(57)【要約】  チャンバと、電磁放射線源とを含む半導体成長システム。反応チャンバの塩化物系化学物質による放射線源からの放射線の吸収を検出するように検出器が配置される。制御システムが、塩化物系化学物質による放射線の吸収に応答して、チャンバの動作を制御する。制御システムは、反応チャンバのパラメータを調節することによって、チャンバの動作を制御する。【選択図】  図５ａ
2012501089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
電磁放射線源と、
前記チャンバの塩化物系化学物質による前記放射線源からの放射線の吸収を検出するように配置された検出器と、
前記塩化物系化学物質による放射線の前記吸収に応答して、前記チャンバの動作を制御する制御システムと、
を備える半導体成長システム。
【請求項２】
前記塩化物系化学物質が、一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の半導体成長システム。
【請求項３】
前記塩化物系化学物質が、ガリウム、アルミニウム、およびインジウムの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の半導体成長システム。
【請求項４】
前記制御システムが、前記塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の少なくとも１つによる放射線の前記吸収に応答して、前記チャンバの動作を制御する、請求項１に記載の半導体成長システム。
【請求項５】
前記吸収された放射線の波長が、約１００ナノメートル〜４００ナノメートルである、請求項４に記載の半導体成長システム。
【請求項６】
前記制御システムが、前記塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体のそれぞれの量を調節することによって前記チャンバの動作を制御する、請求項１に記載の半導体成長システム。
【請求項７】
前記制御システムが、前記チャンバのパラメータを調節することによって、前記チャンバの前記塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を調節する、請求項６に記載の半導体成長システム。
【請求項８】
チャンバの内部容積を通して電磁放射線を放射するステップと、
前記チャンバの塩化物系化学物質による前記放射線の吸収を検出するステップと、
前記放射線の前記吸収に応答して、前記チャンバの動作を制御するステップと、
を含む半導体の形成方法。
【請求項９】
前記塩化物系化学物質が、一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の少なくとも１つを含む、請求項８に記載の半導体の形成方法。
【請求項１０】
前記制御システムで前記チャンバの動作を調節することによって、前記チャンバの成長パラメータを調節するステップをさらに含む、請求項８に記載の半導体の形成方法。
【請求項１１】
前記塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の少なくとも１つによる放射線の前記吸収に応答して、前記制御システムで前記チャンバの動作を制御するステップをさらに含む、請求項８に記載の半導体の形成方法。
【請求項１２】
前記制御システムで前記チャンバの動作を調節することによって、前記塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を調節するステップをさらに含む、請求項８に記載の半導体の形成方法。
【請求項１３】
前記制御システムが、前記反応システムの成長パラメータを調節することによって、前記チャンバの前記塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を調節する、請求項１２に記載の半導体の形成方法。
【請求項１４】
前記吸収された放射線の波長が、約１００ナノメートル〜４００ナノメートルである、請求項８に記載の半導体の形成方法。
【請求項１５】
前記吸収された放射線の波長が、約１８５ナノメートル〜２１０ナノメートルである、請求項８に記載の半導体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、半導体材料の形成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]窒化物系半導体などの多数の異なる半導体材料を形成するために、半導体成長システムが使用されることがある。窒化物系半導体の例には、窒化ガリウムおよびその合金がある。窒化物系半導体は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）および水素化物（またはハロゲン化物）気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）に関連するシステムなど、半導体成長システムを使用して形成されてもよい。ＭＯＣＶＤおよびＨＶＰＥ成長システムに関するさらなる情報については、米国特許出願第２００６００７６５５９号および同第２００６０１１８５１３号、Ｍ．Ａ．Ｍａｓｔｒｏらの「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｐｏｌａｒｉｔｙ  ｏｎ  ＧａＮ  ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ、Ｖｏｌ．２７４、Ｐａｇｅｓ  ３８−４６（２００５）、およびＭ．Ａ．Ｍａｅｓｔｒｏらの「Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ＭＯＣＶＤ  ａｎｄ  ＨＶＰＥ  ＧａＮ  ｌａｙｅｒｓ  ｉｎ  Ｈ２，ＨＣｌ，ＮＨ３  ａｎｄ  Ｎ２」、Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ（ａ）、Ｖｏｌ．１８８、Ｎｏ．１、Ｐａｇｅｓ  ４６７−４７１（２００１）から得られる。
【０００３】
[0003]半導体成長システムは、一般に、１つ以上のガスを反応チャンバに導入すると、それに応答して基板上に窒化物系半導体層が形成される反応チャンバを含む。半導体成長システムは、典型的に、ガスが流入され得るように反応チャンバに結合されたガスラインを含む。さらに、半導体成長システムは、ガスを加熱して、１つ以上の化学種に分解するヒータを含むことが多い。また、ヒータは、化学種が基板上で相互作用し、基板上に半導体層を形成するように、基板を成長温度まで加熱する。
【０００４】
[0004]ガスは、一般に、半導体材料層を形成するために使用される成長システムに依存する。例えば、ＨＶＰＥは、アルシン（ＡｓＨ３）、アンモニア（ＮＨ３）、およびホスフィン（ＰＨ３）などの水素化物前駆体ガスとともに、追加の前駆体ガスを利用する。さらに、ＭＯＣＶＤは、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、トリメチルアルミニウム（Ａｌ２（ＣＨ３）６）、およびトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）などのガスとともに、追加の前駆体ガスを利用する。１つの種類の前駆体ガスは、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ）、および塩化インジウム（ＩｎＣｌ）などの金属塩化物系前駆体ガスである。窒化ガリウム、窒化アルミニウム、および窒化インジウム、およびそれらの合金を形成するために、それぞれＧａＣｌ、ＡｌＣｌ、およびＩｎＣｌの前駆体ガスが使用される。ガリウム、アルミニウム、またはインジウムの溶融金属上に、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）などの塩素含有ガスを流すことで前駆体ガスをｉｎ−ｓｉｔｕ形成することによって、前駆体ガスが供給されてもよい。また、三塩化ガリウム、三塩化インジウム、および三塩化アルミニウムを反応チャンバ内に導入することによって、金属塩化物前駆体ガスがｅｘ−ｓｉｔｕ供給されてもよい。
【０００５】
[0005]前駆体ガスは、異なる金属塩化物分子を含んでもよい。存在する金属塩化物分子は、圧力、温度、および反応チャンバに存在するガスの種類や量などの要因に依存する。例えば、金属塩化物分子は、一塩化物分子（ＧａＣｌ、ＡｌＣｌ、ＩｎＣｌ）、塩化物単量体（ＧａＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＩｎＣｌ３）、および塩化物二量体（Ｇａ２Ｃｌ６、Ａｌ２Ｃｌ６、Ｉｎ２Ｃｌ６）の形態であってもよい。
【０００６】
[0006]しかしながら、窒化ガリウムを形成することが望ましい場合、一般に、窒化ガリウムが形成される可能性が高いため、塩化物単量体および二量体の代わりに、一塩化物分子がガスに含まれることが望ましい。ガスが塩化ガリウム単量体および／または二量体を含む場合、ガリウム単量体および二量体が気相相互作用を起こしやすいため、窒化ガリウムが形成される可能性は低い。塩化ガリウム単量体および二量体が気相相互作用する場合、アンモニアと反応して窒化ガリウムを形成する可能性は低い。このように、窒化ガリウムの成長速度および前駆体ガスが使用される効率の両方は、ガスに一塩化物分子をより多く含ませ、単量体および二量体分子をより少なく含ませると高まる。
【０００７】
[0007]金属塩化物分子は、圧力、温度、および反応チャンバ内に存在するガスの種類や量の変化など、半導体成長パラメータに応答して、ある種類の分子から別のものへと変化することが多い。例えば、低温での塩化ガリウムは、中温で塩化物単量体（ＧａＣｌ３）に分解され、高温で一塩化ガリウムに分解される塩化物二量体（Ｇａ２Ｃｌ６）を形成する。塩化アルミニウムおよび塩化インジウム分子も、温度変化に応答して塩化ガリウム分子と同じように変化する。ある種類の分子から別のものへの金属塩化物分子の変化は、容易に制御可能なものではない。そのため、成長パラメータの変化に応答して、ガスの金属塩化物気体分子の種類および量を決定し制御することが望ましい。
【０００８】
[0008]ガス中の金属塩化物気体分子の種類および量を決定する試みがこれまでいくつかなされてきた。さらなる情報が、米国特許第５，０７０，２４６号および同第５，６５２，４３１号、ならびに米国特許出願第２００８０１２４４５３号から得られ、その内容全体は、参照により本明細書に組み入れられる。また、１９４０年に出版されたＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、ｐａｇｅ  １５７８、ｖｏｌｕｍｅ  ６２のＬａｕｂｅｎｇａｙｅｒらの文献、および１９７５年に出版されたＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，ｐａｇｅ  ３８５，ｖｏｌｕｍｅ  ２８のＫｕｎｉｙａらの文献からも情報が入手できる。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]本発明により、チャンバと、電磁放射線源とを含む半導体成長システムが提供される。チャンバの塩化物系化学物質による放射線源からの放射線の吸収を検出するように検出器が配置される。チャンバは、反応チャンバと、サイドチャンバとを備えてもよい。制御システムが、塩化物系化学物質による放射線の吸収に応答して、チャンバの動作を制御する。制御システムは、チャンバのパラメータを調節することによって、チャンバの動作を制御する。塩化物系化学物質は、典型的に、一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の形態のものである。吸収された放射線の波長は、約１００ナノメートル〜４００ナノメートルなどの多数の異なる波長領域のものであってもよい。
【００１０】
[0010]いくつかの実施形態において、制御システムは、塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体による放射線吸収に応答して、チャンバの動作を制御する。制御システムは、塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を調節することによって、チャンバの動作を制御してもよい。制御システムは、チャンバの温度を調節することによって、チャンバの塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を調節してもよい。
【００１１】
