JP2002544116A - 基板上に材料をエピタキシャル成長させるための方法と装置 - Google Patents
基板上に材料をエピタキシャル成長させるための方法と装置Info
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Abstract
Description
装置を利用する。このような反応では、成長させる元素を含む前駆物質を、加熱
したウェーハ・キャリヤー上に保持されたウェーハのような基板上に供給する。
熱は前駆物質まで移動し、その前駆物質は発生期原子(nascent atom)に分解また
は分離して、基板の表面で結合する。典型的な例では、水素と一緒にトリメチル
ガリウムとアンモニアを基板に供給して、窒化ガリウム層を形成する。
い分解温度を持つことである。例えば、アンモニアは、効率的に分解するために
は一般に最大1000℃またはそれ以上の温度を必要とするが、理想的な成長温
度は約650℃である。
成長温度(この例では、650℃)であるとして選択される比較的安定した温度
に維持することである。アンモニアのようなV族の前駆物質は、この温度におい
て、分解効率が非常に低い。
解核種のガス混合物を使用して、InPを基板上に成長させる方法を開示してい
る。特開平4−074858号と特開平5−335622号は、別の高真空蒸着
プロセスを開示しており、そこでは分解核種が前駆物質雰囲気内で反応する。こ
の点で、前記問題点ヘの対処は、離れた位置で1 つの前駆物質を分解し、次に、
蒸着に先だって、分解核種を別の前駆物質およびそれらの分解核種と混合するこ
によりなされる。しかし、依然として残っている問題点は、混合における望まし
くない反応の発生であり、それによりプロセスの全体効率が低下する。
は、基板の一領域、またはその近傍において前駆物質をそれぞれの分解温度にま
で個々に加熱することにより、前記領域に個々に供給されて前記領域において結
合する核種を生成することを含む。
て前駆物質をそれぞれの分解温度にまで個々に加熱する、また前記領域は核種が
結合する成長領域を構成する。この方法では、各前駆物質をそれの最も効率の高
い分解(クラッキング)温度に加熱でき、一方で、このプロセスを、基板表面に
到達する前に発生期原子が再結合するリスクを最小にする領域の近傍で実行でき
る。
い生成物を形成する。核種が別の反応に関係する確率は、時間と濃度の関数であ
る。成長領域近傍の前駆物質を分解することにより、形成された核種は、望まし
くない反応生成物を形成することなく、基板上の成長した領域に結合するのを促
進される。成長領域に極めて近い位置での前駆物質の分解は、望ましくない反応
が発生する可能性のある時間長さを短くする。
。核種を前記領域に個々に供給するには、基板を移動して、前駆物質の分解が発
生する位置に対し前記領域を移動させることにより可能になる。一般に前駆物質
の少なくとも1つが、ガス流として前記領域に単体で供給される。
リコンおよび炭素のようなIV族の元素を使用することもできる。
を、基板を加熱することにより分解温度に加熱する。この好ましい例では、別の
前駆物質が、成長領域近傍の位置でその前駆物質の分解温度に加熱される。した
がって、基板は550〜800℃、例えば650℃に加熱でき、一方で他の前駆
物質が、直接または触媒の存在中でその前駆物質の最適分解温度に加熱される。
一般に、この温度は400〜1800℃の範囲である。
の装置は、基板支持体を含むチャンバを備える。このチャンバは、第1前駆物質
を供給するための第1注入口と、第1注入口から離れた、第2前駆物質を供給す
るための第2注入口とを有する。さらに、この装置は、前記第1と第2前駆物質
を、基板の一領域またはその近傍において、それぞれの分解温度にまで個々に加
熱して、前記領域において結合する核種を生成するための第1と第2加熱手段を
有する。
る。これにより、第2前駆物質を基板近くに導くのに都合のよい方法を実現する
。
長いスロット(孔)の形態が望ましい。
スロット内またはそれの近くに設けるのが好都合である。
材料で製作される。一方、好ましくは第2注入口は、例えば2mmの横断寸法を
持つ噴射開口を形成する。
なるように形成され、これによりベンチュリ効果が発生して、遠隔源から供給さ
れる水素のような他のガスが供給管の下を通過するのを促進させる。
ニウム、プラチナ、またはそれらの合金、特にプラチナ−ロジウムから製作され
