(57)【要約】【課題】  有機金属化学気相堆積プロセスにおいて寄生粒子形成を抑制する方法を提供する。【解決手段】  この方法は、反応チャンバへ基板を準備するステップと、反応チャンバへ有機金属前駆物質と、粒子抑制化合物と、少なくとも第２の前駆物質とを導入するステップと、を含めてもよい。第２の前駆物質と有機金属前駆物質とが反応して、基板上に核形成層が形成される。また、ＩＩＩ−Ｖ窒化物層の形成中に寄生粒子形成を抑制する方法が記載されている。この方法は、反応チャンバへＩＩＩ族金属含有前駆物質を導入するステップを含む。ＩＩＩ族金属前駆物質には、ハロゲンが含まれてもよい。反応チャンバへハロゲン化水素ガスと窒素含有ガスとが導入される。窒素含有ガスとＩＩＩ族金属前駆物質とが反応して、基板上にＩＩＩ−Ｖ窒化物層が形成される。【選択図】  図１Ａ
2010541276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属化学気相堆積プロセスにおいて寄生粒子形成を抑制する方法であって、
反応チャンバへ基板を準備するステップと、
該反応チャンバへ有機金属前駆物質と粒子抑制化合物とを導入するステップと、
該反応チャンバへ少なくとも第２の前駆物質を導入するステップであって、該第２の前駆物質と該有機金属前駆物質とが反応する、前記ステップと、
該有機金属前駆物質と該第２の前駆物質とを含む反応混合物から該基板上に核形成層を形成させるステップと、
を含む、前記粒子抑制法。
【請求項２】
該粒子抑制化合物が、該反応チャンバ内で該第２の前駆物質が寄生粒子を形成させることを阻止する、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項３】
該基板が、アルミニウム材料又はシリコン材料を含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項４】
該アルミニウム材料が、サファイアを含む、請求項３に記載の粒子抑制法。
【請求項５】
該シリコン材料が、実質的に純粋な炭化シリコン又は炭化ケイ素を含む、請求項３に記載の粒子抑制法。
【請求項６】
該基板が、スピネル、没食子酸リチウム、又は酸化亜鉛を含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項７】
該有機金属前駆物質が、有機ガリウム化合物を含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項８】
該有機ガリウム化合物が、トリメチルガリウムを含む、請求項７に記載の粒子抑制法。
【請求項９】
該粒子抑制化合物が、ハロゲン化合物を含む、請求項１に記載の粒子。
【請求項１０】
該ハロゲン化合物が、ハロゲン化水素を含む、請求項９に記載の粒子抑制法。
【請求項１１】
該ハロゲン化水素が、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、又はヨウ化水素を含む、請求項１０に記載の粒子抑制法。
【請求項１２】
該第２の前駆物質が、アンモニアを含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１３】
該核形成層が、窒化ガリウム、又は窒化ガリウム合金を含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１４】
該粒子抑制化合物の該反応チャンバ内の低い分圧が、該有機金属前駆物質より低い、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１５】
該粒子抑制化合物の該反応チャンバ内の分圧が、該有機金属前駆物質の分圧の１／２未満である、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１６】
該有機金属前駆物質と該粒子抑制化合物は、該反応チャンバ内へ導入される時の温度が、３００℃未満である、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１７】
該有機金属前駆物質と該粒子抑制化合物は、該反応チャンバへ導入される時の温度が、１５℃〜３００℃である、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１８】
該方法が、該有機金属前駆物質と該第２の前駆物質とを反応させる該反応チャンバへ第三前記物質を導入して、該核形成層を形成するステップを含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１９】
該方法が、更に、水素化物気相エピタキシープロセスで該核形成層上にエピタキシャル層を形成するステップを含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項２０】
該水素化物気相エピタキシープロセスが、
該反応チャンバへ金属含有試薬（a reagent）ガスを導入するステップであって、該金属含有試薬ガスが金属とハロゲン含有ガスとの反応から生成される、前記ステップと、
該反応チャンバへ第２の試薬ガスを導入するステップであって、該第２の試薬ガスが該金属含有試薬ガスと反応する、前記ステップと、
該金属含有ガスと該第２の試薬ガスとを含むエピタキシャル反応ガス混合物から該核形成層上に該エピタキシャル層を形成するステップと、
を含む、請求項１９に記載の粒子抑制法。
【請求項２１】
該ハロゲン含有ガスとの該金属反応が、アルミニウム、ガリウム、及びインジウムからなる群より選ばれる液体金属である、請求項２０に記載の粒子抑制法。
【請求項２２】
該金属含有試薬ガスが、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、又は塩化インジウムを含む、請求項２０に記載の粒子抑制法。
【請求項２３】
該ハロゲン含有ガスが、塩化水素を含む、請求項２０に記載の粒子抑制法。
【請求項２４】
該第２の試薬ガスが、アンモニアを含む、請求項２０に記載の粒子抑制法。
【請求項２５】
該エピタキシャル層が、窒化アルミニウム、又は窒化インジウムを含む、請求項１９に記載の粒子抑制法。
【請求項２６】
該エピタキシャル層が、窒化ガリウム、又は窒化ガリウム合金を含む、請求項１９に記載の粒子抑制法。
【請求項２７】
該核形成層の厚さが、約１００オングストローム〜約１０００オングストロームであり、該エピタキシャル層の厚さが、約１μｍ以上である、請求項１９に記載の粒子抑制法。
【請求項２８】
ＩＩＩ−Ｖ窒化物層の形成中に寄生粒子形成を抑制する方法であって、
反応チャンバへ基板を準備するステップと、
該反応チャンバへＩＩＩ族金属含有前駆物質を導入するステップであって、該ＩＩＩ族金属前駆物質がハロゲンも含み、該ハロゲンが該寄生粒子形成を抑制する、前記ステップと、
該反応チャンバへハロゲン化水素ガスを導入するステップであって、該ハロゲン化水素も該寄生粒子形成を抑制する、前記ステップと、
該反応チャンバへ窒素含有化合物を導入するステップであって、該窒素含有化合物がＩＩＩ族金属前駆物質と反応して、該ＩＩＩ−Ｖ窒化物が該基板上に形成される、前記ステップと、
を含む、寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項２９】
該方法が、更に、第２の金属前駆物質を導入するステップを含み、該第２の金属前駆物質が該ＩＩＩ族金属前駆物質と異なる金属を含み、また、該ＩＩＩ−Ｖ窒化物層がＩＩＩ族金属合金を含んでいる、前記ステップを含む、請求項２８に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３０】
該ＩＩＩ族金属前駆物質が、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、又は塩化インジウムを含む、請求項２８に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３１】
該窒素含有化合物が、アンモニアを含む、請求項２８に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３２】
該ＩＩＩ−Ｖ窒化物層が、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、又は窒化インジウムを含む、請求項２８に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３３】
該ＩＩＩ−Ｖ窒化物層が、窒化ガリウム合金を含む、請求項２８に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３４】
該ハロゲン化水素が、該ＩＩＩ族金属前駆物質より少ない流量で該反応チャンバへ導入される、請求項２８に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３５】
該ハロゲン化水素が、該ＩＩＩ族金属前駆物質の流量の１／２未満で該反応チャンバへ導入される、請求項３４に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３６】
該ハロゲン化水素が、３００℃未満で該反応チャンバへ導入される、請求項２８に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３７】
サファイア基板上における窒化ガリウム層の形成中に寄生粒子形成を抑制する方法であって、
該サファイア基板を含有する反応チャンバへアンモニアを導入するステップと、
有機ガリウム化合物と塩化水素とを反応チャンバへ導入するステップであって、該塩化水素が該アンモニアによる寄生粒子の形成を抑制する、前記ステップと、
該サファイア基板上に窒化ガリウム層を形成するステップと、
を含む、前記寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３８】
該有機ガリウム化合物が、トリメチルガリウムである、請求項３７に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項３９】
該塩化水素の該反応チャンバ内の分圧が、該有機ガリウム化合物より低い、請求項３７に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項４０】
該塩化水素が、３００℃未満で該反応チャンバへ導入される、請求項３７に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項４１】
該有機ガリウム化合物と該塩化水素が、３００℃未満で該反応チャンバへ同時に導入される、請求項３７に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項４２】
