JP2012530368A - エピタキシー反応炉を構成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続するプロセスステップにおいて、厚い層や多層構造を再現可能な方法で堆積させる。
【解決手段】本発明は、プロセスチャンバーの中でサセプタによって保持される基板上に少なくとも１つの層を堆積させるための装置においてプロセスチャンバーを構成する方法に関する。プロセスガスは、ガス注入エレメントを通ってキャリアガスを用いてプロセスチャンバーに導入される。プロセスガスは、プロセスチャンバーの中で分解生成物に分解する。分解生成物は層を形成する成分を含む。厚い層や多層構造を再現可能な方法で堆積させるために、少なくともサセプタと向かい合うプロセスチャンバーの壁のプロセスチャンバーに面する表面に対して、層成長の間に堆積される層の光学的反射率、光学的吸収率、および光学的透過率にそれぞれ相当する光学的反射率、光学的吸収率、および光学的透過率を持つ材料を選択することが提案される。

Description

本発明は、プロセスチャンバーの中でサセプタによって保持される基板上に少なくとも１つの層を堆積させるための装置においてプロセスチャンバーを構成する方法に関する。プロセスガスは、ガス注入エレメントを通って、特にキャリアガスを用いてプロセスチャンバーに導入される。プロセスガスは、プロセスチャンバーの中で、特に熱い表面上で分解生成物に分解する。分解生成物は層を形成する成分を含む。

本発明は、サセプタによって層を堆積させるための装置に関する。その中で、プロセスガスは、ガス注入エレメントを通って、特にキャリアガスを用いてプロセスチャンバーに導入される。プロセスガスは、プロセスチャンバーの中で、特に熱い表面上で分解生成物に分解する。分解生成物は層を形成する成分を含む。

エピタキシー反応炉は特許文献１から知られる。それは平らな円筒状であり、平面図において円形であるプロセスチャンバーを有する。カバープレートがプロセスチャンバーのカバーを形成する。カバープレートの中央にはガス注入エレメントがあり、ガス注入エレメントを通ってプロセスガスがプロセスチャンバーに導入される。プロセスチャンバーの底は、サセプタを形成し、多数の基板を運ぶ。いずれの場合にも基板は回転駆動される基板ホルダの上に置かれる。サセプタは下から加熱される。加熱は、抵抗ヒーターまたはＲＦヒーターによって行われることができる。

ＭＯＣＶＤプロセスはプロセスチャンバー内で生じる。このため、III族の有機金属化合物、例えば、ＴＭＧＡまたはＴＭＩｎがキャリアガス、例えば、水素によってプロセスチャンバー内に導入される。この第一のプロセスガスに対する反応相手として、水素化物の形である第２のプロセスガスがプロセスチャンバー内に導入される。これはＡｓＨ_３、ＰＨ_３またはＮＨ_３であってよい。

独国特許第６８９ ０８ ９２７ Ｔ２号明細書

下から加熱されるサセプタの上に置かれた基板上に、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰまたは混晶のようなIII族とＶ族の元素から成る層が堆積する。プロセスチャンバー内に導入されたプロセスガスは熱い表面上で熱分解する。事前熱分解に基づくこの結晶成長は、基板の表面のみならず、また基板を囲むサセプタの表面でも自然に生じる。サセプタに対向して配置されたプロセスチャンバーのカバーは、またサセプタによる熱輻射によって加熱され、十分な程度まで冷却されることができないので、寄生性の成長がそこで生じる。プロセスチャンバーの壁に堆積する層は、全く望ましくない。

一般的な装置では、薄い半導体層の堆積の後で、プロセスチャンバーのカバーとサセプタにおけるコーティングは、”元の位置で”生じるプロセスチャンバーのエッチングによって再び除去される。薄い層のみを堆積させるとき、当然ながら、寄生性の成長に起因するとても薄いコーティングのみがプロセスチャンバーの壁で観察される。層の質におけるそれらの影響は受け入れることができる。もし、一般的な装置で、厚い層、特に多層構造が堆積するならば、そのとき厚いコーティングがプロセスチャンバーの壁に形成される。厚い層、特に多層構造の堆積の場合には、層の質について再現できない結果が生じることが観察された。

