KR20130136245A - 인젝터 및 이를 포함하는 물질층 증착 챔버 - Google Patents

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Abstract

인젝터 및 이를 포함하는 물질층 증착 챔버에 관해 개시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터는 복수의 독립된 섹션 및 상기 복수의 독립된 섹션의 각 섹션에 구비된 가스 유입구와 배출구를 포함하고, 상기 복수의 독립된 섹션 중 인접한 두 섹션에 구비된 배출구의 방향은 제한되고 서로 다르다. 상기 복수의 독립된 섹션은 단층 또는 다층 구조일 수 있다. 상기 복수의 독립된 섹션은 2개, 3개 또는 4개의 독립된 섹션을 포함할 수 있다. 인젝터가 단층 구조일 때, 상기 복수의 독립된 섹션 중 제1 가스가 공급되는 섹션과 제2 가스가 공급되는 섹션은 상기 제1 가스가 분사되는 방향과 상기 제2 가스가 분사되는 방향이 정반대가 되도록 배치될 수 있다.

Description

인젝터 및 이를 포함하는 물질층 증착 챔버{Injector and chamber for material layer deposition comprising the same}
본 발명의 일 실시예는 물질층 형성에 관련된 장비에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 반도체 소자의 한 층을 이루는 물질층의 증착에 사용되는 인젝터와 이를 포함하는 물질층 증착 챔버에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device, LED)와 같은 반도체 소자는 복수의 물질층으로 이루어진다. 상기 복수의 물질층 중에는 AlN층이 포함될 수 있다.
AlN는 열적으로 안정하고, 전기 전도도와 열전도도가 우수할 뿐만 아니라 밴드 갭(bandgap)도 넓다. 이에 따라 AlN은 차세대 물질로 관심을 받고 있다.
반도체 소자의 물질층으로 사용되는 AlN층은 결정성이 높을수록 보다 우수한 특성을 나타낼 수 있다. AlN층은 저온의 금속 유기 기상 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)을 이용하여 성장될 수 있다.
그러나 저온의 MOCVD를 이용한 성장방법의 경우, 알루미늄(Al)의 흡착원자(adatom), 곧 Al이 증착되는 기판의 표면에 흡착된 Al 원자의 이동 정도는 Ga에 비해 작다. 따라서 Al의 흡착원자의 이동길이(migration length)가 짧다. 이에 따라 2차원(2-Dimension) 성장을 통한 고품질의 AlN층을 형성하는데 어려움이 있을 수 있다. 이에 대한 해결책의 하나로 MEE 성장법을 이용하여 Al 이동길이를 충분히 확보하고 있지만, 성장률(growth rate)의 저하, 밸브 제어의 어려움 등으로 인해 이용이 제한된다. 또한 기존의 MEE 성장법은 Al 소스와 N 소스를 번갈아 공급하는 스위칭 방식이기 때문에, AlN층 증착에 상대적으로 많은 시간이 소요될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 기존의 MEE 성장법의 장점은 유지하면서 성장률의 저하와 증착에 소요되는 시간의 증가 등과 같은 단점은 개선할 수 있는 인젝터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 인젝터를 구비한 물질층 증착 챔버를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터는 복수의 독립된 섹션 및 상기 복수의 독립된 섹션의 각 섹션에 구비된 가스 유입구와 배출구를 포함하고, 상기 복수의 독립된 섹션 중 인접한 두 섹션에 구비된 배출구의 방향은 제한되고 서로 다르다.
이러한 인젝터에서 상기 복수의 독립된 섹션은 단층 또는 다층 구조일 수 있다.
상기 복수의 독립된 섹션은 2개, 3개 또는 4개의 독립된 섹션을 포함할 수 있다.
상기 단층 구조일 때, 상기 복수의 독립된 섹션 중 제1 가스가 공급되는 섹션과 제2 가스가 공급되는 섹션은 상기 제1 가스가 분사되는 방향과 상기 제2 가스가 분사되는 방향이 정반대가 되도록 배치될 수 있다.
