(57)【要約】化学気相成長リアクタは、チャンバ内の反応ガスを層流にするようにリアクタのチャンバと協働するウエハキャリヤと、減損を減少させるために、流量制御可能なゾーン内に構成された複数のインジェクタとを、を有する。各ゾーンは、任意選択的に、専用の流量制御装置を備え得る。したがって、各ゾーンを通る流れは、別々に制御可能である。
2008532284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学気相成長リアクタであって、
前記リアクタのチャンバ内において反応ガスを層流にするのを促進するように、前記チャンバと協働するウエハキャリヤと、
前記チャンバの中央部分の近傍に配置された注入口と、
減損を減少させるように構成された複数のインジェクタと、
を備えるリアクタ。
【請求項２】
前記インジェクタは、ＩＩＩ族用インジェクタを含む請求項１に記載の化学気相成長リアクタ。
【請求項３】
前記インジェクタは、ＩＩＩ族用インジェクタを含み、さらにＩＩＩ族用インジェクタの中央部分の近傍に配置されたＶ族用注入口を含む、請求項１に記載の化学気相成長リアクタ。
【請求項４】
前記インジェクタは、複数のゾーンを画定し、各ゾーンの前記インジェクタは、専用の流量制御装置を有する、請求項１に記載の化学気相成長リアクタ。
【請求項５】
前記インジェクタは、３つのゾーンを画定し、各ゾーンの前記インジェクタは、専用の流量制御装置を有する、請求項１に記載の化学気相成長リアクタ。
【請求項６】
各ゾーンを通る流れは、別々に制御可能である、請求項１に記載の化学気相成長リアクタ。
【請求項７】
各インジェクタを通る流れは、別々に制御可能である、請求項１に記載の化学気相成長リアクタ。
【請求項８】
各ゾーンを通る反応物質の濃度は、別々に制御可能である、請求項１に記載の化学気相成長リアクタ。
【請求項９】
各インジェクタを通る反応物質の濃度は、別々に制御可能である、請求項１に記載の化学気相成長リアクタ。
【請求項１０】
前記排気管は、前記ウエハキャリヤより上方にある、請求項１に記載の化学気相成長リアクタ。
【請求項１１】
化学気相成長法であって、
リアクタのチャンバ内において、前記チャンバ内の反応ガスを層流にするのを促進するように前記チャンバと協働するウエハキャリヤを回転させるステップと、
前記チャンバの中央部分の近傍に配置された注入口を介してガスを前記チャンバに追加するステップと、
減損を減少させるように構成された複数のインジェクタを介して前記チャンバ内にガス反応物質を噴射するステップと、
を含む化学気相成長法。
【請求項１２】
前記インジェクタを介して前記チャンバ内に噴射されるガスは、ＩＩＩ族の反応物質を含む、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項１３】
前記インジェクタを介して前記チャンバ内に噴射されるガスは、ＩＩＩ族の反応物質を含み、前記注入口を介して前記チャンバに追加されるガスは、Ｖ族の反応物質を含む、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項１４】
前記インジェクタのグループを通るガスの流れを制御するステップをさらに含み、当該流れは、前記インジェクタが配置される複数のゾーンの１つに基づいて制御される、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項１５】
前記インジェクタは、３つのゾーンを画定し、各ゾーンの前記インジェクタは、専用の流量制御装置を有する、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項１６】
前記各ゾーンを通る流れは、別々に制御可能である、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項１７】
前記各インジェクタを通る流れは、別々に制御可能である、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項１８】
前記各ゾーンを通る反応物質の濃度は、別々に制御可能である、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項１９】
前記各インジェクタを通る反応物質の濃度は、別々に制御可能である、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項２０】
前記ウエハキャリヤは、約１０ｒｐｍと約１５００ｒｐｍとの間の回転数で回転する、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項２１】
前記リアクタ内の圧力は、約７６０トルよりも低いかまたはそれと等しい、請求項１１に記載の化学気相成長法。
【請求項２２】
中央のガス注入口を囲む複数のインジェクタを備える、化学気相成長リアクタ用のふた。
【請求項２３】
１２個を超えるインジェクタを備える、請求項２２に記載のふた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２００３年７月１５日に出願され、発明の名称が化学気相成長リアクタである、同時係属中の特許出願第１０／６２１，０４９号の一部継続（ＣＩＰ）出願であって、その全内容が、参照によりここに明示的に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、概ね、ＩＩＩ−Ｖ族半導体エピタキシー法に使用されるような化学気相成長（ＣＶＤ）リアクタに関する。本発明は、堆積の均一性を促進するために、望ましくない反応物質の減損（depletion）を妨げながら反応ガスの層流を供給するように構成されたＣＶＤリアクタに特に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物の有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）は、周期表ＩＩＩ族の有機金属と、周期表Ｖ族の水素化合物との間の化学反応を利用した薄膜堆積プロセスである。ＩＩＩ族の有機金属とＶ族の水素化合物とを種々に組み合わせることができる。
【０００４】
このプロセスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体素子の製造において用いられることが一般的である。本プロセスは、通常、化学気相成長（ＣＶＤ）リアクタ内において行われる。ＣＶＤリアクタの設計は、半導体製造に必要とされる高品質な膜を得る重大な要素である。
【０００５】
一般に、高品質な膜の堆積を行うためのガス流の動力学では、層流が好ましい。層流は、対流とは対照的に、成長効率と均一性を高くするために必要である。層流を大規模に増大した状態を提供するために、すなわち、高いスループットを提供するために、いくつかのリアクタの構成が工業的に利用できる。これらの構成は、回転ディスク式リアクタ（ＲＤＲ）、自転公転回転式リアクタ（ＰＲＲ）（planetary rotating reactor）およびクロース−カップルド・シャワーヘッド型（close-coupled showerhead）（ＣＣＳ）を含む。
