KR20130052325A

KR20130052325A - 반도체 결정 성장 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130052325A
Application number: KR1020110117715A
Authority: KR
Inventors: 안형수; 양민; 하홍주
Original assignee: 시스솔루션 주식회사
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-22
Also published as: KR101328123B1

Abstract

본 발명의 반도체 결정 성장 장치는 제1 영역과 제2 영역을 포함하는 반응관; 상기 반응관 내의 제1 영역에 배치되어 있고, 반도체층을 형성하기 위한 금속 원료가 공급되는 금속 원료 공급부; 상기 반응관의 제2 영역에 배치되어 있고, 기판이 장착되는 기판 장착부; 상기 반응관의 상기 제1 영역 주변에 설치되어 있는 RF 히터; 상기 반응관의 상기 제2 영역 주변에 설치되어 있는 퍼니스 히터; 상기 반응관에 복수의 가스를 공급하는 복수의 가스 공급부; 상기 복수의 가스 공급부로부터 상기 반응관까지 연장되어 상기 복수의 가스를 전달하는 복수의 가스 공급관을 포함한다.

Description

반도체 결정 성장 장치 및 방법 {Semiconductor crystal growing apparatus and method}

본 발명은 반도체 결정 성장 장치 및 방법에 관한 것이다.

기존의 반도체 결정 성장 방법으로는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy), MOVPE(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 등이 있다.

이 중 HVPE는 역사적으로 가장 오래된 성장 방법으로 질화물 반도체층을 형성하기 위하여 전기로 내의 온도 700 ~900도 정도인 원료 영역에서 Ga 원료와 HCl 가스를 반응시켜 GaCl을 생성하고, 이렇게 생성된 GaCl과 NH3 가스를 성장 영역으로 보내 1000~1100℃ 에서 사파이어 기판 상에 에피택시(epitaxy) 성장시킨다. 이러한 HVPE는 수십에서 수백 마이크로미터 두께의 두꺼운 막을 쉽게 형성할 수 있고, 비교적 저가의 장치를 사용하며, 생산성이 높은 장점이 있으나, 얇은 막을 성장시키기가 어려운 단점이 있다.

MOVPE는 III족 원소로써 알킬기를 구성 요소로 하는 유기금속화합물 (TMGa, TMGa)을 사용하고, V족 원소로는 주로 NH3를 이용한다. RF 가열, 저항 가열, 적외선 램프 가열 등의 방법으로 가열한 기판 위에서 유기 금속을 열분해한 다음 NH3와 반응시켜 GaN을 성장하는 방법이다. 한 영역만 가열하므로 HVPE처럼 전기로 전 영역을 가열할 필요가 없고, 장치적으로도 간단함과 동시에 원료의 공급을 가스 유량으로 조절하기 때문에 두께와 조성 비율을 제어할 수 있고, 균일성도 우수하기 때문에 현재 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD) 등의 광디바이스 제작에 사용되고 있다. 그러나 MOVPE는 막의 성장 속도가 느려서 두꺼운 막을 형성하기 어려운 단점이 있다.

MBE는 10-9 torr 이하의 초고진공 반응관에서 증발된 결정 재료가 분자나 원자 형태로 빔을 형성하면서 기판 위에 도달한 후, 기판 표면과 반응하여 결정 성장이 되는 것으로서, 종래의 증착 방식을 발전시킨 것이다. 특히 RHEED(reflection high energy electron diffraction)과 같이 성장 중에 에피택시 층을 분석할 수 있는 장치가 있어서 정밀한 성장이 필요할 때 주로 사용된다. 그러나 MBE는 고가의 장치를 사용해야 하고, 생산성이 낮은 단점이 있다.

