專利名稱：用于沉積Ⅲ/Ⅴ族化合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及到器件諸如發(fā)光二極管(LED)的制造，且更 特別地，涉及到通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)工藝和混合氣相外延
(HVPE)沉積工藝形成m/ V族材料的工藝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)m族氮化物半導(dǎo)體在開(kāi)發(fā)和制造各種半導(dǎo)體器件諸如短波長(zhǎng)發(fā)
光二極管(LED)、激光二極管(LD)和包括高功率、高頻率、高溫度晶體管
的電子器件以及集成電路中非常重要。己經(jīng)用于沉積m族氮化物的一種方法是
混合氣相外延(HVPE)沉積。在HVPE中，鹵素化合物與III族金屬或元素反應(yīng)
以形成相應(yīng)的金屬/元素鹵化物前體(例如金屬氯化物)。此時(shí)鹵化物前體與 氮化物前體氣體反應(yīng)以形成ni族氮化物。
隨著對(duì)LED、 LD、晶體管和集成電路的需求的增加，沉積III族氮化物和其
他ni / v族材料的效率變得更加重要。對(duì)能夠在大基板或多個(gè)基板上方均勻沉 積薄膜的具有高沉積速度的沉積裝置和工藝存在一般需求。此外，在基板上方
一致的膜質(zhì)量需要均勻的前體混合。因此，在本領(lǐng)域中對(duì)于改進(jìn)的HVPE沉積
方法存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式主要涉及通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)和混合
氣相沉積外延(HVPE)工藝形成ni/ v族材料的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，提 供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，其包括加熱固態(tài)金屬鎵源以形
成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣(Cl2)以形成氯化鎵氣體，和 在HVPE工藝期間將處理室中的基板暴露到氯化鎵氣體和氮前體氣體同時(shí)在基 板上形成氮化鎵層。
在一些實(shí)施方式中，在形成氮化鎵層之前的預(yù)處理工藝期間將基板暴露到含有氯氣的預(yù)處理氣體中。 一些實(shí)例提供的預(yù)處理氣體還含有氨、氯化鎵、氬、 氮、氫或者其組合。在一些實(shí)例中，該方法還提供含有氨的氮前體氣體。在預(yù)
處理工藝期間，氯氣具有在從約50sccm至約4000sccm、諸如從約50sccm至 約lOOOsccm范圍內(nèi)的流速。在HVPE工藝或預(yù)處理工藝期間，加熱基板至從 約50(TC到約125(TC、優(yōu)選從約80(TC至約IIO(TC范圍內(nèi)的溫度。
在其他實(shí)例中，在形成氮化鎵層之后的室清洗工藝期間將處理室暴露到氯 氣。在室清洗工藝期間，處理室可被加熱到從約50CTC到約125(TC范圍內(nèi)的 溫度。在一些實(shí)例中，在室清洗工藝期間處理室可暴露到等離子體。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鋁材料的方法，其 包括加熱金屬鋁源，將加熱的金屬鋁源暴露到氯氣同時(shí)形成氯化鋁氣體，和 在HVPE工藝期間將處理室中的基板暴露到氯化鋁氣體和氮前體氣體同時(shí)在基 板上形成氮化鋁層。
在一些實(shí)施方式中，在形成氮化鋁層之前的預(yù)處理工藝期間基板可暴露到 含有氯氣的預(yù)處理氣體。 一些實(shí)例提供的預(yù)處理氣體還含有氨、氯化鋁、氬、 氮、氫或其組合。在一些實(shí)例中，該方法還提供含有氨的氮前體氣體。在預(yù)處 理期間，氯氣可具有在從約50sccm至約4000sccm、諸如從約50sccm至約 1000sccm范圍內(nèi)的流速。在HVPE工藝或預(yù)處理工藝期間基板可被加熱到在從 約50(TC到約1250°C、優(yōu)選從約80(TC至約110(TC范圍內(nèi)的溫度。
在其他實(shí)例中，在形成氮化鋁層之后的室清洗工藝期間處理室可暴露到氯 氣。在室清洗工藝期間，處理室可被加熱到從約50(TC到約125(TC范圍內(nèi)的 溫度。在一些實(shí)例中，在室清洗工藝期間處理室可暴露到等離子體。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，包 括在預(yù)處理期間將基板暴露到氯氣同時(shí)形成預(yù)處理表面，加熱金屬源以形成 加熱的金屬源，其中加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、其合金或者其組合，和將 加熱到金屬源暴露到氯氣同時(shí)形成金屬氯化物氣體。該方法還提供在HVPE工 藝期間將基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時(shí)在預(yù)處理的表面上形 成金屬氮化物層。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，其 包括加熱金屬源以形成加熱的金屬源，其中加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、 其合金或者其組合，將加熱的金屬源暴露到氯氣同時(shí)形成金屬氮化物氣體，和在HVPE處理期間將處理室中的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時(shí) 在基板上形成金屬氮化物層。該方法還提供了在形成金屬氮化物層之后的室清 洗工藝期間將處理室暴露到氯氣。在室清洗工藝之前可將該基板從處理室中移 除。在清洗工藝期間處理室可被加熱到在從約50(TC到約120(TC范圍內(nèi)的溫 度。任選地，在室清洗工藝期間處理室可暴露到等離子體。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種在基板上形成含鎵材料的方法，其包括 加熱固態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣同時(shí)形成 氯化鎵氣體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到氯化鎵氣體和V族前體氣體同 時(shí)在基板上形成含鎵層。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成含鋁材料的方法，其包 括加熱金屬鋁源，將加熱的金屬鋁源暴露到氯氣同時(shí)形成氯化鋁氣體，和在 HVPE工藝期間將處理室中的基板暴露到氯化鋁氣體和V族前體氣體同時(shí)在基 板上形成含鋁層。
V族前體氣體可含有諸如氮、磷、砷或其組合的元素。在一個(gè)實(shí)例中，V 族前體氣體可含有氨、聯(lián)氨化合物、胺化合物、其衍生物、或其組合物。在另 一實(shí)例中，V族前體氣體可含有磷化氫、垸基磷化氫化合物、磷化三氫、烷基 磷化三氫化合物、其衍生物或其組合物。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成m族氮化物材料的方 法，其包括加熱三垸基m族化合物至預(yù)定溫度，將三烷基ni族化合物暴露到氯 氣同時(shí)形成金屬氯化物氣體，和在氣相沉積工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到 金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時(shí)在基板上形成金屬氮化物層。
在一個(gè)實(shí)例中，三垸基m族化合物含有三垸基鎵化合物和金屬氯化物氣體 含有氯化鎵。三垸基價(jià)化合物含有垸基諸如甲基、乙基、丙基、丁基、其異構(gòu)
體、其衍生物或者其組合。氯化鎵可在從約30(TC約60(rC范圍內(nèi)的溫度下形 成。但是，在氣相沉積工藝期間基板可被加熱到從約80(TC約1100范圍內(nèi)的
溫度r。