【０００６】
しかしながら、このような最新のリアクタには、特に高圧および／または高温のＣＶＤプロセスに関連して全体的な要望を損なう本質的な欠陥がある。このような最新のリアクタは、低圧かつ比較的低温で（例えば、３０トル、７００℃などで）よく作動することが、一般的である。したがって、一般にＧａＡｓ、ＩｎＰベースの化合物を成長させるのに適切である。
【０００７】
しかしながら、ＩＩＩ族の窒化物ベースの化合物（ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、およびＩｎＧａＮなど）を成長させる際、このような最新のリアクタを使用するときに重要な要素がある。ＧａＡｓまたはＩｎＰベースの素材と異なり、ＩＩＩ族の窒化物は、実質的に高い圧力および温度（一般に、５００トルより高い圧力、１０００℃より高い温度）で成長させることが好ましい。前述のリアクタの構成を高圧・高温条件下で用いると、大量の熱による対流が本質的に起こる。このような熱による対流は、成長プロセスを妨げ、効率および歩留まりが低下するため、望ましくない。
【０００８】
気相の大半がアンモニアになると、この状態は悪化する。アンモニアは、一般に、ＩＩＩ族の窒化物ＭＯＣＶＤプロセスでは窒素源として用いられる。アンモニアは、水素よりずっと粘性が高い。周囲のガスの中にアンモニアが高い割合で含まれると、熱による対流が、ＧａＡｓまたはＩｎＰベースのＭＯＣＶＤ成長の場合の周囲のガスの大半が水素であるときよりもさらに容易に起こる。反応ガスが成長チャンバ内にある時間が長くなることにより、複雑な化学反応を制御しにくくなるので、熱による対流は、高品質の薄膜を成長させることには好ましくない。これによって、成長の効率が低下し、膜の均一姓が低下することになる。
【０００９】
最新の実施によれば、望ましくない熱による対流を抑制するために、ガス流量を多くすることが一般的である。ＩＩＩ族の窒化物の成長では、これは、周囲のガス流量を増加させることにより行われ、ガスは、アンモニアと、水素または窒素いずれかとの混合物であることが一般的である。したがって、特に高い成長圧力条件で、アンモニアは、多く消費されることになる。このようにアンモニアが多く消費されることによって、コストも高くなる。
【００１０】
気相中の原料化学物質同士の反応は、ＧａＮを成長させるための最新のＭＯＣＶＤプロセスにおける別の重要な問題である。この反応はまた、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮなどの他のＩＩＩ族の窒化物の成長において起こる。気相反応は、通常、望ましくない。しかしながら、反応が激しく急なので、それは、ＩＩＩ族の窒化物ＭＯＣＶＤプロセスでは避けられない。
【００１１】
ＩＩＩ族のアルキル基（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）がアンモニアと遭遇すると、反応が、そのほぼ直後に起こり、望ましくない付加物が生成される。
【００１２】
通常、全ての原料ガスが成長チャンバに入った後これらの反応が起こると、生成された付加物が、実際の成長プロセスに加わることになる。しかしながら、反応が、成長チャンバのガス注入口の手前または近くにおいて起こった場合、生成された付加物は、堅い表面に付着する機会を得ることになる。これが起こった場合、その面に付着する付加物は、中心に集まるように振る舞い、その結果、益々多くの付加物が、蓄積することになる。この過程が、最終的に、原料を減損させることになり、これによって、成長プロセスが運転と運転との間に望ましくない変化をし、かつ／またはガス注入口が詰まることになる。
【００１３】
ＩＩＩ族窒化物の成長に効率のよいリアクタ構成では、気相反応を避けるのではなく、このような望ましくない状態が生じないように反応を制御する。
【００１４】
ＧａＮベースの青色および緑色のＬＥＤに対する需要が近年急激に高まってきたことから、製造リアクタからのスループット要件が、重要になってきた。製造を拡大する最新の方法としては、さらに大きなリアクタを造ることが一般的である。現在市販品を入手可能なリアクタでは、一日あたりの運転回数は同じままで、運転ごとに製造されるウエハの数が、６枚から２０枚を超えるまでに増加した。
【００１５】
しかしながら、リアクタをこのように大型化すると、いくつかの新たな問題が生じる。熱による対流が、小型のリアクタ内おけるのと同様に大きなリアクタ内においてひどい（またはさらにひどくなる）ので、膜の均一性、およびウエハごとの均一性は、よくならない（さらに悪くなる恐れがある）。さらに、成長圧力が高くなると、熱による対流を抑制するためにガス流量を非常に多くする必要がある。ガス流の必要量が、非常に多いので、ガス送達システムに対して調節を行い特別な配慮をする必要がある。
【００１６】
さらに、高温にする必要があることから、このように大型化した（より大きな）リアクタの大きくなった機械部品は、より高い熱応力下に置かれ、その結果、早期に故障しやすくなる。殆ど全てのリアクタの構成では、ステンレス鋼、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し（砕けやすくなり）、高温でアンモニアによりグラファイトがエッチングされるので、大きめの金属およびグラファイトの部品は、小型のリアクタの対応の部品よりもずっと早く壊れやすくなる。大きめの石英部品はまた、熱応力をより多く受けるので、破壊されやすくなる。
【００１７】
サイズが大きいリアクタに関連する別の問題は、高温を均一に維持することが困難なことである。厚さおよび組成の均一性は、ウエハキャリヤの面の温度の均一性により、即影響を受け得る。サイズが大きいリアクタでは、温度は、設計が複雑な複数ゾーン加熱構成を用いることにより、均一にすることができる。ヒーターアセンブリの信頼性は、上述の熱応力の高さと、アンモニアによる分解とにより、通常低い。プロセスが一定でないこと、およびハードウェアの管理が広範囲に及ぶこととのこれらの問題は、製造歩留まりに、よって製造コストにかなり影響を与える。
【００１８】
ここで図１を参照すると、ＧａＮエピタキシーに使用する最新のＲＤＲリアクタの一例の概略が示されている。反応チャンバは、二重の壁で水冷式の１０インチのシリンダ１１と、全ての反応または原料ガスがチャンバ１３内に分配され送出されるフローフランジ１２と、ウエハキャリヤ１６を１分間に数百回回転させる回転アセンブリ１４と、ウエハ１０を所望の処理温度まで加熱するように構成された、回転するウエハキャリヤ１６の下のヒーター１７のアセンブリと、チャンバ１３内外へのウエハキャリヤの搬送を容易にするための通路１８と、チャンバ１３の底側の中央の排気管１９と、を有する。外部駆動型スピンドル２１が、ウエハキャリヤ１６を回転させる。ウエハキャリヤ１６は、複数のポケットを含み、各ポケットは、ウエハ１０を収容するように構成される。
【００１９】
ヒーター１７は、２組の加熱部材を含む。内側の加熱部材４１の組が、ウエハキャリヤ１６の中心部分を加熱し、外側の加熱部材４２の組が、ウエハキャリヤ１６の周縁を加熱する。ヒーター１７は、チャンバ１３の内側にあるので、反応ガスの悪影響を受ける。
