JP2016143888A - Ｉｉｉ−ｖ族半導体層の堆積方法及び堆積装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】III−V族半導体層の堆積装置及び堆積方法を提供する。【解決手段】プロセスチャンバ１と、１又は複数の基板を受容するサセプタ２と、サセプタ２をプロセス温度に加熱するためのヒーター３と、プロセスガスをプロセスチャンバへ導入する第１及び第２のプロセスガス入口領域５、６、７を具備するガス入口部材４と、を有する装置において、エッチングガス入口９が、水素化物及び有機金属化合物のフロー方向２３におけるプロセスガス入口領域の下流側にてプロセスチャンバ１に開口し、半導体層の堆積中にプロセスガス入口領域から送出されたプロセスガスがエッチングガス入口に入り込めず、かつ、プロセスチャンバの洗浄中にエッチングガス入口から送出されたエッチングガスがプロセスガス入口領域に入り込めないように、制御装置が制御しかつプロセスガス入口領域及びエッチングガス入口が配置されている。【選択図】図２
Description
本発明は、プロセスチャンバと、コーティングされる１又は複数の基板を受容するためにプロセスチャンバの床を構成するサセプタと、サセプタをプロセス温度に加熱するためのヒーターと、プロセスチャンバにプロセスガスをそれぞれ導入するために少なくとも第１及び第２のプロセスガス入口領域を設けたガス入口部材と、を有するIII−V族半導体層の堆積装置に関し、第１のプロセスガス入口領域がV族典型元素の水素化物をプロセスガスとして供給する水素化物ソースと接続されるとともに第２のプロセスガス入口領域がIII族典型元素の有機金属化合物をプロセスガスとして供給する有機金属化合物（ＭＯ）ソースと接続されており、さらにエッチングガス入口がエッチングガスソースと接続されており、水素化物と有機金属化合物とエッチングガスとをそれぞれ搬送ガスとともにパイプラインシステムを通して質量流量（マスフロー）を制御してプロセスチャンバに導入するために、制御装置により切換可能なバルブと調整可能なマスフローコントローラとが設けられている、III−V族半導体層の堆積装置に関する。
さらに本発明は、プロセスチャンバの床を構成するサセプタに受容されたコーティングされる１又は複数の基板上にIII−V族半導体層を堆積するための方法であって、サセプタはヒーターによりプロセス温度に加熱され、半導体層の堆積のためにガス入口部材の第１及び第２のプロセスガス入口領域を通してそれぞれプロセスガスがプロセスチャンバに導入され、Ｖ族典型元素の水素化物が第１のプロセスガス入口領域を通して、そしてIII族典型元素の有機金属化合物が第２のプロセスガス入口領域を通してプロセスチャンバにそれぞれ導入され、さらに半導体層の堆積後にプロセスチャンバの洗浄のためにエッチングガスがエッチングガス入口を通してプロセスチャンバに導入され、プロセスガス及びエッチングガスの質量流量が、制御装置により制御されるマスフローコントローラによって調整される、III−V族半導体層の堆積方法に関する。
特許文献１、特許文献２及び特許文献３は、一般的な装置及び一般的な方法を開示している。その装置は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）を用いたＧａＮ層の堆積に用いられる。ここでは、円形床を有するプロセスチャンバに、プロセスチャンバの中心に配置されたガス入口部材を通して、Ｈ２である搬送ガスで希釈されたＴＭＧａ（トリメチルガリウム）及びＮＨ３がそれぞれ供給される。プロセスチャンバの床を構成するサセプタが、サセプタの下方に配置されたヒーターによりプロセス温度とされる。プロセスチャンバ天井は、冷却体により冷却される。堆積中、プロセスガスが基板上で熱分解することにより、ＧａＮ層が基板に堆積される。サセプタの何もない表面やプロセスチャンバ天井にも反応生成物が付着することは避けられない。プロセスチャンバ天井及びサセプタにおけるこれらの寄生的付着物は、洗浄プロセスにおいて除去されなければならない。このために、エッチングガスが用いられる。好適には、Ｃｌ２が、この場合Ｎ２である搬送ガスとともに採用される。一般的な装置においては、エッチングガスはプロセスガス入口領域を通してプロセスチャンバに供給される。プロセスガス供給ラインの壁上及びガス入口部材の内壁上にはプロセスガスの付着物が付着しているために、プロセスガスの残留物とエッチングガスとの間で望ましくない反応が生じる。さらに、ガス供給ラインやガス入口部材のガス分配室の表面がエッチングガスと反応する可能性もある。その結果生じる反応生成物及び特に粒状物は有害な物となる。
本発明は、堆積方法及びその後に続く洗浄方法並びにこのために用いる装置を好適に改善することを目的とする。
この目的は、特許請求の範囲に特定された本発明により実現される。従属項は、独立項の好適な発展形態を構成するのみでなく、それのみでも目的の解決手段となり得る。
第１に先ず、エッチングガス入口がプロセスガス入口領域から空間的に分離して設けられている。プロセスガス入口領域は、特許文献４に開示されたような構成を有することができる。ガス入口部材は、環状壁で閉鎖されたガス入口室を形成し、その環状壁は複数の近接配置されたガス出口孔を有する。それらのガス出口孔は圧力障壁となって、プロセスチャンバ内におけるプロセスガスの均一な分布に寄与する。