在另一實(shí)例中，三垸基m族化合物含有三烷基鋁化合物和金屬氯化氣體含 有氯化鋁。三垸基鋁化合物含有選自甲基、乙基、丁基、丙基、其異構(gòu)體、其
衍生物或其組合的烷基。氯化鋁可在從約30(TC至約40(TC范圍內(nèi)的溫度下形 成。但是在氣相沉積工藝期間基板可被加熱到在從約80(TC至約IIO(TC范圍內(nèi)的溫度。
在另一實(shí)例中，三垸基ni族化合物含有三烷基銦和金屬氯化物氣體含有氯 化銦。三烷基銦化合物可含有選自甲基、乙基、丁基、丙基、其異構(gòu)體、其衍
生物或其組合的垸基。氯化銦可在從約30(TC至約40(TC范圍內(nèi)的溫度下形成。 但是在氣相沉積工藝期間基板可被加熱到在從約50(TC至約65(TC范圍內(nèi)的溫 度。
在一些實(shí)施方式中，在形成金屬氮化物層之前的預(yù)處理工藝期間基板可暴 露到氯氣。在預(yù)處理工藝期間基板可被加熱到從約50(TC至約120(TC范圍內(nèi) 的溫度。在形成金屬氮化物層之后的室清洗工藝期間處理室可暴露到氯氣。在 其他實(shí)例中，在室清洗工藝期間處理室可被加熱到從約50(TC至約120(TC范 圍內(nèi)的溫度。在室清洗工藝期間處理室可暴露到等離子體。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，包 括在預(yù)處理工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯氣同時(shí)形成預(yù)處理過(guò)的表 面，和加熱金屬源以形成加熱的金屬源，其中加熱的金屬源含有元素諸如鎵、 鋁、銦、其合金或其組合。該方法還包括將加熱的金屬源暴露到含氯氣體同時(shí) 形成金屬氯化物氣體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到金屬氯化物氣體和氮 前體氣體同時(shí)在預(yù)處理的表面上形成金屬氮化物層。實(shí)例提供了含有氯氣或氯 化氫(HC1)的含氯氣體。
在另一實(shí)例中，提供了一種用于在基板上形成m族氮化物材料的方法，其 包括加熱三烷基ni族化合物至預(yù)定溫度，其中三烷基m族化合物具有化學(xué)式
R"R，RM，其中M是鎵、鋁或銦，和R"、 R，、 R中的每一個(gè)都單獨(dú)選自甲基、乙 基、丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍生物、或其組合。該方法還提供了在氣相沉
積工藝期間，將氯氣暴露到三烷基m族化合物同時(shí)形成金屬氯化物氣體和將處 理室中的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時(shí)在基板上形成金屬氮 化物層。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，其
包括提供在耦合到排氣系統(tǒng)的處理室內(nèi)部的基板，其中排氣系統(tǒng)具有排氣管
道，在預(yù)處理工藝期間將基板暴露到含有氯氣的預(yù)處理氣體同時(shí)形成預(yù)處理的
表面，同時(shí)在預(yù)處理工藝期間將排氣管道加熱到約20(TC以下的溫度。該方法 還包括加熱固態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣同時(shí)形成氯化鎵氣體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到氯化鎵氣體和氮前體氣 體同時(shí)在基板上形成氮化鎵層。
實(shí)例提供了在預(yù)處理工藝期間，將排氣管道加熱到約ncrc以下的溫度， 諸如約i5crc以下，諸如約i3crc以下，諸如約ioo。c以下，諸如約7(rc以下，
諸如約5(TC以下，在其他實(shí)例中，在預(yù)處理期間將排氣管道加熱到從約30°C 至約20(TC范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從約3(TC至約170°C，更優(yōu)選地從約30°C 至約15(TC，更優(yōu)選地，從約5(TC至約120°C，和更優(yōu)選地從約50'C至約100 °C。在預(yù)處理期間處理室可具有約760乇以下的內(nèi)部壓力，優(yōu)選地在從約IOO 乇至約760乇的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，從約200乇至約760乇，和更優(yōu)選地從 約350乇至約760乇，例如約450乇。
在另一實(shí)施方式中，在HVPE工藝期間基板可暴露到含有氯氣和氨氣的預(yù) 處理氣體。在一些實(shí)例中，預(yù)處理氣體含有濃度在從約1摩爾百分比(摩爾％) 至約10摩爾％范圍內(nèi)的氯氣，優(yōu)選地從約3摩爾％至約7摩爾％，和更優(yōu)選 地從約4摩爾％至約6摩爾％，例如約5摩爾％。在其他實(shí)例中，預(yù)處理氣體 含有濃度在從約5摩爾％至約25摩爾％范圍內(nèi)的氨氣，優(yōu)選地從約10摩爾％ 至約20摩爾％ ，和更優(yōu)選地從約12摩爾％至約18摩爾％ ，例如約15摩爾％ 。
在另一實(shí)施方式中，在HVPE工藝期間處理室含有沉積氣體，該沉積氣體 含有氯氣和氨氣。沉積氣體含有濃度在從約0. 01摩爾％至約1摩爾％范圍內(nèi) 的氯氣，優(yōu)選地從約0.05摩爾％至約0.5摩爾％，和更優(yōu)選地從約0.07摩 爾％至約0.4摩爾％，例如約O. 1摩爾％。在其他實(shí)例中，沉積氣體含有從約 5摩爾％至約25摩爾％范圍內(nèi)濃度的氨氣，優(yōu)選地從約10摩爾％至約20摩 爾％，和更優(yōu)選地從約12摩爾％至約18摩爾％，例如約15摩爾％。
在其他實(shí)施方式中，在HVPE工藝期間或室清洗期間排氣管道可被加熱到 約20(TC以下的溫度。實(shí)例提供了在HVPE工藝或室清洗工藝期間排氣管道被 加熱到約17(TC以下的溫度，諸如約15(TC以下，諸如約13(TC以下，諸如約 IO(TC以下，諸如約7(TC以下，諸如約5(TC以下。在其他實(shí)例中，在HVPE工 藝或室清洗處理工藝期間排氣管道被加熱到從約3(TC至約20(TC范圍內(nèi)的溫 度，優(yōu)選地從約3(TC至約170°C，更優(yōu)選地從約3(TC至約150°C，更優(yōu)選地 從約5(TC至約120°C,和更優(yōu)選地從約5(TC至約IO(TC。
在HVPE工藝期間或室清洗工藝期間處理室可具有約760乇以下的內(nèi)部壓力，優(yōu)選地在從約100乇至約760乇的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從約200乇至約760 乇，和更優(yōu)選地從約350乇至約760乇，例如約450乇。在一些實(shí)例中，清 洗氣體含有濃度在從約1摩爾％至約10摩爾％范圍內(nèi)的氯氣，優(yōu)選地從約3 摩爾％至約7摩爾％，和更優(yōu)選地從約4摩爾％至約6摩爾％，例如約5摩爾%。


因此可通過(guò)參考附圖中示出的實(shí)施例得到獲得且能詳細(xì)理解本發(fā)明上述 特征的方式、本發(fā)明更特別的描述、上述簡(jiǎn)要總結(jié)。
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的沉積室的截面圖2描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的噴頭組件的截面透視圖； 圖3描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的噴頭組件的截面頂視圖； 圖4描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的噴頭組件的截面透視剖面圖5A—5B描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的噴頭組件的氣體通路部件的
圖6描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的噴頭組件的頂板部件的透視圖； 圖7描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的噴頭組件的截面透視側(cè)面圖8A—8C描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的噴頭組件的船式(boat)部 件的圖；和
