JP5036012B2 - Ｉｉｉ／ｖ族化合物を堆積させる方法 - Google Patents
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Description
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）のようなデバイスの製造、特に、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）プロセスや水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）堆積プロセスによってＩＩＩ−Ｖ族の材料を形成する方法に関する。
[0001]本発明の実施形態は、一般的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）のようなデバイスの製造、特に、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）プロセスや水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）堆積プロセスによってＩＩＩ−Ｖ族の材料を形成する方法に関する。
関連技術の説明
[0002]ＩＩＩ族の窒化物半導体は、短波長発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、高電力、高周波数、高温のトランジスタと集積回路を含む電子デバイスのような様々な半導体デバイスの開発と製造においてより大きな重要性を見出している。ＩＩＩ族の窒化物を堆積させるのに用いられてきた一つの方法は、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）堆積である。ＨＶＰＥにおいては、ハロゲン化合物がＩＩＩ族の金属或いは元素と反応して、それぞれ金属／元素のハロゲン化物前駆体（例えば、金属塩化物）を形成する。ハロゲン化物前駆体は、次に、窒素の前駆体と反応して、ＩＩＩ族の窒化物を形成する。
[0002]ＩＩＩ族の窒化物半導体は、短波長発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、高電力、高周波数、高温のトランジスタと集積回路を含む電子デバイスのような様々な半導体デバイスの開発と製造においてより大きな重要性を見出している。ＩＩＩ族の窒化物を堆積させるのに用いられてきた一つの方法は、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）堆積である。ＨＶＰＥにおいては、ハロゲン化合物がＩＩＩ族の金属或いは元素と反応して、それぞれ金属／元素のハロゲン化物前駆体（例えば、金属塩化物）を形成する。ハロゲン化物前駆体は、次に、窒素の前駆体と反応して、ＩＩＩ族の窒化物を形成する。
[0003]ＬＥＤ、ＬＤ、トランジスタ、集積回路に対する要求として、ＩＩＩ族の窒化物と他のＩＩＩ−Ｖ族の材料を堆積させる効率がより一層重要となる。大きな基板或いは複数の基板上に均一に膜を堆積させ得る高堆積速度を持つ堆積装置とプロセスが一般に求められている。更に、基板の上の一定の膜品質には均一な前駆体の混合が望ましい。それ故、ＨＶＰＥ堆積法の改善が当該技術において求められている。
[0004]本発明の実施形態は、一般的には、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）プロセスや水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）プロセスによるＩＩＩ−Ｖ族の材料を形成する方法に関する。一実施形態において、基板上に窒化ガリウム材料を形成する方法であって、固体金属ガリウム源を加熱して、液体金属ガリウム源を形成するステップと、液体金属ガリウム源を塩素ガス（Ｃｌ２）にさらして、塩化ガリウムガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を塩化ガリウムガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上に窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む上記方法が提供される。
[0005]一部の実施形態において、基板は、窒化ガリウム層を形成する前の前処理中、塩素ガスを含む前処理ガスにさらされる場合がある。一部の例は、前処理ガスが、更に、アンモニア、塩化ガリウム、アルゴン、窒素、水素、又はこれらの組み合わせを含有することを提供する。一部の例において、上記方法は、更に、窒素前駆ガスがアンモニアを含有することを提供する。塩素ガスの流量は、前処理中、約５０ｓｃｃｍ〜約４，０００ｓｃｃｍ、例えば、約５０ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの範囲内にあってもよい。基板は、ＨＶＰＥプロセス或いは前処理中、約５００℃〜約１，２５０℃、好ましくは約８００℃〜約１，１００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。
[0006]他の例において、処理チャンバは、窒化ガリウム層の形成に続くチャンバ洗浄プロセス中、塩素ガスにさらされる場合がある。処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、約５００℃〜約１，２５０℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。一部の例において、処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、プラズマにさらされる場合がある。
[0007]他の実施形態において、基板上に窒化アルミニウム材料を形成する方法であって、金属アルミニウム源を加熱するステップと、加熱された金属アルミニウム源を塩素ガスにさらして、塩化アルミニウムガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を塩化アルミニウムガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上に窒化アルミニウム層を形成するステップと、を含む上記方法が提供される。
[0008]一部の実施形態において、基板は、窒化アルミニウム層を形成する前の前処理中、塩素ガスを含有する前処理ガスにさらされる場合がある。一部の例は、前処理ガスが、更に、アンモニア、塩化アルミニウム、アルゴン、窒素、水素又はこれらの組み合わせを含有することを提供する。一部の例において、上記方法は、更に、窒素前駆ガスがアンモニアを含有することを提供する。塩素ガス流量は、前処理中、約５０ｓｃｃｍ〜約４，０００ｓｃｃｍ、例えば、約５０ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの範囲内にあってもよい。基板は、ＨＶＰＥプロセス或いは前処理プロセス中、約５００℃〜約１，２５０℃、好ましくは約８００℃〜約１，１００℃の範囲の温度に加熱されてもよい。
[0009]他の例において、処理チャンバは、窒化アルミニウム層の形成に続くチャンバ洗浄プロセス中、塩素ガスにさらされる場合がある。処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、約５００℃〜約１，２５０℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。一部の例において、チャンバ洗浄プロセス中、処理チャンバはプラズマにさらされる場合がある。
[0010]他の実施形態において、基板上に窒化ガリウムを形成する方法であって、基板を塩素ガスにさらして、前処理プロセス中、前処理面を形成するステップと、金属源を加熱して、加熱された金属源を形成するステップであって、加熱された金属源が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、その合金又はこれらの組み合わせを含有する上記ステップと、加熱された金属源を塩素ガスにさらして、金属塩化物のガスを形成する、上記ステップを含む、上記方法が提供される。上記方法は、更に、基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、前処理面上に金属窒化物層を形成するステップを提供する。
[0011]他の実施形態において、基板上に窒化ガリウム材料を形成する方法であって、金属源を加熱して、加熱された金属源を形成するステップであって、加熱された金属源が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、その合金、又はこれらの組み合わせを含む、上記ステップと、加熱された金属源を塩素ガスにさらして、金属塩化物ガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上に金属窒化物層を形成するステップと、を含む上記方法が提供される。上記方法は、更に、金属窒化物層の形成に続くチャンバ洗浄プロセス中、処理チャンバを塩素ガスにさらすステップを提供する。基板は、チャンバの洗浄プロセス前に処理チャンバから取り出されてもよい。処理チャンバは、洗浄プロセス中、約５００℃〜約１，２００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。場合により、処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、プラズマにさらされてもよい。