基板上における窒化ガリウム層の形成中に寄生粒子形成を抑制する方法であって、
サファイア基板を含有する反応チャンバへアンモニアを導入するステップと、
該反応チャンバへ有機ガリウム化合物とハロゲン含有ガリウム化合物とを導入するステップであって、該ハロゲン含有ガリウム化合物がアンモニアによる寄生粒子の形成を抑制する、前記ステップと、
該基板上に窒化ガリウム層を形成するステップと、
を含む、前記寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項４３】
該有機ガリウム化合物が、トリメチルガリウム又はトリエチルガリウムを含む、請求項４２に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項４４】
該ハロゲン含有ガリウム化合物が、ハロゲン化ガリウム、ハロゲン化ジメチルガリウム、又はハロゲン化ジエチルガリウムを含み、該ハロゲン化物が、フッ素、塩素、臭素、及びヨウ素からなる群より選ばれる、請求項４２に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項４５】
該方法が、更に、アンモニアによる寄生粒子の形成を抑制する該反応チャンバへハロゲン化水素を導入するステップを含む、請求項４２に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項４６】
該ハロゲン化水素が、塩化水素を含む、請求項４２に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、代理人整理番号がＡ１０９３８／Ｔ６８１００のＮｉｊｈａｗａｎらによる“窒化化合物半導体構造のエピタキシャル成長”と題する共同譲渡された米国特許出願に関し、この全体の開示内容は全てのために本明細書に援用されている。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）にますます用いられてきている。青色発光や紫外発光の光学デバイスや光電子デバイスを含む短波長ＬＥＤやＬＤの製造に重要な材料として、窒化ガリウム（ＧａＮ）のような特定のＩＩＩ−Ｖ族半導体が現れてきている。従って、低コストで高品質のＩＩＩ−Ｖ族半導体膜を作製する製造プロセスの開発に関心が高まっている。
【０００３】
[0003]ＧａＮのようなＩＩＩ−Ｖ族窒化膜を作製するための広く用いられている１つのプロセスは、水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）である。このプロセスは、基板堆積表面における塩化ガリウム（ＧａＣｌ）とアンモニア（ＮＨ３）との間の高温気相反応を含んでいる。ＧａＣｌ前駆物質は、加熱された液体ガリウム供給物（融点２９．８℃）の上に塩化水素（ＨＣｌ）ガスを通過させることにより製造される。アンモニアは、標準ガス源から供給することができる。前駆物質は、加熱された基板で一緒になり、そこで、反応し、ＧａＮ層を堆積させる。ＨＶＰＥ堆積速度は、高く（例えば、最高１００μｍ／時）、比較的速く費用効率の良いＧａＮ膜の作製方法を与える。
【０００４】
[0004]しかしながら、ＨＶＰＥには、ＧａＮと他のＩＩＩ−Ｖ族化合物膜を形成する欠点もある。ＨＣｌガスは、ＧａＣｌの形成時に完全には消費されず、基板は、膜堆積中、相当量のＨＣｌにさらされる。ＨＣｌに対してエッチング感度のよいシリコンのような基板にとって、基板を損傷或いは破壊されることから保護するようにプレフィルム抗エッチング層が堆積されることが必要である。ＧａＮ膜の形成を妨害することが最小限であるように追加の層が注意深く選択されることが必要である。少なくとも、抗エッチング層の形成がＧａＮ膜堆積プロセスにコストと時間を追加することになる。
【０００５】
[0005]更に、ＨＶＰＥプロセスの特徴である高い堆積速度は、低レベルのドーパント材料と用いることを難しくする。ドーパントは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物ＬＥＤ、ＬＤ、トランジスタ等の電気的性質や光電子工学特性を定義するためにしばしば重要である。ＧａＮ膜が堆積された後に行われるドーピングステップは、膜におけるドーパントの適切な濃度又は均一性を与えることができない。仮に堆積後ドーピングが可能な場合には、ＧａＮ膜堆積プロセスに追加のコストと時間を少なくとも加えることになる。
【０００６】
[0006]ＨＶＰＥの他の主要な欠点は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）や窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）のようなＩＩＩ−Ｖ族窒化物の合金を成長させるプロセスを用いることが困難なことである。これらの窒化物合金や他の窒化物合金は、単一金属窒化物よりはるかに様々なヘテロ構造を与え、すでに多くの新たな光電子デバイス応用が提案されている。しかし、残念なことにアルミニウム（例えば、塩化アルミニウム）やインジウム（例えば、塩化インジウム）に安定なガス前駆物質を生成させることは、ＧａＣｌの生成より困難であることがわかった。
【０００７】
[0007]例えば、アルミニウムは、ガリウムよりはるかに高い融点（約６６０℃）を持ち、アルミニウムの塩化物塩（ＡｌＣｌ３）は、高温ＨＶＰＥ反応条件下でさえ低蒸気圧固体の状態へ急速に凝固する。ＨＣｌがアルミニウム金属の上を通過する場合、ＡｌＣｌ３のほとんどがガスフローから沈殿し、少しだけが堆積基板に到達して、窒化物前駆物質と反応しＡｌＮを形成する。
【０００８】
[0008]ＨＶＰＥ  ＩＩＩ−Ｖ族化合物膜形成のこれらの欠点と他の欠点を克服するために、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）と呼ばれる他のプロセスがＩＩＩ−Ｖ族窒化膜を形成するために用いられる。ＭＯＣＶＤは、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）のようなかなり揮発性の有機金属ＩＩＩ族前駆物質を用いて、基板にＩＩＩ族金属を分配し、そこで、窒素前駆物質（例えばアンモニウム）と反応して、ＩＩＩ−Ｖ族窒化膜が形成される。
【０００９】
[0009]ＭＯＣＶＤ窒化膜は、典型的には、ＨＶＰＥ膜より低い温度で堆積され、熱量がより少ない製造プロセスを可能にする。また、２つ以上の異なるＩＩＩ族有機金属前駆物質（例えば、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等）を組み合わせるとともにＧａＮ（例えば、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等）の合金膜を作製することも容易である。ドーパントを前駆物質と組み合わせて、インサイチュドープされた膜層を堆積させることも、より容易である。
【００１０】
[0010]しかしながら、ＭＯＣＶＤ膜堆積にも欠点がある。これらには、ＨＶＰＥよりＭＯＣＶＤの堆積速度が遅いものが含まれる。ＭＯＣＶＤは、典型的には、ＨＶＰＥの５０μｍ／時と比較して約５μｍ／時以下で膜を堆積させる。より遅い堆積時間は、ＭＯＣＶＤをＨＶＰＥより低いスループットにし且つ費用のかかる堆積プロセスにする。
【００１１】
[0011]ＭＯＣＶＤによるＧａＮ堆積のスループットを増加させるいくつかの解決法が試みられてきた。第１の解決法において、多くのウエハ上に或いは大面積の上に膜を同時に成長できるバッチリアクタが試みられた。第２の解決法において、試みはＧａＮ膜成長速度とヘテロ構造を増加させる試みがなされた。いずれの解決法も困難であった。
【００１２】
[0012]大面積への拡大は、ＧａＮが比較的高圧（例えば、数百トール）で成長させなければならず、また、反応を通る全流量を非常に高くしない限り、これらの圧力において大きなリアクタにおける流速が低いことから、困難であることがわかった。その結果、前駆物質流は、短距離で反応種が使い果たされ、大面積の上に均一な膜を成長させることを困難にする。
【００１３】
[0013]有機ガリウムとアンモニア前駆物質の濃度（即ち、分圧）を増加させることによってＧａＮ膜の堆積速度を増加させる試みも困難であることがわかった。図１Ａは、ＭＯＣＶＤリアクタ内の全圧の関数としてＧａＮ膜の成長速度を示すグラフである。これらのグラフは、密結合シャワーヘッドインジェクターを持つＴｈｏｍａｓＳｗａｎリアクタ内のＧａＮ膜成長のＳＴＲによるシミュレーションに基づいている。グラフは、リアクタ内の圧力が約３００トールを超えて増加するにつれて急に速度が下がることを示している。
【００１４】
[0014]ＭＯＣＶＤリアクタ圧が増加するにつれてＧａＮ膜成長速度の低下は、膜を成長させるために用いられるＧａとＮの前駆物質を消費する気相寄生粒子の形成に起因する。これらの寄生粒子は、ウエハ基板の上の温度境界薄層内に形成し、ここでの局所的なガス温度がＩＩＩ族前駆物質とアンモニア（窒素前駆物質）の間の熱分解反応を促進させるのに充分に高くなる。一旦形成されると、熱く（熱泳動によって）浮遊した粒子は追加の堆積のための核になり、それによって成長し、更に反応種がチャンバから流れ出るまでガス流から使い果たされる。従って、望ましい膜成長と寄生粒子成長の間で競合する。ＩＩＩ族及び／又はＶ族前駆物質の分圧が増加する時に、又はウエハ基板周りの温度境界層が拡大する時に、寄生粒子形成が増加する。
【００１５】
[0015]トリメチルガリウム前駆物質によるＧａＮ膜成長の場合、膜成長速度が結局トリメチルガリウム流量に対して飽和し、約５μｍ／時を超える成長速度を実現することを困難にする。寄生粒子の形成は、堆積されたＧａＮ膜の光電子工学品質も低下させる。
【００１６】
[0016]寄生粒子形成がＩＩＩ族とＶ族の前駆物質の分圧に左右されることから、前駆物質ガス流をより多くのキャリヤガス（例えば、水素（Ｈ２）、ヘリウム等）で希釈することによってＭＯＣＶＤ堆積膜の成長速度を増加させることが可能である。しかしながら、前駆物質ガス流を希釈する試みは、堆積されたＩＩＩ−Ｖ族膜の品質を損なわせる。前駆物質の高分圧、特に窒化膜堆積の場合に高いアンモニア分圧を維持することは、高品質膜の成長において有益であると思われる。
【００１７】
[0017]ＭＯＣＶＤ膜堆積における寄生粒子形成は、窒化ガリウム合金にはなおさら深刻である。図１Ｂは、例えば、Ａｉｘｔｒｏｎプラネタリーリアクタ内の圧力の関数としてＡｌＧａＮの堆積速度のＳＴＲシミュレーションを示すグラフである。グラフは、ＡｌＧａＮ膜の形成中の膜形成速度とリアクタ圧において非合金ＧａＮ膜より更に急な低下を示している。膜成長速度の同様の低下は、ＴｈｏｍａｓＳｗａｎ＆Ｖｅｅｃｏリアクタ形に対するシミュレーションにおいても示された。