圖9A—9B描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的噴頭組件的氣體通路部件的圖。
但是應(yīng)注意，附圖僅示出了本發(fā)明的示范性實(shí)施方式，且因此不認(rèn)為其限 制了本發(fā)明的范圍，而是本發(fā)明允許其他同樣有效的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方式主要涉及用于通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)和 混合氣相外延(HVPE)工藝形成I11/ V族材料的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，提 供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，其包括加熱固態(tài)金屬鎵源以 形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣(Cl2)，以形成氯化鎵氣體， 和在HVPE工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯化鎵氣體和氮前體氣體同時(shí)在基板上形成氮化鎵層。
在一些實(shí)施方式中，在形成氮化鎵層之前的預(yù)處理工藝期間基板可被暴露 到含有氯氣的預(yù)處理氣體。 一些實(shí)例提供的預(yù)處理氣體還含有氨、氯化鎵、氬、 氮、氫或其組合。在一些實(shí)例中，該方法還提供含有氨的氮前體氣體。在預(yù)處
理工藝期間氯氣可具有在從約50sccm至約4000sccm范圍內(nèi)的流速，諸如從 約50sccm至約1000sccra。在HVPE工藝或預(yù)處理工藝期間基板可被加熱到從 約50(TC至約125(TC范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從約80(TC至約IIO(TC。
在其他實(shí)例中，在形成氮化鎵層之后的室清洗工藝期間處理室可被暴露到 氯氣中。在室清洗工藝期間處理室可被加熱到從約50(TC至約125(TC范圍內(nèi) 的溫度。在一些實(shí)例中，在室清洗工藝期間處理室可被暴露到等離子體中。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種在基板上形成氮化鋁材料的方法，其包括 加熱金屬鋁源，將加熱的金屬鋁源暴露到氯氣同時(shí)形成氯化鋁氣體，和在HVPE 工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯化鋁氣體和氮前體氣體同時(shí)在基板上形 成氮化鋁層。
在一些實(shí)施方式中，在形成氮化鋁層之前的預(yù)處理工藝期間基板可被暴露 到含有氯氣的預(yù)處理氣體中。 一些實(shí)例提供的預(yù)處理氣體還含有氨、氯化鋁、 氬、氮、氫或其組合。在一些實(shí)例中，該方法還提供了含有氨的氮前體氣體。 在預(yù)處理工藝期間氯氣可具有在從約50sccm至約4000sccm范圍內(nèi)的流速， 諸如從約50sccm至約1000sccm。在HVPE工藝或預(yù)處理工藝期間基板可被加 熱到從約50(TC至約125(TC范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從約80(TC至約IIO(TC。
在其他實(shí)例中，在形成氮化鋁層之后的室清洗工藝期間處理室可被暴露到
氯氣。在室清洗工藝期間處理室可被加熱到在從約50(TC至約125(TC范圍內(nèi) 的溫度。在一些實(shí)例中，在室清洗工藝期間處理室可被暴露到等離子體。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，其 包括在預(yù)處理工藝期間將基板暴露到氯氣同時(shí)形成預(yù)處理的表面，加熱金屬 源以形成加熱的金屬圓，其中加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、其合金、或其組 合物，和將加熱的金屬源暴露到氯氣同時(shí)形成金屬氯化物氣體。該方法還提供 了在HVPE工藝期間將基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時(shí)在預(yù)處理 的表面上形成金屬氮化物層。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種在基板上形成氮化鎵材料的方法，包括加熱金屬源以加熱的金屬源，其中加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、其合金或其
組合，將加熱的金屬源暴露到氯氣同時(shí)形成金屬氯化物氣體，和在HVPE工藝 期間將處理室內(nèi)部的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體中同時(shí)在基板 上形成金屬氮化物層。該方法還提供了在形成金屬氮化物層之后的室清洗工藝 期間將處理時(shí)暴露到氯氣。在室清洗工藝之前從處理室移走基板。在清洗工藝 期間可將處理室加熱到從約50(TC至約120(TC范圍內(nèi)的溫度?？蛇x地，在室 清洗工藝期間可將處理室暴露到等離子體。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成含鎵材料的方法，包括: 加熱固態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣同時(shí)形成 氯化鎵氣體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到氯化鎵氣體和V族前體氣體同 時(shí)在基板上形成含鎵層。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種在基板上形成含鋁材料的方法，包括加 熱金屬鋁源，將加熱的金屬鋁源暴露到氯氣同時(shí)形成氯化鋁氣體，和在HVPE 工藝期間將處理室內(nèi)部的基板暴露到氯化鋁氣體和V族前體氣體同時(shí)在基板 上形成含鋁層。
V族前體氣體含有元素諸如氮、磷、砷、或其組合。在一個(gè)實(shí)例中，V族 前體氣體可含有氨、聯(lián)氨化合物、胺化合物、其衍生物或其組合。在另一實(shí)例 中，V族前體氣體可含有磷化氫、烷基磷化氫化合物、砷化三氫、垸基砷化三 氫化合物、其衍生物或其組合。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成m族氮化物材料的方 法，包括加熱三垸基ni族化合物至預(yù)定溫度，將三垸基m族化合物暴露到氯 氣同時(shí)形成金屬氯化物氣體，和在氣相沉積工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到 金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時(shí)在基板上形成金屬氮化物層。
在一個(gè)實(shí)例中，三烷基m族化合物含有三烷基鎵化合物和金屬氯化物氣體 含有氯化鎵。三烷基鎵化合物可含有烷基諸如甲基、乙基、丙基、丁基、其異 構(gòu)體、其衍生物或其組合。氯化鎵可在從約3(xrc至約60(rc范圍內(nèi)的溫度下
形成。但是在氣相沉積工藝期間基板可被加熱到從約80(TC至約IIO(TC范圍
內(nèi)的溫度。
在另一實(shí)例中，三烷基in族化合物含有三垸基鋁化合物和金屬氯化物含有 氯化鋁。三烷基鋁化合物含有選自甲基、乙基、丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍生物、或其組合的烷基。氯化鋁可在從約30(rC至約40(TC的溫度下形成。但 是在氣相沉積工藝期間基板可被加熱到從約80(TC至約IIO(TC范圍內(nèi)的溫度。
在另一實(shí)例中，三垸基m族化合物含有三烷基銦化合物和金屬氯化物含有 氯化銦。三烷基銦化合物含有選自甲基、乙基、丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍
生物、或其組合的烷基。氯化銦可在從約30(TC至約40CrC的溫度下形成。但 是在氣相沉積工藝期間基板可被加熱到從約50(TC至約65CTC范圍內(nèi)的溫度。
在一些實(shí)施方式中，在形成金屬氮化物層之前的預(yù)處理工藝期間基板可暴
露到氯氣。在預(yù)處理期間基板可被加熱到從約50(TC至約120(TC范圍內(nèi)的溫 度。在形成金屬氮化物層之后的室清洗工藝期間處理室可被暴露到氯氣。在另 一實(shí)例中，在室清洗工藝期間處理室可被加熱到^J勺50(TC至約120(TC范圍 內(nèi)的溫度。在室清洗工藝期間處理室可被暴露到等離子體。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種在基板上形成氮化鎵的方法，包括在預(yù) 處理工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯氣同時(shí)形成預(yù)處理的表面，和加熱金 屬源以形成加熱的金屬源，其中加熱的金屬源含有元素諸如鎵、鋁、銦、其合 金、或其組合。該方法還包括將加熱的金屬源暴露到含氯氣體同時(shí)形成金屬氯 化物氣體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同 時(shí)在預(yù)處理的表面上形成金屬氮化物層。實(shí)例提供了含有氯氣或氯化氫(HC1) 的含氯氣體。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種用于在基板上形成ni族氮化物材料的方 法，包括將三垸基m族化合物加熱到預(yù)定溫度，其中三垸基m族化合物具有
化學(xué)式R"R，RM，其中M是鎵、鋁、或銦，和R"、 R，和R單獨(dú)選自甲基、乙基、 丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍生物或其組合。該方法還提供了將氯氣暴露到三
垸基ni族化合物同時(shí)形成金屬氯化物氣體和在氣相沉積工藝期間將處理室內(nèi) 的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時(shí)在基板上形成金屬氮化物層。
在另一實(shí)施方式中，提供了一種在基板上形成氮化鎵材料的方法，包括
在耦合到排氣系統(tǒng)的處理室內(nèi)提供基板，其中排氣系統(tǒng)具有排氣管道，在預(yù)處 理期間將基板暴露到含有氯氣的預(yù)處理氣體同時(shí)形成預(yù)處理的表面，同時(shí)在預(yù)
處理工藝期間加熱排氣管道至約20(TC以下的溫度。該方法還包括加熱固態(tài)金 屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣同時(shí)形成氯化鎵氣 體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到氯化鎵氣體和氮前體氣體同時(shí)在基板上形成氮化鎵層。
實(shí)例提供了在預(yù)處理期間將排氣管道加熱到約17(TC以下的溫度，諸如約 150。C以下，諸如約130。C以下，諸如約100。C以下，諸如約70。C，諸如約50 。C以下。在其他實(shí)例中，在預(yù)處理工藝期間加熱排氣管道至從約3CTC到約200 。C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從約3(TC至約17(TC，更優(yōu)選地，從約30'C至約150 。C，更優(yōu)選地從約50"C至約120°C，和更優(yōu)選地從約5CTC至約IO(TC。在預(yù) 處理工藝期間處理室可具有約760乇以下的內(nèi)部壓力，優(yōu)選地在從約100乇至 約760乇的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從約200乇至約760乇，和更優(yōu)選地從約350 乇至約760乇，例如約450乇。
在另一實(shí)施方式中，在HVPE工藝期間基板可被暴露到含有氯氣和氨氣的 預(yù)處理氣體中。在一些實(shí)例中，預(yù)處理氣體含有濃度在從約1摩爾百分比(摩 爾％)至約10摩爾％范圍內(nèi)的氯氣，優(yōu)選地，從約3摩爾％至約7摩爾％， 和更優(yōu)選地從約4摩爾％至約6摩爾％，例如為約5摩爾％。在其他實(shí)例中， 預(yù)處理氣體含有在從約5摩爾％至約25摩爾％范圍內(nèi)濃度的氨氣，優(yōu)選地從 約10摩爾％至約20摩爾％，和更優(yōu)選地從約12摩爾％至約18摩爾％，例如 為約15摩爾％。
在另一實(shí)施方式中，在HVPE工藝期間處理室含有具有氯氣和氨氣的沉積 氣體。沉積氣體含有在從約0.01摩爾。％至約1摩爾％范圍內(nèi)濃度的氯氣，優(yōu) 選地從約0.05摩爾％至約0.5摩爾％,更優(yōu)選地，從約0.07摩爾％至約0.4 摩爾％，例如為約O. 1摩爾％。在其他實(shí)例中，沉積氣體含有在從約5摩爾％ 至約25摩爾％范圍內(nèi)濃度的氨氣，優(yōu)選地從約10摩爾％至約25摩爾％，和 更優(yōu)選地從約12摩爾％至約18摩爾％，例如為約15摩爾％。
在其他實(shí)施方式中，在HVPE工藝或室清洗工藝期間排氣管道可被加熱到 約20(TC以下的溫度。實(shí)例提供了在HVPE工藝或者室清洗工藝期間將排氣管 道加熱到約17(TC以下的溫度，諸如約150。C以下，諸如約13(TC以下，諸如 約10(TC以下，諸如約7(TC以下，諸如約5(TC以下。在其他實(shí)例中，在工藝 或室清洗工藝期間加熱排氣管道至從約3(TC到約20(TC范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地 從約30。C至約170°C，更優(yōu)選地從約3CTC至約15(TC，更優(yōu)選地從約50。C至 約120°C，和更優(yōu)選地從約5(TC至約100°C。
在HVPE工藝或室清洗工藝期間處理室可具有約760乇以下的內(nèi)部壓力，優(yōu)選地在從約100乇至約760乇的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從約200乇至約760乇， 和更優(yōu)選地從約350乇至約760乇，例如為約450乇。在一些實(shí)例中，清洗 氣體含有在從約1摩爾％至約10摩爾％范圍內(nèi)濃度的氯氣，優(yōu)選地從約3摩 爾％至約7摩爾％，和更優(yōu)選地從約4摩爾％至約6摩爾％，例如為約5摩爾
在另一實(shí)施方式中，在與圖1中描述的HVPE室相似的處理室內(nèi)進(jìn)行如在 此描述的氣相沉積工藝和室清洗工藝。在于2006年4月26日提交的共同指定 的美國(guó)序列No. 11/411， 672、且公開(kāi)為US 2007-0254100和2006年4月14日 提交的美國(guó)序列No. 11/404,516、且公開(kāi)為US 2007-0240631中描述了可用于 實(shí)施本發(fā)明實(shí)施方式的示范性室，通過(guò)參考將其整體并入本文。
圖1中的裝置100包括容納處理容積108的室主體102。噴頭組件104被 設(shè)置在處理容積108的一端，和基板載體114被設(shè)置在處理容積108的另一 端?；遢d體114包括其中在處理期間設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)基板的一個(gè)或多個(gè)凹 槽16?；遢d體114可承載六個(gè)以上的基板。在一個(gè)實(shí)施方式中，基板載體 114承載八個(gè)基板。將理解，在基板載體114上可承載或多或少的基板。典型 的基板是藍(lán)寶石、碳化硅或硅?；宄叽鐬橹睆皆趶?0mm—100mm或更大的 范圍內(nèi)?；遢d體尺寸在從200mm—500mm范圍內(nèi)?；遢d體可由各種材料形 成，包括碳化硅或碳化硅涂覆的石墨。將理解，基板可含有藍(lán)寶石、碳化硅、 氮化鎵、硅、石英、砷化鎵、氮化鋁、玻璃或其衍生物。將理解，在裝置100 內(nèi)和根據(jù)在此描述的處理可處理其它尺寸的基板。如以上描述的噴頭組件較傳 統(tǒng)HVPE室可允許橫跨更大數(shù)量的基板或更大的基板更加均勻的沉積，由此降 低制造成本。在處理期間基板載體114可繞其中心軸旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施方式中， 基板可在基板載體114內(nèi)單獨(dú)旋轉(zhuǎn)。
