(57)【要約】気相エピタキシーシステムは、気相エピタキシーのための基板を支持する圧盤と、ガス注入器と、を含む。ガス注入器は、第１の前駆体ガスを第１の領域へ注入し、第２の前駆体ガスを第２の領域へ注入する。第１の前駆体ガス分子が電極に近接して流れるように、少なくとも１つの電極が第１の領域に位置付けられる。少なくとも１つの電極は、第２の前駆体ガスの流れから実質的に隔離されるように位置付けられる。電源は、少なくとも１つの電極に電気的に接続される。電源は、少なくとも１つの電極に近接して流れる第１の前駆体ガス分子のうちの少なくとも一部を熱的に活性化し、それにより、第１の前駆体ガス分子を活性化するよう、少なくとも１つの電極を加熱する電流を生成する。
2012504873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．気相エピタキシーのための基板を支持する圧盤と、
ｂ．第１の前駆体ガス源に連結される第１の領域と、第２の前駆体ガス源に連結される第２の領域とを備え、該第１の前駆体ガスを該第１の領域に注入し、該第２の前駆体ガスを該第２の領域に注入するガス注入器と、
ｃ．該第１の領域の中に位置付けられる少なくとも１つの電極であって、第１の前駆体ガス分子が、該少なくとも１つの電極に近接して流れ、該少なくとも１つの電極は、該第２の前駆体ガスの流れから実質的に隔離されるよう位置付けられる、少なくとも１つの電極と、
ｄ．該少なくとも１つの電極に電気的に接続される出力部を有する電源であって、該少なくとも１つの電極に近接して流れる該第１の前駆体ガス分子のうちの少なくとも一部を熱的に活性化するように、該少なくとも１つの電極を加熱する電流を生成する電源と
を備える、気相エピタキシーシステム。
【請求項２】
前記ガス注入器は、該ガス注入器の温度を制御するように、液体冷却チャネルを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ガス注入器内の前記第１および第２の領域は、該ガス注入器の少なくとも一部にわたって交互に位置する複数の第１および第２の領域を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１および第２の前駆体ガスのうちの少なくとも１つは、前記基板を支持する前記圧盤に対して垂直である方向に、前記ガス注入器を通って流れる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１および第２の前駆体ガスのうちの少なくとも１つは、前記基板を支持する前記圧盤に対して平行である方向に、前記ガス注入器を通って流れる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１および第２の前駆体ガスのうちの一方は、前記基板を支持する前記圧盤に対して実質的に平行である方向に、前記ガス注入器を通って流れ、該第１および第２の前駆体ガスのうちの他方は、該基板を支持する該圧盤に対して実質的に垂直である方向に、該ガス注入器を介して流れる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ガス注入器は、前記第１および第２の前駆体ガスを、層流で前記圧盤上に流す、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ガス注入器は、前記第１および第２の前駆体ガスを、非層流で前記圧盤上に流す、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ガス注入器は、前記第１および第２の領域を物理的に分離するバッフルをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記バッフルは、前記基板を支持する前記圧盤にわたって、前記第１および第２の前駆体ガスの層流を保つように成形される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記バッフルは、非熱伝導材料で形成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの電極は、触媒物質で形成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記触媒物質は、タングステン、レニウム、モリブデンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記圧盤に近接して位置付けられる触媒電極をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記電極は、非直線的構造で形成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電極は、前記ガス注入器の平面内で配向される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記電極は、前記ガス注入器に対して垂直である平面内で配向される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電極は、前記圧盤に近接して位置付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
気相エピタキシーの方法であって、
ａ．基板を支持する圧盤に近接する第１の領域において、気相エピタキシーのための第１の前駆体ガスを注入するステップと、
ｂ．基板を支持する該圧盤に近接する第２の領域において、気相エピタキシーのための第２の前駆体ガスを注入するステップと、
ｃ．該注入された第１の前駆体ガスの流れの中に電極を位置付けるステップと、
ｄ．該注入された第２の前駆体ガスの流れから該電極を隔離するステップと、
ｅ．該第１の前駆体ガスを該電極で活性化するステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記第１の前駆体ガスを活性化するステップは、第１の前駆体ガスラジカルを生成する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の前駆体ガスを活性化するステップは、該第１の前駆体ガスを熱的に活性化させるように、前記電極を通電するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の前駆体ガスを活性化させるステップは、該第１の前駆体ガスを触媒電極物質で触媒的に活性化させるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の前駆体ガスを注入するステップは、水素化物前駆体ガスを注入するステップを含み、前記第２の前駆体ガスを注入するステップは、有機金属前駆体ガスを注入するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
