专利名称：用于制造led的mocvd单一腔室分割工艺的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及制造诸如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)的器件， 更具体地涉及用于藉由金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺来形成第III-V族材料的工艺。
现有技术第III-V族薄膜在各种半导体器件(诸如，短波长LED、LD)及电子器件(包括高功率、高频率、高温晶体管及集成电路)的开发及制造中愈来愈重要。举例而言，短波长(例如，蓝光/绿光至紫外光)LED使用第III族氮化物半导体材料氮化镓(GaN)来制造。已观察到，与使用包含第II-VI族元素的非氮化物半导体材料制造的短波长LED相比，使用GaN 制造的短波长LED可提供显著更大的效率及更长的操作寿命。一种已用于沉积第III族氮化物(诸如GaN)的方法为金属有机化学气相沉积法 (MOCVD)。通常在具有温控环境的反应器中执行此化学气相沉积法，以确保第一前体气体的稳定性，所述第一前体气体含有至少一种第III族元素，诸如镓(Ga)。第二前体气体(诸如氨气(NH3))提供形成第III族氮化物所需的氮。将所述两种前体气体注入反应器中的处理区域，在所述处理区域中所述两种气体混合且移向所述处理区域中的加热基板。可使用载气来帮助向基板传送前体气体。所述前体在加热基板的表面起反应以在所述基板表面上形成诸如GaN的第III族氮化物层。所述薄膜的质量部分地取决于沉积均勻度，而沉积均勻度又取决于前体横跨基板的均勻流动及混合。在MOCVD工艺期间可能发生在内表面(诸如，MOCVD处理腔室的侧壁及喷头)上的非期望沉积。此非期望沉积可在腔室内产生粒子及碎片，从而导致工艺条件的偏移，且更重要地将影响工艺再现性及均勻度。随着对LED、LD、晶体管及集成电路的需求增大，沉积高质量第III族氮化物薄膜的效率呈现更大的重要性。因此，需要一种可在较大基板及较大沉积区域上提供一致薄膜质量的改良工艺及设备。
发明内容
本文描述的实施例一般涉及用于藉由金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺来形成第III-V族材料的方法。在一实施例中，提供一种用于制造复合氮化物半导体结构的方法。所述方法包含以下步骤使用第一第III族前体及第一含氮前体，在处理腔室中使用热化学气相沉积工艺将第一层沉积于一个或多个基板上，所述第一第III族前体包含第一第III族元素，其中所述第一层包含氮及第一第III族元素；在沉积第一层之后将一个或多个基板自所述处理腔室移除，而不使所述一个或多个基板暴露于大气；在沉积第一层之后， 将一个或多个基板自所述处理腔室移除之后，使第一清洁气体流入所述处理腔室以自所述处理腔室移除污染物；在自所述处理腔室移除污染物之后，将一个或多个基板运送至所述处理腔室中，而不使所述一个或多个基板暴露于大气；以及使用第二第III族前体及第二含氮前体，在处理腔室中使用热化学气相沉积工艺，将第二层沉积于第一层上，其中第二第 III族前体包含第二第III族元素但不包含第一第III族前体。在另一实施例中，提供一种用于制造复合氮化物半导体结构的方法。所述方法包含以下步骤将一个或多个基板安置于包含喷头的金属有机化学气相沉积(MOCVD)腔室的处理区域中的基座上；藉由使第一含镓前体及第一含氮前体经由喷头流入所述MOCVD腔室，在所述MOCVD腔室中使用热化学气相沉积工艺将氮化镓层沉积于基板上；将一个或多个基板自所述MOCVD腔室移除，而不使所述一个或多个基板暴露于大气；使氯气流入所述处理腔室以自喷头移除污染物；在自喷头移除污染物之后，将一个或多个基板运送至所述 MOCVD腔室中；以及藉由使第二含镓前体、含铟前体及第二含氮前体流入所述MOCVD腔室， 在所述MOCVD腔室中使用热化学气相沉积工艺，将InGaN层沉积于GaN层上。在又一实施例中，提供一种用于制造复合氮化物半导体器件的集成处理系统。所述集成处理系统包含金属有机化学气相沉积(MOCVD)腔室，所述MOCVD腔室可操作以使用热化学气相沉积工艺在一个或多个基板上形成氮化镓(GaN)层且在所述GaN层上形成多量子阱(MQW)层，以及与所述MOCVD腔室耦接的含卤素气源，所述含卤素气源可操作以使含卤素气体流入所述MOCVD腔室，从而在将所述MQW层形成于所述GaN层上之前自所述MOCVD 腔室的一个或多个内表面移除至少一部分非期望的沉积物堆积，所述非期望的沉积物堆积是在一个或多个基板上形成GaN层时沉积的，其中所述含卤素气体选自包含以下的群组 氟、氯、溴、碘、碘化氢(HI)气、氯化氢(HCl)气、溴化氢(HBr)气、氟化氢(HF)气、三氟化氮 (NF3)及其组合。附图
