(57)【要約】エピタキシャル層を成長させるためのリアクタ１２０は、反応チャンバ１２２を備えており、反応チャンバは、ウェーハキャリヤ１９６をそこに挿入したりそこから取り出したりするための貫通開口１４４を有している。リアクタはまた、貫通開口１４４を選択的に閉止するため反応チャンバ１２２の内部に配置された円筒形シャッタ１４８を備えている。円筒形シャッタ１４８は、貫通開口１４４を閉止する第１位置と該貫通開口を開放する第２位置との間で可動である。円筒形シャッタ１４８は、冷却流体を受けるのに適合した内部キャビティ１５０と、冷却流体を該内部キャビティ１５０に導入するための配管１５２とを備えている。配管１５２は、シャッタ１４８に恒久的に取付けられていると共に、それと同時に移動するようになっている。円筒形のシャッタ１４８は、ウェーハキャリヤ１９６の外周を実質的に囲んでおり、それにより反応ガスの温度及び流れの場の不均一性を最小にしている。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル層を成長させるためのリアクタであって、
反応チャンバを有し、該反応チャンバは、ウェーハキャリヤをそこに挿入したりそこから取り出したりするための貫通開口を備えており、
前記貫通開口を選択的に閉止するため前記反応チャンバの内部に配置される円筒形シャッタを有し、該円筒形シャッタは、前記貫通開口を閉止する第１位置と前記貫通開口を開放する第２位置との間で可動であり、該円筒形シャッタは、冷却流体を受けるのに適合した内部キャビティを備えている、リアクタ。
【請求項２】
前記冷却流体を前記内部キャビティに供給するために前記シャッタの前記内部キャビティに接続された配管を更に備えている、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記配管は、前記冷却流体を前記内部キャビティに導入するための少なくとも１つの入口管と、前記冷却流体を前記内部キャビティから取り出すための少なくとも１つの出口管とを備えている、請求項２に記載のリアクタ。
【請求項４】
前記配管は、前記冷却流体を前記内部キャビティに導入するための２つ以上の入口管と、前記冷却流体を前記内部キャビティから取り出すための２つ以上の出口管とを備えている、請求項２に記載のリアクタ。
【請求項５】
前記配管は、前記第１シャッタ位置及び前記第２シャッタ位置の間で前記シャッタと同時に移動するために前記シャッタに接続されている、請求項２に記載のリアクタ。
【請求項６】
ステンレス鋼から構成されている、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項７】
反応物を前記反応チャンバの内部に導入するため、前記反応チャンバに取付けられた注入フランジを更に備えている、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項８】
前記反応チャンバ内に取付けられたウェーハキャリヤを加熱するために、前記反応チャンバと連絡して設けられた１つ以上の加熱要素を更に備えている、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項９】
前記加熱要素は前記反応チャンバの内部に設けられており、前記加熱要素からの熱を前記反応チャンバ内に取付けられた前記ウェーハキャリヤに向かって方向付けるため前記１つ以上の加熱要素の近くに設けられた１つ以上の熱シールドを更に備えている、請求項８に記載のリアクタ。
【請求項１０】
エピタキシャル層を成長させるためのリアクタであって、
反応チャンバを有し、該反応チャンバは、複数のウェーハキャリヤをそこに挿入したりそこから取り出したりするための貫通開口を備えており、
前記貫通開口を選択的に閉止するため前記反応チャンバの内部に配置される円筒形シャッタを有し、該円筒形シャッタは、前記貫通開口を閉止する第１位置と前記貫通開口を開放する第２位置との間で可動である、リアクタ。
【請求項１１】
前記円筒形シャッタは、実質的に中空であると共に、冷却流体を受けるのに適合した内部キャビティを備えている、請求項１０に記載のリアクタ。
【請求項１２】
前記冷却流体を前記内部キャビティに供給するために、前記内部キャビティと流体連絡する配管を更に備えている、請求項１１に記載のリアクタ。
【請求項１３】
前記反応チャンバの内部に配置された上端を有する回転可能なスピンドルを更に備え、前記複数のウェーハキャリヤの少なくとも１つは前記スピンドルの前記上端に取付け可能となっている、請求項１０に記載のリアクタ。
【請求項１４】
