专利名称：中空阴极喷头的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及用于处理基板的装置和方法。特别地，本发明的实施例提供了用于利用来自等离子体的自由基来进行热激活化学气相沉积过程的装置和方法。本发明的实施例还提供了用于下游清洗过程的装置和方法。
背景技术：
III族金属氮化物半导体被发现在诸如短波长发光二极管(LED)、机构二极管 (LD)以及包括高功率、高频率、高温晶体管和集成电路的电子器件等多种半导体器件的发展和制造中越来越重要。发光二极管(LED)和激光二极管(LD)通过在基板上沉积III 族氮化物来制作。III族氮化物可以通过氢化物气相外延(HVPE)、金属有机学气相沉积 (MOCVD)、化学气相沉积(CVD)和/或物理气相沉积(PVD)，沉积在诸如蓝宝石衬底等含氧化铝的衬底上。传统上，当通过HVPE或MOCVD形成III族金属氮化物薄膜时，从经加热的氨(NH3) 提供氮源。氨分解并且产生氮所需要的温度很高，并且在某种程度上制约反应动力学以及源气体的物理和化学性质。此外，氨中的少量不期望的氢也可能形成在金属氮化物薄膜中。 与诸如氮气等其他氮源相比，氨还相当昂贵。本发明的实施例提供了在通过HVPE或MOCVD过程形成III族金属氮化物时使用氮气作为氮源的解决方案，从而降低在制造LED、LD等其他设备时业主的成本。
发明内容
本发明一般地提供了用于形成LED/LD结构的装置和方法。特别地，本发明的实施例涉及用于使用来自等离子体的自由基来进行热激活化学气相沉积、例如使用来自等离子体的氮自由基来形成用于诸如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)等器件的III族金属氮化物层的装置和方法。本发明的实施例还可以应用于下游清洗过程。本发明的一个实施例提供了用于处理一个或多个衬底的室，其包括室主体，其限定处理体积；基座，其布置在处理体积中并且被配置成支撑一个或多个衬底；配气总成，其布置在基座上方，其中配气总成被配置成生成等离子体，并且在将处理体积与等离子体的电场隔离的同时、将来自等离子体的一种或多种自由基种供给到处理体积；RF(射频)电源，其耦合到配气总成；第一反应物气源，其耦合到配气总成；以及第二反应物气源，其与处理体积流体地连通。本发明的另一个实施例提供了一种用于将反应物气体的自由基供给到处理区域的配气总成，所述配气总成包括第一电极，其具有连接第一电极的第一侧与第一电极的第二侧的多个第一通路，其中第一电极的第一侧被配置成面向处理区域，并且各个第一通路具有在第一侧上的较窄开口和在第二侧上的较宽开口 ；第二电极，其基本平行于第一电极， 其中第一电极的第二侧面向第二电极，并且等离子体生成体积限定在第一电极和第二电极之间；以及绝缘体，其在第一电极和第二电极的周围附近、布置在第一电极和第二电极之间，并且提供第一电极与第二电极之间的电绝缘。本发明的又一个实施例提供了一种用于处理一个或多个衬底的方法，所述方法包括以下步骤将一个或多个衬底放置于布置在处理室的处理体积中的基座上，其中处理室包括布置在基座上方的配气总成，并且配气总成具有等离子体生成体积；使第一反应气体流入到配气总成的等离子体生成体积；在等离子体生成体积内点燃等离子体以生成第一反应气体的自由基；将第一反应气体的自由基引入到处理体积中；使第二反应气体流入到所述处理体积；以及在所述一个或多个衬底上形成膜，其中膜是第一反应气体与第二反应气体的反应产物。
通过参考实施例，可以详细地理解本发明的上述特征，并且可以更详细地描述上面简要概况的本发明，其中在附图中图示了一些实施例。然而，应该注意附图仅图示了本发明的典型实施例并且因此不视为限制本发明的范围，因为本发明可以容许其他同等效力的实施例。图1是根据本发明的一个实施例的处理室的示意性视图。图2是根据本发明的一个实施例的MOCVD室的示意性截面侧视图。图3A是根据本发明的一个实施例的配气总成的阴极的局部截面侧视图。图;3B是图3A的阴极的俯视图。图3C是示出了冷却通道的图3A的阴极的底视图。图3D是示出了用于第二气源的通道的图3A的阴极的另一个俯视图。图4是根据本发明的一个实施例的HVPE室的截面图。图5是图4的HVPE室中的配气总成的阴极的局部截面图。
