Hvpe腔室硬件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本文所公開(kāi)的實(shí)施例一般涉及HVPE腔室。腔室可具有兩個(gè)不同的前驅(qū)物源，兩個(gè)不同的前驅(qū)物源與腔室耦接以便沉積兩個(gè)不同層。舉例而言，鎵源與不同的鋁源可耦接至處理腔室以便在相同處理腔室中分別地沉積氮化鎵與氮化鋁于基板上?？稍谳^低溫度下在與鎵及鋁不同的位置處將氮導(dǎo)入處理腔室。不同溫度造成氣體混合在一起、反應(yīng)且沉積于基板上，且極少或沒(méi)有沉積于腔室壁上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】HVPE腔室硬件
[0001]本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2010/030492、國(guó)際申請(qǐng)日為2010年4月9日并且于2011年11月26日進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段的中國(guó)國(guó)家階段申請(qǐng)?zhí)枮?01080019343.2的“HVPE腔室硬件” 一案的分案申請(qǐng)。
[0002]發(fā)明背景

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本文所公開(kāi)的實(shí)施例一般涉及氫化物汽相外延(hydride vapor phaseepitaxy, HVPE)腔室。

【背景技術(shù)】
[0004]現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)III族氮化物半導(dǎo)體在短波長(zhǎng)發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、以及電子器件(包括高功率、高頻率以及高溫晶體管與集成電路)的發(fā)展與制造中越來(lái)越重要。已經(jīng)用來(lái)沉積III族氮化物的一種方法是HVPE。HVPE中，氫化物氣體與III族金屬反應(yīng)接著與氮前驅(qū)物反應(yīng)以形成III族金屬氮化物。
[0005]隨著對(duì)LED、LD、晶體管以及集成電路的需求增大，沉積III族金屬氮化物的效率便較具重要性。因此，本領(lǐng)域中需要一種改良的HVPE沉積方法與HVPE設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文所公開(kāi)的實(shí)施例一般涉及HVPE腔室。腔室可具有一個(gè)或多個(gè)與自己耦接的前驅(qū)物源。當(dāng)兩個(gè)不同前驅(qū)物源與腔室耦接時(shí)，可沉積兩個(gè)不同層。舉例而言，鎵源與不同的鋁源可耦接至處理腔室，以便在相同處理腔室中分別地沉積氮化鎵與氮化鋁于基板上。在一個(gè)實(shí)施例中，五個(gè)前驅(qū)物源可耦接至腔室。這些前驅(qū)物源能夠分配前驅(qū)物，諸如鎵、銦、鋁、硅與鎂。當(dāng)前驅(qū)物用來(lái)形成含氮化合物時(shí)，可應(yīng)用含氮?dú)怏w(例如，nh3)?？稍谳^低溫度下在與前驅(qū)物不同的位置處將氮導(dǎo)入處理腔室。腔室的幾何結(jié)構(gòu)可經(jīng)設(shè)定以致將前驅(qū)物與反應(yīng)性氣體分別地導(dǎo)入腔室以避免高濃度混合。腔室慣性經(jīng)設(shè)計(jì)以藉由流動(dòng)、擴(kuò)散與對(duì)流來(lái)混合氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，不同的溫度造成氣體混合在一起、反應(yīng)并沉積于基板上，且極少或沒(méi)有沉積于腔室壁上。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備包括腔室主體，所述腔室主體具有腔室壁；反應(yīng)性產(chǎn)物舟，耦接至腔室主體；第一反應(yīng)性產(chǎn)物源，配置于反應(yīng)性產(chǎn)物舟中；及第二反應(yīng)性源，配置于反應(yīng)性產(chǎn)物舟中。