JP2012525718A - ＨＶＰＥにおいてその場プレ−ＧａＮ堆積層を形成する方法 - Google Patents

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Abstract

ＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体を組み込んでいる電子デバイスを形成するための基板を準備するための方法および装置が提供される。元素状ハロゲンガス、ハロゲン化水素ガス、または他のハロゲンガスもしくはハロゲン化物ガスが、液体または固体のＩＩＩ族金属と接触して、窒素ソースと反応して基板上に窒化物バッファ層を堆積させる前駆物質を形成する。移行層とすることができるバッファ層は、複数のＩＩＩ族金属を取り込むことができ、非晶質形態または結晶質形態で堆積させることができる。非晶質層を、熱処理によって部分的にまたは完全に再結晶化させることができる。層の代わりに、複数の分離した核形成サイトを形成することができ、そのサイズ、密度、および分布を制御することができる。窒素ソースは、反応性窒素化合物ならびに遠隔プラズマソースからの活性窒素を含むことができる。バッファ層または移行層の組成は、所望のプロファイルに従う深さによっても変更可能である。

Description

本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などのデバイスの製造に関し、より詳しくは、かかるデバイス用の基板を形成する方法に関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物半導体は、短波長発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、ならびに大出力や、高周波数や、高温のトランジスタおよび集積回路を含む電子デバイスなどの様々な半導体デバイスの開発および製造における非常に重要な発見である。ＩＩＩ族窒化物を堆積するために使用されてきている一方法が、水素化物気相エピタキシャル（ＨＶＰＥ）堆積である。ＨＶＰＥでは、ハロゲン化物がＩＩＩ族金属と反応して、金属含有前駆物質（例えば、金属塩化物）を形成する。金属含有前駆物質は、次に窒素含有ガスと反応して、ＩＩＩ族金属窒化物を形成する。
ＬＥＤ、ＬＤ、トランジスタ、および集積回路に対する要求が増大するにつれて、ＩＩＩ族金属窒化物を堆積する効率が、より大きな重要性を持つようになる。大きな基板または複数の基板の全体にわたり均一に膜を堆積することができる大きな堆積速度を具備した堆積装置および堆積プロセスに対する一般的な必要性がある。それに加えて、均一な前駆物質混合が、基板の全体にわたり一貫性のある膜品質にとって望ましい。それゆえ、ＨＶＰＥ堆積方法およびＨＶＰＥ装置の改善に対する本技術分野における必要性がある。
本発明の実施形態は、第１の前駆物質を形成するために、第１の水素を含まないハロゲン含有ガスに第１のＩＩＩ族金属を曝すことと、第２の前駆物質を形成するために、第２の水素を含まないハロゲン含有ガスに第２のＩＩＩ族金属を曝すことと、プロセスチャンバ内で第１の前駆物質を第１の窒素ソースと反応させることによって、基板上に第１の膜を形成することと、プロセスチャンバ内で第２の前駆物質を第２の窒素ソースと反応させることによって、基板上に第２の膜を形成することとを含む、基板上に膜を堆積する方法を提供する。
別の実施形態は、窒素含有ガスに構造基板を曝すことによって、構造基板上に窒素を含有する膜を含む下地表面を形成することと、第１の前駆物質を形成するために、第１の水素を含まないハロゲン含有ガスを第１の金属と接触させることと、第１の前駆物質を第１の反応剤と反応させることによって、下地表面に隣接させてバッファ層を堆積することと、第２の前駆物質を形成するために、第２の水素を含まないハロゲン含有ガスを第２の金属と接触させることと、支持表面を形成するために、第２の前駆物質を第２の反応剤と反応させることによって、バッファ層に隣接させて層を堆積することとを含む、電子デバイス用の支持表面を形成する方法を提供する。
別の実施形態は、第１のハロゲン化物の前駆物質を形成するために、第１の金属を第１の水素を含まないハロゲン含有ガスに曝すことと、第２のハロゲン化物の前駆物質を形成するために、第２の金属を第２の水素を含まないハロゲン含有ガスに曝すことと、基板上に所望の量の第１の金属および第２の金属を含む第１の層を堆積させるために選択した体積比率で第１のハロゲン化物の前駆物質および第２のハロゲン化物の前駆物質を窒素ソースと反応させることとを含む、基板を処置する方法を提供する。
別の実施形態は、第１の金属ハロゲン化物の前駆物質を形成するために、第１の金属を横切って第１の水素を含まないハロゲン含有ガスを流すことと、第２の金属ハロゲン化物の前駆物質を形成するために、第２の金属を横切って第２の水素を含まないハロゲン含有ガスを流すことと、基板上に複数の分離した核形成サイトを堆積させるために、第１の金属ハロゲン化物の前駆物質を第１の窒素ソースと反応させることであって、各核形成サイトが第１の金属を含むことと、基板上に第２の金属を含む膜を堆積させるために、第２の金属ハロゲン化物の前駆物質を第２の窒素ソースと反応させることとを含む、基板上に膜を堆積する方法を提供する。
したがって、本発明の上に記述した特徴を詳細に理解することが可能な方式で、上に簡潔に要約されている本発明のより詳しい説明を、その一部が添付した図面に図説されている実施形態を参照することによって知ることができる。しかしながら、添付した図面が本発明の典型的な実施形態だけを図説し、本発明が他の同様に有効な実施形態を許容することができるので、それゆえ、本発明の範囲を限定するようには見なされないことに、留意すべきである。
例示的なＬＥＤデバイスの概略図である。 一実施形態による方法を要約した流れ図である。 別の一実施形態による方法を要約した流れ図である。 別の一実施形態による装置の概略的な断面図である。 別の一実施形態による装置の概略的な断面図である。 別の一実施形態による装置の平面図である。
理解を容易にするために、可能である場合には、複数の図に共通な同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用している。一実施形態において開示した要素を、具体的な記述がなくとも別の実施形態において利益をもたらすように利用することができることが予想される。
本明細書において開示する実施形態は、一般に、「ＩＩＩ／Ｖ」型の化合物半導体を含む電子デバイス用の支持基板を形成するための方法および装置を提供する。ＩＩＩ族金属窒化物材料は、構造基板上のＩＩＩ／Ｖデバイスのための支持層を提供することができる。窒化ガリウム系、窒化インジウム系、窒化アルミニウム系のＬＥＤ、レーザダイオード、および他のデバイス用の支持基板を提供するために、幾つかの実施形態を使用することができる。典型的なデバイスでは、ｐ−ｎ接合を構造基板上に形成する、この基板はまた、電流を注入するための電気的なコンタクトとして働くことができる。接合中へと注入された電流は、電子をホールと結合させ、直接遷移を有する材料に対しては光を放出させる。構造基板を、単結晶基板などの任意の適した基板とすることができ、この基板上に、Ｎ−ドープしたＩＩＩ族窒化物エピタキシャル膜を形成することができる。本発明の実施形態のために使用することができる構造基板は、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、サファイアもしくは別の形の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化リチウムアルミニウム（ＬｉＡｌＯ２）、酸化リチウムガリウム（ＬｉＧａＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、石英、ガラス、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、これらの任意の組み合わせ、これらの任意の混合物、またはこれらの任意の合金を含むが、これらに限定されない。幾つかの実施形態では、平坦な基板上にフィーチャを形成してパターンを付けた基板を作り出すために、マスキングおよびエッチングなどの任意の良く知られた方法を利用することができる。特定の実施形態では、パターンを付けた基板は、（０００１）パターンを付けたサファイア基板（ＰＳＳ）である。パターンを付けたサファイア基板が、新世代の固体照明デバイスの製造の際にきわめて有用である光抽出効率を増大させるという理由で、パターンを付けたサファイア基板は、ＬＥＤの製造の際の使用にとって理想的であることがある。
