at a plurality of inlets may be applied to the apparatus, and the apparatus may comprise any number of gases when provided with at least two gases of different molecular weights ≪ / RTI > Within the reactor, a linear flow pattern is achieved, avoiding the laminar recycling area, and allowing for uniform deposition on the substrate and growth of the epitaxial layer.

Figure R1020097009061

Description

수직 흐름 회전 디스크 리액터를 위한 밀도 매칭 알킬 압출 흐름{DENSITY-MATCHING ALKYL PUSH FLOW FOR VERTICAL FLOW ROTATING DISK REACTORS}[0001] DENSITY-MATCHING ALKYL PUSH FLOW FOR VERTICAL FLOW ROTATING DISK REACTORS FOR VERTICAL FLOW ROTARY DISK REACTOR [0002]

본 발명은 유기금속 화학적 기상 증착 리액터에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 하나 이상의 가스를 회전 기판 표면에 주입하여, 이 회전 기판 상에 에피택셜층을 성장시키는 회전 디스크 리액터에 관한 것이다.The present invention relates to an organometallic chemical vapor deposition reactor. More specifically, the present invention relates to a rotating disk reactor that injects at least one gas into the surface of a rotating substrate to grow an epitaxial layer on the rotating substrate.

가스(들)가 리액터 내에서 회전하는 기판 표면 상으로 하향 주입되는 수직 고속 회전 디스크 리액터는 종종 유기금속 화학적 기상 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)을 위해 채용된다. 수직 디스크형 CVD 리액터는 특히 레이저 및 LED와 같은 다층 구조체와 단일 반도체 필름의 다양한 조합을 포함하는 광범위한 에피택셜 화합물에 대해서 유용한 것으로 확인되었다. 이러한 리액터에서, 기판 캐리어 위에 이격되어 있는 하나 이상의 인젝터가 예정된 가스 흐름을 제공하며, 이 예정된 가스 흐름은 기판과의 접촉시에 기판의 표면 상에 에피택셜 재료층을 증착한다.Vertical high-speed rotary disk reactors in which the gas (s) are injected downward onto the rotating substrate surface in the reactor are often employed for Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD). Vertical disc CVD reactors have been found to be particularly useful for a wide variety of epitaxial compounds including various combinations of multilayer structures such as lasers and LEDs and single semiconductor films. In such a reactor, one or more injectors spaced above the substrate carrier provide a predetermined gas flow which, upon contact with the substrate, deposits a layer of epitaxial material on the surface of the substrate.

대형 웨이퍼의 경우, 회전 디스크 리액터는 기판 위에 이격되어 있는 복수 개의 인젝터를 채용한다. 인젝터는 통상적으로 기판 캐리어의 중심축에 대하여 웨이퍼의 하나 이상의 반경 방향 축을 따라 다양한 위치에서 웨이퍼 위에 이격되어 있다. 종종, 동일한 분자량의 반응물이 기판의 표면에 도달하는 것을 허용하도록 리액터에 주입되는 소스 반응물 재료의 비율은 인젝터마다 다르다. 이에 따라, 몇몇 반응물 인젝터는 다른 반응물 인젝터와 다른 가스 속도를 가질 수 있다. 반응물 유량/속도에 있어서의 이러한 변화는 관련 부분에 있어서 인젝터의 상대 배치로 인한 것이다. 기판을 유지하는 리액터 캐리어가 예정된 속도로 회전하기 때문에, 캐리어의 외측 에지 근처에 있는 인젝터는 임의의 주어진 시간 기간 동안 캐리어의 중심에 가까운 인젝터보다 캐리어 상의 보다 넓은 표면적 영역을 커버한다. 이에 따라, 다른 인젝터는 소망하는 균일성을 유지하기 위해서 통상적으로 내측 인젝터보다 큰 반응물의 가스 유량/속도를 채용한다. 예컨대, 각각의 인젝터의 가스 속도는 인접한 인젝터와 3배 내지 4배만큼 차이가 날 수 있다,In the case of large wafers, the rotary disk reactor employs a plurality of injectors spaced above the substrate. The injector is typically spaced above the wafer at various locations along one or more radial axes of the wafer relative to the central axis of the substrate carrier. Often, the proportion of source reactant material injected into the reactor to allow reactants of the same molecular weight to reach the surface of the substrate varies from injector to injector. Accordingly, some reactant injectors may have different gas velocities than other reactant injectors. This change in reactant flow rate / velocity is due to the relative placement of the injector in the relevant part. Because the reactor carrier holding the substrate rotates at a predetermined speed, the injector near the outer edge of the carrier covers a wider surface area on the carrier than the injector near the center of the carrier for any given time period. Thus, other injectors employ gas flow rates / rates of reactants that are typically larger than the inner injector to maintain the desired uniformity. For example, the gas velocity of each injector may differ by 3 to 4 times the adjacent injector,

가스 유량/속도에 있어서의 이러한 변화는 보다 균일한 층 두께를 보장하는 것에 기여하는 한편, 그 다양한 속도로 인해 인젝터 흐름 간의 난류를 유발할 수도 있다. 또한, 불균일한 층 두께, 반응물의 소산 또는 반응물의 조기 응결과 같은 부작용의 위험이 증가될 수 있다.This change in gas flow rate / velocity may contribute to ensuring a more uniform layer thickness, while also causing turbulence between the injector flows due to its various velocities. In addition, the risk of side effects such as non-uniform layer thickness, dissipation of reactants or premature coagulation of reactants may be increased.

본 출원의 양수인에게 양도되고 참고에 의해 본원에 포함되는 발명의 명칭이 "수직 흐름 회전 디스크 리액터용 알킬 압출 흐름(ALKYL PUSH FLOW FOR VERTICAL FLOW ROTATING DISK REACTORS)"인 PCT 출원 제WO/2005/019496A1호 및 대응 미국 특허 출원 제10/568,794호에서는 이러한 문제점에 대한 한가지 해결책이 논의되는데, 이 해결책에서는 총 가스 흐름의 유량/속도가 리액터의 모든 영역에서 매칭되는 한편, 각각의 영역에서의 총 가스 유량을 매칭시키기 위해 각각의 영역에서의 반응 가스 흐름과 캐리어 가스 흐름을 결합하는 것에 의해 각각의 영역에 거의 동일한 반응 가스를 제공한다. 이 기술은 가스 흐름이 안내되는 기판에 대한 반응물의 증착의 균일성을 향상시키기는 하지만, 반응물의 증착의 균일성을 더 향상시킬 여지가 있다.PCT Application No. WO / 2005 / 019496A1, entitled " ALKYL PUSH FLOW FOR VERTICAL FLOW ROTATING DISK REACTORS ", assigned to the assignee of the present application and incorporated herein by reference, And corresponding US Patent Application No. 10 / 568,794 discuss one solution to this problem in which the flow rate / velocity of the total gas flow is matched in all regions of the reactor while the total gas flow rate in each region is By combining the reactant gas flow and the carrier gas flow in each region to match, substantially the same reaction gas is provided in each region. While this technique improves the uniformity of the deposition of reactants relative to the substrate on which the gas flow is directed, there is room for further improvement in the uniformity of deposition of the reactants.

총 가스 밀도에 있어서의 증가된 균일성은 실질적으로 증착 균일성을 증가시키고, CVD 반응 챔버 내의 유체 가스 흐름에 있어서의 난류와 와류를 감소시키는 것으로 밝혀졌다. Increased uniformity in total gas density has been found to substantially increase deposition uniformity and reduce turbulence and eddies in the fluid gas flow in the CVD reaction chamber.

본 발명의 일양태는 화학적 기상 증착 반응 챔버에서 총 가스 유량/속도와 총 가스 밀도가 실질적으로 매칭되고, 이에 따라 균일성을 향상시키며, 또한 비층류 가스 재순환 와류 및 난류를 감소시키는 화학적 기상 증착 리액터를 제공한다. 일양태에서, 장치는 챔버와, 이 챔버 내에서 운동하도록, 가장 바람직하게는 축을 중심으로 회전 운동하도록 설치되는 기판 캐리어를 포함한다. 기판 캐리어는 가장 바람직하게는 처리할 기판 표면이 축에 대해 거의 수직으로 놓이도록 하나 이상의 기판을 유지하도록 되어 있다. 이러한 본 발명의 양태에 따른 리액터는 바람직하게는 챔버 내에서 하나 이상의 가스 스트림을 거의 균일한 유량으로 기판 캐리어를 향해 이송하도록 구성된 가스 스트림 발생기를 포함한다. 리액터는 유리하게는 기판 캐리어를 유지하는 챔버가 거의 기지의 예정된 온도와 압력으로 유지되도록 구성된다.One aspect of the present invention is a chemical vapor deposition reactor that substantially matches the total gas flow rate / total gas density in the chemical vapor deposition reaction chamber, thereby improving uniformity and also reducing non-laminar gas recirculation vortices and turbulence. Lt; / RTI > In one aspect, the apparatus includes a chamber and a substrate carrier configured to move within the chamber, most preferably, to rotate about an axis. The substrate carrier is most preferably adapted to hold one or more substrates such that the substrate surface to be processed lies substantially perpendicular to the axis. The reactor according to this aspect of the present invention preferably comprises a gas stream generator configured to transport at least one gas stream in a chamber at a substantially uniform flow rate towards the substrate carrier. The reactor is advantageously configured such that the chamber holding the substrate carrier is maintained at a known predetermined temperature and pressure.

가스 스트림 발생기는 가장 바람직하게는 각각의 가스 스트림이 적어도 하나, 바람직하게는 상대 분자량이 상이한 복수 개의 캐리어 가스와, 바람직하게는 적어도 하나의 반응 가스를 포함한다. 기판 캐리어가 축을 중심으로 회전 운동하도록 장착된 경우, 가스 스트림 발생기는 바람직하게는 반응 가스의 농도가 상이하고 캐리어 가스(들)의 상대 농도가 상이한 상기 하나 또는 바람직하게는 복수 개의 가스 스트림을 축으로부터 상이한 반경 방향 거리에서 공급하도록 구성된다. 축에 가까운 기판 캐리어의 일부분으로 안내되는 가스는 바람직하게는 비교적 농도가 높은 캐리어 가스 세트와 비교적 농도가 낮은 반응 가스를 포함하는 반면, 기판 캐리어의 일부분으로 안내되는 가스는 바람직하게는 농도가 높은 반응 가스와 농도가 낮은 캐리어 가스(들)를 포함한다.The gas stream generator most preferably comprises a plurality of carrier gases, preferably at least one reactant gas, wherein each gas stream is at least one, preferably different in relative molecular weight. When the substrate carrier is mounted for rotational movement about an axis, the gas stream generator is preferably configured to generate the one or preferably a plurality of gas streams differing in the concentration of the reactant gas and different in the relative concentration of the carrier gas (s) At different radial distances. The gas guided to a portion of the substrate carrier close to the axis preferably comprises a relatively high concentration carrier gas set and a relatively low concentration of reactive gas, while the gas guided to a portion of the substrate carrier preferably comprises a high concentration reaction Gas and carrier gas (s) of low concentration.

더욱이, 각각의 가스 스트림에 있어서, 총 가스 밀도는 가스 스트림에 있는 분자량이 상이한 각각의 캐리어 가스(들)의 상대 농도를 이전에 선택된 반응 가스의 농도와 반응 가스의 분자량에 기초하여 조정하는 것에 의해 매칭되어, 각각의 가스 스트림에서의 총 가스 스트림의 총 분자량은 거의 동일하다. 분자량이 상이한 복수 개의 캐리어 가스의 상대 농도는 유리하게는 조정 가능한 질량 유량 조절기를 통해 조정된다.Moreover, for each gas stream, the total gas density can be adjusted by adjusting the relative concentration of each carrier gas (s) having a different molecular weight in the gas stream based on the concentration of the previously selected reaction gas and the molecular weight of the reaction gas Matching, the total molecular weight of the total gas stream in each gas stream is approximately the same. The relative concentrations of the plurality of carrier gases having different molecular weights are advantageously adjusted through an adjustable mass flow controller.

가스 스트림 발생기는 축으로부터 상이한 거리에 챔버와 연통하는 복수 개의 가스 유입구와, 이 유입구에 연결된 하나 이상의 반응 가스 소스 및 유입구 중 적어도 하나에 연결된 하나 이상의 캐리어 가스 소스, 그리고 밀도를 제어하기 위해 각각의 반응 가스 소스와 각각의 캐리어 가스 소스에 연결된 하나 이상의 질량 유량 조절기를 포함할 수 있다.The gas stream generator includes a plurality of gas inlets communicating with the chamber at different distances from the axis, one or more carrier gas sources connected to at least one of the at least one reactant gas source and inlet connected to the inlet, A gas source and one or more mass flow controllers coupled to respective carrier gas sources.

본 발명의 다른 양태는 챔버에서 축을 중심으로 기판 지지부를 회전시키는 동안, 기판의 표면이 상기 축에 대해 거의 수직으로 놓이도록 기판 지지부 상에서 처리할 하나 이상의 기판을 지지하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법을 포함한다. 기판 처리 방법은 반응 가스와 캐리어 가스가 챔버 내에서 상기 축으로부터 상이한 반경 방향 거리에서 거의 균일한 유량을 갖는 하나 이상의 스트림으로 기판 표면을 향해 흐르도록 반응 가스와 복수 개의 캐리어 가스를 챔버에 도입하는 단계를 더 포함한다. 기판 처리 방법은 각각의 가스 흐름 위치에서의 기지의 분자량과 기지의 농도를 갖는 반응 가스가 주어진 경우에 단위 체적당 총 가스 분자량의 관점에서의 총 가스 밀도가 각각의 가스 흐름 위치에서 거의 동일하도록 각각의 가스 흐름 위치에서 기지의 분자량을 갖는 복수의 캐리어 가스 각각의 상대 농도를 조정하는 단계를 포함한다. 이것은 바람직하게는 챔버에서의 기지의 온도 및 압력으로 실시되어, 가스는 챔버 내에서 상기 축으로부터 상이한 반경 방향 거리에서 거의 균일한 반응 가스 농도를 갖는 하나 이상의 스트림으로 기판 표면을 향해 흐르고, 이에 의해 난류를 최소화한다.Another aspect of the present invention is directed to a substrate processing method comprising supporting at least one substrate to be processed on a substrate support such that a surface of the substrate is substantially perpendicular to the axis while rotating the substrate support about an axis in the chamber . Introducing a reaction gas and a plurality of carrier gases into the chamber such that the reaction gas and the carrier gas flow toward the substrate surface in at least one stream having a substantially uniform flow rate at different radial distances from the axis within the chamber, . The substrate processing method is carried out such that the total gas density in terms of the total gas molecular weight per unit volume is approximately the same at each gas flow location, given a reaction gas having a known molecular weight and a known concentration at each gas flow location And adjusting the relative concentration of each of the plurality of carrier gases having a known molecular weight at the gas flow location of the carrier gas. This is preferably carried out at a known temperature and pressure in the chamber such that the gas flows in the chamber towards the substrate surface in one or more streams with a substantially uniform reaction gas concentration at different radial distances from the axis, .