[0011]本発明により、内部容積と、内部容積に塩化物系化学物質とを有するチャンバを含む半導体成長システムが提供される。半導体成長システムは、第１の電磁放射線源を含み、塩化物系化学物質による放射線吸収を検出するように第１の検出器が配置される。吸収された放射線の波長は、約１００ナノメートル〜３５０ナノメートルなどの多数の異なる波長領域のものであってもよい。制御システムが、第１の検出器からの第１の表示に応答して、チャンバの動作を制御する。第１の表示は、典型的に、内部容積の第１の領域にある塩化物系化学物質の種類および量に対応する。制御システムは、第１の表示に応答して、チャンバの１つ以上の動作パラメータを調節してもよい。
【００１２】
[0012]いくつかの実施形態において、半導体成長システムは、第２の電磁放射線源と、塩化物系化学物質による第２の電磁放射線源の放射線吸収を検出するように配置された第２の検出器とを含む。第１および第２の検出器は、典型的に、異なる場所に配置される。制御システムは、第２の検出器からの第２の表示に応答して、チャンバの動作を制御してもよい。第２の表示は、典型的に、内部容積の第２の領域にある塩化物系化学物質の種類および量に対応する。制御システムは、第２の表示に応答して、チャンバの１つ以上の動作パラメータを調節してもよい。
【００１３】
[0013]本発明により、チャンバの内部容積を通して電磁放射線を放射するステップと、チャンバの塩化物系化学物質による放射線吸収を検出するステップとを含む半導体形成方法が提供される。吸収された放射線は、異なる波長領域を有するものであってもよい。１つの実施形態において、波長は、約１００ナノメートル〜４００ナノメートルの領域のものである。別の実施形態において、波長は、約１８５ナノメートル〜２１０ナノメートルの領域のものである。この方法は、放射線の吸収に応答して、チャンバの動作を制御するステップを含む。塩化物系化学物質は、典型的に、一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の形態のものである。
【００１４】
[0014]いくつかの実施形態において、この方法は、例えば、塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体による放射線吸収に応答して、チャンバの成長パラメータを調節することによって、制御システムでチャンバの動作を制御するステップを含む。いくつかの実施形態において、この方法は、塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を調節することによって、制御システムでチャンバの動作を制御するステップを含む。制御システムは、チャンバの温度を調節することによって、チャンバの塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を調節してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１ａ】本発明による半導体成長システムのブロック図である。
【図１ｂ】本発明による半導体成長システムの別の実施形態のブロック図である。
【図２ａ】信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと塩化ガリウム分子のそれぞれとの相互作用に対応する信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎと波長との関係を表す吸収分光グラフである。
【図２ｂ】信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと塩化アルミニウム分子との相互作用に対応する信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎと波長との関係を表す吸収分光グラフである。
【図２ｃ】信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと塩化インジウム分子との相互作用に対応する信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎと波長との関係を表す吸収分光グラフである。
【図３ａ】異なる温度での一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体のそれぞれと信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎとの相互作用に対応する信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎと波長との関係を表すグラフである。
【図３ｂ】異なる温度での一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体のそれぞれと信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎとの相互作用に対応する信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎと波長との関係を表すグラフである。
【図３ｃ】異なる温度での一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体のそれぞれと信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎとの相互作用に対応する信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎと波長との関係を表すグラフである。
【図４ａ】本発明による半導体成長システムの異なる実施形態の斜視図である。
【図４ｂ】本発明による半導体成長システムの異なる実施形態の斜視図である。
【図４ｃ】本発明による半導体成長システムの異なる実施形態の斜視図である。
【図４ｄ】本発明による半導体成長システムの異なる実施形態の斜視図である。
【図４ｅ】本発明による半導体成長システムの異なる実施形態の斜視図である。
【図５ａ】本発明による半導体の形成方法の流れ図である。
【図５ｂ】本発明による半導体の形成方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0015]本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。
【００１７】
[0022]本発明は、半導体成長システムのチャンバのガスに存在する塩化物系化学物質の種類および量を決定し制御することに関わる。また、本発明は、ガスの塩化物系化学物質の種類および量の決定に応答して、チャンバの制御が可能な技術を用いることに関わる。チャンバは、反応チャンバ（図４ａ〜４ｄ）と、サイドチャンバ（図４ｅ）とを備えてもよい。塩化物系化学物質は、前駆体ガスとして使用されるものを含んでもよい。この実施形態において、塩化物系化学物質は、金属塩化物系の前駆体ガスを含む。金属塩化物系前駆体ガスの例には、ＧａＣｌ、ＡｌＣｌ、およびＩｎＣｌがある。金属塩化物前駆体ガスは、一塩化物分子（ＧａＣｌ、ＡｌＣｌ、ＩｎＣｌ）、塩化物単量体（ＧａＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＩｎＣｌ３）、および塩化物二量体（Ｇａ２Ｃｌ６、Ａｌ２Ｃｌ６、Ｉｎ２Ｃｌ６）などの異なる金属塩化物分子の形態であってもよい。
【００１８】
[0023]半導体成長システムは、特に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、および水素化物（またはハロゲン化物）気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）などのシステムを含んでもよい。ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、およびＨＶＰＥに関するさらなる情報については、米国特許第６，１４６，４５８号、同第６，１９４，７４２号、同第６，２２９，１５０号、同第６，４４１，３９３号、同第６，５２１，９１７号、および同第６，９００，０７０号、米国特許出願第２００６００７６５５９号、同第２００６０１１８５１３号、同第２００６００７６５５９号、同第２００６０１１８５１３号、同第２００７００７２３２４号、同第２００７０２１８７０３号、および同第２００８０１２４４５３号から得られ、そのすべての内容は、参照により本明細書に組み入れられる。また、Ｍ．Ａ．Ｍａｓｔｒｏらの「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｐｏｌａｒｉｔｙ  ｏｎ  ＧａＮ  ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ、Ｖｏｌ．２７４、Ｐａｇｅｓ  ３８−４６（２００５）、Ｍ．Ａ．Ｍａｅｓｔｒｏらの「Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ＭＯＣＶＤ  ａｎｄ  ＨＶＰＥ  ＧａＮ  ｌａｙｅｒｓ  ｉｎ  Ｈ２，ＨＣｌ，ＮＨ３  ａｎｄ  Ｎ２」、Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ（ａ）、Ｖｏｌ．１８８、Ｎｏ．１、Ｐａｇｅｓ  ４６７−４７１（２００１）、Ｍ．Ａ．Ｍａｓｔｒｏらの「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｐｏｌａｒｉｔｙ  ｏｎ  ＧａＮ  ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ、Ｖｏｌ．２７４、Ｐａｇｅｓ  ３８−４６（２００５）、およびＭ．Ａ．Ｍａｅｓｔｒｏらの「Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ＭＯＣＶＤ  ａｎｄ  ＨＶＰＥ  ＧａＮ  ｌａｙｅｒｓ  ｉｎ  Ｈ２，ＨＣｌ，ＮＨ３  ａｎｄ  Ｎ２」、Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ（ａ）、Ｖｏｌ．１８８、Ｎｏ．１、Ｐａｇｅｓ  ４６７−４７１（２００１）からも情報が得られる。半導体材料の形成は、堆積や成長と呼ばれることが多い。
【００１９】
[0024]半導体材料は、ＩＩＩ族窒化物などのＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含んでもよい。ＩＩＩ族窒化物半導体材料の例は、窒化ガリウム、窒化インジウム、および窒化アルミニウム、およびＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮなどの対応する合金を含む。半導体材料に関するさらなる情報は、米国特許第６，８１５，３０９号、同第６，９００，０７０号、同第６，９０８，８２８号、および同第６，９５３，７３６号、ならびに米国特許出願第２００６００９９７７６号、同第２００７０２１８７０３号、および同第２００６０１１８５１３号から得られ、その内容全体は、参照により本明細書に組み入れられる。Ｍ．ＳｔｕｔｚｍａｎｎらのＰｈｙｓｉｃａ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ（ｂ）２２８、Ｎｏ．２、５０５−５１２（２００１）、およびＥ．Ｓ．Ｈｅｌｌｍａｎ、ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ３、１１（１９９８）からも、半導体材料に関するさらなる情報が得られる。半導体材料は、典型的に、サファイアおよび炭化珪素基板などの基板上に形成される。米国特許第６，１９４，７４２号、同第６，４４１，３９３号、および米国特許出願第２００７００７２３２４号から、半導体基板に関するさらなる情報が得られ、その内容全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
【００２０】
[0025]本発明によれば、チャンバに存在する塩化物系化学物質（ＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、ＡｌＣｌ）の種類および量は、電磁放射線源および検出器を使用することによって決定される。さらに、チャンバに存在する塩化物系分子（一塩化物分子、塩化物単量体、塩化物二量体）の種類および量も、電磁放射線源および検出器を使用することによって決定される。電磁放射線源は、ランプと、レーザと、発光ダイオードとを備えてもよい。放射線源は、青、緑、赤、および赤外線放射などの多数の異なる波長の放射線を放出してもよいが、典型的に、紫外線（ＵＶ）放射を含む。ランプは、特に、キセノン、タングステン、重水素、および重水素タングステンランプなどの種類を含んでもよい。これらの種類のランプの例は、米国特許第６，７３４，９６７号および同第６，７４１，３４８号に開示されている。これらの種類のランプは、特に、Ｈｅｒａｅｕｓ  Ｎｏｂｌｅｌｉｇｈｔ，ＬＬＣなどの製造業者らによって提供されている。レーザは、ガスレーザおよび半導体レーザなどの種類を含んでもよい。半導体レーザの例は、米国特許第６，９２５，１０１号および同第６，９５４，４７８号に開示されており、ガスレーザの例は、米国特許第５，２５７，２７８号および同第７，２８８，７７５号に開示されている。これらの種類のレーザは、ＣＶＩ  Ｍｅｌｌｅｓ  Ｇｒｉｏｔなどの製造業者らによって提供されている。