ハロゲン化物前駆体ガスを注入するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記気相エピタキシーのための第１の前駆体ガスを注入するステップは、水素化物前駆体ガスを注入するステップを含み、前記気相エピタキシーのための第２の前駆体ガスを注入するステップは、金属ハロゲン化物前駆体ガスを注入するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記気相エピタキシーのための第１および第２の前駆体ガスを注入するステップは、前記基板を支持する圧盤に対して平行に、該第１および第２の前駆体ガスを注入するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記気相エピタキシーのための第１および第２の前駆体ガスを注入するステップは、前記基板を支持する圧盤に対して垂直に、該第１および第２の前駆体ガスを注入するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記気相エピタキシーのための第１および第２の前駆体ガスを注入するステップは、前記基板を支持する圧盤に対して垂直に、該第１および第２の前駆体ガスのうちの一方を注入するステップと、該基板を支持する圧盤に対して平行に、該第１および第２の前駆体ガスのうちの他方を注入するステップとを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１および第２の前駆体ガスを注入するステップは、複数の交互に位置する第１および第２の領域内で該第１および第２の前駆体ガスを注入するステップを含み、該第１の前駆体ガスは、該複数の交互に位置する第１および第２の領域のうちの該第１の領域内で注入され、該第２の前駆体ガスは、該複数の交互に位置する第１および第２の領域のうちの該第２の領域内に注入される、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記注入された第２の前駆体ガスの流れから電極を隔離するステップは、該電極をバッフルするステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記バッフルするステップは、前記基板を支持する圧盤の上の層流を保つ、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
ａ．基板を支持する圧盤に近接する第１の領域において、気相エピタキシーのための第１の前駆体ガスを注入する手段と、
ｂ．該基板を支持する圧盤に近接する第２の領域において、気相エピタキシーのための第２の前駆体ガスを注入する手段と、
ｃ．該注入された第１の前駆体ガスの流れの中に位置付けられる電極と、
ｄ．該注入された第２の前駆体ガスの流れから該電極を隔離する手段と、
ｅ．該第１の前駆体ガスを該電極で活性化する手段と
を備える、気相エピタキシーシステム。
【請求項３３】
前記第１の前駆体ガスを電極で活性化する手段は、該電極を通電するステップを含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記第１の前駆体ガスを電極で活性化する手段は、該電極で触媒反応を形成するステップを含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
前記電極を注入された第２の前駆体ガスから隔離する手段は、該電極をバッフルするステップを含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】
気相エピタキシーの方法であって、
ａ．基板を支持する圧盤に近接する第１の領域において、気相エピタキシーのためのＨ２およびＮ２を含む第１の前駆体ガスを注入するステップと、
ｂ．該基板を支持する圧盤に近接する第２の領域において、気相エピタキシーのための第２の前駆体ガスを注入するステップと、
ｃ．該注入された第１の前駆体ガスの流れの中に触媒電極を位置付けるステップと、
ｄ．該注入された第２の前駆体ガスの流れから該電極を隔離するステップと、
ｅ．該第１の前駆体ガスを活性化して、ＮＨ２およびＮＨのうちの少なくとも１つを生成するように、該触媒電極を通電するステップと
を含む、方法。
【請求項３７】
前記基板を支持する圧盤と熱的に連通している第２の触媒電極を位置付けるステップをさらに含み、該第２の触媒電極は通電されない、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書におけるセクションの表題は整理目的あって、本願の主題を限定するものではない。
【０００２】
（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６１／１５９，０９３号（２００８年１０月３日出願、名称「Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｐｕｔ，」）に基づく優先権を主張する。該仮出願の全体が参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
気相エピタキシー（ＶＰＥ）は、反応種が反応し、基板の表面上に膜を形成するように、化学種を含有する１つ以上の気体を基板の表面上へ誘導することを含む化学気相エピタキシー（ＣＶＤ）の一種である。例えば、ＶＰＥは、基板上に複合半導体物質を成長させるために使用され得る。基板は典型的に、ディスク状の結晶性物質で、一般的に「ウェーハ」と呼ばれる。物質は典型的に、結晶基板を収容するプロセスチャンバ内へ、少なくとも第１および第２の前駆体ガスを注入することによって、成長させられる。
【０００４】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体等の複合半導体は、水素化物前駆体ガスおよび有機金属前駆体ガスを使用して、基板上に半導体物質の多様な層を成長させることによって形成され得る。有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）は、一般的に、必要な化学元素を含有する有機金属および金属水素化物の表面反応を使用して、複合半導体を成長させるために使用される蒸着方法である。例えば、リン化インジウムは、トリメチルインジウムおよびホスフィンを導入することによって、基板上のリアクタ内で成長させられ得る。当分野において使用されるＭＯＶＰＥの代替名として、有機金属気相エピタキシー（ＯＭＶＰＥ）、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、および有機金属化学蒸着（ＯＭＣＶＤ）が挙げられる。これらのプロセスにおいて、ガスは、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓまたはＧａＰ基板等の基板の表面で互いに反応させられて、一般的化学式ＩｎｘＧａＹＡｌＺＮＡＡｓＢＰＣＳｂＤのＩＩＩ−Ｖ族化合物を形成し、Ｘ＋Ｙ＋Ｚは、ほぼ１に等しく、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、ほぼ１に等しく、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤの各々はゼロと１の間であり得る。事例によっては、他のＩＩＩ族金属のうちの一部またはすべての代わりにビスマスが使用され得る。