[0012]他の実施形態において、基板上にガリウム含有材料を形成する方法であって、固体金属ガリウム源を加熱して、液体金属ガリウム源を形成するステップと、液体金属ガリウム源を塩素ガスにさらして、塩化ガリウムガスを形成するステップと、基板を塩化ガリウムガスとＶ族の前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上にガリウム含有層を形成するステップとを含む、上記方法が提供される。
[0013]他の実施形態において、基板上にアルミニウム含有材料を形成する方法であって、金属アルミニウム源を加熱するステップと、加熱した金属アルミニウム源を塩素ガスにさらして、塩化アルミニウムガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を塩化アルミニウムガスとＶ族の前駆体にさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上にアルミニウム含有層を形成するステップと、を含む上記方法が提供される。
[0014]Ｖ族の前駆ガスは、窒素、リン、ヒ素、又はこれらの組み合わせのような元素を含有してもよい。一例において、Ｖ族の前駆ガスは、アンモニア、ヒドラジン化合物、アミン化合物、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含む。他の例において、Ｖ族前駆ガスは、ホスフィン、アルキルホスフィン化合物、アルシン、アルキルアルシン化合物、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含有する場合がある。
[0015]他の実施形態において、基板上にＩＩＩ族窒化物の材料を形成する方法であって、トリアルキルＩＩＩ族化合物を所定の温度に加熱するステップと、トリアルキルＩＩＩ族化合物を塩素ガスにさらして、金属塩化物を形成するステップと、処理チャンバ内の基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、気相堆積プロセス中、基板上に金属窒化物層を形成するステップとを含む、上記方法が提供する。
[0016]一例において、トリアルキルＩＩＩ族化合物は、トリアルキルガリウム化合物を含有し、金属塩化物ガスは、塩化ガリウムを含有する。トリアルキルガリウム化合物は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、これらの異性体、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含有してもよい。塩化ガリウムは、約３００℃〜約６００℃の範囲内の温度で形成されてもよい。しかしながら、基板は、気相堆積プロセス中、約８００℃〜約１，１００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。
[0017]他の例において、トリアルキルＩＩＩ族化合物は、トリアルキルアルミニウム化合物を含有し、金属塩化物ガスは、塩化アルミニウムを含有する。トリアルキルアルミニウム化合物は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、これらの異性体、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせより選ばれるアルキル基を含有してもよい。塩化アルミニウムは、約３００℃〜約４００℃の範囲内の温度で形成されてもよい。しかしながら、基板は、気相堆積プロセス中、約８００℃〜約１，１００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。
[0018]他の例において、トリアルキルＩＩＩ族化合物は、トリアルキルインジウム化合物を含有し、金属塩化物ガスは、塩化インジウムを含有する。トリアルキルインジウム化合物は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、これらの異性体、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせより選ばれるアルキル基を含有してもよい。塩化インジウムは、約３００℃〜約４００℃の範囲内の温度で形成されてもよい。しかしながら、基板は、気相堆積プロセス中、約５００℃〜約６５０℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。
[0019]一部の実施形態において、基板は、金属窒化物層を形成する前の前処理プロセス中、塩素ガスにさらされる場合がある。基板は、前処理プロセス中、約５００℃〜約１，２００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。処理チャンバは、金属窒化物層の形成に続くチャンバ洗浄プロセス中、塩素ガスにさらされてもよい。他の例において、処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、約５００℃〜約１，２００℃の範囲内の温度に加熱される場合がある。処理チャンバは、チャンバの洗浄プロセス中、プラズマにさらされてもよい。
[0020]他の実施形態において、基板上に窒化ガリウム材料を形成する方法であって、処理チャンバ内の基板を塩素ガスにさらして、前処理プロセス中、前処理面を形成するステップと、金属源を加熱して、加熱された金属源を形成するステップであって、加熱された金属源が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、その合金、又はこれらの組み合わせのような元素を含有する、上記ステップと、を含む上記方法が提供される。上記方法は、更に、加熱された金属源を塩素含有ガスにさらして、金属塩化物ガスを形成するステップと、基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、前処理面上に金属窒化物層を形成するステップと、を含む。例は、塩素含有ガスが、塩素ガス又は塩化水素（ＨＣｌ）を含有することを提供する。
[0021]他の実施形態において、基板上にＩＩＩ族窒化物の材料を形成する方法であって、トリアルキルＩＩＩ族化合物を所定の温度に加熱するステップであって、トリアルキルＩＩＩ族化合物が、化学式Ｒ”Ｒ’ＲＭ（式中、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、又はインジウムであり、Ｒ”、Ｒ’及びＲは、各々独立して、メチル、エチル、プロピル、ブチル、これらの異性体、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせより選ばれる）を有する、上記ステップを含む、上記方法が提供される。上記方法は、更に、塩素ガスをトリアルキルＩＩＩ族化合物にさらして、金属塩化物ガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、気相堆積プロセス中、基板上に金属窒化物層を形成するステップと、を提供する。
[0022]他の実施形態において、基板上に窒化ガリウム材料を形成する方法であって、排気システムに結合された処理チャンバ内に基板を準備するステップであって、排気システムが排気コンジットを有する、上記ステップと、基板を塩素ガスを含有する前処理ガスにさらして、前処理プロセス中、排気コンジットを約２００℃以下の温度に加熱しつつ、前処理プロセス中、前処理面を形成するステップとを含む、上記方法が提供される。上記方法は、更に、固体金属ガリウム源を加熱して、液体金属ガリウム源を形成するステップと、液体金属ガリウム源を塩素ガスにさらして、塩化ガリウムガスを形成するステップと、基板を塩化ガリウムガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上に窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む。
[0023]例は、排気コンジットが、前処理プロセス中、約１７０℃以下、例えば、約１５０℃以下、例えば、約１３０℃以下、例えば、約１００℃以下、例えば、約７０℃以下、例えば、約５０℃以下の温度に加熱される場合があることを提供する。他の例において、排気コンジットは、前処理中、約３０℃〜約２００℃、好ましくは約３０℃〜約１７０℃、より好ましくは約３０℃〜約１５０℃、より好ましくは約５０℃〜約１２０℃、より好ましくは約５０℃〜約１００℃の温度に加熱されてもよい。処理チャンバの内圧は、前処理プロセス中、約７６０トール以下、約１００トール〜約７６０トール、より好ましくは約２００トール〜約７６０トール、より好ましくは約３６０トール〜約７６０トールの範囲内、例えば、約４５０トールであってもよい。