【００２０】
スピンドルは、５００ｒｐｍと１０００ｒｐｍとの間でウエハキャリヤを回転させる。
【００２１】
上述のように、この構成は、低圧・低温で、特に周囲ガスの粘性が低いときに、うまく作用する。しかしながら、アンモニアが多い周囲ガス中において高圧・高温でＧａＮを成長させると、熱による対流が起こって、ガス流が乱流になりやすく、望ましくない。
【００２２】
ここで図２を参照すると、この乱流を示す、簡単なガス流線が示されている。チャンバの大きさが大きくなり、かつ／またはウエハキャリヤとチャンバ上端部との間の距離が広くなると、乱流が増加することは、明らかである。スループットを高めるために図１の構成を大きくすると、チャンバ１３とウエハキャリヤ１６とは、さらに多くのウエハを支持し収容するように大きくなる。
【００２３】
ガス再循環セル５０は、周囲ガス中に乱流があると生成されやすい。当業者に理解されるように、このような再循環は、望ましくない反応物質の濃度および温度の変化を生じることになるので、望ましくない。さらに、このような再循環によって、反応ガスが無駄に使用されるので、成長の効率が低下する結果になるのが一般的である。
【００２４】
さらに、大型のリアクタ内にはさらに多くの加熱ゾーンが必要である。当然ながら、これは、このような大型のリアクタの組み立てを複雑にし、そのコストを高くするので、望ましくない。
【００２５】
ここで図３Ａおよび図３Ｂを参照して、（図３Ａに示すように６枚のウエハを支持する）７インチの、６つのポケット付きのウエハキャリヤ１６ａと、（図３ｂに示すように２０枚のウエハを支持する）１２インチの、２０個のポケット付きウエハキャリヤ１６ｂとを容易に比較し得る。各ポケット２２は、単一の２インチの丸いウエハを支持する。この比較から、さらに多くのウエハを収容するようにこのようにリアクタを拡大することによって、そのサイズが、特にその体積が、非常に大きくなることは、明らかである。リアクタのサイズをこのように大きくすることは、熱による対流の望ましくない影響と、上述の組み立ての複雑さとが増すことにつながる。
【００２６】
しかしながら、減損現象（depletion effect）が、最新の横型リアクタの１つの主な欠点であることは、周知である。キャリヤガス中の反応物質が、中央から、回転するディスクの周縁へ進むにつれて、反応物質の相当量が、その進路に沿って消費される。これによって、ウエハ上への薄膜の堆積が径方向に沿って益々薄くなることは望ましくない。
【００２７】
減損現象を低下させる最新の１つの方法は、大量のガス流量を用いて、径方向に沿って濃度勾配を小さくすることである。この方法の欠点は、成長の効率が低下することである。
【００２８】
前記の点から見て、熱による対流の望ましくない影響を実質的に受けにくく、スループットを増加させるために容易にかつ経済的に大型化し得るリアクタを提供することが望ましい。（ウエハの成長領域のすぐ近くにおいて反応ガスを混合させ得ること、また、反応ガスを成長領域と確実に完全接触させることなどによって）成長効率を促進させるリアクタを提供することがさらに望ましい。ヒーターがチャンバの外側にあることで反応ガスの悪影響を受けないリアクタを提供することが、さらに望ましい。ウエハ全体の上における堆積の均一性を促進し得るように、成長効率を維持しながら望ましくない減損の影響を軽減することが、さらに望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２９】
語法は絶えず変化することから、本装置および方法を機能的説明で記載してきたまたは記載していくが、請求項は、米国特許法第１１２条に従って作成されていないことが明らかであれば、「手段」または「ステップ」の限定構造により必ずしも限定されるものとは解釈されないが、判例による均等論に従って請求項により得られる定義の意味および均等物が全範囲と認められ、また、請求項は、米国特許法第１１２条に従って作成されていることが明らかである場合、米国特許法第１１２条による全ての法定均等物が認められると、明確に理解される。
【００３０】
本発明は、特に、先行技術に関連した上述の不備と取り組み解決する。特に、一態様によれば、本発明は、回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長リアクタを含む。この回転可能なウエハキャリヤは、チャンバ内の反応ガスを層流にするようにリアクタのチャンバと協働する。
【００３１】
別の態様によれば、本発明は、回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長リアクタを含む。当該ウエハキャリヤは、チャンバ内における層流化を促進するように、その周縁部でリアクタのチャンバを密閉する。
【００３２】
別の態様によれば、本発明は、チャンバと、チャンバ内に配置された回転可能なウエハキャリヤとを備える化学気相成長リアクタを含む。このウエハキャリヤは、チャンバ内において反応ガスを外側に流すように構成される。
【００３３】
別の態様によれば、本発明は、回転可能なウエハキャリヤと、反応チャンバとを備える化学気相成長リアクタを含む。この反応チャンバの底部は、実質的にウエハキャリヤにより画定される。
【００３４】
別の態様によれば、本発明は、チャンバと、チャンバ内に配置されたウエハキャリヤと、チャンバの外側に配置されたヒーターとを備える化学気相成長リアクタを含む。このヒーターは、ウエハキャリヤを加熱するように構成される。
【００３５】
別の態様によれば、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および共通のガス排気システムの少なくとも１つとを備える、化学気相成長リアクタを含む。
【００３６】
別の態様によれば、本発明は、反応ガスが実質的にウエハキャリヤの下を流れないように構成されたウエハキャリヤを備える、化学気相成長リアクタを含む。
【００３７】
別の態様によれば、本発明は、チャンバと、ウエハキャリヤと、チャンバの概ね中央に配置されたガス注入口と、層状のガス流をチャンバの中に通すために、ウエハキャリヤの上面の上方のチャンバ内に全体的に形成された少なくとも１つのガス排出口と、を備える、化学気相成長リアクタを含む。
【００３８】
別の態様によれば、本発明は、減損を減少させるように構成された複数のインジェクタを備える化学気相成長リアクタを含む。特に、化学気相成長リアクタは、チャンバ内の反応ガスを層流にするようにリアクタのチャンバと協働するウエハキャリヤを備え、かつ、減損を減少させるように構成された複数のインジェクタも備える。
【００３９】
化学気相成長リアクタは、その中央部分の近傍に配置された注入口を含み得る。インジェクタは、ＩＩＩ族用インジェクタを含み得る。注入口は、Ｖ族用注入口を含み得る。
【００４０】
インジェクタは、複数のゾーンを画定し、各ゾーンは、専用の流量制御装置を備え得る。例えば、インジェクタは、３つのゾーンを画定可能であり、各ゾーンのインジェクタは、専用の流量制御装置を有する。
【００４１】
