(57)【要約】      （修正有）【課題】反応チャンバにおいて反応体メモリーを防止しながら、複数工程複数チャンバ化学気相堆積を行う方法を提供する。【解決手段】第一気相堆積チャンバ２４において気相堆積を用いて基板５６上に半導体材料の層を堆積させる工程、次いで、堆積成長後及び前記チャンバ２４を開ける前に、前記第一堆積チャンバ中に残留している気相堆積原料ガスを減少させるために成長チャンバ２４から排気する工程を含む。第二堆積チャンバ２６から第一堆積チャンバ２４を分離して第一堆積チャンバ２４中に存在する反応体が第二堆積チャンバ２６における堆積に影響を及ぼさないようにしながら、また、成長停止効果を最小限に抑えるか又は排除する環境を維持しながら、基板５６を第二堆積チャンバ２６へと搬送する。搬送工程の後、異なる半導体材料の追加の層を、第二チャンバ２６において、気相堆積によって第一堆積層の上に堆積させる。【選択図】図２Ａ
2006074032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバにおいて反応体メモリーを防止しながら、複数工程複数チャンバ化学気相堆積を行う方法であって、該方法が：
第一堆積チャンバにおける気相堆積を用いて基板上に半導体材料の層を堆積させる工程；
堆積成長後及び該第一堆積チャンバを開ける前に、該第一堆積チャンバ中に残留している気相堆積原料ガスを減少させるために該第一堆積チャンバをパージする工程；
該第一堆積チャンバを第二堆積チャンバから分離し、それにより該第一堆積チャンバ中に存在する反応体が該第二堆積チャンバにおける堆積に影響を及ぼさないようにしながら、また、成長停止効果を最小限に抑えるか又は排除する環境中に基板を保持しながら、該基板を該第二堆積チャンバへと搬送する工程；及び
その後で、該第二チャンバにおいて、異なる半導体材料の追加の層を、気相堆積を用いて第一堆積層の上に堆積させる工程
を含む前記方法。
【請求項２】
異なる半導体材料を堆積させる該工程が、異なるドーパントを有する同じ材料を堆積させることを含む請求項１記載の堆積法。
【請求項３】
該チャンバを分離しながら、該基板を搬送する該工程が：
該第二堆積チャンバをトランスファーチャンバから分離しながら、該第一堆積チャンバから該トランスファーチャンバまで該基板を搬送する工程；及び
その後で、該第一堆積チャンバを該トランスファーチャンバから分離しながら、該トランスファーチャンバから該第二堆積チャンバまで該基板を搬送する工程
を含む請求項１又は２記載の堆積法。
【請求項４】
該第一及び第二堆積チャンバを該第三堆積チャンバから分離し、それにより、該第一及び第二チャンバ中に存在する反応体が該第三堆積チャンバにおける堆積に影響を及ぼさないようにしながら、また、成長停止効果を最小限に抑えるか又は排除する環境中に該基板を保持しながら、該基板を該第三堆積チャンバへと搬送する工程；及び
その後で、該第三チャンバにおいて、半導体材料の追加の層を気相堆積によって該基板上に堆積させる工程
を更に含む請求項１〜３のいずれかに記載の堆積法。
【請求項５】
半導体材料の追加の層を堆積させる該工程が、先に堆積させた材料のうちのただ一つと異なる半導体材料を堆積させることを含む請求項４記載の堆積法。
【請求項６】
単一ガスシステムを用いて該堆積チャンバにガスを供給し、それによって、該堆積チャンバ及び該トランスファーチャンバのそれぞれの中に一定の雰囲気を提供して、より早い搬送時間を可能にする工程を含む請求項１〜４のいずれかに記載の堆積法。
【請求項７】
異なるガスシステムから該堆積チャンバにガスを供給し、それによって、該堆積チャンバのそれぞれの中に異なる雰囲気を提供する工程を含む請求項１〜４のいずれかに記載の堆積法。
【請求項８】
アンモニア、アルシン、フォスフィン、対称ジメチルヒドラジン、非対称ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルヒドラジン、それらの砒素及び燐の等価物、及びそれらの混合物から成る群より選択されるＶ族原料ガスを導入し、そしてＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体材料を堆積させる工程；
トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、ハロゲン化ガリウム、ハロゲン化ジエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化ジエチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化ジエチルインジウム、トリメチルアミンアラン、及びそれらの混合物から成る群より選択されるＩＩＩ族原料ガスを導入し、そしてＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積させる工程
を含む請求項６又は７記載の堆積法。
【請求項９】
第一、第二又は第三の堆積チャンバにおいて気相堆積によって基板上に半導体材料の層を堆積させる工程が、原料ガスと、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びそれらの混合物から成る群より選択される原子を含むｎ型ドーパントガス又はＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃ、及びそれらの混合物から成る群より選択される原子を含むｐ型ドーパントガスとを、該第一、第二又は第三の堆積チャンバの中に導入することを含む請求項１〜４のいずれかに記載の堆積法。
【請求項１０】
該基板を、ウェーハキャリアー上に配置する請求項１〜９のいずれかに記載の堆積法。
【請求項１１】
複数の基板を、該ウェーハキャリアー上に配置する請求項１０記載の堆積法。
【請求項１２】
該基板を、第二のウェーハキャリアーへと搬送する請求項１０記載の堆積法。
