用于led制造的改良多腔室分离处理的制作方法

专利名称：用于led制造的改良多腔室分离处理的制作方法
用于LED制造的改良多腔室分离处理发明所属的技术领域本发明实施例大致关于元件(诸如，发光二极体(LEDs)、激光二极体(LDs))的制造，更明确地，是关于藉由金属-有机化学气相沉积(MOCVD)与氢化物气相磊晶(HVPE)沉积处理形成III-V族材料的处理。相关技术的说明发现III-V族薄膜在诸如短波LEDs、LDs、与电子元件(包括高功率、高频率与高温电晶体与积体电路)的多种半导体元件发展与制造中越来越重要。举例而言，利用III 族-氮化物半导体材料氮化镓(GaN)制造短波长(例如，蓝/绿至紫外光)LEDs。已经发现利用GaN制造的短波长LEDs比起利用非-氮化物半导体材料(包括II-VI族元素)制造的短波长LEDs而言，可提供显著较高的效率与较长的运作时间。一种已经用来沉积III族-氮化物(例如，GaN)的方法是金属有机化学气相沉积 (MOCVD)。此化学气相沉积方法通常执行于温度受控环境的反应器中，以确保包含至少一 III族元素(例如，镓(Ga))的第一前驱物气体的稳定性。第二前驱物气体(例如，氨(NH3)) 提供形成III族-氮化物所需的氮。将两个前驱物气体注入反应器中的处理区域，其在处理区域中混合并移向处理区域中的加热基板。载气可用来助于传送前驱物气体朝向基板。 前驱物在加热的基板表面处反应以在基板表面上形成III族-氮化物层。薄膜的品质部分取决于沉积均勻性，而沉积均勻性取决于前驱物横跨基板的均勻流动与混合。此外，多腔室处理在形成LD与LED制造所需的薄膜堆迭中具有某些优点。然而， 腔室间传送过程中经历的生成中断会导致电致发光的减少。因此，需要用于LD与LED制造的改良多腔室处理。

发明内容—实施例中，化合氮化物半导体结构的制造方法包括下列步骤将第一 III族前驱物与第一含氮前驱物流入第一处理腔室以在配置于一或多个基板上之现有层上沉积第一层；在不暴露一或多个基板于大气的情况下传送一或多个基板进入第二基板处理腔室； 在一或多个基板上执行表面处理以移除第一层的部分；并将第二 III族前驱物与第二含氮前驱物流入第二处理腔室以在第一层上沉积第二层。另一实施例中，化合氮化物半导体结构的制造方法包括下列步骤将第一 III族前驱物与第一含氮前驱物流入第一处理腔室以在配置于一或多个基板上的现有层上沉积第一层；在一或多个基板上执行表面处理以至少部分地钝化第一层；在不暴露一或多个基板于大气的情况下传送一或多个基板进入第二基板处理腔室；并将第二 III族前驱物与第二含氮前驱物流入第二处理腔室以在第一层上沉积第二层。又另一实施例中，化合氮化物半导体结构的制造方法包括下列步骤将第一 III 族前驱物与第一含氮前驱物流入第一处理腔室以在配置于一或多个基板上的现有层上沉积第一层；将P-型掺质流过第一层以轻微地掺杂第一层的表面；在不暴露一或多个基板于大气的情况下传送一或多个基板进入第二基板处理腔室；并将第二 III族前驱物与第二含氮前驱物流入第二处理腔室以在第一层上沉积第二层。图式简单说明为了更详细地了解本发明的上述特征，可参照实施例(某些描绘于附图
中)来理解本发明简短概述于上的特定描述。然而，需注意附图仅描绘本发明的典型实施例而因此不被视为其的范围的限制因素，因为本发明可允许其他等效实施例。图IA是GaN-系(GaN-based) LED的结构的示意图。图IB是GaN系(GaN based) LD结构的示意图。图2A是描述根据本文所述实施例制造化合氮化物半导体元件的处理系统的一实施例的示意俯视图。图2B是描述根据本文所述实施例制造化合氮化物半导体元件的处理系统的另一实施例的示意俯视图。图3是根据本文所述实施例制造化合氮化物半导体元件的金属-有机化学气相沉积(MOCVD)腔室的示意横剖面图。图4是根据本文所述实施例制造化合氮化物半导体元件的氢化物气相磊晶 (HVPE)设备的示意横剖面图。图5是根据本文所述实施例用于多腔室化合氮化物半导体形成的处理的流程图。图6是根据本文所述实施例用于多腔室化合氮化物半导体形成的另一处理的流程图。实施方式本文所述实施例大致关于藉由金属-有机化学气相沉积(MOCVD)处理与/或氢化物气相磊晶(HVPE)处理形成III-V族材料。一实施例中，在第一腔室中于基板上执行III1 族-N层的沉积，在第二腔室中于基板执行III2族-N层的沉积，并在与沉积III2族-N层的腔室不同的腔室中于基板上执行III3族-N层的沉积。在III2族-N层沉积与III3族-N 层沉积之间，于基板上执行一或多个表面处理以降低界面处的非辐射复合并改善生成结构的整体电致发光。