(57)【要約】【課題】ＭＯＣＶＤ法またはＨＶＰＥ法を選択的に用いて結晶層を堆積させる。【解決手段】反応装置（１）のプロセスチャンバー（２）内のサセプタ（３）の上に配置された１以上の基板（特に結晶基板）（６）上に１以上の層（特に結晶層）を堆積させる。プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）によって積極的に加熱されるプロセスチャンバー天井（４）が、サセプタ加熱デバイス（１１）によって積極的に加熱されるサセプタ（３）に対向するように位置する。プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）は冷却液流路を持つ。プロセスチャンバー天井（４）が加熱されるとき、プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）はプロセスチャンバー天井（４）の表面（１８）から少し離れて配置される。プロセスチャンバー天井（４）が冷却されるとき、プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）の面（１７）はプロセスチャンバー天井（４）の表面（１８）に接触する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応装置（１）のプロセスチャンバー（２）内のサセプタ（３）の上に配置された１以上の基板（６）、特に結晶基板の上に、１以上の層、特に結晶層を堆積させるための装置であって、
プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）によって積極的に加熱され、サセプタ加熱デバイス（１１）によって積極的に加熱される前記サセプタ（３）に対向するように位置するプロセスチャンバー壁と、
前記プロセスチャンバー内にプロセスガスを供給するために設けられるガス吸気口エレメント（７）と、
冷却液流路（１３）を持ち、前記プロセスチャンバー壁が積極的に加熱されている間、前記プロセスチャンバー壁の表面（１８）から離れて配置される前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）と、
を備え、
選択に応じて前記プロセスチャンバー壁を積極的に加熱し、積極的に冷却することができ、前記冷却液流路（１３）がプロセスチャンバー壁冷却デバイスを形成し、持ち上げデバイスの形である移動デバイスによって前記プロセスチャンバー壁冷却デバイスと前記プロセスチャンバー壁の間の距離を間隔があいた加熱位置から冷却位置に変えることができることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記冷却位置における前記プロセスチャンバー壁冷却デバイスと前記プロセスチャンバー壁の間の距離が０あるいはほとんど０であり、前記冷却液流路の下側の面（１７）が前記プロセスチャンバー壁の上側の表面（１８）と面接触することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）が、加熱−冷却コイルを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記移動デバイスが、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）に対して前記プロセスチャンバー壁を移動させるか、または前記プロセスチャンバー壁に対して前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）を移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記プロセスチャンバー壁が、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）の方向に移動することができ、プロセスチャンバー天井（４）を含み、
前記持ち上げデバイスが、前記プロセスチャンバー天井（４）を運ぶ天井キャリア（１６）を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記プロセスチャンバー壁の上側の表面（１８）に対する前記冷却液流路の下側の面（１７）の面接触を維持するように、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）を前記プロセスチャンバー壁の方向に弾性的に押しやるために、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）に作用するばねエレメント（２２）を備えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記基板（６）が、前記サセプタ（３）に対して回転自在に、基板ホルダ（５）の上に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
反応装置（１）のプロセスチャンバー（２）内のサセプタ（３）の上に配置された１以上の基板（６）、特に結晶基板の上に、１以上の層、特に結晶層を堆積させるための装置であって、
プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）によって積極的に加熱され、サセプタ加熱デバイス（１１）によって積極的に加熱される前記サセプタに対向するように位置するプロセスチャンバー壁と、
前記プロセスチャンバー内にプロセスガスを供給するために設けられるガス吸気口エレメント（７）と、
プロセスチャンバー壁の中に配置され、冷却液として最も高いプロセスチャンバー壁温度より上の蒸発温度を持つ液体金属が流れる冷却液流路（１４）と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項９】
反応装置（１）のプロセスチャンバー（２）内のサセプタ（３）の上に配置された１以上の基板（６）、特に結晶基板の上に、１以上の層、特に結晶層を堆積させるための方法であって、
