JP2003507319A - 広い電子的帯域ギャップおよび高い結合エネルギーを有する材料の沈積方法および装置 - Google Patents
広い電子的帯域ギャップおよび高い結合エネルギーを有する材料の沈積方法および装置Info
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Abstract
Description
および、例えばAlNまたはGaNのような広い電子的帯域ギャップおよび高い
結合エネルギーを有する関連する材料を、特にCVD法によりガス相から沈積す
る方法および装置に関するものである。
sによる電子的半導体素子の使用範囲を超えた適用に適している。化学的ガス相
エピタキシー(CVD)は、高温、高周波および高負荷の電子素子に使用される
SiCおよび/またはSiCxGe1−x(x=0−1)のような電気的に活性
な皮膜を製造するのに最適な方法である。
帯制御素子の場合は、典型的な適用負荷に対してU>10kVの範囲の遮断電圧
を備えなければならない。したがって100μmまでの厚さのエピタクシャー沈
積皮膜を持つ必要がある。
子だけがこの大電流を通過領域に導くことができる。このようにして絶えず高ま
る要求は最小直径4インチの基板を必要とし、エピタクシーのために大きな面積
で均一な加熱特性の基板が要求される。
い高温壁反応炉が使用される。
果を補正するため、従来の技術では均一な成長がウエハで可能となるよう、反応
炉の高さを通路長さに沿って変化させる。
いて成長が生じ、その結果処理ガスが追加して消費される。さらに壁は反応炉の
流れの分布に不利に作用する。従来の技術では、処理圧力および/または流れを
変化させるか、または壁とウエハの間の距離を増加させることにより改善が可能
である。
性である。この場合は何よりも温度の不均一性が決定的な役割を果たし、回転の
ない高温壁反応炉では装置に多大な費用を掛けることだけによって解決できる。
高温壁反応炉が開示されている。これは機械的な駆動を必要とする。
なる。この通路のため基板容器の温度が不均一となり、例えば歯車のような機械
的要素は必要とする1400℃を超える温度で駆動され、一方では粒子が生成さ
れ他方では材料が放出され、沈積される被膜に好ましくないドーピング雰囲気を
作り出す。
ラファイト表面をガス気密とするための塗装である。この塗装は従来の技術では
SiCが使用される。SiCを使用すると、処理に必要な1400℃を超える温
度でSiCの塗装は反応性水素基によって腐食され、したがってグラファイトは
短い寿命しか期待できない欠点がある。さらに基板の背面は、狭い空間のエピク
タシーの結果、塗装されたグラファイト表面からのSiCによって望ましくない
被膜を生ずることがある。材料の転移によってSiCの塗装に穴が生じる。その
上グラファイトのSiC塗装の穴から不純物が放散され、電気的に活性な異物原
子として半導体被膜に結合され、皮膜の電気的特性に影響を与える。高い処理温
度の場合は、グラファイトのSiC塗装の穴から炭化水素が放出され、SiCエ
ピクタシー用のガス相の炭素の成分を増加させて処理の制御が困難となる。
ついて下記の文書が明確に記述している;DE19522574A1号、WO9
8/42897号、WO99/31306号
び/またはSiCxGe1−x(x=0−1)の被膜を、高い成長率で非常に均
一に沈積させることができる方法および装置を提供することを課題としている。
被膜および、例えばAlNまたはGaNのような広い電子的帯域ギャップおよび
高い結合エネルギーを有する関連する材料を、ガス相から沈積する方法および装
置によって解決され、ここで沈積は全面が加熱される流体ダクト内で、同じ材料
(ホモエピクタシー)または例えばシリコン、絶縁体上のシリコン、サファイア
などの他の適切な材料(ヘテロエピクタシー)の回転基板を使用して実施される
。
され、グラファイトのような耐高温性の導電材料から成る基板容器または基板保
持体内で、1つまたは多数の基板容器または基板皿が回転することを特徴として
いる。
応炉として構成される。この構成においては多数のウエハが同時に同じ処理条件
で被膜できる利点がある。半径方向流反応炉として構成される形状において、処
理ガスは中央から温度調整されたガス入口を通り、外側に向かって回転する基板
の上を基板容器または基板保持体の外周の排ガス収集器に流れる。半径方向流反
