(57)【要約】  本発明は、一般に、ＬＥＤ構造を形成する装置および方法を提供する。本発明の一実施形態は、水素化物気相エピタキシャル（ＨＶＰＥ）プロセスまたは有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスによって第１の処理チャンバ内で基板上に第１の第ＩＩＩ族元素および窒素を含む第１の層を形成するステップと、ＭＯＣＶＤプロセスによって第２の処理チャンバ内で第１の層を覆って第２の第ＩＩＩ族元素および窒素を含む第２の層を形成するステップと、ＭＯＣＶＤプロセスによって第２の層を覆って第３の第ＩＩＩ族元素および窒素を含む第３の層を形成するステップとを含む、窒化化合物構造を製作する方法を提供する。【選択図】図４
2012525713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の処理チャンバ内に配置された２つ以上の基板上に第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
制御された環境内で前記２つ以上の基板を前記第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ移動させるステップと、
前記第２の処理チャンバ内で前記第ＩＩＩ族窒化物層を覆って三元の第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
制御された環境内で前記２つ以上の基板を前記第２の処理チャンバから第３の処理チャンバへ移動させるステップと、
前記第３の処理チャンバ内で前記三元の第ＩＩＩ族窒化物層を覆って第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
を含む、窒化化合物構造を製作する方法。
【請求項２】
前記第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層上に第２のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２のドープ第ＩＩＩ族窒化物層が、前記第３の処理チャンバ内で前記第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を覆って形成される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１の処理チャンバ内の前記２つ以上の基板上に形成される前記第ＩＩＩ族窒化物層が、第３のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップが、
ＨＶＰＥ前駆体を覆って塩素ガスを含む反応性ガスを流して、第１の反応生成物を形成するステップであって、前記第１の反応生成物が塩化ガリウムまたは塩化アンモニウムを含む、ステップと、
前記第１の処理チャンバ内に配置された前記２つ以上の基板の表面へ前記形成された第１の反応生成物を流すステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第１の処理チャンバ内に配置された２つ以上の基板の表面へアンモニアおよびハロゲンガスを含むガス混合物を流しながら、前記２つ以上の基板へ熱を送達するステップと、
前記第１の処理チャンバ内に配置された前記２つ以上の基板の表面上に第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
制御された環境内で前記２つ以上の基板を前記第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ移動させるステップと、
前記第２の処理チャンバ内で前記第ＩＩＩ族窒化物層を覆って三元の第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
制御された環境内で前記２つ以上の基板を前記第２の処理チャンバから第３の処理チャンバへ移動させるステップと、
前記第３の処理チャンバ内で前記三元の第ＩＩＩ族窒化物層を覆って第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
前記第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層上に第２のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
を含む、窒化化合物半導体構造を製作する方法。
【請求項７】
前記ハロゲンガスが、フッ素ガスまたは塩素ガスを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１の処理チャンバ内の前記２つ以上の基板上に形成される前記第ＩＩＩ族窒化物層が、第３のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップが、
ＨＶＰＥ前駆体を覆って塩素ガスを含む反応性ガスを流して、第１の反応生成物を形成するステップであって、前記第１の反応生成物が塩化ガリウムまたは塩化アンモニウムを含む、ステップと、
前記第１の処理チャンバ内に配置された前記２つ以上の基板の表面へ前記形成された第１の反応生成物を流すステップと、
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
水素化物気相エピタキシャル（ＨＶＰＥ）プロセスによって第１の処理チャンバ内で２つ以上の基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）層を形成するステップと、
前記２つ以上の基板を第２の処理チャンバへ移動させるステップと、
ＭＯＣＶＤプロセスによって前記第２の処理チャンバ内で前記２つ以上の基板上にＩｎＧａＮ層を形成するステップと、
前記２つ以上の基板を第３の処理チャンバへ移動させるステップと、
ＭＯＣＶＤプロセスによって前記第３の処理チャンバ内で前記２つ以上の基板上にｐドープＡｌＧａＮ層を形成するステップと、
ＭＯＣＶＤプロセスによって前記２つ以上の基板上にｐドープＧａＮ層を形成するステップと
を含む、窒化化合物構造を製作する方法。
【請求項１１】
前記ＩｎＧａＮ層を形成するステップが、ガス分配装置を通って前記第２の処理チャンバのプロセス体積内へ２つ以上のプロセスガスを流して、前記２つ以上の基板上に１つまたは複数の膜を堆積させるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＩｎＧａＮ層を形成するステップが、
複数の同心状の熱区間を形成するように構成されたランプアレイを含む熱源を使用して前記２つ以上の基板を加熱するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
１つ以上の基板の表面へアンモニアおよびキャリアガスを含むガス混合物を流しながら、２つ以上の基板へ熱を送達するステップと、
水素化物気相エピタキシャル（ＨＶＰＥ）チャンバ内に配置された前記１つ以上の基板の表面へ第１のガリウム含有反応生成物および第１の窒素含有前駆体を流して、前記表面上に窒化ガリウム層を形成するステップであって、前記第１の反応生成物が
ＨＶＰＥ前駆体を覆って塩素を含む反応性ガスを流すことにより形成され、前記第１の反応生成物が塩化ガリウムまたは塩化アルミニウムを含む、ステップと、
前記１つ以上の基板を大気に露出させないで前記ＨＶＰＥチャンバから前記１つ以上の基板を取り出すステップと、
前記１つ以上の基板を第１のＭＯＣＶＤチャンバ内へ移動させるステップと、
前記第１のＭＯＣＶＤ処理チャンバ内へ第１のガリウム含有前駆体、インジウム含有前駆体、および第２の窒素含有前駆体を流して、前記窒化ガリウム層を覆ってＩｎＧａＮ層を形成するステップと、
前記１つ以上の基板を大気に露出させないで前記第１のＭＯＣＶＤチャンバから前記１つ以上の基板を取り出すステップと、
前記１つ以上の基板を第２のＭＯＣＶＤチャンバ内へ移動させるステップと、
前記第２のＭＯＣＶＤ処理チャンバ内へ第２のガリウム含有前駆体、アルミニウム含有前駆体、および第３の窒素含有前駆体を流して、前記ＩｎＧａＮ層を覆ってＡｌＧａＮ層を形成するステップと、
を含む、窒化化合物半導体構造を製作する方法。
【請求項１４】
前記ＩｎＧａＮ層を形成するステップが、ガス分配装置を通って前記第２の処理チャンバのプロセス体積内へ２つ以上のプロセスガスを流して、前記２つ以上の基板上に１つまたは複数の膜を堆積させるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＩｎＧａＮ層を形成するステップが、
複数の同心状の熱区間を形成するように構成されたランプアレイを含む熱源を使用して前記２つ以上の基板を加熱するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１の処理チャンバ内に配置された２つ以上の基板上に第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
制御された環境内で前記２つ以上の基板を前記第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ移動させるステップと、
前記第２の処理チャンバ内で前記第ＩＩＩ族窒化物層を覆って三元の第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
制御された環境内で前記２つ以上の基板を前記第２の処理チャンバから第３の処理チャンバへ移動させるステップと、
前記第３の処理チャンバ内で前記三元の第ＩＩＩ族窒化物層を覆って第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
制御された環境内で前記２つ以上の基板を前記第３の処理チャンバから第４の処理チャンバへ移動させるステップと、
前記第４の処理チャンバ内で前記第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層上に第２のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
を含む、窒化化合物構造を製作する方法。
【請求項１７】
第１の処理チャンバ内の前記２つ以上の基板上に形成される前記第ＩＩＩ族窒化物層が、第３のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記２つ以上の基板上に前記第ＩＩＩ族窒化物層を形成する前に、前記２つ以上の基板へ熱を送達し、かつ、前記２つ以上の基板の表面へアンモニアおよびハロゲンガスを含むガス混合物を流すステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップが、
ＨＶＰＥ前駆体を覆って塩素ガスを含む反応性ガスを流して、第１の反応生成物を形成するステップであって、前記第１の反応生成物が塩化ガリウムまたは塩化アンモニウムを含む、ステップと、
前記第１の処理チャンバ内に配置された前記２つ以上の基板の表面へ前記形成された第１の反応生成物を流すステップと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
第１の処理チャンバ内に配置された２つ以上の基板上に三元の第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
制御された環境内で前記２つ以上の基板を前記第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ移動させるステップと、
前記第２の処理チャンバ内で前記三元の第ＩＩＩ族窒化物層を覆って第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
前記第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層上に第２のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
を含む、窒化化合物構造を製作する方法。
【請求項２１】
第２のドープ第ＩＩＩ族窒化物層が、前記第３の処理チャンバ内で前記第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を覆って形成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
２つ以上の基板へ熱を送達し、かつ、第１の処理チャンバ内に配置された前記２つ以上の基板の表面へアンモニアおよびハロゲンガスを含むガス混合物を流すステップと、
前記第１の処理チャンバ内で前記２つ以上の基板の各々の表面上に窒化ガリウム層を形成するステップと、
制御された環境内で前記２つ以上の基板を前記第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ移動させるステップと、
前記第２の処理チャンバ内で前記窒化ガリウム層を覆って第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
