气相沉积反应器系统及其方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年3月16日，申请号为201080020505. 4,发明名称为"气 相沉积反应器系统及其方法"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明的实施方案大体上涉及用于气相沉积的装置和方法，并且更具体地涉及化 学气相沉积系统、反应器及其工艺。
【背景技术】
[0003] 光电器件或太阳能器件、半导体器件或其他电子器件通常通过利用多种制造工艺 来处理衬底的表面而被制造。这些制造工艺可以包括沉积、退火、蚀刻、掺杂、氧化、氮化和 许多其他工艺。外延层剥离技术（EL0)是较不普遍的用于制造薄膜器件和材料的技术，其 中材料层被沉积至生长衬底上，然后被从生长衬底除去。外延层、膜或材料通过化学气相沉 积（CVD)工艺或金属有机物CVD(MOCVD)工艺被生长或沉积在布置于生长衬底例如砷化镓 晶片上的牺牲层上。然后，牺牲层在湿酸浴（wetacidbath)中被选择性地蚀刻掉，同时外 延材料在EL0蚀刻过程期间被从生长衬底分离。被隔离的外延材料可以是薄层或膜，其通 常被称为EL0膜或外延膜。每个外延膜通常对于特定的器件，例如光电器件或太阳能器件、 半导体器件或其他电子器件包括多个不同组分的层。
[0004] CVD工艺包括通过气相化学前驱体（vaporphasechemicalprecursor)的反应来 生长或沉积外延膜。在M0CVD工艺期间，化学前驱体中的至少一种是金属有机化合物，即具 有金属原子和至少一个包含有机片段的配体的化合物。
[0005] 对于非常不同的应用有多种类型的CVD反应器。例如，CVD反应器包括单一的或 块体的晶片反应器、大气压力和低压力反应器、环境温度和高温反应器、以及等离子强化反 应器。这些不同的设计提出了在CVD工艺期间遇到的多种挑战，例如耗尽效应、污染问题、 反应器维护、处理能力和生产成本。
[0006] 因此，需要在衬底上生长外延膜和材料比通过目前已知的CVD设备和工艺更有 效、具有较少污染、较高处理能力和较低成本的CVD系统、反应器和工艺。
【发明内容】
[0007] 本发明的实施方案大体上涉及用于化学气相沉积（CVD)工艺的装置和方法。在一 个实施方案中，提供CVD反应器，CVD反应器包括被布置在反应器体（reactorbody)上的 反应器盖子组件。在一个实施例中，反应器盖子组件包括在盖子支撑件上邻近彼此连贯地 且线性地布置的第一淋喷头组件、隔离器组件、第二淋喷头组件和排气组件。反应器体具有 被布置在晶片承载器轨道上的晶片承载器，以及具有多个灯并且被布置在晶片承载器轨道 下方的灯组件。在一个实施例中，灯组件包括被布置在晶片承载器轨道下方并且在多个灯 下方的反射器。在另一个实施例中，反应器体具有被布置在漂浮晶片承载器轨道上的漂浮 晶片承载器（levitatingwafercarrier),以及灯组件，灯组件具有多个灯并且被布置在 晶片承载器轨道下方。
[0008] 在许多实施方案中，第一淋喷头组件或第二淋喷头组件还包括具有上部分和下部 分的主体；中央通道（centralizedchannel),中央通道延伸穿过主体的上部分和下部分， 在主体的内表面之间，并且平行于延伸穿过主体的中心轴线。第一淋喷头组件或第二淋喷 头组件还可以包括具有第一多个孔并且被布置在中央通道内的可选择的扩散板；上管板， 其具有第二多个孔并且在可选择的扩散板下方布置在中央通道内；下管板，其具有第三多 个孔并且在上管板下方布置在中央通道内；以及多个管，其从上管板延伸至下管板，其中每 个管被耦合于来自第二多个孔的分别的孔和来自第三多个孔的分别的孔，并且与该来自第 二多个孔的分别的孔和该来自第三多个孔的分别的孔流体连通。