이와 같이, 기존의 반도체 결정 성장 방법들은 그 나름의 장점과 단점을 가지고 있어서, 두꺼운 막과 얇은 막을 번갈아 성장시켜 반도체 소자를 제조하는 공정을 하나의 장치에서 일괄적으로 수행하기에는 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 얇은 반도체막과 두꺼운 반도체막을 하나의 장치에서 자유롭게 형성할 수 있는 반도체 결정 성장 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다층의 반도체막을 저렴한 비용으로 형성할 수 있는 반도체 결정 성장 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적 및 기타 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서 따른 반도체 결정 성장 장치는 제1 영역과 제2 영역을 포함하는 반응관; 상기 반응관 내의 제1 영역에 배치되어 있고, 반도체층을 형성하기 위한 금속 원료가 수용되는 금속 원료 공급부; 상기 반응관의 제2 영역에 배치되어 있고, 기판이 장착되는 기판 장착부; 상기 반응관의 상기 제1 영역 주변에 설치되어 있는 RF 히터; 상기 반응관의 상기 제2 영역 주변에 설치되어 있는 퍼니스 히터; 상기 반응관에 복수의 가스를 공급하는 복수의 가스 공급부; 상기 복수의 가스 공급부로부터 상기 반응관까지 연장되어 상기 복수의 가스를 전달하는 복수의 가스 공급관을 포함한다.

여기서 상기 복수의 가스 공급부는 상기 반응관에 질화 반응 가스를 공급하는 질화 반응 가스 공급부; 상기 반응관에 할로겐화 반응 가스를 공급하는 할로겐화 반응 가스 공급부; 상기 반응관에 유기 금속 가스를 공급하는 유기 금속 가스 공급부를 포함할 수 있고, 상기 반응관에 수소 또는 질소를 포함하는 운송 가스를 공급하는 운송 가스 공급부를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 가스 공급관은 상기 운반 가스 공급부로부터 상기 반응관의 입구 부분까지 연장되어 있는 제1 가스 공급관; 상기 질화 반응 가스 공급부로부터 상기 반응관의 상기 제1 영역을 지나 상기 제2 영역의 입구 부분까지 연장되어 있는 제2 가스 공급관; 상기 할로겐화 반응 가스 공급부로부터 상기 반응관 내의 상기 금속 원료 공급부까지 연장되어 있는 제3 가스 공급관; 상기 유기 금속 가스 공급부로부터 상기 반응관의 상기 제1 영역을 지나 상기 제2 영역의 입구 부분까지 연장되어 있는 제4 가스 공급관을 포함할 수 있고, 상기 제3 가스 공급관은 길이를 연장하거나 수축할 수 있어서 상기 금속 원료 공급부의 모든 위치에 상기 할로겐화 반응 가스를 공급할 수 있다.

상기 금속 원료 공급부는 복수의 반도체층을 위한 금속 원료가 장착되는 복수 개의 웰로서, 각각의 웰에는 하나의 반도체층을 위한 금속 원료가 장착되고, 각각의 웰이 2 이상의 칸으로 구분되는 복수 개의 웰; 상기 복수 개의 웰 상면에 배치되어, 복수 개의 웰 각각을 선택적으로 개방하는 덮개부를 포함하고, 상기 할로겐화 반응가스 공급부는 상기 덮개부에 의하여 개방되는 웰에만 할로겐화 반응가스를 공급할 수 있다. 상기 제3 가스 공급관은 상기 복수 개의 웰에 대하여 슬라이딩 이동하여 상기 개방된 웰에 할로겐화 반응가스를 공급하고, 상기 덮개부에 고정되어, 상기 덮개부가 슬라이딩 이동함에 따라 함께 슬라이딩 이동할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 방법은 반응관 내의 제1 영역에 금속 원료가 담겨 있는 금속 원료 공급부를 장착하는 단계; 상기 반응관의 제2 영역에 기판을 장착하는 단계; 상기 반응관의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 각각 제1 온도와 제2 온도로 가열하는 단계; 상기 반응관의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 각각 상기 제1 온도와 제2 온도로 안정화된 상태에서 할로겐화 반응 가스와 질화 반응 가스를 상기 반응관에 공급하여 제1 반도체막을 형성하는 단계; 상기 제1 반도체막이 형성된 이후에 상기 제1 영역을 제3 온도로 냉각하고, 상기 제2 영역을 제4 온도로 조정하는 단계; 상기 제2 영역에 유기 금속 가스를 흘려 제2 반도체막을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 제3 온도는 섭씨 200도 이하이고, 상기 제1 영역의 가열은 RF 히터를 사용하여 진행하고, 상기 제2 영역의 가열을 퍼니스 히터를 사용하여 진행할 수 있으며, 상기 제1 온도는 섭씨 700~900도일 수 있고, 상기 제2 온도는 섭씨 1000~1200도일 수 있다.