[0024]他の実施形態において、基板は、ＨＶＰＥプロセス中、塩素ガスとアンモニアガスを含有する前処理ガスにさらされる場合がある。一部の例において、前処理ガスは、塩素ガスを、約１モルパーセント（モル％）〜約１０モル％、好ましくは約３モル％〜約７モル％、より好ましくは約４モル％〜約６モル％の範囲内、例えば、約５モル％の濃度で含有する。他の例において、前処理ガスは、アンモニアガスを、約５モル％〜約２５モル％、好ましくは約１０モル％〜約２０モル％、より好ましくは約１２モル％〜約１８モル％の範囲内、例えば、約１５モル％の濃度で含有する。
[0025]他の実施形態において、処理チャンバは、ＨＶＰＥプロセス中、塩素ガスとアンモニアガスを含有する堆積ガスを含有する。気相堆積ガスは、塩素ガスを、約０．０１モル％〜約１モル％、好ましくは約０．０５モル％〜約０．５モル％、より好ましくは約０．０７モル％〜約０．４モル％の範囲内、例えば、約０．１モル％の濃度で含有する。他の例において、堆積ガスは、アンモニアガスを、約５モル％〜約２５モル％、好ましくは約１０モル％〜約２０モル％、より好ましくは約１２モル％〜約１８モル％の範囲内、例えば、約１５モル％の濃度で含有する。
[0026]他の実施形態において、排気コンジットは、ＨＶＰEプロセス又はチャンバ洗浄プロセス中、約２００℃以下の温度に加熱される場合がある。例は、ＨＶＰＥプロセス又はチャンバ洗浄プロセス中、排気コンジットが、約１７０℃以下、例えば、約１５０℃以下、例えば、約１３０℃以下、例えば、約１００℃以下、例えば、約７０℃以下、例えば、約５０℃以下の温度に加熱される場合がある。他の例において、排気コンジットは、ＨＶＰＥプロセス又はチャンバ洗浄プロセス中、約３０℃〜約２００℃、好ましくは約３０℃〜約１７０℃、より好ましくは約３０℃〜約１５０℃、より好ましくは約５０℃〜約１２０℃、より好ましくは約５０℃〜約１００℃の範囲の温度に加熱される場合がある。
[0027]処理チャンバの内圧は、ＨＶＰＥプロセス又はチャンバ洗浄プロセス中、約７６０トール以下、好ましくは約１００トール〜約７６０トール、より好ましくは約２００トール〜約７６０トール、より好ましくは約３５０トール〜約７６０トールの範囲内、例えば、約４５０トールであってもよい。一部の例において、洗浄ガスは、塩素ガスを、約１モル％〜約１０モル％、好ましくは約３モル％〜約７モル％、より好ましくは約４モル％〜約６モル％の範囲内、例えば、約５モル％の濃度で含有する。
[0028]本発明の上記特徴が得られ且つ詳細に理解でき得るように、上で簡単にまとめられた本発明のより具体的な説明は、添付の図面に示される本発明の実施形態によって参照することができる。
図１は、本発明の一実施形態の堆積チャンバを示す断面図である。
図２は、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリを示す断面透視側面図である
図３は、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリを示す上方視点の断面図である。
図４は、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリを示す断面透視切断図である。
図５Ａは、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリのガス通過構成要素を示す図である。
図５Ｂは、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリのガス通過構成要素を示す図である。
図６は、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリのトッププレート構成要素を示す透視図である。
図７は、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリを示す断面透視側面図である。
図８Ａは、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリのボート構成要素を示す図である。
図８Ｂは、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリのボート構成要素を示す図である。
図８Ｃは、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリのボート構成要素を示す図である。
図９Ａは、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリのガス通過構成要素を示す図である。
図９Ｂは、本発明の一実施形態のシャワーヘッドアセンブリのガス通過構成要素を示す図である。
[0038]しかしながら、添付の図面が本発明の例示的実施形態のみを示しているので、本発明の範囲を制限するものと考えられるべきでなく、本発明が他の等しく効果的な実施形態を含んでもよいことは留意されるべきである。
[0039]本発明の実施形態は、一般的には、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）プロセスや水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）プロセスによるＩＩＩ−Ｖ族の材料を形成する方法に関する。一実施形態において、基板上に窒化ガリウム材料を形成する方法であって、固体金属ガリウム源を加熱して、液体金属ガリウム源を形成するステップと、液体金属ガリウム源を塩素ガス（Ｃｌ２）にさらして、塩化ガリウムガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を塩化ガリウムガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上に窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む上記方法が提供される。
[0040]一部の実施形態において、基板は、窒化ガリウム層を形成する前の前処理中、塩素ガスを含む前処理ガスにさらされる場合がある。一部の例は、前処理ガスが、更に、アンモニア、塩化ガリウム、アルゴン、窒素、水素、又はこれらの組み合わせを含有することを提供する。一部の例において、上記方法は、更に、窒素前駆ガスがアンモニアを含有することを提供する。塩素ガスの流量は、前処理中、約５０ｓｃｃｍ〜約４，０００ｓｃｃｍ、例えば、約５０ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの範囲内にあってもよい。基板は、ＨＶＰＥプロセス或いは前処理中、約５００℃〜約１，２５０℃、好ましくは約８００℃〜約１，１００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。
[0041]他の例において、処理チャンバは、窒化ガリウム層の形成に続くチャンバ洗浄プロセス中、塩素ガスにさらされる場合がある。処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、約５００℃〜約１，２５０℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。一部の例において、処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、プラズマにさらされる場合がある。
[0042]他の実施形態において、基板上に窒化アルミニウム材料を形成する方法であって、金属アルミニウム源を加熱するステップと、加熱された金属アルミニウム源を塩素ガスにさらして、塩化アルミニウムガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を塩化アルミニウムガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上に窒化アルミニウム層を形成するステップと、を含む上記方法が提供される。
[0043]一部の実施形態において、基板は、窒化アルミニウム層を形成する前の前処理中、塩素ガスを含有する前処理ガスにさらされる場合がある。一部の例は、前処理ガスが、更に、アンモニア、塩化アルミニウム、アルゴン、窒素、水素又はこれらの組み合わせを含有することを提供する。一部の例において、上記方法は、更に、窒素前駆ガスがアンモニアを含有することを提供する。塩素ガス流量は、前処理中、約５０ｓｃｃｍ〜約４，０００ｓｃｃｍ、例えば、約５０ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの範囲内にあってもよい。基板は、ＨＶＰＥプロセス或いは前処理プロセス中、約５００℃〜約１，２５０℃、好ましくは約８００℃〜約１，１００℃の範囲の温度に加熱されてもよい。
[0044]他の例において、処理チャンバは、窒化アルミニウム層の形成に続くチャンバ洗浄プロセス中、塩素ガスにさらされる場合がある。処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、約５００℃〜約１，２５０℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。一部の例において、チャンバ洗浄プロセス中、処理チャンバはプラズマにさらされる場合がある。
