(57)【要約】  化学気相成長反応装置は、反応装置のチャンバと協働して該チャンバ内で反応ガスの層流を促進させる回転可能なウエハキャリヤを有している。前記化学気相成長反応装置は、ＬＥＤ等の製造に使用され得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応装置のチャンバと協働して該チャンバ内で反応ガスの層流を促進させる回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長反応装置。
【請求項２】
反応装置のチャンバ内において層流が促進されるように、その周囲で前記チャンバに対してシールされている回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長反応装置。
【請求項３】
チャンバ及び該チャンバ内に配置された回転可能なウエハキャリヤを備え、該ウエハキャリヤは前記チャンバ内において反応ガスの上方への流れを増大させるように構成されている化学気相成長反応装置。
【請求項４】
回転可能なウエハキャリヤ及び反応チャンバを備え、
該反応チャンバの底部が前記ウエハキャリヤによって実質的に定められる化学気相成長反応装置。
【請求項５】
チャンバと、該チャンバ内に配置されたウエハキャリヤと、前記チャンバの外に配置されたヒータとを備え、該ヒータは前記ウエハキャリヤを加熱するように構成されている化学気相成長反応装置。
【請求項６】
複数のチャンバと、共通の反応ガス供給システム及び共通のガス排出システムの少なくとも一方とを備える化学気相成長反応装置。
【請求項７】
ウエハキャリヤを備え、反応ガスが実質的に前記ウエハキャリヤの下側を流れないように構成されている化学気相成長反応装置。
【請求項８】
チャンバと、ウエハキャリヤと、前記チャンバ内の略中央に位置するガス注入口と、前記チャンバを通るガスの層流を促進するように、前記ウエハキャリヤの上部表面の上方に全て形成された少なくとも１つのガス排出口とを備える化学気相成長反応装置。
【請求項９】
反応装置チャンバを通って反応物質ガスを伝達させるステップを含み、前記反応ガス中の殆どの前記反応物質が、前記チャンバから排出される前に、ウエハの表面に接触するように通過させる化学気相成長方法。
【請求項１０】
チャンバとスピンドル駆動のウエハキャリヤとの間に形成された流路を介して、反応装置チャンバを通って反応物質ガスを伝達させるステップを含み、前記チャンバと前記ウエハキャリヤとの間の距離が、前記チャンバと前記ウエハキャリヤとを媒介する熱対流を軽減させるように十分に小さい、化学気相成長方法。
【請求項１１】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法。
【請求項１２】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含み、
前記半径方向の層流が、ウエハキャリヤを回転させることによって少なくとも部分的にもたらされる化学気相成長方法。
【請求項１３】
遠心力によって、反応装置のチャンバ内で略半径方向の反応ガスの層流を、少なくとも部分的にもたらすステップを含む化学気相成長方法。
【請求項１４】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含み、
前記半径方向の層流が、前記チャンバ内の略中央に位置するガス注入口及び略前記チャンバ内の周縁部に配置された少なくとも１つのガス排出口によって部分的にもたらされ、且つウエハキャリヤの回転によって部分的にもたらされる化学気相成長方法。
【請求項１５】
中央に配置された反応ガス注入口を介してチャンバ内に反応ガスを供給すること、及び、ウエハキャリヤの上部表面の真上に配置され、周縁部に位置する少なくとも１つの反応ガス排出口を介して前記チャンバから反応ガスを排出することによって、反応装置内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法。
【請求項１６】
共通のガス供給装置から、複数のチャンバに反応ガスを共有するステップを含む化学気相成長方法。
【請求項１７】
共通のガス排出システムを介してチャンバからガスを排出させるステップを含む化学気相成長方法。
【請求項１８】
ウエハキャリヤの下方に反応ガスを実質的に流すこと無く、前記ウエハキャリヤの上全体に前記反応ガスを流すステップを含む化学気相成長反応装置用の方法。
【請求項１９】
層状のガスの流れが促進されるように、チャンバを通り、前記チャンバ内の、ウエハキャリヤの上部表面の真上上方に形成されたガス排出口から出るように反応ガスを流すステップを含む化学気相成長反応装置用の方法。
【請求項２０】
チャンバと、
該チャンバ内に配置され且つ該チャンバの一部と共に流路を定めるウエハキャリヤと、
該ウエハキャリヤを回転させるためのシャフトとを備え、
前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が、前記流路を通って略層状のガスの流れを生じるように十分に狭い化学気相成長反応装置。
【請求項２１】
前記ウエハキャリヤの回転によって生じる遠心力が、前記チャンバ内で外方向へのガスの動きを生じるように、前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が十分に狭い請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項２２】
反応ガスが反応物質を含み、
前記反応ガス中の前記反応物質の多くの部分が、前記チャンバから出る前にウエハ表面に接触するように、前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が十分に狭い請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項２３】
反応ガスが反応物質を含み、
前記反応ガス中の前記反応物質の大部分が、前記チャンバから出る前にウエハ表面に接触するように、前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が十分に狭い請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項２４】
前記チャンバと前記ウエハキャリヤとの間の熱対流を軽減するように、前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が十分に狭い請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項２５】
前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が約２インチ未満である請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項２６】
前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が、約０．５インチおよび約１．５インチの間である請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項２７】
前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が、約０．７５インチである請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項２８】
前記ウエハキャリヤの上方に、且つそれに対して略中心に形成されたガス注入口をさらに備える請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項２９】
前記チャンバが円筒によって定められる請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３０】
前記チャンバが、前記チャンバの最上部を定める略平坦な１つの壁と、前記チャンバの前記最上部の略中央に位置する前記反応ガス注入口とを備える円筒によって定められる請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３１】
前記ウエハキャリヤが、その軸の周りに回転するように構成されており、
前記反応ガス注入口が、前記ウエハキャリヤの前記軸に対して略同軸状に配置されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３２】
前記反応ガス注入口が、前記チャンバの直径の約１／５未満の直径を有する請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３３】
前記反応ガス注入口が、約２インチ未満の直径を有する請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３４】
前記反応ガス注入口が、約０．２５インチ及び約１．５インチの間の直径を有する請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３５】
前記反応ガスが、前記チャンバ内で略水平に流れるように制限される請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３６】
前記反応ガスが、前記流路を通って略水平に流れるように制限される請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３７】
前記反応ガスが、回転するウエハキャリヤによって、少なくとも部分的に外方向に流れるようになる請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３８】
前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方に形成された、少なくとも１つの反応ガス排出口をさらに備える請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項３９】
前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方かつ前記チャンバの最上部の下方に形成された、少なくとも１つの反応ガス排出口をさらに備える請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４０】
前記チャンバ内の略中心上に形成された反応ガス注入口と、
前記チャンバに形成された少なくとも１つの反応ガス排出口とをさらに備え、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが記チャンバ内で前記反応ガス排出口の下方に配置されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４１】
前記チャンバ内の略中心上に形成された反応ガス注入口と、
前記チャンバに形成された少なくとも１つの反応ガス排出口と、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置され、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進するように構成された円形の拡散器をさらに備え、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが、前記チャンバ内で、前記反応ガス排出口の下方に配置されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４２】
前記チャンバ内の略中心上に形成された反応ガス注入口と、
前記チャンバに形成された複数の反応ガス排出口と、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置され、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進するように構成された円形の拡散器をさらに備え、
前記円形の拡散器が、内側表面および外側表面を有する実質的に中空の環と、前記内側表面に形成された複数の開口と、前記外側表面に形成された複数の開口とを備え、
前記内側表面の開口が、前記ウエハキャリヤの上の反応ガスの流れの均一性を促進し、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが、前記チャンバ内で、前記反応ガス排出口の下方に配置されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４３】