る。加熱ワイヤは一般にコイル状である。
るのが望まれる。これには基板上全域で領域を移動させる、例えば基板支持体と
少なくとも1つの注入口との間に相対的移動を生じさせる手段を設けることによ
り、最も都合よく達成される。
例えば、複数の供給管を備えて、供給管と基板支持体を相対的に移動可能で、供
給管を異なる領域に位置合わせできるようにして、同一または異なる前駆物質を
基板上の各領域に供給してもよい。供給管は、前駆物質を個々に、かつ順次に前
記領域に供給するように配置してもよい。
る。
ハ・キャリヤ)2を保持する基板キャリヤ(サスセプタ)3を備える。図1では
、基板(ウェーハ)1が基板支持体2上の所定の位置にある状態を示している。
基板キャリヤ3は従来の方法、例えば誘導、赤外線または抵抗加熱方式によって
加熱されるグラファイト・ブロックにできる。
偏向板)7は反応チャンバ内に取り付けられ、注入口6から流入する前駆物質ガ
ス5をウェーハ1方向に誘導する。
スロット10を持つ石英の耐熱管の形態であり、第2注入口であるスロット10
はウェーハ・キャリヤ2上で前記管の長さ方向に延びる噴射開口を形成している
( 図2参照) 。
形成している。
チャンバ内の圧力が適正(一般に5〜1000torr)に調整される。通常、
ウェーハ材料は、材料のエピタキシャル成長を促進するように選択され、またサ
ファイヤ、GaN、GaAs,SiC、またはZnOを含むことができる。
る。反応性ガスの例には、堆積層の必要な組成に依存して、トリメチルガリウム
(Ga蒸着用)、トリメチルインジウム(インジウム蒸着用)その他を含む。こ
のような混合物は半導体ドーパント(dopant:少量の不純物)用の前駆物質を含
むものでもよい。また混合物5に水素などのガスを加えて、前駆物質の解離時に
生成された遊離基を安定化する。
1と基板支持体2も加熱されて、基板1が適正な成長温度(すなわち注入口6か
ら導入される前駆物質5が最も効率的に分解される温度)に到達する。GaNの
成長に適する温度は600〜800℃の範囲である。
給され、噴射スロット10を通り噴射されて加熱ワイヤ11を通過する。ワイヤ
11は一般に、アンモニアを分解してNとH遊離基を発生させるのに最適の40
0〜1800℃の温度に加熱される。図2では、スロット10をウェーハ1の主
面の法線に対して傾斜させ、ベンチュリ効果により、注入口6から導入されるガ
スを矢印30で示されるように管9の下に引き込むようにしている。
れた核種(例えばGa原子)がガス8からの窒素基と結合し、基板1上に窒化ガ
リウムのエピタキシャル成長を発生させる。
、この合金の場合には、一般に600〜700℃の範囲に加熱する。これは、ワ
イヤ・エレメントがフィラメント・ワイヤの形態の場合には、電気抵抗加熱によ
り達成される。ワイヤ11と基板1の間の距離は短くして、前駆物質8からの最
大量の分解生成物が基板表面で前駆物質混合物5と反応するようにする。この最
適距離は混合物5の流量によっても影響され、GaNの生成におけるアンモニア
に対する典型的な条件では、0.35m/secの流速に対しては約5mmの距
離である。
駆物質ガス5とその分解生成物を一掃し、基板上に付着させない利点を備える。
これにより、窒素基および水素基を高濃度で基板に到達させ、それらが基板に到
達する前に、前駆物質ガス5またはその分解核種と混合しないようにできる。し
たがってこの例では、各前駆物質の核種を基板表面に個々に付着させることがで
きる。
付けられ、管9の下に矢印31で示された方向、つまり管9の横方向に移動(手
段は示していない)できる。この移動により、各前駆物質からの核種は、他の前
駆物質またはその分解核種と混合することなく、順次、任意の順序で、個々に基
板表面に到達できる。
ーパント、または組成の材料を含む多層ウェーハを生成できる。
の製作である。これらのデバイスは異なる電気特性を持つ異なる材料の複数の層
を重ねて形成する。これらの層の構成が、そのデバイスがマイクロ波または光放
射、すなわち電界効果トランジスタまたは発光ダイオード用かどうかを決定する
。最適性能を得るために、層は可能な限り最も理想的は温度で成長する必要があ
る。この温度は使用される材料と製作されるデバイスに依存して変化する。本発
明の利点は、材料の成長温度が、アンモニアのような前駆材料を分解するための
高温度を持つ必要性に合わせなくてもよいことである。都合のよいことは、本発
