DE102014114099A1

DE102014114099A1 - Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102014114099A1
Application number: DE102014114099.0A
Authority: DE
Inventors: Suda Noboru; Oishi Takahiro; Komeno Junji; Po-Ching Lu; Shih-Yung Shieh; Bu-Chin Chung
Original assignee: Hermes Epitek Corp
Current assignee: Hermes Epitek Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2015-04-09
Also published as: KR20150040228A; JP2015076417A; CN104513968A; KR101681375B1; TWI521089B; US20150096496A1; JP6058515B2; TW201531589A; CN104513968B

Abstract

Aufgabe: Bereitstellen einer Schichtabscheidung-Vorrichtung, welche zur selben Zeit drei Faktoren realisiert, welche sind: ein hoher Partialdruck von flüchtigen Komponenten, eine große Strömungsgeschwindigkeit und eine glatte Abscheidungsratenkurve bei einem geringem Verbrauch von Gas. Lösung: Die Reaktorstruktur 10 ist mit einem scheibenartigen Suszeptor 20, einer Gegenflächen-Komponente 30, welche dem Suszeptor 20 gegenüber liegt, einem Injektor 40, einem Materialgas-Einleitungsabschnitt 60 und einem Gas-Entlüftungsabschnitt 38 ausgebildet. Ein Substrat W wird von einem Waferhalter 22 gehalten, und der Waferhalter 22 wird von einer Stütz-Komponente 26 des Suszeptors 20 gehalten. Der Suszeptor 20 dreht sich um seine Zentralachse herum und das Substrat W dreht sich ebenso um sich selbst. Die Gegenfläche-Komponente 30 ist strukturiert, so dass ein fächerförmig vertiefter Abschnitt 34 und ein fächerförmig erhobener Abschnitt 36 abwechselnd gebildet sind auf eine radiale Weise, von welcher sich die Höhe des Strömungskanals in einer umlaufenden Richtung verändert. Dadurch ist es möglich eine Schichtabscheidung zu realisieren äquivalent zu der, welche unter optimalen Voraussetzungen von einer konventionellen Vorrichtung bei einer kleineren Strömungsrate des Trägergases erreicht wird. Es ist ebenso möglich einen Partialdruck des Materialgases der flüchtigen Komponenten dramatisch zu erhöhen, verglichen mit einem konventionellen Fall.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung, welche eine Halbleiterschicht auf einem Halbleiter oder einem Oxidsubstrat bildet und insbesondere betrifft sie eine Rotation/Umkreisung-Typ Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung, welche ermöglicht, ein Substrat während einer Schichtabscheidung sich um sich selbst zu drehen (mit anderen Worten zu rotieren) oder rundherum zu kreisen.
Beschreibung von verwandter Technik
Im Allgemeinen wird angenommen, dass drei Faktoren benötigt werden, um die hohe Qualität einer Schicht (Schichtqualität) beizubehalten, welche von einem Gasphase-Schichtabscheidung-Verfahren gebildet wird. Im Einzelnen sind diese a) Schichtabscheidungsdruck, b) Strömungsgeschwindigkeit (auch als Fließgeschwindigkeit bezeichnet) und c) Kurve einer Abscheidungsrate (Abscheidungsratenkurve, auch als Abscheidungsratenverlauf oder Abscheidungsratendiagram bezeichnet). Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung bezüglich der Einflüsse von diesen Faktoren auf die Schichtqualität gegeben.
Zuerst a) ist ein Schichtabscheidungsdruck wichtig, insbesondere wenn ein hochflüchtiger Bestandteil in Elementen einer Schicht enthalten ist. Ein System, in dem eine signifikante Verflüchtigung (auch als Abdampfung bezeichnet) von der Schicht auftritt, wird einer derartigen Behandlung ausgesetzt, in welcher ein Schichtabscheidungsdruck angehoben wird, um einen Partialdruck des flüchtigen Bestandteils zu erhöhen, so dass eine Dissoziation (anders ausgedrückt eine Abtrennung oder Absonderung) der flüchtigen Komponente von der Schicht unterdrückt wird, so dass eine Schicht mit weniger Defekten und höherer Qualität bereitgestellt wird. Zum Beispiel wird es in dem Fall von III-V Verbindungshalbleitern (auch bezeichnet als Halbleiterverbindungen) aufgrund hoher Flüchtigkeit eines Gruppe-V Element des Periodensystems notwendig, einen Partialdruck des Gruppe-V Elements als Gasphase (mit anderen Worten in dessen Gasphase, auch als Dampfphase bezeichnet) zu erhöhen, um eine Dissoziation der flüchtigen Komponente von der Schicht zu unterdrücken. Unter anderem wird es aufgrund hoher Flüchtigkeit von Stickstoff in einem Nitridsystem-basierten Verbindungshalbleiter oft bevorzugt, eine Schichtabscheidung bei einem Druck nahe Normaldruck durchzuführen.
Als nächstes, bezüglich b) einer Strömungsgeschwindigkeit, ist eine höhere Strömungsgeschwindigkeit wünschenswert. Unter normalen Schichtabscheidungsvoraussetzungen ist eine Reynolds-Zahl (auch als Reynolds'sche Zahl bezeichnet) nicht hoch genug, um das Auftreten von Turbulenz zu ermöglichen (mit anderen Worten um das Auftreten einer turbulenten Strömung zu ermöglichen). Wenn keine Turbulenz auftritt, ist eine höhere Strömungsgeschwindigkeit wünschenswert. Ein erster Grund dafür ist, dass die Grenzfläche (auch als Übergangsbereich oder Übergangslage bezeichnet) einer Schicht qualitativ verschlechtert wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit gering ist. Bei einer üblichen Schichtabscheidung werden durch Ändern einer Zusammensetzung der Schicht (Schichtzusammensetzung) oder durch Ändern eines Dotier-Materials im Verlauf der Schichtabscheidung verschiedene Grenzflächentypen auf einer Schicht gebildet. Im Vorfeld einer Grenzflächenbildung wird ein Material-Gas (Materialgas, auch als Materialdampf bezeichnet), welches in einer Schichtabscheidungslage verwendet wird, nicht schnell abgeführt (anders ausgedrückt wird das Material-Gas nicht schnell entlüftet), wenn die Strömungsgeschwindigkeit gering ist. Dadurch ist es schwierig eine steile (anders ausgedrückt: eine scharfe) Grenzfläche zu erhalten, was in einem Fehlschlag resultiert, die Grenzfläche in hoher Qualität zu erhalten (anders ausgedrückt misslingt es daher eine hochqualitative Grenzfläche zu bilden). Ein anderer Grund ist, dass es von einem Einbringen eines Quellengases in einen Reaktor eine längere Zeit in Anspruch nimmt bis dieses an einem Substrat ankommt (anders ausgedrückt dauert es länger bis das eingebrachte Quellengas zu dem Substrat gelangt), wodurch zu einem höheren Prozentsatz Präkusoren (Rohmaterial-Elemente) durch Gasreaktionen (Dampfreaktionen) aufgenommen werden. Dabei wird die Nutzungseffizienz des Rohmaterials verringert. Noch ein anderer Grund ist, dass es schwierig ist, eine Zufallsdiffusion von Rohmaterial-Molekülen durch die Strömungsgeschwindigkeit von Gas zu steuern (oder zu regeln), wenn die Strömungsgeschwindigkeit gering ist, was in einer Erzeugung von unerwünschter Deposition (Abscheidung) an unbeabsichtigten Teilen (andere als das Substrat) im Inneren des Reaktors resultiert, welche die Schichtqualität und eine Reproduzierbarkeit ungünstig beeinflusst (bei einer Magnetronanordnung werden unerwünschte Ablagerungen im Inneren des Reaktors erzeugt).
In einem Bereich (mit anderen Worten einem Wertebereich), in welchem keine Turbolenz auftreten wird, ermöglicht eine höhere Strömungsgeschwindigkeit eine höhere Schichtqualität und eine höhere Qualität einer Grenzfläche (Grenzflächenqualität) stabil zu realisieren. Wenn man die Strömungsgeschwindigkeit im Zusammenhang mit dem Schichtabscheidungsdruck bei derselben Strömungsrate des Trägergases berücksichtigt (oder abwägt), ist ein höherer Schichtabscheidungsdruck vorteilhaft, um eine Dissoziation von flüchtigen Komponenten zu unterdrücken, kann aber nachteilig hinsichtlich einer Strömungsgeschwindigkeit sein, da die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmenden Druck langsamer wird, was zu einer Schicht in geringerer Qualität führt. Diese zwei Faktoren sind grundlegend nicht kompatibel. Es ist daher notwendig einen derartigen Betrieb durchzuführen, welcher einen optimalen Schichtabscheidungsdruck und Strömungsgeschwindigkeit aus einer umfassenden Sichtweise sucht (mit anderen Worten ermittelt).
Schlussendlich wird c) die Abscheidungsratenkurve betrachtet. 10 ist eine Querschnittsansicht, welche eine generelle Rotation/Umkreisung-Typ Reaktorstruktur zeigt. Genauer ist dies ein Beispiel eines Reaktors, welcher in einer Schichtabscheidung von III-V Gruppe Verbindungshalbleitern verwendet wird. Ein Reaktor 100 ist mit einem scheibenartigen Suszeptor 20 (d.h. ein Bauteil, das sich im unmittelbaren Prozessbereich befinden kann und zur Aufnahme der zu behandelnden Gegenstände dient; wird auch als Aufnehmer oder Waferhalterauflage bezeichnet), einer Gegenfläche-Komponente 110, welche dem Suszeptor 20 gegenüber liegt, einem Materialgas-Einleitungsabschnitt 60 und einem Gas-Entlüftungsabschnitt 38 ausgebildet. Ein Substrat W wird von einem Waferhalter 22 gehalten und der Waferhalter 22 wird von einer Stütz-Komponente 26 des Suszeptors 20 gehalten. Der Reaktor 100 ist zentrosymmetrisch und strukturiert, so dass der Suszeptor 20 sich um seine zentrale Achse (Zentralachse) dreht (mit anderen Worten kreist dieser rundherum) und zur selben Zeit das Substrat W selbst rotiert (d.h. um sich selbst dreht). Ein Mechanismus zum Umkreisen und Rotieren, wie vorangehend beschrieben ist, ist öffentlich bekannt. Ferner wird die in 10 gezeigte Struktur noch mit einem Separatversorgung-Typ Gasinjektor (Separatversorgung-Typ Gas-Injektor) 120 bereitgestellt. Der Separatversorgung-Typ Gasinjektor 120, welcher in 10 gezeigt ist, wird von einer ersten Injektor-Komponente 122 und einer zweiten Injektor-Komponente 124 in einen Gas-Einleitungsabschnitt geteilt, welcher aus drei Lagen zusammengesetzt ist, z.B. eine obere, mittlere und untere Lage. Und dieser Gasinjektor wird oft in einer solchen Weise verwendet, dass ein Quellengas eines H2/N2/Gruppe-V-Elements von der oberen Lage eingebracht wird, ein Quellengas eines Gruppe-III-Elements von der mittleren Lage eingebracht wird und H2/N2/Gruppe-V von der unteren Lage eingebracht wird. In der vorliegenden Erfindung ist ein Kurve, welche durch Auftragen einer Abscheidungsrate (Depositionsrate) an jeder Position auf dem Suszeptor 20 und dem Substrat W in einer radialen Richtung des Rotation/Umkreisung-Typ Reaktors 10 erhalten wird, als eine Abscheidungsratenkurve definiert.