【００２１】
[0026]検出器は、分光計と、フォトダイオードとを備えてもよい。分光計および／またはフォトダイオードの例は、米国特許第５，３９４，２３７号、同第５，４２０，４３２号、同第５，４３６，４５９号、同第５，７０３，６８９号、同第６，８５２，９９７号、および同第６，９８０，２８５号に開示されている。しかしながら、検出器は、一般に、ガスと相互作用する放射線源からの電磁放射線を検出可能である。電磁放射線は、多数のさまざまな方法でガスと相互作用し得る。例えば、１つの実施形態において、放射線源の電磁放射線は、その一部分がガスによって吸収されるため、ガスと相互作用する。このようにして、これらの実施形態において、検出器は、ガスによって吸収される放射線に対応する放射線の波長を検出可能である。いくつかの実施形態において、検出器は、ガスによって吸収される放射線に対応する放射線の波長領域を検出可能である。このプロセスは、典型的に、吸収分光法と呼ばれる。
【００２２】
[0027]吸収分光法は、ガスの一塩化物分子、塩化物二量体、および塩化物単量体による放射線吸収の波長の差を分解可能であるため有用である。例えば、場合によって、塩化ガリウム二量体および塩化ガリウム単量体は、それぞれ、波長差が約５ｎｍである約１９５ｎｍおよび２００ｎｍの波長で放射線を吸収する。吸収分光法は、この５ｎｍの波長差を分解可能であるため、以下にさらに詳細に記述するように、ガスの塩化ガリウム二量体および塩化ガリウム単量体の数が決定され得る。
【００２３】
[0028]多数の他の種類の分光法が使用されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、本発明では、放射線源からの放射線を受け取ると、それに応答してガスが放射線を放出する電磁波の波長領域を決定する発光分光法が利用される。発光分光法では、ガスは、まず、放射線源から短波長放射線を吸収し、それに応答して長波長放射線を放出する。他の実施形態において、本発明では、異なる波長、入射角度、偏光角度でガスが散乱する放射線量を決定するラマン分光法などの散乱分光法が利用される。
【００２４】
[0029]本発明によれば、制御システムが、チャンバおよび検出器に動作可能に結合される。いくつかの実施形態において、制御システムは、電磁放射線源に動作可能に結合される。制御システムは、ガスの塩化物系化学物質の種類および量の決定に応答して、チャンバの動作を制御する。さらに、制御システムは、ガスの塩化物系分子の種類および量に応答して、チャンバの動作を制御する。
【００２５】
[0030]制御システムは、上記にさらに詳細に記述したものなどのように、成長パラメータを制御することなどによって、チャンバの動作を制御してもよい。制御システムがチャンバの動作を制御する１つの方法は、半導体材料が所望の速度で形成されるように成長パラメータの１つ以上を調節することである。半導体材料の品質は、不純物および転位など、半導体材料に含まれる欠陥の数などによって特徴付けられてもよい。
【００２６】
[0031]図１ａは、本発明による半導体成長システム１００ａのブロック図である。この実施形態において、半導体成長システム１００ａは、チャンバ１０１を含む。半導体成長システム１００ａおよびチャンバ１０１は、上記により詳細に記述したように、ＨＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ、およびＭＢＥを備えてもよい。
【００２７】
[0032]この実施形態において、半導体成長システム１００ａは、上述した放射線源などの電磁放射線源１０２を含む。放射線源１０２は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎとして示す電磁放射線をチャンバ１０１に放出し、この場合の電磁放射線は、典型的に、ＵＶ放射線を含む光信号である。信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、チャンバ１０１を流れ、上述した塩化物系化学物質などのチャンバ内のガスと相互作用する。この実施形態において、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、その一部分が塩化物系化学物質に吸収され、別の部分が塩化物系化学物質に吸収されないため、塩化物系化学物質と相互作用し、それに応答して、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎが供給される。このように、吸収分光法において、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎの部分が塩化物系化学物質によって吸収された後の信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎに対応する光信号である。信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎおよびＳＲａｄｉａｔｉｏｎ吸収分光法の例が、図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、図３ａ、図３ｂ、および図３ｃにおいて、より詳細に記述される。
【００２８】
[0033]発光分光法において、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎの一部分が塩化物系化学物質によって吸収され、化学種によって放出された後の信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎに対応する光信号である。散乱分光法において、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎの一部分が塩化物系化学物質によって散乱された後の信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎに対応する光信号である。発光および散乱分光法において、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの波長は、一般に、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎの電磁放射より短い。
【００２９】
[0034]図２ａ、図２ｂ、および図２ｃは、それぞれ、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと塩化ガリウム、塩化アルミニウム、および塩化インジウムとの相互作用に対応する信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎと波長との関係を表す吸収分光グラフ１１０、１１４、および１１８である。信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、例示しやすいようにするために、図２ａ、図２ｂ、および図２ｃにおいて、１に正規化されている。上述したように、これらの塩化物系化学物質は、一塩化物、塩化物単量体、および塩化物二量体などのいくつかの異なる種類の分子として存在し得る。一塩化物、塩化物単量体、および塩化物二量体は、一般に、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎの受信に応答して、３つの異なる波長で放射線を吸収する。
【００３０】
[0035]信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、多数の異なる方法で表されてもよい。グラフ１１０、１１４、および１１８において、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、ベール・ランバートの法則によって求められた吸光度で表されており、ベール・ランバートの法則とは、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎおよび信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの比と、塩化物分子の吸収断面積（σ）、放射線源と検出器との間の光路長（ｌ）、および塩化物分子数の密度（Ｎ）の積と間に対数依存性があるというものである。ベール・ランバートの法則に関するさらなる情報は、米国特許第５，０７０，２４６号から得られる。
【００３１】
[0036]図２ａ、図２ｂ、および図２ｃの波長は、塩化ガリウム、塩化アルミニウム、および塩化インジウム分子の構造に依存する異なる領域を有するものであってもよい。しかしながら、ガリウム、アルミニウム、およびインジウムの一塩化物、塩化物単量体、および塩化物二量体は、一般に、約１００ナノメートル（ｎｍ）〜３５０ｎｍの波長領域の放射線を吸収すると考えられる。約３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長領域を有する放射線は、近紫外線（ＮＵＶ）と一般に呼ばれているのに対して、約３００ｎｍ未満の放射線は、深紫外線（ＤＵＶ）と一般に呼ばれている。一塩化物、単量体、および二量体分子が、放射線の吸収に応答して放射線を吸収する特定の波長は、チャンバ１０１内のガスの圧力および温度や、チャンバ１０１に存在するガスの種類および量などの多数の異なる要因に依存することに留意されたい。このように、状況によっては、ガリウム、アルミニウム、およびインジウムの一塩化物、塩化物単量体、および塩化物二量体は、１００ナノメートル（ｎｍ）〜３５０ｎｍの波長領域以外の波長領域で放射線を吸収してもよい。
【００３２】
[0037]図２ａにおいて、グラフ１１０の部分１１１、１１２、および１１３は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎの受信に応答して、それぞれ、波長λＧａ１、λＧａ２、およびλＧａ３付近で放射線を吸収するＧａＣｌ、ＧａＣｌ３、およびＧａ２Ｃｌ６分子に相当する。波長λＧａ１は、波長λＧａ２より長く、波長λＧａ２は、波長λＧａ３より長い。このように、ベール・ランバートの法則を用いて、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの波長λＧａ１、λＧａ２、およびλＧａ３のそれぞれでの吸収量を決定することによって、検出器を使用して、チャンバ１０１内に存在するＧａＣｌ、ＧａＣｌ３、およびＧａ２Ｃｌ６分子の相対量が決定されてもよい。
【００３３】
[0038]図２ｂにおいて、グラフ１１４の部分１１５、１１６、および１１７は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎの受信に応答して、それぞれ、波長λＧａ１、λＧａ２、およびλＧａ３付近で放射線を吸収するＡｌＣｌ、ＡｌＣｌ３、およびＡｌ２Ｃｌ６分子に相当する。波長λＡｌ１は、波長λＡｌ２より長く、波長λＡｌ２は、波長λＡｌ３より長い。このように、ベール・ランバートの法則を用いて、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの波長λＡｌ１、λＡｌ２、およびλＡｌ３のそれぞれでの吸収量を決定することによって、検出器を使用して、チャンバ１０１内に存在するＡｌＣｌ、ＡｌＣｌ３、およびＡｌ２Ｃｌ６分子の相対量が決定されてもよい。
【００３４】
[0039]図２Ｃにおいて、グラフ１１８の部分１１９、１２０、および１２１は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎの受信に応答して、それぞれ、波長λＩｎ１、λＩｎ２、およびλＩｎ３付近で放射線を吸収するＩｎＣｌ、ＩｎＣｌ３、およびＩｎ２Ｃｌ６分子に相当する。波長λＩｎ１は、波長λＩｎ２より長く、波長λＩｎ２は、波長λＩｎ３より長い。このように、ベール・ランバートの法則を用いて、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの波長λＩｎ１、λＩｎ２、およびλＩｎ３のそれぞれでの吸収量を決定することによって、検出器を使用して、チャンバ１０１内に存在するＩｎＣｌ、ＩｎＣｌ３、およびＩｎ２Ｃｌ６分子の相対量が決定されてもよい。
【００３５】