【請求項１３】
複数の基板を処理する請求項１〜１１のいずれかに記載の堆積法。
【請求項１４】
少なくとも一つの基板が、少なくとも一つの他の基板に比べて異なる処理段階にある請求項１〜１１のいずれかに記載の堆積法。
【請求項１５】
該第一堆積チャンバから該第二堆積チャンバを分離し、それによって、該第二チャンバ中に存在する反応体が該第一堆積チャンバにおける堆積に影響を及ぼさないようにしながら、また、成長停止効果を最小限に抑えるか又は排除する環境中に該基板を保持しながら、該基板を該第一堆積チャンバへと搬送する工程；及び
その後で、該第一チャンバにおいて、該第一半導体材料の追加の層を、気相堆積によって該第二堆積層の上に堆積させる工程
を更に含む請求項１〜１４のいずれかに記載の堆積法。
【請求項１６】
基板上又は先に堆積させた層の上でｎ型エピタキシャル層の化学気相堆積を行うための少なくとも一つの気相堆積処理チャンバ、
基板上又は先に堆積させた層の上でｐ型エピタキシャル層の化学気相堆積を行うための少なくとも一つの気相堆積処理チャンバ、
該気相堆積処理チャンバ間で基板を搬送するための少なくとも一つのトランスファーチャンバ、
少なくとも２つのプロセス分離バルブであって、それらのそれぞれが、該各堆積チャンバのうちの一つと連絡しており、また、それらの両方が、該チャンバにおける気相堆積成長中に該トランスファーチャンバから該堆積チャンバを分離するために該トランスファーチャンバと連絡している前記バルブ、
該堆積チャンバのうちの一つから該トランスファーチャンバへと基板を搬送し、またその後で、該トランスファーチャンバから該堆積チャンバのもう一方へと基板を搬送する手段
を含む、半導体材料の化学気相堆積成長中に反応体メモリーを減少させるための装置。
【請求項１７】
化学気相堆積を行うための少なくとも第三の気相堆積成長処理チャンバと、該第三の気相堆積成長処理チャンバと連絡していて且つ該第三の堆積チャンバにおける気相堆積成長中に該トランスファーチャンバから該第三の堆積チャンバを分離するために該トランスファーチャンバと連絡している第三のプロセス分離バルブとを更に含む請求項１６記載の気相堆積装置。
【請求項１８】
該堆積チャンバを排気するための少なくとも一つの真空ポンプを更に含む請求項１６又は１７記載の気相堆積装置。
【請求項１９】
該トランスファーチャンバと連絡しているロードロックチャンバを更に含む請求項１６、１７又は１８のいずれかに記載の気相堆積装置。
【請求項２０】
該堆積チャンバのそれぞれに対する共通の原料ガス出力を含む請求項１６、１７、１８、又は１９のいずれかに記載の気相堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、半導体材料の気相堆積成長と、その関連装置及び方法とに関する。更に詳しくは、本発明は、ウェーハ処理装置と、前記装置のチャンバにおいて反応体メモリ（ｒｅａｃｔａｎｔ  ｍｅｍｏｒｙ）を減少させるためのウェーハ処理方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気からの結晶成長は、半導体技術、特に、半導体ウェーハ上にエピタキシャル層を生成させるための半導体技術で用いられている。エピタキシーという用語は、典型的には、単結晶基板（一般的には半導体材料の基板ウェーハ）の平面界面上での単結晶層の成長を意味している。
【０００３】
エピタキシャル成長は、化学気相堆積（ＣＶＤ）をＣＶＤ反応器で用いることによって、しばしば実行される。前記プロセスでは、まず最初に、半導体ウェーハを、加熱し、次いで、プロセスガスと呼ばれるガス混合物に暴露する。プロセスガス混合物は、典型的には、原料ガス、キャリヤーガス、及び必要に応じてドーパントガスから成る。原料ガス（一種又は複数種）は、所望の半導体を形成する成分；例えば、窒化ガリウムを形成するトリメチルガリウム及びアンモニアを提供する。ドーパントガスは、ｐ型又はｎ型の導電性をエピタキシャル層に付与する元素（典型的には化合物として）；例えば、ｐ型窒化ガリウムを得るためのマグネシウムを運ぶ。原料ガス及びドーパントガスは、熱い基板表面上又はその近傍で反応して、所望のエピタキシャル層を形成する。
【０００４】
典型的なＣＶＤ法では、反応体ガス（しばしば、キャリヤーガス中で希釈される）は、室温で反応チャンバに入る。ガス混合物は、堆積表面に接近するにつれて加熱され、放射加熱されるか又は加熱基板上に配置される。プロセス条件及び運転条件にしたがって、反応体ガスは、堆積表面に当てる前に、気相で均一化学反応することができる。表面の近くでは、ガス流が熱くなり、粘性抵抗に起因してガス流が失速し、また化学組成が変化するときに、熱、運動量、及び化学濃度の境界層が生じる。原料ガス又は反応中間体種（均質な熱分解から形成される）の不均一反応は、堆積材料を形成する堆積表面で起こる。その時、ガス状反応副生物は、反応チャンバから出される。
【０００５】
ｐｎ接合は多くの半導体デバイスの基本的な要素であるので、しばしば、典型的には成長プロセスの間に所望の時点でドーパントガスの組成を変えることによって、逆の導電型のエピタキシャル層を、基板上に互いに連続させて成長させる。同様に、ＣＶＤを用いてヘテロ構造を製造するときも、原料ガスの組成は同様に変えられる。
【０００６】
原料ガス又はドーパントガスの組成の上記変化によって、「反応体メモリー」と呼ばれる問題が起こり得る。用語「反応体メモリー（ｒｅａｃｔａｎｔ  ｍｅｍｏｒｙ）」とは、前の堆積工程からチャンバ中に残留している原料又はドーパントの組成物又は元素によるプロセスガスの望ましくない汚染を意味している。高温では、ドーパント組成物及びソース組成物は、反応器壁に粘着することができ、そして、次のエピタキシャル層堆積の間に、潜在的に再蒸発し得る。例えば、ドーパントが再蒸発するとき、ドーパントは、次のエピタキシャル層中に含まれるか又は取り込まれる可能性がある。前記層において、ドーパントは、不純物として作用できるか又は層及びその後に得られるデバイスの電子特性を変えることができる。この効果は、ＳｉＣエピタキシーでは、窒素よりもアルミニウム及び硼素によってしばしばより顕著に認められる。また、その効果は、ＧａＡｓエピタキシーにおけるテルルと亜鉛及びＧａＮエピタキシーにおけるマグネシウムによって顕著に認められる。