応炉は壁がなく、したがって前に説明した不利な高温流体ダクト反応炉の側壁効
果が回避できる利点がある。
て機械的な磨耗および複雑な機械的支持および駆動を避けることができる。
な方向に生じ得る基板容器または基板保持体の温度勾配を均等化する利点が達成
される。
均等な成長および均等な温度分布の利点が達成される。さらに、一方ではガス翼
回転の使用によって粒子の生成を非常に少なくすることができる。その上ガス翼
回転によって、従来解決することができなかった温度の均一性および部品の寿命
に悪影響のない高温における機械的回転の問題が解消される。
プ加熱、抵抗加熱またはそれら加熱法の任意の組み合わせによって1800℃ま
で加熱される。この場合同一または異なった温度に加熱する都合の良い温度制御
または温度調整装置を使用することができる。これによって非常に特定な処理条
件に制御するかまたは設定することができる。
の問題を少なくするため、1つまたは多数のコイルをサセプタまたは基板容器の
周囲または上下に配置することができる。
度を別々に制御するため、それぞれが独自の制御ができる2つの分割した加熱回
路を使用することも可能である。
板側の境界壁の温度をそれに対向する流体ダクトの境界壁に対して別に制御する
ことによって、基板に垂直な温度勾配を好都合に設定できる。このようにしてガ
ス流のSiクラスタおよびシリコン核の低減が達成される。
御される加熱回路を使用する場合は温度も別々に調整することができる。こうす
ることによって基板および対向する流体ダクトの境界壁の間に好都合に一定の温
度勾配を設定することができる。
を、水素基によって腐食されず1800℃までの温度で昇華しない例えばTaC
の塗装を基板皿または基板容器のグラファイトの上に施し、高温で長い使用時間
においても塗装表面がそのまま残るようにすると好都合である。露出したグラフ
ァイト表面を防ぐことによってグラファイトからの不純物の放出が好都合に低減
される。これによって好ましくないドーピング雰囲気を5×10−14cm−3 に制限することができる。安定したガス気密の密封によって炭化水素の追加形成
が都合よく抑制される。基板の直ぐ近くのシリコンおよび炭素から構成されるガ
ス相の成分の制御が容易になる。
塗装を使用することによって好都合に防止できる。グラファイト製の基板皿に対
するこのような塗装は、特に例えばTaCから構成される。
極的に冷却される入口によって、入口の直ぐ手前まで処理ガスの分解温度のずっ
と下に保たれる。したがって処理ガスの分解は、好都合に基板の寸前まで回避さ
れる。したがってガス相からの沈積は基板の上で始めて行われる。
縁された区間だけによって熱的に分離され、互いに結合されることが好ましい。
これは簡単なので有利な熱絶縁である。
る処理ガスの効率を高くすることができる。さらに急激な温度変化によって、あ
る種類のガスに対する特定の温度範囲における選択的な劣化が抑制され、基板の
直ぐ傍のガス相の成分の制御が容易になる。
勾配によって、原料ガスの効果的な分解が達成される。ガス入口および基板容器
または基板保持体間の急激な温度変化、および基板容器または基板保持体に垂直
な方向の小さな温度勾配は、ガス流中のSiクラスタまたはSi核の生成の確率
を低減する。これによって成長率の増加が好都合に達成される。
μm/hを超える成長率が達成される。
間を備えた流体ダクトの形態によって、流出するガスの反応は防止され、生産さ
れる材料の均一性はさらに改善される。処理条件は再現可能である。流出ガスの
反応による制御できない影響は排除される。
または基板容器内に取り付けることによって、コイル位置と関係なく温度分布に
好都合な影響を与える。
様では、さらに基板に対向する加熱流体ダクトの境界壁が、加熱流体ダクトの基
板側の境界と一定の距離で回転するように結合されるという利点がある。これに
よって流体ダクト内で少なくとも1つの基板の回転運動が改善され、生産される
半導体被膜の最適な均一性が達成される。
る温度勾配に積極的に冷却できるようにすると好都合である。このようにして温
度勾配および温度の時間的経過に好都合な影響を与えることができる。
できるので、重力効果を処理を最適化するため好都合に利用することができる。
から流体ダクトから放出される。種々の不活性材料によってガス分配リングを形