可旋轉(zhuǎn)基板載體114。在一個(gè)實(shí)施方式中，基板載體114可以以約2RPM 至約100RPM旋轉(zhuǎn)。在另一實(shí)施方式中，基板載體114可以約30RPM旋轉(zhuǎn)。旋 轉(zhuǎn)基板載體114有助于向每個(gè)基板提供處理氣體的均勻曝光。
多個(gè)燈130a、 130b可設(shè)置在基板載體114下方。對(duì)于很多應(yīng)用，典型的 燈布置可包括在基板上方(未示出)和下方(未示出)的成排的燈。 一個(gè)實(shí)施 方式可結(jié)合自側(cè)面的燈。在某些實(shí)施方式中，燈可被布置成同心圓。例如，燈 的內(nèi)部陣列130b可包括八個(gè)燈，和燈的外部陣列130a可包括十二個(gè)燈。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，燈130a、 130b的每一個(gè)都可被單獨(dú)供電。在另一 實(shí)施方式中，燈的陣列130a、 130b可被設(shè)置在噴頭組件104的上方和內(nèi)部。 將理解，可以是其它布置和其他數(shù)量的燈。選擇性供電燈的陣列130a、 130b 以加熱基板載體114的內(nèi)部和外部區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方式中，燈130a、 130b 作為內(nèi)部和外部陣列被共同供電，陣列中中陣列的頂部和底部可被共同供電或 分別供電。在再一實(shí)施方式中，分離的燈或加熱元件可被設(shè)置在源舟280的上 方和/或下方。將理解，本發(fā)明不限于使用燈的陣列。任何合適的加熱源都可 用于確保將適當(dāng)溫度充分施加到處理室、其中的基板以及金屬源。例如，預(yù)期 可利用快速熱處理燈系統(tǒng)諸如2005年7月22日提交且公開(kāi)為US 2006-0018639的共同指定的美國(guó)序列No. 11/187, 188中描述的，通過(guò)參考將 其整體并入本文。
可供電一個(gè)或多個(gè)燈103a、 103b以加熱基板以及源舟280。燈可加熱基 板至從約90(TC至約12(XrC范圍內(nèi)的溫度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，燈130a、 130b保持源舟280內(nèi)的阱820中的金屬源處于從約350°C至約900°C范圍內(nèi)的 溫度。熱電耦可設(shè)置在阱820中以在處理期間測(cè)量金屬源溫度。通過(guò)熱電耦測(cè) 量的溫度可被反饋到調(diào)整從加熱燈130a、 130b提供的熱量的控制器，以根據(jù) 需要控制或調(diào)整阱820中的金屬源的溫度。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，在處理期間，前體氣體106從噴頭組件104向 基板表面流動(dòng)。在基板表面處或附近的前體氣體106的反應(yīng)可沉積各種金屬氮 化物層到基板上，包括GaN、 A1N和InN?？衫枚喾N金屬用于沉積"組合物 膜"諸如AlGaN和/或InGaN。處理容積108可被保持在從約100乇至約760 乇范圍內(nèi)的壓力下。在一個(gè)實(shí)例中，處理容積108被保持在從約450乇至約 760乇范圍內(nèi)的壓力下。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖1的HVPE室的截面透視圖。源舟280 環(huán)繞室主體102。金屬源填充源舟280的阱820。在一個(gè)實(shí)施方式中，金屬源 包括任何合適的金屬源，諸如鎵、鋁或銦，特定金屬根據(jù)特定應(yīng)用需求而選擇。 鹵化物或鹵素氣體通過(guò)源舟280的阱820中的金屬源上方的通道810流動(dòng)且 與金屬源反應(yīng)以形成氣態(tài)的含金屬前體。在一個(gè)實(shí)施方式中，HC1與液態(tài)鎵反 應(yīng)以形成氣態(tài)的GaCl。在另一個(gè)實(shí)施方式中，Cl2與液態(tài)鎵反應(yīng)以形成GaCl 和GaCl3。本發(fā)明的其他實(shí)施方式利用了其他的鹵化物或鹵素以獲得含金屬氣相前體。合適的氫化物包括具有合成物HX (例如，X-C1、 Br或I)的那些和 合適的鹵素包括Cl2、 Bn和l2。例如，不平衡的反應(yīng)等式為 HX (氣體)+M (液態(tài)金屬)一MX (氣體)+H (氣體) 這里，X二C1、 Br或I，和M二Ga、 Al或In。對(duì)于卣素等式為 Z (氣體)+M (液態(tài)金屬)一MZ (氣體)
這里，Z=C12、 Br2或l2和M二Ga、 Al或In。以下氣態(tài)的含金屬種類將稱 作"含金屬前體"(例如金屬氯化物)。
穿過(guò)第一組氣體通路諸如管251將源自源舟280內(nèi)的反應(yīng)的含金屬前體氣 體216引入到處理容積108中。將理解，可以可以自除了源舟280的源產(chǎn)生 含金屬前體氣體216?？赏ㄟ^(guò)第二組氣體通路諸如管252將含氮?dú)怏w226引入 到處理容積108中。雖然示出了管的布置作為合適的氣體分配結(jié)構(gòu)實(shí)例且可用 在一些實(shí)施方式中，但是對(duì)于其他實(shí)施方式也可使用如在此描述的被設(shè)計(jì)成提 供氣體分配的不同類型通路的各種其他類型布置。通路的這種布置實(shí)例包括具 有(作為通路)形成在板中的氣體分配通道的氣體分配結(jié)構(gòu)，如以下更詳細(xì)地 描述的。
在一個(gè)實(shí)施方式中，含氮?dú)怏w包括氨。含金屬前體氣體216和含氮?dú)怏w 226可在基板表面附近或基板表面上反應(yīng)，且金屬氮化物可沉積到基板上。金 屬氮化物可以以約1微米每小時(shí)至約60微米每小時(shí)的速度沉積到基板上。在 一個(gè)實(shí)施方式中，沉積速度為約15微米每小時(shí)至約25微米每小時(shí)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)板260將惰性氣體206引入到處理容積108中。 通過(guò)在含金屬前體氣體216和含氮?dú)怏w226之間流動(dòng)惰性氣體206，含金屬前 體氣體216和含氮?dú)怏w226相互不接觸和過(guò)早地反應(yīng)從而沉積在不希望的表 面上。在一個(gè)實(shí)施方式中，惰性氣體206包括氫、氮、氦、氬或其組合物。在 另一實(shí)施方式中，用惰性氣體206取代氨。在一個(gè)實(shí)施方式中，以約lslm至 約15slm的速度將含氮?dú)怏w226提供到處理容積中。在另一個(gè)實(shí)施方式中， 將含氮?dú)怏w226與載氣共同流動(dòng)。載氣可包括氮?dú)饣驓錃饣蚨栊詺怏w。在一個(gè) 實(shí)施方式中，含氮?dú)怏w226與載氣共同流動(dòng)，以從約Oslm至約15slm范圍內(nèi) 的流速提供該載氣。對(duì)于卣化物或鹵素氣體的典型流速在從約5sccm至約 1000sccm范圍內(nèi)但是包括高達(dá)約5slm的流速。用于鹵化物/鹵素氣體的載氣 在從約0. lslm至約10slm范圍內(nèi)且含有之前所列出的惰性氣體。用從約Oslm至約10slm范圍內(nèi)的惰性氣體進(jìn)行鹵化物/鹵素/載氣氣體混合物的附加稀 釋。惰性氣體206的流速在從約5slm至約40slm的范圍內(nèi)。工藝壓力在從約 100乇至約1000乇的范圍內(nèi)?；蹇杀患訜岬綇募s500'C至約120(TC范圍內(nèi) 的溫度。
惰性氣體206、含金屬前體氣體216以及含氮?dú)怏w226可通過(guò)排氣裝置236 排出處理容積108，該排氣裝置236被分配在處理容積108的圓周附近。排氣 裝置236的這種分配可提供橫跨基板表面的均勻氣流。
如圖3和4中所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式可散置氣體管251和氣體 管252。在氣體管251內(nèi)的含金屬前體氣體216的流速與氣體管252內(nèi)的含氮 氣體226的流速可單獨(dú)控制。單獨(dú)控制的、散置的氣體管可有助于橫跨基板表 面更均勻地分配每一種氣體，其可提供更大的沉積均勻度。