11 zeigt eine gewöhnliche Abscheidungsratenkurve, welche durch die vorangehend erwähnte Schichtabscheidung-Vorrichtung erhalten wird. Diese Kurve wird hauptsächlich vom Transport von Rohmaterial-Molekülen dominiert. Zum Beispiel wird in dem Fall von III-V Verbindungshalbleitern in den meisten Fällen eine Schichtabscheidung mit einem Gruppe-V-Element durchgeführt, welches übermäßig versorgt (anders ausgedrückt mit Überschuss zugeführt) wird. Dadurch wird nur ein Gruppe-III-Element als Rohmaterial-Moleküle gehandhabt, welche die Abscheidungsratenkurve dominieren. Eine horizontale Achse (Horizontalachse) repräsentiert einen Abstand von einem Injektorende, wohingegen eine longitudinale Achse (Longitudinalachse, auch als Längsachse bezeichnet) eine Abscheidungsrate repräsentiert. Eine Seite, an welcher die Abscheidung beginnt, ist im Wesentlichen gleich einem Injektorende, wo von dem Separatversorgung-Typ Injektor ein Quellengas in einen Reaktor eingebracht wird. Die Abscheidungsrate wird von der Seite zunehmen und kurz nach dem Erreichen eines Peaks (auch als spitzes/lokales Maximum bezeichnet) monoton abnehmen. Bezüglich der Position des Substrats wird ein oberster stromaufwärts(upstream)-Teil (Anströmung-Teil) des Substrats gewöhnlich an einer Position geringfügig stromabwärts (downstream) von dem Peak der Abscheidungsratenkurve angeordnet. Weiterhin wird dem Substrat ermöglicht, sich selbst zu drehen (d.h. sich um sich selbst zu drehen), wodurch ein Unterschied in einer Abscheidungsrate zwischen stromaufwärts (Anströmung) und stromabwärts (Abströmung) eliminiert wird, um eine relativ günstige Gleichmäßigkeit einer Schichtdicke (Schichtdickengleichmäßigkeit) zu realisieren. Mit anderen Worten bestimmt (anders ausgedrückt bedingt) die Abscheidungsratenkurve die Schichtdickengleichmäßigkeit nach Rotation und Umkreisung. Zusätzlich zu der Schichtdicke werden chemische Schichtzusammensetzungen, Konzentrationen von Dotanten (auch als Dotierstoffe bezeichnet) und anderes stark von der Abscheidungsrate beeinflusst. Dadurch ist eine Abscheidungsratenkurve ziemlich wichtig im Sinne von diesen Charakteristika und einer in-plane Gleichmäßigkeit des Substrats (anders ausgedrückt der Gleichmäßigkeit des Substrats innerhalb oder entlang der Substratebene). Daher gilt die Abscheidungsratenkurve als eine der wichtigen Faktoren, welche die Schichtqualität stark beeinflusst.
Eine tiefere Betrachtung der Abscheidungsratenkurve wird noch erfolgen. Zunächst einmal erfolgt eine Betrachtung von wichtigen Faktoren, welche die Verteilung einer Abscheidungsrate beeinflussen. In einem Verfahren für Rotation/Umkreisung-Typ Schichtabscheidung, wird eine Schichtabscheidung ziemlich oft in einem so genannten Masse-Transport-Ratenbestimmung-Modus durchgeführt, in welchem ein Masse-Transport (d.h. der Transport von Masse), welcher hauptsächlich auf Diffusion von Rohmaterial-Molekülen basiert, die Abscheidungsrate unter dem Strömungsfeld in einem laminaren Strömung-Modus (mit anderen Worten in einem Modus mit laminarer Strömung) bestimmt. In diesem Fall gelten (1) die Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen in einem Gas, (2) die Strömungsrate (auch als Fließrate bezeichnet) eines Trägergases und (3) die Höhe eines Strömungskanals als Hauptfaktoren, welche die Verteilung einer Abscheidungsrate beeinflussen. Zusätzlich wird in der vorliegenden Erfindung eine Beschreibung einer Strömungsrate eines Trägergases als ein Term verwendet, welcher eine Gesamt-Strömungsrate von allen Typen von Gasen (Gastypen) abdeckt, die in einer Schichtabscheidung verwendet werden, und zusätzlich als Trägergas vereinfacht. Unter den vorangehend beschrieben Faktoren von (1) bis (3) besteht bezüglich (1) der Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen, eine einfache Beziehung, dass die Abscheidungsrate proportional zu der Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen ist (vergleiche 12, welche die Umformung (mit anderen Worten eine Veränderung) der Abscheidungsratenkurve zeigt, wenn die Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen verändert wird).
Um (2) die Strömungsrate des Trägergases zu betrachten, wird im Folgenden in 13 ein Unterschied in der Abscheidungsratenkurve gezeigt, wenn die Strömungsrate des Trägergases verändert wird. Wenn die Strömungsrate des Trägergases verändert wird, werden zusätzlich all die anderen Schichtabscheidung-Voraussetzungen unverändert gehalten. Wenn a) als eine Abscheidungsratenkurve aufgefasst wird, während eine bestimmte Strömungsrate des Trägergases als F0 gegeben ist, zeigen in dieser Zeichnung jede von b) und c) eine Abscheidungsratenkurve bei einer Strömungsrate des Trägergases, welche jeweils zweimal oder dreimal höher ist als a). Die vorangehende Beschreibung ergibt, dass sich die Abscheidungsratenkurve mit einer Zunahme (Erhöhung) eines Trägergases verändert, so dass sich diese in einer longitudinalen Richtung vermindert und in einer lateralen Richtung vergrößert. Quantitativ ist die Abscheidungsratenkurve im Wesentlichen konsistent, so dass diese mit 1/α longitudinal multipliziert wird und mit der Quadratwurzel aus α (√α) lateral multipliziert wird, wenn die Strömungsrate α-mal multipliziert wird. Dies liegt in der Tatsache begründet, dass die Abscheidungsrate in dem vorangehend beschrieben laminaren Strömung-Modus und ebenso dem Masse-Transport-begrenzt-Modus proportional zu einem Gradienten von Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen in eine Richtung senkrecht zu einer Fläche eines Substrats oder des Suszeptors ist, und die Verteilung von Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen in einem Strömungskanal im Wesentlichen einer Lösung der advektiven Diffusionsgleichung unter der Randbedingung entspricht, dass die Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen auf der Oberfläche des Substrats oder des Suszeptors Null betragen. Weiterhin wird ein Zusammenhang zwischen der vorangehend beschrieben Strömungsrate eines Trägergases und der Abscheidungsratenkurve aus der ähnlichen Regel der advektiven Diffusionsgleichung abgeleitet.
Ferner wird eine Beschreibung für die Einflüsse von (3) der Höhe eines Strömungskanals (Strömungskanalhöhe) auf die Abscheidungsratenkurve gegeben. 14 zeigt die Abscheidungsratenkurven, wenn die Höhe des Strömungskanals verändert wird. Wenn a) als eine Abscheidungsratenkurve aufgefasst wird, welche bei einer bestimmten Höhe des Strömungskanals von L0 vorgegeben ist, zeigt jede von b) und c) eine Abscheidungsratenkurve bei der Höhe des Strömungskanals, welche entsprechend zweimal oder dreimal höher ist als die Höhe von a) (anders ausgedrückt zweimal oder dreimal so hoch wie die Höhe von a)). Dies ist ebenso der ähnlichen Regel der advektiven Diffusionsgleichung unterworfen, wie die Strömungsrate. Die Abscheidungsratenkurve ist im Wesentlichen konsistent, so dass diese mit 1/α longitudinal multipliziert wird und mit der Quadratwurzel aus α(√α) lateral multipliziert wird, wenn die Höhe des Strömungskanals mit α multipliziert wird.
Bezugnehmend auf die vorangehende Beschreibung von Faktoren (1) bis (3) wird die Betrachtung wie folgt zusammengefasst. Mit einer Zunahme (2) der Strömungsrate von Trägergas und ebenso mit eine Zunahme (3) der Höhe eines Strömungskanals wird die Abscheidungsratenkurve dementsprechend in ihrer Form verteilt (d.h. verbreitert), so dass sich diese relativ in eine radiale Richtung ausdehnt, das heißt, in ihrer Form, so dass sich diese relativ gering neigt (anders ausgedrückt nimmt der Neigungswinkel oder Anstiegswinkel ab). Schließlich wird ein absoluter Wert der Abscheidungsrate von (1) der Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen bestimmt (d.h. bedingt).