各ゾーンを通る流れは、別々に制御可能である。さらに、各インジェクタを通る流れは、任意選択的に別々に制御可能である。さらに、各ゾーンを通る反応物質の濃度は、別々に制御可能である。その上、各インジェクタを通る反応物質の濃度は、任意選択的に別々に制御可能である。
【００４２】
別の態様によれば、本発明は、減損を減少させるように、反応ガスをリアクタチャンバ内に噴射するステップを含む化学気相成長法を含む。特に、本方法は、チャンバ内の反応ガスを層流にするようにチャンバと協働するウエハキャリヤを、リアクタのチャンバ内において回転させるステップと、減損を減少させるように構成された複数のインジェクタを介してチャンバ内にガス反応物質を噴射するステップとを含み得る。
【００４３】
Ｖ族の反応物質、例えばＮＨ３などのガスを、チャンバの中央部分の近傍に配置された注入口を介してチャンバに追加し得る。インジェクタを介してチャンバ内に噴射されるガスは、ＩＩＩ族の反応物質を含み得る。
【００４４】
（例えば複数のゾーンに対応する）制御装置のグループを通るガスの流れを制御し得る。この流れは、複数のインジェクタが配置される複数のゾーンの１つに基づいて制御可能である。
【００４５】
したがって、一態様によれば、本発明は、化学気相成長リアクタ用のふたを含み、当該ふたは、複数のインジェクタを含むか、または複数のインジェクタを含むように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明の、これらおよび他の利点は、以下の説明および図面から明らかになるだろう。本発明の精神から逸脱せずに、ここに示し記載する特定の構造を特許請求の範囲内で変更し得ることが、理解される。
【００４７】
ここで、特許請求の範囲に定められる本発明を本明細書に示す例として提示する以下の好ましい実施形態の詳細な説明に関心を向けることにより、本発明および種々の実施形態をさらによく理解できる。特許請求の範囲により定められる本発明が、ここに示す後述の実施形態より広い場合もあり得ることがはっきり理解される。
【００４８】
当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱せずに多くの改変および変更を行い得る。よって、ここに示す実施形態は、例示目的でのみ説明していること、また、以下の特許請求の範囲により定められるように本発明を限定するものと理解すべきでないことを、理解する必要がある。例えば、ある請求項の複数の要素をある組み合わせで後述していなくても、本発明は、このような組み合わせで元々特許請求の範囲に記載していなくても上に開示している、より少ない要素、より多い要素、または別の要素からなる他の組み合わせを含むことを、特に理解する必要がある。
【００４９】
本発明および種々の実施形態を説明するために本明細書において使用する用語は、通常定義される意味だけでなく、通常定義される意味の範囲を超えて、本明細書において特に定義することにより、構造、材料または作用を含むものと、理解すべきである。よって、ある要素が１つを超える意味を含むと、本明細書の文脈において理解できる場合、それをある請求項において用いることは、明細書およびその用語自体により裏付けられる全ての意味を包括する、と理解する必要がある。
【００５０】
よって、以下の特許請求の範囲の用語または要素の定義は、字句通りに説明される要素の組み合わせだけではなく、実質的に同じ態様で、実質的に同じ機能を果たし、実質的に同じ結果が得られる全ての均等な構造、材料または作用も含むものと、本明細書において定義される。したがって、この意味において、２つまたはそれ以上の要素を均等に置き換えることは、以下の特許請求の範囲における要素のどれに対しても可能であるか、または単一の要素を請求項における２つまたはそれ以上の要素と置き換え得ることが、理解される。要素は、ある組み合わせにされて作用し、そのように特許請求の範囲に元々記載しているものと、上に述べたかもしれないが、特許請求の範囲に記載された組み合わせから１つまたはそれ以上の要素を、ある場合には、その組み合わせから削除することができ、また、特許請求の範囲に記載された組み合わせを、下位の組み合わせ（subcombination）または下位の組み合わせの変形に導き得ることが、理解されるのは明らかである。
【００５１】
特許請求の範囲に記載された主題からの、当業者から見て実体のない、今や知られておりまたはいずれ考案される変更を行うことは、特許請求の範囲内において均等であると理解されるのは明らかである。したがって、当業者に今や知られておりまたはいずれ知られる自明な置換は、定められた要素の範囲内になるように限定される。
【００５２】
したがって、特許請求の範囲は、特にここに示し上に説明したもの、概念上均等であるもの、明らかに置換可能であるもの、および本発明の主要な考案を本質的に組み込んだものを含むと理解すべきである。
【００５３】
よって、添付の図面に関連する後述の詳細な説明の目的は、本発明の、現在好ましい実施形態を説明することであって、本発明が構成されまたは用いられ得る形態のみを示すことではない。本説明では、ここに示す実施形態に関連する、本発明を構成し作用させる機能および一連のステップを説明する。しかしながら、同じすなわち均等な機能は、本発明の精神の範囲内に含まれるようにした異なる実施形態によっても果たし得ることを理解すべきである。
【００５４】
一態様によれば、本発明は、回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長リアクタを含む。当該ウエハキャリヤは、チャンバ内の反応ガスを層流にするようにリアクタのチャンバと協働する。
【００５５】
一態様によれば、本発明は、回転可能なウエハキャリヤを備える化学気相成長リアクタを含む。当該ウエハキャリヤは、チャンバ内における層流化を促進するように、その周縁部でリアクタのチャンバを密閉する。
【００５６】
一態様によれば、本発明は、チャンバと、チャンバ内に配置された回転可能なウエハキャリヤとを備える化学気相成長リアクタを含む。このウエハキャリヤは、チャンバ内において反応ガスを外側に流すように構成される。
【００５７】
一態様によれば、本発明は、回転可能なウエハキャリヤと、反応チャンバとを備える化学気相成長リアクタを含む。この反応チャンバの底部は、実質的にウエハキャリヤにより画定される。
【００５８】
一態様によれば、本発明は、チャンバと、チャンバ内に配置されたウエハキャリヤと、チャンバの外側に配置されたヒーターとを備える化学気相成長リアクタを含む。このヒーターは、ウエハキャリヤを加熱するように構成される。
【００５９】
一態様によれば、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および共通のガス排気システムの少なくとも１つとを備える、化学気相成長リアクタを含む。
【００６０】
一態様によれば、本発明は、反応ガスが実質的にウエハキャリヤの下を流れないように構成されたウエハキャリヤを備える、化学気相成長リアクタを含む。
【００６１】
一態様によれば、本発明は、チャンバと、ウエハキャリヤと、チャンバの概ね中央に配置されたガス注入口と、層状のガス流をチャンバの中に通すために、ウエハキャリヤの上面の上方のチャンバ内に全体的に形成された少なくとも１つのガス排出口と、を備える、化学気相成長リアクタを含む。
