JP7495882B2 - マルチゾーンインジェクターブロックを備える化学蒸着装置 - Google Patents
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Description
本開示は、概して、半導体製作技術に関する。より具体的には、本開示は、CVD反応器から排出される未利用反応ガスの量を減少させること、及び成長表面全体の蒸着均一性を向上させることによって蒸着プロセスにおける効率を向上させるよう構成された化学蒸着(CVD)反応器用のインジェクターブロックに関する。
半導体の製作のためのあるプロセスは、エピタキシャル層を成長させて、高性能デバイス、例えば、発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード、光学検出器、パワーエレクトロニクス、及び電界効果トランジスターの製作における使用のための多層半導体構造を生じさせるための複雑なプロセスを必要とすることがある。該プロセスにおいては、エピタキシャル層を、化学蒸着(CVD)と呼ばれる一般的なプロセスによって成長させる。CVDプロセスの1種は、金属有機化学蒸着(MOCVD)と呼ばれている。MOCVDにおいては、(通常、ウェハーと呼ばれる)基板上に反応ガスが堆積されることを可能とする制御された環境内の密閉された反応器チャンバー内に、反応ガスを導入して、薄いエピタキシャル層を成長させる。そのような生産設備用の現行の製品ラインの例としては、全てがニューヨーク州PlainviewのVeeco Instruments社製である、MOCVDシステムのTurboDisc(登録商標)、MaxBright(登録商標)、EPIK(登録商標)ファミリー、及びPROPEL(登録商標) Power GaN MOCVDシステムがあげられる。
本開示の実施態様は、第1及び第2反応ガス出口を有する改良されたガス分配デバイス又はインジェクターブロックであって、該反応ガス出口が、少なくとも第1ゾーン及び第2ゾーンに分割され、それにより、CVDプロセスの間の成長ウェハーの表面全体にわたる反応ガス分配の予測可能性が改善され、かつCVDチャンバーから排出される未利用反応ガスの量を減少させることによって効率が改善された、前記ガス分配デバイス又はインジェクターブロックを提供する。
添付の図面に関連して、以下の本開示のさまざまな実施態様の詳細な説明を考慮すれば、本開示をより完全に理解することができる。
図1を参照すると、本開示の実施態様によるCVD反応器100の模式図が示されている。反応器100は、プロセス環境空間として働くよう構成されたプロセスチャンバー102を規定する。ガス分配デバイス又はインジェクターブロック104が、プロセスチャンバー102の一端に配置される。このインジェクターブロック104が配置されるプロセスチャンバー102の端部が、プロセスチャンバー102の「上」端と呼ばれることもある。チャンバーのこの端部は、必須ではないが、通常、標準重力座標系における該チャンバーの上部に配置される。従って、指示が、重力上の上方向及び下方向と揃えられているかどうにかかわらず、本明細書で使用される下方向は、インジェクターブロック104から離れる方向を指し;一方で、上方向は、チャンバー内部でインジェクターブロック104に向かう方向を指す。同様に、要素の「上面」及び「底面」が、プロセスチャンバー102及びインジェクターブロック104の座標系を参照して本明細書に記載されることがある。
本件出願は、以下の態様の発明を提供する。
(態様1)
1種以上の反応ガスを化学蒸着反応器内に供給するためのインジェクターブロックであって、
第1反応ガスを該反応器内に送達する、1つ以上の第1反応ガス入口と複数の第1反応ガス分配出口との間の複数の第1反応ガス分配チャネル;及び
第2反応ガスを該反応器内に送達する、1つ以上の第2反応ガス入口と複数の第2反応ガス分配出口との間の複数の第2反応ガス分配チャネルを備え、
該複数の第2反応ガス分配出口が、少なくとも第2反応ガス第1ゾーン及び第2反応ガス第2ゾーンに分割され、
該第2反応ガス第2ゾーンが、該第2反応ガス第1ゾーンを少なくとも部分的に囲む、前記インジェクターブロック。