[0040]この実施形態において、図１ａに示すように、半導体成長システム１００ａは、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを検出する検出器１０３を含む。検出器１０３は、上記により詳細に記述したように、分光計と、フォトダイオードとを備えてもよい。検出器１０３は、一般に、図１ｂにより詳細に記述するように、制御システムを使用することによって、所望の放射波長または所望の波長領域を検出する。
【００３６】
[0041]１つの実施形態において、検出器１０３は、制御システムが、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの波長λＧａ１、λＧａ２、およびλＧａ３のそれぞれでの吸収量を決定することによって、チャンバ１０１内に存在するＧａＣｌ、ＧａＣｌ３、およびＧａ２Ｃｌ６分子の相対量を決定し得るように、波長λＧａ１、λＧａ２、およびλＧａ３（図２ａ）を有する放射線を検出する。
【００３７】
[0042]別の実施形態において、検出器１０３は、制御システムが、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの波長λＡｌ１、λＡｌ２、およびλＡｌ３のそれぞれでの吸収量を決定することによって、チャンバ１０１内に存在するＡｌＣｌ、ＡｌＣｌ３、およびＡｌ２Ｃｌ６分子の相対量を決定し得るように、波長λＡｌ１、λＡｌ２、およびλＡｌ３（図２ｂ）を有する放射線を検出する。
【００３８】
[0043]別の実施形態において、検出器１０３は、制御システムが、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの波長λＩｎ１、λＩｎ２、およびλＩｎ３のそれぞれでの吸収量を決定することによって、チャンバ１０１内に存在するＩｎＣｌ、ＩｎＣｌ３、およびＩｎ２Ｃｌ６分子の相対量を決定し得るように、波長λＩｎ１、λＩｎ２、およびλＩｎ３（図２ｃ）を有する放射線を検出する。
【００３９】
[0044]検出器１０３は、選択された波長で放射線を検出してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、検出器１０３は、波長λＧａ１、λＧａ２、λＧａ３、λＡｌ１、λＡｌ２、λＡｌ３、λＩｎ１、λＩｎ２、および／またはλＩｎ３のすべて、およびそれらの間で放射線を検出する。他の実施形態において、検出器１０３は、波長λＧａ１、λＧａ２、λＧａ３、λＡｌ１、λＡｌ２、λＡｌ３、λＩｎ１、λＩｎ２、および／またはλＩｎ３のいくつかで放射線を検出する。一般に、検出器１０３は、検出が望ましい分子に相当する１つ以上の波長で放射線を検出する。
【００４０】
[0045]制御システムは、ベール・ランバートの法則を用いて、チャンバ１０１に存在する塩化物系化学物質の分子の相対量を決定するために使用されてもよい。例えば、制御システムは、グラフ１１０の部分１１１、１１２、および１１３に対応する吸収量を決定し、ベール・ランバートの法則を用いて、異なる塩化ガリウム分子数の密度（Ｎ）を決定してもよい。このようにして、制御システムは、チャンバ１０１に存在するＧａＣｌ、ＧａＣｌ３、およびＧａ２Ｃｌ６の相対量を決定してもよい。さらに、制御システムは、グラフ１１４の部分１１５、１１６、および１１７に対応する吸収量を決定し、ベール・ランバートの法則を用いて、異なる塩化アルミニウム分子数の密度（Ｎ）を決定してもよい。このようにして、制御システムは、チャンバ１０１に存在するＡｌＣｌ、ＡｌＣｌ３、およびＡｌ２Ｃｌ６の相対量を決定してもよい。制御システムは、グラフ１１８の部分１１９、１２０、および１２１に対応する吸収量を決定し、ベール・ランバートの法則を用いて、異なる塩化インジウム分子数の密度（Ｎ）を決定してもよい。このようにして、制御システムは、チャンバ１０１に存在するＩｎＣｌ、ＩｎＣｌ３、およびＩｎ２Ｃｌ６の相対量を決定してもよい。
【００４１】
[0046]この実施形態において、図１ａに示すように、ＳＣｏｎｔｒｏｌとして示す制御信号が、チャンバ１０１に供給される。信号ＳＣｏｎｔｒｏｌは、上述したように、検出器１０３が信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを受信し、制御システムが塩化物分子数の密度（Ｎ）を決定すると、それに応答してチャンバ１０１に供給される。本発明によれば、チャンバ１０１の動作は、信号ＳＣｏｎｔｒｏｌに応答して制御される。チャンバ１０１の動作は、例えば、チャンバ１０１の温度が、以下にさらに詳細に記述するように、信号ＳＣｏｎｔｒｏｌに応答して調節されるように制御されてもよい。チャンバ１０１の温度は、金属塩化物系ガスなどのチャンバ１０１のガスの温度に対応する。このように、チャンバ１０１のガスの温度は、チャンバ１０１の温度の増減のそれぞれに応答して増減する。
【００４２】
[0047]図３ａ、図３ｂ、および図３ｃは、異なる温度での一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体と信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎとの相互作用に対応する信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎと波長との関係をそれぞれ表すグラフ１３０、１３４、および１３８である。グラフ１３０、１３４、および１３８は、温度Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３のそれぞれのものであり、温度Ｔ１は、温度Ｔ２より低く、温度Ｔ２は、温度Ｔ３より低い。温度Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３は、多数の異なる温度値を有してもよい。一般に、温度Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３の値は、約５０℃〜約９５０℃の温度範囲内のものであるが、状況によっては、温度Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３は、この範囲外の値を有してもよい。ある状況において、温度Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３は、約５０℃〜約１３００℃の温度範囲内の値を有する。
【００４３】
[0048]一般に、チャンバ１０１のガスの温度が上昇すると、一塩化物分子の量は増大し、塩化物単量体および塩化物二量体の量は減少する。さらに、チャンバ１０１のガスの温度が減少すると、塩化物単量体および二量体の量は増大し、一塩化物分子の量は減少する。このように、本発明によれば、チャンバ１０１の温度は、チャンバ１０１のガスの一塩化物、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を所望の量にするように、信号ＳＣｏｎｔｒｏｌに応答して調節される。１つの例において、チャンバ１０１の温度は、チャンバ１０１のガスの一塩化物、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を互いに対して所望の量にするように、信号ＳＣｏｎｔｒｏｌに応答して調節される。
【００４４】
[0049]例えば、図３ａにおいて、グラフ１３０の部分１３３は、塩化物二量体の吸光度に対応しており、波長λ３で吸光度Ａ３を有する。さらに、グラフ１３０の部分１３２および１３１は、波長λ２およびλ１の対応する波長で、それぞれ、塩化物単量体および一塩化物分子の吸光度に対応する。塩化物単量体および一塩化物分子は、対応する波長λ２およびλ１で、それぞれ、Ａ２およびＡ１の吸光度を有する。波長λ１は波長λ２より大きく、波長λ２は波長λ３より大きい。さらに、吸光度Ａ３は吸光度Ａ２より高く、吸光度Ａ２は吸光度Ａ１より高い。一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の数（Ｎ）は、ベール・ランバートの法則により、それぞれ、吸光度Ａ１、Ａ２、およびＡ３の値に対応する。このように、温度Ｔ１では、吸光度Ａ３が吸光度Ａ２より高いため、塩化物二量体の数は、典型的に、塩化物単量体の数より多い。さらに、吸光度Ａ２が吸光度Ａ１より高いため、塩化物単量体の数は、典型的に、一塩化物の分子の数より多い。しかしながら、吸光度Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、それぞれ、一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の吸収断面積（σ）に依存する。
【００４５】
[0050]図３ｂにおいて、グラフ１３４の部分１３５、１３６、および１３７は、温度Ｔ２における図３ａの一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の吸光度にそれぞれ対応する。上述したように、温度Ｔ２は温度Ｔ１より高いため、吸光度Ａ２は吸光度Ａ３より高く、吸光度Ａ２およびＡ３は吸光度Ａ１より高い。このように、温度Ｔ２において、吸光度Ａ２が吸光度Ａ３より高いため、塩化物単量体の数は、塩化物二量体の数より多い。さらに、吸光度Ａ２およびＡ３は、吸光度Ａ１より高いため、塩化物単量体および二量体の数の各々は、一塩化物分子の数より高い。
【００４６】
[0051]グラフ１３４の吸光度Ａ１およびＡ２の値は、グラフ１３０の吸光度Ａ１およびＡ２の対応する値より大きく、これは、Ｔ１からＴ２への温度上昇に応答して、一塩化物分子および塩化物単量体の数が増大したことを示す。さらに、グラフ１３０の吸光度Ａ３の値は、グラフ１３４の吸光度Ａ３の値より大きく、これは、Ｔ１からＴ２への温度上昇に応答して、塩化物二量体の数が減少したことを示す。
【００４７】
[0052]図３ｃにおいて、グラフ１３８の部分１３９、１４０、１４１は、温度Ｔ３における図３ａの一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の吸光度にそれぞれ対応する。上述したように、温度Ｔ３は、温度Ｔ２より高いため、吸光度Ａ１は、吸光度Ａ２より高く、吸光度Ａ１およびＡ２の各々は、吸光度Ａ３より高い。このように、温度Ｔ３では、吸光度Ａ１が吸光度Ａ２より高いため、一塩化物分子の数は、塩化物単量体の数より多い。さらに、吸光度Ａ１およびＡ２の各々は、吸光度Ａ３より高いため、一塩化物分子および塩化物単量体の数の各々は、塩化物二量体の数より多い。
【００４８】
[0053]グラフ１３８の吸光度Ａ１の値は、グラフ１３４の吸光度Ａ１の対応する値より大きく、これは、Ｔ２からＴ３への温度上昇に応答して、一塩化物分子の数が増大したことを示す。さらに、グラフ１３４の吸光度Ａ２およびＡ３の値は、グラフ１３８の吸光度Ａ２およびＡ３の値より大きく、これは、Ｔ２からＴ３への温度上昇に応答して、塩化物単量体および二量体の数が減少したことを示す。このように、図３ａ、図３ｂ、および図３ｃは、ガスの得一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の数が、ガスの温度を調節することによって、互いに対して調節されてもよい。
【００４９】
[0054]一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の数の調節の方法を示すために、例示的な目的で、この例において、Ｔ１からＴ２へ、その後、温度Ｔ３へ温度が変えられる。しかしながら、他の状況において、一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の数は、温度Ｔ３から温度Ｔ２へ、その後、温度Ｔ１へ温度を変えることで調節されてもよい。一般に、温度が温度Ｔ１から温度Ｔ２へ、その後、温度Ｔ３に変わると、一塩化物分子の数は減少し、塩化物単量体および塩化物二量体の数は増大する。このようにして、温度は、チャンバ１０１内に存在する一塩化物、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を所望の量にするように、信号ＳＣｏｎｔｒｏｌに応答して増減されてもよい。
【００５０】
[0055]チャンバ１０１の金属塩化物系ガスの圧力は、信号ＳＣｏｎｔｒｏｌに応答して調節されてもよい。例えば、チャンバ１０１の金属塩化物系ガスの圧力は、チャンバ１０１にガスをより多く供給して、圧力を高めることにより調節されてもよい。さらに、金属塩化物系ガスの圧力は、チャンバ１０１にガスをより少なく供給することによって低下してもよい。上記により詳細に記述したように、金属塩化物系ガスは、チャンバ１０１にｅｘ−ｓｉｔｕまたはｉｎ−ｓｉｔｕ供給されてもよい。塩化物単量体の量は、典型的に、ほとんどの金属塩化物ガス源が、塩化物単量体のガスであるため、金属塩化物ガスが反応チャンバにｅｘ−ｓｉｔｕ供給されると増大する。
【００５１】