図１は、例示的なＧａＮ系のＬＥＤ構造１００の側面図である。その構造を、基板１０４の上に製造する。基板サイズを、直径で５０ｍｍ〜１００ｍｍ以上の範囲とすることができる。アンドープの窒化ガリウム（ｕ−ＧａＮ層）これに続くｎタイプＧａＮ層１１２を、基板の上に形成したＧａＮまたは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）バッファ層１０９上に堆積する。デバイスの能動領域を、図面中ではＩｎＧａＮ層を含むように示される多重量子ウェル（ＭＷＱ）層１１６において具体化している。ｐ−ｎ接合を、コンタクト層の役目をするｐタイプＧａＮ層１２４を具備する上に重なるｐタイプＡｌＧａＮ層１２０を用いて形成する。
この種の大部分のデバイスでは、ＩＩＩ族窒化物膜を構造基板上に形成する。ＩＩＩ族窒化物膜は、一般に、この上に形成されるｐ−ｎ接合に対する支持層として働く。かかる膜を形成することを容易にするために、ＩＩＩ族窒化物膜に先立って、バッファ層または移行層を基板上に通常形成する。バッファ層または移行層は、基板と支持層との間の結晶学的特性および熱的特性の移行を容易にし、層が薄く剥離する傾向を減少させる。ｎタイプドーパントまたはｐタイプドーパントを用いて形成した第１のドープしたＩＩＩ族窒化物膜を、バッファ層または移行層の上に形成する。多重量子ウェル層を、第１のドープしたＩＩＩ族窒化物層の上に形成し、第１のドープしたＩＩＩ族窒化物層とは反対のドーパントタイプを具備する第２のドープしたＩＩＩ族窒化物層を、能動層の上に形成して、電気的なエネルギーを放射光へと変換するために使用することができるｐ−ｎ接合を形成する。
図２は、一実施形態による方法２００を要約した流れ図である。図２の方法を、図１に関連して上に説明したもののような化合物半導体デバイス用の基板上に支持表面を形成するために使用することができる。２１０において、第１のハロゲン含有ガスが第１のＩＩＩ族金属と接触して、第１の前駆物質を形成する。ハロゲン含有ガスを、ハロゲン化合物ガスとすることができる、および／またはハロゲンを含まないものとすることができる。幾つかの実施形態では、ハロゲン含有ガスは、フッ素ガス（Ｆ２）、塩素ガス（Ｃｌ２）、臭素ガス（Ｂｒ２）、ヨウ素ガス（Ｉ２）、フッ化水素ガス（ＨＦ）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、臭化水素ガス（ＨＢｒ）、ヨウ化水素ガス（ＨＩ）、またはこれらの混合物および組み合わせを含むことができる。ＩＩＩ族金属を、ガリウム、アルミニウム、インジウム、またはこれらの混合物か、組み合わせか、もしくは合金とすることができる。液体または固体である場合があるＩＩＩ族金属を含有するリザーバを横切って、ハロゲン含有ガスを流す。ガスは金属と反応して、膜を形成する際に反応前駆物質として使用されるハロゲン化金属ガスを形成する。
２２０において、第２のハロゲン含有ガスが第２のＩＩＩ族金属と接触して第２の前駆物質を形成する。例示的な一実施形態では、第１のリザーバが固体のアルミニウムを含有し、一方で第２のリザーバが液体のガリウムを含有する。リザーバを加熱して、ガリウムを液体状態に保ち、ハロゲン化反応を助長させる。塩素ガスが、同時にまたは逐次的に２つの金属の上を流れ、得られたハロゲン化物を、基板上に膜を堆積させるために使用する。
方法２００の一実施形態では、ステップ２１０、２２０、または２３０のプロセスを実行することに先立って、サファイア基板をプロセスチャンバ内に配置し、約５００℃と約１，１００℃の温度、例えば約８５０℃〜約１，１００℃の温度まで、約１℃／秒〜約５℃／秒の温度ランプ速度で加熱する。基板を、熱的にクリーニングし、約１００ｓｃｃｍ〜約１５，０００ｓｃｃｍのレートで、５分〜２０分間アンモニアおよび窒素ガスを流すことによって窒化する。基板を窒化することが、電子デバイス用の支持層を堆積させるための薄い下地層をもたらす。一実施形態では、１つまたは複数の基板をクリーニング温度に加熱しながら処理チャンバ中へとクリーニングガス混合物を流すことによって、熱的なクリーニングを実行することができる。一実施形態では、クリーニングガス混合物は、アンモニア、ハロゲン含有ガス（例えば、Ｃｌ２、Ｆ２、Ｂｒ２、Ｉ２）、およびキャリアガスを含む。一実施形態では、キャリアガスは、窒素ガス（Ｎ２）を含むことができる。
２３０において、第１の前駆物質がプロセスチャンバ内で第１の窒素ソースと反応して、基板上に第１の層を堆積する。第１の層は、下記に説明するように基板と第２の層との間のバッファ層として働くことができる。一実施形態では、第１の窒素ソースは、アンモニアである。他の実施形態では、第１の窒素ソースは、窒素ガス（Ｎ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ジイミド（Ｎ２Ｈ２）、アジ化水素酸（ＨＮ３）、等などの窒素を含有する材料の遠隔プラズマから誘導された１つまたは複数の活性窒素種とすることができる。他の実施形態では、第１の窒素ソースを、やはり、アンモニアと１つまたは複数の活性窒素種との混合物とすることができる。少なくとも一部を窒素ガスなどの反応性またはヘリウムガスもしくはアルゴンガスなどの非反応性である場合がある希釈ガスまたはキャリアガスを用いて、第１の窒素ソースを、やはり配送することができる。第１の窒素ソースは、第１の金属ハロゲン化物と反応して、金属窒化物を含む第１の層を生じさせ、副生成物としてハロゲン化水素および可能性として水素ガスを伴う。第１の層は、一般的に約３００ｎｍ厚までであろう。
２４０にでは、同じプロセスチャンバ内で、第２の前駆物質が、第１の窒素ソースと同じことも異なることもある第２の窒素ソースと反応して、基板上に第２の層を堆積する。第２の層は、金属ハロゲン化物を含み、第１の層と実質的に同じ組成であることも異なる組成であることもある。例示的な一実施形態では、第１の層が窒化アルミニウム層であり、一方で第２の層が窒化ガリウム層である。第１の層に対する目標厚さに達したときに、プロセスチャンバ中への第１の前駆物質の流れを止め、第２の前駆物質の流れを開始する。第１の前駆物質の流れを止めることと第２の前駆物質の流れを開始することとの間に、プロセスチャンバを、窒素、ヘリウム、またはアルゴンなどのパージガスを用いて交互にパージすることができる。一実施形態では、基板の表面上に第２の金属窒化物層を形成することに先立って、シリコン含有材料（例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ）を含む基板の表面上に窒化アルミニウム膜を実質的に堆積して、塩化ガリウム（例えば、ＧａＣｌ、ＧａＣｌ３）を含有する前駆物質ガスによってシリコンを含有する表面のアタックまたはエッチングを防止することが望ましい。
