(57)【要約】  本発明は、急速温度変化能力を持つ基板支持構造を含む半導体反応チャンバに関する。本発明の方法及び要素は、種々の温度が用いられる基板堆積プロセスと関連したプロセスを用いることができる。本発明の利点によれば、本発明の反応チャンバと基板支持構造は、短時間に温度を変化させることができ、それによってより速い処理時間を可能にする。基板支持構造は、一般的には、約１０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成された材料から形成されたサセプタ表面を含む。【選択図】  図１
2010507924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−V族窒化物膜の堆積のための半導体処理ユニットに用いられる急速温度変化能力を持つ基板支持面であって、該基板支持面が、
約１０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成されたサセプタ表面、
を備えている前記基板支持面。
【請求項２】
サセプタが、約１５℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成される、請求項１記載の基板支持面。
【請求項３】
サセプタが、約２０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成される、請求項１記載の基板支持面。
【請求項４】
該サセプタが、約１ｍｍ〜約５ｍｍ厚のプラットフォームを備えている、請求項１記載の基板支持面。
【請求項５】
該サセプタが、加熱中、一様な温度分布を助ける加熱素子を備えている、請求項１記載の基板支持面。
【請求項６】
該基板支持面が、ニッケル-鉄合金、石英、シリコン、炭化シリコン、又は炭素複合物を備えている、請求項１記載の基板支持面。
【請求項７】
ＩＩＩ−V族窒化物膜の堆積に用いられる半導体処理ユニットであって、該半導体処理ユニットが、
エンクロージャと、
該エンクロージャ内に置かれた少なくとも一つの基板ウエハを支持するように構成された基板支持構造と、
処理中、該基板支持構造と該少なくとも一つの基板ウエハを加熱するように構成された少なくとも一つのヒータと、
処理中、該エンクロージャにプロセスガスを分配するように構成されたガス分配システムと、
を備え、該基板支持構造が約１０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成されたサセプタ表面を備えている、前記半導体処理ユニット。
【請求項８】
サセプタが、約１５℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成される、請求項７記載の半導体処理ユニット。
【請求項９】
サセプタが、約２０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成される、請求項７記載の半導体処理ユニット。
【請求項１０】
該基板支持構造が、ニッケル-鉄合金、石英、シリコン、炭化シリコン、又は炭素複合物を備えている、請求項７記載の半導体処理ユニット。
【請求項１１】
少なくとも一つのヒータが放射ランプヒータである、請求項７記載の半導体処理ユニット。
【請求項１２】
該サセプタが、約１ｍｍ〜約５ｍｍ厚のプラットフォームを備えている、請求項７記載の基板支持面。
【請求項１３】
該サセプタが、加熱中、一様な温度分布を助ける加熱素子を備えている、請求項７記載の基板支持面。
【請求項１４】
ＩＩＩ−V族窒化物膜の堆積に用いられる半導体処理ユニットを備えているＬＥＤクラスタツールであって、該半導体処理ユニットが、
エンクロージャと、
該エンクロージャ内に置かれた少なくとも一つの基板ウエハを支持するように構成された基板支持構造と、
処理中、該基板支持構造と該少なくとも一つの基板ウエハを加熱するように構成された少なくとも一つのヒータと、
処理中、該エンクロージャにプロセスガスを分配するように構成されたガス分配システムと、
を備え、該基板支持構造が約１０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成されたサセプタ表面を備えている、前記ＬＥＤクラスタツール。
