(57)【要約】  本発明は、半導体処理の分野に関し、反応前に前駆体ガスのより効率的な熱化を促すことによって、半導体材料の化学気相成長（ＣＶＤ）を改善する装置および方法を提供する。好ましい実施形態において、本発明は、流動プロセスガスへの熱伝達を促すためのＣＶＤリアクタ内での熱伝達構造およびその配列を含む。熱ランプからの放射に透明なＣＶＤリアクタに応用可能な、ある好ましい実施形態において、本発明は、熱ランプからの放射を妨害し、流動プロセスガスへ伝達するように配置された放射吸収性表面を備える。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されたＣＶＤリアクタチャンバ内で使用するための熱化装置であって、１つ以上のチャンバ熱源から熱を受け、前記チャンバ内に流れる１つ以上のプロセスガスに前記受けた熱を送出するように配設された熱伝達構造を備え、前記熱の少なくとも一部が、前記チャンバ内の基板での前記プロセスガスのＣＶＤ反応前に前記プロセスガスに送出される、熱化装置。
【請求項２】
前記熱伝達構造の少なくとも１つが、前記プロセスガスのＣＶＤ反応前に前記流動プロセスガスに露出された加熱表面を備え、前記プロセスガスのＣＶＤ反応前に前記流動プロセスガスに露出された少なくとも１つの表面が、抵抗または放射熱源から伝導による熱を受ける、請求項１に記載の熱化装置。
【請求項３】
前記加熱表面の少なくとも一部分が、前記リアクタチャンバを通るプロセスガスの流れに対して、前記プロセスガスの流れに沿って前記基板の上流に、プロセスガスの流れに対して横断して前記基板から間隔を空けて位置付けられる、請求項２に記載の熱化装置。
【請求項４】
少なくとも１つの熱伝達構造が、放射吸収性と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物のＨＶＰＥ堆積を含む選択されたＣＶＤプロセス中に、ＣＶＤリアクタチャンバ内で生じる熱的および化学的条件に対する耐性とを兼ね備えた材料を含む、請求項１に記載の熱化装置。
【請求項５】
前記耐性材料が、グラファイト、熱分解グラファイト、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、および炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）の１つ以上を含み、複数の熱伝達構造をさらに備える、請求項４に記載の熱化装置。
【請求項６】
前記熱化装置に追加されるコンポーネントが、リアクタチャンバ内に配設され、前記追加されるコンポーネントが、サセプタおよびサセプタ支持リングの少なくとも１つを含み、熱伝達構造の少なくとも一部分が、前記リアクタチャンバを通るプロセスガスの流れに対して、前記プロセスガスの流れに沿った前記基板の上流の場所と、プロセスガスの流れに対して横断する前記基板から間隔を空けた場所の両方で前記プロセスガスの流れに熱を送出するように位置付けられる、請求項１に記載の熱化装置。
【請求項７】
少なくとも１つの熱伝達構造が、前記リアクタチャンバを通るプロセスガスの流れに対して、前記プロセスガスの流れに沿った前記基板の下流の場所で、前記プロセスガスに熱を送出するように位置付けられる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
２つ以上の熱伝達構造が、前記リアクタチャンバを通るプロセスガスの流れに対して、前記プロセスガスの流れに沿って少なくとも部分的に重なり合うが、前記プロセスガスが流れる内側ゾーンの加熱壁を少なくとも部分的に規定するように、プロセスガスの流れに対して横断する方向に互いに間隔を空けられ、および／または、互いに傾斜させられて設けられる場所で、前記プロセスガスに熱を送出するように配設される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記チャンバ内に配設された少なくとも１つの追加コンポーネントが加熱され、前記加熱された追加コンポーネントが、前記プロセスガスが流れる内側ゾーンの加熱壁を少なくとも部分的に規定するように少なくとも１つの熱伝達構造と協働する、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの熱伝達構造が、吸収された放射によって加熱され、前記プロセスガスに、前記吸収した放射の少なくとも一部分を伝達するように、前記流動プロセスガスに露出された表面を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
加熱された表面を含む前記少なくとも１つの熱伝達構造が、実質的に平坦またはアーチ状であり、プロセスガス注入口と前記基板との間に位置付けられる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記チャンバを通る前記プロセスガスの流れに沿って一つずつ配設された複数の加熱表面をさらに備え、選択された放射帯に実質的に透明である少なくとも１つの構造をさらに備え、前記透明構造が、前記複数の加熱表面の前方、または前記複数の加熱表面の間、または前記複数の加熱表面の後方に位置にある、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
ＣＶＤリアクタチャンバの内部の基板で２つ以上のプロセスガス間でＣＶＤ反応を実行する方法であって、
前記ＣＶＤリアクタチャンバを通って前記基板へとプロセスガスを流すステップと、
少なくとも１つが、プロセスガスの流れ方向に沿って前記基板の上流に位置付けられ、プロセスガスの流れに対して横断する方向に前記基板から間隔を空けて設けられた１つ以上の熱伝達構造で、前記リアクタチャンバに関連付けられた１つ以上の熱源から熱を受けるステップと、
前記基板に達する前に、前記プロセスガスの少なくとも１つを熱化するように、前記チャンバ内に流れる１つ以上のプロセスガスに前記受けた熱を送出するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
プロセスガスの流れ方向に沿って少なくとも部分的に重なり合うが、プロセスガスの流れに対して横断する方向に互いに間隔を空けられ、および／または、互いに傾斜させられて設けられて、前記プロセスガスが流れる内側ゾーンの加熱壁を少なくとも部分的に規定する２つ以上の熱伝達構造で、前記プロセスガスの流れに熱が送出される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのプロセスガスの温度が、前記内側ゾーンを通る流れ方向に沿って上昇するように熱が送出される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのプロセスガスが、意図したＣＶＤ反応に備えるのに十分な温度まで熱化されるように送出された熱を制御するステップをさらに含み、前記意図したＣＶＤ反応が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物のＨＶＰＥ堆積を含み、前記十分な温度が、少なくともおよそ９００℃である、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理の分野に関し、反応前に前駆体ガスのより効率的な熱化を促すことによって、半導体材料の化学気相成長（ＣＶＤ）を改善する装置および方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
化学気相成長（ＣＶＤ）リアクタで気体状の前駆体が反応を起こす前の温度は、所望の場所で効率的な堆積を行うため、例えば、意図した基板上に意図した半導体材料を効率的に堆積するための重要なパラメータである。
