(57)【要約】  実施態様は、点欠陥の量が低減された半導体ウェハーを製造するためのシステム及び方法を含む。これらのシステム及び方法は、調整可能な紫外（UV）光源を含み、それは、半導体ウェハー中で点欠陥を解離させるために、エピタキシャル成長の間、半導体ウェハーの表面を横切って紫外光ビームのラスターを生じさせるように調整される。様々な実施態様において、調整可能な紫外光源は、金属有機化学蒸着（MOCVD）チャンバーの外側に設定され、且つ、紫外光ビームは、MOCVDチャンバーの壁内に規定された窓を通過して差し向けられるよう制御されている。【選択図】図５
2018523921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー；
少なくとも一つのウェハーを受け取るように適応された回転可能なウェハー・キャリア；
当該チャンバー内において、当該回転可能なウェハー・キャリアに取り付けられた少なくとも一つのウェハー；
当該チャンバーの壁内に規定されたビューポート；及び
当該少なくとも一つのウェハーに向かって気体混合物を供給するように構成された気体注入システム
を含む化学蒸着反応器、
紫外光ビームを発生させるように構成された紫外光源であって、当該紫外光源は当該ビューポートに動作可能に連結されている前記紫外光源、並びに
チャンバー内に取り付けられた当該少なくとも一つのウェハーの上に形成された半導体層上にラスター・パターンを作るための、当該紫外光源と連通しており、且つ当該少なくとも一つのウェハーに向かって、当該ビューポートを通じて当該紫外光ビームを制御するように適応されたラスター化サブシステム
を備える、化学蒸着システム。
【請求項２】
前記紫外光源が、前記半導体層の擬フェルミ準位を上げるために選択的に調整され、且つそれによって、当該半導体層の高温での成長後アニーリングなしに当該半導体層中の点欠陥を解離させる、請求項１の化学蒸着システム。
【請求項３】
前記半導体層が、大きなバンドギャップ材料から形成されたドープされていないか又はドープされた層を含み、且つ、前記紫外光源が、点欠陥密度の調節を通じて当該ドープされていないか又はドープされた層の抵抗性を変えるために選択的に調整される、請求項１の化学蒸着システム。
【請求項４】
前記紫外光源が、前記半導体層上で成長する材料の気相反応又は表面原子化学反応に影響を与えるエネルギーレベルとは異なるエネルギーレベルを生じさせるように調整される、請求項１の化学蒸着システム。
【請求項５】
前記紫外光ビームが、III族有機化合物又は当該III族有機化合物とV族化合物との間で形成される中間付加化合物に関連する特定の結合を引き起こすのに適する波長に調整される、請求項１の化学蒸着システム。
【請求項６】
前記回転可能なウェハー・キャリヤが、エピタキシャル成長の間、事前に決定された回転速度で回転され、且つ前記ラスター化システムが、事前に決定された回転速度に応じて前記紫外光を制御し、その結果、当該紫外光は、半導体層の複数の領域に入射し、そのような領域における点欠陥が解離される、請求項１の化学蒸着システム。
【請求項７】
前記ラスター・パターンが、一つ以上のウェハーの一種以上の回転速度、堆積された半導体層の成長速度及び／又は当該少なくとも一つのウェハーの配置に依存する、請求項６の化学蒸着システム。
【請求項８】
前記ラスター化システムが、前記堆積された層（複数可）の特徴に応じて前記紫外光の流束を制御する、請求項６の化学蒸着システム。
【請求項９】
前記紫外光源が、紫外光放射ダイオード（UV LED）源のアレイを含み、その中の少なくともいくつかは異なる波長を放射する、請求項１の化学蒸着システム。
【請求項１０】
前記ビューポートが、前記半導体層の全表面を撮像するように、全ての光アクセスを可能にする構造に構成されている、請求項１の化学蒸着システム。
【請求項１１】
前記窓が、光学的に紫外線を透過する材料で作られている、請求項１の化学蒸着システム。
【請求項１２】
前記少なくとも一種のウェハーが、少なくとも一種のエピタキシャルに成長した半導体層を含む、請求項１の化学蒸着システム。
【請求項１３】
少なくとも一つのウェハー上で、一つ以上のデバイス層が成長するように構成された半導体処理システムであって、当該システムは：
複数の処理チャンバーを備える単一の真空チャンバーを備え、当該複数の処理チャンバーの各々は、上端部分と底部分とを有し、当該単一の真空チャンバーは：
当該複数の処理チャンバーの各々の上端部分を含むカバー（各上端部分は、少なくとも、気体注入システム、並びに、計測機器、熱的及び他の非堆積処理システム、及び試験システムの少なくとも一つ、並びに紫外光源と連通しているラスター化サブシステムを伴う紫外光源を有する）；及び
ベース内において回転可能に取り付けられた回転式棚を備えるベース（当該回転式棚は、当該複数の処理チャンバーの各々の底部分を含み、各底部分は、それに回転可能に取り付けられた少なくとも一つのウェハーを受け取るように適応されている）
を有し、
ここで、当該複数の処理チャンバーの各々の上端部分及び底部分が、ベース上において、カバーを閉じることによって係合されるとき、当該複数の処理チャンバーの各々が、各他の処理チャンバーから切り離される、半導体処理システム。
【請求項１４】
少なくとも一つの半導体層を成長させるための方法であって：
少なくとも一つのウェハーを、化学蒸着反応器内において規定されたチャンバー内に配置すること；
当該チャンバー内に気体混合物を加え、少なくとも一つのウェハー上で、少なくとも一つの半導体層をエピタキシャルに成長させること；及び
紫外光ビームを、ラスター化システムによって選択的に差し向け、少なくとも一つの半導体層上にラスター・パターンを作ることを含み、
当該紫外光ビームは、当該少なくとも一つの半導体層及び気体混合物に対して選択的に調整され、それによって当該少なくとも一つの半導体層中の点欠陥を解離させる、前記方法。
【請求項１５】
前記紫外線ビームを、前記少なくとも一つの半導体層の擬フェルミ準位を上げるように調整し、それによって、当該少なくとも一つの半導体層の高温での成長後アニーリングなしに、当該少なくとも一つの半導体層中の点欠陥を解離させることをさらに含む、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一つの半導体層が、大きなバンドギャップ材料から形成されたドープされていないか又はドープされた層を含み、且つ、前記紫外光ビームは、点欠陥密度の調節を通じて当該ドープされていないか又はドープされた層の抵抗性を変えるために、選択的に調整される、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記紫外光ビームは、前記少なくとも一つの半導体層上で成長する材料の気相反応又は表面原子化学反応に影響を与えるエネルギーレベルとは異なるエネルギーレベルを生じさせるように調整される、請求項１４の方法。
【請求項１８】
前記紫外光ビームを、III族有機化合物又は当該III族有機化合物とV族化合物との間で形成される中間付加化合物に関連する特定の結合を引き起こすのに適する波長に調整することをさらに含む、請求項１４の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つのウェハーを、エピタキシャル成長の間、事前に決定された回転速度で回転させ、その結果、前記紫外光ビームは、前記少なくとも一つの半導体層の複数の領域に入射し、その結果、そのような領域における点欠陥が解離されることをさらに含む、請求項１４の方法。
【請求項２０】
前記一つ以上のウェハーの回転速度、堆積された半導体層の成長速度及び／又は当該一つ以上のウェハーの配置の一つ以上に基づいて、ラスター・パターンを選択することをさらに含む、請求項１９の方法。
【請求項２１】
気体混合物の適用の間のエピタキシャル成長の間、事前に決定された回転速度を変化させることをさらに含む、請求項１９の方法。
【請求項２２】
事前に決定された数の半導体層が、回転毎に成長されるように前記回転速度が選択される、請求項１９の方法。
【請求項２３】
前記紫外光が、前記半導体層の組成に基づいてある強度に調整される、請求項１８の方法。
【請求項２４】
前記気体混合物及び紫外光ビームが、連続的な方法で適用される、請求項１４の方法。
【請求項２５】
前記気体混合物及び前記紫外光ビームが、同時に行われる方法で適用される、請求項１４の方法。
【請求項２６】