[0056]チャンバ１０１の動作は、チャンバ１０１に存在する他のガスの種類および量を調節することによって制御されてもよい。例えば、制御システム１０６は、成長ガス（ＡｓＨ３、ＮＨ３、ＰＨ３、Ｇａ（ＣＨ３）３、Ａｌ２（ＣＨ３）６、Ｉｎ（ＣＨ３）３）などの１つのガスをより多くチャンバ１０１内に許容し、チャンバ１０１内に許容される別の成長ガス（ＡｓＨ３、ＮＨ３、ＰＨ３、Ｇａ（ＣＨ３）３、Ａｌ２（ＣＨ３）６、Ｉｎ（ＣＨ３）３）の量を低減させる。このように、制御システム１０６は、チャンバ１０１に異なる前駆体ガスの相対量を調節してもよい。制御信号ＳＣｏｎｔｒｏｌが、その動作を制御するために、多数の異なる方法でチャンバ１０１に供給されてもよく、それらの方法のうちの１つを、以下、より詳細に記述する。
【００５２】
[0057]図１ｂは、本発明による半導体成長システム１００ｂのブロック図である。この実施形態において、半導体成長システム１００ｂは、図１ａにより詳細に記載するように、システム１００ａを含む。さらに、半導体成長システム１００ｂは、検出器１０３およびチャンバ１０１に動作可能に結合された制御システム１０６を含む。制御システム１０６は、動作制御可能なように、検出器１０３およびチャンバ１０１に動作可能に連結される。例えば、制御システム１０６は、検出器１０３が検出する放射線の波長を制御するように、検出器１０３に動作可能に連結される。さらに、制御システム１０６は、上述したように、成長パラメータを制御するために、チャンバ１０１に動作可能に連結される。
【００５３】
[0058]制御システム１０６は、ソフトウェアを動作するコンピュータなどの多数の異なるタイプのものであってもよい。このように、制御システム１０６によって動作されるソフトウェアは、チャンバ１０１および検出器１０３を動作させてもよい。チャンバ１０１の動作を制御するために、制御システム１０６に異なるタイプの入力が供給されてもよい。例えば、ユーザが、チャンバ１０１のガスの所望の種類および量の表示を与えてもよく、制御システム１０６が、チャンバ１０６の動作を、所望の種類および量にチャンバ内のガスを変えるように、反応チャンバ１０６の動作を制御してもよい。さらに、ユーザが、チャンバ１０１のガスの所望の成長パラメータの表示を与えてもよく、制御システム１０６が、成長パラメータを所望の成長パラメータにするように反応チャンバ１０６の動作を制御してもよい。
【００５４】
[0059]制御システム１０６は、必要に応じて、動作制御するように放射線源１０２に動作可能に結合されてもよい。制御システム１０６が、典型的に、データを処理することにも留意されたい。例えば、制御システム１０６は、チャンバ１０１に存在する一塩化物、単量体、および二量体分子の相対量のベール・ランバートの法則を使用して、表示を与えるように検出器１０３によって検出された放射線の異なる波長の相対強度を決定してもよい。さらに、制御システム１０６は、Ａ１、Ａ２、およびＡ３の値を決定してもよい。
【００５５】
[0060]動作時、検出器１０３は、検出器信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎを制御システム１０６に供給し、ここで、検出器信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎは、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎに対応する。例えば、いくつかの実施形態において、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎは、光信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎに対応する電気信号である。さらに、制御システム１０６は、上述したように、検出器１０３からの信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎの受信に応答して、チャンバ１０１に制御信号ＳＣｏｎｔｒｏｌを供給することによって、チャンバ１０１の動作を制御する。このようにして、半導体成長システム１００ｂは、チャンバ１０１と、検出器１０３と、制御システム１０６とを含む閉ループを通って動作する。
【００５６】
[0061]制御システム１０６は、単一の制御システムであってもよく、または動作可能に結合された別々の制御システムであってもよい。例えば、置換矢印１０９で示されているように、制御システム１０６は、反応チャンバの制御システム１０８に動作可能に結合された検出器制御システム１０７と置き換えられてもよい。矢印１０９で示す例において、検出器信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎは、検出器１０３と検出器制御システム１０７との間を流れ、制御信号ＳＣｏｎｔｒｏｌ１は、検出器制御システム１０７と反応チャンバ制御システム１０８との間を流れ、制御信号ＳＣｏｎｔｒｏｌ２は、反応チャンバ制御システム１０８とチャンバ１０１との間を流れる。
【００５７】
[0062]動作時、検出器１０３は、検出器信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎを検出器制御システム１０７に供給し、検出器制御システム１０７は、それに応答して、信号ＳＣｏｎｔｒｏｌ１を反応チャンバ制御システム１０８に供給する。さらに、反応チャンバ制御システム１０８は、制御信号ＳＣｏｎｔｒｏｌ２をチャンバ１０１に供給する。チャンバ１０１の動作は、上述したように、制御信号ＳＣｏｎｔｒｏｌ２に応答して制御される。
【００５８】
[0063]図４ａは、本発明による半導体成長システム１００ｃの斜視図である。この実施形態において、半導体成長システム１００ｃは、内部容積１５０を有するチャンバ１０１を含む。さらに、半導体成長システム１００ｃは、内部容積１５０に位置付けられた前駆体源１５１と、流量コントローラ１６０および１６１をそれぞれ通って内部容積１５０と流通状態にあるガスライン１５２および１５３とを含む。半導体成長システム１００ｃは、真空弁１５６を通って内部容積１５０と流通状態にある真空システム１５５を含む。
【００５９】
[0064]流量コントローラ１６０および１６１は、対応するガスライン１５２および１５３から内部容積１５０へのガスの流量を制御する。ガスライン１５２および１５３によって供給されるガスは、上述したような前駆体ガス（ＡｓＨ３、ＮＨ３、ＰＨ３、Ｇａ（ＣＨ３）３、Ａｌ２（ＣＨ３）６、Ｉｎ（ＣＨ３）３）を含み得る。流量コントローラ１６０および１６１は、半導体成長システムにおけるガスの流量を制御するために、半導体産業で使用されている典型的な流量コントローラを含み得る。これらのタイプの流量コントローラは、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）と呼ばれることもある。
【００６０】
[0065]前駆体源１５１は、典型的に、金属塩化物分子（ＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、ＧａＣｌ）を含む前駆体ガスを内部容積１５０に供給する。前駆体源１５１によって供給される前駆体ガスは、典型的に、塩化水素と溶融金属が互いに相互作用するように、溶融金属上に塩化水素を流すことで形成される。前駆体ガスは、塩化水素と溶融金属との相互作用に応答して形成される。例えば、塩化ガリウム、塩化インジウム、および塩化アルミニウムを形成するために、塩化水素は、溶融ガリウム、インジウム、およびアルミニウム上にわたってそれぞれ流される。前駆体源１５１によって供給される前駆体ガスの量は、例えば、溶融金属の温度を制御することによって、さらには、溶融金属上にわたって流れる塩化物ガスの量を制御することによって制御されてもよい。真空システム１５５は、真空弁１５６を通して内部容積１５０のガスの圧力を制御するように動作する。真空システム１５５は、多数の異なるタイプのものであってもよいが、ここでは、半導体成長システムにおいて典型的に使用されるタイプのものである。
【００６１】
[0066]この実施形態において、半導体成長システム１００ｃは、内部容積１５０において基板１５８の温度を制御するとともに、チャンバ１０１の温度および内部容積１５０内のガスを制御するように熱を供給するヒータ１５７を含む。ヒータ１５７は、例えば、フィラメント、固体ランプとともに、抵抗および誘導加熱要素を含んでもよい。いくつかの実施形態において、チャンバ１０１の外部に複数のヒータ１５７が設けられ、チャンバ１０１を通って基板１５８に熱を供給する。
【００６２】
[0067]この実施形態において、流量コントローラ１６０、１６１、および１５５とともに、ヒータ１５７および前駆体源１５１は、制御システム１０６に動作可能に結合される。このようにして、制御システム１０６は、コントローラ１６０、１６１、および１５５、ヒータ１５７、真空システム１５５、および前駆体源１５１の動作を制御する。例えば、制御システム１０６は、流量コントローラ１６０および１６１のそれぞれに信号ＳＦｌｏｗ１およびＳＦｌｏｗ２を供給し、対応するガスライン１５２および１５３から内部容積１５０へ流れるガス量を調節する。このようにして、制御システム１０６は、ガスコントローラとして動作する。さらに、制御システム１０６は、ヒータ１５７に信号ＳＴｅｍｐを供給して、ヒータの温度を調節する。このようにして、制御システム１０６は、温度コントローラとして動作する。制御システム１０６は、真空システム１５５が、内部容積１５０のガスの圧力を調節するように、真空コントローラ１５５に信号Ｓｐｒｅｓｓｕｒｅを供給する。このようにして、制御システム１０６は、圧力コントローラとして動作する。制御システム１０６は、前駆体源１５１に信号ＳＳｏｕｒｃｅを供給し、それに応答して、前駆体源１５１は、所望の量の前駆体ガスを内部容積１５０内に供給する。この実施形態において、信号ＳＳｏｕｒｃｅは、前駆体源１５１の溶融金属の温度を制御し、溶融金属上にわたって流れる塩化水素の量は、信号Ｓｐｒｅｓｓｕｒｅで制御される。信号ＳＦｌｏｗ１、ＳＦｌｏｗ２、ＳＴｅｍｐ、Ｓｐｒｅｓｓｕｒｅ、およびＳＳｏｕｒｃｅは、一般に、ＳＣｏｎｔｒｏｌおよびＳＣｏｎｔｒｏｌ２などの図１ａおよび図１ｂの制御信号に含まれる。
【００６３】
[0068]本発明によれば、半導体成長システム１００ｃは、内部容積１５０を通って光学的に結合される放射線源１０２および検出器１０３を含む。放射線源１０２および検出器１０３は、さまざまな方法で動作可能に結合されてもよい。この実施形態において、チャンバ１０１は、チャンバ１０１の外側の容積および内部容積１５０の間に信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎおよびＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを流す窓１６３および１６４を含む。このように、放射線源１０２および検出器１０３は、内部容積１５０および窓１６３および１６４を通して動作可能に結合される。窓１６３および１６４は、石英と、溶融シリカとを含んでもよい。いくつかの実施形態において、チャンバ１０１はまた、石英や溶融シリカなどの材料を含む。これらの実施形態において、窓１６４および１６４は、典型的に、チャンバ１０１の一体コンポーネントであり、電磁放射線の透過を可能にするさらなる処理は不要である。いくつかの実施形態において、チャンバ１０１は、窓を設置する領域の研磨が必要な場合がある。
【００６４】
[0069]半導体成長システム１００ｃは、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎおよびＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの流れを容易にするための光学デバイスを含んでもよい。例えば、放射線源１０２と窓１６３との間、および／または検出器１０３と窓１６４との間に、１つ以上の光学レンズが位置付けられてもよい。いくつかの例において、放射線源１０２と窓１６３との間、および／または検出器１０３と窓１６４との間に、１つ以上の光学フィルタが配置される。さらに、光ファイバや光パイプなどの光導波路を用いて、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎが、放射線源１０１から窓１６３に流されてもよい。信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、光導波路を用いて、窓１６４から検出器１０３に流されてもよい。
【００６５】