【０００３】
例えば、ハロゲン化物（水素化物）気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）プロセスによってＧａＮを成長させる場合を考慮する。あるＨＶＰＥプロセスは、ＣＶＤリアクタチャンバにおいて気体状のＧａＣｌ３と気体状のＮＨ３とを直接反応させて、基板上に堆積するＧａＮと、リアクタから排気されるＮＨ４Ｃｌとを生じる。しかしながら、この直接反応は、前駆体ガスが約９００〜９３０℃以上の温度にある場合にしか効率的に進まず、この温度より低いと、前駆体ガスが直接反応種に十分に分解されず、したがって、急速に反応することができないと考えられているためである。また、より低い温度では、ＧａＣｌ３およびＮＨ３は、非反応性の望ましくない付加生成物、例えば、ＧａＣｌ３：ＮＨ３を形成することがある。したがって、かなりの割合の熱化が不十分な前駆体ガスが無駄になってしまいかねず、すなわち、これらの前駆体ガスは、反応しなかった付加生成物または非反応性の付加生成物として、リアクタを通過し排気口から流出する。同様の効果は、ＨＶＰＥおよび他のプロセスによって他のＩＩＩ−Ｎ族化合物半導体のＣＶＤ成長、より一般には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長にも生じる。
【０００４】
さらに、熱化が不十分な前駆体の無駄は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物の大量生産（ＨＶＭ）においてさらに増大し、高い成長率が求められるほど、無駄な割合が増大しうる。これは、成長速度が速いほど、前駆体の流量も増え、流量が増えるほど、意図した基板付近で反応が得られる時間が短縮され、反応時間が短縮されるほど、反応速度が限定された成長プロセスの効率が低下するためでありうる。
【０００５】
しかしながら、特に、腐食性の前駆体ガスを高温に熱化する必要があるＩＩＩ−Ｖ族化合物のＨＶＭの場合、前駆体ガスの十分な熱化を妨げる問題がある。まず、前駆体ガスをリアクタチャンバに入れる前に、前駆体ガスを十分に熱化することができない。高温状態にある典型的な前駆体ガスは、既知の気体送出システムにおいて一般に使用される材料を急速に腐食させてしまう可能性があり、このような腐食が起こると、送出ラインにおける粒子形成／堆積、リアクタ清浄度の低下、最終的なライン閉塞などをさらに招いてしまう恐れがある。しかし、耐腐食性の材料、例えば、石英、黒鉛、炭化珪素などを気体送出システムで使用するのは、費用がかかりすぎてしまう。
【０００６】
さらに、前駆体ガスをリアクタチャンバ内に入れた後、既知のＣＶＤリアクタ内で十分に前駆体ガスを熱化することも不可能である。特に、ＧａＮ（および他のＩＩＩ−Ｖ族化合物）のＨＶＭの場合、前駆体ガスの流れは著しく高く、例えば、５０ｓｌｍ（標準リットル毎分）を超えることもありうる。流量がこのように多いと、前駆体ガスは、リアクタの高温ゾーンを通過する速度が速すぎるため、成長基板を横切る前に十分に熱化することができない。
【０００７】
例えば、米国特許第６，３２５，８５８号には、ＣＶＤリアクタチャンバの内部において平坦な放射吸収材料を使用することについて記載されている。同特許には、望ましくない堆積が優先的に生じる「ゲッタ」プレートとしてサセプタの下流に配置された炭化珪素（ＳｉＣ）の使用が開示されている。同特許にはまた、石英チャンバ壁と接触させたＳｉＣプレートを使用して、壁を加熱することで、望ましくない堆積が制限されることが開示されている。Ｄａｕｅｌｓｂｅｒｇら（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２９８  ４１８（２００７））には、温度を上昇させるためにすでに述べたＧａＮ成長用のＭＯＣＶＤ（有機金属ＣＶＤ）プロセスで使用されるタイプの標準的なシャワーヘッドガスインジェクタ用の穿孔カバープレートについて記載されている。
【０００８】
このように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、特に、ＧａＮのＨＶＭで使用される前駆体ガスを適切に熱化することは重要であるが、従来技術では、このような熱化を達成する方法に関して、（本願発明者らが把握しているものの中に）十分な教示がなされているものはない。
【発明の概要】
【０００９】
一般に、本発明は、加熱された化学気相成長（ＣＶＤ）リアクタ、特に、半導体材料を生産するためのＣＶＤリアクタの改良を含む。この改良は、特に、リアクタ内の基板での反応前および反応中に、流動中の前駆体ガスへの熱伝達を高めるために、このようなリアクタチャンバに一般に存在する従来のコンポーネントに加えて、リアクタチャンバ内に構造化され配設される。本発明の熱伝達構造がない場合、熱は、チャンバ壁を通って流動ガスに伝達することができ、ＣＶＤチャンバは、一般に、本発明の熱伝達構造よりも流動ガスに対して周辺に配設されるため、このような熱伝達は、本発明の改良された熱伝達より効率が低い。
【００１０】
熱伝達性が高くなると、反応前および反応時の前駆体ガスの熱化が高まることで、非反応性の複合体または化学種を招きうる望ましくない反応を制限しながら、前駆体ガス間の意図した反応の効率が高まる。このような複合体または化学種が実際に形成されても、改善された熱化により、これらを分解し前駆体の形態に戻すように促されうる。結果的に、本発明により、半導体材料の成長速度が向上し、前駆体の使用効率が向上し、成長するエピ層へ望ましくない複合体または化学種が取り込まれることが制限される。副次的な利点として、例えば、リアクタチャンバ壁上での半導体材料の望ましくない堆積や、反応前駆体または反応副生成物の望ましくない濃縮の低減または制限が挙げられうる。
【００１１】
本発明の熱伝達構造は、一般的に、リアクタチャンバを加熱するためにすでに存在する能動加熱要素からの熱を、チャンバ内に流れる前駆体または他のプロセスガスに伝達し分配する。任意に、既存のチャンバ加熱要素に加えて、熱伝達構造を主に加熱するように構成された能動加熱要素を提供することができる。本発明の熱伝達構造は、利用可能な加熱要素およびリアクタの幾何学的形状の特性および機能を考慮して配設され構成されることが好ましい。例えば、抵抗加熱要素の場合、本発明の熱伝達構造は、高温領域からプロセスガスフローへ熱を伝えるように作用しうる。例えば、このような熱伝達構造は、抵抗要素に隣接するより高温の領域から流動ガスへの伝熱経路がより短く、より直接的になるように構成され、これらの熱伝達構造は、流動ガスへの熱伝達性を高めるために、表面積を大きくして（例えば、プレート、フィン、バッフルなど）構造化されうる。他の形態では、このような熱伝達構造を加熱するために、特定の抵抗要素を与えることができる。これらの構造は、動作中のＣＶＤリアクタ内の条件に対して伝熱性および耐熱性の両方を備えた材料で作られることが好ましい。
【００１２】
本発明は、特に、例えば、ＲＦ、マイクロ波、ＩＲ、光、ＵＶ、および半導体処理時の加熱に使用される他のタイプの放射を放出する放射加熱要素によって主に加熱されるリアクタに適用可能である。このようなリアクタは、一般的に、放出された放射に対して実質的に（少なくとも一部）透明である壁を有し、したがって、放出された放射によってかなりの程度まで直接加熱されるわけではない。しかしながら、内部コンポーネントは、一般的に、（少なくとも一部）実質的に吸収性のものであり、したがって、放出された放射によって直接加熱される。このようなリアクタは、「コールドウォール」リアクタという名で知られている。
【００１３】