お互いに直接続いて起きるプロセスステップにおいて、厚い多層構造を再現可能な方法で堆積させることができるように一般的な装置を改良することが本発明の目的である。

本目的は、請求項１に記載されるプロセスチャンバーを構成する方法、および請求項６に記載される、このような方法で構成されたプロセスチャンバーによって達成される。

本発明は、層の成長と、特に基板に堆積される半導体層の質とは、表面の運動のみならず、またガス相の運動に依存するという認識に基づく。従って、実際の熱分解プロセスのみが層の質に対して決定的であるのではなく、基板の表面に制限されることが望ましい。むしろ事前分解プロセスが重要であり、また、これらのプロセスに続いて起き、基板の上のガス相で生じる核形成と付加物の形成が重要である。サセプタと向かい合うプロセスチャンバーのカバーを冷却することによって、プロセスチャンバー内の温度分布が調整されることになる。プロセスチャンバーに導入される前駆物質の事前分解に対して、後者が重要である。

研究とモデルの計算は、プロセスチャンバー内の温度分布および特にサセプタ上における温度分布はサセプタを加熱するヒーターのパワーのみならず、またプロセスチャンバーを規定する壁の輻射損失と輻射特性に依存することを示した。反射率、吸収率、透過率のようなプロセスチャンバーの壁の表面の光学特性が決定的に重要であることが見出された。本発明によれば、プロセスチャンバーの壁の光学特性および特にサセプタと向かい合うプロセスチャンバーのカバーの光学特性は、堆積される層の光学特性と同じである。

公知の装置において、厚い層の堆積で観察される不完全な再現性は、実際には非常に長い成長期間の間に変化するプロセスチャンバーのカバーの光学特性に帰せられる。これは、プロセスの間にプロセスチャンバーのカバーによって吸収される熱が減少し、または増加し、それによって、プロセスチャンバーのカバーの温度が変化するという結果を生じる。そして、それは、プロセスチャンバー全体の温度プロファイルに影響し、従ってまた、プロセスガスの分解反応、および特にプロセスガスの事前分解反応に影響するという結果を生じる。反射率が変化すると、これは、より少ないまたはより多い輻射パワーがプロセスチャンバーのカバーからサセプタに伝えられるという結果を生じる。これは、プロセスチャンバー内の温度分布が変化するという結果を生じるのみではない。また、プロセスチャンバーがプロセスガスの分解生成物で一様にコーティングされるまで、光学特性の変化は、プロセスが継続している間、絶えず上昇する、または絶えず下降するサセプタの表面温度および特に基板の表面温度に導く。これは、例えば、プロセス温度に対する最大輻射の周波数の波長の１／４に相当する光学的厚さの２倍より、層の厚さが厚い場合である。

本発明によれば、少なくともプロセスチャンバーのカバーに予め決定された光学特性を与えることが提案される。そして、その光学特性は、堆積される層および寄生性の成長のためにプロセスチャンバーに生じるコーティングの光学特性に相当する。ここで、光学特性は、プロセス温度に対して最大周波数が存在する周波数範囲に関連する（プランクの法則およびウィーンの変位則）。成長温度は、５００から１０００℃までの範囲にある。

先行技術に従うエピタキシー反応炉は、環状の側壁およびサセプタと向かい合うカバーがステンレス鋼またはアルミニウムから成るが、本発明の結果として単純な方法で改良される。側壁とカバーは特に交換可能な金属被膜部品として与えられる。これらの金属被膜部品は、堆積される層と実質的に同じか、または少なくとも類似する光学特性を持つ材料から作られる。プロセスチャンバー内に堆積される材料に応じて、プロセスチャンバーの壁は、使用され、それらの光学特性については堆積される層に適合させられる。もし、堆積される半導体層が良く反射するが、わずかに透明であるならば、適切な金属被覆部品は、ほぼ鏡面のような表面を有し、透明ではない。もし、堆積される層がより少なく透明であるならば、それでまた、金属被覆部品である。典型的な値は、次の通りである。
透過率Ｔ〜０；吸収率Ａ〜０．８；反射率Ｒ＝１−Ａ