【０００７】
ドーピング制御は、エピタキシャル成長法では複雑である。バックグラウンドドーピング（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ｄｏｐｉｎｇ）は、精製ガスと、反応器の重要な一部にハイグレードの材料とを用いることによって、制限できる。ドーパントが意図的に導入される初期成長工程に由来するメモリー効果も問題である。
【０００８】
反応体メモリーと関連のある問題を解決するためにいくつかの試みが成されてきた。
その一つの試みは、サイトコンペティションエピタキシー（ｓｉｔｅ−ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ  ｅｐｉｔａｘｙ）である。サイトコンペティションエピタキシーは、例えば、ＳｉＣと、成長しているＳｉＣ結晶表面上の利用可能な置換格子部位のためのドーパント原料ガスとの間の競争に基づく。この場合、ドーパントの取り込みは、これらの部位、すなわち、ＳｉＣ結晶の活性成長表面上に位置している炭素格子部位（Ｃ部位）又は珪素格子部位（Ｓｉ部位）のいずれかの中に取り込まれるドーパント原子の量に影響を及ぼす成長反応器内のＳｉ：Ｃ比を適当に調整することによって、制御される。この技術は、また、砒化物及び燐化物の成長にも用いられてきた。サイトコンペティションエピタキシーを用いることにより、エピタキシャル層の不純物レベルはＣ：Ｓｉ比を調整することによって制御でき、ｎ型ドーパントの窒素は低Ｃ：Ｓｉ比では増加する。而して、低ドープ材料を成長させるためには、支配ドーパント（ｄｏｍｉｎａｔｉｏｎ  ｄｏｐａｎｔ）を制限するようにＣ：Ｓｉ比を選択しなければならず、また、意図的にドープされた材料は、選択されたドーパントに最も適するＣ：Ｓｉ比の下で成長させなければならない。
【０００９】
反応体メモリーを防止する従来の方法は、各堆積後に反応器を清浄にする工程、反応器をベークアウトする工程、反応器壁を再被覆することによってドーパントを埋め込む工程も含んでいた。効果を制御する別の方法は、各ドープ層が成長した後、例えば水素又は塩酸を用いて反応器壁をエッチングする工程を含む。エッチングと活性Ｃ：Ｓｉ比との組み合わせも用いて、反応体メモリーの問題を回避してきた。しかしながら、これらの解決法には、いくつかの欠点がある。各方法は、時間が掛かるので生産量が落ち、また、追加の処理工程が必要となる。また、これらの方法には、成長停止効果があるので、層間の接着が不良となる場合がある。更に、反応体メモリーの問題に対して提案された様々な問題解決法は、所望のデバイスの製造においてコストも増加させることがある。
【００１０】
充填前の現場外において及び成長シーケンスの一部として現場においての両方で、成長前に清浄手順を最適化することによって、欠陥制御をかなり向上させることができる。しかしながら、いくつかのプロセスにおいて多層の効率的な低ドーピングエピタキシャル成長を可能にするためのこれらの技術では、反応体メモリーは充分に減少しなかった。而して、反応体メモリーによって引き起される欠陥を防止すると共に、エピタキシャル成長のための改良された且つより効率的な技術を開発することは望ましいと考えられる。
【発明の開示】
【００１１】
発明の概要
一つの態様では、本発明は、反応チャンバにおいて反応体メモリーを防止しながら、複数工程複数チャンバ化学気相堆積を行う方法である。本発明方法は、第一堆積チャンバにおいて気相堆積によって基板上に半導体材料の層を堆積させる工程、次いで、堆積成長後及び前記チャンバを開ける前に、前記第一堆積チャンバ中に残留している気相堆積原料ガスを減少させるために成長チャンバから排気する工程を含む。第二堆積チャンバから第一堆積チャンバを分離して第一堆積チャンバ中に存在する反応体が第二堆積チャンバにおける堆積に影響を及ぼさないようにしながら、また、成長停止効果を最小限に抑えるか又は排除する環境を維持しながら、基板を第二堆積チャンバへと搬送する。搬送工程の後、第二チャンバにおいて、異なる半導体材料の追加の層を、気相堆積によって第一堆積層の上に堆積させる。
【００１２】
第二の態様では、本発明は、反応チャンバにおいて反応体メモリーを防止しながら、複数工程複数半導体化学気相堆積を行う方法である。本発明方法は、第一堆積チャンバにおいて気相堆積によって基板上に第一半導体材料の層を堆積させる工程、次いで、堆積成長後及び前記チャンバを開ける前に、前記第一堆積チャンバ中に残留している気相堆積原料ガスを減少させるために成長チャンバから排気する工程を含む。第二堆積チャンバから第一堆積チャンバを分離して第一堆積チャンバ中に存在する反応体が第二堆積チャンバにおける堆積に影響を及ぼさないようにしながら、また、成長停止効果を最小限に抑えるか又は排除する環境を維持しながら、基板を第二堆積チャンバへと搬送する。搬送工程の後、第二チャンバにおいて、異なる半導体材料の第二の層を、気相堆積によって基板の上に堆積させる。第二層の堆積後且つ第二堆積チャンバを開ける前に、気相堆積原料ガスを第二堆積チャンバから排気して、堆積成長後に第二堆積チャンバ中に残留している気相堆積原料ガスを減少させ、そして次に、第一堆積チャンバから第二堆積チャンバを分離して第二堆積チャンバ中に存在する反応体が第一堆積チャンバにおける堆積に影響を及ぼさないようにしながら、また、成長停止効果を最小限に抑えるか又は排除する環境を維持しながら、基板を第一堆積チャンバへと搬送する。搬送工程の後、第一チャンバにおいて、第一半導体材料の追加の層を、気相堆積によって第二堆積層の上に堆積させる。