設(shè)備亦可包括第一電阻加熱器，所述第一電阻加熱器耦接至反應(yīng)性產(chǎn)物舟；第三反應(yīng)性源，耦接至腔室主體且配置于反應(yīng)性產(chǎn)物舟外；第二電阻加熱器，嵌于腔室壁中；及氣體分配噴頭，配置于腔室主體中且與第三反應(yīng)性源耦接。設(shè)備亦可包括基座，所述基座配置于腔室主體中且在噴頭對(duì)面；一個(gè)或多個(gè)加熱元件，配置于基座下方；第一氣體環(huán)，沿著腔室壁配置于腔室主體中，且耦接至第一反應(yīng)性產(chǎn)物與第二反應(yīng)性產(chǎn)物兩者；及第二氣體環(huán)，耦接至第一氣體環(huán)，第二氣體環(huán)具有多個(gè)開(kāi)口穿過(guò)其中，以允許氣體進(jìn)入腔室主體。
[0008]另一實(shí)施例中，方法包括將基板插入處理腔室。處理腔室具有氣體分配噴頭，所述氣體分配噴頭配置于基座上方，而基板配置于基座上。處理腔室亦具有氣體入口環(huán)，所述氣體入口環(huán)配置于處理腔室中且在氣體分配噴頭與基座之間。方法亦包括在處理腔室遠(yuǎn)端加熱第一反應(yīng)性氣體、通過(guò)氣體入口環(huán)將第一反應(yīng)性氣體導(dǎo)入處理腔室、通過(guò)氣體分配噴頭將第二反應(yīng)性氣體導(dǎo)入處理腔室、并加熱處理腔室壁。方法亦可包括旋轉(zhuǎn)基板并于基板上沉積層，所述層是第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體的反應(yīng)性產(chǎn)物。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]為了更詳細(xì)地了解本發(fā)明的上述特征，可參照實(shí)施例(某些描繪于附圖中)來(lái)理解本發(fā)明簡(jiǎn)短概述于上的特定描述。然而，需注意附圖僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施例而因此不被視為對(duì)本發(fā)明范圍的限制因素，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等效實(shí)施例。
[0010]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的HVPE設(shè)備100的示意圖。
[0011]圖2是根據(jù)另一實(shí)施例的設(shè)備200的示意立體圖。
[0012]圖3A是根據(jù)另一實(shí)施例的處理腔室300之示意立體圖。
[0013]圖3B是圖3A的示意剖面圖。
[0014]圖4是根據(jù)另一實(shí)施例的處理腔室400的示意剖面圖。
[0015]圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的前驅(qū)物源500的示意剖面圖。
[0016]圖6是根據(jù)另一實(shí)施例的前驅(qū)物源600的示意剖面圖。
[0017]圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的處理腔室中浮力的示意圖。
[0018]圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的處理腔室中熱分配的示意圖。
[0019]為了促進(jìn)理解，盡可能應(yīng)用相同的元件符號(hào)來(lái)標(biāo)示圖示中相同的元件。預(yù)期一個(gè)實(shí)施例揭露的元件可有利地用于其他實(shí)施例而不需特別詳述。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本文所公開(kāi)的實(shí)施例一般涉及HVPE腔室。腔室可具有一個(gè)或多個(gè)與自己耦接的前驅(qū)物源。當(dāng)兩個(gè)不同前驅(qū)物源與腔室耦接時(shí)，可沉積兩個(gè)不同層。舉例而言，鎵源與不同的鋁源可耦接至處理腔室以便在相同處理腔室中分別地沉積氮化鎵與氮化鋁于基板上。在一個(gè)實(shí)施例中，五個(gè)前驅(qū)物源可耦接至腔室。這些前驅(qū)物源能夠分配前驅(qū)物，諸如鎵、銦、鋁、硅與鎂。當(dāng)前驅(qū)物用來(lái)形成含氮化合物時(shí)，可應(yīng)用含氮?dú)怏w(例如，nh3)。