【００１８】
[0018]ＡｌＧａＮ膜は、ｐ形層がＩｎＧａＮ井戸活性領域の上に成長するＬＥＤヘテロ構造において用いられる。それ故、ホール濃度がかなり高く、無放射欠陥或いは補償欠陥がないＡｌＧａＮ膜を成長させることが有益である。残念なことに、高い全圧と高いアンモニア流量は、これらの品質を持つＡｌＧａＮを成長させるのに最良であるが、ＭＯＣＶＤによって要求されるＡｌ含量を持つこれらの膜を成長させることは寄生粒子の形成のために非常に難題である。
【００１９】
[0019]他の例において、ＩｎＧａＮ膜成長は、寄生粒子形成によって制限される。図１Ｃは、反応圧の関数としてＩｎＧａＮ膜成長速度のグラフを示す。グラフは、種々の圧力においてＴｈｏｍａｓＳｗａｎシャワーヘッドリアクタの幾何学的形状で行われた成長シミュレーションから得られた。ＩｎＧａＮのＭＯＣＶＤ堆積における寄生粒子の形成は、ＡｌＧａＮほどはっきりしないが、それでも膜の成長速度を制限するだけの意味がある。ＩｎＧａＮ膜は、レーザダイオードやＬＥＤの量子井戸活性領域に用途がある。寄生粒子を形成せずに、ＩｎＧａＮ膜の成長を、より高い圧力とより高いアンモニア流量において行うことができ、いずれもＬＤとＬＥＤにおける光電子工学品質（例えば、高内部効率）やｐ形ドーピングに有益である。従って、ＭＯＣＶＤ形成ＩＩＩ−Ｖ族窒化膜のスループットを向上させつつ寄生粒子形成を制御するシステム及び方法が求められている。
発明の概要
[0020]本発明の実施形態は、有機金属化学気相堆積プロセスにおける寄生粒子形成を抑制する方法を含む。この方法は、反応チャンバへ基板を準備するステップと、反応チャンバへ有機金属前駆物質と粒子抑制化合物を導入するステップと、反応チャンバへ少なくとも第２の前駆物質を導入するステップとを含んでもよい。第２の前駆物質は、有機金属前駆物質と反応し、有機金属前駆物質と第２の前駆物質を含む反応混合物から基板上に核形成層を形成する。
【００２０】
[0021]本発明の実施形態は、また、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物層の形成の間、寄生粒子形成を抑制する方法を含む。この方法は、反応チャンバへ基板を準備するステップと、反応チャンバへＩＩＩ族金属含有前駆物質を導入するステップとを含む場合がある。ＩＩＩ族金属前駆物質は、また、ハロゲンを含んでもよく、このハロゲンが寄生粒子形成を抑制する。この方法は、反応チャンバへハロゲン化水素ガスを導入するステップと（ハロゲン化水素も寄生粒子形成を抑制する）、反応チャンバへ窒素含有化合物を導入するステップとを含んでもよい。窒素含有化合物は、ＩＩＩ族金属前駆物質と反応して、基板上にＩＩＩ−Ｖ族窒化物層を形成する。
【００２１】
[0022]本発明の実施形態は、なお更に、サファイア基板上における窒化ガリウム層の形成中に寄生粒子形成を抑制する方法を含む。この方法は、サファイア基板を含有する反応チャンバへアンモニアを導入するステップと、反応チャンバへ有機ガリウム化合物と塩化水素を導入するステップとを含んでもよい。塩化水素は、アンモニアによって寄生粒子の形成を抑制する。この方法は、また、サファイア基板上に窒化ガリウム層を形成するステップを含む。
【００２２】
[0023]本発明の実施形態は、更にまた、基板上における窒化ガリウム層の形成中に寄生粒子形成を抑制する方法を含む。この方法は、サファイア基板を含有する反応チャンバへアンモニアを導入するステップと、有機ガリウム化合物とハロゲン含有ガリウム化合物を反応チャンバへ導入するステップとを含んでもよい。ハロゲン含有ガリウム化合物は、アンモニアによって寄生粒子の形成を抑制する。この方法は、また、基板上に窒化ガリウム層を形成するステップを含む。
【００２３】
[0024]追加の実施形態及び特徴は、一部分が以下の説明に示され、一部分が明細書の試験において当業者に明らかになり、本発明の実施によって知ることもできる。本発明の特徴及び利点は、明細書に記載された手段、組み合わせ、方法によって理解され達成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
[0025]本発明の本質と利点の理解は、更に、本明細書の残りの部分と図面によって可能になり、同様の構成要素を示すようにいくつかの図面全体に同様の符号が用いられている。場合によっては、サブラベルが符号に関連付けられ、複数の同様の構成要素の１つを示すようにハイフンに続いている。現在のサブラベルに対する詳述がなく参照される場合、このような複数の同様の構成要素すべてを示すことが意図されている。
【図１Ａ】図１Ａは、反応チャンバ内の圧力の関数としてＩＩＩ−Ｖ族窒化膜の堆積速度をプロットしたグラフである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、反応チャンバ内の圧力の関数としてＩＩＩ−Ｖ族窒化膜の堆積速度をプロットしたグラフである。
【図１Ｃ】図１Ｃは、反応チャンバ内の圧力の関数としてＩＩＩ−Ｖ族窒化膜の堆積速度をプロットしたグラフである。
【図２】図２は、ＧａＮベースのＬＥＤの構造を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による基板上に核形成層を形成するプロセスにおけるステップを示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態による基板上にＩＩＩ−Ｖ族窒化物層を形成するプロセスにおけるステップを示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施形態による基板上にＩＩＩ−Ｖ窒化物層を形成する多段プロセスにおけるステップを示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施形態によるＩＩＩ−Ｖ層を形成するＭＯＣＶＤとＨＶＰＥを組み合わせたプロセスにおけるステップを示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態によるＩＩＩ−Ｖ層を形成するＨＶＰＥとＭＯＣＶＤを組み合わせたプロセスにおけるステップ示すフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の実施形態を実施するのに用いることができる例示的堆積装置の簡略図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの例示的堆積装置に対するユーザインタフェースの実施形態の簡略図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ａの例示的堆積装置と用いることができるシステム制御ソフトウェアに対する階層的制御構造の実施形態の簡略図である。
【発明の詳細な説明】
【００２５】
[0036]有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）によるＩＩＩ−Ｖ層の堆積中、寄生粒子の形成を抑制するシステム及び方法が記載されている。ハロゲン化水素（例えば、ＨＣｌ）のような粒子抑制化合物は、ＩＩＩ族有機金属前駆物質（例えば、アルキルガリウム前駆物質）及び／又はＶ族前駆物質（例えば、アンモニア）と共に導入されて、基板の上の空間でＩＩＩ−Ｖ寄生粒子の形成を抑制することができる。（１つ又は複数の）粒子抑制化合物の分圧は、ＩＩＩ−Ｖ層の堆積中、ＩＩＩ族又はＶ族前駆物質のどちらかの分圧より低くてもよい。
【００２６】
[0037]粒子抑制化合物は、ＭＯＣＶＤによる高品質のＩＩＩ−Ｖ膜を成長させることが起こり得る、より高い分圧で反応チャンバにＩＩＩ族とＶ族の前駆物質が供給されることを可能にする。より多くの寄生粒子を形成させずに膜形成前駆物質の分圧を上げるための能力は、より低いリアクタ圧で成長した膜より、より速い堆積速度（例えば、約５μｍ／時以上の速度）で、且つより高い光電子工学品質（例えば、より高い内部効率、多いｐ形ドーピング等）でＩＩＩ−Ｖ膜を成長させることを可能にする。
【００２７】
例示的ＩＩＩ−Ｖ膜構造
[0038]記載されたシステム及び方法の実施形態は、特に他のデバイスのなかでも発光ダイオード及び／又はレーザダイオードとして作用するＩＩＩ−Ｖデバイスを形成するために用いることができる。図２は、このシステム及び方法を用いて製造することができるＩＩＩ−Ｖデバイスの一例を示す図である。サファイア（０００１）基板２０４の上に形成されたＧａＮベースのＬＥＤ構造２００が示されている。ｎ形ＧａＮ層２１２は、基板の上に形成されたＧａＮバッファ層２０８の上に堆積されている。デバイスの活性領域は、ＩｎＧａＮ層を含む図面に示された多重量子井戸層２１６に具体的に示されている。ｐｎ接合は、上に横たわるｐ形ＡｌＧａＮ層２２０と共に形成され、ｐ形ＧａＮ層２２４は接触層として作用している。
【００２８】
[0039]他のＩＩＩ−Ｖデバイスが本発明によって製造されてもよく、レーザダイオード（ＬＤ）、高電子移動度トランジスタ、他の光電子デバイスが含まれる。
【００２９】
例示的製造法
[0040]図３は、本発明の実施形態による基板上に核形成層を形成するプロセス３００におけるステップを示すフローチャートである。プロセス３００は、核形成層が形成される基板を反応チャンバへ準備することを含む。基板は、ＩＩＩ−Ｖ族核形成層がＭＯＣＶＤ又は水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）のどちらかによって形成される任意の基板であってもよい。これらには、例えば、他の基板のなかでも、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、実質的に純粋なシリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、スピネル、酸化ジルコニウムだけでなく、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、没食子酸リチウム（lithium gallate）、リン酸インジウム（ＩｎＰ）、単結晶ＧａＮのような化合物半導体基板からできた基板ウエハが含まれてもよい。
【００３０】