前記紫外光が、堆積された半導体層の組成に基づいてある波長に調整される、請求項１８の方法。
【請求項２７】
以下のプロセスによって製造された半導体デバイス：
少なくとも一つのウェハーを、化学蒸着反応器内に規定されたチャンバー内に配置すること；
当該チャンバー内に、気体混合物を加えること（ここで、当該気体混合物の添加は、当該ウェハー上で一つ以上の半導体層のエピタキシャルな成長を引き起こす）；及び
当該気体混合物を加えながら、当該一つ以上の半導体層上にラスター・パターンを作るために、紫外光ビームを選択的に差し向けるようにラスター化システムを使用すること（当該紫外ビームは、当該一つ以上の半導体層及び当該気体混合物に対して選択的に調整され、その結果、当該一つ以上の半導体層における点欠陥を解離させる）。
【請求項２８】
前記一つ以上の半導体層の擬フェルミ準位を上げるために前記紫外光ビームを調整し、且つそれによって、当該一つ以上の半導体層の高温での成長後アニーリングなしに、当該一つ以上の半導体層中の点欠陥を解離させることをさらに含む、請求項２７の半導体デバイス。
【請求項２９】
前記一つ以上の半導体層が、大きなバンドギャップ材料から形成されたドープされていないか又はドープされた層を含み、且つ、前記紫外光ビームは、点欠陥密度の調節を通じて当該ドープされていないか又はドープされた層の抵抗性を変えるために選択的に調整される、請求項２７の半導体デバイス。
【請求項３０】
前記プロセスが、前記紫外光ビームを、III族有機化合物又はIII族有機化合物とV族化合物との間で形成される中間付加化合物に関連する特定の結合を引き起こすためのある波長に調整することをさらに含む、請求項２７の半導体デバイス。
【請求項３１】
前記プロセスが、前記少なくとも一つのウェハーを、エピタキシャル成長の間、事前に決定された回転速度で回転させることをさらに含み、その結果、前記紫外光ビームが、前記半導体層の複数の領域に入射し、そのような領域における点欠陥が解離される、請求項２７の半導体デバイス。
【請求項３２】
前記プロセスが、前記少なくとも一つのウェハーをある回転速度で回転させることをさらに含み、その結果、前記一つ以上の半導体層の事前に決定された数の層が、回転毎に成長される、請求項２７の半導体デバイス。
【請求項３３】
前記一つ以上の半導体層の事前に決定された数が、前記紫外光の強度及び当該一つ以上の半導体層の組成に基づいて選択される、請求項３２の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
実施態様は、半導体若しくは半導体デバイス（solid-state device）又はそれらの部品の、製造又は処理に特に適応されたプロセス又は装置に関する。より具体的には、実施態様は、固体凝縮物（solid condensate）を生じる気体状化合物の還元又は分解（即ち、化学蒸着又は金属有機化学蒸着（MOCVD））の使用、及び製造の間の光放射によるそのような構造物へのボンバードメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
化学蒸着は、化学種を含有する一種以上の気体を基板の表面に向けさせ、反応性種が反応し且つ前記表面上に堆積物を形成することを含む。例えば、化合物半導体は、基板上における半導体材料のエピタキシャルな成長によって形成され得る。基板は、一般的には、ディスク形状の結晶性物質であり、通常は「ウェハー」と呼ばれる。III-V半導体のような化合物半導体は、通常は、III族金属源及びV族元素源を使用して、ウェハー上に化合物半導体の層を成長させることによって形成される。一つのプロセスにおいて、それは、時には「塩化物」プロセスと呼ばれるが、III族金属は、揮発性の金属のハロゲン化物として提供され、最も一般的には、GaCl2のような塩化物であり、一方、V族元素は、V族元素の水素化物として提供される。
【０００３】
MOCVDプロセスにおいて、化学種は、III族金属ガリウム、インジウム及びアルミニウムのアルキルのような一種以上の金属−有機化合物を含み、並びに、NH3、AsH3、PH3及びアンチモン水素化物のようなV族元素の一種以上の水素化物の一種以上のようなV族元素源も含む。これらのプロセスにおいて、気体は、サファイア、Si、GaAs、InP、InAs又はGaPのウェハーのようなウェハーの表面で互いに反応させられ、一般式InxGayAlzNAAsBPCSbD（式中、ｘ+y+ｚ=約1、及びA+B+C+D=約1、並びにｘ、y、ｚ、A、B、C及びDのそれぞれは、それぞれ0と1との間であり得る）のIII-V化合物を形成する。時には、ビスマスが、他のIII族金属の一部またはすべての代わりに使用されるかもしれない。MOCVDは、従来は、MOCVD反応器内において、条件を変化させることによって、p-n接合を有する、即ち、構造物中におけるn-又はp-型ドーパントの程度が多様である半導体デバイスを成長させるために使用されている。例えば、反応器に導入される気体のタイプ、量、又は比率は、デバイスの成長の間、堆積プロセスの間を通して、変更され得る。
【０００４】
MOCVDは、従来は、窒化ガリウム（GaN）半導体デバイスを含む、多様な半導体デバイスを製造するために使用され得る。III-V族元素に基づく化合物半導体のような、半導体デバイスのそのような例は、LED（光放射ダイオード）、FET（電界電子トランジスタ）、MISFET（金属‐絶縁体‐半導体電界効果トランジスタ）、HEMT（高電子移動度トランジスタ）、CMOS（相補型金属酸化物半導体）等を含む。
【０００５】
GaNデバイスは、一般的には、ドープされていない層からなるか、又は意図的にドープされた層からなる。ドープされる層は、例えば、マグネシウム（Mg）、亜鉛、又はベリリウムでドープされ得、それらはp型半導体をもたらすか、あるいは、それらはゲルマニウム又はケイ素のような物質でドープされ得、n型半導体をもたらす。炭素、酸素、及び多くの重金属のような、意図的にではなく組み込まれた不純物は、半導体フィルムの光学的、電気的抵抗性及び物理的特徴に大いに影響を与え得、及びそれゆえ、これらの点欠陥の濃化の制御が望まれる。これらの不純物が百万分の一のレベルである時、一般的には、ホスト材料のバンドギャップ以内のエネルギー準位深さとなるが、このような場合でさえ抵抗性、非放射性再結合速度、及び時には格子不整合又は表面モルホロジーにおける著しい変化が観察され得る。特に、炭素の取込みは、フィルムの電気伝導性に強い影響を有し、炭素レベルが高まるにつれ、フィルムがより抵抗性になる。大量に炭素がドープされたGaNは、しばしば、FETデバイスにおいて電流阻止層として使用され、及び、一般的には、低濃度の炭素が、意図的にドープされた層に電気伝導性を高めるために必要である。
【０００６】
多くのデバイス構造物のために、創出され得るさらなるタイプの点欠陥があり、且つ、それらの密度を低減又は制御することも一般的に望まれ、そのような例は、Mgドーパントの水素複合体（H-複合体）、窒素欠陥(nitrogen vacancies)（VN）又はVN-Mg複合体の形成を含む。これらの点欠陥は、成長の間にGaN半導体の結晶構造に組み込まれるようになり得、不動態化（passivation）又はMgのアクセプタ準位の補償へと導く。不動態化又はドーパントの補償は、全般的に見れば、電気的に活性なドーパント・レベルを低減させ、これは、一般的には望ましくない。
【０００７】
従来、そのようなMg関連の点欠陥は、Mg-H複合体を解離できる成長後アニーリング・プロセスを通じて、部分的に取り除かれてきた。しかしながら、これらの成長後アニーリング手段は、製造時間及びエネルギー・コストの両方の観点から、非効率的である。加えて、それらは、既存のエピタキシャル構造成長プロセスに、余分な熱履歴を加える。この追加された熱曝露は、ドーパント又は合金構成原子の固体（solid-state）拡散をもたらし得、それにより、低い制御性の、急激な組成的且つドーピングの接合をもたらしている。
【０００８】