具体实施例方式本发明的实施例涉及使用来自等离子体的自由基来进行热激活化学气相沉积工艺。本发明的实施例涉及诸如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)等器件的制造。更特别地，本发明的实施例涉及用于使用来自等离子体的氮自由基、通过HVPE或MOCVD来形成 III族金属氮化物薄膜的装置和方法。本发明的实施例还涉及使用来自氧等离子体的氧自由基来形成氧化物薄膜。本发明的实施例还可以用于生成纯化合物的等离子体以提供用于化学气相沉积的自由基，例如生成AsH3等离子体以提供用于与三甲基镓(TMG)混合的As 自由基。本发明的一个实施例设置了具有配气总成的处理室，该配气总成配置为生成等离子体并且在使处理体积与等离子体的电场隔离的同时向处理体积提供一个或多个自由基种。通过使来自等离子体的自由基急冷，本发明的实施例能够使得传统的热激活气相沉积以较低的温度执行。在一个实施例中，配气总成具有由连接到锥体的钻孔限定的多个通路， 其中钻孔的截面纵横比被调节成允许等离子体中的自由基的通过并且保持等离子体的电场。图1是根据本发明的一个实施例的处理室1。处理室1被配置成利用从等离子体生成的初级粒子通过气相沉积方法形成金属氮化物薄膜。
处理室1包括室主体10、基座12和布置在室主体10中的配气总成20。基座12被配置成支撑一个或多个衬底14以将一个或多个衬底14暴露给处理体积中的前体以被处理。在一个实施例中，基座12包括加热器16，加热器16配置成将一个或多个衬底14加热到进行处理所需要的温度。配气总成20包括第一电极22、第二电极沈和布置在第一电极22与第二电极沈之间的绝缘体对。第一电极22、绝缘体M和第二电极沈限定内部体积28。在一个实施例中，第一电极22耦合到RF (射频)地线，第二电极沈耦合到RF电源40，并且绝缘体M将第一电极22与第二电极沈电绝缘。第一气源34连接到内部体积观以向内部体积观提供一种或多种反应气体。当对第二电极26施加RF功率时，可以在内部体积观中生成电容性等离子体。第一电极22布置在第二电极沈与基座12之间、在等离子体生成期间使基座12 和一个或多个衬底14与第二电极沈的RF场隔离。第一电极22具有形成在其中的多个第一通路30。每个通路30将内部体积观连接到处理体积18。在一个实施例中，多个第一通路30均勻地分布在与基座12的表面区域对应的第一电极22的表面区域上。处理室1还包括真空泵38，其配置成抽空处理体积18并且在处理体积18中得到期望的压力水平。在处理期间，真空泵38在处理体积18中提供相对于配气总成20的内部体积28的负压，从而允许内部体积28中的自由基种流动到处理体积18。在一个实施例中，配气总成20配置成在内部体积观和第一通路30内生成等离子体42以使得源气体分解，并且使处理体积18与等离子体的RF场隔离的同时，将等离子体中的自由基供给到处理体积18。在一个实施例中，屏蔽等离子体的电场可以通过在连接内部体积28与处理体积18的每个通路30中设置一个或多个挡板特征来实现。在一个实施例中，通路30通过具有朝向内部体积28的较宽开口和朝向外部(在这种情况下是处理体积18)的较窄开口来设置挡板。在一个实施例中，通路30包括连接到较窄钻孔30b的较宽通道30a，并且较窄钻孔30b的截面纵横比调整为将等离子体保持在内部体积观内。在一个实施例中，较宽通道 30a可以具有锥形形状。如图1所示，等离子体42的鞘(sheath)存在于内部体积观和较宽通道30a中。较窄钻孔30b配置为提供挡板以将等离子体保持在其中。直径、长度、或者长度和直径的纵横比可以受压力、流率、等离子体中的自由基种或其他效应的影响。在一个实施例中，较窄钻孔30b的长度和直径的纵横比可以在约5 1到约20 1之间。尽管在示例中产生电容性等离子体，但可以预期诸如感应等离子体或来自远程等离子体源的等离子体等其他形式的等离子体。在一个实施例中，可以将一种或多种反应增强剂引入到观以帮助等离子体生成。 示例性反应增强剂可以是H2、Ar、He、Xe、Ne、CN、NH3或者其混合物。在一个实施例中，处理室1配置成，从由第一气源34提供的氮源和来自第二气源 36的一种或多种金属前体在衬底14上形成一个或多个金属氮化物薄膜。在一个实施例中， 第二气源36连接到形成在第一电极22中的第二通路32。第二通路32具有均勻地分布在与基座12对应的第一电极22的表面区域上。在另一个实施例中，第二气源36直接或通过配气总成连接到处理体积18。