【請求項１５】
サセプタが、約１５℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成される、請求項１４記載のＬＥＤクラスタツール。
【請求項１６】
サセプタが、約２０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成される、請求項１４記載のＬＥＤクラスタツール。
【請求項１７】
該基板支持構造が、ニッケル-鉄合金、石英、シリコン、炭化シリコン、又は炭素複合物を備えている、請求項１４記載のＬＥＤクラスタツール。
【請求項１８】
少なくとも一つのヒータが放射ランプヒータである、請求項１４記載の半導体処理ユニット。
【請求項１９】
該サセプタが、約１ｍｍ〜約５ｍｍ厚のプラットフォームを備えている、請求項１４記載の基板支持面。
【請求項２０】
該サセプタが、加熱中、一様な温度分布を助ける加熱要素を備えている、請求項１４記載の基板支持面。
【請求項２１】
単一半導体処理ユニット内に複数の半導体ＩＩＩ−V族窒化物膜プロセスを行う方法であって、該プロセスの少なくとも一つがその他のプロセスと異なる温度で行われる方法であって、
ＩＩＩ−V族窒化物膜の堆積に用いられる半導体処理ユニットを準備するステップであって、該半導体処理ユニットが、
エンクロージャと、
該エンクロージャ内に置かれた少なくとも一つの基板ウエハを支持するように構成された基板支持構造と、
処理中、該基板支持構造と該少なくとも一つの基板ウエハを加熱するように構成された少なくとも一つのヒータと、
処理中、該エンクロージャにプロセスガスを分配するように構成されたガス分配システムと、
を備え、該基板支持構造が約１０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成されたサセプタ表面を備えている、前記ステップと、
基板支持構造上の半導体反応チャンバ内に第一半導体ウエハを置くステップと、
第一温度において該反応チャンバ内で第一プロセスを行うステップと、
該半導体処理ユニットの該設定値温度を第二温度に変化させ且つ該半導体基板支持体が約１０℃/秒を超える温度の変化速度で該第二温度に達することを可能にするステップと、
該第二温度において該反応チャンバ内で少なくとも第二プロセスを行うステップと、
を含む前記方法。
【請求項２２】
サセプタが、約１５℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成される、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
サセプタが、約２０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成される、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
プロセスステップ間の約１０℃/秒を超える該温度変化によって、プロセスステップ間の１０℃/秒未満の温度傾斜を用いて堆積されたＩＩＩ−V族窒化物膜と比較して、成長停止界面で膜不純物の少ないＩＩＩ−V族窒化物膜が得られる、請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
[0001]本発明は、一般的には、基板処理装置の分野に関する。特に、本発明は、半導体基板処理装置において用いられる基板保持構造に関する。
【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いる。窒化ガリウム（ＧａＮ）のような個々のＩＩＩ−V族半導体は、青色や紫外線を放射する光学デバイスや光電子デバイスが含まれる、より短い波長のＬＥＤやＬＤの製造に重要な材料として出てきている。従って、高品質なＩＩＩ−V族半導体膜を低コストで作るために製造プロセスの開発に関心が増している。
【０００３】