상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 각각 제1 온도와 제2 온도로 가열하는 단계에서 질소 또는 수소와 함께 상기 질화 반응 가스를 상기 반응관에 흘려 줄 수 있고, 상기 할로겐화 반응 가스는 염화수소이고, 상기 질화 반응 가스는 암모니아일 수 있다.

본 발명의 반도체 결정 성장 장치 및 방법에 따르면, 하나의 장비에서 HVPE와 MOVPE를 선택적으로 사용하여 두꺼운 반도체막과 얇은 반도체막을 자유롭게 형성할 수 있어서, 발광 다이오드 등의 반도체 소자 제조의 생산성을 향상할 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있다.

또, 본 발명의 반도체 결정 성장 장치 및 방법에 따르면, 공정 진행 중에 원료가 줄어드는 것과 원료의 오염 상태를 확인할 수 있어서 막의 두께를 상황에 따라 판단하여 조절하고 성장 진행의 가부를 판단할 수 있다.

또한, 원료 영역과 성장 영역의 온도 조절을 별개로 수행하기 때문에 공정 진행 전의 온도 상승 시간을 절약할 수 있고, 공정을 마친 후의 냉각 시간이 감소하여 전체적인 공정 진행 시간을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 도 1의 장치의 금속 원료 공급부를 상세히 도시한 사시도이고,
도 3a 내지 도 3c는 공급관의 분출구 단부를 변형한 예시를 도시한 도면이고,
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치의 제1 영역의 사진이고,
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치의 제2 영역의 사진이고,
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치의 전체 사진이고,
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 반도체 결정 성장 장치를 이용하여 사파이어 기판 위에 성장한 GaN막의 단면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소를 가리킨다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치가 도시되어 있고, 도 2는 도 1의 장치의 금속 원료 공급부를 상세히 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 반도체 결정 성장 장치는 HVPE와 MOVPE를 선택적으로 사용하여 반도체 결정을 성장시키는 장치이다.

도 1을 참조하면, 반도체 결정 성장 장치는 크게 반응관(100), 반응관(100) 내에 배치된 금속 원료 공급부(130)와 기판 장착부(400), 반응관(100)에 각종 반응가스를 공급하는 가스 공급부(300), 가스 공급부(300)로부터 반응관(100) 내의 원하는 지점까지 가스를 전달하는 복수의 가스 공급관(311, 321, 331, 341), 반응관(100)을 외부에서 둘러싸는 RF(Radio Frequency) 히터(110)와 퍼니스(furnace) 히터(120)를 구비한다. 여기서 RF 히터(110)는 반응관(100)의 금속 원료 공급부(130)가 배치된 영역(이하 "제1 영역(1)"이라 한다)을 둘러싸고 있고, 퍼니스 히터(120)는 기판 장착부(400)가 놓여 있는 영역(이하 "제2 영역(2)"이라 한다)에 배치되어 있다.

가스 공급부(300)는 각종 반응 가스를 운반하는 수소(H₂) 또는 질소(N₂) 가스를 공급하는 운반 가스 공급부(310), 암모니아(NH₃) 등의 질화 반응 가스를 공급하는 질화 반응 가스 공급부(320), 염화수소(HCl) 등의 할로겐화 반응 가스를 공급하는 할로겐화 반응 가스 공급부(330), 그리고 TMG(trymethylgallium)와 TMA(trymethylaluminium) 등의 유기 금속 원료 가스를 공급하는 유기 금속 가스 공급부(340)를 포함한다.