成すると、温度勾配および温度の時間的経過に好都合な影響を与える。ここでも
影響を与えることができる処理パラメータの数を有利な方法で増加させることが
できる。排出されたガスの反応はこうして防止される。
、適切な圧力と組み合わせた最適温度操作によって高い成長率を有する被膜が非
常に均一に沈積するよう好都合に実施される。これにより、特にCVD、MOC
VD、またはMOVPE法のような既知の沈積方法が改善される。
前に導入することによって、原料ガスの早期の分解および分解生成物によるガス
流の局所的過飽和は回避される。
える選択された処理ガスおよび搬送ガスが使用される。
れる。
な分解によって、10μmまたはそれ以上のSiCおよび/またはSiCxGe
1−x(x=0−1)の半導体被膜の成長率が達成される。
て、ガス流内のSiクラスタおよびSi核の低減が好都合に達成される。
章では詳しく説明することができない本発明の詳細について明確に示した図面を
参照して、代表的な実施例について説明する。
下記の要素に参照符号を付ける。
び加熱流体ダクト間の高度な絶縁性の耐熱材料(たとえば発泡グラファイト)か
ら構成される短い絶縁区間を示す。
は基板保持体を示し、これらは両者とも不活性で1800℃まで水素基に対して
抵抗のある塗装(たとえばTaC)を備えた耐熱性および伝導性の材料(例えば
グラファイト)から構成される。基板容器3aに向かい合って設けられる流体ダ
クトの上部境界3bは、(図示しない)側壁とともにガスの流れの方向と垂直な
閉鎖された流体ダクトを構成し、その内部に基板容器3aが内蔵されている。基
板容器3aに別の境界壁に配置することもできる。参照符号5は1つまたは多数
のコイルを示し、閉じられた基板容器3aの周囲または上下に配置され、流体ダ
クト全体を積極的に加熱する。参照符号6は種々の材料から構成される1つまた
は多数の出口区間を示し、受納部およびガス出口の間の温度を連続的に低下させ
る。参照符号8は、コイルの位置と関係なく温度分布に影響を与えるため、基板
容器と別の導電率を有し不活性である(例えばMo、Te)材料から構成される
基板容器3aに比べて薄い板を示す。
示す。このとき処理ガスは加熱される流体ダクトの入口まで冷却して導かれ、続
いて非常に速く処理ガスの熱分解に必要な一定温度に加熱されることが分る。出
口の後で出口区間によって連続的で制御された処理ガスの冷却が行われる。
、または本発明による装置の別の実施例を示す。反応炉は図3の左側の一点鎖線
に対し対称に形成されるので半分だけが図示されている。ここでも参照符号2は
積極的に冷却される入口を示す。参照符号2は低温の入口1および高温のサセプ
タ間の高度な絶縁性の耐熱材料(たとえば発泡グラファイト)から構成される短
い絶縁区間を示す。参照符号3aは、ガス翼回転によって回転する基板皿4を備
えた基板容器または基板保持体を示し、これらは両者とも不活性で1800℃ま
で水素基に対して抵抗のある塗装(たとえばTaC)を施した耐熱性および伝導
性の材料(例えばグラファイト)から構成される。基板容器3aに向かい合って
設けられる流体ダクトの上部境界3bは、(図示しない)側壁とともにガスの流
れの方向と垂直な閉鎖された流体ダクトを構成し、その内部に基板容器3aが内
蔵されている。基板容器3aは別の境界壁に配置することもできる。参照符号5
は1つまたは多数のコイルを示し、閉じられた基板容器3aの周囲または上下に
配置され、流体ダクト全体を積極的に加熱する。参照符号6は種々の材料から構
成される1つまたは多数の出口区間を示し、サセプタおよびガス出口の間の温度
を連続的に低下させる。参照符号8は、コイルの位置と関係なく温度分布に影響
を与えるため、基板容器と別の導電率を有し不活性である(例えばMo、Te)
材料から構成される基板容器3aに比べて薄い板を示す。
反応炉としての形態に追加される出口リングで、基板容器の周囲の均等な流れの
配分に寄与する。
示し、この温度分布は図2による温度分布の原理に相当する。
発明による別の装置の断面図である。
Claims (39)
- 【請求項1】 SiCおよび/またはSiCxGe1−x(x=0−1)半
導体被膜または、広い(電子的)帯域ギャップおよび特に高い結合エネルギーを
有する関連する材料(例えばAlNまたはGaN)をCVD方法によって沈積す