[0041]反応チャンバ内の基板と共に、膜形成前駆物質と粒子抑制前駆物質が導入されて、核形成層の堆積を開始させることができる。図３に示されたフローチャートにおいて、プロセスの実施形態は、有機金属前駆物質を反応チャンバ３０４へ導入することを含んでもよい。有機金属前駆物質には、他の成分のなかでも、ＩＩＩ族金属と炭素基が含まれてもよい。例えば、前駆物質には、特に、アルキルアルミニウム化合物、アルキルガリウム化合物、及び／又はアルキルインジウム化合物のようなアルキルＩＩＩ族金属化合物が含まれてもよい。個々の前駆物質の例としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）が含まれてもよい。プロピル、ペンチル、ヘキサル等のより大きなアルキル基が、ＩＩＩ族金属と組み合わされてもよい。エチルジメチルガリウム、メチルジエチルアルミニウム等のように異なったアルキル基が、同じ前駆物質において組み合わされてもよい。芳香族基、アルケン基、アルキン基等の他の有機部分（moieties）が、有機金属前駆物質の一部であってもよい。
【００３１】
[0042]２つ以上の有機金属前駆物質が反応チャンバへ導入されて、反応し、金属合金を含む層を形成させてもよい。例えば、有機金属前駆物質には、基板上にＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等のＩＩＩ族合金の窒化物を形成する２つ以上のＩＩＩ族金属（例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）が含まれてもよい。ＡｌＧａＮにおいて、例えば、ＴＭＧとＴＭＡが窒素前駆物質（例えばアンモニア）と共に反応チャンバ内へ導入されて、合金ＩＩＩ−Ｖ層が形成されてもよい。
【００３２】
[0043]有機金属前駆物質は、また、ハロゲン化前駆物質であってもよく、ハロゲン基は金属原子、有機部分、又はこれらの双方に結合されている。例としては、ジエチルガリウムクロライド、クロロメチルジエチルガリウム、クロロジエチルガリウムクロライド等が含まれる。有機金属前駆物質がハロゲン基を含む場合、反応と核形成層の堆積中、解離したハロゲンが、粒子抑制成分として作用することができる。一部の実施形態において、ハロゲン化有機金属前駆物質は、核形成層の堆積中、粒子抑制化合物と化合物を与えるＩＩＩ族金属両方として作用することができる。実施形態は、また、別の粒子抑制化合物に加えて、ハロゲン化有機金属化合物を与えるステップを含んでいる。
【００３３】
[0044]粒子抑制化合物は、有機金属前駆物質と同一の流体の流れ、又は別の流れで反応チャンバ３０６へ導入されてもよい。粒子抑制化合物は、化合物を含まない製造と比較して、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％以上だけウエハ基板の上の反応ゾーンに形成される寄生粒子の数を減少させることができる。
【００３４】
[0045]（１つ又は複数の）粒子抑制化合物は、有機金属前駆物質の濃度以下の濃度（即ち、分圧）において反応チャンバ内へ導入されてもよい。実施形態は、例えば、粒子抑制化合物が核形成層を形成するために用いられる有機金属前駆物質及び／又は他の前駆物質より低い分圧において導入されてもよい。個々の例としては、反応チャンバ内へ導入される有機金属前駆物質の分圧の半分未満、４分の１未満、５分の１未満、６分の１未満、１０分の１未満等の分圧で粒子抑制化合物を導入するステップが含まれてもよい。
【００３５】
[0046]粒子抑制化合物はハロゲン基を含んでもよい。例えば、粒子抑制化合物は、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、及び／又はヨウ化水素のようなハロゲン化水素であってもよい。粒子抑制化合物には、塩化アルキル（例えば、塩化メチル、塩化メチレン、クロロホルム等）のような有機ハロゲン化合物が含まれてもよい。上記のように、実施形態には、核形成層の形成に関与するハロゲン含有有機金属前駆物質及び／又は他のハロゲン含有反応種が含まれる。
【００３６】
[0047]基板の堆積表面の周りの反応ゾーンにおいて有機金属前駆物質と反応する第２の前駆物質が、反応チャンバ３０８へ導入されてよい。核形成層が金属窒化物層である場合、第２の前駆物質は、アンモニア（ＮＨ３）のような窒素含有前駆物質であってもよい。第２の前駆物質は、反応チャンバへ別のガス流で流してもよく、それは、基板の上の加熱された反応ゾーンにおける空間に有機金属前駆物質ガス流と交差する。
【００３７】
[0048]ヘリウムのようなキャリヤガスは、反応チャンバ内の前駆物質と粒子抑制化合物のフローを容易にするだけでなく、チャンバ内の全圧を調節するために用いられてもよい。キャリヤガスは、チャンバに入る前に前駆物質ガスと前もって混合されてもよく、更に／又は混合されていない状態で別のフローラインを通ってチャンバに入ってもよい。
【００３８】
[0049]前駆物質が反応ゾーンにおいて反応する場合、反応生成物の少なくとも一部は、基板３１０上に核形成層を形成する。核形成層の堆積速度と膜特性は、少なくとも一部分は、チャンバ温度、圧力、流体の流量、前駆物質やキャリヤガスや１つ又は複数の粒子抑制化合物の分圧を含む、反応チャンバの調節可能なパラメータによって制御されてもよい。
【００３９】
[0050]例えば、基板ウエハの周りの反応ゾーンの温度は、反応チャンバを取り囲む外部の熱源によって、約２３℃〜約１１００℃に調整されてもよい。熱源は、リアクタの壁を加熱し（即ち、ホットウォール反応チャンバ）、順次基板が加熱される。ホットウォールリアクタの条件下で、前駆物質は反応チャンバに入るにつれて加熱され、チャンバ壁だけでなく基板の周りで反応することができる。大量の前駆物質が基板表面から離れて反応することから、ホットウォールＭＯＣＶＤチャンバからの前駆物質の収率（即ち、堆積した膜の量と用いられた前駆物質の量）は、典型的には、コールドウォールシステムより低い。
【００４０】
[0051]コールドウォール反応チャンバにおいて、最初にチャンバ壁を加熱せずに基板が加熱される。基板加熱は、他の技術のなかでも、基板支持構造を加熱することによって、基板に向けられるガスの１つ以上の流れ（例えば、前駆物質）を加熱することによって、基板に近接してプラズマを生成させることによって、基板上に光線（例えば、赤外線）を向けることによって行われてもよい。反応チャンバ内で最も高い温度領域が基板の堆積表面の周りに、より集中されることから、より少ない前駆物質が基板から離れて反応し、前駆物質の収率は、一般的には、ホットウォールプロセスより高い。
【００４１】
[0052]核形成層の堆積速度と膜品質は、一部分は、基板の温度によって決定されることになる。堆積中、基板温度は、例えば、約２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、又は７００℃以上であってもよい。基板の温度は、一部分が、反応チャンバに入り基板を取り囲んでいる前駆物質ガスの流れの温度を制御することによって調整されてもよい。例えば、反応チャンバへ導入される前駆ガスの温度は、約１５℃から約３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、又は７００℃以上の範囲にあってもよい。
【００４２】
[0053]リアクタ圧は、核形成層の堆積中に設定されてもよい。核形成層の堆積に用いられる処理条件は、個々の用途によって異なってもよい。以下の表は、ＩＩＩ−Ｖ核形成層の成長にほぼ適した例示的処理条件と前駆物質流量を示すものである。
【００４３】
【表１】
2010541276.tif 000003
【００４４】
[0054]前の説明で明らかなように、プロセスは、任意の一定のプロセスにおいて前駆物質全てのフローを用いなくてもよい。例えば、ＧａＮの成長は、一実施形態において、ＴＭＧと、ＮＨ３と、Ｎ２のフローを用いることになり、ＡｌＧａＮの成長は、他の実施形態において、ＴＭＧと、ＴＭＡと、ＮＨ３と、Ｈ２のフローを用いることになり、ＴＭＡとＴＭＧの相対流量が、堆積される層の望ましい相対Ａｌ：Ｇａ化学量論を与えるように選ばれ、また、ＩｎＧａＮの成長は、更に他の実施形態において、ＴＭＧと、ＴＭＩと、ＮＨ３と、Ｎ２と、Ｈ２のフローを用いることになり、ＴＭＩとＴＭＧの相対流量が、堆積される層の望ましい相対Ｉｎ：Ｇａ化学量論を与えるように選ばれる。
【００４５】
[0055]反応チャンバ条件は、例えば、約２μｍ／時以上、約５μｍ／時以上、約１０μｍ／時以上、約２５μｍ／時以上、又は約５０μｍ／時以上の堆積速度で核形成層を形成するように設定されてもよい。堆積時間は、厚さが約１００オングストローム〜約１０００オングストロームの核形成層を形成するように、例えば、約１、５、１０、１５、２０、３０、４５、又は６０分以上であってもよい。
【００４６】
[0056]ここで図４を参照すると、本発明の実施形態による基板上にＩＩＩ−Ｖ窒化物層を形成するプロセス４００におけるステップを含むフローチャートが示されている。プロセス４００は、反応チャンバ４０２へ基板を準備するステップを含む。それは、また、反応チャンバ４０４へＩＩＩ族金属とハロゲン含有前駆物質を導入するステップを含む。この前駆物質は、例えば、ＩＩＩ族金属フッ化物、塩化物、臭化物、及び／又はヨウ化物（例えば、ＡｌＦ３、ＡｌＣｌ３、ＡｌＢｒ３、ＡｌＩ３、ＧａＦ、ＧａＣｌ、ＧａＢｒ、ＧａＩ、ＩｎＦ、ＩｎＣｌ、ＩｎＢｒ、ＩｎＩ等）であってもよい。それは、また、ＩＩＩ族有機金属ハロゲン化物（例えば、ジメチルガリウムクロライド）及び／又はＩＩＩ族金属有機ハロゲン化合物（例えば、トリクロロメチルガリウム）であってもよい。
【００４７】
[0057]プロセス４００は、また、ＩＩＩ族金属前駆物質として同一又は異なる前駆物質流において別のハロゲン化水素を反応チャンバ４０６に導入することを含んでもよい。ハロゲン化水素には、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、又はＨＩを単独で又は組み合わせて含まれてもよい。ハロゲン化水素は、反応チャンバ内でＩＩＩ族金属窒化物粒子の形成と成長を抑制する寄生粒子抑制化合物として作用する。
【００４８】
[0058]窒素含有ガスは、また、ＩＩＩ−Ｖ族窒化膜のＶ族（即ち、窒化物）成分を与えるように反応チャンバ４０８内へ導入されてもよい。窒素含有ガスには、他の窒素含有前駆物質のなかでも、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン、ジメチルヒドラジン、フェニルヒドラジン、励起された窒素が含まれてもよい。
【００４９】
[0059]ＩＩＩ族金属とハロゲン含有前駆物質は、窒素含有前駆物質と反応して、基板４１０上にＩＩＩ−Ｖ窒化物層を形成させる。基板の周りの反応ゾーンに存在するＩＩＩ族金属前駆物質とハロゲン化水素から解離したハロゲンがＩＩＩ族金属窒化物寄生粒子の形成を遅くさせる。ＩＩＩ−Ｖ窒化物層は、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＩｎＮのような単一金属のＩＩＩ族金属窒化物、又はＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎ等の２つ以上のＩＩＩ族金属と窒素の合金であってもよい。