アルミニウムを約４５０℃〜約６５０℃の温度で維持した状態で、約７０ｓｃｃｍ〜約１４０ｓｃｃｍの流量で固体のアルミニウムの上に塩素ガスを流して、塩化アルミニウムの前駆物質を形成することによって、窒化アルミニウムバッファ層を下地層に隣接させて成長させることができる。反応装置のサイズに応じて、約１，０００ｓｃｃｍ〜約９，０００ｓｃｃｍの流量で窒素ソースガスを流し続けながら、基板の温度を、約５００℃〜約９５０℃の第２の温度、例えば約５５０℃〜約７００℃、例として約６４０℃まで、約１℃／秒〜約５℃／秒のランプ速度でランピング降温する。本実施形態の全体を通して使用する温度ランプ速度は、材料間の熱膨張係数の違いに起因して、熱応力が層の接着性を弱くすることを防止する際に有用である。基板温度が第２の温度目標値に達するときに、塩化アルミニウムの前駆物質の流れを、プロセスチャンバ中へと開始する。窒化アルミニウム層が目標厚さに達するまで、これらの条件を維持する。固体のアルミニウムの上の塩素ガスの流れを、次に止める。
約５５０℃〜約１，１００℃、例えば約９００℃〜約１，１００℃、例として約１，０５０℃の第３の目標値まで、約１℃／秒〜約５℃／秒のランプ速度で基板温度をランピングし、約７００℃〜約１，０００℃の温度で維持した液体のガリウムのリザーバを横切って、約２０ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍの流量で塩素ガスの流れを開始することによって、窒化ガリウム層を、次に窒化アルミニウム層に隣接させて形成する。一実施形態では、温度をランピングしながら、塩素ガスの流れを設定する。得られた塩化ガリウムの前駆物質を、プロセスチャンバへ供給し、窒素ソースガスの流れを約６，０００ｓｃｃｍ〜約５０，０００ｓｃｃｍの流量まで増加させて、約０．３μｍ／時〜約１５μｍ／時の速度で窒化ガリウム層を堆積する。堆積プロセス中には、チャンバ圧力を、約１０Ｔｏｒｒ〜約７６０Ｔｏｒｒ、例えば約７０Ｔｏｒｒ約５５０Ｔｏｒｒ、例として約４５０Ｔｏｒｒに維持し、チャンバ壁温度を、約４５０℃以上に維持する。
一実施形態では、基板温度を第３の目標値までランピングしながら、窒素ガス（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、またはヒドラジン（Ｈ２Ｎ２）などの窒素含有ガスを、任意選択でチャンバへ供給することができる。第１の層の形成中に使用する窒素含有ガスを、温度ランピング中に同じ流量で続けることができる、または代替の窒素含有ガスを、同じ流量範囲内で供給することができる。窒素含有ガスは、第１の層のさらなる窒化をもたらし、バッファ層または移行層としての第１の層の特性を向上させる。別の代替の一実施形態では、ハロゲンガスまたはハロゲン化物ガスなどのハロゲン含有ガス、例えば、塩素ガス（Ｃｌ２）または塩化水素（ＨＣｌ）を、第１の層および／または第２の層の形成中に直接プロセスチャンバへ供給することができる。ハロゲン化物の前駆物質の流れをほとんどの場合には設定し、次にハロゲンガスまたはハロゲン化物ガスの流れを開始する。ハロゲンガスまたはハロゲン化物ガスは、層の形成中に不完全に付着した種の増加エッチングをもたらすことによって、一般に層の特性を向上させる。
幾つかの実施形態では、第１の層および第２の層を、異なるプロセスチャンバ内で形成することができる。例えば、窒化ガリウム層を、シリコンまたは炭化シリコンなどのシリコンを含有する基板上に形成する場合には、第１のチャンバ内で第１の層、例えば、窒化アルミニウムを形成し、第２のチャンバ内で第２の層、窒化ガリウムを形成して、両方の層を単一のチャンバ内で形成する場合に経験することがあるごく微量のガリウムとシリコン基板との反応を回避することが有利である場合がある。一般に、複数の層を形成することを伴う本明細書において開示するすべての方法に関して、個々の実施形態の必要性に応じて、形成することを単一のチャンバ内でまたは複数のチャンバ内で実行することができる。幾つかの実施形態では、プロセスチャンバ間で基板を搬送するプロセス中に、基板の表面上に堆積した（１つまたは複数の）層が汚染または酸化されないように、２つ以上の処理チャンバを真空にまたは環境的に制御した搬送チャンバに連結することが望ましい。
図３は、別の一実施形態による方法３００を要約した流れ図である。図３には示していないが、方法３００の幾つかの実施形態では、ステップ３１０、３２０、または３３０を実行することに先立って、上に論じた１つまたは複数のステップを使用して、１つまたは複数の基板を熱的にクリーニングし、窒化する。３１０にでは、第１のハロゲン含有ガスを、第１のＩＩＩ族金属と接触させて、第１の前駆物質を形成する。ハロゲン含有ガスを、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、またはこれらの混合物もしくは組み合わせなどの元素状ハロゲンとすることができる。ハロゲン含有ガスを、やはり、上記の元素のハロゲン化水素、ハロゲン化水素の混合物もしくは組み合わせ、またはハロゲン化水素および元素状ハロゲンガスの混合物もしくは組み合わせとすることができる。ＩＩＩ族金属を、ガリウム、インジウム、アルミニウム、これらの組み合わせ、これらの混合物、またはこれらの任意の合金とすることができる。ＩＩＩ族金属を、ハロゲン含有ガスに曝している間、固体または液体として保つことができる。個々の実施形態の必要性に応じて、ハロゲン含有ガスを、金属の上、金属の周り、または金属中に流すことによってＩＩＩ族金属をハロゲン含有ガスに曝すことができる。
３２０において、第２のハロゲン含有ガスを第２のＩＩＩ族金属と接触させて第２の前駆物質を形成する。第２のハロゲン含有ガスが、第１のハロゲン含有ガスと同じであることも異なることもあるが、一般に同じ群の材料から選択されるであろう。第２のＩＩＩ族金属が、第１のＩＩＩ族金属と同じであることも異なることもあるが、一般に同じ群から選択されるであろう。第２のＩＩＩ族金属を、やはり、固体または液体とすることができ、上に述べたいずれかの方法でハロゲン含有ガスに曝すことができる。
３３０において、第１の前駆物質および第２の前駆物質を、窒素ソースとともに基板を含有するプロセスチャンバへ供給する。基板は、一般に上に述べた型の構造基板であり、窒素ソースを、上に説明したようにアンモニアまたは活性窒素種とすることができる。窒素ソースを、窒素などの反応性キャリアガスまたはヘリウムもしくはアルゴンなどの非反応性キャリアガスを用いて供給することができる。
３４０において、第１の前駆物質および第２の前駆物質を、１つまたは複数の窒素ソースと反応するように仕向け、基板上に第１のＩＩＩ族金属および第２のＩＩＩ族金属を含む層を堆積する。堆積した層を、第１のＩＩＩ族金属および第２のＩＩＩ族金属の窒化物の混合物とすることができる。例えば、層を、窒化アルミニウムインジウム層、または窒化アルミニウムガリウム層、または窒化インジウムガリウム層とすることができる。他の実施形態では、第３のハロゲン含有ガスに第３のＩＩＩ族金属を曝すことができ、得られた前駆物質をプロセスチャンバへ供給し、第１の前駆物質および第２の前駆物質とともに窒素ソースと反応させて、３つのＩＩＩ族金属を含む層を形成する。