하나 이상의 가스 스트림은 축으로부터 상이한 반경 방향 거리에 있는 기판 표면의 상이한 부분이 거의 동일한 양의 단위 면적당의 단위 시간당 상기 반기 반응 가스를 수용하도록 구성된다. 가장 바람직하게는, 캐리어 가스와 반응 가스의 도입 단계는 기판 표면의 반경 방향 외측을 향해 흐르는 가스가 축에 근접한 기판 표면의 반경 방향 내측을 향해 흐르는 가스보다 높은 반응 가스의 농도를 갖도록 반응 가스의 적어도 일부와 캐리어 가스를 혼합하는 것과, 최종 가스 스트림 각각의 반응 가스 밀도를 균등하게 하기 위해 각각의 캐리어 가스의 질량 유량을 조절하는 것을 포함한다.The at least one gas stream is configured such that different portions of the substrate surface at different radial distances from the axis receive the semi-reactive gas per unit time per unit area of approximately the same amount. Most preferably, the step of introducing the carrier gas and the reaction gas is performed so that the gas flowing toward the radially outer side of the substrate surface has a higher concentration of the reaction gas than the gas flowing toward the radially inner side of the substrate surface close to the axis Mixing the carrier gas with a portion of the carrier gas, and adjusting the mass flow rate of each carrier gas to equalize the reactant gas densities of each of the final gas streams.

전술한 본 발명의 양태에 따른 바람직한 리액터와 방법은 회전 디스크 기판 캐리어의 표면 전반과 같은 기판 캐리어의 처리면 전반에 걸쳐 균일한 반응 가스의 분포를 제공할 수 있는 한편, 상이한 반응 가스 속도에 의해 야기되는 난류를 회피할 수 있다. 예컨대 알킬/수소화물 증착 장치에서, 밀도와 유량 매칭의 조합이 알킬의 보다 양호한 확산으로 인해 보다 양호한 증착 균일성을 제공하여, 개별 알킬 인젝터로부터의 보다 덜 불일치하는 성장률 반응을 초래한다. 더욱이, 경계층 두께는 구역마다 더욱 균일한데, 그 이유는 경계층 두께가 밀도에 직접 비례하는 경우에 밀도에 있어서의 국부적인 변화에 의해 영향을 받지 않기 때문이다. 추가적으로, 증가된 경계층 균일성은 또한 감소된 부력 유도 재순환(buoyancy-induced recirculation)을 유발하고, 이에 따라 공정 파라메터 영역에서 보다 넓은 처리 옵션 어레이를 허용한다.Preferred reactors and methods in accordance with aspects of the present invention described above can provide a uniform distribution of reactant gas across the processing surface of the substrate carrier, such as across the surface of a rotating disk substrate carrier, Can be avoided. For example, in an alkyl / hydride vapor deposition apparatus, the combination of density and flow matching provides better deposition uniformity due to better diffusion of alkyl, resulting in a less mismatched growth rate response from the individual alkyl injectors. Moreover, the boundary layer thickness is more uniform per zone, since the boundary layer thickness is not directly affected by the local variation in density when it is directly proportional to the density. In addition, increased boundary layer uniformity also results in reduced buoyancy-induced recirculation, thereby allowing for a wider array of process options in the process parameter area.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 리액터를 도시한 개략도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a reactor in accordance with an embodiment of the present invention. FIG.

도 1b는 도 1a의 실시예에 사용된 기판 캐리어의 상면도이다.1B is a top view of the substrate carrier used in the embodiment of FIG. 1A;

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터를 도시한 부분 입단면도이다.2 is a partial cross-sectional view of a reactor according to another embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 선 3-3을 따른 부분도이다.3 is a partial view along line 3-3 of Fig.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터에 사용되는 플레이트의 부분 저면도이다.Figure 4 is a partial bottom view of a plate used in a reactor according to another embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리액터를 도시한 부분 입단면도이다.5A is a partial cross-sectional view of a reactor according to another embodiment of the present invention.

도 5b는 도 5a의 선 5B-5B를 따른 단면도이다.5B is a cross-sectional view taken along line 5B-5B of FIG. 5A.

도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 리액터에 사용되는 플레이트 부분을 도시한, 도 4와 유사한 도면이다.Figs. 6, 7 and 8 are views similar to Fig. 4, showing a plate portion used in a reactor according to a further embodiment of the present invention.

도 9a 및 도 9b는 총 수직 방향 가스 흐름 유량의 유체 흐름 표시를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 리액터의 측면도로서, 도 9a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 9b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다.Figures 9a and 9b are side views of a reactor according to an embodiment of the present invention, including fluid flow indications of total vertical gas flow rate, Figure 9a is a diagram prior to density matching, Figure 9b is a cross- Fig.

도 10a 및 도 10b는 수평 방향 가스 유량/속도를 통한 반응 가스 밀도의 유체 흐름 표시를 포함하는 본 발명의 일실시예의 가스 분배 헤드 및 웨이퍼 캐리어의 분해 평면도로서, 도 10a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 10b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다.10A and 10B are exploded plan views of a gas distribution head and a wafer carrier of an embodiment of the present invention, including a fluid flow representation of the reactant gas density through a horizontal gas flow rate / velocity, wherein FIG. 10A is a diagram prior to density matching And Fig. 10B is a diagram after density matching.

도 1에 개략적으로 도시되어 있는 본 발명의 일실시예에 따른 장치는 반응 챔버(1)와 기판 캐리어(2)를 포함한다. 챔버는 상벽(16)과 배기구(11)를 포함한다. 기판 캐리어(2)는 중심축(14)을 중심으로 회전하도록 챔버(1) 내에 장착되고 중심죽(14)을 중심으로 회전될 수 있도록 회전 구동 장치(12)에 연결된다. 기판 캐리어(2)는 중심축(14)에 대해 수직인 거의 평면형 디스크 형태로 상벽(16)을 향하는 처리면(18)을 형성한다. 도 1에는 그러한 표면(18)의 일부분만 도시되어 있다. 반응 챔버(1)에는, 예컨대 기판 캐리어를 가열하는 서스셉터(susceptor)와 같 은 기판 캐리어를 고온으로 유지하는 가열 장치, 온도 모니터링 장치 및 압력 모니터링 장치와 같은, 소망하는 에피택셜 성장 반응을 용이하게 하는 다른 종래의 요소(도시하지 않음)가 장착된다. 장치의 이들 특징부는 뉴욕주 우드베리에 소재하는 Veeco Instruments Inc.가 상품명 TURBODISC®으로 시판하는 리액터와, 뉴저지주 서머셋에 소재하는 Emcore Corporation가 이전에 시판한 리액터에 사용되는 타입의 것일 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 장치와 방법은 서스셉터를 구비하는 리액터와 서스셉터를 구비하지 않는 리액터 양자와, 역전형(상하가 뒤집어짐)과 같은 다른 기하학적 형상을 갖는 리액터 또는 측방 가스 진입 CVD 리액터를 포함하는 많은 타입의 리액터와 함께 사용될 수 있고, 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 기판 이외의 다른 재료 상에의 CVD 증착을 위해 사용될 수 있다.An apparatus according to an embodiment of the present invention, schematically illustrated in FIG. 1, includes a reaction chamber 1 and a substrate carrier 2. The chamber includes a top wall (16) and an exhaust port (11). The substrate carrier 2 is mounted in the chamber 1 to rotate about the central axis 14 and is connected to the rotary drive device 12 so that it can be rotated about the central bore 14. The substrate carrier 2 forms a processing surface 18 that faces the top wall 16 in the form of a substantially planar disk perpendicular to the central axis 14. [ Only a portion of such surface 18 is shown in Fig. The reaction chamber 1 is easily provided with a reaction chamber 1 for facilitating a desired epitaxial growth reaction, such as a heating device, a temperature monitoring device and a pressure monitoring device, for maintaining a substrate carrier such as a susceptor for heating a substrate carrier at a high temperature (Not shown) is mounted. These features of the device may be of the type used in reactors marketed by Veeco Instruments Inc. of Woodbury, New York, under the trade name TURBODISC®, and in reactors previously marketed by Emcore Corporation of Somerset, NJ. The apparatus and method described herein include both a reactor with a susceptor, a reactor without a susceptor, and a reactor with a different geometry, such as inverted (upside down), or a side gas entry CVD reactor , And may be used for CVD deposition on other materials than semiconductor substrates such as semiconductor wafers.

리액터는 상면(16)을 관통하여 챔버의 내부와 연통하는 복수 개의 가스 스트림 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)를 갖는다. 도 1의 실시예에서, 각각의 유입구는 중심축(14)과 평행한 방향으로 캐리어의 처리면(18)을 향해 하향 연장되는 단일 포트 형태이고, 각각의 유입구의 포트는 동일한 크기의 것이다. 가스 스트림 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)는 중심축(14)으로부터 반경 방향으로 연장되는 공통면을 따라 배치된다. 공통면은 중심축(14)과 이 중심축(14)에 대해 수직으로 연장되는 반경 방향 라인(17)에 의해 형성되는 평면이다. 가스 스트림 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)는 반경 방향으로 균일한 이격 거리(h)로 서로 이격되어 있다. 각각의 유입구는 처리면(18)의 상이한 환형 구역과 정렬된다. 이에 따라, 최외측 또는 제1 유입구(8a)는 중심축(14)에서 가장 멀리 떨어져 있는 최외측 구역(10a)과 정렬되고, 유입 구(8b)는 다음 구역(10b)과 정렬되며, 유입구(8c)는 구역(10c)과 정렬되고, 유입구(8d)는 중심축(14)에 가장 근접한 최내측 구역(10d)과 정렬된다. 도시의 명확화를 위해 도 1에서는 구역의 경계가 파선으로 도시되어 있지만, 이들 구역은 통상적으로 기판 캐리어의 가시성 특징부에 의해 윤곽이 형성된다.The reactor has a plurality of gas stream inlets (8a, 8b, 8c, 8d) that communicate with the interior of the chamber through the top surface (16). In the embodiment of FIG. 1, each inlet is in the form of a single port extending downwardly toward the processing surface 18 of the carrier in a direction parallel to the central axis 14, and the ports of each inlet are of the same size. The gas stream inlets 8a, 8b, 8c and 8d are arranged along a common plane extending radially from the central axis 14. [ The common plane is a plane formed by the central axis 14 and the radial line 17 extending perpendicularly to the central axis 14. [ The gas stream inlets 8a, 8b, 8c, 8d are spaced apart from each other at a uniform spacing h in the radial direction. Each inlet is aligned with a different annular zone of the treatment surface 18. The outermost or first inlet 8a is aligned with the outermost section 10a farthest from the central axis 14 and the inlet 8b is aligned with the next section 10b, 8c are aligned with the zone 10c and the inlet 8d is aligned with the innermost zone 10d closest to the central axis 14. [ Although the boundaries of the zones are shown in dashed lines in Fig. 1 for clarity of illustration, these zones are typically outlined by the visible features of the substrate carrier.

리액터는 복수 개의 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c, 6d)를 포함하며, 그러한 소스 각각은 반응 가스를 예정된 질량 유량으로 공급하도록 되어 있다. 반응 가스를 예정된 질량 유량으로 제공할 수 있는 임의의 장치가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 반응 챔버에서의 기지의 온도 및 압력을 고려하여 가스 질량 유량을 변경하기 위해 조정 가능한 질량 유량 조절기가 포함된다. 그러나, 예컨대 고정 오리피스, 수동 압력 제어와 같은 다른 압력 제어 장치를 본 발명의 장치와 함께 사용할 수도 있으며, 컴퓨터 제어식 흐름 장치를 채용할 수도 있다. 도시한 실시예에서, 각각의 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c)는 흐름 제한 장치이고, 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c)는 반응 가스의 공통 공급부(4), 예컨대 그러한 가스를 소정 압력하에서 유지하는 탱크에 연결된다. 예컨대, 다음 도 5에 도시한 바와 같이 1개가 넘는 반응 가스가 사용될 때 1개가 넘는 반응 가스 공급부를 사용하는 것이 유리하다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제2 반응 가스를 유지하는 제2 반응 가스 공급부(21)는, 흐름 제한 장치이기도 한 반응 가스 소스(6d)에 연결된다. 각각의 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c, 6d)에 통합되는 흐름 제한 장치는 고정 오리피스, 피드백 제어 장치(도시하지 않음)에 링크된 수동 조정 밸브 또는 자동 제어 밸브 또는 정량 펌프와 같은 임의의 종래의 흐름 제어 구조체를 포함할 수 있다. 반응 가스가 액상의 증발에 의해 형성되는 경우, 각각의 반응 가스 소스는 증발율을 제어하도록 구성된 별도의 증발기를 포함할 수 있고, 그렇지 않은 경우에 각각의 가스 소스는 모두가 공통 증발기에 연결되는 앞서 논의한 바와 같은 흐름 제한 장치를 포함할 수 있다.The reactor includes a plurality of reactant gas sources 6a, 6b, 6c, 6d, each of which is adapted to supply a reactant gas at a predetermined mass flow rate. Any device capable of providing the reaction gas at a predetermined mass flow rate can be used and preferably includes an adjustable mass flow regulator to change the gas mass flow rate taking into account the known temperature and pressure in the reaction chamber. However, other pressure control devices, such as fixed orifices, manual pressure control, for example, may be used with the apparatus of the present invention, or a computer controlled flow apparatus may be employed. In the illustrated embodiment, each of the reactant gas sources 6a, 6b, 6c is a flow restrictor and the reactant gas sources 6a, 6b, 6c are connected to a common supply 4 of reactant gases, Lt; RTI ID = 0.0 > tanks < / RTI > For example, when more than one reaction gas is used as shown in Fig. 5, it is advantageous to use more than one reaction gas supply portion. In this exemplary embodiment, the second reaction gas supply part 21 for holding the second reaction gas is connected to the reaction gas source 6d, which is also a flow restriction device. The flow restriction device incorporated in each of the reaction gas sources 6a, 6b, 6c and 6d may be a fixed orifice, a manual regulating valve linked to a feedback control device (not shown) or any conventional Of the flow control structure. When the reaction gas is formed by liquid phase evaporation, each of the reaction gas sources may comprise a separate evaporator configured to control the rate of evaporation, otherwise each gas source may be connected to a common evaporator A flow restriction device such as a bar.

