JP5599142B2 - 層析出装置および層析出装置を運転する方法 - Google Patents

Description

本発明は、層析出装置および層析出装置を運転する方法に関する。

この特許出願は、独国の特許出願であるＤＥ１０２００７０４６６０６．６号およびＤＥ１０２００８０１００４１．２号の優先権を主張する。これにより、両明細書の開示内容が引用により取り込まれる。

層析出装置内での層の析出時、一般に、層の形成のために必要とされる複数のプロセスガスが同時に定置に、被覆したい基板上に案内される。このことは気相での前反応に至り得る。この前反応によって粒子がプロセスガス室内に発生し、基板上に配されることとなる。

ＵＳ６５７６０６２Ｂ２号は、第１および第２のガス供給部を有する層析出装置に関する。
ＵＳ６５７６０６２Ｂ２号

本発明の課題は、プロセスガスの前反応を減じる層析出装置および層析出装置を運転する方法を提供することである。

上記課題を解決した本発明の構成によれば、チャンバが設けられており、該チャンバが、被覆したい少なくとも１つの基板を受容するための基板キャリアと、隔壁を備えるプロセスガス室とを有しており、前記隔壁が、プロセスガス室の第１のセグメントをプロセスガス室の第２のセグメントから仕切っており、かつ前記少なくとも１つの基板を前記隔壁に対して相対的に運動させる装置が設けられているようにした。

本発明の有利な構成では、前記チャンバが、第１のセグメント内への第１のガス供給部と、第２のセグメント内への第２のガス供給部とを有する。本発明の別の有利な構成では、前記プロセスガス室が、少なくとも１つの別のセグメントと、少なくとも１つの別の隔壁とを有しており、かつ前記チャンバが、前記少なくとも１つの別のセグメント内への少なくとも１つの別のガス供給部を有する。本発明のさらに別の有利な構成では、当該層析出装置が、エピタキシー層析出装置として形成されている。本発明のさらに別の有利な構成では、前記基板キャリアが、円形のテーブルとして形成されている。本発明のさらに別の有利な構成では、前記基板キャリアが、プロセスガス室に対して、前記円形のテーブルの回転対称軸である軸を中心に回転可能に配置されている。本発明のさらに別の有利な構成では、前記少なくとも１つの基板を前記隔壁に対して相対的に運動させる装置が、モータを備え、基板が、第１の運転状態で第１のセグメント内に配置され、第２の運転状態で第２のセグメント内に配置されているようになっている。本発明のさらに別の有利な構成では、前記少なくとも１つの隔壁が、前記基板キャリアに対して間隔Ｄ１を有する。本発明のさらに別の有利な構成では、前記間隔Ｄ１が、５ｍｍより小さい値を有する。本発明のさらに別の有利な構成では、前記ガス供給部の少なくとも１つが、相応のセグメント内にプロセスガスを分配するための複数の出口を備えるガス分配装置を有する。本発明のさらに別の有利な構成では、プロセスガスを分解するための前分解段が設けられている。本願発明のさらに別の有利な構成では、前記前分解段が熱分解装置として形成されている。本発明のさらに別の有利な構成では、前記前分解段が、プラズマを発生させる装置として形成されている。本発明のさらに別の有利な構成では、前記チャンバが、前記基板キャリアに対して前記基板を回転させる回転装置を有する。

さらに上記課題を解決した本発明の方法によれば、被覆したい少なくとも１つの基板を基板キャリア上に配置し、第１のプロセス条件をプロセスガス室の第１のセグメント内に調整し、第２のプロセス条件をプロセスガス室の、隔壁により前記第１のセグメントから仕切られた第２のセグメント内に調整し、前記少なくとも１つの基板を隔壁に対して相対的に動かすようにした。

本発明の有利な方法では、前記第１のプロセス条件の調整が、前記第１のセグメント内への第１のプロセスガスの供給を含み、前記第２のプロセス条件の調整が、前記第２のセグメント内への第２のプロセスガスの供給を含む。

一実施形態では、層析出装置がチャンバを有する。チャンバは、被覆したい基板を受容するための基板キャリアと、プロセスガス室とを有する。プロセスガス室は、第１および第２のセグメントならびに隔壁を有する。隔壁は、第１のセグメントおよび第２のセグメントを互いに隔離する。さらに層析出装置は、基板を隔壁に対して相対的に運動させる装置を有する。

有利には、隔壁が第１のセグメントと第２のセグメントとの間に配置されているので、第１のセグメント内の第１のプロセス条件は、第２のセグメント内の第２のプロセス条件とは無関係にセットされ得る。これにより、プロセスガスの前反応は減じられる。ガスとはここではプラズマとも解される。一実施形態では、基板を動かす装置により、基板キャリアは隔壁に対して相対的に動かされることができる。基板キャリアは、被覆したい基板が第１のセグメントから第２のセグメントに移動するように動かされることができる。その結果、基板は交互にかつ前後して第１および第２のプロセス条件により被覆され得る。

一実施形態では、チャンバが、第１のセグメント内への第１のガス供給部と、第２のセグメント内への第２のガス供給部とを有する。有利には、第１および第２のガス供給部により、第１のプロセスガスが第１のセグメント内に導入され、第２のプロセスガスが第２のセグメント内に導入され得る。第１および第２のプロセスガスは有利にはそれぞれ異なる。隔壁により、第１のセグメントは第２のセグメントから、有利には第１のプロセスガスが第２のプロセスガスと混じらないように隔離される。その結果、両プロセスガスの前反応は回避される。