복수의 가스 공급관(311, 321, 331, 341) 중 제1 가스 공급관(311)은 운반 가스 공급부(310)로부터 반응관(100)의 입구를 조금 지난 부분까지 연장되어 있어서, 수소(H₂) 또는 질소(N₂) 등의 운반 가스를 반응관(100)에 전달한다. 제2 가스 공급관(321)은 질화 반응 가스 공급부(320)로부터 반응관(100)의 제1 영역(1)을 지나 제2 영역(2) 입구를 조금 지난 부분까지 연장되어 있어서, 질화 반응 가스를 반응관(100)의 제2 영역(2)에 전달한다. 제3 가스 공급관(331)은 할로겐화 반응 가스 공급부(330)로부터 반응관(100) 내에 놓여 있는 금속 원료 공급부(130)까지 연장되어 있어서, 할로겐화 반응 가스를 금속 원료 공급부(130)에 공급한다. 여기서, 제3 가스 공급관(331)은 필요에 따라 길이를 연장하거나 수축할 수 있어서 금속 원료 공급부(130)의 모든 위치에 할로겐화 반응 가스를 공급할 수 있다. 제4 가스 공급관(341)은 유기 금속 가스 공급부(340)로부터 반응관(100)의 제1 영역(1)을 지나 제2 영역(2) 입구를 조금 지난 부분까지 연장되어 있어서, TMG(trymethylgallium)와 TMA(trymethylaluminium) 등의 유기 금속 가스를 반응관(100)의 제2 영역(2)에 전달한다. 복수의 가스 공급관(311, 321, 331, 341)은 석영으로 이루어질 수 있다.

반응관(100)은 석영 등으로 이루어져 있고 속이 빈 원통형의 관이다.

RF 히터(110)는 가열도중 전원 공급을 차단함으로써 신속하게 가열을 중단할 수 있는 가열 장치로써, 제1 영역(1)을 섭씨 700~900도로 가열할 수 있고, 온도 오차를 섭씨 ㅁ1도 미만으로 유지할 수 있다. RF 히터(110)를 정지하면, 반응관(100)의 제1 영역(1)으로의 열 공급이 즉시 정지되어 냉각이 시작되고, 냉각 팬(fan)을 사용하면 반응관(100)의 제1 영역(1)을 충분히 빨리 냉각할 수 있다.

퍼니스 히터(120)는 전기로(electric furnace)나 골드 퍼니스(gold furnace) 등으로 이루어지며, 제2 영역(2)을 섭씨 1000~1200도로 가열할 수 있고, 온도 오차를 섭씨 ㅁ1도 미만으로 유지할 수 있다.

도 2를 참조하면, 금속 원료 공급부(130)는 복수의 웰(220)을 가지는 보트(210)와 복수의 웰(220)을 선택적으로 개방하는 덮개부(230)를 포함한다. 보트(210)는 흑연 재질로 형성되어, 그 내부에 반도체층에 해당하는 복수 개의 웰(220)을 구비하고, 각각의 웰은 또한 다시 2 이상의 칸(도 2에서는 3개의 칸(220a, 220b, 220c)으로 분리되어 있다. 웰의 개수는 하나의 조성을 가진 반도체층에 대하여 하나의 웰이 대응되도록 설계되고, 칸의 개수는 하나의 반도체층의 성분 원소 및 도펀트의 갯수에 대응하여 설계된다. 도 2에서와 같이 3개의 웰이 형성되어, 각각에 해당 금속 원료와 도펀트가 장착되는 경우에는 서로 다른 3개의 조성을 가지는 반도체 결정층을 형성할 수 있다. 또한, 웰의 칸에 대해서는, 예를 들어 2원 원소의 반도체 결정 성장을 위해서는 2칸이 필요하고, 3원 원소의 반도체 결정 성장을 위해서는 3칸이 필요하게 되는 방식으로 칸의 개수를 정하게 된다. 또한 같은 종류의 층을 성장 하더라도 소스를 적당히 분리하여 보관 할 수 있어 소스의 오염 상황에 따라 소스를 바꾸어 가며 성장을 진행할 수 있다.

덮개부(230)는 본 실시예에서는 개구부(231)가 형성된 상면 플레이트(232)로 이루어진다. 개구부(231)는 하나의 웰만을 개방할 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상면 플레이트(232)는, 개구부(231)를 통해 개방된 웰을 제외하고는 나머지 모든 웰을 밀봉시키도록 구성된다. 상면 플레이트(232)는 보트(210) 상면 또는 측면을 따라 이동(슬라이딩)할 수 있으며, 상면 플레이트(232)의 이동에 의해 소망하는 웰만을 선택적으로 개방할 수 있다.

