專利名稱：氣相沉積系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣相沉積系統(tǒng)，尤其是涉及一種等離子氣相沉積系統(tǒng)。
技術(shù)背景在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,簡稱CVD)技術(shù)是最基本也是最重要的薄膜成長方式之一，其基本過程是將反應(yīng)源以氣 體形式通入反應(yīng)腔，其利用擴散經(jīng)過邊界層(boundary layer)到達基板表面； 并藉由基板表面提供的能量在基材表面進行氧化、還原或與基板反應(yīng)等化學(xué) 反應(yīng)，其生成物則因內(nèi)擴散作用沉積于基板表面上?；旧?，化學(xué)氣相沉積 技術(shù)又分多種，目前產(chǎn)業(yè)界廣泛應(yīng)用的是有機金屬化學(xué)氣相沉積 (Metalorganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)，其廣泛運用于各種不同 結(jié)構(gòu)的組件上，尤其是III-V族光電組件上。MOCVD可以達到較佳平整度， 并且能沉積大部分的三元化合物及四元化合物，例如InGaAs及AlGalnP，以 及長出含鋁化合物，例如應(yīng)用廣泛的砷化鋁鎵(AlGaAs)。在一些特別的情況 下，如在紅外線方面運用極廣的材料如KGa^AsyPLy四元化合物系統(tǒng)上， 只能以MOCVD系統(tǒng)加以成長。然而現(xiàn)有的MOCVD技術(shù)也存在諸多缺點，其制作成本高，且不易控制 計量比與厚度。尤其是在制造氮化物半導(dǎo)體時，利用MOCVD于發(fā)光二極管 的基板上成長III-V族緩沖層，須使用氨氣(NH3)或聯(lián)氨(N2H4)氣體作為V 族元素的反應(yīng)源。然而該類氣體需要在高溫才能反應(yīng)，而升高成長溫度勢必 提高GaxAli.xN ((KX《1)緩沖層成長時對氮的飽和蒸汽壓的需求量，相應(yīng)地 將增加反應(yīng)源的消耗量。因此，有效的反應(yīng)氮并不會相應(yīng)增加，卻反而促使 反應(yīng)源消耗量增大。另一方面，氨氣作為反應(yīng)源還導(dǎo)致在成長III-V族半導(dǎo) 體緩沖層時發(fā)生氫覆蓋現(xiàn)象，使長成的III-V族氮化物緩沖層呈高絕緣狀態(tài)， 必須進行額外處理才能獲得較佳的電性。此外，氨氣對于真空管件、石墨、 真空油有極大的損耗及傷害，易造成系統(tǒng)的損壞和增加維護的困難度以及時間。
為此，業(yè)界又開發(fā)出等離子化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，其借助等離子的輔助能 量，使得沉積反應(yīng)的溫度得以降低，且可以直接使用氮氣作為反應(yīng)源而避免
氨氣對系統(tǒng)的損害。與傳統(tǒng)的MOCVD相比，等離子化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)可長 時間操作，具有再現(xiàn)性良好，所需溫度低，沉積膜的均勻度與品質(zhì)較好等優(yōu) 點。依產(chǎn)生等離子的不同方法，目前主要有微波等離子CVD法(microwave enhanced CVD)和電子回轉(zhuǎn)共振微波等離子CVD法(electron cyclotron resonance(ECR))。根據(jù)微波等離子CVD法，反應(yīng)氣體由反應(yīng)槽上方通入微 波產(chǎn)生器，經(jīng)導(dǎo)波管導(dǎo)入反應(yīng)室；適當(dāng)調(diào)整后微波即在反應(yīng)室內(nèi)的基板上方 形成駐波而激發(fā)產(chǎn)生紫色的球型等離子。然該方法的緩沖層成長速率較低、 沉積面積小，而且基材的移動對于等離子的形成有相當(dāng)敏感的影響。電子回 轉(zhuǎn)共振微波等離子CVD法其原理和微波等離子CVD法相同，不同在于其在 反應(yīng)室外圍放置兩組電磁鐵，上面的電磁鐵可使電子回轉(zhuǎn)，大幅提高產(chǎn)生等 離子的效率。該方法較微波等離子CVD法有較大的控制空間，能擴大成長 范圍，然而無法克服基材的移動對等離子的形成有相當(dāng)敏感的影響等其它缺 點。