を含む、窒化化合物構造を製作する方法。
【請求項２３】
前記第１のドープ第ＩＩＩ族窒化物層が、窒化ガリウムを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
移動領域を画定する密閉容器と、
前記移動領域と移動可能に連通しているＨＶＰＥ処理チャンバであって、前記ＨＶＰＥ処理チャンバが、
処理中、前記ＨＶＰＥ処理チャンバの処理体積内に配置されたキャリア板を加熱するように位置した加熱源であって、前記キャリア板が１つまたは複数の基板を受け取るように構成されている、加熱源、
液体ガリウムを保持するように構成されている領域を有する供給源ボート、および、
前記供給源ボートの前記領域に結合されている塩素ガス源、を含む、ＨＶＰＥ処理チャンバと、
前記移動領域と移動可能に連通しており、かつ、前記１つまたは複数の基板上に１つまたは複数の窒化化合物半導体層を形成するように動作可能な第１のＭＯＣＶＤ処理チャンバであって、前記第１の処理チャンバが、
前記処理チャンバの処理体積内に位置した基板支持体、
前記処理領域の頂部を画定するシャワーヘッド、
前記シャワーヘッドを通って前記処理領域と結合している有機金属インジウム含有供給源および有機金属ガリウム含有供給源、ならびに、
前記処理領域の下に位置し、かつ、前記基板支持体の方へ放射熱を誘導するように位置された１つまたは複数の加熱区間を形成する複数の加熱源、を含む、第１のＭＯＣＶＤ処理チャンバと、
前記移動領域と移動可能に連通しており、かつ、前記１つまたは複数の基板上に１つまたは複数の窒化化合物半導体層を形成するように動作可能な第２のＭＯＣＶＤ処理チャンバであって、前記第２の処理チャンバが、
前記処理チャンバの処理体積内に位置した基板支持体、
前記処理領域の頂部を画定するシャワーヘッド、
前記シャワーヘッドを通って前記処理領域と結合している有機金属アルミニウム含有供給源、Ｃｐ２Ｍｇ含有供給源および有機金属ガリウム含有供給源、ならびに、
前記処理領域の下に位置し、かつ、前記基板支持体の方へ放射熱を誘導するように位置された１つまたは複数の加熱区間を形成する複数の加熱源、を含む、第２のＭＯＣＶＤ処理チャンバと、
前記移動領域と移動可能に連通している空胴を画定するロードロックチャンバであって、前記空胴が複数のキャリア板を受け取るように構成されており、かつ、前記空胴内に配置された前記基板へ清浄ガスを送達するように適合された清浄ガス源と流体連通している、ロードロックチャンバと、
を含む、窒化化合物半導体構造を製作するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、半導体デバイスの製造に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）などの窒化化合物半導体デバイスを製造する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（「ＬＥＤ」）の歴史は、「スペクトルを這い上がる」ものであるように評されることがある。これは、最初の市販のＬＥＤがスペクトルの赤外線部分で光を生じさせ、続いてＧａＡｓ基板上でＧａＡｓＰを使用する赤色ＬＥＤが開発されたからである。続いて、効率が改善されたＧａＰのＬＥＤが使用され、より明るい赤色ＬＥＤとオレンジＬＥＤの生産をどちらも可能にした。次いで、ＧａＰの使用を改善することで、緑色ＬＥＤの開発を可能にし、デュアルＧａＰチップ（１つは赤色、１つは緑色）によって、黄色光の生成を可能にした。後に、ＧａＡｌＡｓＰおよびＩｎＧａＡｌＰ材料を使用することによって、スペクトルのこの部分の効率のさらなる改善が可能になった。
【０００３】
累進的により短い波長で光を提供するＬＥＤの生産に向けたこの進化は、広く望まれてきた。というのも、この進化によって広いスペクトル範囲を提供できるためだけではなく、短波長光のダイオード生産によって、ＣＤ−ＲＯＭのような光学デバイスの情報記憶容量を改善できるからである。スペクトルの青色、紫色、および紫外部分のＬＥＤの生産は、主として、窒化物ベースのＬＥＤの開発によって、特にＧａＮの使用を通じて可能になった。ＳｉＣ材料を使用する青色ＬＥＤの生産では、いくつかのやや成功した努力がこれまでなされてきたが、そのようなデバイスは、電子構造が間接バンドギャップを有することから、ルミネセンスに乏しかった。
【０００４】
ＧａＮを使用してスペクトルの青色領域で光ルミネセンスをもたらすことの実現性は、何十年にもわたって知られてきたが、実際の製作を妨げる多数の障壁が存在した。これらの障壁には、ＧａＮ構造を成長させるのに適した基板がないこと、ＧａＮを成長させるための熱的要件が概して高く、その結果様々な熱対流の問題を生じること、そしてそのような材料を効率的にｐドープするには様々な困難が伴うことが含まれた。基板としてサファイアを使用すると、ＧａＮに対して約１５％の格子不整合をもたらすため、完全に満足のいくものではなかった。続いて、これらの障壁の多くの面に対処する上での進歩がなされてきた。たとえば、有機金属蒸気から形成されたＡｌＮまたはＧａＮのバッファ層を使用すると、格子不整合に対応するのに効果的であることが見出された。Ｇａ−Ｎベースの構造の生産におけるさらなる改善には、ＡｌＧａＮ材料を使用してＧａＮをもつヘテロ接合を形成すること、特にＩｎＧａＮを使用することが含まれ、それによって短い波長で効率的に光を発するように量子井戸として働く欠陥を引き起こす。インジウムを多く含む領域は、周囲の材料より小さいバンドギャップを有し、材料全体に分散させて効率的な発光中心を提供することができる。
【０００５】
このようにして、そのような窒化化合物半導体デバイスの製造においていくつかの改善がなされたが、現在の製造プロセスには複数の不完全性が依然として存在することが広く認識されている。さらに、そのような波長で光を生成するデバイスの有用性が高いことで、そのようなデバイスの生産は、非常に重要かつ活発な領域になっている。
【０００６】
これらの問題について考えると、窒化化合物半導体デバイスを製作する改善された方法およびシステムが、当技術分野で広く必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、一般に、高出力、高周波数、高温のトランジスタおよび集積回路を含むＬＥＤ構造、ＬＤ構造、および電子デバイスを形成する装置および方法を提供する。
【０００８】
本発明の一実施形態は、１つまたは複数の基板を第１の処理チャンバへ移動させるステップと、水素化物気相エピタキシャル（ＨＶＰＥ）プロセスまたは有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスによって第１の処理チャンバ内で１つまたは複数の基板上にｎドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）層を形成するステップと、１つまたは複数の基板を第２の処理チャンバへ移動させるステップと、ＭＯＣＶＤプロセスによって第２の処理チャンバ内で１つまたは複数の基板上にＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層を形成するステップと、１つまたは複数の基板を第３の処理チャンバへ移動させるステップと、ＭＯＣＶＤプロセスによって１つまたは複数の基板上にｐドープＡｌＧａＮ層を形成するステップと、ＭＯＣＶＤプロセスによって１つまたは複数の基板上にｐドープＧａＮ層を形成するステップとを含む、窒化化合物構造を製作する方法を提供する。
【０００９】
別の実施形態は、シャワーヘッドを備える第１の有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）チャンバの処理領域内でサセプタ上に１つまたは複数の基板を位置決めするステップと、シャワーヘッドを通って第１のＭＯＣＶＤチャンバ内へ第１のガリウム含有前駆体および第１の窒素含有前駆体を流すステップと、ガリウム含有前駆体および第１の窒素含有前駆体を使用して第１のＭＯＣＶＤチャンバ内で熱化学気相成長プロセスによって１つまたは複数の基板を覆って窒化ガリウム層を堆積させるステップと、１つまたは複数の基板を大気に露出させないで第１のＭＯＣＶＤチャンバから１つまたは複数の基板を取り出すステップと、１つまたは複数の基板を第２のＭＯＣＶＤチャンバ内へ移動させるステップと、第２のＭＯＣＶＤ処理チャンバ内へ第２のガリウム含有前駆体、インジウム含有前駆体、および第２の窒素含有前駆体を流すステップと、第２のガリウム含有前駆体、インジウム含有前駆体、および第２の窒素含有前駆体を使用して第２のＭＯＣＶＤ処理チャンバ内で熱化学気相成長プロセスによってＧａＮ層を覆ってＩｎＧａＮ層を堆積させるステップと、１つまたは複数の基板を大気に露出させないで第２のＭＯＣＶＤチャンバから１つまたは複数の基板を取り出すステップと、１つまたは複数の基板を第３のＭＯＣＶＤチャンバ内へ移動させるステップと、第３のＭＯＣＶＤ処理チャンバ内へ第３のガリウム含有前駆体、アルミニウム含有前駆体、および第３の窒素含有前駆体を流すステップと、第３のガリウム含有前駆体、アルミニウム含有前駆体、および第３の窒素含有前駆体を使用して第３のＭＯＣＶＤ処理チャンバ内で熱化学気相成長プロセスによってＩｎＧａＮ層を覆ってＡｌＧａＮ層を堆積させるステップとを含む、窒化化合物半導体構造を製作する方法を提供する。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態は、第１の処理チャンバ内へ第１の第ＩＩＩ族前駆体および第１の窒素含有前駆体を流すステップであって、第１の第ＩＩＩ族前駆体が第１の第ＩＩＩ族元素を含む、ステップと、第１の第ＩＩＩ族前駆体および第１の窒素含有前駆体を使用して第１の処理チャンバ内で１つまたは複数の基板を覆って第１の層を堆積させるステップであって、第１の層が窒素および第１の第ＩＩＩ族元素を含む、ステップと、１つまたは複数の基板を大気に露出させないで第１の処理チャンバから１つまたは複数の基板を取り出すステップと、１つまたは複数の基板を第２の処理チャンバ内へ移動させるステップと、第２の処理チャンバ内へ第２の第ＩＩＩ族前駆体および第２の窒素含有前駆体を流すステップであって、第２の第ＩＩＩ族前駆体が、第１の第ＩＩＩ族前駆体には含まれない第２の第ＩＩＩ族元素を含む、ステップと、第２の第ＩＩＩ族前駆体および第２の窒素含有前駆体を使用して第２の処理チャンバ内で熱化学気相成長プロセスによって１つまたは複数の基板を覆って第２の層を堆積させるステップであって、第２の層が窒素および第２の第ＩＩＩ族元素を含む、ステップと、１つまたは複数の基板を大気に露出させないで第２の基板処理チャンバから１つまたは複数の基板を取り出すステップと、１つまたは複数の基板を第３の基板処理チャンバ内へ移動させるステップと、第３の処理チャンバ内へ第３の第ＩＩＩ族前駆体および第３の窒素含有前駆体を流すステップであって、第３の第ＩＩＩ族前駆体が、第１の第ＩＩＩ族前駆体または第２の第ＩＩＩ族前駆体には含まれない第３の第ＩＩＩ族元素を含む、ステップと、第３の第ＩＩＩ族前駆体および第３の窒素含有前駆体を使用して第３の処理チャンバ内で熱化学気相成長プロセスによって１つまたは複数の基板を覆って第３の層を堆積させるステップであって、第３の層が窒素および第３の第ＩＩＩ族元素を含む、ステップとを含む、窒化化合物半導体構造を製作する方法を提供する。
【００１１】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、実施形態を参照すれば、上記で簡単に要約した本発明についてのより具体的な説明を得ることができる。実施形態の一部を、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】ＧａＮベースのＬＥＤ構造の概略断面側面図である。
【図１Ｂ】ＧａＮベースのＬＤ構造の概略説明図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるＨＶＰＥチャンバの概略断面側面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるＨＶＰＥチャンバの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＭＯＣＶＤチャンバの概略断面側面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるクラスタツールの平面図である。
【図５】本発明の一実施形態による処理シーケンスのフローチャートである。
【図６】本明細書に記載の実施形態による複数チャンバの窒化化合物半導体形成に使用できるプロセスのフロー図である。
【図７】本明細書に記載の実施形態による複数チャンバの窒化化合物半導体形成に使用できる別のプロセスのフロー図である。
【図８】本発明の一実施形態によるクラスタツールの平面図である。
【図９】本発明の一実施形態による処理シーケンスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