简单说明因此，可详细了解本发明的上述特征结构的方式，即上文简要概述的本发明的更具体描述可参照实施例进行，其中一些实施例图在附图中示出。然而，应注意，所述附图仅图示本发明的典型实施例且因此不欲视为本发明范畴的限制，因为本发明可允许其他等效实施例。图IA为基于GaN的LED的结构的图解说明；图IB为在LED结构生长之后喷头沉积的EDX光谱；图IC为镓-铟相图；图2为图示根据本文所描述的实施例的用于制造复合氮化物半导体器件的处理系统的一实施例的俯视示意图；图3为根据本文所描述的实施例的用于制造复合氮化物半导体器件的金属有机化学气相沉积(MOCVD)腔室的横截面示意图；图4为根据本文所描述的实施例可用于单腔室形成复合氮化物半导体的工艺的流程图；图5为根据本文所描述的实施例可用于清洁MOCVD腔室的清洁工艺的流程图；图6A为展示使用现有技术工艺沉积h的跨基板表面的铟(In)分布的h X射线萤光的图表；及图6B为展示根据本文所描述的实施例沉积^的跨基板表面^分布的^ X射线萤光的图表。
具体实施例方式本文描述的实施例一般涉及用于藉由MOCVD工艺形成第III-V族材料的方法。在一实施例中，在基板上沉积III1-N层之后且在同一腔室中在所述基板上沉积III2-N层之前执行原位腔室清洁工艺。在一实施例中，在高温GaN沉积工艺之后且在同一腔室中在InGaN 多量子阱(MQW)、AKiaN及pGaN生长之前执行原位腔室清洁工艺。本案发明人已发现，在原位腔室清洁工艺之后，在与GaN沉积的腔室相同的腔室中执行MQW沉积消除在气相中的铟耗尽。因此，三甲基铟(TMI)输入流亦显著减少，例如，在执行腔室清洁工艺之后，使用 400sccm-500sccm的TMI流率来生长InGaN MQW，而在未执行腔室清洁工艺的情况下使用 800sccm-1200sccm的流率来原位生长InGaN MQff0此外，在腔室清洁工艺之后，基板上的铟沉积更均勻，从而产生理想的光致发光(PL)波长均勻性。在一实施例中，所述腔室清洁工艺藉由以下步骤执行使含卤素清洁气(诸如氯气)流入所述MOCVD腔室，以将腔室的表面及腔室组件的表面上的镓涂层转换为(^Cl3，所述GaCl3随后可自腔室移除。尽管未限制其中可实践本文所描述的实施例的特定设备，但是在购自Applied Materials Inc.(美国加州圣克拉拉)的群集工具系统中实践实施例尤其有利。另外，可购自其他制造商的系统(包括，线性系统)亦可受益于本文所描述的实施例。目前，MOCVD技术为最广泛地用于基于第III族氮化物的生长的LED制造的技术。 在图IA中，将一典型的基于氮化物结构图示为基于GaN的LED结构100。LED结构100在基板104上制造。基板的直径尺寸可在50mm至IOOmm范围内，或更大。应了解，基板可包含以下中的至少之一蓝宝石、SiC、GaN、硅、石英、GaAs、AlN及玻璃。无掺杂氮化镓(U-GaN层) 继之以N型GaN层112沉积于可任选缓冲层109 (例如，GaN)上和/或形成于基板上的可任选籽晶/成核层108(例如，氮化铝(AlN))上。在一实施例中，成核层108包含AlxGi^xN 且基板104包含A1N。在另一实施例中，缓冲层109包含GaN且沉积于包含Alx^vxN的成核层108上。所述器件的有源区域在多量子阱层116中实现，多量子阱层116在附图中展示为包含InGaN层。p_n结由上覆ρ型AlGaN层120形成，而ρ型GaN层IM充当接触层。此LED的典型制造过程可于在处理腔室中清洁基板104之后使用MOCVD工艺。 MOCVD沉积藉由以下步骤完成向处理腔室提供适当前体流；以及使用热工艺来实现沉积。 举例而言，GaN层可藉由使用含( 及含氮前体，可能藉由使用如队、吐及NH3的流动气体流来沉积。InGaN层可藉由使用(^力及^!前体，可能藉由使用流动气体流来沉积。AKiaN层可藉由使用(ia、N&Al前体，亦可能藉由使用流动气体流来沉积。在所图示的结构100中， GaN缓冲层108具有约500 A的厚度，且可在约550°C的温度下沉积。后续的U-GaN及n-GaN 层112的沉积通常在较高温度(诸如，在一实施例中约为1，0500C )下执行。U-GaN及n-GaN 层112相对较厚。在一实施例中，U-GaN及n-GaN层具有约4μπι的厚度，此厚度需要沉积约140分钟。在一实施例中，InGaN多量子阱(MQW)层116可具有约750 A的厚度，此厚度可在约750°C的温度下在约40分钟的时段内沉积。在一实施例中，p-AWaN层120可具有约200 A的厚度，此厚度可在自约950°C至约1，020°C的温度下在约五分钟内沉积。在一实施例中，完成结构的接触层1 的厚度可约为0. 4 μ m，且可在约1，0500C的温度下历时约25 分钟沉积。另外，可将诸如硅(Si)或镁(Mg)的掺杂剂添加至薄膜。在沉积工艺期间，可藉由添加少量掺杂气体来掺杂薄膜。举例而言，为了掺杂硅，可使用甲硅烷(SiH4)或二硅烷 (Si2H6)气体，而为了掺杂镁，掺杂气体可包括双(环戊二烯)镁(Cp2Mg或(C5H5)2Mg)。