【０００５】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体等の複合半導体はまた、水素化物またはハロゲン化物前駆体ガスプロセスを使用して、基板上に半導体物質の多様な層を成長させることによっても形成され得る。ハロゲン化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）の１つのプロセスにおいて、ＩＩＩ群窒化物（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ）は、高温のガス状金属塩化物（例えば、ＧａＣｌまたはＡｌＣｌ）をアンモニアガス（ＮＨ３）と反応させることによって形成される。金属塩化物は、高温のＩＩＩ群金属上に高温のＨＣｌガスを送ることによって、生成される。すべての反応は、温度制御された石英炉内で行われる。ＨＶＰＥの１つの特長は、一部の最先端技術のプロセスの場合には、１時間当たり１００μｍまでの、非常に高い成長率を有することが可能なことである。ＨＶＰＥの別の特長は、薄膜が炭素を含まない環境で成長させられることから、および高温のＨＣｌガスは自浄効果を提供することから、比較的高品質の薄膜を蒸着するために使用され得ることである。
【０００６】
これらのプロセスにおいて、基板は、反応チャンバ内部に高温で維持される。前駆体ガスは典型的に、不活性キャリアガスと混合され、次いで、反応チャンバへ誘導される。典型的に、ガスは、反応チャンバ内へ導入される時、比較的低温である。ガスが高温の基板に到達すると、その温度、すなわち、反応に有効エネルギーが増加する。エピタキシャル層の形成は、基板表面で成分の化学物質が最終的に熱分解することによって発生する。結晶は、化学反応によって形成されるのであって、物理的蒸着によって形成されるのではない。成長は、適度な圧力で気相において発生する。このため、ＶＰＥは、熱力学的に準安定性の合金には望ましい成長技法である。現在、ＶＰＥは、一般的に、レーザダイオード、太陽電池、およびＬＥＤを製造するために使用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書における「一実施形態」または「実施形態」への参照は、実施形態に関連して説明された特定の機能、構造、または特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態において含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所で「一実施形態において」という語句が出現しても、必ずしも、すべて同一の実施形態を参照しているわけではない。
【０００８】
本発明の方法の個別のステップは、本発明が動作可能である限り、どのような順序にも、および／または同時に実行され得ることを理解されたい。さらに、本発明の装置および方法は、本発明が動作可能である限り、説明された実施形態の任意の数またはすべてを含むことができることも理解されたい。
【０００９】
ここで、添付の図面に示されているその例示的な実施形態を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。本発明は、多様な実施形態および実施例に関連して説明されるが、本発明が当該実施形態に限定されることを意図するものではない。そうではなく、本発明は、当業者によって理解されるように、多様な代替、変形および相当物に及ぶ。本明細書の教示にアクセスした当業者は、本明細書に説明される本開示の範囲内である、追加の実装、変形および実施形態、ならびに他の使用分野を認識するであろう。
【００１０】
本開示において使用される「有効エネルギー」という用語は、化学反応において使用される反応種の化学ポテンシャルを言及する。化学ポテンシャルは、システム（粒子、分子、振動または電子状態、反応平衡等）のエネルギーを記述するために、熱力学、物理学、および化学において一般的に使用される用語である。しかしながら、化学ポテンシャルという用語に対するより具体的な代用として、ギブズ自由エネルギー（熱力学）およびフェルミレベル（固体状態の物理学）等が挙げられ、多様な学問領域において使用され得る。その他特に明記されない限り、有効エネルギーへの言及は、特定物質の化学ポテンシャルを言及すると理解されたい。
【００１１】
図１は、複合半導体を形成するために使用される周知のＶＰＥシステム１００を示す。このシステム１００は、その中に付設されたスピンドル１０２を有する反応チャンバ１０１を含む。スピンドル１０２は、回転駆動機構１０６によって、軸１０４の周りで回転可能である。軸１０４は、図１に示されるように、上流方向Ｕおよび下流方向Ｄに延在する。圧盤１０８は、多数のシステムにおいてはディスク様の基板キャリアで、それとともに回転するためにスピンドル１０２上に付設される。典型的に、圧盤１０８およびスピンドル１０２は、１分あたり約１００〜２、０００回転の範囲にある回転速度で回転する。圧盤１０８は、基板１１０の表面１１２が、軸１０４に対して垂直である平面内にあり、かつ上流方向Ｕに面するように、複数のディスク様基板１１０を保持するために適合される。
【００１２】
抵抗加熱要素等の加熱器１１４は、圧盤１０８に近接して反応チャンバ１０１内部に位置付けられる。加熱器１１４は、基板キャリアを所望のプロセス温度まで加熱する。ガス注入器１１６は、時には、当分野において流入口要素として知られ、圧盤１０８およびスピンドル１０２の上流に付設される。ガス注入器１１６は、プロセスガス源１１８、１２０、および１２２に接続される。ガス注入器１１６は、多様なプロセスガスの流れを反応チャンバ１０１内へ誘導する。流体冷却剤供給１１７は、ガス注入器１１６の温度を制御するために、流れ注入器１１６内の流体冷却チャネルに結合されて、冷却液を循環させる。
【００１３】