一実施形態では、層析出装置が、化学気相蒸着、英語ではｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、略してＣＶＤのために形成されている。有利には、層析出装置は、「エピタキシー層析出装置（Ｅｐｉｔａｘｉｅｓｃｈｉｃｈｔａｂｓｃｈｅｉｄｅｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）」として実現されている。層析出装置は原子層エピタキシー法、英語ではａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｅｐｉｔａｘｙのために実現されていることができる。これにより、層析出装置は、化合物半導体の析出のために使用され得る。その際、例えば、化合物半導体の第１の成分の原子層が第１のセグメント内に析出され、化合物半導体の第２の成分の原子層が第２のセグメント内に析出され得る。有利には、基板が繰り返し交互に第１および第２のセグメント内に存在するので、多数の原子層を有する層が析出され得る。

一実施形態では、基板キャリアが円形のテーブルとして形成されている。円形のテーブルは回転対称軸を有する。基板キャリアおよびプロセスガス室は、互いに回転可能に配置されている。その際、相対運動の回転軸はテーブルの回転対称軸であることができる。有利には、基板はテーブルの回転対称軸の外、ひいては回転軸の外に配置されている。

一実施形態では、基板キャリアが、多数の被覆したい基板を収容するために設計されている。

一実施形態では、基板キャリアが、少なくとも１つの基板が浮動するプロセスガスまたはキャリアガスからなるガスクッションとして形成されている。ガスクッションは、少なくとも１つの基板が回転運動するように形成されていることができる。

一実施形態では、プロセスガス室が実質的に円筒形である。有利には、隔壁が円筒の中心軸を通る。中心軸は回転軸であることができる。隔壁は実質的に長方形として形成されていることができる。択一的には、隔壁が単数または複数の長方形を有する。隔壁は機械的な隔壁として形成されていることができる。隔壁は固体として実現されていることができる。隔壁はガス不透過性の材料を有することができる。隔壁の材料は耐熱性であることができる。材料は、１０００℃の温度まで温度安定性であることができる。択一的には、材料が、２０００℃の温度まで温度安定性であることができる。材料は多孔性であることができる。材料はセラミック、特殊鋼またはモリブデンを有することができる。

一実施形態では、隔壁が円筒形のプロセスガス室を、第１のセグメントと第２のセグメントとが同じ大きさであるように隔離する。択一的な実施形態では、第１のセグメントと第２のセグメントとが異なる大きさである。

一実施形態では、基板キャリアを隔壁に対して相対的に運動させる装置がモータを有する。基板は第１の運転状態で第１のセグメント内に配置され、第２の運転状態で第２のセグメント内に配置されていることができる。

有利には、基板キャリアがチャンバに対して可動に配置されている。これにより、基板キャリアはプロセスガス室に対して可動である。この実施形態では、隔壁ならびに第１および第２のガス供給部が固定的にチャンバに結合されている。

一実施形態では、隔壁が基板キャリアに対して間隔を有する。この間隔は、２０ｍｍより小さな値を有することができる。択一的には、この間隔は５ｍｍより小さな値を有することができる。有利には、この間隔は１ｍｍ〜０．１ｍｍの値を有することができる。これにより有利には、せいぜいのところ僅かなガス交換が第１のセグメントと第２のセグメントとの間で可能な小さな隙間が、基板キャリアと隔壁との間に存在するにすぎない。

一実施形態では、基板キャリアの表面と基板の表面とが、１つの共通の平面内に配置され得る。これにより有利には、隔壁が、基板キャリアに対しても基板に対しても一定の間隔を有する隙間を形成する。基板キャリアの回転に基づき、基板は順次第１および第２のセグメントを通走する。その際、隔壁の通走時、基板上の気相は小さな残分を除いてせん断される。

一実施形態では、層析出装置が、基板を基板キャリアに対して回転させる回転装置を有する。これにより有利には、基板が、例えば第１のセグメント内にある間回転されるので、層析出の均等性は向上する。

一実施形態では、層析出装置を運転する方法が、被覆したい少なくとも１つの基板を基板キャリア上に配置することを含む。第１のプロセス条件が、プロセスガス室の第１のセグメント内にセットされる。さらに第２のプロセス条件が、プロセスガス室の第２のセグメント内にセットされる。その際、隔壁は第１のセグメントを第２のセグメントから隔離する。基板は隔壁に対して相対的に動かされる。

有利には、第１および第２のセグメント内の第１および第２のプロセス条件が、それぞれ異なって互いに別個にセットされ得るので、前反応は減じられる。基板は基板キャリアが動かされることにより動かされることができる。

一実施形態では、第１のプロセス条件をセットするために、第１のプロセスガスが第１のセグメント内に導入される。第２のプロセスガスは第２のセグメント内に、第２のプロセス条件をセットするために導入される。第１のプロセスガスは有利には第２のプロセスガスとは異なっている。隔壁により、有利には、第１のセグメント内の第１のプロセスガスと、第２のセグメント内の第２のプロセスガスとの混合が減じられるので、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスとの前反応は減じられている。

一実施形態では、エピタキシー層が基板上に析出される。エピタキシー層は化合物半導体として形成されていることができる。その際、第１のプロセスガスは、化合物半導体の第１の成分を有し、第２のプロセスガスは、化合物半導体の第２の成分を有することができる。

基板は有利には繰り返し交互にプロセスガス室の第１のセグメントおよび第２のセグメントに置かれる。これにより有利には、原子層形式でエピタキシー層が析出され得る。第１のセグメント内での基板の第１の暴露時間および第２のセグメント内での基板の第２の暴露時間は有利には、基板を受容するために設計されている基板キャリアの回転時間の確定により調節され得る。これにより有利には、基板が第１のプロセスガスおよび第２のプロセスガスにそれぞれ短時間だけ曝されていることが達成され得る。