前記サセプタ（３）が、１０００℃より高いサセプタ温度に積極的に加熱され、ＨＶＰＥプロセスによって層を堆積させるために、前記サセプタ（３）に対向するように位置するプロセスチャンバー壁が、前記サセプタ温度の＋／−２００℃の範囲にあるプロセスチャンバー壁温度に積極的に加熱され、ガス吸気口エレメント（７）によって少なくとも水素化物と金属ハロゲン化物を含むプロセスガスがプロセスチャンバー（２）内に供給されるステップと、
前記ＨＶＰＥプロセスによる層の堆積の前後に、同じプロセスチャンバー内でＭＯＣＶＤプロセスによって層が堆積され、プロセスガスが少なくとも水素化物と有機金属化合物を含むステップと、
を備え、
前記ＭＯＣＶＤプロセスを実行するとき、プロセスチャンバー壁が前記サセプタ温度より２００℃を超えて低いプロセスチャンバー壁温度に冷却され、この冷却のために、冷却液流路（１３）を持ち、前記プロセスチャンバー壁が積極的に加熱されている間、前記プロセスチャンバー壁の上側の表面（１８）から離れて配置されていた前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）が、持ち上げデバイスによって間隔があいた加熱位置から冷却位置に下げられるか、または最も高いプロセスチャンバー壁温度より上の蒸発温度を持つ液体金属が、プロセスチャンバー壁の中に配置された冷却液流路（１４）を通って流れる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記プロセスガスが、少なくともII族またはIII族の元素、およびV族またはVI族の元素を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＭＯＣＶＤプロセスの場合には、前記II族またはIII族の元素は有機金属化合物であり、前記V族またはVI族の元素は水素化物であり、前記ＨＶＰＥプロセスの場合には、同一の出発物質が使われ、更に、有機金属化合物がプロセスチャンバー（２）の高温区域に入るとき分解する有機金属化合物の元素のための輸送媒体としてＨＣｌが使われることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プロセスチャンバー壁が、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）に含まれる加熱−冷却コイルによって加熱され、前記プロセスチャンバー壁を当該加熱−冷却コイルと接触させることにより当該加熱−冷却コイルの冷却液流路（１３）を通って流れる冷却液によって冷却されることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
多数のばねエレメント（２２）が、円周の周方向において離間して配置され、上方からはマウント（２０）により支持され、下方では前記加熱−冷却コイルに対して作用することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記プロセスチャンバー壁が加熱または冷却されるプロセスチャンバー天井（４）を含み、III族の元素の有機金属成分とともに、ハロゲン化物、特にＨＣｌが前記プロセスチャンバーに供給され、前記ハロゲン化物の濃度が非常に小さいので前記有機金属成分から金属塩化物への完全な変換が起こらないことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置のプロセスチャンバー内のサセプタの上に配置された１以上の基板（特に結晶基板）上に１以上の層（特に結晶層）を堆積させるための装置に関する。
ここで、プロセスチャンバー壁加熱デバイスによって積極的に加熱されるプロセスチャンバー壁（プロセスチャンバー天井）が、サセプタ加熱デバイスによって積極的に加熱されるサセプタに対向するように位置する。そして、ガス吸気口エレメントがプロセスチャンバー内にプロセスガスを供給するために与えられる。プロセスチャンバー壁加熱デバイスは冷却液流路を持ち、プロセスチャンバー壁が積極的に加熱されている間、プロセスチャンバー壁の表面から少し離れて配置される。
【０００２】
また、本発明は、反応装置のプロセスチャンバー内のサセプタの上に配置された１以上の基板（特に結晶基板）上に１以上の層（特に結晶層）を堆積させるための方法に関する。
サセプタは、１０００℃より高いサセプタ温度に積極的に加熱される。そして、ＨＶＰＥプロセスによって層を堆積させるために、サセプタに対向するように位置するプロセスチャンバー壁は、サセプタ温度の＋／−２００℃の範囲にあるプロセスチャンバー壁温度に積極的に加熱され、ガス吸気口エレメントによって少なくとも水素化物と金属ハロゲン化物を含むプロセスガスがプロセスチャンバー内に供給される。更に、ＨＶＰＥプロセスによる層の堆積の前後に、同じプロセスチャンバー内でＭＯＣＶＤプロセスによって層が一度に堆積される。このとき、プロセスガスは少なくとも水素化物と有機金属化合物を含んでいる。
【背景技術】
【０００３】
この種の装置は、特許文献１により公知となっている。特許文献１では、サセプタはプロセスチャンバーの床によって形成される。多数の基板ホルダがプロセスチャンバーの床に配置されている。基板ホルダは、ガスのクッションで支持され、それぞれガスのクッションを形成するガスの流れによって回転させられている。各々の基板ホルダの上に基板がある。サセプタの上に、プロセスチャンバー天井を形成するプロセスチャンバー壁がサセプタから少し離れてそれに並行に延びる。プロセスチャンバーは実質的に回転対称に形成されている。プロセスチャンバーにプロセスガスを供給するガス吸気口エレメントがプロセスチャンバーの中央に突き出ている。それは、プロセスチャンバーで実行されるＨＶＰＥ結晶堆積プロセスのためである。この目的のために、金属塩化物の形でIII族の元素がプロセスチャンバーに供給される。更に、水素化物の形でV族の元素がキャリアガスと一緒にプロセスチャンバーに供給される。サセプタは水冷のＲＦヒーターによって下方より加熱される。この目的のために、それは導電性のある材料、すなわち、コートされたグラファイトから成る。サセプタに対向して位置するプロセスチャンバー壁は、同様に積極的に加熱される。ここで、また、エネルギーがＲＦ加熱コイルによりＲＦフィールドを経由してプロセスチャンバー天井に供給される。プロセスチャンバー天井は、導電性の材料、例えばグラファイトで作られている。