(態様2)
化学蒸着反応器を動作させる方法であって、
複数の第1反応ガス分配出口から第1反応ガス源を分配すること;及び
複数の第2反応ガス分配出口から第2反応ガス源を分配すること、
を含み、
該複数の第2反応ガス分配出口が、少なくとも第2反応ガス第1ゾーン及び第2反応ガス第2ゾーンに分割され、
該第2反応ガス第2ゾーンが、該第2反応ガス第1ゾーンを少なくとも部分的に囲む、前記方法。
(態様3)
前記第2反応ガス第1ゾーンに供給されている前記第2反応ガスの濃度と異なるか又はそれと実質的に等しいかのいずれかの濃度で、前記第2反応ガス第2ゾーンに該第2反応ガスを供給することをさらに含む、態様2記載の方法。
(態様4)
前記複数の第1反応ガス分配出口が、第1反応ガス第1ゾーン及び第1反応ガス第2ゾーンに分割され、かつ、任意に、該第1反応ガス第1ゾーンが、該第1反応ガス第2ゾーンよりも多い数の第1反応ガス分配出口を有する、態様2記載の方法。
(態様5)
前記第1反応ガスを、前記第1反応ガス第1ゾーン及び前記第1反応ガス第2ゾーンに、実質的に等しい流速で供給することをさらに含む、態様4記載の方法。
(態様6)
前記第1ゾーンにおける前記第1反応ガス及び前記第2ゾーンにおける前記第1反応ガスを、異なる流速で供給することをさらに含む、態様4記載の方法。
(態様7)
化学蒸着(CVD)システムを動作させるための方法であって、
逆方向を向いた上面及び底面、並びに該上面及び底面に対して実質的に直角をなす垂直回転軸を規定しているウェハーキャリアー上に、少なくとも1つのウェハーを配置すること;
該ウェハーキャリアーを、反応器チャンバー内に位置するスピンドル上に、該垂直回転軸の周りのそれと一緒の回転のために、該スピンドルのシャフトが、該ウェハーキャリアーの底面から該ウェハーキャリアーの中に延びる窪みの中にかみ合うように、着脱可能に取り付けること;並びに
該ウェハーキャリアーを、該スピンドルに取り付けた状態で、該スピンドル及び該ウェハーキャリアーを該回転軸の周りに回転させ、かつ複数の第1反応ガス分配出口から第1反応ガス源を分配すること及び複数の第2反応ガス分配出口から第2反応ガス源を分配することによって該少なくとも1つのウェハーのそれぞれの上面を処理することを含み、
該複数の第2反応ガス分配出口が、少なくとも第2反応ガス第1ゾーン及び第2反応ガス第2ゾーンに分割され、
該第2反応ガス第2ゾーンが、該第2反応ガス第1ゾーンを少なくとも部分的に囲む、前記方法。
(態様8)
化学蒸着(CVD)システムを動作させるための方法であって:
逆方向を向いた上面及び底面を規定しているウェハーキャリアー上に、少なくとも1つのウェハーを配置すること;
該ウェハーキャリアーを、反応器チャンバー内に位置するスピンドル上に、垂直回転軸の周りのそれと一緒の回転のために、該スピンドルのシャフトが、該ウェハーキャリアーの底面から該ウェハーキャリアーの中に延びる窪みの中にかみ合うように、着脱可能に取り付けること;並びに
該ウェハーキャリアーを、該スピンドルに取り付けた状態で、該スピンドル及び該ウェハーキャリアーを該回転軸の周りに回転させ、かつ複数の第1反応ガス分配出口から第1反応ガス源を分配すること及び複数の第2反応ガス分配出口から第2反応ガス源を分配することによって該少なくとも1つのウェハーのそれぞれの上面を処理することを含み、
該複数の第2反応ガス分配出口が、少なくとも第2反応ガス第1ゾーン及び第2反応ガス第2ゾーンに分割され、
該第2反応ガス第2ゾーンが、該第2反応ガス第1ゾーンを少なくとも部分的に囲む、
前記方法。
(態様9)
1つ以上の基板を処理するための化学蒸着反応器であって:
該1つ以上の基板を支持する、上下方向に延びる軸の周りの回転のために該反応器内に取り外し可能に取り付けられたウェハーキャリアーであって、上面を有する前記ウェハーキャリアー;及び
該上面へ1種以上の反応ガスを供給するよう構成されたインジェクターブロックを備え、
該インジェクターブロックが:
第1反応ガスを該反応器内に送達する、1つ以上の第1反応ガス入口と複数の第1反応ガス分配出口との間の複数の第1反応ガス分配チャネル;及び