３５０において、第１の前駆物質および第２の前駆物質の流量を変えて、堆積する膜の組成を制御する。一実施形態では、アルミニウムおよびガリウムを含む層を、サファイア基板上に堆積させることができる。サファイア基板の組成に近づけるために、層を初めにアルミニウム−リッチで堆積させることができ、膜が厚くなるにつれて膜のガリウム含有量を絶えず増加させるように、アルミニウムの前駆物質およびガリウムの前駆物質の流量を変化させることができ、ガリウム−リッチ領域で終わる。かかる傾斜組成膜は、上に説明したように特性の移行を容易にすることができる。一実施形態では、流量の移行を直線的にすることができる。例えば、第１の前駆物質および第２の前駆物質の流量を、第２の前駆物質に比して第１の前駆物質が実質的に過剰な状態である第１の目標値で開始することができ、第１の前駆物質に比して第２の前駆物質が実質的に過剰な状態であるの第２の目標値へとランピングすることができる。一実施形態では、第２の前駆物質の流れを初めに止めることができ、第２のＩＩＩ族金属を含まない初期層を堆積させることができる。第２の前駆物質の流れをその後導入することができ、第１のＩＩＩ族金属および第２のＩＩＩ族金属の両方を含む層の堆積を始める。第２の前駆物質の流れをその後ランピングして増加させることができ、一方で、第１の前駆物質の流れをランピングして減少させて、傾斜組成を形成することができる。第１の前駆物質の流れをその後止めることができ、第１のＩＩＩ族金属を含まない最終層を形成することができる。
他の実施形態では、移行が非線形であることがある。例えば、濃度プロファイルが、Ｓ字状であることがある、または第１の濃度から第２の濃度へと急激な推移を見せることがある。幾つかの実施形態では、濃度プロファイルが、第１のレベルから第２のレベルまで一連の階段状の変化を示すことがある。
窒素ソースガスの流量を一定に保持しながら相対的な金属の前駆物質の流量を制御することによって、上に説明したもののような傾斜組成を生成することができる。異なる金属の前駆物質の反応速度が、同じように、温度変動によって違った風に影響を受けることがある。金属の前駆物質の流量を、やはり、２つの体積流量の比率によって制御することができる。例えば、第１の前駆物質および第２の前駆物質合計の流量に対する第１の前駆物質の比率を、初めに９０％で設定することができ、その後、所望の層の厚さによって決定される速度で１０％までランピングして減少させることができる。非線形の組成プロファイルを、やはり、非線形の方式でかかる比率を変えることによって作り出すことができる。
幾つかの実施形態では、上に説明した組成のうちのいずれかによるバッファ層を、非晶質結晶構造を形成するために選択した温度で堆積し、次に任意の所望の程度まで再結晶化させることができる。堆積させようとする材料の秩序化温度より低い温度で、本明細書において説明した窒化物層のうちのいずれかを堆積させることによって、非晶質膜を形成することができる。幾つかの実施形態に関して、約５５０℃より低い温度で堆積させることが、非晶質バッファ層をもたらすであろう。バッファ層を、次に、熱処理によって部分的にまたは完全に再結晶化させることができる。一態様では、再結晶化を実現するために、バッファ層を、約７００℃と約１，０００℃との間などの約７００℃より高い温度で、例えば、約９００℃でアニールすることができる。バッファ層および支持層を同じチャンバ内で堆積する一実施形態では、非晶質バッファ層の堆積の後で支持層の堆積の前に、基板に熱ソークステップを行うことができる。熱ソークステップを、支持層の堆積用に選択した温度で実行することができ、約１分〜約１０分の期間を有することがある。熱ソーク時間を調節することが再結晶化の程度に影響を与え、短い熱ソークステップでは、非晶質基質中に埋め込まれた小さな結晶ドメインを結果として生じ、長い熱ソークステップでは、あったとしても、小さな非晶質ドメインだけがある実質的に多結晶基質を結果として生ずる。
寸法パラメータにしたがって非晶質バッファ層を再結晶化させるために、方向性アニーリングを使用することができる。ところが、全体的なベーキングは、主に等方的な再結晶化を結果として生じ、一方または他方の表面近くを選択的に再結晶化させるために、方向性加熱を適用することができる。例えば、放射光エネルギーを、堆積したバッファ層の上側表面へ与えて、表面から下へと再結晶化させることができる。この方式で部分的に再結晶化させることは、下にある基板近くで実質的に非晶質であり、上側表面近くで実質的に結晶質であるバッファ層を結果として生ずる。例えば、バッファ層の表面を、少なくとも７００℃の温度まで約１分間加熱することができる。同じように、逆の結果を実現するために、裏側を加熱することによる部分再結晶化を予想することができる。幾つかの実施形態では、結晶質基質中に非晶質ドメインを閉じ込めずに再結晶化を進めるために、完全な再結晶化になるまでの方向性加熱が、効果的な方法であることがある。材料が一方の表面から他方の表面へと再結晶化するので、結晶欠陥および非晶質ドメインが基質中に残る可能性が低い。
一態様では、バッファ層を、２つ以上のシーケンスで堆積させることができ、堆積シーケンス間に非堆積プロセスを挟むことを伴う。一実施形態では、バッファ層の第１の部分を、目標厚さに達するまで非晶質層を形成するために選択した第１の温度で堆積させることができる。次に、堆積を中断することができ、その間に、第１の部分をアニールして、少なくともその一部を再結晶化させる。次に、基板を、結晶質層を形成するために選択した第２の温度へと熱的に制御することができ、バッファ層の第２の部分を、第１の部分上に結晶質形で堆積する。別の一実施形態では、堆積シーケンスは、複数の熱処理サイクル、窒化サイクル、またはクリーニングサイクルと交互の複数の堆積サイクルを含むことができる。これらの方法のうちのいずれかで、化合物層であるバッファ層を形成することができ、その後に形成する支持層と同じ処理チャンバ内で、バッファ層を形成することができる。
幾つかの実施形態では、窒素ソースガスが、活性窒素種を含むことがある。バッファ層および支持層を堆積するために使用するプロセスチャンバに遠隔プラズマ発生器を連結することによって、活性窒素種を配送することができる。窒素含有前駆物質にエネルギーを与えることによって、窒素を含むイオンおよびラジカルなどの活性窒素種を発生させるために、遠隔プラズマ発生器を使用することができる。かかる前駆物質は、窒素ガス（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ジイミド（Ｎ２Ｈ２）、およびアジ化水素酸（ＨＮ３）を含むことができ、複数の窒素を含有する化合物の混合物とすることができる。与えるエネルギーを、活性化させる前駆物質に適合させ、ＤＣエネルギーもしくはＲＦエネルギー、ＵＶ放射光、またはマイクロ波放射光などのエネルギーソースから供給されるエネルギーを含むことができる。窒素を含有する化合物を、ラジカルを含む中性に帯電した種へと再結合するイオンへ、エネルギーによって解離させることができる。活性化させた窒素ガスを、遠隔プラズマチャンバからの空間を通して流すことによって処理チャンバへ導入する。ガスが処理チャンバへ向けて移動するので、残りの帯電した種は、再結合によって消滅し、金属含有前駆物質と反応させるためのラジカルおよび他の中性に帯電した反応種を残す。幾つかの実施形態では、活性窒素ガスを、上に説明したようなもう１つの窒素ソースまたはキャリアガスと混合することができる。
図２の方法で用いたように、膜の特性を向上させるために、方法３００の様々な膜の形成中に、ハロゲン含有ガスを処理チャンバへ追加で供給することができる。上に説明したように、ハロゲン含有ガスを、塩素または塩化水素などのハロゲンガスまたはハロゲン化物ガスとすることができる。