【０００４】
ＭＯＣＶＤ反応装置は、特許文献２により公知となっている。特許文献２では、プロセスガスはガス吸気口エレメントによって積極的に冷却されたプロセスチャンバー天井を通って上方からプロセスチャンバーに供給される。プロセスチャンバー天井に対向して位置するサセプタはＲＦ加熱コイルによって下方から加熱される。プロセスチャンバー天井とサセプタの間の距離を変えることができる。
【０００５】
特許文献３は、ＭＯＣＶＤプロセスによって１以上の層を堆積させるための反応装置を記載する。特許文献３では、また、プロセスは加熱されたサセプタに対向する冷却プロセスチャンバー天井を持ったプロセスチャンバーの中で実行される。プロセスチャンバーの中央にはガス吸気口エレメントがある。ガス吸気口エレメントを通って有機金属化合物と水素化物がそれぞれ分離された供給経路にキャリアガスと一緒に供給される。
【０００６】
特許文献４は、１個のプロセスチャンバーの中でＭＯＣＶＤプロセスとＨＶＰＥプロセスを選択して層を生じさせることができる装置を開示する。プロセスチャンバーは、”ホットウォール反応装置（ｈｏｔ−ｗａｌｌ  ｒｅａｃｔｏｒ）”モードと”コールドウォール反応装置（ｃｏｌｄ−ｗａｌｌ  ｒｅａｃｔｏｒ）”モードの両方で動作させることができる。”コールドウォール反応装置”モードでは、トリメチルガリウムと水素化物、例えば、アルシンまたはＮＨ３のみがプロセスチャンバーに供給される。もし、反応装置が”ホットウォール反応装置”モードで動作するならば、分解されたＴＭＧのガリウム原子がガリウム塩化物を形成するためにＨＣｌと結合することができるように、ＴＭＧに加えてＨＣｌがプロセスチャンバーに供給される。特許文献４に記載された装置と特許文献５に記載されたプロセスとを用いて、予め”コールドウォール”プロセスによって堆積させられた薄いＭＯＣＶＤ層の上に厚い中央層を堆積させるために、ＨＶＰＥプロセス、すなわち、”ホットウォール”プロセスを使うことが意図されている。それから、この厚い層は、もう一度ＭＯＣＶＤプロセスによって堆積させられる薄い層によって覆われる。そして、窒化ガリウム基板材料が作られる。
【０００７】
特許文献６は、同様にハイブリッド堆積システムを開示する。そのハイブリッド堆積システムでは、選択に従って、ＭＯＣＶＤプロセスとＨＶＰＥプロセスのいずれかをプロセスチャンバーの中で実行するために、基板ホルダとプロセスチャンバーの壁全体のいずれかを加熱することができる。
【０００８】
特許文献７は、ガス吸気口エレメントとサセプタの温度を互いに別々に制御することができるＣＶＤ反応装置を開示する。
【０００９】
特許文献８は、流路を通って流れる冷却液を用いてガス吸気口エレメントの温度を制御することができるＣＶＤコーティングデバイスのプロセスチャンバーを開示する。
【００１０】
特許文献９は、水冷ハウジングの中に配置されるランプによってプロセスチャンバーの壁を加熱するＣＶＤ装置を開示する。
【００１１】
ＭＯＣＶＤコールドウォール反応装置（ＭＯＣＶＤ−ｃｏｌｄ−ｗａｌｌ  ｒｅａｃｔｏｒ）は、特許文献１０により公知となっている。冷却反応装置の壁は、冷却水が流れる被覆物によって積極的に冷却される。プロセスチャンバー、特に冷却される壁を掃除するために、プロセスチャンバー壁ヒーターが与えられる。プロセスチャンバー壁ヒーターは、プロセスチャンバー壁をプロセスチャンバーに供給されるガス状のＨＣｌにエッチング効果を生じさせる温度にすることを可能にする。
【００１２】
特許文献１１は、プロセスチャンバー壁が冷却液によって冷却されるＭＯＣＶＤ反応装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許公開Ｎｏ．１０２  ４７  ９２１  Ａ１号公報
【特許文献２】独国特許公開Ｎｏ．１０２１７８０６  Ａ１号公報
【特許文献３】独国特許公開Ｎｏ．１０１３３９１４  Ａ１号公報
【特許文献４】米国特許Ｎｏ．６，７３３，５９１  Ｂ２号明細書
【特許文献５】米国特許Ｎｏ．６，２１８，２８０  Ｂ１号明細書
【特許文献６】米国特許Ｎｏ．６，５６９，７６５号明細書
【特許文献７】特開平１１−１１７０７１号公報
【特許文献８】欧州特許Ｎｏ．１２  ５２  ３６３  Ｂ１号明細書
【特許文献９】米国特許Ｎｏ．４，５５８，６６０号明細書
【特許文献１０】国際公開Ｎｏ．ＷＯ  ００／０４２０５号公報
【特許文献１１】米国特許Ｎｏ．５，０２７，７４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
最初に引用された特許文献１により公知となった装置のような、水素化物技術で動作させることができる装置を開発することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
その目的は、特許請求の範囲に記載された発明によって達成される。各々の請求項はその目的を達成する独立した方法を示し、各々の請求項を任意の他の請求項と結合することができる。
【００１６】
その装置は、両タイプのプロセスにおいてサセプタ加熱デバイスによってサセプタが加熱されるという事実によって明確に区別される。ここで、サセプタの上には基板があり、必要ならば基板は基板ホルダの上にある。サセプタはプロセスチャンバーの床を形成しても良い。
好ましくは、サセプタ加熱デバイスはＲＦ加熱コイルである。ＲＦ加熱コイルはグラファイトから成るサセプタに渦電量を生じさせるＲＦフィールドを作り上げる。結果として、サセプタは熱くなり、それと一緒に基板も熱くなる。
【００１７】