第2反応ガスを該反応器内に送達する、1つ以上の第2反応ガス入口と複数の第2反応ガス分配出口との間の複数の第2反応ガス分配チャネルを備え、
該複数の第2反応ガス分配出口が、少なくとも第2反応ガス第1ゾーン及び第2反応ガス第2ゾーンに分割され、
該第2反応ガス第2ゾーンが、該第2反応ガス第1ゾーンを少なくとも部分的に囲む、前記化学蒸着反応器。
(態様10)
前記第2反応ガス第2ゾーン用の前記第2反応ガス入口が、前記第2反応ガス第1ゾーンに供給される前記第2反応ガスの濃度と異なるか又はそれと実質的に等しいかのいずれかの濃度で、該第2反応ガスを供給するよう構成される、態様1記載のインジェクターブロック又は態様9記載の反応器。
(態様11)
前記第2反応ガス第2ゾーンが、前記第2反応ガス第1ゾーンを取り囲む、態様1記載のインジェクターブロック又は態様9記載の反応器。
(態様12)
前記第2反応ガス第1ゾーンの前記第2反応ガス分配出口に、前記第1反応ガス分配出口を交互に散在させる、態様1記載のインジェクターブロック又は態様9記載の反応器。
(態様13)
前記第1反応ガス分配出口が、該第1反応ガス分配出口の対称軸が、水平方向に延びる中心平面に関して非対称となるように均等に離間している、態様1記載のインジェクターブロック又は態様9記載の反応器。
(態様14)
前記複数の第1反応ガス分配出口が、第1反応ガス第1ゾーン及び第1反応ガス第2ゾーンに分割される、態様1記載のインジェクターブロック又は態様9記載の反応器。
(態様15)
前記第1反応ガス第1ゾーンが、前記第1反応ガス第2ゾーンよりも多い数の第1反応ガス分配出口を有する、態様14記載のインジェクターブロック又は態様14記載の反応器。
(態様16)
前記第1反応ガス第1ゾーン及び前記第1反応ガス第2ゾーンの流速が、実質的に等しいか又は異なるかのいずれかである、態様14記載のインジェクターブロック又は態様14記載の反応器。
(態様17)
前記第1反応ガス第1ゾーン及び前記第1反応ガス第2ゾーンが、別個の第1反応ガス入口を備え、かつ、任意に、該第1反応ガス第2ゾーン用の第1反応ガス入口が、該第1反応ガス第1ゾーンへ供給される第1反応ガスの濃度と異なるか又はそれと実質的に等しいかのいずれかの濃度で、前記第1反応ガスを供給するよう構成される、態様14記載のインジェクターブロック又は態様14記載の反応器。
Claims (20)
- 円形の断面形状を有するウェハーキャリアーを含む化学蒸着反応器内に1種以上の反応ガスを供給するためのインジェクターブロックであって、
該インジェクターブロックが、
円筒形の形状であって、円形の水平断面、該円形の水平断面の直径、該直径を通る垂直断面、及び該直径と一致する対称軸を有し、該円形の水平断面が、前記ウェハーキャリアーの円形の断面形状に対応する、前記円筒形の形状;
第1反応ガスを前記反応器内に送達する、複数の第1反応ガス入口と複数の第1反応ガス分配出口との間の複数の第1反応ガス分配チャネルであって、該複数の第1反応ガス分配チャネルが、該円形の水平断面に沿って水平に配置され、かつ該インジェクターブロックの一部における直線状チャネルとして構成され、該複数の第1反応ガス分配出口が、対応する第1反応ガス分配チャネルの少なくとも一部に沿って長手方向に延びており、
該複数の第1反応ガス入口が、該インジェクターブロックの外辺部の近くの第1反応ガス流路と流体連通しており、該第1反応ガス流路が、少なくとも1つの第1の仕切りによって、第1反応ガス分配出口の第1セットを供給するように構成された第1反応ガス第1ゾーンを規定する第1の環状の溝、及び、第1反応ガス分配出口の第2セットを供給するように構成された第1反応ガス第2ゾーンを規定する第2の環状の溝に分割されており、
該第1反応ガス第1ゾーンが、第1反応ガス第1入口と連通しており、かつ該第1反応ガス第2ゾーンが、第1反応ガス第2入口と連通しており、これによって、該第1反応ガスが、該第1反応ガス第1ゾーンと該第1反応ガス第2ゾーンとに独立して供給される、前記複数の第1反応ガス分配チャネル;並びに