コールド・ウォール・リアクタの応用において、本発明の熱伝達構造は、放射加熱要素によって放出される放射によって加熱され、流動ガスを加熱するように実質的に吸収性のものであることが好ましい。重要なことは、これらのガスが、少なくとも一部、基板（または他の反応場所）に達する前に効率的に熱化されるように、これらの構造が、流動ガスに対してリアクタチャンバ内に構成され配設されることである。このように伝達された熱は、リアクタチャンバにすでに存在する従来のコンポーネントから流動ガスに伝達されうるあらゆる熱に追加されるものである。例えば、このような熱伝達構造は、表面を含み、そのうちの片面が、加熱要素によって放出される放射の経路にあり、もう一方の片面が、流動ガス付近または流動ガス中にあることができる。このような表面はまた、表面間の伝導性を高めるために、（構造的な安定性の範囲内で）薄いことが好ましい。このような熱伝達表面の少なくとも一部分が、前駆体ガスが反応時に熱化されるように、（流動ガスによって規定されるような）サセプタの上流に配設される。
【００１４】
以下、簡潔ではあるが、非制限的に、本発明は、一般的ではあるが、好ましいコールド・ウォール・リアクタ、特に、注入ポートから、一般にチャンバ内の中心に位置するサセプタ（または他の基板支持体）にわたった後、１つの排気ポート（または複数のポート）へプロセスガスをほぼ水平の流れを与えるコールド・ウォール・リアクタ・チャンバに主に適用されるものとして記載される。このようなリアクタチャンバは、回転対称性、例えば、平坦化された球状構造を有しうるが、一般的に、水平方向に細長いものであり、ガスは、細長い方向に沿って主に流れる。例えば、チャンバの長手軸に沿ったこのような水平な流れは、本明細書において「長手方向の」流れと呼ぶ。細長いリアクタチャンバは、例えば、楕円形、正方形、矩形などのさまざまな横断面図を有することができるが、矩形が一般的であるため、以下の記載において矩形を使用する。チャンバ壁は、一般的に主として石英である主として透明なものである。チャンバは、一般的に、石英に対して実質的に透明である放射を放出する放射加熱要素、例えば、加熱ランプによって加熱される。一般に、加熱要素（加熱ランプ）の少なくとも２つのアレイは、チャンバの両側、例えば、リアクタチャンバの上方の上側アレイと、リアクタチャンバの下方の下側アレイに設けられるため、本発明の熱伝達構造を含むリアクタ内部のコンポーネントが、２つの側で加熱されうる。このようなチャンバの内部にある従来のコンポーネント、例えば、サセプタ、その支持リング（「土星の環」などは、グラファイト、ＳｉＣコーティングされたグラファイト、および／またはＳｉＣで作られる場合が多い。これらのコンポーネントは、吸収性のものであり、したがって、加熱ランプによって直接加熱され、本発明の熱伝達構造によって効率的に伝達される熱に加えて、流動プロセスガスにある程度の熱を伝達可能である。
【００１５】
好ましい実施形態において、本発明の熱伝達構造は、内側ゾーンを規定するようにコールド・ウォール・リアクタ内に配設され、プロセスガスの大部分が、注入ポートから基板へと流れるときにこの内側ゾーンを通過する。次に、内側ゾーンの外部にあるリアクタチャンバの一部として、内側外側ゾーンが規定される。外側ゾーンは、一般的に、チャンバ壁によって少なくとも一部画成される。内側ゾーンの一部分もまた、リアクタにすでに存在する他の（従来の）内部コンポーネントと協働して、本発明の熱伝達構造によって規定することができる。内側ゾーンおよび、それに対応して、外側ゾーンは、プロセスガスの流れに沿って長手方向に延在し、さまざまな実施形態において、注入ポートから基板まで（および基板を越えて）、ガスの流路の一部またはすべてに沿って延在しうる。内側ゾーンを規定する熱伝達構造が加熱されるため、プロセスガスは、注入ポートから内側ゾーンを通って基板へと流れにつれ、次第に熱化されていく。内側ゾーンが、他のすでに存在する内部コンポーネントと協働して部分的に規定され、これらの内部コンポーネントも加熱されれば、内側ゾーン内を流れるガスも、これらのコンポーネントから熱を受けることができる。
【００１６】
重要なのは、内側ゾーンの少なくとも一部分（ひいては、外側ゾーンの一部分）が、基板またはサセプタの上流（プロセスガスの流れに逆らう方向）にある距離延在するため、内側ゾーンを流れるガスが基板またはサセプタに到達すると、サセプタにあるプロセスガスが熱化されることである。さらなる実施形態において、内側ゾーンの一部分は、基板またはサセプタの下流に延在しうる。
【００１７】
内側ゾーンは、プロセスガスの流れに沿って長手方向に配設され、一部またはすべて、加熱された熱伝達構造（および、任意に、加熱された従来の内部コンポーネント）によって規定されるため、内側ゾーンは、リアクタチャンバ内の中心に位置する拡張されたより高温のゾーンを形成するように考慮することができる。次に、外側ゾーンは、拡張された内側ゾーンの外側にあり、少なくとも一部、加熱されていないリアクタチャンバ壁によって一般に画成されるため、リアクタチャンバ内の外周に位置する拡張されたより低温のゾーンを形成するように考慮することができる。このように、この好ましい実施形態は、２ゾーンリアクタ加熱構成を機能的に確立するように作用し、２つのゾーンは、チャンバに沿って長手方向に均一に延在しながら、チャンバの断面の異なる部分を占める。従来の２つ（以上）のゾーン加熱構成は、チャンバに沿って異なる長手方向の位置を占めるが、チャンバの断面にわたって均一であるゾーンを規定することを想起されたい。さらなる実施形態において、外側ゾーンに対する内側ゾーンの温度は、例えば、加熱要素の強度を変更することによって、リアクタチャンバに沿って長手方向に変化することができる。
【００１８】
内側ゾーンおよび外側ゾーンが異なる温度にある実施形態は、「ハイブリッド・コールド・ウォール・リアクタ」と見なされ、この場合、チャンバは、壁が少なくとも一部加熱された内部の細長いゾーンを有するより低温の外壁を有する。また、これらの実施形態の内側ゾーンは、内側の拡張された「等温ホットゾーン」（ＩＨＺ）と見なすことができる。この用語は、文字通りまたは限定的に理解されることを意図したものではない。内側ゾーンはより高温であり、内側ゾーンを流れるプロセスガスは熱化されるが、内側ゾーンは、一般に、内部温度の勾配を有する（例えば、厳密に等温ではない）ことを見込むことができる。例えば、規定する構造の異なる部分が異なる温度まで加熱されることができ、内側ゾーンを流れるガスの温度は、熱化中に上昇する。
【００１９】
石英のコールド・ウォール・リアクタの例示的な好ましい実施形態において、外側ゾーンの外側（または上側）境界が、より低温の石英リアクタ壁でありうるのに対して、内側（または下側）境界は、内側ゾーンの内側境界として作用しうる。この共有境界は、放射加熱要素から放出され、石英チャンバ壁を通過する放射によって加熱された本発明の熱伝達構造の１つ以上を含むことができる。内側ゾーンは、少なくとも一部、リアクタチャンバ内にすでに存在する内部コンポーネントによって形成されうる追加の（または下側の境界）を有することが好ましい。これらのコンポーネントは、放射吸収性であることが多いため、内側ゾーンの下側境界も加熱されること
ができる。内側ゾーンの下側境界の他の部分は、追加の放射吸収性熱伝達構造によって形成されることができる。熱伝達構造はまた、内側ゾーンの追加の境界、例えば、横方向の境界に設けることができる。
【００２０】