理解を容易にするために、可能な場合、複数の図に共通の同一の要素を指すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態で開示される要素は、具体的な記載がなくても他の実施形態で有益に利用できることが企図される。
【００１４】
本発明は、一般に、増大されたシステムの処理量、増大されたシステムの信頼性、および増大された基板と基板の均一性を有する多重チャンバ処理システム（たとえば、クラスタツール）を使用して基板を同時に処理する装置および方法を提供する。
【００１５】
一実施形態では、処理システムは、窒化化合物半導体デバイスを製作するように適合され、この処理システムでは、ＨＶＰＥチャンバまたはＭＯＣＶＤチャンバ内に基板が配置され、そこで基板上にバッファＧａＮ層およびｎドープＧａＮ層が堆積され、次いで基板は第２のチャンバへ移動され、そこでｎドープＧａＮ層上に多重量子井戸（ＭＱＷ）層およびｐドープＡｌＧａＮ層が堆積される。
【００１６】
別の実施形態では、処理システムは、窒化化合物半導体デバイスを製作するように適合され、この処理システムでは、ＨＶＰＥチャンバまたはＭＯＣＶＤチャンバ内に基板が配置され、そこで基板上にバッファＧａＮ層およびｎドープＧａＮ層が堆積され、次いで基板は第２のチャンバへ移動され、そこでｎドープＧａＮ層を覆ってＭＱＷ層が堆積され、次いで基板は第３のチャンバへ移動され、そこでＭＱＷ層上にｐドープＡｌＧａＮ層が堆積される。
【００１７】
別の実施形態では、処理システムは、窒化化合物半導体デバイスを製作するように適合され、この処理システムでは、第１の処理チャンバ内で基板上にバッファＧａＮ層が堆積され、次いで基板は第２のチャンバへ移動され、そこでバッファＧａＮ層を覆ってｎドープＧａＮ層が堆積され、次いで基板は第３のチャンバへ移動され、そこでｎドープＧａＮ層を覆ってＭＱＷ層が堆積され、次いで基板は第４のチャンバへ移動され、そこでＭＱＷ層上にｐドープＡｌＧａＮ層が堆積される。
【００１８】
窒化化合物半導体構造の従来の製造では、複数のエピタキシャル堆積ステップが単一のプロセス反応器内で実行され、ステップがすべて完了するまで、基板は反応器を離れない。図１Ａは、ガリウムおよび窒化物ベースのＬＥＤ構造１０の概略断面側面図である。ＬＥＤ構造１０は、清浄手順後、サファイア（０００１）基板４を覆って製作される。例示的な手順は、約１０５０℃で１０分間実行することができる。清浄手順は、加熱および冷却のために１０分程度の追加の時間を伴うことがある。
【００１９】
清浄にされた基板４を覆って、ＧａＮバッファ層１２が堆積される。ＧａＮバッファ層１２は、ＨＶＰＥプロセスまたはＭＯＣＶＤプロセスによって形成することができる。たとえば、ＧａＮバッファ層１２は、ガリウムおよび窒素前駆体の流れを処理チャンバへ提供し、熱プロセスを使用して堆積を実現することによって堆積させることができる。典型的なＧａＮバッファ層１２は、約３００Åの厚さを有し、約５分間にわたって約５５０℃の温度で堆積させることができる。
【００２０】
続いて、ＧａＮバッファ層１２上に、ｎ−ＧａＮ（ｎドープＧａＮ）層１６が堆積される。ｎ−ＧａＮ層１６は、ＨＶＰＥプロセスまたはＭＯＣＶＤプロセスによって形成することができる。一実施形態では、ｎ−ＧａＮ層１６は、より高い温度、たとえば約１０５０℃で堆積させることができる。ｎ−ＧａＮ層１６は比較的厚く、厚さ４μｍ程度の堆積に約１４０分を要する。
【００２１】
続いて、ｎ−ＧａＮ層１６を覆って、ＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）層２０が堆積される。ＩｎＧａＮのＭＱＷ層２０は、約７５０Åの厚さを有することができ、約４０分かけて約７５０℃で形成することができる。
【００２２】
ＭＱＷ層２０を覆って、ｐ−ＡｌＧａＮ（ｐドープＡｌＧａＮ）層２４が堆積される。ｐ−ＡｌＧａＮ層２４は、約２００Åの厚さを有することができ、約９５０℃の温度で約５分かけて形成することができる。
【００２３】
次いで、ｐ−ＡｌＧａＮ層２４を覆って、ｐ−ＧａＮ（ｐドープＧａＮ）コンタクト層２８が堆積される。ｐ−ＧａＮコンタクト層２８は、約０．４μｍの厚さを有することができ、約１０５０℃で形成するのに約２５分を要する。
【００２４】
単一の期間において複数の堆積ステップが単一の反応器内で実行される従来の製作では、処理時間が長くなり、通常４〜６時間程度かかる。この長い処理時間の結果、反応器の処理量が少なくなる。少ない反応器の処理量は、バッチ処理技法を使用することによって対処されることが多い。たとえば、生産プロセスで使用される市販の反応器は、２０〜５０枚の２インチのウェーハ上で同時に動作することがあり、その結果、歩留まりは比較的乏しくなる。本発明の実施形態は、製作の際に複数の処理チャンバを使用して複数の層を形成することによって反応器の処理量をさらに増大させ、各処理チャンバは、特定の堆積を最もうまく実行するように調整される。一実施形態では、各処理チャンバは、特定のプロセスに合わせて調整されたハードウェアを有することができる。別の実施形態では、温度、圧力、流量などの各処理チャンバの処理パラメータは、特定のプロセスを加速させるように調整することができる。
【００２５】
図１Ｂは、酸化アルミニウム含有基板５上に形成されたＧａＮベースのＬＤ構造５０の概略説明図である。酸化アルミニウム含有基板５は、図１Ａの酸化アルミニウム含有基板４に類似したものとすることができる。基板５は、サファイア（０００１）などの固体酸化アルミニウムから形成することができる。基板５はまた、窒化化合物構造をその上に製作するために酸化アルミニウムを含有する表面を有する複合基板とすることができる。
【００２６】
一実施形態では、ＬＤ構造５０は、熱清浄手順および前処理プロセス後、基板５上に形成される。熱清浄手順は、アンモニアおよびキャリアガスを含む清浄ガス混合物に基板５を露出させながら基板５を加熱することによって実行することができる。一実施形態では、前処理プロセスは、基板を前処理ガス混合物に露出させながら基板を高温範囲に加熱することを含む。一実施形態では、前処理ガス混合物は、ハロゲンガスを含むエッチング剤である。
【００２７】
ＬＤ構造５０は、基板５上に形成された積層体である。ＬＤ構造５０は、ｎ型ＧａＮコンタクト層５２から始まる。ＬＤ構造５０は、ｎ型クラッド層５４をさらに含む。クラッド層５４は、ＡｌＧａＮを含むことができる。クラッド層５４を覆って、非ドープガイド層５６が形成される。ガイド層５６は、ＩｎＧａＮを含むことができる。ガイド層５６上に、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層５８が形成される。活性層５８を覆って、非ドープガイド層６０が形成される。非ドープガイド層６０を覆って、ｐ型電子ブロック層６２が形成される。ｐ型電子ブロック層６２を覆って、ｐ型コンタクトＧａＮ層６４が形成される。
【００２８】
図２Ａは、一実施形態によるＨＶＰＥチャンバ２００の概略図である。この装置は、蓋２０４によって密閉されたチャンバ２０２を含む。第１のガス源２１１からの処理ガスが、ガス分配シャワーヘッド２０６を通ってチャンバ２０２へ送達される。一実施形態では、第１のガス源２１１は、窒素含有化合物を含むことができる。別の実施形態では、第１のガス源２１１は、アンモニアを含むことができる。一実施形態では、ガス分配シャワーヘッド２０６を通って、またはチャンバ２０２の壁２０８を通って、ヘリウムまたは２価の窒素などの不活性ガスも同様に導入することができる。第１のガス源２１１とガス分配シャワーヘッド２０６の間に、エネルギー源２１２を配置することができる。一実施形態では、エネルギー源２１２は、加熱器を含むことができる。エネルギー源２１２は、アンモニアなどの第１のガス源２１１からのガスを分解することができ、したがって窒素含有ガスからの窒素はより反応しやすくなる。
【００２９】
第１のガス源２１１からのガスと反応するために、１つまたは複数の前駆体源２１８から、前駆体材料を送達することができる。１つまたは複数の前駆体源２１８は、ガリウムおよびアルミニウムなどの前駆体を含むことができる。２つの前駆体に言及するが、上記で論じたように、より多いまたはより少ない前駆体を送達できることを理解されたい。一実施形態では、前駆体は、液体の形で前駆体源２１８内に存在するガリウムを含む。別の実施形態では、前駆体は、固体の形で前駆体源２１８内に存在するアルミニウムを含む。一実施形態では、アルミニウム前駆体は、固体の粉末の形である。前駆体は、前駆体源２１８内の前駆体の上および／または中に反応性ガスを流すことによって、チャンバ２０２へ送達することができる。一実施形態では、反応性ガスは、２価の塩素などの塩素含有ガスを含むことができる。塩素含有ガスは、ガリウムまたはアルミニウムなどの前駆体源と反応して塩化物を形成することができる。一実施形態では、１つまたは複数の第２の供給源２１８は、共晶材料およびその合金を含むことができる。別の実施形態では、ＨＶＰＥ装置２００は、ドーパント濃度を制御するためにドープ源ならびに少なくとも１つの真性の供給源を扱うように構成することができる。
【００３０】
本発明の実施形態は、供給源モジュール２３２内のボート領域に塩素含有ガスを通し、この塩素含有ガスを抵抗性加熱器２２０で加熱し、したがって塩素含有ガスが供給源モジュール２３２を通る滞留時間を増大させることによって、塩素含有ガスが前駆体と反応する効果を増大させる。塩素含有ガスの温度は制御することができる。塩素含有ガスの温度を増大させることによって、塩素は、前駆体とより速く反応することができる。言い換えれば、温度は、塩素と前駆体の反応に対する触媒である。
【００３１】
前駆体の反応性を増大させるために、ボート内で、供給源モジュール２３２内の抵抗性加熱器２２０によって、前駆体を加熱することができる。たとえば、一実施形態では、ガリウム前駆体は、摂氏約７５０度〜摂氏約８５０度の温度に加熱することができる。次いで塩化物の反応生成物は、チャンバ２０２へ送達することができる。反応性の塩化物生成物はまず管２２２に入り、管２２２内で均一に分散する。管２２２は、別の管２２４に接続される。塩化物の反応生成物は、第１の管２２２内で均一に分散された後、第２の管２２４に入る。次いで塩化物の反応生成物は、チャンバ２０２内へ入り、そこで窒素含有ガスと混合して、サセプタ２１４上に配置された基板２１６上に窒化物層を形成する。一実施形態では、サセプタ２１４は、炭化ケイ素を含むことができる。窒化物層は、たとえば窒化ガリウムまたは窒化アルミニウムを含むことができる。窒素および塩素などの他の反応生成物は、排気２２６を通って排気される。
【００３２】
従来、ＨＶＰＥ中には、まず高温壁反応器の供給源区間内で、塩素含有ガス（たとえば、ＨＣｌ）を金属前駆体（トリメチルガリウム）と反応させて金属塩化物を形成し、次いで高温壁反応器の下流の反応区間内で、金属塩化物を窒素源と組み合わせる。従来のＨＶＰＥチャンバ設計と比較すると、ＨＶＰＥチャンバ２００は、塩素ガスの滞留時間を増大させて塩素含有ガスの温度を制御することによって、塩素含有ガスの効果を増大させる。また、ＨＶＰＥチャンバ２００の効率も、塩素含有ガスの温度の増大によって塩化物の生成が加速されるために増大する。
【００３３】
チャンバ２０２は熱勾配を有することができ、これは浮力効果をもたらすことができる。たとえば、窒素ベースのガスは、摂氏約４５０度〜摂氏約５５０度の温度でガス分配シャワーヘッド２０６を通って導入される。チャンバ壁２０８は、摂氏約６００度〜摂氏約７００度の温度を有することができる。サセプタ２１４は、摂氏約１０５０〜約１１５０度の温度を有することができる。したがって、チャンバ２０２内の温度差により、ガスはチャンバ２０２内で、加熱されると上昇し、次いで冷めると下降する。ガスの上昇および下降により、窒素ガスと塩化物ガスを混合することができる。追加として、浮力効果は、混合のため、壁２０８上に堆積する窒化ガリウムまたは窒化アルミニウムの量を低減させる。
【００３４】
処理チャンバ２０２の加熱は、サセプタ２１４の下に配置されたランプモジュール２２８でサセプタ２１４を加熱することによって実現される。堆積中、ランプモジュール２２８は、処理チャンバ２０２に対する主要な熱源である。ランプモジュール２２８として図示および説明するが、他の加熱源も使用できることを理解されたい。処理チャンバ２０２の追加の加熱は、チャンバ２０２の壁２０８内に埋め込まれた加熱器２０９を使用することによって実現することができる。壁２０８内に埋め込まれた加熱器２０９は、堆積プロセス中、もしあったとしても、ほとんど熱を提供することができない。処理チャンバ内部の温度を測定するには、熱電対を使用することができる。熱電対からの出力は、制御装置へフィードバックすることができ、制御装置は、熱電対からの読取りに基づいて加熱器２０９の加熱を制御する。たとえば、チャンバが冷たすぎる場合、加熱器２０９はオンに切り換えられる。チャンバが熱すぎる場合、加熱器２０９はオフに切り換えられる。追加として、加熱器２０９から加熱する量は、少量の熱が加熱器２０９から提供されるように制御することができる。
【００３５】