プロセスチャンバーの壁の表面および特にプロセスチャンバーのカバーの表面が、それぞれのプロセスで堆積される層を構成する材料と全く同じ材料から成ることは必要ではない。本発明によれば、壁は、プロセス温度の範囲においてIII族−、Ｖ族−半導体層の光学特性にとても似ており、Ｒ＋Ａ＋Ｔが１に等しいように構成される。このような方法で、プロセスチャンバーでの熱の交換作用は、プロセスチャンバーのコーティングの間に変化しない。

また、本発明に係る方法を使って、個々のプロセスの間で、すなわち、基板が交換されるとき、プロセスチャンバーを清掃する必要なしに、より長い継続時間の堆積プロセスをもっと多数次々と実行することができる。

全ての開示された特徴は、（それ自体で）本発明に関連する。関係する／添付の優先権書類（先の出願のコピー）の開示内容もまた、本願の特許請求の範囲にこれらの書類の特徴を包含させる目的も含め、その出願の開示全体をここに含める。

本発明は、プロセスチャンバーの中でサセプタによって保持される基板上に層を堆積させるための装置に関する。その中で、プロセスガスは、ガス注入エレメントを通って、特にキャリアガスを用いてプロセスチャンバーに導入される。プロセスガスは、プロセスチャンバーの中で、特に熱い表面上で分解生成物に分解する。分解生成物は層を形成する成分を含む。

お互いに直接続いて起きるプロセスステップにおいて、厚い多層構造を再現可能な方法で堆積させることができ、特にプロセスステップの間にプロセスチャンバー内で温度分布が変化することを防ぐように公知の装置を改良することが本発明の目的である。

Claims (7)

1. プロセスチャンバーの中でサセプタによって保持される基板上に少なくとも１つの層を堆積させるための装置において前記プロセスチャンバーを構成する方法であって、
   プロセスガスが、ガス注入エレメントを通って、特にキャリアガスを用いて前記プロセスチャンバーに導入され、
   前記プロセスガスが、前記プロセスチャンバーの中で、特に熱い表面上で分解生成物に分解し、
   前記分解生成物が、前記層を形成する成分を含み、
   少なくとも前記サセプタと向かい合う前記プロセスチャンバーの壁の前記プロセスチャンバーに面する表面のために、前記層の光学的反射率、光学的吸収率、および光学的透過率にそれぞれ相当する光学的反射率、光学的吸収率、および光学的透過率を持つ材料が選択される、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記サセプタおよび／または側壁の表面が、層成長の間に堆積される前記層の光学特性に相当する光学特性を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記サセプタが前記プロセスチャンバーの底であり、前記ガス注入エレメントが前記プロセスチャンバーの壁の中央に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記プロセスチャンバーを通る前記キャリアガスと前記プロセスガスの流れが、水平方向に生じることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 堆積される前記層の光学特性に一致する前記プロセスチャンバーの壁が、交換可能な金属被覆部品であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. サセプタによって保持される基板上に層を堆積させるための装置であって、
   プロセスガスが、ガス注入エレメントを通って、特にキャリアガスを用いてプロセスチャンバーに導入され、
   前記プロセスガスが、前記プロセスチャンバーの中で、特に熱い表面上で分解生成物に分解し、
   前記分解生成物が、前記層を形成する成分を含み、
   少なくとも前記サセプタと向かい合う前記プロセスチャンバーの壁が交換可能な金属被覆部品によって形成され、当該金属被覆部品が前記プロセスチャンバーに面する表面において前記プロセスチャンバーに堆積される層の光学的反射率、光学的吸収率、および光学的透過率にそれぞれ相当する光学的反射率、光学的吸収率、および光学的透過率を有する、
   ことを特徴とする装置。
7. 前記プロセスチャンバーに面するサセプタの表面および／または前記プロセスチャンバーに面する側壁が金属被覆部品によって形成され、前記プロセスチャンバーに面する前記サセプタおよび／または前記側壁の表面が、堆積される前記層の光学特性に相当する光学特性を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。