[0045]他の実施形態において、基板上に窒化ガリウムを形成する方法であって、基板を塩素ガスにさらして、前処理プロセス中、前処理面を形成するステップと、金属源を加熱して、加熱された金属源を形成するステップであって、加熱された金属源が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、その合金又はこれらの組み合わせを含有する上記ステップと、加熱された金属源を塩素ガスにさらして、金属塩化物のガスを形成する、上記ステップを含む、上記方法が提供される。上記方法は、更に、基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、前処理面上に金属窒化物層を形成するステップを提供する。
[0046]他の実施形態において、基板上に窒化ガリウム材料を形成する方法であって、金属源を加熱して、加熱された金属源を形成するステップであって、加熱された金属源が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、その合金、又はこれらの組み合わせを含む、上記ステップと、加熱された金属源を塩素ガスにさらして、金属塩化物ガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上に金属窒化物層を形成するステップと、を含む上記方法が提供される。上記方法は、更に、金属窒化物層の形成に続くチャンバ洗浄プロセス中、処理チャンバを塩素ガスにさらすステップを提供する。基板は、チャンバの洗浄プロセス前に処理チャンバから取り出されてもよい。処理チャンバは、洗浄プロセス中、約５００℃〜約１，２００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。場合により、処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、プラズマにさらされてもよい。
[0047]他の実施形態において、基板上にガリウム含有材料を形成する方法であって、固体金属ガリウム源を加熱して、液体金属ガリウム源を形成するステップと、液体金属ガリウム源を塩素ガスにさらして、塩化ガリウムガスを形成するステップと、基板を塩化ガリウムガスとＶ族の前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上にガリウム含有層を形成するステップとを含む、上記方法が提供される。
[0048]他の実施形態において、基板上にアルミニウム含有材料を形成する方法であって、金属アルミニウム源を加熱するステップと、加熱した金属アルミニウム源を塩素ガスにさらして、塩化アルミニウムガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を塩化アルミニウムガスとＶ族の前駆体にさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上にアルミニウム含有層を形成するステップと、を含む上記方法が提供される。
[0049]Ｖ族の前駆ガスは、窒素、リン、ヒ素、又はこれらの組み合わせのような元素を含有してもよい。一例において、Ｖ族の前駆ガスは、アンモニア、ヒドラジン化合物、アミン化合物、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含む。他の例において、Ｖ族前駆ガスは、ホスフィン、アルキルホスフィン化合物、アルシン、アルキルアルシン化合物、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含有する場合がある。
[0050]他の実施形態において、基板上にＩＩＩ族窒化物の材料を形成する方法であって、トリアルキルＩＩＩ族化合物を所定の温度に加熱するステップと、トリアルキルＩＩＩ族化合物を塩素ガスにさらして、金属塩化物を形成するステップと、処理チャンバ内の基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、気相堆積プロセス中、基板上に金属窒化物層を形成するステップとを含む、上記方法が提供する。
[0051]一例において、トリアルキルＩＩＩ族化合物は、トリアルキルガリウム化合物を含有し、金属塩化物ガスは、塩化ガリウムを含有する。トリアルキルガリウム化合物は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、これらの異性体、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含有してもよい。塩化ガリウムは、約３００℃〜約６００℃の範囲内の温度で形成されてもよい。しかしながら、基板は、気相堆積プロセス中、約８００℃〜約１，１００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。
[0052]他の例において、トリアルキルＩＩＩ族化合物は、トリアルキルアルミニウム化合物を含有し、金属塩化物ガスは、塩化アルミニウムを含有する。トリアルキルアルミニウム化合物は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、これらの異性体、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせより選ばれるアルキル基を含有してもよい。塩化アルミニウムは、約３００℃〜約４００℃の範囲内の温度で形成されてもよい。しかしながら、基板は、気相堆積プロセス中、約８００℃〜約１，１００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。
[0053]他の例において、トリアルキルＩＩＩ族化合物は、トリアルキルインジウム化合物を含有し、金属塩化物ガスは、塩化インジウムを含有する。トリアルキルインジウム化合物は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、これらの異性体、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせより選ばれるアルキル基を含有してもよい。塩化インジウムは、約３００℃〜約４００℃の範囲内の温度で形成されてもよい。しかしながら、基板は、気相堆積プロセス中、約５００℃〜約６５０℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。
[0054]一部の実施形態において、基板は、金属窒化物層を形成する前の前処理プロセス中、塩素ガスにさらされる場合がある。基板は、前処理プロセス中、約５００℃〜約１，２００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。処理チャンバは、金属窒化物層の形成に続くチャンバ洗浄プロセス中、塩素ガスにさらされてもよい。他の例において、処理チャンバは、チャンバ洗浄プロセス中、約５００℃〜約１，２００℃の範囲内の温度に加熱される場合がある。処理チャンバは、チャンバの洗浄プロセス中、プラズマにさらされてもよい。
[0055]他の実施形態において、基板上に窒化ガリウム材料を形成する方法であって、処理チャンバ内の基板を塩素ガスにさらして、前処理プロセス中、前処理面を形成するステップと、金属源を加熱して、加熱された金属源を形成するステップであって、加熱された金属源が、ガリウム、アルミニウム、インジウム、その合金、又はこれらの組み合わせのような元素を含有する、上記ステップと、を含む上記方法が提供される。上記方法は、更に、加熱された金属源を塩素含有ガスにさらして、金属塩化物ガスを形成するステップと、基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、前処理面上に金属窒化物層を形成するステップと、を含む。例は、塩素含有ガスが、塩素ガス又は塩化水素（ＨＣｌ）を含有することを提供する。
[0056]他の実施形態において、基板上にＩＩＩ族窒化物の材料を形成する方法であって、トリアルキルＩＩＩ族化合物を所定の温度に加熱するステップであって、トリアルキルＩＩＩ族化合物が、化学式Ｒ”Ｒ’ＲＭ（式中、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、又はインジウムであり、Ｒ”、Ｒ’及びＲは、各々独立して、メチル、エチル、プロピル、ブチル、これらの異性体、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせより選ばれる）を有する、上記ステップを含む、上記方法が提供される。上記方法は、更に、塩素ガスをトリアルキルＩＩＩ族化合物にさらして、金属塩化物ガスを形成するステップと、処理チャンバ内の基板を金属塩化物ガスと窒素前駆ガスにさらして、気相堆積プロセス中、基板上に金属窒化物層を形成するステップと、を提供する。
[0057]他の実施形態において、基板上に窒化ガリウム材料を形成する方法であって、排気システムに結合された処理チャンバ内に基板を準備するステップであって、排気システムが排気コンジットを有する、上記ステップと、基板を塩素ガスを含有する前処理ガスにさらして、前処理プロセス中、排気コンジットを約２００℃以下の温度に加熱しつつ、前処理プロセス中、前処理面を形成するステップとを含む、上記方法が提供される。上記方法は、更に、固体金属ガリウム源を加熱して、液体金属ガリウム源を形成するステップと、液体金属ガリウム源を塩素ガスにさらして、塩化ガリウムガスを形成するステップと、基板を塩化ガリウムガスと窒素前駆ガスにさらして、ＨＶＰＥプロセス中、基板上に窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む。
