[發(fā)明專利]用于鹵化物氣相外延系統(tǒng)和方法的直接液體注射

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280040542.0
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN103748262A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·T·小貝爾特拉姆
• 申請（專利權(quán)）人: SOITEC公司
• 主分類號: C23C16/30
• 分類號: C23C16/30;C23C16/448;C23C16/52;C30B29/40;C30B25/16
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;于高瞻

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施方案通常涉及在基材上沉積材料的系統(tǒng)，并涉及制造和使用這些系統(tǒng)的方法。更特別地，本發(fā)明的實施方案涉及可以使用化學(xué)氣相沉積（CVD）用于沉積復(fù)合半導(dǎo)體材料的方法和系統(tǒng)，所述復(fù)合半導(dǎo)體材料例如III-V半導(dǎo)體材料。

背景技術(shù)

化學(xué)氣相沉積（CVD）是用于在基材上沉積固體材料的化學(xué)過程，通常用于半導(dǎo)體設(shè)備的制造中。在化學(xué)氣相沉積過程中，基材暴露至一種或多種試劑氣體，所述一種或多種試劑氣體以這樣的方式反應(yīng)、分解或同時反應(yīng)和分解：導(dǎo)致在基材的表面上沉積固體材料。

一個特定類型的CVD過程在本領(lǐng)域內(nèi)被稱為氣相外延（VPE）。在VPE過程中，基材在反應(yīng)室內(nèi)暴露至一種或多種試劑蒸汽，所述一種或多種試劑蒸汽以這樣的方式反應(yīng)、分解或同時反應(yīng)和分解：導(dǎo)致在基材的表面上外延沉積固體材料。VPE過程通常用于沉積III-V半導(dǎo)體材料。當VPE過程中的試劑蒸汽之一包含鹵化物蒸汽時，所述過程可以稱作鹵化物氣相外延（HVPE）過程。

HVPE過程用于形成III-V半導(dǎo)體材料，例如氮化鎵（GaN）。在這些過程中，GaN在基材上的外延生長得自氯化鎵（GaCl）和氨（NH₃）之間的氣相反應(yīng)，所述氣相反應(yīng)在反應(yīng)室內(nèi)在約500℃和約1,000℃之間的升高溫度下進行。NH₃可以得自標準NH₃氣體源。

在一些方法中，通過使氯化氫（HCl）氣體（其可以得自標準HCl氣體源）通過加熱的液體鎵（Ga）上方以在反應(yīng)室內(nèi)原位形成GaCl來提供GaCl蒸汽。液體鎵可以加熱至在約750℃和約850℃之間的溫度。GaCl和NH₃可以對準加熱的基材（如半導(dǎo)體材料的晶片）的表面，例如對準加熱的基材的表面的上方。2001年1月30日公布的Solomon等人的美國專利第6,179,913號公開了用于這些系統(tǒng)和方法中的氣體注射系統(tǒng)。

已經(jīng)開發(fā)了使用外部GaCl₃前體源的其他方法和系統(tǒng)，所述GaCl₃前體被直接注入反應(yīng)室中。這些方法和系統(tǒng)的實例公開在例如2009年9月10日公開的Arena等人的美國（U.S.）專利申請公開號US2009/0223442A1中，該公開的全部公開內(nèi)容以引用的方式并入本文。

之前已知的沉積系統(tǒng)采用質(zhì)量流量控制器，所述質(zhì)量流量控制器計量和控制氣體或蒸汽狀態(tài)的過程氣體流入反應(yīng)室的流速。

發(fā)明內(nèi)容

提供此發(fā)明內(nèi)容以介紹簡化形式的概念的選擇，這些概念進一步描述于如下本發(fā)明的一些示例性實施方案的詳細說明中。此發(fā)明內(nèi)容不旨在確認所要求保護的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護的主題的范圍。

在一些實施方案中，本公開包括將復(fù)合半導(dǎo)體材料沉積在一種或多種基材上的方法。例如，這些方法可以包括計量并控制前體液體從前體液體源進入蒸發(fā)器的流速。前體液體可以包含液體狀態(tài)的GaCl₃、InCl₃和AlCl₃的至少一種。所述前體液體可以在所述蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)以形成第一前體蒸汽。所述第一前體蒸汽可以從所述蒸發(fā)器流出至反應(yīng)室內(nèi)接近工件基材的表面的區(qū)域。第二前體蒸汽可以與所述第一前體蒸汽分開地流入所述反應(yīng)室。復(fù)合半導(dǎo)體材料可以沉積在所述反應(yīng)室內(nèi)的所述工件基材的所述表面上。復(fù)合半導(dǎo)體材料可以包含來自所述第一前體蒸汽的至少一種元素和來自所述第二前體蒸汽的至少一種元素。

在額外的實施方案中，本公開包括可以用于進行本文所公開的方法的鹵化物氣相外延系統(tǒng)。例如，鹵化物氣相外延系統(tǒng)可以包括反應(yīng)室、至少一個前體液體的源和蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器被構(gòu)造成蒸發(fā)所述前體液體以形成待輸送至所述反應(yīng)室內(nèi)接近基材支撐結(jié)構(gòu)的位置的前體蒸汽。所述前體液體可以包含液體狀態(tài)的GaCl₃、InCl₃和AlCl₃的至少一種。至少一個導(dǎo)管可以在所述前體液體源和所述蒸發(fā)器之間提供流體路徑。所述系統(tǒng)可以進一步包括被構(gòu)造成成計量所述前體液體通過所述至少一個導(dǎo)管的流速的設(shè)備和被構(gòu)造成控制所述前體液體通過所述至少一個導(dǎo)管的流速的設(shè)備。

附圖說明

圖1A為顯示根據(jù)本公開的沉積系統(tǒng)的示例性實施方案的示意圖，并包括用于測量和控制前體物質(zhì)流入反應(yīng)室的裝置同時前體物質(zhì)為液體狀態(tài)；

圖1B為顯示根據(jù)本公開的沉積系統(tǒng)的另一示例性實施方案的示意圖；