前記チャンバ内の略中心上に形成された反応ガス注入口と、
前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方に形成された複数の反応ガス排出口と、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置され、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進するように構成された円形の拡散器をさらに備え、
前記円形の拡散器が、内側表面および外側表面を有する実質的に中空の環と、前記内側表面に形成された複数の開口と、前記外側表面に形成された複数の開口とを備え、
前記内側表面の開口が、前記ウエハキャリヤの上の反応ガスの流れの均一性を促進するように、そこを流れる反応ガスの流れに対して十分な制限を生じるように構成され、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが、前記チャンバ内で、前記反応ガス排出口の下方に配置されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４４】
前記チャンバ内の略中心上に形成された反応ガス注入口と、
前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方に形成された複数の反応ガス排出口と、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置され、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進するように構成された円形の拡散器をさらに備え、
前記円形の拡散器が、過熱されたアンモニアによって生じる劣化に耐性のある物質を含み、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが、前記チャンバ内で、前記反応ガス排出口の下方に配置されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４５】
前記チャンバ内の略中心上に形成された反応ガス注入口と、
前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方に形成された複数の反応ガス排出口と、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置され、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進するように構成された円形の拡散器をさらに備え、
前記円形の拡散器が、グラファイト、ＳｉＣで被覆されたグラファイト、ＳｉＣ石英、又はモリブデンの少なくとも一つを含み、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが、前記チャンバ内で、前記反応ガス排出口の下方に配置されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４６】
前記ウエハキャリヤと前記チャンバとの間に配置されたシールをさらに備え、
前記シールが、前記反応ガス排出口以外から前記チャンバ外への反応ガスの流れを軽減するように構成されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４７】
前記ウエハキャリヤと前記チャンバとの間に配置された円形のシールをさらに備え、
前記円形のシールが、前記反応ガス排出口以外から前記チャンバ外への反応ガスの流れを軽減するように構成されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４８】
前記ウエハキャリヤと前記チャンバとの間に配置された円形のシールをさらに備え、
前記円形のシールが、前記反応ガス排出口以外から前記チャンバ外への反応ガスの流れを軽減するように構成され、
前記円形のシールが、グラファイト、石英、及びＳｉＣの少なくとも一つを含む請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項４９】
前記チャンバの外部であり、前記ウエハキャリヤの近傍に配置されたヒータアセンブリをさらに備える請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５０】
前記チャンバの外部であり、前記ウエハキャリヤの近傍に配置された誘導ヒータアセンブリをさらに備える請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５１】
前記チャンバの外部であり、前記ウエハキャリヤの近傍に配置された放射ヒータアセンブリをさらに備える請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５２】
前記チャンバの外部であり、前記ウエハキャリヤの近傍に配置されたヒータアセンブリと、
反応ガスの前記ヒータとの接触を軽減するように構成されたヒータパージシステムとをさらに備える請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５３】
前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に導入される反応ガスの量を制御するように構成されたガス流のコントローラを備える請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５４】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するキャリヤガス注入口と、
該キャリヤガス注入口と流体相互作用するアルキル注入口と、
前記キャリヤガス注入口と流体相互作用するアンモニア注入口とをさらに備える請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５５】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するキャリヤガス注入口と、
該キャリヤガス注入口と流体相互作用するアルキル注入口と、
前記キャリヤガス注入口と流体相互作用するアンモニア注入口とをさらに備え、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を促進するように、前記アルキル注入口及び前記アンモニア注入口が前記チャンバの近傍に配置されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５６】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するキャリヤガス注入口と、
前記反応ガス注入口を通るアンモニア導管とをさらに備え、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を維持するように、前記アンモニア導管が構成されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５７】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するキャリヤガス注入口と、
内側のアンモニア流体導管および外側のアルキル流体導管を定めるように、前記反応ガス注入口を通るアンモニア導管とをさらに備え、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を維持するように、前記内側のアンモニア流体導管および前記外側のアルキル流体導管が構成されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５８】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するアンモニア注入口と、
内側のアルキル流体導管および外側のアンモニア流体導管を定めるように、前記反応ガス注入口を通るアルキル導管とをさらに備え、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を維持するように、前記内側のアルキル流体導管および前記外側のアンモニア流体導管が構成されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項５９】
前記反応ガス注入口と流体相互作用する外側の管と、
少なくとも部分的に前記外側の管内に配置され、前記反応ガス注入口と流体相互作用する内側の管とをさらに備え、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を促進するように、前記外側の管および前記内側の管が構成されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項６０】
前記反応ガス注入口と流体相互作用する外側の管と、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を促進し、アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入後の混合を促進するように、前記外側の管および前記内側の管が相互に略同軸状に構成されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項６１】
前記ウエハキャリヤが、少なくとも３枚の２インチの円形ウエハを支持するように構成され、
複数のガス注入口をさらに備え、
各々のガス注入口が、前記ウエハキャリヤの異なる部分に反応ガスを概ね供給するように構成されている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項６２】
前記ウエハキャリヤが、少なくとも３枚の２インチの円形ウエハを支持するように構成され、
前記ウエハキャリヤの異なる部分に反応ガスを概ね供給するように構成された複数のガス注入口と、
各々のガス注入口を介して前記チャンバ内に導入される反応ガスの量を制御するように構成されたガス流のコントローラとをさらに備えている請求項２０に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項６３】
ウエハキャリヤを含むチャンバを準備するステップと、
前記ウエハキャリヤを軸の周りに回転させるステップと、
前記チャンバの一部および前記ウエハキャリヤの間に略層状のガスの流れを発生させるステップとを含む化学気相成長方法。
【請求項６４】
前記ウエハキャリヤの回転によって生じる遠心力が、前記チャンバ内で外方向へのガスの動きを生じるように、前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が十分に狭い請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項６５】
反応ガスが反応物質を含み、
前記反応ガス中の前記反応物質の多くの部分が、前記チャンバから出る前にウエハ表面に接触するように、前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が十分に狭い請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項６６】
反応ガスが反応物質を含み、
前記反応ガス中の前記反応物質の大部分が、前記チャンバから出る前にウエハ表面に接触するように、前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が十分に狭い請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項６７】
前記チャンバと前記ウエハキャリヤとの間の熱対流を軽減するように、前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が十分に狭い請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項６８】
前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が約２インチ未満である請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項６９】