当在单一 MOCVD腔室中执行上述步骤时，高温下的GaN的生长导致( 金属及GaN 在所述MOCVD腔室内的严重寄生沉积，尤其在腔室组件上，包括MOCVD腔室的喷头或气体分配组件。如图IB所展示，此寄生沉积通常富含镓。归因于镓自身充当陷阱(trap)的性质， 富含镓的沉积造成与用于沉积LED的后续单一层的气相前体反应的问题，所述气相前体诸如(例如)三甲基铟(TMI)、三甲基铝(TMA)、N型掺杂剂(诸如甲硅烷(SiH4)及二硅烷 (Si2H6))及ρ型掺杂剂(诸如Cp2Mg)。在有利条件下，在MOCVD腔室内，归因于Ga-In共熔形成(展示于图IC中)，InGaN多量子阱(MQW)受影响最大，从而导致PL波长偏移、PL强度降低及器件总体降级。图2为图示根据本文所描述的实施例的用于制造复合氮化物半导体器件的处理系统200的一实施例的俯视示意图，处理系统200包含单一 MOCVD腔室202。在一实施例中，处理系统200与大气隔离。尽管展示了一个MOCVD腔室202，但是应了解，亦可将一个以上MOCVD腔室202，或另外将一个或多个MOCVD腔室202与一个或多个氢化物气相外延 (HVPE)腔室的组合与运送腔室206耦接。处理系统200包含容纳基板处理器(未图示) 的运送腔室206、与运送腔室206耦接的MOCVD腔室202、与运送腔室206耦接的装载锁定腔室208、与运送腔室206耦接用于储存基板的批量装载锁定腔室209，以及与装载锁定腔室208耦接用于装载基板的装载台210。运送腔室206包含机械手组件(未图示)，所述机械手组件可操作以在装载锁定腔室208、批量装载锁定腔室209与MOCVD腔室202之间拾取及运送基板。亦应了解，尽管展示了群集工具，但是可使用线性跟踪系统来执行本文所描述的实施例。在工艺期间，运送腔室206可保持处于真空下。可调整运送腔室真空程度以匹配 MOCVD腔室202的真空程度。举例而言，当将基板自运送腔室206运送至MOCVD腔室202 (或反之亦然)中时，可维持运送腔室206及MOCVD腔室202处于相同真空程度下。随后，当将基板自运送腔室206运送至装载锁定腔室208或批量装载锁定腔室209 (或反之亦然)时， 尽管装载锁定腔室208或批量装载锁定腔室209的真空程度与MOCVD腔室202的真空程度可能不同，但是运送腔室真空程度亦可匹配装载锁定腔室208或批量装载锁定腔室209的真空程度。因此，可调整运送腔室的真空程度。在某些实施例中，在高纯度惰性气体环境 (诸如，高纯度N2环境)中运送基板。在一实施例中，在具有多于90% &的环境中运送基板。在某些实施例中，在高纯度NH3环境中运送基板。在一实施例中，在具有多于90% NH3 的环境中运送基板。在某些实施例中，在高纯度H2环境中运送基板。在一实施例中，在具有多于90% H2的环境中运送基板。在处理系统200中，机械手组件将装载有基板的基板托运板212运送至单一MOCVD 腔室202中以进行沉积。在一实施例中，基板托运板212可在200mm至750mm范围内。基板载具可由包括SiC或涂覆SiC石墨的各种材料形成。在一实施例中，托运板212包含碳化硅材料。在一实施例中，托运板212具有约1，OOOcm2或更大的表面积，较佳地为2，OOOcm2 或更大且更佳地为4，OOOcm2或更大。在完成所有沉积步骤或一些沉积步骤之后，将托运板212自MOCVD腔室202运送回装载锁定腔室208。在一实施例中，随后朝向装载台210 释放托运板212。在另一实施例中，在MOCVD腔室202中进行进一步处理之前，可将托运板 212储存于装载锁定腔室208或批量装载锁定腔室209中。2008年1月31日提交的题为 PROCESSING SYSTEM FOR FABRICATING COMPOUND NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICES 的美国专利申请S/N. 12/023，572(现公开为US 2009-0194026)中描述了一示例性系统，所述申请以引用的方式全部并入本文。