堆積プロセス後、基板２１６は通常、処理チャンバ２０２から取り出される。ランプモジュール２２８はオフに切り換えられる。ランプモジュール２２８からの熱がなくなるため、チャンバ２０２は急速に冷めることができる。壁２０８上に堆積した可能性のある窒化ガリウムまたは窒化アルミニウムは、壁２０８自体とは異なる熱膨張係数を有することがある。したがって、窒化ガリウムまたは窒化アルミニウムは、熱膨張のために剥離することがある。望ましくない剥離を防止するために、チャンバ壁２０８内に埋め込まれた加熱器２０９をオンに切り換え、熱膨張を制御してチャンバ２０２を所望のチャンバ温度で維持することができる。この場合も、加熱器２０９の制御は、熱電対からのリアルタイムのフィードバックに基づいて行うことができる。ランプモジュール２２８がオフに切り換えられた後、窒化ガリウムまたは窒化アルミニウムが剥離して基板を汚染したり、サセプタ２１４上に落ちてサセプタ２１４の表面を不均一にしたりしないように、加熱器２０９をオンに切り換え、または強めて、チャンバ２０２の温度を所望の温度で維持することができる。チャンバ壁２０８を高温で維持することによって、塩素は、チャンバ壁２０８から堆積物を落とすのにより効果的になる。
【００３６】
一般に、堆積プロセスは、次のように進行する。最初に、処理チャンバ２０２内へ基板２１６を挿入し、サセプタ２１４上に配置することができる。一実施形態では、基板２１６はサファイアを含むことができる。ランプモジュール２２８をオンに切り換えて、基板２１６を加熱し、それに対応してチャンバ２０２を加熱することができる。第１のガス源２１１から処理チャンバへ、窒素含有反応性ガスを導入することができる。窒素含有ガスは、ガス加熱器などのエネルギー源２１２に通して、より反応しやすい状態にすることができる。次いで窒素含有ガスは、チャンバ蓋２０４およびガス分配シャワーヘッド２０６を通過する。一実施形態では、チャンバ蓋２０４を水で冷却することができる。
【００３７】
チャンバ２０２へ、前駆体を送達することもできる。塩素含有ガスが前駆体源２１８内の前駆体を通り、かつ／または越えるようにすることができる。このとき塩素含有ガスは、前駆体と反応して塩化物を形成する。塩化物は、供給源モジュール２３２内で抵抗性加熱器２２０によって加熱され、次いで上の方の管２２２内へ送達され、管２２２内で均一に分散する。次いで塩化物ガスは、下方へ流れて他方の管２２４内へ入ってから、チャンバ２０２の内部へ導入される。塩素含有ガスについて論じたが、本発明は塩素含有ガスに限定されるものではないことを理解されたい。逆に、ＨＶＰＥプロセスでは、他の化合物を使用することもできる。壁２０８内に埋め込まれた加熱器２０９から生成されるチャンバ壁２０８の熱量は、最小にすることができる。チャンバ２０２内の熱の大部分は、サセプタ２１４の下のランプモジュール２２８によって生成される。
【００３８】
チャンバ２０２内の熱勾配のため、塩化ガスおよび窒素含有ガスは処理チャンバ２０２内で上下し、それによって混ざって窒化化合物を形成し、この窒化化合物が基板２１６上に堆積する。基板２１６上に堆積することに加えて、窒化物層は、チャンバ２０２の他の露出した領域上にも同様に堆積することがある。塩化化合物と窒素含有ガスのガス状反応生成物は塩素および窒素を含むことがあり、これらは排気２２６を通ってチャンバから排気することができる。
【００３９】
堆積プロセスが完了した後、ランプモジュール２２８をオフに切り換えることができ、加熱器２０９の出力を増大させることができる。基板２１６を取り出すことができる。加熱器２０９の出力は、熱膨張を低減または解消し、したがってあらゆる堆積された窒化物材料を所望の清浄時間まで定位置に残すことができ、壁２０８から剥離したり、入ってくる／出ていく基板２１６のサセプタ２１４上に落ちたりしない。堆積プロセスが完了した後、壁２０８上に堆積したあらゆる窒化物は、窒化物を壁２０８からエッチングするためのエッチング剤を導入することによって除去することができる。清浄中、ランプモジュール２２８をオフに切り換えることができ、熱の大部分は、壁２０８内に埋め込まれた加熱器２０９から得ることができる。新しい基板２１６をチャンバ２０２に入れた後、プロセスを繰り返すことができる。
【００４０】
窒素含有ガスはガス分配シャワーヘッド２０６を通って導入され、前駆体はチャンバ２０２の中央に対応する領域内で送達されると論じたが、ガス導入位置は逆にすることもできることを理解されたい。しかし、前駆体がシャワーヘッド２０６を通って導入される場合、シャワーヘッド２０６を加熱して、塩化物反応生成物の反応性を増大させることができる。
【００４１】
図２Ｂは、別の実施形態によるＨＶＰＥチャンバ３００の概略等角図である。ＨＶＰＥチャンバ３００は、第１の前駆体源３０２と、第２の前駆体源３０４と、塩素ガスを通す通路３０６と、上部リング３０８と、下部リング３１０と、側壁３１２とを含む。塩化物反応生成物は、第１の上の方の管３１４を通ってチャンバに入り、次いでチャンバ内で均一に分散してから、管３１４、３１６間に分散されたコネクタ３１８を通って第２の管３１６へ流れることができる。一実施形態では、上部リング３０８および下部リング３１０は、不透明の石英を含む。一実施形態では、側壁３１２は、透明の石英を含むことができる。別の実施形態では、管３１４、３１６は、透明の石英を含むことができる。下部リング３１０内部に配置された下部ライナは、不透明の石英を含むことができる。リング３０８、３１０は、側壁３１２から外方へ延びるリップ３２２を有することができる。リップ３２２の縁部で外側にＯリングを配置することができ、これらのＯリングが、加熱された側壁３１２およびランプモジュールから可能な限り遠くになるようにする。Ｏリングは通常、摂氏約２５０度まで使用可能である。したがって、Ｏリングをチャンバ本体から離すと有益である。
【００４２】
図３は、本発明の一実施形態によるＭＯＣＶＤ装置の概略図である。
【００４３】
装置１００は、チャンバ１０２と、ガス送達システム１２５と、遠隔プラズマ源１２６と、真空システム１１２とを含む。チャンバ１０２は、処理領域１０８を密閉するチャンバ本体１０３を含む。処理領域１０８の一方の端部には、シャワーヘッドアセンブリ１０４が配置され、処理領域１０８の他方の端部には、基板キャリア１１４が配置される。下部体積１１０の一方の端部には、下部ドーム１１９が配置され、下部体積１１０の他方の端部には、基板キャリア１１４が配置される。基板キャリア１１４をプロセス位置に示すが、より低い位置へ動かすことができ、そこでたとえば基板１４０をロードまたはアンロードすることができる。基板キャリア１１４の周辺部の周りに排気リング１２０を配置して、下部体積１１０内に堆積が発生するのを防止するのを助けることができ、またチャンバ１０２から排気ポート１０９へ排気ガスを誘導するのを助けることができる。下部ドーム１１９は、光を通過させて基板１４０を放射加熱するために、高純度の石英などの透過性材料から作ることができる。放射加熱は、下部ドーム１１９の下に配置された複数の内側ランプ１２１Ａおよび外側ランプ１２１Ｂによって提供することができ、反射器１６６を使用して、内側ランプ１２１Ａおよび外側ランプ１２１Ｂによって提供される放射エネルギーに対するチャンバ１０２の露出を制御するのを助けることができる。基板１４０のより細かい温度制御のために、追加のランプリングを使用することもできる。
【００４４】
基板キャリア１１４は、１つまたは複数の凹部１１６を含むことができ、凹部１１６内には、処理中に１つまたは複数の基板１４０を配置することができる。基板キャリア１１４は、６つ以上の基板１４０を運ぶことができる。一実施形態では、基板キャリア１１４は、８つの基板１４０を運ぶ。基板キャリア１１４上でより多いまたはより少ない基板１４０を運ぶこともできることを理解されたい。典型的な基板１４０は、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ケイ素、または窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことができる。ガラス基板１４０などの他のタイプの基板１４０も処理できることを理解されたい。基板１４０の寸法は、直径５０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲以上とすることができる。基板キャリア１１４の寸法は、２００ｍｍ〜７５０ｍｍの範囲とすることができる。基板キャリア１１４は、ＳｉＣまたはＳｉＣで被覆されたグラファイトを含む様々な材料から形成することができる。本明細書に記載のプロセスによれば、他の寸法の基板１４０もチャンバ１０２内で処理できることを理解されたい。シャワーヘッドアセンブリ１０４は、本明細書に記載のように、従来のＭＯＣＶＤチャンバ内より多数の基板１４０および／または大きい基板１４０全体にわたってより均一の堆積を実現し、それによって処理量を増大させ、基板１４０当たりの処理コストを低減させることができる。
【００４５】
基板キャリア１１４は、処理中、軸の周りを回転することができる。一実施形態では、基板キャリア１１４は、約２ＲＰＭ〜約１００ＲＰＭで回転させることができる。別の実施形態では、基板キャリア１１４は、約３０ＲＰＭで回転させることができる。基板キャリア１１４を回転させることで、基板１４０を均一に加熱し、各基板１４０に処理ガスを均一に露出させるのに役立つ。
【００４６】
複数の内側ランプ１２１Ａおよび外側ランプ１２１Ｂは、同心状の円または区間（図示せず）の形で構成することができ、各ランプ区間には、別個に電力供給することができる。一実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１０４内に高温計（図示せず）などの１つまたは複数の温度センサを配置して、基板１４０および基板キャリア１１４の温度を測定することができ、この温度データを制御装置（図示せず）へ送ることができ、制御装置は、基板キャリア１１４全体にわたって所定の温度プロファイルを維持するように別個のランプ区間への電力を調整することができる。別の実施形態では、別個のランプ区間への電力は、前駆体の流れまたは前駆体の濃度の不均一性を補償するように調整することができる。たとえば、基板キャリア１１４のうち外側ランプ区間付近の領域において、前駆体の濃度がより低い場合、この領域における前駆体の枯渇を補償するのを助けるように、外側ランプ区間への電力を調整することができる。
【００４７】
内側ランプ１２１Ａおよび外側ランプ１２１Ｂは、基板１４０を摂氏約４００度〜摂氏約１２００度の温度に加熱することができる。本発明は、内側ランプ１２１Ａおよび外側ランプ１２１Ｂのアレイの使用に限定されないことを理解されたい。任意の適切な加熱源を利用して、チャンバ１０２およびチャンバ１０２内の基板１４０に適切な温度を十分にかけるようにすることができる。たとえば、別の実施形態では、加熱源は、基板キャリア１１４に熱接触する抵抗性の加熱素子（図示せず）を含むことができる。
【００４８】
ガス送達システム１２５は、複数のガス源を含むことができ、または実行されているプロセスに応じて、供給源の一部をガスではなく液体源とすることができる。その場合、ガス送達システムは、液体を蒸発させるために、液体の射出システムまたは他の手段（たとえば、バブラー）を含むことができる。次いで、この蒸気をキャリアガスと混合させてから、チャンバ１０２へ送達することができる。前駆体ガス、キャリアガス、パージガス、清浄／エッチングガスなどの様々なガスを、ガス送達システム１２５から別個の供給ライン１３１、１３２、および１３３へ供給し、そしてシャワーヘッドアセンブリ１０４へ供給することができる。供給ライン１３１、１３２、および１３３は、各ライン内のガスの流れを監視および調節または遮断するために、遮断バルブおよび質量流量制御装置または他のタイプの制御装置を含むことができる。
【００４９】
一実施形態では、ガス送達システム１２５は、供給源１３１Ａおよび供給源１３２Ａなどの２つ以上の供給源を含む。一実施形態では、供給源１３１Ａは、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、または他のＭＯＣＶＤもしくはＨＶＰＥ処理ガスなどのプロセスガスを送達するように構成され、ガス源１３２Ａは、有機金属（ＭＯ）前駆体などの前駆体含有ガスを送達するように構成される。一例では、前駆体含有ガスは、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）などのガリウム含有前駆体を含む。別法として、場合によっては、供給源１３１Ａが、前駆体含有ガスを送達するように構成され、供給源１３２Ａは、プロセスガスを送達するように構成される。一例では、有機金属（ＭＯ）前駆体は、トリメチルガリウム（「ＴＭＧ」）、トリメチルアルミニウム（「ＴＭＡｌ」）、および／またはトリメチルインジウム（「ＴＭＩ」）などの第ＩＩＩ族前駆体であるが、他の適切なＭＯ前駆体を使用することもできる。
【００５０】