【００６２】
一態様によれば、本発明は、チャンバと、チャンバ内に配置され、チャンバの一部分（例えば、上端部）と協働して流路を画定するウエハキャリヤと、ウエハキャリヤを回転させる軸と、を備える化学気相成長リアクタを含む。ウエハキャリヤとチャンバの部分との間の間隔は、流路を通るガスを概ね層状の流れにする程度十分狭い。
【００６３】
ウエハキャリヤとチャンバの部分との間の間隔は、ウエハキャリヤの回転により遠心力が生じて流路内のガスを外側へ流す程度十分な狭さにすることが好ましい。ウエハキャリヤとチャンバの部分との間の間隔は、反応ガス中の反応物質の大部分が、チャンバを出て行く前にウエハの面と接する程度十分狭いことが好ましい。ウエハキャリヤとチャンバの部分との間の間隔は、反応ガス中の反応物質の殆どが、チャンバを出て行く前にウエハの面と接する程度十分狭いことが好ましい。ウエハキャリヤとチャンバの部分との間の間隔は、チャンバとウエハキャリヤとの間における熱による対流を減少させる程度十分狭いことが好ましい。
【００６４】
ウエハキャリヤとチャンバの部分との間の間隔は、約２インチ未満であることが好ましい。ウエハキャリヤとチャンバの部分との間の間隔は、約０．５インチと約１．５インチとの間であることが好ましい。ウエハキャリヤとチャンバの部分との間の間隔は、約０．７５インチであることが好ましい。
【００６５】
ガス注入口がウエハキャリヤの上方かつウエハキャリヤに対して概ね中央に形成されることが、好ましい。
【００６６】
チャンバは、シリンダにより画定されることが好ましい。チャンバは、チャンバの上端部を画定する概ね平坦な１つの壁と、チャンバの上端部のほぼ中央に配置された反応ガス注入口とを有するシリンダにより画定されることが、好ましい。しかしながら、あるいは、チャンバの輪郭を他の所望の幾何学的形状にしてよいことを、当業者は理解するだろう。例えば、その代わりに、チャンバは、立方体、箱体、球体、または楕円体によって画定してもよい。
【００６７】
化学気相ウエハキャリヤは、軸周りを回転するように構成され、反応ガス注入口は、ウエハキャリヤの軸に対して概ね同軸に配置されることが、好ましい。
【００６８】
反応ガス注入口は、直径がチャンバの直径の１／５未満であることが好ましい。反応ガス注入口は、直径が約２インチ未満であることが好ましい。反応ガス注入口は、直径が約０．２５インチと約１．５インチとの間であることが、好ましい。
【００６９】
よって、反応ガス注入口の大きさは、反応ガスを実質的に層状に流すために、反応ガスが概ねウエハキャリヤの中央からその周縁に流れる大きさである。このようにして、対流による流動は減少し、反応効率が増す。
【００７０】
反応ガスがチャンバ内を概ね水平に流れるようにすることが好ましい。反応ガスが流路を概ね水平に流れるようにすることが好ましい。反応ガスは、ウエハキャリヤを回転させることにより少なくとも部分的に外側に流れることが、好ましい。
【００７１】
チャンバ内に形成される少なくとも１つの反応ガス排出口は、ウエハキャリヤの上方にあることが、好ましい。複数の反応ガス排出口が、チャンバ内において、ウエハキャリヤの上面の上方に全体的に形成されることが、好ましい。反応ガス排出口の数を増やすと、反応ガスが径方向に流れやすくなることにより（ガスがウエハキャリヤの中央から周縁に流れる直線の流路が多くなることにより）、特にウエハキャリヤの周縁において、反応ガスの層流化が促進される。反応ガス排出口をウエハキャリヤの上面の上方に全体的に形成すると、反応ガスがウエハキャリヤの縁の上方を流れる結果、反応ガスの流れに望ましくない乱流が生じにくくなる。
【００７２】
したがって、少なくとも１つの反応ガス排出口は、チャンバ内において、ウエハキャリヤの上方、かつチャンバの上端部より下方に形成されることが、好ましい。
【００７３】
化学気相成長リアクタは、チャンバの概ね中央に形成された反応ガス注入口と、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、を含むことが好ましい。ウエハキャリヤは、チャンバ内で、１つまたは複数のガス排出口より下方に配置され、チャンバの上端部とウエハキャリヤとの間に流路を画定し、これによって反応ガスが反応ガス注入口を通ってチャンバ内に流入し、流路を通ってチャンバ内を流れ、反応ガス排出口を通ってチャンバから流出するようになっている。
【００７４】
リング状のディフューザが、ウエハキャリヤの周縁の近傍に配置され、反応ガス注入口から反応ガス排出口への層状の流れを促進するように構成されることが好ましい。ウエハキャリヤは、チャンバの上端部とウエハキャリヤとの間に流路を画定するように、チャンバ内のガス排出口より下方に配置され、この配置は、反応ガスが、反応ガス注入口からチャンバ内に流入し、流路を通ってチャンバ内を流れ、反応ガス排出口を通ってチャンバから流出するようなものにする。
【００７５】
リング状のディフューザは、実質的に中空の環状部を含むことが好ましく、当該環状部は、内側の面と外側の面とを有し、内側の面にも、外側の面にも、複数の開口部が形成される。内側の面の開口部は、ウエハキャリヤ上方における反応ガスの流れの均一化を促進する。
【００７６】
内側の面の開口部は、ウエハキャリヤ上方における反応ガスの流れを均一にするために、反応ガスの流れを十分制限するように構成されることが好ましい。
【００７７】
リング状のディフューザは、加熱されたアンモニアによる劣化を起こしにくくする材料からなることが好ましい。例えば、リング状のディフューザは、ＳｉＣコート黒鉛、ＳｉＣ、石英、またはモリブデンからなり得る。
【００７８】
本発明の一態様によれば、リングシールは、ウエハキャリヤとチャンバとの間に配置される。リングシールは、チャンバの、反応ガス排出口以外からの反応ガスの流出を減少させるように、構成される。リングシールは、黒鉛、石英、またはＳｉＣを含むことが好ましい。
【００７９】
本発明の一態様によれば、ヒーターアセンブリは、チャンバの外側、かつウエハキャリヤの近傍に配置される。ヒーターは、誘導ヒーター、放射ヒーター、または他の所望のタイプのヒーターであり得る。ヒーターパージシステムは、反応ガスとヒーターとの接触を減少させるように構成されることが好ましい。
【００８０】
一般に、ガス流量制御装置は、ガス注入ポートから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、構成される。
【００８１】
ウエハキャリヤを、少なくとも３枚の２インチの丸いウエハを支持するように構成することが、好ましい。しかしながら、ウエハキャリヤは、その代わりに、所望の数のウエハ、所望の大きさのウエハ、および所望の形状のウエハを支持するように構成してよい。
【００８２】
本発明の一態様によれば、遠心力により反応ガスが外側に流れるようにウエハキャリヤを構成する。よって、ウエハキャリヤには、回転式のウエハキャリヤが含まれることが好ましい。ウエハキャリヤを、約５００ｒｐｍより多い回転数で回転するように構成することが好ましい。ウエハキャリヤを、約１００ｒｐｍと約１５００ｒｐｍとの間の回転数で回転するように構成する。ウエハキャリヤを、約８００ｒｐｍで回転するように構成することが好ましい。