前記複数のウェーハキャリヤの少なくとも１つは、外周を有しており、前記円筒形シャッタは、前記複数のウェーハキャリヤの少なくとも１つが前記スピンドルに取付けられているときに前記複数のウェーハキャリヤの少なくとも１つの前記外周を囲んでいる、請求項１３に記載のリアクタ。
【請求項１５】
前記リアクタは、反応物を前記反応チャンバの内部に導入するための注入フランジと、底板とを備えている、請求項１２に記載のリアクタ。
【請求項１６】
前記底板は、前記配管のための開口を有しており、前記配管は、前記配管用開口を貫いて延びている、請求項１５に記載のリアクタ。
【請求項１７】
前記配管は、前記シャッタに接続される上端を有している、請求項１１に記載のリアクタ。
【請求項１８】
前記配管は、前記反応チャンバの外側に配置され、かつ前記冷却流体のタンクと流体連絡する下端を有している、請求項１７に記載のリアクタ。
【請求項１９】
前記冷却流体は、水、オイル、及び約１００℃以上の沸騰温度を有する液体からなるグループから選択された流体である、請求項１８に記載のリアクタ。
【請求項２０】
前記配管の下端は可動板に接続されている、請求項１８に記載のリアクタ。
【請求項２１】
前記可動板は、前記貫通開口を開放する前記第１位置と前記貫通開口を閉止する前記第２位置との間に前記シャッタを移動させるのに適合したアクチュエータに接続されている、請求項２０に記載のリアクタ。
【請求項２２】
前記配管は、前記第１及び第２シャッタ位置の間を前記シャッタと同時に移動するようになっている、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２３】
前記第１及び第２シャッタ位置の間の前記可動板の移動を案内するため、前記可動板に連絡するガイドを更に備えている、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２４】
前記反応チャンバは実質的に円筒形である、請求項１０に記載のリアクタ。
【請求項２５】
リアクタ用のシャッタアセンブリであって、
冷却流体を受けるのに適合した内部キャビティを有し、前記リアクタの貫通開口を選択的に閉止するためのシャッタと、
前記冷却流体を前記内部キャビティに供給するため前記シャッタに接続された配管と、
前記配管及び前記シャッタを移動させるため前記配管に接続されたアクチュエータとを備え、前記シャッタは、第１の実質的に閉じる位置と第２の実質的に開く位置との間を可動である、シャッタアセンブリ。
【請求項２６】
前記配管は、前記シャッタに取付けられる上端と、前記冷却流体の源と流体連絡する下端とを有している、請求項２５に記載のシャッタアセンブリ。
【請求項２７】
前記シャッタ及び前記アクチュエータの間にある可動板を更に備え、前記配管は前記可動板に恒久的に取り付けられている、請求項２５に記載のシャッタアセンブリ。
【請求項２８】
前記配管は前記可動板にある開口を貫いて延びている、請求項２７に記載のシャッタアセンブリ。
【請求項２９】
前記配管の一部を囲む可撓性のベローズを更に備えている、請求項２８に記載のシャッタアセンブリ。
【請求項３０】
前記シャッタは円筒形である、請求項２５に記載のシャッタアセンブリ。
【請求項３１】
前記円筒形のシャッタはウェーハキャリヤの外周を実質的に囲んでいる、請求項３０に記載のシャッタアセンブリ。
【請求項３２】
前記冷却流体は、ガス、水、オイル、及び約１００℃以上の沸騰温度を有する液体からなるグループから選択されている、請求項２５に記載のシャッタアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にエピタキシャル層を成長させるためのリアクタに関し、特に、このリアクタ内の熱及び流れ場の乱れを最小にするよう設計された化学気相蒸着（ＣＶＤ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップのような超小型電子素子は、半導体ウェーハを化学気相蒸着（ＣＶＤ）リアクタの反応チャンバ内に置いて該ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させることによって製造されることが多い。エピタキシャル層は、ガス状態の反応化学物を制御された量及び制御された速度でウェーハ上に流れさせることにより、成長されるのが一般的である。その後、ウェーハは切断されて個々の半導体チップになる。
【０００３】
反応化学物は、バブラー（bubbler)として知られている装置内に当該反応化学物を入れると共に、キャリヤガスを当該反応化学物と混合することによって、反応チャンバに一般に搬送されるようになっている。このバブラーは、キャリヤガス中の反応化学物の濃度を変更するため、調節可能の制御部を含むことがある。キャリヤガスは、ガスがバブラーを通過するときに、反応化学物の分子をピックアップするものである。その後、反応ガスは、マスフローコントローラ及びフローフランジ（flow flange)を介してＣＶＤリアクタ内に送り込まれることになる。