상기 다층 구조는 순차적으로 형성된 하부 섹션, 중간 섹션 및 상부 섹션을 포함하는 구조이고, 상기 상부 및 하부 섹션에 공급되는 가스와 상기 중간 섹션에 공급되는 가스는 다를 수 있다.
상기 상부 및 하부 섹션의 가스 분사 방향은 동일할 수 있다.
상기 하부 섹션, 상기 중간 섹션 및 상기 상부 섹션의 각각의 측면의 일부에만 가스 배출구가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 물질층 증착 챔버는 인젝터와 상기 인젝터 둘레에 배치되어 회전되고 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 스테이지를 포함하는 물질층 증착 챔버에 있어서, 상기 인젝터는 복수의 독립된 섹션 및 상기 복수의 독립된 섹션의 각 섹션에 구비된 가스 유입구와 배출구를 포함하고, 상기 복수의 독립된 섹션 중 인접한 두 섹션에 구비된 배출구의 방향은 제한되고 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터는 형성하고자 하는 물질층의 성분들이 독립적으로 공급되는 복수의 독립된 섹션을 포함하는데, 인접한 두 섹션에 유입된 상기 물질층의 성분은 서로 다른 방향으로 분사된다. 그리고 분사 방향은 360도가 아니라 주어진 방향으로 제한된다. 따라서 인젝터에서 분사되는 상기 물질층의 성분들은 분사 중에 공중에서 만나 반응할 염려가 없고, 상기 분사되는 성분들은 모두 기판 상에서 반응한다.
이와 같이, 성분들이 서로 다른 방향으로 분사되고, 분사 방향이 제한되며, 성분들이 기판 상에서만 반응하게 되는 바, 물질층의 성장률(G/R)을 높일 수 있고, 고품질의 물질층을 성장시킬 수 있다. 또한, 성분들을 동시에 분사할 수 있으므로, 스위칭 방식으로 성분들을 공급하는 기존의 MEE 성장법에 비해 물질층의 형성에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터에서 섹션의 수가 2인 경우를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터에서 섹션의 수가 3인 경우를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인젝터의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터를 구비하는 물질층 증착 챔버의 평면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터(injector) 및 이를 포함하는 물질층 증착 챔버를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터(이하, 제1 인젝터)(30)는 원통형의 단층구조일 수 있다. 제1 인젝터(30)는 제1 내지 제4 섹션(32, 34, 36, 38)을 포함하는 단층 구조일 수 있다. 제1 인젝터(30)는 4개의 섹션(32, 34, 36, 38)을 포함하는 것으로 예시하였지만, 이는 일 예에 불과하며, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 2개 이상의 섹션을 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 섹션(32, 34, 36, 38)에는 각각 서로 다른 성분의 소스가스가 공급될 수 있다. 제1 내지 제4 섹션(32, 34, 36, 38)에 공급되는 소스가스는 형성하고자 하는 물질층을 구성하는 성분을 포함하는 가스일 수 있고, 이러한 성분들을 반응시키는 반응가스일 수도 있다. 예를 들면, 상기 물질층이 두 성분을 포함하는 물질층일 때, 제1 센션(32)에 상기 물질층의 제1 성분을 포함하는 제1 소스가스가 공급될 수 있고, 제3 섹션(36)에 상기 물질층의 제2 성분을 포함하는 제2 소스가스가 공급될 수 있다. 상기 제1 및 제2 성분의 반응을 위해 별도의 반응가스가 필요할 경우, 제2 섹션(34) 또는 제4 섹션(38)에 반응가스가 공급될 수 있다. 상기 물질층은, 예를 들면 AlN층일 수 있다. 상기 물질층이 AlN층일 때, 상기 제1 소스가스는 알루미늄(Al)의 소스가스일 수 있는데, 예를 들면 TMAl(trimethylaluminium)일 수 있다. 그리고 상기 제2 소스가스는 질소(N)의 소스가스로써, 예를 들면 NH3일 수 있다. 상기 물질층은 발광소자를 이루는 복수의 물질층들 중 하나일 수도 있다. 또한 상기 물질층은 반도체 소자를 이루는 복수의 물질층들 중 하나일 수도 있다.