【００８３】
本発明の装置および方法を、種々の異なる半導体素子が形成され得るウエハを形成するために用い得る。例えば、ＬＥＤが製造されるダイを形成することにウエハを使用し得る。
【００８４】
本発明を図１〜図１０に示し、当該図面は、現在好ましい実施形態を示す。本発明は、化学気相成長（ＣＶＤ）リアクタと、スループットを増大させるのに適切な統合型のマルチリアクタシステムと、に関する。このリアクタは、熱による対流を実質的に抑制する外形と、面への付加物を回避するためにガスの速度を速くするガス噴射機構と、（原料ガスの消費を減少させることにより）成長効率を高くするために限定された成長ゾーンとを用いる。
【００８５】
高スループットの構成のために、前記リアクタの複数のユニットを統合し得る。複数ユニットの構成における各リアクタは、大きさを比較的小型にすることができるので、その結果、機械の構造が、簡単になり信頼できるものになり得る。全てのリアクタは、スループットが同じ通常の大型のリアクタとコストが同じになるように共通のガス送出、排気、制御システムを共有する。
【００８６】
スループットを増大させる構想は、リアクタの設計とは無関係であり、他の種々のリアクタの設計にも応用され得る。理論上は、何台のリアクタを１つのシステムに統合させ得るかには、制限がない。しかしながら、実際問題として、統合させるリアクタの最大数は、ガス送出システムがいかに構成されるかにより、実質的に制限を受ける。リアクタの設計と増加させる構想とは、種々の異なる原料からの成長にも適用可能であり、よって、ＩＩＩ族の窒化物に限定されず、他の全てのＩＩＩ〜Ｖ族の化合物、酸化物、窒化物、およびＶ族のエピタキシーを含む。
【００８７】
ここで図４を参照すると、リアクタ１００は、リアクタシリンダ１１１の上端部および中央に配置された狭いガス注入口１１２を有する。シリンダ１１１は、図１に示したリアクタと同様に、二重の壁を有し水冷式である。水温は、チャンバ１１３の温度を調節するように変更し得る。ウエハキャリヤ１１６と、リアクタ１００の上端部１３１とにより画定される狭いガス流路１３０が、ガスを外側方向に向ける。
【００８８】
ウエハキャリヤ１１６に形成された複数のポケットは、ＬＥＤ製造における使用に適する２インチのウエハなどのウエハ１１０を受け入れ支持するように構成される。
【００８９】
回転式のウエハキャリヤ１１６は、遠心力によりガス流の向きを外側に向ける。回転式のウエハキャリヤ１１６は、１０ｒｐｍと１５００ｒｐｍとの間で回転することが好ましい。当業者は理解するだろうが、ウエハキャリヤ１１６の回転速度が高くなると、一般に、反応ガスにかかる遠心力も大きくなる。
【００９０】
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内を概ね水平方向に流れて、成長プロセスが、横型リアクタとある程度似たものになる。当業者は理解するだろうが、横型リアクタの１つの利点は、成長効率が高いことである。これは、横型リアクタ内の全ての反応物質が、さらにずっと狭い容積に制限されるので、反応物質が成長面と接触して、効率が上がるからである。
【００９１】
反応ガス注入口は、チャンバの直径の１／５未満の直径、寸法Ａを有することが好ましい。反応ガス注入口の直径はおよそ２インチ未満であることが好ましい。反応ガス注入口の直径は、約０．２５インチと約１．５インチとの間であることが、好ましい。
【００９２】
図２に示したＲＤＲなどの垂直型のリアクタ内における熱による対流を抑制するために、追加のガス流を使用することとは異なって、熱による対流の抑制は、狭い流路１３０を用いることにより行われて、その結果、ガス流が、所望の方向に向けられる。
【００９３】
ウエハキャリヤ１１６の上面と、チャンバ１１１の上端部との間の間隔を、寸法Ｂで示す。寸法Ｂは約２インチ未満であることが好ましい。寸法Ｂは約０．５インチと約１．５インチとの間であることが好ましい。寸法Ｂは、約０．７５インチであることが好ましい。
【００９４】
上述のように、減損現象は、横型リアクタにおける１つの主な欠点である。キャリヤガス中の反応物質が、中央から、回転するディスクの周縁に向かって進むにつれて、反応物質の実質的な量が、その経路に沿って消費されて、ウエハ上における径方向に沿った薄膜の堆積は、益々薄くなる。
【００９５】
本発明によれば、成長効率は、ウエハキャリヤの回転速度を比較的高くすることにより、改善されて、その結果、ウエハキャリヤの回転により生じる遠心力によって、ウエハ上におけるガス速度は、ガス流量を増加させなくても、高くなる。
【００９６】
ここで図５を参照すると、ガス流の抵抗は、１つ又は複数の反応ガス排出口をウエハキャリヤの上面より上に全体的に形成することによって低くすることができるので、その結果、層流の程度がよくなる。ガス排出口をウエハキャリヤ１１６の上面より上に全体的に形成することによって、ガス注入口１１２からガス排出口１１９への反応ガスのさらに直線的な（よってあまりねじ曲げられていない）経路が、提供される。当業者が理解するように、反応ガスの経路が、さらに直線的でねじ曲げられていない程、その流れは、乱流が少なく（さらに層状に）なる。
【００９７】
回転式のウエハキャリヤ１１６の周りにリングシール１３２を追加して、排気ガス流の流路１３０の空隙を埋めることによって、流体抵抗は減少し、層流が実質的に増加する。これは、ウエハキャリヤの縁においてガス流の方向が、変化しなくなることによる。リングシール１３２は、石英、グラファイト、ＳｉＣまたはリアクタの環境に適する他の耐久性のある材料からなり得る。
【００９８】
排気ガスを吸い出す（ことで層流を多くする）ために、（図６Ａおよび図６Ｂにおいてよく分かる）リング形のディフューザを使用し得る。リング形のディフューザは、ウエハキャリヤ１３２の周縁のすぐ近くの、リアクタの周縁のほぼ全体を、効果的に、１つの概ね連続したガス排出口ポートにし得る。
【００９９】
ヒーター１１７は、（リアクタの、反応ガスが容易に流れる部分である）チャンバの外側に配置される。ヒーターは、ウエハキャリヤ１１６より下に配置される。リングシール１３２によって、反応ガスの流れがウエハキャリヤ１１６の下で遅くなるので、ヒーターは、反応ガスに実質的に晒されず、よって、実質的に劣化しない。
【０１００】
リングシール１３２を通り過ぎてウエハキャリヤの下の領域内に漏出するどんな反応ガスもパージするために、ヒーターパージ部１４６を設けることが好ましい。
【０１０１】
ここで図６Ａを参照すると、４つの吸い出しポートまたはガス排出口１１９が、ディフューザ１３３と流体連通する。ガス排出口１１９の全ては、共通のポンプに連結されることが好ましい。
【０１０２】
リングシール１３２は、上述のように、ウエハキャリヤ１１６とチャンバ１１１との間の空隙を埋めて、反応ガスを層流化する。
【０１０３】
ここで図６Ｂを参照すると、ディフューザ１３３は、複数の内側開口部１３６と複数の外側開口部１３７とを含む。当業者が理解するように、内側開口部１３６の数が多くなるほど、内側開口部は、益々単一の連続した開口部に近づく。当然ながら、内側開口部が単一の連続した開口部に近づくほど、チャンバを通って流れるガスは、層状になっていく。