可在較低溫度下在與前驅(qū)物不同的位置處將氮導(dǎo)入處理腔室。腔室的幾何結(jié)構(gòu)可經(jīng)設(shè)定以致將前驅(qū)物與反應(yīng)性氣體分別地導(dǎo)入腔室以避免高濃度混合。腔室慣性經(jīng)設(shè)計(jì)以藉由流動(dòng)、擴(kuò)散與對(duì)流來(lái)混合氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，不同的溫度造成氣體混合在一起、反應(yīng)并沉積于基板上，且極少或沒(méi)有沉積于腔室壁上。此外，腔室設(shè)有金屬氧化物源輸送系統(tǒng)。此外，腔室設(shè)有活性品類(lèi)產(chǎn)生器，諸如等離子體順流、氣體加熱器、熱金屬線等。
[0021]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的HVPE設(shè)備100的示意圖。設(shè)備包括蓋104所封圍的腔室102。通過(guò)氣體分配噴頭106將來(lái)自第一氣體源110的處理氣體輸送至腔室102。在一個(gè)實(shí)施例中，氣體源110可包括含氮化合物。另一實(shí)施例中，氣體源110可包括氨。在一個(gè)實(shí)施例中，亦可通過(guò)氣體分配噴頭106或通過(guò)腔室102的壁108中的任一個(gè)導(dǎo)入惰性氣體(諸如，氦或雙原子氮)。能量源112可配置于氣體源110與氣體分配噴頭106之間。在一個(gè)實(shí)施例中，能量源112可包括加熱器。能量源112可分解來(lái)自氣體源110的氣體(例如，氨)，以致來(lái)自含氮?dú)怏w的氮更具反應(yīng)性。
[0022]為了與來(lái)自第一源110的氣體反應(yīng)，可自一個(gè)或多個(gè)第二源118輸送前驅(qū)物材料。一個(gè)或多個(gè)第二源118可包括前驅(qū)物(諸如，鎵與鋁)?？衫斫怆m然提及兩個(gè)前驅(qū)物，但可如上述般輸送更多或更少的前驅(qū)物。在一個(gè)實(shí)施例中，前驅(qū)物包括鎵，所述鎵以液體形式存在于前驅(qū)物源118中。另一實(shí)施例中，前驅(qū)物包括鋁，所述鋁以固體形式存在于前驅(qū)物源118中。在一個(gè)實(shí)施例中，鋁前驅(qū)物可為固體、粉末形式?？山逵闪鲃?dòng)反應(yīng)性氣體越過(guò)與/或穿過(guò)前驅(qū)物源118中的前驅(qū)物來(lái)輸送前驅(qū)物至腔室102。在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)性氣體可包括含氯氣體(例如，雙原子氯)。含氯氣體可與前驅(qū)物源(諸如，鎵或鋁)反應(yīng)以形成氯化物。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)第二源118可包括低共熔材料及其合金。另一實(shí)施例中，HVPE設(shè)備100可經(jīng)配置以處理?yè)诫s源及至少一個(gè)本質(zhì)源以控制摻雜濃度。
[0023]為了提高含氯氣體與前驅(qū)物反應(yīng)的有效性，含氯氣體可曲折通過(guò)腔室132中的舟區(qū)并以電阻加熱器120來(lái)加熱含氯氣體。藉由提高含氯氣體曲折通過(guò)腔室132的停留時(shí)間，可控制含氯氣體的溫度。藉由提高含氯氣體的溫度，氯可更快地與前驅(qū)物反應(yīng)。換句話說(shuō)，溫度是氯與前驅(qū)物之間的反應(yīng)的催化劑。
[0024]為了提高前驅(qū)物的反應(yīng)性，可藉由第二腔室132中的電阻加熱器120在舟中加熱前驅(qū)物。舉例而言，在一個(gè)實(shí)施例中，可將鎵前驅(qū)物加熱至約750°C至約850°C之間的溫度。氯化物反應(yīng)產(chǎn)物可接著輸送至腔室102。反應(yīng)性氯化物產(chǎn)物首先進(jìn)入管122，其中產(chǎn)物均勻地分散于管122中。管122連接至另一管124。在氯化物反應(yīng)產(chǎn)物已經(jīng)均勻地分散于第一管122中后，氯化物反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入第二管124。氯化物反應(yīng)產(chǎn)物接著進(jìn)入腔室102，其中產(chǎn)物與含氮?dú)怏w反應(yīng)以在配置于基座114上的基板116上形成氮化物層。在一個(gè)實(shí)施例中，基座114可包括碳化硅。氮化物層可包括諸如氮化鎵或氮化鋁?？赏ㄟ^(guò)排氣裝置126排出其他反應(yīng)產(chǎn)物(諸如，氮與氯)。