반응 가스는 리액터 내에서 기판 상의 증착에 참여하도록 리액터로 주입되는 임의의 가스, 증기 또는 소망하는 재료일 수 있다. 보다 구체적으로, 반응 가스는 기판을 처리하기에 적절한 임의의 가스일 수 있다. 예컨대, 소망하는 처리가 에피택셜 성장과 같은 반도체층의 성장인 경우, 반응 가스는 성장해야 할 하나 이상의 반도체 구성물을 포함할 수 있다. 예컨대, 반응 가스는 화합물 반도체의 증착을 위한 하나 이상의 알킬 금속을 포함할 수 있다. 반응 가스는 복수의 화학물 종의 혼합물일 수 있고, 불활성 비반응 성분을 포함할 수 있다. 소망하는 반응은 기판 표면을 에칭하는 것을 포함하며, 반응 가스는 기판 표면을 이루는 재료와 반응을 일으키는 성분을 포함할 수 있다. The reactive gas may be any gas, vapor or desired material that is injected into the reactor to participate in deposition on the substrate in the reactor. More specifically, the reaction gas may be any gas suitable for processing the substrate. For example, when the desired treatment is growth of a semiconductor layer, such as epitaxial growth, the reactive gas may comprise one or more semiconductor constructs to be grown. For example, the reactive gas may comprise one or more alkyl metals for the deposition of a compound semiconductor. The reaction gas may be a mixture of a plurality of chemical species and may include inert non-reacted components. The desired reaction may include etching the substrate surface, and the reactive gas may comprise a component that reacts with the material forming the substrate surface.

본 발명이 적용되는 재료 시스템의 타입은, 예컨대 GaAs, GaP, GaAsl-xPx, Gal-yAlyAs, Gal-yInyAs, AlAs, InAs, InP, InGaP, InSb, GaN, InGaN, AIxGa1- xN, InO.5(Gal-xAlx)O.5P, InxGal-xAsyPl-y 등과 같은 3족 내지 5족 반도체의 에피택셜 성장을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 이들은 ZnSe, CdTe, HgCdTe, CdZnTe, CdSeTe 등과 같은 2족 내지 4족 화합물; SiC, 다이아몬드, 및 SiGe과 같은 4족 내지 6족 화합물; YBCO, BaTiO, MgO2, ZrO, SiO2, ZnO 및 ZnSiO와 같은 산화물; 및 Al, Cu 및 W와 같은 금속을 포함한다. 더욱이, 최종 재 료는 고휘도 발광 다이오드(LED), 레이저, 태양 전지, 광캐소드, HEMT 및 MESFET를 포함하는 광범위한 전자 어플리케이션 및 광전자 어플리케이션을 가질 것이다.The type of material system to which the present invention is applied, for example, GaAs, GaP, GaAs lx P x, Ga ly Al y As, Ga ly In y As, AlAs, InAs, InP, InGaP, InSb, GaN, InGaN, AI x Ga Epitaxial growth of III-V group semiconductors such as 1- x N, In 0.5 (Ga lx Al x ) 0.5 P, In x Ga lx As y P ly, and the like. However, the present invention can be applied to other systems. These include compounds of Group 2 to Group 4 such as ZnSe, CdTe, HgCdTe, CdZnTe, CdSeTe and the like; Group 4 to 6 compounds such as SiC, diamond, and SiGe; Oxide such as YBCO, BaTiO, MgO 2, ZrO , SiO 2, ZnO and ZnSiO; And metals such as Al, Cu, and W. Moreover, the final material will have a wide range of electronic and optoelectronic applications, including high-brightness light emitting diodes (LEDs), lasers, solar cells, photocathodes, HEMTs and MESFETs.

아래에서 설명할 가스 유량/속도 매칭과 반응 가스 밀도 매칭 양자를 포함하는 예시적인 일실시예에서는, TMG(트리메틸갈륨) 및 NH3(암모니아)가 반응 가스로서 채용되고, 캐리어 가스인 질소(N2)와 수소(H2)의 다양한 조합을 사용하는 것을 통해 웨이퍼 캐리어에서의 균일한 총 가스 유량, 균일한 총 가스 밀도 및 균일한 반응물 증착률 각각을 위해 매칭된다.In one exemplary embodiment comprising a gas flow rate / speed matched with the reaction gas density matching both described below, TMG (trimethylgallium) and NH 3 (ammonia) is employed as the reaction gas, carrier gas of nitrogen (N 2 ) And hydrogen (H 2 ), respectively, for a uniform total gas flow rate, a uniform total gas density, and a uniform reactant deposition rate in the wafer carrier.

제1 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d)도 제공된다. 제1 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d)는 구조에 있어서 (조정 가능한 질량 유량 조절기를 포함하는) 반응 가스 소스와 유사할 수 있고, 캐리어 가스의 공통 공급부(5)에 연결될 수 있다. 추가적으로, 바람직하게는 구조에 있어서 (조정 가능한 질량 유량 조절기를 포함하는) 반응 가스 소스와 유사한 제2 캐리어 가스 소스(20a, 20b, 20c, 20d)가 제공되며, 이 제2 캐리어 가스 소스는 제2 캐리어 가스의 공통 공급부(19)에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 각각의 캐리어 가스(5, 20)는 상이한 분자량의 것이다. 유리하게는, 추가의 가스 소스와 가스 공급부의 사용을 통해 추가의 캐리어 가스도 또한 추가될 수 있다. 각각의 가스 스트림 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)는 하나의 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c, 6d)와 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d; 20a, 20b, 20c, 20d) 각각에 연결된다. 예컨대, 유입구(8a)는 반응 가스 소스(6a), 캐리어 가스 소스(7a) 및 캐리어 가스 소스(20a)에 연결되는 반면, 유입구(8d)는 반 응 가스 소스(6d), 캐리어 가스 소스(7d) 및 캐리어 가스 소스(20d)에 연결된다.A first carrier gas source 7a, 7b, 7c, 7d is also provided. The first carrier gas sources 7a, 7b, 7c, 7d may be similar in structure to the reactant gas sources (including the adjustable mass flow controllers) and may be connected to the common supply 5 of the carrier gas. Additionally, preferably, there is provided a second carrier gas source (20a, 20b, 20c, 20d) similar in structure to a reactive gas source (including an adjustable mass flow controller) Can be connected to the common supply portion 19 of the carrier gas. Preferably, each carrier gas 5, 20 is of a different molecular weight. Advantageously, additional carrier gas may also be added through the use of additional gas sources and gas supplies. Each of the gas stream inlets 8a, 8b, 8c and 8d has one reactant gas source 6a, 6b, 6c and 6d and the carrier gas sources 7a, 7b, 7c and 7d; 20a, 20b, 20c and 20d. Respectively. For example, the inlet 8a is connected to the reaction gas source 6a, the carrier gas source 7a and the carrier gas source 20a while the inlet 8d is connected to the reaction gas source 6d, the carrier gas source 7d And a carrier gas source 20d.

캐리어 가스는 불활성 가스 또는 반응 비참여 가스와 같은, 반응 가스가 기판에 도포되는 챔버에서 증착 반응에 참가하지 않는 바람직한 임의의 가스일 수도 있고, 대안으로서 캐리어 가스는, 예컨대 반응에 있어서의 속도 무제한 참여물로서의 역할을 하는 반응 가스 자체일 수 있고, 이에 따라 임의의 바람직한 양이 소망하는 반응 온도, 압력 및 조건에서 리액터에서 속도 제한양을 초과하는 한 임의의 바람직한 양을 제공할 수 있다. The carrier gas may be any desired gas that does not participate in the deposition reaction in a chamber in which the reactive gas is applied to the substrate, such as an inert gas or a non-reactive gas, and alternatively the carrier gas may, for example, Can be the reaction gas itself which acts as water so that any desired amount can provide any desired amount as long as it exceeds the rate limit in the reactor at the desired reaction temperature, pressure and conditions.

본 발명의 일실시예에 따른 방법에서, 평탄하고 얇은 디스크 형태의 기판(3)은 기판 처리면(18)과 중첩하도록, 그리고 처리한 기판(3)의 표면이 상벽(16)을 향해 상방을 향하도록 기판 캐리어(2)의 처리면(18) 상에 배치된다. 바람직하게는, 기판(3)의 노출면은 처리면의 둘레부와 동일 평면 상에 있거나 거의 동일 평면 상에 있다. 예컨대, 처리면(18) 상에 배치되는 비교적 얇은 웨이퍼 형태의 기판(3)은 단지 웨이퍼(3)의 두께만큼 처리면의 둘레부 위로 상승된 상향 노출면을 가질 것이다. 기판 캐리어(2)의 처리면(18)은 웨이퍼(도시하지 않음)의 두께와 대략 동일한 깊이를 갖는 포켓 또는 만입부를 포함할 수 있다.In a method according to an embodiment of the present invention a substrate 3 in the form of a flat and thin disk is arranged to overlap with the substrate processing surface 18 and to allow the surface of the processed substrate 3 to face upward Are disposed on the processing surface (18) of the substrate carrier (2). Preferably, the exposed surface of the substrate 3 is coplanar with or substantially coplanar with the periphery of the treatment surface. For example, a relatively thin wafer-like substrate 3 disposed on the processing surface 18 will have an upwardly-exposed surface that is raised above the periphery of the processing surface by just the thickness of the wafer 3. The processing surface 18 of the substrate carrier 2 may include a pocket or indentation having a depth approximately equal to the thickness of the wafer (not shown).

기판 캐리어(2)와 기판(3)이 반응을 위한 소망하는 온도이고, 챔버(1)의 내부가 수행할 특정 반응을 위한 소망하는 압력일 때, 반응 가스 소스(6a, 6b, 6c, 6d)와 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d), 그리고 캐리어 가스 소스(20a, 20b, 20c, 20d)는 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에 가스를 공급하도록 활성화된다. 가스 유입구(8a, 8b, 8c)에 공급되는 반응 가스(4) 및 캐리어 가스(5, 19)와, 가스 유입 구(8d)에 공급되는 반응 가스(21)와 캐리어 가스(5, 19) 각각은 각각의 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에서 나오는 조합된 가스 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)를 형성하도록 혼합된다. 유입구에서 나오는 가스 스트림(9a, 6b, 9c, 9d)은 중심축(14)과 평행한 축방향으로 하방으로 챔버로 흘러들어가고, 처리면과 기판(3)의 노출면에 충돌한다. 상이한 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에서 나온 가스 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)은 처리면(18)의 상이한 구역(10a, 10b, 10c, 10d)에 충돌한다. 예컨대, 유입구(8a)에서 나오는 스트림(9a)은 주로 최내측 구역(10a)에 충돌하는 반면, 스트림(9b, 9c, 9d)은 각각 주로 구역(10b, 10c, 10d)에 충돌한다. 이에 따라, 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)이 서로 합쳐져 기판 캐리어를 향해 흐르는 거의 연속적이고 반경 방향으로 긴 가스 스트림 또는 가스 커튼을 형성하더라도, 다양한 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에서 나온 개별 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)은 처리면(18)의 상이한 구역(10a, 10b, 10c, 10d)으로 통한다. 환언하자면, 처리면(18)의 최내측 구역(10d)에 충돌하는 가스는 주로 유입구(8d)로부터의 스트림(9d) 가스로 구성되는 반면, 구역(10b)에 충돌하는 가스는 주로 유입구(8b)로부터의 스트림(9b) 가스로 구성되는 등이다. 기판 캐리어(2)는 예정된 회전 속도(α)로 회전하기 때문에, 중심축(14) 둘레의 상이한 원주 방향 위치에 있는 캐리어(2)의 상이한 부분은 가스 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)과 정렬되게 되어, 가스 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)에 대한 처리면(18)의 노출이 모든 원주 방향 위치에서 동일하다.The reaction gas sources 6a, 6b, 6c, and 6d, when the substrate carrier 2 and the substrate 3 are at the desired temperature for reaction and the interior of the chamber 1 is the desired pressure for the particular reaction to be performed, The carrier gas sources 7a, 7b, 7c and 7d and the carrier gas sources 20a, 20b, 20c and 20d are activated to supply the gases to the inlets 8a, 8b, 8c and 8d. The reaction gas 4 and the carrier gas 5 and 19 supplied to the gas inlet ports 8a and 8b and the carrier gas 5 and 19 supplied to the gas inlet port 8d Are combined to form a combined gas stream 9a, 9b, 9c, 9d from each of the inlets 8a, 8b, 8c, 8d. The gas streams 9a, 6b, 9c and 9d exiting the inlet flow down into the chamber in the axial direction parallel to the central axis 14 and impinge on the process surface and the exposed surface of the substrate 3. [ The gas streams 9a, 9b, 9c and 9d from the different inlets 8a, 8b, 8c and 8d impinge on the different zones 10a, 10b, 10c and 10d of the treatment surface 18. For example, the stream 9a exiting the inlet 8a mainly impacts the innermost zone 10a while the streams 9b, 9c and 9d respectively impinge mainly on the zones 10b, 10c and 10d. Thus, even if the streams 9a, 9b, 9c, 9d join together to form a substantially continuous, radially long gas stream or gas curtain flowing toward the substrate carrier, the flow out of the various inlets 8a, 8b, 8c, The individual streams 9a, 9b, 9c and 9d lead to different zones 10a, 10b, 10c and 10d of the processing surface 18. In other words, the gas impinging on the innermost region 10d of the treatment surface 18 is mainly composed of the stream 9d gas from the inlet 8d while the gas impinging on the region 10b is mainly composed of the inlet 8b (9b) gas from a gas-liquid separator (not shown). A different portion of the carrier 2 in different circumferential positions about the central axis 14 is formed by the gas streams 9a, 9b, 9c, 9d and 9d, as the substrate carrier 2 rotates at a predetermined rotational speed [ So that the exposure of the treatment surface 18 to the gas streams 9a, 9b, 9c, 9d is the same in all circumferential positions.