プロセスチャンバー壁がサセプタに対向するように位置している。好ましくは、プロセスチャンバー壁は環状のディスク形のサセプタに平行である。もし、サセプタが底に配置されるならば、このプロセスチャンバー壁はプロセスチャンバー天井を形成する。選択に応じてこのプロセスチャンバー壁を積極的に加熱するかまたは積極的に冷却することができる。プロセスチャンバーに面する表面がサセプタ温度の±２００℃である温度と見なすことができるように、プロセスチャンバー壁を加熱することができる。
【００１８】
けれども、また、加熱される代わりに、プロセスチャンバー壁は独立した冷却デバイスによって冷却されることができる。加熱されたサセプタによって放たれる放射熱にもかかわらず、冷却は、プロセスチャンバー壁の温度をサセプタの温度よりもはるかに低いままに保つ。プロセスチャンバー壁の温度は、サセプタの温度よりも少なくとも２００℃低い温度よりもはるかに低い値に保たれることができる。
【００１９】
プロセスチャンバー壁の積極的な冷却または積極的な加熱がどのように実行されるかに関してさまざまな好ましい変形が与えられる。好ましくは、プロセスチャンバー壁はサセプタと同じ方法、すなわち、ＲＦ加熱コイルによって加熱される。これは、プロセスチャンバー壁から少し離れて配置される。ＲＦコイルによって生じるＲＦフィールドは、好ましくはグラファイトで構成されるプロセスチャンバー壁に渦電流を発生させる。渦電流はプロセスチャンバー壁を温める。
このＨＶＰＥモードでは、送り込まれるエネルギーの適切な選択によって、サセプタの温度に対して±２００℃の範囲でプロセスチャンバー壁の温度を変えることができる。サセプタの温度は４００℃と７００℃の間の範囲で変えることができる。
【００２０】
ＭＯＣＶＤプロセスの場合には、好ましくは窒化ガリウムが堆積するが、サセプタの温度は、１４００℃と１６００℃の間の範囲で変わることが望ましい。他の結晶、特にIII-V族の結晶を基板の上に堆積させるならば、温度はより低くても良い。例えば温度は１０００℃のみであっても良い。もし、ＭＯＣＶＤプロセスがプロセスチャンバー内で実行されるならば、プロセスチャンバー壁の上での寄生成長を避けるために、後者はサセプタの温度よりもはるかに低い温度に冷却されることが必要である。
【００２１】
サセプタの温度は、成長プロセスの異なる段階に対して異なる。サセプタの温度は、例えば、低温成長の段階のために４００℃と５００℃の間である。この温度範囲では、例えば、ＧａＮの核形成層がＭＯＣＶＤによってシリコン基板の上に堆積させられる。他方、ＧａＮの高温度層は、９５０℃と１２００℃の間のサセプタの温度で堆積させられる。ＭＯＣＶＤプロセスによってＩｎＧａＮを堆積させるために、サセプタの温度は７５０℃と８５０℃の間に設定される。ＡｌＧａＮの成長の場合には、サセプタの温度は９５０℃と１７００℃の間の範囲である。ＡｌＮを堆積させるとき、サセプタの温度は１３００℃と１７００℃の間の範囲である。
【００２２】
プロセスチャンバー壁加熱デバイスは、ＲＦ加熱コイルによって形成されるが、同時にプロセスチャンバー壁冷却デバイスを兼ねる。ＲＦ加熱コイルはらせん状で中が空洞のボディによって形成される。冷却水が空洞のボディの中を通って流れる。ＲＦ加熱コイルが許容できない温度まで熱くなることを避けるために、冷却水は、プロセスチャンバー壁が加熱されている間、ＲＦ加熱コイルに対する冷却剤の役目をする。
【００２３】
また、ＭＯＣＶＤプロセスの場合には、この冷却デバイスは、プロセスチャンバー壁を冷却するために使われることができる。この目的のために、ＲＦ加熱コイルとプロセスチャンバー壁の表面の間の距離を変えることができる。この距離の変更は、移動デバイスによって行われる。この移動デバイスを用いて、ＲＦ加熱コイルをプロセスチャンバー壁の表面に近づけるか、またはプロセスチャンバーをＲＦ加熱コイルの方向に移動させる。
【００２４】
ＲＦ加熱コイルとプロセスチャンバー壁の表面の間の距離は、好ましくは０に削減される。この場合には、プロセスチャンバー壁から冷却デバイスへの熱の移動は、熱の放射やガスによる熱の伝導によって起こるのではなくて、直接の接触を通した熱の消失によって起こる。特定の場合には、ＲＦ加熱コイルとプロセスチャンバー壁の表面の間の距離がとても小さいならば適切である。
【００２５】
ＲＦ加熱コイルの方向へのプロセスチャンバー壁の移動またはプロセスチャンバー壁の方向へのＲＦ加熱コイルの移動によって、その距離は削減される。プロセスチャンバー壁がプロセスチャンバー天井であるならば、持ち上げデバイスがプロセスチャンバー天井を上昇させることによって、ＲＦ加熱コイルの底面と面接触するまでプロセスチャンバー天井が垂直方向に移動する。好ましくは、後者は天井キャリアによって形成される。プロセスチャンバー壁から冷却流路へ十分な熱の移動が起こることを確実にするために、ＲＦ加熱コイルの平面的な底面がプロセスチャンバー壁の表面と面接触する。
【００２６】
複数のばねエレメントが設けられ、ＲＦコイルの個々の部分をプロセスチャンバー壁の表面に押し付ける。これらのばねエレメントは圧縮ばねであって良い。これらの圧縮ばねは、例えば中間に電気絶縁物を介してＲＦコイルの個々の巻線を押し付ける。多数のそのようなばねエレメントが設けられる。それらは、例えば、等しい角度間隔で分布するように配置される。例えば、ばねエレメントは９０°の角度間隔で配置される。ばねエレメントは、対応するマウントで支持され、ＲＦコイルと一緒に上げ下げされる。
【００２７】
代替手段として、プロセスチャンバー壁が冷却媒体の流れる冷却流路を持っても良い。冷却媒体は、好ましくは、”コールドウォールモード”と”ホットウォールモード”の両方で液体である材料である。例えば、液体ガリウムまたは液体インジウムが冷却剤として考慮される。
【００２８】
サセプタは環状のディスクの形を有し、軸の周りを回転する。サセプタの中には複数の凹部がある。基板ホルダがこれらの凹部の中に位置する。基板ホルダはガスクッションの上に位置し、ガスクッションによって回転させられる。複数の基板ホルダの各々の上に基板が位置する。基板ホルダは１個のサセプタ加熱デバイスによって加熱される。その結果として、サセプタはプロセスチャンバーの加熱可能な壁を形成する。そして、選択に応じて加熱されるか、または冷却されることができる他の壁がサセプタに対向する位置にある。