[0009] 在另一个实施例中，反应器盖子组件包括被布置在反应器体的一端上的第一面 板，其中第一淋喷头组件被布置在第一面板和隔离器组件之间；以及被布置在反应器体的 另一端上的第二面板，其中排气组件被布置在第二淋喷头组件和第二面板之间。
[0010] 在另一个实施例中，反应器体具有被布置在晶片承载器轨道上的晶片承载器，以 及包括多个灯并且被布置在晶片承载器轨道下方的灯组件，以及温度调节系统。温度调节 系统包括第一流体通路，第一流体通路延伸贯穿反应器盖子并且包括被耦合于第一流体通 路并且与第一流体通路流体连通的第一入口和第一出口；以及第二流体通路，第二流体通 路延伸贯穿反应器体并且包括被耦合于第二流体通路并且与第二流体通路流体连通的第 二入口和第二出口。
[0011] 在另一个实施方案中，提供化学气相沉积（CVD)反应器，化学气相沉积（CVD)反 应器包括被布置在反应器体上的反应器盖子组件，其中反应器盖子组件包括在盖子支撑件 上邻近彼此布置的第一淋喷头组件和隔离器组件，以及在盖子支撑件上邻近彼此布置的第 二淋喷头组件和排气组件，其中隔离器组件被布置在第一淋喷头组件和第二淋喷头组件之 间，并且第二淋喷头组件被布置在隔离器组件和排气组件之间。
[0012] 在一个实施例中，提供CVD反应器，CVD反应器包括被布置在反应器体上的反应器 盖子组件，其中反应器盖子组件包括第一室，第一室具有在盖子支撑件上邻近彼此布置的 第一淋喷头组件和隔离器组件；以及第二室，第二室具有在盖子支撑件上邻近彼此布置的 第二淋喷头组件和排气组件。
[0013] 在另一个实施例中，提供CVD反应器，CVD反应器包括被布置在反应器体上的反应 器盖子组件，其中反应器盖子组件包括在盖子支撑件上邻近彼此连贯地对准且线性地布置 的第一淋喷头组件、隔离器组件、第二淋喷头组件和排气组件，其中隔离器组件被布置在第 一淋喷头组件和第二淋喷头组件之间，并且第二淋喷头组件被布置在隔离器组件和排气组 件之间。
[0014] 在另一个实施例中，CVD反应器包括温度调节系统，温度调节系统具有延伸贯穿盖 子支撑件的至少一个流体通路，以及被耦合于流体通路并且与流体通路流体连通的至少一 个入口和至少一个出口。
[0015] 在某些实施例中，第一淋喷头组件可以是模块化的淋喷头组件，第二淋喷头组件 可以是模块化的淋喷头组件，隔离器组件可以是模块化的隔离器组件，并且排气组件可以 是模块化的排气组件。
[0016] 在本文描述的另一个实施方案中，提供用于在气相沉积反应器内处理晶片的方 法，包括通过将晶片承载器轨道的下表面暴露于从灯组件放射的辐射来将被布置在晶片承 载器上的至少一个晶片加热至预先确定的温度，其中晶片承载器被布置在气相沉积反应器 内的晶片承载器轨道上。方法还包括使晶片承载器沿晶片承载器轨道横移经过具有第一 淋喷头组件和隔离器组件的第一室；将晶片暴露于来自第一淋喷头的气态前驱体的第一混 合物，同时沉积第一材料；将晶片暴露于来自隔离器组件的工艺气体（processgas)(例如 胂气）；使晶片承载器沿晶片承载器轨道横移经过具有第二淋喷头组件和排气组件的第二 室；使晶片暴露于来自第二淋喷头的气态前驱体的第二混合物，同时沉积第二材料；并且 将气体通过排气组件从气相沉积反应器除去。在某些实施例中，预先确定的温度在约250°C 至约350°C、优选约275°C至约325°C、优选约290°C至约310°C的范围内，例如在约300°C。