一实施例中，在第一处理腔室中沉积高温GaN层，在不同处理腔室中沉积 InGaN多重量子井(MQW)，并在与沉积InGaN多重量子井(MQW)层的处理腔室不同的处理腔室中执行P-GaN生成处理。在沉积hGaN MQW层后且生成ρ-GaN层之前，于hGaN MQW层上执行表面处理。示范式表面处理可包括在传送至P-GaN的不同腔室之前一或多个针对 InGaN MQW层的钝化处理；在传送至p_GaN生成的不同腔室后InGaN MQff层与/或钝化层上的表面移除处理；及在传送至P-GaN生成的不同腔室之前，InGaN MQW层中的最后阻障的轻微掺杂与最后阻障的顶部上P-AWaN层的生成。目前，金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术是生成III族-氮化物系(Group 111 nitride based) LED制造最广泛应用的技术。一典型氮化物系结构为图IA所述的GaN-系 LED结构100。其制造于基板104上。示范性基板包括蓝宝石与硅基板。在形成于基板上的 GaN或氮化铝(AlN)缓冲层108上，沉积U-GaN层与随后的η-型GaN层112。由多重量子井(MQW)层116具现元件的主动区，图示中显示为hGaN/GaN MQW层。一实施例中，InGaN MQff层116包括由GaN阻障层结合的InGaN与GaN的堆迭组。以覆盖ρ-型AlGaN层120形成ρ-η接合区，而ρ-型GaN层IM作为接触层。上述LED典型制造处理可在处理腔室中基板104清洁之后应用金属有机化学气相沉积(「M0CVD」)处理。藉由提供适当前驱物流至处理腔室并利用热处理来达成沉积以完成MOCVD沉积。举例而言，可利用( 与含氮前驱物(或许具有N2、H2与NH3类载气的流动) 来沉积GaN层。可利用(^力与^!前驱物(或许具有载气的流动)来沉积hGaN层。InGaN MQff层116可包括10或更多由GaN阻障层结合的InGaN与GaN的堆迭组。可利用fei、N与 Al前驱物(亦或许具有载气的流动)来沉积AlGaN层。GaN缓冲层108的厚度在约200 A 与约500 A之间，且已经于约550°C温度下沉积。随后的U-GaN与n-GaN层112沉积通常执行于较高温度下，例如1050°C附近。U-GaN与n-GaN层112是相当厚的，约4 μ m等级的沉积厚度需要约140分钟进行沉积。一实例中，U-GaN与n-GaN层112是10 μ m或更大以改善结晶品质、降低贯穿式差排密度、并降低随后InGaN MQW层116中的应变能。InGaN MQff 层116的厚度在约100 A与约1000 A之间，其可在约750°C温度下沉积约40分钟周期而形成。P-AKkiN层120的厚度在约200 A与约600 A之间，其可在约950°C至约1020°C的温度下沉积约五分钟而形成。完成结构的P-型GaN层或接触层124的厚度可在约0. 1 μ m与约0. 5 μ m之间，且可在约1020°C的温度下沉积约25分钟而形成。此外，可对薄膜添加掺杂质(诸如，硅(Si)或镁(Mg))。可藉由在沉积处理过程中添加少量的掺杂气体来掺杂薄膜。举例而言，对硅(或η-型)掺杂而言，可应用硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)气体，而对镁(或P-型)掺杂而言，掺杂气体可包括双(环戊二烯基)镁(Cp2Mg或(C5H5) 2Mg)。图IB是形成于含氧化铝基板105(诸如，蓝宝石或硅基板)上的GaN系LD结构150 的示意图。在热清洁步骤与预处理制程后将LD结构150形成于基板105上。可藉由在加热基板105时将基板105暴露于清洁气体混合物(包括氨与载气)来执行热清洁步骤。预处理制程包括在将基板加热至高温范围时将基板暴露于预处理气体混合物。一实施例中， 预处理气体混合物是蚀刻剂，例如卤素气体。LD结构150是形成于基板105上的堆迭结构。LD结构150起始于n_型GaN接触层152。LD结构150更包括η-型披覆层154。披覆层巧4可包括AKiaN。未掺杂导引层156形成于披覆层巧4上。导引层156可包括InGaN。具有多重量子井(MQW)结构的主动层158形成于导引层156上。一实例中，主动层158包括10或更多由GaN阻障层结合的 InGaN与GaN组。未掺杂导引层160形成于主动层158上。ρ-型电子阻挡层162形成于未掺杂导引层160上。ρ-型接触GaN层164形成于ρ-型电子阻挡层162上。某些处理中，上述步骤执行于单一 MOCVD腔室中，S卩，在不同层生成过程中不具有生成中断。