【００２９】
プロセスチャンバー壁は、選択によって積極的に冷却され、または積極的に加熱されることができるが、好ましくはプロセスチャンバー天井を形成する。プロセスチャンバー天井は水平に配置され、同様に環状のディスクの形をしている。プロセスチャンバー天井は中央に開口を持ち、その中央の開口を通ってガス吸気口エレメントが突き出ている。このガス吸気口エレメントを用いて、プロセスガスがプロセスチャンバーに供給される。プロセスガスはプロセスチャンバーを通って水平に流れる。流れの方向は、好ましくは、半径方向である。
【００３０】
ＭＯＣＶＤモードでは、プロセスチャンバー天井は積極的に冷却される。プロセスチャンバー天井の冷却流路を通って冷却液を流すか、またはプロセスチャンバー天井をＲＦ加熱コイルによって形成される冷却コイルと接触させることによって、冷却が行われる。ＭＯＣＶＤモードでは、ガス吸気口エレメントの複数の経路を通って適切なプロセスガスがプロセスチャンバーに供給される。ガス吸気口エレメントの複数の経路はお互いに分離されている。例えば、窒化ガリウムを堆積させるために、トリメチルガリウムとＮＨ３がプロセスチャンバーに供給される。窒化ガリウムを堆積させるために、サセプタの温度はおよそ９００℃から１２００℃である。そのとき、プロセスチャンバー天井の温度はたかだか７００℃である。プロセスチャンバー天井の温度は３００℃と４００℃の間の範囲にあることが望ましい。
【００３１】
ＨＶＰＥプロセスのステップがプロセスチャンバーの中で実行される場合、プロセスチャンバー天井はもはや積極的に冷却されない。プロセスチャンバー天井の冷却流路を通って流れる冷却液によって冷却が起こるならば、冷却液の流れは止められる。水が中を流れるＲＦ加熱コイルによって冷却が起こるならば、ＲＦ加熱コイルはプロセスチャンバー天井から少し離される。ここで、２〜３ミリメートルの距離があれば十分である。プロセスチャンバーの中でＨＶＰＥプロセスを実行するために、サセプタのみならずサセプタに対向して位置するプロセスチャンバー天井もまた積極的に加熱される。基板ホルダの温度は１０００℃と１４００℃の間の値、好ましくは１６００℃までの温度に達する。プロセスチャンバー天井の温度は、各サセプタ温度より±２００℃の範囲で高いかまたは低いプロセスチャンバー天井の温度に加熱される。
【００３２】
水素化物と金属ハロゲン化物が堆積のために使われる。好ましくは、この堆積のために使われる金属ハロゲン化物は金属塩化物である。けれども、塩素の代わりに、ヨウ素、臭素、またはフッ素が使われても良い。ＨＣｌは金属塩化物を生成するために使われる。金属塩化物の形成、例えば、ガリウム塩化物の形成がプロセスチャンバーの中で起こっても良い。選択されるガリウム源は、液体ガリウム、他のトリメチルガリウム、またはいくつかの他の揮発性のガリウム化合物である。ここで、ガリウム塩化物を形成するために液体ガリウムの上でＨＣｌが流される。また、揮発性のガリウム化合物はプロセスチャンバーに供給され、そこで熱分解される。その結果、解放されたガリウムはガリウム塩化物を形成するためにＨＣｌと反応する。
【００３３】
ＨＶＰＥモード、すなわちプロセスチャンバー壁が加熱されている場合には、サセプタと対向するプロセスチャンバー壁の間の温度の勾配はフラットである。温度の勾配は、上がっているかまたは下がっていても良く、また、勾配は０であっても良い。
【００３４】
ＭＯＣＶＤプロセスの場合には、非常に大きな温度の勾配がある。けれどもまた、ＭＯＣＶＤプロセスは、プロセスチャンバー天井が加熱された状態で実行されても良い。ＭＯＣＶＤプロセスの場合には、わずかな量のハロゲン化物がプロセスガスに混ざっていることさえ可能である。そして、それはまたその方法の好ましい変形の中で与えられる。ここで、また、好ましい塩素は別として、このハロゲン化物は、フッ素、ヨウ素、または臭素である。けれども、ＨＣｌがプロセスガスに混ざっていることが望ましい。けれども、これはＧａＣｌへのＴＭＧａまたはＴＥＧａの１００％の変換よりも少ない量で起こる。従って、単なるＭＯＣＶＤ法と単なるＨＶＰＥ法の混ざった形がまた可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
添付する図面を参照して本発明の実施形態を以下に説明する。
【００３６】
【図１】ＨＶＰＥ法で動作する位置における反応装置１のプロセスチャンバーの主要なエレメントの半分の概略断面図を示す。
【図２】図１に示す反応装置１において、プロセスチャンバー天井４がＲＦ加熱コイルの方向に持ち上げられた状態を示す。
【図３】プロセスチャンバー壁加熱デバイス１２を形成するＲＦ加熱コイルが、プロセスチャンバー天井４の方向に下げられた変形例を示す。
【図４】２つのプロセスガス供給経路の間に拡張された分離壁１９を持つ図１の反応装置１の変形例を示す。
【図５】冷却液流路１４がプロセスチャンバー天井４の中に与えられる図１の実施形態に対する代替手段を示す。
【図６】図１の実施形態に対する別の代替手段を示す。
【図７】図１の実施形態に対する更に別の代替手段を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明に係る装置は、図示しない反応装置ハウジングの中に配置される。符号１によって示される反応装置は、サセプタ３を含む。サセプタ３は、グラファイトから形成され、環状のディスクの形をしている。サセプタ３の中には、多数のカップ状の凹部がある。凹部は、サセプタ３の中心の周りに等しい角度間隔で分配されるように配置される。基板ホルダ５は、これらの凹部の中に位置する。基板ホルダ５は、環状のディスクの形を持ち、ガスクッションの上に位置する。これらのガスクッションは、また、基板ホルダ５を回転させることができる。基板６は、基板ホルダ５の各々の上に位置する。基板６は、単結晶ウエハーであり、単結晶ウエハーの上に１以上の結晶層が堆積することになる。