此外，在含金屬前體氣體216和含氮?dú)怏w226之間的反應(yīng)程度將取決于兩 種氣體相接觸的時(shí)間。通過(guò)與基板表面平行地設(shè)置氣體管251和氣體管252， 含金屬前體氣體216和含氮?dú)怏w226在自氣體管251和氣體管252等距離的 點(diǎn)處同時(shí)接觸，且將因此在基板表面上的所有點(diǎn)處都將反應(yīng)至通常相同的程 度。因此，可實(shí)現(xiàn)較大直徑基板的沉積均勻性。應(yīng)當(dāng)理解，在基板表面和氣體 管251和氣體管252之間距離的變化將控制含金屬前體氣體216和含氮?dú)怏w 226將反應(yīng)的程度。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，處理容積108的該尺 寸可在沉積工藝期間變化。而且，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，在氣體管 251和基板表面之間的距離不同于氣體管252和基板表面之間的距離。此外， 在氣體管251和252之間的隔膜也防止了含金屬和含氮前體氣體之間的反應(yīng) 以及在管251和252上以及附近的不希望的沉積。如以下將描述的，惰性氣體 也可在管251和252之間流動(dòng)以有助于保持前體氣體之間的隔離。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，度量(metrology)觀測(cè)口 310可形成在板260 中。這可提供處理期間輻射測(cè)量工具至處理容積108的入口。這種測(cè)量通過(guò) 干涉儀得到，以通過(guò)比較所反射的波長(zhǎng)和所傳送的波長(zhǎng)確定膜在基板上的沉積 速度。測(cè)量也可通過(guò)高溫計(jì)得到以測(cè)量基板溫度。應(yīng)當(dāng)理解，度量觀測(cè)口310 可提供至一般與HVPE結(jié)合使用的任一輻射測(cè)量工具的入口 。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，散置氣體管251和氣體管252可通過(guò)構(gòu)造如 圖5中所示的管道實(shí)現(xiàn)。每一組管實(shí)質(zhì)上都包括連接端口 253，其連接到單個(gè)的干路管257，其也連接到多個(gè)支路管259。每一個(gè)支路管259都具有形成在 通常面對(duì)基板載體114的管的側(cè)面上的多個(gè)氣體端口 255。氣體管251的連接 端口 253可被構(gòu)造成設(shè)置在氣體管252的連接端口 253和處理容積108之間。 氣體管251的干路管257此時(shí)被設(shè)置在氣體管252的干路管257和處理容積 108之間。氣體管252的每一個(gè)支路管259都含有接近于千路管257的連接的 "S"彎曲258,以使得氣體管252的支路管259的長(zhǎng)度平行于且對(duì)準(zhǔn)于氣體 管251的支路管259。相似地，根據(jù)以下討論的本發(fā)明的另一實(shí)施方式，散置 氣體管251和氣體管252可通過(guò)構(gòu)造如圖9中所示的管實(shí)現(xiàn)。將理解，支路管 259的數(shù)量以及因此相鄰支路管之間的間隔可改變。在相鄰支路管259之間的 較大間距會(huì)降低在管表面上的過(guò)早沉積。過(guò)早沉積也可通過(guò)在相鄰管之間添加 隔壁降低。隔壁可設(shè)置成垂直于基板表面，或者隔壁可以是傾斜的以便引導(dǎo)氣 體流動(dòng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，氣體端口 255可被形成為以一角度引導(dǎo) 含金屬前體氣體216至含氮?dú)怏w226。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的板260。如前所述，可通過(guò)橫跨板 206表面散置的多個(gè)氣體端口 255將惰性氣體206引入到處理容積108中。根 據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，板206的凹口 267調(diào)節(jié)氣體管252的干路管257 的定位。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，惰性氣體206可在氣體管251和氣體管 252的支路管259之間流動(dòng)，從而保持含金屬前體氣體216的氣流和含氮?dú)怏w 226分開(kāi)直到這些氣體到達(dá)基板表面。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，如圖7中所示，可通過(guò)板260將含氮?dú)怏w 226引入到處理容積108中。根據(jù)該實(shí)施方式，氣體管252的支路管259被氣 體管251的其它支路管259取代。含金屬前體氣體由此通過(guò)氣體管252被引 入到處理容積108中。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的源舟280的部件。該舟可由覆蓋 底部(圖8B)的頂部(圖8A)制成。結(jié)合這兩部分產(chǎn)生了由阱820上方的通 道810制成的環(huán)形腔。如之前所討論的，含氯氣體811可通過(guò)溝道810流動(dòng) 且可與阱820中的金屬源反應(yīng)以產(chǎn)生含金屬前體氣體813。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè) 實(shí)施方式，含金屬前體氣體813可通過(guò)氣體管251被引入到處理容積108中 作為含金屬前體氣體216。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，含金屬前體氣體813可用圖8C中示出的稀釋端口中的惰性氣體812稀釋。替換地，在進(jìn)入通道810之前惰性氣體812 可被添加到含氯氣體811中。此外，發(fā)生兩種稀釋g卩，在進(jìn)入通道810之前 惰性氣體812可添加到含氯氣體811中，和在通道810出口處可添加另外的 惰性氣體812。稀釋的含金屬前體氣體此時(shí)通過(guò)氣體管251被引入到處理容積 108中作為含金屬前體氣體216。含氯氣體811在金屬源上方的停留時(shí)間將與 通道810長(zhǎng)度成正比。較長(zhǎng)的停留時(shí)間產(chǎn)生含金屬前體氣體216較大的轉(zhuǎn)換效 率。因此，通過(guò)用源舟280環(huán)繞室主體102，能產(chǎn)生較長(zhǎng)通道810，這導(dǎo)致含 金屬前體氣體216的較大轉(zhuǎn)換效率。構(gòu)成通道810的頂部(圖8A)或底部(圖 8B)的典型尺寸處于10—12英寸的范圍內(nèi)。溝道810的長(zhǎng)度是頂部(圖8A) 和底部(圖8B)的圓周且處于30—40英寸的范圍內(nèi)。
圖9示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，氣體管251和252 的干路管257可被重新構(gòu)造以與處理容積108的周邊相配。通過(guò)移動(dòng)干路管 257至該周邊，橫跨基板表面的氣體端255的密度可更均勻。將理解，具有板 260良好重設(shè)結(jié)構(gòu)的干路管257和支路259的其它結(jié)構(gòu)也是可以的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可根據(jù)上述實(shí)施方式作出多種改進(jìn)，同時(shí)仍在 本發(fā)明的范圍內(nèi)。作為實(shí)例，作為內(nèi)部舟的替換例(或者除了內(nèi)部舟)， 一些 實(shí)施方式采用被設(shè)置在室外部的舟。對(duì)于這種實(shí)施方式，分離的加熱源和/或 加熱的氣體線路可用于將前體從外部舟傳送到室。
對(duì)于一些實(shí)施方式， 一些類型的機(jī)械裝置可用于將被重新填充(例如用液