Zusätzlich wird zu den drei Faktoren von (1) bis (3) nachfolgend eine Betrachtung der Einflüsse des Schichtabscheidungsdrucks auf die Abscheidungsratenkurve gegeben. Gemäß der advektiven Diffusionsgleichung bleibt die Verteilung von Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen in einem Strömungskanal unverändert, wenn ein Verhältnis von Strömungsgeschwindigkeit zu Diffusionskoeffizient konstant ist. Wenn man einen Fall betrachtet, in dem bei derselben Strömungsrate des Trägergases nur ein Druck verändert wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit invers-proportional (auch als umgekehrt proportional bezeichnet) zu dem Druck und der Diffusionskoeffizienten ist ebenso allgemein umgekehrt proportional zu dem Druck. Dadurch bleibt ein Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit zu dem Diffusionskoeffizienten unverändert. Dadurch werden im Wesentlichen ähnliche Resultate erhalten, wenn nur der Druck verändert wird. Jedoch verlaufen die chemischen Reaktionen aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit und dem Druck unterschiedlich, was zu verschiedenen Resultaten führen kann, wenn chemische Reaktionen in einer Gasphase nicht außer Acht gelassen werden können.
Da die Rolle der drei Faktoren, welcher die Abscheidungsratenkurve dominieren, aufgezeigt wurde, wird von nun an eine Betrachtung zu einer idealen Abscheidungsratenkurve gegeben. Wie vorangehend beschrieben ist, werden die drei Faktoren verändert, um eine Vielfalt von Abscheidungsratenkurven zu erhalten, und haben diese Kurven ihre eigenen Vorteile und Nachteile. In einer relativ steilen Abscheidungsratenkurve, welche erhalten wird, wenn eine Trägergas-Strömungsrate geringer ist oder wenn die Höhe des Strömungskanals geringer ist, werden die meisten der Rohmaterial-Moleküle, welche in einem Quellengas enthalten sind, verbraucht (oder abgeführt) bis das Quellengas erschöpft ist. Daher gibt es einen Vorteil, nämlich dass die Nutzungseffizienz von Rohmaterial hoch ist. Andererseits, gibt es einen Nachteil, nämlich dass eine dicke Abscheidungslage zwangsläufig auf der Suszeptor-Anströmung (Suszeptor-Aufströmung) von dem Substrat gebildet wird. Diese Anströmung-Deposition (Anströmung-Abscheidung) kann nicht nur die Schichtqualität verschlechtern, sondern ebenso zu unstabiler Schichtabscheidung beitragen, und daher zu einer Abnahme der Ausbeute oder eine Zunahme der Wartungshäufigkeit führen, die zu hohen Kosten führt. Ferner gibt es einen großen Unterschied in einer Abscheidungsrate zwischen einer Anströmung und einer Abströmung. Daher ist es wahrscheinlicher, dass dies einen Unterschied in einer Schichtqualität macht, wie etwa Zusammensetzung oder Konzentrationen von Dotanten zwischen dem Zentrum des Substrats (mit anderen Worten der Mitte des Substrats), wo eine Schichtabscheidung immer bei derselben Abscheidungsrate durchgeführt wird, und einem peripheren Teil des Substrats (d.h. eines Teils des Substrats, welcher am Rand liegt), wo eine Schichtabscheidung abwechselnd bei langsamen und schnellen Abscheidungsraten durchgeführt wird, was die Gleichmäßigkeit einer Schicht reduziert.
Wenn die Strömungsrate des Trägergases größer ist oder wenn die Höhe des Strömungskanals höher ist, ist umgekehrt die Verteilung einer Abscheidungsrate glatter (mit anderen Worten gleichmäßiger). Obwohl die Nutzungseffizienz von Rohmaterial relativ gering ist, werden in diesem Fall die negativen Einflüsse aufgrund der Anströmung-Abscheidung reduziert und die Schichtqualität wird gleichmäßiger werden. Wie vorangehend beschrieben ist, gibt es in jedem Fall Vorteile und Nachteile. Dadurch wird eine umfassende Beurteilung vorgenommen, um eine optimale Abscheidungsratenkurve im Hinblick auf die Punkte wie etwa die Schichtqualität und die Produktivität zu wählen. Jedoch, wenn nur die Schichtqualität oder die Gleichmäßigkeit einer Schicht berücksichtigt wird, ist eine glatte Abscheidungsratenkurve wünschenswerter.
Zurückkehrend zu den drei Faktoren, welche am Anfang der Beschreibung beschrieben sind, das heißt, a) Schichtabscheidungsdruck (insbesondere ein Partialdruck von flüchtigen Komponenten), b) Strömungsgeschwindigkeit und c) Abscheidungsratenkurve, werden hier Einflüsse dieser Faktoren auf die Schichtqualität zusammengefasst. Um eine gute Schichtqualität oder Gleichmäßigkeit einer Schicht zu erhalten, wird das Resultat umso besser sein, desto höher a) der Schichtabscheidungsdruck ist; wird das Resultat umso besser sein ist, desto höher b) die Strömungsgeschwindigkeit ist; und, wird das Resultat umso besser sein, desto geringer c) die Abscheidungsratenkurve ist.
Um mit einer festgesetzten Strömungsrate des Trägergases eine hohe Strömungsgeschwindigkeit bei einem hohen Schichtabscheidungsdruck zu erhalten, ist nun der einzige Weg die Höhe des Strömungskanals zu verringern. Jedoch wird eine Verringerung der Höhe des Strömungskanals verursachen, dass c) die Verteilung einer Abscheidungsrate steil wird, was für die Schichtqualität nicht erwünscht ist. Um eine glatte Verteilung einer Abscheidungsrate in der vorangehend beschrieben Voraussetzung zu realisieren, ist andererseits der einzige Weg die Strömungsrate des Trägergases zu erhöhen. Jedoch wird eine Erhöhung nur der Strömungsrate des Trägergases einen Prozentsatz eines Materialgases von flüchtigen Komponenten verringern, woraus in ein verringerter Partialdruck der flüchtigen Komponenten resultiert, welche nicht erwünscht ist. Schließlich ist es notwendig das Materialgas der flüchtigen Komponenten zugleich mit dem Trägergas zu erhöhen. Da das Materialgas teuer ist, ist es in Realität unmöglich das Materialgas ohne Beschränkung zu erhöhen.
Im Gegensatz ist unter einem reduzierten Druck, welcher eine hohe Strömungsgeschwindigkeit realisiert, im Grunde der einzige Weg die Partialdrücke von jedem Gas zu verringern (zu reduzieren). Jedoch ist eine Erhöhung des Prozentsatzes des Materialgases von flüchtigen Komponenten in einem Trägergas in der Lage einen hohen Partialdruck sogar unter einem reduzierten Druck zu realisieren. Nachfolgend erfolgt eine Betrachtung dieser Möglichkeit. Wie vorangehend beschrieben ist, kann eine Versorgung-Strömungsrate des Materialgases nicht ohne Einschränkungen erhöht werden, allerdings mit einer oberen Beschränkung. Um das Materialgas in dessen Partialdruck zu erhöhen, wird es dadurch bei einem bestimmten Druck und ebenso bei einer vorgegebenen Materialgas-Strömungsrate notwendig, ein Trägergas mit Ausnahme des Materialgases zu verringern. Um eine glatte Abscheidungsratenkurve bei einer kleineren Strömungsrate des Trägergases zu erhalten, kann die Höhe des Strömungskanals erhöht werden. Wenn jedoch die Höhe des Strömungskanals bei einer kleineren Strömungsrate des Trägergases erhöht wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit synergetisch verringert. Dadurch sind die Schichtqualität und Produktivität sogar unter einem reduzierten Druck signifikant verringert.
Dokumente zum Stand der Technik

Patent Dokument 1: veröffentlichte ungeprüfte Japanische Patentanmeldung No. 2002-175992 .

Übersicht über die Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme:
Aus der vorangehenden Betrachtung ist es schwierig den drei Faktoren zur selben Zeit zu genügen, das heißt, ein hoher Partialdruck von flüchtigen Komponenten, eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und eine glatte (mit anderen Worten ausgeglichene) Verteilung einer Abscheidungsrate mit einer Strömungsrate von Materialgas, welche bei einem realistischem Pegel gehalten wird, unter Verwendung einer konventionellen Vorrichtung. Es ist fast unmöglich diesen Faktoren zu genügen, insbesondere in einer großformatigen Vorrichtung für Massenproduktion.
Im Hinblick auf die vorangehend beschriebenen Probleme mit konventioneller Technologie ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schichtabscheidung-Vorrichtung bereitzustellen, welche imstande ist, die drei Faktoren zur selben Zeit mit geringerem Gasverbrauch zu realisieren, das heißt, einen hohen Partialdruck von flüchtigen Komponenten, eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und eine glatte Abscheidungsratenkurve.
Mittel zum Lösen der Probleme:
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gerichtet, welche einen scheibenartigen Suszeptor, welcher einen Waferhalter zum Halten eines Substrats zur Schichtabscheidung hat, einen Mechanismus, welcher dem Substrat ermöglicht sich selbst zu drehen und rundherum zu kreisen, eine Gegenfläche, welche zum Bilden von Strömungskanälen gegenüber einem Waferhalter liegt, einen Einleitungsabschnitt und einen Entlüftungsabschnitt eines Materialgases von jedem Strömungskanal aufweist, in welcher vertiefte und erhobene Profile auf der Gegenfläche gebildet sind, so dass ein Abstand zwischen dem scheibenartigen Suszeptor und der Gegenfläche in eine Richtung verändert ist, um welche das Substrat herum kreist.
In einem der Hauptaspekte ist ein scheibenartiger Injektor (auch als Einleit-Düse oder Einleiter bezeichnet) an einem Einleitungsabschnitt des Materialgases bereitgestellt, und vertiefte und erhobene Profile sind auf dem Injektor gebildet, so dass diese zu den vertieften und erhobenen Profilen korrespondieren, welche auf der Gegenfläche gebildet sind. In einem anderen Aspekt basiert ein Verfahren zur Schichtabscheidung auf chemischem Gas-Wachstum (auch als Chemische Gasphasenabscheidung bezeichnet). Ein noch anderer Modus ist derart, dass eine zu bildende Schicht ein Verbindungshalbleiter ist.
Ferner weist in einem anderen Aspekt ein Teil des Materialgases ein organisches Metall auf. In noch einem anderen Aspekt ist eine Komponente, welche die Gegenfläche und den Injektor ausbildet, aus einem von Folgenden hergestellt: Metall-Material, wie etwa Edelstahl, Molybdän; Carbid, wie etwa Kohlenstoff, Siliziumcarbid und Tantalcarbid; Nitrid wie etwa Bornitrid und Aluminiumnitrid, und Oxid-basierte Keramik wie etwa Quarz und Aluminiumoxid oder eine Kombination davon. Die vorangehend beschriebene Aufgabe und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung wie auch Charakteristika und Vorteile werden von einer detaillierten Beschreibung, welche hierin nachfolgend gegeben wird, und angefügten Zeichnungen verdeutlicht.