【００３８】
サセプタ３は、水平の平面に位置しており、サセプタ加熱デバイス１１によって下から加熱される。サセプタ加熱デバイス１１は、ＲＦ加熱コイルであり、冷却コイルとして形成される。水がＲＦ加熱コイルを通って冷却液として流れる。サセプタ３の上にプロセスチャンバー２がある。プロセスガスはプロセスチャンバー２の中を水平方向に流れる。プロセスガスはガス吸気口エレメント７によってプロセスチャンバー２の中央に供給される。本実施形態では、ガス吸気口エレメント７は全部で３本のプロセスガス供給ライン８、９、１０を持つ。これらのプロセスガス供給ライン８、９、１０はお互いから分離されている。プロセスガスは、これらのプロセスガス供給ライン８、９、１０を通って異なる高さでプロセスチャンバー２に供給される。
【００３９】
ガス吸気口エレメント７は、チューブの形をした天井キャリア１６によって囲まれている。天井キャリア１６は半径方向に向かって外側に突き出たステップ１６’を形づくる。ステップ１６’の上には、グラファイトから成るプロセスチャンバー天井４が位置する。
【００４０】
プロセスチャンバー天井４は、サセプタ３のように加熱される。この目的のために、プロセスチャンバー壁加熱デバイス１２がＲＦ加熱コイルの形で与えられる。プロセスチャンバー壁加熱デバイス１２は冷却コイルを含む。ＲＦ加熱コイルの空洞を通って冷却液として水が流れる。図１に示す動作モードでは、ＨＶＰＥプロセスが実行されるが、プロセスチャンバー壁加熱デバイス１２の加熱コイルは、プロセスチャンバー天井４の上側の表面１８から垂直方向に約１ｍｍの距離（間隔）ａの位置にある。
【００４１】
ガス排気口リング１５がプロセスチャンバー２の外周壁を形成する。プロセスガスはガス排気口リング１５を通ってプロセスチャンバー２から排出される。
【００４２】
プロセスチャンバー２でＭＯＣＶＤプロセスを実行することができるように、プロセスチャンバー天井４は冷却されることができる。冷却はプロセスチャンバー壁加熱デバイス１２のＲＦ加熱コイルによって行われる。したがって、プロセスチャンバー壁加熱デバイス１２は加熱−冷却コイルを形成する。加熱−冷却コイルをプロセスチャンバー天井４と面接触させることができるように、この加熱−冷却コイルとプロセスチャンバー天井４のいずれかを動かすことができる。
【００４３】
図２に示す変形の場合には、天井キャリア１６が垂直方向に移動することができる。図示しない持ち上げデバイスがこの目的のために使用される。図１に示す間隔のあいた位置から図２に示す接触している位置までプロセスチャンバー天井４を上げることによって、プロセスチャンバー天井４の上側の表面１８は、プロセスチャンバー壁加熱デバイス１２のＲＦ加熱−冷却コイルの個々の巻線の下側の平面１７と面接触する。このプロセスモードでは、プロセスチャンバー壁加熱デバイス１２の加熱−冷却コイルに電流は供給されない。けれども、長方形の断面を持つ冷却液流路１３を通って冷却液として水が流れる。ＲＦ加熱−冷却コイルの個々の巻線の下側の面１７とプロセスチャンバー天井４の上側の表面１８の間に大面積の面接触が生じる結果として、熱の交換が起こる。プロセスチャンバー天井４から熱が除かれる。結果として、プロセスチャンバー天井４の温度が下がるという結果を伴ってサセプタ３からプロセスチャンバー天井４に移動する放射熱が除かれる。冷却液流路１３を通る冷却液の流れの変化によって、プロセスチャンバー天井４の温度が調節される。
【００４４】
図３に示す変形の場合には、プロセスチャンバー壁加熱デバイス１２の加熱−冷却コイルは、プロセスチャンバー天井４の上側の表面１８の上に下げられる。図２に示す動作位置と図３に示す変形の両方とも、プロセスチャンバー天井４の上側の表面１８に加熱−冷却コイルの個々の巻線の下側の面１７を押し付けるために、多数箇所で加熱−冷却コイルに対して垂直下方に作用するばねエレメント（図示なし）を設けても良い。
【００４５】
図５に示す更に別の実施形態の場合には、動作モードを変えるためにプロセスチャンバー壁加熱デバイス１２を移動させる必要はない。この実施形態の場合には、プロセスチャンバー天井４は、冷却液が流れる冷却液流路１４を持つ。冷却液がプロセスチャンバー天井４の中に供給されるとき、冷却液流路１４の中を流れているか、またはその中で動かない冷却液の蒸発を防ぐために、プロセスチャンバー天井４で許容される最高温度以上の蒸発温度を冷却液が持つことが条件となる。例えば、ガリウムやインジウムのような液体金属が冷却剤として考慮される。
【００４６】
上述した装置では、１回のプロセスで多数の層を基板６の上に堆積させることができる。それらの層は２つの異なる方法で堆積させることができる。
【００４７】
層の堆積がＭＯＣＶＤモードで起こる場合、プロセスチャンバー天井４は上述された方法で冷却される。ここで、基板の温度は３５０℃と７００℃の間の値、またはより高い温度を前提とする。天井の温度は基板の温度よりもずっと低い。それは２００℃と５００℃の間であって良い。窒化ガリウムを堆積させるために、例えば、窒素または水素およびＮＨ３が最も下のプロセスガス供給ライン１０を通って供給される。窒素または水素および有機金属材料、例えば、トリメチルガリウムが真ん中のプロセスガス供給ライン９を通って供給される。けれどもまた、トリメチルガリウムの代わりに、トリメチルインジウムまたはトリメチルアルミニウムが真ん中のプロセスガス供給ライン９を通って供給されても良い。キャリアガスとして窒素または水素が同様に最も上のプロセスガス供給ライン８を通って供給される。更に、ＮＨ３がプロセスチャンバー内に供給されても良い。別の結晶組成物を堆積させるならば、別の水素化物、例えば、アルシンまたはホスフィンがプロセスチャンバー内に供給されても良い。混晶を堆積させるために、上述したガスの混合物がプロセスチャンバー２内に供給されても良い。
【００４８】