도 1 및 도 2에서 제3 가스 공급관(331)은 상면 플레이트(232)의 개구부(231)에 고정되어 이동한다. 따라서, 할로겐화 반응가스는 상면 플레이트(232)의 슬라이딩 이동에 따라 개구부(231)에 의해서 개방되는 웰에만 할로겐화 반응가스를 공급하게 된다.

할로겐화 반응가스 공급관(331)의 분출구(332)는 개방되는 웰에만 반응 가스를 근접 분출하여 할로겐화 반응가스가 금속 원료에 직접 접촉하도록 하기 위하여, 그 단부를 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 형성할 수도 있다. 즉, 도 3a와 같이 분출구(332)를 개구부(231) 위에 근접 배치하여 반응가스가 웰의 금속 원료와 직접 접촉하도록 할 수 있고, 도 3b와 같이 단부를 절곡하여 분출구(332)를 형성하거나, 도 3c와 같이 테이퍼진 형태로 분출구(332)를 형성하여 할로겐화 반응 가스가 웰의 금속 원료와 직접 접촉하는 데 더욱 용이한 형태로 만들 수도 있다.

기판 장착부(400)는 하나 또는 그 이상의 기판을 장착할 수 있다. 즉, 종래와 같이 하나의 기판을 수평면으로 장착할 수 있다. 대안적으로, 대량 생산을 위하여 기판을 수직으로 여러 장 세워서 장착하는 것도 가능하다.

이러한 본 발명에 따른 반도체 결정 성장 장치를 사용하여 반도체 결정을 성장시키는 방법을 설명한다. 이하에서는 사파이어 등으로 이루어진 기판 위에 두꺼운 GaN막을 형성한 후, 추가적인 반도체 박막들을 형성하는 경우를 예시한다.

먼저, 금속 원료 공급부(130)의 복수의 웰(220)의 각 칸(220a, 220b, 220c)에 Ga, Al 등의 금속 원료와 도펀트를 적당한 비율로 넣고, 반응관(100)의 제2 영역(2)에 놓여 있는 기판 장착부(400)에 기판을 장착한다.

다음, RF 히터(110)를 가동하여 제1 영역(1)을 섭씨 700~900도로 가열한다. 실제 실험에서는 섭씨 850도로 가열하였다. 이와 동시에, 퍼니스 히터(120)를 가동하여 제2 영역(2)을 섭씨 1000~1200로 가열한다. 실제 실험에서는 섭씨 1050도로 가열하였다. 이 때, 온도를 올리기 전부터 운송 가스인 질소 또는 수소와 질화 반응 가스인 암모니아를 일정량 흘려준다. 실제 실험에서는 수소와 암모니아를 흘려주었다.

다음, 온도가 안정화되면 할로겐화 반응 가스인 염화수소를 흘려 Ga에 염화수소(HCl)를 접촉시킴으로써 GaCl을 생성하고, 이것이 제2 영역(2)에서 암모니아(NH₃)와 반응하여 GaN이 성장되도록 한다.

목표로 하는 두께로 GaN막이 성장하면 염화수소 공급을 중단하고, RF 히터(110)를 정지한 후, 냉각 팬을 사용하여 제1 영역(1)의 온도를 섭씨 200도 이하로 낮춘다. 이 때, 제2 영역(2)은 다음 막을 성장시키기에 적합한 온도로 조절한다.

제1 영역(1)의 온도가 섭씨 200도 이하로 낮아지면, 유기 금속 가스를 흘려서 MOVPE 방법으로 GaN막 위에 필요한 박막을 형성한다. 이 때, 제1 영역(1)을 지나는 제4 가스 공급관의 온도가 섭씨 200도 이하가 되어야 유기 금속 가스가 손실없이 제2 영역(2)에 도달할 수 있다.

