化学気相成長用の流入口要素及び化学気相成長方法
化学気相成長反応器１０用の流入口要素２２は、反応器の上流から下流への方向に対して横切る面において互いに並んで延在する、複数の細長い管状の要素６４、６５から形成される。管状の要素は、ガスを下流方向に放出する入口を有する。ウェハキャリア１４は、上流から下流への軸を中心に回転する。ガス分配要素は、軸を通って延在する中央面１０８に対して非対称であるガス分布パターンを提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、化学気相成長方法及び化学気相成長装置に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００８年１２月４日に出願された米国仮特許出願第６１／２０１，０７４号の出願日の利益を主張し、その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００３】
化学気相成長は、化学種を含む一種以上のガスを、通常平坦なウェハである基板の表面上に向け、それにより反応種が反応し表面上に堆積物を形成することを伴う。たとえば、結晶ウェハ上の半導体材料のエピタキシャル成長により、化合物半導体を形成することができる。ＩＩＩ−Ｖ族半導体と呼ばれる半導体は、一般に、ガリウム、インジウム、アルミニウム及びそれらの組合せ等のＩＩＩ族金属源と、水素化物の一種若しくは複数種等のＶ族元素源、又はＮＨ３、ＡｓＨ３若しくはＰＨ３、又はテトラメチルアンチモン等のＳｂ有機金属等のＶ族元素の一種若しくは複数種のＶ族元素源とを用いて形成される。これらのプロセスにおいて、サファイアウェハ等のウェハの表面で、ガスは互いに反応し、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌＺＮＡＡｓＢＰＣＳｂＤのＩＩＩ−Ｖ族化合物を形成する。ここで、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝およそ１であり、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＝およそ１であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの各々は０と１との間とすることができる。場合によっては、他のＩＩＩ族金属のうちのいくつか又はすべての代りにビスマスを使用することもできる。
【０００４】
一般に「ハロゲン化物」又は「塩化物」プロセスと呼ばれるいくつかのプロセスでは、ＩＩＩ族金属源は、一種以上の金属の揮発性ハロゲン化物、最も一般的にはＧａＣｌ２等の塩化物である。一般に有機金属化学気相成長すなわち「ＭＯＣＶＤ」と呼ばれる別のプロセスでは、ＩＩＩ族金属源は、たとえば金属アルキルのようなＩＩＩ族金属の有機化合物である。
【０００５】
化学気相成長において広く採用されてきた装置の一形態は、垂直軸を中心に回転するように反応チャンバ内に取り付けられたディスク状ウェハキャリアを有する。ウェハは、その表面がチャンバ内で上流に向くようにキャリアに保持される。キャリアが軸を中心に回転すると、反応性ガスが、キャリアの上流の流入口要素から反応チャンバ内に導入される。流動ガスは、キャリア及びウェハに向かって下流に、望ましくは層状栓流で流れる。ガスが回転するキャリアに近づくと、粘性抵抗がガスを推進して、軸を中心に回転させ、それにより、キャリアの表面近くの境界領域において、ガスが軸を中心にかつキャリアの外周に向かって外側に流れる。ガスは、キャリアの外縁を越えて流れる際、キャリアの下方に配置された排気ポートに向かって下方に流れる。最も一般的には、このプロセスは、連続した種々のガス組成で、かつ場合によっては種々のウェハ温度で行われ、所望の半導体デバイスを形成する必要に応じて種々の組成を有する半導体の複数の層を堆積させる。単に例として、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）及びダイオードレーザの形成では、種々の比率のＧａ及びＩｎを有するＩＩＩ−Ｖ族半導体の層を堆積させることによって多重量子ウェル（「ＭＱＷ」）構造を形成することができる。各層は、およそ数１０オングストロームの厚さ、すなわち数個の原子層とすることができる。
【０００６】
この種の装置は、キャリアの表面にわたりかつウェハの表面にわたり、反応性ガスの安定したかつ規則正しい流れを提供することができ、それにより、キャリア上のウェハのすべて及び各ウェハのすべての領域が、実質的に均一な状態に晒される。これにより、ウェハ上の材料の均一な堆積が促進される。そのような均一性は重要であり、それは、ウェハ上に堆積された材料の層の組成及び厚さのわずかな差であっても、その結果生成されるデバイスの特性に影響を与える可能性があるためである。
【０００７】
本技術分野において、この種の装置で用いられる流入口要素の開発に対して、これまで多大な努力がなされてきた。一般に、流入口要素は、サイズがウェハキャリアとおよそ等しい、活性化したガス放出領域にわたって分散している反応性ガスのための入口を有している。これら流入口要素のいくつかは、Ｖ族水素化物の混合物等の第１の反応性ガスを移送し、他のものは、金属アルキル及びキャリアガスの混合物等の第２の反応性ガスを移送する。これらの入口は、回転軸に対して平行に延在している管として形成される場合があり、流入口要素の下方に向いているか又は下流の面の上に分散されている。これまで、入口を対称的なパターンで配置することに対して、多大な努力がなされてきた。通常、第１のガス入口は、ウェハキャリアの回転軸を中心に半径対称であるか、又は回転軸において互いに交差する少なくとも２つの垂直な対称面を有するパターンで設けられる。第２のガス入口は、第１のガス入口が間に点在している、同様に対称的なパターンで設けられていた。流入口要素は、一般に、ガスを管状入口に通す複雑な流路構造を組み込んでいる。さらに、ウェハは、通常、たとえば約５００℃〜約１２００℃のような高温で維持されるため、流入口要素に冷却剤流路を設けなければならない。冷却剤流路は、水又は他の液体の循環流を移送し、したがって、ガスの早期反応を制限するか又は防止するように、流入口要素の温度を比較的低く維持する。たとえば、開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする特許文献１に開示されているように、流入口要素に、反応種のないキャリアガスの流れを排出する追加の構造が設けられる場合もある。
【０００８】
キャリアガス流は、反応性ガスが流入口要素の付近にある間に、ガス流を互いに分離する。ガスは、流入口要素から離れるまで互いに混合しない。さらに、キャリアガス流を排出することにより、流入口要素から出る反応性ガスの再循環が制限されるか又は防止される。したがって、反応性ガスは、流入口要素に望ましくない堆積物を形成する傾向がない。たとえば、開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする、本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献２に記載されているように、流入口要素の表面から下流に突出してガス流を誘導するブレード状ディフューザを設けることにより、流入口要素の付近における排出されたガスの再循環を低減することができる。
【０００９】
通常、入口は、流入口要素の活性化領域全体、すなわち入口が配置されている領域全体にわたり、流入口要素から離れる方向に均一な流速を提供するように、構成されかつ配置されている。場合によっては、特定のガスに対するガス入口を、２つ以上のゾーンに、たとえば回転軸の近くの第１のゾーン及び軸から遠い第２のゾーンとして分割することができる。これら２つのゾーンに別個のガス流路を設けてもよく、それにより、第１のガスの流速を、２つの領域において独立して制御することができる。たとえば、１つの一般的な配置では、Ｖ族水素化物等の第１のガスに対する入口は、流入口表面の大部分を覆うアレイで配置され、一方で、ＩＩＩ族アルキル等の第２のガスに対する入口は、中心軸に対して略半径方向に延在する１つ以上の狭いストリップで配置される。そのようなシステムでは、軸から遠くに配置されるストリップの一部は、ウェハキャリアの比較的面積の広いリング状部分に第２のガスを供給し、一方で、同じストリップの軸に近い部分は、ウェハキャリアのより面積の狭いリング状部分にガスを供給する。ウェハキャリアの単位面積につき等しい第２のガスの束を提供するために、ストリップに沿った単位長につき第２のガスの不均等な排出速度を提供するように、第２のガス入口を区画することが一般的であった。たとえば、軸の近くの入口に、第２のガスの濃度が比較的低いガス混合物を提供してもよく、一方で、軸から離れた入口に対し、より高濃度のガス混合物を提供してもよい。そのような区画化により、システムに複雑性が加わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００２１５７４号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０１７３７３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように開発されてきたにも関らず、依然としてさらなる改善が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、化学気相成長反応器を提供する。本発明のこの態様による反応器は、望ましくは、上流方向及び下流方向を有する反応チャンバを有し、同様に望ましくは、上流方向及び下流方向に延在する軸を中心に回転するように、反応チャンバ内のキャリア位置にウェハキャリアを支持するように適合されたキャリア支持体も有する。本発明のこの態様による反応器は、好ましくは、キャリア位置の上流でチャンバに取り付けられた流入口要素を有し、それは、互いに垂直であると共に上流方向に対して垂直なＸ水平方向及びＹ水平方向に延在するガス分配面を有する。
【００１３】
流入口要素は、好ましくは、ガスをチャンバ内に排出する複数の細長いガス入口を有し、細長いガス入口は、互いに平行にかつガス分配面をＸ水平方向に横切って延在する。細長い入口は、望ましくは、反応器のＹ方向中央面を横切って延在し、ガス分配面の主要部分を横切って延在してもよい。たとえば、細長い入口は、ガス分配面全体を実質的に覆うこともでき、又はウェハキャリアの面積におよそ等しい面積を覆うこともできる。細長いガス入口は、好ましくは、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と、第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口とを有し、第１のガス入口は、Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置され、第２のガス入口は、Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置されると共に、第１のガス入口が間に点在している。
【００１４】
流入口を、Ｘ水平方向に延在する反応器の中央面を中心に対称でないパターンで配置することができる。パターンは、そのような中央面を中心に反対称とすることもできる。すなわち、Ｘ方向中央面の一方の側への正のＹ距離に配置された任意の第１のガス入口に対し、第２のガス入口が、Ｘ方向中央面の反対側への対応する負のＹ距離に配置される。
【００１５】
本発明のさらなる他の態様は、気相成長方法及び気相成長反応器で用いられる流入口要素を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による堆積装置を示す概略断面図である。
【図２】図１の装置で用いられる構成要素の概略平面図である。
【図３】図２における線３−３に沿って取り出された概略断面図である。
【図４】図２及び図３の要素におけるいくつかの構造を示す概略部分断面斜視図である。
【図５】図４に示す構造の一部の拡大尺の概略部分断面図である。
【図６】図５と同様であるが、図４に示す構造のさらなる部分を示す図である。
【図７】図１〜図６の装置で達成されたウェハキャリア上のガス分布の概略図である。
【図８】図１〜図６の装置で達成されたウェハキャリア上のガス分布の概略図である。
【図９】図１〜図６の装置で達成されたウェハキャリア上のガス分布の概略図である。
【図１０】図４と同様であるが、本発明のさらなる実施形態による装置の部分を示す図である。
【図１１】図４と同様であるが、本発明のさらに別の実施形態による装置を示すさらなる図である。
【図１２】図２と同様であるが、本発明のさらに別の実施形態による装置の部分を示す図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態で用いられる構成要素の概略断面図である。
【図１４】本発明のさらに別の実施形態で用いられる構成要素の概略断面図である。
【図１５】本発明のさらに別の実施形態で用いられる構成要素の概略断面図である。
【図１６】本発明のさらに別の実施形態で用いられる構成要素の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態による反応器（図１）は反応チャンバ１０を有し、その壁の内面１１は実質的に、中心軸１６を中心とする回転面の形態である。反応器の壁は、反応器の上流端に隣接する先細り部分１３を有することができ、また可動フープ状部分１７を有することもできる。軸１６を中心に回転するようにチャンバにスピンドル１２が取り付けられている。スピンドルには、ディスク状のウェハキャリア１４が取り付けられている。ウェハキャリア１４は、ウェハ１８等、１つ以上の基板を、ウェハの表面２０が軸に沿って上流方向Ｕに向くように保持するように配置されている。可動壁部分１７は、システムが図示するように動作状態であるとき、ウェハキャリア１４の周囲に延在するシャッタを形成する。シャッタを、システムをロード及びアンロードするためにポートを開放するように軸方向に移動させることができる。通常、ウェハキャリア１４は、スピンドルに脱着可能に取り付けられており、それにより、システムを、ウェハキャリアを取り除くことによってアンロードし、新たなウェハキャリアを挿入することによって再ロードすることができる。