【０００４】
現在、種々の設計を有する様々なＣＶＤリアクタが存在している。これらには、ウェーハキャリヤがリアクタの内部に回転自在に取付けられると共に、このウェーハキャリヤの上方から反応ガスが導入される水平リアクタや、反応ガスがウェーハキャリヤを横断する遊星歯車式回転の水平リアクタや、バレル式リアクタや、リアクタ内で回転している基板表面上に反応ガスを下向きに注入する垂直ディスク式リアクタがある。上述した種々のＣＶＤリアクタは、半導体、薄膜デバイス、並びにレーザ及びＬＥＤのような多層構造の種々の組合せを含め、多様なエピタキシャル層をウェーハ上に成長させるのに成功裡に使用されてきた。
【０００５】
図１は、ウェーハキャリヤ１２上に取付けられたウェーハ１０を備えていると共に、このウェーハキャリヤ１２がサセプタ１４上に取付けられている代表的な先行技術のリアクタを示している。サセプタ１４は、ウェーハキャリヤを回転させるための回転支持スピンドル１６上に取付けられている。サセプタ１４、ウェーハキャリヤ１２及びウェーハ１０は、リアクタ１８の内部に配置されているのが一般的である。加熱アセンブリ２０は、サセプタ１４の下方に配設されており、このサセプタ１４と、ウェーハキャリヤ１２と、その上に装着されたウェーハ１０とを加熱している。エピタキシャル層の堆積中、ウェーハキャリヤ１２は、堆積領域全体にわたり温度の均一性を高めることの他に、堆積領域上を流れる反応ガスの流れの均一性を高めるように、回転されている。
【０００６】
図２を参照すると、ウェーハキャリヤ１２は、同ウェーハキャリヤが回転されているときに複数のウェーハを所定位置に固定するために、その上面に設けられた複数の丸ポケット２２を備えているのが典型的である。これらのウェーハキャリヤはまた、通常、ウェーハキャリヤを持ち上げ搬送して反応チャンバに入れたり出したりするのに用いられる環状フランジ２４も備えている。堆積プロセス中、ウェーハキャリヤを回転可能なサセプタ１４上に同心状に配置しておくと共に、サセプタ１４の上面とウェーハキャリヤ１２の下面との間に隙間２８を形成するため、ウェーハキャリヤの下面は、管状の壁２６を備えていることがある。隙間２８の存在により、ウェーハキャリヤ１２及びサセプタ１４間の直接接触により生じうるウェーハキャリヤの局部加熱が排除され、そのためサセプタ１４からウェーハキャリヤ１２への均一な熱の伝達が向上することになる。
【０００７】
上述したように、反応ガスが反応チャンバ内に導入される際の条件もしくはパラメータは、ウェーハ上に成長したエピタキシャル層の品質に大きな影響をもっている。これらのパラメータには、材料粘性率、密度、蒸気圧、反応ガスの流路、化学的活性度及び／又は温度がある。エピタキシャル層の品質を最適化するため、上に特定された諸パラメータはしばしば変更され、かかる変更の効果が検討されている。研究開発活動中にしばしば変更されるパラメータの１つは、反応ガスの流路である。例えば、流れノズルの特定設計、即ち流れノズル（単数又は複数）とウェーハキャリヤとの間の距離が変更されている。
【０００８】
リアクタ設計者は、各ウェーハの表面全体にわたり均一な温度及び流れの場を維持しようと努めている。均一な温度を維持する能力は、反復性があり、適確であり、プロセス条件と無関係でなければならない。均一温度標準から２〜３℃に過ぎない偏差でも、ウェーハから製造されたデバイスの品質及び性質に重大な欠陥を生じさせる可能性がある。更に、流れの場の均一性が乱れることは、欠陥のあるエピタキシャル層を成長させる結果にもなり得る。例えば、１つ以上のエピタキシャル層の厚みがウェーハの全面にわたり変動するかも知れない。
【０００９】
反応チャンバ内の温度及び流れ条件を制御することに多くの努力が向けられてきた。例えば、パーク(Park)等に対する米国特許第６,０３９,８１１号は、冷却ジャケットが取付けられたゲートバルブを有する、エピタキシャル層を成長させるためのリアクタを開示している。このリアクタは、５種の冷却ジャケット、即ち、第１側壁にある第１の冷却ジャケット、第２側壁にある第２の冷却ジャケット、天井壁にある第３の冷却ジャケット、底壁にある第４の冷却ジャケット及びゲートバルブにある第５の冷却ジャケットを有している。リアクタは、カセットチャンバから反応チャンバにウェーハを搬送するためのロボットアームを有する搬送チャンバを含んでいる。このリアクタはまた、製造プロセスの完了後にウェーハを冷却するためのウェーハ冷却チャンバも備えている。第１側壁に形成されたゲートバルブは、ウェーハ搬送チャンバを反応チャンバから分離し、ガス注入開口は、リアクタの天井壁を貫通している。当該冷却ジャケットにおいては、水や、水及びエチレングリコールの混合物のような冷却材が使用されている。