導管１２９は、遠隔プラズマ源１２６からの清浄／エッチングガスを受け取ることができる。遠隔プラズマ源１２６は、供給ライン１２４を介してガス送達システム１２５からのガスを受け取ることができ、シャワーヘッドアセンブリ１０４と遠隔プラズマ源１２６の間にバルブ１３０を配置することができる。バルブ１３０を開くと、供給ライン１３３を介してシャワーヘッドアセンブリ１０４内へ清浄および／またはエッチングガスまたはプラズマを流すことができる。供給ライン１３３は、プラズマのための導管として機能するように適合することができる。別の実施形態では、装置１００は、遠隔プラズマ源１２６を含まなくてもよく、清浄／エッチングガスは、代替供給ライン構成を使用する非プラズマ清浄および／またはエッチングのために、ガス送達システム１２５からシャワーヘッドアセンブリ１０４へ送達することができる。
【００５１】
遠隔プラズマ源１２６は、チャンバ１０２の清浄および／または基板１４０のエッチングに適合された無線周波数またはマイクロ波プラズマ源とすることができる。供給ライン１２４を介して清浄および／またはエッチングガスを遠隔プラズマ源１２６へ供給してプラズマ種を生じさせることができ、このプラズマ種を、導管１２９および供給ライン１３３を介して送り、シャワーヘッドアセンブリ１０４を通ってチャンバ１０２内へ分散させることができる。清浄向けのガスは、フッ素、塩素、または他の反応性元素を含むことができる。清浄向けのガスは、フッ素（Ｆ２）もしくは塩素（Ｃｌ２）などのハロゲン含有ガス、または塩酸（ＨＣｌ）を含む蒸気を含むことができる。
【００５２】
別の実施形態では、ガス送達システム１２５および遠隔プラズマ源１２６は、前駆体ガスを遠隔プラズマ源１２６へ供給してプラズマ種を生じさせることができ、このプラズマ種を、シャワーヘッドアセンブリ１０４を通って送り、基板１４０上にたとえば第ＩＩＩ−Ｖ族膜などのＣＶＤ層を堆積できるように、適切に適合することができる。
【００５３】
シャワーヘッドアセンブリ１０４から、および／または基板キャリア１１４の下でチャンバ本体１０３の底部付近に配置された入口ポートもしくは管（図示せず）から、パージガス（たとえば、窒素）をチャンバ１０２内へ送達することができる。パージガスは、チャンバ１０２の下部体積１１０に入り、基板キャリア１１４および排気リング１２０を越えて上方へ流れて、環状排気チャネル１０５の周りに配置された複数の排気ポート１０９に入る。排気導管１０６が、環状排気チャネル１０５を真空システム１１２へ接続する。真空システム１１２は、真空ポンプ（図示せず）を含む。チャンバ１０２の圧力は、バルブシステム１０７を使用して制御することができ、バルブシステム１０７は、排気ガスが環状排気チャネル１０５から引き出される速度を制御する。
【００５４】
チャンバ１０２はまた、シャワーヘッドアセンブリ１０４の様々な表面の温度を制御するために使用される熱交換システム１７０を含むこともできる。熱交換システム１７０は熱交換器１７０Ａを含むことができ、熱交換器１７０Ａは、入口導管１７１および出口導管１７２を介してシャワーヘッドアセンブリ１０４内に形成された１つまたは複数の熱交換チャネル１７５（図２）に結合される。熱交換流体が流れる熱交換チャネル１７５は、シャワーヘッドアセンブリ１０４の温度を調節するのを助けるために使用される。適切な熱交換流体には、水、水性のエチレングリコール混合物、パーフルオロポリエーテル（たとえば、Ｇａｌｄｅｎ（登録商標）流体）、油性の熱伝達流体、または類似の流体が含まれる。熱交換流体は、熱交換器１７０Ａを循環し、シャワーヘッドアセンブリ１０４の温度を所望の温度範囲内で維持するように必要に応じて、熱交換流体の温度を上下させることができる。一実施形態では、熱交換流体は、摂氏約２０度〜摂氏約１２０度の温度範囲内で維持される。別の実施形態では、熱交換流体は、摂氏約１００度〜摂氏約３５０度の温度範囲内で維持することができる。さらに別の実施形態では、熱交換流体は、摂氏３５０度より高い温度で維持することができる。熱交換流体は、沸点を超えて加熱することもでき、したがって容易に入手可能な熱交換流体を使用して、シャワーヘッドアセンブリ１０４をより高い温度で維持することができる。また、熱交換流体は、ガリウムまたはガリウム合金などの液体金属とすることができる。
【００５５】
熱交換流体の流量はまた、シャワーヘッドアセンブリ１０４の温度を制御するのを助けるように調整することができる。追加として、熱交換チャネル１７５を取り囲む壁１７９および１８０の厚さは、様々なシャワーヘッド表面の温度調節を容易にするように設計することができる。
【００５６】
シャワーヘッドアセンブリ１０４上の凝縮物の形成を低減または解消し、ならびに気相粒子形成を低減させ、かつ基板１４０上に堆積される膜の組成に悪影響を与えうる望ましくない前駆体反応生成物が生じるのを防止するには、ガス導管１４７、壁１８０、およびシャワーヘッド面１８３などの様々なシャワーヘッドアセンブリ１０４の特徴の温度の制御が望ましい。一実施形態では、シャワーヘッドの温度を測定するために、１つまたは複数の熱電対または他の温度センサが、シャワーヘッド面１８３、熱交換チャネル１７５、および／または壁１８０に近接して配置される。別の実施形態では、１つまたは複数の熱電対または他の温度センサが、入口導管１７１および／または出口導管１７２に近接して配置される。１つまたは複数の熱電対または他の温度センサによって測定された温度データは、制御装置１９９へ送ることができ、制御装置１９９は、シャワーヘッドの温度を所定の範囲内で維持するように、熱交換流体の温度および流量を調整することができる。一実施形態では、シャワーヘッドの温度は、摂氏約５０度〜摂氏約３５０度で維持することができる。別の実施形態では、シャワーヘッドの温度は、摂氏３５０度より高い温度で維持することができる。
【００５７】
シャワーヘッドアセンブリ１０４は、基板１４０の処理中は、基板キャリア１１４付近に位置する。一実施形態では、処理中のシャワーヘッド面１８３から基板キャリア１１４までの距離は、約４ｍｍ〜約４１ｍｍの範囲とすることができる。一実施形態では、シャワーヘッド面１８３は処理中、同一平面上にあり、基板１４０に面している。
【００５８】
一実施形態では、処理中、プロセスガス１５２は、シャワーヘッドアセンブリ１０４内のガス導管１４７から流れ、前駆体含有ガス１５３は、シャワーヘッドアセンブリ１０４内に形成されたガス導管１８１から基板１４０の表面の方へ流れる。上記のように、プロセスガス１５２および／または前駆体含有ガス１５３は、１つまたは複数の前駆体ガスまたはプロセスガス、ならびにそれらの前駆体ガスと混合できるキャリアガスおよびドーパントガスを含むことができる。環状排気チャネル１０５で引き出すことで、ガス流れに影響を与えることができ、したがってプロセスガス１５２は、基板１４０に対して実質上接線方向に流れ、層状の流れの中で基板１４０の堆積表面全体にわたって放射状に均一に分散させることができる。処理領域１０８は、約７６０トル〜約８０トルの圧力で維持することができる。
【００５９】
基板１４０の表面またはその付近のプロセスガス１５２および／または前駆体含有ガス１５３内で見られる前駆体の反応により、ＧａＮ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、および窒化インジウム（ＩｎＮ）を含む様々な金属窒化物層を基板１４０上に堆積させることができる。ＡｌＧａＮおよび／またはＩｎＧａＮなどの他の化合物膜の堆積に、複数の金属を利用することもできる。追加として、これらの膜には、ケイ素（Ｓｉ）またはマグネシウム（Ｍｇ）などのドーパントを追加することができる。これらの膜は、堆積プロセス中に少量のドーパントガスを追加することによってドープすることができる。ケイ素をドープするには、たとえばシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを使用することができ、マグネシウムをドープするためのドーパントガスは、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇまたは（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を含むことができる。
【００６０】
一実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１０４は、熱交換チャネル１７５と、第１のプレナム１４４と、第２のプレナム１４５と、ガス導管１４７とを含む。熱交換チャネル１７５はガス導管１４７を取り囲み、ガス導管１４７は熱交換チャネル１７５から突出し、したがって熱交換流体が全体に流れ、ガス導管１４７の中心領域１４７Ａを通って流れるガスまたは蒸気を冷却する。ガス導管１４７の中心領域１４７Ａは、第２のプレナム１４５および処理領域１０８と流体連通している。この構成では、熱交換チャネル１７５は、熱交換チャネル１７５を通って送達されるガスまたは蒸気の温度を制御するように、第１のプレナム１４４と第２のプレナム１４５の間に配置される。図２を参照すると、ガス導管（たとえば、ガス導管１４７）の半分が熱交換チャネル１７５を通って延びるだけでよいガス導管および熱交換チャネルの構成では、ガス導管（たとえば、ガス導管１４７）と壁（たとえば、壁１７９および１８０）の間に形成された接合部で熱交換流体が第１のプレナム１４４または第２のプレナム１４５内へ漏れる可能性が大いに低減されると考えられる。熱交換チャネル１７５のうち処理領域１０８とは反対側に１つのガスプレナム（たとえば、第２のガスプレナム１４５）だけが配置され、第１のプレナム１４４を出たガスは処理領域１０８内へ直接入るため、ガス導管の半分だけが、熱交換チャネル１７５を通って延びるだけでよい。また、処理領域１０８に直接隣接しないように熱交換チャネル１７５を位置決めすることによって、熱交換流体の漏れが処理領域１０８に到達する可能性が大いに低減され、したがってチャンバおよび基板１４０を損傷する可能性を低減させる。７５０℃を超える温度など、ＬＥＤおよびＬＤ製品を形成するために使用される典型的な処理温度では、液体の熱交換流体がガスになるときに相変化が生じるため、熱交換流体が処理領域１０８内へ漏れると危ない可能性があるとも考えられる。
【００６１】
一実施形態では、中間板２１０は複数のガス導管１４７を含み、複数のガス導管１４７は、中間板の孔２４０内に配置され、熱交換チャネル１７５を通って、底板２３３内に位置する底板の孔２５０および２５１内へ下方へ延びる。一実施形態では金属管（たとえば、ＳＳＴ、アルミニウム）であるガス導管１４７は、熱交換流体が第１のプレナム１４４または第２のプレナム１４５に入るのを防止するために、蝋付けまたは溶接技法を使用することによって、底板２３３内で中間板２１０および壁１８０に封止可能に結合される。一実施形態では、ガス導管１４７を中間板２１０、壁１８０、および壁１８５に封止可能に結合して、第１のプレナム１４４、第２のプレナム１４５、および熱交換チャネル１７５を通って流れる流体が、すべて互いから分離されるようにする。第１のプレナム１４４は、底板２３３の壁１８５内に形成された導管１８１を通って、処理領域１０８に流動的に結合される。一実施形態では、底板２３３は、上部板２３３Ａおよび下部板２３３Ｂを含み、上部板２３３Ａと下部板２３３Ｂは、第１のプレナム１４４を形成するようにともに封止可能に結合され、供給源１３１Ａから送達される材料がシャワーヘッドアセンブリ１０４の望ましくない領域から漏れるのを防止する。一実施形態では、上板２３０、中間板２１０、上部板２３３Ａ、および下部板２３３Ｂは、３１６Ｌステンレス鋼、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）、無電解ニッケルめっきアルミニウム、純粋なニッケル、ならびに化学的侵食に耐性のある他の金属および合金、またはさらには石英などの金属から形成される。
【００６２】
シャワーヘッドアセンブリ１０４は、ガス送達システム１２５に結合された供給ライン１３１、１３２、および１３３を介してガスを受け取る。別の実施形態では、各供給ライン１３１、１３２は、シャワーヘッドアセンブリ１０４に結合されて流体連通している複数のラインを含むことができる。一実施形態では、第１の前駆体ガス１５４（図３）および第２の前駆体ガス１５５が、それぞれ供給ライン１３１および１３２を通って第１のプレナム１４４および第２のプレナム１４５内へ流れる。一実施形態では、非反応性ガスが供給ライン１３３を通って流れることができ、供給ライン１３３は、これらの非反応性ガスをシャワーヘッドアセンブリ１０４内の様々な領域へ選択的に送達するように構成される。非反応性ガスは、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、または他のガスおよびこれらの組合せなどの不活性ガスとすることができる。
【００６３】
一実施形態では、清浄および／またはエッチングガスまたはプラズマが、中心導管１４８を通ってチャンバ１０２内へ送達される。中心導管１４８は、チャンバ１０２内部で清浄および／またはエッチングガスまたはプラズマを分散させてより効果的な清浄を提供するように適合される。他の実施形態では、装置１００は、シャワーヘッドアセンブリ１０４内のガス導管１４７および／または導管１８１などの他の経路を通ってチャンバ１０２内へ清浄および／またはエッチングガスまたはプラズマを送達するように適合される。一実施形態では、フッ素または塩素ベースのプラズマがエッチングまたは清浄に使用される。他の実施形態では、Ｃｌ２、Ｂｒ、およびＩ２などのハロゲンガス、またはＨＣｌ、ＨＢｒ、およびＨＩなどのハロゲン化合物が、非プラズマエッチングに使用される。