在处理期间，诸如氮气等氮源流入到配气总成20的内部体积观中，其中氮源在氮气的等离子体由于施加在第一和第二电极22 J6之间的RF功率而点燃时被分解。自由的氮自由基(氮原子)然后通过第一通路30流入到处理体积18。同时，氯化物或金属有机化合物形式的金属前体从第二气源36流入到处理体积18。衬底14和/或处理体积18被加热到允许氮自由基与金属前体反应的温度，并且在衬底14上形成一个或多个氮化物薄膜。在上述过程中，氨被来自氮气等离子体的氮自由基取代，从而降低了金属氮化物形成所需要的温度，这是因为当使用氨作为氮源时的最高处理温度是用于加热氨并且分解氨以得到自由的氮原子的温度。此外，由于氮气远比氨便宜，因此也降低了业主的成本。本发明的实施例利用来自等离子体的激活源取代传统的热激活源，并且在通过外延生长来形成化合物薄膜时特别有利。特别地，本发明的实施例在控制诸如结晶质量、生长速率、表面形貌和载流子浓度等复合外延膜的性质方面有利。更特别地，在通过MOCVD形成氮化物薄膜的应用中，本发明的实施例能够生长高质量的III族金属氮化物。存在使得通过传统的MOCVD很难制造高质量的单晶III族金属氮化物薄膜的若干生长难题。III族金属氮化物当中，InN由于其高平衡氮蒸气压而很难生长。MN的高平衡蒸气压将沉积温度限制到低于650°C以防止薄膜分解。hN的通常在MOCVD生长中使用的源材料是TMh(三甲基铟)和氨。在传统的MOCVD中，生长温度通常用作用于控制诸如结晶质量、生长速率、表面形貌和载流子浓度等膜性质的控制参数。由于MN的高平衡蒸气压， 对于通过传统MOCVD的InN的成功生长，存在较窄的温度窗-600°C )。在这些较低的沉积温度下，氨分解的程度很小，在500°C下低于0. 并且在 900°C下约为3%。由于缺少起反应的氮，可以在表面上形成铟滴，因此进入的N源和源的比例必须保持足够高(约50，000)以避免铟滴的形成。本发明的实施例可以提供来自在配气总成内形成的等离子体的活性氮，并且可以利用小得多的N源和h源的比例来形成品质良好的InN薄膜。此外，在传统的MOCVD中，氨的分解程度另一方面显著地增加吐分压，其中吐分压已经显示出降低hN的生长速率。本发明的实施例能够以氮气取代氨作为氮源，因此能够消除或减少氢气并且实现较高的InN生长速率。在LED器件的层的一个层中经常包括的另一种膜，InxGa1^xN(χ通常在约0. 02到约 0. 03之间)，很难利用热激活的氮源使用传统的MOCVD来形成。对于成功的生长IrixGai_xN 合金，必须克服若干生长难题。一个难题是由于hN与GaN之间11 %的晶格不匹配造成的在LxGi^xN中发生的相分离。证明了当使用较低的温度时，能够通过MBE(分子束外延)在整个组成范围上生长单相亚稳的InAahN。另一个难题是InN与GaN之间蒸气压差影响hx(iai_xN合金的高品质生长。处于较低的沉积温度可以增加铟的结合。在较高温度下的生长界面处、由于伴随着近平衡条件的高温下的分解压力的较大差异，铟在气相和固相之间的分配系数远大于在 800°C下时的情况。在500°C的较低温度下，分配系数接近于一，意味着可预期非平衡(反应受限)条件。还证明了在800°C (在LED制造中用于传统的InGaN MQff的典型生长温度 T)下，假定类似于蒸汽时的情况，存在固体合成物中的快速变化，则对于中间合成物，合成物的控制变得很难。此外，选择最佳的N/III族金属的进入比例直接受到所指定的沉积温度的影响。在传统的MOCVD中，氨分解效率确定实际的N/III族金属比例。然而，由于NH3 分解效率很大程度上依赖反应器设计以及温度，因此很难得到确切的NH3分解效率。当沉积温度较低(< 600°C)时，进入的N/III族金属比例肯定会足够高以维持活性氮的足够水平并且避免h滴的形成。