[0003]ＩＩＩ−V族窒化物膜を形成するために有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）を用いることができる。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III族金属を基板に分配し、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族窒化物膜を形成する。二つ以上の異なるIII族の有機金属前駆物質（例えば、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等）をＧａＮ（例えば、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等）の合金膜を作るために組合わせることができ、ドーパントもまたインサイチュでドープされた膜層を堆積するために前駆物質とより簡単に組合わせることができる。
【０００４】
[0004]ＩＩＩ−V族窒化物膜堆積の種々のステップには、製造されるデバイスの種類によっては、変化した温度における処理ステップの性能が必要である。しかしながら、従来の設計は、例えば、温度変化間の折返し時間、不純物、界面での成長停止等によって制限を生じる欠点がある。
発明の概要
[0005]このような欠点に部分的に取り組むために、第一態様において、本発明は、ＩＩＩ−V族窒化物膜の堆積に用いられる半導体処理ユニットに用いられる急速温度変化能力を持つ基板支持構造を提供する。
【０００５】
[0006]基板支持構造は、一般的には、約１０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成されたサセプタ表面を含む。或る実施形態によれば、サセプタは約２０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成され、他の実施形態においては、約２５℃/秒を超えるように構成される。更に、或る実施形態においては、サセプタは約１ｍｍ〜約５ｍｍの厚さのプラットフォームを備えている。
【０００６】
[0007]ある種の態様において、サセプタは、加熱中、一様な温度分布を助ける加熱素子を備えている。
【０００７】
[0008]本発明の他の態様において、ＩＩＩ−V族窒化物膜の堆積に用いられる半導体処理ユニットが提供される。半導体処理ユニットには、一般的には、エンクロージャと；エンクロージャ内に置かれた少なくとも一つの基板ウエハを支持するように構成された基板支持構造と；処理中、基板支持構造と少なくとも一つの基板ウエハを加熱するように構成された少なくとも一つのヒータと；処理中、エンクロージャにプロセスガスを分配するように構成されたガス分配システムとが含まれる。基板支持構造には、約１０℃/秒を超える急速な温度変化を可能にするように構成されたサセプタ表面が含まれる。
【０００８】
[0009]本発明の他の態様において、更に、ＩＩＩ−V族窒化物膜の堆積に用いられる本発明の半導体処理ユニットを含むＬＥＤクラスタツールが提供される。
【０００９】
[0010]本発明の他の態様において、更に、単一半導体処理ユニットにおいて複数の半導体ＩＩＩ−V族窒化物膜プロセスを行う方法であって、プロセスの少なくとも一つがその他のプロセスと異なる温度で行われる前記方法が提供される。この方法は、一般的には、ＩＩＩ−V族窒化物膜の堆積に用いられる本発明の半導体処理ユニットを準備するステップと、基板支持構造上の半導体チャンバ内に第一半導体ウエハを置くステップと、第一温度においてエンクロージャ内で第一プロセスを行うステップと、半導体処理ユニットの設定値温度を第二温度に変化させ且つ半導体基板氏支持体が約１０℃/秒を超える温度変化速度で第二温度に達することを可能にするステップと、第二温度においてエンクロージャ内で少なくとも第二プロセスを行うステップとを含む。
【００１０】
[0011]或る態様において、プロセスステップ間で約１０℃/秒を超える温度変化によって、プロセスステップ間で約１０℃/秒未満の温度傾斜を用いて堆積させるＩＩＩ−V族窒化物膜と比較して、成長停止界面で膜不純物がより少ないＩＩＩ−V族窒化物膜が得られる。
【００１１】
[0012]本発明のこれら態様と他の態様は、本明細書全体に、特に図面とともに以下で更に詳述される。
【発明の詳細な説明】
【００１２】