堆積プロセス中は、プロセスガスの流れ、特にプロセスガスとともにプロセスガス入口領域を通ってプロセスチャンバに供給される搬送ガスの流れが、エッチングガス入口を通ってプロセスチャンバに供給されるパージガスに対して調整されることにより、エッチングガス入口及びエッチングガス入口の上流側に配置されたエッチングガス供給ラインにはプロセスガスが入り込むことはできず、従って、エッチングガス供給ラインの壁がプロセスガスに触れることはない。
洗浄プロセス中は、ガスの流れ、すなわちプロセスガス入口領域を通ってプロセスチャンバに入るパージガスの流れと、エッチングガス入口を通ってプロセスチャンバに入るエッチングガスの流れとが互いに調整されることにより、エッチングガスがプロセスガス入口領域を通ってプロセスガス供給ラインに入り込むことはできない。従って、エッチングガスが、プロセスガス供給ラインの壁に触れることはない。
本発明による装置は、パイプラインシステムを構成する複数のパイプを具備するガス供給システムを有する。それらのパイプは、開放可能なバルブにより閉鎖されている。それらのパイプには、それらのパイプを通して入るプロセスガス、パージガス若しくは搬送ガス、又は、搬送ガス／プロセスガス混合ガスの質量流量を調整するためにマスフローコントローラが設けられる。バルブの開閉及びマスフローコントローラの制御は、電子的な制御装置によりプログラム制御される。
パイプラインシステムは、プロセスガス入口領域とそれぞれのプロセスガスソースとのパイプライン接続、又は、エッチングガス入口とエッチングガスソースとのパイプライン接続を構築する。
特に、プロセスチャンバが円形床を有するように構成されている。プロセスチャンバの中心に、好適にはプロセスチャンバの全高を超えて延在するガス入口部材が配置されている。複数のプロセスガス入口領域が異なる高さで配置されている。３、４、５又はそれ以上のプロセスガス入口領域を互いに重ねて設けることができる。個々のプロセスガス入口領域からそれぞれのプロセスガスが径方向に水平にプロセスチャンバを通って流れる。プロセスチャンバの径方向外縁にはガス出口があり、そこを通って反応生成物及び搬送ガスがプロセスチャンバから出ることができる。
エッチングガスは、プロセスガス入口領域を通してはプロセスチャンバに導入されない。エッチングガスは、プロセスガス入口領域から空間的に離れたエッチングガス入口を通して導入される。エッチングガス入口は、エッチングガスが搬送ガスとともに通過することができる複数の孔を有することができる。エッチングガス入口は、好適にはガス入口部材の周囲に環状に延在する領域に設けられている。このエッチングガス入口領域は、好適にはプロセスチャンバ天井により形成され、特に好適にはプロセスチャンバ天井の少なくとも天井板を保持する固定部材により形成されている。エッチングガスの供給は、好適には、ガス入口部材から空間的に離れているエッチングガス入口部材を通して行われる。エッチングガス入口部材は、複数の孔が形成された環状のエッチングガス入口領域を有する。
エッチングガス入口を形成されたエッチングガス入口領域を通して、搬送ガスにより希釈されたエッチングガスが、鉛直方向に、すなわちプロセスガスの径方向の流れに対して垂直に、プロセスチャンバに導入される。特にエッチングガスは、プロセスガスのフロー方向に対して９０°又はそれより小さい角度でプロセスチャンバに導入されるように構成される。好適には、エッチングガスの供給は、プロセスチャンバの低温側から行われる。
ガス入口部材へのプロセスガスの供給は、ガス入口部材の鉛直上方に配置されているガス供給ライン部材に設けられた個別のプロセスガス供給ラインを通して行われる。好適な実施形態においては、ガス供給ライン部材が、エッチングガス供給ラインを有するシース体（鞘状の外部被覆）により取り巻かれている。
エッチングガス供給ラインは、ガス供給ライン部材の周囲に延在する環状のガス分配室に開口する。１又は複数の、好適には等角度分布で配置されたガス通路孔を通って、搬送ガスで希釈されたエッチングガスがガス分配室から出ることができる。これらの孔は圧力障壁として機能する。これらの孔の下流側には、エッチングガス入口領域に繋がるガス通路孔を具備する別の分配室がある。この別の分配室は、補充的なパージガスの流れによりパージされることができる。これに関係するパージガス供給ラインは、さらに別のガス分配室に繋がっている。
本装置を用いてＧａＮが堆積される。このためにプロセスガスとして、Ｈ２搬送ガスで搬送されるＮＨ３と、Ｈ２搬送ガスで搬送されるＴＭＧａとが用いられる。堆積プロセス中は、エッチングガス入口を通ってＨ２が流れる。プロセスチャンバを洗浄するために、プロセスガス入口領域を通ってＮ２が流れ、エッチングガス入口を通ってＮ２及びＣｌ２が流れる。半導体層が堆積するとき、エッチングガス入口領域を通って又はそれを構成する孔を通ってパージガスが流れる。パージガスの質量流量は、プロセスガスがエッチングガス入口の孔内に僅かしか拡散できないように選択される。プロセスガスは、最大でもパージガスによりパージされる分配室に到達するだけである。