随着温度升高到高于650°C，N/III族金属比例肯定会适当地降低，从而过量的氢气分压不会抑制^结合到薄膜中。本发明的实施例通过利用来自等离子体的活性氮允许在较低温度的反应、并且通过避开氨来允许对N/III族金属比例的容易控制，来改善hxGai_xN的形成。在一个实施例中，配气总成20可以连接到清洗剂，并且配置成生成清洗剂的等离子体并且提供来自等离子体的自由基种来执行下游清洗，诸如详细通路30、室壁、衬底支撑表面和排气装置等。在一个实施例中，清洗剂包括氯气。图2是根据本发明的一个实施例的MOCVD室200的示意性截面侧视图。MOCVD室 200配置成通过MOCVD过程、从氮自由基和金属有机物前体形成一个或多个III族金属氮化
物薄膜。MOCVD室200包括室主体210、基座212和布置在室主体210中的配气总成220。 配气总成220与图1的配气总成20类似。基座212配置成支撑一个或多个衬底214以将一个或多个衬底214基座12暴露给处理体积218中的前体以被处理。在一个实施例中，基座212包括加热器216，加热器216 配置成将一个或多个衬底214加热到进行处理所需要的温度。在一个实施例中，基座212 可以配置成在处理期间使一个或多个衬底214旋转。配气总成20包括第一电极222、第二电极2 和布置在第一电极222与第二电极 226之间的绝缘体224。第一电极222、绝缘体2M和第二电极226限定内部体积228。在一个实施例中，第一电极222耦合到RF (射频)地线，第二电极2 耦合到RF电源MO，并且绝缘体2M将第一电极222与第二电极226电绝缘。第一气源234连接到内部体积228以向内部体积2 提供含氮气体。当对第二电极2 施加RF功率时，可以在内部体积228中生成电容性等离子体。第一电极222布置在第二电极2 与基座212之间、在等离子体生成期间使基座 212和一个或多个衬底214与第二电极226的RF场隔离。在一个实施例中，配气总成220可以通过由诸如陶瓷等绝缘材料制成的夹具27固定。在一个实施例中，夹具227由氧化铝(Al2O3)制成。在一个实施例中，第二电极2 可以是由诸如金属或合金等导电材料形成的平坦圆盘。在一个实施例中，第二电极2 由不锈钢形成。绝缘体2 可以由诸如氮化铝(ALxNy) 等陶瓷形成。第一电极222可以由诸如铝和/或不锈钢等导电金属形成。在一个实施例中，第一电极222可以由连接在一起的多个圆盘状材料形成。第一电极222具有形成在其中的多个第一通路230。各个通路230将内部体积228 连接到处理体积218。在一个实施例中，多个第一通路230均勻地分布在与基座212的表面区域对应的第一电极222的表面区域上。MOCVD室200还包括真空泵238，其配置成抽空处理体积218并且在处理体积218 中得到期望的压力水平。在一个实施例中，MOCVD室200包括布置在处理体积218中的抽运环235。抽运环235限定充气室239，其中充气室234经由在基座212周围均勻分布的多个孔237连接到处理体积218。真空泵238与充气室239流体地连通。抽运环235甚至允许在处理体积218中抽运。在处理期间，真空泵238相对于配气总成220的内部体积2 在处理体积218中提供负压，从而允许内部体积228中的自由基种流动到处理体积218。在一个实施例中，配气总成220配置成在其内生成等离子体以将氮源分解，并且在使处理体积218与等离子体的RF场隔离的同时、将等离子体中的自由基供给到处理体积 218。在一个实施例中，屏蔽等离子体的电场可以通过在连接内部体积228与处理体积 218的各个通路230中设置一个或多个挡板特征来实现。第一电极222与第二电极2 之间的间隔2 可以在约3mm到约30mm之间。间隔2 可以被调整以在等离子体生成期间提高RF功率的效率。图3A是第一电极222的局部截面侧视图。第一电极222具有配置成使自由基从内部体积2 流到外部的多个第一通路230。多个第一通路230可以均勻地分布在第一电极222上。在一个实施例中，如图:3B所示多个第一通路230以六边形图案布置。返回图3A，通路230包括连接到较窄钻孔230b的锥形较宽通道230a。