Wirkungen der Erfindung:
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Schichtabscheidung äquivalent zu der zu realisieren, welche unter Verwendung einer konventionellen Vorrichtung unter optimalen Voraussetzungen bei einer kleineren Strömungsrate des Trägergases erhalten wird. Es ist ebenso möglich einen Partialdruck von Materialgasen von flüchtigen Komponenten dramatisch zu erhöhen verglichen mit einem konventionellen Fall und dadurch eine Schicht mit höherer Qualität als eine konventionelle Schicht zu bilden.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist eine Draufsicht, welche eine Gegenfläche-Komponente der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie von A-A in 1.
3 ist eine Draufsicht, welche ein anderes Beispiel der Gegenfläche-Komponente zeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht, welche ein anderes Beispiel der Gegenfläche-Komponente zeigt.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Reaktorstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht, welche die Reaktorstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Injektor-Struktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Zeichnung, welche eine Abscheidungsratenkurve zeigt, welche in einem experimentellen Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
9 ist eine Zeichnung, welche ein Photolumineszenz-Spektrum eines Mehrfach-Quantentopfes zeigt, welcher in dem experimentellen Beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
10 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Reaktorstruktur von einer konventionellen Rotation/Umkreisung-Typ Schichtabscheidung-Vorrichtung zeigt.
11 ist eine Zeichnung, welche eine gewöhnliche Abscheidungsratenkurve und Anordnung eines Substrats zeigt, welches selbst rotiert und ebenso rundherum kreist.
12 ist eine Zeichnung, welche eine Veränderung in Abscheidungsratenkurven zeigt, wenn Konzentrationen von Rohmaterial-Molekülen verändert werden.
13 ist eine Zeichnung, welche eine Veränderung in einer Abscheidungsratenkurve zeigt, wenn eine Strömungsrate des Trägergases verändert wird.
14 ist eine Zeichnung, welche eine Veränderung in einer Abscheidungsratenkurve zeigt, wenn eine Höhe des Strömungskanals verändert wird.
Ausführliche Beschreibung der veranschaulichten Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung des besten Modus zum Ausüben der vorliegenden Erfindung auf der Basis von Beispielen gegeben.
Beispiel 1
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung: Zuerst wird eine Beschreibung eines Konzepts der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 und 2 gegeben. Die Erfinder haben sorgfältig analysiert, um die vorangehend beschrieben Probleme zu lösen, sie fanden eine Reaktorstruktur, welche in der Lage ist, eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit bei einem geringen Verbrauch von Trägergas zu realisieren, und ebenso in der Lage ist, eine optimale Abscheidungsratenkurve zu realisieren. Ein Verfahren davon ist es, vertiefte und erhobene Profile auf einer Gegenfläche zum Bilden von Strömungskanälen bereitzustellen, welche sich radial von dem Zentrum (ausgehend) eines Reaktors ausbreiten (mit anderen Worten spreizen diese von dem Zentrum aus), und welche voneinander separiert sind, wodurch der Bereich (oder die Fläche), welche zur Schichtabscheidung beiträgt, auf die Strömungskanäle limitiert ist. In konventionellen Technologien gab es ein Verfahren, in welchem eine Gegenfläche in der Form eines Kegels gebildet ist, und ein Verfahren, in welchem eine Stufe auf dessen Weg zu einem Strömungskanal angeordnet ist (zum Beispiel, veröffentlichte ungeprüfte Japanische Patentanmeldung No. 2005-5693 oder Ähnliche). Jedoch sind in beiden von diesen Verfahren die Strömungskanäle konstant in deren Höhe, wenn von dem Umfang aus betrachtet. Demnach ist es gemäß der Technologie welche in der veröffentlichten ungeprüften Japanischen Patentanmeldung No. 2005-5693 offenbart ist, ein Vorteil, dass unerwünschte Abscheidung an einer Region stromaufwärts von dem Substrat verringert werden kann. Da die Strömungskanäle in deren Höhe an einer Substratregion in einer umlaufenden Richtung (Umfangsrichtung) konstant sind, ist jedoch eine Abscheidungsratenkurve an der Substratregion essentiell nicht verschieden von der, welche in einem normalen Strömungskanal erhalten wird. Daher ist die Struktur nicht frei von den vorangehend beschrieben Problemen, z.B. sind die drei Faktoren des Schichtabscheidungsdrucks, der Strömungsgeschwindigkeit und der Abscheidungsratenkurve miteinander verbunden. In der vorliegenden Erfindung sind die Strömungskanäle in deren Höhe in die umlaufende Richtung verändert. Und in diesem Sinne entspricht die vorliegende Erfindung einem komplett verschiedenen Modus gegenüber einer konventionellen Vorrichtung (mit anderen Worten einem Modus, welcher von einer konventionellen Vorrichtung komplett verschieden ist) und ist mit der nachstehenden Effektivität bereitgestellt.
Ein Konzept der vorliegenden Erfindung ist in 1 und 2 gezeigt. 1 ist eine Draufsicht von einer Gegenfläche-Komponente, welche eine Schichtabscheidung-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ausmacht. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie von A-A in 1. Eine Reaktorstruktur der Schichtabscheidung-Vorrichtung ist in 5 und 6 veranschaulicht. Hier wird zur Beschreibung eines Basiskonzepts der vorliegenden Erfindung lediglich eine Beschreibung einer Gegenfläche-Komponente 30 gegeben. Zusätzlich ist eine Reaktorstruktur 10 selbst fundamental (grundlegend) ähnlich zu der Reaktorstruktur 100 der vorangehend beschrieben herkömmlichen Technik (Stand der Technik). Die vorliegende Erfindung hat Merkmale bezüglich des Profils der Gegenfläche-Komponente 30, welche einem Suszeptor 20 gegenüber liegt. Die Gegenfläche-Komponente 30 ist mit einer Öffnung 32 an dem Zentrum (der Mitte) bereitgestellt, von welchem ein vertiefter Abschnitt 34 und ein erhobener Abschnitt 36 in abwechselnder Weise radial (mit anderen Worten sternförmig oder auch strahlig) gebildet sind. Die Gegenfläche zu dem Suszeptor 20 ist gebildet wie vorangehend beschrieben ist, wodurch ein Quellengas kaum in den erhoben Abschnitt 36 strömt und das meiste Gas in den vertieften Abschnitt 34 strömt. Daher wird eine Schichtabscheidung grundlegend nur an dem vertieften Abschnitt 34 durchgeführt.
Eine Beschreibung eines Konzepts der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf ein anderes Beispiel gegeben. Für eine konventionelle Struktur (vergleiche 10) wird nun angenommen, dass optimale Schichtabscheidung-Voraussetzungen von der Höhe des Strömungskanals L0 erreicht werden, im Sinne eines Schichtabscheidungsdrucks, einer Strömungsgeschwindigkeit und einer Abscheidungsratenkurve. Die Struktur der vorliegenden Erfindung wird so eingestellt, dass ein Flächenverhältnis des erhoben Abschnitts 36 zu dem vertieften Abschnitt 34 1:1 ist und die Höhe des Strömungskanals L an dem Kanalabschnitt 34 (vergleiche 2) dieselbe ist wie ein optimaler Wert L0 der konventionellen Struktur. Um das Verständnis zu erleichtern wird angenommen, dass kein Gas in den erhoben Abschnitt 36 strömt und das Gas nur in den vertieften Abschnitt 34 strömt. In einer vorliegenden Struktur ist es unmöglich eine Schichtabscheidungsfläche (Schichtabscheidungsbereich) komplett auf den vertieften Abschnitt 34 zu begrenzen. Da es möglich ist einfach eine Situation zu realisieren, welche näher an dem vorangehenden ist, kann die Betrachtung jedoch unter der vorangehenden Annahme gegeben werden. Der Schichtabscheidungsdruck kann beliebig gesteuert (oder geregelt) werden und wird daher unter denselben Voraussetzungen eingestellt wie jener der konventionellen Struktur.
Damit die vorangehend beschriebene Struktur des Reaktors verwendet wird, um eine vorteilhafte Abscheidungsratenkurve ähnlich zu einer konventionellen Abscheidungsratenkurve zu erreichen, kann eine Strömungsgeschwindigkeit des Strömungskanals an einem vertieften Abschnitt in Einklang mit einer konventionellen Strömungsgeschwindigkeit gebracht werden. Die Struktur der vorliegenden Erfindung entspricht der Hälfte in einer Querschnittsfläche, durch welche ein Gas hindurch strömt, verglichen mit der konventionellen Struktur. Dadurch genügt die Hälfte einer Strömungsrate des Trägergases, um dieselbe Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten. Mit anderen Worten sind unter der vorangehend beschrieben Voraussetzung die Höhe L0 des Strömungskanals und die Strömungsgeschwindigkeit an dem vertieften Abschnitt 34 ebenso komplett äquivalent zu den konventionellen optimalen Voraussetzungen, wodurch immer ermöglicht wird, eine optimale Abscheidungsratenkurve zu erhalten.
Weiterhin wird eine Betrachtung eines absoluten Werts der Abscheidungsrate gegeben. In der Struktur der vorliegenden Erfindung ist eine Region, welche zu einer Schichtabscheidung beiträgt, auf die Hälfte verringert verglichen mit der konventionellen Struktur, was den Effekt hat, dass ein absoluter Wert der Abscheidungsrate auf die Hälfte reduziert ist. Da ein Trägergas auf die Hälfte reduziert ist, ist die Konzentration von Rohmaterial andererseits in dem Gas zweimal erhöht (mit anderen Worten die Konzentration von Rohmaterial ist auf das Doppelte erhöht), was den Effekt hat, das die Abscheidungsrate auf das doppelte erhöht ist. Dadurch gleichen diese Effekte einander aus, wodurch ein absoluter Wert der Abscheidungsrate äquivalent zu einem konventionellen absoluten Wert gemacht wird (mit anderen Worten werden die beiden Werte aneinander angeglichen). Das heißt, Rohmaterial-Moleküle werden in derselben Menge zugeführt, so dass eine Abscheidungsrate ähnlich zu einer konventionellen Abscheidungsrate erhalten wird, allerdings wird die Nutzungseffizienz von Rohmaterialien nicht verringert.