[0017] 在另一个实施例中，提供用于在气相沉积反应器内处理晶片的方法，包括：使漂浮 气体流入晶片承载器轨道内的空腔中并且从被布置在气相沉积反应器内的晶片承载器轨 道的上表面上的多个孔流出；并且通过将晶片承载器的下表面暴露于来自孔的漂浮气体来 使晶片承载器从晶片承载器轨道浮起，其中晶片承载器的上表面具有至少一个晶片，优选 多个晶片。方法还包括通过将晶片承载器轨道的下表面暴露于从灯组件放射的辐射来将晶 片和晶片承载器加热至预先确定的温度，并且使晶片承载器沿晶片承载器轨道横移经过至 少两个室，其中第一室包括第一淋喷头组件和隔离器组件并且第二室包括第二淋喷头组件 和排气组件。
[0018] 在另一个实施方案中，提供用于在气相沉积反应器内处理晶片的方法，包括通过 将晶片承载器的下表面暴露于来自被布置在气相沉积反应器内的晶片承载器轨道的上表 面上的多个孔的漂浮气体来使晶片承载器从晶片承载器轨道浮起，其中晶片承载器的上表 面具有至少一个晶片，并且通过将晶片承载器轨道的下表面暴露于从灯组件放射的辐射来 将晶片和晶片承载器加热至预先确定的温度。方法还包括使晶片承载器沿晶片承载器轨道 横移经过具有第一淋喷头组件和隔离器组件的第一室，将晶片暴露于来自第一淋喷头的第 一前驱体（例如镓前驱体或其他第III族前驱体）和第二前驱体（例如砷前驱体或其他第 V族前驱体），将晶片暴露于来自隔离器组件的工艺气体（例如胂气），使晶片承载器沿晶片 承载器轨道横移经过具有第二淋喷头组件和排气组件的第二室，将晶片暴露于来自第二淋 喷头的气态前驱体的混合物，并且将气体通过排气组件从气相沉积反应器除去。
[0019] 工艺气体可以包括胂、氩气、氦气、氮气、氢气或其混合物。在一个实施例中，工艺 气体包括砷前驱体，例如胂。在其他实施方案中，第一前驱体可以包括铝前驱体、镓前驱体、 铟前驱体或其组合，并且第二前驱体可以包括氮前驱体、磷前驱体、砷前驱体、锑前驱体或 其混合物。
[0020] 在另一个实施例中，提供用于在气相沉积反应器内处理晶片的方法，包括通过将 晶片承载器轨道的下表面暴露于从灯组件放射的辐射来加热被布置在晶片承载器上的至 少一个晶片，其中晶片承载器被布置在气相沉积反应器内的晶片承载器轨道上，并且使液 体流动经过延伸贯穿气相沉积反应器的反应器盖子组件的通路，以将反应器盖子组件保持 在预先确定的温度，其中液体和通路与温度调节系统流体连通。
[0021] 在另一个实施方案中，提供用于在气相沉积反应器内处理晶片的方法，包括通过 将晶片承载器轨道的下表面暴露于从灯组件放射的辐射来加热被布置在晶片承载器上的 至少一个晶片，其中晶片承载器被布置在气相沉积反应器内的晶片承载器轨道上；使液体 流动经过延伸贯穿气相沉积反应器的反应器盖子组件的通路，以将反应器盖子组件保持在 预先确定的温度，其中液体和通路与温度调节系统流体连通；使晶片承载器沿晶片承载器 轨道横移经过至少两个室，其中第一室包括第一淋喷头组件和隔离器组件并且第二室包括 第二淋喷头组件和排气组件；并且将气体通过排气组件从气相沉积反应器除去。
[0022] 在另一个实施例中，提供化学气相沉积反应器，包括：
[0023] 反应器盖子组件，其被布置在反应器体上，其中所述反应器盖子组件包括：
[0024] 第一室，其包括在盖子支撑件上邻近彼此布置的第一淋喷头组件和隔离器组件， 其中所述第一淋喷头组件还包括：