锥形较宽通道230a具有朝向内部体积228的较宽开口和连接到较窄钻孔230b的较窄开口。较窄钻孔230b的截面纵横比调整为将等离子体保持在内部体积228内。在一个实施例中，锥形通道230a可以具有约22°的角度。在一个实施例中，锥形通道230a可以具有约8mm的长度。较窄钻孔230b配置为提供挡板以将等离子体保持在其中。直径、长度、或者长度和直径的纵横比可以受压力、流率、等离子体中的自由基种或其他效应的影响。在一个实施例中，较窄钻孔230b的长度和直径的纵横比可以在约5 1到约20 1之间。在一个实施例中，较窄钻孔230b可以具有在约0.5mm到约12mm之间的直径。在一个实施例中，较窄钻孔230b可以具有约12mm的长度。第一电极222还具有形成在其中的冷却通道对5。冷却通道245可以连接到冷却流体交换系统在图2中示出)并且允许冷却流体在第一电极222中循环。在一个实施例中，冷却流体交换系统244还可以连接到室主体中的冷却通道211，其被配置为冷却室主体。在一个实施例中，水用作冷却流体。在处理期间，第一电极222可以维持约100°C的温度。在一个实施例中，冷却通道可以靠近锥形通道230a形成。在一个实施例中，冷却通道245可以具有三角形的截面形状。图3C示出了冷却通道对5的布局的一个实施例。返回到图3A，第一电极222具有形成在其中的第二通路232，以提供第二气源 236(在图2中示出)与处理体积218之间的连接。第二通路232具有均勻地分布在与基座 212对应的第一电极222的表面区域上的多个开口 232a。第二通路232的高度和开口 23 的直径可以调整以减小由第二通路232中的压力波动造成的气体分配中的不均。在一个实施例中，第二通路232具有约6mm的高度，并且第二开口 23 具有约4mm的长度。图3D图示了第二通路232的一个实施例。图3A-3D所示的布局具有2 处1的第一气源的较窄钻孔230b与第二气源的开口 232a的比例。然而，根据本发明的实施例也可以预期其他的布局。如图3A所示，第一电极222可以由四个圆盘22加、222b、222c和222d形成以使能通路和通道的形成。锥形通道230a和冷却通道245在圆盘22 中形成。圆盘222b具有多个通孔，该多个通孔提供形成在其中的较窄钻孔230b的长度部分。圆盘22 和222b可以通过铜焊连接在一起。圆盘222c具有提供较窄钻孔230b的长度部分的多个通孔以及用于第二通路232的狭长口。圆盘222d具有用于开口 23 以及较窄钻孔230b的长度部分的通孔。在一个实施例中，圆盘22h、222b、222c可以由铝形成并通过铜焊连接在一起，并且圆盘222d由不锈钢形成并且通过膨胀(explosion)与圆盘222c连接在一起。在一个实施例中，第一电极222可以由导电金属、金属陶瓷复合物、具有嵌入式电极的陶瓷或者金属陶瓷的层堆叠形成。在一个实施例中，第二气源236配置成提供金属有机化合物。在一个实施例中，第二气源236是用于形成氮化镓薄膜的诸如三甲基镓(TMG)或三乙基化镓(TEG)等镓源。在利用MOCVD室200的氮化镓薄膜的MOCVD沉积期间爱你，诸如氮气等氮源流入到配气总成220的内部体积228中，其中当氮气的等离子体由于施加在第一和第二电极 222、2沈之间的RF功率而被点燃时、氮源被分解。自由的氮自由基(氮原子)然后通过第一通路230流入到处理体积218。同时，诸如TMG或TEG等镓源从第二气源236流入到处理体积218。衬底214和/或处理体积218被加热到允许氮自由基与金属前体反应的温度，并且在衬底214上形成一个或多个氮化物薄膜。在一个实施例中，衬底214被加热到约700°C 的温度。图4是根据一个实施例的HVPE装置100的示意性视图。装置100包括由盖子104 密封的室102。来自第一气源110的处理气体通过布置在室102的上部的配气总成106输送到室 102。在一个实施例中，气源110可以包括氮气或者含氮化合物。配气总成106和室壁108 限定处理体积107。基座114布置在处理体积107中并且配置成支撑一个或多个衬底116。