【００６４】
第２の前駆体ガス１５５は、供給ライン１３２から第２のプレナム１４５内へ流れ、そしてガス導管１４７内へ流れる。ガス導管１４７は、処理領域１０８と流体連通している。第１のプレナム１４４は、第２のプレナム１４５と流体連通しておらず、したがって第１の前駆体ガス１５４および第２の前駆体ガス１５５は、チャンバ１０２の処理領域１０８内へ射出されるまで、分離されたままである。
【００６５】
一実施形態では、第１のプレナム１４４へ送達される第１の前駆体ガス１５４は、第Ｖ族前駆体を含むことができ、第２のプレナム１４５へ送達される第２の前駆体ガス１５５は、第ＩＩＩ族前駆体を含むことができる。別の実施形態では、前駆体の送達は、第Ｖ族前駆体を第２のプレナム１４５へ経路指定し、第ＩＩＩ族前駆体を第１のプレナム１４４へ経路指定するように切り換えることができる。所与の前駆体に対する第１のプレナム１４４または第２のプレナム１４５の選択は、一部には、熱交換チャネル１７５からのプレナムの距離、ならびに各プレナムおよびそのプレナム内の前駆体に対して維持できる所望の温度範囲によって決定することができる。第Ｖ族前駆体は、アンモニア（ＮＨ３）などの窒素前駆体とすることができる。
【００６６】
複数チャンバのプロセス
図４は、本発明の一実施形態によるクラスタツール５００の平面図である。クラスタツール５００は、ＬＥＤ向けの窒化化合物構造を形成するように構成される。
【００６７】
クラスタツール５００は、移動チャンバ５０６と、移動チャンバに結合されたロードロックチャンバ５０８と、ロードロックチャンバ５０８に結合されたロードステーション５１０と、移動チャンバ５０６に結合されたバッチロードロックチャンバ５０９とを備える。
【００６８】
クラスタツール５００は、移動チャンバ５０６に接続された３つの処理チャンバ５０２、５０３、５０４を備える。一実施形態では、処理チャンバ５０２、５０３、５０４は、ＬＥＤ構造の様々な層を効率的に形成するように構成される。
【００６９】
一実施形態では、第１の処理チャンバ５０２は、移動チャンバ５０６に結合されたＨＶＰＥチャンバであり、処理チャンバ５０３、５０４は、ＭＯＣＶＤチャンバである。別の実施形態では、３つの処理チャンバ５０２、５０３、５０４はすべて、ＭＯＣＶＤチャンバである。
【００７０】
一実施形態では、ＨＶＰＥチャンバ５０２は、図２ＡのＨＶＰＥチャンバ２００に類似したものとすることができる。ＨＶＰＥチャンバ５０２は、ＨＶＰＥプロセスを実行するように適合され、ＨＶＰＥプロセスでは、ガス状の金属ハロゲン化合物を使用して、厚い窒化化合物半導体材料層を加熱された基板上にエピタキシャル成長させる。ＨＶＰＥチャンバ５０２は、窒化物ベースのＬＥＤ構造におけるｎドープ第ＩＩＩ族金属窒化物層の堆積速度を最適化するように構成することができる。ＭＯＣＶＤチャンバ５０３、５０４は、図３ＡのＭＯＣＶＤチャンバ１００に類似したものとすることができる。ＭＯＣＶＤチャンバ５０３、５０４は、ＣＶＤプロセスを実行するように適合され、ＣＶＤプロセスでは、有機金属元素が金属水素化物元素と反応して、薄い窒化化合物半導体材料層を形成する。
【００７１】
クラスタツール５００は、移動チャンバ５０６と結合されたロードロックチャンバ５０８と、ロードロックチャンバ５０８と結合されたロードステーション５１０とをさらに備える。ロードロックチャンバ５０８およびロードステーション５１０は、移動チャンバ５０６を通って第１の処理チャンバ（ＨＶＰＥチャンバ）５０２および第２の処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）５０４へ基板をロードするように構成される。一実施形態では、クラスタツール５００は、移動チャンバ５０６と結合され、基板を貯蔵するように構成されたバッチロードロックチャンバ５０９をさらに備える。
【００７２】
ロードステーション５１０は、操作者が処理用の複数の基板をロードロックチャンバ５０８の限られた環境内へロードし、また複数の処理済みの基板をロードロックチャンバ５０８からアンロードできるようにする大気の境界面として構成される。一実施形態では、処理用の基板はバッチごとにまとめられ、キャリア板５１２上のコンベアトレイ５１１によって輸送される。
【００７３】
別の実施形態では、ロードステーション５１０は、多重チャンバ処理システムとの間で基板をロードおよびアンロードする自動基板ローダとすることができる。自動基板ローダは、カセット取扱い機構と、基板を位置合わせするように構成された基板位置合わせ器と、キャリアトレイ位置合わせ器とを備える。自動基板ローダは、基板位置合わせ器と基板貯蔵カセットの間で基板を移動させるように構成された第１のロボットと、基板位置合わせ器とキャリアトレイ位置合わせ器上に配置されたキャリアトレイの間で基板を移動させるように構成された第２のロボットとをさらに備える。自動基板ローダは、自動基板ローダと基板処理システムの間で基板キャリアトレイを移動させるように構成された第３のロボットをさらに備える。一実施形態では、カセット取扱い機構、基板位置合わせ器、およびキャリアトレイ位置合わせ器は、第１、第２、および第３のロボットが直線運動だけを行い、したがってシステムを簡略化できるように構成される。
【００７４】
ロードロックチャンバ５０８は、ロードステーション５１０の大気環境と移動チャンバ５０６の制御された環境の間に境界面を提供する。基板は、ロードロックチャンバ５０８とロードステーション５１０の間ではスリットバルブを介して移動され、ロードロックチャンバ５０８と移動チャンバ５０６の間では別のスリットバルブを介して移動される。一実施形態では、ロードロックチャンバ５０８は、垂直に積み重ねられた複数のキャリア支持体を備えることができる。キャリア支持体は、キャリア板５１２のロードおよびアンロードを容易にするために、垂直に可動式にすることができる。
【００７５】
ロードロックチャンバ５０８は、圧力制御システム（図示せず）に結合され、圧力制御システムは、ロードロックチャンバ５０８をポンプで排気し、移動チャンバ５０６の真空環境とロードステーション５１０の実質上周囲（たとえば、大気）の環境の間で基板の通過を容易にする。さらに、ロードロックチャンバ５０８はまた、温度制御のための特徴を備えることができる。
【００７６】
移動チャンバ５０６は通常、真空状態または低圧状態で維持される。一実施形態では、移動チャンバ５０６は、ヘリウムガスおよび窒素ガスなどの不活性ガス、アンモニアなどの還元ガス、またはこれらの組合せによって維持される、制御された環境を有することができる。
【００７７】
ロボットアセンブリ５１７は、基板を持ち上げてロードロックチャンバ５０８、バッチロードロックチャンバ５０９、ＭＯＣＶＤチャンバ５０４、およびＨＶＰＥチャンバ５０２の間で移動させるように動作可能である。一実施形態では、ロボットアセンブリ５１７は、移動中に基板を高温で保つように構成された、加熱されたエンドエフェクタを備えることができる。一実施形態では、これらの基板は、処理チャンバ間の移動中、約３５０℃より高い温度で維持される。
【００７８】
バッチロードロックチャンバ５０９は、キャリア板５１２上に置かれた複数の基板を貯蔵する空胴を内部に有する。空胴内には、貯蔵カセットを可動式に配置することができる。貯蔵カセットは、枠によって支持された複数の貯蔵棚を備えることができる。一実施形態では、バッチロードロックチャンバ５０９は、処理前に基板を清浄にするように構成することができる。一実施形態では、バッチロードロックチャンバ５０９は、バッチロードロックチャンバ５０９内に配置された基板を加熱するように構成された１つまたは複数の加熱器を有することができ、不活性ガス源および／または清浄ガス源に接続して、処理前に基板に対する熱清浄を実行することができる。
【００７９】
基板がロードされたキャリア板がロードロックチャンバ５０８内で整えられた後、キャリア板は、処理のためにＭＯＣＶＤチャンバ５０４、ＭＯＣＶＤチャンバ５０３、もしくはＨＶＰＥチャンバ５０２へ移動させることができ、または複数のキャリア板が処理のために待機状態で貯蔵されるバッチロードロックチャンバ５０９へ移動させることができる。
【００８０】
動作中、１バッチ分の基板を含むキャリア板５１２が、ロードステーション５１０内のコンベアトレイ５１１上にロードされる。次いでコンベアトレイ５１１は、スリットバルブを通ってロードロックチャンバ５０８内へ動き、キャリア板５１２をロードロックチャンバ５０８内部のキャリア支持体上へ置き、ロードステーション５１０へ戻る。キャリア板５１２がロードロックチャンバ５０８内部にある間、ロードロックチャンバ５０８は、あらゆる残留酸素、水蒸気、および他のタイプの汚染物質を除去するために、窒素などの不活性ガスを用いてポンプで一掃される。このバッチの基板がバッチロードロックチャンバ５０９内で整えられた後、ロボットアセンブリ５１７は、キャリア板５１２をＭＯＣＶＤチャンバ５０４またはＨＶＰＥチャンバ５０２へ移動させて、堆積プロセスにかけることができる。代替実施形態では、キャリア板５１２は、バッチロードロックチャンバ５０９内に移動させて、ＭＯＣＶＤチャンバ５０４またはＨＶＰＥチャンバ５０２内で処理するために待機状態で貯蔵することができる。このバッチの基板の処理が完了した後、キャリア板５１２をロードロックチャンバ５０８へ移動し、次いでコンベアトレイ５１１によって回収してロードステーション５１０へ戻すことができる。
【００８１】
処理チャンバ５０２は、ＬＥＤ構造向けの層を堆積させてからＭＱＷ層を堆積させるように構成される。一実施形態では、処理チャンバ５０２は、ｎドープＧａＮを急速に形成するように構成されたＨＶＰＥチャンバである。別の実施形態では、処理チャンバ５０２は、ＭＯＣＶＤチャンバとすることができる。
【００８２】
一実施形態では、処理チャンバ５０３は、ＬＥＤ構造のＭＱＷ層を堆積させるように構成される。一実施形態では、処理チャンバ５０３は、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ層を形成するように構成されたＭＯＣＶＤチャンバとすることができる。
【００８３】
一実施形態では、処理チャンバ５０４は、ＬＥＤ構造のＭＱＷ層の後、それに続く層を堆積させるように構成される。一実施形態では、処理チャンバ５０４はＭＯＣＶＤチャンバである。
【００８４】
一実施形態では、処理チャンバ５０２は、図２ＡのＨＶＰＥチャンバ２００に類似したＨＶＰＥチャンバとすることができる。処理チャンバ５０２は、ＨＶＰＥプロセスを実行するように適合され、ＨＶＰＥプロセスでは、ガス状の金属ハロゲン化合物を使用して、厚い窒化化合物半導体材料層を加熱された基板上にエピタキシャル成長させる。ＭＯＣＶＤチャンバ５０３、５０４は、図３ＡのＭＯＣＶＤチャンバ１００に類似したものとすることができる。
【００８５】
図５は、本発明の一実施形態による処理シーケンス５３０のフローチャートである。処理シーケンス５３０は、クラスタツール５００を使用して窒化ガリウムベースのＬＥＤ構造を製作する方法について説明する。
【００８６】
処理シーケンス５３０のブロック５３２では、複数の基板が、処理チャンバ５０２などの第１の処理チャンバへ移動される。
【００８７】
処理シーケンス５３０のブロック５３４では、複数の基板は、処理チャンバ５０２内で清浄にされる。清浄手順は、所定の期間、たとえば約１０分間にわたって、高温、たとえば約１０５０℃で、処理チャンバ５０２へ清浄ガスを流すことによって実行することができる。
【００８８】
処理シーケンス５３０のブロック５３６では、清浄になった基板上に、ＧａＮバッファ層が急速に形成される。ＧａＮバッファ層は、ＨＶＰＥプロセスによって、ガリウムおよび窒素の前駆体から形成される。
【００８９】
処理シーケンス５３０のブロック５３８では、バッファ層上に、ＨＶＰＥプロセスによってｎドープＧａＮ層が形成される。一実施形態では、処理チャンバ５０２は、ｎドープＧａＮ層の急速な堆積を実行するように構成されたＨＶＰＥチャンバである。
【００９０】
処理シーケンス５３０のブロック５４０では、複数の基板は、処理チャンバ（ＨＶＰＥチャンバ）５０２から、移動チャンバ５０６を介して処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）５０３へ移動される。一実施形態では、移動は、移動チャンバ５０６を介して高純度のＮ２大気中で行われる。
【００９１】
処理シーケンス５３０のブロック５４２では、基板上にＭＯＣＶＤプロセスによって、インジウム、ガリウム、および窒素（ＩｎＧａＮ）を含む多重量子井戸（ＭＱＷ）層が形成される。処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）５０３は、おそらく全体的な堆積速度を犠牲にして、均一性の高い堆積を提供するように適合される。
【００９２】
処理シーケンス５３０のブロック５４４では、基板は、処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）５０３から、移動チャンバ５０６を介して処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）５０４へ移動される。