明は、ジシクロペンタジエニルマグネシウムのような、ガス相において不適合な
前駆物質、(例えばアンモニアからV族の核種を持つ低蒸気圧付加体を形成する
前駆物質)を使用できる可能性を提供する。
ロック端部61に取り付けたほぼ円形断面の管状の石英外側セル60を備える。
外側セル内に、ほぼ正方形の管状断面の内側セル65が配置されている。取外し
可能なモリブデンのキャリヤ・プレート66が内側セル65内に置かれている。
キャリヤ・プレート66は内側セル65の底面に沿った方向に突出している。加
熱手段(図示なし)を備えた基板キャリヤ3はキャリヤ・プレート66上に置か
れている。さらに、自己保持型の石英ガス・デフレクタ7’がキャリヤ・プレー
ト66上に配置されている。ガスの流出孔67がセル・ブロック端部61を貫通
して設けられている。
異なり、ガスの主流の方向(図4に矢印で示される)にほぼ平行な方向に置かれ
、基板1全体の中間点まで延びているだけである。細長いスロット10と加熱エ
レメント11(図2)は適正な寸法とされ、基板1の外側縁と中心の間の領域に
堆積物を生成する。この場合、基板支持体2は基板キャリヤ3にある凹所70内
に配置される。基板支持体自体も凹所71を含み、蒸着中はその凹所内に基板1
が置かれている。凹所1と基板1の両方の寸法は、基板1の上面と基板支持体2
が基板キャリヤ3の上面とほぼ面一になる寸法である。基板支持体2はシャフト
75上方に取り付けられ、そのシャフト75は下方からセルに入り、基板キャリ
ヤ3、キャリヤ・プレート66、およびセル壁60、65の孔を貫通している。
セル壁60、65は適正なガス・シールを備えて、セルの気密を維持している。
シャフトの下端はモータ80または他の適正な回転手段に取り付けられている。
内外の圧力差を減少している。前の例と同様に、1つまたは複数の前駆物質ガス
が図の右の注入口(図示なし)から内側セルに入る。材料の堆積物が同様な方法
で生成される。しかしここでは、モータによるシャフトの回転(図4で矢印76
で示す)により、噴射管9に対して往復運動ではなく、相対回転が発生する。
・プレート66、ガス・デフレクタ7’、基板キャリヤ・アセンブリをスライド
させて取外しできる。
8上に取り付けられた複数の基板17上に材料を成長させる装置を示す。管19
とサスセプタ18の一方または両方が回転する。半導体ウェーハの各層は、管9
と同様に、サスセプタの中心から噴射する複数の前駆物質供給管19を使用して
順次堆積できる。1つの例では、供給管を図のようにグループ化して、両方の反
応核種に対する前駆物質を同時に単一領域に導くようにする。基板17は管19
と基板17の相対移動により、供給管19に近接する位置に順次移動される。こ
の例では、水素、窒素、アルゴン、または他の適正な掃気用ガスを基板支持体の
中心でシステムに導入し、前駆物質の1つに直接供給するのではなく、径方向外
方に向けて流す。この流れにより、使用済み反応生成物を一掃する。
供給する、各基板17と各前駆物質管の速い相対移動により、各核種の供給の時
間間隔は短くなる。したがって、前駆物質からの核種が、他の前駆物質またはそ
の前駆物質自体からの核種と反応することなく、基板に到達できるので、蒸着プ
ロセスの効率が高くなる。
板17は、環状サスセプタ18の表面に円周方向に並んで配置される。1つまた
は複数の管に、1つまたは複数の供給された前駆物質を分解するための手段を装
着できることは明らかである。
熱ワイヤを装備している。管19aはV族の前駆物質アンモニアを供給し、管1
9bはIII族の前駆物質トリメチルガリウムを供給する。基板17も前の例と同
様な方法で加熱される、加熱により堆積される材料の均一性を保証する。
大量にデバイスを製造するために、装置をスケールアップできる利点がある。こ
れは、環状サスセプタ18の半径を増加させて、より多くの基板をサセプタの周
囲に配置させ、それに合わせて、より多くの数の管19aと19bを備えること
により達成できる。さらに、異なるサイズの基板を使用することもできる。
替方法では、窒素またはアルゴンなどの他のガスも使用できる。
1注入口、9,19…供給管、10…第2注入口
Claims (27)
- 【請求項1】 基板上に材料をエピタキシャル成長させる方法であって、 基板の一領域、またはその近傍において前駆物質をそれぞれの分解温度にまで
個々に加熱することにより、前記領域に個々に供給されて前記領域に結合する核