第2反応ガスを前記反応器内に送達する、複数の第2反応ガス入口と複数の第2反応ガス分配出口との間の複数の第2反応ガス分配チャネルであって、該複数の第2反応ガス分配チャネルが、該円形の水平断面に沿って水平に配置され、かつ該インジェクターブロックの一部における第1の環状チャネル及び第2の環状チャネルとして構成され、該複数の第2反応ガス分配出口が、対応する第2反応ガス分配チャネルの少なくとも一部に沿って延びており、
該複数の第2反応ガス分配出口が、少なくとも1つの第2の仕切りによって、それぞれ少なくとも第2反応ガス第1ゾーン及び第2反応ガス第2ゾーンを規定する該第1の環状チャネル及び第2の環状チャネルに分割され、該第2反応ガス第2ゾーンが、該第2反応ガス第1ゾーンを取り囲み、
該第2反応ガス第1ゾーンが、第2反応ガス第1入口と連通しており、かつ該第2反応ガス第2ゾーンが、第2反応ガス第2入口と連通しており、これによって、該第2反応ガスが、該第2反応ガス第1ゾーンと該第2反応ガス第2ゾーンとに独立して供給される、前記複数の第2反応ガス分配チャネル
を備え、
該複数の第1反応ガス分配出口が、前記対称軸の両側に配置されており、かつ
長手方向であって、それに沿って該複数の第1反応ガス分配出口が延びる、前記長手方向に対して垂直である該インジェクターブロックの縦断面において、該複数の第1反応ガス分配出口の対称軸が、該インジェクターブロックの前記対称軸から水平方向にオフセットされるように、該複数の第1反応ガス分配出口が互いから離間し、かつ前記円形のインジェクターブロックの対称軸から等しくない距離で配置される、前記インジェクターブロック。 - 前記第2反応ガス第1ゾーンの前記第2反応ガス分配出口が、前記第1反応ガス分配出口と交互に散在する、請求項1記載のインジェクターブロック。
- 前記第1反応ガス流路が、該第1反応ガス流路を前記第1の環状の溝及び前記第2の環状の溝に分離する2つ以上の第1の仕切りを含む環状チャネルを表す、請求項1記載のインジェクターブロック。
- 前記第1反応ガス第1ゾーンが、前記第1反応ガス第2ゾーンよりも多い数の第1反応ガス分配出口を有する、請求項3記載のインジェクターブロック。
- 前記第1反応ガス第1ゾーン及び前記第1反応ガス第2ゾーンの流速が実質的に等しい、請求項3記載のインジェクターブロック。
- 前記第1反応ガス第1ゾーン及び前記第1反応ガス第2ゾーンの流速が異なる、請求項3記載のインジェクターブロック。
- 前記第1反応ガス第1ゾーン及び前記第1反応ガス第2ゾーンが、別個の第1反応ガス入口を備える、請求項3記載のインジェクターブロック。
- 前記第1反応ガス第2ゾーン用の第1反応ガス入口が、前記第1反応ガス第1ゾーンへ供給される第1反応ガスの濃度と異なる濃度で、前記第1反応ガスを供給するように構成される、請求項7記載のインジェクターブロック。
- 前記第1反応ガス第2ゾーン用の第1反応ガス入口が、前記第1反応ガス第1ゾーンへ供給される第1反応ガスの濃度と実質的に等しい濃度で、前記第1反応ガスを供給するように構成される、請求項7記載のインジェクターブロック。
- 1つ以上の基板を処理するための化学蒸着反応器であって:
該1つ以上の基板を支持する、上下方向に延びる軸の周りの回転のために該反応器内に取り外し可能に取り付けられたウェハーキャリアーであって、円形の断面形状及び上面を有する前記ウェハーキャリアー;及び
該上面へ1種以上の反応ガスを供給するように構成されたインジェクターブロックを備え、
該インジェクターブロックが、
円筒形の形状であって、円形の水平断面、該円形の水平断面の直径、該直径を通る垂直断面、及び該直径と一致する対称軸を有し、該円形の水平断面が、前記ウェハーキャリアーの円形の断面形状に対応する、前記円筒形の形状;
第1反応ガスを前記反応器内に送達する、複数の第1反応ガス入口と複数の第1反応ガス分配出口との間の複数の第1反応ガス分配チャネルであって、該複数の第1反応ガス分配チャネルが、該円形の水平断面に沿って水平に配置され、かつ該インジェクターブロックの一部における直線状チャネルとして構成され、該複数の第1反応ガス分配出口が、対応する第1反応ガス分配チャネルの少なくとも一部に沿って長手方向に延びており、