[0070]いくつかの実施形態において、放射線源１０２と窓１６３との間の光路１９０の部分および窓１６４と検出器１０３との間の光路１９１の部分は、周囲ガスを通って延在し、周囲ガスは、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎおよびＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎの減衰を低減するように選択される。例えば、周囲ガスは、ＳＲａｄｉａｔｉｏｎがＵＶ放射線を含む場合、ＵＶ放射線は、酸素ほど窒素によって減衰されないため、より多くの窒素と、より少ない酸素とを含み得る。したがって、酸素は、窒素より多くのＵＶ放射線を吸収するため、放射線源１０２と窓１６３との間、および窓１６４と検出器１０３との間の酸素量を低減することが望ましい。
【００６６】
[0071]検出器１０３は、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎが、検出器１０３と制御システム１０６との間を流れるように、制御システム１０６に動作可能に結合される。図１ａおよび図１ｂに関して、上記により詳細に記述したように、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎが、放射線源１０２によって供給され、チャンバ１０１（すなわち、内部容積１５０内）の信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、金属塩化物系ガスおよび化学種などのガスと相互作用する。信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎとガスとの相互作用に応答して、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎが供給され、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、検出器１０３によって検出される。
【００６７】
[0072]この実施形態において、放射線源１０２は、その光路１９０が窓１６３および内部容積１５０を通って延在するように整列される。さらに、検出器１０３は、その光路１９１が窓１６４および内部容積１５０を通って延在するように整列される。このようにして、放射線源１０２は、窓１６３を通して信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎを供給してもよく、検出器１０３は、窓１６４を通して信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを受信する。光路１９０および１９１は、使用する分光器の種類などの倍率に依存するさまざまな方法で、互いに対して配向されてもよい。
【００６８】
[0073]この実施形態において、光路１９０および１９１は、互いに対して整列されるように配向され、これは吸収分光に有用である。光路１９０および１９１は、放射線源１０２と検出器１０３との間に延在するように互いに整列される。このようにして、放射線源１０２は、窓１６４および検出器１０３の方へ信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎを方向付ける。
【００６９】
[0074]この実施形態において、光路１９０および１９１は、前駆体源１５１に隣接した内部容積１５０の領域１７０を通って延在する。このように、領域１７０のガス分子１８０は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと相互作用し、光路１９１に沿って検出器１０３に信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを供給する。このように、放射線源１０２および検出器１０３は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎとガス分子１８０との相互作用を通して光学的に結合される。領域１７０は、前駆体源１５１に隣接しているため、ガス分子１８０は、前駆体源１５１によって供給されるものに相当する。このように、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、前駆体源１５１によって供給される化学種の数および種類に対応する。
【００７０】
[0075]しかしながら、光路１９０および１９１は、内部容積１５０の他の領域を通って延在するように配向されてもよいことに留意されたい。例えば、窓１６３および１６４は、光路１９０および１９１が、基板１５８の成長表面に隣接した領域１７１を通って延在するように配向される。このように、領域１７１のガス分子１８１は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと相互作用し、光路１９１に沿って検出器１０３に信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを供給する。領域１７１は、基板１５８の成長表面に隣接しているため、ガス分子１８１は、基板上に塊になる化学種に対応する。このように、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、基板１５８に隣接した化学種の数および種類に対応する。
【００７１】
[0076]１つの例において、窓１６３および１６４は、光路１９０および１９１が流量コントローラ１６０および１６１に隣接した領域１７３を通って延在するように配向される位置に設けられる。このようにして、領域１７３のガス分子１８３は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと相互作用し、光路１９１に沿って検出器１０３に信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを供給する。領域１７３が流量コントローラ１６０および１６１に隣接するため、ガス分子１８３は、流量コントローラ１６０および１６１に隣接したガスに相当する。このように、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、流量コントローラ１６０および１６１に隣接したガスの数および種類に相当する。別の例において、窓１６３および１６４は、光路１９０および１９１が、基板１５８と流量コントローラ１６０および１６１との間にある領域１７２を通って延在するように配向される位置に設けられる。このようにして、領域１７２のガス分子１８２は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと相互作用し、光路１９１に沿って検出器１０３に信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを供給する。領域１７２は、基板１５８と流量コントローラ１６０および１６１との間にあるため、ガス分子１８２は、基板１５８と流量コントローラ１６０および１６１との間にあるガスに相当する。このように、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、基板１５８と流量コントローラ１６０および１６１との間にあるガスの数および種類に相当する。
【００７２】
[0077]光路１９０および１９１の向きは、多数の異なる方法で調節されてもよいため、内部容積１５０の所望の領域を通って延在する。例えば、窓１６３および１６４は、対向する側壁１６７および１６８に沿って所望の位置に位置付けられてもよい。さらに、放射線源１０２および検出器１０３は、それぞれ、チャンバ１０１および窓１６３および１６４に対して所望の角度で配向されてもよいため、対応する光路１９０および１９１は、内部容積１５０の所望の領域を通って延在する。
【００７３】
[0078]動作時、制御システム１０６は、対応する信号ＳＦｌｏｗ１およびＳＦｌｏｗ２で流量コントローラ１６０および１６１を動作するため、流量コントローラは、それぞれ、ガスライン１５２および１５３を通って内部容積１５０内に所望の種類および量のガスを流す。さらに、制御システム１０６は、基板１５８とともに、流量コントローラ１６０および１６１および前駆体源１５１によって供給されるガスと加熱するために、内部容積を所望の温度にするように、信号ＳＴｅｍｐでヒータ１５７を動作する。ガスは、上記により詳細に記述したもののような化学種に分解される。化学種は、基板上で相互作用して、基板１５８上に半導体層を形成する。
【００７４】
[0079]本発明によれば、放射線源１０２は、上記により詳細に記載したように、窓１６３を通して信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎを供給し、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎが供給されるようにガス分子１８０と相互作用する。信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、窓１６４を通って流れ、検出器１０３によって検出され、検出器１０３は、それに応答して、制御システム１０６に信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎを供給する。制御システム１０６は、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎを受信し、図２ａ、図２ｂ、および図２ｃで上述したように、例えば、ベール・ランバートの法則を用いることによって、領域１７０にあるガス分子１８０の種類および量を決定する。この決定に応答して、制御システム１０６は、領域１７０内のガス分子がガス分子の所望の種類および量になるように、チャンバ１０１の動作を調節する。領域１７０内のガス分子の所望の種類および量は、さまざまな方法で制御システム１０６に供給されてもよく、例えば、ユーザが、制御システム１０６に動作可能に結合されたキーボードやマウスなどの入力デバイスを使用することによって、制御システム１０６へガス分子の所望の種類および量を供給してもよい。
【００７５】
[0080]上述したように、制御システム１０６は、領域１７０内のガス分子が、多数の異なる方法でガス分子の所望の種類および量になるようにチャンバ１０１の動作を調節してもよい。例えば、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎが、ガス分子１８０の二量体分子が、ガス分子１８０の一塩化物分子の量に対して多すぎることを示せば、制御システム１０６は、ヒータ１５７に温度を上げるための信号ＳＴｅｍｐを供給する。これに応答して、ガス分子１８０の温度は、ガス分子１８０の多数の二量体分子が単量体分子に分解し、ガス分子１８０の多数の単量体分子が一塩化物分子に分解する。このようにして、領域１７０内のガス分子１８０の一塩化物、単量体、および二量体分子の相対量が制御されてもよい。
【００７６】
[0081]別の例において、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎが、ガス分子１８０の一塩化物分子の量が、ガス分子１８０の二量体分子の量に対して多すぎることを示せば、制御システム１０６は、ヒータ１５７に温度を下げるようにするために信号ＳＴｅｍｐを供給する。これに応答して、領域１７０のガス分子１８０の温度は、ガス分子１８０の多数の一塩化物分子が単量体分子を形成するように結合し、ガス分子１８０の多数の単量体分子が二量体分子を形成するように結合する。このように、領域１７０のガス分子１８０の一塩化物、単量体、および二量体分子の数は、図３ａ、図３ｂ、および図３ｃに対して上述したように、ヒータ１５７の温度を調節することによって、互いに対して調節されてもよい。このようにして、領域１７０のガス分子１８０の一塩化物、単量体、および二量体の相対量が制御されてもよい。
【００７７】
[0082]制御システム１０６が、領域１７０内のガス分子１８０がガス分子の所望の種類および量になるようにチャンバ１０１の動作を調節し得る別の方法は、流量コントローラ１６０および１６１とともに、前駆体源１５１を制御することである。例えば、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎが、ガスライン１５２によって供給されるガス量が、領域１７３において少なすぎることを示せば、制御システム１０６は、信号ＳＦｌｏｗ１を流量コントローラ１６０に供給し、それに応答して、流量コントローラ１６０は、ガスライン１５２からより多くのガスが内部容積１５０内に流入させるため、領域１７３のガス量が増大する。
【００７８】
[0083]別の例において、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎが、ガスライン１５２によって供給されるガス量が、領域１７３において多すぎることを示せば、制御システム１０６は、信号ＳＦｌｏｗ１を流量コントローラ１６０に供給し、それに応答して、流量コントローラ１６０は、ガスライン１５２からより多くのガスを内部容積１５０内に流入させるため、領域１７３のガス量が減少する。このようにして、制御システム１０６は、流量コントローラ１６０の動作を制御することによって、領域１７３内のガス分子がガス分子の所望の種類および量になるようにチャンバ１０１の動作を調節する。この実施形態において、制御システム１０６は、同じ方法で流量コントローラ１６１の動作を制御する。
