ＣＶＤ装置
本発明の実施形態は概して、基板上への化学気相蒸着（ＣＶＤ）のための方法及び装置、特には有機金属化学気相蒸着における使用のための処理チャンバ及び部品に関する。本装置は、処理容積を画成するチャンバ本体を備える。第１平面のシャワーヘッドが、処理容積の上部を画成する。第２平面のキャリアプレートが処理容積を横断して延び、シャワーヘッドとサセプタプレートとの間に上方処理容積を形成する。第３平面の透明材が処理容積の底部を画成し、キャリアプレートとの間で下方処理容積を形成する。複数のランプが、透明材の下に位置する１つ以上のゾーンを形成する。本装置は、より大型の基板全体で温度を均一に維持しながらも均等な前駆体流れと前駆体の混合をもたらし、これに対応してスループットが上昇する。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、一般に、基板上での化学気相蒸着（ＣＶＤ）のための方法及び装置、特には化学気相蒸着において使用するための処理チャンバに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
ＩＩＩ−Ｖ族膜は、多種多様な半導体デバイス（短波長発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）等）及び高出力、高周波、高温トランジスタ、集積回路を含む電子デバイスの開発及び製造において重要性を増しつつある。例えば、短波長（例えば、青／緑〜紫外線）ＬＥＤは、ＩＩＩ族窒化物半導体材料である窒化ガリウム（ＧａＮ）を使用して製造される。ＧａＮを使用して製造された短波長ＬＥＤでは、ＩＩ−ＶＩ族元素を含む非窒化物半導体材料を使用して製造された短波長ＬＥＤよりはるかに高い効率及び長い動作寿命が得られることが観察されている。
【０００３】
ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物の堆積に使用されている１つの方法が、有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）である。この化学気相蒸着法は一般に、温度管理された環境を有するリアクタ内で行なうことによって、ＩＩＩ族に属するガリウム（Ｇａ）等の少なくとも１種の元素を含有する第１前駆体ガスの安定性を確保している。アンモニア（ＮＨ３）等の第２前駆体ガスが、ＩＩＩ族窒化物の生成に必要な窒素を提供する。これら２種類の前駆体ガスはリアクタ内の処理ゾーンに注入され、そこで混合され、処理ゾーン内の加熱された基板に向かって移動する。キャリアガスを使用して、前駆体ガスの基板方向への移動を促す場合もある。前駆体は加熱された基板の表面で反応してＩＩＩ族窒化物層（ＧａＮ等）を基板表面上に形成する。膜の質は一部、堆積の均一性に依存しており、堆積の均一性は、基板全体に亘っての前駆体の均等な流れ及び混合に左右される。
【０００４】
ＬＥＤ、ＬＤ、トランジスタ及び集積回路への需要が増大するにつれ、高品質のＩＩＩ族窒化物膜を堆積する効率の重要性が増す。従って、より大型の基板及びより広い堆積面積に亘って均等な前駆体の混合と一貫した膜質をもたらすことが可能な、改良された堆積装置及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は概して、基板上への化学気相蒸着（ＣＶＤ）のための方法及び装置、特には化学気相蒸着における使用のための処理チャンバ及び部品に関する。
【０００６】
一実施形態において、基板上への有機金属化学気相蒸着のための装置を提供する。処理装置は、処理容積を画成するチャンバ本体を備える。第１平面のシャワーヘッドが、処理容積の上部を画成する。第２平面の基板キャリアプレートが処理容積を横断して延び、シャワーヘッドとサセプタプレートとの間に上方処理容積を形成する。第３平面の透明材が処理容積の底部を画成し、基板キャリアプレートとの間で下方処理容積を形成する。複数のランプが、透明材の下に位置する１つ以上のゾーンを形成する。複数のランプは、輻射熱を基板キャリアプレートに向かって指向させ、１つ以上の輻射熱ゾーンを形成する。
【０００７】
他の実施形態において、有機金属化学気相蒸着のための基板処理装置が提供される。処理装置は、処理容積を画成するチャンバ本体を備える。第１平面のシャワーヘッドは、処理容積の上部を画成する。処理容積内の第１平面の下を、第２平面の基板キャリアプレートが処理容積を横断して延びる。傾斜部を備えた遮光体が基板キャリアプレートの周囲を取り囲み、遮光体は、基板キャリアプレートに向かって輻射熱を指向させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の上記の構成が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約した本発明のより具体的な説明を実施形態を参照して行う。実施形態の一部は添付図面に図示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態しか図示しておらず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得ることから、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による堆積チャンバの断面図である。
【図２】図１の堆積チャンバの部分断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるキャリアプレートの斜視図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるサセプタプレートの上面の斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるサセプタプレートの下面の斜視図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるサセプタ支持シャフトの斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の他の実施形態によるサセプタ支持シャフトの斜視図である。
【図５Ｃ】本発明の他の実施形態によるサセプタ支持シャフトの斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態によるキャリア昇降シャフトの斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態による排気処理キットの概略図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による上方ライナの斜視図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による下方ライナの斜視図である。
【詳細な説明】
【００１０】
本発明の実施形態は概して、ＭＯＣＶＤによるＩＩＩ族窒化物膜の堆積に利用し得る方法及び装置を提供する。ＭＯＣＶＤと関連させて論じるが、本発明の実施形態はＭＯＣＶＤに限定されない。図１は、本発明の一実施形態による、本発明の実践に使用し得る堆積装置の断面図である。図２は、図１の堆積チャンバの部分断面図である。本発明の実践に合わせて構成し得る例示的なシステム及びチャンバが、２００６年４月１４日に出願された米国特許出願第１１／４０４５１６号及び２００６年５月５日に出願された第１１／４２９０２２号に記載されており、これらの文献は共に引用により全て本願に組み込まれる。
【００１１】
図１及び図２を参照するが、装置１００は、チャンバ１０２と、ガス送出システム１２５と、遠隔プラズマ源１２６と、真空システム１１２とを備える。チャンバ１０２は、処理容積１０８を取り囲むチャンバ本体１０３を含む。チャンバ本体１０３は、ステンレススチール、アルミニウム等の材料を含み得る。シャワーヘッドアセンブリ１０４又はガス分散プレートは、処理容積１０８の片側に配置され、キャリアプレート１１４は、処理容積１０８の反対側に配置される。本発明の実践に合わせて構成し得る例示的なシャワーヘッドは、２００７年１０月１６日に出願された米国特許出願第１１／８７３１３２号「Ｍｕｌｔｉ−ｇａｓ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ」、２００７年１０月１６日に出願された第１１／８７３１４１号「Ｍｕｌｔｉ−ｇａｓ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ」及び２００７年１０月１６日に出願された第１１／８７３１７０号「Ｍｕｌｔｉ−ｇａｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ」に記載されており、これらの文献は全て引用により本願に組み込まれる。基板１４０の輻射加熱用に光透過性に構成された透明材１１９は、下方容積１１０の片側に配置され、キャリアプレート１１４は、下方容積１１０の反対側に配置される。透明材１１９は、ドーム形状であってもよい。キャリアプレート１１４は処理位置にある状態で図示されているが、例えば基板１４０をロード又はアンロードする下方位置に移動させる場合もある。