系统控制器260控制处理系统200的活动及操作参数。系统控制器260包括计算机处理器及耦接至所述处理器的计算机可读存储器。处理器执行系统控制软件，诸如储存于存储器中的计算机程序。2006年4月14日提交的题为EPITAXIAL GROWTH OF COMPOUND NITRIDE STRUCTURES 的美国专利申请 S/N. 11/404，516(现公开为 US 2007-024，516)中进一步描述了处理系统的方面及使用方法，所述申请以引用的方式全部并入本文。图3为根据本文所描述的实施例的MOCVD腔室的横截面示意图。MOCVD腔室202 包含腔室主体302 ；用于输送前体气体、载气、清洁气体和/或冲洗气体的化学品输送模块 303 ；具有等离子体源的远程等离子体系统326 ；基座或基板支撑件314及真空系统312。腔室202包括封闭处理容积308的腔室主体302。喷头组件304被安置于处理容积308的一端，且托运板212被安置于处理容积308的另一端。可将托运板212安置于基板支撑件 314上。基板支撑件314具有ζ方向举升能力用于在垂直方向上移动，如箭头315所展示。 在一实施例中，所述ζ方向举升能力可用以将基板支撑件向上移动并使基板支撑件更靠近喷头组件304，或将基板支撑件向下移动并使基板支撑件更加远离喷头组件304。在某些实施例中，基板支撑件314包含加热元件，例如，电阻加热元件(未图示)，以控制基板支撑件314的温度且因此控制安置于基板支撑件314上的托运板212及基板340的温度。在一实施例中，喷头组件304具有与化学品输送模块303耦接的第一处理气体通道304A，用以将第一前体或第一工艺气体混合物输送至处理容积308 ；与化学品输送模块303耦接的第二处理气体通道304B，用以将第二前体或第二工艺气体混合物输送至处理容积308 ；以及与热交换系统370耦接的温度控制通道304C，用以将热交换流体流至喷头组件304从而帮助调节喷头组件304的温度。适当热交换流体包括(但不限于)水、水基乙二醇混合物、全氟多醚(例如，Galden 流体)、油基热运送流体，或类似流体。在一实施例中，在处理期间，可经由与喷头组件304中的第一处理气体通道304A耦接的气体管道346， 将第一前体或第一工艺气体混合物输送至处理容积308 ；且经由与第二气体处理通道304B 耦接的气体管道345，将第二前体或第二工艺气体混合物输送至处理容积308。在使用远程等离子体源的实施例中，可经由管道304D将等离子体输送至处理容积308。应注意，工艺气体混合物或前体可包含一种或多种前体气体或工艺气体以及可与前体气体混合的载气及掺杂气体。在 2007 年 10 月 16 日提交的题为 MULTI-GAS STRAIGHT CHANNEL SHOffERHEAD 的美国专利申请S/N. 11/873，132(现公开为US 2009-0098276)、在2007年10月16日提交的题为 MULTI-GAS SPIRAL CHANNEL SHOffERHEAD 的美国专利申请 S/N. 11/873，141 (现公开为 US 2009-0095222)，以及在 2007 年 10 月 16 日提交的题为 MULTI-GAS CONCENTRIC INJECTION SH0WERHEAD 的美国专利申请 S/N. 11/873，170(现公开为 US 2009-0095221)中描述了可适于操作本文所描述的实施例的示例性喷头，所有所述提交案皆以引用的方式全部并入本文。下部罩319被安置于下部容积310的一端，且托运板212被安置于下部容积310 的另一端。虽然托运板212被展示处于工艺位置，但是可移至下部位置，在所述下部位置上 (例如)可装载或卸载基板340。可将排气环320绕托运板212的周边安置，以帮助防止在下部容积310中发生沉积且还帮助将排气自腔室202导向排气口 309。下部罩319可由透明材料(诸如，高纯度石英)制成以允许光通过，进而辐射加热基板340。辐射加热可由安置于下部罩319下方的多个内部灯321A及外部灯321B提供，且反射器366可用以帮助控制腔室202暴露至由内部灯321A及外部灯321B所提供的辐射能量。亦可使用附加的一系列灯来对基板340进行更精细的温度控制。在某些实施例中，可将冲洗气体(例如，含氮气体)自喷头组件304和/或自安置于托运板212下方并靠近腔室主体302底部的进气口或进气管(未图示)输送入腔室202。 冲洗气体进入腔室202的下部容积310且向上流过托运板212及排气环320且流入绕环形排气通道305安置的多个排气口 309中。排气管道306将环形排气通道305连接至包括真空泵307的真空系统312。