前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が、約０．５インチおよび約１．５インチの間である請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７０】
前記ウエハキャリヤと前記チャンバの前記一部との間の距離が、約０．７５インチである請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７１】
前記ウエハキャリヤの上方に、且つそれに対して略中心に形成されたガス注入口をさらに備える請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７２】
前記チャンバが円筒によって定められる請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７３】
前記チャンバが、前記チャンバの最上部を定める略平坦な１つの壁を有する円筒によって定められ、
反応ガス注入口が、前記チャンバの前記最上部の略中央に形成されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７４】
前記ウエハキャリヤの軸に対して略同軸状に配置されている反応ガス注入口を介して前記チャンバに反応ガスを導入するステップをさらに含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７５】
反応ガスが、前記チャンバの直径の約１／５未満の直径を有する反応ガス注入口を介して前記チャンバに導入される請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７６】
反応ガスが、約２インチ未満の直径を有する反応ガス注入口を介して前記チャンバに導入される請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７７】
反応ガスが、約０．２５インチ及び約１．５インチの間の直径を有する反応ガス注入口を介して前記チャンバに導入される請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７８】
反応ガスが、前記チャンバ内で略水平に流れるように制限される請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項７９】
反応ガスが、前記チャンバとウエハキャリヤとの協働によって定められる流路を通って略水平に流れるように制限される請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８０】
反応ガスが、回転するウエハキャリヤによって、少なくとも部分的に外方向に流れるようになる請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８１】
少なくとも１つの反応ガスが、前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方に形成された反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出する請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８２】
少なくとも１つの反応ガス排出口が、前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方かつ前記チャンバの最上部の下方に形成されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８３】
反応ガス注入口が前記チャンバの略中心上に形成され、
少なくとも１つの反応ガス排出口が前記チャンバに形成され、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが前記チャンバ内で前記反応ガス排出口の下方に配置されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８４】
反応ガス注入口が前記チャンバ内の略中心上に形成され、
複数の反応ガス排出口が前記チャンバに形成され、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが前記チャンバ内で前記反応ガス排出口の下方に配置され、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置された円形の拡散器が、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進する請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８５】
反応ガス注入口が前記チャンバ内の略中心上に形成され、
複数の反応ガス排出口が前記チャンバに形成され、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが前記チャンバ内で前記反応ガス排出口の下方に配置され、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置された円形の拡散器が、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進し、
前記円形の拡散器が、内側表面および外側表面を有する実質的に中空の環と、前記内側表面に形成された複数の開口と、前記外側表面に形成された複数の開口とを備え、
前記内側表面の開口が、前記ウエハキャリヤの上の反応ガスの流れの均一性を促進する請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８６】
反応ガス注入口が前記チャンバ内の略中心上に形成され、
複数の反応ガス排出口が、前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方に形成され、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが前記チャンバ内に配置され、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置された円形の拡散器が、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進し、
前記円形の拡散器が、内側表面および外側表面を有する実質的に中空の環と、前記内側表面に形成された複数の開口と、前記外側表面に形成された複数の開口とを備え、
前記内側表面の開口が、前記ウエハキャリヤの上の反応ガスの流れの均一性を促進するように、そこを流れる反応ガスの流れに対して十分な制限を生じるように構成されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８７】
反応ガス注入口が前記チャンバ内の略中心上に形成され、
複数の反応ガス排出口が、前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方に形成され、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが前記チャンバ内に配置され、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置された円形の拡散器が、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進し、
前記円形の拡散器が、過熱されたアンモニアによって生じる劣化に耐性のある物質を含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８８】
反応ガス注入口が前記チャンバ内の略中心上に形成され、
複数の反応ガス排出口が、前記チャンバにおいてウエハキャリヤの上方に形成され、
前記反応ガスが、前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバを通り、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバから流出するように、前記チャンバ最上部と前記ウエハキャリヤとの間に前記流路を定めるために、前記ウエハキャリヤが前記チャンバ内に配置され、
前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置された円形の拡散器が、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口への層流を促進し、
前記円形の拡散器が、グラファイト、ＳｉＣで被覆されたグラファイト、ＳｉＣ石英、又はモリブデンの少なくとも一つを含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項８９】
前記ウエハキャリヤによって複数のウエハを支持するステップと、
前記ウエハキャリヤと前記チャンバとの間に配置されたシールを介して、前記反応ガス排出口以外から前記チャンバ外への反応ガスの流れを軽減するステップとをさらに含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９０】
前記ウエハキャリヤによって複数のウエハを支持するステップと、
前記ウエハキャリヤと前記チャンバとの間に配置された円形のシールを介して、前記反応ガス排出口以外から前記チャンバ外への反応ガスの流れを軽減するステップとをさらに含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９１】
前記ウエハキャリヤによって複数のウエハを支持するステップと、
前記ウエハキャリヤと前記チャンバとの間に配置された円形のシールを介して、前記反応ガス排出口以外から前記チャンバ外への反応ガスの流れを軽減するステップとをさらに含み、
前記円形のシールが、グラファイト、石英、及びモリブデンの少なくとも一つを含み、構成されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９２】
前記チャンバ内に配置された少なくとも１つのウエハを、前記チャンバの外側で前記ウエハキャリヤの近傍に配置されたヒータアセンブリを介して加熱するステップをさらに含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９３】
前記チャンバ内に配置された少なくとも１つのウエハを、前記チャンバの外側で前記ウエハキャリヤの近傍に配置された誘導ヒータアセンブリを介して加熱するステップをさらに含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９４】
前記チャンバ内に配置された少なくとも１つのウエハを、前記チャンバの外側で前記ウエハキャリヤの近傍に配置された放射ヒータアセンブリを介して加熱するステップをさらに含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９５】
前記チャンバ内に配置された少なくとも１つのウエハを、前記チャンバの外側で前記ウエハキャリヤの近傍に配置されたヒータアセンブリを介して加熱するステップと、
反応ガスの前記ヒータへの接触を、ヒータパージシステムによって軽減させるステップとをさらに含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９６】
前記チャンバ内に導入されるガスの量を、ガス流のコントローラによって制御するステップをさらに含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９７】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するキャリヤガス注入口を介して前記チャンバにキャリヤガスを供給するステップと、
前記キャリヤガス注入口と流体相互作用するアルキル注入口を介して前記チャンバにアルキルを供給するステップと、
前記キャリヤガス注入口と流体相互作用するアンモニア注入口を介して前記チャンバにアンモニアを供給するステップとをさらに含む請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９８】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するキャリヤガス注入口を介して前記チャンバにキャリヤガスを供給するステップと、
前記キャリヤガス注入口と流体相互作用するアルキル注入口を介して前記チャンバにアルキルを供給するステップと、