さらなる好ましい実施形態において、熱伝達構造の１つ以上は、プレート状のものでありえ、すなわち、横断方向に比較的薄いまま、２つの次元に沿って相対的に拡張されうる。これらのプレートは、平坦、アーチ状、ドーム状、ほぼ曲線状、または他の形状を含むさまざまな形態であることができ、放射吸収性のセラミックを含むことが好ましい。このようなプレートは、加熱ランプからのエネルギーと、流動プロセスガスとの両方に露出されるように配置されることが好ましい。このようなプレートはさらに、ガスが基板での反応時までにより十分に熱化可能であるように、これらのガスがターゲット基板に達する前に流動プロセスガスに（少なくとも一部）露出されるように配置される。本明細書において、このようなプレート状の実施形態を、黒体プレート（ＢＢＰ）と呼ぶ。本明細書において、「黒体」（ＢＢ）という用語は、少なくとも５０％より多く、好ましくは、少なくとも７５％、またはそれ以上の入射放射を吸収し、したがって、黒色に見える実用的な材料について言及するために使用される。したがって、「ＢＢ」は、理想的な黒体に限定されるものではない。
【００２１】
さらなる好ましい実施形態において、内側ゾーンは、平坦または曲線であることができる２つ、３つ、または４つの面を有しうる。単一の境界は好ましくない。さらなる実施形態において、内側ゾーンの２つ以上の境界は、例えば、加熱ランプからの放射に露出することによって加熱することができる。内側ゾーンの単一の境界のみが加熱されることは好ましくない。リアクタチャンバとの間で基板を移送するための自動またはロボット手段が設けられたＣＶＤシステムにおいて、内側ゾーンは、自動またはロボット手段が干渉なしに基板を移送できるようなサイズであり構成されることが好ましい。
【００２２】
さらなる好ましい実施形態において、熱伝達構造は、異なるサイズおよび構成の異なる数の熱伝達構造、例えば、熱伝達プレートが、異なるＣＶＤプロセスの需要に対応できるように、単一のリアクタにおいて使用されることもできる。例えば、熱伝達構造は、局所エリアを加熱するために異なる場所に設けられ、または、例えば、堆積や濃縮などを防ぐために、石英リアクタ壁にも熱を分配するように配設することができる。また、熱伝達構造は、さまざまな形状で非吸収性材料（例えば、ＩＲ透明石英）と組み合わせられ、加熱が望ましくない場所に配設できる。これにより、内側ゾーンの境界が、望ましくないガスの乱流が起こらないように連続的な状態に保たれたまま、内側ゾーンの選択された場所に熱を分配し、内側ゾーンの他の場所に熱を分配しないようにできる。
【００２３】
さらなる好ましい実施形態において、内側ゾーンは、異なる断面を有することができ、例えば、より正方形またはより扁平などのほぼ矩形状の断面や、アーチ状、半円形、扁円などのほぼ曲線の断面を有することができる。さらなる実施形態において、リアクタ加熱要素はまた、抵抗加熱要素、誘導加熱要素などを含むことができ、別々の加熱要素を個々に制御できる。さらなる実施形態において、内側ゾーンの境界は、例えば、実質的に滑らかであり、不規則性がほぼないようにすることで、このガスの流れに導入される乱流が最小になるように構造化されることが好ましい。さらなる実施形態において、内側ゾーンの境界は、例えば、基板の前に熱を供給しガスを混合するようにほぼ不規則であることによって、このガスの流れに乱流が導入されるように構造化されることが好ましい。さらなる実施形態において、リアクタ注入ポートおよび熱伝達構造は、注入ポートを通ってリアクタ内に導入される大部分のプロセスガスが、内側ゾーン内へ通り、内側ゾーンを通って流れるように相互に配設され構成できる。このように、内側ゾーンを流れるプロセスガスは、サセプタに達したとき、熱化が制御できる。
【００２４】
さらに詳しく言えば、本発明のより好ましい実施形態により、加熱されたＣＶＤリアクタチャンバ内で使用するのに適した熱化装置が提供される。提供された装置は、１つ以上のチャンバ熱源から熱を受け、チャンバ内に流れる１つ以上のプロセスガスに受けた熱を送出るように配設された１つ以上の熱伝達構造を含み、熱化装置は、熱の少なくとも一部が、チャンバ内の基板で反応する前に、プロセスガスに送出されるように、ＣＶＤリアクタ内に構成され配設される。熱化装置はまた、２つ以上の熱伝達構造を含むことができる。また、ＣＶＤリアクタには、典型的に、サセプタ、またはサセプタ支持リング、またはその両方など、熱化装置に追加されるコンポーネントが内部に配設される。
【００２５】
さらなる好ましい実施形態において、熱伝達構造の少なくとも１つは、例えば、リアクタチャンバを通るプロセスガスの流れに対して、プロセスガスの流れに沿った基板の上流の場所と、プロセスガスの流れに横断して基板から間隔を空けた場所とに位置付けられることによって、ＣＶＤ反応の前に加熱表面が流動プロセスガスに露出させるように構成することができる。さらに、流動プロセスガスに露出される表面を、抵抗熱源からの伝導によって、または放射熱源からの吸収性によって加熱することができる。好ましくは、熱伝達構造の少なくとも１つは、放射吸収性と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物のＨＶＰＥ堆積中を含む選択されたＣＶＤプロセス中にＣＶＤリアクタチャンバ内で生じる熱的および化学的条件に対する耐性とを兼ね備えた材料を含む。このような材料の例として、グラファイト、熱分解グラファイト、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、および炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）が挙げられる。
【００２６】
本発明の別の好ましい実施形態により、サセプタまたはサセプタ支持リングまたはその両方内に有する加熱ＣＶＤリアクタチャンバ内での使用に適した熱化装置が提供される。提供された装置は、１つ以上のチャンバ熱源からの熱を受け、チャンバ内を流れる１つ以上のプロセスガスに受けた熱を送出するようにチャンバ内で配設された１つ以上の熱伝達構造を含む。この構成は、熱伝達構造の少なくとも一部分が、リアクタチャンバを通るプロセスガスの流れに対して、プロセスガスの流れに沿って基板の上流の場所と、プロセスガスの流れに対して横断する基板から間隔を空けた場所との両方でプロセスガスの流れに対して熱を送出するように位置付けられるものである。
【００２７】
さらなる好ましい実施形態において、熱伝達構造は、さまざまな形態に配設されることができる。少なくとも１つの熱伝達構造を、リアクタチャンバを通るプロセスガスの流れに対して、プロセスガスの流れに沿って基板の下流の場所にあるプロセスガスの流れに熱を送出するように位置付けることができる。２つ以上の熱伝達構造は、リアクタチャンバを流れるプロセスガスに対して、プロセスガスの流れに沿って少なくとも部分的に重なり合うが、プロセスガスが流れるリアクタチャンバ内の内側ゾーンの加熱壁を少なくとも部分的に規定するように、プロセスガスの流れに横断する方向に互いに間隔を空けられ、および／または、互いに傾斜させて設けられる場所で、プロセスガスに熱を送出するように配設されることができる。少なくとも１つ熱伝達構造が、プロセスガス注入口と基板との間に位置付けられうる加熱表面を含む。複数の加熱表面が、チャンバを通るプロセスガスの流れに沿って一つずつ配設されることができる。さらに、少なくとも１つのさらなるコンポーネント（熱伝達構造以外のもの）が、加熱されるチャンバ内に、プロセスガスが流れる内側ゾーンの加熱壁を少なくとも部分的に規定するように少なくとも１つの熱伝達構造と協働するように配設されることができる。
【００２８】
さらなる好ましい実施形態において、熱伝達構造は、さまざまな形態および組成を有することができる。少なくとも１つの熱伝達構造が、吸収放射によって加熱され、吸収放射の少なくとも一部分をプロセスガスに伝達するように流動プロセスガスに露出された表面を有することができ、少なくとも１つの熱伝達構造が、実質的に平坦な加熱表面を有することができ、少なくとも１つの熱伝達構造が、アーチ状の加熱表面を有することができ、少なくとも１つの熱伝達構造が、選択された放射帯に実質的に透明であり、複数の吸収性のある表面の前方、または表面にわたって、または表面の後方に位置付られることができる。