【００１３】
別の態様では、本発明は、半導体材料の化学気相堆積成長の間に、反応体メモリーを減少させるための装置である。本発明の装置は、基板上への半導体材料の化学気相堆積を行うための２つの気相堆積成長処理チャンバと；該チャンバのうちの一つから他のチャンバへと基板を直接搬送せずに、該堆積チャンバ間で基板を搬送するために、該堆積チャンバの間にあって且つ該堆積チャンバと連絡しているトランスファーチャンバとを含む。本発明の装置は、２つのプロセス分離バルブを含んでおり、該バルブのそれぞれは、各堆積チャンバのうちの一つと連絡しており、また、該バルブの両方は、該チャンバにおける気相堆積成長中に、該トランスファーチャンバから該堆積チャンバを分離するためのトランスファーチャンバと連絡している。また、本発明の装置は、堆積チャンバのうちの一つからトランスファーチャンバへと基板を運び、またその後で、トランスファーチャンバから堆積チャンバのもう一方へと基板を搬送する手段も含む。
【００１４】
異なる態様では、半導体材料の化学気相堆積成長の間に反応体メモリーを減少させるための装置を提供する。本発明の装置は、基板上又は先に堆積させた層の上でｎ型エピタキシャル層の化学気相堆積を行うための少なくとも一つの気相堆積処理チャンバと、基板上又は先に堆積させた層の上でｐ型エピタキシャル層の化学気相堆積を行うための少なくとも一つの気相堆積処理チャンバとを含む。本発明の装置は、該気相堆積処理チャンバと少なくとも２つのプロセス分離バルブとの間で基板を搬送するための少なくとも１つのトランスファーチャンバも含み、前記バルブのそれぞれは、各堆積チャンバのうちの一つと連絡しており、また、該バルブの両方は、該チャンバにおける気相堆積成長中に、該トランスファーチャンバから該堆積チャンバを分離するためのトランスファーチャンバと連絡している。また、本発明の装置は、該堆積チャンバのうちの一つから該トランスファーチャンバへと基板を搬送し、またその後で、該トランスファーチャンバから該堆積チャンバのもう一方へと基板を搬送する手段も含む。
【００１５】
本発明は、以下に記載した詳細な説明及び本発明の好ましい態様に関する添付の図面から更に完全に理解される。しかしながら、図面は、特定の態様に本発明を限定することを意図しておらず、単に説明及び理解を助けるためのものである。
【００１６】
例示的態様の詳細な説明
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい態様を示し、更に完全に本発明を説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施できるので、本明細書に記載される態様に限定されると解釈すべきではなく；むしろ、これらの態様は、詳細で完全であり、また、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するために提供される。図面では、層及び領域の厚さは、明確にするために強調されている。層、領域又は基板のような要素が別の要素の「上」にあると言及されるとき、前記要素は、他の要素の上に直接存在できるか又は介在要素が存在できることも了解される。対照的に、要素が別の要素の「直上」にあると言及されるとき、介在要素は存在しない。「ウェーハ」とは、一つのウェーハ、ならびに複数のウェーハを包含していること、また、ウェーハキャリアーは、ウェーハに関するいかなる言及においても任意に包含される場合があることも了解される。更に、ウェーハは、処理工程中、異なるウエハキャリアーへと搬送できる。
【００１７】
本明細書で説明される発明は、ウェーハ処理装置と、前記装置のチャンバにおいて反応体メモリーを減少させるためのウェーハ処理方法である。図１には、代表的な被処理ウェーハ、例えば、本発明の態様にしたがって形成された半導体デバイス前駆体１０が記載してある。図１に示してあるように、ｎ−ＧａＮ層１２は、ＳｉＣ基板１４上に位置している。ｐ−ＧａＮ層１６は、ｎ−ＧａＮ層１２上に位置している。記載の構造は、本発明よって成長させることができる構造の単なる代表例であり、また、任意の方法で得られる構造を限定することを意図してはいない。詳しくは、得られる構造は、ＳｉＣ基板に限定されないが、ＧａＮ基板又はサファイヤ基板又は当業において公知の他の基板も含むことができる。同様に、基板上で成長される層は、図示されている層と異なっていてもよい。適当な層としては、ＩＩＩ−Ｖ族の層、ならびに当業において公知の他の層が挙げられ、ドープ層に限定されない。本明細書で使用しているように、「基板」という用語は、基板と、ならびにその上に１種以上の異なる材料から成る１種以上の堆積層を有する基板とを指している。用語「基板」及び「ウェーハ」は、本明細書を通じて同義である。
【００１８】
窒化ガリウムから成る２つ又は３つの層（ｎ型及びｐ型）を含む構造が図示してあるが、当業者には、デバイスが、１つ以上の量子井戸、又は超格子構造又はその両方を含むことができること、また、活性層（単数又は複数）は窒化ガリウム単独に比べて更に広範なＩＩＩ−Ｖ族化合物を含むことができることが了解される。しかしながら、本発明を明確に理解するために、これらの変体を詳細に説明する必要はないので、本明細書では詳細に検討しない。而して、より詳細なデバイスの関連部分は、本発明の範囲から逸脱せずに、「活性層」、「ダイオード部分」、「ダイオード領域」又は「ダイオード構造」と呼ぶこともできる。
【００１９】