動作中、プロセスガス源１１８、１２０、および１２２からのプロセスガスの流れは、概して、本明細書において「流れ領域１２４」と称される、ガス注入器１１６と圧盤１０８との間の反応チャンバ１０１の領域において、圧盤１０８および基板１１０に向かって、下流に流れる。周知のシステムにおいて、この下向きの流れは、下向きに流れるガスの別個の流れの間を実質的に混合することにはならない。典型的には、流れ領域１２４内に層流が存在するように、システム１００を設計および動作することが所望される。通常の動作において、圧盤１０８は、回転駆動１０６とともに軸１０４の周囲で急速に回転させられるので、圧盤１０８の表面および基板１１０の表面は、急速に移動している。圧盤１０８および基板１１０の急速運動は、軸１０４周りの回転運動内へガスを同調させる。このため、プロセスガスは、軸１０４から離れて半径方向に流れ、それにより、多様な流れの中のプロセスガスが、境界層領域１２６において模式的に示される境界層内で互いに混合させられる。
【００１４】
実際には、流れ領域１２４内の矢印１２８によって示される概して下流のガス流と、境界層１２６内の急速な回転流および混合との間には、段階的な遷移が存在する。それにもかかわらず、境界層１２６は概して、ガス流が基板１１０の表面に対して実質的に平行である領域として考えられる。一部の動作方法において、境界層１２６の厚さは、約１ｃｍ程度で、ガス注入器１１６の下流面から基板１１０の表面１１２までの距離は約５〜８ｃｍである。このように、流れ領域１２４は、ガス注入器１１６と圧盤１０８との間の空間の大部分を占める。圧盤１０８の回転運動は、圧盤１０８の周辺縁周囲でガスを外向きに送出し、したがって、ガスは、排気システム１３０に対して下流に通過する。多数の動作方法において、反応チャンバ１０１は、約２５〜１，０００トールの絶対圧に維持される。多数のプロセスは、約５０〜７６０トールの絶対圧で動作する。
【００１５】
ガス注入器１１６は、時にはこれより高い温度が使用されるが、比較的低温度、典型的には６０℃以下に維持される。ハロゲン化物ＶＰＥシステムにおいて、ＩＩＩ族ハロゲン化物は、凝結を防止するために高温に維持される。この高温は、蒸着が発生する、基板１１０の温度より低い。ガス注入器１１６内および流れ領域１２４内の反応物の分解を阻害および／または反応物の望ましくない反応の形成を阻害するように、比較的低い温度が選択される。また、多数のプロセスにおいて、圧盤１０８から離れた流れ領域１２４内のプロセスガスのあらゆる反応の速度を最小限にするために、反応チャンバ１０１の壁１０１’は約２５℃まで冷却される。
【００１６】
境界層１２６内のガスの滞留時間は比較的短時間であるため、基板１１０の表面で境界層１２６内のガスの間の迅速な反応を促進することが所望される。従来のＶＰＥシステムにおいて、反応エネルギーは主に、圧盤１０８および基板１１０からの熱によって提供される。例えば、一部のプロセスにおいて、反応エネルギーは、ＮＨ２およびＮＨ等の反応中間物を形成するために、ＮＨ３等のＶ族水素化物を解離させるために必要なエネルギーである。しかしながら、圧盤１０８および基板１１０の温度を高めると、蒸着した複合半導体の解離を高める傾向もある。例えば、圧盤１０８および基板１１０の温度を高めると、特に、ＩｎＧａＮおよびＩｎＮ等のインジウム含有率が高い複合物を成長させる時、半導体から窒素が失われることになり得る。
【００１７】
本発明の一態様において、ＶＰＥシステムは、反応速度を高める、または反応化学を変更するために、プロセスガスに付加エネルギーを付加するために使用される、１つ以上の電気的に活性の電極を含む。当業者は、任意の形状のワイヤおよびフィラメント等、プロセスチャンバ１０１内でプロセスガスに露出される、任意の種類の電気的に活性の電極が使用されることを理解するであろう。
【００１８】
本教示の多数の実施形態において、他のプロセスガスに有意なエネルギーを供給することなく、プロセスガスのうちの１つにエネルギーを供給することが所望される。例えば、多数のＩＩＩ−Ｖ族蒸着プロセスにおいて、ＩＩＩ族金属前駆体ガスに有意なエネルギーを供給することなく、例えば、アンモニア（ＮＨ３）であり得る、Ｖ族水素化物前駆体ガスに付加エネルギーを印加することが所望される。当業者は、プロセスガスのうちの１つ以上へのエネルギーの選択的印加は、多数の様式において実現され得ることを理解するであろう。例えば、１つ以上の電気的に活性な電極が、高温が存在する際に反応するであろう前駆体ガスから物理的に隔離され得る。物理的隔離は、リアクタの異なる領域内にガスを個別に導入することによって、かつ本明細書に説明されるバッフルおよび／またはガスカーテンを使用することによって、実現され得る。本発明の１つの特徴は、基板１１０の表面上の層流を維持するために、ガスが、基板１１０から同じ距離であるが、個別に導入され得ることである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明は、好ましい例示的な実施形態に応じて、そのさらなる利点とともに、添付の図面を参照しながら、発明を実施するための形態においてさらに具体的に説明される。当業者は、以下で説明される図面は、説明のみを目的とすることを理解するであろう。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、概して、本発明の原則を説明することに重点が置かれている。図面は、出願者の教示の範囲をどのような点からも制限することを意図しない。
【図１】図１は、複合半導体を形成するために使用される周知の気相成長システムを示す。
【図２】図２は、第１の前駆体ガスの流れの中に配置され、第２の前駆体ガスの流れから実質的に隔離される、少なくとも１つの電極を含む、本発明に従う気相成長システムを示す。
【図３】図３は、ガス注入器の四分円内に位置付けられる第１の領域と、四分円を介して半径方向に延在する第２の領域とを含む、本発明に従うディスク状ガス注入器の一実施形態の上面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ガス注入器にわたって交互に位置する複数の第１および第２の領域を含む、本発明に従うディスク状ガス注入器の一実施形態の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ディスク状ガス注入器の拡大図で、第２の前駆体ガスから電極を隔離する機械的または化学的バリアを示す。
【図５】図５は、水平流ガス注入器を含む、本発明に従う気相成長システムの斜視上面図である。
【図６】図６は、本発明に従う気相成長システムで前駆体ガスを熱的に活性化するために、圧盤の表面近くに位置付けられたホイル状電極を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図２は、第１の前駆体ガスの流れの中に配置され、第２の前駆体気体の流れから実質的に隔離される、少なくとも１つの電極を含む、本発明に従う気相エピタキシーシステム２００を示す。ＶＰＥシステム２００は、図１を参照して説明されるＶＰＥシステムに類似する。ＶＰＥシステム２００は、プロセスガスを収容するためのプロセスチャンバ２０１を含む。加えて、ＶＰＥシステム２００は、気相エピタキシーのための基板２０４を支持するディスク状基板キャリアである、圧盤２０２を含む。
【００２１】