【００２９】
本発明の別の好ましい実施形態により、ＣＶＤリアクタチャンバの内部にある基板で２つ以上のプロセスガス間のＣＶＤ反応を起こすための方法が提供される。提供された方法のステップは、ＣＶＤリアクタチャンバを通って基板へとプロセスガスを流すステップを含むことができる。１つ以上の熱伝達構造は、リアクタチャンバに関連付けられた１つ以上の熱源からの熱を同時に受け取る。少なくとも１つの熱伝達構造が、プロセスガスの流れ方向に沿って基板の上流に位置付けられ、プロセスガスの流れに対して横断する方向に基板から間隔を空けて設けられる。これによって、受けた熱は、基板に達する前にプロセスガスの少なくとも１つを熱化するようにチャンバ内に流れる１つ以上のプロセスガスに送出される。
【００３０】
少なくとも１つのプロセスガスの温度が、内側ゾーンを通る流れ方向に沿って上昇するように、流動プロセスガスに熱が送出されうる。好ましくは、少なくとも１つのプロセスガスが、意図したＣＶＤ反応に備えるのに十分な温度まで熱化されるように熱が送出される。特に、意図したＣＶＤ反応が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物のＨＶＰＥ堆積を伴う場合の十分な温度は、少なくともおよそ９００℃である。
【００３１】
流動プロセスガスは、ＣＶＤチャンバ内のさまざまな場所で熱を受け取りうる。プロセスガスの流れの方向に沿って少なくとも部分的に重なり合うが、プロセスガスの流れに対して横断する方向に互いに間隔を空けられ、および／または、互いに傾斜させて設けられる２つ以上の熱伝達構造で、熱が受け取られた後、プロセスガスの流れに送出されることができる。このような熱伝達構造は、プロセスガスが流れるリアクタチャンバ内の内側ゾーンの加熱された壁を好ましくは少なくとも部分的に規定する。さらなる加熱コンポーネント（熱伝達構造以外のもの）で熱が受け取られ、プロセスガスの流れに送出されることができ、さらなる加熱コンポーネントは、プロセスガスが流れる内側ゾーンの少なくとも部分的に規定する加熱壁で少なくとも１つの熱伝達構造と協働するようにチャンバ内に配設される。
【００３２】
このように、本発明の熱伝達構造により、意図した成長反応の高効率化、意図していない反応の効率低下、付加生成物の形成の低減、成長するエピ層への望ましくない複合体または化学種の取り込みの低減などをもたらす改良されたプロセスガスの熱化が得られる。さらに、これらの構造は、熱化された前駆体ガスがこれらの壁に接触しないようにすることで、より低温（コールドウォール）で外側リアクタ上での望ましくない堆積を少なくとも部分的に制限する。これにより、リアクタの清浄度および寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】いくつかの本発明の好ましい実施形態の横断面図を示す。
【図１Ｂ】いくつかの本発明の好ましい実施形態の横断面図を示す。
【図１Ｃ】いくつかの本発明の好ましい実施形態の横断面図を示す。
【図１Ｄ】いくつかの本発明の好ましい実施形態の横断面図を示す。
【図２Ａ】いくつかの本発明の好ましい実施形態の平面図を示す。
【図２Ｂ】いくつかの本発明の好ましい実施形態の平面図を示す。
【図２Ｃ】いくつかの本発明の好ましい実施形態の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の要素のさらなる態様および詳細および別の組み合わせは、以下の詳細な記載から明らかであり、また、本願発明者らの発明の範囲内のものである。
【００３５】
本発明は、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な記載、本発明の特定の実施形態の説明的な例、および添付の図面を参照しながらより深く理解されるであろう。
【００３６】
以下、本発明は、主に、放射加熱要素、例えば、ＩＲ加熱ランプで加熱され、放射エネルギーに実質的に透明な、例えば、石英を含む壁を有するコールドウォールＣＶＤリアクタに有用な好ましい実施形態の観点から記載される。これらの好ましい実施形態は、非制限的なものであり、上述したように、本発明は、他のタイプの熱源を有する他のタイプのＣＶＤリアクタで有用なものであることを理解されたい。最初に、このような実施形態の概要について述べた後、本発明の特定の特徴を説明する例示的な実施形態について記載する。
【００３７】
本願で使用される「実質的に」という用語は、関連する標準的な製造上の公差および他の関連する商業的に妥当な標準について言及するものとして理解されたい。例えば、Ｂ４Ｃの「実質的に」平坦な表面は、標準的な製造公差内で平坦な表面であり、この公差は、本発明に記載した目的のために表面が適合し機能するように適合し機能するのに十分なものである。商業的に妥当ではない精度（または精度不足）は意図したものではない。
【００３８】
一般に、本発明の好ましい実施形態は、前駆体ガスの熱化に役立つように、すなわち、チャンバ内の基板に達する前に、リアクタ内に流れるプロセスガスに吸収した放射からの熱の伝達を促すようにリアクタチャンバに配設された１つ以上の放射吸収性セラミックプレートを含む熱伝達構造を含む。したがって、ほとんどの実施形態において、熱伝達構造の少なくとも一部は、プロセスガスが基板で反応する前にプロセスガスに接触し熱を伝達するように配設される。言い換えれば、少なくとも１つの熱伝達構造が、基板の上流に部分的または全体的に配設される。一般に、プレートの水平拡張部は比較的大きいが、垂直拡張部は比較的薄く、さまざまな実施形態において、プレートは、平坦、アーチ状、ドーム状などであることができる。放射吸収特性の点から、このような熱伝達構造およびプレートは、本明細書において「黒体プレート」（ＢＢＰ）と呼ぶ。
【００３９】
好ましい実施形態において、ＢＢＰは、リアクタにすでに存在する内部コンポーネント（例えば、サセプタ、サセプタリングなど、総称して「他の内部コンポーネント」または「従来のコンポーネント」と呼ぶ）と協働して、プロセスガスがサセプタに達する前に流れるリアクタ内の細長いゾーンを部分的または完全に規定し囲むように配設される。さらに、１つ以上のＢＢＰ、および一般には、１つ以上の他の内部コンポーネントは、内側ゾーンの規定の境界または壁の１つ以上が加熱されるように加熱要素によって加熱される。したがって、内側ゾーンの少なくとも１つ、好ましくは、２つ以上の壁が加熱されるため、内側ゾーンを流れるガスの温度は、加熱された壁の温度へと上昇する。内側ゾーンは、本明細書において等温ホットゾーン（ＩＨＺ）とも呼ばれるが、この用語は文字通りに受け取られるべきものではない。
【００４０】
コールド・ウォール・リアクタ内の加熱内側ゾーン、ＩＨＺの組み合わせは、ハイブリッド・コールド・ウォール（ＨＣＷ）リアクタと見なされうる。ＨＣＷリアクタは、リアクタの横断面の別々の部分に規定され、リアクタの一部またはすべてに沿って長手方向に延在する少なくとも２つの加熱ゾーンを有する。一般に、より低温の外部または外側ゾーンは、より高温の内部または内側ゾーンを部分的または完全に取り囲む。任意に、さらなる加熱ゾーンが、例えば、内側ゾーン、および任意に、外側ゾーンの異なる長手方向の部分を異なるように加熱することによって、リアクタの長さに沿って長手方向に従来の方法で配設されることができる。例えば、熱ランプ強度は、内側ゾーンの第１の長手方向を弱い強度で加熱し、後続の長手方向の部分を強い強度で加熱して異なるように制御されることができる。
【００４１】