然而，高温下的GaN生成通常造成MOCVD腔室中严重的( 金属与GaN寄生沉积，在腔室部件上特别严重，腔室部件包括MOCVD腔室的喷头与气体分配组件。此外，单一腔室处理中，MQW层的h与ρ-型掺质(例如，Mg)之间有可能交互污染。具有群集-型或线上工具的某些实施例中，可在处理之间不破坏真空环境的情况下于不同腔室中执行LEDs 或LDs的完整生成。相对于单一腔室处理，多-腔室处理存有多种优点。举例而言，可降低交互-污染的可能性，且InGaN MQff层不受高温GaN生成过程中发生的严厉喷头涂覆的影响。然而，相对于单一腔室生成的原位LED而言，在MQW层沉积之前与之后具有生成中断， 分离式LED的整体电致发光可降低20-80%或更多。此降低可归因于表面复合现象，更明确地，MQff与P-AWaN层间界面发生的非辐射复合。在MQW与p_AWaN层间的生成中断过程中，可因为悬浮键重整且与邻近原子形成键结而发生表面重建。这可能导致局部地形成表面能量不同于整体原子状态的新原子结构。上述表面复合可因为界面处的非辐射复合而导
6致表面热量增加，造成显著降低的发冷光效率。图2A是根据本文所述实施例描绘处理系统200的一实施例的示意俯视图，其包括多个MOCVD腔室2(^a、202b与202c以制造化合氮化物半导体元件。将处理系统200中环境的压力维持在真空环境或低于大气压力下。乐见以惰性气体(例如，氮)回填处理系统 200。虽然仅显示三个MOCVD腔室202a、202b与202c，但应理解任何数目MOCVD腔室、或者一或多个MOCVD腔室与一或多个HVPE腔室的任何组合亦可耦接至传送室206。各个MOCVD腔室2(^a、202b与202c包括形成处理区的腔室主体2Ua、212b、212c， 将基板置于其中以经历处理；化学输送模组216a、216b、216c，自其输送气体前驱物至腔室主体212a,212b,212c ；及用于各个MOCVD腔室202a,202b与202c的电子模组220a,220b, 220c，其包括处理系统200的各个MOCVD腔室的电子系统。各个MOCVD腔室20加、202b与 202c适以执行CVD处理，其中金属有机元素与金属氢化物元素反应以形成薄的化合氮化物半导体材料层。处理系统200包括容纳基板搬运器(未显示)的传送室206 ；与传送室206耦接的第一 MOCVD腔室202a、与第二 MOCVD腔室20 与第三MOCVD腔室202c ；与传送室206耦接的负载锁定腔室208 ；与传送室206耦接且用以储存基板的批次负载锁定腔室209 ；及与负载锁定腔室208耦接且用以负载基板的负载台210。传送室206包括的机器人组件207 用来拾起并传送基板于负载锁定腔室208、批次负载锁定腔室209、与MOCVD腔室202之间。传送室206可在处理过程中保持在真空与/或低于大气压力的压力下。传送室 206的真空水平可经调节以符合MOCVD腔室20 的真空水平。举例而言，当自传送室206 传送基板进入MOCVD腔室20 (或反过来)时，可将传送室206与MOCVD腔室20 维持在相同真空水平下。接着，当自传送室206传送基板至负载锁定腔室208或批次负载锁定腔室 209 (或反过来)时，即便负载锁定腔室208或批次负载锁定腔室209与MOCVD腔室20 的真空水平可能不同，传送室真空水平可匹配负载锁定腔室208或批次负载锁定腔室209的真空水平。因此，可调节传送室的真空水平。乐见以惰性气体(例如，氮)回填传送室206。 举例而言，在高于90% 的环境中传送基板。另一实例中，在高纯度NH3环境(例如，高于 90 % NH3的环境)中传送基板。又一实例中，在高纯度吐环境(例如，高于90 % H2的环境) 中传送基板。处理系统200中，机器人组件在真空下将装载有基板的携带板传送进入第一 MOCVD腔室20 以进行第一沉积处理。机器人组件在真空下将携带板传送进入第MOCVD 腔室202b以进行第二沉积处理。机器人组件在真空下将携带板传送进入第一 MOCVD腔室 202a或第三MOCVD腔室202c任一者以进行第三沉积处理。在已经完成所有或某些沉积步骤之后，将携带板自MOCVD腔室20h-C传送回负载锁定腔室208。一实施例中，接着朝向负载台210释放携带板。另一实施例中，在MOCVD腔室20加-(3中进丨步处理前，可将携带板储存于负载锁定腔室208或批次负载锁定腔室209任一者中。一示范系统描述于2008年1 月31日申请的美国专利申请案12/023，572，名称为「PROCESSING SYSTEM FOR FABRICATING COMPOUND NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICES」，其全文以参考资料倂入本文中。