【００１０】
ホワイト（White)等に対する米国特許第６,０８６,３６２号により開示された化学堆積チャンバは、基板をこのチャンバに搬入及び搬出するための開口を有している。このチャンバは、チャンバ本体を備えており、そこに取り付けられた抵抗素子によって、該チャンバ本体が加熱されるようになっている。また、チャンバは、チャンバ本体に固着された蓋体も備えている。チャンバ本体の側壁にある開口は、基板をチャンバに搬入及び搬出するための通路を提供している。このチャンバはまた、反応ガスをチャンバの内部に配送するためのガス配送管も有している。このチャンバが加熱されるときに、チャンバの外壁と熱的に連絡する冷却水管は、ウェーハ上に成長したエピタキシャル層の均一性に悪影響を与える状態にするチャンバ壁が熱くなり過ぎるのを防止するために、チャンバ壁の温度を所望範囲内に維持している。
【００１１】
マエダ（Mayeda）等に対する米国特許第４,４９７,７２７号及び第５,９４２,０３８号は、上部容器及び下部容器を有すると共に、対向する封止フランジがその周囲を囲んで延びている堆積チャンバのための冷却要素を開示している。冷却アセンブリが封止フランジに取付けられており、水のような冷却媒体はこの冷却アセンブリを通過して、封止フランジと接触している弾性封止部材の一部の温度を低下させ、それにより弾性封止部材の有効寿命を延ばしている。
【００１２】
ブリエン（Brien)等に対する米国特許第４,７４７,３６８号は、冷却管により囲まれたマニホルドを有する化学気相蒸着チャンバを開示している。この蒸着チャンバは、チャンバ内に支持されていると共に所定の反応温度まで加熱されたウェーハ基板を受けるように適合している。チャンバ内に配置されたマニホルドは、ウェーハ基板の一面に反応ガスを均等に配送して基板上のエピタキシャル層の成長を最適化するため、そこに複数の開口を有している。チャンバは、基板を挿入すると共にリアクタから取り出すためのドアと、このドア及びチャンバ間に気密シールの形成を可能とするシールリングとを備えている。冷却管は、エピタキシャル層を成長させるのに最適な温度にマニホルドを維持するため、該マニホルドを囲んでいる。冷却管はまた、反応ガスがマニホルド内で時期尚早に反応するのを防止している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した改良にもかかわらず、リアクタの内部における熱及び流れの場の均一性の乱れを最小にし、それによりウェーハ上に適確で、反復性があり、しかも均一なエピタキシャル層の形成という結果になるＣＶＤリアクタに対する必要性が残っている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一部の好適な実施形態に従って、半導体ウェーハのためにエピタキシャル層を成長させるリアクタは、ステンレス鋼から形成された気密反応チャンバのような反応チャンバを備えている。リアクタは、好ましくは、ウェーハ及び／又はウェーハキャリヤを反応チャンバに挿入したりそこから取り出したりするための貫通開口を備えている。リアクタはまた、この貫通開口を選択的に閉止するために反応チャンバの内部に配置された円筒形シャッタを備えているのが望ましい。この円筒形シャッタは、貫通開口を閉止する第１位置と貫通開口を開放する第２位置との間で可動であるのが望ましい。この円筒形シャッタは、水のような冷却流体を受けるのに適合した内部キャビティを備えているのが望ましい。本発明は、何ら特定の作動原理に限定されないが、ウェーハキャリヤを実質的に囲む円筒形シャッタを利用することは、流れの場の乱れを最小にして、それにより結果として均一なエピタキシャル層になると考えられる。更に、シャッタの内部キャビティに冷却流体を供給することは、ウェーハキャリヤの全域にわたり熱の不連続性を最小にすることになる。一部の実施形態において、冷却流体は、水、オイル、及び約１００℃以上の沸騰温度を有するその他任意の液体からなるグループから選択された流体である。
【００１５】
リアクタは、冷却流体を内部キャビティに供給するためにシャッタの当該内部キャビティに流体連絡する配管を備えていてもよい。この配管は、冷却流体をシャッタに導入するための少なくとも１つの入口管と、冷却流体をシャッタから取り出すための少なくとも１つの出口管とを備えている。これら入口管及び出口管は、リアクタの作動中、冷却流体をシャッタに循環させるのが望ましい。一部の実施形態において、配管は、冷却流体をシャッタの内部キャビティに導入するための２つ以上の入口管と、冷却流体をシャッタの内部キャビティから取り出すための２つ以上の出口管とを備えている。この配管は、シャッタに接続されるのが望ましく、シャッタがその第１及び第２位置間を移動するときにシャッタと同時に移動するようになっている。