近年の研究は、MOCVD成長プロセスの間、半導体ウェハー全体に紫外（UV）光を当てることにより、点欠陥が制御され得ることを示しており、ここで、紫外光は、堆積される材料のバンドギャップより上のエネルギーレベルを有している。紫外光は、成長しているフィルム内において、少数キャリヤを生じさせ、それにより、電気化学的ポテンシャル（材料の擬フェルミ準位）を変える。これは、次に、Mgドーピングの間に組み込まれるバックグラウンド水素の低減をもたらし得、炭素不純物の組み込みを変える可能性があり、且つ場合によりフィルム中の窒素欠陥を低減させると提案された。Marc Hoffmanらの文献、成長の間のフェルミ準位制御によるGaN中の点欠陥管理（Point Defect Management in GaN by Fermi-Level Control During Growth）、SPIE会報8986（2014年3月8日）。Zachary Bryanらの文献、MgがドープされたGaNの成長の間の点欠陥のフェルミ準位制御（Fermi Level Control of Point Defects During Growth of Mg-Doped GaN）、42 Journal of Electronic Materials 5、815（2013）も参照されたい。
【０００９】
この最初の研究は、Mg-H、VN、又はVN-Mg点欠陥及び複合体の数を減らすための、可能性のあるメカニズムを同定しているけれども、少なくとも三つの理由により、実施は困難なままである。第一に、大容量製造MOCVDプロセスは、一般的には、光侵入を促進も内部光原を有しもしないチャンバー中で行われる。第二に、MOCVD反応器の内部に光を提供するために、適切なメカニズムが見いだされたとしても、エピタキシャル成長プロセスの間、UV光を全ウェハーに照射することは、そのような大きな堆積領域全体にわたって、エネルギー集約的であろう。第三に、低いエネルギーレベルで光源を動作させることは、全ての点欠陥複合体を解離させるには不十分であるかもしれず、一方、高エネルギーで光源を動作させることは、チャンバー中の残りのMOCVD気体／蒸気間で、望ましくない反応を引き起こし得、且つ、用いられた光のための最小及び最大の容認できるエネルギーレベルは、MOCVDプロセスで使用された前駆体に基づいて変化し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（要約）
クレームされた発明の一つの実施態様によれば、化学蒸着システムは、化学蒸着反応器を含む。化学蒸着反応器は、チャンバー、チャンバー内に回転可能に取り付けられた少なくとも一つのウェハー、チャンバーの壁内に規定されたビューポート、及び少なくとも一つのウェハーに向かって気体混合物を供給するように構成された気体注入システムを含む。化学蒸着システムは、さらに、紫外光ビームを発生させるための紫外光源を含み、紫外光源は、ビューポートに動作可能に連結されている。紫外光ビームは、調整可能な波長、調整可能な強度、及び方向を有し得る。紫外光源を制御するラスター化（rastering）サブシステムは、チャンバーの外側に配置されており、且つチャンバー内に取り付けられた少なくとも一つのウェハー上に形成された半導体層上にラスター・パターンを作るために、少なくとも一つのウェハー上の堆積表面に向かって、ビューポートを通じて紫外光ビームの方向を修正するように構成されている。
【００１１】
他の実施態様によれば、少なくとも一つの半導体層を成長させるための方法は、ウェハーを化学蒸着反応器内において規定されたチャンバー内に配置すること、チャンバー内に気体混合物を加え、ウェハー上で少なくとも一つの半導体層のエピタキシャルな成長を生じさせること、及び気体混合物を加えながら、少なくとも一つの半導体層上にラスター・パターンを作るように、光の紫外ビームを選択的に向けるようにラスター化システムを使用することを含み、紫外ビームは、少なくとも一つの半導体層及び気体混合物に基づいて、ある波長及びある強度に調整され得、少なくとも一つの半導体層において、点欠陥を解離させる。
【００１２】
クレームされた発明の他の実施態様によれば、III-V族元素に基づく化合物半導体のような半導体デバイスは、上記方法によって作られ、当該デバイスを備えるように使用された半導体層は、低減された数の点欠陥を有する。
【００１３】
本発明の上記要約は、本発明の、各々の説明された実施態様又はあらゆる実施を記載するように意図されてはいない。この後に続く詳細な説明及び請求の範囲は、これらの実施態様をより詳細に実証する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
（図面の簡単な説明）
【図１】図１は、一つの実施態様の、MOCVDシステムの断面図である。
【図２】図２は、一つの実施態様の、MOCVDシステムの略断面図である。
【図３】図３は、一つの実施態様の、エピタキシャル成長の間の半導体層への紫外曝露方法のフローチャートである。
【図４】図４は、一つの実施態様の、MOCVD反応器の制御システムの概略である。
【図５】図５は、他の実施態様の、MOCVDシステムの断面図である。
【図６】図６Ａ及び６Ｂは、図５の一部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施態様は、様々な修飾及び他の形態に適用可能であるけれども、それらの詳細は、図面において例として示されており且つ詳細に記載されるであろう。しかしながら、意図は、記載された特定の実施態様に発明を限定しようとするものではないということが理解されるべきである。それどころか、意図は、添付された請求の範囲によって定義される発明の精神及び範囲内に収まる、全ての修飾、等価物、及び代替手段を対象に含めることである。
【００１６】
（詳細な説明）
実施態様によれば、金属有機化学蒸着（MOCVD）システムは、窓であって、それを通って紫外（UV）光が送られ得る窓を有する化学蒸着反応器を含む。紫外光は、異なる波長に調整可能であり、MOCVDシステムのチャンバー内部の特定部分に向けられ得る紫外光源によって提供され得る。例えば、紫外光は、水銀アーク灯、水銀−キセノン・アーク灯、又はUV LED若しくはLEDアレイであってよい。様々な実施態様において、紫外光は、紫外スペクトル（一般的には、約１８０ｎｍ乃至約４００ｎｍ）中、所望の波長に調整されるように、且つラスター・パターンにおいて、MOCVDチャンバー中で成長される半導体層の様々な部分に狙いを定められ得る光ビームを生じるよう使用されるように、適応されている。ラスター速度（光を当てられた面積当たりの滞在時間を定義している）、紫外光波長、及び光強度は、それぞれ、点欠陥による不動態化の低減を伴って、半導体層の成長特性を調節するために修正され得る。ラスター走査当り、紫外放射の単位面積当たりの全部の流束（flux）は、堆積した半導体層に当てられる入射光ビームの曝露（又は存在）時間及び強度（単位面積当たりのパワー）によって決定され得る。ラスターで走査されたパターンは、成長しているウェハー上の全ての堆積領域を照らすように使用され得る。紫外照射が、ある速度で半導体層の全表面にわたってラスター化され、それによって、（成長速度によって定義された）曝露されていない堆積厚さが紫外光の侵入深さ（それは、一般的には数層の単分子層である）を超えない限り、照射は、材料における擬フェルミ準位を変えるという所望の効果を生ずるであろう。
【００１７】
図１は、一実施態様の、MOCVDシステム１００の略断面図である。MOCVDシステム１００は、反応器１３０、チャンバー１０２、ウェハー・キャリヤ１０４、ウェハー１０５、気体注入システム（示されていない）、紫外光源１０６、及び紫外光誘導サブシステム１０８を含む。気体注入システムの例は、米国特許第８，３０３，７１３号及び同第８，２８７，６４６号、並びに米国特許出願公開第２０１０／０３００３５９号（これらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。上で言及した気体注入システムは、少なくとも一つのウェハーに向かって、気体混合物を下方に運ぶ。いくつかの実施態様において使用され得る他の気体注入システムは、倒立式気体注入システムである。このシステムでは、少なくとも一つのウェハーは、成長チャンバー内において、サセプタ、即ち、ウェハー・キャリヤ中に保持され、且つその上にエピタキシャル層が成長されることになっている少なくとも一つのウェハーの表面は、成長チャンバー内で表面を下にして（倒立式に）設置され、且つ気体注入器は、サセプタ、即ち、ウェハー・キャリヤの下に取り付けられ、気体混合物は、少なくとも一つのウェハーに向かって上方に流れる。
【００１８】