系统控制器260控制处理系统200的行动与操作参数。系统控制器260包括电脑处理器与耦接至处理器的电脑可读存储器。处理器执行系统控制软件，例如储存于存储器中的电脑程序。处理系统与应用方法的方面进一步描述于2006年4月14日申请的美国专利申请案 11/404，516，现公开为 US 2007-024，516，名称为「EPITAXIAL Growth of COMPOUND NITRIDE Structures」，其全文以参考资料倂入本文中。图2B是根据本文所述实施例描绘制造化合氮化物半导体元件的处理系统230的另一实施例的示意俯视图。相似于图2A所示的处理系统200，处理系统230包括第二 MOCVD 腔室202b与第三MOCVD腔室202c，然而，与图2A所示的处理系统200不同的是，处理系统 230以HVPE腔室204取代第一 MOCVD腔室20加。HVPE腔室204是适以执行HVPE处理，其中气态金属卤化物用于在加热的基板上磊晶生成厚的化合氮化物半导体材料层。HVPE腔室 204包括腔室主体214，其中置放基板以经历处理；化学输送模组218，可自其输送气体前驱物至腔室主体214 ；及电子模组222，包括处理系统230的HVPE腔室的电子系统。处理系统230中，机器人组件在真空下将装载有基板的携带板传送进入HVPE腔室 204以进行第一沉积处理。机器人组件在真空下将携带板传送进入第二 MOCVD腔室202b以进行第二沉积处理。机器人组件在真空下将携带板传送进入第三MOCVD腔室202c以进行第三沉积处理。图3是根据本文所述实施例的MOCVD腔室202的示意横剖面图。MOCVD腔室202 包括腔室主体302 ；化学输送模组216，用以输送前驱物气体、载气、清洁气体与/或净化气体；带有等离子体源的远端等离子体系统326 ；基座或基板支撑件314 ；及真空系统312。腔室主体302封围处理空间308。喷头组件304配置于处理空间308的一端，而携带板311配置于处理空间308的另一端。携带板311可配置于基板支撑件314上。基板支撑件314具有如同箭头315所示的垂直方向移动能力。垂直举升能力可用来将基板支撑件移动向上并接近喷头组件304，或将基板支撑件移动向下且远离喷头组件304。某些实施例中，基板支撑件314包括加热元件，举例而言，电阻式加热元件(未显示)，以控制基板支撑件314的温度，并因此控制携带板311与配置于基板支撑件314上的基板340的温度。喷头组件304具有第一处理气体通道304A，其与化学输送模组216耦接以输送第一前驱物或第一处理气体混合物至处理空间308 ；第二处理气体通道304B，其与化学输送模组216耦接以输送第二前驱物或第二处理气体混合物至处理空间308 ；及温度控制通道 304C，其与热交换系统370耦接以流动交换流体至喷头组件304好助于调控喷头组件304 的温度。适当热交换流体包括(但不限于)水、水-系乙二醇混合物、全氟聚醚(例如， Galden 流体)、油-系热传送流体或相似流体。处理过程中，可透过与喷头组件304中的第一处理气体通道304A耦接的气体导管346将第一前驱物或第一处理气体混合物输送至处理空间308，并可透过与第二气体处理通道304B耦接的气体导管345将第二前驱物或第二处理气体混合物输送至处理空间308。应用远端等离子体源的实施例中，可透过导管304D 将等离子体输送至处理空间308。应当注意处理气体混合物或前驱物可包括一或多个前驱物气体或处理气体以及可与前驱物气体混合的载气与掺杂气体。适以执行本文所述实施例的示范性喷头描述于2007年10月16日申请的美国专利申请案 11/873，132，现公开为 US 2009-0098276,名称为「MULTI-GAS STRAIGHT CHANNEL SH0WERHEAD」;2007年10月16日申请的美国专利申请案11/873，141，现公开为US 2009-0095222，名称为「MULTI-GAS SPIRAL CHANNEL SHOffERHEAD ；及 2007 年 10 月 16 日申请的美国专利申请案11/873，170现公开为2009-0095221，名称为「MULTI-GASCONCENTRIC INJECTION SHOffERHEADJ,所有其的全文以参考资料并入本文中。