多くの理由から、バッファー層は、炭化珪素基板と第一窒化ガリウム（又は他のＩＩＩ−Ｖ族）層との間に、構造の一部としてしばしば含まれる。多くの場合において、バッファー層は、窒化アルミニウム（ＡＮ）、ＡｌＧａＮの固定組成物、又は炭化珪素基板近傍のより高いアルミニウム濃度から、窒化ガリウムエピタキシャル層との界面におけるより高い窒化ガリウム濃度まで推移する窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）の濃度傾斜層を含むことができる。適当なバッファー層は、共有の米国特許第６，３７３，０７７号及び第６，６３０，６９０号でも開示されている。このタイプのデバイス中に組み込むことができ且つ本発明が特に適する他の構造部分としては、デバイスの全体的な結晶安定性を高めるための超格子構造、光の出力を増強するか若しくは特定の周波数に同調させるための量子井戸、又は追加の数の活性層とそれらの間の関係を提供することによってデバイスの明るさを増強するための多重量子井戸が挙げられる。更に、環境保全のために、デバイスのエピタキシャル層の暴露面を不動態化することが望ましい場合がある。
【００２０】
図２Ａ及び２Ｂには、多層デバイスを形成するための本発明による装置２０に関する概略図と、その使用法とが記載してある。装置は、２つの化学気相堆積チャンバ２４、２６と連絡しているトランスファーチャンバ２２を含む。また、装置２０は、それぞれがＣＶＤチャンバ２４，２６及びトランスファーチャンバ２２と連絡している２つの分離バルブ２８，３０；トランスファーチャンバ２２と連絡している充填バルブ３２；及びロードロックチャンバ３３も含む。ロードロックチャンバ３３は、乾燥ガス（すなわちＡｒ，Ｎ２）でパージされたグローブボックス又は充填バルブ３２を開ける前にバージできる真空チャンバ又は前記２つの組み合わせであることができる。ロードロックチャンバ３３と連絡している入力バルブ３５、ならびに搬送手段３４及び少なくとも一つのガス入口３６が含まれる。分離バルブ２８，３０、充填バルブ３２、及び入力バルブ３５は、選択的に開閉することができ、それにより、チャンバを、他のチャンバから且つ外部雰囲気から分離できる。図２Ａ及び２Ｂに示してある装置２０は、３つのガス入口３６，３８，４０を含む。ガス入口３６，３８，４０それぞれは、望み通りに入口を開閉するために、好ましくはバルブ４６，４８，５０を含む。ガス入口としては、トランスファーチャンバ入口３６及び反応チャンバ入口３８，４０が挙げられるが、それらに限定されない。装置は、好ましくは、トランスファーチャンバ排気４２及び反応チャンバ排気４３，４４も含む。排気４２，４３，４４それぞれは、望み通りに排気４２，４３，４４を開閉するために、好ましくはバルブ５２，５３，５４を含む。装置は、追加のチャンバ、例えば、堆積チャンバ、冷却チャンバ、又は当業において公知の他のチャンバも含み得ると考えられることに注目すべきである。更に、装置は、図２Ａ及び２Ｂに示した数よりも少ない入口及び排気を含むこともできると考えられる。同様に、装置は、記載されている数よりも多い入口及び排気を含むことができると考えられる。
【００２１】
本発明の一つの態様では、ウェーハ５６、例えばＳｉＣウェーハを、充填バルブ３２を閉位置に保ちながら入力バルブ３５を経由してロードロックチャンバ３３の中に配置する。ウェーハ５６は、任意に、ウェーハキャリアー上に置くことができる。ウェーハ５６をロードロックチャンバ３３の中に配置した後、入力バルブ３５を閉じ、ロードロックチャンバ３３を、例えばＮ２で排気又はパージして、ロードロックチャンバ３３から、Ｏ２及び水分ならびにできる限り多くの他の不純物を除去する。次に、分離バルブ２８，３０を閉じながら、ウェーハ５６を、充填バルブ３２を経由してトランスファーチャンバ２２に配置する。この場合、複数のウェーハを搬送できる。図２Ａに示してあるように、分離バルブ３０を閉じることによって、第二チャンバ２６をトランスファーチャンバ２２から分離し、そして、本明細書で検討される適当な環境を維持しながら、ウェーハ５６を第一チャンバ２４へと搬送する。ウェーハを搬送するための手段は、アームを含む。ウェーハ５６を第一チャンバ２４へと搬送した後、第一チャンバ２４とトランスファーチャンバ２２との間にある分離バルブ２８を好ましくは処理中閉じる。次に、第一チャンバ２４における化学気相堆積によって、エピタキシャル層、例えばｎ型エピタキシャル層をウェーハ５６上に堆積させる。
【００２２】
堆積させた後、第一チャンバ２４をパージして、堆積後にチャンバ２４に残留している気相堆積原料ガス及びドーパントを減少させ、次に、その被処理基板５８を、成長停止効果を最小限に抑えながら、分離バルブ２８を経由してトランスファーチャンバ２２へと搬送する。本明細書で使用している「パージする」という用語は、チャンバを排気する工程、ならびに、チャンバ中に存在しているガスを別のガスで置換する工程を含む。成長停止効果は、Ｈ２、Ｎ２、貴ガス、又はＶ族ガスのような適当な環境を用いることによって、最小限に抑えられる。気相堆積成長技術に適する圧力を用いることもできる。搬送中、トランスファーチャンバ２２と第二チャンバ２６との間にある分離バルブ３０を閉じたままにして、第一チャンバ２４に存在する該ドーパントガスが、第二チャンバ２６に入って、第二チャンバ２６における後の堆積に影響を及ぼさないようにする。成長停止効果の最小化は、成長停止効果を最小限に抑える環境中に基板を保持することによって得られる。成長停止効果は、好ましくは、装置全体にわたって、反応体ガスのポジティブフロー（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｆｌｏｗ）を維持することによって、最小限に抑えられる。
【００２３】
第二のエピタキシャル層の堆積は、図２Ｂに図示してある。図に示してあるように、第一チャンバ２４とトランスファーチャンバ２２との間にある分離バルブ２８を閉じ、そして、トランスファーチャンバ２２と第二チャンバ２６との間にある分離バルブ３０を開ける。次に、ウェーハ５８を、トランスファー手段３４を経由して、第二チャンバ２６に搬送する。ウェーハ５８を第二チャンバ２６へと搬送した後、第二チャンバ２６とトランスファーチャンバ３０との間にある分離バルブ３０を、好ましくは、エピタキシャル成長中閉じる。次に、第二チャンバ２６における化学気相堆積によって、エピタキシャル層、例えばｐ型エピタキシャル層を第一エピタキシャル層の上に堆積させる。