[0018]本発明によれば、基板処理装置の分野に関連した技術、及び使用方法が提供される。特に、本発明は、急速温度変化能力を持つ基板処理装置に用いられる基板支持構造に関する。単に一例として、本発明の方法と要素は種々の温度が用いられる場合のＩＩＩ−V族窒化物膜の成長に用いることができる。本発明の利点によれば、本発明の基板処理装置と基板支持構造は短期間で温度に達することができ、それによってより速い処理時間を可能にする。
【００１３】
[0019]本発明の或る態様において、窒化物膜は、可視ＬＥＤ、近ＵＶレーザダイオード、高電力トランジスタについては、サファイア、ＳｉＣ、又はＳｉ基板上に、例えば、ＭＯＶＰＥ又はＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシ又は有機金属化学気相堆積）を用いて、エピタキシャルに堆積させることができる。ＧａＮベースのＬＥＤのようなＩＩＩ−V族窒化物膜のＭＯＣＶＤ成長は、典型的には、例えば、アモルファスバッファ層の成長と薄い結晶ＧａＮの間で、また、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性領域と周囲の物質の間で調節する場合に、幾つかの温度変化ステップを組込んでいる。反応チャンバ内の温度変化速度は、一般的には、ウエハキャリアとサセプタ構造によって制限され、しばしば熱的には大きなものである。
【００１４】
[0020]理論によって制限されるものでなく、温度変化の急速な本発明の基板支持構造は、加熱時間と冷却時間が短縮されたより短い堆積運転時間を与える。効率の改善は、また、堆積処理中のアンモニアとアルキル消費がわずかに少なくなる。
【００１５】
[0021]更に、構造品質の改善、例えば、ＧａＮ/サファイアエピタキシャル膜の改善は、堆積ステップ間の急速温度傾斜の結果として得ることができる。例えば、ｎ-ＧａＮの堆積に温度が傾斜するにつれて少量のＧａＮは蒸発することがある。更に、温度変化が起きる界面でより短い成長停止もまた、例えば、これらの界面で不純物の蓄積を最小にすることによって、物質の品質を改善することができる。更に、温度傾斜は膜の特性を制御するパラメータとして用いることができる。例えば、ＩｎＧａＮ量子井戸/障壁組成物は、フロー変化よりも温度変調によって制御することができ、結晶へのアモルファスバッファ層の固相エピタキシャル変換の制御を促進させることもできる。
【００１６】
１．例示的ＩＩＩ−V族窒化物膜構造
[0022]典型的な一つのＩＩＩ−V族窒化物ベースの膜構造はＧａＮベースのＬＥＤ構造１００として図１に示されている。それはサファイア（０００１）基板１０４の上に製造される。ｎ型ＧａＮ層１１２は、基板の上に形成されるＧａＮバッファ層１０８の上に堆積される。デバイスの活性領域は、ＩｎＧａＮ層を備える図面に示される、多層量子井戸層１１６に具体化される。ｐｎ接合は、上に横たわるｐ型ＡｌＧａＮ層１２０で形成され、ｐ型ＧａＮ層１２４はコンタクト層として作用する。
【００１７】
[0023]このようなＬＥＤに典型的な製造プロセスは、処理チャンバ内で基板１０４の洗浄を行う有機金属化学気相堆積（“ＭＯＣＶＤ”）を用いることができる。ＭＯＣＶＤ堆積は、処理チャンバに適した前駆物質のフローを供給し且つ熱プロセスを用いて堆積を達成させることにより行われる。例えば、ＧａＮ層はＧａとＮの前駆物質を用いて；おそらくＮ２、Ｈ２、及び/又はＮＨ３のような流動性ガスのフローにより堆積させることができる。ＩｎＧａＮ層はＧａ、Ｎ、及びＩｎの前駆物質を用いて；おそらく流動性ガスのフローにより堆積させることができる。また、ＡｌＧａＮ層はＧａ、Ｎ、及びＡｌ前駆物質に用いて、またおそらく流動性ガスフローにより堆積させることができる。図示した構造１００において、ＧａＮバッファ層１０８の厚さは約３００オングストロームであり、約５５０℃の温度で堆積させることができる。ｎ-ＧａＮ層１１２の続いての堆積は、典型的には、一実施形態においては約１０５０℃のようにより高温で行われる。ｎ-ＧａＮ層１１２は比較的厚く、約４μｍ程度の厚さの堆積には約１４０分が必要である。ＩｎＧａＮ多層量子井戸層１１６は約７５０オングストロームの厚さを有するのがよく、約７５０℃の温度で約４０分間で堆積させることができる。ｐ-ＡｌＧａＮ層１２０は約２００オングストロームの厚さを有するのがよく、約９５０℃の温度で約５分間で堆積させることができる。構造を完成させるコンタクト層１２４の厚さは一実施形態においては約０.４μｍであるのがよく、約１０５０℃の温度で約２５分間堆積させることができる。