図４は、本明細書において説明する本発明の１つまたは複数の実施形態を実施するために使用することができるＨＶＰＥ装置４００の概略的な断面図である。図４中の装置４００は、処理容積４０８を囲む１つまたは複数の壁４０３を有するチャンバ本体４０２を含む。シャワーヘッドアセンブリ４０４を、処理容積４０８の一方の境界に配置し、基板キャリア４１４を、処理容積４０８の他方の境界に配置する。基板キャリア４１４は、１つまたは複数のリセス４１６を含むことができ、リセス内に１枚または複数の基板を処理中に配置することができる。基板キャリア４１４は、６枚以上の基板を運ぶことができる。一実施形態では、基板キャリア４１４は、８枚の基板を運ぶ。より多くの基板またはより少ない基板を基板キャリア４１４上で運ぶことができることを、理解されたい。基板サイズを、直径で５０ｍｍ〜１００ｍｍ以上の範囲とすることができ、一方で、基板キャリアサイズを、２００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲とすることができる。基板キャリアを、ＳｉＣまたはＳｉＣコーティングしたグラファイトを含む様々な材料から形成することができる。他のサイズの基板を装置４００内部でおよび本明細書において説明するプロセスによって処理することができることを、理解されたい。
基板キャリア４１４を、回転モータ４０５の使用によって処理中にそれ自体の中心軸の周りを回転させることができる。一実施形態では、基板キャリア４１４を、約３０ＲＰＭなどの約２ＲＰＭと約１００ＲＰＭの速度で回転させることができる。基板キャリア４１４を回転させることは、幾つかの実施形態ではプロセスガスに各基板を均一に曝す際に手助けになる。別の一実施形態では、基板キャリア４１４それ自体を回転させる代わりにまたは回転させることとともに、基板キャリア４１４の内部で、基板を個々に回転させることができる。
ランプアレイにグループ分けすることができる複数のランプ４３０ａ、４３０ｂを、基板キャリア４１４の下方に配置することができる。幾つかの実施形態に関して、典型的なランプ配列は、基板の上方に（図示せず）および（図示したように）下方にランプのアレイを備えることができる。一実施形態は、横からランプを組み込むことができる。ある種の実施形態では、ランプを同心円に配列することができる。例えば、ランプの内側アレイ４３０ｂが、８個のランプを含むことができ、ランプの外側アレイ４３０ａが、１２個のランプを含むことができる。一実施形態では、複数のランプ４３０ａ、４３０ｂの各々に、個別に電力を供給する。別の一実施形態では、ランプ４３０ａ、４３０ｂのアレイを、シャワーヘッドアセンブリ４０４の上方または内部に設置することができる。個々の実施形態の必要性に応じて、他の配列および別の数のランプが可能であることが、理解される。基板キャリア４１４の内側域および外側域を加熱するために、ランプ４３０ａ、４３０ｂのアレイに、選択的に電力を供給することができる。一実施形態では、ランプ４３０ａ、４３０ｂに、内側アレイおよび外側アレイとしてまとめて電力を供給することができ、この場合に、上部アレイおよび下部アレイに、いずれかまとめて電力を供給する、または別々に電力を供給する。さらに別の一実施形態では、別々のランプまたは加熱素子を、ソースボート４８０の上におよび／または下に設置することができる。本発明がランプのアレイの使用に制限されないことを、理解されたい。適切な温度が、処理チャンバ、その中の基板、および金属ソースに適正に与えられることを確実にするために、任意の適した加熱ソースを利用することができる。例えば、急速熱処理ランプシステムを利用することができる。
一実施形態では、１つまたは複数の壁４０３上に配置されたシャワーヘッドアセンブリ４０４の構成要素から離れて設置されたアンプルアセンブリ４２３によって、ソースボート４８０を置き換えることができる。この構成では、ハロゲンガスおよび／または不活性ガスを、ガスソース４２７から、固体または液体ソース材料を含有するアンプル４２５のウェル４２５Ａへと配送することができ、処理容積４０８へと配送することができる金属ハロゲン化物の前駆物質（例えば、ＧａＣｌ、ＧａＣｌ３、ＡｌＣｌ３）を作り出す。アンプルを加熱ソース４２９によって加熱することができ、ソース材料を加熱し、金属ハロゲン化物の前駆物質が形成されることを可能にする。金属を含有する前駆物質ガスを、次に、ガス管のセットによってまたは従来型のシャワーヘッドタイプのアセンブリを通して処理容積４０８へ供給することができる。窒素含有前駆物質ガスを、やはり、ガス管のセットを通して処理容積４０８中へと導入することができる。幾つかの実施形態では、窒素含有前駆物質ガスが、アンモニアを含有することがある。
基板を加熱する上にソースボート４８０も加熱するために、複数のランプ４３０ａ、４３０ｂのうちの１つまたは複数に、電力を供給することができる。ランプは、約９００℃と約１２００℃の温度に基板を加熱することができる。別の一実施形態では、ランプ４３０ａ、４３０ｂは、ソースボート４８０内部のウェル４２０中の金属ソースを約３５０℃と約９００℃の温度で維持する。処理中の金属ソース温度を測定するために、熱電対（図示せず）を、ウェル４２０内部に設置することができる。ウェル４２０中の金属ソースの温度を必要に応じて制御するまたは調節することができるように、熱電対によって測定した温度を、加熱ランプ４３０ａ、４３０ｂから供給される熱を調節するコントローラへフィードバックすることができる。
本発明の一実施形態によるプロセス中には、前駆物質ガス４０６がシャワーヘッドアセンブリ４０４から基板表面に向けて流れる。基板表面のところでのまたは近くでの前駆物質ガス４０６の反応が、基板上へと、ＧａＮ、ＡｌＮ、およびＩｎＮを含む様々な金属窒化物層を堆積させることができる。ＡｌＧａＮおよび／またはＩｎＧａＮなどの「組み合わせ膜」の堆積用に、複数の金属を、やはり利用することができる。
図１のデバイスなどのデバイスの多重量子ウェル層を、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．のＬｉｇｈｔｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔ部門から入手可能なものなどのＭＯＣＶＤチャンバにおいて実行されるＭＯＣＶＤプロセスを使用して形成することができる。上に説明した方法のうちのいずれかによって準備することができ、上に説明した構造基板のうちのいずれかなどの基板を、ＭＯＣＶＤチャンバへ供給することができる。ＩＩＩ族の有機金属の前駆物質を、Ｖ族の前駆物質およびキャリアガスとともにチャンバへ供給する。適したＩＩＩ族の有機金属は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ならびにこれらの組み合わせまたは混合物を含む。適したＶ族の前駆物質は、ほとんどの場合に窒素を含有する。金属窒化物を形成するために使用することができる反応性窒素を含有するガスは、アンモニア（ＮＨ３）およびヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）を含む。適したキャリアガスは、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、およびこれらの組み合わせまたは混合物を含む。別の一実施形態では、窒素ソースを、窒素ガス（Ｎ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ジイミド（Ｎ２Ｈ２）、アジ化水素酸（ＨＮ３）、等などの窒素を含有する材料の遠隔プラズマから誘導された１つまたは複数の活性窒素種とすることができる。堆積した膜中にドーパントを含ませるために、ドーパントの前駆物質を、やはり、チャンバへ供給することができる。一実施形態では、チャンバへ供給するガス混合物中にジシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を含ませることによって、マグネシウム（Ｍｇ）をドーパントとして膜に添加することができる。下記の表１は、上に説明したデバイスを使用する窒化物半導体構造の成長の際に一般的に適している例示的な処理条件および前駆物質流量を提供する。