【００７９】
[0084]信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎが、前駆体源１５１によって供給されるガス量が、領域１７０において少なすぎることを示せば、制御システム１０６は、信号ＳＳｏｕｒｃｅを前駆体源１５１に供給し、それに応答して、前駆体源１５１は、内部容積１５０の領域１７０内により多くの前駆体ガスを供給するため、領域１７０の前駆体ガス量は増大する。さらに、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎが、前駆体源１５１によって供給されるガス量が、領域１７０において多すぎることを示せば、制御システム１０６は、信号ＳＳｏｕｒｃｅを前駆体源１５１に供給し、それに応答して、前駆体源１５１は、内部容積１５０の領域１７０内により少ない前駆体ガスを供給するため、領域１７０の前駆体ガスの量は減少する。このようにして、制御システム１０６は、前駆体源１５１の動作を制御することによって、領域１７０内のガス分子がガス分子の所望の種類および量になるように、チャンバ１０１の動作を調節する。上述したように、前駆体源１５１は、典型的に、一塩化物分子（ＧａＣｌ、ＡｌＣｌ、ＩｎＣｌ）、単量体分子（ＧａＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＩｎＣｌ３）、および二量体分子（Ｇａ２Ｃｌ６、Ａｌ２Ｃｌ６、Ｉｎ２Ｃｌ６）などの金属塩化物分子を含むガスを供給し、金属塩化物分子は、前駆体源１５１によって内部容積１５０にｉｎ−ｓｉｔｕ供給される。
【００８０】
[0085]制御システム１０６は、内部容積１５０にあるガスの圧力を所望の圧力になるように制御することによって、チャンバ１０１の動作を調節してもよい。例えば、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎが、ガスライン１５２および１５３および前駆体源によって供給されるガス量が、内部容積１５０において少なすぎることを示せば、制御システム１０６は、真空システム１５５が、内部容積１５０からより少ないガスを流出させるように、信号Ｓｐｒｅｓｓｕｒｅを真空コントローラ１５５に供給する。内部容積１５０にあるガスの圧力は、内部容積１５０から流出されるガスが少なくなると、それに応答して増大する。
【００８１】
[0086]別の例において、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎが、ガスライン１５２および１５３および前駆体源によって供給されるガス量が、内部容積１５０において多すぎることを示せば、制御システム１０６は、真空システム１５５が内部容積１５０からより多くのガスを流出させるように、信号Ｓｐｒｅｓｓｕｒｅを真空コントローラ１５５に供給する。内部容積１５０におけるガスの圧力は、内部容積１５０か流出されるガスが多くなると、それに応答して低下する。このようにして、制御システム１０６は、内部容積１５０にあるガスの圧力を調節してもよい。
【００８２】
[0087]図４ｂは、本発明による半導体成長システム１００ｄの斜視図である。この実施形態において、半導体成長システム１００ｄは、内部容積１５０を有するチャンバ１０１を含む。さらに、ガスライン１５２および１５３は、それぞれ、流量コントローラ１６０および１６１を通って内部容積１５０と流通状態にある。この実施形態において、ガスライン１５４は、流量コントローラ１６２を通って内部容積１５０と流通状態にあり、ガスライン１５４は、前駆体ガスを内部容積１５０にｅｘ−ｓｉｔｕ供給する。
【００８３】
[0088]本発明によれば、窓１６３および１６４および放射線源１０２および検出器１０３は、光路１９０および１９１が、内部容積１５０の領域１７４を通って延在するように位置付けられ、領域１７４は、流量コントローラ１６２に隣接した位置にある。このようにして、領域１７４のガス分子１８４は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと相互作用し、光路１９１に沿って検出器１０３に信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを供給する。領域１７４は、流量コントローラに隣接しているため、ガス分子１８４は、流量コントローラ１６２によって供給される前駆体ガスに相当する。このように、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、流量コントローラ１６２によって供給される金属塩化物分子の数および種類に相当する。
【００８４】
[0089]動作時、制御システム１０６は、対応する信号ＳＦｌｏｗ１、ＳＦｌｏｗ２、およびＳＦｌｏｗ３で流量コントローラ１６０、１６１、および１６２を動作するため、流量コントローラは、それぞれ、ガスライン１５２、１５３、および１５４を通って内部容積１５０内に所望の種類および量のガスを流入する。上述したように、流量コントローラ１６１、１６２、および１６３は、一般に、前駆体ガスを供給する。さらに、制御システム１０６は、基板１５８とともに、流量コントローラ１６０、１６１、および１６２によって供給されるガスを加熱するために所望の温度にするように、信号ＳＴｅｍｐでヒータ１５７を動作する。ガスは、上記により詳細に記述したもののような化学種に分解される。化学種は、基板上で相互作用し、基板１５８上に半導体層を形成する。
【００８５】
[0090]本発明によれば、放射線源１０２は、上記により詳細に記載したように、窓１６３を通して信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎを供給し、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎが供給されるようにガス分子１８４と相互作用する。信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、窓１６４を通って流れ、検出器１０３によって検出され、検出器１０３は、それに応答して、制御システム１０６に信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎを供給する。制御システム１０６は、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎを受信し、図２ａ、図２ｂ、および図２ｃで上述したように、例えば、ベール・ランバートの法則を用いることによって、領域１７４にあるガス分子１８４の種類および量を決定する。この決定に応答して、制御システム１０６は、領域１７４内のガス分子がガス分子の所望の種類および量になるように、チャンバ１０１の動作を調節する。上述したように、制御システム１０６は、領域１７４内のガス分子が、図４ａに対して上記により詳細に記述したもののような多数の異なる方法でガス分子の所望の種類および量になるようにチャンバ１０１の動作を調節してもよい。
【００８６】
[0091]図４ｃは、本発明による半導体成長システム１００ｅの斜視図である。この実施形態において、半導体成長システム１００ｅは、図４ｂの半導体成長システム１００ｄを含む。本発明によれば、半導体成長システム１００ｅは、窓１６５および１６６とともに、放射線源１０４と、検出器１０５とをさらに含む。放射線源１０４は、放射線ＳＲａｄｉａｔｉｏｎを供給し、検出器１０３は、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを検出する。放射線源１０４および検出器１０５は、内部容積１５０の領域１７１を通って延在するように位置付けられた光路１９２および１９３を有し、領域１７１は、基板１５８に隣接した位置にある。このように、領域１７１のガス分子１８１は、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎと相互作用し、光路１９３に沿って検出器１０５に信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎを供給する。領域１７１は、基板１５８に隣接しているため、ガス分子１８１は、基板１５８上で相互作用する化学種に相当する。このように、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、基板１５８に隣接した化学種の数および種類に相当する。
【００８７】
[0092]放射線源１０２および１０４は、同じ波長の電磁放射線を供給してもよい。例えば、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎおよびＳＲａｄｉａｔｉｏｎ１の両方は、ＵＶ放射線に相当するものであってもよい。しかしながら、他の実施形態において、放射線源１０２および１０４は、異なる波長の電磁放射線を供給してもよい。例えば、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎおよびＳＲａｄｉａｔｉｏｎ１は、それぞれ、ＵＶ放射線および紫外線に相当してもよい。
【００８８】
[0093]動作時、制御システム１０６は、対応する信号ＳＦｌｏｗ１、ＳＦｌｏｗ２、およびＳＦｌｏｗ３で流量コントローラ１６０、１６１、および１６２を動作するため、流量コントローラは、図４ｂに対してより詳細に記述したように、それぞれ、ガスライン１５２、１５３、および１５４を通って内部容積１５０内に所望の種類および量のガスを流入する。本発明によれば、放射線源１０２は、上記により詳細に記載したように、窓１６３を通して信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎを供給し、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎが供給されるように、ガス分子１８５と相互作用する。信号は、窓１６４を通って流れ、検出器１０３によって検出され、検出器１０３は、それに応答して、制御システム１０６に信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎを供給する。制御システム１０６は、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎを受信し、図２ａ、図２ｂ、および図２ｃで上述したように、例えば、ベール・ランバートの法則を用いることによって、領域１７５にあるガス分子１８５の種類および量を決定する。
【００８９】
[0094]本発明によれば、放射線源１０４は、窓１６５を通して信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎ１を供給し、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎ１は、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ１が供給されるようにガス分子１８１と相互作用する。信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ１は、窓１６６を通って流れ、検出器１０５によって検出され、検出器１０５は、それに応答して、制御システム１０６に信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎ１を供給する。制御システム１０６は、信号ＳＤｅｔｅｃｔｉｏｎ１を受信し、図２ａ、図２ｂ、および図２ｃで上述したように、例えば、ベール・ランバートの法則を用いることによって、領域１７１にあるガス分子１８１の種類および量を決定する。
【００９０】
[0095]ガス分子１８１および１８５の種類および量の決定に応答して、制御システム１０６は、図３ａ、図３ｂ、および図３ｃに対して上述したように、領域１７１および１７５内のガス分子がガス分子の所望の種類および量になるようにチャンバ１０１の動作を調節する。制御システム１０６は、図４ａに対して上記により詳細に記述したもののような方法を利用して、領域１７１および１７５内のガス分子が所望の種類になるようにチャンバ１０１の動作を調節してもよい。
【００９１】