【００１８】
２．例示的基板処理システム
[0024]図２は、例示的化学気相堆積（“ＣＶＤ”）システムの簡易図であり、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。このシステムは熱大気圧未満ＣＶＤ（“ＳＡＣＶＤ”）だけでなく他のプロセス、例えば、リフロー、ドライブイン、洗浄、エッチング、堆積、ゲッタリングのプロセスを行うのに適する。一部の場合に、多ステッププロセスはなお個々のチャンバ内で行うことができ、その後、他のチャンバに搬送するために除去される。システムの主な要素には、特に、ガス又は蒸気の分配システム２２０からのプロセスガスや他のガスを受容する真空チャンバ２１５と、真空システム２２５と、制御システム（図示せず）とが含まれる。これらの要素や他の要素は、以下に詳述される。図面は説明のために単一チャンバのみの構造を示しているが、同様の構造を持つ複数のチャンバがクラスタツールの一部として準備されてもよく、それぞれが或る全体の製造プロセスの異なる態様を行うように調整されることは理解される。しかしながら、本発明がそのように制限されること、例えば、非真空チャンバを用いることができること、本発明の基板支持構造と方法が所望される場合には大気圧で行うことができることは理解される。
【００１９】
[0025]ＣＶＤ装置には、ガス反応領域２１６を持つ真空チャンバ２１５を形成するエンクロージャアセンブリ２３７が含まれる。ガス分配構造２２１は、反応性ガスや他のガス、例えば、パージガスを、一般的にはサセプタとして構成される基板支持構造２０８によって適切な位置に保持された一つ以上の基板２０９に分散させる。ガス分配構造２２１と基板２０９との間はガス反応領域２１６である。ヒータ２２６は、異なる堆積プロセスを収容するためにだけでなくエッチング又は洗浄のプロセスに異なる位置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）には、基板の位置に情報を与えるためのセンサが含まれる。
【００２０】
[0026]異なる構造は、ヒータ２２６に用いることができる。例えば、本発明の或る実施形態は、有利には、密接に近接し且つ基板支持構造２０８の対向する側に配置された一組のプレートを用いて、一つ以上の基板２０９の対向する側に別個の加熱源を設けるものである。単に一例として、プレートは或る個々の実施形態においてグラファイト又はＳｉＣを含むことができる。他の場合には、ヒータ２２６は、セラミックに囲まれた電気的抵抗加熱素子（図示せず）を含む。セラミックは、加熱素子を潜在的腐食チャンバ環境から保護し、ヒータが約１２００℃までの温度を得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２１５にさらされるヒータ２２６の全ての表面は、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作られる。更に他の実施形態において、輻射ランプヒータ（図示せず）は、好ましくは、基板支持構造を急速に加熱するために種々の位置に配置して用いることができる。このようなランプヒータ配置は、或る個々の適用に有効なものである、１２００℃を超える温度を得ることができる。或いは、タングステン、レニウム、イリジウム、トリウム、又はそれらの合金のような耐火金属で作られた地金属フィラメント加熱素子が基板を加熱するために用いることができる。
【００２１】
[0027]本発明の或る態様において、発明の急速温度傾斜を部分的に助けるように、一つ以上のヒータ２２６を必要により基板支持構造２０８に組込んでもよい。或いは、エンクロージャアセンブリ２３７における一つ以上のヒータ２２６の構造及び/又は配置は、本発明の急速温度傾斜を部分的に助けることができる。
【００２２】