好ましい実施形態において、ＢＢＰは、異なるように構成された内側ゾーンが、異なる配列で配設された異なるタイプのＢＢＰモジュールから単一のリアクタチャンバ内で可逆的に組み立てられることもあるようなサイズおよび形状でモジュール式に与えられる。特定のＢＢＰモジュールおよび配列、および一般に、内側ゾーンの構成は、実効される特定のＣＶＤプロセスの要求に従って選択されることが好ましい。例えば、モジュール式のＢＢＰは、幅はほぼ同等であるが、長さが異なるＢＢＰを含みうることで、例えば、リアクタの３分の１のみを通って延在するか、またはリアクタの最初の３分の２のみを通って延在するか、またはリアクタのすべてを通って延在するか、またはリアクタの最後の３分の１のみを通って延在するか、またはリアクタの最初と最後の３分の１ずつを通って延在する内側ゾーンを組み立てることができる。
【００４２】
このようなモジュール式の構成可能な実施形態はまた、プレートを支持するための固定具および同様の手段を含むことが好ましい。例えば、このような固定具は、ＢＢＰが載置される脚部や棚部などの別々のコンポーネントであることができ、別の形態として、リアクタチャンバの内壁は、出っ張りや柱などの固定具で構成されることができ、別の形態として、プレートは、連結したり、自立したり、支持脚部を含んだりするように構成されることができる。さらに、内側ゾーンの一部またはすべてに沿って横方向の境界を規定する横方向に位置付けられたＢＢＰを含む実施形態において、このようなＢＢＰを適所に維持するために、さらなる固定具が設けられることができる。他の形態では、このようなＢＢＰは自立型であることができる。
【００４３】
内側ゾーンのガスの流れに乱流が生じないようにするために、内側ゾーンを規定する境界が、ギャップ、不規則性、または粗さによって妨げられないことが有益である。したがって、非連続的またはセグメント式に内側ゾーンを加熱することが好ましい実施形態において、ＢＢＰ間に必要なギャップに、連続した内側ゾーン境界を形成するようにＢＢＰと協働して構成された非吸収性（透明である）構造、例えば、プレートが広がり充填されることが好ましい。透明なプレートは、例えば、基板が存在する内側ゾーンの内部の１つ以上の部分が熱源によって直接加熱できる点で有益であることができる。例えば、サセプタの上方にある透明なトッププレートにより、サセプタを直接加熱することができ、また、透明なプレートは、進行中のＣＶＤプロセスをモニタできる窓を提供することもできる。
【００４４】
好ましい実施形態において、ＢＢＰは、動作中のＣＶＤリアクタの過酷な内部環境に耐性可能な材料、例えば、セラミック材料を含む。ＢＢＰにおいて使用可能な既知の適切な光吸収性のセラミック材料として、例えば、グラファイト、熱分解グラファイト、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、および炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）が挙げられる。グラファイトは、一般的に脆性があり、したがってリアクタおよびエピ層の汚染の源になる可能性があるため、優先度は低い材料である。一方で、ＳｉＣおよびＡｌＮの両方は、動作中のＣＶＤシステムの温度および過酷な化学的環境に耐えることができるため、多くのＣＶＤプロセスの黒体セラミックプレートに好ましい材料である。しかしながら、ＣＶＤプロセスによっては、生じる環境がＳｉＣおよびＡｌＮをも劣化してしまう可能性があり、これらの材料の優先度は、このようなプロセスに対して低くなる。
【００４５】
特に、ＧａＮのＨＶＰＥ成長は、延長した時間期間にわたってＳｉＣおよびＡｌＮをも劣化してしまう可能性のある状況を発生しうる。このようなプロセス（ＧａＮのＨＶＭ（大量生産）が好ましい）の場合、ＢＮ、ＰＢＮ、またはＢ４Ｃが、ＳｉＣおよびＡｌＮの代わりにＢＢＰに好ましい材料である。これらのホウ素含有材料のうち、ＢＮおよびＰＢＮは、８５０℃を超える酸化環境において不安定であるため、この応用における優先度は低い。Ｂ４Ｃは、延長された時間期間にわたって動作中のＨＶＰＥリアクタの温度（融点２４５０℃）および化学的環境に耐性可能であるため好ましい。さらに、慎重に位置付けられ加熱されたＢ４Ｃプレートは、材料の堆積および濃縮からチャンバの石英エリアを保護するために使用されることができる。
【００４６】
上記の熱特性および化学的特性に加えて、ＢＢＰに使用される材料は、黒体のような吸収性のものでなければならないため、放射加熱要素によって効率的に加熱されることができる。材料の重要な黒体特性は、加熱ランプによって放出されるスペクトル範囲の放射率（ε）である。放射率は、同温度で理想黒体の放射度と比較した、材料表面の放射度の比率として規定され、一般に、εがおよそ（１−反射率）であるため、反射率を測定することによって間接的に測定される。例えば、鏡面は、２％を吸収および放出しながら、エネルギーの９８％を反射するのに対して、良好な黒体表面はその比率の逆であり、エネルギーの９８％を吸収および放出し、２％のみを反射する。
【００４７】
さまざまな放射率データは、着目する材料、すなわち、ＡｌＮ、ＳｉＣ、およびＢ４Ｃに対して入手可能である。米国特許第６，１４０，６２４号では、ＳｉＣに対して、波長１．５５μｍで、０．９２の放射率が報告されており、Ｆｕｅｎｔｅｓら（Ｆｕｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  ５６−５７  ３  １５  （２００１））では、Ｂ４Ｃに対して、０．９２の放射率が報告されており（測定波長与えられず）、Ｂａｒｒａｌら（ＩＥＰＣ−２００５−１５２「Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｈｒｕｓｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ａｎ  ＡｌＮ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｃｈａｎｎｅｌ」）では、ＡｌＮに対して０．９８の放射率が報告されている。これらの熱特性および化学的特性とともに、ＡｌＮ、ＳｉＣ、およびＢ４Ｃの報告された放射率（それぞれ、０．９８、０．９２、０．９２）のデータによれば、これらの材料は、ＢＢＰにおいて使用するのに適切な吸収性のものである。
【００４８】
以下、例示的な好ましい実施形態を参照しながら、図１Ａ〜Ｄは、別の好ましい実施形態の横断面図を示し、図２Ａ〜Ｃは、別の好ましい実施形態の平面図を示す。補足的に、図１Ａ〜Ｄにおいて、図１Ａの対応する要素と異なる図１Ｂ〜Ｄの要素の参照番号には、それぞれ「ｂ」、「ｃ」、および「ｄ」の接尾語が付けられる。図１Ａの対応する要素と実質的に同じである図１Ｂ〜Ｄの要素に参照番号は付与していない。同様に、図２Ａ〜Ｃにおいて、図２Ａの対応する要素と異なる図２Ｂ〜Ｃの要素の参照番号には、それぞれ「ｂ」および「ｃ」の接尾語が付けられる。図２Ａの対応する要素と実質的に同じである図２Ｂ〜Ｃの要素に参照番号は付与していない。
【００４９】
図１Ａ〜図１Ｄは、従来のＣＶＤリアクタチャンバ１９（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）に配設された本発明を示す。このチャンバは、石英（または放射熱源からの放射に透明な他の材料）のハウジング３によって規定される。このチャンバは、上側放射加熱要素、例えば、チャンバの上方に位置付けられた熱ランプ１’と、下側放射加熱要素、例えば、チャンバの下方に位置付けられた熱ランプ１’’とによって加熱される。このチャンバの内部にある従来のコンポーネントは、中心の基板ホルダ７（基板とともに図示）を有するサセプタ９と、サセプタ制御リング５とを含む。本発明は、チャンバ１９（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）の内部にある従来のコンポーネント、１つ以上のＢＢＰ１１（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）、および必要であれば、１つ以上の固定具１３（ａ、ｂ、ｃ）を加える。ＢＢＰおよび固定具の両方は、上述した材料を含むことが好ましく、固定具も石英を含むことができる。