表１
Figure 2012525718
図５は、本明細書において説明する方法を実行するために使用することができるＨＶＰＥ装置５００の概略的な断面図である。ＨＶＰＥ装置５００は、蓋５０４によって囲まれるチャンバ５０２を含む。チャンバ５０２および蓋５０４は、処理容積５０７を画定する。シャワーヘッド５０６を、処理容積５０７の上部領域内に配置する。サセプタ５１４を、処理容積５０７内のシャワーヘッド５０６の反対側に配置する。サセプタ５１４を、処理中にその上に複数の基板５１５を支持するように構成する。一実施形態では、複数の基板５１５を、サセプタ５１４によって支持された基板キャリア５１６上に配置する。サセプタ５１４を、モータ５８０によって回転させることができ、ＳｉＣまたはＳｉＣコーティングしたグラファイトを含む様々な材料から形成することができる。
一実施形態では、ＨＶＰＥ装置５００は、サセプタ５１４上の基板５１５を加熱するように構成された加熱アセンブリ５２８を備える。一実施形態では、チャンバ底部５０２ａを石英から形成し、加熱アセンブリ５２８は、石英チャンバ底部５０２ａを通して基板５１５を加熱するためにチャンバ底部５０２ａの下に配置したランプアセンブリである。一実施形態では、加熱アセンブリ５２８は、基板、基板キャリア、および／またはサセプタ全域にわたり均一な温度分布を与えるように分布させたランプのアレイを備える。
ＨＶＰＥ装置５００は、チャンバ５０２の側壁５０８の内側に配置された前駆物質供給パイプ５２２、５２４をさらに備える。パイプ５２２および５２４は、処理容積５０７および前駆物質ソースモジュール５３２内に見出される注入管５２１と流体連通している。シャワーヘッド５０６は、処理容積５０７およびガスソース５１０と流体連通している。処理容積５０７は、排気部５５１と流体連通している。
ＨＶＰＥ装置５００は、チャンバ５０２の壁５０８の内部に埋め込まれたヒータ５３０をさらに備える。壁５０８内に埋め込まれたヒータ素子５３０は、堆積プロセス中に必要である場合には追加の熱を供給することができる。処理チャンバの内側の温度を測定するために、熱電対を使用することができる。熱電対（図示せず）からの読みに基づいてヒータ素子５３０（例えば、抵抗加熱素子）に配送される電力を調節することによってチャンバ５０２の壁の温度を制御するコントローラ５４１へ、熱電対からの出力をフィードバックすることができる。例えば、チャンバが冷た過ぎる場合には、ヒータ５３０を作動させるであろう。チャンバが熱過ぎる場合には、ヒータ５３０を切るであろう。それに加えて、ヒータ５３０から供給される熱の量を最小にするように、ヒータ５３０から供給される熱の量を制御することができる。
ガスソース５１０からのプロセスガスを、ガス分配シャワーヘッド５０６中に配置されたガスプレナム５３６を通して処理容積５０７へ配送する。一実施形態では、ガスソース５１０は、窒素を含有する化合物を含むことができる。一実施形態では、アンモニアまたは窒素を含むガスを配送するように、ガスソース５１０を構成する。一実施形態では、ヘリウムまたは二原子窒素などの不活性ガスを、ガス分配シャワーヘッド５０６を通してまたはチャンバ５０２の壁５０８上に配置されたパイプ５２４を通してのいずれかで、同様に導入することができる。エネルギーソース５１２を、ガスソース５１０とガス分配シャワーヘッド５０６との間に配置することができる。一実施形態では、エネルギーソース５１２は、ヒータまたは遠隔ＲＦプラズマソースを含むことができる。エネルギーソース５１２は、ガスソース５１０から配送されるガスにエネルギーを与えることができ、その結果、窒素含有ガス中の窒素がより反応性になるように、ラジカルまたはイオンを生成することができる。
ソースモジュール５３２は、ソースボート５３４のウェル５３４Ａに接続されたハロゲンガスソース５１８およびウェル５３４Ａに接続された不活性ガスソース５１９を備える。アルミニウム、ガリウム、またはインジウムなどのソース材料５２３を、ウェル５３４Ａ中に配置する。加熱ソース５２０がソースボート５３４を囲む。注入管５２１が、パイプ５２２、５２４を介して処理容積５０７へウェル５３４Ａを接続する。
一実施形態では、処理中に、ハロゲンガス（例えば、Ｃｌ２、Ｂｒ２、またはＩ２）を、ハロゲンガスソース５１８からソースボート５３４のウェル５３４Ａへ配送して、金属ハロゲン化物の前駆物質（例えば、ＧａＣｌ、ＧａＣｌ３、ＡｌＣｌ３）を作り出す。ハロゲンガスと固体または液体ソース材料５２３との相互作用が、金属ハロゲン化物の前駆物質を形成することを可能にする。ソースボート５３４を、加熱ソース５２０によって加熱することができ、ソース材料５２３を加熱し、金属ハロゲン化物の前駆物質を形成すことを可能にする。金属ハロゲン化物の前駆物質を、次に、注入管５２１を通ってＨＶＰＥ装置５００の処理容積５０７へ配送する。一実施形態では、不活性ガスソース５１９から配送される不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｎ２）を使用して、ウェル５３４Ａ内で形成された金属ハロゲン化物の前駆物質を、ＨＶＰＥ装置５００の処理容積５０７へ注入管５２１ならびにパイプ５２２および５２４を通って運ぶまたは押し出す。窒素含有前駆物質ガス（例えば、アンモニア（ＮＨ３）、Ｎ２）を、シャワーヘッド５０６を通して処理容積５０７中へと導入することができ、同時に、金属ハロゲン化物の前駆物質をやはり処理容積５０７へ供給し、その結果、金属窒化物層を、処理容積５０７内に配置された基板５１５の表面上に形成することができる。
図６は、本明細書において説明する実施形態による窒化物化合物半導体デバイスを製造するための１つのＨＶＰＥチャンバ６０２ならびに複数のＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａおよび６０３ｂを備えた処理システム６００の一実施形態を図説する概略的な上面図である。一実施形態では、処理システム６００の内部の環境を、真空環境としてまたは大気圧より低い圧力で維持する。ある種の実施形態では、処理システム６００を窒素などの不活性ガスを用いて充填することが望ましいことがある。１つのＨＶＰＥチャンバ６０２ならびに２つのＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａおよび６０３ｂを示しているけれども、１つまたは複数のＭＯＣＶＤチャンバと１つまたは複数のＨＶＰＥチャンバとの任意の組み合わせを、やはり搬送チャンバ６０６と結合することができることが、理解されるはずである。例えば、一実施形態では、処理システム６００は、３つのＭＯＣＶＤチャンバを備えることができる。別の一実施形態では、本明細書において説明したプロセスを、単一のＭＯＣＶＤチャンバ内で実行することができる。クラスタツールを示しているけれども、本明細書において説明した実施形態をリニアトラックシステムを使用して実行することができることを、やはり理解するはずである。