【００５０】
[0060]プロセス４００は、基板温度、反応チャンバ圧、及び／又は前駆物質の組成の変更で２回以上繰り返して、ＩＩＩ族金属窒化物のマルチレベル積層を形成させることができる。例えば、プロセス４００は、図２に示されたＧａＮベースのＬＥＤ構造２００と類似した、最初に基板上にＧａＮバッファ層、続いてｎ-ＧａＮドープ層、次にＩｎＧａＮ合金、次にｐ-ＡｌＧａＮドープ層、最後にｐ-ＧａＮドープ最上層を形成するために用いることができる。
【００５１】
[0061]図５は、本発明の実施形態による基板上にＩＩＩ−Ｖ族層を形成する多段プロセス５００におけるステップを示す。このプロセス５００において、より薄い核形成層とより厚いバルクＩＩＩ−Ｖ窒化物層は基板上にＭＯＣＶＤによって堆積させる。プロセス５００は、基板を反応チャンバ（ステップ５０２）に準備することから始める。反応チャンバは、専用のＭＯＣＶＤチャンバ又はＭＯＣＶＤ堆積とＨＶＰＥ堆積の双方を行うことができるハイブリッドチャンバであってもよい。
【００５２】
[0062]その後、ＩＩＩ族金属前駆物質（ステップ５０４）（例えば、ＴＭＧ）と窒素含有ガス（ステップ５０６）（例えば、ＮＨ３）を反応チャンバへ導入するステップを含むプロセスの第１段階が始まる。その後、前駆物質とガスは、第１の堆積速度（ステップ５０８）で基板上の核形成層のために反応する。核形成層の厚さは、一般的には約１０００オングストローム以下（例えば、約１００オングストローム〜約１０００オングストローム）であり、ＩＩＩ−Ｖ窒化物バルク層より低い堆積速度で堆積されてもよい。前駆物質の分圧が著しい数の寄生粒子を形成しないレベルで設定される核形成層の堆積速度は、充分に低く（例えば、５μｍ／時未満）なり得る。従って、粒子抑制化合物は、この段階で反応チャンバへ導入されなくてもよい。
【００５３】
[0063]しかしながら、核形成層の形成後、窒化物バルク層を形成するように堆積速度を増加させることが望ましい場合がある。従って、一旦核形成層が形成されると、粒子抑制化合物（例えば、ＨＣｌ）が反応チャンバ（ステップ５１０）へ導入されてもよい。ＩＩＩ族金属前駆物質と窒素含有ガスがなお反応チャンバ内に流れているように粒子抑制化合物が導入されてもよく、１つ又は双方の前駆物質の流量が増加するように導入されてもよい。或いは、前駆物質と粒子抑制化合物が導入されて、バルク窒化物層を形成する前に、核形成層を形成した前駆物質のフローが停止されてもよい。核生成前駆物質の停止とバルク層前駆物質の開始の間の介在期間に、アニール、エッチング等（図示せず）の追加のステップが核形成層被覆基板上で行われてもよい。
【００５４】
[0064]粒子抑制化合物の導入は、寄生粒子の数の相応の増加が生じることなく（without a commensurate）反応チャンバ内の圧力を上げること（ステップ５１２）を可能にする。ＩＩＩ族金属前駆物質及び／又は窒素前駆物質の分圧を上げることにより反応チャンバ内の圧力を上げることにより、核形成層の第１の堆積速度より速い第２の堆積速度（ステップ５１４）でＩＩＩ−Ｖ族バルク層が形成されることを可能にする。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族バルク層堆積速度は、約５μｍ／時〜約５０μｍ／時（例えば、５、６、７、８、９、１０、１２、１５、２５、３５、４０、４５、又は５０μｍ／時）であってもよい。ＩＩＩ−Ｖ族バルク層の堆積は、層が所定の厚さ（例えば、約１μｍ〜約５μｍ厚）に達した時に終了する。
【００５５】
[0065]図５に示された多段プロセスは、基板上に核形成層とＩＩＩ−Ｖ族バルク層の双方を堆積するためにＭＯＣＶＤを用いる。図６と図７は、ＭＯＣＶＤとＨＶＰＥの組み合わせを用いて基板上にＩＩＩ−Ｖ族膜を形成する追加のプロセスを示すフローチャートである。
【００５６】
[0066]図６は、本発明の実施形態によるＩＩＩ−Ｖ層を形成するＭＯＣＶＤとＨＶＰＥを組み合わせたプロセス６００におけるステップをしめしたフローチャートである。このプロセスにおいて、ＭＯＣＶＤは、基板上に第１のＭＯＣＶＤ層（例えばＩＩＩ−Ｖ核形成層）を形成するために用いられ、ＨＶＰＥは、第２のＨＶＰＥ層（例えば、ＩＩＩ−Ｖバルク層）を形成するために用いられる。プロセス６００は、反応チャンバ（ステップ６０２）へ基板を準備するステップを含んでもよい。ＩＩＩ族有機金属前駆物質は、反応チャンバ（ステップ６０４）へ導入されてもよく、ハロゲン前駆物質が導入されてもよい（ステップ６０６）。ハロゲン前駆物質（例えば、ＨＣｌ）は、寄生粒子抑制化合物として機能してもよく、ＩＩＩ族有機金属前駆物質より充分に低い流量及び／又は分圧で導入されてもよい。例えば、ハロゲン含有化合物は、ＩＩＩ族有機金属前駆物質の分圧の約２分の１、３分の１、４分の１、５分の１、６分の１、７分の１、８分の１、９分の１、１０分の１、２０分の１、５０分の１、１００分の１以下の分圧で導入されてもよい。
【００５７】
[0067]窒素前駆物質は、また、反応チャンバ６０８へ導入されてもよい。窒素前駆物質（例えば、アンモニア）は、ＩＩＩ族有機金属前駆物質とほぼ同じ又はより高い流量及び／又は分圧で導入されてもよく、ハロゲン前駆物質と同一又はより低い流量及び／又は分圧で導入されてもよい。
【００５８】
[0068]ＩＩＩ族有機金属前駆物質と窒素前駆物質は、反応し、基板（ステップ６１０）上にＭＯＣＶＤ層を形成してもよい。ＭＯＣＶＤ層は、５μｍ／時以上の速度で形成されてもよく、約１０オングストローム〜約１μｍの厚さを有してもよい。
【００５９】
[0069]ＭＯＣＶＤ層の堆積後、反応チャンバの温度は、ＨＶＰＥ層の堆積のために調節されてもよい（ステップ６１２）。典型的には、ＨＶＰＥ層の堆積のために温度が上げられる。例えば、ＩＩＩ−Ｖ窒化物層を形成するＨＶＰＥ堆積温度は、約５５０℃〜約１１００℃（例えば、約８００℃〜約１０００℃）である。これは、ＭＯＣＶＤによりＩＩＩ−Ｖ窒化物層を形成するために典型的に用いられる温度より高くてもよい（例えば、約１００℃〜約７００℃、一般には約３００℃〜約７００℃）。
【００６０】
[0070]その後、ＩＩＩ族ＨＶＰＥ前駆物質が反応チャンバ（ステップ６１４）へ導入されてもよい。ＩＩＩ族ＨＶＰＥ前駆物質は、加熱されたＩＩＩ族金属（例えば、液体ガリウム、アルミニウム、及び／又はインジウム）の上にハロゲンガス（例えば、ＨＣｌ）を通過させることによって形成されてもよい。ハロゲンガスと金属蒸気が反応して、キャリヤガス（例えば、ヘリウム、水素）によって反応チャンバへ導入されるハロゲン化金属（例えば、ＧａＣｌ）を形成する。
【００６１】
[0071]ＩＩＩ族ＨＶＰＥ前駆物質は、反応チャンバ内で窒素前駆物質（ステップ６１６）と反応してもよい。反応生成物の少なくとも一部が基板に堆積されて、ＭＯＣＶＤ層上にＨＶＰＥ層（ステップ６１８）が形成される。ＨＶＰＥ層は、ＭＯＣＶＤ層より速い堆積速度（例えば、最高約５０μｍ／時まで）で形成されてもよい。ＨＶＰＥ層は、また、ＭＯＣＶＤ層より厚くてもよい（例えば、ＭＯＣＶＤ層の厚さの２、３、４、５、６、１０、２０倍以上）。
【００６２】
[0072]図６に記載されたプロセス６００は、ＭＯＣＶＤとＨＶＰＥの双方を行うことができる単一の反応チャンバ、又は単一の堆積技術のために設けられる別の反応チャンバ内で行われてもよい。プロセス６００を行うために用いられるシステムには、他の追加のプロセスステップのなかでも、エッチング、リソグラフィ、アニールの反応チャンバが含まれてもよい。
【００６３】
[0073]図６において、プロセス６００は、基板上に第１の層を形成するためにＭＯＣＶＤを用い、第１の層上に第２の層を形成するためにＨＶＰＥを用いた。図７は、ＭＯＣＶＤ層の前にＨＶＰＥ層を形成することによってＨＶＰＥとＭＯＣＶＤ堆積順序が逆になるプロセス７００の実施形態を示す。プロセス７００は、反応チャンバ（ステップ７０２）へ基板を準備することによって同じことを開始してもよい。しかしながら、ＩＩＩ族ＨＶＰＥ前駆物質は、窒素含有ガス（ステップ７０６）と共に反応チャンバ（ステップ７０４）へ最初に導入される。ＩＩＩ族ＨＶＰＥ前駆物質と窒素含有ガスが反応して（ステップ７０８）、基板（ステップ７１０）上に第１のＨＶＰＥ層が形成される。
【００６４】
[0074]プロセス６００が単一の反応チャンバ内で行われる場合、チャンバ内のプロセス条件は、第２のＭＯＣＶＤ堆積のために再構成されてもよい。この再構成には、ＩＩＩ族ＨＶＰＥ前駆物質の流れを停止するステップと、ＭＯＣＶＤ堆積のために反応チャンバ（ステップ７１２）の温度を調節するステップとが含まれてもよい。典型的には、このことは、反応チャンバの温度を下げることを意味する。その後、ＩＩＩ族有機金属前駆物質は、ハロゲン前駆物質（ステップ７１６）と窒素含有ガスと共に反応チャンバ（ステップ７１４）内へ導入されて、ＨＶＰＥ層と基板（ステップ７１８）上にＭＯＣＶＤ層が形成されてもよい。窒素含有ガスは、ＨＶＰＥとＭＯＣＶＤ層の堆積中、連続して流してもよく、又は堆積中、停止されてもよい。
【００６５】
例示的基板処理システム
[0075]図８Ａは、例示的化学気相堆積（“ＣＶＤ”）システム８１０の単純化した図であり、個々の堆積ステップが行われ得るチャンバの基本構造が示されている。このシステムは、熱処理、準常圧ＣＶＤ（“ＳＡＣＶＤ”）プロセスだけでなく、リフロー、押し込み、洗浄、エッチング、堆積、ゲッタリングプロセスのような他のプロセスを行うのに適している。以下に記載される例から明らかなように、場合によっては、別のチャンバへの移送のために除去する前に、マルチステッププロセスが個々のチャンバ内で行われることが可能である。システムの主要な構成要素は、特に、ガス分配システム８２０からプロセスガスや他のガスを受ける真空チャンバ８１５と、真空システム８２５と、リモートプラズマシステム８３０と、制御システム８３５とを含む。これらの構成要素と他の構成要素は、以下で詳細に記載される。更に、両面堆積を可能にするために用いることができる構造配置の個々の説明は、以下に示される。図面は、具体的な説明のために単一のチャンバのみの構造を示すが、同様の構造を有する複数のチャンバがクラスタツールの一部として示されてもよく、各チャンバは、製造プロセス全体の異なる態様を行うように調整されることが理解されるであろう。図面に示された、チャンバ処理を支持する他の構成要素は、複数のチャンバ間で共有することができるが、場合によっては、個々の支持構成要素が各チャンバに対して別々に設けられてもよい。
【００６６】