【００１８】
ウェハキャリア及びウェハを加熱するために、反応器内に電気抵抗ヒータ等のヒータ１５が設けられている。また、反応チャンバの下流端には排気系１９が接続されている。
【００１９】
装置の上述した特徴は、ニューヨーク州プレーンビュー（Plainview, New York）のVeeco Instruments, Inc.社により登録商標「ＴｕｒｂｏＤｉｓｃ」及び「Ｇａｎｚｉｌｌａ」で販売されている反応器で用いられるものと同様のものとすることができる。
【００２０】
反応チャンバの上流端には、流入口要素２２が設けられている。流入口要素の下流面２４は、ウェハキャリア及びウェハに向かって下流方向に向いている。流入口要素は、通常、Ｎ２又はＨ２等のキャリアガスと混合されている、Ｖ族水素化物等の第１の反応性ガス源３０に接続されている。流入口要素はまた、同様に通常はキャリアガスと混合されている、金属アルキル等の第２の反応性ガス源２６にも接続されている。さらに、流入口要素は、いかなる反応性ガスとも混合されていないＮ２又はＨ２等のキャリアガス源３２と、冷却剤循環装置３３とに接続されている。
【００２１】
図２及び図３に最もよく示すように、流入口要素２２は、下流に向いた面４２を有する上板４０と、下流面４２から下流に突出している環状マニホルド４４とを有している。マニホルド４４は、内部バッフル４６（図２）によって、第１のガス部分４８及び第２のガス部分５０に細分化されている。第１のガス部分４８及び第２のガス部分５０は、概して、中央面５２の両側に位置しており、中央面５２は、反応器を通って延在すると共に反応器の軸１６を組み込んでいる。第１のガス部分４８は、第１の反応性ガス源３０に接続されており、第２のガス部分５０は、第２の反応性ガス源２６に接続されている（図１）。これらの接続を、上板４０を通って下方に延在するボアを通して確立することができる。ガスマニホルド４４から下流に、環状の冷却剤流路が設けられている。冷却剤流路は、中央面５２の一方の側に配置された冷却剤入口部分５４と、中央面５２の反対側に配置された冷却剤出口部５６とに細分化されている。
【００２２】
冷却剤入口部分及び冷却剤出口部分は、マニホルドの部分４８及び５０を通って延在している導管（図示せず）によって冷却剤循環装置３３（図１）に接続されている。
【００２３】
上板４０から下流にガス分配板６０が配置されており、それにより、板６０及び４０は、協働してそれらの間にガス分配チャンバ６２を画定する。ガス分配チャンバ６２は、キャリアガス源３２（図１）と連通しているが、マニホルドの第１のガス部分又は第２のガス部分とは連通していない。
【００２４】
図４に最もよく示すように、板６０は、互いに平行に延在する多数の細長い管状ガス分配要素６４及び６６から形成されている。細長い要素６４及び６６の伸長方向を、任意に、「＋Ｘ」方向と呼ぶ。この方向は、上流方向及び下流方向に対して垂直であると共に、チャンバ（図１）の軸１６に対して垂直な方向である。細長い要素は、「＋Ｙ方向」において互いにずれており、「＋Ｙ方向」もまた軸１６に対して垂直であると共に、＋Ｘ方向に対して垂直である。
【００２５】
軸１６が通常（但し必須ではない）、通常の重力基準面において垂直に延在するため、Ｘ方向及びＹ方向を含む、軸１６に対して垂直な方向を、本明細書では「水平」方向と呼ぶ。また、軸に対して垂直な面を、本明細書では水平面と呼ぶ。したがって、上板４０及び分配板６０は共に水平面に延在している。また、従来のデカルト座標系のように、＋Ｘ方向と反対の水平方向を、本明細書では−Ｘ方向と呼び、＋Ｙ方向と反対の方向を、本明細書では−Ｙ方向と呼ぶ。軸１６に対して平行な上流方向Ｕ及び下流方向Ｄは、デカルト座標系の第３の方向、すなわちＺ方向を構成する。
【００２６】
管状の要素６４を、本明細書では第１のガス分配要素と呼ぶ。したがって図５に示すように、各第１のガス分配要素は、開口部のない上流壁６８、開口部のない側壁７０及び下流壁７２を有する略矩形管状体を組み込んでいる。壁６８、７０及び７２は、協働して内部ボア７４を画定する。下流壁７２には、細長い溝穴７６の形態の開口部が内部を通って延在している。溝穴７６は、第１のガス要素６４に沿って縦方向に（Ｘ方向に）延在している。
【００２７】
下流壁７２に細長いディフューザ７８が取り付けられており、それは、第１のガス分配要素６４に沿って縦方向に延在している。ディフューザ７８は、概して、三角柱の形態である。ディフューザは、２つの部分８０から形成されており、それらの各々は、ディフューザ内で縦方向に、すなわちＸ方向に延在している通路８２を組み込んでいる。部分８０は、管状の要素の下流壁７２に背面取付されている。ディフューザ８０は、全体として、概して細長い三角柱の形態である。ディフューザ幅、すなわちＹ方向における寸法は、下流方向Ｄにおける距離が管状の要素から離れるに従い低減する。通路又は追加のガス入口８４が、管状の要素からディフューザ７８を通って、ディフューザの管状の要素から遠い縁、すなわちディフューザの下流縁まで延在している。通路又は入口８４は、ディフューザの２つの背面合せされた三角形部分８０によって画定された細長い溝穴の形態である。通路８４は、溝穴７６と連通し、したがって、第１のガス分配要素６４の長さに沿って管状の要素の内部ボア７４と連通している。
【００２８】
本明細書では第２のガス分配要素と呼ぶ要素６６は、第１のガス要素６４と同一であるが、第２のガス分配要素の各々（図６）の下流壁８６には、第１のガス分配要素の溝穴７６の代りに、その長さに沿って一連の穴８８が配置されている。同様に、第２のガス分配要素各々のディフューザ９０は、一連の小さい管状入口ポート９２を有し、それらのうちの１つが、図６において、ディフューザを通って延在し穴８８と連通しているのが見える。通路又は入口ポート９２の各々は、ディフューザ９０の下流縁において開放している。ここでまた、各管状の要素は上流壁９６及び側壁９４を有し、それにより、下流壁８６並びに他の壁９４及び９６が協働して、要素内を縦方向に延在する内部ボア９８を画定する。ここでもまた、各ディフューザは、冷却剤通路１００を有しており、それもまた縦方向に延在している。要素６６の長さに沿って設けられている多数の個々の入口９２は、協働して、細長い入口を画定している。したがって、本開示で用いるように、細長い入口に言及する場合、それは、要素６４の溝穴７６等の細長い単一の溝穴を含むと共に、一列に配置された複数の個々の入口から形成される細長い入口も含むものと理解されるべきである。
【００２９】
図４に示すように、第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、並んで配置され、相互に隣接する要素の側壁９４及び７０間に延在している溶接部１０２による等、互いに機械的に取り付けられている。要素の上流壁９４及び６８は、協働して板６０の上流面を画定し、下流壁７２及び８６は、協働して板の下流面を画定する。溶接部１０２は、要素の長さに沿って、間隔が空けられた位置にのみ配置されている。したがって、本明細書において「基礎」入口と呼ぶ溝穴状の入口開口部１０４は、板を通してその上流面からその下流面まで、隣接するガス分配要素６４及び６６の間を延在している。ガス分配板６０の上流面は、板６０と上板４０との間の空間６２に面している。
【００３０】
図２及び図３に最もよく示すように、複合板６０は、マニホルド４４に取り付けられ、マニホルドによって包囲される円形領域を横切って完全に延在している。したがって、板６０は、本明細書では流入口要素の活性化領域又はガス放出領域と呼ぶ円形領域を完全に占有する。この円形領域は、軸１６と同軸である。第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、Ｘ水平方向に、すなわち同様にＸ方向に延在する中央面１０８に対して平行な方向に延在する。第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、物理的に第１のガス部分４８と第２のガス部分５０との間に延在し、たとえば溶接等によって、両部分に機械的に接続されている。しかしながら、第１のガス分配要素６４の内部ボアは、第１のガス部分４８にのみ連通しており、第２のガス分配要素６６の内部ボアは、第２のガス部分５０にのみ連通している。ディフューザ７８、９０に組み込まれた冷却剤流路８２、１００（図５及び図６）は、両端部において開放しており、冷却剤入口部分５４及び冷却剤出口部分５６（図３）に接続されている。
【００３１】
図２に最もよく示すように、個々のガス分配要素６４及び６６の各々は、Ｘ方向に対して垂直に延在している中央面５２を横切って、Ｘ方向に延在している。個々のガス分配要素によって画定される細長い入口もまた、中央面５２を横切って延在している。この実施形態では、各ガス分配要素と各ガス分配要素によって画定される細長い入口とは、流入口要素の活性化ガス分配領域の実質的に範囲全体を横切って延在している。第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、Ｘ方向に延在している中央面１０８に対して対称的には配置されていない。むしろ、第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、中央面１０８に対して反対称又は負対称（negative-symmetry）パターン内に配置されている。すなわち、中央面１０８から正の差すなわち＋Ｙの差で配置されている第１のガス分配要素６４各々に対し、第２のガス分配要素６６が、中央面１０８から対応する−Ｙの距離に配置されている。たとえば、第１のガス分配要素６４ａは、中央面１０８から距離＋Ｙａに配置されている。第２のガス分配要素６６ａは、同じ中央面から等しい大きさの対応する負の距離−Ｙａに配置されている。各ガス分配要素までの距離は、たとえば溝穴状入口８４（図６）の長手方向中心線又は穴９２（図６）の列の長手方向中心線のような要素によって画定された、入口の長手方向中心線まで測定される。図２の説明において、ガス分配要素間の空間すなわち基礎ガス入口１０４は、例示を明確にするために省略している。
【００３２】
動作時、Ｈ２、Ｎ２又は両方等の一種以上のキャリアガスと混合されている、アンモニア又は他のＶ族水素化物の混合物等の第１の反応性ガスが、マニホルドの第１のガス部分４８を通って供給され、第１のガス分配要素６４の長手方向ボア７４（図５）内に流れ込む。したがって、第１の反応性ガスは、第１のガス分配要素６４及び関連するディフューザ７８によって画定される入口８４から、一連の細長いカーテン状のガス流１１１（図４）として噴出する。同様に、キャリアガスと混合されている金属アルキル等の第２の反応性ガスは、マニホルドの第２のガス部分５０（図２）を通して供給され、第２のガス分配要素６６の内部ボア９８（図６）を通過する。したがって、第２のガスは、第２のガス分配要素及び関連するディフューザによって画定される入口９２から流れ１１３の列（図４）として噴出する。これらガス流１１３の列は、第１のガス流１１１の間に点在する。Ｈ２、Ｎ２又はその混合物等のキャリアガスは、キャリアガス空間６２内に導入され、板を構成しているガス分配要素６４及び６６間に画定された空間すなわち基礎開口部１０４を通過する。したがって、キャリアガスは、第１の反応性ガス流１１１各々と第２の反応性ガス流１１３の隣接する列との間に挿入されたカーテン状の流れ１１５として噴出する。ガス流は、ウェハキャリア１４及びウェハ１８の付近まで下流に移動し、それらの付近で、ウェハキャリア及びウェハの回転運動による回転流内に押し流される。第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスは、ウェハ表面において互いに反応して、たとえばＩＩＩ−Ｖ族半導体として堆積物を形成する。
【００３３】
第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスは、流入口要素の付近にあり、かつ流入口要素から下流に実質的に層状の秩序立った流れで流れる間、実質的に互いに分離したままである。いくつかの要因がこの作用に寄与する。ディフューザ９０及び７６は、それらの間に略Ｖ字型の流路を画定し、そのような流路は、基礎入口１０４の下流に配置される。流路は、距離が基礎入口１０４から下流に離れるほどＹ水平方向に徐々に広がる。これにより、キャリアガス流１１５の秩序立った拡散が容易になり、それによって、実質的に層状のキャリアガス流が、ディフューザ７６及び９０の下流縁において優勢になる。第１の反応性ガス流１１１及び第２の反応性ガス流１１３は、ディフューザの下流縁においてこの流れ形態に導入され、したがって、同様の秩序立った層流で流れる傾向がある。さらに、キャリアガス流１１５は、第１の反応性ガス流１１１と第２の反応性ガス流１１３との間に実質的に完全な隔離をもたらす。言い換えれば、上流から下流の軸１６に対して横切る、水平面における経路は、第２の反応性ガス流１１３のうちの１つから隣接する第１の反応性ガス流１１１まで延在し、キャリアガス流１１５のうちの１つと交差する。これは、流入口要素の活性化領域、すなわちガス入口が存在する領域内に限られる、水平面に引かれるいかなる曲線に対しても当てはまる。第１の反応性ガス流と第２の反応性ガス流との間のこの実質的に完全な隔離により、ガス間の早期の反応が最小限になる。
【００３４】