一実施形態では、追加チャンバ６０４を、搬送チャンバ６０６と連結する。一実施形態では、追加チャンバ６０４は、ＭＯＣＶＤチャンバまたはＨＶＰＥチャンバなどの追加の処理チャンバを含む。別の一実施形態では、追加チャンバ６０４は、計測チャンバを含むことができる。さらに別の一実施形態では、追加チャンバ６０４は、ガス排気、位置確認、冷却、前処理／前クリーニング、ポストアニール、等のために適合したサービスチャンバなどの前処理チャンバまたは後処理チャンバを含有することができる。一実施形態では、搬送チャンバは、プロセスチャンバマウンティング用に６つの位置のある６面を持った六角形の形状である。別の一実施形態では、搬送チャンバ６０６は、別の形状を有することができ、対応する数のプロセスチャンバマウンティング位置のある５面、７面、８面、またはそれ以上の面を有する。
ＨＶＰＥチャンバ６０２は、加熱した基板上に窒化物化合物半導体材料の厚い層をエピタキシャル成長させるために、ガス状の金属ハロゲン化物を使用するＨＶＰＥプロセスを実行するように適合している。ＨＶＰＥチャンバ６０２は、基板が処理を受けるために置かれるチャンバ本体６１４、ガス前駆物質をチャンバ本体６１４へ配送する化学物質配送モジュール６１８、および処理システム６００のＨＶＰＥチャンバ用の電気システムを含む電気モジュール６２２を備える。
各ＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａ、６０３ｂは、基板が処理を受けるために置かれる処理領域を形成するチャンバ本体６１２ａ、６１２ｂ、前駆物質や、パージガスや、クリーニングガスなどのガスをチャンバ本体６１２ａ、６１２ｂへ配送する化学物質配送モジュール６１６ａ、６１６ｂ、および処理システム６００の各ＭＯＣＶＤチャンバ用の電気システムを含む各ＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａ、６０３ｂ用の電気モジュール６２０ａ、６２０ｂを備える。各ＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａ、６０３ｂは、有機金属成分が金属水素化物成分と反応して、窒化物化合物半導体材料の薄い層を形成するＣＶＤプロセスを実行するように適合している。
処理システム６００は、ロボットアセンブリ６０７を収容する搬送チャンバ６０６、ＨＶＰＥチャンバ６０２、搬送チャンバ６０６と連結された第１のＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａおよび第２のＭＯＣＶＤチャンバ６０３ｂ、搬送チャンバ６０６と連結されたロードロックチャンバ６０８、搬送チャンバ６０６と連結され、基板を保管するためのバッチロードロックチャンバ６０９、ならびにロードロックチャンバ６０８と連結され、基板をローディングするためのロードステーション６１０を備える。搬送チャンバ６０６は、ロードロックチャンバ６０８と、バッチロードロックチャンバ６０９と、ＨＶＰＥチャンバ６０２と、第１のＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａと、第２のＭＯＣＶＤチャンバ６０３ｂとの間で基板を取り上げ、搬送するように動作するロボットアセンブリ６０７を備える。
搬送チャンバ６０６は、プロセス中には、真空下および／または大気より低い圧力のままであることができる。搬送チャンバ６０６の真空レベルを、対応する処理チャンバの真空レベルと一致するように調節することができる。例えば、搬送チャンバ６０６からＨＶＰＥチャンバ６０２中へと（または逆に）基板を搬送するときには、搬送チャンバ６０６およびＨＶＰＥチャンバ６０２を、同じ真空レベルで維持することができる。その後、搬送チャンバ６０６からロードロックチャンバ６０８もしくはバッチロードロックチャンバ６０９へと（または逆に）基板を搬送するときには、ロードロックチャンバ６０８またはバッチロードロックチャンバ６０９とＨＶＰＥチャンバ６０２との真空レベルが異なることがあっても、搬送チャンバの真空レベルを、ロードロックチャンバ６０８またはバッチロードロックチャンバ６０９の真空レベルと一致させることができる。このように、搬送チャンバの真空レベルを、調節することができる。ある種の実施形態では、搬送チャンバ６０６を窒素などの不活性ガスで充填することが望ましいことがある。一実施形態では、基板を、９０％よりも多くのＮ２を有する環境中で搬送する。ある種の実施形態では、基板を高純度ＮＨ３環境中で搬送する。一実施形態では、基板を、９０％よりも多くのＮＨ３を有する環境中で搬送する。ある種の実施形態では、基板を高純度Ｈ２環境中で搬送する。一実施形態では、基板を、９０％よりも多くのＨ２を有する環境中で搬送する。
処理システム６００内では、ロボットアセンブリは、第１の堆積プロセスを行うために、ＨＶＰＥチャンバ６０２中へと真空下で基板をロードしたキャリアプレート６１１を搬送する。キャリアプレート６１１サイズを、２００ｍｍ〜７５０ｍｍの範囲とすることができる。キャリアプレート６１１を、ＳｉＣまたはＳｉＣコーティングしたグラファイトを含む様々な材料から形成することができる。ロボットアセンブリは、第２の堆積プロセスを行うために、第１のＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａ中へと真空下でキャリアプレート６１１を搬送する。ロボットアセンブリは、第３の堆積プロセスを行うために、第２のＭＯＣＶＤチャンバ６０３ｂ中へと真空下でキャリアプレート６１１を搬送する。すべてのまたは一部の堆積ステップが終わった後で、キャリアプレート６１１を、ＨＶＰＥチャンバ６０２またはＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａ、６０３ｂのうちの１つの、いずれかからロードロックチャンバ６０８へ搬送して戻す。一実施形態では、キャリアプレート６１１が、次にロードステーション６１０に向けて解放される。別の一実施形態では、ＨＶＰＥチャンバ６０２またはＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａ、６０３ｂ内でさらに処理することに先立って、キャリアプレート６１１を、ロードロックチャンバ６０８またはバッチロードロックチャンバ６０９のいずれかの中に保管することができる。１つの例示的なシステムが、「ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＣＯＭＰＯＵＮＤ ＮＩＴＲＩＤＥ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥS」という名称の、米国特許出願公開第２００９／０１９４０２６号として現在公開されている、２００８年１月３１日に出願した米国特許出願第１２／０２３，５７２号中に記載されており、これはその全体が引用によって本明細書中に組み込まれている。
システムコントローラ６６０は、処理システム６００のアクティビティおよび動作パラメータを制御する。システムコントローラ６６０は、コンピュータプロセッサおよびプロセッサに連結されたコンピュータ可読メモリを含む。プロセッサは、メモリ中に記憶されたコンピュータプログラムなどのシステム制御ソフトウェアを実行する。処理システムおよび使用方法の態様が、「ＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＣＯＭＰＯＵＮＤ ＮＩＴＲＩＤＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥS」という名称の、米国特許出願公開第２００７／０２４０６３１号として現在公開されている、２００６年４月１４日に出願した米国特許出願第１１／４０４，５１６号にさらに記載されており、これはその全体が引用により本明細書中に組み込まれている。