[0096]図４ｄは、本発明による半導体成長システム１００ｆの斜視図である。この実施形態において、半導体成長システム１００ｆは、図４ｂの半導体成長システム１００ｄを含み、窓１６３および１６４は、側壁１６７を通って延在する。半導体成長システム１００ｆは、内部容積１５０内に位置付けられたミラー１４５を含み、光路１９０は、窓１６３を通って、放射線源１０２と領域１７４内の化学種１８４との間に延在する。さらに、光路１９１は、化学種１８４とミラー１４５との間に延在する。この実施形態において、光路１９４が、窓１６４を通って、ミラー１４５と検出器１０３との間に延在する。このように、ミラー１４５は、光路１９１に沿って流れる光を、検出器１０３の方へ光路１９４に沿って方向付ける。このようにして、放射線源１０２および検出器１０３は、内部容積１５０および窓１６３および１６４とともに、ミラー１４５を通って動作可能に結合される。
【００９２】
[0097]動作時、放射線源１０２は、光路１９０に沿って窓１６３を通って、化学種１８４と相互作用する信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎを供給し、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、それに応答して、光路１９１に沿って供給される。信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、光路１９１に沿って流れ、ミラー１４５によって反射されて、光路１９４に沿って検出器１０３の方へ方向付けられる。信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、光路１９４に沿って窓１６４を通って検出器１０３の方へ流れる。半導体成長システム１００ｆの動作に関するさらなる情報が、図４ｂの半導体成長システム１００ｄの記述に対して上記に提供されている。
【００９３】
[0100]図４ｅは、本発明による半導体成長システム１００ｇの斜視図である。この実施形態において、半導体成長システム１００ｇは、図４ｂの半導体成長システム１００ｄを含む。半導体成長システム１００ｆは、側壁１６７から延在するサイドチャンバ１４７を含む。この実施形態において、窓１６３および１６４は、サイドチャンバ１４７の対向する側面を通って延在し、流量コントローラ１６０は、サイドチャンバ１４７の端部を通って延在する。このように、流量コントローラ１６０は、ガスライン１５２からサイドチャンバ１４７を通って内部容積１５０へ流れる。ガスライン１５２からのガスは、領域１７４とともに、サイドチャンバ１４７にあるように示された化学種１８４として表されている。化学種１８４が反応チャンバ１０１から離れた位置でモニタされるように、窓１６３および１６４が側壁１６７から離れた位置に持付けられることが典型的に望ましい。
【００９４】
[0101]この実施形態において、半導体成長システム１００ｇは、開位置と閉位置との間で繰り返し可動であるサイドチャンバドア１４８を含む。サイドチャンバドア１４８は、ロードロックドアと、弁とを備えてもよい。ロードロックドアおよび弁は、試料を低圧環境にロードしやすいようにするために、半導体成長システムに含まれる場合が多い。ロードロックドアおよび弁に関するさらなる情報については、米国特許第４，４１８，６４６号、同第４，５３４，３１４号、および同第６，０５９，５０７号から得られ、その内容全体は、参照により本明細書に組み入れられる。図４ｅの実線で示すように、サイドチャンバドア１４８が開位置にあると、サイドチャンバ１４７は、内部容積１５０と流通状態にある。図４ｅの点線で示すように、サイドチャンバドア１４８が閉位置にあると、サイドチャンバ１４７は、内部容積１５０と流通状態にない。
【００９５】
[0102]この実施形態において、半導体成長システム１００ｇは、内部容積１５０およびチャンバ１０１の外部に位置付けられたミラー１４５および１４６を含む。光路１９０は、ミラー１４５と放射線源１０２との間に延在し、光路１９４は、窓１６３および１６４とともに、サイドチャンバ１４７を通って、ミラー１４５および１４６の間に延在する。さらに、光路１９５は、ミラー１４６と検出器１０３との間に延在する。このようにして、ミラー１４５は、放射線源１０２から窓１６３および１６４を通って光を方向付けるように位置付けられ、ミラー１４６は、窓１６３および１６４を通って検出器１０３に光を方向付けるように配置される。
【００９６】
[0103]動作時、放射線源１０２は、光路１９０に沿って信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎを供給し、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、ミラー１４５によって反射され、窓１６３および１６４とともに、サイドチャンバ１４７を通ってミラー１４６に方向付けられる。信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、サイドチャンバ１４７において化学種１８４と相互作用し、信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、それに応答して、光路１９４に沿って供給される。信号ＳＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎは、光路１９４に沿って流れ、ミラー１４６によって反射されて、光路１９５に沿って検出器１０３へ方向付けられる。半導体成長システム１００ｆの動作に関するさらなる情報については、図４ｂの半導体成長システム１００ｄの記述に対して上記に提供されている。
【００９７】
[0104]信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、サイドチャンバドア１４８が開位置または閉位置にあるとき、サイドチャンバ１４７において化学種１８４と相互作用し得る。サイドチャンバドア１４８が開位置にあるとき、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、化学種１８４と相互作用し、化学種１８４は、サイドチャンバ１４７が内部容積１５０と流通状態にあるため、反応チャンバ１０１の内部にある。サイドチャンバドア１４８が閉位置にあるとき、信号ＳＲａｄｉａｔｉｏｎは、化学種１８４と相互作用し、化学種１８４は、サイドチャンバ１４７が内部容積１５０と流通状態にないため、反応チャンバ１０１の外部にある。このようにして、検出器１０３は、反応チャンバ１０１の内部および外部にある化学種からの放射線を検出し得る。
【００９８】
[0105]開位置と閉位置との間でサイドチャンバドア１４８を移動させることが有用な状況は、例えば、特定の時間に化学種１８４からの放射線を検出することが望まれ、サイドチャンバ１４７と内部容積１５０との間からの化学種１８４の流れを制約するように、サイドチャンバドア１４８を閉位置に移動させることによって、この特定の時間で化学種１８４が変化する量を低減することが望まれ得る。他の状況において、時間に応じて化学種１８４からの放射線を検出することが望まれるため、サイドチャンバ１４７と内部容積１５０との間に化学種１８４が流れ得るように、サイドチャンバドア１４８を開位置に移動させることが望ましい場合がある。
【００９９】
[0106]さらなる他の状況において、サイドチャンバ１４７において化学種１８４から放射線を検出するために、特定の時間ｔ１でサイドチャンバドア１４８を閉位置に移動させることが望ましいことがある。時間ｔ２の後、サイドチャンバドア１４８が開位置に移動され、サイドチャンバドア１４８は、時間ｔ３までに開位置にある。時間ｔ３の後、サイドチャンバドア１４８は、閉位置に移動され、サイドチャンバ１４７の化学種１８４からの放射線が検出される。サイドチャンバドア１４８の開閉ステップおよび化学種１８４からの放射線検出ステップは、必要に応じて繰り返されてもよい。時間ｔ３は時間ｔ２より長く、時間ｔ２は時間ｔ１より長い。
【０１００】
[0107]図５ａは、本発明による方法２００の流れ図である。この実施形態において、方法２００は、反応チャンバの内部容積を通して電磁放射線を流すステップ２０１と、反応チャンバの塩化物系化学物質によって放射線の吸収を検出するステップ２０２とを含む。方法２００は、塩化物系化学物質による放射線の吸収に応答して、反応チャンバの動作を制御するステップを含む。塩化物系化学物質は、典型的に、一塩化物分子、塩化物単量体、および／または塩化物二量体の形態のものである。
【０１０１】
[0108]吸収された放射線は、多数の異なる波長領域の波長を有するものであってもよい。例えば、いくつかの実施形態において、吸収された放射線の波長は、約１００ナノメートル〜４００ナノメートルである。いくつかの実施形態において、吸収された放射線の波長は、約１００ナノメートル〜３５０ナノメールである。１つの特定の実施形態において、吸収された放射線の波長は、約１８５ナノメートル〜２１０ナノメートルである。
【０１０２】
[0109]方法２００は、多数の他のステップを含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態において、方法２００は、制御システムで反応チャンバの動作を調節することによって、反応チャンバの成長パラメータを調節するステップを含む。さらに、方法２００は、塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および／または塩化物二量体による放射線の吸収に応答して、制御システムで反応チャンバの動作を制御するステップを含んでもよい。いくつかの実施形態において、方法２００は、制御システムで反応チャンバの動作を調節することによって、塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を調節するステップを含む。制御システムは、温度のような反応チャンバの成長パラメータを調節することによって、反応チャンバの塩化物系化学物質の一塩化物分子、塩化物単量体、および塩化物二量体の量を調節してもよい。
【０１０３】
[0110]図５ｂは、本発明による方法２１０の流れ図である。この実施形態において、方法２１０は、内部容積と、内部容積に塩化物系化学物質とを有する反応チャンバを設けるステップ２１１と、第１の電磁放射線源を設けるステップ２１２とを含む。方法２１０は、塩化物系化学物質による放射線の吸収を検出するように配置された第１の検出器を設けるステップ２１３と、第１の検出器からの第１の表示に応答して、反応チャンバの動作を制御する制御システムを設けるステップ２１４とを含む。第１の表示は、塩化物系化学物質による放射線の吸収に対応する。このようにして、第１の表示は、内部容積の第１の領域にある塩化物系化学物質の種類および量に対応する。
【０１０４】
[0111]方法２１０は、多数の他のステップを含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態において、方法２１０は、第１の表示に応答して制御システムで反応チャンバの動作パラメータの１つ以上を調節するステップを含む。
【０１０５】
[0112]いくつかの実施形態において、方法２１０は、第２の電磁放射線源と、塩化物系化学物質による放射線の吸収を検出するために配置された第２の検出器とを設けるステップを含む。第１および第２の検出器は、典型的に、異なる場所に配置される。制御システムは、第２の検出器からの第２の表示に応答して、反応チャンバの動作を制御する。第２の表示は、典型的に、内部容積の第２の領域にある塩化物系化学物質の種類および量に対応する。制御システムは、第２の表示に応答して、反応チャンバの動作パラメータの１つ以上を調節してもよい。
【０１０６】
[0113]本発明の特定の実施形態を示し記載してきたが、当業者であれば、多数の変形例および別の実施形態を見い出すであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲にのみ限定されることが意図されている。
【図１ａ】
2012501089.tif 000003
【図１ｂ】
2012501089.tif 000004
【図２ａ】
2012501089.tif 000005
【図２ｂ】
2012501089.tif 000006
【図２ｃ】
2012501089.tif 000007
【図３ａ】
2012501089.tif 000008
【図３ｂ】
2012501089.tif 000009
【図３ｃ】
2012501089.tif 000010
【図４ａ】
2012501089.tif 000011
【図４ｂ】
2012501089.tif 000012
【図４ｃ】
2012501089.tif 000013
【図４ｄ】
2012501089.tif 000014
【図４ｅ】
2012501089.tif 000015
【図５ａ】
2012501089.tif 000016
【図５ｂ】
2012501089.tif 000017
【国際調査報告】
2012501089.tif 000018
2012501089.tif 000019
2012501089.tif 000020