そのような倒立式気体注入システムの例は、米国特許第８，１３３，３２２号、米国特許出願公開第２００４／０１７５９３９号、及び米国特許出願公開第２００４／００６０５１８号（これらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。気体注入システムの他のタイプは、樽（barrel）型MOCVD反応器のための気体注入システムである。そのような反応器の例は、米国特許第６，２１７，６６２号及び同第６，２３１，９３３号（これらの内容は、本明細書に組み込まれる）に記載されている。さらなる気体注入システムは、米国の公開された特許出願第２０１４０２８７１４２号、同第２０１００２７３３２０号、同第２０１５０００７７７１号、同第２０１３０１６７７７１号、同第２０１４００１４０３９号、同第２０１２０１６０１７０号、及び同第２０１２００４８１９８号（これらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているものを含む。
【００１９】
図１に示された実施態様において、紫外光誘導サブシステム１０８は、鏡１１０、レンズ１１２、及びビューポート１１４を含む。ビューポート１１４は、光誘導サブシステム１０８の一部であることに加えて、チャンバー１０２の壁の一部をも形成している。チャンバー１０２は、図１に示された図において、かなり単純化されている。チャンバー１０２は、MOCVDプロセスが行われる空間を規定している。チャンバー１０２は、実質的に密閉されており、且つ様々な気体のための侵入ポート（示されていない）も、ウェハー・キャリヤを抜き差しするためのアクセス・ポート（これも示されていない）をも含む。適切なMOCVDチャンバー、反応器筐体及びシステムのいくつかの例は、米国特許第８，８９５，１０７号、同第８，３０３，７１３号、同第８，２８７，６４６号、及び同第６，９０２，６２３号（これらの開示は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。市場で入手可能なMOCVDシステムは、K465i（商標）、MaxBright（登録商標）、Propel（商標）、及び／又はEPIK（商標）700システムのような、ヴィーコ・インスツルメンツ・インクから市販されているものを含む。
【００２０】
ウェハー１０５は、チャンバー１０２内において、その上に半導体層がエピタキシャルに成長する表面である。チャンバー１０２に応じて、一つ以上のウェハー１０５が存在する。ウェハー１０５は、ウェハー・キャリヤ１０４によって支持されており、ウェハー・キャリヤ１０４は、回転スピンドル１２０に回転可能に取り付けられている。いくつかの実施態様では、ウェハー１０５は、スピンドル１２０を必要としない回転システムによって回転され得る。スピンドル１２０を必要としない回転システムによって回転されるウェハー・キャリヤ１０４の又はウェハー１０５の回転は、以下においてより詳細に記載されるように、ラスター化のために有用ともなり得る。そのような回転方法の例は、米国特許第６，７２６，７６９号、米国特許出願公開第２０１３０２５２４０４号、及び米国特許出願公開第２０１５００７５４３１号（これらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。一つの実施態様において、エピタキシャルに成長した半導体層は、LED又はHEMT（高電子移動度トランジスタ）のような半導体構造を形成できる様々な層であり、その説明は、当該技術分野でよく知られている。
【００２１】
ウェハー１０５は、ケイ素、サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、又はエピタキシャルに成長した半導体材料の第一の層を支持する他の結晶性基板であり得る。半導体材料はエピタキシャルに堆積されるので、半導体材料の層は、図１に示された配置に関して、ウェハー・キャリヤ１０４から離れて、一般的には上に向かって伸びる。
【００２２】
紫外光源１０６は、図１において、エピタキシャルに成長した半導体層同様、チャンバー１０２中に、並びにウェハー・キャリヤ１０４及びウェハー１０５の上にも向けられ得る、出ていくビームを示している矢印によって示された、紫外の光又は放射を提供する。紫外光源１０６は、例えば、水銀アーク灯、水銀−キセノン・アーク灯、又はUV−LED電球若しくはLEDアレイであり得る。いくつかの実施態様において、紫外光源１０６は、平行にされた構造中に収納され得、又は、紫外レーザであり得、紫外光源１０６によって放射された光は、特定の方向に発散せられ、且つより容易に所望の目標物に向けられ得る。
【００２３】
いくつかの実施態様において、紫外光源１０６は、選択的に調整可能な波長を有するように適応されている。チャンバー１０２内において成長されている材料のタイプに応じて、点欠陥の除去のために、異なるエネルギーレベルが有益であるかもしれない。例えば、とりわけ、AlN、AlGaN、GaN、InGaN、SiC、SnGe、ダイヤモンド、又はBNのような大きなバンドギャップ材料においては、点欠陥が解離され且つ除去され得る程度まで擬フェルミ準位を高めるのに十分なエネルギーを提供するために、より短い波長を使用することが有益であるかもしれない。それゆえ、より低い波長に調整され得る紫外光源１０６を提供することが望ましいかもしれない。例えば、約０．６５Al原子対０．３５Ga原子（Al０．６５Ga０．３５N）の原子比を有する、１１００℃においてMOCVDチャンバー内で成長させられているAlGaN半導体層は、およそ４eVのバンドギャップを有する。それゆえ、３０９nm以下の波長が望ましいであろう。異なる材料又は比を有する他の実施態様においては、より高い又はより低い波長が望まれるかもしれない。
【００２４】
反対に、エピタキシャルに成長された材料のバンドギャップが相対的により低い場合、より高い波長の紫外光源１０６を使用することで十分であるかもしれず、且つエネルギー消費がより少ないかもしれない。いくつかの場合において、短すぎる波長を使用することは、いくつかの材料において、適切な結晶成長を妨げるということもあり得る。それゆえ、より高い波長に調整され得る紫外光源１０６を提供することが望ましいかもしれない。
【００２５】
加えて、チャンバー１０２内の気相中のいくつかの材料は、紫外光源１０６によって提供される放射によって影響を受けるということもあり得る。例えば、放射が、チャンバー１０２内の気相材料の結合エネルギーの共振周波数におけるものであり、且つそのような放射がチャンバー１０２を通って送られたならば、チャンバー１０２内において、ウェハー１０５から離れた不適切及び／又は望ましくない場所で反応が起こるということもあり得る。それゆえ、一方では、今もなお、ウェハー１０５上においてエピタキシャルに成長した材料層中の点欠陥を解離させるために十分なエネルギーを提供しつつ、そのような共振周波数を避けるために、紫外光源１０６が放射する紫外光の波長がより高く又はより低く調整され得るように、調整され得る紫外光源１０６を提供することが望ましい可能性がある。
【００２６】
なおさらに別の実施態様において、成長させられている材料中で特定の結合を引き起こすために、目的とした波長が使用され得る。例えば、紫外光源１０６の波長は、III族有機化合物（例えば、TMGa、TMAl、TMIn及びそれらに関連付けられたラジカル）又はIII族有機化合物とAsH3、PH3、及びNH3のようなV族化合物との間で形成される中間付加化合物に関連する特定の結合を引き起こすように設定されるということもあり得る。紫外光誘導システム１０８は、光を所望の目標に向けるシステムである。図１に示された実施態様において、例えば、光誘導システム１０８は、鏡１１０、レンズ１１２、及びビューポート１１４を含む。別の実施態様において、光誘導システム１０８は、所望の光誘導の所望のタイプに応じて、より多くの、より少ない、又は異なる要素を有し得る。例えば、別の実施態様において、光誘導システム１０８は、多数の鏡、レンズ、又はビューポートを含み得る。実施態様において、（鏡１１０のような）鏡は、時間の関数として鏡１１０の位置を変更するラスター化システムの一部であり得る。
【００２７】