【００１２】
図３は、本発明の一実施形態によるキャリアプレートの斜視図である。一実施形態において、キャリアプレート１１４は１つ以上の凹部１１６を含み、処理中、この凹部に１枚以上の基板１４０が配置される。一実施形態において、キャリアプレート１１４は、６枚以上の基板１４０を担持するように構成される。他の実施形態において、キャリアプレート１１４は、８枚の基板１４０を担持するように構成される。他の実施形態において、キャリアプレート１１４は、１８枚の基板を担持するように構成される。更に他の実施形態において、キャリアプレート１１４は、２２枚の基板を担持するように構成される。キャリアプレート１１４上で担持する基板１４０の枚数はこれより多くても少なくてもよいと理解すべきである。典型的な基板１４０には、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン、窒化ガリウム（ＧａＮ）が含まれる。その他のタイプの基板１４０（ガラス基板１４０等）も処理し得ると理解すべきである。基板１４０のサイズは直径５０ｍｍ〜１００ｍｍ又はそれより大きくなり得る。キャリアプレート１１４のサイズは、２００ｍｍ〜７５０ｍｍとなり得る。キャリアプレート１１４は、ＳｉＣ、ＳｉＣ被覆グラファイトを含む多種多様な材料から形成し得る。その他のサイズの基板１４０も、チャンバ１０２内で本願に記載の手順に従って処理し得ると理解すべきである。
【００１３】
処理中、キャリアプレート１１４を、軸を中心に回転させる場合もある。一実施形態において、キャリアプレート１１４は約２ｒｐｍ〜約１００ｒｐｍで回転させられる。他の実施形態において、キャリアプレート１１４は約３０ｒｐｍで回転させられる。キャリアプレート１１４の回転は、基板１４０の均一な加熱及び各基板１４０の処理ガスへの均等な曝露を促す。一実施形態において、キャリアプレート１１４は、サセプタプレート１１５を備えたキャリア支持デバイスによって支持される。本発明の実践に合わせて構成し得る例示的な基板支持構造体は、２００６年１０月２４日に出願の米国特許出願第１１／５５２４７４号「Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｒａｐｉｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ」に記載されており、この文献は引用により全て本願に組み込まれる。
【００１４】
図４Ａは、本発明の一実施形態によるサセプタプレートの上面の斜視図である。図４Ｂは、本発明の一実施形態によるサセプタプレートの下面の斜視図である。サセプタプレート１１５はディスク形態であり、炭化ケイ素で被覆したグラファイト材料から形成される。サセプタプレート１１５の上面１５６には、円形凹部１２７が形成される。円形凹部１２７は、キャリアプレート１１４を収容し且つ支持するための支持領域として機能する。サセプタプレート１１５は、昇降ピンを収めるための３つの貫通孔１５８を有する。サセプタプレート１１５は、チャンバの下方容積１１０に配置された石英製のサセプタ支持シャフト１１８によって、下側から３点で水平に支持される。サセプタプレートの下面１５９は、サセプタ支持シャフト１１８の昇降アームを収めるための３つの穴１６７を有する。サセプタプレート１１５を３つの穴１６７を有するものとして説明するが、サセプタ支持シャフト１１８の昇降アームの数に応じて、穴の数は幾つであってもよい。
【００１５】
昇降機構１５０について、図５Ａ〜５Ｃ及び図６と関連させて説明する。図５Ａは、サセプタ支持シャフトの斜視図であり、図６は、キャリアプレート昇降機構の斜視図である。サセプタ支持シャフト１１８は中央シャフト１３２を備え、この中央シャフト１３２からは３本の昇降アーム１３４が放射線状に延びる。サセプタ支持シャフト１１８は３本の昇降アーム１３４を備えた状態で図示されているが、４本以上の昇降アームを使用してもよく、例えば、サセプタ支持シャフト１１８は、図５Ｂに示されるように、６本の昇降アーム１９２を備える。図５Ｃに示される一実施形態において、昇降アームはディスク１９５に置き換えられており、ディスク１９５は、サセプタプレート１１５を支持するための、ディスク１９５の表面から延びる支持ポスト１９６を備える。
【００１６】
キャリアプレート昇降機構１５０は、サセプタ支持シャフト１１８の中央シャフト１３２を取り囲むように配置された、垂直方向に可動式の昇降管１５２と、昇降管１５２を上下に移動させるための駆動ユニット（図示せず）と、昇降管１５２から放射線状に延びる３本の昇降アーム１５４と、サセプタプレート１１５を貫通するように形成された各貫通孔１５８を経てサセプタプレート１１５の底面から懸垂された昇降ピン１５７とを備える。駆動ユニットを制御することによってこのような構成の昇降管１５２及び昇降アーム１５４を上昇させると、昇降ピン１５７が昇降アーム１５４の遠位端によって押し上げられ、これによってキャリアプレート１１４が上昇する。
【００１７】
図１に示されるように、輻射加熱は、下方ドーム１１９の下に配置された複数の内方ランプ１２１Ａ、複数の中央ランプ１２１Ｂ及び複数の外方ランプ１２１Ｃによって行い得る。リフレクタ１６６を、内方、中央及び外方ランプ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃによって供給される輻射エネルギーへのチャンバ１０２の曝露の制御に役立て得る。ランプゾーンを更に追加することによって、基板１４０のより精密な温度制御も行い得る。一実施形態において、リフレクタ１６６は、金で被覆される。他の実施形態において、リフレクタ１６６は、アルミニウム、ロジウム、ニッケル、これらの組み合わせ又はその他の反射性の高い材料によって被覆される。一実施形態においては、１ゾーンあたり２４個のランプ（２キロワット／ランプ）から構成される合計７２個のランプがある。一実施形態において、ランプは空冷され、ランプの土台は水冷される。
【００１８】
複数の内方ランプ、中央ランプ及び外方ランプ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃのゾーンを同心円状又はその他の形状（図示せず）に配置し、各ランプゾーンに別々に給電することで、堆積率及び成長率を温度制御を通じて微調整し得る。一実施形態においては、１つ以上の温度センサ（高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ等）をシャワーヘッドアセンブリ１０４内に配置して基板１４０及びキャリアプレート１１４の温度を測定し、温度データをコントローラ（図示せず）に送り、コントローラは、各ランプゾーンへの電力を調節して既定の温度プロファイルをキャリアプレート１１４全体に亘って維持することが可能である。一実施形態においては、不活性ガスを高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ周辺に処理容積１０８内へと流すことによって、高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ上への堆積及び凝縮の発生を防止する。高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃは、表面への堆積に起因する輻射率の変化を自動的に相殺することが可能である。３つの高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃを図示しているが、高温計を幾つ使用してもよいことを理解すべきであり、例えば、ランプゾーンを更に追加する場合は、各追加ランプゾーンを監視するために高温計を更に追加することが望ましい。他の実施形態においては、異なるランプゾーンへの電力を調節することによって、前駆体流れ又は前駆体濃度の不均一性を相殺する。例えば、外方ランプゾーンに近いキャリアプレート１１４の領域における前駆体濃度が低い場合、外方ランプゾーンへの電力を調節することによって、この領域における前駆体の不足を補う。抵抗加熱と比較してのランプによる加熱の利点には、キャリアプレート１１４表面全体での温度差が小さくなり、生産量が向上する点が含まれる。迅速に加熱し、迅速に冷却できるランプの能力によってスループットは向上し、またはっきりとした膜界面の形成にも役立つ。
【００１９】