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下圆盖319配置于下部空间310的一端，而携带板311配置于下部空间310的另一端。携带板311显示于处理位置中，但可移动至例如可负载与卸载基板340的较低位置。 排气环320可配置于携带板311周边以助于避免沉积发生于下部空间310中，并亦有助于自腔室202直接将气体排至排气埠309。下圆盖319可由透明材料(例如，高-纯度石英) 制成，好让光线通过以辐射加热基板340。可藉由多个配置于下圆盖319下方的内部灯泡 321A与外部灯泡321B来提供辐射加热，并可利用反射器366来帮助控制腔室203暴露于内部与外部灯泡321A、321B提供的辐射能量。亦可利用额外的灯泡环来细微地温度控制基板 340。可自配置于携带板311下方且接近腔室主体302底部的喷头组件304与/或入口埠或管道(未显示)输送净化气体(例如，含氮气体)进入腔室202。净化气体进入腔室202 的下部空间310并向上流过携带板311与排气环320，且进入围绕环状排气通道305而配置的排气埠309。排气导管306连接环状排气通道305至真空系统312，其包括真空泵307。 可利用阀系统来控制腔室202压力，阀系统控制自环状排气通道引出的排出气体的速率。 MOCVD腔室203的其他方面描述于2008年1月31日申请的美国专利申请案12/023，520， 名称为「CVD APPARATUS」，其全文倚参考资料并入本文中。可自配置于处理空间308附近的喷头组件304与/或入口埠或管道(未显示)输送清洁气体(例如，卤素气体)进入腔室202。清洁气体进入腔室202的处理空间308以自腔室部件(诸如，基板支撑件314与喷头组件304)移除沉积物，并透过多个围绕环状排气通道305而配置的排气埠309离开腔室。化学输送模组216输送化学物质至MOCVD腔室203。自化学输送系统透过输送管线供应反应性气体、载气、净化气体与清洁气体进入腔室203。一实施例中，透过输送管线供应气体进入气体混合匣，气体于其中混合在一起并输送至喷头304。另一实施例中，透过不同的输送管线将气体输送至喷头304并在腔室202中混合。一般而言，各个气体的输送管线包括闭止阀，其可用来自动或手动地停止气体流进入其相关管线；及质量流量控制器或其他类型的控制器，其测量经过输送管线的气体或液体流。各个气体的输送管线亦包括浓度监控器，其监控前驱物浓度并提供即时反馈；可包括负压调控器以控制前驱物气体浓度； 阀转换控制，可用来快速与准确地转换阀；气体管线中的湿气感测器，可测量水分程度且可提供反馈至系统软件，系统软件接着可提供警示/警报给操作者。亦可加热气体管线以避免前驱物与清洁气体凝结于供应管线中。取决于所应用的处理，某些源可为液体而非气体。 当应用液体源时，化学输送模组包括液体注入系统或其他适当机构(例如，起泡器)以蒸发液体。随后，如熟悉技术人士所知，来自液体的蒸气通常与载气混合。远端等离子体系统3 可产生等离子体给选择的应用，诸如腔室清洁或自处理基板蚀刻残余物。远端等离子体系统3 是远端微波等离子体系统。远端等离子体系统326 自透过输入管线供应的前驱物产生的等离子体物种，透过导管送入以经由喷头组件304分散至MOCVD腔室202。清洁应用的前驱物气体可包括含氯气体、含氟气体、含碘气体、含溴气体、含氮气体与/或其他反应性元素。远端等离子体系统3 亦可适于在层沉积处理过程中将适当的沉积前驱物气体流入远端等离子体系统3 而用于沉积CVD层。远端等离子体系统3 用来输送活性氮物种至处理空间308。可进一步藉由循环热交换液体通过腔室壁中的管道(未显示)来控制MOCVD腔室202的壁与周围结构(例如，排气通道)的温度。取决于所欲作用，热交换液体可用来加热或冷却腔室壁。举例而言，热液体可有助于在热沉积处理过程中维持均勻的热梯度，而冷液体可用来在原位等离子体处理过程中自系统移除热量、或限制沉积产物形成于腔室壁上。 喷头组件304亦可具有热交换通道(未显示)。一般而言，热交换流体为水-系乙二醇混合物、油-系热传送流体或相似流体。此种称为「热交换者」加热的加热作用可有利地减少或排除不欲的反应产物凝结，并可改善移除处理气体与其他污染物的挥发产物，若挥发产物凝结于冷却真空通道的壁上且在无气流期间往回移动进入处理腔室的话，将会污染处理。图4是根据本文所述实施例用以制造化合氮化物半导体元件的氢化物气相磊晶 (HVPE)腔室204的示意横剖面图。HVPE腔室204包括盖404所封围的腔室主体402。腔室主体402与盖404界定处理空间407。喷头406配置于处理空间407的上部区域中。基座 414配置于处理空间407中与喷头406相对。基座414被设置为在处理过程中支撑多个基板415于其上。多个基板415配置于基座414所支撑的携带板311上。基座414可由马达 480所旋转，且可由多种材料(包括SiC或SiC-涂覆的石墨)所形成。一实例中，可在约 2RPM至约100RPM(例如，约30RPM)下旋转基座414。