Aus der bisher gegebenen Beschreibung wird es deutlich, dass es eine Übernahme der Struktur der vorliegenden Erfindung ermöglicht, einen Zustand zu realisieren, welcher identisch mit einer konventionellen optimalen Voraussetzung bei Halbierung ein Menge eines Trägergases ist, welches von der konventionellen Struktur verwendet wird. Allein dieser Fakt ist in der Lage eine Menge des verwendeten Trägergas zu reduzieren und ferner besonders vorteilhaft die Produktionskosten zu reduzieren. Weiterhin hat die vorliegende Erfindung einen anderen wichtigen Vorteil. Durch Verringern einer Strömungsrate des Trägergases, wird die Strömungsrate eines Materialgases von flüchtigen Komponenten gleich gehalten wie eine konventionelle Strömungsrate, wodurch ein Prozentsatz von Materialgasen von flüchtigen Komponenten in dem Trägergas entsprechend erhöht wird. Verglichen mit einem konventionellen Fall ist es daher möglich, einen Partialdruck von Materialgasen der flüchtigen Komponenten stark zu erhöhen. In diesem Fall wird eine weitere Beschreibung unter Bezugnahme auf III-V-Gruppe-Halbleiter gegeben. Bezugnehmend auf Schichtabscheidung-Voraussetzungen der vorliegenden Erfindung wird ein Verhältnis eines Gruppe-V-Elements zu einem Gruppe-III-Element als einer der wichtigsten Parameter einer Schichtabscheidung genauso eingestellt wie ein konventionelles Verhältnis. Da das Gruppe-III-Element in derselben Menge versorgt werden kann (mit anderen Worten zugeführt werden kann) wie eine konventionelle Menge, kann ein Materialgas des Gruppe-V-Elements ebenso in derselben Menge zugeführt werden. Da die Strömungsrate des Trägergases verglichen mit einer konventionellen Strömungsrate andererseits auf die Hälfte reduziert ist, ist ein Prozentsatz des Materialgases des Gruppe-V-Elements in einer Strömungsrate von allen zugeführten Gasen auf das Doppelte erhöht. Dadurch ist ein Partialdruck des Materialgases des Gruppe-V-Elements ebenso auf das Doppelte erhöht. Dieser hohe Partialdruck ist effektiv (anders ausgedrückt: wirksam) darin, eine Dissoziation von Atomen des Gruppe-V-Elements von einer Schicht zu unterdrücken, was es ermöglicht eine Schicht in höherer Qualität (mit höherer Qualität) als eine konventionelle Schicht zu erhalten.
Wie bisher beschrieben, ist es gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich, eine Schichtabscheidung zu realisieren, welche äquivalent zu der ist, welche unter optimalen Voraussetzungen mittels einer konventionellen Vorrichtung bei einer kleineren Strömungsrate des Trägergases realisiert wird. Es ist ebenso möglich, einen Partialdruck von Materialgasen von flüchtigen Komponenten verglichen mit einem konventionellen Fall dramatisch zu erhöhen und daher möglich eine Schicht in höherer Qualität als eine konventionelle Schicht zu bilden.
Wie vorangehend beschrieben ist, kann in der vorliegenden Struktur die Schichtabscheidungsfläche nicht exklusiv (ausschließlich) auf den vertieften Abschnitt 34 begrenzt werden. Ein Höhenverhältnis des erhoben Abschnitts 36 zu dem vertieften Abschnitt 34 und ein Flächenverhältnis davon sind passend gewählt, was es ermöglicht, Effekte der vorliegenden Erfindung ausreichend zu erhalten. Ferner beeinflusst eine Seitenwand 35 des Strömungskanals, welche eine Seitenfläche des erhoben Abschnitts ist, geringfügig ein Strömungsmuster, jedoch ist der Einfluss dieser begrenzt. Wenn der Einfluss der Seitenwand 35 korrigiert werden soll, kann die Korrektur durch geringfügiges Anpassen von Gasbedingungen erfolgen, da die Korrektur sich auf eine Strömungsgeschwindigkeit bezieht.
Abschließend wird eine Betrachtung zu zeitlicher Veränderung der Abscheidungsrate gegeben. In der vorliegenden Erfindung durchläuft ein Gas während einer Umkreisung des Substrats (mit anderen Worten während das Substrat umkreisend bewegt wird) abwechselnd eine Schichtabscheidungsregion, welche dem vertieften Abschnitt 34 entspricht, und eine Region, welche frei von einer Schichtabscheidung ist, welche dem erhobenen Abschnitt 36 entspricht. Wenn eine zeitliche Veränderung der Abscheidungsrate betrachtet wird, wird daher angenommen, dass die zeitliche Veränderung in einer rechteckigen Form (rechteckform) oder in einer gepulsten Weise (pulsweise) gebildet ist. Ob dies ein Problem darstellt oder nicht, ist selbstverständlich eine Angelegenheit von Interesse. In diesem Zusammenhang wurde kürzlich von einem Verfahren zur Schichtabscheidung berichtet, in welchem Rohmaterialen pulsweise zugeführt (mit anderen Worten versorgt) werden wie etwa puls-MOCVD (MOCVD – metallorganische chemische Gasphasenabscheidung) (C. Bayram et al., Proc. of SPIE Vol. 7222 722212-1 oder Andere). Dieses Verfahren stellt Resultate bereit, welche besser sind als jene, welcher mittels eines gewöhnlichen Verfahrens zur Schichtabscheidung erhalten werden. Mit der Berücksichtigung der vorangehenden Beschreibung kann sicher gesagt werden, dass im Sinne von zeitlicher Veränderung der Abscheidungsrate in rechteckform oder pulsweise kein grundlegendes Problem auftritt. Ferner, bezugnehmend auf Einflüsse der Abscheidungsrate in gepulster Weise auf die Gleichmäßigkeit einer Schicht, wird diese Abscheidungsrate die Gleichmäßigkeit nicht beeinflussen, da sich die Abscheidungsrate in gepulster Weise gleichermaßen überall auf dem Substrat finden lässt. Das heißt, es kann wie bei einem konventionellen Verfahren nach allem mit Sicherheit gesagt werden, dass die Gleichmäßigkeit lediglich von der Abscheidungsratenkurve dominiert wird. Aus der Betrachtung, welche bisher gegeben ist, lässt sich zusammenfassen, dass eine zeitliche Veränderung der Abscheidungsrate in gepulster Weise in jeder Hinsicht nicht nachteilig sein wird.
Wie bisher beschrieben, ist die vorliegende Erfindung vollständig frei von konventionellen Nachteilen und wird zur selben Zeit mit einem großen Vorteil bereitgestellt, nämlich dass aufgrund eines hohen Partialdruck von Materialgas die Schicht in der Qualität stark verbessert wird und ein Gasverbrauch stark reduziert wird.
Detaillierte Struktur der vorliegenden Erfindung: Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung der Struktur der Schichtabscheidung-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 3 bis 7 gegeben. 3 ist eine Draufsicht, welche ein anderes Beispiel der Gegenfläche-Komponente zeigt. 4 ist eine Querschnittsansicht, welche ein anderes Beispiel der Gegenfläche-Komponente zeigt. 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Reaktorstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 ist eine Querschnittsansicht, welche die Reaktorstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt. 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Injektor-Struktur der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 5 und 6 gezeigt ist, ist es akzeptabel, dass die Struktur, andere als die Gegenfläche-Komponente 30 und des Injektors 40 (mit anderen Worten abgesehen von der Gegenfläche-Komponente 30 und dem Injektor 40), identisch mit einer konventionellen Struktur ist. Bezüglich des Profils der Gegenfläche, welches ein essentieller Teil der vorliegenden Erfindung ist, weisen Bauformparameter (auch als Auslegungsparameter oder Bemessungsparameter bezeichnet) eine planare Form und ein Querschnittsprofil der Gegenfläche, eine Flächenverhältnis und ein Höhenverhältnis eines vertieften Abschnitts zu einem erhoben Abschnitt, und die Anzahl von Aufteilungen von Strömungskanälen (anders ausgedrückt die Anzahl der einzelnen Strömungskanäle) auf.
1 ist eine Draufsicht, welche ein Beispiel des vertieften Abschnitts 34 zeigt, welcher in einer Fächerform (fächerförmig) gebildet ist. Ähnliche Effekte können in einer Rechteckform oder eine Kombination davon erhalten werden. Es ist es akzeptabel, dass Abscheidung-Voraussetzungen und anderes berücksichtigt werden, um eine geeignete Form abhängig von entsprechenden Schichtabscheidung-Voraussetzungen zu wählen. Eine Gegenfläche-Komponente 70, welche in 3 gezeigt ist, veranschaulicht einen vertieften Abschnitt 74, welcher in einem Profil gebildet ist, das einen rechteckigen Abschnitt 74A mit einem fächerförmigen (auch als ventilatorförmig bezeichnet) Abschnitt 74B kombiniert. Ferner zeigt 2 eine Querschnittsform des vertieften Abschnitts, welcher als ein Beispiel rechteckig ist. Es wird natürlich deutlich, dass ein Trapezoid, ein Dreieck oder eine gekrümmte Fläche, wie etwa eine Sinuskurve, ähnliche Effekte bereitstellen können. Im Hinblick darauf ein gleichmäßiges Strömungsfeld zu erreichen, kann ein Profil bevorzugt werden, welches eine gekrümmte Fläche aufweist. 4 zeigt ein Beispiel der vertieften und erhobenen Profile, deren Querschnitt ein Trapezoid ist, und in welchem an der Kante/Ecke eine Kantenverrundung (auch als Kantenabrundung bezeichnet, d.h. eine abgerundete innere/äußere Kante/Ecke) 75 bereitgestellt ist.