この方法を用いてＭＯＣＶＤプロセスによって堆積させられた１つまたは一連の層の上に、ＨＶＰＥプロセスによって１つまたは一連の層を堆積させても良い。この目的のために、プロセスチャンバー天井４は、上述した方法でプロセスチャンバー壁加熱デバイス１２の加熱−冷却コイルを用いて加熱される。プロセス温度は、ここでは前に示したプロセス温度よりも高くて良い。基板の温度は、１０００℃と１２００℃の間、または上述したより高い温度範囲にあって良い。プロセスチャンバー天井４の温度は、サセプタ３の温度と同じであって良い。また、供給されるエネルギーの適切な選択によって、この温度は基板の温度より高くても良いし、基板の温度より低くても良い。
【００４９】
ＨＶＰＥプロセスの場合には、窒素または水素および水素化物、例えばＮＨ３が同様に最も下のプロセスガス供給ライン１０を通ってプロセスチャンバー２に供給される。水素または窒素のようなキャリアガスが、有機金属化合物、例えばトリメチルガリウムとともに真ん中のプロセスガス供給ライン９を通って供給される。有機金属化合物は、プロセスチャンバー２に入るとき分解する。キャリアガスとは別に、ＨＣｌが最も上のプロセスガス供給ライン８を通ってプロセスチャンバー２に供給される。
【００５０】
ＨＶＰＥプロセスの場合には、間隔（距離）ａはまた３ｍｍから５ｍｍであっても良い。距離ａが増加した結果、水冷による熱の流出が減少するので、この距離は都合が良い。
【００５１】
ＭＯＣＶＤプロセスのステップとＨＶＰＥプロセスのステップは、いかなる望ましいタイムシーケンスでも連続して実行されることができる。
【００５２】
また、上述した反応装置を用いて、プロセスチャンバー２を掃除することができる。この目的のためにエッチングのステップが設けられる。エッチングのステップでは、サセプタ３とプロセスチャンバー天井４の両方が積極的に加熱される。そのとき、キャリアガスとは別にＨＣｌのみがプロセスチャンバー２に供給される。図示された３つのプロセスガス供給ライン８、９、１０のうちの１つを通って、ＨＣｌを供給することができる。
【００５３】
サセプタ３に対向するように位置するプロセスチャンバー壁、すなわち、プロセスチャンバー天井４は加熱−冷却コイルで加熱される。これは、ＲＦ加熱デバイスのアンテナを形成する。
【００５４】
図６に示す実施形態の場合には、冷却コイルとしての役割を果たすコイルと相互に作用するばねエレメントが符号２２によって示されている。それらは多数の圧縮ばね２２を含む。圧縮ばね２２は、マウント２０で上方に支持され、電気絶縁体２１で下方に支持されている。後者は、プロセスチャンバー壁加熱デバイス（加熱−冷却コイル）１２のらせん状の流路の個別の巻線の上に位置する。図６に示す配置は、等しい角度間隔で与えられる。中間に電気絶縁体２１を介して、そのようなばねエレメントが９０°ごとにらせん状の流路に作用するように特に設けられる。もし、図１においてＲＦコイルとして働くプロセスチャンバー壁加熱デバイス１２のコイルが下げられるならば、最初に、そのコイルの個々の巻線の下側の面１７がプロセスチャンバー天井４の上側の表面１８と接触するまで、マウント２０はそのコイルと一緒に動かされる。その後、圧縮ばね２２を付勢するために、マウント２０はもう少し下に動く。結果として、そのコイルの個々の巻線はプロセスチャンバー壁（プロセスチャンバー天井４）の上側の表面１８に対してばねの力によって押し付けられる。これは、プロセスチャンバー天井４の熱膨張を補償する。
【００５５】
図７に示す変形の場合には、サセプタの温度ＴＳまたは天井の温度ＴＤを測定することができる手段が与えられる。これらの２つの温度は直接測定されるのではなく、各々の場合にパイロメーター２４を用いて間接的に測定される。各々の場合にパイロメーター２４はプロセスチャンバー天井４の表面またはサセプタ３の下側の表面にライトガイド（ｌｉｇｈｔ  ｇｕｉｄｅ）２３によって接続される。温度ＴＤとＴＳは、テーブルまたは予め確立された関数関係によって決定されることができる。また、図７に示す温度測定デバイスを図６に示す装置に適用することができることはもちろんである。
【００５６】
開示された全ての態様は、（それ自体）が本発明に関連するものである。関係する／添付の優先権書類（先の出願の複写）の開示内容もまた、本願の特許請求の範囲におけるこれらの書類の態様を含める目的で、本願の開示に全て含まれるものとする。
【図１】
2010519753.tif 000003
【図２】
2010519753.tif 000004
【図３】
2010519753.tif 000005
【図４】
2010519753.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年12月14日(2009.12.14)
【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】
反応装置（１）のプロセスチャンバー（２）内のサセプタ（３）の上に配置された１以上の基板（６）、特に結晶基板の上に、１以上の層、特に結晶層を堆積させるための装置であって、
プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）によって積極的に加熱され、サセプタ加熱デバイス（１１）によって積極的に加熱される前記サセプタ（３）に対向するように位置するプロセスチャンバー壁と、
前記プロセスチャンバー内にプロセスガスを供給するために設けられるガス吸気口エレメント（７）と、
冷却液流路（１３）を持ち、前記プロセスチャンバー壁が積極的に加熱されている間、前記プロセスチャンバー壁の表面（１８）から離れて配置される前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）と、
を備え、