その他の計測装置（反射率モニタ１２３、熱電対（図示せず）等）又はその他の温度装置をチャンバ１０２に連結する場合もある。計測装置を使用して、様々な膜特性（厚さ、粗さ、組成、温度等）又はその他の特性を測定し得る。これらの測定結果を、自動リアルタイムフィードバック制御ループにおいて使用することによって、処理条件（堆積率、それに対応する厚さ等）を制御し得る。一実施形態においては、反射率モニタ１２３を、中央導管（図示せず）を介してシャワーヘッドアセンブリ１０４に連結する。チャンバ計測のその他の側面については、２００８年１月３１日に出願の米国特許出願（代理人整理番号０１１００７）「Ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ＭＯＣＶＤ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ」に記載されており、この文献は参照により全て本願に組み込まれる。
【００２０】
内方、中央及び外方ランプ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃは、基板１４０を約４００℃〜約１２００℃に加熱し得る。本発明は、内方、中央及び外方ランプ列１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃの使用に限定されないと理解すべきである。チャンバ１０２及びその中の基板１４０に適当な温度を十分にゆきわたらせるために、いずれの適切な加熱源も利用し得る。例えば、他の実施形態において、加熱源は、キャリアプレート１１４と熱的に接触する抵抗加熱要素（図示せず）を含む。
【００２１】
図２及び図７を参照するが、図７は、本発明の一実施形態による排気処理キットの斜視図である。一実施形態において、この処理キットは、遮光体１１７と、排気リング１２０と、排気シリンダ１６０とを備える。図２に示されるように、遮光体１１７は、キャリアプレート１１４の周囲に配置し得る。遮光体１１７は、内方ランプ１２１Ａ、中央ランプ１２１Ｂ及び外方ランプ１２１Ｃからの、サセプタ直径を超えて漏れるエネルギーを吸収し、またこのエネルギーをチャンバ１０２の内部に向かって再指向させるのに役立つ。遮光体１１７は、計測ツールの邪魔となる直接的なランプ輻射エネルギーも阻止する。一実施形態において、遮光体１１７は概して、内縁及び外縁を有する環状リングを備える。一実施形態において、環状リングの外縁は、上方向に傾斜する。遮光体１１７は概して、炭化ケイ素を含む。或いは、遮光体１１７は、電磁エネルギーを吸収する材料（セラミックス等）も含み得る。遮光体１１７は、排気シリンダ１６０、排気リング１２０又はチャンバ本体１０３の別の部品に連結し得る。遮光体１１７は一般に、サセプタプレート１１５又はキャリアプレート１１４と接触しない。
【００２２】
一実施形態において、排気リング１２０を、キャリアプレート１１４の周囲に配置することによって、下方容積１１０内で生じる堆積を防止し、またチャンバ１０２から排気ポート１０９への排気ガスの指向に役立てる。一実施形態において、排気リング１２０は、炭化ケイ素を含む。或いは、排気リング１２０は、電磁エネルギーを吸収する材料（セラミックス等）も含み得る。
【００２３】
一実施形態において、排気リング１２０は、排気シリンダ１６０に連結される。一実施形態において、排気シリンダ１６０は、排気リング１２０に対して垂直である。排気シリンダ１６０は、中心から外側に向かう、キャリアプレート１１４の表面全体に亘っての均等で一様な流れを維持するのに役立ち、また処理容積１０８から外に向かって環状排気チャネル１０５内に向かうガスの流れを制御する。排気シリンダ１６０は、内方側壁１６２及び外方側壁１６３を有する環状リング１６１を備え、側壁には、側壁を貫通する貫通孔又はスロット１６５があり、リング１６１の外周全体に亘って等間隔で位置決めされている。一実施形態においては、排気シリンダ１６０と排気リング１２０とが単一体である。一実施形態において、排気リング１２０と排気シリンダ１６０とは別々の部品であり、当該分野で公知の取り付け技法を用いて互いに連結される。図２を参照するが、処理ガスはシャワーヘッドアセンブリ１０４からキャリアプレート１１４に向かって下方向に流れ、半径方向外側に流れて遮光体１１７を越え、排気シリンダ１６０のスロット１６５を通過して環状排気チャネル１０５内に流れ込み、最終的に排気ポート１０９を通ってチャンバ１０２の外に出る。排気シリンダ１６０のスロットが処理ガスの流れをせき止め、サセプタプレート１１５全体に亘っての均等な半径方向の流れの実現を促す。一実施形態においては、不活性ガスを遮光体１１７と排気リング１２０との間に形成された間隙を通して上方向に流すことによって、処理ガスがチャンバ１０２の下方容積１１０に進入するのを防止し、また下方ドーム１１９上への堆積を防止する。下方ドーム１１９上への堆積は温度均一性に影響を与える場合があり、場合によっては下方ドーム１１９が高温となって亀裂が生じる。
【００２４】
ガス送出システム１２５は複数のガス源を含んでいてもよく、実行中の処理によっては一部の供給源がガスではなく液体供給源であり、この場合、ガス送出システムは液体注入システム又は液体を気化させるためのその他の手段（例えば、バブラ）を含み得る。次に、チャンバ１０２内への送出に先立ってこの蒸気をキャリアガスと混合し得る。様々なガス（前駆体ガス、キャリアガス、パージガス、洗浄／エッチングガスその他等）を、ガス送出システム１２５から別々の供給ライン１３１、１３５、更にはシャワーヘッドアセンブリ１０４へと供給し得る。供給ラインは、各ラインのガス流を監視、調節又は遮断するための遮断バルブ、質量流量コントローラ又はその他のタイプのコントローラを含み得る。一実施形態において、前駆体ガス濃度は、蒸気圧曲線、温度及びガス源の位置で測定される圧力に基づいて予測される。他の実施形態において、ガス送出システム１２５は、ガス源の下流に位置する、システム内の前駆体ガスの濃度を直接測定するモニタを含む。
【００２５】
導管１２９は、遠隔プラズマ源１２６から洗浄／エッチングガスを受け取り得る。遠隔プラズマ源１２６はガス送出システム１２５から供給ライン１２４を介してガスを受け取り、バルブ１３０は、シャワーヘッドアセンブリ１０４と遠隔プラズマ源１２６との間に配置され得る。バルブ１３０を開放すると、洗浄及び／若しくはエッチングガス又はプラズマがシャワーヘッドアセンブリ１０４内へと、プラズマ用の導管として機能するように構成し得る供給ライン１３３を介して流れ込む。他の実施形態において、洗浄／エッチングガスは、別の供給ライン構成を使用して、非プラズマ洗浄及び／又はエッチングのために、ガス送出システム１２５からシャワーヘッドアセンブリ１０４へと送出される。更に他の実施形態において、プラズマはシャワーヘッドアセンブリ１０４を迂回して、チャンバ１０２の処理容積１０８内へと、シャワーヘッドアセンブリ１０４を横断する導管（図示せず）を介して直接流れ込む。
【００２６】
遠隔プラズマ源１２６は、チャンバ１０２の洗浄及び／又は基板１４０のエッチング用に構成された高周波又はマイクロ波プラズマ源であってもよい。洗浄及び／又はエッチングガスを遠隔プラズマ源１２６へと供給ライン１２４を介して供給してプラズマ種を発生させ、このプラズマ種を導管１２９及び供給ライン１３３を介してシャワーヘッドアセンブリ１０４を通過させ、チャンバ１０２内へと分散させる。洗浄用途のガスにはフッ素、塩素又はその他の反応性元素が含まれる。
【００２７】
他の実施形態において、ガス送出システム１２５及び遠隔プラズマ源１２６は、前駆体ガスが遠隔プラズマ源１２６に供給されてプラズマ種が発生し、このプラズマ種がシャワーヘッドアセンブリ１０４を通過してＣＶＤ層（ＩＩＩ−Ｖ族膜等）が例えば基板１４０上に堆積されるように適切に構成される。
【００２８】
パージガス（例えば、窒素）は、チャンバ１０２内へとシャワーヘッドアセンブリ１０４及び／又はキャリアプレート１１４の下であり且つチャンバ本体１０３の底部近くに配置された流入ポート若しくは管（図示せず）から送出し得る。パージガスはチャンバ１０２の下方容積１１０に進入し、キャリアプレート１１４及び排気リング１２０を越えて上方に流れ、環状排気チャネル１０５の周囲に配置された複数の排気ポート１０９に流れ込む。排気導管１０６は環状排気チャネル１０５を、真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム１１２へと接続する。チャンバ１０２の圧力は、環状排気チャネル１０５から排気ガスを抜く速度を制御するバルブシステム１０７を使用して制御し得る。
【００２９】
シャワーヘッドアセンブリ１０４は、基板１４０の処理中、キャリアプレート１１４の近くに位置する。一実施形態において、シャワーヘッドアセンブリ１０４からキャリアプレート１１４までの処理中の距離は、約４ｍｍ〜約４０ｍｍである。