可藉由使用阀系统来控制腔室202的压力，所述阀系统控制自环形排气通道汲取排气的速率。在2008年1月31日提交的题为CVD APPARATUS的美国专利申请S/N. 12/023，520(公开为US 2009-0194024)中描述了 MOCVD腔室的其他方面，所述申请以引用的方式全部并入本文。在某些实施例中，可将清洁气体(例如，含卤素气体，诸如氯气)自喷头组件304 和/或自安置于靠近处理容积308的进气口或进气管(未图示)输送入腔室202。清洁气体进入腔室202的处理容积308以自腔室组件(诸如，基板支撑件314及喷头组件304)移除沉积，且经由绕环形排气通道305安置的多个排气口 309退出腔室。化学品输送模块303向MOCVD腔室202供应化学品。可自化学品输送系统经由供应线来供应活性气体、载气、冲洗气体及清洁气体，并将这些气体供应到腔室202中。在一实施例中，经由供应线路来供应气体，并将气体供应到气体混合箱中，在气体混合箱中将气体混合在一起并输送至喷头组件304。大体而言，用于每一气体的供应线路包括关闭阀， 可用以自动地或人工地关闭进入关闭阀关联线路的气体流；以及质量流量控制器或测量经由供应线路的气体流或液体流的其他类型的控制器。用于每一气体的供应线路亦可包括 浓度监控器，用于监控前体浓度且提供实时反馈；可包括背压调节器以控制前体气体浓度； 可使用阀开关控制器来达成快速及准确的阀开关能力；气体供应线路中的湿度感测器测量水位且可向系统软件提供反馈，所述系统软件又可向控制器提供警告/警报。亦可加热气体供应线路，以防止前体及清洁气体在供应线路中冷凝。取决于所使用的工艺，一些源可为液体而非气体。当使用液体源时，化学品输送模块包括液体注入系统或其他适当机构(例如，起泡器)以汽化液体。如本领域技术人员应了解的，随后通常将来自液体的蒸汽与载气混合ο远程微波等离子体系统3 可制造用于选定应用(诸如，腔室清洁或自工艺基板蚀刻残余物)的等离子体。经由管道来发送等离子体物质，从而经由管道304D来将等离子体物质经由喷头组件304分散至MOCVD腔室202，等离子体物质在远程等离子体系统3 中由经由输入线路供应的前体制得。用于清洁应用的前体气体可包括含氯气体、含氟气体、 含碘气体、含溴气体、含氮气体和/或其他活性元素。在层沉积工艺期间，通过将适当沉积前体气体流入远程微波等离子体系统326，远程微波等离子体系统3 亦可适于沉积CVD 层。在一实施例中，使用远程微波等离子体系统3 来将活性氯物质输送至处理容积308， 用于清洁MOCVD腔室202的内部。可藉由经由腔室的侧壁中的通道(未图示)循环热交换液体，来进一步控制MOCVD 腔室202的侧壁及周围结构(诸如，排气过道)的温度。热交换液体可用以取决于所期望的效应来加热或冷却腔室侧壁。举例而言，在热沉积工艺期间，热液体可帮助维持均勻热梯度，而在原位等离子体工艺期间，冷液体可用以自系统移除热，或限制在腔室的侧壁上形成沉积产物。此加热(称为由“热交换器”进行的加热)有利地减少或消除非期望的反应产物的冷凝，并改良工艺气体的挥发性产物及其他污染物的消除，所述挥发性产物及其他污染物如果将在冷的真空通道的侧壁上冷凝且在无气流时段期间移回处理腔室，则可污染所述工艺。分割工艺图4为根据本文所描述的实施例的可用于形成单一腔室的复合氮化物半导体的工艺400的流程图。在框404，所述工艺始于将基板运送至基板处理腔室中。应了解，“一基板”包括“一个或多个基板”。在一实施例中，基板处理腔室类似于MOCVD腔室202。为了沉积氮化物结构，基板可包含蓝宝石，但是可使用的其他材料包括SiC、Si、尖晶石、镓酸锂、ZnO及其他物质。在框408，清洁所述基板，此后在框412，可设置适于氮化物层生长的工艺参数。这种工艺参数可包括用以定义处理腔室内适于热沉积氮化物层的环境的温度、 压力及类似参数。在框416，在基板上提供前体流，进而在框420，在基板上沉积III1-N结构。前体包括氮源及第一第III族元素(诸如Ga)的源。举例而言，适合的氮前体包括 NH3，且适合的( 前体包括三甲基镓(“TMG”)及三乙基镓(TEG)。第一第III族元素有时可包含多个不同的第III族元素(诸如Al及Ga)，在此状况下适合的Al前体可为三甲基铝 (“TMA”)。在另一示例中，多个不同的第III族元素包括，在此状况下适合的h 前体可为三甲基铟(“TMI”)。亦可包括选自由以下组成的群组的一个或多个载气流氩、 氮、氢、氦、氖、氙及组合。在框420沉积III1-N结构之后，在框似4终止前体流。在框426，将基板自处理腔室移除而不使基板暴露于大气。将基板自处理腔室移除而不制动真空，防止了经沉积的 III1-N结构暴露于氧及碳，氧及碳充当电活性掺杂剂/杂质。