態(tài)金屬)的室內(nèi)的所有舟，而不需打開(kāi)室。例如，利用注入器或者柱塞(plunger) (例如與大規(guī)模吸液比重計(jì)相類似)的一些類型的裝置可被設(shè)置在舟上方以使 舟能夠用液態(tài)金屬重新填充而不需打開(kāi)室。
對(duì)于一些實(shí)施方式，內(nèi)部舟可由連接到內(nèi)部舟的外部大熔爐填充。使用分
離的加熱和溫度控制系統(tǒng)加熱(例如電阻地或經(jīng)由燈)這種熔爐。熔爐可用于 用各種技術(shù)諸如操作者打開(kāi)和關(guān)閉手控閥的分批法、或者通過(guò)使用過(guò)程控制電 子設(shè)備和質(zhì)量流量控制器"供給"該舟。
對(duì)于一些實(shí)施方式，閃蒸技術(shù)可用于將金屬前體傳送到室。例如，閃蒸金
屬前體可經(jīng)由液態(tài)注入器傳送以將小量金屬注入到氣流中。
對(duì)于一些實(shí)施方式， 一些形式的溫度控制可用于保持前體氣體在最佳操作
溫度下。例如，舟(不管是內(nèi)部還是外部)可裝配有直接接觸的溫度傳感器(例如熱電耦)以確定舟中前體的溫度。該溫度傳感器可與自動(dòng)反饋溫度控制連接。 作為直接接觸溫度傳感器的替換方案，遠(yuǎn)程高溫計(jì)可用于監(jiān)控舟溫度。
對(duì)于外部舟設(shè)計(jì)，可利用各種不同類型的噴頭設(shè)計(jì)(諸如以上和以下描述
的那些)。這種噴頭由能夠抵抗極高溫度(諸如高達(dá)ioocrc)的合適材料構(gòu)造， 諸如碳化硅或石英或碳化硅涂覆的石墨。如上所述，管溫度可經(jīng)由熱電耦或遠(yuǎn) 程高溫計(jì)監(jiān)控。
對(duì)于一些實(shí)施方式，可協(xié)調(diào)從室的頂部和底部設(shè)置的成排的燈以以根據(jù)需 要調(diào)節(jié)管溫度從而實(shí)現(xiàn)各種目標(biāo)。這種目標(biāo)可包括最小化管上的沉積、在沉積 工藝期間保持恒定溫度、和確保不超出最大溫度范圍(以最小化由于熱應(yīng)力導(dǎo) 致的損傷)。
于圖5A—B、 6、 8A-C和9A-9B中示出的部件可由任何合適的材料構(gòu)造， 諸如碳化硅、碳化硅涂覆的石墨和/或石英，且具有任何合適的物理尺寸。例 如，對(duì)于一些實(shí)施方式，于圖5A-5B和9A-9B中示出的噴頭管可具有在從約 lmm至約10腿范圍內(nèi)的厚度(例如在一些應(yīng)用中為約2ram)。
也可以以防止由化學(xué)蝕刻和/或腐蝕導(dǎo)致的損傷的方式構(gòu)造管。例如，管 可包括一些類型的涂層，諸如碳化硅或最小化了由化學(xué)蝕刻和腐蝕導(dǎo)致的損傷 的一些其它合適涂層。作為替換方案，或者此外，管可被屏蔽管不受蝕刻和腐 蝕影響的分離部分包圍。對(duì)于一些實(shí)施方式，主(例如中心)管可以是石英同 時(shí)支路管可以是碳化硅。
在一些應(yīng)用中，存在沉積物形成在管上的危險(xiǎn)，這例如通過(guò)堵塞氣體端口 妨礙了性能。對(duì)于一些實(shí)施方式，為了防止或最小化沉積，可在管之間設(shè)置一 些類型的阻擋(例如擋板或板)。這種阻擋可被設(shè)計(jì)成可去除的且可容易替換， 由此利于維護(hù)和修理。
雖然在此已經(jīng)描述了利用支路管的噴頭設(shè)計(jì)，但是對(duì)于一些實(shí)施方式，管 構(gòu)造可用被設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)相似功能的不同類型構(gòu)造替換。作為實(shí)例，對(duì)于一些實(shí) 施方式，可向單片板中鉆出傳送通道和孔，該單片板在氣體分離和傳送到主室 方面提供了與管相似的功能。作為替換方案，與其是單片，不如經(jīng)由能夠裝配 到一起或者一些方式組裝(例如鍵合、悍接或者braised)的多個(gè)部件構(gòu)造分 配板。
對(duì)于其他實(shí)施方式，可形成固態(tài)石墨管，涂覆有碳化硅，和石墨可隨后被去除以留下一系列的通道和孔。對(duì)于一些實(shí)施方式，噴頭可以被構(gòu)造成具有各 種形狀(例如橢圓形、圓形、矩形或方形)的間隙或者在其中形成有孔的不透
光的石英板。尺寸適當(dāng)?shù)墓艿?例如具有2mmX4mm DD的通道)可被熔焊到 板上用于氣體傳送。
對(duì)于一些實(shí)施方式，各部件可由不同的材料制成。在這種情況下，可進(jìn)行 測(cè)量以盡量確保部件可靠裝配且防止氣體泄漏。作為實(shí)例，對(duì)于一些實(shí)施方式， 凸緣可用于可靠裝配石英管到金屬部分中，以防止氣體泄漏。這種凸緣可由任 何合適的材料制成，例如其允許導(dǎo)致部件膨脹和收縮不同量的不同部件的熱膨 脹差，否則這會(huì)引起對(duì)部件的損傷或氣體泄漏。
如上所述(例如參考圖2)，鹵化物或鹵素氣體可用在沉積工藝中。此外， 前述的鹵化物和鹵素可用作蝕刻劑氣體用于原位清洗反應(yīng)器。這種清洗工藝可 包括將鹵化物或鹵素氣體(具有或不具有惰性載氣)流入到室中。從約IO(TC 至約120(TC的溫度下，蝕刻劑氣體可從反應(yīng)室壁和表面去除沉積物。蝕刻劑 氣體的流速?gòu)募slslm至約20slm變化且惰性載氣的流速?gòu)募s0slm至約20slm 變化。相應(yīng)的壓力從約100乇至約1000乇變化和室溫度從約2(TC至約1200 "C變化。
而且，前述鹵化物和鹵素氣體可用在基板的預(yù)處理工藝中，例如用以促進(jìn) 高質(zhì)量膜生長(zhǎng)。一個(gè)實(shí)施方式可包括將鹵化物或鹵素氣體經(jīng)由管251或經(jīng)由板 260流入到室中而不需流過(guò)舟280。惰性載氣和/或稀釋氣體可與鹵化物或鹵 素氣體組合。同時(shí)NH3或相似的含氮前體可流過(guò)管252。預(yù)處理的另一實(shí)施方 式可提供僅流動(dòng)含氮前體，具有或不具有惰性氣體。其它實(shí)施方式可具有兩個(gè) 或多個(gè)分立步驟的序列，其每一個(gè)在持續(xù)時(shí)間、氣體、流速、溫度和壓力方面 都是不同的。對(duì)于鹵化物或鹵素典型的流速在從約50sccm至約1000sccm的 范圍內(nèi)，但是可包括高達(dá)約5slm的流速。鹵化物/鹵素氣體的載氣可具有在 從約lslm至約40slm范圍內(nèi)的流速且含有之前所列的惰性氣體。用具有在從 約Oslm至約lOslm范圍內(nèi)的流速的惰性氣體進(jìn)行鹵化物/鹵素/載氣混合物 的附加稀釋。NH3的流速在從約lslm至約30slm范圍內(nèi)且通常大于蝕刻劑氣體 流速。工藝壓力在從約100乇至約1000乇的范圍內(nèi)變化。典型基板溫度在從 約50(TC至約120(TC的范圍內(nèi)。
此外，對(duì)于清洗/沉積工藝可產(chǎn)生Cl2等離子體。而且，在此描述的室可實(shí)施為多室系統(tǒng)的一部分，該多室系統(tǒng)在2006年4月14日提交的共同指定的 美國(guó)序列No. 11/404,516且公開(kāi)為US 2007-0240631中描述了，在此通過(guò)參 考將其整體并入本文。如其中所述的，可包括遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器作為室硬件 的一部分，其可用在在此描述的HVPE室中。在該申請(qǐng)中描述的用于沉積和清 洗工藝的氣體線路和工藝控制硬件/軟件也可用于在此描述的HVPE室。對(duì)于 一些實(shí)施方式，氯氣或等離子體可從頂板上方傳送，諸如圖6中所示，或者通 過(guò)傳送含Ga前體的管傳送?？捎玫牡入x子體類型并非排他地限于氯，而是可 包括氟、碘或溴。用于產(chǎn)生等離子體的源氣體可以是鹵素諸如Cl2、 Bn或l2， 或者可以是含有V族元素(例如N、 P、或As)的氣體，諸如NF3。