ＶＰＥシステム２００は、物理的バリアおよび／または化学的バリアによって分離される複数の領域を備える、ガス注入器２０６を含む。例えば、ＶＰＥシステム２００は、第１の前駆体ガス源２１０に連結される第１の領域２０８と、第２の前駆体ガス源２１４に連結される第２の領域２１２とを含むことができる。本発明に従うＶＰＥシステムにおいて、任意の種類の前駆体ガスが使用され得る。多様な他の実施形態において、ガス注入器２０６は、追加の前駆体および／または不活性ガス源２１１に連結されても、されなくてもよい、物理的バリアおよび／または化学的バリアによって分離される、追加の領域を含むことができる。
【００２２】
本明細書に説明されるように、異なる前駆体ガスをプロセスチャンバ２０１の異なる領域に注入する、多数の可能なガス注入器の設計が存在する。例えば、図３を参照して説明される一実施形態において、ガス注入器２０６内の第１の領域２０８は、ディスクの四分円内に位置付けられ、第２の領域２１２は、四分円を介して半径方向に延在する。図４Ａを参照して説明される別の実施形態において、ガス注入器２０６内の第１および第２の領域２０８、２１２は、ガス注入器２０６の少なくとも一部にわたって交互に位置する、複数の第１および第２の領域を含む。多数の実践的な実施形態において、ガス注入器２０６は、ガス注入器２０６の温度を制御するように、流体冷却チャネルを備える。流体冷却剤供給２１６は、ガス注入器２０６の温度を制御するために、冷却液を循環させるよう、流れ注入器２０６内の流体冷却チャネルに結合される。
【００２３】
多様な実施形態において、ガス注入器２０６は、第１および第２の前駆体ガスを、層流または非層流のいずれかで、基板２０４を支持する圧盤２０２上を流れるように設計される。また、多様な実施形態において、ガス注入器２０６は、第１および第２の前駆体ガスを、基板２０４を支持する圧盤２０２に対して多様な方向に流す。例えば、本発明に従う一部のＶＰＥシステムにおいて、ガス注入器２０６は、第１および第２の前駆体ガスのうちの少なくとも１つを、基板２０４を支持する圧盤２０２の表面に対して垂直である方向に流す。また、一部のＶＰＥシステムにおいて、ガス注入器２０６は、第１および第２の前駆体ガスのうちの少なくとも１つを、基板２０４を支持する圧盤２０２に対して平行である方向に流す。１つの特定のＶＰＥシステムにおいて、ガス注入器２０６は、第１および第２の前駆体ガスのうちの一方を、基板２０４を支持する圧盤２０２に対して実質的に平行である方向に、第１および第２の前駆体ガスのうちの他方を、基板２０４を支持する圧盤２０２に対して実質的に垂直である方向に流す。
【００２４】
電極２１８、２１９は、第１の前駆体ガスが、電極２１８、２１９と接触して、または近接近して流れるように、第１の領域２１２の中に位置付けられる。加えて、電極２１８、２１９は、これらが実質的に第２の前駆体ガスの流れから隔離されるように、位置付けられる。電極２１８、２１９は、多数の様式で配向され得る。例えば、電極２１８、２１９は、ガス注入器２０６の平面内で配向され得る（例えば、電極２１８）。電極２１８、２１９はまた、ガス注入器２０６の平面に対して垂直に配向され得る（例えば、電極２１９）。加えて、電極２１８、２１９は、ガス注入器２０６に近接近および基板２０４を支持する圧盤２０２に近接近を含めて、ガス注入器２０６と、基板２０４を支持する圧盤２０２との間のどこかに位置付けられ得る。
【００２５】
多様な実施形態において、電極２１８、２１９は、任意の種類の電極材料で形成され得る。しかしながら、電極２１８、２１９は、典型的に、ＶＰＥシステム２００に汚染を一切導入しないように、腐食耐性材料で形成される。また、多様な実施形態において、１つだけの電極を含むことができる、任意の数の電極を含めて、任意の種類の電極構成が使用され得る。加えて、多様な実施形態においては、電極２１８、２１９は、任意の形状に形成され得る。例えば、ＶＰＥシステム２００は、線形（直線）電極２１８と、第１の前駆体ガスに露出する電極の表面面積を増加または最大にするコイル式電極または他の構造等の非線形電極２１９との、２つの異なる種類の電極を示す。多数のシステムにおいて、同じ種類の電極が使用されるが、一部のシステムにおいて、２つ以上の異なる種類の電極が使用される。
【００２６】
電極２１８、２１９は電気的に活性である。図２に示される実施形態において、電極２１８、２１９は、電源が入っていない時、浮遊電位である。電源２００の出力は、電極２１８、２１９に電気的に接続される。電源２２０は、電極２１８、２１９に接触して、または近接して流れる第１の前駆体ガス分子のうちの少なくともいくらかを熱的に活性化するように、電極２１８、２１９を加熱する電流を生成する。
【００２７】
当業者は、電極２１８、２１９が、第２の前駆体ガスの流れから実質的に隔離されるように、これらを隔離する多数の様式が存在することを理解するであろう。例えば、一実施形態において、ガス注入器２０６は、電極２１８、２１９を第２の前駆体ガスの流れから隔離するように、第１の領域２０８を第２の領域２１２から物理的に分離する１つ以上のバッフル２２２または他の種類の物理的構造を含む。多数の実施形態において、１つ以上のバッフル２２２は、プロセスチャンバ２０１内の熱特性が、バッフル２２２によって発せられる熱放射から有意に変化しないように、非熱伝導材料で形成される。一実施形態において、１つ以上のバッフル２２２は、基板２０４を支持する圧盤２０２にわたって、第１および第２の前駆体ガスのうちの少なくとも１つの層流を保つように成形される。
【００２８】
一実施形態において、電極２１８、２１９は、触媒物質で形成される。加熱器は、触媒物質の反応率を高めるように、触媒物質と熱的に連通して位置付けられ得る。当業者は、多数の種類の触媒物質が使用され得ることを理解するであろう。例えば、一部の実施形態において、電極２１８、２１９は、レニウム、タングステン、ニオビウム、タンタラン、およびモリブデンのうちの少なくとも１つを含む触媒物質で形成される。多様な実施形態において、電極２１８、２１９は、耐熱および／または遷移金属で形成され得る。
【００２９】
本発明に従う気相エピタキシーシステムの動作方法は、気相エピタキシーのための第１の前駆体ガスを、基板２０４を支持する圧盤２０２に近接する第１の領域２０８に注入するステップと、気相エピタキシーのための第２の前駆体ガスを、基板を支持する圧盤２０２に近接する第２の領域２１２に注入するステップと、を含む。一実施形態において、第１および第２の前駆体ガスは、図４Ａを参照して説明される、複数のそれぞれ交互に位置する第１および第２の領域に注入される。
【００３０】