[0025]腔室102可具有能導(dǎo)致浮力效應(yīng)的熱梯度。舉例而言，在約450°C與約550°C之間的溫度下通過(guò)氣體分配噴頭106導(dǎo)入氮基氣體。腔室壁108可具有約600°C至約700°C的溫度?；?14可具有約1050至約1150°C的溫度。因此，腔室102中的溫度差異可讓氣體在受熱時(shí)于腔室102中上升而在冷卻時(shí)下降。氣體的上升與下降可造成氮?dú)馀c氯化物氣體的混合。此外，浮力效應(yīng)因?yàn)榛旌峡蓽p少氮化鎵或氮化鋁沉積于壁108上的數(shù)量。
[0026]以配置于基座114下方的燈模塊128加熱基座114來(lái)達(dá)成處理腔室102的加熱。沉積過(guò)程中，燈模塊128是處理腔室102熱量的主要來(lái)源。雖然顯示且描述成燈模塊128，但可理解能應(yīng)用其他加熱源?？山逵衫们队谇皇?02的壁108中的加熱器130來(lái)達(dá)成處理腔室102的額外加熱。嵌于壁108中的加熱器130可在沉積處理過(guò)程中提供少量(若有的話)的熱量。熱電偶可用來(lái)測(cè)量處理腔室內(nèi)的溫度。熱電偶的輸出可反饋至控制器，所述控制器基于來(lái)自熱電偶的讀數(shù)控制加熱器130的加熱。舉例而言，若腔室太冷時(shí)，將打開(kāi)加熱器130。若腔室太熱時(shí)，將關(guān)掉加熱器130。此外，來(lái)自加熱器130的加熱量可經(jīng)控制以致由加熱器130提供少量的熱量。
[0027]沉積處理后，通常將基板116自處理腔室102取出。關(guān)掉燈模塊128。在來(lái)自燈模塊128的熱量不存在的情況下，腔室102可快速冷卻。已經(jīng)沉積于壁108上的氮化物前驅(qū)物的熱膨脹系數(shù)可不同于壁108本身的熱膨脹系數(shù)。因此，氮化物前驅(qū)物會(huì)因?yàn)闊崤蛎浂善瑒冸x。為了避免不期望的成片剝離，可打開(kāi)嵌于腔室壁108中的加熱器130以控制熱膨脹并維持腔室102于期望腔室溫度下?？稍俣然趤?lái)自熱電偶的實(shí)時(shí)反饋來(lái)控制加熱器130。一旦關(guān)掉燈模塊128后，可打開(kāi)或調(diào)高加熱器130以維持腔室102溫度在期望溫度下，以致氮化物前驅(qū)物不會(huì)成片剝離而污染基板或基座114上的空地而造成不均勻的基座114表面。藉由維持腔室壁108在高溫下，清潔氣體(例如，氯)可更有效地自腔室壁108清潔沉積物。
[0028]一般而言，沉積處理將如下進(jìn)行。首先可將基板116插入處理腔室102并配置于基座114上。在一個(gè)實(shí)施例中，基板116可包括藍(lán)寶石?？纱蜷_(kāi)燈模塊128以加熱基板16且對(duì)應(yīng)地加熱腔室102?？勺缘谝辉?10將含氮反應(yīng)性氣體導(dǎo)入處理腔室。含氮?dú)怏w可通過(guò)能量源112(例如，氣體加熱器)以導(dǎo)致含氮?dú)怏w進(jìn)入更具反應(yīng)性狀態(tài)。含氮?dú)怏w接著通過(guò)腔室蓋104與氣體分配噴頭106。在一個(gè)實(shí)施例中，腔室蓋104可為水冷式。
[0029]亦可將前驅(qū)物輸送至腔室102。含氯氣體可通過(guò)與/或越過(guò)前驅(qū)物源118中的前驅(qū)物。含氯氣體接著與前驅(qū)物反應(yīng)以形成氯化物。利用電阻加熱器120在源模塊132中加熱氯化物并接著將氯化物輸送至上游管122中，其中氯化物均勻地分散于管122中。氯化物氣體接著在導(dǎo)入腔室102內(nèi)容積之前流向其他管124?？衫斫怆m然討論為含氯氣體，但本發(fā)明并不限于含氯氣體。反之，可在HVPE處理中應(yīng)用其他化合物。腔室壁118可具有自嵌入壁118中的加熱器130產(chǎn)生的極少量的熱量。腔室120中熱量大部分由基座114下方非燈模塊128所產(chǎn)生。