洗浄プロセス中は、エッチングガスがプロセスガス入口孔の背面に配置されたプロセスガス分配室にまで拡散できないように、パージガスが、プロセスガス入口領域を通ってすなわちここに近接配置して設けられたガス入口部材の孔を通って所定の流速にて流れる。
エッチングガス供給ラインは、好適には１又は複数の圧力障壁を配置されている。圧力障壁がそれに応じた小断面をもつガス通路孔により形成されることにより、ガス通路孔の下流側に比べてガス通路孔の上流側におけるエッチングガス供給ラインに極めて高い圧力が存在することになる。１又は複数のこれらの圧力障壁は、ガス分配室の下流側に配置することができる。これらの圧力障壁は、プロセスチャンバからガス分配室の方向に対する拡散防止バリアとして機能する。
堆積プロセス中は、プロセスガスの流れ、特にプロセスガスとともにプロセスガス入口領域を通ってプロセスチャンバに供給される搬送ガスの流れが、エッチングガス入口を通ってプロセスチャンバに供給されるパージガスに対して調整されることにより、エッチングガス入口及びエッチングガス入口の上流側に配置されたエッチングガス供給ラインにはプロセスガスが入り込むことはできず、従って、エッチングガス供給ラインの壁がプロセスガスに触れることはない。
洗浄プロセス中は、ガスの流れ、すなわちプロセスガス入口領域を通ってプロセスチャンバに入るパージガスの流れと、エッチングガス入口を通ってプロセスチャンバに入るエッチングガスの流れとが互いに調整されることにより、エッチングガスがプロセスガス入口領域を通ってプロセスガス供給ラインに入り込むことはできない。従って、エッチングガスが、プロセスガス供給ラインの壁に触れることはない。
本発明による装置は、パイプラインシステムを構成する複数のパイプを具備するガス供給システムを有する。それらのパイプは、開放可能なバルブにより閉鎖されている。それらのパイプには、それらのパイプを通して入るプロセスガス、パージガス若しくは搬送ガス、又は、搬送ガス／プロセスガス混合ガスの質量流量を調整するためにマスフローコントローラが設けられる。バルブの開閉及びマスフローコントローラの制御は、電子的な制御装置によりプログラム制御される。
パイプラインシステムは、プロセスガス入口領域とそれぞれのプロセスガスソースとのパイプライン接続、又は、エッチングガス入口とエッチングガスソースとのパイプライン接続を構築する。
特に、プロセスチャンバが円形床を有するように構成されている。プロセスチャンバの中心に、好適にはプロセスチャンバの全高を超えて延在するガス入口部材が配置されている。複数のプロセスガス入口領域が異なる高さで配置されている。３、４、５又はそれ以上のプロセスガス入口領域を互いに重ねて設けることができる。個々のプロセスガス入口領域からそれぞれのプロセスガスが径方向に水平にプロセスチャンバを通って流れる。プロセスチャンバの径方向外縁にはガス出口があり、そこを通って反応生成物及び搬送ガスがプロセスチャンバから出ることができる。
エッチングガスは、プロセスガス入口領域を通してはプロセスチャンバに導入されない。エッチングガスは、プロセスガス入口領域から空間的に離れたエッチングガス入口を通して導入される。エッチングガス入口は、エッチングガスが搬送ガスとともに通過することができる複数の孔を有することができる。エッチングガス入口は、好適にはガス入口部材の周囲に環状に延在する領域に設けられている。このエッチングガス入口領域は、好適にはプロセスチャンバ天井により形成され、特に好適にはプロセスチャンバ天井の少なくとも天井板を保持する固定部材により形成されている。エッチングガスの供給は、好適には、ガス入口部材から空間的に離れているエッチングガス入口部材を通して行われる。エッチングガス入口部材は、複数の孔が形成された環状のエッチングガス入口領域を有する。
エッチングガス入口を形成されたエッチングガス入口領域を通して、搬送ガスにより希釈されたエッチングガスが、鉛直方向に、すなわちプロセスガスの径方向の流れに対して垂直に、プロセスチャンバに導入される。特にエッチングガスは、プロセスガスのフロー方向に対して９０°又はそれより小さい角度でプロセスチャンバに導入されるように構成される。好適には、エッチングガスの供給は、プロセスチャンバの低温側から行われる。
ガス入口部材へのプロセスガスの供給は、ガス入口部材の鉛直上方に配置されているガス供給ライン部材に設けられた個別のプロセスガス供給ラインを通して行われる。好適な実施形態においては、ガス供給ライン部材が、エッチングガス供給ラインを有するシース体（鞘状の外部被覆）により取り巻かれている。
エッチングガス供給ラインは、ガス供給ライン部材の周囲に延在する環状のガス分配室に開口する。１又は複数の、好適には等角度分布で配置されたガス通路孔を通って、搬送ガスで希釈されたエッチングガスがガス分配室から出ることができる。これらの孔は圧力障壁として機能する。これらの孔の下流側には、エッチングガス入口領域に繋がるガス通路孔を具備する別の分配室がある。この別の分配室は、補充的なパージガスの流れによりパージされることができる。これに関係するパージガス供給ラインは、さらに別のガス分配室に繋がっている。