[0025] 主体，其包括上部分和下部分；
[0026] 中央通道，其延伸穿过所述主体的所述上部分和所述下部分，在所述主体的内表 面之间，并且平行于延伸穿过所述主体的中心轴线；
[0027] 可选择的扩散板，其包括第一多个孔并且被布置在所述中央通道内；
[0028] 上管板，其包括第二多个孔并且在所述可选择的扩散板下方布置在所述中央通道 内；
[0029] 下管板，其包括第三多个孔并且在所述上管板下方布置在所述中央通道内；以及
[0030] 多个管，其从所述上管板延伸至所述下管板，其中每个管被耦合于来自所述第二 多个孔的分别的孔和来自所述第三多个孔的分别的孔，并且与该来自所述第二多个孔的分 别的孔和该来自所述第三多个孔的分别的孔流体连通；以及
[0031] 第二室，其包括在所述盖子支撑件上邻近彼此布置的第二淋喷头组件和排气组 件，其中所述隔离器组件被布置在所述第一淋喷头组件和所述第二淋喷头组件之间，并且 所述第二淋喷头组件被布置在所述隔离器组件和所述排气组件之间。
[0032] 所述反应器体还可包括被布置在晶片承载器轨道上的晶片承载器，并且所述晶片 承载器轨道可包括石英。
[0033] 所述晶片承载器可以是被布置在漂浮晶片承载器轨道上的漂浮晶片承载器。
[0034] 所述漂浮晶片承载器轨道可被配置为使气体流动至被布置在所述漂浮晶片承载 器的下表面内的至少一个凹陷窝。
[0035] 所述反应器体还可包括灯组件，所述灯组件可包括被布置在所述晶片承载器轨道 下方的多个灯。
[0036] 所述灯组件还可包括被布置在所述多个灯下方的反射器。
[0037] 所述反射器可包括金或金合金。
[0038] 所述化学气相沉积反应器还可包括：
[0039] 第一面板，其可被布置在所述反应器体的一端上，其中所述第一淋喷头组件可被 布置在所述第一面板和所述隔离器组件之间；以及
[0040] 第二面板，其可被布置在所述反应器体的另一端上，其中所述排气组件可被布置 在所述第二淋喷头组件和所述第二面板之间。
[0041] 所述化学气相沉积反应器还可包括温度调节系统，所述温度调节系统可包括：
[0042] 第一流体通路，其可延伸贯穿所述反应器盖子并且可包括被耦合于所述第一流体 通路并且与所述第一流体通路流体连通的第一入口和第一出口；以及
[0043] 第二流体通路，其可延伸贯穿所述反应器体并且可包括被耦合于所述第二流体通 路并且与所述第二流体通路流体连通的第二入口和第二出口。
[0044] 所述第一淋喷头组件或所述第二淋喷头组件可以是模块化的淋喷头组件。
[0045] 所述隔离器组件或所述排气组件可以是模块化的隔离器组件。
[0046] 在另一个实施例中，提供化学气相沉积反应器，包括：
[0047] 反应器盖子组件，其被布置在反应器体上，其中：所述反应器盖子组件包括在盖子 支撑件上邻近彼此连贯地且线性地布置的第一淋喷头组件、隔离器组件、第二淋喷头组件 和排气组件，其中所述第一淋喷头组件还包括：
[0048] 主体，其包括上部分和下部分；
[0049] 中央通道，其延伸穿过所述主体的所述上部分和所述下部分，在所述主体的内表 面之间，并且平行于延伸穿过所述主体的中心轴线；
[0050] 可选择的扩散板，其包括第一多个孔并且被布置在所述中央通道内；
[0051] 上管板，其包括第二多个孔并且在所述可选择的扩散板下方布置在所述中央通道 内；
[0052] 下管板，其包括第三多个孔并且在所述上管板下方布置在所述中央通道内；以及