如此，現(xiàn)有的氣相沉積技術(shù)還存在若干問題，尚需進一步的改進和完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種氣相沉積系統(tǒng)與方法，其可直接使用氮氣作為反應(yīng)源， 獨立控制所沉積薄膜的應(yīng)力，而不會對其沉積特性造成重大的影響。
為達到上述目的，本發(fā)明提供下述技術(shù)方案 一種氣相沉積系統(tǒng)，其包 含 一離子產(chǎn)生區(qū)、 一反應(yīng)腔，以及一置于該產(chǎn)生區(qū)與該反應(yīng)腔之間的多孔 管；該離子產(chǎn)生區(qū)提供一第一元素的等離子，該多孔管將該第一元素的等離 子及一第二元素匯集導(dǎo)入該反應(yīng)腔。該第一元素的等離子以及該第二元素于 該反應(yīng)腔中與一基板進行化學(xué)氣相磊晶從而成長一薄膜層。
該離子產(chǎn)生區(qū)解離具有第一元素的氣體分子。該反應(yīng)腔為一中頻加熱 器。該中頻加熱器可將該基板及該氣相沉積系統(tǒng)的溫度控制在室溫至攝氏
900度之間。該第一元素為一V族元素。該V族元素是選自氨(NH3)或氮 (N2)之一或其混合物。該第二元素為III族有機金屬。該III族有機金屬為鎵的有機金屬化合物。該III族有機金屬來源為鎵的有機金屬化合物、銦的
有機金屬化合物及鋁的有機金屬化合物的混合物，例如三甲基鎵(TMGa)、 三甲基銦(TMIn)、三甲基鋁(TMA1)、三乙基鎵(TEGa)、三乙基銦(TEIn)、 三乙基鋁(TEA1)。該基板包含選自藍寶石、GaN、 A1N、 SiC、 GaAs、 GaP、 Si、 ZnO、 MgO、 MgAl202、及玻璃所構(gòu)成的材料組群中的至少一種材料或 其它可代替的材料。
本發(fā)明的高頻等離子化學(xué)沉積系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有一般等離子氣 相沉積系統(tǒng)的優(yōu)點，而且能夠獨立地控制所沉積薄膜的應(yīng)力，不會對其它的 沉積特性造成重大的影響。此外，因V族元素等離子產(chǎn)生區(qū)和III族元素的 有機金屬源為呈一線型排列，可以提高起使物的有效使用率。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的高頻等離子氣相沉積系統(tǒng)。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
1離子產(chǎn)生區(qū)
2反應(yīng)腔
3多孔管
4主管
5氣體柜
6芯片傳送室
7真空抽氣系統(tǒng)
8壓力控制器
9氣體流量控制器
100高頻等離子氣相沉積系統(tǒng)
具體實施例方式
為更好的理解本發(fā)明的精神，以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對其作進一
步說明。
高頻等離子CVD是以線圈式及電容式形成高頻率電場，以在反應(yīng)室中 激發(fā)反應(yīng)氣體，產(chǎn)生化學(xué)活性較高的等離子，同時基板表面受到等離子的撞擊其化學(xué)活性也得以提高。如此共同作用使得基板表面的化學(xué)反應(yīng)速率提 高，在較低的溫度下即可在基板附近產(chǎn)生高濃度自由基，使薄膜沉積于其上。 該沉積系統(tǒng)在用于沉積合成類鉆薄膜時，具有可大面積沉積的優(yōu)點。其可應(yīng)
用的基板包含選自藍寶石、GaN、 A1N、 SiC、 GaAs、 GaP、 Si、 ZnO、 MgO、