本装置を用いてＧａＮが堆積される。このためにプロセスガスとして、Ｈ２搬送ガスで搬送されるＮＨ３と、Ｈ２搬送ガスで搬送されるＴＭＧａとが用いられる。堆積プロセス中は、エッチングガス入口を通ってＨ２が流れる。プロセスチャンバを洗浄するために、プロセスガス入口領域を通ってＮ２が流れ、エッチングガス入口を通ってＮ２及びＣｌ２が流れる。半導体層が堆積するとき、エッチングガス入口領域を通って又はそれを構成する孔を通ってパージガスが流れる。パージガスの質量流量は、プロセスガスがエッチングガス入口の孔内に僅かしか拡散できないように選択される。プロセスガスは、最大でもパージガスによりパージされる分配室に到達するだけである。
洗浄プロセス中は、エッチングガスがプロセスガス入口孔の背面に配置されたプロセスガス分配室にまで拡散できないように、パージガスが、プロセスガス入口領域を通ってすなわちここに近接配置して設けられたガス入口部材の孔を通って所定の流速にて流れる。
エッチングガス供給ラインは、好適には１又は複数の圧力障壁を配置されている。圧力障壁がそれに応じた小断面をもつガス通路孔により形成されることにより、ガス通路孔の下流側に比べてガス通路孔の上流側におけるエッチングガス供給ラインに極めて高い圧力が存在することになる。１又は複数のこれらの圧力障壁は、ガス分配室の下流側に配置することができる。これらの圧力障壁は、プロセスチャンバからガス分配室の方向に対する拡散防止バリアとして機能する。
本発明の実施形態の例について、添付の図面を参照して以下に説明する。
実施形態におけるプロセスチャンバの構成に関しては、上述した従来技術の開示を参照する。反応炉であるプロセスチャンバは、径方向外縁にガス出口２４を具備する円形床を有し、ガス出口２４は真空ポンプ及びガス除塵器に接続されている。プロセスチャンバ１の中心には、特許文献４に記載されたようなガス入口部材４を有する。プロセスチャンバ１の床は、例えばグラファイトからなるサセプタ２により構成されている。サセプタ２上に、コーティングされる基板が配置される。サセプタ２の下方には、ＩＲヒーターである抵抗加熱ヒーター、又はＲＦヒーターとすることができるヒーター３が設けられている。ヒーター３により、プロセスチャンバ１に向いたサセプタ２の表面がプロセス温度に加熱される。プロセスチャンバ１の天井は、１又は複数の天井板２５から構成され、それらは背面を冷却されている。熱伝導体３８が設けられている。温度制御用ガス供給ライン３７により、温度制御用ガスが導入され、天井板２５と熱伝導体３８の間の間隙を流れる。図１及び図２は、それぞれガス入口部材４の中心軸を通る断面を示しており、その中心軸はプロセスチャンバ１の中心軸と一致している。図１と図２の断面は、それぞれ中心軸周りの異なる角度において延在する断面を示している。
ガス入口部材４は、鉛直方向に互いに重なるように配置された３つのプロセスガス入口領域５、６、７を具備し、これらはそれぞれ異なるガス供給ライン部材によりプロセスガスを供給されることができる。プロセスガスは、ガス供給ライン部材３６により供給される。ガス入口部材４の鉛直上方に配置されたガス供給ライン部材３６は、エッチングガス用の供給ライン２９を有するシース体２８により取り巻かれている。シース体２８は、図１の断面に示されている。供給ライン２９は、エッチングガス供給装置の一部であり、ガス供給ライン部材３６を取り巻く環状ダクト２９’に繋がっている。環状ダクト２９’は、その環状ダクトの全周上に等角度分布で配置された複数の孔３０を具備し、それらの孔３０は圧力障壁を形成する。エッチングガス供給ライン２９を通って導入されたエッチングガス又はパージガスであるガスは、これらの孔３０から、シース体２８の一部２８’から出て分配室３１に入る。分配室３１もまた、ガス供給ライン部材３６を取り巻く環状である。分配室３１の１つの壁はシース体２８の一部２８’の外壁から形成され、分配室３１の別の壁はエッチングガス入口部材８の外壁から形成されている。エッチングガス入口部材８は、ガス入口部材４の周囲に配置された孔１０を具備し、孔１０の開口はエッチングガス入口９を形成する。同心状の２列の孔１０が設けられる。しかしながら、１列のみの孔１０を設けることもできる。また、同心状の列の数は、２列より多くてもよい。
エッチングガス入口部材８には、天井板２５を載置する固定部材を含むことができる。差し込み式ロックにより、エッチングガス入口部材８がプロセスチャンバ天井とシース体２８若しくはガス供給ライン部材３６上にそれぞれ固定される。
エッチングガス入口孔１０が設けられたエッチングガス入口９の領域は、ガス入口部材４から空間的に離れている。ガス入口部材４との間には径方向において距離がある。
シース体２８の内部に位置しかつ孔３３を通り断熱体の分配室３４に開口するパージガス供給ライン２６が設けられている。パージガス供給ライン２６は、中心軸周りの角度においてエッチングガス供給ライン２９とは離れて位置しており、図２に示されている。断熱体は、エッチングガス入口部材８の径方向外側に配置された断熱リング２７から形成されている。パージガス供給ライン２６に供給されたパージガスは、圧力障壁として機能する孔３５を通って分配室３４からプロセスチャンバ１の方向に出て行くことができる。この場合、パージガスの流れは、分配室３１に流入してエッチングガスとともにエッチングガス入口孔１０を通ってプロセスチャンバ１に流入するために、オーバーフローダクト３２を通ってエッチングガス入口部材８のフランジ部にオーバーフローする。パージガス供給ライン２６を通って供給されるパージガスによって、しかしながら堆積プロセス中はエッチングガス供給ライン２９を通って流れるパージガスによっても、エッチングガス入口部材８とシース体２８の間の狭い間隙もパージ（洗浄）される。