[0058]例は、排気コンジットが、前処理プロセス中、約１７０℃以下、例えば、約１５０℃以下、例えば、約１３０℃以下、例えば、約１００℃以下、例えば、約７０℃以下、例えば、約５０℃以下の温度に加熱される場合があることを提供する。他の例において、排気コンジットは、前処理中、約３０℃〜約２００℃、好ましくは約３０℃〜約１７０℃、より好ましくは約３０℃〜約１５０℃、より好ましくは約５０℃〜約１２０℃、より好ましくは約５０℃〜約１００℃の温度に加熱されてもよい。処理チャンバの内圧は、前処理プロセス中、約７６０トール以下、約１００トール〜約７６０トール、より好ましくは約２００トール〜約７６０トール、より好ましくは約３６０トール〜約７６０トールの範囲内、例えば、約４５０トールであってもよい。
[0059]他の実施形態において、基板は、ＨＶＰＥプロセス中、塩素ガスとアンモニアガスを含有する前処理ガスにさらされる場合がある。一部の例において、前処理ガスは、塩素ガスを、約１モルパーセント（モル％）〜約１０モル％、好ましくは約３モル％〜約７モル％、より好ましくは約４モル％〜約６モル％の範囲内、例えば、約５モル％の濃度で含有する。他の例において、前処理ガスは、アンモニアガスを、約５モル％〜約２５モル％、好ましくは約１０モル％〜約２０モル％、より好ましくは約１２モル％〜約１８モル％の範囲内、例えば、約１５モル％の濃度で含有する。
[0060]他の実施形態において、処理チャンバは、ＨＶＰＥプロセス中、塩素ガスとアンモニアガスを含有する堆積ガスを含有する。気相堆積ガスは、塩素ガスを、約０．０１モル％〜約１モル％、好ましくは約０．０５モル％〜約０．５モル％、より好ましくは約０．０７モル％〜約０．４モル％の範囲内、例えば、約０．１モル％の濃度で含有する。他の例において、堆積ガスは、アンモニアガスを、約５モル％〜約２５モル％、好ましくは約１０モル％〜約２０モル％、より好ましくは約１２モル％〜約１８モル％の範囲内、例えば、約１５モル％の濃度で含有する。
[0061]他の実施形態において、排気コンジットは、ＨＶＰEプロセス又はチャンバ洗浄プロセス中、約２００℃以下の温度に加熱される場合がある。例は、ＨＶＰＥプロセス又はチャンバ洗浄プロセス中、排気コンジットが、約１７０℃以下、例えば、約１５０℃以下、例えば、約１３０℃以下、例えば、約１００℃以下、例えば、約７０℃以下、例えば、約５０℃以下の温度に加熱される場合がある。他の例において、排気コンジットは、ＨＶＰＥプロセス又はチャンバ洗浄プロセス中、約３０℃〜約２００℃、好ましくは約３０℃〜約１７０℃、より好ましくは約３０℃〜約１５０℃、より好ましくは約５０℃〜約１２０℃、より好ましくは約５０℃〜約１００℃の範囲の温度に加熱される場合がある。
[0062]処理チャンバの内圧は、ＨＶＰＥプロセス又はチャンバ洗浄プロセス中、約７６０トール以下、好ましくは約１００トール〜約７６０トール、より好ましくは約２００トール〜約７６０トール、より好ましくは約３５０トール〜約７６０トールの範囲内、例えば、約４５０トールであってもよい。一部の例において、洗浄ガスは、塩素ガスを、約１モル％〜約１０モル％、好ましくは約３モル％〜約７モル％、より好ましくは約４モル％〜約６モル％の範囲内、例えば、約５モル％の濃度で含有する。
[0063]他の実施形態において、本明細書に記載される気相堆積プロセスとチャンバ洗浄プロセスは、図１に示されるＨＶＰＥチャンバと同様の処理チャンバ内で行われる場合がある。本発明の実施形態を実施するように適合することができる例示的チャンバは、２００６年４月２６日に出願され、ＵＳ２００７−０２５４１００として公開された、共同譲渡された米国出願第１１／４１１，６７２号、２００６年４月１４日に出願され、ＵＳ２００７−０２４０６３１として公開された、米国出願第１１／４０４、５１６号に記載され、これらの開示内容は、本明細書に全体で援用されている。
[0064]図１の装置１００は、処理容積１０８を封じるチャンバ本体１０２を含む。シャワーヘッドアセンブリ１０４は、処理容積１０８の一端に配置され、基板キャリヤ１１４は、処理容積１０８のもう一端に配置されている。基板キャリヤ１１４は、１つ以上の基板が処理中に内部に配置されていてもよい１つ以上の凹部１１６を含む場合がある。基板キャリヤ１１４は、６個以上の基板を運ぶことができる。一実施形態において、基板キャリヤ１１４は、８個の基板を運んでいる。より多くの或いはより少ない基板が基板キャリヤ１１４上で運ばれることは理解されるべきである。典型的な基板は、サファイア、炭化シリコン又はシリコンであり得る。基板の大きさは、直径が５０ｍｍ−５００ｍｍ以上の範囲にあってもよい。基板キャリヤの大きさは、２００ｍｍ−５００ｍｍ以上の範囲であってもよい。基板キャリヤは、炭化シリコン或いは炭化シリコン被覆グラファイトを含む様々な材料から形成されてもよい。基板がサファイア、炭化シリコン、窒化ガリウム、シリコン、石英、ガリウムヒ素、窒化アルミニウム、ガラス、又はこれらの誘導体を含有することは理解されるべきである。他の大きさの基板が装置１００内で本明細書に記載されるプロセスに従って処理されてもよいことは理解されるべきである。上記のように、シャワーヘッドアセンブリは、従来のＨＶＰＥチャンバよりより多数の基板或いはより大きな基板全体により一様な堆積を可能にし、それによって製造経費を低減させることができる。基板キャリヤ１１４は、処理中、その中心軸を回転することができる。一実施形態において、基板キャリヤ１１４内で個別に基板を回転させる場合がある。
[0065]基板キャリヤ１１４は、回転してもよい。一実施形態において、基板キャリヤ１１４を約２ＲＰM〜約１００ＲＰＭで回転させる場合がある。他の実施形態において、基板１１４を約３０ＲＰＭで回転させる場合がある。基板キャリヤ１１４を回転させることにより、各基板に処理ガスを一様にさらすことが援助される。
[0066]複数のランプ１３０ａ、１３０ｂが基板キャリヤ１１４の下に配置されてもよい。多くの用途に対して、典型的なランプの配置は、基板の上（図示せず）と下（図示されている）にランプの列を備えることができる。一実施形態は、側面からランプを取り込むことができる。例えば、ランプ１３０ｂの内側のアレイは８個のランプを含むことができ、ランプ１３０ａの外側のアレイは１２個のランプを含むことができる。本発明の一実施形態において、ランプ１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ個別に出力される。他の実施形態において、ランプ１３０ａ、１３０ｂのアレイは、シャワーヘッドアセンブリ１０４の上に又は中に位置決めされる場合がある。他の配置と他の数のランプも可能であることは理解される。ランプ１３０ａ、１３０ｂのアレイは選択的に出力されて、基板キャリヤ１１４の内側と外側の領域を加熱することができる。一実施形態において、ランプ１３０ａ、１３０ｂは、内側と外側のアレイとして集合的に出力され、ここで、最上部と底部のアレイは、集合的に或いは別々に出力される。また他の実施形態において、別々のランプ或いは加熱素子がソースボート２８０の上及び／又は下に位置決めされる場合がある。本発明は、ランプのアレイの使用に制限されないことは理解されるべきである。いかなる適切な加熱源も処理チャンバ、その中の基板、金属源に適当な温度が適切に加えられることを確実にするよう用いられてもよい。例えば、急速な熱処理ランプが、２００５年７月２２日に出願され、ＵＳ２００６−００１８６３９として公開された、共同譲渡された米国出願第１１／１８７、１８８号に記載されるように用いることができることが企図され、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。
[0067]１つ以上のランプ１０３ａ、１０３ｂが出力されて、基板だけでなくソースボート２８０も加熱することができる。ランプは、基板を約９００℃〜約１，２００℃の範囲内の温度に加熱することができる。他の実施形態において、ランプ１３０ａ、１３０ｂは、約３５０℃〜約９００℃の範囲内の温度にソースボート内のウェル８２０中に金属源を維持する。熱電対は、ウェル８２０内に位置決めされ、処理中、金属源温度を計測することができる。熱電対で測定される温度は、加熱ランプ１３０ａ、１３０ｂから与えられる熱を調整するコントローラにフィードバックされるので、ウェル８２０中の金属源の温度を必要に応じて制御或いは調整することができる。
[0068]本発明の一実施形態のプロセス中、前駆ガス１０６は、シャワーヘッドアセンブリから基板表面に向けて流れる。基板表面で或いはその近傍で前駆ガス１０６が反応すると、基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、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及び／又はＩｎＧａＮのような“組み合わせ膜”の堆積に対して複数の金属が用いられてもよい。処理容積１０８は、約１００トール〜約７６０トールの範囲内の圧力に保持されてもよい。一例において、処理容積１０８は、約４５０トール〜約７６０トールの範囲内の圧力に保持される。