前記キャリヤガス注入口と流体相互作用するアンモニア注入口を介して前記チャンバにアンモニアを供給するステップとをさらに含み、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を促進するように、前記アルキル注入口及び前記アンモニア注入口が前記チャンバの近傍に配置されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項９９】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するアルキル導管を介して前記チャンバにアルキルを供給するステップと、
前記反応ガス注入口を通るアンモニア導管を介して前記チャンバにアンモニアを供給するステップとをさらに含み、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を維持するように、前記アンモニア導管が構成されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項１００】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するアルキル導管を介して前記チャンバにアルキルを供給するステップと、
前記反応ガス注入口を通るアンモニア導管を介して前記チャンバにアンモニアを供給するステップとをさらに含み、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を維持するように、内側の前記アンモニア導管および外側の前記アルキル導管が構成されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項１０１】
前記反応ガス注入口と流体相互作用するアルキル導管を介して前記チャンバにアルキルを供給するステップと、
前記反応ガス注入口を通るアンモニア導管を介して前記チャンバにアンモニアを供給するステップとをさらに含み、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を維持するように、内側の前記アルキル導管および外側の前記アンモニア導管が構成されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項１０２】
外側の管を介して前記チャンバに第１のガスを供給するステップと、
前記外側の管内に少なくとも平行に配置された内側の管を介して前記チャンバに第２のガスを供給するステップとをさらに含み、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を促進するように、前記外側の管および前記内側の管が構成されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項１０３】
外側の管を介して前記チャンバに第１のガスを供給するステップと、
前記外側の管内に少なくとも平行に配置された内側の管を介して前記チャンバに第２のガスを供給するステップとをさらに含み、
アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入前の分離を促進し、アルキル及びアンモニアの前記チャンバ内への導入後の混合を促進するように、前記外側の管および前記内側の管が相互に略同軸状に構成されている請求項６３に記載の化学気相成長方法。
【請求項１０４】
反応装置と、
チャンバ内に配置されたウエハキャリヤとを備え、
該ウエハキャリヤが、遠心力によって反応ガスの外方向への流れを促進させるように構成されている化学気相成長反応装置。
【請求項１０５】
前記ウエハキャリヤが、回転するウエハキャリヤを備えている請求項１０４に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１０６】
前記ウエハキャリヤが、望ましくは約５００ｒｐｍよりも高速に回転するように構成されている請求項１０４に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１０７】
前記ウエハキャリヤが、約１００ｒｐｍ及び約１５００ｒｐｍの間で回転するように構成されている請求項１０４に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１０８】
前記ウエハキャリヤが、約８００ｒｐｍで回転するように構成されている請求項１０４に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１０９】
ガス供給装置が、複数の前記反応ガスが前記チャンバ内部に入るまで前記反応ガスが相互に分離された状態を維持するように構成されている請求項１０４に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１１０】
少なくとも１つの反応ガスを前記チャンバに供給する外側の流体導管と、
該外側の流体導管内に配置され、少なくとも１つの別の反応ガスを前記チャンバに供給するように構成された少なくとも１つの内側の流体導管とをさらに備え、
前記内側及び外側の流体導波管が、前記反応ガスの分離を促進する請求項１０４に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１１１】
少なくとも１つの反応ガスを前記チャンバに供給する外側の流体導管と、
該外側の流体導管内に同軸状に配置され、少なくとも１つの別の反応ガスを前記チャンバに供給するように構成された少なくとも１つの内側の流体導管とをさらに備え、
前記内側及び外側の流体導波管が、前記反応ガスの分離を促進する請求項１０４に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１１２】
反応チャンバを準備するステップと、
前記チャンバ内に配置されたウエハキャリヤを準備するステップと、
遠心力によって反応ガスの外方向への流れを促進するように、前記ウエハキャリヤを回転するステップとを含む化学気相成長方法。
【請求項１１３】
前記ウエハキャリヤを回転する前記ステップが、前記ウエハキャリヤを約５００ｒｐｍよりも高速に回転させるステップを含む請求項１１２に記載の化学気相成長方法。
【請求項１１４】
前記ウエハキャリヤを回転する前記ステップが、前記ウエハキャリヤを約１００ｒｐｍ及び約１５００ｒｐｍの間で回転させるステップを含む請求項１１２に記載の化学気相成長方法。
【請求項１１５】
前記ウエハキャリヤを回転する前記ステップが、前記ウエハキャリヤを約８００ｒｐｍで回転させるステップを含む請求項１１２に記載の化学気相成長方法。
【請求項１１６】
複数の反応ガスが前記チャンバ内部に入るまで、前記反応ガスが相互に分離された状態が維持される請求項１１２に記載の化学気相成長方法。
【請求項１１７】
外側の流体導管を介して前記チャンバに第１の反応ガスを伝達させるステップと、
前記外側の流体導管内に配置された、少なくとも１つの内側の流体導管を介して、前記チャンバに第２の反応ガスを伝達させるステップとを含み、
前記内側及び外側の流体導波管が、前記反応ガスの分離を促進する請求項１１２に記載の化学気相成長方法。
【請求項１１８】
外側の流体導管を介して前記チャンバに第１の反応ガスを伝達させるステップと、
前記外側の流体導管内に配置された、少なくとも１つの内側の流体導管を介して、前記チャンバに第２の反応ガスを伝達させるステップとを含み、
前記内側及び外側の流体導波管が、相互に略同軸状に構成されており、前記反応ガスの分離を促進する請求項１１２に記載の化学気相成長方法。
【請求項１１９】
少なくとも１枚のウエハを収容するに構成された反応装置チャンバと、
前記チャンバの外側に配置され、前記ウエハを過熱するように構成されたヒータとを備える化学気相成長反応装置。
【請求項１２０】
少なくとも１枚のウエハを支持するように構成されたウエハキャリヤを、さらに備える請求項１１９に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１２１】
前記チャンバ内で回転し、且つ複数のウエハを支持するように構成されたウエハキャリヤを、さらに備える請求項１１９に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１２２】
前記チャンバの底を定め、前記チャンバ内で回転し、且つ複数のウエハを支持するように構成されたウエハキャリヤを、さらに備える請求項１１９に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１２３】
前記チャンバの底を定め、前記チャンバ内で回転し、複数のウエハを支持するように構成されたウエハキャリヤと、
前記ウエハキャルヤ及び前記チャンバの側部の間のガスの流れを軽減する円形のシールとを、さらに備える請求項１１９に記載の化学気相成長反応装置。
【請求項１２４】
少なくとも１枚のウエハを収容する反応装置チャンバを準備するステップと、
前記チャンバの外側に配置されたヒータによって前記ウエハを過熱するステップとを含む化学気相成長方法。
【請求項１２５】
ウエハキャリヤでウエハを支持するステップをさらに含む請求項１２４に記載の化学気相成長方法。
【請求項１２６】
前記チャンバ内でウエハキャリヤを回転するステップをさらに含む請求項１２４に記載の化学気相成長方法。
【請求項１２７】
前記チャンバ内で回転し、且つ複数のウエハを支持するように構成されたウエハキャリヤで前記チャンバの底を定めるステップをさらに含む請求項１２４に記載の化学気相成長方法。
【請求項１２８】
前記チャンバ内で回転し、且つ複数のウエハを支持するように構成されたウエハキャリヤで前記チャンバの底を定めるステップと、
前記ウエハキャルヤ及び前記チャンバの側部の間のガスの流れを、円形のシールで軽減するステップとを、さらに含む請求項１２４に記載の化学気相成長方法。
【請求項１２９】
複数の反応装置チャンバと、
前記チャンバに反応ガスを供給するように構成された共通のガス供給システムと、
前記チャンバからガスを排出するように構成された共通のガス排出システムとを備える化学気相成長システム。
【請求項１３０】
各チャンバ内に配置されたウエハキャリヤをさらに備え、
前記ウエハキャリヤが１２枚未満のウエハを支持するように構成されている請求項１２９に記載の化学気相成長システム。
【請求項１３１】
複数の反応装置チャンバを準備するステップと、
共通のガス供給システムを介して前記チャンバに反応ガスを供給するステップと、
共通のガス排出システムを介して前記チャンバからガスを排出するステップとを含む化学気相成長方法。
【請求項１３２】
各々の前記チャンバ内に配置されたウエハキャリヤ上に、１２枚未満のウエハを支持するステップをさらに含む請求項１３１に記載の化学気相成長方法。
【請求項１３３】
反応ガス中の反応物質の大部分が、前記チャンバから排出される前にウエハ表面に接触するように、反応装置チャンバを介して反応ガスを伝達するステップを含む化学気相成長方法によって製造されたウエハ。
【請求項１３４】
反応装置チャンバ及びウエハキャリヤの間に形成された流路を介して、前記チャンバを通って反応ガスを伝達させるステップを含む化学気相成長方法であって、
前記チャンバと前記ウエハキャリヤとの間の距離が、前記チャンバと前記ウエハキャリヤとを媒介する熱対流を軽減させるように十分に小さい、化学気相成長方法によって製造されたウエハ。
【請求項１３５】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法によって製造されたウエハ。
【請求項１３６】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法であって、
前記チャンバ内の略中央に位置するガス注入口及び略前記チャンバ内の周縁部に配置された少なくとも１つのガス排出口によって、前記半径方向の層流が、少なくとも部分的にもたらされる化学気相成長方法によって製造されたウエハ。
【請求項１３７】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法であって、
ウエハキャリヤを回転させることによって、前記半径方向の層流が、少なくとも部分的にもたらされる化学気相成長方法によって製造されたウエハ。
【請求項１３８】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の流れを、遠心力によってもたらすステップを含む化学気相成長方法によって製造されたウエハ。