旋转基座414有助于提供处理气体对各个基板的均勻暴露。HVPE腔室204包括加热组件428，设以加热基座414上的基板415。腔室底部40 可由石英形成，而加热组件4 可为配置于腔室底部40 下的灯泡组件，以透过石英腔室底部40 加热基板415。一实例中，加热组件4 包括灯泡阵列，其经分散以提供横跨基板、基板载具与/或基座的均勻温度分布。HVPE腔室204更包括配置于腔室402的侧壁408中的前驱物供应管道422、424。 管道422与似4流体连通于处理空间407以及存在于前驱物源模组432中的入口管道421。 喷头406流体连通于处理空间407与气体源410。处理空间407透过环状埠426流体连通于排气装置451。HVPE腔室204更包括嵌于腔室主体402的壁408中的加热器430。嵌于壁408中的加热器430可在沉积处理过程中提供少量(若有的话)的热量。热电偶可用来测量处理腔室内的温度。热电偶的输出可反馈至控制器441，其基于来自热电偶(未显示)的数值藉由调整输送至加热器元件430(例如，电阻式加热元件)的功率来控制腔室主体402的币的温度。举例而言，若腔室太冷时，将打开加热器430。若腔室太热时，将关掉加热器430。此外，来自加热器430的加热量可经控制以致由加热器430提供少量的热量。将来自气体源410的处理气体透过配置于气体分配喷头406中的气体气室436输送至处理空间407。气体源410可包括含氮化合物。一实例中，气体源410经设置以输送包括氨或氮的气体。亦可透过气体分配喷头406或透过配置于腔室402的壁408的管道4M 任一者导入惰性气体(诸如，氦或双原子氮)。能量源412可配置于气体源410与气体分配喷头406之间。能量源412可包括加热器或远端RF等离子体源。能量源412可提供能量给气体源410输送的气体，以便形成游离基团或离子，以致含氮气体的氮更具反应性。源模组432包括连接至源舟434的井434A的卤素气体源以及连接至井434A的惰性气体源419。源材料423(诸如，铝、镓或铟)配置于井434A中。加热源420围绕源舟 434。入口管道421透过管道422、424连接井434A至处理空间407。处理过程中，可自卤素气体源418将卤素气体(诸如，(12、81~2或12)输送至源舟434的井434A以产生金属卤化物前驱物(诸如，GaCl, GaCl3> AlCl3)。卤素气体与固态或液态源材料423的交互作用可形成金属卤化物前驱物。可藉由加热源420加热源舟434以加热源材料423并可形成金属卤化物前驱物。接着将金属卤化物前驱物透过入口管道421 输送至HVPE腔室204的处理空间407。惰性气体源419输送的惰性气体(诸如，Ar、N2)可携带或推动井434A中形成的金属卤化物前驱物通过入口管道421与管道422与4M而至 HVPE腔室204的处理空间407。可透过喷头406将含氮前驱物气体(诸如，氨(NH3) ,N2)导入处理空间407，同时亦可提供金属卤化物前驱物至处理空间407，以致可在配置于处理空间407中的基板415表面上形成金属氮化物层。多腔室处理图5是根据本文所述实施例可用于多腔室化合氮化物半导体形成的处理500的流程图。处理开始于文字块504，传送一或多个基板进入第一基板处理腔室。第一基板处理腔室可为上述的MOCVD腔室或HVPE腔室。针对氮化物结构的沉积而言，一或多个基板可包括蓝宝石，然则可应用其他材料，包括SiC、Si、尖晶石、没食子酸锂(lithium gal late), ZnO 等。在文字块508清洁一或多个基板，之后可在富氮环境中冷却一或多个基板。随后，建立适合氮化物层生成的处理参数。上述处理参数可包括温度、压力等，以在处理腔室中界定适合氮化物层的热沉积的环境。文字块510，在一或多个基板上提供前驱物流以在一或多个基板上沉积III1-N结构。III1-N结构的沉积厚度可为ΙΟμπι或更多，以改善结晶品质、降低贯穿式差排密度、并降低随后沉积层中的应变能。前驱物可包括氮源与第一 III族元素 (例如，Ga)源。一实例中，氮前驱物是ΝΗ3。另一实例中，氮源可为含氮材料(诸如，氮气 (N2)、一氧化二氮(N2O)、氨(NH3)、联氨(N2H4)、二酰亚胺(N2H2)、迭氮酸(HN3)等等)的远端等离子体衍生的一或多个活性氮物种。氮源流率可在约3000sCCm至约9000sCCm之间。适当的( 前驱物包括例如三甲基镓(「TMG」)。第一 III族元素可包括多个不同的III族元素(诸如，Al与( )，其中适当的Al前驱物可为三甲基铝(「TMA」)。另一实例中，多个不同的III族元素包括，其中适当的h前驱物可为三甲基铟(「TMI」)。