[0069]図２は、本発明の一実施形態によれば、図１のＨＶＰＥチャンバの断面透視図である。ソースボート２８０がチャンバ本体１０２を取り囲んでいる。金属源がソースボート２８０のウェル８２０を満たしている。一実施形態において、金属源は、ガリウム、アルミニウム、又はインジウムのようないかなる適切な金属源をも含み、具体的な金属は具体的な用途の要求に基づいて選択される。ハロゲン化物或いはハロゲンのガスは、ソースボート２８０のウェル８２０中の金属源の上のチャネル８１０に流れ込み、金属源と反応して、気体の金属含有前駆体を形成する。一実施形態において、ＨＣｌは、液体ガリウムと反応して、気体のＧａＣｌを形成する。他の実施形態において、Ｃｌ２は、液体ガリウムと反応して、ＧａＣｌとＧａＣｌ３を形成する。本発明の追加の実施形態は、他のハロゲン化物或いはハロゲンを用いて、金属含有気相前駆体を得る。適切な水素化物は、組成ＨＸ（例えば、Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩ）を持つものを含み、適切なハロゲンは、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２を含む。ハロゲン化物に対して、不平衡反応式は以下の通りである：
ＨＸ（気体）＋ Ｍ（液体金属）→ ＭＸ（気体）＋Ｈ（気体）
式中、Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩ、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌ、又はＩｎ。
ハロゲンに対して、式は以下の通りである：
Ｚ（気体）＋ Ｍ（液体金属）→ ＭＺ（気体）
式中、Ｚ＝Ｃｌ２、Ｂｒ２、又はＩ２、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌ、又はＩｎ。
以後、気体金属含有化学種は、“金属含有前駆体”（例えば、金属塩化物）と呼ばれる。
ＨＸ（気体）＋ Ｍ（液体金属）→ ＭＸ（気体）＋Ｈ（気体）
式中、Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩ、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌ、又はＩｎ。
ハロゲンに対して、式は以下の通りである：
Ｚ（気体）＋ Ｍ（液体金属）→ ＭＺ（気体）
式中、Ｚ＝Ｃｌ２、Ｂｒ２、又はＩ２、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌ、又はＩｎ。
以後、気体金属含有化学種は、“金属含有前駆体”（例えば、金属塩化物）と呼ばれる。
[0070]ソースボート２８０内での反応からの金属含有前駆ガス２１６は、チューブ２５１のような第１組のガス通路を通って処理容積１０８に導入される。金属含有前駆ガス２１６がソースボート２８０以外のソースから生成されることは理解されるべきである。窒素含有ガス２２６は、チューブ２５２のような第２組のガス通路を通って処理容積１０８に導入される。チューブの配置が適切なガス分配構造の例として示され、一部の実施形態において用いられる場合があるが、本明細書に記載されるガス分配を与えるように設計される別のタイプの通路の様々な他のタイプの配置が他の実施形態に対して用いられてもよい。このような通路配置の例は、以下により詳細に記載されるように、プレート中に形成されるガス分配チャネルを有する（通路として）ガス分配構造を含んでいる。
[0071]一実施形態において、窒素含有ガスは、アンモニアを含んでいる。金属含有前駆ガス２１６と窒素含有ガス２２６は、基板の表面近傍で或いは表面で反応させることができ、金属窒化物は、基板に堆積させることができる。金属窒化物は、１時間約１ミクロンから１時間約６０ミクロンまでの速度で基板上に堆積させることができる。一実施形態において、堆積速度は、１時間約１５ミクロンから１時間約２５ミクロンまでである。
[0072]一実施形態において、不活性ガス２０６は、プレート２６０を通って処理容積１０８に導入される。金属含有前駆ガス２１６と窒素含有ガス２２６の間に不活性ガス２０６を流すことによって、金属含有前駆ガス２１６と窒素含有ガス２２６は、互いに接触することなく、早く反応しすぎて望ましくない表面上に堆積させることにならない。一実施形態において、不活性ガス２０６は、水素、窒素、ヘリウム、アルゴン、又はこれらの組み合わせを含んでいる。他の実施形態において、アンモニアは不活性ガス２０６に置き換えられる。一実施形態において、窒素含有ガス２２６は、約１ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍの速度で処理容積に供給される。他の実施形態において、窒素含有ガス２２６は、キャリヤガスと同時に流される。キャリヤガスは、窒素ガス或いは水素ガス或いは不活性ガスを含んでいる。一実施形態において、窒素含有ガス２２６は、約０ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍの範囲内の流量で供給される場合があるキャリヤガスと同時に流される。ハロゲン化物或いはハロゲンのガスの典型的な流量は、約５ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの範囲内であるが、約５ｓｌｍまでの流量を含んでいてもよい。ハロゲン化物／ハロゲンのガスに対するキャリヤガスは、約０．１ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内にあってもよく、前に挙げた不活性ガスを含有する。ハロゲン化物／ハロゲン／キャリヤガスの混合物の追加の希釈は、約０ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内の不活性ガスで行うことができる。不活性ガス２０６に対する流量は、約５ｓｌｍ〜約４０ｓｌｍの範囲内にあってもよい。プロセス圧は、約１００トール〜約１，０００トールの範囲内で変動する。基板は、約５００℃〜約１，２００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。
[0073]不活性ガス２０６、金属含有前駆ガス２１６、窒素含有ガス２２６は、処理容積１０８の周囲に配分されてもよい排気部２３６を通って処理容積１０８から排出することになる。このような排気部２３６の配分は、基板表面全体に一様なガスの流れを与えることができる。
[0074]図３と図４に示されるように、ガスチューブ２５１とガスチューブ２５２は、本発明の一実施形態によれば、散在されてもよい。ガスチューブ２５１内の金属含有前駆ガス２１６の流量は、ガスチューブ２５２内の窒素含有ガス２２６の流量から独立して制御することができる。独立して制御された散在したガスチューブは、基板の表面全体にガスのそれぞれのより分配均一性に寄与することができ、より堆積均一性を与えることができる。
[0075]更に、金属含有前駆ガス２１６と窒素含有ガス２２６の間の反応の程度は、２つのガスが接触している時間に左右される。基板の表面に平行にガスチューブ２５１とガスチューブ２５２を位置決めすることによって、金属含有前駆ガス２１６と窒素含有ガス２２６は、ガスチューブ２５１とガスチューブ２５２から等距離の点で同時に接触し、それ故、基板の表面上のすべての点でほとんど同じ程度まで反応する。その結果として、堆積均一性がより大きな直径の基板で達成可能である。基板の表面とガスチューブ２５１とガスチューブ２５２の間の距離の変動が、金属含有前駆ガス２１６と窒素含有ガス２２６が反応する程度を支配することは理解されるべきである。それ故、本発明の一実施形態によれば、処理容積１０８のこの寸法は、堆積プロセス中、変動してもよい。また、本発明の他の実施形態によれば、ガスチューブ２５１と基板の表面の間の距離は、ガスチューブ２５２と基板の表面の間の距離と異なってもよい。更に、ガスチューブ２５１と２５２の間の分離は、金属含有前駆ガスと窒素含有前駆ガスとの間の反応とチューブ２５１とチューブ２５２での或いはこれらの近傍での望まれていない堆積を阻止することになる。以下に記載されるように、不活性ガスは、チューブ２５１とチューブ２５２の間に流されて、前駆ガスの間の分離を維持するのを援助する。
[0076]本発明の一実施形態において、計量ビューポート３１０は、プレート２６０の中に形成される場合がある。これにより、プロセス中、放射能測定器を処理容積１０８に近づけることができる。このような測定は、干渉計によって行われて、反射される波長と透過される波長を比較することによって基板上に膜が堆積される速度を求めることができる。測定は、また、パイロメータによって行われて、基板温度を計測することができる。計量ビューポート３１０は、ＨＶＰＥと共に一般に用いられるいかなる放射能測定器にも近づけることができることは理解されるべきである。