【００２４】
堆積させた後、第二チャンバ２６をパージして、堆積後にチャンバ２６に残留している気相堆積ガス及びドーパントの存在を減少させ、次に、その得られたデバイス６０を、成長停止効果を最小限に抑えながら、分離バルブ３０を経由してトランスファーチャンバ２２へと搬送する。成長停止効果は、Ｈ２、Ｎ２、貴ガス、又はＶ族ガスのような適当な環境を用いることによって、最小限に抑えられる。気相堆積成長技術に適する圧力を用いることもできる。搬送中、トランスファーチャンバ２２と第一チャンバとの間にある分離バルブ２８を閉じたままにして、第二チャンバ２６に存在するドーパントガスが、第一チャンバ２４に入って、第一チャンバ２４における後の堆積に影響を及ぼさないようにする。
【００２５】
所望の数の成長階段が完了したら、被処理ウェーハを、充填バルブ３２を経由して、トランスファーチャンバ２２からロードロックチャンバ３３へと搬送し、そして充填バルブ３２を閉じる。入力バルブ３５は、この搬送の間、閉じたままである。ロードロックチャンバ３３が適当な雰囲気に戻されたら、入力バルブ３５を開き、被処理ウェーハをロードロックチャンバ３３から取り出す。
【００２６】
図３には、本発明の追加の態様にしたがって成長させた例えば半導体デバイス前駆体のような多層構造６２が示してある。図１と同様に、図３は、本発明よって成長させることができる構造の単なる代表例であり、また、任意の方法で得られる構造を限定することを意図してはいない。詳しくは、得られる構造は、ＳｉＣ基板に限定されないが、ＧａＮ基板又はサファイヤ基板又は当業において公知の他の基板も含むことができる。同様に、基板上で成長される層は、図示されている層と異なっていてもよい。適当な層としては、ＩＩＩ−Ｖ族の層、ならびに当業において公知の他の層が挙げられ、ドープ層に限定されない。図３に示してあるように、ｎ−ＧａＮ層６４は、ＳｉＣ基板６６上に位置している。
ｐ−ＧａＮ層６８はｎ−ＧａＮ層６４上に位置しており、追加のｎ−ＧａＮ層７０はｐ−ＧａＮ層６８上に位置している。
【００２７】
一つの態様では、図３に図示されている追加のｎ−ＧａＮ層７０は、第二チャンバ２６をトランスファーチャンバ２２から分離しながら、被処理基板６０を、分離バルブ２８を経由してトランスファーチャンバ２２から第一チャンバ２４の中に搬送することによって、図２Ａ及び２Ｂの装置において形成できる。搬送後、堆積工程を第一チャンバ２４で行って、被処理ウェーハ６０上へと所望の層を成長させることができる。
【００２８】
堆積させた後、第一チャンバ２４をパージして、堆積後にチャンバ２４に残留している気相堆積ガス及びドーパントを減少させ、次に、その基板を、成長停止効果を最小限に抑えながら、分離バルブ２８を経由してトランスファーチャンバ２２へと搬送する。成長停止効果は、Ｈ２、Ｎ２、貴ガス、又はＶ族ガスのような適当な環境を用いることによって、最小限に抑えられる。気相堆積成長技術に適する圧力を用いることもできる。搬送中、トランスファーチャンバ２２と第二チャンバ２６との間にある分離バルブ３０を閉じたままにして、第一チャンバ２４に存在するドーパントガスが、第二チャンバ２６に入って、第二チャンバ２６における後の堆積に影響を及ぼさないようにする。
【００２９】
別の態様において、図３に図示してある追加のｎ−ＧａＮ層７０は、第三の堆積チャンバで堆積させる。図４Ａ−４Ｃは、多層デバイスを形成するための本発明による装置７２に関する概略図と、その使用法である。装置７２は、３つの化学気相堆積チャンバ７６，７８，８０それぞれと連絡するトランスファーチャンバ７４を含む。また、装置７２は、それぞれがＣＶＤチャンバ７６，７８，８０及びトランスファーチャンバ７４と連絡している３つの分離バルブ８２，８４，８６；トランスファーチャンバ７４と連絡している充填バルブ８８；及びロードロックチャンバ８９も含む。ロードロックチャンバ８９は、乾燥ガス（すなわちＮ２、Ａｒ）でパージされたグローブボックス又は充填バルブ８８を開ける前にバージできる真空チャンバであることができる。ロードロックチャンバ８９と連絡している入力バルブ９１、ならびに搬送手段８４及び少なくとも一つのガス入口９０が含まれる。分離バルブ８２，８４，８６；充填バルブ８８；及び入力バルブ９１は、選択的に開閉することができ、それにより、チャンバ７４，７６，７８，８０を互いに分離できる。図４Ａ−４Ｃに図示してある装置７２は、４つのガス入口９０，９２，９４，９６を含む。ガス入口９０，９２，９４，９６は、好ましくは、それぞれ、入口９０，９２，９４，９６を望み通りに開閉するためにバルブ１０２，１０４，１０６，１０８を含む。ガス入口としては、トランスファーチャンバ入口９０及び反応チャンバ入口９２，９４，９６が挙げられるが、それらに限定されない。また、装置は、好ましくは、トランスファーチャンバ排気９８及び反応チャンバ排気９９，１００，１０１も含む。排気９８，９９，１００，１０１は、好ましくは、それぞれ、排気９８，９９，１００，１０１を望み通りに開閉するためにバルブ１０９，１１０，１１１，１１２を含む。装置７２は、追加のチャンバ、例えば、堆積チャンバ、冷却チャンバ、又は当業において公知の他のチャンバ、ならびに追加の又はより少ない数の入口及び排気も含み得ると考えられることに注目すべきである。
【００３０】