第１のガス及び第２のガスの流れは、Ｘ方向に延在している中央面１０８を中心に対称ではない。ウェハキャリア及びウェハが固定されていた場合、これにより、ウェハキャリア及びウェハが第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスに不均一に露出する結果となる。たとえば、図７に概略的に示すように、ウェハキャリア１４が示されており、例示の目的で＋Ｘ方向に、すなわち図７の右を指しているキャリア上のマーカ１２０が提供されている。ウェハキャリアがこの向きのままであった場合、暗い縞として示す領域は、第１の反応性ガスによって大きく影響され、一方で明るい縞として示す領域は、第２の反応性ガスによってより大きく影響される。影響領域の同じパターンを図８に示すが、指標１２０が反対の方向すなわち−Ｘ方向を向くように、ウェハキャリア１４が中心軸１６を中心に１８０°回転している。図８の明るい縞及び暗い縞のパターンは、図７のパターンの逆である。したがって、ウェハキャリアが回転すると、ウェハキャリアの１つの向きにおいて第１のガスに大きく露出していた領域は、ウェハキャリアの反対の向きにおいて第２のガスに大きく露出することになる。ウェハキャリアが連続して回転すると、露出パターンは図９に示すように均一になる。
【００３５】
この構成において、細長い第１のガス分配要素６４（図２）のうちの１つに沿った各単位長は、第１のガスをウェハキャリア上の同じサイズの領域に供給する。同様に、細長い第２のガス分配要素６６（図２）のうちの１つに沿った各単位長は、第２のガスをウェハキャリアの同じサイズの領域に供給する。したがって、第１のガス分配要素６４のすべてが、それらの長さ全体に沿って単位長当り第１のガスの質量流量を同じにするように配置され、かつ、第２のガス分配要素６６のすべてが、それらの長さ全体に沿って単位長当り第２のガスの同じ質量流量を提供するように配置されている場合、ウェハキャリア上の第１のガス及び第２のガスの実質的に均一な束を提供することができる。単位長当りの第１のガスの質量流量は、望ましくは、各細長い横穴８４（図５）の長さ全体にわたって均一である。また、第２のガスの質量流量は、望ましくは、別個の入口ポート９２（図６）の列によって画定される各細長い入口の全長にわたって均一である。単位長当りの体積流量が異なるか又は第１のガス若しくは第２のガスの濃度が異なる、第１のガス入口の複数のゾーン又は第２のガス入口の複数のゾーンを提供する必要はない。これにより、システムの構成及び動作が大幅に簡略化する。さらに、そのような簡略化は、ガス入口の均一なアレイを提供するために一般に用いられる複雑な構造なしに提供される。各流入口要素６４又は６６の長さに沿って質量流量が均一であることを確実にするために、ボア７４又は９８を通る要素の長さに沿った流れ抵抗は、望ましくは、ボアから入口８４及び９２を通る流れ抵抗に比較して小さい。
【００３６】
図７及び図８に示す影響パターンは、単に例示のために提供される概略パターンであることが理解されるべきである。実際の実施では、下流に流れるガス自体が、軸を中心とする回転運動に流れ込む。ガスの回転運動により、ウェハキャリアの任意の所与の回転位置におけるガスへの露出パターンは、図７及び図８に示すパターンより均一になる傾向がある。
【００３７】
上述した構造及び動作方法を、本質的に任意のサイズの反応チャンバで利用することができる。構造を、たとえば、ウェハキャリアが約６００ｍｍ以上であり、活性化したガス放出領域がおよそ同じ寸法か又はそれを上回る流入口要素を有する反応器のように、比較的大きいサイズまで拡大することができる。さらに、流入口要素を容易に製造することができる。
【００３８】
上述した構造の多数の変形及び組合せを採用することができる。上述した構成の変形では、第１のガス分配要素６４を用いてキャリアガス流を供給することもでき、一方で、基礎入口１０４を用いて第１の反応性ガス流を供給することもでき、第２の分配要素を用いて第２の反応性ガスを供給することもできる。さらに他の変形では、３以上の反応性ガスを用いてもよい。たとえば、ガス分配要素は、互いに略平行に延在する第１のガス分配要素、第２のガス配要素及び第３のガス分配要素を含むこともできる。
【００３９】
図１０に示すさらなる変形では、ガス分配板２６０と流入口要素の上板２４０との間のガス空間２６２は、たとえばアンモニアのような第１の反応性ガス源に接続され、それにより、基礎入口２０４を通って板のガス分配要素間に噴出するガス流は、第１の反応性ガス流１１１となる。この実施形態では、板２６０を構成するガス分配要素２６６のすべてが、上述した第２のガス分配要素６６と同様に構成されている。したがって、第２の反応性ガス流１１３は、ディフューザのすべての縁において追加の入口２７４から噴出する。他の変形では、流入口要素のすべてが、上述した第１のガス分配要素６４で用いられるもののようなスリット状入口を有するように構成される。第１のガスと第２のガスとを分離するために別個のキャリアガス流が用いられない場合であっても、ディフューザによって促進される第１の反応性ガス１１１の平滑な層流内における、ディフューザの先端における第２の反応性ガス１１３の放出により、ガスの再循環及び流入口要素上の望ましくない副生成物の堆積に対し適切な再確認を行うことができる。
【００４０】
別の実施形態（図１１）では、各ガス分配要素は管状体２８６を有し、それは、その下流面で開放している穴２８７の列の形態で細長いガス入口を画定している。各細長いガス分配要素は、管状体の下流面に取り付けられた２つのディフューザ２８８を有し、それらは、細長い入口の両側に位置するようになっている。この場合もまた、ガス分配要素は、互いに取り付けられているが、それらの間に基礎入口２９０を画定するように互いから間隔を空けて配置されている。この実施形態では、基礎入口２９０と同様に、ガス分配要素において穴２８７の列によって画定される入口は、管状体２８６の下流面において反応チャンバに対して開放しており、それにより、入口のすべての開口部は同じ面に配置される。この構成では、ディフューザ２８８は、ガス分配要素によって画定される各入口２８７と、隣接する基礎入口２９０との間に配置される。この場合もまた、上板２４０とガス分配要素によって形成される複合板との間のガス空間２９２は、第１のガス源に接続される一方、ガス分配要素は、第２のガス源に接続され、それにより、第１のガス流１１１は基礎入口２９０から噴出し、第２のガス流１１３は、ガス分配要素によって画定される入口２８７から噴出する。この実施形態でも同様に、ディフューザによって促進される平滑な層流は、再循環及び堆積物形成を阻止する。この実施形態でも同様に、ディフューザに、冷却剤通路２８９が設けられることが望ましい。さらなる変形では、ガス分配要素によって画定される細長い入口のいくつか又はすべてが、穴の列ではなく溝穴であってもよい。この場合もまた、ガスは、第１のガス及び第２のガスに加えてキャリアガスを含むことができる。
【００４１】
さらに別の変形では、ガス分配板の下流面に取り付けられたディフューザを省略してもよい。さらに他の変形では、入口を除く複合板の下流面にわたって多孔性スクリーンを設けてもよい。さらに別の構成（図１２）では、管状ガス分配要素３６０が互いに当接した関係で並んで取り付けられ、たとえば溶接によって合わせて締結される。この構成では、ガス分配要素３６６によって形成されるガス分配板を通って延在する基礎入口がない。板３６０から下流に多孔性スクリーン３００が取り付けられ、さまざまなガス分配要素の入口３６４に、スクリーンを通って下流に延在する短い管が設けられる。キャリアガスを、複合板３６０とスクリーン３００との間の空間３６３内に導入することができ、それにより、キャリアガスがスクリーンを通って流れ、入口３６２から噴出している反応性ガス流の各々を包囲する。この実施形態では、個々のガス分配要素の底面に冷却流路３６７を設けてもよい。
【００４２】
上述した実施形態では、ガス分配板は、互いに接合された別個の細長いガス分配要素から形成されている。しかしながら、ガス分配板を、上述したものに類似する細長い入口を画定する１つ以上の単一板から形成することもできる。
【００４３】
上述した実施形態では、細長いガス入口は直線状である。しかしながら、これは必須ではない。たとえば、図１３の実施形態では、実線によって概略的に表す各細長い第１のガス入口４６４はジグザグパターンで延在している。したがって、そのような入口各々は、概してＸ方向に、Ｙ方向にわずかに偏向して延在する。概略的に破線で表す細長い第２のガス入口４６６は同様のジグザグパターンで延在している。基礎入口（図示せず）もまた同様のジグザグ形態とすることができる。この構成でも同様に、第１のガス入口及び第２のガス入口は、概して互いに平行に延在している。しかしながら、細長いガス入口の各々は、依然として概してＸ方向に延在している。言い換えれば、Ｘ方向におけるガス入口の任意の実質的な広がりＥｘにわたり、Ｙ方向におけるそのような入口の広がりＥｙは、Ｅｘに比較して小さい。さらなる変形（図１４）では、細長いガス入口５６４及び５６６は、直線ではなく弧の形態である。この場合もまた、ガス入口は、概してＸ方向に延在している。
【００４４】
上述した実施形態では、各細長いガス入口は、その長さ全体に沿って単位長当り同じ質量流量の反応性ガスを提供する。変形では、単位長当りの反応性ガスの質量流量は、細長いガス入口の長さに沿って累進的に変化してもよい。これは、たとえば、特定の細長いガス分配要素が、一端のみにおいてガス混合物を受け取り、その長さに沿った流れに対して相当の抵抗を有する場合に行われる可能性がある。図１５は、そのような細長い入口から流れ出る第１の反応性ガスの影響パターン６０１ａを概略的に示す。この場合、特定の入口からの反応性ガスの質量流量は、入口の長さに沿って＋Ｘ方向に累進的に減少する。したがって、ガスによって影響を受けるウェハキャリア上の領域の幅を、＋Ｘ方向に減少するものとして示す。図１５の構成では、第２の反応性ガス入口６０６は、反対の−Ｘ方向に減少する質量流量を有している。中心軸を中心とするウェハの回転は、影響パターンの差を相殺する。たとえば、影響パターン６０１ａの部分６０３と位置合せされるウェハの部分は、ウェハキャリアが半回転するときに部分６０５に位置合せされる。さらなる別の構成では、第１のガス入口の交互のものが、反対のＸ方向に減少する、質量流量、したがって影響パターンを有することができる。第２のガス入口は同様の構成を有することができる。
【００４５】
上述した実施形態では、第１のガス入口及び第２のガス入口は、等しい数で設けられ、Ｙ方向に１：１の交互の順序で配置されている。しかしながら、これは必須ではない。たとえば、第２のガス入口の各対の間に、２、３又はそれより多い細長い第１のガス入口を設けてもよい。
【００４６】
また、Ｘ方向に延在する中央面を中心とする正確な非対称配置で細長いガス入口を配置することは必須ではない。対称配置を含むまで、この配置から外れた配置を用いることができる。また、上述した実施形態では、細長いガス入口を画定する板は、細長い管状ガス分配要素を含む。しかしながら、細長いガス入口を、たとえば、適切なガス分配流路又は入口と連通するチャンバを有する１つ以上の一体板のような他の構造によって提供することもできる。
【００４７】
本発明のさらなる実施形態による化学気相成長装置（図１６）は、概して中心軸７１６を中心とする中空の回転体の形態である反応チャンバ７１０を有している。図１を参照して上述した実施形態と同様に、本装置は、中心軸７１６を中心として回転するようにウェハキャリア（図示せず）を支持するように適合されたスピンドル（図示せず）等の支持体を有している。この実施形態では、流入口要素７２２は、図１６において概略的に実線によって表す第１のガス入口７６４と、点線によって概略的に表す第２のガス入口７６６とを画定している。第１のガス入口は、たとえば、ＩＩＩ族元素を含むガス混合物のような第１の反応性ガスのガス源に接続されており、第２のガス入口は、Ｖ族元素を含むガス混合物等、第１のガスと反応する第２のガスのガス源に接続されている。ガス入口はまた、図１６において点線として概略的に示す第３のガス入口７６８も有している。第３のガス入口は、キャリアガス源に接続されており、キャリアガスは、チャンバ内で優勢な条件の下で第１のガス及び第２のガスと実質的に反応しない。
【００４８】
第１のガス入口は、中心軸７１６から第１の半径Ｒ１を有するガス分配面の領域内にのみ延在している。言い換えれば、第１のガス入口は、中心軸から第１の半径Ｒ１まで延在している。第２のガス入口は、中心軸から、この実施形態では第１の半径Ｒ１に等しい第２の半径Ｒ２まで延在している。第３のガス入口は、第１の半径及び第２の半径より大きい、したがってＲ１及びＲ２より大きい半径Ｒ３まで延在している。図示する特定の例では、半径Ｒ３は、ガス分配面における反応チャンバの内径に等しいか又はそれよりわずかに小さい。第１の半径Ｒ１及び第２の半径Ｒ２は、ウェハキャリアの半径におよそ等くすることもできる。
【００４９】
動作時、第１のガス入口及び第２のガス入口から噴出するガスは、ウェハキャリアまで下流に（図１６において軸７１６に沿って見ている人に向かう方向に）流れ、化学気相成長反応又はキャリアに支持されるウェハの他の処置に関与する。第１の半径Ｒ１及び第２の半径Ｒ２内の領域において、第３のガス入口から噴出するキャリアガスは、第１のガス流と第２のガス流との間を下流に流れ、上述したように、これら流れの間で、流入口要素からウェハまでの距離の少なくとも一部にわたり分離を維持する。第１のガス入口及び第２のガス入口によって占有される領域の外側の間隙領域Ｇにおいて、第３のガス入口から噴出するキャリアガスは、第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスをチャンバ７１０の壁から隔離して維持するカーテンを形成する。これにより、チャンバ壁上の反応生成物の堆積が最小限になる。特に、ガスの再循環が、流入口要素７２２が反応器壁と接合するチャンバの上流端で発生する可能性がある。図１６に示す構成により、いかなる再循環ガスも、本質的にキャリアガスから構成され、したがって、反応器壁又は流入口要素上に堆積物を形成する傾向がない。
【００５０】
さらに、間隙領域Ｇにおいて第１の入口及び第２の入口を省略することにより、ウェハキャリアに向かう反応物質の所与の束を維持するために必要な第１の反応ガス及び第２の反応ガスの全流量が低減する。言い換えれば、第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスは、間隙領域Ｇに提供された場合、ウェハに決して突き当たることなく、ウェハキャリアの外側の周囲を単純に通過する。この無駄をなくすことにより、プロセスで用いられる反応ガスのコストが低減し、また無駄な反応ガスの排出も低減する。