任意の種類のＶＰＥ前駆体ガスが使用され得る。例えば、第１の前駆体ガスは、ＮＨ３等の水素化物前駆体ガスであり得、第２の前駆体ガスは、ＶＰＥによってＧａＮを成長させるために使用される、トリメチルガリウム等の有機金属前駆体ガスであり得る。また、第１の前駆体ガスは、ＮＨ３等の水素化物前駆体ガスであり得、第２の前駆体ガスは、ＶＰＥによってＧａＮを成長させるために使用される、塩化ガリウム等の金属ハロゲン化物前駆体ガスであり得る。一部の実施形態においては、３つの前駆体ガスが使用される。例えば、これらの方法においては、第１の前駆体ガスは、ＮＨ３等の水素化物前駆体ガスであり得、第２の前駆体ガスは、トリメチルガリウム等の有機金属前駆体ガスであり得る。第３の前駆体ガスは、ＨＣｌ等のハロゲン化物前駆体ガスであり得る。これらの３つの前駆体ガスでは、ハロゲン化物前駆体ガスおよび有機金属前駆体ガスが反応して、ハロゲン化金属を形成する。これらの前駆体ガスを使用する方法において、ガス注入器２０６は、第３の前駆体ガスを注入するための第３の領域を含むことができる。代替として、第３の前駆体ガスは、第１または第２の領域２０８、２１２のいずれかに注入され得る。
【００３１】
第１および第２の前駆体ガスは、基板２０４を支持する圧盤２０２に対して垂直および平行を含む、任意の角度で注入され得る。第２の前駆体ガスの注入角度は、第１の前駆体ガスの注入の角度と同じ、または異なり得る。第１の前駆体ガス分子は、電極２１８、２１９に接触して、または近接近して流れる。しかしながら、電極２１８、２１９は、注入された第２の前駆体ガスの流れから少なくとも部分的に隔離される。電極２１８、２１９は、次いで、電気的に活性化される。一部の実施形態において、電極２１８、２１９は、物理的バッフル２２２を用いて、注入された第２の前駆体ガスの流れから隔離される。バッフル２２２は、図６を参照して説明されるように、基板２０４を支持する圧盤２０２上の層流を保つように、実施され得る。
【００３２】
ガスカーテンを使用する方法において、不活性ガスは、第２の前駆体ガスの流れから電極２１８、２１９を隔離する領域内に注入される。本明細書において使用される「不活性ガス」という用語は、成長反応に実質的に参加しないガスをいう。不活性ガスは、しばしば、前駆体ガスと混合される。このような不活性ガスは、当分野においては「キャリアガス」といわれる。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体物質を成長させる時、Ｎ２、Ｈ２、Ｈｅまたはこれらの混合物等のガスは、一般的に前駆体ガスのためのキャリアガスとして使用される。
【００３３】
電源２２０は、電極２１８、２１９を介して流れる電流を生成し、電極２１８、２１９は、第２の前駆体ガス分子の実質的な量を活性化することなく、第１の前駆体ガスを熱的に活性化させる熱を生成する。加熱された電極２１８、２１９は、電子の熱放散および電子と反応種との相互作用を含む、多様な機構によって、第１の前駆体ガス分子にエネルギーを伝達する。本発明に従う一部の方法において、電子は、反応種をイオン化するための十分なエネルギーを有さない。電子が反応種をイオン化するための十分なエネルギーを有さない場合の一例は、ＮＨ３をイオン化することである。ＮＨ３をイオン化する方法においては、電子は、反応種と相互作用して、種をより高いエネルギー状態に増進する。
【００３４】
本教示に従う一部のＶＰＥシステムにおいて、電極２１８、２１９は、触媒電極で、条件が好ましい場合は、第１の前駆体ガスを触媒することが可能である触媒物質で形成される。触媒電極は、触媒反応を向上させるように、別の加熱器を用いて加熱され得る。一部の実施形態において、このような触媒電極は、ＮＨ３が基板２０４を支持する圧盤２０２から遠くにあるので、したがって、分解のための十分な熱エネルギーを有さない場合があるので、ガス注入器２０６表面近くのＮＨ３を分解するために有用である。触媒電極を使用すると、分解のための活性化エネルギーを低下させ、したがって、比較的低温度を有するプロセスチャンバ２０１の領域（つまり、基板から遠くにあるガス注入器２０６近くの領域）においても、ＮＨ３の分解の確率を高める。触媒電極は、反応の活性化エネルギーを低下させること、または異なる反応経路を介して反応を進ませることによって、反応が進むこと、または反応が発生する傾向があった場合には、より迅速に進むことを可能にする。本教示に従う１つのＶＰＥシステムにおいて、触媒電極は、境界層領域１２６（図１）に近接して位置付けられることにより、第１の前駆体ガスは、第１の前駆体ガスが触媒電極と相互作用した直後に、第２の前駆体ガスと混合する。
【００３５】
本教示に従う他のＶＰＥシステムは、通電されない触媒電極を含む。これは、電源によって作動せず、触媒物質および環境熱だけを使用して、触媒反応を高める触媒電極である。本発明に従う多様なＶＰＥシステムにおいて、触媒電極は、プロセスチャンバ２０１内のどこかに位置付けられ得る。これらのＶＰＥシステムのうちの一部において、触媒電極は、圧盤２０２に近接して位置付けられる。圧盤２０２に近接して位置付けられた触媒電極は、圧盤２０２だけからの２次的加熱を介して、有効な触媒反応を達成することができる。
【００３６】
熱的に活性化された第１の前駆体ガス分子のスラブ様流れは、概して、ガス注入器２０６と圧盤２０２との間の反応チャンバ２０１の流れ領域２２４の中で、圧盤２０２および基板２０４に向かって下流に流れる。本教示に従う多数の方法において、この下向きの流れは、下向きに流れるガスの個別の流れを実質的に混合することにはならない。時には、流れ領域２２４内に層流が存在するように、システム２００を設計および動作させることが所望される。圧盤２０２は、回転駆動１０６とともに軸１０４の周りで急速に回転させられるので、圧盤２０２の表面および基板２０４の表面は、急速に移動している。圧盤２０２および基板２０４の急速運動は、軸１０４周りの回転運動内へガスを同調させる。このため、プロセスガスは、軸１０４から離れて半径方向に流れ、それにより、多様な流れのプロセスガスが、境界層領域１２６内の模式的に示される境界層の中で互いに混合させられる。境界層内で混合状態にある活性化された第１の前駆体ガス分子および第２の前駆体ガス分子は、基板２０４の表面上を流れ、それにより、反応してＶＰＥ薄膜を形成する。
【００３７】
従来のＶＰＥシステムにおいて、前駆体ガスは、比較的低温度でプロセスチャンバ２０１へ導入され、したがって、典型的には、基板２０４の表面上の反応物の急速反応を誘導するために必要なエネルギーをかなり下回る、低い有効エネルギーを有する。ＶＰＥの従来の方法において、反応物が、入口から境界層領域１２６に向かって下流に通過すると、放射伝熱によって、反応物のいくらかの加熱が存在し得る。しかしながら、ほとんどの加熱は、したがって、反応物の有効エネルギーのほとんどの増加は、境界層領域１２６内で発生する。これらの従来のＶＰＥシステムにおいて、実質的にすべての加熱は、基板２０４および圧盤２０２の温度に依存する。
【００３８】