【０１０４】
ディフューザ１３３は、少なくともガス排出口ポート（図５Ａに、例えば、４つのガス排出口ポート１１９を示す）と同じ数の外側開口部を含むことが好ましい。
【０１０５】
ディフューザ１３３は、高温のアンモニアに耐える、グラファイト、ＳｉＣコート黒鉛、固体ＳｉＣ、石英、モリブデン、または他の材料からなることが好ましい。種々の材料が適することを、当業者は理解するだろう。
【０１０６】
ディフューザ１３３の孔の大きさは、排気管への分配がさらに均一になり得るように、ガス流を少し制限する程度十分小さくし得る。しかしながら、ディフューザの孔に付着または凝縮する場合がある気体および液体の粒子を、反応生成物が含有するので、孔が詰まりやすくなるほど、孔の大きさを小さくしてはいけない。
【０１０７】
ここで図７および図８を参照すると、反応ガス噴射構成は、気相反応を改善するために変更される場合がある。変更されたこれらの構成によれば、アルキル基とアンモニアとは、図７に示すように、反応チャンバ内に導入する前はほぼ独立しており、また、図８に示すように、反応チャンバに入る前は完全に独立している。いずれの場合も、ウエハが配置された成長ゾーンに到達する直前に、反応物質が混合される。気相反応は、ガスが成長プロセスに加えられる前の非常に短い時間で起こるに過ぎない。
【０１０８】
特に図７を参照すると、アルキル基注入口１４１は、アンモニア注入口１４２と分離されている。アルキル基注入口１４１およびアンモニア注入口１４２の両方は、ガスがチャンバ１１１に入る直前に、反応ガスをキャリヤガス注入口１１２に供給する。
【０１０９】
特に図８を参照すると、アルキル基注入口１４１は、図７におけるのとほぼ同様に反応ガスをキャリヤ注入口１１２に供給する。アンモニア注入口１５１は、キャリヤ注入口１１２内に配置された管を含む。アンモニア注入口は、キャリヤ注入口１１２内で概ね同軸上に配置されることが好ましい。しかしながら、アルキル基注入口１４１と、アンモニア注入口１５１と、キャリヤ注入口１１２とを種々の他の構成にすることが同様に適切であることを、当業者は理解するだろう。
【０１１０】
ノズル１６１は、反応効率を促進させ得るように、ウエハキャリヤ１１６上に均一にアンモニアを広げることに役立つ。
【０１１１】
図７および図８の反応ガス注入口の構成は、反応ガスがウエハと接触する前の望ましくない気相反応を減少させる。
【０１１２】
上述のように、図５、図７、および図８に示すリアクタ構成の利点は、ヒーター１１７上への望ましくない堆積がかなり減少することである。ヒーターアセンブリは、放射型ヒーターまたは高周波（ＲＦ）誘導型ヒーターのいずれかであり得る。リアクタ１１１の下部にヒーターパージ部１４６を設けることによって、反応ガスがヒーター領域に入ることは、効果的に妨げ得る。よって、リングシール１３２を通過して漏出するどんな反応ガスも、ヒーター領域から迅速にパージされて、ヒーター１１７の劣化は、軽減される。
【０１１３】
一態様によれば、本発明は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）システムまたは同様のもののスループットを増加させる方法を含む。反応チャンバのサイズを広げることによるＭＯＣＶＤリアクタを拡大する最新の試みとは異なって、本発明は、ウエハのスループットが同じになるようにいくつかの小型リアクタモジュールを統合する。
【０１１４】
ここで図９を参照すると、２１枚のウエハリアクタ９００が示されている。リアクタ９００のサイズが大きいので、ガスは、通常、均一に分配するために複数のポート９０１〜９０３を通して導入される。ガス流制御装置９０２は、反応ガスの量、およびチャンバに供給される反応ガスの成分の量の制御を容易にする。
【０１１５】
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。ガス排気システム９５０は、使用された反応ガスをリアクタ１１１から除去する。
【０１１６】
ここで図１０を参照すると、本発明の統合された３つのチャンバリアクタが示されている。各チャンバ９５１〜９５３は、比較的小型のチャンバであって、各チャンバは、例えば、７枚のウエハのリアクタを画定する。複数のリアクタの全ては、同じガス注入システム９６０と、ガス排気システム９７０を共有する。
【０１１７】
図９の構成および図１０の構成によって、同じ２１枚のウエハのスループットが生み出される。しかしながら、本発明には、図１０に示すように、図９に示すリアクタと比較して実質的な利点がある。小型のリアクタでは、小型の機械部品の熱応力が高温においても低くなるので、特にＩＩＩ族の窒化物の成長に対して機器に対する信頼性が高い。
【０１１８】
さらに、小型リアクタでは、温度および流れの動力学が大型のリアクタ内におけるものよりもずっと管理しやすいので、成長が安定する。また、小型のリアクタの構造は、大型のリアクタよりもずっと簡単なので、小型のリアクタの管理は、ずっと簡単で時間もそれ程かからない。したがって、小型のリアクタは、通常、使用可能時間が長く、また、部品点検の頻度も低くコストもそれ程かからない。
【０１１９】
これらの要素の全ての結果として、実際のウエハの歩留まりが高くなり、管理コストが低くなるので、小型のリアクタの所有者にかかるコストがずっと低くなる。リアクタを造るコストは、ＭＯＣＶＤシステム全体の約２〜５％に過ぎないので、複数のリアクタをシステムに追加しても、コスト全体はそれ程増加しない。本発明の利点は、リアクタを追加するコストよりずっと大きい。
【０１２０】
上に詳述したように、本発明は、回転式ウエハキャリヤと、狭い流路と、上端部のふたの中央に配置されたガス注入口と、ウエハキャリヤより上のガス排出口と、排気管への層状的な流れを促進するとともにヒーターチャンバを画定する、ウエハキャリヤの周りの密閉リングと、を有する化学気相成長反応チャンバを含む。
【０１２１】
成長プロセス（堆積）中、ウエハキャリヤは、遠心力を用いることにより、一般に数百ｒｐｍ、例えば、５００〜１５００ｒｐｍで回転させて、流路内のガス流を速くする。窒素または水素（キャリヤガス）などの反応しにくいガスと混合された反応物質は、流路内に運ばれて、その結果、高温の基板上に堆積する。
【０１２２】
しかしながら、ガスが流路の中を進むときに化学反応の一部が、所望のものより早く起こり、ガス中の反応物質の相当な部分或いは殆どの部分が、ガス注入口の近くにおいて消費される。原料ガスの量は、ガスが流路に沿って進むにつれて減少する。これは、減損現象として知られる。減損は、周知であり、ガスがチャンバの一方の端部から水平にチャンバの他方の端部に進む横型リアクタにおいて起こるのが一般的である。
【０１２３】
ＧａＮの成長の場合、使用される反応物質は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）の場合があり、その両方は、水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）により運ばれ得る。一般的な有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）による、ＧａＮの成長プロセスにおいて、面におけるＧａＮの分解を妨げるために、ＮＨ３の供給をＴＭＧの供給よりも相当多くする。これは、ＭＯＣＶＤを用いてＩＩＩ−Ｖ族の化合物およびＩＩＩ族の窒化物を成長させる場合であり、この場合、Ｖ族のガスの供給は、ＩＩＩ族よりも相当多くする。したがって、成長の均一性に悪影響を及ぼす減損現象は、殆どＩＩＩ族の原料が減損することによる。