제1 섹션(32)에 제1 가스 공급관(32A)이 연결되어 있다. 제2 섹션(34)에 제2 가스 공급관(34A)이 연결되어 있다. 제3 섹션(36)에 제3 가스 공급관(36A)이 연결되어 있다. 제4 섹션(38)에 제4 가스 공급관(36A)이 연결되어 있다. 상기 제1 소스가스는 제1 가스 공급관(32A)을 통해 제1 섹션(32)에 공급된다. 상기 제2 소스가스는 제3 가스 공급관(36A)을 통해 제3 섹션(36)에 공급된다. 각 공급관을 통해 공급되는 소스가스 혹은 반응가스의 공급률은 형성하고자 하는 물질층의 종류와 성분 및 성장률 등에 따라 적절히 조절될 수 있다.
제1 섹션(32)의 측면에 제1 가스 공급관(32A)을 통해 공급된 소스가스가 분사되는 복수의 제1 배출구(32h)(분사홀)가 형성되어 있다. 복수의 제1 배출구(32h)는 제1 섹션(32)의 측면에 고르게 분포될 수 있다. 복수의 제1 배출구(32h) 각각의 직경은, 예를 들면 1mm ~ 10mm 일 수 있다.
제2 섹션(34)의 측면에는 복수의 제2 배출구(34h)(분사홀)가 형성되어 있다. 제2 배출구(34h)는 균일하게 분포될 수 있다. 제1 배출구(34h)의 직경은 제1 배출구(32h)의 직경과 동일하거나 다를 수 있다.
제3 및 제4 섹션(36, 38)의 측면에도 각각 복수의 제3 및 제4 배출구(미도시)가 형성되어 있다. 상기 제3 및 제4 배출구는 제3 및 제4 섹션(36, 38)의 각 측면에 고르게 분포할 수 있고, 각 배출구의 직경은 제1 배출구(32h)의 직경과 동일하거나 다를 수 있다.
한편, 제1 인젝터(30)는 도 2에 도시한 바와 같이, 2개의 섹션(42, 44)만 포함하는 단층 구조일 수도 있다. 또한 제1 인젝터(30)는 도 3에 도시한 바와 같이 제1 내지 제3 섹션(52, 54, 56)만 포함하는 단층 구조일 수도 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 각 섹션(42, 44, 52, 54, 56)에도 가스 공급관(미도시)이 연결되고, 각 섹션(42, 44, 52, 54, 56)의 측면에는 복수의 배출구(미도시)가 형성되어 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인젝터(이하, 제2 인젝터)를 보여준다.
도 4를 참조하면, 제2 인젝터(60)는 원통형 구조일 수 있고, 순차적으로 적층된 3개의 섹션(62, 64, 66)을 포함한다. 3개의 섹션(62, 64, 66) 중 하부 섹션(62)과 상부 섹션(66)은 동일한 섹션일 수 있다. 중간 섹션(64)은 상부 및 하부 섹션(66, 62)과 다를 수 있다. 하부 섹션(62)과 상부 섹션(66)은 도 1에서 설명한 제2 소스가스의 분사를 위한 섹션일 수 있다. 중간 섹션(64)은 도 1에서 설명한 제1 소스가스의 분사를 위한 섹션일 수 있다.
하부 섹션(62)의 측면의 일부에 복수의 제5 배출구(62h)가 형성되어 있다. 제5 배출구(62h)는 상기 측면의 일부에 고르게 분포될 수 있고, 그 직경은 도 1의 제1 배출구(32h)의 직경과 동일하거나 다를 수 있다. 중간 섹션(64)의 측면의 일부에도 복수의 제6 배출구(64h)가 형성되어 있다. 제6 배출구(64h)의 직경은 제5 배출구(62h)의 직경과 동일하거나 다를 수 있다. 제6 배출구(64h)의 방향은 제5 배출구(62h)의 방향과 다를 수 있다. 따라서 하부 섹션(62)에서 분사되는 소스가스의 분사 방향은 중간 섹션(64)에서 분사되는 소스가스의 분사 방향과 다를 수 있다.