【００９３】
処理シーケンス５３０のブロック５４６では、処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）５０４内で基板上にｐドープＡｌＧａＮ層が形成される。
【００９４】
処理シーケンス５３０のブロック５４８では、処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）５０４内で基板上にｐドープＧａＮ層が形成される。
【００９５】
処理シーケンス５３０のブロック５５０では、基板は、処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）５０４およびクラスタツール５００から移動される。
【００９６】
ＨＶＰＥチャンバを使用してｎドープＧａＮ層を急速に形成し、ＭＯＣＶＤチャンバを使用してＭＱＷ層およびそれに続く層を均一に形成することによって、本発明の実施形態では、均一性を維持しながら処理量を増大させる。２つの別個のＭＯＣＶＤチャンバを使用してＩｎＧａＮ層およびＡｌＧａＮ層を形成することによって、本発明の実施形態では、ＩｎＧａＮ層およびＡｌＧａＮ層が同じチャンバ内で形成されたときのプロセスチャンバに対する清浄および調整をなくして、システムの処理量をさらに増大させる。
【００９７】
図６は、本明細書に記載の実施形態による複数チャンバの窒化化合物半導体形成のために使用できるプロセス１５００のフロー図である。一実施形態では、プロセス１５００は、図４のクラスタツール５００などのクラスタツールシステム内で実行することができる。
【００９８】
このプロセスは、ブロック１５０４で、１つまたは複数の基板を第１の基板処理チャンバ内へ移動させることによって始まる。一実施形態では、第１の基板処理チャンバはＭＯＣＶＤチャンバである。別の実施形態では、第１の基板処理チャンバはＨＶＰＥチャンバに類似している。窒化物構造の堆積のために、１つまたは複数の基板はサファイアを含むことができるが、使用できる他の材料には、ＳｉＣ、Ｓｉ、スピネル、没食子酸リチウム、ＺｎＯなどが含まれる。
【００９９】
ブロック１５０８で、１つまたは複数の基板を清浄にし、その後ブロック１５１２で、窒化物層の成長に適したプロセスパラメータを設定することができる。そのようなプロセスパラメータには、温度、圧力などが含まれ、窒化物層の熱蒸着に適当な処理チャンバ内の環境を規定することができる。
【０１００】
ブロック１５１６で、１つまたは複数の基板上に前駆体の流れを提供し、ブロック１５２０で、１つまたは複数の基板上にＩＩＩ１−Ｎ構造を堆積させる。一実施形態では、前駆体は、窒素源およびＧａなどの第１の第ＩＩＩ族元素源を含む。一実施形態では、窒素前駆体はＮＨ３である。別の実施形態では、窒素源は、窒素ガス（Ｎ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ジイミド（Ｎ２Ｈ２）、アジ化水素酸（ＨＮ３）などの窒素含有材料の遠隔プラズマから導出される１つまたは複数の活性の窒素種とすることができる。一実施形態では、窒素源の流量は、約３０００ｓｃｃｍ〜約９０００ｓｃｃｍとすることができる。適切なＧａ前駆体には、たとえばトリメチルガリウム（「ＴＭＧ」）が含まれる。第１の第ＩＩＩ族元素は、場合によっては、ＡｌおよびＧａなどの複数の別個の第ＩＩＩ族元素を含むことがあり、その場合、適切なＡｌ前駆体は、トリメチルアルミニウム（「ＴＭＡ」）とすることができる。別の例では、複数の別個の第ＩＩＩ族元素にはＩｎおよびＧａが含まれ、その場合、適切なＩｎ前駆体は、トリメチルインジウム（「ＴＭＩ」）とすることができる。アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、キセノン、およびこれらの組合せからなる群から選択される１つまたは複数のキャリアガスの流れを含むこともできる。
【０１０１】
ブロック１５２０でＩＩＩ１−Ｎ構造の堆積後、ブロック１５２４で前駆体の流れは終端になる。１つまたは複数の基板は、ブロック１５２６で、基板を大気に露出させないで、処理チャンバから取り出される。真空を壊さずに基板を処理チャンバから取り出すことで、堆積されたＩＩＩ１−Ｎ構造が、電気的に活性のドーパント／不純物として作用する酸素および炭素に露出されるのを防止する。
【０１０２】
ブロック１５２８で、基板は、真空下で第２の処理チャンバへ移動される。一実施形態では、第２の基板処理チャンバはＭＯＣＶＤチャンバである。
【０１０３】
ブロック１５２８で基板が第２の処理チャンバ内へ移動された後、それに続く堆積ステップが第２の処理チャンバ内で実行される。
【０１０４】
ブロック１５３０で、ＩＩＩ２−Ｎ層の成長に適したプロセスパラメータを設定することができる。そのようなプロセスパラメータには、温度、圧力などが含まれ、窒化物層の熱蒸着に適当な処理チャンバ内の環境を規定することができる。ブロック１５３２で、１つまたは複数の基板上に前駆体の流れを提供し、ブロック１５３６で、基板上にＩＩＩ２−Ｎ構造を堆積させる。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、ＩＩＩ２−Ｎ構造は、ＩＩＩ１−Ｎ層には含まれない第ＩＩＩ族元素を含むが、ＩＩＩ１−Ｎ層およびＩＩＩ２−Ｎ層は、追加として、共通の第ＩＩＩ族元素を含むこともできる。たとえば、ＩＩＩ１−Ｎ層がＧａＮである場合、ＩＩＩ２−Ｎ層をＡｌＧａＮ層またはＩｎＧａＮ層とすることができる。これらは、ＩＩＩ２−Ｎ層が３元の組成を有する例であるが、これは必ずしも必要とされるわけではなく、ＩＩＩ２−Ｎ層はより一般に、４元のＡｌＩｎＧａＮ層などの他の組成を含むこともできる。同様に、ＩＩＩ１−Ｎ層がＡｌＧａＮである実施形態では、ＩＩＩ２−Ｎ層をＡｌＩｎＧａＮ層上のＩｎＧａＮ層とすることができる。ＩＩＩ２−Ｎ層の堆積に適した前駆体は、ＩＩＩ１−Ｎ層に使用される前駆体に類似したものとすることができ、すなわちＮＨ３が適切な窒素前駆体であり、ＴＭＧが適切なガリウム前駆体であり、ＴＭＡが適切なアルミニウム前駆体であり、ＴＭＩが適切なインジウム前駆体である。アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、キセノン、およびこれらの組合せからなる群から選択される１つまたは複数のキャリアガスの流れを含むこともできる。
【０１０６】
ブロック１５３６でＩＩＩ２−Ｎ構造の堆積後、ブロック１５３８で前駆体の流れは終端になる。１つまたは複数の基板は、ブロック１５４０で、１つまたは複数の基板を大気に露出させないで、第２の処理チャンバから取り出される。真空を壊さずに１つまたは複数の基板を処理チャンバから取り出すことで、堆積されたＩＩＩ２−Ｎ構造が、電気的に活性のドーパント／不純物として作用する酸素および炭素に露出されるのを防止する。
【０１０７】
ブロック１５４２で、１つまたは複数の基板は、真空下で第３の基板処理チャンバへ移動される。一実施形態では、第３の基板処理チャンバはＭＯＣＶＤチャンバである。ブロック１５４２で１つまたは複数の基板が第３の処理チャンバ内へ移動された後、それに続く堆積ステップが第３の処理チャンバ内で実行される。
【０１０８】
ブロック１５４４で、ＩＩＩ３−Ｎ層の成長に適したプロセスパラメータを設定することができる。そのようなプロセスパラメータには、温度、圧力などが含まれ、窒化物層の熱蒸着に適当な処理チャンバ内の環境を規定することができる。ブロック１５４６で、基板上にＩＩＩ３および窒素前駆体の流れを提供し、ブロック１５４８で、基板上にＩＩＩ３−Ｎ構造を堆積させる。ブロック１５５０で、前駆体の流れは終端になる。
【０１０９】
ＩＩＩ１−Ｎ層、ＩＩＩ２−Ｎ層、およびＩＩＩ３−Ｎ層の堆積に使用される処理条件は、特有の適用分野に応じて変動させることができる。以下の表１は、上述のデバイスを使用して窒化物半導体構造を成長させるのに概ね適している例示的な処理条件および前駆体流量を提供する。
【０１１０】
表１
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【０１１１】
前述の説明から明らかになるように、１つのプロセスでは、任意の所与のプロセスにおける前駆体の流れをすべて使用しないことがある。たとえば一実施形態では、ＧａＮの成長にＴＭＧ、ＮＨ３、および、Ｎ２の流れを使用することができ、別の実施形態では、ＡｌＧａＮの成長にＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、およびＨ２の流れを使用することができ、ＴＭＡおよびＴＭＧの相対的な流量は、堆積される層の所望の相対的なＡｌ：Ｇａの化学量論を提供するように選択され、さらに別の実施形態では、ＩｎＧａＮの成長にＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３、Ｎ２、およびＨ２の流れを使用することができ、ＴＭＩおよびＴＭＧの相対的な流量は、堆積される層の所望の相対的なＩｎ：Ｇａの化学量論を提供するように選択される。
【０１１２】
任意選択で、清浄プロセスを実行することができ、清浄プロセスでは、基板を処理チャンバから取り出した後、各処理チャンバの内部を清浄ガスに露出させて、ガリウム含有堆積物をチャンバおよびチャンバ構成要素から除去する。一実施形態では、清浄プロセスは、堆積物をチャンバ壁および表面から熱的にエッチングするエッチング剤ガスにチャンバを露出させることを含むことができる。任意選択で、清浄プロセス中に処理チャンバをプラズマに露出させることができる。清浄プロセスのための清浄ガスは、フッ素含有ガス、塩素含有ガス、ヨウ素含有ガス、臭素含有ガス、および／または他の反応性元素などのハロゲン含有ガスを含むことができる。アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、キセノン、およびこれらの組合せからなる群から選択される１つまたは複数のキャリアガスの流れを含むこともできる。一実施形態では、清浄プロセスは、チャンバをプラズマに露出させることを含む。一実施形態では、プラズマは、遠隔プラズマ生成器によって生成される。別の実施形態では、プラズマは、現場で生成される。
【０１１３】
実施例
以下の実施例は、クラスタツール５００に関連して説明した窒化化合物構造の製作に概略的なプロセスをどのように使用できるかを示すために提供する。この実施例はＬＥＤ構造を参照し、ＬＥＤ構造の製作は、クラスタツール５００を使用して実行される。クラスタツール５００では、チャンバ５０２がＨＶＰＥチャンバまたはＭＯＣＶＤチャンバであり、チャンバ５０３、５０４がＭＯＣＶＤチャンバである。一実施形態では、ＬＥＤ構造は、図１Ａの構造１０に類似している。このプロセスの概要は、図７のフロー図で提供した。最初のＩＩＩ１−Ｎ層（たとえば、ＧａＮ層）の堆積は、ＭＯＣＶＤプロセスまたはＨＶＰＥプロセスによってチャンバ５０２内で実行され、ＩＩＩ２−Ｎ層（たとえば、ＩｎＧａＮ層）の堆積は、第２のＭＯＣＶＤチャンバ５０３内で実行され、ＩＩＩ３−Ｎ層（たとえば、ＡｌＧａＮおよびＧａＮコンタクト層）の堆積は、第３のＭＯＣＶＤチャンバ５０４内で実行される。
【０１１４】
ブロック１６０２で、１つまたは複数のサファイア基板が、第１の基板処理チャンバ内へ移動される。一実施形態では、第１の基板処理チャンバがＭＯＣＶＤチャンバである場合、１つまたは複数の基板を含むキャリア板は、第１のチャンバ５０２内へ移動される。一実施形態では、第１のチャンバ５０２は、ＧａＮの急速な堆積を提供するように構成される。
【０１１５】
ブロック１６０４で、基板は、第１の基板処理チャンバ内で清浄にされる。一実施形態では、１つまたは複数の基板は、約６２５℃〜約１０００℃の温度範囲内で、塩素ガスを２００ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの流量で流し、アンモニアを５００ｓｃｃｍ〜約９０００ｓｃｃｍの流量で流すことによって清浄にされる。別の実施形態では、清浄ガスは、アンモニアおよびキャリアガスを含む。
【０１１６】
ブロック１６０６で、ＭＯＣＶＤチャンバ５０３内で、５５０℃の温度および約１００トル〜約６００トルのチャンバ圧力で、ＭＯＣＶＤ前駆体ガス、たとえばＴＭＧ、ＮＨ３、およびＮ２を使用して、基板を覆って前処理プロセスおよび／またはバッファ層が成長される。一実施形態では、圧力は約３００トルである。
【０１１７】
これに続いて、ブロック１６０８で、厚いｕ−ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ層が成長される。この例では、成長は、１０５０℃の温度および約１００トル〜約６００トルのチャンバ圧力で、ＭＯＣＶＤ前駆体ガス、たとえばＴＭＧ、ＮＨ３、およびＮ２を使用して実行される。一実施形態では、圧力は約３００トルである。
【０１１８】