在框428，执行清洁工艺，在所述清洁工艺中将处理腔室的内部暴露于第一清洁气体，以自腔室及腔室组件移除污染物 (诸如含镓沉积物)。在一实施例中，清洁工艺可包含以下步骤将腔室暴露于蚀刻剂气体， 蚀刻剂气体自腔室侧壁及表面热蚀刻沉积物。可任选地，在清洁工艺期间可将处理腔室暴露于等离子体。用于清洁工艺的清洁气体可包括含卤素气体，诸如氟气(F2)、氯气(Cl2)、溴气(Br2)、碘气(I2)、HI气、HCl气、HBr气、HF气、NF3和/或其他活性元素。亦可包括选自由以下组成的群组的一个或多个载气流氩、氮、氢、氦、氖、氙及其组合。在一实施例中，清洁工艺包含以下步骤将腔室暴露于等离子体。在一实施例中，等离子体由远程等离子体产生器产生。在另一实施例中，等离子体原位产生。在清洁之后，在框430，将基板运送回处理腔室，且在同一处理腔室中执行后续沉积步骤。在框432，将III2-N层沉积于基板上的IIIl-N层上。藉由设置此沉积的适合处理参数(诸如，温度、压力及类似参数)来执行III2-N层的沉积。在一些实施例中，III2-N结构包括III1-N层未包含的第III族元素，但是III1-N层及III2-N层可另外包含相同第III族元素。举例而言，在III1-N层为GaN的状况下，III2-N 层可为AKiaN层或hGaN层。尽管在这些示例中III2-N层具有三元组合物，但并非为必必需且III2层更常见地包括诸如四元AlhGaN层的此类其他组合物。类似地，在III1-N层为AKkiN的实施例中，III2-N层可为AlInGaN层上的InGaN层。用于沉积III2-N层的适合
11前体可与用于沉积III1-N层的前体类似，亦即，NH3为适合的氮前体、TMG为适合的镓前体、 TEG为适合的镓前体、TMA为适合的铝前体且TMI为适合的铟前体。亦可包括选自由以下组成的群组的一个或多个载气流氩、氮、氢、氦、氖、氙及其组合。在框432沉积III2-N层之后，在框438终止前体流。可任选地，在框440，将一个或多个基板自处理腔室移除，而不使所述一个或多个基板暴露于大气。将一个或多个基板自处理腔室移除而不制动真空，可防止经沉积的III2-N结构暴露于氧及碳，氧及碳充当电活性掺杂剂/杂质。在框442，可执行可任选清洁工艺，其中将处理腔室的内部暴露于第二清洁气体，以自腔室及腔室组件移除污染物(诸如，含第III族元素的沉积物)。在框444，在真空下将基板运送至基板处理腔室中。在框444将一个或多个基板运送至处理腔室中之后，在处理腔室中执行后续沉积步骤。在框446，可设置适于生长III3-N层的工艺参数。藉由设置此沉积的适合处理参数(诸如，温度、压力及类似参数)来执行III3-N层的沉积。在一些实施例中，III3-N结构包括III1-N层或III2-N层皆不包含的第III族元素，但是III1-N层、III2-N层及III3-N层可另外包含相同的第III族元素。举例而言，在III1-N层为GaN的状况下，III2-N层可为 InGaN层，且III3-N可为AKiaN层。尽管在这些示例中III3-N层具有三元组合物，但并非为必需且III3-N层更常见地包括如四元AlInGaN层的此类其他组合物。用于沉积III3-N层的适合前体可与用于沉积III1-N层及III2-N层的前体类似，亦即，NH3为适合的氮前体、TMG 为适合的镓前体、TEG为适合的镓前体、TMA为适合的铝前体且TMI为适合的铟前体。亦可包括选自由以下组成的群组的一个或多个载气流氩、氮、氢、氦、氖、氙及其组合。可任选地，在沉积III3-N层结构之后，可设置适于生长III4-N层的工艺参数。这种工艺参数可包括温度、压力及类似参数，以定义处理腔室内适于热沉积氮化物层的环境。提供III4及氮前体流，以在基板上沉积III4-N结构。前体包括氮源及第四第III族元素(诸如Ga)的源。举例而言，适合的氮前体包括NH3，且适合的( 前体包括三甲基镓 (“TMG”)及三乙基镓(TEG)。亦可包括选自由以下组成的群组的一个或多个载气流氩、 氮、氢、氦、氖、氙及其组合。在框448，终止前体流。在框450，将基板自处理腔室移除而不使基板暴露于大气。在框452，执行可任选沉积后腔室清洁，其中将处理腔室的内部暴露于第三清洁气体，以自腔室及腔室组件移除污染物及含第III族元素的沉积物，此后在框妨4处理附加基板。用于沉积III1-N层、III2-N层、III3-N层及III4-N层的处理条件可取决于特定应用而有所改变。以下表格提供示例性处理条件及前体流率，所述处理条件及前体流率通常适于藉由使用上文所描述的器件来生长氮化物半导体结构
权利要求