[0053]多个管，其从所述上管板延伸至所述下管板，其中每个管被耦合于来自所述第二 多个孔的分别的孔和来自所述第三多个孔的分别的孔，并且与该来自所述第二多个孔的分 别的孔和该来自所述第三多个孔的分别的孔流体连通；并且
[0054] 所述反应器体包括被布置在漂浮晶片承载器轨道上的漂浮晶片承载器，以及含有 多个灯并且被布置在所述晶片承载器轨道下方的灯组件。
[0055] 所述化学气相沉积反应器还可包括：
[0056] 第一面板，其可被布置在所述反应器体的一端上，其中所述第一淋喷头组件可被 布置在所述第一面板和所述隔离器组件之间；以及
[0057] 第二面板，其可被布置在所述反应器体的另一端上，其中所述排气组件可被布置 在所述第二淋喷头组件和所述第二面板之间。
[0058] 所述化学气相沉积反应器还可包括温度调节系统，所述温度调节系统可包括：
[0059] 第一流体通路，其可延伸贯穿所述反应器盖子并且可包括被耦合于所述第一流体 通路并且与所述第一流体通路流体连通的第一入口和第一出口；以及
[0060] 第二流体通路，其可延伸贯穿所述反应器体并且可包括被耦合于所述第二流体通 路并且与所述第二流体通路流体连通的第二入口和第二出口。
[0061] 所述第一淋喷头组件或所述第二淋喷头组件可以是模块化的淋喷头组件。
[0062] 所述隔离器组件或所述排气组件可以是模块化的隔离器组件。
[0063] 所述灯组件还可包括被布置在所述多个灯下方的反射器。
[0064] 所述反射器可包括金或金合金。
[0065] 所述漂浮晶片承载器轨道可被配置为使气体流动至被布置在所述漂浮晶片承载 器的下表面内的至少一个凹陷窝。
[0066] 在另一个实施例中，提供化学气相沉积反应器，包括：
[0067] 反应器盖子组件，其被布置在反应器体上，其中所述反应器盖子组件包括：
[0068] 第一室，其包括在盖子支撑件上邻近彼此布置的第一淋喷头组件和隔离器组件， 其中所述第一淋喷头组件还包括：
[0069] 主体，其包括上部分和下部分；
[0070] 中央通道，其延伸穿过所述主体的所述上部分和所述下部分，在所述主体的内表 面之间，并且平行于延伸穿过所述主体的中心轴线；
[0071] 可选择的扩散板，其包括第一多个孔并且被布置在所述中央通道内；
[0072] 上管板，其包括第二多个孔并且在所述可选择的扩散板下方布置在所述中央通道 内；
[0073] 下管板，其包括第三多个孔并且在所述上管板下方布置在所述中央通道内；以及
[0074]多个管，其从所述上管板延伸至所述下管板，其中每个管被耦合于来自所述第二 多个孔的分别的孔和来自所述第三多个孔的分别的孔，并且与该来自所述第二多个孔的分 别的孔和该来自所述第三多个孔的分别的孔流体连通；
[0075] 第二室，其包括在所述盖子支撑件上邻近彼此布置的第二淋喷头组件和排气组 件，其中所述隔离器组件被布置在所述第一淋喷头组件和所述第二淋喷头组件之间；以及
[0076] 温度调节系统，其包括：延伸贯穿所述盖子支撑件的至少一个流体通路，以及被耦 合于所述流体通路并且与所述流体通路流体连通的至少一个入口和至少一个出口。
[0077] 所述反应器体还可包括被布置在晶片承载器轨道上的晶片承载器，并且所述晶片 承载器轨道可包括石英。
[0078] 所述晶片承载器可以是被布置在漂浮晶片承载器轨道上的漂浮晶片承载器。
[0079] 所述漂浮晶片承载器轨道可被配置为使气体流动至被布置在所述漂浮晶片承载 器的下表面内的至少一个凹陷窝。