回転時間は、３０秒より小であることができる。さらに回転時間は、０．１秒より小であることができる。有利には回転時間は、１０秒より小であることができる。

一実施形態では、第１のプロセスガスが第１のキャリアガスを有し、第２のプロセスガスが第２のキャリアガスを有する。第１のキャリアガスは第２のキャリアガスとは異なっていることができるので、化合物半導体のそれぞれの成分のために適したキャリアガスが選択され得る。

化合物半導体は、ＩＩＩ‐Ｖ族化合物半導体系またはＩＩ‐ＶＩ族化合物半導体系であることができる。ＩＩＩ‐Ｖ族化合物半導体は、窒化物化合物半導体系、リン化物化合物半導体系、アンチモン化物化合物半導体系、ヒ化物化合物半導体系またはその合金系であることができる。

「窒化物化合物半導体系」とは、本発明の関連では、活性のエピタキシー層序またはそのうちの少なくとも１つの層が、窒化物‐ＩＩＩ族化合物半導体材料、有利にはＡｌ_ｎＧａ_ｍＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｎ（ただし、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１）を有することを意味する。その際、この材料は必ずしも上記式に基づく数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、単数または複数のドーパントならびに付加的な成分、すなわち、Ａｌ_ｎＧａ_ｍＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｎ材料の特徴的な物理的特性を実質的に変化させない付加的な成分を有することができる。しかし、単純化するために、上記式は、部分的に微量の別の物質により置換されている可能性があるにしろ、結晶格子の主な成分Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎだけを含んでいる。

「リン化物化合物半導体系」とは、本発明の関連では、半導体本体、特に活性の領域が有利にはＡｌ_ｎＧａ_ｍＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｐ（ただし、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１、有利にはｎ≠０および／またはｍ≠０）を有することを意味する。その際、この材料は必ずしも上記式に基づく数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、単数または複数のドーパントならびに付加的な成分、すなわち、材料の特徴的な物理的特性を実質的に変化させない付加的な成分を有することができる。しかし、単純化するために、上記式は、部分的に微量の別の物質により置換されている可能性があるにしろ、結晶格子の主な成分Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐだけを含んでいる。

「アンチモン化物化合物半導体系」とは、本発明の関連では、半導体本体、特に活性の領域が有利にはＡｌ_ｎＩｎ_ｍＧａ_{１−ｎ−ｍ}Ｓｂ（ただし、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１）を有することを意味する。その際、この材料は必ずしも上記式に基づく数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、単数または複数のドーパントならびに付加的な成分、すなわち、材料の特徴的な物理的特性を実質的に変化させない付加的な成分を有することができる。しかし、単純化するために、上記式は、部分的に微量の別の物質により置換されている可能性があるにしろ、結晶格子の主な成分Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｂだけを含んでいる。

「ヒ化物化合物半導体系」とは、本発明の関連では、半導体本体、特に活性の領域が有利にはＡｌ_ｎＩｎ_ｍＧａ_{１−ｎ−ｍ}Ａｓ（ただし、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１）を有することを意味する。その際、この材料は必ずしも上記式に基づく数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、単数または複数のドーパントならびに付加的な成分、すなわち、材料の特徴的な物理的特性を実質的に変化させない付加的な成分を有することができる。しかし、単純化するために、上記式は、部分的に微量の別の物質により置換されている可能性があるにしろ、結晶格子の主な成分Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ａｓだけを含んでいる。

「ＩＩ‐ＶＩ族化合物半導体系」とは、本発明の関連では、半導体本体、特に活性の領域が、周期表の第２主族に属する少なくとも１つの成分、特にベリリウム、マグネシウム、亜鉛、カドミウム、水銀と、第６主族に属する少なくとも１つの成分、特に酸素、硫黄、セレン、テルルとの化合物を有することを意味する。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、有利にはＺｎ_ｎＣｄ_１−ｎＳ_ｍＳｅ_１−ｍ（ただし、０≦ｎ≦１および０≦ｍ≦１）を有することができる。その際、この材料は必ずしも数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、単数または複数のドーパントならびに付加的な成分、すなわち、材料の特徴的な物理的特性を実質的に変化させない付加的な成分を有することができる。しかし、単純化するために、上記式は、部分的に微量の別の物質により置換されている可能性があるにしろ、結晶格子の主な成分Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓ，Ｓｅだけを含んでいる。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は例えば硫化物および／またはセレン化物を有することができる。

化合物半導体は、発光ダイオード、特に薄膜発光ダイオードチップ、レーザ、太陽電池またはデテクタの製造のために析出され得る。

本発明の複数の実施例について以下に図面を参照しながら詳説する。機能もしくは作用の同じコンポーネントおよび構成部分には同じ符号を付した。コンポーネントまたは構成部分の機能が相当している限り、その説明を後続の図面のたびに繰り返すことはしない。

図１は、提案する原理に基づく層析出装置の一実施形態を平面図を示す。層析出装置は、プロセスガス室１１と基板キャリア１２とを備えるチャンバ１０を有する。基板キャリア１２は、円形のテーブルとして構成されている。プロセスガス室１１の中心軸は、基板キャリア１２の回転対称軸２７に合致する。基板キャリア１２上には、被覆したい第１の基板１３ならびに後続の５つの被覆したい基板１４〜１８が配置されている。6つの被覆したい基板１３〜１８は、基板キャリア１２上に配置されている。第１の基板１３の中心は、基板キャリア１２の回転対称軸２７を中心とする円周１９上にある。後続の基板１４〜１８の中心点も円周１９上にある。