マスフローコントローラ１７、１８の質量流量を制御する電子的な制御装置２２が設けられる。制御装置２２により、切換バルブ１６、１９も切換えられる。よって特に切換バルブ１６により、ソース１４からの例えばＨ２であるパージガスと、ソース１５からの例えばＮ２であるパージガスとの間で切り換えられるように設けられる。プロセスガスは、ソース１２、１３に保持されている。ＴＭＧａソース１２は、マスフローコントローラ及び切換バルブを介してプロセスガス入口領域６と接続されている。ＮＨ３ソース１３は、マスフローコントローラ及び切換バルブを介してプロセスガス入口領域５、７と接続される。これにより、プロセスガス入口領域５、６、７を通ってプロセスガス及びこれらを搬送する搬送ガスがプロセスチャンバ１をフロー方向２３の向きに流れる。プロセスガス入口領域５、６、７は、ガス入口部材４の中心軸の周りに環状に延在しかつエッチングガス入口９の領域の上流側すなわち径方向内側にそれぞれ延在している。プロセスガス入口領域５、６、７は互いに垂直方向に重なって複数の小さいガス通路孔を具備し、それらを通してそれぞれのプロセスガスが径方向内側のガス分配室からプロセスチャンバ１に流れる。
搬送ガス／プロセスガスの混合ガスは、切換バルブにより排気ライン２０に切り換えられることにより、ガス流がプロセスガス入口領域５、６、７を流れなくなる。
エッチングガス入口９は、エッチングガス供給ライン２１により切換バルブ１９と接続される。切換バルブ１９によりガス流が、マスフローコントローラ１８により質量流量を制御される搬送ガスとマスフローコントローラ１７により制御されるエッチングガスとを含むことができる一方、供給ライン２１又は排気ライン２０のいずれかに切り換えられる。エッチングガス／搬送ガスの混合ガスの排気ライン２０への送出は、プロセスガスの排気ライン２０への送出よりも下流側で行われる。
層成長プロセス中は、全てのプロセスガス入口領域５、６、７及びエッチングガス入口９の領域が、持続的に例えばＨ２であるガスによりパージされる。さらにプロセスガスが、プロセスガス入口領域５、６、７を通ってプロセスチャンバ１に供給される。
洗浄プロセス中も同様に、プロセスガス入口領域５、６、７及びエッチングガス入口領域９の全てがガスによりパージされる。プロセスガス入口領域５、６、７を通ってＮ２が流れる。エッチングガス入口領域９を通ってＮ２とＣｌ２の混合ガスが流れる。
層成長プロセスから洗浄プロセスへの切換及びエッチングガスの開始の前に、バルブ１６により搬送ガスがＨ２からＮ２へと切り換えられる。その場合先ず、約５〜１０％のＣｌ２と約９５％のＮ２からなるガス混合物が、パイプラインシステムを介して、ガス分配レベルに応じて延在する分配室３１に供給され、分配室３１からエッチングガスが孔１０を鉛直方向にプロセスチャンバ１へと流れる。ここでは、全部で９６個の孔１０を含む分配孔の円が設けられている。この配置は、気密室に正圧のみが存在しかつシステム内に酸化につながる可能性がある寄生的な流れを生じないように選択される。
酸化とエッチングガスの拡散を避けるために、バッフルのような二次的構造、又は、さらに別のガス入口を用いることができる。入口に対して異なる材料を用いることも好適である。従って、ガス供給ライン部材３６がインコネル等のステンレス鋼から作製されることが好適である。シース体２８は、同じ材料から作製することができる。断熱リング２７及びエッチングガス入口部材８については、好適にはセラミック、クォーツを用いることができ、しかしながらステンレス鋼も用いることができる。
洗浄ガスとしてＳＯＣｌ２も用いることができる。
ガス通路は、プロセスガス入口領域とエッチングガス入口のそれぞれのガス入口が、９０°又は９０°未満の角度で互いにほぼ合致するように選択される。プロセスガス入口領域５、６、７及びエッチングガス入口９は、互いに異なる材料から作製することができるが、同じ材料グループの材料であって異なる合金から作製することもできる。
プロセスチャンバ１におけるプロセスガスとエッチングガスの空間的分離は、演算により、プロセスガス用のガス入口の極く近傍においてエッチングガスが少なくともＬＯＧ１０で５のオーダー（すなわち５桁）ほど低減するように設計される。
洗浄プロセス中も同様に、プロセスガス入口領域５、６、７及びエッチングガス入口領域９の全てがガスによりパージされる。プロセスガス入口領域５、６、７を通ってＮ２が流れる。エッチングガス入口領域９を通ってＮ２とＣｌ２の混合ガスが流れる。
層成長プロセスから洗浄プロセスへの切換及びエッチングガスの開始の前に、バルブ１６により搬送ガスがＨ２からＮ２へと切り換えられる。その場合先ず、約５〜１０％のＣｌ２と約９５％のＮ２からなるガス混合物が、パイプラインシステムを介して、ガス分配レベルに応じて延在する分配室３１に供給され、分配室３１からエッチングガスが孔１０を鉛直方向にプロセスチャンバ１へと流れる。ここでは、全部で９６個の孔１０を含む分配孔の円が設けられている。この配置は、気密室に正圧のみが存在しかつシステム内に酸化につながる可能性がある寄生的な流れを生じないように選択される。