該複数の第1反応ガス入口が、該インジェクターブロックの外辺部の近くの第1反応ガス流路と流体連通しており、該第1反応ガス流路が、少なくとも1つの第1の仕切りによって、第1反応ガス分配出口の第1セットを供給するように構成された第1反応ガス第1ゾーンを規定する第1の環状の溝、及び、第1反応ガス分配出口の第2セットを供給するように構成された第1反応ガス第2ゾーンを規定する第2の環状の溝に分割されており、
該第1反応ガス第1ゾーンが、第1反応ガス第1入口と連通しており、かつ該第1反応ガス第2ゾーンが、第1反応ガス第2入口と連通しており、これによって、該第1反応ガスが、該第1反応ガス第1ゾーンと該第1反応ガス第2ゾーンとに独立して供給される、前記複数の第1反応ガス分配チャネル;並びに
第2反応ガスを前記反応器内に送達する、複数の第2反応ガス入口と複数の第2反応ガス分配出口との間の複数の第2反応ガス分配チャネルであって、該複数の第2反応ガス分配チャネルが、該円形の水平断面に沿って水平に配置され、かつ該インジェクターブロックの一部における第1の環状チャネル及び第2の環状チャネルとして構成され、該複数の第2反応ガス分配出口が、対応する第2反応ガス分配チャネルの少なくとも一部に沿って延びており、
該複数の第2反応ガス分配出口が、少なくとも1つの第2の仕切りによって、それぞれ少なくとも第2反応ガス第1ゾーン及び第2反応ガス第2ゾーンを規定する該第1の環状チャネル及び第2の環状チャネルに分割され、該第2反応ガス第2ゾーンが、該第2反応ガス第1ゾーンを取り囲み、
該第2反応ガス第1ゾーンが、第2反応ガス第1入口と連通しており、かつ該第2反応ガス第2ゾーンが、第2反応ガス第2入口と連通しており、これによって、該第2反応ガスが、該第2反応ガス第1ゾーンと該第2反応ガス第2ゾーンとに独立して供給される、前記複数の第2反応ガス分配チャネル
を備え、
該複数の第1反応ガス分配出口が、前記対称軸の両側に配置されており、かつ
長手方向であって、それに沿って該複数の第1反応ガス分配出口が延びる、前記長手方向に対して垂直である該インジェクターブロックの縦断面において、該複数の第1反応ガス分配出口の対称軸が、該インジェクターブロックの前記対称軸から水平方向にオフセットされるように、該複数の第1反応ガス分配出口が互いから離間し、かつ前記円形のインジェクターブロックの対称軸から等しくない距離で配置される、前記化学蒸着反応器。 - 前記複数の第2反応ガス入口が、前記第2反応ガス第1ゾーンに供給される前記第2反応ガスの濃度と異なる濃度で該第2反応ガスを供給するように構成されている、前記第2反応ガス第2ゾーン用の第2反応ガス入口を含む、請求項10記載の反応器。
- 前記複数の第2反応ガス入口が、前記第2反応ガス第1ゾーンに供給される前記第2反応ガスの濃度と実質的に等しい濃度で該第2反応ガスを供給するように構成されている、前記第2反応ガス第2ゾーン用の第2反応ガス入口を含む、請求項10記載の反応器。
- 前記第2反応ガス第1ゾーンの前記第2反応ガス分配出口が、前記第1反応ガス分配出口と交互に散在する、請求項10記載の反応器。
- 前記第1反応ガス流路が、該第1反応ガス流路を前記第1の環状の溝及び前記第2の環状の溝に分離する2つ以上の第1の仕切りを含む環状チャネルを表す、請求項10記載の反応器。
- 前記第1反応ガス第1ゾーンが、前記第1反応ガス第2ゾーンよりも多い数の第1反応ガス分配出口を有する、請求項14記載の反応器。
- 前記第1反応ガス第1ゾーン及び前記第1反応ガス第2ゾーンの流速が実質的に等しい、請求項14記載の反応器。
- 前記第1反応ガス第1ゾーン及び前記第1反応ガス第2ゾーンの流速が異なる、請求項14記載の反応器。
- 前記第1反応ガス第1ゾーン及び前記第1反応ガス第2ゾーンが、別個の第1反応ガス入口を備える、請求項14記載の反応器。
- 前記第1反応ガス第2ゾーン用の第1反応ガス入口が、前記第1反応ガス第1ゾーンへ供給される第1反応ガスの濃度と異なる濃度で、前記第1反応ガスを供給するように構成される、請求項18記載の反応器。
- 前記第1反応ガス第2ゾーン用の第1反応ガス入口が、前記第1反応ガス第1ゾーンへ供給される第1反応ガスの濃度と実質的に等しい濃度で、前記第1反応ガスを供給するように構成される、請求項18記載の反応器。
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