【００３０】
基板の処理中、本発明の一実施形態において、処理ガスはシャワーヘッドアセンブリ１０４から基板１４０の表面に向かって流れる。処理ガスは、１種以上の前駆体ガス、これらの前駆体ガスと混合し得るキャリアガス、ドーパントガスを含む。環状排気チャネル１０５による吸引はガスの流れに影響を与え、処理ガスは、基板１４０に対して実質的に接線方向に流れ、基板１４０の堆積表面全体に亘って半径方向に均等に層流として分散する。処理容積１０８は、約７６０Ｔｏｒｒ〜約８０Ｔｏｒｒの圧力に維持される。
【００３１】
基板１４０の表面又はその近くでの処理ガス前駆体の反応によって、様々な金属窒化物層が基板１４０上に堆積され、ＧａＮ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）が含まれる。複数の金属も、その他の化合物膜の堆積に利用し得る（ＡｌＧａＮ及び／又はＩｎＧａＮ等）。加えて、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等のドーパントを膜に添加する場合もある。堆積処理中に少量のドーパントガスを添加することによって膜をドープし得る。ケイ素をドープする場合、例えばシラン（ＳｉＨ４）又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを使用し、マグネシウムをドープする場合、ドーパントガスには、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ又は（Ｃ２Ｈ５）２Ｍｇ）が含まれる。
【００３２】
一実施形態においては、フッ素又は塩素系プラズマをエッチング又は洗浄に使用する。その他の実施形態においては、ハロゲンガス（Ｃｌ２、Ｂｒ、Ｉ２等）又はハロゲン化物（ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ等）を、非プラズマエッチングに使用する。
【００３３】
一実施形態において、窒素ガス（Ｎ２）、水素ガス（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）ガス、その他の不活性ガス又はこれらの組み合わせを含み得るキャリアガスは、シャワーヘッドアセンブリ１０４への送出に先立って第１及び第２前駆体ガスと混合される。
【００３４】
一実施形態において、第１前駆体ガスはＩＩＩ族前駆体を含み、第２前駆体ガスはＶ族前駆体を含む。ＩＩＩ族前駆体は、有機金属（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ：ＭＯ）前駆体（トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡＩ）及び／又はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等）であってもよいが、その他の適切なＭＯ前駆体も使用し得る。Ｖ族前駆体は、窒素前駆体（アンモニア（ＮＨ３）等）であってもよい。
【００３５】
図８Ａは、本発明の一実施形態による上方ライナの斜視図である。図８Ｂは、本発明の一実施形態による下方ライナの斜視図である。一実施形態において、処理チャンバ１０２は更に、上方処理ライナ１７０及び下方処理ライナ１８０を備え、これらはチャンバ本体１０３を処理ガスによるエッチングから保護するのに役立つ。一実施形態において、上方処理ライナ１７０及び下方処理ライナ１８０は一体型である。他の実施形態において、上方処理ライナ１７０及び下方処理ライナ１８０は、別々の部品である。下方処理ライナ１８０は、処理チャンバ１０２の下方容積１１０内に配置され、上方処理ライナ１７０は、シャワーヘッドアセンブリ１０４に隣接して配置される。一実施形態において、上方処理ライナ１７０は、下方処理ライナ１８０上に載置される。一実施形態において、下方ライナ１７０は、スリットバルブポート８０２及び排気ポート８０４開口部を有しており、これらが排気ポート１０９の一部を構成する。上方処理ライナ１７０は排気環状部８０６を有し、この排気環状部が環状排気チャネル１０５の一部を構成する。ライナは、断熱材（不透明石英、サファイア、ＰＢＮ材料、セラミック、これらの誘導体及び組み合わせ等）を含み得る。
【００３６】
より大型の基板及びより広い堆積面積に亘って温度を均一に維持しながらも均等な前駆体流れと前駆体の混合をもたらす改良された堆積装置及び方法を提供してきた。より大型の基板及び／又は複数の基板並びにより広い堆積面積に亘っての均等な混合及び加熱は、収率及びスループットを上昇させるために望ましい。更に、均等な加熱及び混合は重要な要素であるが、これはこれらの要素が、電子デバイスの製造コストひいては市場におけるデバイス製造業者の競争力に直接影響するからである。
【００３７】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明のその他及び更なる実施形態は本発明の基本的な範囲から逸脱することなく創作することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、一般に、基板上での化学気相蒸着（ＣＶＤ）のための方法及び装置、特には化学気相蒸着において使用するための処理チャンバに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
ＩＩＩ−Ｖ族膜は、多種多様な半導体デバイス（短波長発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）等）及び高出力、高周波、高温トランジスタ、集積回路を含む電子デバイスの開発及び製造において重要性を増しつつある。例えば、短波長（例えば、青／緑〜紫外線）ＬＥＤは、ＩＩＩ族窒化物半導体材料である窒化ガリウム（ＧａＮ）を使用して製造される。ＧａＮを使用して製造された短波長ＬＥＤでは、ＩＩ−ＶＩ族元素を含む非窒化物半導体材料を使用して製造された短波長ＬＥＤよりはるかに高い効率及び長い動作寿命が得られることが観察されている。
【０００３】
ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物の堆積に使用されている１つの方法が、有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）である。この化学気相蒸着法は一般に、温度管理された環境を有するリアクタ内で行なうことによって、ＩＩＩ族に属するガリウム（Ｇａ）等の少なくとも１種の元素を含有する第１前駆体ガスの安定性を確保している。アンモニア（ＮＨ３）等の第２前駆体ガスが、ＩＩＩ族窒化物の生成に必要な窒素を提供する。これら２種類の前駆体ガスはリアクタ内の処理ゾーンに注入され、そこで混合され、処理ゾーン内の加熱された基板に向かって移動する。キャリアガスを使用して、前駆体ガスの基板方向への移動を促す場合もある。前駆体は加熱された基板の表面で反応してＩＩＩ族窒化物層（ＧａＮ等）を基板表面上に形成する。膜の質は一部、堆積の均一性に依存しており、堆積の均一性は、基板全体に亘っての前駆体の均等な流れ及び混合に左右される。
【０００４】
ＬＥＤ、ＬＤ、トランジスタ及び集積回路への需要が増大するにつれ、高品質のＩＩＩ族窒化物膜を堆積する効率の重要性が増す。従って、より大型の基板及びより広い堆積面積に亘って均等な前駆体の混合と一貫した膜質をもたらすことが可能な、改良された堆積装置及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は概して、基板上への化学気相蒸着（ＣＶＤ）のための方法及び装置、特には化学気相蒸着における使用のための処理チャンバ及び部品に関する。
【０００６】
一実施形態において、基板上への有機金属化学気相蒸着のための装置を提供する。処理装置は、処理容積を画成するチャンバ本体を備える。第１平面のシャワーヘッドが、処理容積の上部を画成する。第２平面の基板キャリアプレートが処理容積を横断して延び、シャワーヘッドとサセプタプレートとの間に上方処理容積を形成する。第３平面の透明材が処理容積の底部を画成し、基板キャリアプレートとの間で下方処理容積を形成する。複数のランプが、透明材の下に位置する１つ以上のゾーンを形成する。複数のランプは、輻射熱を基板キャリアプレートに向かって指向させ、１つ以上の輻射熱ゾーンを形成する。
【０００７】