【００１６】
リアクタはまた、反応ガスを反応チャンバの内部に導入するために反応チャンバに取り付けられる注入フランジを備えているのが望ましい。ここで用いられている反応ガスという用語は、反応チャンバ内にある諸条件で存在する任意のガス及び蒸気を意味しており、高温及び低圧で反応チャンバ内に導入されるガスを含んでいる。反応ガスは、それと不活性ガスのような別のガスを混合することにより希釈することができる。ＣＶＤリアクタは、チャンバの内部領域内に反応ガスを導入するため、１９９８年９月２日出願の同一出願人による米国特許願第０９/１４６,２２４号に開示されたインジェクタのような１つ以上の反応ガスインジェクタも備えることができ、その開示内容は参照によりこの明細書に組み込まれる。各ガスインジェクタは、反応ガスをチャンバの外部領域からチャンバの壁にある開口を経由してその内部領域中に通過させるため１つ以上の通路を備えているのが好ましい。
【００１７】
ＣＶＤリアクタは、反応チャンバの内部領域内に取付けられるウェーハキャリヤを備えていてもよい。このウェーハキャリヤは、１つ以上のウェーハを受けるための成長領域を有する第１表面を備えているのが望ましい。当該ウェーハキャリヤの第１表面は、個々のウェーハを受け入れるための凹部もしくはポケットを有している。基板キャリヤは、反応ガスがチャンバの内部領域中に導入すると共にウェーハの上に導入しながら１つ以上のウェーハを回転させるように、チャンバの内部領域内に回転可能に取付けられているのが好ましい。ある実施形態において、基板キャリヤは、実質的に水平な面内で回転するように取付けられている。他の実施形態において、基板キャリヤは、実質的に垂直な面内で回転する。更に別の実施形態において、基板キャリヤは、水平な面及び垂直な面の間に位置する面内で回転するようになっている。
【００１８】
リアクタはまた、反応チャンバ内に取付けられたウェーハ及び／又はウェーハキャリヤを加熱するために反応チャンバと連絡する１つ以上の加熱要素を備えている。この加熱要素は、ウェーハの上面全体にわたり均一な温度をもたらすのが望ましい。ある実施形態において、加熱要素（単数又は複数）は、反応チャンバの内部に設けられている。反応チャンバはまた、加熱要素からの熱をウェーハ及び／又はウェーハキャリヤに向かって方向付けるため、その中に設けられた或いは１つ以上の加熱要素の近くに設けられた１つ以上の熱シールドもまた有することが可能である。
【００１９】
本発明の他の好適な実施形態において、ウェーハ及び／又はウェーハキャリヤ上にエピタキシャル層を成長させるためのリアクタは、反応チャンバを備えており、該反応チャンバは、複数のウェーハキャリヤをそこに挿入したりそこから取り出したりするための貫通開口を有しており、また、リアクタは、この貫通開口を選択的に閉止するため反応チャンバの内部に配置された円筒形シャッタを備えている。当該円筒形シャッタは、該貫通開口を閉止する第１位置と当該貫通開口を開放する第２位置との間で可動であるのが望ましい。この円筒形シャッタは、実質的に中空であるのが望ましく、また、冷却流体を受けるのに適合した内部キャビティを備えている。リアクタはまた、冷却流体を内部キャビティに供給するために円筒形シャッタの内部キャビティと流体連絡する配管、及び反応チャンバの内部に配置された上端を有する回転可能のスピンドルとを備えているのが望ましく、少なくとも１つのウェーハキャリヤはこのスピンドルの上端に取付けられている。ウェーハキャリヤがスピンドルの上端に取付けられたときに、円筒形シャッタはウェーハキャリヤの外周を囲んでいることが望ましい。ウェーハキャリヤの一部のみを囲むのとは対照的に、ウェーハキャリヤを完全に囲むことにより、流れの場及び温度の不連続性が避けられることになる。
【００２０】
一部の実施形態において、冷却流体の配管は、シャッタに接続される上端と、反応チャンバの外部に配置され、かつ冷却流体のタンクと連絡する下端とを有している。リアクタは、配管が接続される可動板を備えており、シャッタが開位置及び閉位置間を移動しているときに、可動板及び配管が互いに同時に移動するようになっている。作動要素は、可動板、配管及びシャッタを貫通開口を開放する第１位置と貫通開口を閉止する第２位置との間に移動するために可動板に接続されている。配管は、リアクタの底板にある開口を通り滑動することが望ましい。リアクタはまた、配管の長手方向軸線に対して実質的に平行な軸方向に沿って可動板の移動を案内するために、可動板と接触するガイド要素を備えていてもよい。
【００２１】