酸化とエッチングガスの拡散を避けるために、バッフルのような二次的構造、又は、さらに別のガス入口を用いることができる。入口に対して異なる材料を用いることも好適である。従って、ガス供給ライン部材３６がインコネル等のステンレス鋼から作製されることが好適である。シース体２８は、同じ材料から作製することができる。断熱リング２７及びエッチングガス入口部材８については、好適にはセラミック、クォーツを用いることができ、しかしながらステンレス鋼も用いることができる。
洗浄ガスとしてＳＯＣｌ２も用いることができる。
ガス通路は、プロセスガス入口領域とエッチングガス入口のそれぞれのガス入口が、９０°又は９０°未満の角度で互いにほぼ合致するように選択される。プロセスガス入口領域５、６、７及びエッチングガス入口９は、互いに異なる材料から作製することができるが、同じ材料グループの材料であって異なる合金から作製することもできる。
プロセスチャンバ１におけるプロセスガスとエッチングガスの空間的分離は、演算により、プロセスガス用のガス入口の極く近傍においてエッチングガスが少なくともＬＯＧ１０で５のオーダー（すなわち５桁）ほど低減するように設計される。
以上は本願に係る発明の全体的な態様を示したものであり、少なくとも以下の特徴の各々の組合せによっても独立しても従来技術をさらに進展させるものである。
１つの装置が、次の点を特徴とする；エッチング入口９が、水素化物及び有機金属化合物のフロー方向２３においてプロセスチャンバ１のプロセスガス入口領域５、６、７の下流側に開口しており、その場合、半導体層の堆積中にプロセスガス入口領域５、６、７から出たプロセスガスがエッチングガス入口領域９に入り込むことができず、かつ、プロセスチャンバの洗浄中にエッチングガス入口９から出たエッチングガスがプロセスガス入口領域５、６、７に入り込むことができないように、制御装置２２が制御しかつプロセスガス入口領域５、６、７及びエッチングガス９が配置されている。
１つの方法が、次の点を特徴とする；エッチングガスが、水素化物及び有機金属化合物のフロー方向２３におけるプロセスガス入口領域５、６、７の下流側に配置されたエッチングガス入口９を通ってプロセスチャンバ１に供給され、その場合、半導体層の堆積中にプロセスガス入口領域５、６、７を通ってプロセスチャンバ１に流れるガス及びエッチングガス入口９を通ってプロセスチャンバ１に流入するパージガスの質量流量が、プロセスガスがエッチングガス入口９に入り込まないように調整され、かつ、プロセスチャンバ１の洗浄中にエッチングガス入口９を通ってプロセスチャンバ１に流れるエッチングガス流及びプロセスガス入口領域５、６、７を通ってプロセスチャンバ１に供給されるパージガス流の質量流量が、エッチングガスが上流側のプロセスガス入口領域５、６、７に配置されたガス供給ラインに入り込まないように調整される。
１つの装置が、次の点を特徴とする；プロセスチャンバ１が円形床を有し、ガス入口部材４がプロセスチャンバ１の中心に配置され、かつ、エッチングガス入口９がガス入口部材４の周囲にあるプロセスチャンバ天井の環状領域に設けられている。
１つの装置が、次の点を特徴とする；エッチングガス入口９の環状領域が、天井板２５を固定するための環状の固定部材８により形成されている。
１つの方法又は装置が、次の点を特徴とする；プロセスガス入口領域５、６、７が、ガス入口部材４の鉛直上方に配置されたガス供給ライン部材３６に設けられたガス供給ラインにより供給され、ガス供給ライン部材３６は、エッチングガス供給ライン２９、２９’を形成するシース体２８により取り巻かれている。
１つの方法又は装置が、次の点を特徴とする；エッチングガス供給ライン２９が、ガス供給ライン部材３６を取り巻く環状ダクト２９’に開口しており、環状ダクト２９’は、その全周に分布配置された複数のガス通路孔３０により分配室３１と連通しており、ガス通路孔３０は圧力障壁として作用する。
１つの装置が、次の点を特徴とする；分配室３１が、エッチングガス入口９を形成するガス通路孔１０によりプロセスチャンバ１と連通する環状室である。
１つの装置が、次の点を特徴とする；分配室３１にパージガスを供給するためのパージガス供給ライン２６を有する。
１つの方法が、次の点を特徴とする；エッチングガスがＣｌ２であり、かつ、洗浄プロセス中のパージガスがＮ２である。
１つの方法が、次の点を特徴とする；プロセスガスが、III族典型元素及び／又はV族典型元素を含み、特にＮＨ３とＴＭＧａであり、かつ、層堆積中のパージガスがＨ２又はＮ２である。
１つの装置が、次の点を特徴とする；エッチングガス供給ライン２９において、特にガス通路孔３０により形成される少なくとも１つの圧力障壁を有する。
１つの装置が、次の点を特徴とする；圧力障壁３０が、ガス分配室３１の下流側に配置されている。