[0077]ガスチューブ２５１とガスチューブ２５２の散在は、本発明の一実施形態によれば、図５に示されるようにチューブを構成することによって達成させることができる。各組のチューブは、複数の分枝チューブ２５９にも接続される単一の幹チューブ２５７に接続される接続ポート２５３を本質的に含んでいてもよい。分枝チューブ２５９のそれぞれは、基板キャリヤ１１４にほとんど面しているチューブの側面に形成される複数のガスポート２５５を有してもよい。ガスチューブ２５１の接続ポート２５３は、ガスチューブ２５２の接続ポート２５３と処理容積１０８の間に位置決めされるように構成されてもよい。このとき、ガスチューブ２５１の幹チューブ２５７は、ガスチューブ２５２の幹チューブ２５７と処理容積１０８の間に位置決めされる。ガスチューブ２５２の各分枝チューブ２５９は、幹チューブ２５７との接続に近い“Ｓ”曲がり２５８を含有する場合があるので、ガスチューブ２５２の分枝チューブ２５９の長さがガスチューブ２５１の分枝チューブと並行になり、整列する。同様に、ガスチューブ２５１とガスチューブ２５２の散在は、以下に述べられる本発明の他の実施形態によれば、図９に示されるようにチューブを構成することによって達成することができる。分枝チューブ２５９の数、その結果、隣接の分枝チューブの間の間隔が変動してもよいことは理解されるべきである。隣接の分枝チューブ２５９の間のより大きい距離によって、チューブの表面上の早すぎる堆積を低減することができる。早すぎる堆積は、また、隣接のチューブの間に仕切りを加えることによって低減することもできる。仕切りは、基板の表面に垂直に位置決めされてもよく、仕切りは、ガスフローを進めるように角度をつけてもよい。本発明の一実施形態において、ガスポート２５５は、金属含有前駆ガス２１６をある角度で窒素含有ガス２２６に向けるように形成される場合がある。
[0078]図６は、本発明の一実施形態によれば、プレート２６０を示す図である。前述されたように、不活性ガス２０６は、プレート２６０の表面全体に配分される複数のガスポート２５５を通って処理容積１０８に導入することができる。プレート２６０の切り込み２６７は、本発明の一実施形態によれば、ガスチューブ２５２の幹チューブ２５７の位置決めを調整する。不活性ガス２０６は、ガスチューブ２５１とガスチューブ２５２の分枝チューブ２５９の間を流れ、それによって、本発明の一実施形態によれば、ガスが基板の表面に近づくまで窒素含有ガス２２６から金属含有前駆ガス２１６の流れの分離を維持することができる。
[0079]図７に示される本発明の一実施形態によれば、窒素含有ガス２２６は、プレート２６０を通って処理容積１０８に導入することができる。本実施形態によれば、ガスチューブ２５２の分枝チューブ２５９は、ガスチューブ２５１の追加の分枝チューブ２５９によって置き換えられる。それによって、金属含有前駆ガスは、ガスチューブ２５２を通って処理容積１０８に導入することができる。
[0080]図８は、本発明の一実施形態によれば、ソースボート２８０の構成要素を示す図である。ボートは、底部（図８Ｂ）を覆っている最上部（図８Ａ）からできている場合がある。二つの部分を連結すると、ウェル８２０の上のチャネル８１０からできた環状空洞が作り出される。前述のように、塩素含有ガス８１１は、チャネル８１０に流れ込むことができ、ウェル８２０中の金属源と反応して、金属含有前駆ガス８１３を生成する。本発明の一実施形態によれば、金属含有前駆ガス８１３は、金属含有前駆ガス２１６として処理容積へガスチューブ２５１を通って導入することができる。
[0081]本発明の他の実施形態において、金属含有前駆ガス８１３は、図８Ｃに示される希釈ポートにおいて不活性ガス８１２で希釈することができる。或いは、チャネル８１０に入る前に塩素含有ガス８１１に不活性ガス８１２が添加されてもよい。更に、双方の希釈が行われてもよい。即ち、チャネル８１０に入る前に不活性ガス８１２が塩素含有ガス８１１に添加されてもよく、追加の不活性ガス８１２がチャネル８１０の出口で添加されてもよい。次に、希釈された金属含有前駆ガスが金属含有前駆ガス２１６として処理容積１０８にガスチューブ２５１を通って導入される。金属源の上での塩素含有ガス８１１の滞留時間は、チャネル８１０の長さに直接比例する。より長い滞留時間によって、金属含有前駆ガス２１６の変換効率が大きくなる。それ故、ソースボート２８０でチャンバ本体を取り囲むことによって、より長いチャネル８１０を作り出すことができ、金属含有前駆ガス２１６の変換効率がより大きくなる。チャネル８１０を作る最上部（図８Ａ）と底部（図８Ｂ）の典型的な直径は、１０−１２インチの範囲にある。チャネル８１０の長さは、最上部（図８Ａ）と底部（図８Ｂ）の周囲であり、３０−４０インチの範囲にある。
[0082]図９は、本発明の他の実施形態を示す図である。本実施形態において、ガスチューブ２５１と２５２の幹チューブ２５７は、処理容積１０８の周囲に合うように再構成することができる。周辺に幹チューブ２５７を移動することによって、ガスポート２５５の密度は、基板の表面全体により一様になることがある。プレート２６０の再構成を優遇している、幹チューブ２５７と分枝チューブ２５９の他の形状も可能であることは理解されるべきである。
[0083]当業者は、本発明の範囲内になおありつつ、上記の実施形態から様々な修正が行われてもよいことを認識する。一例として、内部ボートに対する別のものとして（或いは追加して）、一部の実施形態は、チャンバの外に位置するボートを用いてもよい。一部のこのような実施形態については、別々の加熱源及び／又は加熱されたガスラインが外部ボートからチャンバへ前駆体を分配するのに用いられてもよい。
[0084]一部の実施形態については、チャンバを開放することなく再充填（例えば、液体金属で）されるようにある種のメカニズムがチャンバ内に位置するすべてのボートに用いる場合がある。例えば、インジェクタとプランジャ（例えば、大型シリンジのようなもの）を用いるある種の装置がボートの上に位置する場合があるのでチャンバを開放することなく液体金属でボートを再充填することができる。
[0085]一部の実施形態については、内部ボートは、内部ボートに接続される外部の大きなるつぼから充填する場合がある。このようなるつぼは、（例えば、抵抗加熱或いはランプによって）別々の加熱と温度制御システムで加熱することができる。るつぼを用いて、操作する人が手動バルブを開閉する、或いはプロセス制御用電子装置とマスフローコントローラの使用によってバッチプロセスのような様々な技術によってボートを“供給”することができる。
[0086]一部の実施形態については、チャンバに金属前駆体を分配するのにフラッシュ蒸発技術を用いる場合がある。例えば、フラッシュ蒸発金属前駆体は、液体インジェクタによって分配して、ガス流に少量の金属を噴射することができる。
[0087]一部の実施形態については、前駆ガスを最適な動作温度に維持するのに温度制御のある形態を用いる場合がある。例えば、（内部にしても外部にしても）ボートは、直接接触している温度センサ（例えば、熱電対）が取り付けられてボート中の前駆体の温度を決定することができる。この温度センサは、自動フィードバック温度制御と接続されていてもよい。直接接触している温度センサの代わりに、遠隔高温測定がボートの温度を監視するのに用いられてもよい。
[0088]外部ボートの設計については、様々に異なるタイプのシャワーヘッドの設計（例えば、上記或いは下記のもの）が用いられてもよい。このようなシャワーヘッドは、炭化シリコン又は石英又は炭化シリコン被覆グラファイトのような極端な温度（例えば、１，０００℃まで）に耐え得る適切な材料から構成されてもよい。上記のように、チューブの温度は、熱電対或いは遠隔高温測定によって監視することができる。
[0089]一部の実施形態については、必要に応じてチューブ温度を調節して、様々な目標を達成するように、チャンバの最上部と底部に位置するランプの列を調整する場合がある。このような目標には、チューブ上の堆積を最小にすること、堆積プロセス中、一定温度を維持すること、最大温度限界を超えないことを確実にすること（熱応力による損傷を最小にするために）が含まれる。
[0090]図５Ａ−図５Ｂ、図６、図８Ａ−図８Ｃ、及び図９Ａ−図９Ｂに示される構成要素は、炭化シリコン、炭化シリコン被覆グラファイト、及び／又は石英のような任意の適切な材料から構成されてもよく、いかなる適切な物理的寸法を有してもよい。例えば、一部の実施形態については、図５Ａ−図５Ｂと図９Ａ−図９Ｂに示されるシャワーヘッドチューブの壁厚が１ｍｍ〜１０ｍｍ（例えば、一部の用途においては約２ｍｍ）の範囲にある場合がある。
[0091]チューブは、また、化学エッチング及び／又は腐食からの損傷を阻止するようにして構成されてもよい。例えば、チューブは、ある種のコーティング、例えば、炭化シリコン又は化学エッチング及び腐食からの損傷を最小にする他のある適切なコーティングを含む場合がある。別の方法として、或いは更に、チューブは、エッチングや腐食から保護する別々の部品によって取り囲まれてもよい。一部の実施形態については、主要な（例えば、中央の）チューブは石英である場合があり、分枝チューブは炭化シリコンである場合がある。
[0092]一部の用途において、チューブ上に形成する堆積物のリスクがある場合があり、例えば、ガスポートを塞ぐことによって、性能を妨げる場合がある。一部の実施形態については、堆積を阻止或いは最小にするために、ある種のバリヤ（例えば、バッフル又はプレート）をチューブの間に配置してもよい。このようなバリヤは、取り外し可能で、容易に交換できるように設計され、それによって維持と修理を容易にすることができる。