他の実施形態において、有機金属化学気相蒸着のための基板処理装置が提供される。処理装置は、処理容積を画成するチャンバ本体を備える。第１平面のシャワーヘッドは、処理容積の上部を画成する。処理容積内の第１平面の下を、第２平面の基板キャリアプレートが処理容積を横断して延びる。傾斜部を備えた遮光体が基板キャリアプレートの周囲を取り囲み、遮光体は、基板キャリアプレートに向かって輻射熱を指向させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の上記の構成が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約した本発明のより具体的な説明を実施形態を参照して行う。実施形態の一部は添付図面に図示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態しか図示しておらず、本発明はその他の同等に効果的な実施形態も含み得ることから、本発明の範囲を制限すると解釈されないことに留意すべきである。
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による堆積チャンバの断面図である。
【図２】図１の堆積チャンバの部分断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるキャリアプレートの斜視図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるサセプタプレートの上面の斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態によるサセプタプレートの下面の斜視図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるサセプタ支持シャフトの斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の他の実施形態によるサセプタ支持シャフトの斜視図である。
【図５Ｃ】本発明の他の実施形態によるサセプタ支持シャフトの斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態によるキャリア昇降シャフトの斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態による排気処理キットの概略図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による上方ライナの斜視図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による下方ライナの斜視図である。
【詳細な説明】
【００１０】
本発明の実施形態は概して、ＭＯＣＶＤによるＩＩＩ族窒化物膜の堆積に利用し得る方法及び装置を提供する。ＭＯＣＶＤと関連させて論じるが、本発明の実施形態はＭＯＣＶＤに限定されない。図１は、本発明の一実施形態による、本発明の実践に使用し得る堆積装置の断面図である。図２は、図１の堆積チャンバの部分断面図である。本発明の実践に合わせて構成し得る例示的なシステム及びチャンバが、２００６年４月１４日に出願された米国特許出願第１１／４０４５１６号及び２００６年５月５日に出願された第１１／４２９０２２号に記載されており、これらの文献は共に引用により全て本願に組み込まれる。
【００１１】
図１及び図２を参照するが、装置１００は、チャンバ１０２と、ガス送出システム１２５と、遠隔プラズマ源１２６と、真空システム１１２とを備える。チャンバ１０２は、処理容積１０８を取り囲むチャンバ本体１０３を含む。チャンバ本体１０３は、ステンレススチール、アルミニウム等の材料を含み得る。シャワーヘッドアセンブリ１０４又はガス分散プレートは、処理容積１０８の片側に配置され、キャリアプレート１１４は、処理容積１０８の反対側に配置される。本発明の実践に合わせて構成し得る例示的なシャワーヘッドは、２００７年１０月１６日に出願された米国特許出願第１１／８７３１３２号「Ｍｕｌｔｉ−ｇａｓ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ」、２００７年１０月１６日に出願された第１１／８７３１４１号「Ｍｕｌｔｉ−ｇａｓ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ」及び２００７年１０月１６日に出願された第１１／８７３１７０号「Ｍｕｌｔｉ−ｇａｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ」に記載されており、これらの文献は全て引用により本願に組み込まれる。基板１４０の輻射加熱用に光透過性に構成された透明材１１９は、下方容積１１０の片側に配置され、キャリアプレート１１４は、下方容積１１０の反対側に配置される。透明材１１９は、ドーム形状であってもよい。キャリアプレート１１４は処理位置にある状態で図示されているが、例えば基板１４０をロード又はアンロードする下方位置に移動させる場合もある。
【００１２】
図３は、本発明の一実施形態によるキャリアプレートの斜視図である。一実施形態において、キャリアプレート１１４は１つ以上の凹部１１６を含み、処理中、この凹部に１枚以上の基板１４０が配置される。一実施形態において、キャリアプレート１１４は、６枚以上の基板１４０を担持するように構成される。他の実施形態において、キャリアプレート１１４は、８枚の基板１４０を担持するように構成される。他の実施形態において、キャリアプレート１１４は、１８枚の基板を担持するように構成される。更に他の実施形態において、キャリアプレート１１４は、２２枚の基板を担持するように構成される。キャリアプレート１１４上で担持する基板１４０の枚数はこれより多くても少なくてもよいと理解すべきである。典型的な基板１４０には、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン、窒化ガリウム（ＧａＮ）が含まれる。その他のタイプの基板１４０（ガラス基板１４０等）も処理し得ると理解すべきである。基板１４０のサイズは直径５０ｍｍ〜１００ｍｍ又はそれより大きくなり得る。キャリアプレート１１４のサイズは、２００ｍｍ〜７５０ｍｍとなり得る。キャリアプレート１１４は、ＳｉＣ、ＳｉＣ被覆グラファイトを含む多種多様な材料から形成し得る。その他のサイズの基板１４０も、チャンバ１０２内で本願に記載の手順に従って処理し得ると理解すべきである。
【００１３】
処理中、キャリアプレート１１４を、軸を中心に回転させる場合もある。一実施形態において、キャリアプレート１１４は約２ｒｐｍ〜約１００ｒｐｍで回転させられる。他の実施形態において、キャリアプレート１１４は約３０ｒｐｍで回転させられる。キャリアプレート１１４の回転は、基板１４０の均一な加熱及び各基板１４０の処理ガスへの均等な曝露を促す。一実施形態において、キャリアプレート１１４は、サセプタプレート１１５を備えたキャリア支持デバイスによって支持される。本発明の実践に合わせて構成し得る例示的な基板支持構造体は、２００６年１０月２４日に出願の米国特許出願第１１／５５２４７４号「Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｒａｐｉｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ」に記載されており、この文献は引用により全て本願に組み込まれる。
【００１４】
図４Ａは、本発明の一実施形態によるサセプタプレートの上面の斜視図である。図４Ｂは、本発明の一実施形態によるサセプタプレートの下面の斜視図である。サセプタプレート１１５はディスク形態であり、炭化ケイ素で被覆したグラファイト材料から形成される。サセプタプレート１１５の上面１５６には、円形凹部１２７が形成される。円形凹部１２７は、キャリアプレート１１４を収容し且つ支持するための支持領域として機能する。サセプタプレート１１５は、昇降ピンを収めるための３つの貫通孔１５８を有する。サセプタプレート１１５は、チャンバの下方容積１１０に配置された石英製のサセプタ支持シャフト１１８によって、下側から３点で水平に支持される。サセプタプレートの下面１５９は、サセプタ支持シャフト１１８の昇降アームを収めるための３つの穴１６７を有する。サセプタプレート１１５を３つの穴１６７を有するものとして説明するが、サセプタ支持シャフト１１８の昇降アームの数に応じて、穴の数は幾つであってもよい。
【００１５】
昇降機構１５０について、図５Ａ〜５Ｃ及び図６と関連させて説明する。図５Ａは、サセプタ支持シャフトの斜視図であり、図６は、キャリアプレート昇降機構の斜視図である。サセプタ支持シャフト１１８は中央シャフト１３２を備え、この中央シャフト１３２からは３本の昇降アーム１３４が放射線状に延びる。サセプタ支持シャフト１１８は３本の昇降アーム１３４を備えた状態で図示されているが、４本以上の昇降アームを使用してもよく、例えば、サセプタ支持シャフト１１８は、図５Ｂに示されるように、６本の昇降アーム１９２を備える。図５Ｃに示される一実施形態において、昇降アームはディスク１９５に置き換えられており、ディスク１９５は、サセプタプレート１１５を支持するための、ディスク１９５の表面から延びる支持ポスト１９６を備える。