図１に示されているように、鏡１１０は、紫外光源１０６によって作られた放射をウェハー１０５に向かって送るように構成された固定鏡である。図１に示された実施態様において、これは、紫外光源１０６によって放たれた放射の方向に、おおよそ９０°の回転を提供することによって成し遂げられる。鏡１１０は、しばしば、紫外光源１０６よりも実質的に小さい。物理的空間は、紫外反応器筐体１０２に及びとりわけ隣接するビューポート１１４に隣接するように制約され得るので、鏡１１０は、紫外光源１０６の位置決め及び方向性において都合のよい適応性を提供し得る。いくつかの実施態様において、鏡１１０は、それが、例えば米国特許第７，５７０，３６８号並びに米国特許出願公開第２０１３／０３４０６７７号及び同第２０１３／０３４３４２５号（これらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる）にそれぞれ記載されている走査型駆動トランジスタ（DRT）、即ち、走査型青色パイロス（pyros）のような他の走査機構を妨げないようなやり方で位置決めされ得る。紫外光誘導システム１０８の他の要素同様、鏡１１０の適切な位置決めは、チャンバー１０２内部への他のアクセス・ポイント又は追加のビューポートの要求なしに、システム１００に機能性を追加し得る。
【００２８】
レンズ１１２は、紫外光源１０６によって提供された放射を所望の点又は領域に収束させるために使用され得る。例えば、図１に示されているように、レンズ１１２は、矢印によって示されたように、紫外放射をウェハー１０５の全体をカバーするように向けるように使用される。しかしながら、別の実施態様においては、ウェハー１０５のより小さい部分に放射を収束させることが、しばしば有用である。例えば、図２に関してより詳細に記載されているように、いくつかの実施態様では、放射は、エピタキシャルに成長した円形ウェハーの半径に沿って、ウェハー１０５の薄いストリップに向けられ得る。他の実施態様においては、以下においてより詳細に記載されるように、成長されている層の形状及び材料組成、ビルド・プラットフォーム１０４の回転速度、並びに放射の波長及び強度に応じて、レンズ１１２は、紫外光源１０６からの放射を異なるやり方で収束させるように使用され得る。
【００２９】
ビューポート１１４は、放射の進入を許す、チャンバー１０２の壁の一部である。例えば図１に示された実施態様においては、ビューポート１１４は、紫外光源１０６によって作られた放射の進入を容認する。ビューポート１１４は、例えばガラス窓、合成石英、石英ガラス又はサファイア窓のような、光学的に紫外透過性の材料であり得る。合成石英、石英ガラス又はサファイアは、それを通って送られる短波長放射の紫外吸収を防ぐために、ビューポート１１４に使用され得る。一般的に、所望の波長範囲内において透明なビューポート１１４を形成するために、成長させられている材料のバンドギャップ及び／又は不動態化している点欠陥を解離させるために必要とされるエネルギーに対応して、任意の材料が使用されてよい。
【００３０】
いくつかの実施態様において、ビューポート１１４は、様々な大きさ及び形状を有し得る。例えば、様々な道具（tool）への光アクセスを提供することが望ましいかもしれず、且つその結果、より大きなビューポート１１４、又は多数のビューポート１１４でさえ、異なる実施態様のために予期されている。
【００３１】
いくつかの実施態様において、システム１００は、GaNに基づく半導体デバイスを成長させるために使用され得る。従来のシステムを使用した半導体構造の成長の間、n-型及びp-型のドーピングは、一般的には非効率的である。そのような非効率性の一つの理由は、窒化物層とウェハーとの間で生じ得る大きな空間格子と熱的不整合のために、バルク層中で生じる貫通転位及び点欠陥の両者が高レベルであることである。この材料系は、さらに、標準的なMOCVD成長条件（キャリヤ気体、成長温度、III族／V族化合物比及び、多くの場合において、ウェハー又はウェハー・キャリヤの回転速度）の間中の結晶格子へのNの組み込みの相対的な非効率性によって妨害され、高レベルの窒素欠陥をもたらす。従前に記載したように、そのような欠陥は、ドーパントへの点光源補償中心としての役割を果たし得、全体としての電気的に活性なドーパント・レベルを低下させる。システム１００は、成長速度よりも速い速度で堆積表面をラスター化することによって、そのような欠陥の発生を低減させる。システム１００は、従来のシステムを使用して発生させられていたであろう、より少ない点欠陥を有する半導体構造又は他の半導体デバイスを成長させるために使用され得る。
【００３２】
一つ以上のウェハーの回転速度は、ウェハー・キャリヤ上に装着されているか否かに関わりなく、一つ以上のウェハーの堆積表面を横切って気体の層流を提供するように、反応器内における処理気体の総流量と結び付けられている。そのことから、次いで、ラスター走査速度は、堆積された材料の単一の（又は多数の）単分子層のエピタキシャルな成長過程の間、堆積表面の各ポイント上に収束されるように選択され得る。紫外光源の強度は、ウェハー１０５上において、例えば約０．１乃至１０００W／cm2の入射パワーの間となるよう調整可能である。
【００３３】
さらに、ウェハー・キャリヤ１０４の回転速度は、紫外光源１０６によって作られた放射によって照らされる、ウェハー１０５のその部分に基づき得る。例えば、いくつかの実施態様において、光誘導システム１０８は、紫外光源１０６によって作られた光をウェハー１０５の半径に送り得る。他の実施態様において、例えば紫外光源１０６が平行とされている態様では、光誘導システム１０８の要素は、ウェハー１０５の表面を横断して、紫外光をラスター化するために使用され得る。ラスター化は、例えば、光誘導システム１０８の一部として、移動可能な鏡１１０を使用することによって達成され得る。
【００３４】
任意にラスター化され及び／又は鏡１１０によって方向を変えられた紫外光源１０６からの放射は、レンズ１１２によって収束され得、ビューポート１１４を通過し且つチャンバー１０２に入ることとなる。紫外光源１０６の波長及び強度、並びにビューポート１１４に対する鏡１１０及びレンズ１１２の位置を調整することにより、ウェハー・キャリヤ１０４の回転の間、ウェハー１０５の全体を実質的にカバーするであろう、適切な照射及び／又はラスター化パターンが確立され得る。実施態様において、ウェハー１０５に沿った表面画像のラスター走査速度及び入射パワーに応じて、強度における大きな変動が達成され得る。開示の一実施態様において、放射の波長及び強度は、成長時間、フィルム厚、又は他の因子の関数として、多様とされ得る。
【００３５】
点欠陥を補うために十分に低い波長で光をあてる及び／又はラスター化することにより、MOCVD成長プロセスの間、より低い堆積温度が使用され得る。一般的なMOCVDプロセスにおいては、H2、N2又はその両者のような一つ以上のキャリヤ気体との混合物中において、アンモニア又は他のV族水素化物の混合物のような第一の反応性気体が第一気体通路を通って供給され、一連の第一の反応性気体流れを形成する。同様に、キャリヤ気体との混合物中の、金属−アルキルのような第二の反応性気体は、第二気体通路を通って供給され、第一の反応性気体流れの間に組み入れられている一連の第二の反応性気体流れを形成する。H2、N2又はそれらの混合物のようなキャリヤ気体は、第一の反応性気体の各々の流れと第二の反応性気体の流れの隣接する列との間に挿入されている。気体流れは、ウェハー・キャリヤ、即ち、サセプタ、及びウェハーの周辺に向かって進み、ここで、第一及び第二の反応性気体は、ウェハー表面上で互いに反応し、例えばIII-V半導体として、堆積を形成する。
【００３６】
紫外で支援されたドーピングの間に可能とされる、予測されたより低い成長温度、及び成長後の高温アニール工程の除去の可能性（例えば、取り込まれた水素を除去するため）は、MOCVD成長材料の熱履歴を大きく改良し得る。したがって、より原子的に急激な多重量子井戸（MQW）領域、より精密に制御されたドーピング・プロファイル、並びに固体拡散及び混合プロセスのために影響を受ける他のエピタキシャル構造の特徴は、実施態様においては、より低い熱履歴MOCVD成長方法によって得られるかもしれない。
【００３７】
様々な実施態様により、従来のMOCVD成長技術を使用して従前においては達成され得なかったいくつかの構造及びデバイス構造デザイン又はウェハーが、本明細書に記載され及び／又は請求されたシステム及び方法を使用して、作られるかもしれない。そのような従前においては達成され得なかった構造は、より低い直列抵抗加熱及び素子寿命の制限を随伴して、相対的により高い伝導レベル／低い抵抗性を有する構造を含む。これらのフィルムにおいて、点欠陥の影響を低減することにより、例えば、より高性能の市販可視及び紫外LEDが製造され得る。