プロセスガス室１１は実質的に円筒形に形成されている。基板キャリア１２の直径Ｄ２は、プロセスガス室１１の直径Ｄ３より小さい。それゆえ、チャンバ１０はギャップ２０を基板キャリア１２とプロセスガス室１１の壁との間に有する。プロセスガス室１１は、第１のセグメント２１および第２のセグメント２２を有する。第２のセグメント２２は、第１のセグメント２１から隔壁２３により仕切られている。隔壁２３は、プロセスガス室１１の中心軸および基板キャリア１２の回転対称軸２７を通る。隔壁２３は、プロセスガス室１１の壁の一区分から、プロセスガス室１１の壁の、対向して位置する一区分にかけて延在する。これにより、隔壁２３の長さＬは、プロセスガス室１１の直径Ｄ３である。さらにプロセスガス室１１は、第１のガス供給部２５および第２のガス供給部２６を有する。第１のガス供給部２５は、第１のセグメント２１内への出口を有する。相応に第２のガス供給部２６は、第２のセグメント２２内への出口を有する。ギャップ２０は、図１Ａには示さない真空システム２４に接続されている。ギャップ２０はガス吸引のために役立つ。

層の析出のため、まずチャンバ１０を開放し、被覆したい基板１３〜１８を基板キャリア１２上に配置する。チャンバ１０の閉鎖後、真空システム２４により負圧をプロセスガス室１１内に形成する。図１Ａには示さないガス供給システム２８により、両ガス供給部２５，２６を介して、まずパージガスをプロセスガス室１１の第１および第２のセグメント２１，２２内に導入する。引き続いて、基板キャリア１２を回転対称軸２７を中心に、図１Ａに示した矢印の方向で回転させる。その際、隔壁２３は基板キャリア１２ならびに基板１３〜１９と接触しない。図１Ａで見て第１のセグメント２１内に存在する第１の基板１３は、第２のセグメント２２内へ運動する。さらに第１のガス供給部２５が、第１のプロセスガスＧ１を第１のセグメント２１内に導入する。相応に第２のガス供給部２６が、第２のプロセスガスＧ２を第２のセグメント２２内に導入する。第１のプロセスガスＧ１により、第１の層が基板１３上に析出される。第１の基板１３を第１のセグメント２１から第２のセグメント２２へ回動させた後、第２のプロセスガスＧ２により、第２の層が基板１３上に析出される。第１の基板１３は交互に第１および第２のセグメント２１，２２内に存在するので、所望の層序が第１の基板１３上に析出される。例えば、第１のプロセスガスＧ１により、化合物半導体の第１の成分の原子の単層が析出され、第２のプロセスガスＧ２により、化合物半導体の第２の成分の原子の単層が析出され得る。

有利には、隔壁により、それぞれ異なるプロセス条件を有する２つのセグメント２１，２２が達成され得る。これにより、層の析出時の高いフレキシビリティが可能である。有利には、隔壁２３は第１のプロセスガスＧ１と第２のプロセスガスＧ２との混合を阻止する。

図示しない択一的な実施形態では、付加的な基板を受容するための基板キャリア１２が形成されている。付加的な基板は、基板キャリア１２の回転対称軸２７を中心とする別の円周に沿って配置されていることができる。これにより、層析出装置の容量は拡大されている。

図示しない択一的な実施形態では、基板を受容するための基板キャリア１２が、基板が円周上に配置されていないように形成されている。例えば、基板は「最密の球充填（ｄｉｃｈｔｅｓｔｅ Ｋｕｇｅｌｐａｃｋｕｎｇ）」の原理に基づいて配置されていることができる。

図示しない択一的な実施形態では、単独の基板１３が基板キャリア１２上に配置されている。基板１３は同時に第１および第２のセグメント２１，２２内に存在することができる。基板１３は、２００ｍｍより大きな値の直径を有することができる。一実施形態では、基板キャリア１２は、基板１３が浮動するガスクッションとして形成されていることができる。

図示しない択一的な実施形態では、層析出装置は大気圧反応器として形成されている。その際、チャンバ１０内には軽微な正圧が存在する。正圧は、１ｍｂａｒ〜２ｂａｒの間の値を取ることができる。

図示しない択一的な実施形態では、セグメント２１，２２のためにそれぞれ１つの吸引装置が存在する。

図１Ｂは、提案する原理に基づく層析出装置の別の例示的な実施形態を示す。図１Ｂに示す層析出装置は、図１Ａに示した層析出装置の変化形である。図１Ｂによれば、プロセスガス室１１′は、第２および第３の隔壁３０，３１を有する。その結果、プロセスガス室１１′は第３および第４のセグメント３２，３３を有する。４つのセグメント２１，２２，３２，３３の大きさはそれぞれ異なる。これにより、隔壁２３，３０，３１により、円筒形のプロセスガス室１１′は４つの部分に仕切られる。その際、図１Ｂに示す横断面の第１のセグメント２１の面積は、第１の角度φ１に比例し、第２のセグメント２２の面積は、第２の角度φ２に比例し、第３のセグメント３２の面積は、第３の角度φ３に比例し、かつ第４のセグメント３３の面積は、第４の角度φ４に比例する。さらにチャンバ１０は、第３のプロセスガスＧ３を導入するための、第３のセグメント３２内への第３のガス供給部３４と、第４のプロセスガスＧ４を導入するための、第４のセグメント３３内への第４のガス供給部３５とを有する。