노출된 기판(3) 표면의 다양한 영역 상에 동일한 반응 속도를 제공하기 위해서, 처리면(18)의 모든 영역(10a, 10b, 10c, 10d)은 거의 동일한 양의 반응 가스 94)와 반응 가스(21)가 각각 단위 시간당의 처리면의 단위 면적에서 반응하도록 제공되어야 한다. 그러나, 다양한 가스 유출구에 의해 공급되는 구역(10a, 10b, 10c, 10d)은 면적이 동일하지 않다. 예컨대, 처리면 둘레에 인접한 구역(10a)은 축에 인접한 구역(10d)보다 큰 표면적을 갖는다. 따라서, 소스(6a, 6b, 6c, 6d)에 의해 제공되는 반응 가스 유량은 다양한 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에서 나오는 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)의 상이한 유량의 반응 가스를 제공하도록 선택된다. 달리 지시되지 않는다면, 이러한 논의에서 언급되는 유량은 몰 유량이다. 몰 유량은 단위 시간당 가스의 분자(단원자 가스의 원자) 개수를 나타낸다. 이에 따라, 소스(6a)는 스트림(9a)을 위한 유입구(8a)에 비교적 큰 유량의 반응 가스(4)를 공급하도록 구성되는 반면, 소스(6c)는 스트림(9c)을 위한 유입구(8c)에 비교적 작은 유량의 반응 가스(4)를 공급하도록 설정된다. 소스(6b)는 중간 유량의 반응 가스(4)를 공급한다. 환언하자면, 반응 가스 유량은 직접적으로 리액터(1)의 기판 캐리어(2)를 위한 회전 중심축(14)과 반응 가스가 공급되는 가스 유입구(8a, 8b, 8c, 8d) 사이의 거리에 관하여 증가된다. 도 1a의 예에서는, 다른 반응 가스(21)가 처리면에서 반응 가스(4)와 거의 동일하게 혼합되는 것을 보장하도록 선택된 유량으로 중앙 소스(6d)를 통해 공급된다. 캐리어 가스 소스(7a, 7b, 7c, 7d)는 상이한 유량의 캐리어 가스(5)를 다양한 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)에 공급하도록 설정된다. 캐리어 가스의 유량은 다양한 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)의 속도가 서로 거의 동일하도록 선택된다. 동일한 단면적의 스트림을 제공하는 동일한 구성의 유입구에 있어서, 각각의 유입구(8a, 8b, 8c, 8d)로부터 나오는 스트림(9a, 9b, 9c, 9d)의 체적 유량은 거의 동일해야 한다.All regions 10a, 10b, 10c, and 10d of the processing surface 18 are substantially equal in amount to the reaction gas 94 and the reaction gas 21) should be provided so that they react at a unit area of the treatment surface per unit time. However, the areas 10a, 10b, 10c, and 10d supplied by the various gas outlets are not the same in area. For example, a zone 10a adjacent the treatment surface has a larger surface area than the zone 10d adjacent the axis. The reactant gas flow rates provided by the sources 6a, 6b, 6c and 6d are therefore such that the reactant gases at different flow rates of the streams 9a, 9b, 9c and 9d emanating from the various inlets 8a, 8b, 8c and 8d . Unless otherwise indicated, the flow rate referred to in this discussion is the molar flow rate. The molar flow rate represents the number of molecules of a gas (atoms of a singlet gas) per unit time. The source 6a is configured to supply a relatively large flow rate of the reaction gas 4 to the inlet 8a for the stream 9a while the source 6c is configured to supply the reaction gas 4 at the inlet 8c for the stream 9c, The flow rate of the reaction gas 4 is relatively small. The source 6b supplies the reaction gas 4 at an intermediate flow rate. The reaction gas flow rate is directly increased with respect to the distance between the rotational center axis 14 for the substrate carrier 2 of the reactor 1 and the gas inlet 8a, 8b, 8c, 8d to which the reactive gas is supplied do. In the example of Fig. 1A, the other source gas 21 is supplied through the central source 6d at a flow rate selected to ensure that it is mixed with the reaction gas 4 in the processing plane almost uniformly. The carrier gas sources 7a, 7b, 7c and 7d are set to supply different flow rates of the carrier gas 5 to the various inlets 8a, 8b, 8c and 8d. The flow rate of the carrier gas is selected such that the velocities of the various streams 9a, 9b, 9c and 9d are approximately equal to one another. For an inlet of the same configuration providing a stream of the same cross-sectional area, the volume flow of streams 9a, 9b, 9c, 9d from each inlet 8a, 8b, 8c, 8d should be approximately the same.

가스가 이상 기체에 가깝다고 가정하는 제1 접근법으로서, 각각의 스트림의 가스의 체적 유량은 스트림의 총 몰 질량, 즉 반응 가스의 몰 질량과 캐리어 가스의 몰 질량의 합에 직접 비례한다. 이에 따라, 거의 동일한 총 몰 질량과, 이에 따라 동일한 속도를 갖는 스트림을 제공하기 위해서는, 소스(7c, 19c)에 의해 유입구(8c)에 공급되는 캐리어 가스의 몰 질량은 소스(7a, 19a)에 의해 유입구(8a)에 공급되는 캐리어 가스의 몰 질량보다 커야 한다. 유입구(8c)에 공급되고 스트림(9c)에 포함되는 보다 큰 캐리어 가스의 질량 유량은 반응 가스 소스(6a)에 의해 유입구(8a)에 제공되는 반응 가스 유량에 비해 반응 가스 소스(6c)로부터의 보다 작은 반응 가스 유량을 보충한다.As a first approach, assuming that the gas is close to ideal gas, the volumetric flow rate of the gas in each stream is directly proportional to the total molar mass of the stream, i.e. the sum of the molar mass of the reacting gas and the molar mass of the carrier gas. The molar mass of the carrier gas fed to the inlet 8c by the sources 7c and 19c is then supplied to the sources 7a and 19a in order to provide a stream having approximately the same total molar mass and hence the same velocity Must be larger than the molar mass of the carrier gas supplied to the inlet 8a. The mass flow rate of the larger carrier gas supplied to the inlet 8c and contained in the stream 9c is smaller than the mass flow rate of the carrier gas 6c supplied to the inlet 8a by the reaction gas source 6a A smaller reaction gas flow rate is supplemented.

환언하자면, 다양한 스트림에서 총 체적 유량을 동일하지만 반응 가스의 농도는 상이하다. 최대 구역(10a)에 충돌하는 스트림(9a)은 최고 반응 가스 유량과 최저 캐리어 가스 유량을 갖는 반편, 소규모 구역(10c)에 충돌하는 스트림(9c)은 최저 반응 가스 농도와, 이에 따라 최고 캐리어 가스 유량을 갖는다.In other words, the total volumetric flow rates in the various streams are the same but the concentrations of the reactive gases are different. The stream 9a impinging on the largest zone 10a has a maximum reaction gas flow rate and a lowest carrier gas flow rate and the stream 9c impinging on the half-size, small-scale zone 10c has the lowest reaction gas concentration, Flow rate.

이러한 구성은 도 1에서 바(13a, 13b, 13c)에 의해 도식적으로 표시되어 있다. 바(13c)의 전체 길이(C)는 유입구(8c)로부터 나오는 스트림(9c)의 총 몰 유량 또는 체적 유량을 나타낸다. 이 바의 빗금친 부분의 길이는 스트림에 있는 반응 가스의 몰 유량(vc)을 나타내는 반면, 바의 백색 부분은 동일한 스트림(9c)에 있는 캐리어 가스의 몰 유량(ic)을 나타낸다. 이와 마찬가지로, 바(13a, 13b)는 스트림(9a, 9b) 각각의 구성과 유량을 나타낸다. 모든 바(13)의 전체 길이(C)는 동일 하지만, 바(13a, 13b, 13c)는 스트림(9a, 9b, 9c)에서 점차 커지는 반응 가스의 몰 유량(vc, vb, va)과 점차 적어지는 캐리어 가스의 몰 유량(ic, ib, ia)를 나타낸다. 반응 가스의 농도는 상이하지만 총 스트림 유량/속도는 동일한 다양한 스트림(9a, 9b, 9c)을 공급하는 것에 의해, 안정한 층류 재순환 영역과, 몇몇 경우에는 난류와 같은 상이한 속도의 스트림에 의해 야기되는 다른 흐름 불균일성을 회피하고, 또한 단위 면적당 거의 동일한 반응 가스 유량을 처리면의 다양한 구역에 공급한다. 바(13d)는 캐리어 가스의 유량(id)과 반응 가스(21)의 몰 유량(vc)를 나타내며, 본 실시예에서 캐리어 가스의 유량과 반응 가스의 몰 유량은 총 가스 유량(vd + id)을 다른 3개의 총 가스 유량(13a, 13b, 13c)과 거의 동일한 총값(C)에 매칭되도록 선택되는 것이유리하다.Such a configuration is schematically indicated by bars 13a, 13b and 13c in Fig. The total length C of the bar 13c represents the total molar flow rate or volumetric flow rate of the stream 9c exiting the inlet 8c. The length of the hatched portion of this bar represents the molar flow rate (vc) of the reaction gas in the stream while the white portion of the bar represents the molar flow rate (ic) of the carrier gas in the same stream 9c. Likewise, bars 13a and 13b represent the configuration and flow rate of streams 9a and 9b, respectively. The bars 13a, 13b and 13c are gradually smaller than the molar flow rates vc, vb and va of the reaction gas gradually increasing in the streams 9a, 9b and 9c, while the total lengths C of all the bars 13 are the same Represents the molar flow rate (ic, ib, ia) of the carrier gas. By supplying the various streams 9a, 9b, 9c with different concentrations of the reaction gas but with the same total stream flow rate / velocity, the stable laminar recirculation zone and the other streams caused by the different velocity streams, Flow unevenness is avoided, and substantially the same reaction gas flow rate per unit area is supplied to various regions of the processing surface. The flow rate id of the carrier gas and the molar flow rate vc of the reactant gas 21 are represented by the bar 13d. In this embodiment, the flow rate of the carrier gas and the molar flow rate of the reactant gas are the total gas flow rate vd + Is selected to match the total value C approximately equal to the other three total gas flow rates 13a, 13b, 13c.

이에 따라, 처리면(18)의 모든 부분에 있는 웨이퍼(3)의 노출면은 단위 면적당, 단위 시간당 거의 동일한 양의 반응 가스를 수용한다. 이에 따라, 반응은 웨이퍼(3)의 노출면 전체에 걸쳐 거의 균일한 속도로 진행된다. 예컨대, 반응이 에피택셜 성장과 같은 층의 증착에 관련된 경우, 증착층은 다양한 노출면에서 거의 균일한 속도로 성장한다.Thus, the exposed surfaces of the wafers 3 in all the portions of the processing surface 18 receive substantially the same amount of reactive gas per unit area per unit time. Thereby, the reaction proceeds at a substantially uniform speed over the entire exposed surface of the wafer 3. For example, when the reaction involves deposition of a layer such as epitaxial growth, the deposition layer grows at a substantially uniform rate at various exposed surfaces.

중요하게는, 전술한 바와 같이 총 가스 유량을 매칭하는 것뿐만 아니라 총 가스 밀도를 매칭시키는 것이 실질적으로 가스 흐름의 비선형성을 감소시키고, 에컨대 가스상 부가 생성물 형성, 가스상 입자 형성 및 측벽 증착물과 같은 잔여 증착 부산물을 감소시킨다는 것이 확인되었다. 가스 밀도를 매칭시키기 위해 찾아낸 방식은 도 1a에 도시한 바와 같이 각각의 가스 유입구에서 분자량이 상이한 2개의 캐리어 가스를 사용하는 것이다. 반응 가스(4 및/또는 21)의 반응 가스 밀도에 대해 상이한 비율로 각각의 유입구에서 분자량이 상이한 2개의 캐리어 가스를 조합하는 것에 의해, 각각의 가스 유입구(9a, 9b, 9c, 9d)에서의 총 가스 밀도를 용이하게 매칭할 수 있다.Importantly, matching the total gas density as well as matching the total gas flow rate as described above substantially reduces the nonlinearity of the gas flow and can be achieved, for example, by gas-phase adduct formation, gaseous particle formation, and sidewall deposition Thereby reducing residual deposition by-products. The method for matching the gas density is to use two carrier gases having different molecular weights at respective gas inlets as shown in Fig. By combining the two carrier gases having different molecular weights at the respective inlets at different ratios to the reacted gas densities of the reaction gases 4 and / or 21, The total gas density can be easily matched.

기존의 장치는 통상 반응물이 각각의 가스 유입구를 통과하도록 가압하는 데 단지 하나의 캐리어 가스를 채용한다. GaN 증착 공정의 경우, 이것은 TMG와 같은 알킬 반응물을 가압하는 데 사용하기 위한 캐리어 가스로서 채용된 N2였다. 이에 따라, 예컨대 TMG와 같은 제1 알킬 반응물과, 예컨대 암모니아와 같은 중심축에 근접하게 배출되는 다른 반응물 간의 유량의 매칭할 때, 모든 가스 유입구에서 유량을 매칭하는 데 필요한 N2의 양은 수산화 반응물보다 알킬 반응물의 경우에 비교적 높은 가스 밀도를 초래할 수 있다. 이러한 차이는 가스 유량과 가스 밀도를 동시에 매칭하도록 분자량이 상이한 2개의 상이한 캐리어 가스의 비율을 이용하는 것에 의해 보정될 수 있다.Existing devices typically employ only one carrier gas to pressurize the reactants through each gas inlet. In the case of a GaN deposition process, this was N 2 employed as a carrier gas for use in pressurizing alkyl reactants such as TMG. Thus, for example, TMG, and than that of the first alkyl reaction with, for example, to match the flow between the different reactants that are close to the discharge in the central axis, such as ammonia hydroxide, reaction of N 2 amount needed to match the flow rate in all the gases to the inlet of In the case of alkyl reactants, can result in relatively high gas densities. This difference can be corrected by using the ratio of two different carrier gases having different molecular weights so as to simultaneously match the gas flow rate and the gas density.