【請求項１３９】
中央に配置された反応ガス注入口を介してチャンバ内に反応ガスを供給すること、及び、周縁部に位置する少なくとも１つの反応ガス排出口を介して前記チャンバから反応ガスを排出することによって、反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法によって製造されたウエハ。
【請求項１４０】
少なくとも２つの反応物質ガスを相互に略分離した状態を維持するステップと、
前記ガスを略混合し、且つ略半径方向の流れを提供するように、前記ガスをチャンバ内に導入するステップとを含む化学気相成長方法によって製造されたウエハ。
【請求項１４１】
反応装置チャンバ内に配置された少なくとも１枚のウエハを、前記反応装置チャンバの外側に配置された少なくとも１つのヒータで過熱するステップを含む化学気相成長方法によって製造されたウエハ。
【請求項１４２】
反応ガス中の反応物質の大部分が、前記チャンバから排出される前にウエハ表面に接触するように、反応装置チャンバを介して反応ガスを伝達するステップを含む化学気相成長方法によって製造されたダイ。
【請求項１４３】
反応装置チャンバ及びウエハキャリヤの間に形成された流路を介して、前記チャンバを通って反応ガスを伝達させるステップを含む化学気相成長方法であって、
前記チャンバと前記ウエハキャリヤとの間の距離が、前記チャンバと前記ウエハキャリヤとを媒介する熱対流を軽減させるように十分に小さい、化学気相成長方法によって製造されたダイ。
【請求項１４４】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法によって製造されたダイ。
【請求項１４５】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法であって、
前記チャンバ内の略中央に位置するガス注入口及び略前記チャンバ内の周縁部に配置された少なくとも１つのガス排出口によって、前記半径方向の層流が、少なくとも部分的にもたらされる化学気相成長方法によって製造されたダイ。
【請求項１４６】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法であって、
ウエハキャリヤを回転させることによって、前記半径方向の層流が、少なくとも部分的にもたらされる化学気相成長方法によって製造されたダイ。
【請求項１４７】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の流れを、遠心力によってもたらすステップを含む化学気相成長方法によって製造されたダイ。
【請求項１４８】
中央に配置された反応ガス注入口を介してチャンバ内に反応ガスを供給すること、及び、周縁部に位置する少なくとも１つの反応ガス排出口を介して前記チャンバから反応ガスを排出することによって、反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法によって製造されたダイ。
【請求項１４９】
少なくとも２つの反応物質ガスを相互に略分離した状態を維持するステップと、
前記ガスを略混合し、且つ略半径方向の流れを提供するように、前記ガスをチャンバ内に導入するステップとを含む化学気相成長方法によって製造されたダイ。
【請求項１５０】
反応装置チャンバ内に配置された少なくとも１枚のウエハを、前記反応装置チャンバの外側に配置された少なくとも１つのヒータで過熱するステップを含む化学気相成長方法によって製造されたダイ。
【請求項１５１】
反応ガス中の反応物質の大部分が、前記チャンバから排出される前にウエハ表面に接触するように、反応装置チャンバを介して反応ガスを伝達するステップを含む化学気相成長方法によって製造されたＬＥＤ。
【請求項１５２】
反応装置チャンバ及びウエハキャリヤの間に形成された流路を介して、前記チャンバを通って反応ガスを伝達させるステップを含む化学気相成長方法であって、
前記チャンバと前記ウエハキャリヤとの間の距離が、前記チャンバと前記ウエハキャリヤとを媒介する熱対流を軽減させるように十分に小さい、化学気相成長方法によって製造されたＬＥＤ。
【請求項１５３】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法によって製造されたＬＥＤ。
【請求項１５４】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法であって、
前記チャンバ内の略中央に位置するガス注入口及び略前記チャンバ内の周縁部に配置された少なくとも１つのガス排出口によって、前記半径方向の層流が、少なくとも部分的にもたらされる化学気相成長方法によって製造されたＬＥＤ。
【請求項１５５】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法であって、
ウエハキャリヤを回転させることによって、前記半径方向の層流が、少なくとも部分的にもたらされる化学気相成長方法によって製造されたＬＥＤ。
【請求項１５６】
反応装置のチャンバ内で略半径方向の流れを、遠心力によってもたらすステップを含む化学気相成長方法によって製造されたＬＥＤ。
【請求項１５７】
中央に配置された反応ガス注入口を介してチャンバ内に反応ガスを供給すること、及び、周縁部に位置する少なくとも１つの反応ガス排出口を介して前記チャンバから反応ガスを排出することによって、反応装置のチャンバ内で略半径方向の層流をもたらすステップを含む化学気相成長方法によって製造されたＬＥＤ。
【請求項１５８】
少なくとも２つの反応物質ガスを相互に略分離した状態を維持するステップと、
前記ガスを略混合し、且つ略半径方向の流れを提供するように、前記ガスをチャンバ内に導入するステップとを含む化学気相成長方法によって製造されたＬＥＤ。
【請求項１５９】
反応装置チャンバ内に配置された少なくとも１枚のウエハを、前記反応装置チャンバの外側に配置された少なくとも１つのヒータで過熱するステップを含む化学気相成長方法によって製造されたＬＥＤ。
【請求項１６０】
反応装置チャンバ内に配置された少なくとも１枚のウエハを、前記反応装置チャンバの外側に配置された少なくとも１つのヒータで過熱するステップを含む化学気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね、III−Ｖ族の半導体エピタキシーに使用されるような化学気相成長（ＣＶＤ）反応装置に関する。本発明は特に、熱対流の低い成長条件および高いスループットを提供するように構成されたＣＶＤ反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
III−Ｖ族の化合物の金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）は、周期律表のIII族の有機金属及び周期律表Ｖ族の水素化物の間の化学反応を使用する、薄膜成長プロセスである。III族の有機金属及びＶ族の水素化物の間の種々の組み合わせが可能である。
【０００３】
このプロセスは一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体デバイスの製造に使用される。その反応は通常、化学気相成長（ＣＶＤ）反応装置の中で行われる。ＣＶＤ反応装置の設計は、半導体製造に要求される高品質薄膜を得るには重要な要素である。
【０００４】
一般に、高品質薄膜のための気流動態は、層流が望ましい。層流は、対流とは異なり、高い成長率および均一性を達成するために要求される。大きな寸法での、即ち高いスループットでの層状の成長条件を達成するために、いくつかの反応装置の設計が商業的に使用されている。これらの設計は、ディスク回転の反応装置（ＲＤＲ）、軌道回転の反応装置（ＰＲＲ）および蜜結合のシャワーヘッド（ＣＣＳ）を含む。
【０００５】
しかし、そのような現代の反応装置は、特に高圧および／または高温のＣＶＤプロセスに関して、それらの総合的な望ましさを損なう欠点を内在している。そのような現代の反応装置は一般に、低圧および比較的低温（例えば３０Ｔｏｒｒおよび７００℃）ではうまく働く。よって、それらは一般に、ＧａＡｓ、ＩｎＰベースの化合物の成長に関して適している。
【０００６】
しかし、III族の窒素ベースの化合物（ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮなど）を成長させる場合、そのような現代の反応装置を使用するときに重要となる要素がある。ＧａＡｓ又はＩｎＰベースの材料と異なり、III族の窒素は、実質的に高圧および高温（一般に５００Ｔｏｒｒよりも高く、１０００℃よりも高い）で成長させられるのが好ましい。上記した反応装置の設計を高圧および高温の条件で使用する場合、著しい熱対流が本質的に生じる。そのような熱対流は、望ましくないことに、成長プロセスを妨げ、効率および歩留まりを低下させる。
【０００７】
この状況は、気相がアンモニアを主とする場合により悪化する。アンモニアは通常、III族の窒素のＭＯＣＶＤプロセスにおいて、窒素源として使用される。アンモニアは、水素よりもずっと粘性が大きい。雰囲気ガスが高い割合のアンモニアを含む場合には、ＧａＡｓ又はＩｎＰベースのＭＯＣＶＤ成長のように、雰囲気ガスが主に水素である場合よりも、熱対流がより生じ易い。成長チャンバ内に反応ガスが存在する、延びた期間によって、制御困難な複雑な化学反応が起こるので、熱対流は、高品質薄膜の成長に有害である。これは本質的に、成長効率の低下および低い薄膜の均一性をもたらす。
【０００８】
現代の習慣に従えば、望ましくない熱対流を抑制するために、通常大きなガス流速が使用される。III族の窒素の成長において、通常は水素または窒素の何れかとアンモニアとの混合である雰囲気ガスの流速を増大させて、これが行われている。従って、特に高い成長圧力の状態で、アンモニアが多く消費されることになる。このアンモニアの多い消費は、対応する高いコストという結果になる。
【０００９】
気相中のソースの化学物資の間の反応は、ＧａＮの成長のための現代のＭＯＣＶＤプロセスにおいて、別の重要な問題である。この反応は、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮのような、他のIII族の窒化物の成長においても生じる。気相反応は、通常は望ましくない。しかし、III族の窒化物のＭＯＣＶＤプロセスにおいては、その反応が激しく且つ速いので、それは避けられない。
【００１０】
III族のアルキル（トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウムなど）がアンモニアに出会うと、殆ど瞬時に反応が生じ、望ましくない付加体になる。
【００１１】
通常、全てのソースガスが成長チャンバ内に入った後にこうした反応が起こるとき、生成された付加体が、実際の成長プロセスに加わる。しかし、成長チャンバへガス流入口の前または付近で起こると、生成された不可体が固体表面に付着する可能性がある。もしこれが起こると、表面に付着する付加体が、集積中心として作用し、その結果さらに多くの付加体が蓄積することになる。このプロセスは、結果的にソースを使い果たし、それによって一連の工程間で望ましくないように成長プロセスを変化させ、および／またはガス流入口を塞ぐ。
【００１２】
III−窒素成長のための有効な反応装置の設計は、気相反応を回避せず、むしろそのような望ましくない状況を生じないように反応を制御する。
【００１３】
ＧａＮベースの青色及び緑色ＬＥＤの要求が近年劇的に増大しているので、製造反応装置からのスループットの要求が重要になった。製造規模を拡大するための現代のアプローチは典型的には、より大きな反応装置を建設することである。各々の一連の工程で製造されるウエハの数は、１日当たりで同じ一連の工程の回数を維持したまま、現在商業的に使用されている反応装置において、６ウエハから２０ウエハを超える数に増大した。
【００１４】
しかし、このように反応装置の規模が大きくされた場合、いくつかの新たな問題が生じる。熱対流は、大きい反応装置においても、小さい反応装置と同様に激しい（若しくは、より激しい）ので、薄膜の均一性は、ウエハ間の均一性と同様に、何ら良くはない（且つ、より悪い場合もある）。さらに、より高い成長圧力では、熱対流を抑制するには、非常に高速のガス流速が必要である。要求されるガス流量が非常に高いので、ガス供給システムに対して修正および特別な考慮が必要になる。
【００１５】