[0030]由于腔室102中的熱梯度，氯化物氣體與含氮?dú)怏w在處理腔室102中上升與下降并因此混合以形成沉積于基板116上的氮化物。除了沉積于基板116上以外，氮化物層亦可沉積于腔室102的其他暴露區(qū)。氯化物與含氮?dú)怏w的氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物可包括氯與氮，所述氯與氮可通過(guò)排氣裝置126排出腔室。
[0031]一旦沉積處理完成后，可關(guān)掉燈模塊128并提高加熱器130輸出?？梢瞥?16。加熱器130輸出可減少或消除熱膨脹，并因此可將任何沉積氮化物材料維持于原位直至所期望的清潔時(shí)間且不會(huì)自壁108成片剝離而落于引入/輸出基板116的基座114上。一旦沉積處理完成后，可藉由導(dǎo)入蝕刻劑自壁108蝕刻氮化物而移除任何已經(jīng)沉積于壁108上的氮化物。清潔過(guò)程中，可關(guān)掉燈模塊128而熱量大部分可來(lái)自嵌入壁108中的加熱器130。一旦將新的基板116置入腔室102中，可重復(fù)處理。
[0032]雖然討論為將含氮?dú)怏w通過(guò)氣體分配噴頭106導(dǎo)入且將前驅(qū)物輸送至對(duì)應(yīng)于腔室102中間的區(qū)域，但可理解氣體導(dǎo)入位置可為相反的。然而，若通過(guò)噴頭106導(dǎo)入前驅(qū)物，可加熱噴頭106以提高氯化物反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)性。
[0033]由于在不同溫度下輸送氯化物反應(yīng)產(chǎn)物與氨，通過(guò)相同進(jìn)料器輸送氨與氯化物反應(yīng)產(chǎn)物將出現(xiàn)問(wèn)題。舉例而言，若石英噴頭用來(lái)供給氨與氯化物反應(yīng)產(chǎn)物兩者，則石英噴頭會(huì)因?yàn)榘迸c氯化物反應(yīng)產(chǎn)物的不同溫度而破裂。
[0034]此外，沉積處理可包括沉積薄氮化鋁層作為種子層于藍(lán)寶石基板上，接著沉積氮化鎵層。氮化鎵與氮化鋁兩者可在相同處理腔室中沉積。之后，可將藍(lán)寶石基板移除并置于沉積另一層的MOCVD處理腔室中。某些實(shí)施例中，可消除氮化鋁層。當(dāng)?shù)X層與氮化鎵層兩者沉積于相同腔室中時(shí)，可利用雙原子氮逆流來(lái)避免任何其他前驅(qū)物與氯反應(yīng)而形成氯化物反應(yīng)產(chǎn)物?？蓪㈦p原子氮流入前驅(qū)物未反應(yīng)的腔室而將氯流入以接觸其他前驅(qū)物。因此，一時(shí)間內(nèi)僅有一種前驅(qū)物反應(yīng)。
[0035]圖2是根據(jù)另一實(shí)施例的設(shè)備200的示意立體圖。設(shè)備200包括耦接至腔室204的前驅(qū)物源202或舟。腔室204由蓋212、底部210與封圍件208所封圍且由夾鉗206固持于原位。通過(guò)通道214將含氯氣體導(dǎo)入前驅(qū)物源202。含氯氣體在與前驅(qū)物接觸前曲折通過(guò)通道214，以致可提高含氯氣體的溫度至最適合與前驅(qū)物反應(yīng)的預(yù)設(shè)溫度。
[0036]圖3A是根據(jù)另一實(shí)施例的處理腔室300的示意立體圖。處理腔室300包括第一前驅(qū)物源302、第二前驅(qū)物源304、讓氯氣通過(guò)的通道306、上環(huán)308、下環(huán)310與側(cè)壁312。圖3B是圖3A的示意橫剖面圖。在氯化物反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)連接器318 (分散于管314、316之間)流至第二管316之前，氯化物反應(yīng)產(chǎn)物可通過(guò)第一上游管314進(jìn)入腔室并接著均勻地分散于其中。在一個(gè)實(shí)施例中，可呈現(xiàn)多個(gè)基本相同的連接器318。另一實(shí)施例中，可呈現(xiàn)多個(gè)連接器318，其中至少一個(gè)連接器318不同于至少一個(gè)另一連接器318。另一實(shí)施例中，可呈現(xiàn)多個(gè)連接器318，這些連接器基本上均勻地分散于管314、316之間。另一實(shí)施例中，可呈現(xiàn)多個(gè)連接器318，這些連接器非均勻地分散于管314、316之間。在一個(gè)實(shí)施例中，上環(huán)與下環(huán)308、310包括不透明石英。在一個(gè)實(shí)施例中，壁312可包括透明石英。另一實(shí)施例中，管314、316可包括透明石英。下襯里320可包括不透明石英。環(huán)308、310可具有自壁312延伸向外的唇部322。O形環(huán)可配置于唇部322邊緣外以確保O形環(huán)盡可能遠(yuǎn)離被加熱的腔室壁312以及燈模塊。O形環(huán)通常直到約250°C之前是可用的。因此，將O形環(huán)遠(yuǎn)離腔室主體是有好處的。