配气总成106配置成产生来自气源的等离子体，并且在不把处理体积107暴露给等离子体的电场的条件下、将来自等离子体的自由基输送到处理体积107。配气总成106包括第一电极161、第二电极163以及布置在第一电极161和第二电极163之间的绝缘体162。配气总成106包括第一电极161、第二电极163以及布置在第一电极161和第二电极163之间的绝缘体162。第一电极161、绝缘体162和第二电极163限定内部体积164。 在一个实施例中，第一电极161耦合到RF (射频)地线，第二电极163耦合到RF电源105， 并且绝缘体162将第一电极161与第二电极163电绝缘。第一气源110连接到内部体积164以向内部体积164提供一种或多种反应气体。 当对第二电极163施加RF功率时，可以在内部体积164中生成电容性等离子体。第一电极161布置在第二电极163与基座114之间、在等离子体生成期间使基座 114和一个或多个衬底116与第二电极163的RF场隔离。如图5所示，第一电极161具有形成在其中的多个第一通路165。各个通路165 将内部体积164连接到处理体积107。在一个实施例中，各个通路165包括连接到较窄钻孔174的锥形通道173。在一个实施例中，较窄钻孔174的长度与直径的纵横比可以在约 5 1与20 1之间。第一电极161还具有形成在其中的冷却通道。在一个实施例中，第一电极161可以由连接在一起的两个圆盘171、172形成。
在一个实施例中，诸如氦气或双分子氮气等惰性气体可以通过配气总成106或者室102的壁108引入。装置100还包括第二气源118,第二气源118包括与来自第一气源110的氮源反应的前体。第二气源118可以具有室132，其配置成生成用于在处理室102中的处理的前体。 第二气源118配置成提供前体，该前体含有布置在蒸发盘117中的一种或多种III族金属。 在一个实施例中，第二气源118包括镓前体和铝前体。在一个实施例中，前体包括以液体形式存在于第二气源118中的镓。在另一个实施例中，前体包括以固体形式存在于第二气源 118中的铝。在一个实施例中，铝前体可以是固体、粉末状。在一个实施例中，第二气源118连接到反应气源119。前体可以以通过使来自反应气源119的反应气体流动通过第二气源118中的前体和/或流过第二气源118中的前体的上方而产生的复合物气体的形式、输入到室102。在一个实施例中，反应气体可以包括诸如双原子氯气等含氯气体。含氯的气体可以与诸如镓或铝等前体源反应以形成氯化物，该氯化物然后被输送到处理室102。为了提高含氯气体与前体反应的效力，含氯气体可以蜿蜒地通过在室132中的蒸发盘117并且利用电阻加热器120加热。通过增加含氯气体蜿蜒地通过室132的停留时间， 可以控制含氯气体的温度。通过提高含氯气体的温度，氯可以更快地与前体反应。换句话说，温度是氯与前体之间的反应的催化剂。为了提高前体的反应性，前体可以在室132内通过电阻加热器120加热。例如，在一个实施例中，镓前体可以加热到在约750摄氏度到约850摄氏度之间的温度。氯化反应产物然后可以输送到室102。氯化反应产物首先进入管122，其中在管122内均勻地分布。 管122连接到另一个管124。氯化反应产物在其已经均勻地分布在122内之后进入第二个管124。氯化反应产物然后进入到室102中，其中氯化反应产物与来自配气总成106的氮自由基混合，并且在布置在基座114上的衬底116上形成氮化物层。在一个实施例中，基座114可以包括碳化硅。氮化物层可以包括例如氮化镓或氮化铝。诸如氮气和氯气等其他的反应产物通过排气装置1 排出。室102可以具有产生浮力作用的热梯度。例如，氮自由基在约装置100摄氏度通过配气总成106引入。室壁108可以具有约600摄氏度到约700摄氏度的温度。基座114 可以具有约1050到1150摄氏度的温度。因此，室102内的温度差可以允许气体随着其被加热而上升并且随着其冷却而下降。气体的上升和下降可以使氮自由基和氯化物气体混合。 此外，浮力作用将减小由于混合而沉积在壁108上的氮化镓或氯化钾的量。处理室102的加热通过利用布置在基座114下方的照射器模块1 来实现。在沉积期间，照射器模块1 是用于处理室102的热量的主要来源。