【００１６】
キャリアプレート昇降機構１５０は、サセプタ支持シャフト１１８の中央シャフト１３２を取り囲むように配置された、垂直方向に可動式の昇降管１５２と、昇降管１５２を上下に移動させるための駆動ユニット（図示せず）と、昇降管１５２から放射線状に延びる３本の昇降アーム１５４と、サセプタプレート１１５を貫通するように形成された各貫通孔１５８を経てサセプタプレート１１５の底面から懸垂された昇降ピン１５７とを備える。駆動ユニットを制御することによってこのような構成の昇降管１５２及び昇降アーム１５４を上昇させると、昇降ピン１５７が昇降アーム１５４の遠位端によって押し上げられ、これによってキャリアプレート１１４が上昇する。
【００１７】
図１に示されるように、輻射加熱は、下方ドーム１１９の下に配置された複数の内方ランプ１２１Ａ、複数の中央ランプ１２１Ｂ及び複数の外方ランプ１２１Ｃによって行い得る。リフレクタ１６６を、内方、中央及び外方ランプ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃによって供給される輻射エネルギーへのチャンバ１０２の曝露の制御に役立て得る。ランプゾーンを更に追加することによって、基板１４０のより精密な温度制御も行い得る。一実施形態において、リフレクタ１６６は、金で被覆される。他の実施形態において、リフレクタ１６６は、アルミニウム、ロジウム、ニッケル、これらの組み合わせ又はその他の反射性の高い材料によって被覆される。一実施形態においては、１ゾーンあたり２４個のランプ（２キロワット／ランプ）から構成される合計７２個のランプがある。一実施形態において、ランプは空冷され、ランプの土台は水冷される。
【００１８】
複数の内方ランプ、中央ランプ及び外方ランプ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃのゾーンを同心円状又はその他の形状（図示せず）に配置し、各ランプゾーンに別々に給電することで、堆積率及び成長率を温度制御を通じて微調整し得る。一実施形態においては、１つ以上の温度センサ（高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ等）をシャワーヘッドアセンブリ１０４内に配置して基板１４０及びキャリアプレート１１４の温度を測定し、温度データをコントローラ（図示せず）に送り、コントローラは、各ランプゾーンへの電力を調節して既定の温度プロファイルをキャリアプレート１１４全体に亘って維持することが可能である。一実施形態においては、不活性ガスを高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ周辺に処理容積１０８内へと流すことによって、高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ上への堆積及び凝縮の発生を防止する。高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃは、表面への堆積に起因する輻射率の変化を自動的に相殺することが可能である。３つの高温計１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃを図示しているが、高温計を幾つ使用してもよいことを理解すべきであり、例えば、ランプゾーンを更に追加する場合は、各追加ランプゾーンを監視するために高温計を更に追加することが望ましい。他の実施形態においては、異なるランプゾーンへの電力を調節することによって、前駆体流れ又は前駆体濃度の不均一性を相殺する。例えば、外方ランプゾーンに近いキャリアプレート１１４の領域における前駆体濃度が低い場合、外方ランプゾーンへの電力を調節することによって、この領域における前駆体の不足を補う。抵抗加熱と比較してのランプによる加熱の利点には、キャリアプレート１１４表面全体での温度差が小さくなり、生産量が向上する点が含まれる。迅速に加熱し、迅速に冷却できるランプの能力によってスループットは向上し、またはっきりとした膜界面の形成にも役立つ。
【００１９】
その他の計測装置（反射率モニタ１２３、熱電対（図示せず）等）又はその他の温度装置をチャンバ１０２に連結する場合もある。計測装置を使用して、様々な膜特性（厚さ、粗さ、組成、温度等）又はその他の特性を測定し得る。これらの測定結果を、自動リアルタイムフィードバック制御ループにおいて使用することによって、処理条件（堆積率、それに対応する厚さ等）を制御し得る。一実施形態においては、反射率モニタ１２３を、中央導管（図示せず）を介してシャワーヘッドアセンブリ１０４に連結する。チャンバ計測のその他の側面については、２００８年１月３１日に出願の米国特許出願（代理人整理番号０１１００７）「Ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ＭＯＣＶＤ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ」に記載されており、この文献は参照により全て本願に組み込まれる。
【００２０】
内方、中央及び外方ランプ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃは、基板１４０を約４００℃〜約１２００℃に加熱し得る。本発明は、内方、中央及び外方ランプ列１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃの使用に限定されないと理解すべきである。チャンバ１０２及びその中の基板１４０に適当な温度を十分にゆきわたらせるために、いずれの適切な加熱源も利用し得る。例えば、他の実施形態において、加熱源は、キャリアプレート１１４と熱的に接触する抵抗加熱要素（図示せず）を含む。
【００２１】
図２及び図７を参照するが、図７は、本発明の一実施形態による排気処理キットの斜視図である。一実施形態において、この処理キットは、遮光体１１７と、排気リング１２０と、排気シリンダ１６０とを備える。図２に示されるように、遮光体１１７は、キャリアプレート１１４の周囲に配置し得る。遮光体１１７は、内方ランプ１２１Ａ、中央ランプ１２１Ｂ及び外方ランプ１２１Ｃからの、サセプタ直径を超えて漏れるエネルギーを吸収し、またこのエネルギーをチャンバ１０２の内部に向かって再指向させるのに役立つ。遮光体１１７は、計測ツールの邪魔となる直接的なランプ輻射エネルギーも阻止する。一実施形態において、遮光体１１７は概して、内縁及び外縁を有する環状リングを備える。一実施形態において、環状リングの外縁は、上方向に傾斜する。遮光体１１７は概して、炭化ケイ素を含む。或いは、遮光体１１７は、電磁エネルギーを吸収する材料（セラミックス等）も含み得る。遮光体１１７は、排気シリンダ１６０、排気リング１２０又はチャンバ本体１０３の別の部品に連結し得る。遮光体１１７は一般に、サセプタプレート１１５又はキャリアプレート１１４と接触しない。
【００２２】
一実施形態において、排気リング１２０を、キャリアプレート１１４の周囲に配置することによって、下方容積１１０内で生じる堆積を防止し、またチャンバ１０２から排気ポート１０９への排気ガスの指向に役立てる。一実施形態において、排気リング１２０は、炭化ケイ素を含む。或いは、排気リング１２０は、電磁エネルギーを吸収する材料（セラミックス等）も含み得る。
【００２３】
一実施形態において、排気リング１２０は、排気シリンダ１６０に連結される。一実施形態において、排気シリンダ１６０は、排気リング１２０に対して垂直である。排気シリンダ１６０は、中心から外側に向かう、キャリアプレート１１４の表面全体に亘っての均等で一様な流れを維持するのに役立ち、また処理容積１０８から外に向かって環状排気チャネル１０５内に向かうガスの流れを制御する。排気シリンダ１６０は、内方側壁１６２及び外方側壁１６３を有する環状リング１６１を備え、側壁には、側壁を貫通する貫通孔又はスロット１６５があり、リング１６１の外周全体に亘って等間隔で位置決めされている。一実施形態においては、排気シリンダ１６０と排気リング１２０とが単一体である。一実施形態において、排気リング１２０と排気シリンダ１６０とは別々の部品であり、当該分野で公知の取り付け技法を用いて互いに連結される。図２を参照するが、処理ガスはシャワーヘッドアセンブリ１０４からキャリアプレート１１４に向かって下方向に流れ、半径方向外側に流れて遮光体１１７を越え、排気シリンダ１６０のスロット１６５を通過して環状排気チャネル１０５内に流れ込み、最終的に排気ポート１０９を通ってチャンバ１０２の外に出る。排気シリンダ１６０のスロットが処理ガスの流れをせき止め、サセプタプレート１１５全体に亘っての均等な半径方向の流れの実現を促す。一実施形態においては、不活性ガスを遮光体１１７と排気リング１２０との間に形成された間隙を通して上方向に流すことによって、処理ガスがチャンバ１０２の下方容積１１０に進入するのを防止し、また下方ドーム１１９上への堆積を防止する。下方ドーム１１９上への堆積は温度均一性に影響を与える場合があり、場合によっては下方ドーム１１９が高温となって亀裂が生じる。