Bezüglich einem Flächenverhältnis des vertieften Abschnitts 34 zu dem erhobenen Abschnitt 36 ist weiterhin der Effekt, dass das Trägergas reduziert wird, und daher der Effekt, dass ein Partialdruck von Materialgasen von flüchtigen Komponenten erhöht wird, umso größer, desto kleiner das Flächenverhältnis des vertieften Abschnitts 34 ist. Jedoch wird eine übermäßig kleine Fläche des vertieften Abschnitts 34 in einer längeren Durchlaufzeit des Gases durch den erhoben Abschnitt 36 resultieren, welcher nicht zum Wachstum beiträgt. Dies kann sich abhängig von dem Fall nachteilig auf ein Bilden einer sehr dünnen Lage auswirken. Obwohl sich auf Rotation/Umkreisung-Geschwindigkeiten beziehend, kann ein zulässiges Flächenverhältnis des vertieften Abschnitts 34 in einem Bereich von ungefähr 20% bis ungefähr 80% liegen.
Bezüglich eines Höhenverhältnisses des vertieften Abschnitts 34 zu dem erhoben Abschnitt 36, rotiert der Suszeptor selbst und kreist ebenso rundherum, wohingegen die Gegenfläche stationär verbleibt, wodurch ein Zwischenraum (auch als Spaltmaß bezeichnet, d.h. ein freier Abstand oder eine Lücke) zwischen dem erhoben Abschnitt 36 und dem Suszeptor 20 benötigt wird (mit anderen Worten sind der Abschnitt und der Suszeptor mit einem Spiel zueinander angeordnet). Natürlich wird ein höheres Verhältnis der Höhe des Strömungskanals an dem vertieften Abschnitt 34 zu der an dem erhoben Abschnitt 36 (Abstand zwischen dem Suszeptor und der Gegenfläche) entsprechend größere Effekte der Erfindung bereitstellen. Jedoch wird selbst ein geringer Unterschied in der Höhe einige Effekte bewirken. Wenn eigentlich zufriedenstellende Effekte erhalten werden sollen, ist das Höhenverhältnis des erhoben Abschnitts zu dem vertieften Abschnitt wünschenswerterweise ungefähr 1:2. Um das Höhenverhältnis zu erhöhen, wird der Effekt umso größer werden, desto kleiner der Abstand zwischen dem erhoben Abschnitt 36 und dem Suszeptor 20 ist. Jedoch resultiert ein übermäßig kleiner Abstand in einem höheren Risiko, dass der Suszeptor 20 mit dem erhoben Abschnitt 36 der Gegenfläche aufgrund thermischer Verformung des Suszeptors 20 oder der Anderen (mit anderen Worten anderer Teile) in Berührung kommt. Daher kann es erforderlich sein, dass das Spaltmaß zwischen dem erhoben Abschnitt 36 und dem Suszeptor 20 mindestens ungefähr 1 mm beträgt. Es ist erforderlich, dass die Höhe des Strömungskanals an dem vertieften Abschnitt 34 konsistent mit einer optimalen Voraussetzung eines konventionellen Typs ist. Die Höhe des Strömungskanals, welche in einem Rotation/Umkreisung-Typ Reaktor tatsächlich verwendet wird, variiert von 5 mm bis 40 mm. Wenn die Höhe des vertieften Abschnitts 34 so ausgewählt ist, dass diese 40 mm beträgt, werden sogar durch Einstellen der Höhe des erhoben Abschnitts 36, so dass diese ungefähr 20 mm beträgt, Effekte bereitgestellt. Wenn die Höhe des vertieften Abschnitts so eingestellt wird, dass diese 5 mm beträgt, wird ferner die Höhe des erhoben Abschnitts 36 verringert, so dass diese 2,5 mm oder weniger, vorzugsweise ungefähr 1 mm, beträgt. Unter Berücksichtigung der vorangehenden Beschreibung, ist es erwünscht, dass die Höhe des erhoben Abschnitts 36 so gewählt ist, dass diese 1 mm bis 20 mm beträgt, und die Höhe des vertieften Abschnitts 34 so gewählt ist, dass diese 5 mm bis 40 mm beträgt, abhängig von anderen Voraussetzungen.
Der letzte Bauformparameter des Profils der Gegenfläche ist die Anzahl von Aufteilungen der Strömungskanäle. Umso größer die Anzahl von Aufteilungen ist, desto kleiner wird die Vorspannung (auch als Bias bezeichnet) in einer umlaufenden Richtung. Angesichts dessen wird daher das Resultat umso besser sein, desto größer die Anzahl von Aufteilungen ist. Wenn die Anzahl von Aufteilungen erhöht wird, um die Breite des Strömungskanals an dem vertieften Abschnitt übermäßig zu verkleinern, wird die Seitenwand 35 des Strömungskanals jedoch einflussreicher. Obwohl dies nicht sogleich ein Problem hervorruft, wurde zwangsläufig eine große Divergenz von Daten gefunden (mit anderen Worten festgestellt), welche mittels eines konventionellen Verfahrens erhalten wurden. Bei Berücksichtigung der vorangehenden Beschreibung, kann die Anzahl von Aufteilungen entsprechend in ein Bereich von 3 bis 30 liegen, was jedoch nicht sehr genau ist. Ein Großformat-Reaktor, welcher für Massenproduktion verwendet wird, ist in der Lage die Daten, welche von einem konventionellen Verfahren erhalten wurden, unter den gegebenen Umständen innerhalb dieses Bereichs zu verwenden, auch wenn dies von der Größe des Reaktors abhängt. Wenn die Anzahl von Aufteilungen kleiner ist als 3, wird eine Fläche pro erhoben Abschnitt erhöht, was in einer übermäßig langen Zeit zum Durchlaufen eines Gases resultiert. Wenn die Anzahl ferner größer als 30 ist, wird die Breite des Strömungskanals übermäßig eng, wodurch eine Seitenwandfläche des Strömungskanals bedeutende Einflüsse auf Gasströmungen in Hinsicht auf Fluiddynamik ausübt.
Es ist zusätzlich zu dem Profil der Gegenfläche erwünscht, das Profil des Injektors gemäß des vertieften und erhobenen Profils der Gegenfläche zu verändern. Für diesen Fall wird ebenfalls eine Beschreibung unter Bezugnahme auf III-V Verbindungshalbleiter gegeben. Der Injektor, welcher häufig in diesem Einsatzgebiet verwendet wird, hat Funktionen, nämlich wie dass Gruppe V und III Elemente des Periodensystems angrenzend zu dem Substrat so stark wie möglich vermischt werden, und dann wird der Injektor bei einer geringen Temperatur gehalten, wodurch Präkursor-Reaktionen von Rohmaterial-Molekülen unterdrückt werden. In einer konventionellen Vorrichtung, wie in 10 gezeigt ist, wird ein Injektor 120 grundlegend mit einer ersten Injektor-Komponente (Injektorkomponente) 122 und einer zweiten Injektor-Komponente 124 ausgebildet, von welcher jede eine einfache scheibenartige Form hat. Mit dem Zweck das Auftreten von Turbolenz zu verhindern, ist es andererseits in der vorliegend Erfindung bevorzugt, wie in 5 oder 7 gezeigt, dass Strömungen ebenso innerhalb des Injektors getrennt sind, so dass diese zu Strömungskanälen auf der Gegenfläche fortsetzt sind (mit anderen Worten um die Strömungskanäle der Gegenfläche fortzuführen).
Wie im Einzelnen in 5 und 7 gezeigt, haben in diesem Beispiel eine erste Injektor Komponente 42 und eine zweite Injektor Komponente 50, welche einen Separatversorgung-Typ Injektor 40 ausmachen, ein Oberflächenprofil ähnlich zu dem einer Gegenfläche-Komponente, welche in 3 gezeigt ist. Die erste Injektor Komponente 42 ist derart, dass ein fächerförmiger vertiefter Abschnitt 44 und ein fächerförmiger erhobener Abschnitt 46 in einer abwechselnden Weise radial (mit anderen Worten sternförmig oder auch strahlig) gebildet sind, und an dem Zentrum mit einem Gas-Einbringung-Port (auch als Gas-Einbringung-Anschluss bezeichnet) 48 bereitgestellt sind, in welchem ein Durchgangsloch 48A gebildet ist. Die zweite Injektor Komponente 50 ist derart eingerichtet, dass ein fächerförmiger vertiefter Abschnitt 52 und ein fächerförmiger erhobener Abschnitt 54 in einer abwechselnden Weise radial gebildet sind, und an dem Zentrum mit einem Gas-Einbringung-Port 56 (auch als Gas-Einbringung-Anschluss bezeichnet) bereitgestellt sind, in welchem ein Durchgangsloch 56A gebildet ist.
Die vorangehend beschriebe Struktur wird bereitgestellt, wodurch eine Injektor-Komponente in der Lage ist, eine größere Fläche zu haben, welche in Kontakt mit einer unteren Fläche ist (mit anderen Worten können sich die beiden Flächen berühren). Weiterhin wird der Kontaktabschnitt als eine Wärmesenke (auch als Kühlkörper oder als Wärmeableiter bezeichnet) verwendet, wodurch es möglich wird den Injektor bei einer geringeren Temperatur zu halten als eine konventionelle Vorrichtung. Eine Technologie in der veröffentlichten ungeprüften Japanischen Patentanmeldung No. 2011-155046 offenbart, dass ein Injektor mit einer unteren Fläche in Kontakt gebracht und gekühlt wird. In der vorangehend beschrieben Erfindung, ist ein Kontaktabschnitt davon in einer zylindrischen Form (zylinderförmig) gebildet, wodurch ein Auftreten von Turbolenzen verhindert wird. Jedoch ist der Effekt nicht ausreichend. Die Struktur der vorliegenden Erfindung ist in der Lage eine ausreichend große Kontaktfläche zu haben und ebenso das Auftreten von Turbolenz zu verhindern und daher definitiv vorteilhaft.
Eine Beschreibung wurde bisher für die Struktur gegeben, welche mit dem Injektor 40 bereitgestellt ist. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht limitiert sein, einen Injektor zu verwenden. Häufig wird für eine Schichtabscheidung von Arsen-basierten (oder arsenhaltigen) oder Phosphor-basierten Verbindungshalbleitern kein Injektor verwendet. Es wird deutlich, dass ein Konzept der vorliegenden Erfindung, in welchem vertiefte und erhobene Abschnitte auf einer Gegenfläche gebildet sind und in eine Mehrzahl von Strömungskanälen getrennt sind, in diesem Fall ebenso verwendet werden kann und Effekte der Erfindung erzielt werden können.