[0076]ＣＶＤ装置８１０は、ガス反応領域８１６を有する真空チャンバ８１５を形成するエンクロージャアセンブリ８３７を含む。ガス分配プレート８２１は、反応性ガスやパージガスのような他のガスを、穿孔された穴を介して基板支持構造８０８によって適切な位置に保持された１つ以上の基板８０９に向かって分散させる。ガス分配プレート８２１と基板８０９との間には、ガス反応領域８１６がある。ヒータ８２６は、異なった堆積プロセスを適応させるだけでなく、エッチング又は洗浄プロセスのための異なった位置の間で制御可能に移動させることができる。センタボード（図示せず）は、基板の位置に関する情報を与えるセンサを含む。
【００６７】
[0077]異なる構造がヒータ８２６に対して用いられてもよい。例えば、本発明の一部の実施形態は、都合の良いことに、密接に近接して基板支持構造８０８の対向する側に配置された一組のプレートを用いて、１つ以上の基板８０９の対向する側に別個の熱源を与える。単に一例として、プレートは、ある特定の実施形態においてグラファイト又はＳｉＣを含んでいてもよい。他の例において、ヒータ８２６は、セラミック内に封入された電気抵抗加熱素子（図示せず）を含む。セラミックは、加熱素子を、潜在的に腐食性のチャンバ環境から保護し、ヒータが、約１２００℃の温度に達することを可能にする。例示的実施形態において、真空チャンバ８１５にさらされるヒータ８２６の全表面は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３又はアルミナ）又は窒化アルミニウムのようなセラミック材料でできている。他の実施形態において、ヒータ８２６は、ランプヒータを備える。或いは、タングステン、レニウム、イリジウム、トリウム、又はこれらの合金のような高融点金属で構成された地金フィラメント加熱素子が、基板を加熱するのに用いられてもよい。このようなランプヒータ配置は、ある特定の用途に有用である１２００℃以上の温度を達成することができる。
【００６８】
[0078]反応性ガスとキャリヤガスは、ガス分配システム８２０から供給ライン８４３を介して（ガス混合ブロックとも呼ばれる）ガス混合ボックス８４４内へ供給され、そこで、これらのガスは混合され、ガス分配プレート８２１へ分配される。ガス分配システム８２２０は、当業者に理解されるように、様々なガスソースと、選択された量の各ソースをチャンバ８１５へ分配する適切な供給ラインとを含む。一般的に、各ガスのための供給ラインは、該ガスの関連するラインへの流れを自動的に又は手動で遮断するのに使用することができる遮断弁と、供給ラインを流れるガス又は液体の流れを測定するマスフローコントローラ又は他のタイプのコントローラとを含む。システム８１０によるプロセスの実行により、該ソースの一部は、実際に、ガスではなく液体ソースとすることができる。液体ソースを用いた場合、ガス分配システムは、液体噴射システム又は液体を気化する他の適切な機構（例えば、バブラー）を含む。その後、液体からの蒸気は、当業者が理解しているように、通常、キャリヤガスと混合される。
【００６９】
[0079]ガス混合ボックス８４４は、プロセスガス供給ライン８４３と、洗浄／エッチングガス導管８４７とに結合されているデュアル入力混合ブロックである。バルブ８４６は、ガス導管８４７からガス混合ブロック８４４へのガス又はプラズマを入れたり密閉する為に動作する。ガス導管８４７は、統合リモートマイクロ波プラズマシステム８３０からガスを受け、プラズマシステムは、入力ガスを受けるインレット８５７を有する。堆積処理中、プレート８２１に供給されるガスは、（矢印８２３で示すように）基板表面に向かって放出され（ｖented）、この場合、ガスは、層流で基板表面全域で径方向に均一に分配することができる。
【００７０】
[0080]パージングガスは、ガス分配プレート８２１から真空チャンバ８１５内へ、更に／又は、インレットポート又は管（図示せず）からエンクロージャアセンブリ８３７の底壁部を介して分配することができる。チャンバ８１５の底部から導入されたパージガスは、インレットポートからヒータ８２６を通って環状ポンピングチャネル８４０へ流れる。真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム８２５は、（矢印２２４で示すように）排気ライン８６０を介してガスを排気する。排気ガスと同伴粒子が、環状ポンピングチャネル８４０から排気ライン８６０を介して排出される速度は、スロットルバルブシステム８６３によって制御される。
【００７１】
[0081]リモートマイクロ波プラズマシステム８３０は、チャンバ洗浄又はプロセス基板からのエッチング残渣のような選択された用途のためのプラズマを生成させることができる。入力ライン８５７を介して供給された前駆物質からリモートプラズマシステム８３０内で生成されたプラズマ化学種は、ガス分配プレート８１０を介して真空チャンバ８１５への分散のために、導管８４７を介して送られる。リモートマイクロ波プラズマシステム８３０は、導管８４７が、チャンバの側を通ってゲートバルブ８４６と、チャンバ８１５の上に位置しているガス混合ボックス８４４に向かって上っていく状態で、チャンバ８１５の下に一体的に位置し且つ取付けられている。洗浄用途のための前駆物質ガスには、フッ素、塩素及び／又は他の反応性元素が含まれてもよい。また、リモートマイクロ波プラズマシステム８３０は、層堆積プロセス中、適切な堆積前駆物質ガスをリモートマイクロ波プラズマシステム８３０に流入させて、ＣＶＤ層を堆積するように適合させることもできる。
【００７２】
[0082]堆積チャンバ８１５の壁部と排気流路のような周囲の構造の温度は、更に、チャンバの壁部内のチャネル（図示せず）を介して熱交換液を循環させることにより制御することができる。熱交換液は、所望の効果に依存して、チャンバ壁部を加熱又は冷却するのに使用することができる。例えば、熱い液は、熱堆積プロセス中、温度勾配を維持するのを支援することができ、一方、冷たい液は、インサイチュプラズマプロセス中、システムから熱を除去するのに、又は該チャンバの壁部上での堆積生成物の形成を制限するのに用いることができる。ガス分配マニホールド８２１は、熱交換流路（図示せず）も有する。典型的な熱交換流体は、水ベースのエチレングリコール混合物、オイルベースの熱伝達流体、又は同様の流体を含む。“熱交換体”による加熱と呼ばれるこの加熱は、望ましくない反応生成物の凝結を有益に低減又は排除し、プロセスガスと他の汚染物が、低温の真空流路の壁部に凝結し、また、ガス流がない期間中、該処理チャンバ内へ戻った場合には、プロセスを汚染する可能性があるプロセスガスと他の汚染物の揮発性生成物の排除を改善する。
【００７３】
[0083]システムコントローラ８３５は、堆積システムのアクティビティと作動パラメータを制御する。システムコントローラ８３５は、コンピュータプロセッサ８５０と、プロセッサ８５０とに結合されているコンピュータ可読メモリ８５５とを含む。プロセッサ８５０は、メモリ８５５に格納されたコンピュータプログラム８５８のようなシステム制御ソフトウェアを実行する。メモリ８５５は、好ましくは、ハードディスクドライブであるが、読出し専用メモリ又はフラッシュメモリのような他の種類のメモリであってもよい。また、システムコントローラ８３５は、フロッピーディスクドライブ、ＣＤ、又はＤＶＤドライブ（図示せず）も含む。
【００７４】
[0084]プロセッサ８５０は、システム制御ソフトウェア（プログラム８５８）に従って作動し、ソフトウェアは、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧、チャンバ温度、マイクロ波出力レベル、ペデスタル位置、具体的なプロセスの他のパラメータを指示するコンピュータ命令を含む。これらのパラメータと他のパラメータの制御は、制御ライン８６５を通じて実施され、制御ラインは、その一部のみが図８Ａに示され、システムコントローラ８３５と、ヒータ、スロットルバルブ、リモートプラズマシステム、ガス分配システム８２０に関連する様々なバルブやマスフローコントローラとを連通結合する。
【００７５】
[0085]プロセッサ８５０は、シングルボードコンピュータ、アナログ及びディジタル入力／出力ボード、インタフェースボード、ステッパモータコントローラボードを収容できるカードラック（図示せず）を有する。ＣＶＤシステム８１０の様々な部分は、ボード、カードケージ、コネクトの寸法と種類を規定するＶＭＥ（ＶｅｒｓａＭｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ）規格に準拠している。また、ＶＭＥ規格は、１６ビットデータバスと２４ビットアドレスバスを有するバス構造も規定する。
【００７６】
[0086]図８Ｂは、ＣＶＤシステム８１０の動作をモニタ及び制御するのに使用することができるユーザインタフェースの単純化した図である。図８Ｂは、ＣＶＤシステム８１０が、マルチチャンバシステムの１つのチャンバである状態で、クラスタツールのマルチチャンバの本質を明確に示している。このようなマルチチャンバシステムにおいては、追加的な処理のために、コンピュータ制御ロボットによって、１つのチャンバから別のチャンバへ基板を搬送することができる。ある場合においては、基板は、真空又は選択されたガスの下で搬送される。ユーザとシステムコントローラ８３５との間のインタフェースは、ＣＲＴモニタ８７３ａとライトペン８７３ｂである。メインフレームユニット８７５は、ＣＶＤ装置８１０のための電気的機能、給排気（pump）機能、他のサポート機能を与える。ＣＶＤ装置の説明的実施形態に適合する例示的マルチチャンバシステムのメインフレームユニットは、現在、カリフォルニア州のサンタクララにあるＡＰＰＬＩＥＤＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣ．から入手可能なＰｒｅｃｉｓｉｏｎ５０００ＴＭ及びＣｅｎｔｕｒａ５２００ＴＭである。
【００７７】
[0087]一実施形態においては、２つのモニタ８７３ａが用いられ、その一方は、オペレータのためにクリーンルーム壁８７１に取付けられており、他方は、サービス技術者のために壁の裏側８７２に取付けられている。両モニタ８７３ａは、同じ情報を同時に表示するが、１つのライトペン８７３ｂのみが有効である。ライトペン８７３ｂは、ＣＲＴディスプレイによって放出された光を、該ペンの先端部の光センサで検出する。具体的なスクリーン又は機能を選択するために、オペレータは、ディスプレイスクリーンの指定された領域にタッチし、ペン８７３ｂ上にあるボタンを押す。タッチされた領域は、その強調表示されたカラーを変化させ、又は新たなメニュー又はスクリーンを表示し、ライトペンとディスプレイスクリーンとの間の通信を確認する。当業者は容易に理解するように、ユーザが、該プロセッサと情報をやり取りできるようにするために、キーボード、マウス、又は他のポインティング又は通信デバイス等の他の入力デバイスを、ライトペン８７３ｂの代わりに、又はライトペンに加えて用いてもよい。