第３のガス供給部３４は、第３のセグメント３２を第３のプロセスガスＧ３で負荷する。相応に第４のガス供給部３５は、第４のセグメント３３を第４のプロセスガスＧ４で負荷する。これにより、層の析出のために、４つのセグメント２１，２２，３２，３３は、それぞれ異なるガスで負荷され得る。例えば、第１および第３のセグメント２１，３２は、層の成分を含むガスで負荷され、第２および第４のセグメント２２，３３は、パージガスで負荷され得る。パージガスは、例えば窒素またはアルゴンであることができる。基板キャリア１２は、回転時間Ｔで運動する。これにより、第１の基板１３は、以下の方程式、すなわち

に基づく、暴露時間と呼ばれ得る第１の継続時間Ｔ１の間、第１のセグメント２１内に存在する。ただし、φ１は、第１のセグメント２１の角度である。隔壁２３は、角度φ１の両辺に配置されている。相応に、第１の基板１３は、以下の方程式、すなわち

に基づく、第２の継続時間Ｔ２の間、第２のセグメント２２内に存在し、第３の継続時間Ｔ３の間、第３のセグメント３０内に存在し、かつ第４の継続時間Ｔ４の間、第４のセグメント３３内にある（ただし、φ１＋φ２＋φ３＋φ４＝３６０°およびＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＝Ｔが成立する）。

有利には、第１のセグメント２１内に存在する第１のプロセスガスＧ１と、第３のセグメント３２内に存在する第３のプロセスガスＧ３との混合がさらに減じられる。これにより有利には、隔壁２３，３０，３２の位置により、個々のセグメント内での第１の基板１３の暴露時間が決定され得る。これにより、第１のプロセスガスＧ１による負荷のための暴露時間、第１のプロセスガスＧ１による負荷後の掃気のための暴露時間、第３のプロセスガスＧ３による負荷のための暴露時間および第３のプロセスガスＧ３による負荷後の掃気のための暴露時間は、個別的に調節可能である。暴露時間Ｔ１〜Ｔ４は、例えば０．０１〜１０秒であることができる。

図１Ｃは、提案する原理に基づく層析出装置の別の例示的な実施形態を示す。図１Ｃに示す層析出装置は、図１Ａおよび図１Ｂに示した実施形態の変化形である。図１Ｃに示すプロセスガス室１１′′は、６つのセグメントを有する。基板１３は順次、第１のセグメント２１、第２のセグメント２２、第３のセグメント３２、第４のセグメント３３、第５のセグメント３６および第６のセグメント３７を通走する。これにより、プロセスガス室１１′′は、第４および第５の隔壁３８，３９を有する。第４の隔壁３８は、第４のセグメント３３と第５のセグメント３６との間に配置されており、第５の隔壁３９は、第５のセグメント３６と第６のセグメント３７との間に配置されている。さらにチャンバは、第５のセグメント３６内への第５のガス供給部４０および第６のセグメント３７内への第６のガス供給部４１を有する。

これにより、基板１３は順次、６つのそれぞれ異なるプロセスガスＧ１〜Ｇ６により以下の順序で負荷される：
Ｇ１：水素キャリアガスを含む化合物半導体のＩＩＩ族成分
Ｇ２：窒素パージガス
Ｇ３：水素キャリアガスを含む化合物半導体のＶ族成分
Ｇ４：水素パージガス
Ｇ５：窒素キャリアガスを含む化合物半導体のＩＩＩ族成分
Ｇ６：水素キャリアガスを含むドーパント。

６つのセグメント２１，２２，３２，３３，３６，３７の６つの角度φ１〜φ６に応じて、６つのそれぞれ異なるプロセスガスＧ１〜Ｇ６のための６つの暴露時間Ｔ１〜Ｔ６が調節され得る。

有利には、ＩＩＩ族成分を含む第１および第５のプロセスガスＧ１，Ｇ５と、化合物半導体のＶ族成分を含む第３のプロセスガスＧ３との混合は、僅かに保たれる。異なる成分のために、異なるキャリアガスが使用され得る。同様に、同じ成分のために、異なるキャリアガスが使用され得る。

図１Ｄは、層析出装置の例示的な実施形態を横断面図で示す。図１Ｄは、図１Ａに示した線ＡＡ′に沿った横断面図を示す。図１Ｄに示す層析出装置は、鉛直型反応器として形成されている。それゆえ、層析出装置は鉛直型反応器とも呼ばれる。それというのも、プロセスガス室１１内でのプロセスガスＧ１，Ｇ２の運動の主方向は、基板１３，１６に関して垂直であるからである。

第１の基板１３と別の基板１６とは、基板キャリア１２の凹部内に位置する。これにより、基板キャリア１２の表面と基板１３，１６の表面とはほぼ１つの平面を形成する。基板キャリア１２上には、第１および第２のセグメント２１，２２を有するプロセスガス室１１が配置されている。第１および第２のガス供給部２５，２６は、基板キャリア１２に対向して配置されている。隔壁２３は、第１のセグメント２１と第２のセグメント２２との間に配置されている。隔壁２３は、基板キャリア１２に対して間隔Ｄ１を有する。さらにチャンバ１０は、第１のヒータ４２および第２のヒータ４３を有する。両ヒータ４２，４３は、基板キャリア１２の下に配置されている。層析出装置は、環状に延びるギャップ２０に接続されている真空システム２４を有する。さらに層析出装置は、基板キャリア１２を隔壁２３に対して相対的に運動させる装置４４を有する。装置４４は、モータ４６を有する。モータ４６の軸４５は基板キャリア１２に結合されている。その際、基板キャリア１２の回転対称軸２７は、軸４５の中心軸線に相当する。さらに層析出装置は、ガス供給システム２８を有する。ガス供給システム２８は、供給ラインを介して第１のガス供給部２５および第２のガス供給部２６に接続されている。