본 발명에 따르면, RF 히터(110)와 퍼니스 히터(120)를 사용하여 제1 영역(1)과 제2 영역(2)을 모두 가열한 상태에서는 HVPE를 통해 두꺼운 막을 형성하고, 이 두꺼운 막의 성장이 끝난 후에는 RF 히터(110)을 정지하고 제1 영역(1)을 10~20분 이내에 상온으로 급랭하여 MOVPE를 통해 얇은 막을 연속으로 형성한다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 하나의 장비에서 HVPE와 MOVPE를 선택적으로 사용하여 두꺼운 반도체막과 얇은 반도체막을 자유롭게 형성할 수 있어서, 발광 다이오드 등의 반도체 소자의 생산성을 향상할 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있다.

도 4a는 실제로 제작한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치의 제1 영역의 사진이고, 도 4b는 실제로 제작한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치의 제2 영역의 사진이고, 도 4c는 실제로 제작한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치의 전체 사진이고, 도 5는 도 4a 내지 도 4c의 장치를 사용하여 사파이어 기판 위에 성장한 GaN막의 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 반도체 결정 성장 장치는 사파이어 기판 위에 GaN막을 형성할 때, RF 히터가 설치되어 있는 제1 영역은 섭씨 850도로 가열하고, 퍼니스 히터가 설치되어 있는 제2 영역은 섭씨 1050도로 가열하였다. 이러한 장치를 통하여 성장된 GaN막은, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 막질이 우수하였다. 실험에서는 GaN막을 80um의 두께로 성장시켰다.

본 발명의 반도체 결정 성장 장치를 사용하여 박막을 형성해 본 결과, 본 발명에 따른 반도체 결정 성장 장치는 공정 진행 중에 원료가 줄어드는 것을 확인할 수 있어서 막의 두께를 상황에 따라 판단하여 조절할 수 있는 장점이 있다. 또한, 원료 영역과 성장 영역의 온도 조절을 별개로 수행하기 때문에 공정 진행 전의 온도 상승 시간을 절약할 수 있고, 공정을 마친 후의 냉각 시간이 감소하여 전체적인 공정 진행 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본원 발명의 기술적 특징을 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위 내에서도 여러 가지 변형 및 수정을 가할 수 있음은 명백하다. 예를 들어, 도면에서는 수평로 구조의 반도체 결정 성장 장치를 예시하였으나, 이를 적절히 변경하여 수직로 구조의 장치로 변경할 수 있음도 당연하다. 또한, 하나의 웰에 형성된 칸이 3개인 것으로 도시하고 설명하였으나, 4원 화합물의 성장 시에는 4개 이상의 칸으로 나뉠 수 있음도 당연하다. 할로겐화 반응가스 공급관과 금속 원료 공급부의 덮개부를 적절한 형태로 변경하여 목표로 하는 웰만을 개방하고 할로겐화 반응가스를 직접 분출하여 공급할 수 있음도 당연하다.

1: 제1 영역 2: 제2 영역
100: 반응관 110: RF 히터
120: 퍼니스 히터 130: 금속 원료 공급부
210: 보트 220: 웰
230: 덮개부 231: 개구부
232: 상면 플레이트
300: 반응 가스 공급부
310: 운송 가스 공급부 311: 제1 가스 공급관
320: 질화 반응 가스 공급부 321: 제2 가스 공급관
330: 할로겐화 반응 가스 공급부 331: 제3 가스 공급관
340: 유기 금속 가스 공급부 341: 제4 가스 공급관
400: 기판 장착부