ブロック１６０６で、ＨＶＰＥチャンバ５０２内で、約５５０℃の温度で約１００トル〜約６００トルのチャンバ圧力において、ＨＶＰＥ前駆体ガス、たとえばＧａＣｌ３およびＮＨ３を使用して、基板を覆って前処理プロセスおよび／またはバッファ層が成長される。一実施形態では、チャンバ圧力は約４５０トルである。これに続いて、ブロック１６０８で、厚いｕ−ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ層が成長される。この例では、成長は、約１０５０℃の温度および約４５０トルのチャンバ圧力で、ＨＶＰＥ前駆体ガス、たとえばＧａＣｌ３およびＮＨ３を使用して実行される。
【０１１９】
一実施形態では、ＧａＮ膜は、約７００℃〜約１１００℃の温度でＨＶＰＥプロセスによって、ガリウム含有前駆体およびアンモニアを流すことによって、サファイア基板を覆って形成される。ガリウム含有前駆体は、７００℃〜約９５０℃の温度で維持された液体のガリウムを覆って、塩素ガスを約２０ｓｃｃｍ〜約１５０ｓｃｃｍの流量で流すことによって生成される。一実施形態では、液体のガリウムは、約８００℃の温度で維持される。アンモニアは、約６ＳＬＭ〜約２０ＳＬＭの範囲内の流量で処理チャンバへ流される。ＧａＮは、約０．３ミクロン／時間〜約２５ミクロン／時間の成長速度を有し、最高約１００ミクロン／時間の成長速度が実現可能である。
【０１２０】
ブロック１６１０で、ｕ−ＧａＮおよびｎ−ＧａＮ層の堆積後、キャリア板は、真空を壊さずに第１のチャンバ５０２からＭＯＣＶＤチャンバ５０３内へ移動され、この移動は、高純度のＮ２大気中で移動チャンバ５０６を介して行われる。ＭＯＣＶＤチャンバ５０３内では、ブロック１６１２で、ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層は、約７５０℃〜約８００℃の温度および約１００トル〜約３００トルのチャンバ圧力で、Ｈ２キャリアガスの流れ内でＭＯＣＶＤ前駆体ガス、たとえばＴＭＧ、ＴＭＩ、およびＮＨ３を使用して成長される。一実施形態では、チャンバ圧力は約３００トルである。
【０１２１】
ＩｎＧａＮのＭＱＷ層の堆積後、ブロック１６１４で、キャリア板は、真空を壊さずにＭＯＣＶＤチャンバ５０３からＭＯＣＶＤチャンバ５０４内へ移動され、この移動は、高純度のＮ２大気中で移動チャンバ５０６を介して行われる。ＭＯＣＶＤチャンバ５０４内では、ブロック１６１６で、ｐ−ＡｌＧａＮ層は、約１０２０℃の温度および約２００トルの圧力で、Ｈ２キャリアガスの流れ内に提供されるＴＭＡ、ＴＭＧ、およびＮＨ３などのＭＯＣＶＤ前駆体を使用して成長される。ブロック１６１８で、ｐ−ＧａＮ層は、１０２０℃の温度および約１００トルの圧力で、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ、およびＮ２の流れを使用して成長される。一実施形態では、ｐ−ＧａＮ層は、約８５０℃〜約１０５０℃の温度で、ＴＭＧ、Ｃｐ２Ｍｇ、およびＮ２の流れを使用して、アンモニアのない環境内で成長される。ｐ−ＧａＮ層の形成中、１つまたは複数の基板は、約５℃／秒〜約１０℃／秒の温度上昇速度で加熱される。
【０１２２】
ｐ−ＧａＮプロセスに対する特定の実施形態では、はるかに高い温度上昇速度（０．５℃／秒〜約１℃／秒という従来の上昇速度と比較すると５℃／秒〜約１０℃／秒）を使用し、温度上昇プロセス中にアンモニアを除去することで、高温上昇プロセス中のＩｎＧａＮのＭＱＷおよび規則格子（ＳＬ）の劣化を解消することが、本発明者らによって見出された。特定の実施形態では、約１０５０℃〜約１１００℃という従来の温度と比較すると約８５０℃〜約９５０℃であるより低いｐ−ＧａＮ成長温度の使用がＩｎＧａＮ構造に好ましく、２元のシステムと３元のシステムの両方で、ＭＱＷおよびＳＬの劣化および相分離を完全に解消しなくても著しく低減させることが、本発明者らによってさらに見出された。
【０１２３】
任意選択で、第１のチャンバ５０２（ＨＶＰＥもしくはＭＯＣＶＤ）、ＭＯＣＶＤチャンバ５０３、またはＭＯＣＶＤチャンバ５０４のそれぞれからキャリア板を取り出した後、清浄ガスを用いて現場でのチャンバ清浄プロセスを実行することができる。清浄ガスは、任意の適切なハロゲン含有ガスを含むことができる。適切なハロゲン含有ガスには、フッ素、塩素、ヨウ素、臭素、および／または他の反応性元素が含まれる。一実施形態では、清浄ガスは、塩素含有清浄ガスである。一実施形態では、各処理チャンバは、キャリア板を取り除いた後、別のキャリア板を挿入する前に清浄にすることができる。一実施形態では、各処理チャンバは、周期的に清浄にすることができる。一実施形態では、各清浄の頻度および／または持続時間は、堆積された各層の厚さに基づいて決定することができる。たとえば、薄い層の堆積後に実行される清浄プロセスは、より厚い層の堆積後に実行される清浄プロセスより短いはずである。一実施形態では、第１の処理チャンバは、各ｕ−ＧａＮおよびｎ−ＧａＮ堆積プロセス後に清浄にすることができる。一実施形態では、ＭＯＣＶＤチャンバ５０３は、周期的に、たとえば５０堆積サイクル後に清浄にすることができる。一実施形態では、ＭＯＣＶＤチャンバ５０４は、各キャリア板を取り出した後に清浄にすることができる。
【０１２４】
ｐ−ＡｌＧａＮ層およびｐ−ＧａＮ層を成長させた後、次いで、完成した構造は、ＭＯＣＶＤチャンバ５０４から移動される。完成した構造は、貯蔵のためにバッチロードロックチャンバ５０９へ移動させることができ、またはロードロックチャンバ５０８およびロードステーション５１０を介してクラスタツール５００から出ることができる。
【０１２５】
一実施形態では、複数のキャリア板は、堆積プロセスのために各基板処理チャンバとの間で別個に移動させることができ、このとき各キャリア板は、それに続く処理チャンバが清浄にされている間、または現在占有されている間、バッチロードロックチャンバ５０９および／またはロードロックチャンバ５０８内に貯蔵することができる。
【０１２６】
表２は、本明細書に記載の複数チャンバ堆積プロセスを使用して成長させたＬＥＤに対する全ＬＥＤパラメータを実証する。本明細書に記載の複数チャンバ分割プロセスは、従来の単一チャンバの現場でのプロセスと比較すると、優れた結果を提供する。図８に示すように、複数チャンバ分割プロセスに対する光ルミネセンス強度は、所望の波長で、現場でのプロセスに対する約１Ｖと比較すると、極めて高い７＋Ｖであり、厚さ均一性の分散は、現場でのプロセスに対して２％より大きいことと比較すると、約１％で極めて低い。期間厚さおよび光ルミネセンスの均一性もまた、仕様レベルである。一貫した再現可能な結果は、波長４５０ｎｍで１０Ｖの最も高いＬＥＤ光ルミネセンスで実証された。
【０１２７】
表２
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【０１２８】
図８は、本発明の一実施形態によるクラスタツール８００の平面図である。クラスタツール８００は、ＬＥＤ向けの窒化化合物構造を形成するように構成される。図５のクラスタツール５００と同様に、クラスタツール８００は、移動チャンバ８０６と、移動チャンバに結合されたロードロックチャンバ８０８と、ロードロックチャンバ８０８に結合されたロードステーション８１０と、移動チャンバ８０６に結合されたバッチロードロックチャンバ８０９とを備える。
【０１２９】
クラスタツール８００は、移動チャンバ８０６に接続された４つの処理チャンバ８０１、８０２、８０３、８０４を備える。一実施形態では、処理チャンバ８０１、８０２、８０３、８０４は、ＬＥＤ構造の様々な層を効率的に形成するように構成される。
【０１３０】
処理チャンバ８０１は、基板を清浄にして基板上にバッファＧａＮ層を形成するように構成される。一実施形態では、処理チャンバ８０１はＨＶＰＥチャンバである。別の実施形態では、処理チャンバ８０１は、ＭＯＣＶＤチャンバとすることができる。
【０１３１】
処理チャンバ８０２は、ＬＥＤ構造向けのｎドープＧａＮ層を形成するように構成される。一実施形態では、処理チャンバ８０２は、ｎドープＧａＮを急速に形成するように構成されたＨＶＰＥチャンバである。別の実施形態では、処理チャンバ８０２は、ＭＯＣＶＤチャンバとすることができる。
【０１３２】
一実施形態では、処理チャンバ８０３は、ＬＥＤ構造のＭＱＷ層を堆積させるように構成される。一実施形態では、処理チャンバ８０３は、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ層を形成するように構成されたＭＯＣＶＤチャンバとすることができる。
【０１３３】
一実施形態では、処理チャンバ８０４は、ＬＥＤ構造のＭＱＷ層の後、それに続く層を堆積させるように構成される。一実施形態では、処理チャンバ８０４はＭＯＣＶＤチャンバである。
【０１３４】
一実施形態では、処理チャンバ（ＨＶＰＥチャンバ）８０２は、図２ＡのＨＶＰＥチャンバ２００に類似したものとすることができる。処理チャンバ（ＨＶＰＥチャンバ）８０２は、ＨＶＰＥプロセスを実行するように適合され、ＨＶＰＥプロセスでは、ガス状の金属ハロゲン化合物を使用して、厚い窒化化合物半導体材料層を加熱された基板上にエピタキシャル成長させる。ＭＯＣＶＤチャンバ８０３、８０４は、図３ＡのＭＯＣＶＤチャンバ１００に類似したものとすることができる。
【０１３５】
一実施形態では、処理チャンバ８０１はＨＶＰＥチャンバであり、処理チャンバ８０２、８０３、８０４はＭＯＣＶＤチャンバである。別の実施形態では、４つの処理チャンバ８０２、８０３、８０４はすべてＭＯＣＶＤチャンバである。
【０１３６】
図９は、本発明の一実施形態による処理シーケンス６３０のフローチャートである。処理シーケンス６３０は、クラスタツール８００を使用して窒化ガリウムベースのＬＥＤ構造を製作する方法について説明する。
【０１３７】
処理シーケンス６３０のブロック６３２では、複数の基板が、処理チャンバ８０１へ移動される。
【０１３８】
処理シーケンス６３０のブロック６３４では、複数の基板は、処理チャンバ８０１内で清浄にされる。
【０１３９】
処理シーケンス６３０のブロック６３６では、清浄になった基板上に、ＧａＮバッファ層が形成される。ＧａＮバッファ層は、処理チャンバ８０１内でＨＶＰＥプロセスまたはＭＯＣＶＤプロセスによって、ガリウムおよび窒素の前駆体から形成される。
【０１４０】
処理シーケンス６３０のブロック６３７では、複数の基板は、処理チャンバ８０１から処理チャンバ（ＨＶＰＥチャンバ）８０２へ移動される。
【０１４１】
処理シーケンス６３０のブロック６３８では、バッファ層上にＨＶＰＥプロセスによって、ｎドープＧａＮ層が形成される。一実施形態では、処理チャンバ（ＨＶＰＥチャンバ）８０２は、ｎドープＧａＮ層の急速な堆積を実行するように構成される。
【０１４２】
処理シーケンス６３０のブロック６４０では、複数の基板は、処理チャンバ（ＨＶＰＥチャンバ）８０２から、移動チャンバ８０６を介して処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）８０３へ移動される。
【０１４３】
処理シーケンス６３０のブロック６４２では、基板上にＭＯＣＶＤプロセスによって、インジウム、ガリウム、および窒素（ＩｎＧａＮ）を含む多重量子井戸（ＭＱＷ）層が形成される。処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）８０３は、おそらく全体的な堆積速度を犠牲にして、均一性の高い堆積を提供するように適合される。
【０１４４】
処理シーケンス６３０のブロック６４４では、基板は、処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）８０３から、移動チャンバ８０６を介して処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）８０４へ移動される。
【０１４５】
処理シーケンス６３０のブロック６４６では、処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）８０４内で基板上にｐドープＡｌＧａＮ層が形成される。
【０１４６】
処理シーケンス６３０のブロック６４８では、処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）８０４内で基板上にｐドープＧａＮ層が形成される。
【０１４７】
処理シーケンス６３０のブロック６５０では、基板は、処理チャンバ（ＭＯＣＶＤチャンバ）８０４およびクラスタツール８００から移動される。
【０１４８】
処理シーケンス６３０は、分割バッチプロセスによって１つの処理チャンバを使用して窒化化合物構造を製作する一例であることに留意されたい。様々な層の堆積は、任意の適切な方法で分類することができる。当業者であれば、プロセスレシピおよび他の要因による分割バッチプロセスを構成することができる。
【０１４９】
上記は、本発明の実施形態を対象とするが、本発明の他のさらなる実施形態は、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2012525713.tif 000006
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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