【００２４】
ガス送出システム１２５は複数のガス源を含んでいてもよく、実行中の処理によっては一部の供給源がガスではなく液体供給源であり、この場合、ガス送出システムは液体注入システム又は液体を気化させるためのその他の手段（例えば、バブラ）を含み得る。次に、チャンバ１０２内への送出に先立ってこの蒸気をキャリアガスと混合し得る。様々なガス（前駆体ガス、キャリアガス、パージガス、洗浄／エッチングガスその他等）を、ガス送出システム１２５から別々の供給ライン１３１、１３５、更にはシャワーヘッドアセンブリ１０４へと供給し得る。供給ラインは、各ラインのガス流を監視、調節又は遮断するための遮断バルブ、質量流量コントローラ又はその他のタイプのコントローラを含み得る。一実施形態において、前駆体ガス濃度は、蒸気圧曲線、温度及びガス源の位置で測定される圧力に基づいて予測される。他の実施形態において、ガス送出システム１２５は、ガス源の下流に位置する、システム内の前駆体ガスの濃度を直接測定するモニタを含む。
【００２５】
導管１２９は、遠隔プラズマ源１２６から洗浄／エッチングガスを受け取り得る。遠隔プラズマ源１２６はガス送出システム１２５から供給ライン１２４を介してガスを受け取り、バルブ１３０は、シャワーヘッドアセンブリ１０４と遠隔プラズマ源１２６との間に配置され得る。バルブ１３０を開放すると、洗浄及び／若しくはエッチングガス又はプラズマがシャワーヘッドアセンブリ１０４内へと、プラズマ用の導管として機能するように構成し得る供給ライン１３３を介して流れ込む。他の実施形態において、洗浄／エッチングガスは、別の供給ライン構成を使用して、非プラズマ洗浄及び／又はエッチングのために、ガス送出システム１２５からシャワーヘッドアセンブリ１０４へと送出される。更に他の実施形態において、プラズマはシャワーヘッドアセンブリ１０４を迂回して、チャンバ１０２の処理容積１０８内へと、シャワーヘッドアセンブリ１０４を横断する導管（図示せず）を介して直接流れ込む。
【００２６】
遠隔プラズマ源１２６は、チャンバ１０２の洗浄及び／又は基板１４０のエッチング用に構成された高周波又はマイクロ波プラズマ源であってもよい。洗浄及び／又はエッチングガスを遠隔プラズマ源１２６へと供給ライン１２４を介して供給してプラズマ種を発生させ、このプラズマ種を導管１２９及び供給ライン１３３を介してシャワーヘッドアセンブリ１０４を通過させ、チャンバ１０２内へと分散させる。洗浄用途のガスにはフッ素、塩素又はその他の反応性元素が含まれる。
【００２７】
他の実施形態において、ガス送出システム１２５及び遠隔プラズマ源１２６は、前駆体ガスが遠隔プラズマ源１２６に供給されてプラズマ種が発生し、このプラズマ種がシャワーヘッドアセンブリ１０４を通過してＣＶＤ層（ＩＩＩ−Ｖ族膜等）が例えば基板１４０上に堆積されるように適切に構成される。
【００２８】
パージガス（例えば、窒素）は、チャンバ１０２内へとシャワーヘッドアセンブリ１０４及び／又はキャリアプレート１１４の下であり且つチャンバ本体１０３の底部近くに配置された流入ポート若しくは管（図示せず）から送出し得る。パージガスはチャンバ１０２の下方容積１１０に進入し、キャリアプレート１１４及び排気リング１２０を越えて上方に流れ、環状排気チャネル１０５の周囲に配置された複数の排気ポート１０９に流れ込む。排気導管１０６は環状排気チャネル１０５を、真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム１１２へと接続する。チャンバ１０２の圧力は、環状排気チャネル１０５から排気ガスを抜く速度を制御するバルブシステム１０７を使用して制御し得る。
【００２９】
シャワーヘッドアセンブリ１０４は、基板１４０の処理中、キャリアプレート１１４の近くに位置する。一実施形態において、シャワーヘッドアセンブリ１０４からキャリアプレート１１４までの処理中の距離は、約４ｍｍ〜約４０ｍｍである。
【００３０】
基板の処理中、本発明の一実施形態において、処理ガスはシャワーヘッドアセンブリ１０４から基板１４０の表面に向かって流れる。処理ガスは、１種以上の前駆体ガス、これらの前駆体ガスと混合し得るキャリアガス、ドーパントガスを含む。環状排気チャネル１０５による吸引はガスの流れに影響を与え、処理ガスは、基板１４０に対して実質的に接線方向に流れ、基板１４０の堆積表面全体に亘って半径方向に均等に層流として分散する。処理容積１０８は、約７６０Ｔｏｒｒ〜約８０Ｔｏｒｒの圧力に維持される。
【００３１】
基板１４０の表面又はその近くでの処理ガス前駆体の反応によって、様々な金属窒化物層が基板１４０上に堆積され、ＧａＮ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）が含まれる。複数の金属も、その他の化合物膜の堆積に利用し得る（ＡｌＧａＮ及び／又はＩｎＧａＮ等）。加えて、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等のドーパントを膜に添加する場合もある。堆積処理中に少量のドーパントガスを添加することによって膜をドープし得る。ケイ素をドープする場合、例えばシラン（ＳｉＨ４）又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを使用し、マグネシウムをドープする場合、ドーパントガスには、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ又は（Ｃ２Ｈ５）２Ｍｇ）が含まれる。
【００３２】
一実施形態においては、フッ素又は塩素系プラズマをエッチング又は洗浄に使用する。その他の実施形態においては、ハロゲンガス（Ｃｌ２、Ｂｒ、Ｉ２等）又はハロゲン化物（ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ等）を、非プラズマエッチングに使用する。
【００３３】
一実施形態において、窒素ガス（Ｎ２）、水素ガス（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）ガス、その他の不活性ガス又はこれらの組み合わせを含み得るキャリアガスは、シャワーヘッドアセンブリ１０４への送出に先立って第１及び第２前駆体ガスと混合される。
【００３４】
一実施形態において、第１前駆体ガスはＩＩＩ族前駆体を含み、第２前駆体ガスはＶ族前駆体を含む。ＩＩＩ族前駆体は、有機金属（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ：ＭＯ）前駆体（トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡＩ）及び／又はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等）であってもよいが、その他の適切なＭＯ前駆体も使用し得る。Ｖ族前駆体は、窒素前駆体（アンモニア（ＮＨ３）等）であってもよい。
【００３５】
図８Ａは、本発明の一実施形態による上方ライナの斜視図である。図８Ｂは、本発明の一実施形態による下方ライナの斜視図である。一実施形態において、処理チャンバ１０２は更に、上方処理ライナ１７０及び下方処理ライナ１８０を備え、これらはチャンバ本体１０３を処理ガスによるエッチングから保護するのに役立つ。一実施形態において、上方処理ライナ１７０及び下方処理ライナ１８０は一体型である。他の実施形態において、上方処理ライナ１７０及び下方処理ライナ１８０は、別々の部品である。下方処理ライナ１８０は、処理チャンバ１０２の下方容積１１０内に配置され、上方処理ライナ１７０は、シャワーヘッドアセンブリ１０４に隣接して配置される。一実施形態において、上方処理ライナ１７０は、下方処理ライナ１８０上に載置される。一実施形態において、下方ライナ１７０は、スリットバルブポート８０２及び排気ポート８０４開口部を有しており、これらが排気ポート１０９の一部を構成する。上方処理ライナ１７０は排気環状部８０６を有し、この排気環状部が環状排気チャネル１０５の一部を構成する。ライナは、断熱材（不透明石英、サファイア、ＰＢＮ材料、セラミック、これらの誘導体及び組み合わせ等）を含み得る。
【００３６】