【００５０】
図１Ａは、固定具１３ａ上に支持された１つ以上のＢＢＰ１１ａを有する本発明の例示的な実施形態を示す。内側ゾーン１５ａは、ＢＢＰ１１ａを含む上側境界と、内部リアクタコンポーネント５、７、および９（および場合によっては、図示していない他のコンポーネント）を含む下側境界とによって規定される。内側ゾーンの縦方向の広がりＤ１は、これらの境界によって規定される。リアクタチャンバとの間で基板を移送するための自動またはロボット手段が設けられたＣＶＤシステムにおいて、広がりＤ１は、このような移送手段が妨げられることなく動作できるように十分に大きなものであることが好ましい。長手方向に、ＢＢＰ１１ａの少なくとも一部が、基板ホルダの上流に位置付けられる。上側の境界は、上側熱源１’によって加熱され、下側の境界は、下側熱源１’’によって加熱される。内側ゾーン１５ａは、さらなる横方向のＢＢＰが設けられず、したがって、石英リアクタハウジングによって横方向に画成される。ハウジングは、一般に、加熱されるのであれば、熱源１’または１’’によって最小限にしか加熱されない。外側ゾーンは、一般に、内側ゾーンの外側にあるリアクタ内部の部分によって規定される。ここで、外側ゾーン１７ａは、内側ゾーン１５ａの外側であり、ＢＢＰ１１ａによって規定される下側境界と、石英ハウジング３によって規定される残りの境界とを有する。ＢＢＰ１１ａの両側縁は、リアクタにおいて、石英で作られうる左右の固定具１３ａによって支持される。単一の固定具が、チャンバ３の長手方向の広がりの大部分に沿って延在することができ、または、他の形態では、複数の固定具が、チャンバの長手方向に間隔を空けて設けることができる。他の形態では、プレート支持固定具が、石英ハウジング１と一体化されることができる。
【００５１】
本発明により追加されるコンポーネントであるＢＢＰ１１ａ（同様に、ｂ、ｃ、およびｄ）および（任意に）プレート支持固定具１３ａ（同様に、ｂおよびｃ）は、モジュール式のものであり、ハウジングおよび他の内部コンポーネントとは別のものであり、リアクタチャンバにおいて除去および／または再配置されうることが好ましい。これにより、異なるように構成された内側ゾーンを、単一のリアクタチャンバ１９ａに組み立てることができる。
【００５２】
プロセスガスの大部分は、ホルダ７上に支持された基板で反応する前に、内側ゾーン１５ａを流れるようにチャンバ１９ａ内に導入されることが好ましい。ガスは、内側ゾーン１５ａを流れるにつれて次第に熱化され、すなわち、ガスの温度が上昇し、加熱された上側および下側境界の温度に近付く。内側ゾーンは、基板ホルダの上流に部分的または全体的に延在するため、ガスは、基板で反応するように準備され、ここで支持体７から伝導により下方から加熱される。加熱内側ゾーン１５ａは、一般に、外側ゾーン１７ａより高い温度にあり、本明細書において等温ホットゾーン（ＩＨＺ）と呼ぶ。したがって、内側ゾーンおよび外側ゾーンは、チャンバ内で２つの加熱ゾーンを作り出し、ゾーンは、縦方向に層状化され、長手方向に延在する。
【００５３】
図１Ｂは、内側ゾーン１５ｂの垂直方向の広がりである広がりＤ２が、内側ゾーン１５の垂直方向の広がりである広がりＤ１より小さくなるように、固定具１３ｂが固定具１３ａよりも短い点以外は図１Ａに類似した実施形態を示す。広がりＤ２は、存在しうる基板移送用の自動またはロボット手段を妨害または邪魔するほど小さくないことが好ましい。好ましいモジュールの実施形態において、チャンバ１９（ａ、ｂ）の内部に追加されるコンポーネント１１ｂおよび１３ｂは取り外しや取り替えが可能であるため、図１Ａおよび図１Ｂの実施形態が、固定具１３ａおよび１３ｂを交換することによって互いに変換されうる。
【００５４】
図１Ｃは、図１Ｂの実施形態の内側ゾーン１５ｃに、内側ゾーンの左右の側壁として作用する横方向に位置付けられたＢＢＰ２１ｃが設けられている点以外、図１Ｂに類似した実施形態を示す。ＢＢＰ２１ｃは、熱源１’および１’’によってある程度加熱されることができ、追加の熱源が、チャンバ１９ｂの左右の側壁に隣接して位置付けられれば、より直接加熱されることができる。ＢＢＰ２１ｃの最後の部分が、サセプタホルダの上流に位置付けられることが好ましい。これらのＢＢＰは、内側ゾーン１５ｃのすべての一部に沿って延在しうるが、ＢＢＰが内側ゾーンの一部に沿ってしか延在しなければ、内側ゾーンに流れるガスの乱流を制限する構造、例えば、部分的に透明なサイズ壁をギャップに充填することが好ましい。ここに示す固定具１３ｃは、ＢＢＰ１１ｃを支持するとともに、チャンバ３の壁から離れ、かつ、接触しない状態で、ＢＢＰ２１ｃを垂直に保持する。他の形態では、チャンバ壁と接触した状態に側壁を保持することができ、他の形態では、別の固定具が、ＢＢＰ２１ｃを保持するように準備されることができる。
【００５５】
図１Ｄは、（図１Ａ〜Ｃの平坦なＢＢＰと対照的な）非平面構成を有するＢＢＰの使用例を示す。ＢＢＰ１１ｄは、サセプタホルダの上流から始まり、ガスの流れに沿って延在するチャンバ１９ｄ内に長手方向に延在する横断アーチを有する。ＢＢＰ１１ｄは、チャンバ３の内部のコンポーネント、例えば、サセプタ制御リング５上などに側縁部が直接支持されうる程度のアーチを有するように示されており、他の形態では、ＢＢＰ１１ｄを適所に保持するように固定具が設けられうる。他の形態では、リアクタの他の内部コンポーネントの上方にＢＢＰ１１ｄの側縁部を上昇させるための固定具が設けられうる（このような実施形態において、ＢＢＰ１１ｄはアーチの程度が低く、またはほぼ平坦でありうる）。ＢＢＰ１１ｄは、中心により強い熱を有する状態で上側熱源によって加熱される。内側ゾーン１５ｄは、ＢＢＰ１１ｄによって上方および横方向の両方に規定され、したがって、上側境界および横方向の境界の両方が加熱される。この内側ゾーンは、リアクタ１９ｄの内部の他のコンポーネントによって以下に規定され、これらのコンポーネントも下側熱源によって加熱されることが好ましい。このように、この内側ゾーンは、サセプタホルダの上流から始まり、すべての側面で加熱される横断方向にアーチ状の長手方向に延在する通路の形態をとると想定される。ここで、外側ゾーン１７ｄは、リアクタチャンバのハウジングから内側ゾーンを離すように境界を付けながら、内側ゾーンを全体的に取り囲みうる。
【００５６】
一般に好ましいものとして、プロセスガスの大部分は、基板ホルダに支持された基板に達して反応する前に内側ゾーン１５ｄを流れるように、チャンバ１９ｄ内に導入される。この内側ゾーンは、すべての側面で加熱されることができるため、流入するガスは、前述した実施形態よりも完全に熱化された状態になることができる。ここでも、加熱された内側ゾーン１５ｄが、外側ゾーン１７ｄによってすべて取り囲まれているため、この実施形態は、２つの長手方向に延在する加熱ゾーン、すなわち、低温ゾーンによって取り囲まれた高温ゾーンと、リアクタチャンバ壁によって囲まれた低温ゾーンとを有するものとして見なされることができる。
【００５７】