Ferner ist in den Zeichnungen, welche in der vorangehenden Beschreibung verwendet werden, eine so genannte Abwärts-gerichtet-Typ Vorrichtung (ein sogenannter „face-down“ Typ) gezeigt, in welcher die Oberfläche des Substrats in eine senkrechte Richtung abwärts zeigt (aufwärts gerichtet ist). Unter üblichen Schichtabscheidung-Voraussetzungen sind gravitative Einflüsse unerheblich. Dadurch ist es selbstverständlich, dass die Effekte der vorliegenden Erfindung ebenso in einer sogenannten Aufwärts-gerichtet-Vorrichtung (auch als „face-up“ Typ bezeichnet) erhalten werden können, in welchem die Oberfläche des Substrats aufwärts zeigt. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf einen Abwärts-gerichtet-Typ Vorrichtung limitiert sein.
Ein Material, welches verwendet wird, um die Gegenfläche-Komponente 30 und den Injektor 40 der vorliegenden Erfindung auszubilden (mit anderen Worten zu konstruieren) kann grundsätzlich jedes Material einbeziehen, so lange es in der Lage ist, den Grad der Reinheit, wie auch der Wärmeresistenz (Hitzebeständigkeit) und der Korrosionsresistenz (Korrosionsbeständigkeit) bei Umgebungsbedingungen zu erfüllen. Im Einzelnen sind darin einbezogen: Metall-Material (auch als metallischer Werkstoff bezeichnet) wie etwa Edelstahl, Molybdän; Carbid wie etwa Kohlenstoff, Siliziumcarbid und Tantalcarbid; Nitrid wie etwa Bornitrid, Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid, und Oxid-basierte Keramik wie etwa Quarz und Aluminiumoxid, welche generell für Schichtabscheidung von Halbleitern oder Oxiden verwendet werden. Ebenso kann von diesen ein beliebiges Material (bzw. Werkstoff) in geeigneter Weise ausgewählt werden.
Experimentelles Beispiel 1: Abscheidungsratenkurve einer Galliumnitrid-Schicht
Weiterhin wird ein Beispiel vorgestellt, in welchem die vorliegende Erfindung auf die Abscheidung einer Galliumnitrid-Schicht angewendet wird, und dann mit einem konventionellen Verfahren verglichen. Zuerst wird eine Beschreibung eines Beispiels gegeben, welches zum Vergleich mit dem konventionellen Verfahren hergestellt wurde. In dem konventionellen Beispiel hat ein Reaktor eine in 10 gezeigte Querschnittsstruktur. Die Vorrichtung wurde verwendet, um Voraussetzungen unter Berücksichtigung von Schichtqualität, Nutzungseffizienz von Rohmaterialien, Verbrauch von Trägergas und Strömungsgeschwindigkeit einzustellen, wobei festgestellt wurde, dass ein optimaler Schichtabscheidungsdruck 25 kPa war, eine Höhe des Strömungskanals 14 mm war, und eine Strömungsrate des Trägergases 120 SLM (Standard-Liter pro Minute) war. In der Struktur der vorliegenden Erfindung, wie eine Gegenfläche-Komponente, wurde andererseits eine Gegenfläche angewendet, welche einen rechteckigen Querschnitt hat, wie in 1 und 2 gezeigt ist, so dass diese einen Strömungskanal bereitstellt, welcher in 12 Abschnitte unterteilt ist. Jedes Paar des vertieften Abschnitts 34 und des erhoben Abschnitts 36 hatte 15 Winkelgrad (Grad) dazwischen und war mit einer Periodizität von 30 Grad bereitgestellt. Daher war jedes Paar 12-mal in einer symmetrischen Form gebildet. Ein Abstand zwischen dem vertieften Abschnitt 34 und dem Suszeptor 20 verbleibt bei 14 mm, das heißt, ein optimaler Wert der konventionellen Struktur, und ein Abstand zwischen dem erhoben Abschnitt 36 und dem Suszeptor 20 betrug 4 mm. Als Material für die Gegenfläche-Komponente wurde Kohlenstoff verwendet.
Ferner entspricht ein Injektor einer drei-Lagen-Strömung, was mit der konventionellen Struktur korrespondiert. Ein Strömungskanal, welcher aus drei Lagen besteht, war 4 mm pro Lage hoch (mit anderen Worten hatte diese eine Höhe von 4 mm pro Lage), und jede Trennplatte dazwischen zum Trennen dieser war 1 mm dick (mit anderen Worten hatte diese eine Dicke von 1 mm), was insgesamt 14 mm ergibt, und was äquivalent zu der Höhe des Strömungskanals an einem Gegenfläche-Abschnitt war. Bezüglich dieser drei Lagen war jede der unteren zwei Strömungskanäle derart gebildet, dass diese in 12 Abschnitt unterteilt war, um diese zu einem Strömungskanal auf der Gegenfläche fortsetzen, während die obere Lage frei von einer Teilung war und geformt, um gleichmäßig um 360 Grad zu strömen (mit anderen Worten stellt dieser eine um 360 Grad gleichmäßige Strömung bereit). Außerdem ist der Injektor aus Molybdän hergestellt. Die Struktur ist in 5 und 6 gezeigt. 5 ist eine Perspektivansicht, in welcher die Struktur in ihre Einzelteile zerlegt wurde. 6 ist ein Querschnittsansicht in, welcher die Struktur zusammengefügt wurde. Ein rechter halber Teil der Querschnittsansicht zeigt einen Strömungskanal des vertieften Abschnitts, während ein linker halber Teil davon einen Strömungskanal des erhoben Abschnitts zeigt.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Gas-Voraussetzungen (Gas-Bedingungen) bei der Schichtabscheidung der Galliumnitrid-Schicht. In dem konventionellen Beispiel betragen die Bedingungen für eine totale Strömungsrate des Trägergases 120 SLM, in den Beispielen der vorliegenden Erfindung, welche als experimentelle Bedingungen (Versuchsbedingungen) gegeben sind, entsprechen diese einer gesamte Strömungsrate von 120 SLM, äquivalent zu dem konventionellen Beispiel; 60 SLM, das heißt, die Hälfte der vorangehenden gesamten Strömungsrate; und 35 SLM, bei der demzufolge eine Abscheidungsratenkurve ähnlich zu der des konventionellen Beispiels erhalten wurde. Die Abkürzung TMGa steht für Trimethylgallium. Tabelle 1

	Struktur der Vorrichtung	Wachstumsdruck (kPa)	Trägergas Strömungsrate (SLM)			Strömungsrate von TMGa	Partialdruck von NH₃ (kPa)
	Struktur der Vorrichtung	Wachstumsdruck (kPa)	H₂	NH₃	Gesamte Strömungs rate	(sccm)	Partialdruck von NH₃ (kPa)
a)	Konventioneller Typ	25	96	24	120	100	5
b)	Vorliegende Erfindung-Typ	25	96	24	120	100	5
c)	Vorliegende Erfindung-Typ	25	36	24	60	100	10
d)	Vorliegende Erfindung-Typ	25	11	24	35	100	17.1

8 zeigt die Abscheidungsratenkurven (Abscheidungsrate in µm/Stunde), welche von den Resultaten einer Schichtabscheidung unter entsprechenden Voraussetzungen erhalten wurden. Diese sind die Resultate, welche bei einer Schichtabscheidung erhalten wurden, die bei 5 rpm (5 Umdrehungen pro Minute) nur durch Umkreisung aber ohne Drehung um sich selbst (Rotation) durchgeführt wurde. Wenn die Struktur der vorliegenden Erfindung bei einer Trägergas-Strömungsrate von 120 SLM verwendet wird, welche äquivalent zu der der konventionellen Struktur ist, dehnt sich die Abscheidungsratenkurve in eine laterale Richtung aus und verkleinert sich in eine longitudinale Richtung. Dieser Modus repräsentiert eine übermäßig große Strömungsgeschwindigkeit, welche sehr gut mit der Theorie übereinstimmt, welche zum Beginn der Beschreibung betrachtet ist. Ein Verringern der Strömungsrate des Trägergases ermöglicht der Abscheidungsratenkurve steil zu werden (mit anderen Worten ermöglicht dies eine Abscheidungsratenkurve mit größerem Anstieg), wobei bei einer 35 SLM Strömungsrate des Trägergases ein Resultat gewonnen wird, welches nahe an dem liegt, das von der Abscheidungsratenkurve des konventionellen Beispiels erhalten wird. In der Struktur der vorliegenden Erfindung entspricht der Strömungskanal in einer Querschnittsfläche ungefähr 64% der konventionellen Struktur. Dadurch erscheint es ungewöhnlich, dass eine ähnliche Abscheidungsratenkurve bei einer Strömungsrate von 35 SLM erhalten wurde, welche ungefähr 29% der Strömungsrate der konventionellen Struktur beträgt. Wenn jedoch ein Diffusionskoeffizient berücksichtigt wird, sollte dies ein nachvollziehbares Resultat sein. In dem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis von NH₃ in einem Trägergas erhöht. Da NH₃ eine viel größere molekulare Masse hat als Wasserstoff, hat es einen kleineren Diffusionskoeffizienten als Wasserstoff gemäß dem Graham’schen Gesetz. Die Abscheidungsratenkurve wird von der Konvektions-Diffusions-Gleichung dominiert und wird daher nicht nur in der Strömungsgeschwindigkeit variieren, sondern ebenso in dem Diffusionskoeffizient. In diesem experimentellen Beispiel wird angenommen, dass aufgrund einer Verringerung des tatsächlichen Diffusionskoeffizienten des Trägergases eine Abscheidungsratenkurve ähnlich zu einer Konventionellen bei einer kleineren Strömungsrate des Trägergases als erwartet erhalten werden kann.
Wie bisher beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich das Trägergas um 70% oder mehr zu reduzieren, um eine Abscheidungsratenkurve ähnlich zu einer konventionellen zu erhalten. Wie anhand der Tabelle 1 deutlich wird, ist der Partialdruck von NH₃ ferner von konventionellen 5 kPa auf 17.1 kPa erhöht, was dreimal höher ist oder mehr. Daher wird eine Dissoziation von Stickstoffatomen von der Oberfläche einer Schicht unterdrückt, so dass eine Schicht in höherer Qualität erhalten wird.