MgAl202、及玻璃所構(gòu)成的材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一實施例的高頻等離子氣相沉積系統(tǒng)100，包 含并排而置的一離子產(chǎn)生區(qū)1、反應(yīng)腔2，以及一個多孔管3。該離子產(chǎn)生區(qū) 1可經(jīng)由一種主管4輸入V族氣體并解離產(chǎn)生等離子，用于提供V族元素的 等離子，該V族氣體由主管4輸入離子產(chǎn)生區(qū)1 。該V族氣體是選自氨(雨3) 或氮(N2)之一或其混合物，本實施例中使用氮氣。該反應(yīng)腔2是用于使該 V族元素以及一或多種III族元素在其中與基板進行化學(xué)氣相薄膜層的長成，
該第二元素為m族有機金屬，如鎵的有機金屬化合物，或其與銦的有機金
屬化合物及鋁的有機金屬化合物的混合物。該多孔管3位于離子產(chǎn)生區(qū)1與 反應(yīng)腔2之間，用來導(dǎo)入一種或多種的III族元素源以及由離子產(chǎn)生區(qū)1所 形成的V族元素等離子氣體至反應(yīng)腔2，從而在基材表面上形成薄膜層。通 過調(diào)整離子產(chǎn)生區(qū)l、主管4及多孔管3的相對位置，可減少高頻等離子激 發(fā)的氮氣經(jīng)由自由碰撞回復(fù)穩(wěn)定分子態(tài)。基材由芯片傳送室6傳送至反應(yīng)腔 2經(jīng)過其內(nèi)部中頻加熱器加熱至反應(yīng)溫度后沉積薄膜。該中頻加熱器可將該 基板及該氣相沉積系統(tǒng)的溫度控制在室溫至攝氏900度之間。
V族氣體的氨(NH3)或氮(N2)儲存于氣體柜5中，同時III族有機金 屬源也儲存于氣體柜5中不同的氣室內(nèi)。該III族有機金屬為鎵的有機金屬 化合物。該III族有機金屬來源為鎵的有機金屬化合物、銦的有機金屬化合 物及鋁的有機金屬化合物的混合物，例如三甲基鎵(TMGa)、三甲基銦 (TMIn)、三甲基鋁(TMA1)、三乙基鎵(TEGa)、三乙基銦(TEIn)、 三乙基鋁(TEA1)。氣體柜5中V族氣體及III族有機金屬來源由氣體流量 控制器9控制輸送的流量，并分別供應(yīng)至主管4及多孔管3的入口 2。另外， 反應(yīng)腔2內(nèi)的真空度是由真空抽氣系統(tǒng)7控制，真空抽氣系統(tǒng)7和氣體流量 控制器9的壓力是由壓力控制器8控制。
具體的，根據(jù)本發(fā)明的一實施例，在離子產(chǎn)生區(qū)1中高頻離子產(chǎn)生器的 兩個電極板間外加一個高頻電壓，如13.56MHz的射頻電壓，使兩個電極之間產(chǎn)生輝光放射。V族氣體由主管4處導(dǎo)入，并以徑向流動方式通過輝光放 射區(qū)域。在兩個相對應(yīng)的金屬電極板上施加一高頻電壓，當(dāng)兩電極板間的氣 體分子濃度在某一特定的區(qū)間(特定區(qū)間的要求或標(biāo)準(zhǔn))，電極板表面因離子
轟擊(IonBombardment)所產(chǎn)生的二次電子(SecondaryElectrons),在電極板所 提供的電場下將獲得足夠的能量，而與電極板間的氣體分子因撞擊而進行所 謂的解離(Dissociation)，離子化(Ionization)，及激發(fā)(Excitation)等反應(yīng)，相應(yīng) 的產(chǎn)生離子、原子、原子團(Radicals)，及更多的電子，以維持等離子內(nèi)各粒 子間的濃度平衡，而在反應(yīng)腔內(nèi)沉積于基材表面上。以V族元素中的氮為例， 其反應(yīng)方程式可表示為
e—+ N — N+ + 2e— 高頻等離子氣相沉積系統(tǒng)具有一般等離子氣相沉積系統(tǒng)的普遍優(yōu)點，如 工作溫度低、低成本、低污染等，還可獨立控制所沉積薄膜的應(yīng)力，且不會 對其它的沉積特性造成重大的影響，例如沉積速率和薄膜均勻性。另外，根 據(jù)本發(fā)明的一實施例，因V族元素等離子產(chǎn)生區(qū)和III族元素的有機金屬源
為一線型排列，可以提高v族元素和m族元素源有效使用率。另一方面，