加えて、高温の要求のために、そのような規模が拡大された（大きな）反応装置のより大きな機械部品は、本質的により高い熱応力下に置かれ、その結果、早い時期に壊れる傾向にある。殆ど全ての反応装置の構成において、ステンレススチール、グラファイトおよび石英が最も一般的に使用される材料である。使用される金属が水素化するので、そして高温でアンモニアによってグラファイトをエッチングするので、より大きな金属およびグラファイト部品は、小さい反応装置の対応する部品よりもずっと早く壊れる傾向にある。より大きい石英部品も、高い熱応力のために、ずっと壊れ易い。
【００１６】
大きい反応装置に関連する別の問題は、高温の均一性を維持することの困難性である。厚さ及び組成の均一性は、ウエハキャリヤ表面の温度の均一性によって直ちに影響を受け得る。大きなサイズの反応装置において、温度の均一性は、設計的に複雑であるマルチゾーン過熱構造を用いて達成される。上記した高い熱応力およびアンモニアの分解によって、ヒータアセンブリの信頼性は通常低い。プロセス不整合のこれらの問題および広範なハードウェの維持は、製造歩留まりに、従って製品コストに重要な影響を与る。
【００１７】
ここで図１を参照すれば、ＧａＮエピタキシーにおいて使用される現代のＲＤＲ反応装置の一例が概略的に示されている。反応チャンバは、二重壁で水冷の１０インチのシリンダ１１、全ての反応またはソースガスがチャンバ１３内に分配および導入される流入フランジ１２、ウエハキャリヤ１６を毎分数百回で回転させる回転アセンブリ１４、回転するウエハキャリヤ１６の下方に位置し、所望のプロセス温度にウエハ１０を加熱するように構成されたヒータアセンブリ１７、ウエハキャリヤがチャンバ内およびチャンバ外に移動するのを容易にする貫通経路１８、および、チャンバ１３の底部の中央に位置する排気管１９を備えている。外部から駆動されるスピンドル２１は、ウエハキャリヤ１６の回転を生じさせる。ウエハキャリヤ１６は複数のポケットを有し、その各々はウエハ１０を収容するように構成されている。
【００１８】
ヒータ１７は、２組のヒータエレメントを備えている。ヒータエレメントの内側の組４１は、ウエハキャリヤ１６の中央部を加熱し、ヒータエレメントの外側の組４２は、ウエハキャリヤ１６の周縁部を過熱する。ヒータ１７はチャンバ１３の内部にあるので、それは反応ガスの有害な作用に晒される。
【００１９】
スピンドルは、５００〜１０００ｒｐｍでウエハキャリヤを回転させる。
【００２０】
上記で述べたように、この設計は、より低い圧力および温度で、特に雰囲気ガスの粘性が低い場合にうまく働く。しかし、高いアンモニアの雰囲気ガス中において高圧および高温でＧａＮを成長させる場合、熱対流が発生し、気流が望ましくない乱流となる傾向がある。
【００２１】
ここで図２を参照すると、この乱流を説明するために、簡単な気体の流線が示されている。チャンバの大きさ、及び／又はウエハキャリヤとチャンバの上端との間の距離が大きくなると、乱流が増大することが明らかである。図１の設計がより高いスループットのために拡大されると、チャンバ１３は、ウエハキャリヤ１６と同様に、より多くのウエハを支持し、収容するように大きくされる。
【００２２】
雰囲気ガス中に乱流が存在するとき、ガスの再循環セル５０が形成される傾向がある。当業者であれば分かるように、反応物質の濃度および温度の望ましくない変動になるので、そのような再循環は望ましくない。さらに、そのような再循環によって一般に、反応ガスの非効率的使用によって成長効率が低下することになる。
【００２３】
さらに、より大きな反応装置においては、より多くのヒータゾーンが必要である。もちろん、このことは、そのような大きな反応装置の構成を複雑にし、且つそのコストを増大させる。
【００２４】
ここで図３Ａおよび３Ｂを参照すれば、７インチ６ポケットのウエハキャリヤ１６ａ（それは、図３Ａに示されているように６枚のウエハを保持する）および１２インチ２０ポケットのウエハキャリヤ１６ｂ（それは、図３Ｂに示されたように２０枚のウエハを保持する）の比較が容易にできる。各々のポケット２２は、１枚の２インチの丸いウエハを保持する。この比較から、より多くのウエハを収容するために、反応装置をそのように拡大することは、その寸法を、特にその体積を著しく増大させることが明らかである。この反応装置の寸法の増大は、熱対流および上記で説明した構成の付加的な複雑さという望ましくない結果を生じる。
【００２５】
上記の観点から、熱対流の望ましくない効果の影響を実質的に受けず、スループットを増大させるために容易に且つ経済的に拡大され得る反応装置を提供することが望ましい。さらに、（例えば、ウエハの成長領域の直近に反応ガスの混合ガスを供給することによって、反応ガスが成長領域に密接に接触することを保証することによって）拡張された成長効率を有する反応装置を提供することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２６】
装置及び方法は、文法的な流動性のために機能的説明を伴って記載され又はされるであろうが、特許請求の範囲は、米国特許法第１１２条（３５  ＵＳＣ  １１２）の下で明確にされていない限り、手段（means）又はステップ（step）の限定の構成によって、何らかの様に必然的に限定されて解釈されるべきでなく、特許請求の範囲によって規定される定義の意味と司法的均等論の下での等価なものとの全範囲と解釈されるべきであり、そして、特許請求の範囲が米国特許法第１１２条の下で明確であれば、米国特許法第１１２条の下で全く法的均等なものであると解釈されるべきことが明確に理解されるべきである。
【００２７】
本発明は特に、従来技術に関連する上述の欠点を解決および軽減する。さらに特に、一側面によれば、本発明は、反応装置のチャンバと協働して該チャンバ内で反応ガスの層流を促進させる回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長反応装置を含む。
【００２８】
別の側面によれば、本発明は、反応装置のチャンバ内において層流が促進されるように、その周囲で前記チャンバに対してシールされている回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長反応装置を含む。
【００２９】
別の側面によれば、本発明は、チャンバ及び該チャンバ内に配置された回転可能なウエハキャリヤを備え、該ウエハキャリヤは前記チャンバ内において反応ガスの上方への流れを増大させるように構成されている化学気相成長反応装置を含む。
【００３０】
別の側面によれば、本発明は、回転可能なウエハキャリヤ及び反応チャンバを備え、該反応チャンバの底部は前記ウエハキャリヤによって実質的に定められる化学気相成長反応装置を含む。
【００３１】
別の側面によれば、本発明は、チャンバと、該チャンバ内に配置されたウエハキャリヤと、前記チャンバの外に配置されたヒータとを備え、該ヒータは前記ウエハキャリヤを加熱するように構成されている化学気相成長反応装置を含む。
【００３２】
別の側面によれば、本発明は、複数のチャンバと、共通の反応ガス供給システム及び共通のガス排出システムの少なくとも一方とを備える化学気相成長反応装置を含む。
【００３３】
別の側面によれば、本発明は、ウエハキャリヤを備え、反応ガスが実質的に前記ウエハキャリヤの下側を流れないように構成されている化学気相成長反応装置を含む。
【００３４】
別の側面によれば、本発明は、チャンバと、ウエハキャリヤと、前記チャンバ内の略中央に位置するガス注入口と、前記チャンバを通るガスの層流を促進するように、前記ウエハキャリヤの上部表面の上方に全て形成された少なくとも１つのガス排出口とを備える化学気相成長反応装置を含む。
【００３５】
これらは、本発明の他の利点と同様に、以下の記載および図面から、さらに明らかであろう。特許請求の範囲内において、本発明の思想から逸脱すること無く、示され且つ記載された特定の構成における変更が成されてもよいことが理解できる。
【００３６】
特許請求の範囲で定められる発明の例示として提示される望ましい実施の形態の、以下の詳細な記載を参照することによって、本発明およびその様々な実施の形態がより良く理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の思想および範囲から逸脱すること無く、当業者によって、多くの代替および修正が成され得る。従って、説明される実施形態は、例示のみを目的とするものであり、それは特許請求の範囲によって定められるように発明を限定すると解されるべきでないことが理解されなければならない。例えば、請求項の構成要素がある組み合わせで以下に説明されるけれども、本発明は、初期にそのような組み合わせとして特許請求の範囲に記載されていないが、上記に開示されている、ウエハ、より多くの要素又は異なる要素の他の組み合わせを含むということが明確に理解されなければならない。
【００３８】
本発明及びその種々の実施形態を記載した本明細書において使用されている用語は、それらの通常定義された意味としてだけでなく、特別な定義によって通常定義された意味の範囲を超えた、本明細書の構成、材質または行為を含むことが理解されるべきである。よって、本明細書の文脈において１つの要素が２つ以上の意味を含むと理解される場合、請求項におけるその使用は、明細書及びその用語自体によってサポートされる可能な全ての意味に属すると理解されるべきである。
【００３９】
従って、特許請求の範囲の用語および要素の定義は、本明細書において、文字通りに説明されている要素の組み合わせだけでなく、実質的に同じ結果を得るための実質的に同じ方法において、実質的に同じ機能をする、全ての等価な構成、材料又は行為を含むように定められる。この意味いおいて、２つまたはそれより多い要素の、等価な代替は、特許請求の範囲における如何なる要素に対して成されてもよく、請求項において、１つ若しくはそれより多い要素に対して、１つの要素が代替され得ることが意図されている。要素は、ある組み合わせで動作するように記載され、初期においてそのように特許請求の範囲に記載されてもいるかも知れないが、請求項に記載された組み合わせからの１つ又はより多い要素は、ある場合には、その組み合わせから除かれ得ること、並びに、特許請求の範囲に記載された組み合わせは、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変化に導かれてもよいことが理解されるべきである。
【００４０】
当業者によって、現在知られており又は後に発明されると考えられる、特許請求の範囲に記載された主題からの実質的でない変更は、等価的に特許請求の範囲内にあるということが明確に意図されている。従って、当業者によって現在又は後に知られる明らかな置換は、定義された要素の範囲内にあると定義される。
【００４１】
よって、特許請求の範囲は、上記で明確に説明され且つ記載されたもの、概念的に等価なもの、明らかに置換されたもの、並びに、本発明の本質的な発想を本質的に内包するものを含むと理解されるべきである。
【００４２】
よって、添付された図面と関連して以下に示す詳細な説明は、本発明の現在の望ましい実施の形態の説明であることが意図され、本発明が構成され又は使用される唯一の形式を表すことは意図されていない。その記載は、例示された実施の形態と関連して、本発明を構成し、実施するための機能及び一連のステップを説明する。しかし、同じ又は等価な機能は、本発明の精神の範囲内に含まれることが意図された異なる実施形態によって達成されても良いことが理解されるべきである。
【００４３】
一側面によれば、本発明は、反応装置のチャンバと協働して該チャンバ内で反応ガスの層流を促進させる回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長反応装置を含む。
【００４４】
一側面によれば、本発明は、反応装置のチャンバ内において層流が促進されるように、その周囲で前記チャンバに対してシールされている回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長反応装置を含む。
【００４５】
一側面によれば、本発明は、チャンバ及び該チャンバ内に配置された回転可能なウエハキャリヤを備え、該ウエハキャリヤは前記チャンバ内において反応ガスの上方への流れを増大させるように構成されている化学気相成長反応装置を含む。
【００４６】
一側面によれば、本発明は、回転可能なウエハキャリヤ及び反応チャンバを備え、該反応チャンバの底部は前記ウエハキャリヤによって実質的に定められる化学気相成長反応装置を含む。
【００４７】
一側面によれば、本発明は、チャンバと、該チャンバ内に配置されたウエハキャリヤと、前記チャンバの外に配置されたヒータとを備え、該ヒータは前記ウエハキャリヤを加熱するように構成されている化学気相成長反応装置を含む。