[0028]反応性ガスやキャリアガスは、ガス又は蒸気分配システム２２０から供給ラインを通ってガス分配構造２２１に供給される。一部の場合には、供給ラインは、ガスをガス混合ボックスに分配して、ガスを混合した後、ガス分配構造に分配することができる。他の場合には、供給ラインは、別個に、例えば、以下に記載される或るシャワーヘッド構成において、ガス分配構造にガスを分配することができる。ガス又は蒸気分配システム２２０には、当業者によって理解されるように、種々の供給源と各供給源の選択された量をチャンバ２１５に分配するのに適切な供給ラインとが含まれる。一般に、供給源のそれぞれに対する供給ラインには、関連のあるラインへのガスのフローを自動的に又は手動で遮断するために使用し得る遮断バルブと供給ラインを通るガス又は液体のフローを測定するマスフローコントローラとが含まれる。システムによって行われるプロセスによっては、供給源の一部は、実際には、ガスよりも液体又は固体の供給源であってもよい。液体源が用いられる場合、ガス分配システムには、液体を蒸発させるために液体注入システム又は他の適切なメカニズム（例えば、バブラ）が含まれる。その後、液体からの蒸気は、通常は、当業者によって理解されるように、キャリアガスと混合される。堆積プロセス中に、ガス分配構造２２１に供給されるガスは基板表面に通気され（矢印２２３で示される）、層流で基板表面全体に放射状に一様に分配することができる。
【００２３】
[0029]パージガスは、ガス分配構造２２１及び/又は注入口又はチューブ（図示せず）からエンクロージャアセンブリ２３７の底壁を通って真空チャンバ２１５へ分配することができる。チャンバ２１５の底から導入されたパージガスは、注入口からヒータ２２６を通って環状ポンプチャネル２４０へ上向きに流れる。真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム２２５は、ガス（矢印２２４で示される）を排気ライン２６０を通って排気させる。ガスと混入パーティクルが環状ポンプチャネル２４０から排気ライン２６０を通って取り除かれる速度は、スロットルバルブシステム２６３によって制御される。
【００２４】
[0030]堆積チャンバ２１５と周囲の構造、例えば、排気通路の壁の温度は、チャンバの壁内のチャネル（図示せず）を通って熱変換液を循環することによって更に制御することができる。熱変換液は、所望の効果によってチャンバ壁を加熱又は冷却するために用いることができる。例えば、熱い液体は、熱堆積プロセス中の一様な熱勾配の維持を助けることができるが、冷たい液体は他のプロセス中にシステムから熱を除去するために、又はチャンバの壁上の堆積生成物の形成を制限するために用いることができる。ガス分配マニホールド２２１は、また、熱変換通路を有する（図示せず）。典型的な熱変換流体は水ベースのエチレングリコール混合物、油ベースの熱伝達流体、又は同様の流体である。“熱変換体”によって加熱すると言われるこの加熱は、有益には、望ましくない反応種生成物の凝縮を減少させるか又は排除し、冷却真空通路の壁に凝縮し且つガスフローがない間、処理チャンバへ戻る場合にはプロセスを汚染するものであったプロセスガスと他の汚染物質の揮発性生成物の排除を改善する。
【００２５】
[0031]システムコントローラは、堆積システムの活性と作動パラメータを制御する。システムコントローラは、コンピュータプロセッサとプロセッサに結合したコンピュータ読取りメモリを含むことができる。プロセッサは、メモリに保存されたコンピュータプログラムのようなシステム制御ソフトウェアを実行する。プロセッサは、タイミング、ガス混合物、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命令するコンピュータインストラクションを含む、システム制御ソフトウェア（プログラム）に従って作動させる。これらのパラメータと他のパラメータの制御は、システムコントローラをヒータ、スロットルバルブ、また、ガス分配システム２２０と関連がある種々のバルブとマスフローコントローラを連通して結合するコントロールラインを用いて行われる。
【００２６】