【００５１】
図１６に示す構成を変更することもできる。たとえば、第１の半径Ｒ１及び第２の半径Ｒ２は、互いに異なることもできる。これら半径のうちの１つを、第３の半径Ｒ３程度に大きくすることもでき、又はさらにはそれより大きくすることもできる。そのような構成では、反応器壁に隣接するガスのカーテンは、キャリアガスと、反応ガスのうちの一方のみとを含む。そのようなカーテンは、チャンバ壁における堆積を抑制するには依然として有効である。第１のガス入口と第２のガス入口との間に第３のガス入口を設けることは必須ではない。たとえば、第３のガス入口を、間隙領域Ｇのみに設けることもできる。また、図１６ではガス入口を平行な列で配置されるように示すが、他の構造を用いることも可能である。たとえば、第１のガス入口を、「欄（field）」又は連続領域の形態とすることができ、第２のガス入口を、１つ以上の半径方向の列の形態とすることができる。
【００５２】
上述した特徴のこれら及び他の変形及び組合せを、本発明から逸脱することなく利用することができるため、好ましい実施形態の上述した説明を、本発明の限定としてではなく単に例示として解釈するべきである。
【産業上の利用の可能性】
【００５３】
本発明を、たとえば半導体デバイスの製造に適用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、化学気相成長方法及び化学気相成長装置に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００８年１２月４日に出願された米国仮特許出願第６１／２０１，０７４号の出願日の利益を主張し、その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００３】
化学気相成長は、化学種を含む一種以上のガスを、通常平坦なウェハである基板の表面上に向け、それにより反応種が反応し表面上に堆積物を形成することを伴う。たとえば、結晶ウェハ上の半導体材料のエピタキシャル成長により、化合物半導体を形成することができる。ＩＩＩ−Ｖ族半導体と呼ばれる半導体は、一般に、ガリウム、インジウム、アルミニウム及びそれらの組合せ等のＩＩＩ族金属源と、水素化物の一種若しくは複数種等のＶ族元素源、又はＮＨ３、ＡｓＨ３若しくはＰＨ３、又はテトラメチルアンチモン等のＳｂ有機金属等のＶ族元素の一種若しくは複数種のＶ族元素源とを用いて形成される。これらのプロセスにおいて、サファイアウェハ等のウェハの表面で、ガスは互いに反応し、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌＺＮＡＡｓＢＰＣＳｂＤのＩＩＩ−Ｖ族化合物を形成する。ここで、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝およそ１であり、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＝およそ１であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの各々は０と１との間とすることができる。場合によっては、他のＩＩＩ族金属のうちのいくつか又はすべての代りにビスマスを使用することもできる。
【０００４】
一般に「ハロゲン化物」又は「塩化物」プロセスと呼ばれるいくつかのプロセスでは、ＩＩＩ族金属源は、一種以上の金属の揮発性ハロゲン化物、最も一般的にはＧａＣｌ２等の塩化物である。一般に有機金属化学気相成長すなわち「ＭＯＣＶＤ」と呼ばれる別のプロセスでは、ＩＩＩ族金属源は、たとえば金属アルキルのようなＩＩＩ族金属の有機化合物である。
【０００５】
化学気相成長において広く採用されてきた装置の一形態は、垂直軸を中心に回転するように反応チャンバ内に取り付けられたディスク状ウェハキャリアを有する。ウェハは、その表面がチャンバ内で上流に向くようにキャリアに保持される。キャリアが軸を中心に回転すると、反応性ガスが、キャリアの上流の流入口要素から反応チャンバ内に導入される。流動ガスは、キャリア及びウェハに向かって下流に、望ましくは層状栓流で流れる。ガスが回転するキャリアに近づくと、粘性抵抗がガスを推進して、軸を中心に回転させ、それにより、キャリアの表面近くの境界領域において、ガスが軸を中心にかつキャリアの外周に向かって外側に流れる。ガスは、キャリアの外縁を越えて流れる際、キャリアの下方に配置された排気ポートに向かって下方に流れる。最も一般的には、このプロセスは、連続した種々のガス組成で、かつ場合によっては種々のウェハ温度で行われ、所望の半導体デバイスを形成する必要に応じて種々の組成を有する半導体の複数の層を堆積させる。単に例として、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）及びダイオードレーザの形成では、種々の比率のＧａ及びＩｎを有するＩＩＩ−Ｖ族半導体の層を堆積させることによって多重量子ウェル（「ＭＱＷ」）構造を形成することができる。各層は、およそ数１０オングストロームの厚さ、すなわち数個の原子層とすることができる。
【０００６】
この種の装置は、キャリアの表面にわたりかつウェハの表面にわたり、反応性ガスの安定したかつ規則正しい流れを提供することができ、それにより、キャリア上のウェハのすべて及び各ウェハのすべての領域が、実質的に均一な状態に晒される。これにより、ウェハ上の材料の均一な堆積が促進される。そのような均一性は重要であり、それは、ウェハ上に堆積された材料の層の組成及び厚さのわずかな差であっても、その結果生成されるデバイスの特性に影響を与える可能性があるためである。
【０００７】
本技術分野において、この種の装置で用いられる流入口要素の開発に対して、これまで多大な努力がなされてきた。一般に、流入口要素は、サイズがウェハキャリアとおよそ等しい、活性化したガス放出領域にわたって分散している反応性ガスのための入口を有している。これら流入口要素のいくつかは、Ｖ族水素化物の混合物等の第１の反応性ガスを移送し、他のものは、金属アルキル及びキャリアガスの混合物等の第２の反応性ガスを移送する。これらの入口は、回転軸に対して平行に延在している管として形成される場合があり、流入口要素の下方に向いているか又は下流の面の上に分散されている。これまで、入口を対称的なパターンで配置することに対して、多大な努力がなされてきた。通常、第１のガス入口は、ウェハキャリアの回転軸を中心に半径対称であるか、又は回転軸において互いに交差する少なくとも２つの垂直な対称面を有するパターンで設けられる。第２のガス入口は、第１のガス入口が間に点在している、同様に対称的なパターンで設けられていた。流入口要素は、一般に、ガスを管状入口に通す複雑な流路構造を組み込んでいる。さらに、ウェハは、通常、たとえば約５００℃〜約１２００℃のような高温で維持されるため、流入口要素に冷却剤流路を設けなければならない。冷却剤流路は、水又は他の液体の循環流を移送し、したがって、ガスの早期反応を制限するか又は防止するように、流入口要素の温度を比較的低く維持する。たとえば、開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする特許文献１に開示されているように、流入口要素に、反応種のないキャリアガスの流れを排出する追加の構造が設けられる場合もある。
【０００８】
キャリアガス流は、反応性ガスが流入口要素の付近にある間に、ガス流を互いに分離する。ガスは、流入口要素から離れるまで互いに混合しない。さらに、キャリアガス流を排出することにより、流入口要素から出る反応性ガスの再循環が制限されるか又は防止される。したがって、反応性ガスは、流入口要素に望ましくない堆積物を形成する傾向がない。たとえば、開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする、本願と同じ譲受人に譲渡された特許文献２に記載されているように、流入口要素の表面から下流に突出してガス流を誘導するブレード状ディフューザを設けることにより、流入口要素の付近における排出されたガスの再循環を低減することができる。
【０００９】
通常、入口は、流入口要素の活性化領域全体、すなわち入口が配置されている領域全体にわたり、流入口要素から離れる方向に均一な流速を提供するように、構成されかつ配置されている。場合によっては、特定のガスに対するガス入口を、２つ以上のゾーンに、たとえば回転軸の近くの第１のゾーン及び軸から遠い第２のゾーンとして分割することができる。これら２つのゾーンに別個のガス流路を設けてもよく、それにより、第１のガスの流速を、２つの領域において独立して制御することができる。たとえば、１つの一般的な配置では、Ｖ族水素化物等の第１のガスに対する入口は、流入口表面の大部分を覆うアレイで配置され、一方で、ＩＩＩ族アルキル等の第２のガスに対する入口は、中心軸に対して略半径方向に延在する１つ以上の狭いストリップで配置される。そのようなシステムでは、軸から遠くに配置されるストリップの一部は、ウェハキャリアの比較的面積の広いリング状部分に第２のガスを供給し、一方で、同じストリップの軸に近い部分は、ウェハキャリアのより面積の狭いリング状部分にガスを供給する。ウェハキャリアの単位面積につき等しい第２のガスの束を提供するために、ストリップに沿った単位長につき第２のガスの不均等な排出速度を提供するように、第２のガス入口を区画することが一般的であった。たとえば、軸の近くの入口に、第２のガスの濃度が比較的低いガス混合物を提供してもよく、一方で、軸から離れた入口に対し、より高濃度のガス混合物を提供してもよい。そのような区画化により、システムに複雑性が加わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００２１５７４号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０１７３７３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように開発されてきたにも関らず、依然としてさらなる改善が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、化学気相成長反応器を提供する。本発明のこの態様による反応器は、望ましくは、上流方向及び下流方向を有する反応チャンバを有し、同様に望ましくは、上流方向及び下流方向に延在する軸を中心に回転するように、反応チャンバ内のキャリア位置にウェハキャリアを支持するように適合されたキャリア支持体も有する。本発明のこの態様による反応器は、好ましくは、キャリア位置の上流でチャンバに取り付けられた流入口要素を有し、それは、互いに垂直であると共に上流方向に対して垂直なＸ水平方向及びＹ水平方向に延在するガス分配面を有する。
【００１３】
流入口要素は、好ましくは、ガスをチャンバ内に排出する複数の細長いガス入口を有し、細長いガス入口は、互いに平行にかつガス分配面をＸ水平方向に横切って延在する。細長い入口は、望ましくは、反応器のＹ方向中央面を横切って延在し、ガス分配面の主要部分を横切って延在してもよい。たとえば、細長い入口は、ガス分配面全体を実質的に覆うこともでき、又はウェハキャリアの面積におよそ等しい面積を覆うこともできる。細長いガス入口は、好ましくは、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と、第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口とを有し、第１のガス入口は、Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置され、第２のガス入口は、Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置されると共に、第１のガス入口が間に点在している。
【００１４】
流入口を、Ｘ水平方向に延在する反応器の中央面を中心に対称でないパターンで配置することができる。パターンは、そのような中央面を中心に反対称とすることもできる。すなわち、Ｘ方向中央面の一方の側への正のＹ距離に配置された任意の第１のガス入口に対し、第２のガス入口が、Ｘ方向中央面の反対側への対応する負のＹ距離に配置される。
【００１５】
本発明のさらなる他の態様は、気相成長方法及び気相成長反応器で用いられる流入口要素を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による堆積装置を示す概略断面図である。
【図２】図１の装置で用いられる構成要素の概略平面図である。
【図３】図２における線３−３に沿って取り出された概略断面図である。
【図４】図２及び図３の要素におけるいくつかの構造を示す概略部分断面斜視図である。
【図５】図４に示す構造の一部の拡大尺の概略部分断面図である。
【図６】図５と同様であるが、図４に示す構造のさらなる部分を示す図である。
【図７】図１〜図６の装置で達成されたウェハキャリア上のガス分布の概略図である。
【図８】図１〜図６の装置で達成されたウェハキャリア上のガス分布の概略図である。
【図９】図１〜図６の装置で達成されたウェハキャリア上のガス分布の概略図である。
【図１０】図４と同様であるが、本発明のさらなる実施形態による装置の部分を示す図である。
【図１１】図４と同様であるが、本発明のさらに別の実施形態による装置を示すさらなる図である。
【図１２】図２と同様であるが、本発明のさらに別の実施形態による装置の部分を示す図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態で用いられる構成要素の概略断面図である。
【図１４】本発明のさらに別の実施形態で用いられる構成要素の概略断面図である。
【図１５】本発明のさらに別の実施形態で用いられる構成要素の概略断面図である。