種を生成することを含む方法。 - 【請求項2】 請求項1において、それぞれの前駆物質からの前記核種が前
記領域に順次に、個々に供給される方法。 - 【請求項3】 請求項1または2において、前記核種を基板の相対移動によ
り前記領域に個々に供給して、前駆物質の分解が発生する位置に対して前記領域
を移動させる方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、少なくとも1つの前駆物
質が、ガス流として、個々に前記領域に供給される方法。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記核種がIII族およびV
族元素よりなる群から選択されている方法。 - 【請求項6】 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記核種がIV族元素から
選択されている方法。 - 【請求項7】 請求項5において、前記核種がガリウムおよび窒素を含んで
いる方法。 - 【請求項8】 請求項6において、前記核種が炭素およびシリコンを含んで
いる方法。 - 【請求項9】 請求項7において、前記前駆物質の1つがアンモニアである
方法。 - 【請求項10】 請求項1〜9のいずれかにおいて、前記基板がガリウム−
砒化物(Gallium-Arsenide)のような半導体を含んでいる方法。 - 【請求項11】 請求項1〜10のいずれかにおいて、前記前駆物質の1つ
が、基板を加熱することにより前駆物質の分解温度にまで加熱される方法。 - 【請求項12】 請求項6において、前記基板が低分解温度を持つ前駆物質
の分解温度にまで加熱される方法。 - 【請求項13】 請求項11または12において、前記基板が500〜80
0℃の範囲の温度に加熱される方法。 - 【請求項14】 請求項1〜13のいずれかにおいて、前記前駆物質の1つ
が、前記領域に近接した位置で前駆物質の分解温度にまで加熱される方法。 - 【請求項15】 請求項14において、前記前駆物質が400〜1800℃
の範囲の温度に加熱される方法。 - 【請求項16】 請求項1〜15のいずれかにおいて、さらに、前記基板全
体にわたって前記領域を移動させることを含む方法。 - 【請求項17】 基板上に材料をエピタキシャル成長させるための装置であ
って、 基板サポートを含むチャンバを備え、 前記チャンバは第1前駆物質を供給するための第1注入口と、第1注入口から
離れた、第2前駆物質を供給するための第2注入口とを有し、 前記第1と第2前駆物質を、基板の前記領域またはその近傍において、前駆物
質をそれぞれの分解温度にまで個々に加熱することにより、前記領域に個々に供
給されて前記領域において結合する核種を生成させる第1と第2加熱手段を有し
ている装置。 - 【請求項18】 請求項17において、前記第2注入口が前記基板サポート
に近接して配置された供給管によって形成されている装置。 - 【請求項19】 請求項18において、前記第2注入口が細長いスロット形
状である装置。 - 【請求項20】 請求項18または19において、前記第2加熱手段を前記
スロット内またはその近傍に備えている装置。 - 【請求項21】 請求項17〜20のいずれかにおいて、前記第2加熱手段
が加熱ワイヤである装置。 - 【請求項22】 請求項17〜21のいずれかにおいて、前記第1加熱手段
が前記基板サポートを加熱する位置に配置されている装置。 - 【請求項23】 請求項17〜22のいずれかにおいて、さらに、前記基板
サポートと前記注入口の少なくとも1つとの間に相対移動を発生させるための手
段を備えている装置。 - 【請求項24】 請求項18に従属する請求項23において、前記基板上の
各領域に同一または異なる前駆物質を供給する複数の供給管を備え、前記管と基
板サポートが相対移動可能に設定され、前記管を移動させて異なる領域に位置合
わせする装置。 - 【請求項25】 請求項24において、前記供給管が、前駆物質を順次に、
個々に前記領域に供給するように配置されている装置。 - 【請求項26】 請求項23において、前記基板サポートと注入管の少なく
とも1つとの間の前記相対移動が、横方向移動である装置。 - 【請求項27】 請求項23において、前記基板サポートと注入管の少なく
とも1つとの間の前記相対移動が、回転移動である装置。
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