【００３８】
実施態様において、サセプタは、その上に堆積が生じるウェハーを支持し得る。サセプタ及びウェハーの温度は制御され得、ウェハーの物理的変形を生じることもあり得る温度勾配を防止する。別の実施態様では、温度勾配に関連する変形は、例えばリング形状のホルダー／サセプタ内にウェハーを配置することによって未然に防がれ得、ここで、ウェハーの中心は、異なる温度を有する他の部品の隣に配置されない。なおさらなる実施態様において、ウェハーは、ウェハーの下部のサセプタは全くなしに、反応器筐体中に配置され得る。これは、例えば、電磁気的に制御されたチャックを使用して、ウェハーの端を保持することによって達成され得る。
【００３９】
図２は、システム１００に似ているMOCVDシステム２００の略断面図である。一般的に、各図面における似た部分は、他の図面に記載された他の実施態様に１００で繰り返された参照番号を有する。例えば、チャンバー２０２は、図１のチャンバー１０２と実質的に似ている。同様に、図２に示されたウェハー・キャリヤ２０４は、図１のウェハー・キャリヤ１０４と実質的に似ており、図２に示されたウェハー２０５は、図１のウェハー１０５と実質的に似ており、且つ図２のビューポート２１４は、図１のビューポート１１４と実質的に似ている。
【００４０】
操作の間、ウェハー２０５上に成長される半導体層の異なる部分は、ウェハー・キャリヤ２０４の回転速度に応じて、紫外光ビーム２４０に衝突されるであろう。
【００４１】
実施態様において、ウェハー・キャリヤ２０４の回転速度は増加又は低減され得、ウェハー２０５上に形成された半導体層の上端の一つ以上における点欠陥を解離するのに十分な放射を提供する。いくつかの実施態様において、ビューポート２１４を通過する紫外光は、エピタキシャルに成長された材料の上端の２−３層における点欠陥を解離するために、十分に高い強度及び／又は低い波長を有し得る。したがって、ウェハー・キャリヤ２０４の回転速度は、ウェハー・キャリヤ２０４が４−６のエピタキシャルに成長された層毎におよそ１回回転するように設定され得る。適用された放射に対してより高い不透過度を有する他の実施態様においては、成長した材料のより少ない層における点欠陥を解離するため、ウェハー・キャリヤ２０４をより早く回転させることがより望ましいかもしれない。
【００４２】
加えて又は代わって、ビューポート２１４の大きさ及び方向は、代替し得る実施態様において変更され得る。例えば、いくつかの実施態様では、ビューポート２１４は、図２に示された全直径幅のビューポート２１４の上よりもむしろ、ウェハー２０５の半径の上に配置され得る。ビューポート２１４が、一般的に円形のウェハー・キャリヤ２０４／ウェハー２０５配置の全直径にわたって伸びている場合、これは、「全直径ビューポート」又は全スリット型ビューポートとして参照され得る。同様に、一般的に円形のウェハー・キャリヤ／ウェハー配置の幅の少なくとも半分に沿ってのみ伸びているビューポートは、「半径ビューポート」として参照され得る。なおさらなる実施態様では、他の形状のビューポート２１４が使用され得、それは、ウェハー２０５上で放射をラスター化するのを許容する。本明細書において予期された他のタイプのビューポートの例は、一つ以上の放射状に広がるビューポートである。放射状に広がるビューポートは、ビューポートから紫外光源を除去することなく、紫外光源の放射位置を変更する機能を有するビューポートである。そのような放射状に広がるビューポートは、放射状に伸びているレールであって、ビューポートからの除去なしに、一つの放射状の位置から他へ、紫外光源をその上に滑らせるレールを含み得る。このタイプの放射状に伸びているビューポートは、さらに、米国特許第８，８８８，３６０号（その内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。他のタイプのビューポートは、当業者によって容易に認識され得る。使用されたビューポートのタイプ及び／又は形状にかかわりなく、様々な実施態様において、有効なビューポートの配置（geometry）は、全光アクセスに少なくとも一つのウェハー又は堆積物表面に形成された半導体層の全表面を撮像させることによって、半導体層の全表面にわたって入射する紫外光ビームを提供する。
【００４３】
気体注入システム２１８は、反応気体をチャンバー２０２に導入する。一般的には、気体注入システム２１８は、ウェハー・キャリヤ２０４、及びしたがってウェハー２０５が回転する間固定されており、それゆえ、ビューポート２１４も、ウェハー２０５が回転する間固定が維持され得る。これは、経時的に、ウェハー２０５のビューポート２１４の外側から見えるようになる部分の変更をもたらす。
【００４４】
図３は、エピタキシャル成長の間の半導体層の紫外曝露のための方法３００のフローチャートである。方法３００は、従来において製造されたウェハーと比べて低減された数の点欠陥を含む、半導体層又は他のエピタキシャルに成長した構造の製造のための一例である。
【００４５】
工程３０２において、一つ以上のウェハーは、チャンバーに取り付けられている。一つ以上のウェハーは、上記のように、例えば、サファイア、ケイ素、又は他の結晶構造であり得る。一つ以上のウェハーは、上記のように、例えば、MOCVDチャンバー内において、回転可能なウェハー・キャリヤ上に装着され得る。一つ以上のウェハーは、所望の半導体層のその後のエピタキシャル成長のための適切な基板を提供する。
【００４６】
工程３０４において、チャンバーは、気体混合物でパージされる。例えば、図２において描写されたシステムにしたがって、気体注入システム２１８は、チャンバー内に気体を導入するように使用され得る。これらの気体は、所望の半導体層のエピタキシャルな成長において使用される、超高純度の前駆体と他の気体との適切な混合物であり得る。工程３０４は、望まれていない除去気体をも含み得る。例えば、工程３０４は、初めにチャンバー内で真空を作り、その後に所望の気体を添加することを含んでもよい。実施態様において、これは、チャンバー内において、低乃至中真空度（例えば、１kPaと１０１kPaとの間）の圧力をもたらす。
【００４７】
工程３０６は、処理気体のチャンバー内への導入を提供する。処理気体がチャンバー内に導入されるとすぐに、一つ以上のウェハーが、工程３０８におけるように回転される。この段階において一つ以上のウェハーを回転することは、チャンバー内における処理気体の層流を生じさせる。
【００４８】
工程３１０において、一つ以上のウェハーに熱が与えられる。当該技術分野でよく知られている電気抵抗加熱器のような加熱器が使用され得る。そのような加熱器の例は、米国特許第５，７５９，２８１号及び同第７，６６６，３２３号（これらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。
【００４９】
流れている処理気体を伴う加熱された環境中で回転している一つ以上のウェハーを使用して、工程３１２で半導体層の形成が始まる。
【００５０】
工程３１４において、紫外光が半導体層に照射される。紫外光は、ビューポートを通ってチャンバーに導入され得る。照射された紫外光は、エピタキシャル成長の間、半導体層に激突する。紫外光は、エピタキシャル成長の間、半導体層中で、炭素不純物、水素複合体、又は窒素欠陥のような点欠陥を解離するように使用され得る。いくつかの実施態様では、ビューポートの全長に沿ってチャンバー内に導入される紫外光の「ストリップ」があってもよい。他の実施態様では、その光は点であり得、それは、ビューポートの下で、ストリップに沿ってウェハー上に形成された半導体層の各部分に所望の光レベルを提供するあるパターンにおいて、ビューポートのストリップを横切って前後にラスター化され得る。
【００５１】
いくつかの実施態様において、紫外光の強度は、上端の半導体層のみならず、上から数層の半導体層において、欠陥を解離するために修飾され得る。そのような紫外処理が点欠陥の所望の低減を提供し得る深さは、成長している半導体材料のタイプ、光の波長、光の強度、及び光が半導体層の各部分上にある時間がどれ位であるかによる。
【００５２】