【００４８】
一側面によれば、本発明は、複数のチャンバと、共通の反応ガス供給システム及び共通のガス排出システムの少なくとも一方とを備える化学気相成長反応装置を含む。
【００４９】
一側面によれば、本発明は、ウエハキャリヤを備え、反応ガスが実質的に前記ウエハキャリヤの下側を流れないように構成されている化学気相成長反応装置を含む。
【００５０】
一側面によれば、本発明は、チャンバと、ウエハキャリヤと、前記チャンバ内の略中央に位置するガス注入口と、前記チャンバを通るガスの層流を促進するように、前記ウエハキャリヤの上部表面の上方に全て形成された少なくとも１つのガス排出口とを備える化学気相成長反応装置を含む。
【００５１】
一側面によれば、本発明は、チャンバと、流路を定めるために該チャンバ内に配置され、且つ該チャンバの一部（例えば上部）と協働するウエハキャリヤと、該ウエハキャリヤを回転させるシャフトとを備える化学気相成長反応装置を含む。ウエハキャリヤとチャンバの一部との間の距離は、流路に沿った、略層状のガスの流れを生じるように十分に小さい。
【００５２】
望ましくは、ウエハキャリヤとチャンバの一部との間の距離は、ウエハキャリヤの回転によって生じる中心力が、チャンバ内で外向きのガスの動きをもたらすように十分に小さい。望ましくは、ウエハキャリヤとチャンバの一部との間の距離は、反応ガス中の多くの割合の反応物質が、チャンバから排出される前に、ウエハの表面に接触するように十分に小さい。望ましくは、ウエハキャリヤとチャンバの一部との間の距離は、反応ガス中の殆どの反応物質が、チャンバから排出される前に、ウエハの表面に接触するように十分に小さい。望ましくは、ウエハキャリヤとチャンバの一部との間の距離は、チャンバとウエハキャリヤとを媒介する熱対流を軽減させるように十分に小さい。
【００５３】
望ましくは、ウエハキャリヤとチャンバの一部との間の距離は、約２インチ未満である。望ましくは、ウエハキャリヤとチャンバの一部との間の距離は、約０．５インチ及び約１．５インチの間である。望ましくは、ウエハキャリヤとチャンバの一部との間の距離は、約０．７５インチである。
【００５４】
望ましくは、ガス注入口が、ウエハキャリヤの上方に、そしてそれに対して略中央に形成される。
【００５５】
望ましくは、前記チャンバは円筒によって定められる。望ましくは、前記チャンバは、前記チャンバの上部を定める概ね平坦な１つの壁と、前記チャンバの前記上部の略中央に位置する前記反応ガス注入口とを有する円筒によって定められる。しかし、当業者は、前記チャンバが択一的に別の所望の幾何学的な形で定められても良いことが分かるであろう。例えば、前記チャンバは択一的に立方体、球または楕円体によって定められてもよい。
【００５６】
望ましくは、前記ウエハキャリヤは、その軸の周りに回転するように構成され、前記反応ガス注入口は、前記ウエハキャリヤの前記軸に関して略同軸状に配置されている。
【００５７】
望ましくは、前記反応ガス注入口は、チャンバの直径の１／５未満の直径である。望ましくは、前記反応ガス注入口は約２インチ未満の直径である。望ましくは、前記反応ガス注入口は、約０．２５インチ及び約１．５インチの間の直径である。
【００５８】
よって、前記反応ガス注入口は、反応ガスが概ね前記ウエハキャリヤの中央からその周辺に流れ、実質的に層状の反応ガスの流れになるような大きさである。このように、対流が軽減され、反応効率が促進される。
【００５９】
望ましくは、前記反応ガスは、前記チャンバ内で、概ね水平に流れるように制限される。望ましくは、前記反応ガスは、前記流路を通って概ね水平に流れるように制限される。
望ましくは、前記反応ガスは、回転するウエハキャリヤによって、少なくとも部分的に外側に向かって流れるようになる。
【００６０】
望ましくは、少なくとも１つの反応ガス排出口が、前記チャンバ内においてウエハキャリヤの上方に形成されている。望ましくは、複数の反応ガス排出口が、前記チャンバ内において前記ウエハキャリヤの上部表面の上方に全て形成されている。反応ガス排出口の数を増大させることは、（前記ウエハキャリヤの中央からその周囲に向かうガスの流れのための、より多くの直線経路を備えることによって）前記反応ガスの動径方向の流れを生成することによって、前記反応ガスの層流を、特に前記ウエハキャリヤの周辺において促進させる。前記反応ガス排出口を前記ウエハキャリヤの上部表面の上方に全て形成することは、前記反応ガスが前記ウエハキャリヤの端部を越えて流れることによって生じる、反応ガスの流れの中の望ましくない乱流を軽減させる。
【００６１】
よって、少なくも１つの反応ガス排出口が、前記チャンバ内において、ウエハキャリヤの上方であり且つ前記チャンバの上部の下方に形成されることが望ましい。
【００６２】
化学気相成長反応装置は、前記チャンバの概ね中央に形成された反応ガス注入口と、前記チャンバ内に形成された少なくとも１つの反応ガス排出口とを備えている。前記ウエハキャリヤは、反応ガスが前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、流路を介して前記チャンバ内を流れ、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバ外に流出するように、前記チャンバの上部及び前記ウエハキリヤの間の流路を定めるように、前記チャンバ内において、前記ガス排出口の下方に配置されている。
【００６３】
円形の拡散器は、前記ウエハキャリヤの周囲近傍に配置され、前記反応ガス注入口から前記反応ガス排出口に向かう層流を促進するように構成されていることが望ましい。前記ウエハキャリヤは、反応ガスが前記反応ガス注入口を介して前記チャンバ内に流入し、前記流路を介して前記チャンバ内を流れ、且つ前記反応ガス排出口を介して前記チャンバの外に流出するように、前記チャンバの上部と前記ウエハキャリヤとの間の流路を定めるために、前記チャンバ内で前記ガス排出口の下方に配置されている。
【００６４】
前記円形の拡散器は、内側表面及び外側表面と、該内側表面に形成された複数の穴と、該外側表面に形成された複数の穴とを有する、実質的に中空の環を備えているのが望ましい。前記内側表面の穴は、前記ウエハキャリヤの上の、反応ガスの流れの一様性を促進する。
【００６５】
前記内側表面の上の穴は、そこを通る反応ガスの流れが、前記ウエハキャリヤの上の反応ガスの流れの一様性を促進するように、十分な制限を生じるように構成されていることが望ましい。
【００６６】
前記円形の拡散器は、加熱されたアンモニアによって生じる劣化に対して耐性のある物質から成ることが望ましい。例えば、前記円形の拡散器は、グラファイトで被覆されたＳｉＣ、ＳｉＣ、石英、又はモリブデンから形成される。
【００６７】
本発明の一側面によれば、円形のシールが前記ウエハキャリヤ及び前記チャンバの間に配置されている。前記円形のシールは、反応ガスが前記反応ガス排出口以外から前記チャンバ外に排出するのを軽減するように構成されている。
【００６８】
本発明の一側面によれば、ヒータアセンブリが、前記チャンバの外部であり、前記ウエハキャリヤの近傍に配置されている。前記ヒータは、誘導ヒータ、放射ヒータ、又はその他の所望のタイプのヒータであることができる。望ましくは、ヒータパージシステムは、反応ガスの前記ヒータとの接触が軽減されるように構成されている。
【００６９】
通常、ガス流のコントローラは、前記ガス流入口を介して前記チャンバ内に導入された反応ガスの量を制御するように構成されている。
【００７０】
前記ウエハキャリヤは、少なくとも３つの２インチの円形ウエハを支持するように構成されていることが望ましい。しかし、前記ウエハキャリヤは、その代わりに、任意の所望の数、任意の所望の大きさ、又は任意の所望の形状のウエハを支持するように構成されていてもよい。
【００７１】
本発明の一側面によれば、前記ウエハキャリヤは、遠心力によって反応ガスの外方向への流れを促進するように構成されている。よって、前記ウエハキャリヤは、回転するウエハキャリヤを備えていることが望ましい。前記ウエハキャリヤは、約５００回転／分よりも速い速度で回転するように構成されていることが望ましい。前記ウエハキャリヤは、約１００回転／分および約１５００回転／分の間で回転するように構成されている。前記ウエハキャリヤは、約８００回転／分で回転するように構成されていることが望ましい。
【００７２】
本発明の装置および方法は、それから種々の異なる半導体デバイスが形成されるウエハの形成に使用され得る。例えば、ウエハは、それからＬＥＤが製造されるダイを形成するのに使用され得る。
【００７３】
本発明は図１〜１０に示されており、それらは本発明の現在の望ましい実施の形態を表している。本発明は、化学気相成長（ＣＶＤ）反応装置、および拡大されたスループットに適した統合マルチ反応装置システムに関する。前記反応装置は、熱対流を実質的に抑制する幾何学的構成と、表面への付加体の付着を回避するために非常に高速の流速を提供するガス注入スキームと、（ソースガスの消費を低減することによって）成長効率を高めるための制限された成長領域とを採用する。
【００７４】
高いスループットの構成に関して、前記反応装置の複数のユニットが統合され得る。複数ユニット構成において、各反応装置は相対的に大きさが小さいことができ、従って機械的な構造は単純且つ信頼性がある。全ての反応装置は、共通のガスの供給、排出および制御システムを共用し、従って、同じスループットの通常の大きな反応装置よりも費用が少ない。
【００７５】
スループット拡大のコンセプトは、反応装置の設計に依存せず、種々の他の反応装置に設計に適用することも可能である。
理論的には、１つのシステムに統合される反応装置の数には制限がない。しかし、実用上は、統合される反応装置の最大数は、ガス供給システムがどのように構成されているかによって実質的に制限される。
反応装置の設計および拡大のコンセプトは、種々の異なる材質の増大に適用でき、従って、限定はされないが、III族の窒化物、全てのIII−Ｖ族の化合物、酸化物、窒化物、及びＶ族エピタキシーを含む。
【００７６】
さて図４を参照すると、反応装置１００は、反応円筒１１１の上部且つ中央に位置する狭いガス注入口１１２を有している。円筒１１１は、図１に示した反応装置のように、二重壁であり、水冷されている。ウエハの温度は、チャンバ１１３の温度を制御するように、変化され得る。ウエハキャリヤ１１６及び反応装置１００の上部１３１によって定められるガス流路１３０は、ガスを外方向に導く。
【００７７】
ウエハキャリヤ１１６に形成されたポケットは、ＬＥＤの製造における使用に適した２インチウエハのようなウエハ１１０を収容し、支持するように構成されている。
【００７８】
回転するウエハキャリヤ１１６は、その遠心力によってガスが外方向に流れるのを助ける。回転するウエハキャリヤ１１６は、１０および１５００回転／分の間で回転するのが望ましい。当業者が分かるように、ウエハキャリヤ１１６の速い回転速度は通常、反応ガスに適用された場合、より大きい遠心力を生じる。
【００７９】
中央からガスを導入することによって、ガスは狭い流路１３０内を略水平に流れるようになり、それによって幾分か水平の反応装置を模した成長プロセスになる。当業者であれば分かるように、水平の反応装置の利点はその高い成長効率である。このことは、水平の反応装置内の全ての反応物質がずっと狭い体積領域に制限され、従って反応物質がより効率的に成長表面と接触するようになるからである。
【００８０】
望ましくは、前記反応ガス注入口は寸法Ａの直径を有し、それは、前記チャンバの直径の１／５未満である。望ましくは、前記反応ガス注入口は約２インチ未満の直径を有している。望ましくは、前記反応ガス注入口は約０．２５インチから約１．５インチの間の直径を有している。
【００８１】
図２に示されたＲＤＲのような垂直タイプの反応装置において、熱対流を抑制するために付加的なガスの流れを使用するのとは違って、狭い流路１３０によって熱対流の抑制が達成され、ガスの流れが所望の方向に強制される。
【００８２】
前記ウエハキャリヤ１１６の上部表面とチャンバ１１１の上部との間の距離は、寸法Ｂで指定される。寸法Ｂは約２インチ未満であることが望ましい。寸法Ｂは約０．５インチから約１．５インチの間であることが望ましい。寸法Ｂは約０．７５インチであることが望ましい。
【００８３】
しかし、逓減効果が水平の反応装置の最大の欠点のひとつであることが知られている。反応ガス中の反応物質が回転しているディスクの中央から周囲に進むとき、反応物質が経路に沿って消費され、形成される薄膜は、ウエハ上で半径方向に沿ってだんだんと薄くなる。