[0080] 所述反应器体还可包括灯组件，所述灯组件可包括被布置在所述晶片承载器轨道 下方的多个灯。
[0081] 所述灯组件还可包括被布置在所述多个灯下方的反射器。
[0082] 所述反射器可包括金或金合金。
[0083] 所述化学气相沉积反应器还可包括：
[0084] 第一面板，其可被布置在所述反应器体的一端上，其中所述第一淋喷头组件可被 布置在所述第一面板和所述隔离器组件之间；以及
[0085] 第二面板，其可被布置在所述反应器体的另一端上，其中所述排气组件可被布置 在所述第二淋喷头组件和所述第二面板之间。
[0086] 所述温度调节系统还可包括：
[0087] 第一流体通路，其可延伸贯穿所述反应器盖子并且可包括被耦合于所述第一流体 通路并且与所述第一流体通路流体连通的第一入口和第一出口；以及 [0088] 第二流体通路，其可延伸贯穿所述反应器体并且可包括被耦合于所述第二流体通 路并且与所述第二流体通路流体连通的第二入口和第二出口。
[0089] 所述第一淋喷头组件或所述第二淋喷头组件可以是模块化的淋喷头组件。
[0090] 所述隔离器组件或所述排气组件可以是模块化的隔离器组件。
[0091] 在另一个实施例中，提供用于在气相沉积反应器内处理晶片的方法，包括：
[0092] 通过将晶片承载器轨道的下表面暴露于从灯组件放射的辐射来加热被布置在晶 片承载器上的至少一个晶片，其中所述晶片承载器被布置在气相沉积反应器内的所述晶片 承载器轨道上；
[0093] 使至少一种液体流动经过延伸贯穿所述气相沉积反应器的反应器盖子组件和反 应器体组件的通路，以将所述反应器盖子组件保持在第一温度并且将所述反应器体组件保 持在第二温度，其中所述液体和所述通路与温度调节系统流体连通；
[0094] 使所述晶片承载器沿所述晶片承载器轨道横移经过包括第一淋喷头组件和隔离 器组件的第一室；
[0095] 将所述晶片暴露于来自所述第一淋喷头的气态前驱体的第一混合物，同时沉积第 一材料；
[0096] 将所述晶片暴露于来自所述隔离器组件的工艺气体；
[0097] 使所述晶片承载器沿所述晶片承载器轨道横移经过包括第二淋喷头组件和排气 组件的第二室；
[0098] 将所述晶片暴露于来自所述第二淋喷头的气态前驱体的第二混合物，同时沉积第 -材料；并且
[0099] 将气体通过所述排气组件从所述气相沉积反应器除去。
[0100] 所述第一温度和所述第二温度中的每个可以独立地在约275°c至约325°C的范围 内。
[0101] 所述第一温度和所述第二温度中的每个可以独立地在约290°c至约310°C的范围 内。
[0102] 所述第一温度和所述第二温度中的每个可以独立地是约300°C。
[0103] 反射器可以被布置在所述灯组件下方。
[0104] 所述晶片承载器轨道的所述下表面可以被暴露于从所述灯组件放射并且从所述 反射器反射的辐射。
[0105] 所述反射器可包括金或金合金。
[0106] 所述方法还可包括使所述晶片承载器从所述晶片承载器轨道浮起并且使所述晶 片承载器沿所述晶片承载器轨道横移。
[0107] 所述方法还可包括通过将所述晶片承载器的下表面暴露于来自被布置在所述晶 片承载器轨道的上表面上的多个孔的漂浮气体来使所述晶片承载器浮起。
[0108] 所述工艺气体可包括选自由胂、氩气、氦气、氮气、氢气和其混合物组成的组的气 体。
[0109] 所述工艺气体可包括胂。
[0110] 所述第一前驱体可包括铝前驱体、镓前驱体、铟前驱体或其混合物。
[0111] 所述第二前驱体可包括氮前驱体、磷前驱体、砷前驱体、