虽然示出并且描述为照射器模块128，但应该理解也可以使用其他加热源。处理室102的其他加热可以通过使用嵌入在室102的壁108内的加热器130来实现。嵌入在壁108中的加热器130在沉积处理期间几何不提供任何热量。在沉积处理之后，通常将衬底116从处理室102中取出。关闭照射器模块128。在没有来自照射器模块128的热量的情况下，室102可以迅速冷却。可以已经沉积在壁108 上的氮化镓或氮化铝与壁108相比可以具有不同的热膨胀系数。因此，氮化镓或氮化铝由于热膨胀而可以脱落。为了防止不需要的脱落，可以打开嵌入在壁108内的加热器130，以控制热膨胀并且将室102维持在期望的室温度上。加热器130的控制可以再次基于来自热电偶的实时反馈。一旦照射器模块1 关闭，则可以打开或关闭加热器130以将室102的温度维持在期望温度上，从而氮化镓或氮化铝可以不脱落并且不污染衬底或落在基座114 上并导致不均勻的基座114表面。通过将室壁108维持在升高的温度上，氯在清洗来自108 上的沉积物时将更有效。虽然讨论了通过配气总成106引入含氯气体并且在与室102的中间对应的区域中输送前体，但应该理解，可以根据需要调整气体的引入位置。虽然利用本发明的实施例讨论了金属氮化物薄膜的形成，但需要自由基的其他过程也可以通过本发明的装置和方法来进行。虽然前面的描述针对本发明的实施例，但可以在不脱离本发明的基本范围的条件下可以设计本发明的其他的和更多的实施例，并且本发明的范围由随后的权利要求书确定。
权利要求
1.一种用于处理一个或多个衬底的室，所述室包括 室主体，其限定处理体积；基座，其布置在所述处理体积中并且被配置成支撑所述一个或多个衬底； 配气总成，其布置在所述基座上方，其中所述配气总成被配置成生成等离子体，并且在将所述处理体积与所述等离子体的电场隔离的同时、将来自所述等离子体的一种或多种自由基种供给到所述处理体积；RF (射频)电源，其耦合到所述配气总成； 第一反应物气源，其耦合到所述配气总成；以及第二反应物气源，其与所述处理体积流体地连通。
2.根据权利要求1所述的室，其中所述配气总成包括第一电极，其具有连接所述第一电极的第一侧和所述第一电极的第二侧的多个第一通路，其中所述第一电极的所述第一侧面向所述处理体积，并且各个第一通路具有在所述第一侧上的较窄开口以及在所述第二侧上的较宽开口 ；第二电极，其基本平行于所述第一电极，其中所述第一电极的所述第二侧面向所述第二电极，等离子体生成体积限定在所述第一电极和所述第二电极之间，并且所述第一反应物气源连接到所述等离子体生成体积的入口；以及绝缘体，其在所述第一电极和所述第二电极的周围附近、布置在所述第一电极和所述第二电极之间，并且提供所述第一电极与所述第二电极之间的电绝缘，其中所述第二电极耦合到所述RF电源，并且所述第一电极接地。
3.根据权利要求2所述的室，其中各个第一通路由连接到朝向所述第一电极的所述第二侧的钻孔开口的、朝向所述第一电极的所述第一侧的锥形开口限定。
4.根据权利要求3所述的室，其中所述钻孔的深度和直径的比在约5 1到约20 1 之间。
5.根据权利要求3所述的室，其中所述第一电极具有多个第二通路，各个第二通路由对于所述第一电极的所述第二侧的钻孔开口来限定并且连接到分布在所述第一电极内的内部气体通道，并且所述内部气体通道连接到所述第二反应物气源。
6.根据权利要求2所述的室，还包括进气口环，所述进气口环布置在位于所述基座与所述配气总成之间的所述处理体积中，其中所述进气口环连接到所述第二反应物气源并且具有与所述处理体积流体地连通的多个开口。
7.根据权利要求6所述的室，其中所述第二反应物气源包括 反应产物蒸发盘；第一反应产物源，其布置在所述反应产物蒸发盘中； 第二反应产物源，其耦合到所述反应产物蒸发盘；以及加热元件，其耦合到所述反应产物蒸发盘。
8.一种用于将反应物气体的自由基供给到处理区域的配气总成，所述配气总成包括 第一电极，其具有连接所述第一电极的第一侧与所述第一电极的第二侧的多个第一通路，其中所述第一电极的第一侧被配置成面向所述处理区域，并且各个第一通路具有在所述第一侧上的较窄开口和在所述第二侧上的较宽开口；第二电极，其基本平行于所述第一电极，其中所述第一电极的所述第二侧面向所述第二电极，并且等离子体生成体积限定在所述第一电极和所述第二电极之间；以及绝缘体，其在所述第一电极和所述第二电极的周围附近、布置在所述第一电极和所述第二电极之间，并且提供所述第一电极与所述第二电极之间的电绝缘。