る方法において、 少なくとも一つの基板が約1100ないし1800℃の温度に加熱され、 少なくとも一つの基板がすべての側面から積極的に加熱される流体ダクト反応
炉内で回転され、および ホモエピクタシーまたはヘテロエピクタシー沈積が行われることを特徴とする
方法。 - 【請求項2】 制御または調整された流体ダクト反応炉の壁面の加熱である
ことを特徴とする請求項1による方法。 - 【請求項3】 少なくとも1つの基板の回転が機械的に駆動する軸および/
または望ましくは「ガス翼回転」によって行われることを特徴とする請求項1ま
たは2の何れかによる方法。 - 【請求項4】 基板が少なくとも1つの基板容器内または基板容器上に設置
される基板皿に配置され、および 基板皿が「ガス翼回転」によって基板容器に対して駆動されることを特徴とす
る請求項3による方法。 - 【請求項5】 反応炉として二重回転の半径方向流反応炉が使用されること
を特徴とする請求項4による方法。 - 【請求項6】 処理温度よりもずっと低い温度を持つ処理ガスおよび搬送ガ
スが高温の基板の直前に導入されるので、処理ガスまたは原料ガスの早期の分解
、および/または分解生成物によるガス流の局部的過飽和が防止できることを特
徴とする請求項1ないし5の何れかによる方法。 - 【請求項7】 導入前のガスが冷却されることを特徴とする請求項6による
方法。 - 【請求項8】 搬送ガスとしてH2、N2、希ガスまたはそれらの混合体を
使用することを特徴とする請求項1ないし7の何れかによる方法。 - 【請求項9】 処理ガスとしてシラン(SiH4)またはその他のSiを含
有する無機および有機初期材料、ゲルマン(GeH4)およびプロパン(C3H
8)またはその他の炭化水素ガスを使用することを特徴とする請求項1ないし8
の何れかによる方法。 - 【請求項10】 5×1014cm−3ないし5×1014cm−3のドー
ピング被膜が製作されることを特徴とする請求項1ないし9の何れかによる方法
。 - 【請求項11】 基板容器の均等な温度分布に基づく基板の前または基板上
での原料ガスの完全な分解によって、10μmまたはそれ以上のSiCおよび/
またはSiCxGe1−x(x=0−1)の成長率が達成されることを特徴とす
る請求項1ないし10の何れかによる方法。 - 【請求項12】 基板に垂直な方向の小さな温度勾配によってガス流内のS
iクラスタおよびSi核の低減が達成されることを特徴とする請求項1ないし1
1の何れかによる方法。 - 【請求項13】 被膜が10ないし1000mbarの処理圧力によって沈
積されることを特徴とする請求項1ないし12の何れかによる方法。 - 【請求項14】 基板が同じ材料または別の適切な材料から構成されること
を特徴とする請求項1ないし13の何れかによる方法。 - 【請求項15】 SiC半導体被膜および広い電子的帯域ギャップおよび高
い結合エネルギーを有する関連する材料を、ガス相適用法特にCVD方法によっ
て製作する装置において、 少なくとも1ガス用ガス入口を備えた反応室、 基板が 水平に(互いに並んで)配置される回転可能な基板容器、 ガス出口、および 被膜する基板表面を1100ないし1800℃に、およびこれに対向する反応
室の壁の領域を制御して高温に加熱する加熱装置 を有する装置。 - 【請求項16】 反応室が回転対称に形成され、中央のガス入口および回転
対称のガス出口を備えたことを特徴とする請求項15による装置。 - 【請求項17】 反応空間に向いた反応室の境界壁および基板皿または基板
容器が連続した、不活性の、1800℃までの高温に耐え、水素基によって腐食
されない塗装を施されたことを特徴とする請求項15または16の何れかによる
装置。 - 【請求項18】 塗装がTaC、NbCなどから構成されることを特徴とす る請求項17による装置。
- 【請求項19】 反応炉が特に対称に形成された二重回転半径方向流反応炉
であることを特徴とする請求項15ないし18の何れかによる装置。 - 【請求項20】 基板容器内または基板容器上に配置された少なくとも一つ
の基板を回転する回転装置がガス翼回転であることを特徴とする請求項15ない
し19の何れかによる装置。 - 【請求項21】 基板容器内または基板容器上に配置された少なくとも一つ
の基板を回転する回転装置が機械的な駆動軸であることを特徴とする請求項15
ないし20の何れかによる装置。 - 【請求項22】 上側、下側および側面のすべての処理ガスに面した境界壁