選択に応じて前記プロセスチャンバー壁を積極的に加熱し、積極的に冷却することができ、前記冷却液流路（１３）がプロセスチャンバー壁冷却デバイスを形成し、持ち上げデバイスの形である移動デバイスによって前記プロセスチャンバー壁冷却デバイスと前記プロセスチャンバー壁の間の距離を間隔があいた加熱位置から冷却位置に変えることができることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記冷却位置における前記プロセスチャンバー壁冷却デバイスと前記プロセスチャンバー壁の間の距離が０あるいはほとんど０であり、前記冷却液流路の下側の面（１７）が前記プロセスチャンバー壁の上側の表面（１８）と面接触することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）が、加熱−冷却コイルを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記移動デバイスが、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）に対して前記プロセスチャンバー壁を移動させるか、または前記プロセスチャンバー壁に対して前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）を移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記プロセスチャンバー壁が、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）の方向に移動することができ、プロセスチャンバー天井（４）を含み、
前記持ち上げデバイスが、前記プロセスチャンバー天井（４）を運ぶ天井キャリア（１６）を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記プロセスチャンバー壁の上側の表面（１８）に対する前記冷却液流路の下側の面（１７）の面接触を維持するように、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）を前記プロセスチャンバー壁の方向に弾性的に押しやるために、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）に作用するばねエレメント（２２）を備えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記基板（６）が、前記サセプタ（３）に対して回転自在に、基板ホルダ（５）の上に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
反応装置（１）のプロセスチャンバー（２）内のサセプタ（３）の上に配置された１以上の基板（６）、特に結晶基板の上に、１以上の層、特に結晶層を堆積させるための方法であって、
前記サセプタ（３）が、１０００℃より高いサセプタ温度に積極的に加熱され、ＨＶＰＥプロセスによって層を堆積させるために、前記サセプタ（３）に対向するように位置するプロセスチャンバー壁が、前記サセプタ温度の＋／−２００℃の範囲にあるプロセスチャンバー壁温度に積極的に加熱され、ガス吸気口エレメント（７）によって少なくとも水素化物と金属ハロゲン化物を含むプロセスガスがプロセスチャンバー（２）内に供給されるステップと、
前記ＨＶＰＥプロセスによる層の堆積の前後に、同じプロセスチャンバー内でＭＯＣＶＤプロセスによって層が堆積され、プロセスガスが少なくとも水素化物と有機金属化合物を含むステップと、
を備え、
前記ＭＯＣＶＤプロセスを実行するとき、プロセスチャンバー壁が前記サセプタ温度より２００℃を超えて低いプロセスチャンバー壁温度に冷却され、この冷却のために、冷却液流路（１３）を持ち、前記プロセスチャンバー壁が積極的に加熱されている間、前記プロセスチャンバー壁の上側の表面（１８）から離れて配置されていた前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）が、持ち上げデバイスによって間隔があいた加熱位置から冷却位置に下げられるか、または最も高いプロセスチャンバー壁温度より上の蒸発温度を持つ液体金属が、プロセスチャンバー壁の中に配置された冷却液流路（１４）を通って流れる、
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記プロセスガスが、少なくともII族またはIII族の元素、およびV族またはVI族の元素を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＭＯＣＶＤプロセスの場合には、前記II族またはIII族の元素は有機金属化合物であり、前記V族またはVI族の元素は水素化物であり、前記ＨＶＰＥプロセスの場合には、同一の出発物質が使われ、更に、有機金属化合物がプロセスチャンバー（２）の高温区域に入るとき分解する有機金属化合物の元素のための輸送媒体としてＨＣｌが使われることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プロセスチャンバー壁が、前記プロセスチャンバー壁加熱デバイス（１２）に含まれる加熱−冷却コイルによって加熱され、前記プロセスチャンバー壁を当該加熱−冷却コイルと接触させることにより当該加熱−冷却コイルの冷却液流路（１３）を通って流れる冷却液によって冷却されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
多数のばねエレメント（２２）が、円周の周方向において離間して配置され、上方からはマウント（２０）により支持され、下方では前記加熱−冷却コイルに対して作用することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記プロセスチャンバー壁が加熱または冷却されるプロセスチャンバー天井（４）を含み、III族の元素の有機金属成分とともに、ハロゲン化物、特にＨＣｌが前記プロセスチャンバーに供給され、前記ハロゲン化物の濃度が非常に小さいので前記有機金属成分から金属塩化物への完全な変換が起こらないことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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