全ての開示された特徴は、（それ自体についても、それらの組合せについても）重要である。本願の開示においては、関連する／添付の優先権書類（先の出願の複写）の開示内容も、本願の特許請求の範囲に記載のそれらの書類の特徴を包含する目的を含めここにその全てが包含される。従属項は、とくにそれらを基に分割出願を行うために、それらの特徴により独立して発明性をもつ従来技術に対する進展である。
１ プロセスチャンバ
２ サセプタ
３ ヒーター
４ ガス入口部材
５ プロセスガス入口領域
６ プロセスガス入口領域
７ プロセスガス入口領域
８ 固定要素
９ エッチングガス入口
１０ ガス通路孔
１１ Ｃｌ２ソース
１２ ＴＭＧａソース、制御装置
１３ ＮＨ３ソース
１４ Ｈ２ソース
１５ Ｎ２ソース
１６ Ｎ２／Ｈ２切換バルブ
１７ Ｃｌ２マスフローコントローラ
１８ Ｎ２／Ｈ２マスフローコントローラ
１９ 切換バルブ
２０ 排気ライン
２１ 供給ライン
２２ 制御装置
２３ フロー方向
２４ ガス出口
２５ 天井板
２６ パージガス供給ライン
２７ 断熱リング
２８ シース体
２９ エッチングガス供給ライン
２９’ エッチングガス供給ライン（分配室、環状ダクト）
３０ ガス通路孔
３１ 分配室（環状室）
３２ オーバーフローダクト
３３ 孔
３４ 分配室
３５ 孔
３６ ガス供給ライン部材
３７ 温度ガス供給ライン
３８ 熱伝導体
２ サセプタ
３ ヒーター
４ ガス入口部材
５ プロセスガス入口領域
６ プロセスガス入口領域
７ プロセスガス入口領域
８ 固定要素
９ エッチングガス入口
１０ ガス通路孔
１１ Ｃｌ２ソース
１２ ＴＭＧａソース、制御装置
１３ ＮＨ３ソース
１４ Ｈ２ソース
１５ Ｎ２ソース
１６ Ｎ２／Ｈ２切換バルブ
１７ Ｃｌ２マスフローコントローラ
１８ Ｎ２／Ｈ２マスフローコントローラ
１９ 切換バルブ
２０ 排気ライン
２１ 供給ライン
２２ 制御装置
２３ フロー方向
２４ ガス出口
２５ 天井板
２６ パージガス供給ライン
２７ 断熱リング
２８ シース体
２９ エッチングガス供給ライン
２９’ エッチングガス供給ライン（分配室、環状ダクト）
３０ ガス通路孔
３１ 分配室（環状室）
３２ オーバーフローダクト
３３ 孔
３４ 分配室
３５ 孔
３６ ガス供給ライン部材
３７ 温度ガス供給ライン
３８ 熱伝導体
Claims (15)
- III−V族半導体層を堆積するための装置であって、プロセスチャンバ（１）と、１又は複数のコーティングされる基板を受容するべく該プロセスチャンバ（１）の床を構成するサセプタ（２）と、該サセプタ（２）をプロセス温度に加熱するためのヒーター（３）と、各々プロセスガスを該プロセスチャンバ（１）へ導入するべく少なくとも第１及び第２のプロセスガス入口領域（５、６、７）を具備するガス入口部材（４）と、を有し、該第１のプロセスガス入口領域（５、７）がプロセスガスとしてV族典型元素の水素化物を供給する水素化物ソース（１３）と接続されるとともに該第２のプロセスガス入口領域（６）がプロセスガスとしてIII族典型元素の有機金属化合物を供給する有機金属ソース（１２）と接続されており、エッチングガス入口（９）がエッチングガスソース（１１）と接続されており、かつ、該水素化物と該有機金属化合物と該エッチングガスとをそれぞれ搬送ガスとともにパイプラインシステム（２１）を通して質量流量を制御して該プロセスチャンバ（１）に導入するために、制御装置（２２）により切換可能なバルブ（１６、１９）と調整可能なマスフローコントローラ（１７、１８）とが設けられている、前記装置において、
前記エッチングガス入口（９）が、前記水素化物及び前記有機金属化合物のフロー方向（２３）における前記プロセスガス入口領域（５、６、７）の下流側にて前記プロセスチャンバ（１）に開口し、半導体層の堆積中に前記プロセスガス入口領域（５、６、７）から送出されたプロセスガスが前記エッチングガス入口（９）に入り込めず、かつ、前記プロセスチャンバの洗浄中に前記エッチングガス入口（９）から送出されたエッチングガスが前記プロセスガス入口領域（５、６、７）に入り込めないように、前記制御装置（２２）が制御しかつ前記プロセスガス入口領域（５、６、７）及び前記エッチングガス入口（９）が配置されていることを特徴とする、III−V族半導体層の堆積装置。 - 前記プロセスチャンバ（１）が円形床を有し、前記ガス入口部材（４）が該プロセスチャンバ（１）の中心に配置されており、かつ、前記エッチングガス入口（９）が、該ガス入口部材（４）の周囲にあるプロセスチャンバ天井の環状領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の堆積装置。
- 前記エッチング入口（９）の環状領域が、天井板（２５）を固定するための環状の固定部材（８）により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の堆積装置。
- 前記プロセスガス入口領域（５、６、７）がガス供給ラインにより供給され、該ガス供給ラインは、前記ガス入口部材（４）の鉛直方向上方に配置されたガス供給ライン部材（３６）に形成されており、該ガス供給ライン部材（３６）が、エッチングガス供給ライン（２９、２９’）を形成するシース体（２８）により取り巻かれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の堆積装置。