これらの好適な実施形態及びその他の好適な実施形態は、以下にもっと詳しく提示することにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図３Ａを参照すると、本発明の好適な一実施形態に基づいて、化学気相蒸着（ＣＶＤ）リアクタのようなリアクタ１２０は、真空等級のステンレス鋼から形成されていることが好ましい。このリアクタは、上端１２６とそこから遠く離れた下端１２８とをもつ円筒形壁１２４を有する反応チャンバ１２２を好ましくは備えている。リアクタ１２０は、円筒形壁１２４の上端１２６を覆って取付けられたインジェクタもしくは注入フランジ１３０を備えていることが望ましい。インジェクタフランジ１３０は、エピタキシャル層を成長させるための反応ガスのような反応物を反応チャンバの内部領域１３２に導入するのが好ましい。特定の好適な実施形態において、インジェクタフランジ１３０は、反応物を反応チャンバ１２２の内部に注入するためにシャワーヘッド式の水冷インジェクタを備えている。水冷要素１３６は、インジェクタフランジを所定温度範囲内に維持するため、インジェクタフランジ１３０の下側１３８と円筒形壁１２４との間に配置されている。
【００２３】
インジェクタフランジ１３０は、ディスク形に作られているのが好ましく、また、円筒形壁１２４の頂部にある円形開口の形状に実質的に一致する外周を有しているので、インジェクタフランジ１３０が反応チャンバ１２２に取付けられたときに、インジェクタフランジ１３０及び反応チャンバは気密シールを形成している。ＣＶＤリアクタは、円筒形壁１２４とインジェクタフランジ１３０との間に気密シールを形成するため封止要素１２５を含むのが好ましい。インジェクタフランジはまた、当該インジェクタフランジをチャンバに固定するため、ボルト又はねじのような締結具を孔に通して設置し得るように、その外周近くに複数の孔（図示せず）を備えていてもよい。一旦インジェクタフランジが円筒形壁の頂部に固定されると共に、両者間に気密シールが形成されていれば、インジェクタフランジはチャンバに恒久的に取付けられたままにしておいてもよい。その他の好適な実施形態において、インジェクタフランジは、リアクタの内部へのアクセスを取得するため、取外し自在となっている。
【００２４】
リアクタ１２０はまた、反応チャンバ１２２の内側もしくは内部領域１３２から排出ガスを除去するため排出管（図示せず）を備えていてもよい。一部の好適な実施形態において、この排出管は、反応チャンバ１２２の底部から延びることができる。リアクタ１２０はまた、円筒形壁１２４の下縁１２８を覆って取付けられる底板１４２を備えているのが好ましい。この底板１４２は、円筒形壁１２４の下端に取付けられているのが好ましい。このことから、底板１４２は固定されている。固定された底板１４２は、均一なエピタキシャル層を成長させるために、当該底板を最適温度に維持すべく冷却流体を受けるためのキャビティを有している。
【００２５】
反応チャンバ１２２は、ウェーハキャリヤを反応チャンバ１２２の内部領域１３２に挿入し、かつウェーハキャリヤをそこから取り出すため、円筒形壁１２４を貫いて延びる貫通開口１４４を備えていることが好ましい。図３Ａ及び図４を参照すると、この貫通開口１４４は、ウェーハキャリヤを反応チャンバ１２２に挿入したりそこから取り出したりするため、ゲートバルブ（図示せず）を介して装填装置に接続可能なフランジ１４６を備えている。円筒形壁１２４は、それと熱的に連絡する冷却ジャケット（図示せず）を備えていてもよい。この冷却ジャケットは、均一なエピタキシャル層の成長を最適化するために、円筒形壁１２４の温度を好適な範囲内に維持するのに役立つ冷却材をその内部に収容していることが好ましい。
【００２６】
ここに開示されたＣＶＤリアクタの好適な実施形態は、ウェーハ上に広範囲のエピタキシャル層を成長させるのに使用されている。これらには、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＡｓ1-xＰx，Ｇａ1-yＡｌyＡｓ，Ｇａ1-yＩｎyＡｓ，ＡｌＡｓ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＳｂ，ＧａＮ，ＩｎＧａＮ等のようなIII-Ｖ族化合物が含まれている。しかし、ここに開示されたＣＶＤリアクタはまた、他の化合物を生成するのにも利用されることができる。これらには、ＺｎＳｅ，ＣｄＴｅ，ＨｇＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＣｄＳｅＴｅ等のようなII-VI族化合物、ＳｉＣ，ダイアモンド，ＳｉＧｅのようなIV-IV族化合物、ＹＢＣＯ，ＢａＴｉＯ，ＭｇＯ2，ＺｒＯ，ＳｉＯ2，ＺｎＯ及びＺｎＳｉＯのような酸化物、並びにＡｌ，Ｃｕ及びＷのような金属がある。