によって閉鎖して加熱される流体ダクトを均一な温度にするため、少なくとも一
つの温度制御または温度調整装置が設けられることを特徴とする請求項15ない
し21の何れかによる装置。 - 【請求項23】 上側、下側および側面のすべての処理ガスに面した境界壁
によって閉鎖して加熱される流体ダクトを異なった温度にするため、少なくとも
一つの温度制御または温度調整装置が設けられるであることを特徴とする請求項
15ないし22の何れかによる装置。 - 【請求項24】 処理ガスに面した境界壁、特に基板容器を加熱するため1
つまたは多数の高周波加熱装置が設けられることを特徴とする請求項15ないし
23の何れかによる装置。 - 【請求項25】 処理ガスに面した境界壁、特に基板容器を加熱するため1
つまたは多数のランプ加熱装置が設けられることを特徴とする請求項15ないし
24の何れかによる装置。 - 【請求項26】 処理ガスに面した境界壁、特に基板容器を加熱するため1
つまたは多数の抵抗加熱装置が設けられることを特徴とする請求項15ないし2
5の何れかによる装置。 - 【請求項27】 処理ガスに面した境界壁、特に基板容器を加熱するため高
周波加熱装置、ランプ加熱装置および抵抗加熱装置の任意の組み合わせが設けら
れることを特徴とする請求項15ないし26の何れかによる装置。 - 【請求項28】 2つまたはそれぞれ2つの加熱流体ダクトの対向する境界
壁の別々の温度制御を、それぞれ固有の制御を備えた2つの別々の加熱回路によ
って行うことを特徴とする請求項15ないし27の何れかによる装置。 - 【請求項29】 加熱流体ダクトの対向する境界壁における基板側の境界壁
に対する別々の温度制御を、それぞれ固有の制御を備えた2つの別々の加熱回路
によって行うことを特徴とする請求項15ないし27の何れかによる装置。 - 【請求項30】 加熱流体ダクトの処理ガスに面した境界壁、および特に基
板皿または基板容器が、グラファイトのような高い伝導性材料で構成されること
を特徴とする請求項15ないし29の何れかによる装置。 - 【請求項31】 加熱流体ダクトの処理ガスに面した境界壁、および特に基
板皿または基板容器に、連続した、不活性で、耐熱性(約1800℃まで)があ
り、かつ水素基に腐食されない例えばTaC、NbCなどの塗装を施したことを
特徴とする請求項15ないし30の何れかによる装置。 - 【請求項32】 加熱流体ダクトの寸前までの入口ガスの冷却装置が、流体
またはガス状の媒体によって積極的に冷却されることを特徴とする請求項15な
いし31の何れかによる装置。 - 【請求項33】 低温のガス入口が、高度に絶縁された狭い接続片によって
全面が加熱される流体ダクトに対して気密取り付けされることを特徴とする請求
項15ないし32の何れかによる装置。 - 【請求項34】 積極的に加熱される領域の下流側の流体ダクトが、種々の
不活性材料(例えばTaC塗装グラファイト、SiC塗装グラファイト、石英な
ど)による出口区間から構成されることを特徴とする請求項15ないし33の何
れかによる装置。 - 【請求項35】 基板容器と異なった導電率を有する不活性材料(例えばT
a、Mo、W)から構成される、基板容器の厚さに比較して薄い板が、高周波の
誘起およびそれに伴うエネルギーの集積を局部的なものに制約するため基板容器
上または基板容器内に取り付けられることを特徴とする請求項15ないし34の
何れかによる装置。 - 【請求項36】 加熱流体ダクトの基板に対向する境界壁が、加熱流体ダク
トの基板側の境界に対し一定の距離で固定して取り付けられるか、または回転可
能に取り付けられることを特徴とする請求項15ないし35の何れかによる装置
。 - 【請求項37】 加熱流体ダクトの基板に対向する境界壁が、ガス状の媒体
によって積極的に冷却できることを特徴とする請求項15ないし36の何れかに
よる装置。 - 【請求項38】 回転する基板が加熱流体ダクトの任意の境界壁に取り付け
た基板容器に配置することができることを特徴とする請求項15ないし37の何
れかによる装置。 - 【請求項39】 基板容器のガス出口がガス分配リングとして構成されるこ
とを特徴とする請求項15ないし38の何れかによる装置。
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