亦可包括一或多个载气的流动，载气选自氩、氮、氢、氦、氖、氙与其的组合的群组。文字块510沉积III1-N结构后，可终止前驱物流动。可在一或多个基板冷却过程中持续氮前驱物。文字块512，在不暴露基板于大气的情况下，将一或多个基板自处理腔室移除并在真空下传送至第二处理腔室。不破坏真空而自处理腔室传送基板可避免沉积的 III1-N结构暴露于氧与碳中，氧与碳的角色为电活性掺质/杂质。第二基板处理腔室可为上述的MOCVD腔室。一实施例中，在传送至第二处理腔室之前，在高温下(例如，约500°C至约1200°C ) 执行表面处理以钝化III1-N层表面上的悬浮键。表面处理较佳执行于约700°C至约1000°C 之间。可藉由将前驱物气体(诸如，镁、镓、铟或铝前驱物)流过基板表面来钝化表面。适当的镁前驱物可为Cp2Mg。适当的镓前驱物可为TMG。适当的铟前驱物可为TMI。适当的铝前驱物可为TMA。可在流动含氮前驱物(例如，氨)时执行钝化处理。在文字块512将基板传送进入第二处理腔室后，在第二处理腔室中执行随后的沉积步骤。一实施例中，在高温下(例如，约500°C至约1200°C )执行利用H2、NH3或卤素系 (halogen based)蚀刻气体(诸如，氯系气体、氟系气体)的表面处理。一实例中，此处理部分移除III1-N层的一或多个原子层。另一实例中，此处理移除第一处理腔室中沉积于III1-N层上的钝化层。在文字块512将基板传送进入第二处理腔室后，在文字块514于一或多个基板上生成额外的III1-N层。文字块514，首先建立适合III2-N层生成的处理参数。上述处理参数可包括温度、压力等，以在处理腔室中界定适合氮化物层的热沉积的环境。文字块514接着在一或多个基板上提供前驱物流动以在基板上沉积III2-N结构。可将III2-N结构沉积成数个薄层以形成MQW层。III2-N结构可包括不含于III1-N层中的III族元素，然则III1-N与III2-N层可额外地包括相同的III族元素。举例而言，III1-N层是GaN的实例中，III2-N层可为AlGaN层或hGaN层。虽然这些实例中III2-N层为三元组合物，但这非必须的且III2层可更通常地包括上述其他组合物，如四元AUnGaN层。相似地，III1-N层是AKkiN的实施例中，III2-N 层可为InGaN层或AlInGaN层。沉积III2-N层的适当前驱物可相似于用于III1-N层的前驱物，即，NH3是适当的氮前驱物、TMG是适当的镓前驱物、TMA是适当的铝前驱物而TMI是适当的铟前驱物。亦可包括一或多个载气的流动，载气选自氩、氮、氢、氦、氖、氙与其的组合的群组。在文字块514沉积III2-N结构后，终止前驱物流。一实施例中，在文字块516于一或多个基板上执行一或多个处理。文字块516的一实施例中，在富氮环境中终止III2-N结构的沉积以藉由避免层中的离子分离而至少部分地钝化最后阻障。举例而言，可在含有约 10%至约90%氮的环境中终止III2-N结构的沉积。文字块516的一实施例中，在高温(例如，约500°C至约1200°C )下执行表面处理以钝化III2-N层表面上的悬浮键。较佳是在约700°C至约1000°C下执行表面处理。可藉由将前驱物气体(诸如，镁、镓、铟或铝前驱物)流过基板表面以钝化表面。适当的镁前驱物可为Cp2Mg。适当的镓前驱物可为TMG。适当的铟前驱物可为TMI。适当的铝前驱物可为 TMA。可在流动含氮前驱物(例如，氨)时执行钝化处理。文字块516的另一实施例中，III2-N层的表面处理包括以ρ-型掺质(例如，镁 (Mg))轻微掺杂最后阻障层，接着为III3-N层的生成。此处理有助于藉由钝化供应-型缺陷或悬浮键并确保III2-N层中有足够的电洞可进入与复合来使生成中断的非辐射表面复合达到最小，藉此提高元件的发冷光效率。文字块518，在不暴露一或多个基板于大气的情况下，自第二处理腔室移除一或多个基板并在真空下传送至第三基板处理腔室。在不破坏真空下自处理腔室传送一或多个基板可避免沉积的III2-N结构暴露于氧与碳(作为电活性掺质/杂质)中。第三基板处理腔室可为上述的MOCVD。在文字块518将一或多个基板传送进入第三处理腔室后，在随后沉积处理之前执行表面处理。一实施例中，在高温(例如，约500°C至约1200°C )下执行利用H2、NH3或卤素系蚀刻气体(例如，氯系气体、氟系气体)的表面处理。一实例中，此处理自III2-N层的表面部分地移除一或多个GaN原子层。另一实例中，此处理移除文字块516沉积的钝化层。 这些实例中，第三处理腔室中的GaN随后再生成使界面中的悬浮键或表面重建达到最小而造成更高的发冷光效率。