本教示に従うＶＰＥシステムにおいて、実質的なエネルギーは、基板、圧盤、およびチャンバ壁からの伝熱によって印加されるエネルギー以外に、少なくとも１つの前駆体ガスへ供給される。エネルギーが印加される場所は、制御され得る。例えば、流れ領域１２４（図１）と境界層領域１２６との間の遷移近くの第１の前駆体ガスにエネルギーを印加することによって、第１の前駆体ガスの所与部分が高い有効エネルギーに到達する時と、その部分が基板表面に出会う時との間の時間が、最小限にされ得る。このような制御は、所望されない副作用を最小限にするように支援することができる。例えば、高い有効エネルギーを有するアンモニアは、ＮＨ２およびＮＨ等の種に自発的に分解する場合があり、次いで、これらの種は、次に、非常に急速にＮ２を形成する、単原子の窒素に分解する場合がある。窒素は、基本的に、有機金属との反応のためには使用不可能である。アンモニアが境界層に入る直前または同時にアンモニアにエネルギーを印加することによって、基板表面での誘起ＮＨ３と有機金属との反応、あるいはＮＨ２またはＮＨ種と有機金属との反応等、表面で半導体を蒸着する所望の反応は向上され得るが、一方では所望されない副作用は抑制され得る。
【００３９】
このように、本教示の一特徴は、本発明に従う電極を使用することによって、操作者は、基板２０４の温度に無関係に、少なくとも１つの前駆体ガスの有効エネルギーを制御するための能力を有することである。このように、境界層領域１２６（図１）内の少なくとも１つの前駆体ガスの有効エネルギーは、基板２０４および圧盤２０２の温度を高めることなく、増加され得る。逆に、基板２０４および圧盤２０２は、以前として許容レベルの有効エネルギーを維持しながら、より低い温度で維持され得る。
【００４０】
図３は、ガス注入器３００の四分円内に位置付けられる第１の領域３０２と、四分円を介して半径方向に延在する第２の領域３０４とを含む、本教示に従うディスク状ガス注入器３００の一実施形態の上面図である。図３に示される上面図は、ガス注入器３００内の前駆体ガス入口に向かって、上流を見て示される。ディスク状ガス注入器３００は、第１および第２の領域３０２、３０４を隔離する、機械的または化学的バリア３０５を含む。本明細書に説明されるように、機械的または化学的バリア３０５は、バッフルのような物理的構造、および／または不活性ガスを注入して第１および第２の領域３０２、３０４を隔離するガスカーテンであり得る。
【００４１】
図３は、明確化のために、２つの四分円の中に電極３０６、３０８を示す。本発明に従う多数のＶＰＥシステムにおいて、電極３０６、３０８は、第１の領域３０２の四分円の各々に位置付けられる。一部の実施形態において、電極３０６、３０８が電気的に浮動して、電源２２０（図２）に容易に接続されるように、電極３０６、３０８の各々は、絶縁支持構造を用いてつるされる。多様な実施形態において、電極は、第１の前駆体ガスに露出される電極３０６、３０８の表面面積を増加または最大限にする、コイル式電極または他の構造等の線形（直線）電極または非線形電極であり得る。
【００４２】
多数のシステムにおいて、第１の領域３０２全体で同種の電極が使用されるが、一部のシステムにおいて、第１の領域３０２内の異なる位置で２つ以上の異種の電極が使用される。例えば、第２の領域３０４近くの（第１の領域３０２の縁）電極の種類は、第１の領域３０２の中間の電極の種類とは異なり得る。異種の電極の位置を図説する目的のために、図３は、第１の前駆体ガス流の平面内で位置付けられた、線形または非線形であり得る、第１の種類の電極３０６を示す。加えて、図３は、ガス注入器３００の平面内で位置付けられた第２の種類の電極３０８を示す。図３は、線形パターンの第２の種類の電極３０８を示す。しかしながら、第２の種類の電極もまた、コイル等の非線形パターンで形成され得ることを理解されたい。
【００４３】
電極３０６、３０８は、第２の領域３０４から十分離れて位置付けられることにより、第２の前駆体の化学ポテンシャルは、電極３０６、３０８に対するその近接性に基づいて変更されない。つまり、電極３０６、３０８は、基本的に第２の前駆体ガスとの相互作用を有さない。本教示のＶＰＥシステムの１つの特徴は、第１および第２の前駆体ガスが、基板２０４（図２）から同じ距離で注入され得ることである。つまり、第２の前駆体ガスは、活性化を避けるために、プロセスチャンバ２０１内の第１の前駆体ガスより下に注入される必要がない。第１および第２の前駆体ガス両方をプロセスチャンバ２０１内の同じレベルで注入すると、このような注入は、縦流ＶＰＥプロセスチャンバ内の広い面積上で層流を達成できるので、多数のＶＰＥプロセスにおいて重要である。層流は、均一性を改善することから、多数のＶＰＥプロセスに所望される。
【００４４】
図３のガス注入器３００を備えるＶＰＥシステムの動作方法は、第１の前駆体ガス分子が電極３０６、３０８に接触するように、第１の領域３０２の四分円内に第１の前駆体ガスを注入するステップを含む。電極３０６、３０８は、電源２２０（図２）によって作動するので、第１の前駆体ガス分子を熱的に活性化する。例えば、第１の前駆体ガスは、キャリアガスとの水素化物前駆体ガス混合物であり得る。第２の前駆体ガスは、電極３０６、３０８に隣接する第２の領域３０４に注入される。例えば、第２の前駆体ガスは、窒素等のキャリアガスとの有機金属混合物であり得る。プロセス条件は、第２の前駆体ガスが、その電極によって生成される熱によって熱的に活性化される電極３０６、３０８に十分接近して流れないように、選択される。活性化された第１の前駆体ガス分子、および第２の前駆体ガス分子は、次いで、基板２０４（図２）の表面上を流れ、それにより、反応してＶＰＥ薄膜を形成する。
【００４５】
図４Ａは、ガス注入器４００にわたって交互に位置する複数の第１および第２の領域４０２、４０４を含む、本教示に従うディスク状ガス注入器４００の一実施形態の断面図を示す。図４Ａに示される上面図は、ガス注入器４００内の前駆体ガス入口に向かって、上流を見て示される。複数の第１の領域４０２は、キャリアガスとともに水素化物またはハロゲン化物前駆体ガスを注入するためのガス入口を含む。複数の第２の領域４０４は、キャリアガスとともに有機金属ガスを注入するためのガス入口を含む。
【００４６】
本教示に従う多数のＶＰＥシステムにおいて、第１の領域４０２の面積は、第２の領域４０４の面積よりも広い。動作中の第１および第２の前駆体ガスおよびキャリアガスの流速は、所望の量および濃度の前駆体ガスが、プロセスされている基板２０４（図２）にわたって流れるように、第１および第２の領域４０２、４０４の特定の寸法に対して調整され得る。
【００４７】