多くの半導体層は、ウェハー上で成長され得るので、多くの実施態様において、工程３０６及び３１４が何回も行われるであろうということは、十分に理解されるであろう。加えて、工程３１２及び３１４は、エピタキシャルに成長されている半導体層及び半導体層の所望の特徴に応じて、順次のやり方で又は同時に行われ得る。例えば、工程３１２及び３１４が順次のやり方で行われたならば、(i)層は、工程３１２において、特定の厚さまで成長させられるであろう；(ii)層の成長は、停止されるであろう；(iii)工程３１４において、紫外光は、特定の時間及び強度で成長した層に照射されるであろう；(iv)層の成長は、工程３１２におけるように、再開されるであろう；及びその後、所望の半導体層及び／又はデバイスが成長されるまで、工程(ii)乃至(iv)を繰り返す。工程３１２及び３１４が同時のやり方で行われるならば、工程３１２において層が堆積され始めるとすぐに、紫外光の強度は成長させられている層のタイプに応じて調整され得るという理解を伴って、各々の順次の層が成長させられている間ずっと、紫外光が層に照射される。
【００５３】
工程３０６、３０８、３１０、及び３１４の各々に関連付けられたパラメータは、相互依存的である。回転速度、光強度、光の波長、ラスター化パターン、並びに処理気体の量及び混合は、すべて、お互いを補完する及び／又は無効にするための処理の間中、調整され得る。
【００５４】
工程３１６において、所望の半導体層が成長された後、一つ以上のウェハーが、チャンバーから除去され且つさらなる処理に送られる。
【００５５】
図４は、これらのパラメータを、修飾させ、釣り合わせ、及び／又は調整して、所望のエピタキシャルに成長した構造を作り出すために使用され得る、制御システム４００の概略図である。図４において、コントローラー４０２は、半導体デバイス４０４を形成するための指示を受け取る。これらの指示は、様々な実施態様において、構造の成長が始まる前に発生され得、又は成長の間に調整され得る。
【００５６】
所望の構造を作り上げるために、コントローラー４０２は、図１及び２に関連して従前に記載されたシステム１００又は２００のような、操作可能なシステムに関連付けられている他のコントローラー又はマイクロプロセッサ・システムへ情報を送り得且つそのようなシステムから情報を受け取り得る。例えば、コントローラー４０２は、ラスター・パターン４０６の形態で、紫外光源／光誘導システムに指示を送る。例えば、ラスター・パターン４０６の指示は、紫外光源からビューポートへ、並びに半導体層上へ、ビーム路程を修飾する鏡に送られ得る。ラスター・パターンは、ウェハー・キャリヤ上の一つ以上のウェハーの、ウェハー［又はウェハー・キャリヤ］回転速度、堆積した（又は形成された）半導体層の成長速度、及び／又はウェハー・レイアウト、即ち、幾何学的形状、のいずれかに依存している。加えて、ラスター・パターンは、一般的に、堆積された材料の約１乃至約１０単分子層以内の全ウェハー表面をカバーしている。
【００５７】
コントローラー４０２は、成長の間、紫外光源及び光誘導システムへ、所望の紫外光波長及び／又は強度レベルに関する指示をも送り得る。コントローラー４０２は、紫外光源を所望の波長４０８に調整するための指示を送り得、所望の波長は、他の因子中、成長させられている材料のタイプに応じて、又はチャンバーの温度に応じて、処理の間に変更され得る。コントローラー４０２は、同様に、紫外光強度４１０に関する情報を送り得る。この強度指示４１０は、例えば、回転速度若しくはラスター・パターン、又は成長させられている材料に応じて、修飾され得る。
【００５８】
コントローラー４０２は、用いられた光の下で、ウェハー・キャリヤがどれ位早く回転するのかを制御するために、ウェハー・キャリヤに対して、回転速度指示４１２に関する指示をも送り得る。回転速度は、紫外放射によって影響が与えられるには深すぎるレベルにおいて点欠陥を導いて、エピタキシャルに成長した構造の余分な層が堆積される前に、ウェハー・キャリヤ上に搭載されたウェハー上に作り上げられている構造の各部分が確実に照射されるよう、所望のように高められ得る。同様に、より遅いエピタキシャル成長の間中、回転速度は所望のように低減され得る（又はラスター速度が増加され得る）。
【００５９】
気体混合物４１４に関する指示は、気体注入器システム及び／又はウェハーを製造するために使用されている気体の各々に関連付けられたバルブに送られ得る。実施態様においては、これらの指示４１４は、半導体デバイス・デザイン指示４０４にしたがって、ウェハーの成長の間、修飾され得る。さらに、これらの指示は、回転速度指示４１２及びラスター・パターン４０６に影響を及ぼし得る、半導体材料の成長速度における増加又は低下を生じさせ得る。さらに、いくつかの気体は、紫外光によって避けられるべきである、共振周波数を有するかもしれない。つまり、ある種の実施態様では、気体混合物指示４１４に基づいて、波長指示４０８を修飾することが望ましいかもしれない。
【００６０】
図５は、他の実施態様に従うMOCVDシステムの断面図である。システム５００は、上で議論したシステム１００に似ており、反応器５３０及びチャンバー５０２を含む。ウェハー５３８は、上で議論したウェハー１０５に似ているが、表面であり、その上に、チャンバー５０２内でエピタキシャルに堆積した半導体層が成長されている。チャンバーのデザイン及び大きさ５０２に応じて、一つ以上のウェハー５３８が存在する。ウェハー５３８は、ウェハー・キャリヤ５０４によって支持されており、それは、回転スピンドル５２０に取り外し可能に取り付けられている。いくつかの実施態様において、ウェハー５３８は、スピンドル５２０を必要としない回転システムによって回転され得る。
【００６１】
紫外光源５０６は、上で議論した紫外光源１０６に似ているが、導管５０８を通って、多チャンネル・ビーム源５１０に紫外光又は放射を提供する。多チャンネル・ビーム源５１０は、紫外光源５０６からの紫外光又は放射を二つ以上のビームに分ける。図５に示された実施例として、紫外光源５０６からのビームは、ファイバー５１０ａ、５１０ｂ、及び５１０ｃを通って進む三つのビームに分けられる。ファイバー５１０ａ、５１０ｂ、及び５１０ｃは、光を運ぶために導波路としての役割を果たす光ファイバー・ケーブルである（ニアロスレス送信）。ビーム５３１、５３３、及び５３５のビーム・サイズは、それら各々のファイバーの直径及びそれぞれのレンズ・セットの焦点距離を変更することにより、調整され得る。ファイバー５１０ａ、５１０ｂ、及び５１０ｃは、それぞれ、ビューポート５１５に取り付けられている線状スライダー５２２に取り付けられているビーム・マウント５３２、５３４、及び５３６に接続されている。線状スライダー５２２は、前後に動き得、ビーム５３１、５３３、及び５３５を、矢印５１６の方向において、ビューポート５１５に沿ってウェハー５３８の表面を横切ってラスター化させる。
【００６２】
図６Ａは、多チャンネル・ビーム源５１０のさらなる詳細を示す。紫外光源５０６が、ビーム５０７（それは導管５０８中にある）を多チャンネル・ビーム源５１０に送るとき、ビーム５０７は、その後、レンズ・セット５４０を通って収束させられ、その後ビーム・スプリッター５４２を通り、且つ鏡５４４に反射させられ、三つのビーム５６２、５６４、及び５６６を形成する。当業者は、多チャンネル・ビーム源５１０が、例えば、ラスター化される表面の大きさ又はラスター化される表面のタイプに応じて、より多い又はより少ない分割ビームも、各ビームに関連して異なる大きさ、角度、及び形状をも有し得たことを、十分に理解するであろう。
【００６３】
ビーム５６２、５６４、及び５６６は、その後、それぞれレンズ・セット５５０、５５２、及び５５４を通過し、且つそれぞれファイバー５１０ａ、５１０ｂ、及び５１０ｃ中に収束される。これらのファイバー５１０ａ、５１０ｂ、及び５１０ｃは、その後、レンズ・セットを通過し、且つその後、ウェハー５３８に衝突する。例えば、図６Ｂに示されているように、ファイバー５１０ａは、ビーム５６２を伝達させ（図６Ａを参照されたい）、ビーム５６２はレンズ・セット５５０を通過し、レンズ・セット５７０を通ってビーム５３１を形成し、これはその後点５８０においてウェハー５３８の表面に衝突する。
【００６４】