更に、その結果として生ずる材料は、高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ'ｓ)、レーザ、太陽電池、光電陰極、高電子移動度トランジスタ(ＨＥＭＴ'ｓ）、金属半導体電解効果型トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ'ｓ）を含め、広範囲の電子的及び光電子的用途に使用されることになる。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、リアクタは、可動な円筒形シャッタ１４８を備えている。この円筒形シャッタ１４８は、貫通開口１４４を選択的に閉じるために、開位置及び閉位置の間を可動であることが好ましい。図３Ａに示すように、貫通開口１４４は、エピタキシャル層の堆積プロセスの間、実質的に円筒形のシャッタ１４８により実質的に閉止されている。円筒形シャッタ１４８は、内部キャビティ１５０を有していることが好ましい。そして、リアクタ１２０は、この内部キャビティ１５０に流体連通する配管１５２を備えている。冷却流体は、シャッタ１４８の温度を所望範囲内に維持するため、配管を通過して内部キャビティ１５０に流入するようになっている。その結果、冷却流体は、シャッタ１４８について所望の冷却温度を維持するように、内部キャビティ１５０内で連続的に再循環されている。各配管１５２は、シャッタ１４８の底壁１５６に固定される上端１５４を備えているのが望ましい。特定の好適な実施形態において、シャッタ１４８の底壁１５６は、配管１５２の上端１５４を受け取るための開口（図示せず）を備えている。配管１５２の上端１５４は、底壁１５６の開口（図示せず）中に恒久的に固着されているのが好適である。配管１５２はまた、水タンク（図示せず）のような冷却流体源と流体連通するのが好ましい下端１５８を備えている。上端１５４及び下端１５８の間にある配管１５２の中間部分１６０は、固定の底板１４２の開口１６２を貫いて延びている。底板１４２は、冷却流体を受けるための底板凹部１６４を備えている。配管１５２の中間部分１６０は、固定の底板１４２の開口１６２を自由に通り滑動可能であるのが好ましい。以下にもっと詳細に説明するように、配管は、配管１５２の長手方向軸線に対して実質的に平行であるＡ−Ａと表わされた軸方向にシャッタ１４８を移動させるため、底板１４２に対して自由に滑動することが特に好ましい。リアクタ１２０はまた、底板１４２の裏面１６８に取付けられたスペーサ板１６６を備えているのが望ましい。
【００２８】
リアクタ１２０はまた、底板１４２の下方に可動板１７０を備えていてもよい。可動板１７０は、軸線Ａ−Ａに沿って、インジェクタフランジ１３０に対し、そこに向かって及びそこから離れて移動可能である。可動板１７０は、上面１７４と、下面１７６と、それらの間に延在する開口とを有しているのが望ましい。冷却流体を供給するための配管１５２は、可動板の開口１７２を貫いて延びているのが好ましいが、配管１５２は可動板１７０に固定されている。その結果、配管１５２及び可動板１７０は互いに同時に移動することになる。リアクタ１２０はまた、可動板１７０の下面１７６に接合されたアーム１８０を有する作動要素１７８を具備している。作動要素１７８は、Ａ−Ａと表わされた軸線に対して実質的に平行な方向で、可動板を底板１４２に対しそこに向かって及びそこから離れて移動させるように作動させられている。可撓性のベローズ構造１８２は、底板１４２の下面１６８に対して気密シールを維持することが望ましい。ベローズ１８２はまた、可動板１７０及び配管１５２が底板１４２に対して移動することを可能にするものである。
【００２９】
リアクタ１２０は、可動板１７０の案内開口１８６を貫いて延びる線形運動ガイド１８４を備えている。この線形運動ガイド１８４は、底板１４２に向かったりそこから遠ざかったりする軸線Ａ−Ａに対して実質的に平行な方向への可動板１７０の運動を案内している。リアクタ１２０はまた、作動要素１７８のベース部材１７９の頂部に取付けられた底板１８８を備えている。
【００３０】