【０１２４】
ここで、図１１を参照すると、本発明の少なくとも１つの態様によれば、ＩＩＩ族およびＶ族のガスの注入口は、独立している。リアクタ２１１の上端部またはふた２１２には、概ね中央にＮＨ３注入口２１３が形成されている。複数のＩＩＩ族用インジェクタ２１４が、（図１２において最もよく分かる）複数のゾーンを画定するようにふたに形成される。
【０１２５】
ここで図１２を参照すると、複数の個別のゾーン２５０が、複数のＩＩＩ族のインジェクタ２１４を別々にグループ化することにより画定される。インジェクタ２１４の各グループは、複数のゾーン２５０の特定の１つのゾーン内に配置される。所定のゾーン２５０のインジェクタ２１４の全ては、共通の配管を有し、各ゾーンの流れを、他のゾーン２５０のインジェクタ２１４を通る流れに対して別々に制御し得る。すなわち、各ゾーン内を流れるガスの量は、ＩＩＩ族のガス（原料）の所望のどんな分配も調整しやすくなるように、専用の流量制御装置により制御し得る。同じガスまたは別のガスを、各グループ２１４のインジェクタの中に流し得る。よって、例えば、インジェクタ２１４の全ての流量を大体同じにして、ＩＩＩ族の反応物質の濃度をゾーンによって変化させ得る。
【０１２６】
３つのゾーン２５０と、よってインジェクタ２１４の３つのグループが、図１２に示されている。しかしながら、ゾーン２５０とインジェクタ２１４のグループとを所望のどんな数にしてもよいことを、当業者は理解するだろう。各ゾーン２５０には、所望のどんな数のインジェクタ２１４を含ませ得る。実際、単一のあらゆるインジェクタでゾーンを画定することができ、また、何のガスが噴射されるか、噴射流量をどうするかについて別々に制御を行い得る。よって、図１１および図１２に示し説明したゾーン２５０とインジェクタ２１４との構成は、例に過ぎず、これに限定するものではない。
【０１２７】
ふた２１２は、インジェクタ２１４を所望の数含み得る。例えば、ふた２１２には、１２、２４、３６、４８、６４個、またはそれ以上のインジェクタ２１４が含まれる場合がある。さらに、各ゾーンには、インジェクタ２１４を所望のどんな数含ませてもよい。例えば、各ゾーンには、４、６、８、１２個、またはそれ以上のインジェクタ２１４を含ませてもよい。
【０１２８】
Ｖ族のガスの注入口２１３をふた２１２の中央に維持し、ＩＩＩ族のガスを制御できるようにふた２１２の全体に亘って分配することによって、ＩＩＩ族の原料の減損現象を排除しながら、Ｖ族のガスにより層流が形成される。ウエハキャリヤ全体に亘る堆積の均一性が、相当改善される。ウエハキャリヤは、約１０ｒｐｍと約１５００ｒｐｍとの間の回転数で回転し得る。リアクタ内の圧力は、約７６０トルより低いかまたはそれと等しくなり得る。
【０１２９】
ふた２１２全体に亘るＩＩＩ族のガスの分配を、孔（インジェクタ）をふたに設けることにより行い得る。ＩＩＩ族のインジェクタの水冷を、ＩＩＩ族の原料の分解が早く起こり過ぎないように行い得る。
【０１３０】
ここに説明し図面に示す化学気相成長の例示的方法および装置が、本発明の現在好ましい実施形態を代表するに過ぎないことが、理解される。実際、本発明の精神および範囲を逸脱せずに、このような実施形態に種々の変更および追加を行い得る。例えば、本発明の装置および方法は、有機金属化学気相成長法と異なる応用に対して行い得ることを理解すべきである。実際、本発明は、半導体素子の製造に全く無関係の応用に適する場合がある。
【０１３１】
したがって、これらおよび他の変更並びに追加は、当業者に明らかであり、また、種々の別の応用において使用するために、本発明を適合させるように実施し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】反応ガスが、フローフランジを経て分散式に内部に導入される様子を示し、またガスが、ウエハキャリヤより下に配置されたガス排出口を経てチャンバから排気される様子を示す最新のリアクタの幾分概略的な側方断面図である。
【図２】チャンバ内における反応ガスの再循環を引き起こす望ましくない対流を示す、幾分概略的な最新のリアクタであって、チャンバの上端部とウエハキャリヤとの間の間隔を比較的広くすることにより、再循環が促されるリアクタの側方断面図である。
【図３Ａ】６枚のウエハをリアクタ内に支持するように構成されたウエハキャリヤの幾分概略的な平面図である。
【図３Ｂ】リアクタ内に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幾分概略的な平面図である。
【図４】チャンバの上端部とウエハキャリヤとの間の間隔が比較的狭く、本発明によってウエハキャリヤに対して概ね中央に比較的小さな単一のガス注入口が配置されたリアクタの幾分概略的な側方断面図である。
【図５】本発明に係る図４のリアクタの代替構成の幾分概略的な側方断面図である。当該構成では、複数の反応ガス排出口が、ウエハキャリヤの上面の上方に全体的に配置されて層状のガス流を増加させるように環状のディフューザと流体連通し、ウエハキャリヤとチャンバとの間にシールが配置され、ヒーターのガスパージ部分とともにチャンバの外側にヒーターが配置されて、ヒーターへの反応ガスの影響が軽減される。
【図６Ａ】３つのポケット型のウエハキャリヤと、ウエハキャリヤとチャンバとの間のシールと、ディフューザと、反応ガス排出口と、を示す図５のリアクタの幾分概略的な断面図である。
【図６Ｂ】複数の開口が内側の面および外側の面に形成された、図５および図６Ａのディフューザの幾分概略的な側面斜視図である。
【図７】キャリヤガスに反応ガスを供給する別々のアルキル基注入口とアンモニア注入口とを有する、図５のリアクタの幾分概略的な側方断面図である。
【図８】アルキル基／キャリヤガス注入口内に概ね同心にアンモニア注入口が配置された、図５のリアクタの代替構成の幾分概略的な側方断面図である。
【図９】ウエハ収容量が２１枚であり、複数の反応ガス注入口を有する比較的大きく大型のＲＤＲリアクタの幾分概略的な側面斜視図である。
【図１０】（全収容量が図９の比較的大きなリアクタと等しくなるように、各リアクタのウエハ収容量は７枚である）比較的小型の３つのリアクタであって、共通の反応ガス供給システムおよび共通の反応ガス排気システムを共有するリアクタを有するリアクタシステムの幾分概略的な側面斜視図である。
【図１１】複数のゾーンを画定するように複数のガス注入口が形成されたリアクタの幾分概略的な側方断面図である。
【図１２】複数のガス注入口がいかに複数のゾーンを画定するかをよく示す、図１１のリアクタのふたの幾分概略的な平面図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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