【００８４】
逓減効果を減少させるための現代のアプローチの一つは、半径方向の濃度勾配を低減するために高速のガス流を用いることである。このアプローチの欠点は成長効率における特有の減少である。
【００８５】
本発明によれば、成長効率は比較的速いウエハキャリヤの回転速度を用いることによって改善され、ウエハキャリヤの回転によって生じる遠心力が、高速のガス流を使用すること無く、ウエハ全体にわたってガスの速度を大きくする。
【００８６】
さて図５を参照すれば、ウエハキャリヤの上部表面の上方に全て位置するように反応ガス排出口を形成することによって、ガスの粘性が低減され得、よって高度の層流が形成される。ガス排出口をウエハキャリヤ１１６の上部表面の上方に全て形成することによって、ガス注入口１１２からガス排出口１１９への、反応ガスにとってより真直ぐな（即ち曲がりのより少ない）経路がもたらされる。当業者であれば分かるように、反応ガスの経路が真直ぐであり曲がりが少ないほど、流れは乱流が少ない（そしてより層状）であろう。
【００８７】
排気ガス流の流路１３０を橋渡しするためにウエハキャリヤ１１６の周りに円形のシール１３２を追加することによって、粘性が減少し、実質的に層流が促進される。これは、ウエハキャリヤの端部におけるガス流の方向の変化が無くなるからである。円形のシール１３２は、石英、グラファイト、ＳｉＣ、又は反応装置の環境に適した耐性のある他の物質で形成され得る。
【００８８】
さらに排気ガスの噴出（よってより層状の流れ）を実現するために、円形の拡散器１３３（図６Ａ、６Ｂにより明らかに示されている）が使用され得る。円形の拡散器１３３は効果的に、ウエハキャリヤ１３２の周辺近傍の、反応装置の周辺の殆ど全体を、略連続な１つのガス排出口ポートにする。
【００８９】
ヒータ１１７は、チャンバ（これは反応装置の一部であり、その中を反応ガスがすぐに流れる）の外に配置されている。ヒータは、ウエハキャリヤ１１６の真下に配置されている。円形のシール１３２がウエハキャリヤ１１６の真下の反応ガスの流れを軽減するので、ヒータは、実質的に反応ガスに曝されず、従って実質的にそれによって劣化されない。
【００９０】
望ましくは、ヒータパージ１４６は、円形のシール１３２のそばを通ってウエハキャリヤの真下に漏れ出した任意の反応ガスを排出するようになっている。
【００９１】
さて図６Ａを参照すれば、４つのポンプポート即ちガス排出口１１９が、流体が流れるように拡散器１３３と通じている。全てのガス排出口１１９は、共通のポンプに接続されているのが望ましい。
【００９２】
円形のシールは、上記したように反応ガスの層流を促進するように、ウエハキャリヤ１１６及びチャンバ１１１の間の隙間を埋める。
【００９３】
さて図６Ｂを参照すれば、拡散器１３３は複数の内側開口１３６及び複数の外側開口１３７を備えている。当業者であれば分かるように、そこにある内側開口１３６の数が多くなるほど、内側開口は連続的な１つの穴により近づく。もちろん、内側開口が連続的な１つの穴に近づくほど、チャンバを通過するガスはより層状に流れる。
【００９４】
拡散器１３３は、少なくとも、存在するガス排出口ポートと同じ数の外側開口を備えているのが望ましい（例えば、図５Ａに示された４つのガス排出口ポート１１９がある）。
【００９５】
拡散に１３３は、グラファイト、ＳｉＣで被覆されたグラファイト、固体ＳｉＣ、石英、モリブデン、又は、高温のアンモニアに耐性のあるその他の物質から構成されているのが望ましい。当業者であれば、種々の物質が使用できることが分かるであろう。
【００９６】
拡散器１３３の穴の大きさは、ガスの流れを僅かに制限し、排気に関してより一様な分布が達成されるように、十分に小さくすることができる。しかし、反応生成物が気体および固体粒子を含み、それらが拡散器の穴に付着または凝縮するので、穴の大きさは詰まり易いほど小さくてはいけない。
【００９７】
さて図７および８を参照すれば、反応ガスの注入の構成は、気相反応を改善するように変更され得る。それらの変更された構成によれば、アルキルおよびアンモニアは、図７に示したように、反応チャンバに導入される前は殆ど分離されており、図８に示したように、反応チャンバに導入される前は完全に分離されている。両方の場合、反応物質は、ウエハが位置している成長領域に達する前に直ちに混合される。気相反応は、ガスが成長プロセスに加わる前の非常に短時間にのみ起こる。
【００９８】
図７を詳細に参照すれば、アルキル注入口１４１は、アンモニア注入口１４２から離れている。アルキル注入口１４１およびアンモニア注入口１４２は共に、キャリヤガスがチャンバ１１１に入る直前に、キャリヤガス注入口１１２に反応ガスを供給する。
【００９９】
図８を詳細に参照すれば、アルキル注入口１４１は、図７と同様にキャリヤガス注入口１１２に反応ガスを供給する。アンモニア注入口１５１は、キャリヤガス注入口１１２内に配置された管を備える。アンモニア注入口は、キャリヤガス注入口１１２内に、略同軸状に配置されるのが望ましい。しかし、当業者であれば分かるように、アルキル注入口１４１、アンモニア注入口１５１、及びキャリヤガス注入口１１２の種々の別の構成が同様に適している。
【０１００】
ノズル１６１は、反応効率を増進するように、アンモニアをウエハキャリヤ１１６の上に均等に広がらせる。
【０１０１】
図７及び図８の反応ガスの注入の構成は共に、反応ガスがウエハに接触する前に、望ましくない気相反応を軽減する。
【０１０２】
上記したように、図５、７及び８に示された反応装置の構成の利点は、ヒータ１１７への望ましくない堆積の十分な低減である。ヒータアセンブリは、放射型ヒータまたは電波（ＲＦ）誘導ヒータのいずれかであることができる。反応装置１１１の下部にヒータパージ１４６を提供することによって、反応ガスがヒータ領域に入るのを効率的に阻止できる。よって、円形のシール１３２のそばを通っての任意の反応ガスの漏れは、ヒータ領域から素早く排出され、それによって生じるヒータ１１７の劣化が軽減される。
【０１０３】
一側面によれば、本発明は金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）システムなどのスループットを拡大する方法を含む。反応チャンバの大きさを増大させて、ＭＯＣＶＤ反応装置を拡大する現代の試みとは異なり、本発明は、いくつかのより小さい反応装置モジュール統合し、同じウエハのスループットを達成する。
【０１０４】
さて図９を参照すると、２１枚ウエハ用反応装置９００が示されている。反応装置９００の大きい大きさのために、ガスは通常、均等な分布を提供するように、複数のポート９０１〜９０３を介して導入される。ガス流のコントローラ９０２は、反応ガスの量およびチャンバに導入される反応ガスの構成要素の量の制御を助ける。
【０１０５】
ガス供給システム９４０は、反応ガスをポート９０１〜９０３に供給する。ガス排出システム９５０は、反応装置１１１から使用済みの反応ガスを除去する。
【０１０６】
さて図１０を参照すると、本発明の統合された３つのチャンバ反応装置が示されている。チャンバ９５１〜９５３の各々は、比較的小さいチャンバであり、各々が、例えば７枚ウエハ用反応装置である。全ての反応装置は、同じガス注入システム９６０及びガス排出システム９７０を共有する。
【０１０７】
図９の構成および図１０の構成は共に、同じ２１枚のウエハのスループットになる。しかし、図１０に示されているように、図９に示された反応装置と比較すれば、本発明の明らかな利点がある。より小さい機械部品は高温での熱ストレスが低いので、より小さい反応装置はハードウエアの信頼性が、特にIII族窒素成長に関して、高い。
【０１０８】
さらに、温度及び流れの状態が大きい反応装置内よりもより容易に維持できるので、成長の一貫性は、より小さい反応装置でより良く達成できる。また、より小さい反応装置の構成は、大きい反応装置よりもずっと簡単であり、より小さい反応装置の維持管理は、ずっと容易であり少ない時間しかかからない。従って、より小さい反応装置は通常、より低い頻度及びより低額部品のサービスに加えて、より高い動作可能時間を有する。
【０１０９】
実際のウエハ歩留まりが高く、維持費用が低いので、これら全ての要因によって、小さい反応装置を所有コストがずっと低額になる。反応装置を製造する費用は、ＭＯＣＶＤシステム全体の約２〜５％に過ぎず、システムに複数の反応装置を追加することは、全体の費用をそれほど増加させない。本発明の利点は、追加の反応装置の費用よりもずっと大きい。
【０１１０】
ここに記載され且つ図面に示された化学気相成長の例示的な方法及び装置は、現在の発明の望ましい実施形態のみを表していることが理解される。実際に、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、そのような実施形態に対して種々の変更および付加が成されてもよい。例えば、本発明の装置及び方法は、金属有機化学気相成長と異なる応用を見出しても良いことが、理解されるべきである。実際に、本発明は、半導体デバイスの製造と完全に無関係の応用にも適しているであろう。
【０１１１】
よって、これら並びにその他の変更及び付加は、当業者にとって明らかであり、種々の異なる応用において本発明を使用するために成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】図１は、反応ガスが流入フランジを介して拡散されるように内部に導入され、ウエハキャリヤの下方に配置されたガス排出口を介してチャンバから前記ガスが排出されることを示す、現代の反応装置のやや概略的な側断面図である。
【図２】図２は、チャンバ内の反応ガスの再循環、この再循環は前記チャンバの上部および前記ウエハキャリヤの間の比較的大きい間隔によって促進されるのだが、によって引き起こされる望ましくない対流を示す、現代の反応装置のやや概略的な側断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、反応装置内で６枚のウエハを支持するように構成されたウエハキャリヤのやや概略的な平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、反応装置内で２０枚のウエハを支持するように構成されたウエハキャリヤのやや概略的な平面図である。
【図４】図４は、チャンバの上部およびウエハキャリヤの間が比較的小さい間隔を有し、且つ、本発明に係る前記ウエハキャリヤに対して略中央に配置されている比較的小さい１つのガス注入口を有する、反応装置のやや概略的な側断面図である。
【図５】図５は、円形の拡散器（ring diffuser）との流体相互作用においてガスの層流を促進するように、ウエハキャリヤの上部表面の上方に全て配置された、反応ガスの複数の排出口を有し、前記ウエハキャリヤ及び前記チャンバの間に配置されたシールを有し、且つ、ヒータに対する反応ガスの効果を軽減するためのヒータガスパージと共に、前記チャンバの外に配置された前記ヒータを有する、本発明に係る図４に示した反応装置の別の構成のやや概略的な側断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５の反応装置のやや概略的な水平断面図であって、３つのポケットのウエハキャリヤ、該ウエハキャリヤ及びチャンバ間のシール、拡散器、並びに反応ガスの排出口を示している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５及び６Ａの拡散器のやや概略的な斜視図であって、その内側表面および外側表面に形成された複数の装置を示している。
【図７】図７は、分離されたアルキル注入口と、反応ガスをキャリヤガスに供給する分離されたアンモニア注入口とを有する、図５の反応装置の別の構成のやや概略的な側断面図である。
【図８】図８は、アルキル／キャリヤガス注入口の内部に略同軸状に配置されたアンモニア注入口を有する、図５の反応装置の別の構成のやや概略的な側断面図である。
【図９】図９は、２１枚のウエハを収容でき、複数の反応ガス注入口を有する、比較的大きい、拡大されたＲＤＲ反応装置のやや概略的な斜視図である。
【図１０】図１０は、共通の反応ガス供給システム及び共通の反応ガス排出システムを共用する比較的小さい３つの反応装置（その各々は、全体の収容能力が図９の比較的大きい反応装置と等しくなるように、７枚のウエハを収容できる）を有する反応システムのやや概略的な斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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