[0037]圖4是根據(jù)另一實(shí)施例的處理腔室400的示意立體圖。處理腔室400包括支撐軸420支撐的基座418。處理腔室400亦包括腔室壁402，所述腔室壁402具有第一管404與自己耦接。第一管404是氯化物反應(yīng)產(chǎn)物在釋放至腔室前最初流入的管。管404經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)連接器408耦接至第二管406 ο在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)連接器408可經(jīng)配置以基本上平衡氯化物反應(yīng)產(chǎn)物的流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，可呈現(xiàn)多個(gè)基本上相同的連接器408。另一實(shí)施例中，可呈現(xiàn)多個(gè)連接器408，其中至少一個(gè)連接器408不同于至少一個(gè)另一連接器408。另一實(shí)施例中，可呈現(xiàn)多個(gè)連接器408，這些連接器基本上均勻地分散于管404、406之間。另一實(shí)施例中，可呈現(xiàn)多個(gè)連接器408，這些連接器非均勻地分散于管404、406之間。管406具有多個(gè)開(kāi)口 410，經(jīng)由開(kāi)口 410可讓氯化物反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入處理空間。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)口 410可沿著第二管406均勻地分散。另一實(shí)施例中，開(kāi)口 410可沿著第二管406非均勻地分散。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)口 410可具有基本相似尺寸。另一實(shí)施例中，開(kāi)口 410可具有不同尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)口 410可朝向遠(yuǎn)離基板的方向。另一實(shí)施例中，開(kāi)口410可朝向大致面對(duì)基板的方向。另一實(shí)施例中，開(kāi)口 410可朝向基本平行于基板沉積表面的方向。另一實(shí)施例中，開(kāi)口 410可朝向多個(gè)方向。首先藉由將含氯氣體導(dǎo)入前驅(qū)物源或舟來(lái)形成氯化物氣體并流動(dòng)于通道416中。含氯氣體曲折環(huán)繞管414中的通道。通道416由上述電阻加熱器所加熱。因此，在接觸前驅(qū)物之前提高含氯氣體溫度。一旦氯與前驅(qū)物接觸后，產(chǎn)生反應(yīng)以形成氯化物反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)產(chǎn)物流過(guò)耦接至管414的氣體進(jìn)料器412中的通道。接著，氯化物反應(yīng)產(chǎn)物均勻地分散且隨后配置于處理腔室400中。
[0038]圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的前驅(qū)物源500的示意剖面圖。此處所述的實(shí)施例中，前驅(qū)物為鎵，然而，可理解敘述能適用于任何液體前驅(qū)物。前驅(qū)物源500包括前驅(qū)物本身與所述前驅(qū)物上的漂浮件504。漂浮件504為讓氯氣體流過(guò)以與前驅(qū)物接觸的物件。當(dāng)氯與前驅(qū)物接觸時(shí)，將會(huì)使用掉某些前驅(qū)物。因此，液體水平將隨著時(shí)間下降。如此，漂浮件504將向下移動(dòng)并漂浮于前驅(qū)物上，以致即使隨著前驅(qū)物水平下降，氯氣對(duì)前驅(qū)物的暴露也基本上相同。漂浮件504上方的區(qū)域506可隨著前驅(qū)物502減少而增加。漂浮件504的材料可包括PbN以排除石英暴露于鎵。漂浮件504坐落于前驅(qū)物上，前驅(qū)物位于坐落于支撐襯里502上的襯里530中。