1.一种用于制造复合氮化物半导体结构的方法，包含以下步骤使用第一第III族前体及第一含氮前体，在处理腔室中使用热化学气相沉积工艺将第一层沉积于一个或多个基板上，所述第一第III族前体包含第一第III族元素，其中所述第一层包含氮及所述第一第III族元素；在所述沉积第一层之后，将所述一个或多个基板自所述处理腔室移除，而不使所述一个或多个基板暴露于大气；在所述沉积第一层之后，在将所述一个或多个基板自所述处理腔室移除之后，使第一清洁气体流入所述处理腔室以自所述处理腔室移除污染物；在自所述处理腔室中移除污染物之后，将所述一个或多个基板运送至所述处理腔室中，而不使所述一个或多个基板暴露于大气；以及使用第二第III族前体及第二含氮前体，在所述处理腔室中使用热化学气相沉积工艺，将第二层沉积于所述第一层上，其中所述第二第III族前体包含所述第一第III族前体未包含的第二第III族元素。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤在所述沉积第二层之后，将所述一个或多个基板自所述处理腔室移除，而不使所述一个或多个基板暴露于大气；在所述沉积第二层之后，在所述将所述一个或多个基板自所述处理腔室移除而不使所述一个或多个基板暴露于大气之后，使第二清洁气体流入所述处理腔室以自所述处理腔室移除污染物；在所述使第二清洁气体流入所述处理腔室之后，将所述一个或多个基板运送至所述处理腔室中而不使所述一个或多个基板暴露于大气；使用第三第III族前体及第三含氮前体，在所述处理腔室中使用热化学气相沉积工艺将第三层沉积于所述一个或多个基板上，所述第三第III族前体包含第三第III族元素，所述第三层包含氮及所述第三第III族元素；使用第四第III族前体及第四含氮前体，在所述处理腔室中使用热化学气相沉积工艺将第四层沉积于所述一个或多个基板上，所述第四第III族前体包含第四第III族元素，所述第四层包含氮及所述第四第III族元素；在所述沉积第四层之后，将所述一个或多个基板自所述处理腔室移除，而不使所述一个或多个基板暴露于大气；以及在所述沉积第四层之后，在将所述一个或多个基板自所述处理腔室移除而不使所述一个或多个基板暴露于大气之后，使第三清洁气体流入所述处理腔室以执行沉积后清洁，从而自所述处理腔室移除污染物。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一清洁气体、所述第二清洁气体以及所述第三清洁气体为含卤素气体，每一清洁气体分别选自由以下组成的群组氟气、氯气、 溴气、碘气、碘化氢(HI)气、氯化氢(HCl)气、溴化氢(HBr)气、氟化氢(HF)气及其组合。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于 所述第一第III族元素为镓；所述第二第III族元素为铟； 所述第三第III族元素为铝；所述第四第III族元素为镓； 所述第一层包含GaN层； 所述第二层包含InGaN层； 所述第三层包含P型掺杂AlGaN层；及所述第四层包含P型掺杂GaN层。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污染物主要包含富含( 的GaN，所述污染物沉积在包括喷头的所述处理腔室的组件上。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤在所述将所述一个或多个基板自所述处理腔室移除之后且在所述使第一清洁气体流入所述处理腔室以自所述处理腔室移除污染物之前，冲洗所述处理腔室以自所述处理腔室移除污染物；以及在所述使第一清洁气体流入所述处理腔室以自所述处理腔室移除污染物之后，冲洗所述处理腔室以自所述处理腔室移除污染物。
7.如权利要求2所述的方法，进一步包含以下步骤在所述使第三清洁气体流入所述处理腔室以自所述处理腔室移除污染物之后，冲洗所述处理腔室以自所述处理腔室移除污染物；以及在冲洗所述处理腔室之后，在约0. 001托耳至约5托耳的腔室压力下，在约950°C至约 1，050°C的温度下，在含氮和/或含氢气氛中执行腔室烘干工艺。
