[發明專利]具有可互換氣體噴射器的沉積系統和相關的方法

在審

• 申請號: 201380061334.3
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN104822866A
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: C·卡尼扎瑞斯
• 申請（專利權）人: 索泰克公司
• 主分類號: C30B25/14
• 分類號: C30B25/14;C23C16/455;C30B35/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

技術領域

本發明涉及一種涉及具有可互換氣體噴射器的沉積系統以及制造和使用這種沉積系統的方法。

背景技術

半導體結構是在制造半導體裝置時使用或形成的結構。半導體裝置例如包括電子信號處理器、電子存儲裝置、光敏裝置(例如，發光二極管(LED)、光伏(PV)裝置等等)和微機電(MEM)裝置。這種結構和材料經常包括一種或多個半導體材料(例如，硅、鍺、碳化硅、III-V半導體材料等等)，并且可以包括至少一部分集成電路。

半導體結構經常使用許多化學沉積過程和系統中的任一種來制造。例如，化學氣相沉積(CVD)是一種用來在基板上沉積固體材料的化學沉積過程，并且在制造半導體結構中通常都采用這種化學氣相沉積。在化學氣相沉積過程中，將基板暴露于一種或多種試劑氣體，所述一種或多種試劑氣體以導致固體材料沉積在基板表面上的方式反應、分解或既反應又分解。

一種具體類型的CVD過程在現有技術中被稱為氣相外延(VPE)。在VPE過程中，基板在沉積腔室內暴露于一種或多種試劑蒸氣，所述一種或多種試劑蒸氣以導致固體材料外延沉積在基板表面上的方式反應、分解或既反應又分解。VPE過程經常用來沉積III-V半導體材料。當VPE過程中的其中一種試劑蒸氣包含氫化物蒸氣時，該過程可以被稱為氫化物氣相外延(HVPE)過程。

HVPE過程用來形成III-V半導體材料，諸如例如氮化鎵(GaN)。例如，GaN在基板上的外延生長是由于在沉積腔室內以在大約500℃和大約1,100℃之間的高溫下執行的氯化鎵(GaCl)蒸氣和氨(NH₃)之間的氣相反應產生的。NH₃可以從標準的NH₃氣體源供應。

在一些方法中，通過在被加熱的液體嫁(Ga)上傳送氯化氫(HCl)氣體(氯化氫氣體可以從標準的HCl氣體源來供應)以在沉積腔室內原地產生GaCl來提供GaCl蒸氣。液體稼可以被加熱到大約750℃和大約850℃之間的溫度。可以將GaCl和NH₃引導至被加熱的基板(例如，半導體材料的晶片)的表面(例如表面上)。于2001年1月30日授予Solomon等人的美國專利No.6,179,913公開了用于在這種系統和方法中使用的氣體噴射系統。在這種系統中，可能必須將沉積腔室打開而通向大氣，以補充液體稼的源。此外，可能無法在這種系統中就地清潔沉積腔室。

為了解決這些問題，已經提供了利用CaCl₃前體(precursor)的外部源的方法和系統，該GaCl₃前體被熱分解以形成GaCl(和副產品Cl₂)，GaCl被直接噴射到沉積腔室內。這種方法和系統的示例例如在美國專利申請公報No.US2009/0223442A1(該專利申請以Arena等人的名義在2009年9月10日公開)中公開。

在之前的已知構造中，前體GaCl可以通過大體平坦的氣體噴射器噴射到腔室內，該氣體噴射器具有發散的內側壁(經常被稱為“帽舌”或“帽舌噴射器”)。前體NH₃可以通過多端口噴射器噴射到腔室內。在噴射到腔室內時，前體最初由延伸至接近基板邊緣位置的帽舌噴射器的頂板分離。當前體到達頂板的末端時，前體混合并反應而在基板上形成一層GaN材料。

發明內容

提供該發明內容是為了以簡化形式介紹概念的選擇。這些概念在下面公開的示例實施方式的詳細描述中進一步地詳細描述。該發明內容并不是為了確定所要求保護的主題內容的關鍵特征或實質特征，也不是為了用來限制所要求保護的主題內容的范圍。