간략히 말하자면, 이 경우에 GaN 증착을 위한 알킬 수소화물(alkyl-hydride) 증착 공정에 있어서의 가스 유량과 가스 밀도는 다음 공정을 통해 양자가 매칭될 수 있다. 우선, 전술한 바와 같이 챔버에서 양호한 층류(및 성장면에서의 재료 특성)를 얻도록 수소화물 혼합물을 공급한다. 각각의 유입구에서의 가스에 대해 유량/속도(수소화물 구역의 단위 면적당 흐름)와 밀도(수소화물 구역의 단위 면적당 gm/mol)를 계산한다. 그 후, 수소화물에서와 같이 알킬 영역을 위해 필요한 총 흐 름을 계산하는 것에 의해 각각의 알킬 가스 유입구에서 알킬 반응물과 캐리어 가스의 유량 매칭을 전술한 바와 같이 수행할 수 있다. 다음에, 유리하게는 분자량이 상이한 제2 캐리어 가스, 이 경우에는 H2를 기존의 캐리어 가스 N2에 추가하고, 알킬 반응물 유입구 각각에서의 N2 대 H2의 각각의 비를 수정하는 것에 의해 알킬 반응물 유입구에 있어서의 밀도를 독립적으로 매칭할 수 있다. 통상, TMG와 같은 알킬 반응물은 매우 작은 유기 금속 흐름을 제공하고, 이에 따라 밀도 계산에 많이 기여하지는 않겠지만, 알킬 기여는 몇몇 구성에 있어서 전체 가스 밀도의 상당 부분이 될 수 있고, 이에 따라 기여도를 고려할 것을 요구할 수 있다.Briefly, in this case, the gas flow rate and gas density in the alkyl-hydride deposition process for GaN deposition can be matched both through the next process. First, the hydride mixture is fed to obtain good laminar flow (and material properties in the growth plane) in the chamber as described above. Calculate the flow rate (flow per unit area of the hydride zone) and density (gm / mol per unit area of the hydride zone) for the gas at each inlet. The flow rate matching of the alkyl reactant and the carrier gas at each alkyl gas inlet can then be performed as described above by calculating the total flow required for the alkyl region as in the hydride. Then, by adding a second carrier gas, advantageously of different molecular weights, H 2 in this case to the conventional carrier gas N 2 , and modifying the ratio of N 2 to H 2 in each of the alkyl reactant inlets The density at the alkyl reactant inlet can be matched independently. Typically, alkyl reactants such as TMG provide a very small organometallic flow and thus do not contribute much to the density calculations, but the alkyl contribution can be a significant fraction of the total gas density in some configurations, Can be asked to consider.

예컨대, 대략 200 토르의 대기압 미만 압력에서의 Veeco Turbodisc E300 GaNZiIIa slm(standard liters per minute)으로 나타냈을 때, 각각의 외측 알킬 유입구에서 각각의 가스를 대략 H2 = 100 slm, N2 = 17 slm, 및 144 gms/mole(= 0.1 gms/min)의 분자량에서 TMGa = 7.7e-4 moles/min으로 설정하고, 수소화물 유입구(들)에서는 NH3 = 30 slm로 설정한 것으로 확인되었다. 이와 유사하게, Veeco Enterprise 450LDM의 경우 50 토르 성장에서, 내측 유입구(들)에서 반응물 ASH3 = 최대 2 slm일 때 외측 유입구에서 H2 = 108 slm이고 반응물 TMGa = 2.8e-3 moles/min(= 0.4 gms/min)인 것으로 확인되었다. 2개 이상의 캐리어 가스에 대한 적절한 비율의 결정은 종종 증착 챔버 압력, 반응 챔버의 기하학적 형상 등을 포함하는 특정 증착 구성의 개별 특징에 좌우될 것이다. 그러나, 각각의 캐리어 가스 의 적절한 레벨은 그 분자량에 관한 지식, 반응물에 관한 지식 및 이상 기체 법칙의 가정에 기초하여 제1 근사치로 결정될 수 있다.For example, Veeco at atmospheric pressure under a pressure of approximately 200 Torr Turbodisc E300 GaNZiIIa slm (standard liters per minute) when nd represented by, for each gas at each of the outer alkyl inlet substantially H 2 = 100 slm, N 2 = 17 slm, And TMGa = 7.7e-4 moles / min at a molecular weight of 144 gms / mole (= 0.1 gms / min) and NH 3 = 30 slm at the hydride inlet (s). Similarly, at 50 Torr growth for Veeco Enterprise 450LDM, H 2 = 108 slm and reactant TMGa = 2.8e-3 moles / min at the inlet (ASH 3 = 2 slm max) at the inner inlet (s) 0.4 gms / min). Determination of the proper ratio for two or more carrier gases will often depend on the individual characteristics of the particular deposition configuration, including the deposition chamber pressure, the geometry of the reaction chamber, and the like. However, the appropriate level of each carrier gas can be determined to a first approximation based on knowledge of its molecular weight, knowledge of reactants, and assumption of ideal gas law.

본 명세서에서 사용되는 제1 반응 가스는 R1으로 명명하고, 제2 반응 가스는 R2로 명명하며, 제1 캐리어 가스는 C1으로 명명하고, 제2 캐리어 가스는 C2로 명명한다. 각각의 가스는 분자량 mw(R1), mw(R2), mw(C1) 및 mw(c2)를각각 갖는다. 4개의 가스 흐름 스트림 유출구(8a, 8b, 8c, 8d)를 갖는 장치에서, 각각의 가스 흐름 스트림 유출구(8a, 8b, 8c, 8d)는 면적a, 면적b, 면적c 및 면적d의 유출 영역(유입구마다 다를 수 있음)을 갖는다. 각각의 스트림 역시 총 가스 흐름(Va, Vb, Vc, Vd)를 가지며, 각각의 총 가스 흐름은 각각의 개별 가스 유출구 영역에 의해 분할되는 각각의 가스 흐름(각각의 스트림 a 내지 d에 대한 흐름 6a 내지 6d, 7a 내지 7d 및 20a 내지 20d 각각)의 합계와 같다. 4개의 가스 흐름 스트림 위치 각각에 있어서의 총 가스 밀도(da, db, dc, dd)는 각각의 위치(8a, 8b, 8c, 8d)에 공급되는 반응물과 캐리어 가스 각각의 개별 밀도와 반응물과 캐리어 가스의 각각의 분자량을 곱한 값의 합계와 같다. 이에 따라, 예컨대 도 1에 있는 장치의 구성에 기초하여 대략 이상 기체라고 가정하면,The first reaction gas used in this specification is designated as R1 and the second reaction gas is designated as R2. The first carrier gas is designated as C1, and the second carrier gas is designated as C2. Each gas has molecular weights mw (R1), mw (R2), mw (C1) and mw (c2), respectively. In an apparatus with four gas flow stream outlets 8a, 8b, 8c and 8d, each gas flow stream outlet 8a, 8b, 8c and 8d has an area a , an area b , an area c and an area d (Which may be different for each inlet). Each stream also has a total gas flow (V a , V b , V c , V d ), and each total gas flow comprises a respective gas stream (each stream a to d 7a to 7d, and 20a to 20d, respectively, for each of the flows 6a to 6d, respectively. The total gas densities (d a , d b , d c , and d d ) at each of the four gas flow stream locations are the individual densities of the reactants and carrier gases supplied to the respective locations 8a, 8b, 8c, And the product of the reactant and the carrier gas, respectively. Thus, for example, assuming that it is an approximately ideal gas based on the configuration of the apparatus shown in Fig. 1,

Va(cm/min) = (흐름6a(cm3/min) + 흐름7a(cm3/min) + Va (cm / min) = (flow 6a (cm 3 / min) + flow 7a (cm 3 / min) +

흐름20a(cm3/min))/면적a(cm) [식 1]Flow 20a (cm 3 / min)) / area a (cm) [Formula 1]

Vb = (흐름6b + 흐름7b + 흐름20b)/면적b [식 2]V b = (flow 6b + flow 7b + flow 20b ) / area b [Equation 2]

Vc = (흐름6c + 흐름7c + 흐름20c)/면적c [식 3]V c = (flow 6c + flow 7c + flow 20c ) / area c [Equation 3]

Vd = (흐름6d + 흐름7d + 흐름20d)/면적d [식 4]V d = (flow 6d + flow 7d + flow 20d ) / area d [Equation 4]

V = Va = Vb = Vc = Vd = 각각의 수소화물 섹션의 속도(유량) [식 5]V = V a = V b = V c = V d = velocity of each hydride section (flow rate)

R1 및 R2와 C1 및 C2가 소스(6a 내지 6d, 7a 내지 7d, 20a 내지 20d)와 다른 소스로부터 나온 2개의 반응물과 2개의 캐리어 가스를 나타내는 간단한 용어를 사용하여 다음과 같이 속도의 근사치를 구할 수 있다.Using the simple terms representing R1 and R2 and the two reactants and the two carrier gases from C1 and C2 sources (6a to 6d, 7a to 7d, 20a to 20d) and other sources, we approximate the speed as follows .

Figure 112009026428678-pct00001
[식 6]
Figure 112009026428678-pct00001
[Formula 6]

이와 유사하게, 각각의 가스 흐름 스트림 위치에서의 총 가스 밀도의 경우:Similarly, for the total gas density at each gas flow stream location:

da = Xa(R1)mw(R1) + Xa(C1)mw(C1) + Xa(C2)mw(C2) [식 7] d a = X a (R1) mw (R1) + X a (C1) mw (C1) + X a (C2) mw (C2) [ Expression 7]

db = Xb(R1)mw(R1) + Xb(C1)mw(C1) + Xb(C2)mw(C2) [식 8]d b = X b (R1) mw (R1) + X b (C1) mw (C1) + X b (C2) mw (C2)

dc = Xc(R1)mw(R1) + Xc(C1)mw(C1) + Xc(C2)mw(C2) [식 9] d c = X c (R1) mw (R1) + X c (C1) mw (C1) + X c (C2) mw (C2) [ Equation 10]

dd = Xd(R2)mw(R2) + Xd(C1)mw(C1) + Xd(C2)mw(C2) [식 10]d d = X d (R 2) mw (R 2) + X d (C 1) mw (C 1) + X d (C 2)

여기서 d = da = db = dc = dd = 수소화물 섹션의 각각의 단면에 대한 총 가스 밀도 [식 11]Where d = d a = d b = d c = d d = total gas density for each cross section of the hydride section [Equation 11]

반응 가스 흐름(Va)은 가스 흐름 스트림(a) 아래의 처리 영역에 있어서 단위 면적당 거의 동일한 증착을 제공하도록 예정되며, 총 가스 흐름(v)은 분자량 mw(R1), mw(C1), mw(C2)과 같이 일정하다. 이에 따라, 식 1, 식 5 식 6 및 식 7로부터 기초적인 대수 처리 방법에 의해The reaction gas flow V a is intended to provide approximately the same deposition per unit area in the processing region below the gas flow stream a and the total gas flow v is defined as the sum of the molecular weights mw (R1), mw (C1), mw (C2). Thus, by the basic logarithmic processing method from the equations 1, 5, 6 and 7

Va(C1) = V - Va(R1) - Va(C2) [식 12]V a (C 1) = V - V a (R 1) - V a (C 2)

dv = Va(R1)mwa(R1) + Va(C1)mwa(C1) + Va(C2)mwa(C2) [식 13] dv = V a (R1) mw a (R1) + V a (C1) mw a (C1) + V a (C2) mw a (C2) [ Equation 13]

Figure 112009026428678-pct00002
[식 14]
Figure 112009026428678-pct00002
[Equation 14]

인 것이 확인되며, 여기서 Va(C1)은 상기 식 12를 재적용하는 것을 통해 계산될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 가스 흐름 스트림에서의 각각의 캐리어 가스에 대해 동일한 총 가스 유량/속도 및 동일한 총 가스 밀도를 보장하는 적절한 가스 유량을 결정할 수 있다., Where V a (C1) can be calculated by reapplying Equation 12 above. In this way, it is possible to determine an appropriate gas flow rate that ensures the same total gas flow rate / rate and the same total gas density for each carrier gas in each gas flow stream.

더욱이, 장치는 필요한 경우에 단위 시간당의 단위 면적당 비동일한 양의 반응 가스를 이송하도록 변경될 수 있다. 이것은, 예컨대 (a) 가스상 고갈이 발생하고, 이에 의해 반응물이 기판 상에 증착되고 있을 때 상대 농도가 감소되거나, (b) 디스크 배면에 있는 표면 종의 가스상으로의 재증발이 일어날 때, 이것이 기판 상에의 재증착을 더 유발할 수 있는 경우에 필요할 수 있다. 예컨대, 리액터에서의 가스 흐름 패턴은 기판 표면이나 기판 표면 근처에서 중심축(14)으로부터 떨어지게 반경 방향 외측 방향의 어떠한 흐름을 포함할 수 있다. 그러한 흐름은 최내측 구역(10a)에서부터 최외측 구역(10d)으로 일부 비반응 반응 가스를 이송하는 경향이 있을 수 있다. 이러한 효과를 상쇄하기 위해서, 가스 소스는 최내측 스트림(9d)에서의 반응 가스의 농도를 증가시키는 것과 같은 것에 의해 약간 더 많은 반응 가스를 최내측 구역으로 이송하도록 조정될 수 있고, 이것은 단위 시간당 정확히 동일한 반응 가스 흐름을 얻는 것을 요구할 것이다. 이 경우, 반응 가스 흐름과 반응 가스 농도는 중심축(14)으로부터의 반경 방향 거리에 정확히 비례하지 않을 것이다. 그러나, 장치는 여전히 농도는 상이하지만 유량은 동일한 복수 개의 가스 스트림을 이용하여 거의 균일한 유량을 갖지만 상이한 반경 방향 위치에서의 반응 가스 농도는 동일하지 않은 하방 또는 축방향 흐름 가스 커튼을 제공한다. 예컨대, 중앙 가스 유입구가 수소화물 반응물을 배출하는 한편, 외측 유입구는 알킬 등을 배출하는 경우에도 동일하지 않은 양의 반응물이 필요하다.Moreover, the apparatus can be modified to transfer a reaction gas of a similar amount per unit area per unit time, if necessary. This can be achieved, for example, by: (a) reducing the relative concentration when gas phase depletion occurs and thereby reactants are being deposited on the substrate, or (b) re-evaporating the surface species on the disk backside into the gas phase, Lt; RTI ID = 0.0 > re-deposition on < / RTI > For example, the gas flow pattern in the reactor may include any flow radially outwardly away from the central axis 14 near the substrate surface or substrate surface. Such a flow may tend to transfer some unreacted reaction gas from the innermost zone 10a to the outermost zone 10d. In order to offset this effect, the gas source can be adjusted to transport slightly more reaction gas to the innermost zone, such as by increasing the concentration of the reaction gas in the innermost stream 9d, which is exactly the same It will require obtaining a reaction gas flow. In this case, the reaction gas flow and the reactant gas concentration will not be exactly proportional to the radial distance from the central axis 14. [ However, the apparatus still provides a downward or axial flow gas curtain with a substantially uniform flow rate using a plurality of gas streams having different concentrations but the same flow rate, but the reaction gas concentration at different radial positions is not the same. For example, an unequal amount of reactant is required even when the central gas inlet discharges the hydride reactant while the outer inlet discharges alkyl.