【図１６】本発明のさらに別の実施形態で用いられる構成要素の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態による反応器（図１）は反応チャンバ１０を有し、その壁の内面１１は実質的に、中心軸１６を中心とする回転面の形態である。反応器の壁は、反応器の上流端に隣接する先細り部分１３を有することができ、また可動フープ状部分１７を有することもできる。軸１６を中心に回転するようにチャンバにスピンドル１２が取り付けられている。スピンドルには、ディスク状のウェハキャリア１４が取り付けられている。ウェハキャリア１４は、ウェハ１８等、１つ以上の基板を、ウェハの表面２０が軸に沿って上流方向Ｕに向くように保持するように配置されている。可動壁部分１７は、システムが図示するように動作状態であるとき、ウェハキャリア１４の周囲に延在するシャッタを形成する。シャッタを、システムをロード及びアンロードするためにポートを開放するように軸方向に移動させることができる。通常、ウェハキャリア１４は、スピンドルに脱着可能に取り付けられており、それにより、システムを、ウェハキャリアを取り除くことによってアンロードし、新たなウェハキャリアを挿入することによって再ロードすることができる。
【００１８】
ウェハキャリア及びウェハを加熱するために、反応器内に電気抵抗ヒータ等のヒータ１５が設けられている。また、反応チャンバの下流端には排気系１９が接続されている。
【００１９】
装置の上述した特徴は、ニューヨーク州プレーンビュー（Plainview, New York）のVeeco Instruments, Inc.社により登録商標「ＴｕｒｂｏＤｉｓｃ」及び「Ｇａｎｚｉｌｌａ」で販売されている反応器で用いられるものと同様のものとすることができる。
【００２０】
反応チャンバの上流端には、流入口要素２２が設けられている。流入口要素の下流面２４は、ウェハキャリア及びウェハに向かって下流方向に向いている。流入口要素は、通常、Ｎ２又はＨ２等のキャリアガスと混合されている、Ｖ族水素化物等の第１の反応性ガス源３０に接続されている。流入口要素はまた、同様に通常はキャリアガスと混合されている、金属アルキル等の第２の反応性ガス源２６にも接続されている。さらに、流入口要素は、いかなる反応性ガスとも混合されていないＮ２又はＨ２等のキャリアガス源３２と、冷却剤循環装置３３とに接続されている。
【００２１】
図２及び図３に最もよく示すように、流入口要素２２は、下流に向いた面４２を有する上板４０と、下流面４２から下流に突出している環状マニホルド４４とを有している。マニホルド４４は、内部バッフル４６（図２）によって、第１のガス部分４８及び第２のガス部分５０に細分化されている。第１のガス部分４８及び第２のガス部分５０は、概して、中央面５２の両側に位置しており、中央面５２は、反応器を通って延在すると共に反応器の軸１６を組み込んでいる。第１のガス部分４８は、第１の反応性ガス源３０に接続されており、第２のガス部分５０は、第２の反応性ガス源２６に接続されている（図１）。これらの接続を、上板４０を通って下方に延在するボアを通して確立することができる。ガスマニホルド４４から下流に、環状の冷却剤流路が設けられている。冷却剤流路は、中央面５２の一方の側に配置された冷却剤入口部分５４と、中央面５２の反対側に配置された冷却剤出口部５６とに細分化されている。
【００２２】
冷却剤入口部分及び冷却剤出口部分は、マニホルドの部分４８及び５０を通って延在している導管（図示せず）によって冷却剤循環装置３３（図１）に接続されている。
【００２３】
上板４０から下流にガス分配板６０が配置されており、それにより、板６０及び４０は、協働してそれらの間にガス分配チャンバ６２を画定する。ガス分配チャンバ６２は、キャリアガス源３２（図１）と連通しているが、マニホルドの第１のガス部分又は第２のガス部分とは連通していない。
【００２４】
図４に最もよく示すように、板６０は、互いに平行に延在する多数の細長い管状ガス分配要素６４及び６６から形成されている。細長い要素６４及び６６の伸長方向を、任意に、「＋Ｘ」方向と呼ぶ。この方向は、上流方向及び下流方向に対して垂直であると共に、チャンバ（図１）の軸１６に対して垂直な方向である。細長い要素は、「＋Ｙ方向」において互いにずれており、「＋Ｙ方向」もまた軸１６に対して垂直であると共に、＋Ｘ方向に対して垂直である。
【００２５】
軸１６が通常（但し必須ではない）、通常の重力基準面において垂直に延在するため、Ｘ方向及びＹ方向を含む、軸１６に対して垂直な方向を、本明細書では「水平」方向と呼ぶ。また、軸に対して垂直な面を、本明細書では水平面と呼ぶ。したがって、上板４０及び分配板６０は共に水平面に延在している。また、従来のデカルト座標系のように、＋Ｘ方向と反対の水平方向を、本明細書では−Ｘ方向と呼び、＋Ｙ方向と反対の方向を、本明細書では−Ｙ方向と呼ぶ。軸１６に対して平行な上流方向Ｕ及び下流方向Ｄは、デカルト座標系の第３の方向、すなわちＺ方向を構成する。
【００２６】
管状の要素６４を、本明細書では第１のガス分配要素と呼ぶ。したがって図５に示すように、各第１のガス分配要素は、開口部のない上流壁６８、開口部のない側壁７０及び下流壁７２を有する略矩形管状体を組み込んでいる。壁６８、７０及び７２は、協働して内部ボア７４を画定する。下流壁７２には、細長い溝穴７６の形態の開口部が内部を通って延在している。溝穴７６は、第１のガス要素６４に沿って縦方向に（Ｘ方向に）延在している。
【００２７】
下流壁７２に細長いディフューザ７８が取り付けられており、それは、第１のガス分配要素６４に沿って縦方向に延在している。ディフューザ７８は、概して、三角柱の形態である。ディフューザは、２つの部分８０から形成されており、それらの各々は、ディフューザ内で縦方向に、すなわちＸ方向に延在している通路８２を組み込んでいる。部分８０は、管状の要素の下流壁７２に背面取付されている。ディフューザ８０は、全体として、概して細長い三角柱の形態である。ディフューザ幅、すなわちＹ方向における寸法は、下流方向Ｄにおける距離が管状の要素から離れるに従い低減する。通路又は追加のガス入口８４が、管状の要素からディフューザ７８を通って、ディフューザの管状の要素から遠い縁、すなわちディフューザの下流縁まで延在している。通路又は入口８４は、ディフューザの２つの背面合せされた三角形部分８０によって画定された細長い溝穴の形態である。通路８４は、溝穴７６と連通し、したがって、第１のガス分配要素６４の長さに沿って管状の要素の内部ボア７４と連通している。
【００２８】
本明細書では第２のガス分配要素と呼ぶ要素６６は、第１のガス要素６４と同一であるが、第２のガス分配要素の各々（図６）の下流壁８６には、第１のガス分配要素の溝穴７６の代りに、その長さに沿って一連の穴８８が配置されている。同様に、第２のガス分配要素各々のディフューザ９０は、一連の小さい管状入口ポート９２を有し、それらのうちの１つが、図６において、ディフューザを通って延在し穴８８と連通しているのが見える。通路又は入口ポート９２の各々は、ディフューザ９０の下流縁において開放している。ここでまた、各管状の要素は上流壁９６及び側壁９４を有し、それにより、下流壁８６並びに他の壁９４及び９６が協働して、要素内を縦方向に延在する内部ボア９８を画定する。ここでもまた、各ディフューザは、冷却剤通路１００を有しており、それもまた縦方向に延在している。要素６６の長さに沿って設けられている多数の個々の入口９２は、協働して、細長い入口を画定している。したがって、本開示で用いるように、細長い入口に言及する場合、それは、要素６４の溝穴７６等の細長い単一の溝穴を含むと共に、一列に配置された複数の個々の入口から形成される細長い入口も含むものと理解されるべきである。
【００２９】
図４に示すように、第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、並んで配置され、相互に隣接する要素の側壁９４及び７０間に延在している溶接部１０２による等、互いに機械的に取り付けられている。要素の上流壁９４及び６８は、協働して板６０の上流面を画定し、下流壁７２及び８６は、協働して板の下流面を画定する。溶接部１０２は、要素の長さに沿って、間隔が空けられた位置にのみ配置されている。したがって、本明細書において「基礎」入口と呼ぶ溝穴状の入口開口部１０４は、板を通してその上流面からその下流面まで、隣接するガス分配要素６４及び６６の間を延在している。ガス分配板６０の上流面は、板６０と上板４０との間の空間６２に面している。
【００３０】
図２及び図３に最もよく示すように、複合板６０は、マニホルド４４に取り付けられ、マニホルドによって包囲される円形領域を横切って完全に延在している。したがって、板６０は、本明細書では流入口要素の活性化領域又はガス放出領域と呼ぶ円形領域を完全に占有する。この円形領域は、軸１６と同軸である。第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、Ｘ水平方向に、すなわち同様にＸ方向に延在する中央面１０８に対して平行な方向に延在する。第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、物理的に第１のガス部分４８と第２のガス部分５０との間に延在し、たとえば溶接等によって、両部分に機械的に接続されている。しかしながら、第１のガス分配要素６４の内部ボアは、第１のガス部分４８にのみ連通しており、第２のガス分配要素６６の内部ボアは、第２のガス部分５０にのみ連通している。ディフューザ７８、９０に組み込まれた冷却剤流路８２、１００（図５及び図６）は、両端部において開放しており、冷却剤入口部分５４及び冷却剤出口部分５６（図３）に接続されている。
【００３１】
図２に最もよく示すように、個々のガス分配要素６４及び６６の各々は、Ｘ方向に対して垂直に延在している中央面５２を横切って、Ｘ方向に延在している。個々のガス分配要素によって画定される細長い入口もまた、中央面５２を横切って延在している。この実施形態では、各ガス分配要素と各ガス分配要素によって画定される細長い入口とは、流入口要素の活性化ガス分配領域の実質的に範囲全体を横切って延在している。第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、Ｘ方向に延在している中央面１０８に対して対称的には配置されていない。むしろ、第１のガス分配要素６４及び第２のガス分配要素６６は、中央面１０８に対して反対称又は負対称（negative-symmetry）パターン内に配置されている。すなわち、中央面１０８から正の差すなわち＋Ｙの差で配置されている第１のガス分配要素６４各々に対し、第２のガス分配要素６６が、中央面１０８から対応する−Ｙの距離に配置されている。たとえば、第１のガス分配要素６４ａは、中央面１０８から距離＋Ｙａに配置されている。第２のガス分配要素６６ａは、同じ中央面から等しい大きさの対応する負の距離−Ｙａに配置されている。各ガス分配要素までの距離は、たとえば溝穴状入口８４（図６）の長手方向中心線又は穴９２（図６）の列の長手方向中心線のような要素によって画定された、入口の長手方向中心線まで測定される。図２の説明において、ガス分配要素間の空間すなわち基礎ガス入口１０４は、例示を明確にするために省略している。
【００３２】
動作時、Ｈ２、Ｎ２又は両方等の一種以上のキャリアガスと混合されている、アンモニア又は他のＶ族水素化物の混合物等の第１の反応性ガスが、マニホルドの第１のガス部分４８を通って供給され、第１のガス分配要素６４の長手方向ボア７４（図５）内に流れ込む。したがって、第１の反応性ガスは、第１のガス分配要素６４及び関連するディフューザ７８によって画定される入口８４から、一連の細長いカーテン状のガス流１１１（図４）として噴出する。同様に、キャリアガスと混合されている金属アルキル等の第２の反応性ガスは、マニホルドの第２のガス部分５０（図２）を通して供給され、第２のガス分配要素６６の内部ボア９８（図６）を通過する。したがって、第２のガスは、第２のガス分配要素及び関連するディフューザによって画定される入口９２から流れ１１３の列（図４）として噴出する。これらガス流１１３の列は、第１のガス流１１１の間に点在する。Ｈ２、Ｎ２又はその混合物等のキャリアガスは、キャリアガス空間６２内に導入され、板を構成しているガス分配要素６４及び６６間に画定された空間すなわち基礎開口部１０４を通過する。したがって、キャリアガスは、第１の反応性ガス流１１１各々と第２の反応性ガス流１１３の隣接する列との間に挿入されたカーテン状の流れ１１５として噴出する。ガス流は、ウェハキャリア１４及びウェハ１８の付近まで下流に移動し、それらの付近で、ウェハキャリア及びウェハの回転運動による回転流内に押し流される。第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスは、ウェハ表面において互いに反応して、たとえばＩＩＩ−Ｖ族半導体として堆積物を形成する。
【００３３】
第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスは、流入口要素の付近にあり、かつ流入口要素から下流に実質的に層状の秩序立った流れで流れる間、実質的に互いに分離したままである。いくつかの要因がこの作用に寄与する。ディフューザ９０及び７６は、それらの間に略Ｖ字型の流路を画定し、そのような流路は、基礎入口１０４の下流に配置される。流路は、距離が基礎入口１０４から下流に離れるほどＹ水平方向に徐々に広がる。これにより、キャリアガス流１１５の秩序立った拡散が容易になり、それによって、実質的に層状のキャリアガス流が、ディフューザ７６及び９０の下流縁において優勢になる。第１の反応性ガス流１１１及び第２の反応性ガス流１１３は、ディフューザの下流縁においてこの流れ形態に導入され、したがって、同様の秩序立った層流で流れる傾向がある。さらに、キャリアガス流１１５は、第１の反応性ガス流１１１と第２の反応性ガス流１１３との間に実質的に完全な隔離をもたらす。言い換えれば、上流から下流の軸１６に対して横切る、水平面における経路は、第２の反応性ガス流１１３のうちの１つから隣接する第１の反応性ガス流１１１まで延在し、キャリアガス流１１５のうちの１つと交差する。これは、流入口要素の活性化領域、すなわちガス入口が存在する領域内に限られる、水平面に引かれるいかなる曲線に対しても当てはまる。第１の反応性ガス流と第２の反応性ガス流との間のこの実質的に完全な隔離により、ガス間の早期の反応が最小限になる。