[0039]圖6是根據(jù)另一實(shí)施例的前驅(qū)物源600的示意剖面圖。雖然描述提及固體(粉末鋁前驅(qū)物)，但可理解前驅(qū)物可為任何固體前驅(qū)物。前驅(qū)物在噴頭604下方，氯氣通過(guò)噴頭604流入以接觸前驅(qū)物。噴頭604提高氯氣暴露于前驅(qū)物的停留時(shí)間以致可輸送最理想數(shù)量的前驅(qū)物至處理腔室。由于噴頭604非為漂浮件，并不預(yù)期迷宮604上方的區(qū)域606會(huì)隨著時(shí)間增加。噴頭604坐落于支撐襯里602中。
[0040]圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的處理腔室中浮力的示意圖。如線所示，腔室中的氣流是循環(huán)的，以致氣體自腔室底部上升、混合并接著當(dāng)溫度冷卻時(shí)朝向腔室底部下沉。圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的處理腔室中熱分配的示意圖式。如圖8所示，溫度分配基本上圍繞一軸而對(duì)稱(chēng)，但腔室底部至腔室頂部具有溫度梯度。
[0041]本文所討論的實(shí)施例涉及熱壁HVPE CVD反應(yīng)器設(shè)計(jì)，所述設(shè)計(jì)使壁沉積最小化同時(shí)使任何附著于腔室壁的沉積膜足以良好地附著以管理產(chǎn)物基板上的缺陷。腔室經(jīng)建構(gòu)以致可在期望的預(yù)熱溫度下分別地導(dǎo)入兩種反應(yīng)性氣體。氣體注入經(jīng)設(shè)計(jì)以致兩種氣體主要在遠(yuǎn)離壁的地方混合，但可提供足夠的擴(kuò)散距離、體積與浮力以確保完美的預(yù)先混合并產(chǎn)生高品質(zhì)薄膜。
[0042]腔室設(shè)計(jì)包括熱壁HVPE反應(yīng)器，所述反應(yīng)器具有多個(gè)加熱區(qū)以管理壁溫度與梯度；底部燈，以進(jìn)行快速晶圓溫度上升與下降；HVPE舟結(jié)構(gòu)，直接與具有選擇性稀釋能力的腔室內(nèi)容積接合；及腔室結(jié)構(gòu)，促進(jìn)浮力流。腔室設(shè)計(jì)允許注射反應(yīng)性氣體進(jìn)入流動(dòng)的主要流的方法。腔室設(shè)計(jì)亦包括氣體注入方法以讓主要的氣體混合發(fā)生在遠(yuǎn)離壁的氣體空間中；基板加熱器，以進(jìn)行快速溫度上升與下降；頂部加熱器，以進(jìn)行溫度梯度控制；及個(gè)別的氣體注入，以致達(dá)成混合與浮力效應(yīng)。設(shè)備亦包括獨(dú)立加熱器與控制器所加熱的多個(gè)金屬源、包括噴頭特征的石英或陶瓷壁?？蓱?yīng)用氦(而非氮)作為稀釋氣體以保持氣體于較高溫度下?？衫脷怏w加熱器或具有多個(gè)平板的加熱迷宮設(shè)計(jì)加熱頂部氨/氮?dú)饣虬?氦氣以使氨更具反應(yīng)性?？山逵赡芰吭?例如，氣體加熱器)活化頂部氮源與稀釋劑。反應(yīng)性氣體可流過(guò)以能量源預(yù)熱或活化的金屬源舟?？尚D(zhuǎn)基座以進(jìn)行更佳的氣體分配。平板可用來(lái)引導(dǎo)氣體混合物至基板邊緣。此外，可將排氣裝置配置在基板周?chē)蚩膳懦黾訜釟怏w的腔室上部。
[0043]雖然上述針對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例，但可在不悖離本發(fā)明基本范圍下設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其他與更多實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍則由所附權(quán)利要求書(shū)所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，包括: 第一腔室主體； 第二腔室主體，與所述第一腔室主體相連； 舟，位于所述第二腔室主體中； 第一加熱元件，與所述舟耦接； 第二加熱元件，與所述第一腔室主體耦接； 氣體分配元件，配置于所述第一腔室主體中； 基座，配置于所述第一腔室主體中且與所述氣體分配元件相對(duì)； 一個(gè)或多個(gè)第三加熱元件，配置于所述基座下方； 第一管，配置于所述第一腔室主體中所述基座的外圍，所述第一管與所述舟耦接；以及 第二管，與所述第一管耦接，所述第二管具有多個(gè)開(kāi)口貫穿自身。