基板１３，１６は、基板キャリア１２上に載置される。真空システム２４は、負圧を基板キャリア１２の下およびプロセスガス室１１の中に形成する。プロセスガス室１１内の絶対圧は、１ｍｂａｒから１ｂａｒの間の値であることができる。モータ４６および軸４７により、基板キャリア１２は回転時間Ｔで回転運動可能である。第１および第２のヒータ４２，４３は、基板１３〜１９を加熱するために設けられている。これにより、基板１３〜１９は、析出工程に適した温度を有する。ガス供給システム２８は、掃気ステップのためにはパージガスを提供し、析出工程中には第１および第２のプロセスガスＧ１，Ｇ２を提供する。一実施形態では、第１のプロセスガスＧ１が、ＩＩＩ族前駆物質およびキャリアガスを有し、第２のプロセスガスＧ２が、Ｖ族前駆物質およびキャリアガスを有する。基板１３，１６の被覆は上方から実施される。それゆえ、この種の層析出装置は、フェースアップアッセンブリ（Ｆａｃｅ−ｕｐ−Ａｎｏｒｄｎｕｎｇ）とも呼ばれる。

図１Ｅは、図１Ｄに示した層析出装置の変化形をなす、層析出装置の別の例示的な実施形態を横断面図で示す。図１Ｅに示す層析出装置はやはり鉛直型反応器として形成されている。基板１３，１６は下方から被覆される。基板キャリア１２は、基板１３，１６が位置する切欠きを有するので、基板１３，１６は下方から切欠きを通して被覆され得る。これにより、基板１３〜１９は、被覆したい方の面を下向きに、基板キャリア１２内に装填される。それゆえ、この種の層析出装置は、フェースダウンアッセンブリ（Ｆａｃｅ−ｄｏｗｎ−Ａｎｏｒｄｎｕｎｇ）とも呼ばれる。これにより、プロセスガス室１１は、基板キャリア１２の下に配置されている。層析出装置の別のコンポーネントは、図１Ｄに示したコンポーネントに相当するが、図１Ｄでは基板キャリア１２の上に配置されたコンポーネントは、図１Ｅでは基板キャリア１２の下に配置され、図１Ｄでは基板キャリア１２の下に配置されたコンポーネントは、図１Ｅに示す層析出装置では基板キャリア１２の上に配置されている。フェースダウンアッセンブリでは、プロセスガス室１１内に場合によっては存在する粒子が、基板１３，１６の、被覆したい表面に衝突することが回避される。

図１Ｆは、層析出装置の別の例示的な実施形態を横断面図で示す。図１Ｆに示す層析出装置は、図１Ｄに示した層析出装置の変化形である。図１Ｆに示す層析出装置は、水平型反応器として実現されている。この層析出装置では、プロセスガスＧ１，Ｇ２の主運動が水平方向、すなわち基板１３，１６の表面に対して実質的に平行である。水平の流動は、基板キャリア１２の表面に対する直接的な近傍でのガス出口２５，２６の配置ならびにチャンバ１０の縁でのプロセスガス室１１の吸引により達成される。層析出装置はフェースアップアッセンブリとして実現されている。

図２は、提案する原理に基づく層析出装置の別の例示的な実施形態を示す。図２には、図１Ｂに示した実施形態の変化形が示されている。図２によれば、ガス吸引のための開口５０は、プロセスガス室１１′′′の中央に設けられている。第１のガス供給部２５は、プロセスガス室１１の壁に沿って第１のセグメント２１内に配置されている。相応に第２、第３および第４のガス供給部２６，３４，３５は、プロセスガス室１１′′′の壁に沿って第２、第３および第４のセグメント２２，３２，３３内に配置されている。これにより、プロセスガスＧ１〜Ｇ４は、プロセスガス室１１′′′の壁を起点として横方向に基板１３〜１９上をプロセスガス室１１′′′の中央に向かって運動し、そこで、真空システム２４に通じる開口５０により吸引される。

これにより、図２では、プロセスガスＧ１〜Ｇ４の流動方向が、図１Ｂに示した実施形態とは逆になっている。

図３Ａは、ガス供給部の例示的な構成を示す。ガス供給部２５は、１つの入口６１と複数の出口６２とを備えるガス分配装置６０を有する。出口６２は、基板キャリア１２に対向して配置されている。ガス分配装置６０と基板キャリア１２との間の間隔は僅かである。この間隔は例えば１ｃｍである。出口６２は、基板キャリア１２の、相前後して異なる基板１３〜１９が存在する領域に対向して配置されている。

有利には、ガス分配装置６０により、基板１３上でのガス濃度の高い均質性、ひいては層析出の高い均質性が達成される。

図３Ｂは、ガス供給部の例示的な択一的な構成を示す。ガス供給部２５は熱分解装置７０を有する。熱分解装置７０は加熱源を有する。熱分解装置７０により、プロセスガスは熱分解される。

これにより有利には、プロセスガスＧ１の前分解が、既にプロセスガスＧ１による基板１３の負荷前に実施され得る。

図３Ｃは、プラズマを発生させる装置８０を備えるセグメントの例示的な実施形態を示す。装置８０は第１および第２の電極８１，８２を有する。両電極８１および８２は、チャンバ１０の外に配置されている交流電圧発生器８３に接続されている。

両電極８１，８２に交流電圧を印加することにより、プラズマが両電極８１，８２の間に、ひいてはセグメント内に形成される。プラズマにより、セグメントのプロセスガスＧ１の成分は前分解される。これにより、プラズマエピタキシーのためのセグメントが形成されている。