一実施形態では、処理システム６００は、１つのＨＶＰＥチャンバ６０２ならびに２つのＭＯＣＶＤチャンバ６０３ａおよび６０３ｂを備える。かかる処理システムを、本明細書において説明した方法にしたがってデバイスを製造するために使用することができる。パターンを付けたサファイア基板を、基板キャリア６１１上へとロードロックチャンバ６０８またはバッチロードロックチャンバ６０９を通って処理システムへ供給することができ、ロボットアセンブリ６０７によってＨＶＰＥチャンバ６０２内に配置することができる。上に開示した方法のうちのいずれかにしたがって、マルチステップＨＶＰＥプロセスを、ＨＶＰＥチャンバ内で実行することができ、ＡｌＮ層などのバッファ層を、続いてドープしたまたはアンドープの１つまたは複数のＧａＮ層を堆積する。基板を次に、能動ＭＱＷ層の形成のためにＭＯＣＶＤチャンバのうちの１つ移動し、次に第２のＧａＮ層または複数のドープしたおよびアンドープのＧａＮ層の形成のためにＨＶＰＥチャンバへと戻す。基板を次に、システム６００から出るように、ロードロックチャンバ６０８またはバッチロードロックチャンバ６０９内に配置することができる。
代替の一実施形態では、システム６００の追加チャンバ６０４を、第２のＨＶＰＥチャンバとすることができ、これを、能動ＭＱＷ層の形成に続く第２のＧａＮ層もしくは複数の層の形成のために使用することができる、または第２のＨＶＰＥ層を、シリコン含有基板上へのＡｌＮバッファ層の形成に続く第１のＧａＮ層もしくは複数のドープしたおよびアンドープのＧａＮ層の形成のために、ならびにＭＱＷ能動層の形成に続く第２のＧａＮ層もしくは複数のドープしたおよびアンドープのＧａＮ層を形成することに使用することができる。
上記は本発明の実施形態に向けられているが、本発明の別の実施形態およびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から乖離せずに考案することができる。

Claims (17)

  1. 基板上に膜を堆積する方法であって、
    第１の前駆物質を形成するために、第１のＩＩＩ族金属を第１の水素を含まないハロゲン含有ガスに曝すことと、
    前記第１の前駆物質を第１の窒素ソースと反応させることによって、前記基板上に第１の膜を形成することと、
    第２の前駆物質を形成するために、第２のＩＩＩ族金属を第２の水素を含まないハロゲン含有ガスに曝すことと、
    前記第２の前駆物質を第２の窒素ソースと反応させることによって、前記基板上に第２の膜を形成することと
    を含む方法。
  2. 前記第１の膜および前記第２の膜を同じプロセスチャンバ内で形成する、請求項１に記載の方法。
  3. 電子デバイス用の支持表面を形成する方法であって、
    窒素含有ガスに構造基板を曝すことによって、前記構造基板上に窒素含有膜を含む下地表面を形成することと、
    第１の前駆物質を形成するために、第１の水素を含まないハロゲン含有ガスを第１の金属と接触させることと、
    前記第１の前駆物質を第１の反応剤と反応させることによって、前記下地表面に隣接させて第１の層を堆積することと、
    第２の前駆物質を形成するために、第２の水素を含まないハロゲン含有ガスを第２の金属と接触させることと、
    前記支持表面を形成するために、前記第２の前駆物質を第２の反応剤と反応させることによって、前記第１の層に隣接させて第２の層を堆積することと
    を含む方法。
  4. 前記第１の反応剤および前記第２の反応剤が各々アンモニアである、請求項３に記載の方法。
  5. 前記第１の層および前記第２の層を形成することが、異なるプロセスチャンバ内で実行され、前記第１の層が、シリコンを含む前記構造基板の表面上に配置された窒化アルミニウムを含む、請求項３に記載の方法。
  6. 前記窒素含有ガスに前記構造基板を曝しながら、第１の目標温度まで前記構造基板の温度をランピングすることをさらに含む、請求項３に記載の方法。
  7. 前記窒素含有ガスがアンモニアである、請求項６に記載の方法。
  8. 基板を処置する方法であって、
    第１のハロゲン含有前駆物質を形成するために、第１の金属を第１の水素を含まないハロゲン含有ガスに曝すことと、
    第２のハロゲン含有前駆物質を形成するために、第２の金属を第２の水素を含まないハロゲン含有ガスに曝すことと、
    前記基板上に所望の量の前記第１の金属および前記第２の金属を含む第１の層を堆積させるために選択した体積比率で、前記第１のハロゲン含有前駆物質および前記第２のハロゲン含有前駆物質を窒素ソースと反応させることと
    を含む方法。
  9. 前記第１の層中に前記第１の金属および前記第２の金属の濃度勾配を形成するために、前記体積比率を変えることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記第１のハロゲン含有前駆物質の流れを止めて、前記基板上に前記第２の金属を含む第２の層を堆積することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  11. 基板上に膜を堆積する方法であって、
    第１の金属ハロゲン化物の前駆物質を形成するために、第１の金属を横切って第１の水素を含まないハロゲン含有ガスを流すことと、
    第２の金属ハロゲン化物の前駆物質を形成するために、第２の金属を横切って第２の水素を含まないハロゲン含有ガスを流すことと、
    前記基板上に、複数の分離した核形成サイトを堆積させるために、前記第１の金属ハロゲン化物の前駆物質を第１の窒素ソースと反応させることであって、各核形成サイトが前記第１の金属を含むことと、
    前記基板上に前記第２の金属を含む膜を堆積させるために、前記第２の金属ハロゲン化物の前駆物質を第２の窒素ソースと反応させることと
    を含む方法。
  12. 前記第１の水素を含まないハロゲン含有ガスおよび前記第２の水素を含まないハロゲン含有ガスが、フッ素ガス、塩素ガス、臭素ガス、ヨウ素ガス、これらの混合物、およびこれらの組み合わせを含む群から各々選択される、請求項１、３、８または１１に記載の方法。
  13. 前記第１の金属および前記第２の金属が、アルミニウム、ガリウム、インジウム、これらの混合物、これらの組み合わせ、およびこれらの合金からなる群から各々選択される、請求項１、３、８または１１に記載の方法。
  14. 前記基板が、サファイア、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＧａＯ２、ＺｎＯ、これらの混合物、これらの組み合わせ、およびこれらの合金からなる群から選択される材料を含む、請求項１、３、８または１１に記載の方法。
  15. 前記第１の水素を含まないハロゲン含有ガスおよび前記第２の水素を含まないハロゲン含有ガスが、各々塩素ガスである、請求項１、３、８または１１に記載の方法。
  16. 前記第１の金属が固体のアルミニウムであり、前記第２の金属が液体のガリウムである、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記第１の窒素ソースおよび前記第２の窒素ソースが、アンモニア、遠隔プラズマから形成された活性窒素種、これらの組み合わせ、およびこれらの混合物からなる群から各々選択され、前記第１の水素を含まないハロゲン含有ガスおよび前記第２の水素を含まないハロゲン含有ガスが、各々塩素ガスである、請求項１、７または１１に記載の方法。
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