[實用新型]多室化學氣相沉積系統

有效

• 申請號: 201720363485.X
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN206646165U
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 喬治·帕帕索利奧蒂斯;米格爾·索爾達娜;布雷特·斯諾登;尤利·拉什科夫斯基;邁克爾·佩奇
• 申請（專利權）人: 維易科儀器有限公司
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王艷江,嚴小艷

本申請是2016年8月31日提交的、申請號為201621025123.1、名稱為“多室化學氣相沉積系統”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本公開一般涉及半導體制造技術。更具體地，本公開涉及一種化學氣相沉積系統，其具有多個被配置成在襯底上外延層的生長中獨立操作的反應室。

背景技術

用于制造半導體的某些工藝可能需要復雜的工藝以使外延層生長來創建多層半導體結構以用于制造高性能裝置，如發光二極管、激光二極管、光檢測器、電力電子器件和場效應晶體管。在該工藝中，外延層是通過被稱之為化學氣相沉積(CVD)的一般工藝而生長的。一種類型的CVD工藝被稱之為金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)。在MOCVD中，將反應氣體導入使反應氣體沉積在襯底(通常被稱之為晶片)上以生長薄外延層的受控環境內的密封的反應室中。用于這種制造設備的當前的產品線的實例包括MOCVD系統的家族以及電力GaN MOCVD系統，全部都是由位于紐約普萊恩維尤(Plainview)的維易科儀器有限公司(Veeco Instruments Inc.)所制造的。

在外延層生長期間，控制若干個工藝參數，如溫度、壓力和氣體流量，從而在外延層中實現所需的質量。不同的層使用不同材料和工藝參數生長。例如，由化合物半導體，如III-V族半導體制成的裝置通常是通過使一系列不同的層生長而形成的。在該工藝中，晶片被暴露于氣體的組合，典型地包括作為III族金屬來源的金屬有機化合物且還包括晶片被保持在升高的溫度上時在晶片上方流動的V族元素源。通常，金屬有機化合物和V族源與不明顯參與反應的載氣，例如氮氣或氫氣相組合。III-V族半導體的一個實例是氮化鎵，其可以通過在具有合適的晶格間距的襯底，例如藍寶石或硅晶片上的有機鎵化合物和氨的反應而形成。在氮化鎵和/或相關的化合物的沉積期間，晶片通常被保持在700-1200℃量級的溫度上。III-V族半導體的另一個實例是可通過銦和磷化氫的反應形成的磷化銦(InP)，或可通過鋁、鎵和胂的反應而形成的砷化鋁鎵(AlGa_1-xAs_x)，化合物的反應在合適的襯底上形成了半導體層。

通常，III-V族化合物可具有In_XGa_YAl_ZN_AAs_BP_CSb_D的通式，其中X+Y+Z約等于1，A+B+C+D約等于1，且X、Y、Z、A、B、C和D中的每一個可位于零和1之間。在一些情況下，可使用鉍代替其他III族金屬中的一些或全部。合適的襯底可以是金屬、半導體或絕緣襯底且可包括藍寶石、氧化鋁、硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁(AlN)、二氧化硅(SiO2)等。

另一種類型的CVD工藝涉及在襯底上的碳化硅層的生長以形成電力電子器件。碳化硅層是使用作為活性種的硅烷和烴與作為載氣的氫氣的反應而生長的。在沉積期間，晶片通常被保持在800-2000℃量級的溫度上。

在CVD工藝室中，一個或多個半導體晶片被定位在托盤，通常被稱之為晶片載體內以暴露每個晶片的頂表面，從而使晶片的頂表面均勻暴露于在用于半導體材料沉積的反應室內的大氣。晶片載體通常按約100至1500RPM或更高量級的旋轉速度旋轉。晶片載體通常是從高導熱材料，如石墨機加工獲得的且通常涂覆有材料，如碳化硅的保護層。每個晶片載體具有一組圓形凹口或口袋，并且各個晶片被置于其頂表面中。在美國專利申請公開號2007/0186853和2012/0040097以及美國專利號6,492,625；6,506,252；6,902,623；8,021,487；和8,092,599中描述了相關技術的一些實例，其公開的內容通過引用并入本文。其他晶片載體具有其中置有單個晶片的單個口袋。

在一些情況下，晶片載體被支撐在反應室內的主軸上以使具有晶片暴露表面的晶片載體的頂表面向上面向氣體分配裝置。當主軸旋轉時，氣體被向下引導至晶片載體的頂表面上且流過頂表面并流向晶片載體的周邊。所使用的氣體可通過被設置在晶片載體下面的端口從反應室抽出。晶片載體可通過加熱元件，通常為被設置在晶片載體底表面下的電阻加熱元件而被保持在所需的升高的溫度上。這些加熱元件被保持在晶片表面所需溫度以上的溫度，其中氣體分配裝置通常被保持在所需反應溫度以下的溫度以便防止氣體的過早反應。因此，熱量從加熱元件被轉移至晶片載體的底表面且向上流過晶片載體至一個或多個晶片。