9.根据权利要求8所述的配气总成，其中所述第一电极电耦合到RF(射频)地线，所述第二电极电耦合到RF电源，并且所述多个第一通路被配置成将RF场保持在所述配气总成内。
10.根据权利要求9所述的配气总成，其中各个第一通路由连接到朝向所述第一电极的所述第二侧的钻孔开口的、朝向所述第一电极的所述第一侧的锥形开口限定。
11.根据权利要求10所述的配气总成，其中所述钻孔的深度和直径的比在约5 1到约20 1之间。
12.一种用于处理一个或多个衬底的方法，所述方法包括以下步骤将所述一个或多个衬底放置于布置在处理室的处理体积中的基座上，其中所述处理室包括布置在所述基座上方的配气总成，并且所述配气总成具有等离子体生成体积； 使第一反应气体流入到所述配气室的所述等离子体生成体积； 在所述等离子体生成体积内点燃等离子体以生成所述第一反应气体的自由基； 在将所述处理体积与所述等离子体隔离的同时，将所述第一反应气体的所述自由基引入到所述处理体积；使第二反应气体流入到所述处理体积；以及在所述一个或多个衬底上形成膜，其中所述膜是所述第一反应气体与所述第二反应气体的反应产物。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述配气总成包括面向所述基座的第一电极以及布置在所述第一电极上方的第二电极，所述等离子体生成体积限定在所述第一电极与所述第二电极之间，所述第一电极包括连接所述等离子体生成体积与所述处理体积的多个第一通路，并且点燃所述等离子体的步骤包括对所述第二电极施加RF (射频)电源和将所述第一电极电接地的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一反应气体是氮源并且所述第二反应气体包括III族金属，并且使所述第二反应气体流入到所述处理体积的步骤包括以下步骤在远离所述处理室的情况下加热所述第二反应气体；以及通过布置在位于所述配气总成与所述基座之间的所述处理体积中的进气口环、将所述第二反应气体引入到所述处理体积中。
15.一种用于清洗处理室的方法，所述方法包括以下步骤使清洗气体流入到处理室的配气总成的等离子体生成体积，其中所述配气总成包括 第一电极，其具有连接所述第一电极的第一侧与所述第一电极的第二侧的多个第一通路，其中所述第一电极的所述第一侧被配置成面向所述处理室的处理体积，并且各个第一通路具有在所述第一侧上的较窄开口和在所述第二侧上的较宽开口；第二电极，其基本平行于所述第一电极，其中所述第一电极的所述第二侧面向所述第二电极，并且所述等离子体生成体积限定在所述第一电极和所述第二电极之间；以及绝缘体，其在所述第一电极和所述第二电极的周围附近、布置在所述第一电极和所述第二电极之间，并且提供所述第一电极与所述第二电极之间的电绝缘；在所述等离子体生成体积内点燃等离子体、以生成所述清洗气体的自由基；以及在将所述处理室的所述处理体积与所述等离子体隔离的同时、将所述清洗气体的所述自由基引入到所述处理体积。
全文摘要
本发明的实施例提供了用于利用来自等离子体的自由基进行金属HVPE或MOCVD的方法和装置。本发明的一个实施例提供了具有配气总成的处理室，所述配气总成被配置成生成等离子体，并且在将处理体积与等离子体的电场隔离的同时、将一种或多种自由基种供给到处理体积。在一个实施例中，配气总成具有多个通路，该多个通路由连接到锥体的钻孔限定，其中钻孔的纵横比被调整为允许等离子体中的自由基的通过并且保持等离子体的电场。
文档编号H01L21/205GK102576667SQ201080042491
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年7月22日
发明者亚历山大·泰姆, 大卫·喀什, 奥尔加·克拉里奥克, 安中·常, 布莱恩·布尔洛斯, 特泽·蓬, 石川徹夜 申请人:应用材料公司