더욱이, 장치는 반응 가스를 포함하지 않고도 밀도가 매칭되고 유량/속도가 매칭된 캐리어 가스를 제공하도록 되어 있을 수 있다. 몇몇 환경에서, 밀도가 매칭되고 유량/속도가 매칭된 캐리어 가스가 포함되어 독립적으로 제어식 알킬 및 수소화물 포트를 에워싸는 캐리어 가스 "슈라우드"를 형성한다. 이와 유사하게, 단일 반응 포트가 분자량이 높은 반응 가스를 주입하는 경우, 이 포트는 단일 반응물 포트와 독립적으로 제어되거나 단일 반응물 포트에 매칭되는 전술한 바와 같은 밀도 매칭 및 유량/속도 매칭 포트에 의해 둘러싸일 수 있다. 유리하게는, 본 명세서에서 설명하는 장치는 4개보다 많은 가스가 사용되는 경우에, 즉 2개 보다 많은 캐리어 가스가 존재할 때 및/또는 2개보다 많은 반응 가스가 존재할 때 사용될 수 있다. 몇몇 장치에서는, 예컨대 8개 또는 9개의 가스가 반응 챔버에 제공되며, 캐 리어 가스의 선택을 통해 모든 가스와 가스 유입구는 본 명세서에서 설명하는 과정마다 밀도 매칭 및 유량/속도 매칭될 수 있다.Moreover, the apparatus may be adapted to provide carrier gas matched in density and flow rate / velocity matched without including reactive gas. In some circumstances, the density is matched and the flow rate / velocity matched carrier gas is included to form a carrier gas "shroud " that independently surrounds the controlled alkyl and hydride ports. Similarly, when a single reaction port is injected with a high molecular weight reactant gas, the port is surrounded by a density matching and flow rate / rate matching port as described above that is controlled independently of the single reactant port or matched to a single reactant port Lt; / RTI > Advantageously, the device described herein can be used when more than four gases are used, i.e. when more than two carrier gases are present and / or when more than two reaction gases are present. In some arrangements, for example, eight or nine gases are provided in the reaction chamber, and through the choice of carrier gas, all gas and gas inlets can be density matched and flow rate matched per process described herein.

다른 변형예에서, 최외측 유입구(8a)로부터의 가스 스트림에 있는 반응 가스 농도는 100 %일 수 있기 때문에, 최외측 구역에 충돌하는 하향 흐름 가스는 전체가 캐리어 가스가 없는 반응 가스로 구성된다. 이 경우, 유입구(8a)와 관련된 캐리어 가스 소스(7a)는 생략할 수 있다. 또한, 앞서 논의한 원리가 더 많거나 더 작은 구역을 향하는 더 많거나 더 작은 가스 유입구에 적용될 수 있다.In another variant, the reaction gas concentration in the gas stream from the outermost inlet 8a may be 100%, so that the downflow gas impinging on the outermost zone consists entirely of the reaction gas free of carrier gas. In this case, the carrier gas source 7a associated with the inlet 8a may be omitted. In addition, the principles discussed above can be applied to more or less gas inlets directed to more or less areas.

도 2 및 도 3에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치에서, 가스 스트림 유입구는 도 1을 참고하여 앞서 논의한 바와 같이 회전축의 일면 상의 반경 방향면에 배치되지 않는다. 대신에, 도 2 및 도 3의 실시예에서는 기판 캐리어(102)의 회전축(114)의 일측면 상에서 회전축으로부터 큰 반경 방향 거리를 두고 최외측 가스 유입구(108a)가 배치되는 한편, 다음 가스 유입구(108b)는 회전축(114)의 반대측에 회전축으로부터 보다 작은 반경 방향 거리를 두고 배치된다. 유입구(108c, 108d) 역시 회전축(114)으로부터 보다 작은 반경 방향 거리를 두고 공통 직경(219)을 따라 회전축의 반대측에 배치된다. 여기에서도, 상이한 가스 스트림(109a, 109b, 109c, 109d)은 상이한 면적을 갖는 처리면(118)의 상이한 구역에 충돌한다. 캐리어 가스는 가스 소스(107a 내지 107d 및 119a 내지 119d) 각각으로부터 흐르고, 하나 이상의 반응 가스는 반응 가스 소스(106a 내지 106d)로부터 흐르며, 이들 가스의 가스 유량은 반응 가스 농도 및 유량은 상이하지만 총 가스 속도가 유사하고 가스 밀도가 거의 유사한 가스 스트림(109a, 109b, 109c, 109d)을 제공하도록 전술한 것과 동일한 방식으로 선택된다. 다른 변형예에서, 가스 유입구는 2개의 완벽한 세트로서 제공될 수 있으며, 하나는 중심축의 각 측면 상에 있고, 각각의 그러한 세트는 가스를 처리면의 구역 모두로 안내하도록 되어 있는 가스 유입구의 완전한 보완물을 포함한다. 2개보다 많은 가스 유입구 세트가, 2개의 직경 상에 배치된 4개의 세트로서 제공될 수 있다. 다른 변형예(도 4)에서, 다양한 가스 유입구(36a 내지 36g)가 다양한 반경(17a 내지 17g)를 따라 중심축(114)으로부터 상이한 반경 방향 거리에 분포될 수 있다.In the device according to another embodiment of the invention shown in Figures 2 and 3, the gas stream inlet is not arranged in the radial plane on one side of the rotating shaft as discussed above with reference to Figure 1. 2 and 3, the outermost gas inlet 108a is disposed with a large radial distance from the axis of rotation on one side of the axis of rotation 114 of the substrate carrier 102, while the next gas inlet 108b are disposed on the opposite side of the rotation shaft 114 with a smaller radial distance from the rotation axis. The inlets 108c and 108d are also disposed on opposite sides of the rotational axis along a common diameter 219 with a smaller radial distance from the rotational axis 114. [ Again, the different gas streams 109a, 109b, 109c, and 109d impinge on different regions of the processing surface 118 having different areas. The carrier gas flows from each of the gas sources 107a to 107d and 119a to 119d, and one or more reaction gases flow from the reaction gas sources 106a to 106d, and the gas flow rates of these gases are different from each other, Are selected in the same manner as described above to provide similar gas streams 109a, 109b, 109c, and 109d of similar velocity and gas density. In another variant, the gas inlet may be provided as two complete sets, one on each side of the central axis, each such set being a complete complement of the gas inlet which is intended to direct the gas to all of the zones of the processing surface It contains water. More than two gas inlet sets may be provided as four sets arranged on two diameters. 4), the various gas inlets 36a-36g may be distributed at different radial distances from the central axis 114 along the various radii 17a-17g.

앞서 논의한 장치에서, 각각의 가스 스트림은 혼합 가스를 반응 챔버에 도입하기 전에 캐리어 가스와 반응 가스를 혼합하는 것에 의해 형성된다. 그러나, 이것이 필수적인 것은 아니다. 도 5a 및 도 5b의 장치에서, 최내측 가스 유입구(208d)는 리액터 상벽(216)을 관통하는 2개의 별도의 포트 개구와, 반응 가스 포트(230d) 및 캐리어 가스 포트(232d)를 포함한다. 반응 가스 포트(230d)는 반응 가스 소스(206d)에 연결되는 한편, 캐리어 가스 포트(232d)는 캐리어 가스 소스(207d)와 제2 캐리어 가스 소스(219a) 양자에 연결되며, 전술한 바와 같이 제1 캐리어 가스와 제1 캐리어 가스는 상이한 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 포트(230d, 232d)는 서로 인접 배치되기 때문에, 포트(232d)를 통해 도입되는 캐리어 가스는 가스가 반응 챔버(201) 내부에 진입한 직후에 포트(230d)를 통해 도입되는 반응 가스와 통합되고, 처리면의 관련 구역으로 하방으로 통과하는 결합 가스 스트림을 형성한다. 다른 유입구(208a 내지 208c) 각각은 유사한 포트 쌍에 의해 구성되며, 동일한 방식으로 작동한다.In the apparatus discussed above, each gas stream is formed by mixing the carrier gas and the reactive gas before introducing the mixed gas into the reaction chamber. However, this is not necessary. 5A and 5B, the innermost gas inlet 208d includes two separate port openings through reactor upper wall 216, and a reaction gas port 230d and a carrier gas port 232d. The reaction gas port 230d is connected to the reaction gas source 206d while the carrier gas port 232d is connected to both the carrier gas source 207d and the second carrier gas source 219a, It is preferable that the first carrier gas and the first carrier gas have different molecular weights. Since the ports 230d and 232d are adjacent to each other, the carrier gas introduced through the port 232d is integrated with the reaction gas introduced through the port 230d immediately after the gas enters the inside of the reaction chamber 201 To form a combined gas stream that passes downward into the associated zone of the processing surface. Each of the other inlets 208a through 208c is configured by a similar pair of ports and operates in the same manner.

도 5a 및 도 5b의 장치는 또한 반응 챔버(210) 내에서 상벽(216)과 처리면 사이에 장착되는 다공성 판(215)를 포함한다. 참고에 의해 그 개시물이 본원에 포함되는 미국 특허 제6,197,121호에서 보다 상세히 논의하는 바와 같이, 그러한 다공성 판은, 예컨대 한세트의 냉각제 도관에 의해 지지되는 와이어 메쉬 스크린을 포함할 수 있다. 다공성 판은 상벽(216)을 향하는 상류측, 즉 유입구측과, 기판 캐리어(202)(도 5a의 도면의 저부)를 향하는 하류측을 갖는다. 다공성 판(215)은 상벽으로부터 이격되어 있다. 배리어벽(250) 세트가 유입구(208a 내지 208d) 근처에서 상벽(216)과 다공성 판(215) 사이에서 연장된다. 배리어벽(250)은 다공성 판의 상류에 있는 공간을 공간(254a 내지 254d)으로 세분한다. 각각의 가스 유입구(208a 내지 208d)는 그러한 하나의 공간으로 개방된다. 추가의 벽(256)이 다공성 판의 상류에 배치된 다른 공간(258)(도 5b)으로부터 공간(254a 내지 254d)을 분리한다.The apparatus of Figures 5A and 5B also includes a porous plate 215 mounted within the reaction chamber 210 between the top wall 216 and the processing surface. Such a porous plate may, for example, comprise a wire mesh screen supported by a set of coolant conduits, as discussed in more detail in U.S. Patent No. 6,197,121, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The porous plate has an upstream side toward the top wall 216, i.e., an inlet side, and a downstream side toward the substrate carrier 202 (the bottom of the drawing of Fig. 5A). The porous plate 215 is spaced from the upper wall. A set of barrier walls 250 extend between the top wall 216 and the porous plate 215 near the inlets 208a through 208d. The barrier wall 250 subdivides the space upstream of the porous plate into spaces 254a through 254d. Each of the gas inlets 208a through 208d is opened to such a space. Additional walls 256 separate spaces 254a through 254d from other spaces 258 (Figure 5b) disposed upstream of the porous plate.

작동시에, 각각의 유입구를 통해 제공되는 캐리어 가스와 반응 가스는 유입구와 관련된 공간(254) 내에서 혼합되고, 그러한 공간과 정렬된 다공성 판의 영역을 통과한다. 예컨대, 포트(230d)로부터의 반응 가스와 포트(232d)로부터의 캐리어 가스를 포함하는, 유입구(280d)에 의해 제공되는 결합 가스는 다공성 판(215)을 하향 통과하고, 스트림(209d)와 같이 주입판의 하류측에서 처리면으로 통하기 때문에, 이 스트림은 주로 처리면(218)의 최내측 영역(210d)에 충돌한다. 동일한 방식으로, 유입구(208c, 208b, 208d)로부터의 가스가 공간(254c, 254b, 254a)에서 각각 혼합되어 처리면의 다른 구역에 충돌하는 스트림(209c, 209b, 209a)을 형성한다. 예시의 명확성을 위해 도 5a에는 개별 스트림이 각각 도시되어 있지만, 실제로 스트림은 반경 방향으로 퍼지고 다공성 판(215)에서 처리면으로 가는 도중에 서로 통합된다. 여기에서도, 각각의 가스 소스에 의해 공급되는 캐리어 가스와 반응 가스의 유량은 각각의 스트림(209)에서의 총 유량과, 이에 따라 각 스트림의 유량이 거의 동일하고, 2개의 캐리어 가스(219, 207)가 각각의 스트림(209)의 가스 밀도를 균등하게 하도록 변동되지만, 다양한 스트림에 있는 반응 가스의 농도는 동일하지 않도록 선택된다. 이러한 구성에서도, 캐리어 가스와 반응 가스를 위한 추가의 유입구(208') 세트가 중심축(214) 둘레의 원주 방향으로 이격되어 있는 다른 부위에 마련될 수 있다. 그러한 세트 각각은 유입구(208a 내지 208d)와 동일한 방식으로 구성된다. 또한, 성장 과정에 사용되는 다른 가스가 추가의 공간(258)에 연결된 추가의 유입구(도시하지 않음)를 통해 유입될 수 있다. 그러한 다른 가스는 공정의 다른 단계 동안에 캐리어 가스 및 반응 가스와 동시에 또는 다른 시기에 도입될 수 있다.In operation, the carrier gas and the reactive gas provided through the respective inlets are mixed in the space 254 associated with the inlet and pass through the area of the porous plate aligned with such space. For example, the combined gas provided by the inlet port 280d, including the reaction gas from the port 230d and the carrier gas from the port 232d, passes downwards through the porous plate 215 and flows as stream 209d This stream mainly strikes the innermost region 210d of the processing surface 218 because it passes through the processing surface on the downstream side of the injection plate. In the same manner, the gases from the inlets 208c, 208b, and 208d are mixed in the spaces 254c, 254b, and 254a, respectively, to form streams 209c, 209b, and 209a that impinge on different regions of the processing surface. Although individual streams are shown in Figure 5A for clarity of illustration, the streams actually spread radially and are integrated with each other on the way from the porous plate 215 to the processing surface. The flow rates of the carrier gas and the reactive gas supplied by the respective gas sources are substantially equal to the total flow rates in the respective streams 209 and thus the flow rates of the respective streams are almost the same and the two carrier gases 219 and 207 ) Are varied to equalize the gas density of each stream 209, but the concentrations of the reaction gases in the various streams are not equal. Also in this configuration, a set of additional inlets 208 'for the carrier gas and the reactive gas may be provided at other locations circumferentially spaced about the central axis 214. Each such set is configured in the same manner as the inlets 208a through 208d. In addition, other gases used in the growth process may be introduced through additional inlets (not shown) connected to the additional space 258. Such other gases may be introduced at the same time or at different times with the carrier gas and the reaction gas during different stages of the process.