【００３４】
第１のガス及び第２のガスの流れは、Ｘ方向に延在している中央面１０８を中心に対称ではない。ウェハキャリア及びウェハが固定されていた場合、これにより、ウェハキャリア及びウェハが第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスに不均一に露出する結果となる。たとえば、図７に概略的に示すように、ウェハキャリア１４が示されており、例示の目的で＋Ｘ方向に、すなわち図７の右を指しているキャリア上のマーカ１２０が提供されている。ウェハキャリアがこの向きのままであった場合、暗い縞として示す領域は、第１の反応性ガスによって大きく影響され、一方で明るい縞として示す領域は、第２の反応性ガスによってより大きく影響される。影響領域の同じパターンを図８に示すが、指標１２０が反対の方向すなわち−Ｘ方向を向くように、ウェハキャリア１４が中心軸１６を中心に１８０°回転している。図８の明るい縞及び暗い縞のパターンは、図７のパターンの逆である。したがって、ウェハキャリアが回転すると、ウェハキャリアの１つの向きにおいて第１のガスに大きく露出していた領域は、ウェハキャリアの反対の向きにおいて第２のガスに大きく露出することになる。ウェハキャリアが連続して回転すると、露出パターンは図９に示すように均一になる。
【００３５】
この構成において、細長い第１のガス分配要素６４（図２）のうちの１つに沿った各単位長は、第１のガスをウェハキャリア上の同じサイズの領域に供給する。同様に、細長い第２のガス分配要素６６（図２）のうちの１つに沿った各単位長は、第２のガスをウェハキャリアの同じサイズの領域に供給する。したがって、第１のガス分配要素６４のすべてが、それらの長さ全体に沿って単位長当り第１のガスの質量流量を同じにするように配置され、かつ、第２のガス分配要素６６のすべてが、それらの長さ全体に沿って単位長当り第２のガスの同じ質量流量を提供するように配置されている場合、ウェハキャリア上の第１のガス及び第２のガスの実質的に均一な束を提供することができる。単位長当りの第１のガスの質量流量は、望ましくは、各細長い横穴８４（図５）の長さ全体にわたって均一である。また、第２のガスの質量流量は、望ましくは、別個の入口ポート９２（図６）の列によって画定される各細長い入口の全長にわたって均一である。単位長当りの体積流量が異なるか又は第１のガス若しくは第２のガスの濃度が異なる、第１のガス入口の複数のゾーン又は第２のガス入口の複数のゾーンを提供する必要はない。これにより、システムの構成及び動作が大幅に簡略化する。さらに、そのような簡略化は、ガス入口の均一なアレイを提供するために一般に用いられる複雑な構造なしに提供される。各流入口要素６４又は６６の長さに沿って質量流量が均一であることを確実にするために、ボア７４又は９８を通る要素の長さに沿った流れ抵抗は、望ましくは、ボアから入口８４及び９２を通る流れ抵抗に比較して小さい。
【００３６】
図７及び図８に示す影響パターンは、単に例示のために提供される概略パターンであることが理解されるべきである。実際の実施では、下流に流れるガス自体が、軸を中心とする回転運動に流れ込む。ガスの回転運動により、ウェハキャリアの任意の所与の回転位置におけるガスへの露出パターンは、図７及び図８に示すパターンより均一になる傾向がある。
【００３７】
上述した構造及び動作方法を、本質的に任意のサイズの反応チャンバで利用することができる。構造を、たとえば、ウェハキャリアが約６００ｍｍ以上であり、活性化したガス放出領域がおよそ同じ寸法か又はそれを上回る流入口要素を有する反応器のように、比較的大きいサイズまで拡大することができる。さらに、流入口要素を容易に製造することができる。
【００３８】
上述した構造の多数の変形及び組合せを採用することができる。上述した構成の変形では、第１のガス分配要素６４を用いてキャリアガス流を供給することもでき、一方で、基礎入口１０４を用いて第１の反応性ガス流を供給することもでき、第２の分配要素を用いて第２の反応性ガスを供給することもできる。さらに他の変形では、３以上の反応性ガスを用いてもよい。たとえば、ガス分配要素は、互いに略平行に延在する第１のガス分配要素、第２のガス配要素及び第３のガス分配要素を含むこともできる。
【００３９】
図１０に示すさらなる変形では、ガス分配板２６０と流入口要素の上板２４０との間のガス空間２６２は、たとえばアンモニアのような第１の反応性ガス源に接続され、それにより、基礎入口２０４を通って板のガス分配要素間に噴出するガス流は、第１の反応性ガス流１１１となる。この実施形態では、板２６０を構成するガス分配要素２６６のすべてが、上述した第２のガス分配要素６６と同様に構成されている。したがって、第２の反応性ガス流１１３は、ディフューザのすべての縁において追加の入口２７４から噴出する。他の変形では、流入口要素のすべてが、上述した第１のガス分配要素６４で用いられるもののようなスリット状入口を有するように構成される。第１のガスと第２のガスとを分離するために別個のキャリアガス流が用いられない場合であっても、ディフューザによって促進される第１の反応性ガス１１１の平滑な層流内における、ディフューザの先端における第２の反応性ガス１１３の放出により、ガスの再循環及び流入口要素上の望ましくない副生成物の堆積に対し適切な再確認を行うことができる。
【００４０】
別の実施形態（図１１）では、各ガス分配要素は管状体２８６を有し、それは、その下流面で開放している穴２８７の列の形態で細長いガス入口を画定している。各細長いガス分配要素は、管状体の下流面に取り付けられた２つのディフューザ２８８を有し、それらは、細長い入口の両側に位置するようになっている。この場合もまた、ガス分配要素は、互いに取り付けられているが、それらの間に基礎入口２９０を画定するように互いから間隔を空けて配置されている。この実施形態では、基礎入口２９０と同様に、ガス分配要素において穴２８７の列によって画定される入口は、管状体２８６の下流面において反応チャンバに対して開放しており、それにより、入口のすべての開口部は同じ面に配置される。この構成では、ディフューザ２８８は、ガス分配要素によって画定される各入口２８７と、隣接する基礎入口２９０との間に配置される。この場合もまた、上板２４０とガス分配要素によって形成される複合板との間のガス空間２９２は、第１のガス源に接続される一方、ガス分配要素は、第２のガス源に接続され、それにより、第１のガス流１１１は基礎入口２９０から噴出し、第２のガス流１１３は、ガス分配要素によって画定される入口２８７から噴出する。この実施形態でも同様に、ディフューザによって促進される平滑な層流は、再循環及び堆積物形成を阻止する。この実施形態でも同様に、ディフューザに、冷却剤通路２８９が設けられることが望ましい。さらなる変形では、ガス分配要素によって画定される細長い入口のいくつか又はすべてが、穴の列ではなく溝穴であってもよい。この場合もまた、ガスは、第１のガス及び第２のガスに加えてキャリアガスを含むことができる。
【００４１】
さらに別の変形では、ガス分配板の下流面に取り付けられたディフューザを省略してもよい。さらに他の変形では、入口を除く複合板の下流面にわたって多孔性スクリーンを設けてもよい。さらに別の構成（図１２）では、管状ガス分配要素３６０が互いに当接した関係で並んで取り付けられ、たとえば溶接によって合わせて締結される。この構成では、ガス分配要素３６６によって形成されるガス分配板を通って延在する基礎入口がない。板３６０から下流に多孔性スクリーン３００が取り付けられ、さまざまなガス分配要素の入口３６４に、スクリーンを通って下流に延在する短い管が設けられる。キャリアガスを、複合板３６０とスクリーン３００との間の空間３６３内に導入することができ、それにより、キャリアガスがスクリーンを通って流れ、入口３６２から噴出している反応性ガス流の各々を包囲する。この実施形態では、個々のガス分配要素の底面に冷却流路３６７を設けてもよい。
【００４２】
上述した実施形態では、ガス分配板は、互いに接合された別個の細長いガス分配要素から形成されている。しかしながら、ガス分配板を、上述したものに類似する細長い入口を画定する１つ以上の単一板から形成することもできる。
【００４３】
上述した実施形態では、細長いガス入口は直線状である。しかしながら、これは必須ではない。たとえば、図１３の実施形態では、実線によって概略的に表す各細長い第１のガス入口４６４はジグザグパターンで延在している。したがって、そのような入口各々は、概してＸ方向に、Ｙ方向にわずかに偏向して延在する。概略的に破線で表す細長い第２のガス入口４６６は同様のジグザグパターンで延在している。基礎入口（図示せず）もまた同様のジグザグ形態とすることができる。この構成でも同様に、第１のガス入口及び第２のガス入口は、概して互いに平行に延在している。しかしながら、細長いガス入口の各々は、依然として概してＸ方向に延在している。言い換えれば、Ｘ方向におけるガス入口の任意の実質的な広がりＥｘにわたり、Ｙ方向におけるそのような入口の広がりＥｙは、Ｅｘに比較して小さい。さらなる変形（図１４）では、細長いガス入口５６４及び５６６は、直線ではなく弧の形態である。この場合もまた、ガス入口は、概してＸ方向に延在している。
【００４４】
上述した実施形態では、各細長いガス入口は、その長さ全体に沿って単位長当り同じ質量流量の反応性ガスを提供する。変形では、単位長当りの反応性ガスの質量流量は、細長いガス入口の長さに沿って累進的に変化してもよい。これは、たとえば、特定の細長いガス分配要素が、一端のみにおいてガス混合物を受け取り、その長さに沿った流れに対して相当の抵抗を有する場合に行われる可能性がある。図１５は、そのような細長い入口から流れ出る第１の反応性ガスの影響パターン６０１ａを概略的に示す。この場合、特定の入口からの反応性ガスの質量流量は、入口の長さに沿って＋Ｘ方向に累進的に減少する。したがって、ガスによって影響を受けるウェハキャリア上の領域の幅を、＋Ｘ方向に減少するものとして示す。図１５の構成では、第２の反応性ガス入口６０６は、反対の−Ｘ方向に減少する質量流量を有している。中心軸を中心とするウェハの回転は、影響パターンの差を相殺する。たとえば、影響パターン６０１ａの部分６０３と位置合せされるウェハの部分は、ウェハキャリアが半回転するときに部分６０５に位置合せされる。さらなる別の構成では、第１のガス入口の交互のものが、反対のＸ方向に減少する、質量流量、したがって影響パターンを有することができる。第２のガス入口は同様の構成を有することができる。
【００４５】
上述した実施形態では、第１のガス入口及び第２のガス入口は、等しい数で設けられ、Ｙ方向に１：１の交互の順序で配置されている。しかしながら、これは必須ではない。たとえば、第２のガス入口の各対の間に、２、３又はそれより多い細長い第１のガス入口を設けてもよい。
【００４６】
また、Ｘ方向に延在する中央面を中心とする正確な非対称配置で細長いガス入口を配置することは必須ではない。対称配置を含むまで、この配置から外れた配置を用いることができる。また、上述した実施形態では、細長いガス入口を画定する板は、細長い管状ガス分配要素を含む。しかしながら、細長いガス入口を、たとえば、適切なガス分配流路又は入口と連通するチャンバを有する１つ以上の一体板のような他の構造によって提供することもできる。
【００４７】
本発明のさらなる実施形態による化学気相成長装置（図１６）は、概して中心軸７１６を中心とする中空の回転体の形態である反応チャンバ７１０を有している。図１を参照して上述した実施形態と同様に、本装置は、中心軸７１６を中心として回転するようにウェハキャリア（図示せず）を支持するように適合されたスピンドル（図示せず）等の支持体を有している。この実施形態では、流入口要素７２２は、図１６において概略的に実線によって表す第１のガス入口７６４と、点線によって概略的に表す第２のガス入口７６６とを画定している。第１のガス入口は、たとえば、ＩＩＩ族元素を含むガス混合物のような第１の反応性ガスのガス源に接続されており、第２のガス入口は、Ｖ族元素を含むガス混合物等、第１のガスと反応する第２のガスのガス源に接続されている。ガス入口はまた、図１６において点線として概略的に示す第３のガス入口７６８も有している。第３のガス入口は、キャリアガス源に接続されており、キャリアガスは、チャンバ内で優勢な条件の下で第１のガス及び第２のガスと実質的に反応しない。
【００４８】
第１のガス入口は、中心軸７１６から第１の半径Ｒ１を有するガス分配面の領域内にのみ延在している。言い換えれば、第１のガス入口は、中心軸から第１の半径Ｒ１まで延在している。第２のガス入口は、中心軸から、この実施形態では第１の半径Ｒ１に等しい第２の半径Ｒ２まで延在している。第３のガス入口は、第１の半径及び第２の半径より大きい、したがってＲ１及びＲ２より大きい半径Ｒ３まで延在している。図示する特定の例では、半径Ｒ３は、ガス分配面における反応チャンバの内径に等しいか又はそれよりわずかに小さい。第１の半径Ｒ１及び第２の半径Ｒ２は、ウェハキャリアの半径におよそ等くすることもできる。
【００４９】
動作時、第１のガス入口及び第２のガス入口から噴出するガスは、ウェハキャリアまで下流に（図１６において軸７１６に沿って見ている人に向かう方向に）流れ、化学気相成長反応又はキャリアに支持されるウェハの他の処置に関与する。第１の半径Ｒ１及び第２の半径Ｒ２内の領域において、第３のガス入口から噴出するキャリアガスは、第１のガス流と第２のガス流との間を下流に流れ、上述したように、これら流れの間で、流入口要素からウェハまでの距離の少なくとも一部にわたり分離を維持する。第１のガス入口及び第２のガス入口によって占有される領域の外側の間隙領域Ｇにおいて、第３のガス入口から噴出するキャリアガスは、第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスをチャンバ７１０の壁から隔離して維持するカーテンを形成する。これにより、チャンバ壁上の反応生成物の堆積が最小限になる。特に、ガスの再循環が、流入口要素７２２が反応器壁と接合するチャンバの上流端で発生する可能性がある。図１６に示す構成により、いかなる再循環ガスも、本質的にキャリアガスから構成され、したがって、反応器壁又は流入口要素上に堆積物を形成する傾向がない。