本発明の態様では、ウェーハ１１４、例えばＳｉＣウェーハを、充填バルブ８８を閉位置に保ちながら入力バルブ９１を介してロードロックチャンバ８９の中に配置する。ウェーハ１１４は、任意に、ウェーハキャリアー上に置くことができる。ウェーハ１１４をロードロックチャンバ８９の中に配置した後、入力バルブ９１を閉じ、ロードロックチャンバ８９を、例えばＮ２でパージして、ロードロックチャンバ８９から、Ｏ２及び水分ならびに他のすべての不純物を除去する。次に、分離バルブ８２，８４，８６を閉じながら、ウェーハ１１４を、充填バルブ８８を経由してトランスファーチャンバ７４に配置する。この時、複数のウェーハを搬送できる。図４Ａに示してあるように、分離バルブ８４，８６を閉じることによって、第二及び第三チャンバ７８，８０をトランスファーチャンバ７４から分離し、そして、本明細書で検討される適当な環境を維持しながら、ウェーハ１１４を第一チャンバ７６へと搬送する。ウェーハ１１４を第一チャンバ７６へと搬送した後、第一チャンバ７６とトランスファーチャンバ７４との間にある分離バルブ８２を、好ましくは、処理中閉じる。次に、第一チャンバ７６における化学気相堆積によって、エピタキシャル層、例えばｎ型エピタキシャル層をウェーハ１１６上に堆積させる。
【００３１】
堆積させた後、第一チャンバ７６をパージして、堆積後にチャンバ７６に残留している気相堆積原料ガス及びドーパントを減少させ、次に、被処理基板１１６を、成長停止効果を最小限に抑えながら、分離バルブ８２を経由してトランスファーチャンバ７４へと搬送する。成長停止効果は、Ｈ２、Ｎ２、貴ガス、又はＶ族ガスのような適当な環境を用いることによって、最小限に抑えられる。気相堆積成長技術に適する圧力を用いることもできる。搬送中、トランスファーチャンバ７４と第二及び第三チャンバ７８，８０との間にある分離バルブ８４，８６を閉じたままにして、第一チャンバ７６に存在する該ドーパントガスが、第二及び第三チャンバ７８，８０に入って、第二及び第三チャンバ７８，８０における後の堆積に影響を及ぼさないようにする。
【００３２】
第二エピタキシャル層の堆積は、図４Ｂに図示してある。図に示してあるように、トランスファーチャンバ７４と第一及び第三チャンバ７６，８０との間にある分離バルブ８２，８６を閉じ、そして、トランスファーチャンバ７４と第二チャンバ７８との間にある分離バルブ８４を開ける。次に、ウェーハ１１６を、トランスファー手段１１８を経由して、第二チャンバ７８に搬送する。ウェーハ１１６を第二チャンバ７８へと搬送した後、第二チャンバ７８とトランスファーチャンバ７４との間にある分離バルブ８４を、好ましくは、処理中閉じる。次に、第二チャンバ７８において、化学気相堆積によって、エピタキシャル層、例えばｐ型エピタキシャル層を第一エピタキシャル層の上に堆積させる。
【００３３】
堆積させた後、第二チャンバ７８をパージして、堆積後にチャンバ７８に残留している気相堆積ガス及びドーパントの存在を減少させ、次に、その得られたデバイス１２０を、成長停止効果を最小限に抑えながら、分離バルブ８４を経由してトランスファーチャンバ７４へと搬送する。成長停止効果は、Ｈ２、Ｎ２、貴ガス、又はＶ族ガスのような適当な環境を用いることによって、最小限に抑えられる。気相堆積成長技術に適する圧力を用いることもできる。搬送中、トランスファーチャンバ７４と第一及び第三チャンバ７６，８０との間にある分離バルブ８２，８６を閉じたままにして、第二チャンバ７８に存在する該ドーパントガスが、第一及び第三チャンバ７６，８０に入って、後の堆積に影響を及ぼさないようにする。
【００３４】
第三のエピタキシャル層の堆積は、図４Ｃに示してある。図に示してあるように、トランスファーチャンバ７４と第一及び第二チャンバ７６，７８との間にある分離バルブ８２，８４を閉じ、そして、トランスファーチャンバ７４と第三チャンバ８０との間にある分離バルブ８６を開ける。次に、ウェーハ１２０を、トランスファー手段１２２を経由して、第三チャンバ８０に搬送する。ウェーハ１２０を第三チャンバ８０へと搬送した後、第三チャンバ８０とトランスファーチャンバ７４との間にある分離バルブ８６を、好ましくは、処理中閉じる。次に、第三チャンバ８０において、化学気相堆積によって、エピタキシャル層、例えばｎ型エピタキシャル層を第一エピタキシャル層の上に堆積させる。
【００３５】
堆積させた後、第三チャンバ８０をパージして、堆積後にチャンバ８０に残留している気相堆積ガス及びドーパントの存在を減少させ、次に、その得られたデバイス１２４を、成長停止効果を最小限に抑えながら、分離バルブ８６を経由してトランスファーチャンバ７４へと搬送する。追加の堆積工程を行う必要がある場合、成長停止効果は、適当な環境、例えばＨ２、Ｎ２、貴ガス、又はＶ族ガスを用いることによって、最小限に抑えることができる。気相堆積成長技術に適する圧力を用いることもできる。搬送中、トランスファーチャンバ７４と第一及び第二チャンバ７６，７８との間にある分離バルブ８２，８４を閉じたままにして、第三チャンバ８０に存在する該ドーパントガスが、第一及び第二チャンバ７６，７８に入って、後の堆積に影響を及ぼさないようにする。
【００３６】
好ましい担体（又はフロー）ガスは、貴ガス、窒素、アルゴン及び水素を含む。Ｉｌｌ−Ｖ族エピタキシャル層を形成するための好ましいＩＩＩ族原料ガスは、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、ハロゲン化ガリウム、ハロゲン化ジエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化ジエチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、ハロゲン化インジウム、ハロゲン化ジエチルインジウム、トリメチルアミンアラン及びそれらの混合物である。当業において公知の他のＩＩＩ族原料ガスも、本発明における使用に適すると考えられる。ＩＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層を形成するための好ましいＶ族原料ガスは、アンモニア、アルシン、フォスフィン、対称形ジメチルヒドラジン、非対称ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチルヒドラジン、それらの砒素及び燐の等価物及びそれらの混合物から成る群より選択される。当業において公知の他のＶ族原料ガスも、本発明における使用に適すると考えられる。反応体ガスとしてトリメチルガリウム及びアンモニアを選択するとき、得られるエピタキシャル層はＧａＮ層である。ＩＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層について本発明を説明してきたが、当業において公知の他のエピタキシャル層も、本発明によって形成されるデバイスで使用するのに適すると考えられる。