ビームの数は、所望の照射範囲及び走査時間に基づいて調整され得る。多チャンネル・ビーム源を使用するとき、ビーム・スプリッター及び鏡の位置は、ウェハー上で、関心のある照射範囲をカバーする角度に固定される。一般的には、照射スポット・サイズ（５８０）は、フィールドの一般的な深さが約２０ｍｍで、約４乃至約７ｍｍの範囲内であり得る。多ビームを走査軸に対して非垂直とさせることにより、ビューポートの下のより広い放射状の範囲が、（図５に示されているように）カバーされ得る。ビームは、ビューポートが全ての放射状の範囲を横切って広がっていないときでさえ、ウェハー・キャリヤを十分に露光させるように構成され得る。紫外光は、異なるファイバー間において強度が均等に分配され得るか、又は所望のニーズに合致するように、中間のファイバー又は二つの最も外側のファイバーを優先するように偏らされ得る。偏らされた実施態様では、紫外光は、異なるビーム・スプリッター反射率／透過率比を選択することにより、偏らされ得る。線状走査位置周期は、発展させられ得、その結果、走査位置の外側の先端及び／又は外側の進路と比べて、中間のファイバー進路によって制限された走査領域内の重なりにおいて、全キャリヤを横切って、より均等な曝露を提供する。
【００６５】
他の実施態様は、単一の真空チャンバー内に配置された複数の処理チャンバーを備える半導体処理システムを含み、ここで、各処理チャンバーは自己完結型であり、且つ米国特許第８，７１５，４１８号に記載されたシステムのような、異なるか又は同じ処理タイプを提供し得る。少なくとも一つのウェハーは、上で議論したように、同じやり方で各処理チャンバーに回転可能に取り付けられ得る。処理チャンバーの一部は、MOCVD、ALD（原子層堆積）、ALE（原子層エッチング）、PVD（物理蒸着）、CPVD（化学プラズマ蒸着）、及び他のタイプの堆積方法を提供するよう、適切なハードウェア及びシステムに適応され得且つ当該適切なハードウェア及びシステムを伴って提供され得、一方、処理チャンバーの他のものは、紫外光源／ラスター化サブシステム、計量、熱処理、及び他の非堆積処理及び試験方法のための適切なハードウェア及びシステムに適応され得且つ当該適切なハードウェア及びシステムを伴って提供され得る。複数の処理チャンバーを収納する単一の真空チャンバーは、適切な気体注入システム、排ガス、並びに加熱ハードウェア及びシステムに取り付けられ得る。処理チャンバーは、上端部分と底部分とを有する。上端部分は、単一の真空チャンバーのカバーに組み込まれている。上端部分は、気体注入システム及び一般的に半（semi）処理システム中に見出される他の処理システムを含み得、又は、様々な計量機器、熱及び他の非堆積処理システム、試験システム、並びに紫外光源／ラスター化サブシステムを含み得る。上端部分は、モジュール式であり得、様々な処理システム又は機器が、層のタイプ、検査、及び／又は行われる処理に応じて、必要に応じて挿入され得又は除去され得る。処理チャンバーの底部分は、回転式棚（carousel）内に取り付けられており、当該回転式棚は、単一の真空チャンバー中で回転式棚の下に取り付けられた適切な回転機構及びシステムによって、単一の真空チャンバーのベース内において、中心軸上で水平において回転される。各処理チャンバーの底部分は、特定の処理チャンバー内で行われる方法に応じて、各処理チャンバー、排気口、加熱システム、並びに他のハードウェア及びシステム内において、少なくとも一つのウェハーを中心軸上で水平面において取り付け且つ回転させるために、半（semi）層成長処理又は様々な計測機器、熱的及び他の非堆積処理システム、試験システム、並びに紫外光源／ラスター化サブシステムに有用であろう、上記のようなハードウェアを含む。単一の真空チャンバーには、また、単一の真空チャンバー内で、各処理チャンバー内において、少なくとも一つのウェハーを取り付け及び取り外すのに有用なシャッター、ロードロック、移動チャンバー、ロボット・アーム、及び他のシステムが取り付けられているかもしれない。
【００６６】
各処理チャンバーの上端部分及び底部分が、単一の真空チャンバーのベース上の単一の真空チャンバーのカバーを閉じることにより、一緒になるか、又は係合されるとき、各処理チャンバーは互いに切り離され、一つの処理チャンバーからの処理気体又は排ガスが他の処理チャンバーに入る又は他の処理チャンバーを汚すことを防ぐ。処理チャンバーの封鎖は、実施態様においては、物理的障壁、真空ポート、及び／又は不活性気体障壁によって行われ得る。
【００６７】
各処理チャンバーは、少なくとも一つのウェハー上で、特定の半導体デバイスのための成長される半導体層のタイプに応じて、特定の半（semi）成長プロセス、試験、熱処理、紫外光源／ラスター化サブシステム処理、又は他の処理を行うであろう。例えば、単一の真空チャンバーは、四つの処理チャンバーを含み得る。二つはMOCVD半（semi）層成長のためであり、二つは紫外光源／ラスター化サブシステムのためである。チャンバーは、MOCVD半導体層成長チャンバーが接触しないように、回転式棚上に配置され得る。少なくとも一つのウェハーは、各処理チャンバー内に配置され得、且つ、それらのために、少なくとも一つのウェハーは、MOCVD半導体層成長チャンバー中に配置され、個々の層は、半導体製造業者の日々の必要性に応じて成長され得る。非MOCVD半導体層成長チャンバー内のセンサーは、少なくとも一つのウェハー上で半導体層が成長されているか否かを検出し得、層が成長されていない（即ち、チャンバー中に被覆されていないウェハーが存在する）ならば、被覆されていないウェハーに適用できるそれらの処理のみが適用されるであろう。一旦、MOCVD半導体層成長チャンバー中で個々の層が成長されると、回転式棚が回転され、少なくとも一つのウェハーであってその上に半導体層が成長されているものが、今度は紫外光源／ラスター化サブシステムのための処理チャンバー中に存在する。半導体層が、MOCVD半導体層成長チャンバー中に配置された被覆されていないウェハー上で成長される間に、その上に半導体層が成長されたそれらのウェハーは、紫外光源／ラスター化サブシステムで処理され得る。所望の層及び処理が完了したら、回転式棚が回転され、紫外光源／ラスター化サブシステムで処理された被覆されたウェハーは、MOCVD半導体層成長チャンバー中に配置され、且つMOCVD半導体層成長チャンバーからの先頃被覆されたウェハーは、紫外光源／ラスター化サブシステムが適用され得る、処理チャンバー内に配置される。この順序は、所与の半導体層が所望の厚さに成長され且つ処理されるまで繰り返され得る。十分に成長され且つ処理された少なくとも一つのウェハーは、さらなる処理のために、単一の真空チャンバーから取り去られ得る。
【００６８】
関連する技術分野の当業者は、発明が、上記の個々の実施態様中に記載されたものよりもより少ない特長を含むかもしれないことを認めるであろう。本明細書に記載された実施態様は、発明の様々な特長が組み合わされているかもしれない、網羅的な手段の提示であるとは意味されない。つまり、実施態様は、特長の相互に排他的な組み合わせではなく、むしろ、当業者によって理解されるように、発明は、異なる個々の実施態様から選択された異なる個々の特長の組み合わせを含み得る。さらに、一つの実施態様に関して記載された要素は、特に断りのない限り、そのような実施態様において記載されていない時でさえ、他の実施態様中において実施され得る。従属請求項は、請求の範囲において、一つ以上の他の請求項との個別の組合わせに差し向けられるかもしれないが、他の実施態様は、従属請求項とそれぞれの他の従属請求項の主題との組合わせ、又は一つ以上の特長と他の従属又は独立請求項との組合わせをも含み得る。そのような組み合わせは、具体的な組み合わせは意図されていないことが述べられている場合を除いて、本明細書において提案されている。さらに、たとえ、この請求項が独立請求項に直接従属していないとしても、いずれかの他の独立請求項中の請求項の特長を含むことも意図されている。
【００６９】
上記文献の参照による組み込みは、本明細書における明白な開示とは反対の主題は組み込まれないように限定される。上記文献の参照による組み込みは、文献に含まれる請求の範囲は参照によって本明細書に組み込まれないように、さらに限定される。上記文献の参照による組み込みは、本明細書に明白に含まれる場合を除いて、文献中で提供された定義が参照によって本明細書に組み込まれないように、さらに限定される。
【００７０】
請求の範囲を解釈する目的で、米国特許法第１１２条第６段落の規定は、特有の用語「・・・のための手段（means for）」又は「・・・のための工程（step for）」が請求の範囲中で述べられている場合を除いて行使されることとはなっていないことが、明白に意図されている。
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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