[0032]クラスタツールの物理的構造は、図３に概略図で示される。この図において、クラスタツール３００には三つのプロセスチャンバ３０４と二つの追加ステーション３０８が含まれ、ロボット３１２がチャンバ３０４とステーション３０８間で基板の搬送を行うように適合されている。構造は、真空中、選択されたガスの存在下、所定の温度条件等を含む所定の周囲環境内で搬送が行われることを可能にする。或る実施形態において、搬送が窓３１０を通って行われる搬送チャンバに光アクセスを与えることができる。所望される光を送る搬送チャンバ内部に又は外部に種々の光要素が含まれてもよい。
【００２７】
３．温度変化の急速な基板支持構造
[0033]ここで本発明のある態様による個々のチャンバとエンクロージャを見ると、更にまた図２は、例えば、ＧａＮベースＬＥＤのようなＩＩＩ−V族窒化物膜のＭＯＣＶＤ堆積に用いることができる例示的半導体エンクロージャを示す正面透視図である。しかしながら、エンクロージャと関連した要素はこのようなＭＯＣＶＤ処理に限定されない。一実施形態において、真空チャンバ２１５は、一般的には、構成されたサセプタのような基板支持構造２０８と、一つ又は複数のヒータ２２６を含む。更にまた、本発明は、真空チャンバに限定されず、適切な半導体反応チャンバ又はエンクロージャを含むことができる。使用中、基板支持構造２０８は、一つ以上の基板ウエハ２０９を支持し、且つ堆積とプロセス中に可能である急速な温度変化を示すように構成される。或る実施形態において、基板支持構造２０８は、サファイアウエハのような一つ以上の基板ウエハを支持するように構成されるサセプタを含むことができ、このようなウエハを保持するように構成された一つ以上の支持体の押込み部を含むことができる。当業者によって理解されるように、一つ又は複数のヒータ２２６は、基板支持構造と一つ又は複数の基板ウエハ（２０９）を所望の設定値温度に制御可能に加熱する加熱素子（図示せず）を含む。或る実施形態において、基板支持構造２０８、例えば、サセプタは、加熱素子（図示せず）を組込むことができる。或る実施形態において、加熱素子は加熱中の温度均一性を助けるために用いることができる。いかなる適切な加熱素子も基板支持構造に組込むことができる。例えば、電気加熱素子をサセプタの材料に組込むことができる。サセプタを単独で又はリアクタチャンバエンクロージャ内に位置する一つ又は複数の他のヒータ２２６とともに制御可能に加熱することができる。
【００２８】
[0034]本発明の基板支持構造２０８は、一般的には、ニッケルイオン合金、石英、ケイ素、炭化ケイ素、又は炭素複合物等の低熱質量物質から形成することができる。一例として、或る実施形態において、基板支持構造２０８は、厚さが約１-５ｍｍ、例えば、約２-４ｍｍ、約３-５ｍｍ、約３ｍｍ厚等であるのがよく、約１０℃/秒を超える、約１５℃/秒を超える、約２０℃/秒を超える、約２５℃/秒を超える等の基板支持構造のほぼ一様な温度加熱が得られるような熱質量を示すことができる。同様の冷却速度を得ることができる（例えば、約１０℃/秒を超える、約１５℃/秒を超える、約２０℃/秒を超える、約２５℃/秒を超える等）。より急速に温度を変化させる、この能力は、処理中に半導体反応チャンバの温度を変化させる必要がある場合に著しく有利である。
【００２９】
[0035]本発明の実施形態によれば、基板支持構造は、急速な（例えば、約１０℃/秒を超える、約１５℃/秒を超える、約２０℃/秒を超える、約２５℃/秒を超える）温度変化が可能になるように低熱質量を有する材料から形成される。或る実施形態において、熱質量は、電力が、例えば、３０-５０ｋＷのＭＯＣＶＤリアクタヒータが、同様の冷却速度を可能にしつつ、例えば、１０℃/秒、２０℃/秒等を超える速度で質量を加熱することができるようにすることができる。本明細書に用いられる熱質量は一ケルビンだけ単位質量を上げるのに必要とされる熱エネルギーの基準である。本明細書に記載されるように、或る実施形態において、リアクタ内の一つ以上のヒータは放射ランプヒータであるのがよく、基板支持構造は、単独で又は追加のヒータ源と組み合わせてこのような放射ランプヒータによって所望される急速温度変化により加熱されるように構成されるのがよい。
【００３０】