- 前記エッチングガス供給ライン（２９）が、前記ガス供給ライン部材（３６）を取り巻く環状ダクト（２９’）に開口し、該環状ダクト（２９’）はその全周に亘って分布配置された複数のガス通路孔（３０）により分配室（３１）と接続されており、該ガス通路孔（３０）は圧力障壁として作用することを特徴とする請求項４に記載の堆積装置。
- 前記分配室（３１）は環状室であり、前記エッチングガス入口（９）を形成するガス通路孔（１０）により前記プロセスチャンバ（１）と連通していることを特徴とする請求項５に記載の堆積装置。
- 前記分配室（３１）にパージガスを供給するためのパージガス供給ライン（２６）を具備することを特徴とする請求項５又は６に記載の堆積装置。
- 前記エッチングガス供給ライン（２９）に少なくとも１つの圧力障壁を具備し、該圧力障壁がガス通路孔（３０）により形成されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の堆積装置。
- 前記ガス通路孔（３０）である圧力障壁が、前記分配室（３１）の下流側に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の堆積装置。
- プロセスチャンバ（１）の床を構成するサセプタに受容されたコーティングされる１又は複数の基板上にIII−V族半導体層を堆積するための方法であって、該サセプタ（２）はヒーター（３）によりプロセス温度に加熱され、半導体層の堆積のためにガス入口部材（４）の第１及び第２のプロセスガス入口領域（５、６、７）を通してそれぞれプロセスガスが該プロセスチャンバ（１）に導入され、Ｖ族典型元素の水素化物が該第１のプロセスガス入口領域（５、７）を通してそしてIII族典型元素の有機金属化合物が該第２のプロセスガス入口領域を通して該プロセスチャンバ（１）にそれぞれ導入され、かつ、半導体層の堆積後に該プロセスチャンバの洗浄のためにエッチングガスがエッチングガス入口（９）を通して該プロセスチャンバ（１）に導入され、該プロセスガス及び該エッチングガスの質量流量が制御装置（２２）により制御されるマスフローコントローラ（１７、１８）によって調整される、前記方法において、
前記エッチングガスが、前記水素化物及び前記有機金属化合物のフロー方向における前記プロセスガス入口領域（５、６、７）の下流側に配置されたエッチングガス入口（９）を通って前記プロセスチャンバ（１）に供給され、
前記半導体層の堆積中は、前記プロセスガスが前記エッチングガス入口（９）に入り込まないように、前記プロセスガス入口領域（５、６、７）を通って該プロセスチャンバ（１）に流れるガス及び該エッチングガス入口（９）を通って該プロセスチャンバ（１）に流れるパージガスの質量流量が制御され、かつ、
前記プロセスチャンバ（１）の洗浄中は、前記エッチングガスが前記プロセスガス入口領域（５、６、７）の上流側に配置されたガス供給ラインに入り込まないように、前記エッチングガス入口（９）を通って該プロセスチャンバ（１）に流れるエッチングガス及び該プロセスガス入口領域（５、６、７）を通って該プロセスチャンバ（１）に供給されるパージガスの質量流量が制御されることを特徴とする、III−V族半導体層の堆積方法。 - 前記プロセスチャンバ（１）が円形床を有し、前記ガス入口部材（４）が該プロセスチャンバ（１）の中心に配置されており、かつ、前記エッチングガス入口（９）が該ガス入口部材（４）の周囲にあるプロセスチャンバ天井の環状領域に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の堆積方法。
- 前記プロセスガス入口領域（５、６、７）がガス供給ラインから供給され、該ガス供給ラインは前記ガス入口部材（４）の鉛直方向上方に配置されたガス供給ライン部材（３６）に設けられており、該ガス供給ライン部材（３６）は、エッチングガス供給ライン（２９、２９’）を設けられているシース体（２８）により取り巻かれていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の堆積方法。
- 前記エッチングガス供給ライン（２９）が前記ガス供給ライン部材（３６）を取り巻いている環状ダクト（２９’）に開口し、該環状ダクト（２９’） は、該環状ダクト（２９’）の全周に亘って分布配置された複数のガス通路孔（３０）により分配室（３１）と接続されており、該ガス通路孔（３０）は圧力障壁として作用することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の堆積方法。
- 前記エッチングガスがＣｌ２であり、洗浄中の前記パージガスがＮ２であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の堆積方法。
- 前記プロセスガスの元素がＶ族典型元素及び／又はIII族典型元素を含みかつそれらの元素がＮＨ３及びＴＭＧａであり、かつ、層堆積中の前記パージガスがＨ２又はＮ２であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の堆積方法。
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