Experimentelles Beispiel 2: Photolumineszenz Charakteristik eines Mehrfach-Quantentopfes
Im Folgenden wird die Konventionell-Typ (K-Typ) Vorrichtung, welche in Beispiel 1 beschrieben ist, und die vorliegende Erfindung-Typ (E-Typ) Vorrichtung (Typ der vorliegenden Erfindung) verwendet, um einen Mehrfach-Quantentopf aus InGaN/GaN (Indiumgalliumnitrid/Galliumnitrid) zu präparieren, wobei diese unter Bezugnahme auf Photolumineszenz-Spektren untersucht werden. Die entsprechenden Schichtabscheidung-Voraussetzungen sind in der nachfolgenden Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Unter diesen Schichtabscheidung-Voraussetzungen wurde ein 4-Zoll-Größe Substrat verwendet, um eine Schichtabscheidung durchzuführen, bei der dem Substrat ermöglicht wird, bei ungefähr 5 rpm zu umkreisen und sich bei 15 rpm um sich selbst zu drehen (mit anderen Worten zu rotieren). 9 zeigt Photolumineszenz-Spektren, welche von dem Mehrfach-Quantentopf erhalten wurden. Es wird von dieser Zeichnung deutlich, dass der Mehrfach-Quantentopf, welcher mit der Struktur der vorliegenden Erfindung präpariert wurde, einen höheren Intensitätspeak (auch als spitzes Maximum der Intensität bezeichnet, d.h. die Intensität (auch als Signalstärke) weist einen größeren Höchstwert im Verlauf dieses spitzen Maximums auf) um ungefähr 15% und eine kleinere Halbwertsbreite (FWHM) hat. Natürlich hat eine Schicht mit einem steileren Verlauf an dem Maximum und daher mit einer größeren Intensität eine höhere Qualität. Somit kann eine Verbesserung in der Qualität des Mehrfach-Quantentopfs auf einem höheren Partialdruck von NH₃ um ungefähr 40% beruhen, wie in der Tabelle 2 gezeigt ist. Dieser kann realisiert werden, da die Verwendung der Struktur der vorliegenden Erfindung ermöglicht, eine gesamte Strömungsrate des Trägergases zu verringern. Ferner ist es möglich den Verbrauch eines Gruppe-III-Elements zu verringern, zusätzlich zu einem Verbrauch von Gas, was einen großen Beitrag zu einer Reduktion in der Kosten einer Schichtabscheidung leistet.
Zusätzlich sollte die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehend beschrieben Beispiele limitiert sein, sondern kann auf verschiedene Weisen innerhalb eines Umfangs modifiziert werden, welcher nicht von dem Kern der vorliegenden Erfindung abweicht, was z.B. das Folgende beinhaltet.

(1) Die Form und Dimensionen, welche in den vorangehend beschrieben Beispielen gezeigt sind, sind ein Beispiel. Die vorliegende Erfindung kann, wenn notwendig, in ihrer Bauform (d.h. in ihrer Ausführung oder auch Bemessung) innerhalb ihres Umfangs modifiziert werden und dieselbe Effekte bereitstellen.
(2) Ein Material, welches die Gegenfläche-Komponente 30 und den Injektor 40 bildet, die in den vorangehend beschrieben Beispielen gezeigt sind, ist ein Beispiel. Die vorliegende Erfindung kann in ihrer Bauform innerhalb ihres Umfangs modifiziert werden und dieselbe Effekte bereitstellen.
(3) In den vorangehend beschrieben Beispielen wird der Injektor 40 verwendet. Dies ist jedoch ein Beispiel und der Injektor kann installiert werden, wenn notwendig. Die Struktur des Injektors 40 ist ebenso ein Beispiel und die vorliegende Erfindung kann in ihrer Bauform modifiziert werden, wenn notwendig.
(4) In den vorangehend beschrieben Beispielen hat die abwärts-gerichtet-Typ Vorrichtung die Oberfläche des Substrats nach unten (abwärts) gerichtet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung ebenso anwendbar auf eine aufwärts-gerichtet-Typ Vorrichtung, in welcher die Oberfläche des Substrats nach oben (aufwärts) gerichtet ist.

Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich die Schichtabscheidung äquivalent zu der zu realisieren, welche unter optimalen Voraussetzungen unter Verwendung einer konventionellen Vorrichtung bei einer kleineren Strömungsrate des Trägergases realisiert wird. Es ist ebenso möglich einen Partialdruck von Materialgasen von flüchtigen Komponenten verglichen mit einem konventionellen Fall dramatisch zu erhöhen. Dies ermöglicht es, eine Schicht zu bilden, welche eine höhere Qualität hat, als eine konventionelle Schicht. Daher ist die vorliegende Erfindung ebenso auf eine Rotation/Umkreisung-Typ Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung anwendbar und insbesondere auf die Schichtabscheidung von Verbindungshalbleiter-Schichten und Oxid-Schichten anwendbar.
Bezugszeichenliste

10: Reaktorstruktur
20: scheibenartiger Suszeptor
22: Waferhalter
24: isothermische Platte
26: Stütz-Komponente
30: Gegenfläche-Komponente
30A: Gegenfläche
32: Öffnung
34: vertiefter Abschnitt
34A: vertiefter Abschnitt der Gegenfläche
35: Seitenwand
36: erhobener Abschnitt
36A: erhobener Abschnitt der Gegenfläche
38: Gas-Entlüftungsabschnitt
40: Injektor
42: erste Injektor-Komponente
44: vertiefter Abschnitt
46: erhobener Abschnitt
48: Gas-Einleitungsabschnitt
48A: Durchgangsöffnung
50: zweite Injektor-Komponente
52: vertiefter Abschnitt
54: erhobener Abschnitt
56: Gas-Einleitungsabschnitt
56A: Durchgangsöffnung
60: Gas-Einleitungsabschnitt
70: Gegenfläche-Komponente
72: Öffnung
74: vertiefter Abschnitt
74A: rechteckiger Abschnitt
74B: fächerförmiger Abschnitt
75: schräge/geneigte Fläche
76: erhobener Abschnitt
100: Reaktorstruktur
110: Gegenfläche-Komponente
110A: Gegenfläche
120: Injektor
122: erste Injektor-Komponente
124: zweite Injektor-Komponente
W: Substrat

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002-175992 [0018]
JP 2005-5693 [0040, 0040]
JP 2011-155046 [0057]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

C. Bayram et al., Proc. of SPIE Vol. 7222 722212-1 [0048]

Claims

Eine Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung aufweisend: • einen scheibenartigen Suszeptor (20), welcher einen Waferhalter (22) zum Halten eines Substrats (W) zur Schichtabscheidung aufweist, • einen Mechanismus, welcher dem Substrat (W) ermöglicht sich um sich selbst zu drehen und rundherum zu kreisen, • eine Gegenfläche (30A), welche dem Waferhalter (22) gegenüber liegt zum Bilden eines Strömungskanals, • einen Materialgas-Einleitungsabschnitt (60) und einen Entlüftungsabschnitt (38), und • wobei vertiefte und erhobene Profile (34, 36) auf der Gegenfläche (30A) gebildet sind, so dass ein Abstand zwischen dem scheibenartigen Suszeptor (20) und der Gegenfläche (30A) in eine Richtung geändert ist, um welche das Substrat (W) herum kreist.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei an dem Gas-Einleitungsabschnitt (60) ein scheibenartiger Injektor (40) bereitgestellt ist und auf dem Injektor (40) vertiefte und erhobene Profile derart gebildet sind, dass diese zu den vertieften und erhobenen Profilen (34, 36) fortgesetzt sind, welche auf der Gegenfläche (30A) gebildet sind.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Verfahren zur Schichtabscheidung auf chemischem Gas-Wachstum basiert.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei ein Verfahren zur Schichtabscheidung auf chemischem Gas-Wachstum basiert.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine zu bildende Schicht eine Verbindungshalbleiter- und Oxidationsschicht ist.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Teil des Materialgases ein organisches Metall aufweist.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei ein Teil des Materialgases ein organisches Metall aufweist.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Komponente (30), welche die Gegenfläche (30A) und den Injektor (40) ausbildet, aus einem von Folgendem hergestellt ist: Metall-Material, wie etwa Edelstahl, Molybdän; Carbid wie etwa Kohlenstoff, Siliziumcarbid und Tantalcarbid; Nitrid wie etwa Bornitrid und Aluminiumnitrid; und Oxid-basierte Keramik wie etwa Quarz, Aluminiumoxid oder eine Kombination davon.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei eine Komponente (30), welche die Gegenfläche (30A) und den Injektor (40) ausbildet, aus einem von Folgendem hergestellt ist: Metall-Material, wie etwa Edelstahl, Molybdän; Carbid wie etwa Kohlenstoff, Siliziumcarbid und Tantalcarbid; Nitrid wie etwa Bornitrid und Aluminiumnitrid; und Oxid-basierte Keramik wie etwa Quarz, Aluminiumoxid oder eine Kombination davon.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei eine Komponente (30), welche die Gegenfläche (30A) und den Injektor (40) ausbildet, aus einem von Folgendem hergestellt ist: Metall-Material, wie etwa Edelstahl, Molybdän; Carbid wie etwa Kohlenstoff, Siliziumcarbid und Tantalcarbid; Nitrid wie etwa Bornitrid und Aluminiumnitrid; und Oxid-basierte Keramik wie etwa Quarz, Aluminiumoxid oder eine Kombination davon.
Die Gasphasen-Schichtabscheidung-Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei eine Komponente (30), welche die Gegenfläche (30A) und den Injektor (40) ausbildet, aus einem von Folgendem hergestellt ist: Metall-Material, wie etwa Edelstahl, Molybdän; Carbid wie etwa Kohlenstoff, Siliziumcarbid und Tantalcarbid; Nitrid wie etwa Bornitrid und Aluminiumnitrid; und Oxid-basierte Keramik wie etwa Quarz, Aluminiumoxid oder eine Kombination davon.