雖然前述內(nèi)容針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式，但是也可作出本發(fā)明其它和進(jìn)一步 的實(shí)施方式而不超出其基本范圍，且其范圍由以下的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于在基板上形成氮化鎵的方法，包括加熱固態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源；將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣(Cl2)以形成氯化鎵氣體；和在混合氣相外延工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯化鎵氣體和包括氨的氮前體氣體同時(shí)在基板上形成氮化鎵層。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在混合氣相外延工藝期間將基板加熱到從約800。C至約IIO(TC范圍內(nèi)的溫度。
3. 如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在形成氮化鎵層之前的預(yù)處理工藝 期間將基板暴露到包括氯氣的預(yù)處理氣體中。
4. 如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，預(yù)處理氣體還包括氨或氯化鎵，和 預(yù)處理氣體還包括氬、氮、氫或其組合。
5. 如權(quán)利要求3的方法，其特征在于,在預(yù)處理工藝期間將基板加熱到從 約50(TC至約125(TC范圍內(nèi)的溫度，和在預(yù)處理工藝期間氯氣具有從約50sccm 至約1000sccm范圍內(nèi)的流速。
6. 如權(quán)利要求1的方法，其特征在于,在形成氮化鎵層之后的室清洗工藝 期間將處理室暴露到氯氣。
7. 如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，在室清洗工藝期間將處理室加熱到 從約50(TC至約125(TC范圍內(nèi)的溫度。
8. 如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，在室清洗工藝期間將處理室暴露到 等離子體。
9. 一種在基板上形成氮化鋁材料的方法，包括 加熱金屬鋁源以形成加熱的金屬鋁源；將加熱的金屬鋁源暴露到氯氣(Cl2)以形成氯化鋁氣體；和 在混合氣相沉積工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯化鋁氣體和包括氨 的氮前體氣體同時(shí)在基板上形成氮化鋁層。
10. 如權(quán)利要求9的方法，其特征在于，將基板加熱到從約80(TC至約1100 "C范圍內(nèi)的溫度。
11. 如權(quán)利要求9的方法，其特征在于，在形成氮化鎵層之前的預(yù)處理工藝期間將基板暴露到包括氯氣的預(yù)處理氣體。
12. 如權(quán)利要求11的方法，其特征在于，預(yù)處理氣體還包括氨或氯化鋁， 和預(yù)處理氣體還包括氬、氮、氫或其組合。
13. 如權(quán)利要求11的方法，其特征在于，在預(yù)處理工藝期間將基板加熱到 在從約50(TC至約125(TC范圍內(nèi)的溫度，和在預(yù)處理工藝期間氯氣具有從約 50sccm至約4000sccm范圍內(nèi)的流速。
14. 如權(quán)利要求9的方法，其特征在于，在形成氮化鋁層之后的室清洗工 藝期間將處理室暴露到氯氣。
15. 如權(quán)利要求14的方法，其特征在于，在預(yù)處理工藝期間處理室被加熱 到從約50(TC至約120(TC范圍內(nèi)的溫度，和氯氣具有從約50sccm至約 lOOOsccm范圍內(nèi)的流速。
16. 如權(quán)利要求14的方法，其特征在于，在室清洗工藝期間將處理室暴露 到等離子體。
17. —種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，包括 在預(yù)處理工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯氣(Cl2)同時(shí)形成預(yù)處理的表面；加熱金屬源以形成加熱的金屬源，其中加熱的金屬源包括選自由鎵、鋁、銦、其合金和其組合物構(gòu)成的組的元素；將加熱的金屬源暴露到含氯氣體以形成金屬氯化物氣體；和 在混合氣相外延工藝期間將基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時(shí)在預(yù)處理的表面上形成金屬氮化物層。
18. 如權(quán)利要求17的方法，其特征在于,含氯氣體包括氯化氫或氯氣。
19. 一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，包括 提供在耦合到排氣系統(tǒng)的處理室內(nèi)的基板，其中該排氣系統(tǒng)包括排氣管道；在預(yù)處理工藝期間將基板暴露到包括氯氣的預(yù)處理氣體，同時(shí)形成預(yù)處 理的表面，并在預(yù)處理工藝期間加熱排氣管道至約IO(TC或IO(TC以下的溫度； 加熱固態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源； 將氯氣暴露到液態(tài)金屬鎵源以形成氯化鎵氣體；和在混合氣相外延工藝期間將基板暴露到氯化鎵氣體和氮前體氣體，同時(shí)在基板上形成氮化鎵層。
20. —種在基板上形成氮化鎵材料的方法，包括加熱金屬源以形成加熱的金屬源，其中加熱的金屬源包括選自由鎵、鋁、 銦、其合金和其組合物構(gòu)成的組的元素；將加熱的金屬源暴露到氯氣(Cl2)以形成金屬氯化物氣體；在混合氣相外延工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮 前體氣體同時(shí)在基板上形成金屬氮化物層；和在形成金屬氮化物層之后的室清洗工藝期間將處理室暴露到氯氣。
21. 如權(quán)利要求20的方法，其特征在于，在室清洗工藝之前從處理室移除 基板，和在室清洗工藝期間將處理室加熱到在從約50(TC至約120CTC范圍內(nèi) 的溫度。
22. 如權(quán)利要求20的方法，其特征在于,在室清洗工藝之前從處理室移除 基板和在室清洗工藝期間將處理室暴露到等離子體。
23. —種在基板上形成m族氮化物材料的方法，包括 加熱三垸基ni族化物至預(yù)定溫度；將三垸基m族化合物暴露到氯氣(ci2)以形成金屬氯化物氣體；和 在氣相沉積工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體 氣體同時(shí)在基板上形成金屬氮化物層。
24. 如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，三烷基III族化合物包括三烷基鎵 化合物和金屬氯化物氣體包括氯化鎵。
25. 如權(quán)利要求23的方法，其特征在于,三垸基ni族化合物包括三烷基鋁 化合物和金屬氯化物氣體包括氯化鋁。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于沉積III/V族化合物的方法，實(shí)施方式主要涉及用于通過(guò)混合氣相外延(HVPE)工藝形成III-V族材料的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種用于在處理室中基板上形成氮化鎵材料的方法，其包括加熱金屬源以形成加熱的金屬源；其中加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、其合金或其組合物，將加熱的金屬源暴露到氯氣同時(shí)形成金屬氯化物氣體，在HVPE工藝期間將基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時(shí)在基板上形成金屬氮化物層。該方法還提供了在形成金屬氮化物層之前的預(yù)處理工藝期間將基板暴露到氯氣。在一個(gè)實(shí)例中，在預(yù)處理工藝期間將處理室的排氣管道加熱到約200℃以下。
文檔編號(hào)C23C16/44GK101409233SQ20081016823
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月5日
發(fā)明者圣·W·權(quán), 奧爾加·克里萊克, 尤里·梅爾尼克, 桑迪普·尼杰霍安, 洛里·D·華盛頓, 杰 蘇, 雅各布·W·格雷森 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司