유사한 다공성 판이 도 1a 및 도 2를 참고하여 앞서 논의한 것과 같은 유입구와 함께 사용될 수 있다.A similar porous plate can be used with the inlet as discussed above with reference to Figures Ia and 2.

다른 실시예에 따른 장치(도 6)에서, 유입구를 구성하는 포트는 각각의 가스 스트림의 가스의 양을 제어하도록 작용한다. 본 실시예에서, 최외측 가스 유입구(308a)는 반응 가스 포트(330a)와 캐리어 가스 포트(332a)를 포함하는 반면, 다른 가스 유입구(308b, 308c) 각각은 유사한 포트쌍을 포함한다. 여기에서도, 각각의 유입구를 구성하는 포트는 서로 인접하게 배치된다. 포트는 공통 반경선(317) 을 따라 배치된다. 반응 가스 포트(330a, 330b, 330c, 330d) 모두는 공통 도관(306)에 연결되고, 또한 반응 가스 공급부에 연결되기 때문에, 반응 가스 포트 모두에 실질적으로 동일한 압력으로 반응 가스가 공급된다. 이와 마찬가지로, 캐리어 가스 포트(332a, 332b, 332c, 332d) 모두는 공통 도관(307)에 연결되고, 또한 캐리어 가스 공급부에 연결되기 때문에, 반응 가스 포트 모두에는 실질적으로 동일한 압력으로 캐리어 가스가 공급된다. 포트의 크기와, 이에 따라 포트의 흐름 저항은 상이하다. 최외측 가스 유입구(308a)의 반응 가스 포트(330a)는 비교적 크고 비교적 낮은 흐름 저항을 갖는 반면, 최외측 가스 유입구의 캐리어 가스 포트(332a)는 비교적 작고, 이에 따라 높은 흐름 저항을 갖는다. 따라서, 이들 포트로부터, 그리고 이에 따라 가스 유입구(308a)로부터 나오는 가스 스트림은 큰 비율의 반응 가스와 작은 비율의 캐리어 가스를 통합할 것이다. 반대로, 최내측 가스 유입구(308d)의 반응 가스 포트(330d)는 비교적 작고 높은 흐름 저항을 갖는 반면, 동일한 유입구의 캐리어 가스 포트(332d)는 비교적 크고 높은 흐름 저항을 갖는다. 유입구(308d)로부터 나오는 가스 스트림은 비교적 큰 비율의 캐리어 가스를 포함할 것이다. 도 6을 참고하여 이해할 수 있다시피, 반응 가스 포트(330)의 포트는 중심축(314)으로부터 멀어지는 반경 방향 외측으로, 즉 처리면의 최소 구역에서 최대 구역을 향하는 방향으로 점진적으로 증가하기 때문에, 반응 가스 포트의 흐름 저항은 이 방향으로 점진적으로 감소한다. 반대로, 캐리어 가스 포트의 흐름 저항은 동일한 방향으로 점진적으로 증가한다. 이에 따라, 장치는 거의 동일한 총 유량(캐리어 가스와 반응 가스의 합)을 갖지만 반응 가스의 농도는 상이한, 처리면의 상이한 구역에 충돌하는 가스 스트림을 제공할 것이다. 챔버의 원주 둘레에 그러한 복수의 스트림을 제공하도록 전술한 바와 같은 복수 개의 포트 세트가 많은 반경선을 따라 제공될 수 있다.In an apparatus according to another embodiment (Fig. 6), the ports constituting the inlet serve to control the amount of gas in each gas stream. In this embodiment, the outermost gas inlet 308a includes a reactive gas port 330a and a carrier gas port 332a, while each of the other gas inlets 308b and 308c includes a similar pair of ports. Here again, the ports constituting each inlet are arranged adjacent to each other. The ports are arranged along a common radius meridian 317. Since all of the reaction gas ports 330a, 330b, 330c, and 330d are connected to the common conduit 306 and are also connected to the reaction gas supply unit, the reaction gas is supplied to substantially all of the reaction gas ports with the same pressure. Similarly, since both of the carrier gas ports 332a, 332b, 332c, and 332d are connected to the common conduit 307 and are also connected to the carrier gas supply unit, carrier gas is supplied to substantially all of the reaction gas ports at the same pressure . The size of the port and thus the flow resistance of the port are different. The reaction gas port 330a of the outermost gas inlet 308a has a relatively large and relatively low flow resistance while the carrier gas port 332a of the outermost gas inlet is relatively small and thus has a high flow resistance. Thus, the gas stream from these ports, and hence from the gas inlet 308a, will incorporate a large proportion of the reactant gas and a small percentage of the carrier gas. Conversely, the reaction gas port 330d of the innermost gas inlet 308d is relatively small and has a high flow resistance while the carrier gas port 332d of the same inlet has a relatively large and high flow resistance. The gas stream exiting the inlet 308d will contain a relatively large proportion of the carrier gas. 6, since the port of the reaction gas port 330 gradually increases in the radially outward direction away from the central axis 314, that is, in the direction from the smallest area of the processing surface toward the maximum area, The flow resistance of the reaction gas port gradually decreases in this direction. Conversely, the flow resistance of the carrier gas port gradually increases in the same direction. Thus, the apparatus will provide a gas stream that has approximately the same total flow (sum of carrier gas and reactive gas), but which differs in the concentration of the reactive gas, impacting different regions of the processing surface. A plurality of sets of ports as described above may be provided along a number of radial lines to provide such a plurality of streams around the circumference of the chamber.

다른 변형예(도 7)에서, 각각의 포트와 유입구는 상판(416)을 관통하여 연장되는 캐리어 가스 통로(432)와 반응 가스 통로(430)로 대체된다. 이들 통로의 하류 단부(반응 챔버로의 통로 개구의 단부)는 도 7에서 볼 수 있다. 통로는 나란히 배치된다. 캐리어 가스 통로(432)는 캐리어 가스 도관(407)에 연결되는 반면, 반응 가스 통로(430)는 반응 가스 도관(406)에 연결된다. 도관(407, 406)은 캐리어 가스의 공급부와 반응 가스의 공급부에 각각 연결된다. 캐리어 가스 통로(432)는 중심축(414)에서 멀어지는 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 감소되는 폭(w432)을 갖는다. 이에 따라, 통로의 하류 방향(도 7의 도면의 평면 외측 방향)으로의 캐리어 가스 흐름에 대한 캐리어 가스 통로의 저항은 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 증가한다. 반응 가스는 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 증가하는 폭(w430)을 갖기 때문에, 반응 가스의 하류 흐름에 대한 반응 가스 통로의 저항은 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 감소한다. 작동시에, 비교적 많은 양의 반응 가스가 반응 가스 통로(430)의 반경 방향 외측부를 통과하는 반면, 비교적 적은 양의 캐리어 가스가 캐리어 가스 통로9432)의 반경 방향 외측부를 통과한다. 반대로, 적은 양의 반응 가스와 많은 양의 캐리어 가스가 통로의 반경 방향 내측부를 통과한다. 캐리어 가스와 반응 가스가 합쳐져 하류(도 7의 도면의 평면 외측 방향)로 통과하는 가스 스트림을 형성하며, 그러한 가스 스트림은 (각각의 가스 유입 구의) 단위 단면적당 또는 단위 반경 거리당 거의 일정한 총 유량과, 모든 반경 방향 위치에서는 거의 동일한 유량/속도를 갖지만 반경 방향 외측 방향으로 점진적으로 증가하는 반응 가스 농도를 갖는다.7), each port and inlet is replaced by a carrier gas passageway 432 and reaction gas passageway 430 that extend through the top plate 416. As shown in FIG. The downstream end of these passages (the end of the passage opening to the reaction chamber) can be seen in Fig. The passageways are arranged side by side. The carrier gas passage 432 is connected to the carrier gas conduit 407 while the reaction gas passage 430 is connected to the reaction gas conduit 406. The conduits 407 and 406 are connected to the supply part of the carrier gas and the supply part of the reaction gas, respectively. The carrier gas passage 432 has a width w432 that gradually decreases in a radially outward direction away from the central axis 414. [ Accordingly, the resistance of the carrier gas passage to the carrier gas flow in the downstream direction of the passage (the outward planar direction in the view of Fig. 7) gradually increases in the radially outward direction. Since the reaction gas has a gradually increasing width w430 in the radially outward direction, the resistance of the reaction gas passage with respect to the downstream flow of the reaction gas gradually decreases in the radially outward direction. A relatively small amount of the carrier gas passes through the radially outer portion of the carrier gas passage 9432 while a relatively large amount of the reaction gas passes through the radially outer portion of the reaction gas passage 430. [ Conversely, a small amount of reactive gas and a large amount of carrier gas pass through the radially inner portion of the passageway. The carrier gas and the reactive gas combine to form a gas stream that passes downstream (in the out-of-plane direction of the view of Figure 7), such gas stream having a substantially constant total flow rate per unit cross- And a reaction gas concentration that increases at a substantially equal flow rate / velocity in all radial positions but gradually increases radially outward.

도 8에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 리액터는 도 7을 참고하여 앞서 논의한 통로와 유사한 반응 가스 통로(530)와 캐리어 가스 통로(532)를 갖는다. 그러나, 도 8의 리액터에서는, 통로가 그 반경 방향 길이에 걸쳐 일정한 폭을 갖는다. 반응 가스 통로(530)는 축(514)에서 멀어지는 반경 방향 외측 방향으로 다공도가 점진적으로 증가하는 메쉬 또는 다른 다공성 구조체(531)로 충전된다. 따라서, 반응 가스의 하류 흐름에 대한 통로(530)의 저항은 반경 방향 외측 방향으로 감소한다. 캐리어 가스 통로(532)는 반경 방향 외측 방향으로 다공도가 점진적으로 감소하고, 이에 따라 흐름 저항이 점진적으로 증가하는 다공성 구조체(533)로 충전된다. 순(純) 효과는 도 7을 참고하여 논의한 것과 동일하다. 통로의 다른 특징은 통로의 반경 길이를 따라 유사한 흐름 저항의 변화를 얻도록 변동될 수 있다. 예컨대, 통로는 다양한 반경 부위에 배치된 배플 또는 부분적인 장애물을 포함할 수 있다. 또 다른 변형예에서, 각각의 통로는 통로의 하류 방향으로 내측 에지 및 외측 에지에서 상이한 길이를 가질 수 있다. 예컨대, 통로가 판을 관통하여 연장되는 경우, 플레이트의 두께는 통로의 길이와, 이에 따라 통로의 흐름 저항이 반경 방향으로 변하도록 반경 방향으로 변할 수 있다.The reactor according to another embodiment of the present invention shown in Fig. 8 has a reaction gas passage 530 and a carrier gas passage 532 similar to the passage discussed above with reference to Fig. However, in the reactor of Figure 8, the passages have a constant width over their radial length. The reaction gas passages 530 are filled with a mesh or other porous structure 531 whose porosity gradually increases in the radially outward direction away from the axis 514. Thus, the resistance of the passage 530 to the downstream flow of the reaction gas decreases in the radially outward direction. The carrier gas passage 532 is filled with the porous structure 533 in which the porosity gradually decreases in the radially outward direction, thereby gradually increasing the flow resistance. The net effect is the same as discussed with reference to Fig. Other features of the passageway may be varied to obtain a similar change in flow resistance along the radius length of the passageway. For example, the passageway may include baffles or partial obstacles disposed at various radial sites. In yet another variation, each passageway may have a different length at the inner and outer edges in the downstream direction of the passageway. For example, when the passage extends through the plate, the thickness of the plate may vary radially such that the length of the passage and, hence, the flow resistance of the passage are radially changed.

도 9a 및 도 9b는 가스 유입구의 단위 단면적당 수직 가스 유량에 있어서의 반응 가스 밀도에 관한 개략적인 도시를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 리액 터의 측면도를 제공하며, 도 9a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 9b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다. 내부 리액터 챔버(900)는 주입 포트 세트(10)와, 총 가스 흐름의 모델 표시(920)를 포함하며, 선형 흐름 영역이 흐름 패턴(940)으로 도시되어 있고, 바람직하지 않은 안정한 층류 재순환 영역을 제공하는 비선형 가스 흐름의 와류는 총 가스 흐름 모델(920)의 개방 영역(930)으로 도시되어 있다. 도 9a에 도시한 바와 같이 비선형 가스 흐름 와류(930)는 가스 흐름이 단위 면적당 유량(예컨대, 선형 속도) 매칭되지만 밀도 매칭은 되지 않는 경우에 큰 한편, 밀도 매칭이 실시되는 경우에 사라진다. 유량 매칭과 밀도 매칭 양자가 모델링되는 도 9b에서는, 어떠한 많은 비선형 가스 흐름 와류도 나타나지 않는다.Figures 9a and 9b provide a side view of a reactor according to an embodiment of the present invention, including a schematic illustration of the reactant gas density at a vertical gas flow rate per unit cross-sectional area of a gas inlet, And Fig. 9B is a diagram after density matching. Fig. The inner reactor chamber 900 includes a set of injection ports 10 and a model indicia 920 of the total gas flow wherein the linear flow region is shown as a flow pattern 940 and an undesirable stable laminar recycle zone The vortex of the providing non-linear gas flow is shown as the open area 930 of the total gas flow model 920. As shown in FIG. 9A, the nonlinear gas flow vortex 930 is large when the gas flow matches the flow rate per unit area (e.g., linear velocity) but is not density matched, while disappears when density matching is performed. In Figure 9b, where both flow matching and density matching are modeled, no significant nonlinear gas flow vortices appear.