Claims

제1 영역과 제2 영역을 포함하는 반응관;
상기 반응관 내의 제1 영역에 배치되어 있고, 반도체층을 형성하기 위한 금속 원료가 수용되는 금속 원료 공급부;
상기 반응관의 제2 영역에 배치되어 있고, 기판이 장착되는 기판 장착부;
상기 반응관의 상기 제1 영역 주변에 설치되어 있는 RF 히터;
상기 반응관의 상기 제2 영역 주변에 설치되어 있는 퍼니스 히터;
상기 반응관에 복수의 가스를 공급하는 복수의 가스 공급부;
상기 복수의 가스 공급부로부터 상기 반응관까지 연장되어 상기 복수의 가스를 전달하는 복수의 가스 공급관
을 포함하는 반도체 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 가스 공급부는
상기 반응관에 질화 반응 가스를 공급하는 질화 반응 가스 공급부;
상기 반응관에 할로겐화 반응 가스를 공급하는 할로겐화 반응 가스 공급부;
상기 반응관에 유기 금속 가스를 공급하는 유기 금속 가스 공급부
를 포함하는 반도체 결정 성장 장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 가스 공급부는
상기 반응관에 수소 또는 질소를 포함하는 운송 가스를 공급하는 운송 가스 공급부를 더 포함하는 반도체 결정 성장 장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 가스 공급관은
상기 운반 가스 공급부로부터 상기 반응관의 입구 부분까지 연장되어 있는 제1 가스 공급관;
상기 질화 반응 가스 공급부로부터 상기 반응관의 상기 제1 영역을 지나 상기 제2 영역의 입구 부분까지 연장되어 있는 제2 가스 공급관;
상기 할로겐화 반응 가스 공급부로부터 상기 반응관 내의 상기 금속 원료 공급부까지 연장되어 있는 제3 가스 공급관;
상기 유기 금속 가스 공급부로부터 상기 반응관의 상기 제1 영역을 지나 상기 제2 영역의 입구 부분까지 연장되어 있는 제4 가스 공급관
을 포함하는 반도체 결정 성장 장치.
제4항에 있어서,
상기 제3 가스 공급관은 길이를 연장하거나 수축할 수 있어서 상기 금속 원료 공급부의 모든 위치에 상기 할로겐화 반응 가스를 공급할 수 있는 반도체 결정 성장 장치.
제5항에 있어서,
상기 금속 원료 공급부는
복수의 반도체층을 위한 금속 원료가 장착되는 복수 개의 웰로서, 각각의 웰에는 하나의 반도체층을 위한 금속 원료가 장착되고, 각각의 웰이 2 이상의 칸으로 구분되는 복수 개의 웰;
상기 복수 개의 웰 상면에 배치되어, 복수 개의 웰 각각을 선택적으로 개방하는 덮개부
를 포함하고,
상기 할로겐화 반응가스 공급부는 상기 덮개부에 의하여 개방되는 웰에만 할로겐화 반응가스를 공급하는 반도체 결정 성장 장치.
제6항에서,
상기 제3 가스 공급관은
상기 복수 개의 웰에 대하여 슬라이딩 이동하여 상기 개방된 웰에 할로겐화 반응가스를 공급하고, 상기 덮개부에 고정되어, 상기 덮개부가 슬라이딩 이동함에 따라 함께 슬라이딩 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
기판에 복수의 반도체층을 형성하기 위한 방법으로서,
반응관 내의 제1 영역에 금속 원료가 담겨 있는 금속 원료 공급부를 장착하는 단계;
상기 반응관의 제2 영역에 기판을 장착하는 단계;
상기 반응관의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 각각 제1 온도와 제2 온도로 가열하는 단계;
상기 반응관의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 각각 상기 제1 온도와 제2 온도로 안정화된 상태에서 할로겐화 반응 가스와 질화 반응 가스를 상기 반응관에 공급하여 제1 반도체막을 형성하는 단계;
상기 제1 반도체막이 형성된 이후에 상기 제1 영역을 제3 온도로 냉각하고, 상기 제2 영역을 제4 온도로 조정하는 단계;
상기 제2 영역에 유기 금속 가스를 흘려 제2 반도체막을 형성하는 단계
를 포함하는 반도체 결정 성장 방법.
제8항에 있어서,
상기 제3 온도는 섭씨 200도 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 영역의 가열은 RF 히터를 사용하여 진행하고, 상기 제2 영역의 가열을 퍼니스 히터를 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 온도는 섭씨 700~900도이고, 상기 제2 온도는 섭씨 1000~1200도인 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 방법.
제8항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 각각 제1 온도와 제2 온도로 가열하는 단계에서 질소 또는 수소와 함께 상기 질화 반응 가스를 상기 반응관에 흘려 주는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 방법.
제12항에 있어서,
상기 할로겐화 반응 가스는 염화수소이고, 상기 질화 반응 가스는 암모니아인 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 방법.