【００７８】
[0088]図８Ｃは、図８Ａの例示的ＣＶＤ装置のためのシステム制御ソフトウェア、即ち、コンピュータプログラム８５８の階層的制御構造の一実施形態のブロック図である。層を堆積するための、ドライチャンバクリーンを行うための、又はリフロー又はドライブ・イン動作を行うためのようなプロセスは、プロセッサ８５０によって実行されるコンピュータプログラム８５８の制御下で実施することができる。コンピュータプログラムコードは、６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ、又は他の言語等の在来のいずれかのコンピュータ可読プログラミング言語で書き込むことができる。適切なプログラムコードは、在来のテキストエディタを使用して、単一のファイル、又は複数のファイルに入力され、システムメモリのようなコンピュータ可読媒体に格納又は具体化される。
【００７９】
[0089]入力されたコードテキストが高級言語である場合、コードはコンパイルされ、その結果生じるコンパイラコードは、コンパイル済みのＷｉｎｄｏｗｓＴＭライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされたコンパイルオブジェクトコードを実行するために、システムユーザは、オブジェクトコードを呼び出して、コンピュータシステムに、コードをメモリにロードさせ、ＣＰＵは、プログラムにおいて識別されるタスクを行うように装置を設定するために、メモリからコードを読出して、コードを実行する。
【００８０】
[0090]ユーザは、ライトペンを用いて、ＣＲＴモニタ上に表示されたメニュー又はスクリーンによって与えられた選択肢を選択することにより、プロセスセット番号とプロセスチャンバ番号をプロセスセレクタサブルーチン８８０に入力する。特定されたプロセスを行うのに必要なプロセスパラメータの所定のセットであるプロセスセットは、予め定義されたセット番号によって識別される。プロセスセレクタサブルーチン８８０は、（ｉ）所望のプロセスチャンバ、（ii）所望のプロセスを行うためのプロセスチャンバを作動させるのに要するプロセスパラメータの所望のセットを識別する。特定のプロセスを行うためのプロセスパラメータは、例えば、プロセスガスの組成や流量、ペデスタル温度、チャンバ壁温度、圧力、マグネトロン出力レベルのようなプラズマ条件のプロセス条件に関連する。プロセスセレクタサブルーチン８８０は、どのタイプのプロセス（例えば、堆積、ウエハ洗浄、チャンバ洗浄、チャンバゲッタリング、リフロー）がチャンバ内で一定の時間に行われるかを制御する。一部の実施形態において、１つ以上のプロセスセレクタサブルーチンがある場合もある。プロセスパラメータは、レシピの形でユーザに与えられ、ライトペン又はＣＲＴモニタインタフェースを利用して入力することができる。
【００８１】
[0091]プロセスシーケンササブルーチン８８２は、プロセスセレクタサブルーチン８８０からの、識別されたプロセスチャンバパラメータとプロセスパラメータを受取り、様々なプロセスチャンバの動作を制御するためのプログラムコードを有する。複数のユーザが、プロセスセット番号やプロセスチャンバ番号を入力することができ、又は単一のユーザが、複数のプロセスセット番号やプロセスチャンバ番号を入力することができるため、プロセスシーケンササブルーチン８８２は、選択されたプロセスを所望のシーケンスでスケジュールするように作動する。好ましくは、プロセスシーケンササブルーチン８８２は、（ｉ）チャンバが用いられているか否かを判断するために、プロセスチャンバの動作をモニタリングするステップと、（ii）用いられているチャンバ内で、どのプロセスが行われているかを判断するステップと、（iii）プロセスチャンバの利用可能性と行われるべきプロセスの種類とに基づいて所望のプロセスを実行するステップとを行うプログラムコードを含む。
【００８２】
[0092]ポーリング法のようなプロセスチャンバをモニタリングする在来の方法を使用することができる。どのプロセスを実行すべきかをスケジューリングする場合、プロセスシーケンササブルーチン８８２は、選択されたプロセスのための所望のプロセス条件と比較した、用いられているプロセスチャンバの現在の状態、各具体的なユーザが入力した要求の“時期”、又はシステムプログラマが、スケジューリング優先度を判断するために含むように望む他の何らかの関連要因を考慮するように設計することができる。
【００８３】
[0093]一旦、プロセスシーケンササブルーチン８８２が、どのプロセスチャンバとプロセスセットの組合せを次に実行すべきかを判断すると、プロセスシーケンササブルーチン８８２は、具体的なプロセスセットパラメータを、チャンバマネージャサブルーチン８８５へ流すことにより、プロセスセットの実行を開始し、チャンバマネージャサブルーチンは、プロセスシーケンササブルーチン８８２によって決定されたプロセスセットに従って、具体的なプロセスチャンバ内での複数の処理タスクを制御する。例えば、チャンバマネージャサブルーチン８８５は、チャンバ８１５内でのＣＶＤ動作と洗浄プロセス動作を制御するプログラムコードを有する。また、チャンバマネージャサブルーチン８８５は、選択されたプロセスセットを行うのに必要なチャンバ構成要素の動作を制御する様々なチャンバ構成要素サブルーチンの実行も制御する。チャンバ構成要素サブルーチンの例は、基板位置決めサブルーチン８９０、プロセスガス制御サブルーチン８９１、圧力制御サブルーチン８９２、ヒータ制御サブルーチン８９３、リモートプラズマ制御サブルーチン８９４である。ＣＶＤチャンバの個々の構成により、一部の実施形態は、上記のサブルーチンの全てを含むが、他の実施形態は、上記のサブルーチンの一部のみを、又は記載していない他のサブルーチンを含んでもよい。当業者は、プロセスチャンバ内でどのプロセスを行うべきかによって、他のチャンバ制御サブルーチンを含めることができることを容易に認識するであろう。マルチチャンバシステムにおいては、追加のチャンバマネージャサブルーチン８８６、８８７が、他のチャンバのアクティビティを制御する。
【００８４】
[0094]動作中、チャンバマネージャサブルーチン８８５は、実行される具体的なプロセスセットに従って、プロセス構成要素サブルーチンを選択的にスケジューリングし、又は呼び出す。チャンバマネージャサブルーチン８８５は、プロセスシーケンササブルーチン８８２が、どのプロセスチャンバ及びプロセスセットを次に実行すべきかをスケジューリングするのと同様に、プロセス構成要素サブルーチンをスケジューリングする。典型的には、チャンバマネージャサブルーチン８８５は、様々なチャンバ構成要素をモニタリングするステップと、実行されるプロセスセットのためのプロセスパラメータに基づいて、どの構成要素を作動させる必要があるかを判断するステップと、モニタリングステップと判断ステップに応じて、チャンバ構成要素サブルーチンの実行を開始するステップとを含む。
【００８５】
[0095]ここで、具体的なチャンバ構成要素サブルーチンの動作を、図８Ａと図８Ｃによって記載する。基板位置決めサブルーチン８９０は、基板をヒータ８２６上に装着するのに、及び場合により、基板をチャンバ内で所望の高さに持ち上げて、基板とガス分配マニホールド８２１との間の間隔を制御するのに用いられるチャンバ構成要素を制御するプログラムコードを備える。基板がプロセスチャンバ８１５内に装着されると、ヒータ８２６は、基板を受けるように下降されるので、ヒータ８２６は、所望の高さまで上昇する。動作中、基板位置決めサブルーチン８９０は、チャンバマネージャサブルーチン８８５から転送される支持高さに関連するプロセスセットパラメータに応じて、ヒータ８２６の動きを制御する。
【００８６】
[0096]プロセスガス制御サブルーチン８９１は、プロセスガス組成や流量を制御するプログラムコードを有する。プロセスガス制御サブルーチン８９１は、安全遮断弁の状態を制御し、また、マスフローコントローラを増減させて、所望のガス流量を得る。典型的には、プロセスガス制御サブルーチン８９１は、ガス供給ラインを開いて、（ｉ）必要なマスフローコントローラを読み取ることと、（ii）その読み取ったデータを、チャンバマネージャサブルーチン８８５から受取った所望の流量と比較することと、（iii）必要に応じてガス供給ラインの流量を調節することとを繰り返すことによって作動する。更に、プロセスガス制御サブルーチン８９１は、安全でない流量に対してガス流量をモニタリングするステップと、安全でない状態が検出された場合に、安全遮断弁を作動させるステップとを含む。別の実施形態は、１つを超えるプロセスガス制御サブルーチンを有することができ、各サブルーチンは、個々の種類のプロセス、又はガスラインの個々のセットを制御する。
【００８７】
[0097]一部のプロセスにおいては、反応性プロセスガスが導入される前に、チャンバ内の圧力を安定化させるために、窒素又はアルゴンのような不活性ガスがチャンバ内に流入される。これらのために、プロセスガス制御サブルーチン８９１は、チャンバ内の圧力を安定化させるのに必要な時間の間、不活性ガスをチャンバ内に流入させるステップを含むようにプログラムされ、その結果、上述したステップが行われることになる。更に、プロセスガスが、液体前駆物質から蒸発される場合には、プロセスガス制御サブルーチン８９１は、バブラーアセンブリ内で液体前駆物質を介してヘリウムのような分配ガスをバブリングするステップ、又は、ヘリウムのようなキャリヤガスの流れ中に液体を噴霧又は噴出させる液体噴射システムを制御するステップを含むように書かれる。この種のプロセスにバブラーを用いる場合、プロセスガス制御サブルーチン８９１は、所望のプロセスガス流量を得るために、分配ガスのフロー、バブラーの圧力、バブラーの温度を調節する。上述したように、所望のプロセスガス流量は、プロセスパラメータとしてプロセスガス制御サブルーチン８９１へ移送される。
【００８８】
[0098]更に、プロセスガス制御サブルーチン８９１は、所定のプロセスガス流量の場合に必要な値を含む格納されたテーブルにアクセスすることにより、所望のプロセスガス流量のために必要な分配ガス流量と、バブラー圧力と、バブラー温度を得るステップを含む。一旦、必要な値が得られると、分配ガス流量と、バブラー圧力と、バブラー温度は、必要な値と比較してモニタリングされ、それに応じて調節される。
【００８９】