도 10a 및 도 10b는 가스 유입구의 단위 면적당 수평 가스 유량/속도에 있어서의 반응 가스 밀도의 개략적인 도시를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 분배 헤드와 웨이퍼 캐리어의 분해 평면도를 제공하며, 도 10a는 밀도 매칭 이전에 관한 도면이고, 도 10b는 밀도 매칭 이후에 관한 도면이다. 대안으로서, 수평 가스 유량은 리액터의 단위 면적에 대해서 측정될 수 있다. 일실시예는, 예컨대 본 출원의 양수인에게 양도되고, 전체가 참고에 의해 본원에 포함되는, 2005년 7월 29일자로 출원된 발명의 명칭이 "화학적 기상 증착 리액터를 위한 복수 가스 분배 인젝터(MULTI-GAS DISTRIBUTION INJECTOR FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION REACTORS)"인 미국 특허 출원 제11/192,483호에 설명되어 있는 바와 같이 밀도가 대략 1.55 유입구/cm2인 가스 유입구 세트를 구비할 수 있다. 유입 가스 유입구의 단면적은 사용되는 유입구에 따라 변한다. 일실시예에서, 인젝터에 있는 알킬 튜브 및 수소화물 튜브는 직경이 각각 대략 0.047"(0.18 mm) 및 0.089"(0.35mm)이거나, 면적이 각각 1.73e-3 제곱인치 및 6.2e-3 제곱인치이다. 인젝터 사이의 공간은 대략 0.35"(1.3 mm)이다. 사용할 수 있는 다른 인젝터는 내경이 대략 0.04"(면적 = 1.2e-3 제곱인치)이고, 약 0.11"의 동일한 간격으로 이격되어 있는 인젝터나, 직경이 1/4" 내지 3/8"이고 다양한 크기(폭이 0.5 내지 0.75", 깊이가 0.125 내지 0.25 ", 및 길이가 0.5 내지 3")의 공급 공동을 갖는 인젝터일 수 있다. 이와 같이, 가스 유입구와 반응 챔버 간의 인터페이스에서의 단면적은 구현과 용례에 따라 변할 수 있다. 본 명세서에서 단면적이라고 일컬어지는 것은 통상 가스 스트림이 흐르는 유입구의 내부 단면적이다.10a and 10b provide an exploded top view of a gas distribution head and a wafer carrier according to an embodiment of the present invention, including a schematic illustration of the reactant gas density at a horizontal gas flow rate / velocity per unit area of the gas inlet, FIG. 10A is a diagram prior to density matching, and FIG. 10B is a diagram after density matching. Alternatively, the horizontal gas flow rate can be measured for a unit area of the reactor. One embodiment is described in U. S. Patent No. 5,202, 541, entitled "MULTI-GAS DISTRIBUTION INJECTION FOR A CELL VAPOR REFRIGERATION ACTUATOR", filed July 29, 2005, assigned to the assignee of the present application and incorporated herein by reference in its entirety, A gas inlet set having a density of approximately 1.55 inlets / cm 2 as described in U. S. Patent Application Serial No. 11 / 192,483, entitled " GAS DISTRIBUTION INJECTOR FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION REACTORS ". The cross-sectional area of the inlet gas inlet varies with the inlet used. In one embodiment, the alkyl and hydride tubes in the injector are approximately 0.047 " (0.08 mm) and 0.089 " (0.35 mm) in diameter, respectively, or have an area of 1.73e-3 square inches and 6.2e- to be. The other injectors that may be used are injectors having an inner diameter of about 0.04 "(area = 1.2e-3 square inches) and spaced about the same distance of about 0.11" May be an injector having feed cavities of a diameter of 1/4 "to 3/8" and of various sizes (width 0.5 to 0.75 ", depth 0.125 to 0.25", and length 0.5 to 3 "). As such, the cross-sectional area at the interface between the gas inlet and the reaction chamber may vary depending on implementation and use. What is referred to herein as the cross-sectional area is typically the internal cross-sectional area of the inlet through which the gas stream flows.

도 10a에는, 상부에 주입 포트 세트(101)를 갖는, 증착을 위한 유량 매칭(그러나 밀도 매칭은 되지 않음) 가스가 주입되는 반응 챔버(900)가 도시되어 있다. 증착면 흐름 모델(1000)이 제공되며, 여기에서 바람직하지 않은 안정한 층류 재순환과, 그리고 이에 따라 불균일한 증착이 개방 영역(1020)으로서 도시되어 있다. 도 10b에는, 주입 포트(1030)에서의 (유입 가스 주입 포트의 단위 단면적당) 유량 매칭뿐만 아니라 밀도 매칭도 수행될 때, 밀도 매칭 증착면 흐름 모델(1040)은 와류, 바람직하지 않은 안정한 층류 재순환, 난류, 또는 개방 영역이 없는 것으로 도시되어 있으며, 이에 따라 유량/속도 매칭 및 밀도 매칭의 조합을 통해 얻어지는 증착의 균일성에 있어서의 증가를 보여준다. 여기에서 본 발명은 특정 실시예를 참고하여 설명하였지만, 이들 실시예는 단지 본 발명의 원리와 응용을 예시한 것이 라는 점을 이해해야 한다. 따라서, 예시적인 실시예를 다양하게 수정할 수 있으며, 첨부된 청구 범위에 의해 규정되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 다른 구성을 꾀할 수 있다는 점을 이해해야 한다.In Fig. 10a, a reaction chamber 900 is shown in which a flow matching (but not density matched) gas for deposition is injected, with a set of injection ports 101 on top. A deposition surface flow model 1000 is provided, wherein an undesirable stable laminar recycle, and thus a non-uniform deposition, is shown as the open area 1020. 10B shows that when density matching as well as flow matching (per unit cross-sectional area of the inlet gas injection port) at the inlet port 1030 is also performed, the density matched deposition surface flow model 1040 can be used to provide a vortex, , Turbulence, or no open area, thus demonstrating an increase in the uniformity of the deposition obtained through a combination of flow / velocity matching and density matching. While the invention has been described with reference to specific embodiments, it is to be understood that these embodiments are merely illustrative of the principles and applications of the invention. It is therefore to be understood that the illustrative embodiments may be variously modified and other constructions may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

본 발명은 상부에 에피택셜 성장을 통해 대량의 전자 구성품을 제조하는 것이 바람직한 전자 제품 제조 산업에 적용 가능하다. 본 발명은, 예컨대 전자 구성품을 위한 실리콘 웨이퍼 상에의 재료의 에피택셜 성장을 위한 수직 디스크 리액터에 적용 가능하다.The present invention is applicable to the electronics manufacturing industry where it is desirable to produce large quantities of electronic components through epitaxial growth on top. The present invention is applicable to vertical disc reactors for epitaxial growth of materials on, for example, silicon wafers for electronic components.

Claims (31)

기판을 처리하는 기판 처리 방법으로서,A substrate processing method for processing a substrate, 처리할 기판의 하나 이상의 표면이 가스 처리 챔버에서 회전축에 대해 수직으로 놓이도록 지지부 상에서 하나 이상의 기판을 지지하면서 회전축을 중심으로 기판 지지부를 회전시키는 단계와,Rotating the substrate support about a rotation axis while supporting at least one substrate on a support such that at least one surface of the substrate to be processed lies perpendicular to the rotation axis in the gas processing chamber, 복수 개의 가스 유입구를 통해 각기 미리 결정된 스트림 단면적을 갖는 복수 개의 가스 스트림을 챔버 내로 기판을 향해 도입하는 단계Introducing a plurality of gas streams, each having a predetermined stream cross-sectional area through a plurality of gas inlets, into the chamber toward the substrate 를 포함하고, 상기 각각의 스트림은 반응 가스와 적어도 하나의 캐리어 가스를 포함하고, 스트림 중 적어도 2개의 상이한 스트림은 상이한 분자량을 갖는 상이한 캐리어 가스를 포함하며, 상기 복수 개의 가스 스트림은 상기 회전축으로부터의 상이한 반경방향 거리에서 상이한 농도의 반응 가스를 가지고, 상기 각각의 스트림에 있는 캐리어 가스의 단위 단면적당 유량은 각각의 스트림을 구성하는 가스의 총 밀도가 다른 스트림을 구성하는 가스의 총 밀도와 동일하도록, 그리고 각각의 스트림을 구성하는 가스의 단위 단면적당 총 유량이 각각의 다른 스트림을 구성하는 가스의 단위 단면적당 총 유량과 동일하도록 선택되는 것인 기판 처리 방법.Wherein each stream comprises a reactant gas and at least one carrier gas and wherein at least two different streams of the stream comprise different carrier gases having different molecular weights, The flow rate per unit area of the carrier gas in each stream is such that the total density of the gases constituting each stream is equal to the total density of the gases constituting the other stream And the total flow rate per unit cross-sectional area of the gas constituting each stream is selected to be equal to the total flow rate per unit cross-sectional area of the gas constituting each of the other streams. 제1항에 있어서, 상기 스트림 중 적어도 하나의 스트림은 적어도 2개의 상이한 캐리어 가스를 포함하는 것인 기판 처리 방법.2. The method of claim 1, wherein at least one stream of the stream comprises at least two different carrier gases. 삭제delete 제1항에 있어서, 복수 개의 가스 스트림을 도입하는 단계는 각기 미리 결정된 단면적을 갖는 복수 개의 노즐을 통해 스트림을 도입하는 것을 포함하는 것인 기판 처리 방법.2. The method of claim 1, wherein introducing a plurality of gas streams comprises introducing a stream through a plurality of nozzles each having a predetermined cross-sectional area. 제1항에 있어서, 복수 개의 가스 스트림을 도입하는 단계는 미리 결정된 슬릿 단면적을 갖는 가스 슬릿 채널을 통해 스트림을 도입하는 것을 포함하는 것인 기판 처리 방법.2. The method of claim 1, wherein introducing a plurality of gas streams comprises introducing the stream through a gas slit channel having a predetermined slit cross-sectional area. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 유입 단면적을 갖고, 각기 단위 면적당 각각의 총 가스 유량과 각각의 총 가스 밀도를 갖는 복수 개의 가스 유입구를 통해 하나 이상의 기판 및 이 하나 이상의 기판을 지지하는 기판 지지부를 포함하는 시일된 대기 환경에 이르는 복수 개의 가스를 채용하는 화학적 기상 증착 장치에서 층류를 유지하는 층류 유지 방법으로서,A plurality of gas entrances into the sealed atmosphere comprising at least one substrate and a substrate support for supporting the at least one substrate through a plurality of gas inlets each having an inlet cross sectional area and a respective total gas flow rate and a respective total gas density per unit area, 1. A laminar flow maintenance method for maintaining laminar flow in a chemical vapor deposition apparatus employing gas, 복수 개의 가스 중 반응 가스를 함유한 제1 서브셋(subset)을 가스 유입구 중 제1 가스 유입구를 통해 안내하는 단계와,Directing a first subset of the plurality of gases through the first gas inlet of the gas inlet; 복수 개의 가스 중 제2 서브셋을 가스 유입구 중 제2 가스 유입구로 안내하는 단계로서, 상기 제2 가스 유입구는 기판 지지부의 반경 방향으로 상기 상기 제1 가스 유입구로부터 이격되어 있고, 상기 제2 서브셋의 가스 중 적어도 하나는 제1 서브셋에 존재하지 않으며, 상기 가스의 제2 서브셋은 반응 가스를 함유하며, 상기 가스의 제2 서브셋에 있는 반응 가스의 농도는 상기 가스의 제1 서브셋에 있는 반응 가스의 농도와 상이한 것인, 가스의 제2 서브셋을 제2 가스 유입구로 안내하는 단계와,Directing a second subset of the plurality of gases to a second gas inlet of the gas inlet, the second gas inlet being spaced from the first gas inlet in a radial direction of the substrate support, Wherein a second subset of the gases contain a reactive gas and the concentration of the reactive gas in the second subset of the gas is greater than the concentration of the reactive gas in the first subset of the gas To a second gas inlet, the second subset of gases being different from the first subset of gases, 제1 가스 유입구에 있어서 단위 면적당 가스의 제1 서브셋의 총 가스 유량과 제2 가스 유입구에 있어서 단위 면적당 가스의 제2 서브셋의 총 가스 유량을 동일하게 유지하는 단계, 그리고Maintaining the total gas flow rate of the first subset of gas per unit area at the first gas inlet and the total gas flow rate of the second subset of gas per unit area at the second gas inlet at the same, 제1 가스 유입구를 통과하는 가스의 제1 서브셋에 대한 총 가스 밀도와 제2 가스 유입구를 통과하는 가스의 제2 서브셋에 대한 총 가스 밀도를 동일하게 유지하는 단계Maintaining the total gas density for the first subset of gases passing through the first gas inlet and the total gas density for the second subset of gases passing through the second gas inlet the same 를 포함하는 층류 유지 방법.≪ / RTI > 제26항에 있어서, 복수 개의 가스 중 제1 서브셋은 제1 캐리어 가스를 포함하며, 복수 개의 가스 중 제2 서브셋은 제2 캐리어 가스를 포함하고, 제1 캐리어 가스는 제2 캐리어 가스와 상이한 것인 층류 유지 방법.27. The method of claim 26, wherein a first subset of the plurality of gases comprises a first carrier gas, a second subset of the plurality of gases comprises a second carrier gas, wherein the first carrier gas is different from the second carrier gas / RTI > 제26항에 있어서, 총 가스 유량을 동일하게 유지하는 단계는 복수 개의 가스 중 각각의 가스와 관련된 복수 개의 가스 흐름 조절 장치에 의해 수행되는 것인 층류 유지 방법.27. The method of claim 26, wherein maintaining the total gas flow rate equal is performed by a plurality of gas flow conditioning devices associated with each of the plurality of gases. 제28항에 있어서, 가스 흐름 조절 장치는 질량 유량 조절기인 것인 층류 유지 방법.30. The laminar flow holding method according to claim 28, wherein the gas flow regulating device is a mass flow regulator. 제26항에 있어서, 복수 개의 가스 중 제1 서브셋은 적어도 하나의 캐리어 가스와 적어도 하나의 알킬 가스를 포함하고, 복수 개의 가스 중 제2 서브셋은 적어도 하나의 캐리어 가스와 적어도 하나의 수소화물 가스를 포함하는 것인 층류 유지 방법.27. The method of claim 26 wherein a first subset of the plurality of gases comprises at least one carrier gas and at least one alkyl gas and a second subset of the plurality of gases comprises at least one carrier gas and at least one hydride gas Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > 제26항에 있어서,27. The method of claim 26, 복수 개의 가스 중 제1 서브셋에 있는 적어도 하나의 가스와 복수 개의 가스 중 제2 서브셋에 있는 적어도 하나의 가스에 대한 가스 유량을 조정하여 총 가스 유량을 동일하게 유지하는 단계와,Adjusting a gas flow rate for at least one gas in a first subset of the plurality of gases and for at least one gas in a second subset of the plurality of gases to maintain the same total gas flow rate; 복수 개의 가스 중 제1 서브셋에 포함되는 가스의 선택을 조정하여 제1 가스 유입구를 통과하는 가스의 제1 서브셋에 대한 총 가스 밀도와 제2 가스 유입구를 통과하는 가스의 제2 서브셋에 대한 총 가스 밀도를 동일하게 유지하는 단계Adjusting the selection of the gases contained in the first subset of the plurality of gases such that the total gas density for the first subset of gases passing through the first gas inlet and the total gas density for the second subset of gases passing through the second gas inlet Keeping the density the same 를 더 포함하는 층류 유지 방법.Further comprising the steps of:
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