リアクタ１２０はまた、反応チャンバ１２２の内部領域１３２内に配置された上端１９０と、反応チャンバ１２２の外側に配置された下端１９２と有するスピンドル１８９を備えている。ある好適な実施形態において、スピンドル１８９は、冷却流体を受けるように適合した内部キャビティを有している。スピンドル１８９の上端１９０は、その上にウェーハキャリヤ１９６を取付ける大きさ及び形状に作られている。ウェーハキャリヤ１９６は、エピタキシャル層を上に成長させるのに使用される１つ以上の半導体ウェーハを保持するように適合している。リアクタ１２０はまた、ウェーハキャリヤの上面及び／又はそこに取付けられた半導体ウェーハ全域にわたり均一な温度を確保するために、放射加熱要素１９８を備えている。リアクタ１２０はまた、この放射加熱要素からの熱をウェーハキャリヤ及びその上に収容されたウェーハに向ける熱シールド２００を備えていてもよい。図３Ａに示された特定の実施形態において、放射加熱要素１９８及び熱シールド２００は、互いに実質的に平行な方向に延びている。反応チャンバ１２２はまた、第１の熱シールド２００を横断する方向に延びる第２の熱シールド２０２を備えていてもよい。この第２の熱シールド２０２は、円筒形の形状とすることができると共に、ウェーハキャリヤ１９６の外周を囲むことができる。リアクタ１２０は、底板１４２に取付けられた回転フィードスルー２０４を備えている。この回転フィードスルー２０４は、電気モータ（図示せず）を使用して作動される強磁性流体式フィードスルーでもよい。回転フィードスルーは、反応チャンバ１２２の内部領域１３２内に真空を維持すべく、回転フィードスルー２０４及び底板１４２の間の境界面に気密シールを形成するのが好ましい。
【００３１】
シャッタ１４８は、１つ以上のウェーハキャリヤ１９６を反応チャンバ１２２の内部領域１３２に挿入したり及び／又はそこから取り出したりするのを可能にすべく、貫通開口１４４を閉止するための第１位置（図３Ａ）と貫通開口１４４を開放するための第２位置（図３Ｂ）との間で可動である。ウェーハキャリヤがスピンドル１８９の上に置かれた後、シャッタ１４８が第２開位置から第１閉位置に移動されるに至って、シャッタの上端は水冷要素１３６の下面に当接するようになり、それにより貫通開口１４４を閉止している。一旦シャッタ１４８が閉止されると、反応物（図示せず）は、インジェクタフランジ１３０のバッフルプレート１３４を通り導入されることになる。
【００３２】
本発明は何ら特定の作動理論に限定されないが、シャッタ１４８の内部キャビティ１５０に冷却流体を導入することは、エピタキシャル層を成長させるウェーハ表面の全域にわたる熱的な不連続を最小にすべく、所望温度レベルでのシャッタ１４８の温度のより敏感な制御を可能にすると考えられる。当業者に知られているように、ウェーハの面における温度の不連続は、欠陥エピタキシャル層の形成という結果になり得る。例えば、温度の不連続は、反応ガスを時期尚早に、余りにも遅く、或いは異なる速度で反応させることになり、これは、エピタキシャル層の特性もしくはエピタキシャル層の特定領域の特性を変えることになるかも知れない。冷却されたシャッタ１４８はまた、好ましくは、ウェーハキャリヤ１９６の上面全域にわたり均一な流れの場を提供するものである。
【００３３】
また、一部の好適な実施形態における円筒形シャッタの使用は、特に、シャッタがウェーハキャリヤの外周を完全に囲み、これはウェーハキャリヤの周縁の一部のみに接するシャッタよりも好ましいと考えられるので、熱及び流れの場の不連続を最小にすることになる。
【００３４】
均一な温度及び流れの場の提供は、ウェーハ上に均一なエピタキシャル層を形成する結果となる。堆積工程が終了したときに、シャッタ１４８は、作動要素１７８から可動の配管１５２を経由してシャッタ１４８に伝達される力により、下方に移動される。一旦シャッタ１４８が図３Ｂに示された第２の開位置に移動されると、ウェーハキャリヤ１９６は、貫通開口１４４を通ってリアクタ１２０から取り出すことができ、別のウェーハキャリヤがスピンドル１８９の上に取付けられることになる。
【００３５】
上記から分かるように、上に論じた諸特徴に関する幾多の変形及び組合せは、特許請求の範囲により更に明確にされているような本発明から逸脱することなく利用可能である。従って、好適な実施形態に関する上述の記載は、本発明の特定の局面を単に説明しているに過ぎず、決して本発明の範囲を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、半導体産業に利用可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ウェーハキャリヤ、サセプタ及び回転可能なスピンドルを備えた先行技術のリアクタの断面図である。
【図２】図１のウェーハキャリヤ、サセプタ及び回転可能なスピンドルを示す拡大図である。
【図３Ａ】本発明の一部の好適な実施形態に基づいて、シャッタを閉位置にしたリアクタを示す断面図である。
【図３Ｂ】シャッタを開位置にした図３Ａのリアクタを示す断面図である。
【図４】横断線IV−IVに沿って切り取った図３Ａのリアクタを示す平面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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