상부 섹션(66)의 측면의 일부에도 복수의 제7 배출구(66h)가 고르게 형성되어 있다. 제7 배출구(66h)의 직경은 제5 배출구(62h)의 직경과 동일하거나 다를 수 있다. 제7 배출구(66h)가 형성된 방향은 하부 섹션(62)의 제5 배출구(62h)와 동일할 수 있다. 하부 섹션(62), 중간 섹션(64) 및 상부 섹션(66) 각각에는 가스 공급을 위한 가스 공급관(미도시) 연결된다.
다음에는 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 물질층 증착 챔버를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 물질층 증착 챔버(70)는 웨이퍼 스테이지(72)를 포함한다. 웨이퍼 스테이지(72) 상에는 복수의 웨이퍼(74)가 로딩되어 있다. 복수의 웨이퍼(74)는 원형으로 배치되어 있다. 원형으로 배치된 복수의 웨이퍼(74)의 배열 중심에 인젝터(80)가 구비되어 있다. 인젝터(80)는 웨이퍼 스테이지(72)의 중심에 위치한다. 물질층 증착이 시작되면 웨이퍼 스테이지(72)는 인젝터(80) 둘레를 회전한다. 웨이퍼 스테이지(72)의 회전과 별도로 복수의 웨이퍼(74) 각각은 회전될 수 있다. 인젝터(80)는 도 1에서 설명한 제1 인젝터 또는 도 4에서 설명한 제2 인젝터일 수 있다.
도 5에서 제1 화살표(A1)는 인젝터(80)로부터 웨이퍼(74) 상으로 분사되는 제1 소스가스, 예컨대 Al 소스가스를 나타내고, 제2 화살표(A2)는 상기 제1 소스가스와 반대 방향으로 분사되는 제2 소스가스, 예컨대 N 소스가스를 나타낸다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
30, 60:제1 및 제2 인젝터
32, 34, 36, 38:제1 내지 제4 섹션(section)
32A, 34A, 36A, 38A:제1 내지 제4 가스 공급관
32h, 34h, 36h, 38h:제1 내지 제4 배출구(분사구)
42, 44, 52, 54, 56:섹션
62:하부 섹션 64:중간 섹션
66:상부 섹션 62h, 64h, 66h:배출구
70:물질층 증착 챔버 72:웨이퍼 스테이지
74:웨이퍼 80:인젝터
A1:제1 소스가스의 분사 A2:제2 소스가스의 분사

Claims (9)

  1. 복수의 독립된 섹션; 및
    상기 복수의 독립된 섹션의 각 섹션에 구비된 가스 유입구와 배출구;를 포함하고,
    상기 복수의 독립된 섹션 중 인접한 두 섹션에 구비된 배출구의 방향은 제한되고 서로 다른 인젝터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 독립된 섹션은 단층 구조인 인젝터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 독립된 섹션은 다층 구조인 인젝터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 독립된 섹션은 2개, 3개 또는 4개의 독립된 섹션을 포함하는 인젝션.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 독립된 섹션 중 제1 가스가 공급되는 섹션과 제2 가스가 공급되는 섹션은 상기 제1 가스가 분사되는 방향과 상기 제2 가스가 분사되는 방향이 정반대가 되도록 배치된 인젝터.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 다층 구조는 순차적으로 형성된 하부 섹션, 중간 섹션 및 상부 섹션을포함하는 구조이고,
    상기 상부 및 하부 섹션에 공급되는 가스와 상기 중간 섹션에 공급되는 가스는 다른 인젝터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 섹션의 가스 분사 방향은 동일한 인젝터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 섹션, 상기 중간 섹션 및 상기 상부 섹션의 각각의 측면의 일부에만 가스 배출구가 형성된 인젝터.
  9. 인젝터와 상기 인젝터 둘레에 배치되어 회전되고 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 스테이지를 포함하는 물질층 증착 챔버에 있어서,
    상기 인젝터는 청구항 1의 인젝터인 물질층 증착 챔버.
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