ガス注入器４００は、複数の第１の領域４０２内に位置付けられる複数の電極４０６、４０８を含む。本発明に従う多数のＶＰＥシステムにおいて、複数の電極４０６、４０８は、第１の領域４０２内に位置付けられるか、または電極４０６、４０８による第２の前駆体ガス分子の活性化を最小限にするように可能な限り第２の前駆体ガスの流れから遠くに位置付けられる。図４Ａは、２つの異なる配向の電極４０６、４０８を示す。電極は、明確化のために、複数の第１の領域４０２のいくつかの区分内だけに示される。本教示に従う多数のＶＰＥシステムにおいて、電極４０６、４０８は、複数の第１の領域４０２の各々に位置付けられる。一部の実施形態において、電極４０６、４０８が電気的に浮動して、電源２２０（図２）に容易に接続されるように、電極４０６、４０８の各々は、絶縁支持構造を用いてつるされる。多様な実施形態において、電極４０６、４０８は、第１の前駆体ガスに露出される電極４０６、４０８の表面面積を増加または最大限にする、コイル式電極または他の構造等の線形（直線）電極または非線形電極であり得る。
【００４８】
多数のシステムにおいて、第１の領域４０２全体で同種の電極が使用されるが、一部のシステムにおいて、第１の領域４０２内の異なる位置で２つ以上の異種の電極が使用される。異種の電極の位置を図説する目的のために、図４Ａは、第１の前駆体ガス流の平面内に位置付けられた、線形または非線形であり得る、第１の種類の電極４０６を示す。加えて、図４Ａは、ガス注入器４００の平面内に位置付けられた第２の種類の電極４０８を示す。図４Ａは、これもコイル式であり得る非線形電極として、第２の種類の電極４０８を示す。しかしながら、第２の種類の電極もまた線形電極であり得ることを理解されたい。
【００４９】
図４Ｂは、ディスク状ガス注入器４００の拡大図を示し、第２の前駆体ガスから電極４０６（図４Ａ）、４０８を隔離する機械的または化学的バリア４０５を示す。機械式または化学式バリア４０５は、第１の領域４０２内の電極４０６、４０８を、第２の領域４０４内を流れる前駆体ガスから隔離する。本明細書に説明されるように、バリア４０５は、バッフル等の物理的構造であり得る。加えて、バリア４０５は、本明細書に説明されるように、第１と第２の領域４０２、４０４の間に不活性ガスを注入するガスカーテンであり得る。
【００５０】
図４Ａおよび４Ｂのガス注入器４００を備えるＶＰＥシステムの動作方法は、第１の前駆体ガス分子が電極４０６、４０８に接触するように、複数の第１の領域４０２内で第１の前駆体ガスを注入するステップを含む。電極４０６、４０８は、電源２２０（図２）によって作動し、第１の前駆体ガス分子を熱的に活性化する。例えば、第１の前駆体ガスは、電極４０６、４０８と接触して流れる時、熱的に活性化される、キャリアガスとの水素化物前駆体ガス混合物であり得る。第２の前駆体ガスは、複数の第２の領域４０４内で注入される。例えば、第２の前駆体ガスは、キャリアガスとの有機金属混合物であり得る。プロセス条件は、第２の前駆体ガスが、電極４０６、４０８によって生成される熱によって熱的に活性化される電極４０６、４０８に十分接近して流れないように、選択される。活性化された第１の前駆体ガス分子および第２の前駆体ガス分子は、次いで、基板２０４（図２）の表面上を流れ、それにより、反応してＶＰＥ薄膜を形成する。
【００５１】
図５は、水平流ガス注入器を含む、本教示に従うＶＰＥシステム５００の斜視上面図である。ＶＰＥシステム５００は、図２を参照して説明されたＶＰＥシステム２００に類似する。しかしながら、ＶＰＥシステム５００は、圧盤５１０の平面内で前駆体ガスおよび不活性化ガスを注入する（つまり、プロセスチャンバへの水平流）、円状ガス注入器５０４、５０６、および５０８を含む。
【００５２】
図５に示される実施形態において、第１の円状ガス注入器５０４は、第１の前駆体ガス源５１２に連結される。第２の円状ガス注入器５０６は、不活性ガス源５１４に連結される。第３の円状ガス注入器５０８は、第２の前駆体ガス源５１６に連結される。本教示に従う一部のＶＰＥシステムにおいて、第１および第３の円状ガス注入器５０４、５０８は、キャリアガス源にも連結される。第１の円状ガス注入器５０４は、第１の水平方向領域５１８内で第１の前駆体ガスを注入する。第３の円状ガス注入器５０８は、第２の水平方向領域５２０内で第２の前駆体ガスを注入する。
【００５３】
円状電極５２２は、第１の前駆体ガス分子が、円状電極５２２に接触して、または近接して流れるように、第１の水平方向領域５１８に位置付けられる。物理的または化学的バリアは、円状電極５２２を第２の前駆体ガス分子の流れから隔離するために、第１と第２の水平方向領域５１８、５２０の間に位置付けられ得る。本教示に従う一部のシステムにおいて、第１の前駆体ガス分子が、圧盤５１０に流れる際に、電極５２２によって熱的に活性化されることを実質的に防止するように、バッフルは、円状電極５２２より上方に位置付けられる。
【００５４】
本発明に従う一部のシステムにおいて、第１および第２の水平方向領域５１８および５２０を分離するために、ガスカーテンが使用される。これらのシステムにおいて、第２の円状ガス注入器５０６は、第２の前駆体ガス分子が、円状電極５２２によって活性化されることを実質的に防止するパターンで、第１と第２の水平方向領域５１８、５２０の間に不活性ガスを注入する。
【００５５】
図５のＶＰＥシステム５００の動作方法は、第１の円状ガス注入器５０４を用いて第１の前駆体ガスを注入するステップと、第３の円状ガス注入器５０８を用いて第２の前駆体ガスを注入するステップと、を含む。不活性ガスは、第２の円状ガス注入器５０６を用いて第１と第２の水平方向領域５１８、５２０の間に注入されて、第２の前駆体ガス分子が円状電極５２２によって活性化されることを防止する、化学的バリアを形成する。円状電極５２２が、電源２２０（図２）によって作動される時、円状電極５２２は、円状電極５２２に接触して、または近接近して流れる、第１の円状ガス注入器５０４によって注入された、第１の前駆体ガス分子を熱的に活性化する。活性化された第１の前駆体ガス分子、および第２の前駆体ガス分子は、次いで、基板５２４の表面上を流れ、それにより、反応してＶＰＥ薄膜を形成する。
【００５６】
図６は、本教示に従うＶＰＥシステム内の前駆体ガスを熱的に活性化するために、圧盤６０２の表面近くに位置付けられたホイル状電極６００を示す。電極６００は、圧盤６０２およびプロセスされている基板６０４の表面近くに位置付けられる。図６に示される電極６００は、基板６０４の表面にわたって前駆体ガスの層流または略層流を提供するために、エアホイルに成形される。加えて、電極６００が触媒物質から形成される実施形態において、電極６００は、触媒反応のための比較的大きい表面面積を提供するように成形され得る。
【００５７】
（均等物）
本出願者の教示は、多様な実施形態に関連して説明されるが、本出願者の教示が当該実施形態に限定されることを意図するものではない。そうではなく、本出願者の教示は、多様な代替、変形および均等物に及び、当業者によって理解されるように、本発明の精神および範囲を逸脱することなくその中に作成されることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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