プラズマは、基板１３〜１６の近傍に、特に０．５〜２ｃｍの間隔を置いて、または基板１３〜１８から離れてプロセスガス室１１内に形成され得る。

有利には、プロセスガスＧ１の反応は、プラズマにより、既に基板への衝突前に実施され得る。

択一的な実施形態では、プラズマが、ガス供給部２５，２６，３４，３５，３６，３７の１つ、またはチャンバ１０の上流に接続されるプレチャンバ内で形成され得る。

図３Ｄは、基板キャリアの例示的な実施形態を示す。図３Ｄによれば、基板キャリア１２は回転装置９０を有する。回転装置９０は、基板１３を受容するためのターンテーブル９１を有する。さらに回転装置９０は、ターンテーブル９１の回転軸に結合されている軸を有するモータ９２を有する。

これにより有利には、基板１３はターンテーブル９１の軸、ひいては基板１３の中心を中心として析出工程中回転可能である。これにより有利には、基板１３上への層析出の均等性が向上する。

図示しない択一的な実施形態では、ターンテーブル９１が、複数の基板のための受容部を有する。これにより、層析出装置の容量はさらに増大し得る。

図示しない択一的な実施形態では、駆動がモータなしに行われる。駆動は、単数または複数の基板１３または基板キャリア１２が浮動するガスクッション内の流動により発生され得る。

本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。むしろ本発明は、請求項に記載される特徴およびその組み合わせはもちろん、仮にそれが請求項および発明の詳細な説明に明記されていないものであっても、あらゆる新規な特徴ならびにこれらの特徴のあらゆる組み合わせを包含する。

提案する原理に基づく層析出装置の一実施例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置の一実施例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置の一実施例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置の一実施例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置の一実施例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置の一実施例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置の択一的な実施例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置のコンポーネントの例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置のコンポーネントの例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置のコンポーネントの例を示す図である。 提案する原理に基づく層析出装置のコンポーネントの例を示す図である。

符号の説明

１０ チャンバ
１１，１１′，１１′′，１１′′′ プロセスガス室
１２ 基板キャリア
１３ 基板
１４ 基板
１５ 基板
１６ 基板
１７ 基板
１８ 基板
１９ 円周
２０ ギャップ
２１ 第１のセグメント
２２ 第２のセグメント
２３ 隔壁
２４ 真空システム
２５ 第１のガス供給部
２６ 第２のガス供給部
２７ 回転対称軸
２８ ガス供給システム
３０ 第２の隔壁
３１ 第３の隔壁
３２ 第３のセグメント
３３ 第４のセグメント
３４ 第３のガス供給部
３５ 第４のガス供給部
３６ 第５のセグメント
３７ 第６のセグメント
３８ 第４の隔壁
３９ 第５の隔壁
４０ 第５のガス供給部
４１ 第６のガス供給部
４２ 第１のヒータ
４３ 第２のヒータ
４４ 基板キャリアを隔壁に対して相対的に運動させる装置
４５ 軸
４６ モータ
５０ 開口
６０ ガス分配装置
６１ 入口
６２ 出口
７０ 熱分解装置
８０ プラズマを発生させる装置
８１ 第１の電極
８２ 第２の電極
８３ 交流電圧発生器
９０ 回転装置
９１ ターンテーブル
９２ モータ
Ｄ１ 間隔
Ｄ２ 直径
Ｄ３ 直径
Ｇ１ 第１のプロセスガス
Ｇ２ 第２のプロセスガス
Ｇ３ 第３のプロセスガス
Ｇ４ 第４のプロセスガス
Ｌ 長さ
Ｔ 回転時間
Ｔ１ 第１の継続時間
Ｔ２ 第２の継続時間
Ｔ３ 第３の継続時間
Ｔ４ 第４の継続時間
φ１ 第１の角度
φ２ 第２の角度
φ３ 第３の角度
φ４ 第４の角度

Claims (18)