[0036]図４に関して、本発明の更に他の実施形態は、本明細書に記載される単一半導体反応チャンバにおいて複数の、例えば、ＩＩＩ−V族窒化物膜堆積又は他の関連したプロセスを行う方法４００であって、プロセスの少なくとも一つが他のプロセスと異なる温度で行われる前記方法に関する。このような方法は、一般的には、第一プロセス４０２について本発明の基板支持構造上の半導体反応チャンバ内に少なくとも第一半導体ウエハを置くステップと反応チャンバ内で第一プロセスを第一温度４０４で行うステップとを含む。第一プロセス後、プロセスの設定値温度を第二温度４０６に変化させる。その後、反応チャンバ、ウエハ、及び/又は基板支持構造（当業者によって認識されるようにモニタ時点に左右される）は、本発明４０８による、例えば、約１０℃/秒を超える、約１５℃/秒を超える、約２０℃/秒を超える、約２５℃/℃を超える等の変化の温度速度で温度設定値に達することを可能にする。一旦基板サポート温度が温度設定値に達すると、第二プロセスは第二温度４１０で行われる。
【００３１】
[0037]追加のプロセスステップは、必要により、設定値を変化させる前の第一温度で、第二温度で、第三温度で、第四温度等で行われてもよい。更に、複数の基板ウエハは、所望される場合には種々のステップで処理することができる。例えば、温度設定値の変化の間に基板ウエハを変化させることができる。
【実施例】
【００３２】
[0038]以下の実施例は、本発明とともに記載された一般のフェースプレートとシステムがどのように急速温度平衡を用いることができるかを説明するために示される。しかしながら、本発明は記載された実施例によって限定されない。
【００３３】
[0039]比較多段階堆積は図５に示され、実線は複数の処理ステップによる代表的な急速温度傾斜堆積プロセスを示し、点線は従来の（即ち、約５℃/秒未満）温度傾斜である。図示されるように、本発明による急速温度傾斜は、より短い処理時間を得ることができる。更に、一部にはより短い変移時間のために、より少ないＧａＮがα-ＧａＮ核形成層からの蒸発を可能にすることができる。
【００３４】
[0040]幾つかの実施形態を記載してきたが、種々の変更、代替的構成、等価物が本発明の精神から逸脱することなく用いることができることは当業者によって認識される。更に、多くの周知のプロセスと要素は、本発明を不必要に曖昧にすることを避けるために記載しなかった。従って、上記説明は、本発明の範囲を制限するものとすべきでない。
【００３５】
[0041]数値の範囲が示される場合、その範囲の上限と下限の間で、内容が特に別の方法で明らかに示されない限り、下限の単位の１/１０まで、それぞれの介在する数値が詳しく開示されることが理解される。表示範囲におけるあらゆる表示数値又は介在する数値とその表示範囲におけるあらゆる他の表示又は介在する数値の間のそれぞれのより小さい範囲も包含される。これらのより小さい範囲の上限と下限は、独立して包含されても除外されてもよく、いずれかの限度、いずれでもない限度又は双方の限度がより小さい範囲内に含まれるそれぞれの範囲もまた、表示範囲内における詳しく除外されたあらゆる限度に従って、本発明の範囲内に包含される。表示範囲が一方又は双方の限度を含む場合、包含された限度のいずれか又は双方を除外する範囲も包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１はＧａＮベースのＬＥＤを示す概略図である。
【図２】図２は本発明の或る実施形態を行うのに用いることができる例示的ＣＶＤ装置の簡易図である。
【図３】図３は本発明の実施形態に用いられるマルチチャンバクラスタツールを示す概略図である。
【図４】図４は本発明の実施形態による単一チャンバ内で複数のＭＯＣＶＤプロセスを行う例示的方法の流れ図である。
【図５】図５は本発明の実施形態による急速温度傾斜を従来の温度傾斜と比較したプロット図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００…ＧａＮベースのＬＥＤ構造、２０８…基板支持構造、２０９…基板、２１５…真空チャンバ、２１６…ガス反応領域、２２１…ガス分配構造、２２６…ヒータ、２３７…エンクロージャアセンブリ、２４０…環状ポンプシステム、２６０…排気ライン、３００…クラスタツール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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