由于基板可以利用中頻加熱器加熱到反應(yīng)溫度，有利于薄膜層的結(jié)晶性和品 質(zhì)。在成長發(fā)光二極管或是雷射二極管等的固態(tài)發(fā)光組件，可利用此薄膜層 做為原件的緩沖層，以增加元件的結(jié)晶質(zhì)量。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點已描述如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員 仍可能基于本發(fā)明的內(nèi)容作各種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本 發(fā)明的保護范圍應(yīng)不限于實施例所描述的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明 的替換及修飾，并為本專利申請權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種氣相沉積系統(tǒng)，其包含一離子產(chǎn)生區(qū)、一反應(yīng)腔，以及一置于該產(chǎn)生區(qū)與該反應(yīng)腔之間的多孔管；該離子產(chǎn)生區(qū)解離具有第一元素的氣體分子而提供一第一元素的等離子，該多孔管將該第一元素的等離子及一第二元素匯集導(dǎo)入該反應(yīng)腔；該第一元素的等離子及該第二元素于該反應(yīng)腔中與一基板進行化學(xué)氣相磊晶使成長一薄膜層。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于該離子產(chǎn)生區(qū)為一高 頻離子產(chǎn)生器；該反應(yīng)腔為一中頻加熱器。
3. 如權(quán)利要求2所述的氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于該中頻加熱器可將該 基板及該氣相沉積系統(tǒng)的溫度控制在室溫至攝氏900度之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于該第一元素為一 V 族元素。
5. 如權(quán)利要求4所述的氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于該V族元素是選自 氨或氮之一或其混合物。
6. 如權(quán)利要求1所述的氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于該第二元素為III族 有機金屬。
7. 如權(quán)利要求6所述的氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于該III族有機金屬為 鎵的有機金屬化合物。
8. 如權(quán)利要求6所述的氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于該III族有機金屬來 源為鎵的有機金屬化合物、銦的有機金屬化合物、及鋁的有機金屬化合物中 的至少一種材料或其混合物。
9. 如權(quán)利要求8所述的氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于該鎵的有機金屬化合 物為TMGa或TEGa，該銦的有機金屬化合物為TMIn或TEIn，該鋁的有機 金屬化合物為TMA1或TEA1。
10. 如權(quán)利要求1所述的氣相沉積系統(tǒng)，其特征在于該基板包含選自藍 寶石、GaN、 A1N、 SiC、 GaAs、 GaP、 Si、 ZnO、 MgO、 MgAl202、及玻璃 所構(gòu)成的材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氣相沉積系統(tǒng)，其包含一離子產(chǎn)生區(qū)、一反應(yīng)腔，以及一置于該產(chǎn)生區(qū)與該反應(yīng)腔之間的多孔管。該產(chǎn)生區(qū)提供一第一元素的等離子。該多孔管將該第一元素的等離子及一第二元素匯集導(dǎo)入該反應(yīng)腔。該第一元素的等離子及該第二元素于該反應(yīng)腔中與一基板進行化學(xué)氣相磊晶使成長一薄膜層。
文檔編號C23C16/44GK101591773SQ20081011079
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者曾堅信, 詹世雄 申請人:先進開發(fā)光電股份有限公司