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一腔室主體包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)并且具有一個(gè)或多個(gè)壁，所述一個(gè)或多個(gè)環(huán)包括不透明石英，所述一個(gè)或多個(gè)壁包括透明石英。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括腔室蓋，所述腔室蓋與所述第一腔室主體耦接且位于所述氣體分配元件上方，其中所述氣體分配元件是氣體分配噴頭。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述基座包括碳化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括真空泵，所述真空泵在所述基座下方的一位置處與所述腔室主體耦接。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，第一氣體管和第二氣體管各自包括透明石英。
7.一種方法，包括: 將基板插入處理腔室中，所述處理腔室具有配置于基座上方的氣體分配噴頭，所述基板配置于所述基座上，所述處理腔室亦具有配置于所述處理腔室中且在所述氣體分配噴頭與所述基座之間的氣體入口； 在所述處理腔室遠(yuǎn)端加熱第一反應(yīng)性氣體； 通過(guò)所述氣體入口引導(dǎo)所述第一反應(yīng)性氣體進(jìn)入所述處理腔室； 通過(guò)所述氣體分配噴頭引導(dǎo)第二反應(yīng)性氣體至所述處理腔室； 加熱所述基座至第一溫度； 加熱所述處理腔室至第二溫度，所述第二溫度低于所述第一溫度，熱梯度在所述處理腔室中產(chǎn)生； 旋轉(zhuǎn)所述基板；以及 沉積一層于所述基板上，所述層是所述第一反應(yīng)性氣體與所述第二反應(yīng)性氣體的反應(yīng)性產(chǎn)物。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法是氫化物汽相外延方法。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 在所述處理腔室遠(yuǎn)端加熱第三反應(yīng)性氣體；以及 通過(guò)所述氣體入口引導(dǎo)所述第三反應(yīng)性氣體進(jìn)入所述處理腔室。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一反應(yīng)性氣體包括氯化鎵。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二反應(yīng)性氣體包括氨。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第三反應(yīng)性氣體包括氯化鋁。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述基板包括藍(lán)寶石。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括加熱含氯氣體并流動(dòng)所加熱的含氯氣體越過(guò)前驅(qū)物。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述前驅(qū)物選自液態(tài)鎵與粉末鋁所構(gòu)成的群組。
【文檔編號(hào)】H01L21/20GK104485277SQ201410593230
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2009年4月10日
【發(fā)明者】石川哲也, D·H·考齊, 常安中, O·克利里歐科, Y·梅爾尼克, H·S·拉迪雅, S·T·恩古耶, L·龐 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司