【００３７】
エピタキシャル層は、選択的に、ドープ又はアンドープであることができる。例えば、化学気相堆積チャンバを、共ドープ層（例えば、Ｓｉ及びＺｎでドープされたＧａＮ）を堆積させるために用いる必要がある場合、各化学気相堆積チャンバは、好ましくは、単一のドーパントガス又はドーパントガスの組み合わせを使用するために供される。化学気相堆積チャンバそれぞれを単一ドーパントに供することによって、得られるデバイス中の反応体メモリーは減少する。ドーパントは、それらのアクセプター又はドナー能力に関して選択される。ドナードーパントはｎ型導電性を有するドーパントであり、また、アクセプタドーパントはｐ型導電性を有するドーパントである。ＩＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層に関して、適当なｐ型ドーパントは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃ、及びそれらの混合物から成る群より選択される（しかし、必ずしもそれらに限定されない）。また、ＩＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層に関して、適当なｎ型ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｃ、それらの混合物から成る群より選択される。ドーパントは、所望のドーパント原子を含むドーパントガス供給源を用いることによって、システムに供給する。もちろん、ＩＩＩ−Ｖ族層以外の他のエピタキシャル層を実装する場合、それらの層に適するｐ型及びｎ型ドーパントも本発明の方法では企図される。
【００３８】
本発明によって堆積されるエピタキシャル層は、同じか又は異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物から独立に形成できる。異なる層が同じＩｌｌ−Ｖ族化合物から形成されるとき、それらの層に関して異なるドーピングを行うことができる。各堆積チャンバは好ましくは単一のドーパント原子に供されるが、ＩＩＩ族及びＶ族反応体ガスは、堆積中に、各堆積チャンバで変えることができる。また、ＩＩＩ族及びＶ族反応体ガスは、異なる堆積処理工程中に、特定のチャンバ内で変えることができる。
【００３９】
本発明の装置は、単一のガスシステム、同じガスシステム、類似のガスシステム又は分離ガスシステムを含む。スループットを最大にするための分離ガスシステムは、特に好ましい。更に、トランスファーチャンバを用いることによって、真空、Ｎ２／Ｈ２、貴ガス、及びＶ族超過圧を含む異なる環境間の搬送が可能となる。
【００４０】
既に検討したように、本発明の装置は、３つのＣＶＤ処理チャンバに限定されない。コスト、空間、及び要求制約条件によって許容される場合、装置は多数の処理チャンバを含むことができる。
【００４１】
他の態様では、供される処理チャンバに比べてより多くのドーパントが必要とされる場合、別の堆積チャンバで堆積を行いながら、それとは別のチャンバでベークアウト工程を行うことができる。成長堆積チャンバにおけるメモリー効果を排除するための他の工程としては、別のチャンバで堆積を行いながら、関連のチャンバをコーティングし、エッチングし、且つ／又はパージする工程が挙げられる。そのプロセスによって、ベークアウト手順中に成長停止効果及び処理時間の損失を招かずに堆積を継続できる。更に、追加のドーパントを、望み通りにデバイスの異なる層に導入してもよい。
【００４２】
別の態様では、複数の堆積成長工程が、異なる成長チャンバで同時に起こり得る。例えば、第一堆積チャンバ２４においてｎ型層を基板上に堆積させている間に、第二堆積チャンバ２６においてｐ型層を異なる基板上に堆積できると考えられる。異なる堆積工程を、堆積チャンバのそれぞれにおいて、同時に実行できると考えられる。更に、堆積工程の開始及び停止時間は、各堆積チャンバにおいて同じか又は異なっていることができる。更に、複数のウェーハを、エピタキシャル成長の間に任意の堆積チャンバ中に又はトランスファーチャンバ中に存在させることができる。
【００４３】
図面及び明細書において、本発明の典型的な態様を開示し、また特定の用語を用いたが、それらは、単に一般的及び説明的な意味で用いたのであって、本発明を限定するために用いたのではない。本発明の範囲は請求の範囲において規定される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一つの態様にしたがって形成された被処理ウェーハの概略図である。
【図２Ａ】本発明による２チャンバ装置と、その使用法とに関する概略図である。
【図２Ｂ】本発明による２チャンバ装置と、その使用法とに関する概略図である。
【図３】本発明の別の態様にしたがって形成された被処理ウェーハの概略図である。
【図４Ａ】本発明による３チャンバ装置と、その使用法とに関する概略図である。
【図４Ｂ】本発明による３チャンバ装置と、その使用法とに関する概略図である。
【図４Ｃ】本発明による３チャンバ装置と、その使用法とに関する概略図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【外国語明細書】
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