在文字块518将一或多个基板传送进入第三处理腔室后，于第三处理腔室中执行随后的沉积步骤。在将一或多个基板传送进入第三处理腔室后，文字块520可执行额外的III2-N层沉积以避免生成中断存在于III2-N层与III3-N层间的界面。首先建立适合III3-N 层生成的处理参数。上述处理参数可包括温度、压力等，以在处理腔室中界定适合热沉积氮化物层的环境。文字块520，在基板上提供III3与氮前驱物流以在基板上沉积III3-N结构。 在沉积后终止前驱物流。可在一或多个基板的冷却过程中持续氮前驱物的流动。用于沉积III1-I III2-N与III3-N层的处理条件可取决于特定应用而改变。下表提供示范性处理条件与前驱物流率，其通常适合用于利用上述元件生成氮化物半导体结构
权利要求
1.一种制造化合氮化物半导体结构的方法，包括下列步骤将第一 III族前驱物与第一含氮前驱物流入第一处理腔室，以在配置于一或多个基板上的现有层上沉积第一层；在不暴露该一或多个基板于大气的情况下，将所述一或多个基板传送进入第二基板处理腔室；在所述一或多个基板上执行表面处理以移除所述第一层的一部分；及将第二 III族前驱物与第二含氮前驱物流入所述第二处理腔室以在所述第一层上沉积第二层。
2.如权利要求第1项所述的方法，其中执行表面处理的步骤包括在约500°C与约 1200°C之间的温度下将蚀刻气体流过所述一或多个基板的表面。
3.如权利要求第2项所述的方法，其中所述蚀刻气体选自氢气、氨与卤素气体所构成的群组。
4.如权利要求第3项所述的方法，其中所述现有层包括第一III族氮化物，所述第一层包括不同于该第一 III族氮化物的第二 III族氮化物，所述第二层包括不同于该第一与第二 III族氮化物的第三III族氮化物。
5.如权利要求第1项所述的方法，其中执行表面处理的步骤包括引导氮或氩等离子体经过所述一或多个基板的表面。
6.一种制造化合氮化物半导体结构的方法，包括下列步骤将第一 III族前驱物与第一含氮前驱物流入第一处理腔室，以在配置于一或多个基板上的现有层上沉积第一层；在所述一或多个基板上执行表面处理以至少部分地钝化该第一层； 在不暴露所述一或多个基板于大气的情况下，传送所述一或多个基板进入第二基板处理腔室；及将第二 III族前驱物与第二含氮前驱物流入所述第二处理腔室以在所述第一层上沉积第二层。
7.如权利要求第6项所述的方法，其中执行表面处理的步骤包括在富氮环境中终止所述第一 III族前驱物与所述第一氮前驱物的流动。
8.如权利要求第7项所述的方法，其中执行表面处理的步骤包括在所述第一层上形成钝化层。
9.如权利要求第8项所述的方法，其中形成所述钝化层的步骤包括将前驱物流过所述一或多个基板，该前驱物选自镁前驱物、镓前驱物与铝前驱物所构成的群组。
10.如权利要求第19项所述的方法，其中所述表面处理在约500°C与约1200°C间的温度下执行。
11.如权利要求第8项所述的方法，还包括在传送所述一或多个基板进入所述第二处理腔室之后移除所述钝化层。
12.如权利要求第11项所述的方法，其中移除所述钝化层的步骤包括在一高温下将蚀刻气体流过所述一或多个基板的表面。
13.—种制造化合氮化物半导体结构的方法，包括下列步骤将第一 III族前驱物与第一含氮前驱物流入第一处理腔室，以在配置于一或多个基板上的现有层上沉积第一层；将P-型掺质流过所述第一层，以轻微地掺杂所述第一层的表面； 在不暴露所述一或多个基板于大气的情况下，传送所述一或多个基板进入第二基板处理腔室；及将第二 III族前驱物与第二含氮前驱物流入所述第二处理腔室以在所述第一层上沉积第二层。
14.如权利要求第13项所述的方法，其中将所述第二III族前驱物与所述第二含氮前驱物流入所述第二处理腔室的步骤包括将所述P-型掺质流入所述第二处理腔室以掺杂所述弟一层。
15.如权利要求第14项所述的方法，其中所述第二层比起所述第一层更为重度掺杂。
全文摘要
本文所述实施例大致关于藉由金属-有机化学气相沉积(MOCVD)处理与/或氢化物气相磊晶(HVPE)处理形成III-V族材料的方法。一实施例中，在第一腔室中于基板上执行III1族-N层的沉积，在第二腔室中于基板执行III2族-N层的沉积，并在与沉积III2族-N层的腔室不同的腔室中于基板上执行III3族-N层的沉积。在III2族-N层沉积与III3族-N层沉积之间，于基板上执行一或多个表面处理以降低界面处的非辐射复合并改善生成结构的整体电致发光。
文档编号H01L21/205GK102414846SQ201080019538
公开日2012年4月11日 申请日期2010年10月4日 优先权日2009年10月7日
发明者苏杰 申请人:应用材料公司