【００５０】
さらに、間隙領域Ｇにおいて第１の入口及び第２の入口を省略することにより、ウェハキャリアに向かう反応物質の所与の束を維持するために必要な第１の反応ガス及び第２の反応ガスの全流量が低減する。言い換えれば、第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスは、間隙領域Ｇに提供された場合、ウェハに決して突き当たることなく、ウェハキャリアの外側の周囲を単純に通過する。この無駄をなくすことにより、プロセスで用いられる反応ガスのコストが低減し、また無駄な反応ガスの排出も低減する。
【００５１】
図１６に示す構成を変更することもできる。たとえば、第１の半径Ｒ１及び第２の半径Ｒ２は、互いに異なることもできる。これら半径のうちの１つを、第３の半径Ｒ３程度に大きくすることもでき、又はさらにはそれより大きくすることもできる。そのような構成では、反応器壁に隣接するガスのカーテンは、キャリアガスと、反応ガスのうちの一方のみとを含む。そのようなカーテンは、チャンバ壁における堆積を抑制するには依然として有効である。第１のガス入口と第２のガス入口との間に第３のガス入口を設けることは必須ではない。たとえば、第３のガス入口を、間隙領域Ｇのみに設けることもできる。また、図１６ではガス入口を平行な列で配置されるように示すが、他の構造を用いることも可能である。たとえば、第１のガス入口を、「欄（field）」又は連続領域の形態とすることができ、第２のガス入口を、１つ以上の半径方向の列の形態とすることができる。
【００５２】
上述した特徴のこれら及び他の変形及び組合せを、本発明から逸脱することなく利用することができるため、好ましい実施形態の上述した説明を、本発明の限定としてではなく単に例示として解釈するべきである。
【産業上の利用の可能性】
【００５３】
本発明を、たとえば半導体デバイスの製造に適用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学気相成長反応器であって、
（ａ）上流方向及び下流方向を有する反応チャンバと、
（ｂ）前記上流方向及び前記下流方向に延在する軸を中心に回転するように、前記反応チャンバ内のキャリア位置にウェハキャリアを支持するキャリア支持体と、
（ｃ）前記キャリア位置の上流で前記チャンバに取り付けられた流入口要素であって、互いに垂直でありかつ前記上流方向に対して垂直なＸ水平方向及びＹ水平方向に延在するガス分配面を有し、ガスを前記チャンバ内に排出する複数の細長いガス入口を有し、前記細長いガス入口は、互いに平行にかつ前記ガス分配面を前記Ｘ水平方向に横切って延在すると共に、該反応器のＹ方向中央面を横切って延在し、前記細長いガス入口は、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口とを有し、前記第１のガス入口は、前記Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置され、前記第２のガス入口は、前記Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置されると共に、前記第１のガス入口が間に点在している、流入口要素と
を含んでなる反応器。
【請求項２】
前記細長いガス入口は、前記入口要素の前記ガス分配面の主要部分にわたって延在するパターンで配置される、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記第１のガス入口及び前記第２のガス入口は、前記Ｘ水平方向に延在する前記反応器の中央面を中心に対称ではないパターンで配置される、請求項１に記載の反応器。
【請求項４】
前記第１のガス入口及び前記第２のガス入口は、前記Ｘ水平方向に延在する前記中央面を中心に反対称であるパターンで配置され、それにより、前記Ｘ方向中央面の一方の側への正のＹ距離に配置された任意の第１のガス入口に対し、第２のガス入口が、前記Ｘ方向中央面の反対側への対応する負のＹ距離に配置される、請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
流入口要素であって、
下流方向に向くと共に、互いに垂直でありかつ前記下流方向に対して垂直なＸ水平方向及びＹ水平方向に延在するガス分配面を有し、ガスをチャンバ内に排出する複数の細長いガス入口を有し、前記細長いガス入口は、前記Ｘ水平方向において互いに平行に延在し、前記細長いガス入口は、前記ガス分配面の主要部分にわたって延在するパターンで配置され、前記細長いガス入口は、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と、第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口とを有し、前記第１のガス入口は、前記Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置され、前記第２のガス入口は、前記Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置されると共に、前記第１のガス入口が間に点在している、流入口要素。
【請求項６】
化学気相成長反応器用の流入口要素であって、下流側を有すると共に該下流側から離れる下流方向を画定する構造体を具備し、前記構造体は、前記下流方向に開放すると共に、該下流方向に対して垂直なＸ水平方向において互いに平行に延在する、複数の細長い基礎ガス入口を画定し、前記基礎ガス入口は、前記Ｘ水平方向に対して垂直なＹ水平方向において互いに間隔を空けて配置され、前記構造体は、前記基礎ガス入口の間で前記Ｘ水平方向において互いに平行に延在する、前記基礎ガス入口から下流に突出する複数の細長いディフューザをさらに有し、前記ディフューザは、前記Ｙ水平方向における各前記ディフューザの寸法が、前記下流方向において前記基礎ガス入口から下流の縁まで低減するように先細りであり、前記ディフューザの少なくともいくつかは、該ディフューザの前記縁において開口部を有する追加のガス入口を有する、流入口要素。
【請求項７】
各前記ディフューザは、当該ディフューザ内で前記Ｘ方向に延在する少なくとも１つの冷却剤通路を有し、前記構造体は、各前記ディフューザに関連する前記Ｘ方向に延在するガス分配流路を有し、前記ガス分配流路は、前記冷却剤通路から上流に配置されると共に、前記追加のガス入口と連通する、請求項６に記載の流入口要素。
【請求項８】
各前記ディフューザは、前記Ｙ方向に互いに間隔を空けて配置された２つの冷却剤通路を有し、１つ以上の接続通路が、前記ディフューザに関連する前記ガス分配流路から前記ディフューザの前記追加のガス入口の前記開口部まで延在し、各前記ディフューザの前記接続通路は、当該ディフューザの前記冷却剤通路の間に延在する、請求項７に記載の流入口要素。
【請求項９】
前記構造体は、前記ディフューザの各々に関連する管状の要素を有し、各前記ディフューザに関連する該管状の要素は、当該ディフューザに関連する前記ガス分配流路を画定すると共にそのようなディフューザを構造的に支持し、前記管状の要素は前記Ｘ方向において互いに平行に延在する、請求項７に記載の流入口要素。
【請求項１０】
前記基礎ガス入口は、前記管状の要素の隣接するものの間に延在する、請求項９に記載の流入口要素。
【請求項１１】
前記構造体は、前記基礎ガス入口及び前記追加のガス入口を有する活性化領域と、前記活性化領域から水平方向にずれている１つ以上のマニホルドとを画定し、前記管状の要素の少なくともいくつかは、前記１つ以上のマニホルドまで延在する、請求項８に記載の流入口要素。
【請求項１２】
化学気相成長反応器用の流入口要素であって、互いに平行に延在すると共に、協働して上流側及び下流側を有する板を画定するように互いに機械的に取り付けられる、複数の細長い要素を具備し、前記板は、前記細長い要素の隣接するものの間において前記上流側から前記下流側まで延在する基礎入口開口部を有し、該流入口要素は、前記板の上流に１つ以上のガス空間を画定すると共に前記基礎入口開口部と連通する構造体をさらに具備する、流入口要素。
【請求項１３】
前記細長い要素の少なくともいくつかは管状であり、該管状の要素は１つ以上のガス分配流路を画定する、請求項１２に記載の流入口要素。
【請求項１４】
前記ガス分配流路と連通する追加のガス入口をさらに具備し、該追加のガス入口は前記板の前記下流側に開放している、請求項１２に記載の流入口要素。
【請求項１５】
前記管状の要素の少なくともいくつかに沿って延在すると共に当該管状の要素の下流に突出する細長いディフューザをさらに具備し、前記追加のガス入口の少なくともいくつかは前記ディフューザ内に延在する、請求項１３に記載の流入口要素。
【請求項１６】
前記管状の要素の端部において該管状の要素に接続されると共に前記ガス分配流路と連通する１つ以上のマニホルドをさらに具備する、請求項１３に記載の流入口要素。
【請求項１７】
化学気相成長反応器であって、
（ａ）上流方向及び下流方向を有する反応チャンバと、
（ｂ）前記上流方向及び前記下流方向に延在する軸を中心に回転するように、前記反応チャンバ内のキャリア位置にウェハキャリアを支持するキャリア支持体と、
（ｃ）前記キャリア位置の上流で前記チャンバに取り付けられた流入口要素であって、前記下流方向に対して垂直な水平方向に延在するガス分配面を有し、ガスを前記チャンバ内に排出する複数の細長いガス入口を有し、前記細長いガス入口は前記水平方向のうちの第１の方向において互いに平行に延在し、前記細長いガス入口は、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と、第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口と、実質的に前記第１の反応性ガス及び前記第２の反応性ガスがなく、かつ該第１の反応性ガス及び該第２の反応性ガスと実質的に反応しないキャリアガスを排出する複数の第３のガス入口とを有し、前記ガス入口は、前記第１の水平方向に対して垂直な前記水平方向のうちの第２の方向において互いに間隔を空けて配置されると共に、前記第１のガス入口及び前記第２のガス入口のうちの少なくともいくつかが隣接する入口の対を構成し、かつ前記第３のガス入口の少なくともいくつかが前記対のうちの少なくともいくつかの前記第１のガス入口と前記第２のガス入口との間に配置されるように、互いの間に点在する、流入口要素と
を含んでなる反応器。
【請求項１８】
前記第３のガス入口は、隣接する第１のガス入口及び第２のガス入口の前記対のすべての対の前記第１のガス入口と前記第２のガス入口との間に配置される、請求項１７に記載の反応器。
【請求項１９】
前記流入口要素は、前記第１の水平方向に延在すると共に前記第３のガス入口から下流に突出する、細長いディフューザを有し、前記第１のガス入口及び前記第２のガス入口は前記ディフューザの上に配置される、請求項１７に記載の反応器。
【請求項２０】
化学気相成長方法であって、
（ａ）反応チャンバ内で１つ以上のウェハを保持するウェハキャリアを、該ウェハの表面が上流方向に向くように維持するステップと、
（ｂ）前記上流方向及び下流方向に延在する軸を中心に前記ウェハキャリアを回転させるステップと、
（ｃ）前記軸を横切る第１の水平方向において互いに平行に延在する複数の細長いガス入口から、前記ウェハキャリアに向かって下流に複数種類のガスを排出するステップであって、第１の反応性ガスの流れ及び第２の反応性ガスの流れが、前記細長い入口の別個のものから排出されるように、かつ前記第１の反応性ガス及び前記第２の反応性ガスが実質的になく、かつ該第１の反応性ガス及び該第２の反応性ガスと実質的に反応しないキャリアガスが、前記細長い入口のうちの他のものから排出されるように、かつ前記キャリアガスの流れのうちの少なくとも一部が、前記第１のキャリアガス及び前記第２のキャリアガスの隣接する流れの間で排出されるように行われる、排出するステップと
を含んでなる方法。
【請求項２１】
前記第１の反応性ガスは、一種以上のＩＩＩ族金属の１つ以上の金属源を有し、前記第２の反応性ガスは、一種以上のＶ族元素の１つ以上の元素源を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
化学気相成長反応器であって、
（ａ）上流方向及び下流方向を有する反応チャンバと、
（ｂ）前記上流方向及び前記下流方向に延在する軸を中心に回転するように、前記反応チャンバ内のキャリア位置にウェハキャリアを支持するキャリア支持体と、
（ｃ）前記キャリア位置の上流において前記チャンバに取り付けられた流入口要素であって、前記下流方向に対して垂直な水平方向に延在するガス分配要素を有し、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と、第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口と、実質的に前記第１の反応性ガス及び前記第２の反応性ガスがなく、かつ該第１の反応性ガス及び該第２の反応性ガスと実質的に反応しないキャリアガスを排出する複数の第３のガス入口とを有し、前記第１のガス入口、前記第２のガス入口及び前記第３のガス入口は、それぞれ前記軸から第１の半径方向距離、第２の半径方向距離及び第３の半径方向距離まで延在し、該第３の半径方向距離は該第１の半径方向距離及び該第２の半径方向距離のうちの少なくとも一方より大きい、流入口要素と
を含んでなる反応器。
【請求項２３】
前記第１の半径方向距離及び前記第２の半径方向距離は互いに実質的に等しい、請求項２２に記載の反応器。
【請求項２４】
化学気相成長方法であって、
（ａ）軸を中心に基板を支持するディスク状ホルダを回転させるステップであって、その間、前記基板の表面を、前記軸に対して実質的に垂直にかつ前記軸に沿って上流方向に向くように維持する、回転させるステップと、該回転させるステップの間、