[0099]圧力制御サブルーチン８９２は、チャンバの排気システムにおけるスロットルバルブのアパーチャサイズを調節することにより、チャンバ内の圧力を制御するプログラムコードを含む。スロットルバルブのアパーチャサイズは、総プロセスガスフロー、プロセスチャンバのサイズ、排気システムのためのポンピング設定点圧力に関連する所望のレベルにチャンバ圧力を制御するように設定される。圧力制御サブルーチン８９２が呼び出されると、所望の又はターゲット圧力レベルが、チャンバマネージャサブルーチン８８５からパラメータとして受け取られる。圧力制御サブルーチン８９２は、チャンバに接続された１つ以上の在来の圧力マノメータを読み取ることによってチャンバ内の圧力を測定し、測定した値をターゲット圧力と比較し、格納されている圧力テーブルからのターゲット圧力に対応する比例、積分、微分“ＰＩＤ”の値を得て、ＰＩＤ値に従ってスロットルバルブを調節する。或いは、圧力制御サブルーチン８９２は、スロットルバルブを具体的なアパーチャサイズ、即ち、固定位置に開閉して、チャンバ内の圧力を調節するように書くことができる。このようにして排気容量を制御することは、圧力制御サブルーチン８９２のフィードバック制御機能を呼び出さない。
【００９０】
[0100]ヒータ制御サブルーチン８９３は、基板を加熱するのに用いられる加熱ユニットへの電流を制御するプログラムコードを含む。ヒータ制御サブルーチン８９３は、チャンバマネージャサブルーチン８８５によっても呼び出され、ターゲット又は設定点、温度パラメータを受け取る。ヒータ制御サブルーチン８９３は、温度を測定し、この測定は、異なる実施形態において、異なる方法で行うことができる。例えば、較正された温度は、ヒータ内に位置する熱電対の電圧出力を測定し、測定した温度を設定点温度と比較し、加熱ユニットに印加する電流を増減させて、設定点温度を得ることにより、決定することができる。温度は、格納されている変換テーブル内の対応する温度を調べることにより、又は４次多項式を用いて温度を計算することにより、測定した電圧から得られる。他の実施形態において、同様のプロセスを、熱電対の代わりに高温計を用いて行い、較正温度を決定することができる。ヒータ制御サブルーチン８９３は、ヒータ温度の上昇或いは下降を徐々に制御する能力を含む。ヒータが、セラミックで囲まれた抵抗性加熱素子を備える実施形態においては、この特徴は、該セラミックの熱クラッキングを低減するのに役に立つが、このことは、ランプヒータを使用する実施形態において関心事（a concern）ではない。更に、プロセスの安全性順守を検出するために、組込みフェイルセーフモードを含めることができ、また、プロセスチャンバが正しく設定されていない場合には、加熱ユニットの動作を停止させることができる。
【００９１】
[0101]リモートプラズマ制御ルーチン８９４は、リモートプラズマシステム８３０の動作を制御するプログラムコードを含む。プラズマ制御サブルーチン８９４は、上述したその他のサブルーチンと同様に、チャンバマネージャ８８５によって呼び出される。
【００９２】
[0102]本発明は、ソフトウェアで実施され、汎用コンピュータ上で実行されるものとして記載したが、当業者は、本発明を個々の用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は他のハードウェア回路構成のようなハードウェアを用いて実施することができることを明確に理解するであろう。従って、本発明を、全体的に又は部分的に、ソフトウェア、ハードウェア又はこれらの双方で実施することができることを理解すべきである。また、当業者は、それが適切なコンピュータシステムを選択してＣＶＤシステム８１０を制御する所定のスキルの問題であることも明確に理解するであろう。
【００９３】
[0103]いくつかの実施形態を記載してきたが、様々な改良、別の構成、等価物が本発明の精神から逸脱せずに用いられてもよいことは当業者が認識するであろう。更に、多数の良く知られたプロセスや要素は、本発明が不必要に不明瞭になることを避けるために記載されていない。従って、上の説明が本発明の範囲を制限するものとされてはならない。
【００９４】
[0104]数値の範囲が示される場合、その範囲の上下限の間で、前後関係が別な方法に影響しない限り下限単位の１０分の１まで、各中間の値が詳しく開示されることが理解される。表示範囲内の任意の表示値又は中間の値と表示範囲内の任意の他の表示値又は中間の値の間の各々のより小さな範囲が包含される。これらのより小さな範囲の上下限は、独立して範囲内に含まれても除外されてもよく、どちらかの限度が含まれるか、いずれの限度も含まれないか或いは双方の限度が含まれる各々の範囲もまた、表示範囲内の詳しく除外された限度に従って、本発明の範囲に包含される。表示範囲が限度の一方又は双方を含む場合、限度が含まれるいずれか又は双方を除外する範囲も含まれる。
【００９５】
[0105]本明細書に用いられ、また、添付の特許請求の範囲において、単数形は、前後関係が明らかに影響しない限り複数の指示を含む。従って、例えば、“プロセス”について述べることは、複数のこのようなプロセスを含み、“前駆物質”について述べることは、１つ以上の前駆物質と当業者に既知のその等価物について述べること等を含む。
【００９６】
[0106]また、本明細書及び以下の特許請求範囲に用いられる単語“含む”、“含んでいる”は、述べられた特徴、整数値、構成要素、又はステップの存在を指定するものであるが、これらは１つ以上の他の特徴、整数値、構成要素、ステップ、作用、又はグループの存在又は追加を排除しない。
【符号の説明】
【００９７】
８０８…基板支持構造、８０９…基板、８１０…化学気相堆積システム、８１５…真空チャンバ、８１６…ガス反応領域、８２１…ガス分配プレート、８２６…ヒータ、８３５…制御システム、８３７…エンクロージャアセンブリ、８４０…環状ポンピングチャネル、８４３…供給ライン、８４６…バルブ、８４７…ガス導管、８５７…インレット、８６０…排気ライン、８６３…スロットルバルブシステム、８７２…壁、８７３ａ…ＣＲＴモニタ、８７３ｂ…ライトペン、８７５…メインフレームユニット。
【図１Ａ】
2010541276.tif 000004
【図１Ｂ】
2010541276.tif 000005
【図１Ｃ】
2010541276.tif 000006
【図２】
2010541276.tif 000007
【図３】
2010541276.tif 000008
【図４】
2010541276.tif 000009
【図５】
2010541276.tif 000010
【図６】
2010541276.tif 000011
【図７】
2010541276.tif 000012
【図８Ａ】
2010541276.tif 000013
【図８Ｂ】
2010541276.tif 000014
2010541276.tif 000015
【図８Ｃ】
2010541276.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月1日(2010.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属化学気相堆積プロセスにおいて寄生粒子形成を抑制する方法であって、
反応チャンバへ基板を準備するステップと、
該反応チャンバへ有機金属前駆物質と粒子抑制化合物を導入するステップと、
該反応チャンバへ少なくとも第２の前駆物質を導入するステップであって、該第２の前駆物質が該有機金属前駆物質と反応する、前記ステップと、
該有機金属前駆物質と該第２の前駆物質を含む反応混合物から該基板上に核形成層を形成させるステップと、
を含む、前記粒子抑制法。
【請求項２】
該粒子抑制化合物が、該第２の前駆物質が該反応チャンバ内で寄生粒子を形成することを阻止する、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項３】
該基板が、アルミニウム材料、アルミニウムサファイア材料、炭化シリコン材料、又はシリコン材料を含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項４】
該基板が、スピネル、没食子酸リチウム、又は酸化亜鉛を含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項５】
有機金属前駆物質が、有機ガリウム化合物を含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項６】
該第２の前駆物質が、アンモニアを含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項７】
該核形成層が、窒化ガリウム、又は窒化ガリウム合金を含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項８】
該粒子抑制化合物の該反応チャンバ内分圧が、該有機金属前駆物質の１／２未満である、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項９】
該有機金属前駆物質と該粒子抑制化合物が、該反応チャンバへ導入される時の温度が３００℃未満である、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１０】
該方法が、該有機金属前駆物質と該第２の前駆物質とを反応させる該反応チャンバへ第３の前駆物質を導入して、該核形成層を形成するステップを含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１１】
該方法が、更に、水素化物気相エピタキシープロセスによって該核形成層上にエピタキシャル層を形成するステップを含む、請求項１に記載の粒子抑制法。
【請求項１２】
サファイア基板上に窒化ガリウム層を形成中に寄生粒子形成を抑制する方法であって、
該サファイア基板を含有する反応チャンバへアンモニアを導入するステップと、
反応チャンバへ有機ガリウム化合物と塩化水素を導入するステップであって、該塩化水素が該アンモニアによる寄生粒子の形成を抑制する、前記ステップと、
該サファイア基板上に窒化ガリウム層を形成するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項１３】
該有機ガリウム化合物が、トリメチルガリウムである、請求項１２に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項１４】
該塩化水素の該反応チャンバ内の分圧が、該有機ガリウム化合物より低い、請求項１２に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【請求項１５】
該塩化水素が、３００℃未満で該反応チャンバへ導入される、請求項１２に記載の寄生粒子形成を抑制する方法。
【国際調査報告】
2010541276.tif 000017