より大型の基板及びより広い堆積面積に亘って温度を均一に維持しながらも均等な前駆体流れと前駆体の混合をもたらす改良された堆積装置及び方法を提供してきた。より大型の基板及び／又は複数の基板並びにより広い堆積面積に亘っての均等な混合及び加熱は、収率及びスループットを上昇させるために望ましい。更に、均等な加熱及び混合は重要な要素であるが、これはこれらの要素が、電子デバイスの製造コストひいては市場におけるデバイス製造業者の競争力に直接影響するからである。
【００３７】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明のその他及び更なる実施形態は本発明の基本的な範囲から逸脱することなく創作することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容積を形成するチャンバ本体と、
処理容積の上部を画成する第１平面のシャワーヘッドと、
第１平面の下の第２平面の基板キャリアプレートであって、処理容積を横断して延び、シャワーヘッドとの間で上方処理容積を画成する基板キャリアプレートと、
処理容積の底部を画成する第３平面の透明材であって、キャリアプレートとの間で下方処理容積を形成する透明材と、
透明材の下に位置する１つ以上のゾーンを形成する複数のランプであって、輻射熱をキャリアプレートに向かって指向させて、１つ以上の輻射熱ゾーンを形成するように構成された複数のランプとを備える有機金属化学気相蒸着のための基板処理装置。
【請求項２】
１つ以上のゾーンが、内方ゾーン、中央ゾーン及び外方ゾーンを含む請求項１記載の装置。
【請求項３】
各ゾーンが同心円状のランプ列を形成し、外方ゾーンが、中央ゾーンより上に位置する請求項２記載の装置。
【請求項４】
１つ以上のランプゾーンが、輻射熱を基板キャリアプレートに向かって指向させるように構成された１つ以上のリフレクタを備える請求項１記載の装置。
【請求項５】
１つ以上のリフレクタが金のコーティングを有する請求項４記載の装置。
【請求項６】
１つ以上の輻射熱ゾーンのそれぞれを監視して各ランプゾーンへの電力を調節し且つ基板キャリア全体に亘って既定の温度プロファイルを維持するための１つ以上の高温計を更に備え、高温計の周囲に不活性ガスを流して１つ以上の高温計をパージすることによって、高温計上での堆積及び凝縮の発生を防止する請求項１記載の装置。
【請求項７】
基板キャリアプレートが、複数の基板を受容するための複数の凹部を有する請求項１記載の装置。
【請求項８】
基板キャリアプレートが、基板キャリアを保持するように構成された円形凹部を有するサセプタプレートによって支持される請求項１記載の装置。
【請求項９】
チャンバ本体に連結された反射率モニタを更に備える請求項１記載の装置。
【請求項１０】
洗浄ガス、エッチングガス及び／又はプラズマをシャワーヘッドに供給するためのガス源を有するガス送出システムを更に備える請求項１記載の装置。
【請求項１１】
ガス送出システムがガス源の下流に位置するガスモニタを備え、ガスモニタは、システム内の前駆体ガス濃度を直接測定する請求項１記載の装置。
【請求項１２】
処理容積を形成するチャンバ本体と、
処理容積の上部を画成するシャワーヘッドと、
処理容積を横断して延び、処理容積の底部を画成する基板キャリアプレートと、
基板キャリアを取り囲む、輻射熱を基板キャリアに向かって指向させる遮光体とを備える有機金属化学気相蒸着のための基板処理装置。
【請求項１３】
キャリアプレートの下に位置する１つ以上の同心円状のランプゾーンを形成する複数のランプを更に備え、複数のランプが、輻射熱をキャリアプレートに向かって指向させて１つ以上の輻射熱ゾーンを形成するように構成される請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
遮光体の周囲を取り囲む排気リングと、
排気リングに連結された排気シリンダであって、等間隔で位置決めされた複数のスロットを有する排気シリンダと、
排気シリンダの周囲を取り囲む環状排気路を更に備える請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
基板キャリアプレートが、１枚以上の基板を受容するための複数の凹部を有する請求項１２記載の装置。
【請求項１】
処理容積を形成するチャンバ本体と、
処理容積の上部を画成する第１平面のシャワーヘッドと、
第１平面の下の第２平面の基板キャリアプレートであって、処理容積を横断して延び、シャワーヘッドとの間で上方処理容積を画成する基板キャリアプレートと、
処理容積の底部を画成する第３平面の透明材であって、キャリアプレートとの間で下方処理容積を形成する透明材と、
透明材の下に位置する１つ以上のゾーンを形成する複数のランプであって、輻射熱をキャリアプレートに向かって指向させて、１つ以上の輻射熱ゾーンを形成するように構成された複数のランプとを備える有機金属化学気相蒸着のための基板処理装置。
【請求項２】
１つ以上のゾーンが、内方ゾーン、中央ゾーン及び外方ゾーンを含む請求項１記載の装置。
【請求項３】
各ゾーンが同心円状のランプ列を形成し、外方ゾーンが、中央ゾーンより上に位置する請求項２記載の装置。
【請求項４】
１つ以上のランプゾーンが、輻射熱を基板キャリアプレートに向かって指向させるように構成された１つ以上のリフレクタを備える請求項１記載の装置。
【請求項５】
１つ以上のリフレクタが金のコーティングを有する請求項４記載の装置。
【請求項６】
１つ以上の輻射熱ゾーンのそれぞれを監視して各ランプゾーンへの電力を調節し且つ基板キャリア全体に亘って既定の温度プロファイルを維持するための１つ以上の高温計を更に備え、高温計の周囲に不活性ガスを流して１つ以上の高温計をパージすることによって、高温計上での堆積及び凝縮の発生を防止する請求項１記載の装置。
【請求項７】
基板キャリアプレートが、複数の基板を受容するための複数の凹部を有する請求項１記載の装置。
【請求項８】
基板キャリアプレートが、基板キャリアを保持するように構成された円形凹部を有するサセプタプレートによって支持される請求項１記載の装置。
【請求項９】
チャンバ本体に連結された反射率モニタを更に備える請求項１記載の装置。
【請求項１０】
洗浄ガス、エッチングガス及び／又はプラズマをシャワーヘッドに供給するためのガス源を有するガス送出システムを更に備える請求項１記載の装置。
【請求項１１】
ガス送出システムがガス源の下流に位置するガスモニタを備え、ガスモニタは、システム内の前駆体ガス濃度を直接測定する請求項１記載の装置。
【請求項１２】
処理容積を形成するチャンバ本体と、
処理容積の上部を画成するシャワーヘッドと、
処理容積を横断して延び、処理容積の底部を画成する基板キャリアプレートと、
基板キャリアを取り囲む、輻射熱を基板キャリアに向かって指向させる遮光体とを備える有機金属化学気相蒸着のための基板処理装置。
【請求項１３】
キャリアプレートの下に位置する１つ以上の同心円状のランプゾーンを形成する複数のランプを更に備え、複数のランプが、輻射熱をキャリアプレートに向かって指向させて１つ以上の輻射熱ゾーンを形成するように構成される請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
遮光体の周囲を取り囲む排気リングと、
排気リングに連結された排気シリンダであって、等間隔で位置決めされた複数のスロットを有する排気シリンダと、
排気シリンダの周囲を取り囲む環状排気路を更に備える請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
基板キャリアプレートが、１枚以上の基板を受容するための複数の凹部を有する請求項１２記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公表番号】特表２０１１−５１１４５９（Ｐ２０１１−５１１４５９Ａ）
【公表日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４５０５０（Ｐ２０１０−５４５０５０）
【出願日】平成２１年１月１３日（２００９．１．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３０８５８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９９７２０
【国際公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１３日（２００９．１．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３０８５８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９９７２０
【国際公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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