図２Ａ〜Ｃは、石英ハウジング３３を有する従来のＣＶＤリアクタチャンバ３１（ａ、ｂ、ｃ）の長手軸に沿ったＢＢＰおよび透明なプレートの例示的な配設を示す平面図を示す。このようなＢＢＰは、本明細書において、ＢＢＰセグメント、または単にセグメントと呼ぶ。例示したチャンバは、サセプタ３９およびサセプタ制御リング４１を含む従来の内部コンポーネントを有する。プロセスガスは、注入ポート３５からサセプタ３９にわたって、排気ポート３７を通って、このチャンバの長手軸に沿って流れる。これらの従来のコンポーネントに、本発明は、ＢＢＰ４３（ａ）、４５（ａ、ｂ、ｃ）、透明プレート５１（ｂ、ｃ）、および固定具４７−（１、２、３、４）などの固定具を追加する。これらの図のリアクタの断面は、図１Ａ〜Ｄに示すようなものであることができる。特に、ＢＢＰおよび透明プレートは、平面またはアーチ状（または他の形状）であることができる。
【００５８】
図２Ａは、内側および外側ＢＢＰが、注入ポート３５から排気ポート３７へチャンバ３１ａを通って延在する１つの例示的な配列を示す。サセプタおよびサセプタ制御リングの長さに沿って延在する横方向のＢＢＰが、４７ａに設けられる。水平方向および垂直方向に配向されたＢＢＰは、固定具４７−１、４７−２、４７−３、および４７−４によって支持され適所に維持される。水平方向に配向された外側ＢＢＰ４５ａのみを支持する固定具４７−１および４７−２は、例えば、図１Ａ〜Ｂの固定具１３ａまたは１３ｂに類似たものでありうる。水平方向に配向された内側ＢＢＰ４３ａを支持するとともに、垂直方向に配向されたＢＢＰ４７ａを保持する固定具４７−３および４７−４は、例えば、図１Ｃの固定具１３ｃに類似したものであることができる。内側および外側ＢＢＰは、図１Ａ〜Ｃのようにほぼ平坦であることができ、または図１Ｄのようにほぼアーチ状（または他の形状）であることができる。少なくとも、内側および外側ＢＢＰおよびその他の内部コンポーネントの両方が加熱されることが好ましい。
【００５９】
プロセスガスの大部分が、ＢＢＰ４３ａおよび４５ａと、その他の内部コンポーネントサセプタ３９およびサセプタ制御リング４１との間に規定された内側ゾーンを流れることが好ましい。したがって、サセプタ上の基板に到達するプロセスガスは、（基板の上流にある）注入ポートに隣接したＢＢＰ４３ａおよび４５ａのものから伝達された熱によって熱化される。また、基板上への流入前に、流動ガスが接触するサセプタ制御リング４１の部分から熱が伝達されうる。基板上に流入した後、流動ガスが接触するサセプタ制御リング４１の部分とともに、（基板の下流にある）排気ポートに隣接するＢＢＰ４３ａおよび４５ａの部分は、リアクタハウジングおよび内部コンポーネント上で望ましくない堆積または濃縮が起こらないように、使用済みのプロセスガスに熱を伝達しうる。
【００６０】
図２Ｂ〜Ｃは、実質的に透明なセグメントと組み合わせるが、側壁は有さないＢＢＰセグメントの別の配列を示す。これらの配列により、内側ゾーンの上面および下面の加熱が異なるように分布され、これは、プロセスによっては有益なことでありうる。内側ゾーン内に流れるガスに対して滑らかな表面を与えるように、すべてのセグメントが適合することが好ましい。透明セグメントは、まず、内側ゾーンの加熱、ひいては、内側ゾーン内に流れるガスの熱化を長手方向に選択的に分布させるため有益である。透明セグメントはまた、進行中のＣＶＤを観察しモニタ可能である窓を提供するために有益である。窓の使用に関して、透明セグメントは、このような観察およびモニタを行うために使用される放射に対して実質的に透明でなければならないが、（観察に使用される放射からスペクトル的に異なるものであれば）放射加熱要素からの放射に多少なりとも吸収性のものであることができる。透明セグメントは、石英やサファイアのような市販されている材料で作られることができる。
【００６１】
図２Ｂは、外側ＢＢＰセグメント４５ｂが、チャンバ３１ｂの前方にあるセグメントと、チャンバの後方にあるセグメントとを備え、サセプタのより広い部分を覆うチャンバの中心に、一対の内側ＢＢＰセグメント４３ｂが配設された例示的な実施形態を示す。（この場合、後方の外側ＢＢＰセグメントの長さは、前方の外側（Ｌ）および２つの内側ＢＢＰセグメントの長さより長い。すべてのセグメントは、同様の幅（Ｗ）を有する。）例えば、石英を含む一対の透明セグメント５１ｂが、内側４３ｂおよび外側４５ｂのＢＢＰセグメント間に配設される。内側ゾーンの上壁は、透明プレートの場所で実質的に加熱されないが、このようなプレートにより、上側熱源は、透明プレート下でチャンバ３１ｂの内部のコンポーネントを直接加熱できる。したがって、上側および下側加熱源の両方によって直接加熱されているこれらのコンポーネントは、他のものより高温であることができる。
【００６２】
図２Ｃは、一対の外側ＢＢＰセグメント４５ｃの間に、一対の内側の実質的に透明なセグメント５１ｃ（プレート、アーチなど）がある別の例示的な実施形態を示す。ここで、プロセスガスを熱化し、サセプタの下流で望ましくない堆積を制限するために、内側ゾーンの水平壁がサセプタの上流で加熱される。中央の透明セグメントにより、サセプタおよび支持リング（および他の内部コンポーネント）は、両側で、場合によっては、他のものより高温に直接加熱することができる。これらの透明セグメントはまた、進行中のＣＶＤプロセス中に基板を観察できるような位置に設けられた窓を提供する。この配列は、熱化されたプロセスガスと組み合わせて、高い基板温度を要求するプロセスに対して有益となり得る。
【００６３】
ＢＢＰの位置および高さのさまざまな変更は、本発明の範囲内、リアクタ内の他の固定具およびリアクタへのアクセスを要求する任意の送出システム、すなわち、ロボットアームなどの上述した制約の範囲内で可能であることに留意されたい。ＢＢＰの厚みは、より厳しい熱制御が要求されれば、より微細な寸法に調節されうる。また、固定具プレート上での支持が可能になり、プレートがリアクタ内に落ちないようにするために、横断方向の寸法は、ＢＢＰの幅がＷに等しい必要があれば、より微細なものでありうる。
【００６４】
上述した本発明の好ましい実施形態は、これらの実施形態が、本発明のいくつかの好ましい態様の実施例であるため、本発明の範囲を限定するものではない。任意の同等の実施形態は、本発明の範囲内にあるものとされる。実際、記載した要素の別の有用な組み合わせなど、本明細書に図示し記載したものに加え、本発明のさまざまな修正例は、後続の記載から当業者に明らかになるであろう。このような修正例も同様に、添付の特許請求の範囲内にあるとされる。以下（および概して本願において）、見出しや説明文は、明確にするために、さらには便宜性を図る目的でのみ使用される。
【００６５】
本明細書において使用する見出しは、明確にすることを目的としたものにすぎず、限定することを意図したものではない。本明細書において、多数の参考文献を引用しており、その開示の内容全体のは、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用されたものとする。さらに、上記においてどのように特徴付けられたかに係わらず、引用したどの参考文献も、本明細書に添付する特許請求の範囲に記載された主題の発明に対する先行技術とは見なされない。
【図１Ａ】
2011513971.tif 000003
【図１Ｂ】
2011513971.tif 000004
【図１Ｃ】
2011513971.tif 000005
【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
2011513971.tif 000007
【図２Ｂ】
2011513971.tif 000008
【図２Ｃ】
2011513971.tif 000009
【国際調査報告】
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2011513971.tif 000011
2011513971.tif 000012