[0093]分枝チューブを用いるシャワーヘッドの設計を本明細書に記載してきたが、一部の実施形態については、チューブ構成は、同じ機能を達成するように設計された別の種類の構成と置き換えることができる。一例として、一部の実施形態については、主チャンバへのガスの分離と分配に関してチューブとして同じ機能を与える一体プレートにドリルで分配のチャネルと穴を開ける場合がある。別法として、一体というより、分配プレートが何らかの方法（例えば、接着、溶接、焼付け）で一緒に取り付ける或いは組み立てることができる複数の部品によって構成されてもよい。
[0094]他の実施形態については、炭化シリコンで被覆された固体グラファイトチューブが形成される場合があり、その後、グラファイトが除去されて、一連のチャネルと穴が残る。一部の実施形態については、シャワーヘッドは、その中に穴が形成された種々の形状（例えば、楕円形、円形、矩形、又は正方形）の透明或いは不透明の石英プレートで構成される場合がある。適切な寸法のチューブ類（例えば、２ｍｍＩＤ×４ｍｍＯＤを有するチャネル）は、ガス分配用のプレートに溶融させることができる。
[0095]一部の実施形態については、種々の構成要素が異なる材料でできている場合がある。このような場合には、構成要素をしっかりと取り付けることを行わせ且つガス漏れを防止するために基準を用いることができる。一例として、一部の実施形態については、ガス漏れを防止するために、カラーを用いて、金属部品に石英チューブをしっかりと取り付けることができる。このようなカラーは、例えば、部品を異なる量で膨張させ且つ収縮させ、さもなければ部品に対する損傷又はガス漏れを引き起こすことになる異なる部品の熱膨張差を可能にする適切ないかなる材料でできていてもよい。
[0096]上記のように（例えば、図２を参照して）、堆積プロセスにハロゲン化物ガスやハロゲンガスを用いることができる。更に、前述のハロゲン化物やハロゲンは、リアクタのインサイチュ洗浄のためのエッチャントガスとして用いることができる。このような洗浄プロセスは、チャンバ内に（不活性キャリヤガス含んでも含まなくても）ハロゲン化物ガス或いはハロゲンガスを流すことを必要とする場合がある。約１００℃〜約１，２００℃の温度で、エッチャントガスはリアクタの壁と表面から堆積を取り除くことができる。エッチャントガスの流量は、約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍに変動し、不活性ガスの流量は、約０ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍに変動する。対応する圧力は、約１０トール〜約１，０００トールに変動してもよく、チャンバ温度は、約２０℃〜約１，２００℃に変動してもよい。
[0097]更に、前述のハロゲン化物ガスとハロゲンガスは、基板の前処理でも用いられ、例えば、高品質の膜成長を促進させることができる。一実施形態は、ボート２８０に流し込むことなくチューブ２５１或いはプレート２６０を通ってチャンバにハロゲン化物ガス或いはハロゲンガスを流すことを必要とする場合がある。不活性キャリヤ及び／又は希釈ガスはハロゲン化物ガス或いはハロゲンガスと組み合わせてもよい。同時に、ＮＨ３或いは同様の窒素含有前駆体がチューブ２５２に流れ込んでもよい。前処理の他の実施形態は、窒素含有前駆体のみを不活性ガスを含んで又は含まずに流すことを提供する。追加の実施形態は、一連の２つ以上の不連続のステップを有してもよく、その各々は、持続時間、ガス、流量、温度及び圧力の点で異なっていてもよい。ハロゲン化物或いはハロゲンの典型的な流量は、約５０ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの範囲内にあるが、約５ｓｌｍまでの流量を含んでもよい。ハロゲン化物ガス／ハロゲンガスのためのキャリヤガスは、約１ｓｌｍ〜約４０ｓｌｍの範囲の流量を有してもよく、前に挙げた不活性ガスを含有する。ハロゲン化物ガス／ハロゲンガス／キャリヤガス混合物の追加の希釈は、流量が約０ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内にある不活性ガスで行われてもよい。ＮＨ３の流量は、約1ｓｌｍ〜約３０ｓｌｍの範囲内にあり、典型的にはエッチャントガス流量より大きい。プロセス圧は、約１００トール〜約１，０００トールの範囲内で変動してもよい。典型的な基板温度は、約５００℃〜約１，２００℃の範囲内にあることになる。
[0098]更に、Ｃｌ２プラズマが洗浄／堆積プロセスのために生成されてもよい。更に、本明細書に記載されるチャンバは、２００６年４月１４日に出願され、ＵＳ２００７−０２４０６３１として公開された、共同譲渡された米国出願第１１／４０４，５１６号に記載されているマルチチャンバシステムの一部として実施することができ、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。本明細書に記載されるように、遠隔プラズマ生成器がチャンバハードウェアの一部として含まれてもよく、本明細書に記載されるＨＶＰＥチャンバに用いることができる。本出願に記載される堆積プロセスと洗浄プロセス双方に対するガスラインとプロセス制御ハードウェア／ソフトウェアも、本明細書に記載されるＨＶＰＥチャンバに適用することができる。一部の実施形態については、塩素ガス或いはプラズマが図６に示されるようにトッププレートの上から分配され、或いはＧａ含有前駆体を分配するチューブを通って分配される場合がある。用いることができるプラズマの種類は、塩素にのみ限定されず、フッ素、ヨウ素、又は臭素を含んでもよい。プラズマを生成させるのに用いられるソースガスは、Ｃｌ２、Ｂｒ２又はＩ２のようなハロゲンであってもよく、ＮＦ３のようなＶ族元素（例えば、Ｎ，Ｐ、又はＡｓ）を含有するガスであってもよい。
[0099]上記は本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の他の多くの実施形態が本発明の基本的範囲から逸脱することなく構成され、本発明の範囲が以下の特許請求の範囲によって決定される。
１００…装置、１０２…チャンバ本体、１０４…シャワーヘッドアセンブリ、１０６…前駆ガス、１０８…処理容積、１１４…基板キャリヤ、１１６…凹部、１３０ａ…ランプ、１３０ｂ…ランプ、２０６…不活性ガス、２１６…金属含有前駆ガス、２２６…窒素含有ガス、２３６…排気部、２５１…ガスチューブ、２５２…ガスチューブ、２５３…接続ポート、２５５…ガスポート、２５７…幹チューブ、２５８…“Ｓ”曲がり、２５９…分枝チューブ、２６０…プレート、２６７…切り込み、２８０…ソースボート、３１０…計量ビューポート、８１０…チャネル、８１１…塩素含有ガス、８１２…不活性ガス、８１３…金属含有前駆ガス、８２０…ウェル。
Claims (12)
- ＩＩＩ族の金属窒化物膜を形成する方法であって：
一つ以上のサファイア基板を前処理温度まで加熱するステップと；
各々の前記一つ以上のサファイア基板の表面が前処理温度であるとき、前記表面を前処理ガス混合物にさらし、前処理面を形成するステップであって、前記前処理ガス混合物は、アンモニア（ＮＨ３）とハロゲンガスとを備える、前記ステップと；
を備える方法。 - 前記ハロゲンガスは、塩素（Ｃｌ２）である、請求項１に記載の方法。
- 前記前処理ガス混合物は、１モルパーセント〜１０モルパーセントの濃度の塩素と、５モルパーセント〜２５モルパーセントの濃度のアンモニアとを備える、請求項２に記載の方法。
- 各々の前記一つ以上のサファイア基板上の前記前処理面にわたり、ＩＩＩ族の金属窒化物層を形成するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
- 前記ＩＩＩ族の金属窒化物層を形成するステップが、ガリウム窒化物層またはアルミニウム窒化物層を形成する工程を備える、請求項４に記載の方法。
- 前記ＩＩＩ族の金属窒化物層を形成するステップは、窒素含有前駆ガスと金属塩化物ガスに前記一つ以上のサファイア基板をさらす工程を更に備える、請求項４に記載の方法。
- 前記窒素含有前駆ガスは、アンモニアを含み、前記金属塩化物ガスは、金属源を、塩素（Ｃｌ２）を含む第１処理ガスにさらすことにより形成され、前記金属源は、ガリウム、アルミニウム、インジウムから成る群より選択される元素を含む、請求項６に記載の方法。
- 前記前処理面を、アンモニア及びキャリヤガスを含むガス混合物にさらすステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
- 前記キャリヤガスは、窒素を含む、請求項８に記載の方法。
- 前記サファイア基板は、単結晶サファイア基板である、請求項１に記載の方法。
- 各々の前記一つ以上のサファイア基板の表面を前記前処理ガス混合物にさらすステップは、内部に前記一つ以上のサファイア基板が配置される処理チャンバ内の圧力を７６０トール未満に維持する工程を更に備える、請求項１に記載の方法。
- 前記前処理温度は、８００℃〜１１００℃の間である、請求項１１に記載の方法。
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