1. 層析出装置において、
   ‐チャンバ（１０）が設けられており、
   該チャンバ（１０）は、被覆したい少なくとも１つの基板（１３）を受容するための基板キャリア（１２）を備え、該基板キャリア（１２）は、少なくとも１つの基板（１３）を下方から被覆するための切欠きを有し、さらに
   該チャンバ（１０）は、隔壁（２３）を備えるプロセスガス室（１１）を備え、該隔壁（２３）は、プロセスガス室（１１）の第１のセグメント（２１）をプロセスガス室（１１）の第２のセグメント（２２）から仕切っており、該プロセスガス室（１１）は、
   前記基板キャリア（１２）の下に配置されており、
   前記第１のセグメント（２１）に設けられた第１のプロセスガス（Ｇ１）の第１のガス供給部（２５）と、
   前記第２のセグメント（２２）に設けられた第２のプロセスガス（Ｇ２）の第２のガス供給部（２６）と、
   少なくとも２つの別のセグメント（３２，３３，３６，３７）として第３および第４のセグメントと、少なくとも２つの別の隔壁（３０，３１，３８，３９）とを有し、前記チャンバ（１０）は、前記第３および第４のセグメント（３２，３３，３６，３７）に設けられた第３および第４のプロセスガス（Ｇ３，Ｇ４）の少なくとも２つの別のガス供給部（３４，３５，４０，４１）を有し、
   前記第１、第２、第３および第４のセグメントの大きさはそれぞれ異なっており、
   前記第１のセグメントに設けられた第１のプロセスガス（Ｇ１）の第１のガス供給部および前記第３のセグメントに設けられた第３のプロセスガス（Ｇ３）の第３のガス供給部は、それぞれキャリアガスと化合物半導体の少なくとも１つの成分とを搬送するために設けられており、
   前記第１のセグメントは、前記第２および第４のセグメントにより前記第３のセグメントから離間しており、
   前記第１のプロセスガス（Ｇ１）の第１のガス供給部および前記第３のプロセスガス（Ｇ３）の第３のガス供給部は、それぞれ異なるキャリアガスを搬送するために設けられており、
   前記第２のプロセスガス（Ｇ２）の第２のガス供給部および前記第４のプロセスガス（Ｇ４）の第４のガス供給部は、それぞれパージガスを搬送するために設けられており、かつ
   ‐前記少なくとも１つの基板（１３）を前記隔壁（２３）に対して相対的に運動させる装置（４４）が設けられている
   ことを特徴とする、層析出装置。
2. 前記プロセスガス室（１１）は、２つの別のセグメントを有し、これにより６つのセグメントを有し、
   少なくとも前記装置（４４）は、少なくとも１つの基板を順次、第１のセグメント（２１）、第２のセグメント（２２）、第３のセグメント（３２）、第４のセグメント（３３）、第５のセグメント（３６）および第６のセグメント（３７）を通走させるように形成されており、
   前記プロセスガス室（１１）は、第４および第５の隔壁（３８，３９）を有し、
   前記第４の隔壁（３８）は、前記第４のセグメント（３３）と前記第５のセグメント（３６）との間に配置されており、前記第５の隔壁（３９）は、前記第５のセグメント（３６）と前記第６のセグメント（３７）との間に配置されており、
   前記チャンバは、前記第５のセグメント（３６）に設けられた第５のプロセスガス（Ｇ５）の第５のガス供給部（４０）と、前記第６のセグメント（３７）に設けられた第６のプロセスガス（Ｇ６）の第６のガス供給部（４１）とを有し、
   それぞれのプロセスガスは、化合物半導体の下記成分およびキャリアガスまたはパージガスを含み、前記基板（１３）に対して順次、下記Ｇ１〜Ｇ６の順序で作用可能である：
   Ｇ１：水素キャリアガスを含む化合物半導体のＩＩＩ族成分、
   Ｇ２：パージガス、
   Ｇ３：水素キャリアガスを含む化合物半導体のＶ族成分、
   Ｇ４：パージガス、
   Ｇ５：窒素キャリアガスを含む化合物半導体のＩＩＩ族成分、
   Ｇ６：水素キャリアガスを含むドーパント、
   請求項１記載の層析出装置。
3. 前記隔壁は、２０００℃の温度まで温度安定性の材料を有する、請求項１または２記載の層析出装置。
4. 前記化合物半導体は、ＩＩ‐ＶＩ族化合物半導体またはＩＩＩ‐Ｖ族化合物半導体である、請求項１から３までのいずれか１項記載の層析出装置。
5. 前記パージガスは、窒素、アルゴンまたは水素である、請求項１から４までのいずれか１項記載の層析出装置。
6. 当該層析出装置が、エピタキシー層析出装置として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の層析出装置。
7. 前記基板キャリア（１２）が、円形のテーブルとして形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の層析出装置。
8. 前記基板キャリア（１２）が、プロセスガス室（１１）に対して、前記円形のテーブルの回転対称軸である軸（４５）を中心に回転可能に配置されている、請求項７記載の層析出装置。
9. 前記少なくとも１つの基板を前記隔壁に対して相対的に運動させる装置（４４）が、モータ（４６）を備え、基板（１３）が、第１の運転状態で第１のセグメント（２１）内に配置され、第２の運転状態で第２のセグメント（２２）内に配置されているようになっている、請求項１から８までのいずれか１項記載の層析出装置。
10. 前記少なくとも１つの隔壁（２３）が、前記基板キャリア（１２）に対して間隔Ｄ１を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の層析出装置。
11. 前記間隔Ｄ１が、５ｍｍより小さい値を有する、請求項１０記載の層析出装置。
12. 前記ガス供給部（２５，２６，３４，３５，４０，４１）の少なくとも１つが、相応のセグメント（２１，２２，３２，３３，３６，３７）内にプロセスガス（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６）を分配するための複数の出口（６２）を備えるガス分配装置（６０）を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の層析出装置。
13. プロセスガス（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６）を分解するための前分解段が設けられている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の層析出装置。
14. 前記前分解段が熱分解装置（７０）として形成されている、請求項１３記載の層析出装置。
15. 前記前分解段が、プラズマを発生させる装置（８０）として形成されている、請求項１３または１４記載の層析出装置。
16. 前記チャンバ（１０）が、前記基板キャリア（１２）に対して前記基板（１３）を回転させる回転装置（９０）を有する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の層析出装置。
17. 請求項１から１６までのいずれか１項記載の層析出装置を運転する方法において、
    ‐被覆したい少なくとも１つの基板（１３）を、被覆したい方の面を下向きに、基板キャリア（１２）上に配置し、該基板キャリア（１２）が、少なくとも１つの基板（１３）を下方から被覆するための切欠きを有しており、
    ‐第１のプロセス条件をプロセスガス室（１１）の第１のセグメント（２１）内に調整し、第２のプロセス条件をプロセスガス室（１１）の、隔壁（２３）により前記第１のセグメント（２１）から仕切られた第２のセグメント（２２）内に調整し、
    ‐前記少なくとも１つの基板（１３）を隔壁（２３）に対して相対的に動かす
    ことを特徴とする、層析出装置を運転する方法。
18. 前記第１のプロセス条件の調整が、前記第１のセグメント（２１）内への第１のプロセスガス（Ｇ１）の供給を含み、前記第２のプロセス条件の調整が、前記第２のセグメント（２２）内への第２のプロセスガス（Ｇ２）の供給を含む、請求項１７記載の方法。

Images