（ｂ）互いに反応する第１のガス及び第２のガスを、前記基板に向かって前記軸に対して平行な下流方向に、前記軸からそれぞれ第１の半径方向距離及び第２の半径方向距離まで広がるガス流の第１のセット及び第２のセットとして排出し、同時に、前記第１のガス及び前記第２のガスと実質的に反応しない第３のガスを、前記下流方向に、前記軸から、前記第１の半径方向距離及び前記第２の半径方向距離のうちの少なくとも一方より大きい第３の半径方向距離まで広がるガス流の第３のセットとして排出するステップと
を含んでなる方法。
【請求項１】
化学気相成長反応器であって、
（ａ）上流方向及び下流方向を有する反応チャンバと、
（ｂ）前記上流方向及び前記下流方向に延在する軸を中心に回転するように、前記反応チャンバ内のキャリア位置にウェハキャリアを支持するキャリア支持体と、
（ｃ）前記キャリア位置の上流で前記チャンバに取り付けられた流入口要素であって、互いに垂直でありかつ前記上流方向に対して垂直なＸ水平方向及びＹ水平方向に延在するガス分配面を有し、ガスを前記チャンバ内に排出する複数の細長いガス入口を有し、前記細長いガス入口は、互いに平行にかつ前記ガス分配面を前記Ｘ水平方向に横切って延在すると共に、該反応器のＹ方向中央面を横切って延在し、前記細長いガス入口は、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口とを有し、前記第１のガス入口は、前記Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置され、前記第２のガス入口は、前記Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置されると共に、前記第１のガス入口が間に点在している、流入口要素と
を含んでなる反応器。
【請求項２】
前記細長いガス入口は、前記入口要素の前記ガス分配面の主要部分にわたって延在するパターンで配置される、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記第１のガス入口及び前記第２のガス入口は、前記Ｘ水平方向に延在する前記反応器の中央面を中心に対称ではないパターンで配置される、請求項１に記載の反応器。
【請求項４】
前記第１のガス入口及び前記第２のガス入口は、前記Ｘ水平方向に延在する前記中央面を中心に反対称であるパターンで配置され、それにより、前記Ｘ方向中央面の一方の側への正のＹ距離に配置された任意の第１のガス入口に対し、第２のガス入口が、前記Ｘ方向中央面の反対側への対応する負のＹ距離に配置される、請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
流入口要素であって、
下流方向に向くと共に、互いに垂直でありかつ前記下流方向に対して垂直なＸ水平方向及びＹ水平方向に延在するガス分配面を有し、ガスをチャンバ内に排出する複数の細長いガス入口を有し、前記細長いガス入口は、前記Ｘ水平方向において互いに平行に延在し、前記細長いガス入口は、前記ガス分配面の主要部分にわたって延在するパターンで配置され、前記細長いガス入口は、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と、第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口とを有し、前記第１のガス入口は、前記Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置され、前記第２のガス入口は、前記Ｙ水平方向において互いに間隔を空けて配置されると共に、前記第１のガス入口が間に点在している、流入口要素。
【請求項６】
化学気相成長反応器用の流入口要素であって、下流側を有すると共に該下流側から離れる下流方向を画定する構造体を具備し、前記構造体は、前記下流方向に開放すると共に、該下流方向に対して垂直なＸ水平方向において互いに平行に延在する、複数の細長い基礎ガス入口を画定し、前記基礎ガス入口は、前記Ｘ水平方向に対して垂直なＹ水平方向において互いに間隔を空けて配置され、前記構造体は、前記基礎ガス入口の間で前記Ｘ水平方向において互いに平行に延在する、前記基礎ガス入口から下流に突出する複数の細長いディフューザをさらに有し、前記ディフューザは、前記Ｙ水平方向における各前記ディフューザの寸法が、前記下流方向において前記基礎ガス入口から下流の縁まで低減するように先細りであり、前記ディフューザの少なくともいくつかは、該ディフューザの前記縁において開口部を有する追加のガス入口を有する、流入口要素。
【請求項７】
各前記ディフューザは、当該ディフューザ内で前記Ｘ方向に延在する少なくとも１つの冷却剤通路を有し、前記構造体は、各前記ディフューザに関連する前記Ｘ方向に延在するガス分配流路を有し、前記ガス分配流路は、前記冷却剤通路から上流に配置されると共に、前記追加のガス入口と連通する、請求項６に記載の流入口要素。
【請求項８】
各前記ディフューザは、前記Ｙ方向に互いに間隔を空けて配置された２つの冷却剤通路を有し、１つ以上の接続通路が、前記ディフューザに関連する前記ガス分配流路から前記ディフューザの前記追加のガス入口の前記開口部まで延在し、各前記ディフューザの前記接続通路は、当該ディフューザの前記冷却剤通路の間に延在する、請求項７に記載の流入口要素。
【請求項９】
前記構造体は、前記ディフューザの各々に関連する管状の要素を有し、各前記ディフューザに関連する該管状の要素は、当該ディフューザに関連する前記ガス分配流路を画定すると共にそのようなディフューザを構造的に支持し、前記管状の要素は前記Ｘ方向において互いに平行に延在する、請求項７に記載の流入口要素。
【請求項１０】
前記基礎ガス入口は、前記管状の要素の隣接するものの間に延在する、請求項９に記載の流入口要素。
【請求項１１】
前記構造体は、前記基礎ガス入口及び前記追加のガス入口を有する活性化領域と、前記活性化領域から水平方向にずれている１つ以上のマニホルドとを画定し、前記管状の要素の少なくともいくつかは、前記１つ以上のマニホルドまで延在する、請求項８に記載の流入口要素。
【請求項１２】
化学気相成長反応器用の流入口要素であって、互いに平行に延在すると共に、協働して上流側及び下流側を有する板を画定するように互いに機械的に取り付けられる、複数の細長い要素を具備し、前記板は、前記細長い要素の隣接するものの間において前記上流側から前記下流側まで延在する基礎入口開口部を有し、該流入口要素は、前記板の上流に１つ以上のガス空間を画定すると共に前記基礎入口開口部と連通する構造体をさらに具備する、流入口要素。
【請求項１３】
前記細長い要素の少なくともいくつかは管状であり、該管状の要素は１つ以上のガス分配流路を画定する、請求項１２に記載の流入口要素。
【請求項１４】
前記ガス分配流路と連通する追加のガス入口をさらに具備し、該追加のガス入口は前記板の前記下流側に開放している、請求項１２に記載の流入口要素。
【請求項１５】
前記管状の要素の少なくともいくつかに沿って延在すると共に当該管状の要素の下流に突出する細長いディフューザをさらに具備し、前記追加のガス入口の少なくともいくつかは前記ディフューザ内に延在する、請求項１３に記載の流入口要素。
【請求項１６】
前記管状の要素の端部において該管状の要素に接続されると共に前記ガス分配流路と連通する１つ以上のマニホルドをさらに具備する、請求項１３に記載の流入口要素。
【請求項１７】
化学気相成長反応器であって、
（ａ）上流方向及び下流方向を有する反応チャンバと、
（ｂ）前記上流方向及び前記下流方向に延在する軸を中心に回転するように、前記反応チャンバ内のキャリア位置にウェハキャリアを支持するキャリア支持体と、
（ｃ）前記キャリア位置の上流で前記チャンバに取り付けられた流入口要素であって、前記下流方向に対して垂直な水平方向に延在するガス分配面を有し、ガスを前記チャンバ内に排出する複数の細長いガス入口を有し、前記細長いガス入口は前記水平方向のうちの第１の方向において互いに平行に延在し、前記細長いガス入口は、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と、第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口と、実質的に前記第１の反応性ガス及び前記第２の反応性ガスがなく、かつ該第１の反応性ガス及び該第２の反応性ガスと実質的に反応しないキャリアガスを排出する複数の第３のガス入口とを有し、前記ガス入口は、前記第１の水平方向に対して垂直な前記水平方向のうちの第２の方向において互いに間隔を空けて配置されると共に、前記第１のガス入口及び前記第２のガス入口のうちの少なくともいくつかが隣接する入口の対を構成し、かつ前記第３のガス入口の少なくともいくつかが前記対のうちの少なくともいくつかの前記第１のガス入口と前記第２のガス入口との間に配置されるように、互いの間に点在する、流入口要素と
を含んでなる反応器。
【請求項１８】
前記第３のガス入口は、隣接する第１のガス入口及び第２のガス入口の前記対のすべての対の前記第１のガス入口と前記第２のガス入口との間に配置される、請求項１７に記載の反応器。
【請求項１９】
前記流入口要素は、前記第１の水平方向に延在すると共に前記第３のガス入口から下流に突出する、細長いディフューザを有し、前記第１のガス入口及び前記第２のガス入口は前記ディフューザの上に配置される、請求項１７に記載の反応器。
【請求項２０】
化学気相成長方法であって、
（ａ）反応チャンバ内で１つ以上のウェハを保持するウェハキャリアを、該ウェハの表面が上流方向に向くように維持するステップと、
（ｂ）前記上流方向及び下流方向に延在する軸を中心に前記ウェハキャリアを回転させるステップと、
（ｃ）前記軸を横切る第１の水平方向において互いに平行に延在する複数の細長いガス入口から、前記ウェハキャリアに向かって下流に複数種類のガスを排出するステップであって、第１の反応性ガスの流れ及び第２の反応性ガスの流れが、前記細長い入口の別個のものから排出されるように、かつ前記第１の反応性ガス及び前記第２の反応性ガスが実質的になく、かつ該第１の反応性ガス及び該第２の反応性ガスと実質的に反応しないキャリアガスが、前記細長い入口のうちの他のものから排出されるように、かつ前記キャリアガスの流れのうちの少なくとも一部が、前記第１のキャリアガス及び前記第２のキャリアガスの隣接する流れの間で排出されるように行われる、排出するステップと
を含んでなる方法。
【請求項２１】
前記第１の反応性ガスは、一種以上のＩＩＩ族金属の１つ以上の金属源を有し、前記第２の反応性ガスは、一種以上のＶ族元素の１つ以上の元素源を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
化学気相成長反応器であって、
（ａ）上流方向及び下流方向を有する反応チャンバと、
（ｂ）前記上流方向及び前記下流方向に延在する軸を中心に回転するように、前記反応チャンバ内のキャリア位置にウェハキャリアを支持するキャリア支持体と、
（ｃ）前記キャリア位置の上流において前記チャンバに取り付けられた流入口要素であって、前記下流方向に対して垂直な水平方向に延在するガス分配要素を有し、第１の反応性ガスを排出する複数の第１のガス入口と、第２の反応性ガスを排出する複数の第２のガス入口と、実質的に前記第１の反応性ガス及び前記第２の反応性ガスがなく、かつ該第１の反応性ガス及び該第２の反応性ガスと実質的に反応しないキャリアガスを排出する複数の第３のガス入口とを有し、前記第１のガス入口、前記第２のガス入口及び前記第３のガス入口は、それぞれ前記軸から第１の半径方向距離、第２の半径方向距離及び第３の半径方向距離まで延在し、該第３の半径方向距離は該第１の半径方向距離及び該第２の半径方向距離のうちの少なくとも一方より大きい、流入口要素と
を含んでなる反応器。
【請求項２３】
前記第１の半径方向距離及び前記第２の半径方向距離は互いに実質的に等しい、請求項２２に記載の反応器。
【請求項２４】
化学気相成長方法であって、
（ａ）軸を中心に基板を支持するディスク状ホルダを回転させるステップであって、その間、前記基板の表面を、前記軸に対して実質的に垂直にかつ前記軸に沿って上流方向に向くように維持する、回転させるステップと、該回転させるステップの間、
（ｂ）互いに反応する第１のガス及び第２のガスを、前記基板に向かって前記軸に対して平行な下流方向に、前記軸からそれぞれ第１の半径方向距離及び第２の半径方向距離まで広がるガス流の第１のセット及び第２のセットとして排出し、同時に、前記第１のガス及び前記第２のガスと実質的に反応しない第３のガスを、前記下流方向に、前記軸から、前記第１の半径方向距離及び前記第２の半径方向距離のうちの少なくとも一方より大きい第３の半径方向距離まで広がるガス流の第３のセットとして排出するステップと
を含んでなる方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２０１２−５１１２５９（Ｐ２０１２−５１１２５９Ａ）
【公表日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３９６７６（Ｐ２０１１−５３９６７６）
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６６５０２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６５６９５
【国際公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（５０４２２５６６６）ビーコ・インストゥルメンツ・インコーポレイテッド (15)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６６５０２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６５６９５
【国際公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（５０４２２５６６６）ビーコ・インストゥルメンツ・インコーポレイテッド (15)
【Ｆターム（参考）】
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