8.一种用于制造复合氮化物半导体结构的方法，包含以下步骤将一个或多个基板安置于基座上，其中所述基座位于包含喷头的金属有机化学气相沉积(MOCVD)腔室的处理区域中；藉由使第一含镓前体及第一含氮前体经由所述喷头流入所述MOCVD腔室，在所述 MOCVD腔室中使用热化学气相沉积工艺将氮化镓层沉积于所述基板上；将所述一个或多个基板自所述MOCVD腔室移除，而不使所述一个或多个基板暴露于大气；使氯气流入所述处理腔室以自所述喷头移除污染物；在自所述喷头移除污染物之后，将所述一个或多个基板运送至所述MOCVD腔室中；以及藉由使第二含镓前体、含铟前体及第二含氮前体流入所述MOCVD腔室，在所述MOCVD腔室中使用热化学气相沉积工艺，将InGaN层沉积于所述GaN层上。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包含以下步骤在将所述一个或多个基板运送至所述MOCVD腔室中之前，使第一冲洗气体流入所述 MOCVD腔室以自所述MOCVD腔室移除氯气及污染物副产物；在冲洗所述MOCVD腔室之后，使清洁气体流入所述MOCVD腔室以自所述喷头移除污染物；以及使第二冲洗气体流入所述MOCVD腔室以自所述MOCVD腔室移除所述清洁气体及污染物副产物。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在基座温度为约600°C至约700°C且喷头温度为约100°C至约200°C的情况下，在约0. 001托耳至100托耳的总腔室压力下，以约.1，OOOsccm至约4，OOOsccm的流率使所述氯气流入所述MOCVD腔室。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在基座温度约900°C且喷头温度低于100°C的情况下，在约0. 001托耳至约10托耳的总腔室压力下，以约l，000sCCm至约 5，OOOsccm的流率使所述第一冲洗气体流入所述MOCVD腔室；在基座温度约40(TC至约60(TC且喷头温度约260°C至约40(TC的情况下，在约300托耳至约700托耳的总腔室压力下，以约3，OOOsccm至约5，OOOsccm的流率使所述清洁气体流入所述MOCVD腔室；以及在基座温度约400°C至约600°C且喷头温度高于200°C的情况下，在约0. 001托耳至约 10托耳的总腔室压力下，以约1，OOOsccm至约4，OOOsccm的流率提供所述第二冲洗气体。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述自所述MOCVD腔室移除所述一个或多个基板包含以下步骤在具有多于90% N2的气氛中将所述基板运送至装载锁定腔室。
13.一种用于制造复合氮化物半导体装置的集成处理系统，包含金属有机化学气相沉积(MOCVD)腔室，可操作以使用热化学气相沉积工艺在一个或多个基板上形成氮化镓(GaN)层且在所述GaN层上形成多量子阱(MQW)层；以及含卤素气源，耦接所述MOCVD腔室，所述含卤素气源可操作以使含卤素气体流入所述 MOCVD腔室，从而在将所述MQW层形成于所述GaN层上之前自所述MOCVD腔室的一个或多个内表面移除至少一部分非期望的沉积物堆积，所述非期望的沉积物堆积是在所述一个或多个基板上形成所述GaN层时沉积的，其中所述含卤素气体选自包含以下的群组氟、氯、溴、 碘、HI气、HCl气、HBr气、HF气、NF3及其组合。
14.如权利要求13所述的集成处理系统，进一步包含冲洗气源，耦接所述MOCVD腔室，所述冲洗气源可操作以使冲洗气体流入所述MOCVD腔室，从而在将所述MQW层形成于所述GaN层上之前自所述MOCVD腔室移除反应副产物，所述反应副产物由所述含卤素气体与所述非期望的沉积物堆积的所述反应形成。
15.如权利要求13所述的集成处理系统，进一步包含运送区域，与所述MOCVD腔室形成可运送连通；机械手组件，安置于所述运送区域中，以用于运送所述一个或多个基板而不使所述一个或多个基板暴露于大气；装载锁定腔室，与所述运送区域形成可运送连通，其中运送一个或多个基板包含在具有多于90% N2的环境中，将所述一个或多个基板自所述MOCVD腔室运送至装载锁定腔室， 而不使所述基板暴露于大气。
全文摘要
在一实施例中，提供一种用于制造复合氮化物半导体装置的方法，所述方法包含以下步骤将一个或多个基板安置于包含喷头的金属有机化学气相沉积(MOCVD)腔室的处理区域中的基座上；藉由将第一含镓前体及第一含氮前体经由所述喷头流入所述MOCVD腔室，在所述MOCVD腔室中使用热化学气相沉积工艺将氮化镓层沉积于所述基板上；将一个或多个基板自所述MOCVD腔室移除，而不使所述一个或多个基板暴露于大气；将氯气流入所述处理腔室以自所述喷头移除污染物；在自所述喷头移除污染物之后，将一个或多个基板运送至所述MOCVD腔室中；以及在所述MOCVD腔室中使用热化学气相沉积工艺，将InGaN层沉积于所述GaN层上。
文档编号H01L33/02GK102414845SQ201080019516
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月28日
发明者O·克利里欧科 申请人:应用材料公司