Hvpe喷头设计的制作方法

专利名称：Hvpe喷头设计的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及例如发光二极管(LEDs)的器件的制造，更具 体地，涉及用于氢化物气相外延(HVPE)沉积的喷头设计。
背景技术：
正在发现ni族氮化物半导体对于例如短波长发光二极管(LEDs)、激光 二极管(LDs)，以及包括高功率、高频、高温晶体管和集成电路的电子器件等的各种半导体器件的发展和制造更加重要。用于沉积m族氮化物的一种方法是氢化物气相外延(HVPE)沉积方法。在HVPE中，卤化物与III族金 属反应以形成含金属前驱物(例如，金属氯化物)。该含金属前驱物随后与含氮气体反应以形成m族金属氮化物。当对LEDs、 LDs、晶体管和集成电路的需求增加时，III族金属氮化物的 沉积效率变得更加重要。对能够将膜均匀沉积在大衬底或多层衬底上的具有 高沉积率的沉积装置和工艺存在全面的需求。另外，期望均匀的前驱物混合 使衬底上的膜的质量一致化。因此，对于改进的HVPE沉积方法和HVPE装 置存在技术上的需求。发明内容本发明一般涉及用于诸如氢化物气相外延(HVPE)的沉积工艺中的气 体传输的方法和装置。一个实施例提供了在一个或多个衬底上形成金属氮化物的方法。该方法一般包括经一个或多个衬底之上的第一组通路引入含金属前驱物气体，经一个或多个衬底之上的第二组通路引入含氮前驱物气体，其中第一组通路散 布在第二组通路之间，以及在第一和第二组通路之上朝向所述一个或多个衬 底引入惰性气体以限制含金属前驱物气体和含氮前驱物气体在第一和第二 组通路处或其附近反应。一个实施例提供了在一个或多个衬底上形成金属氮化物的方法。该方法 一般包括经一个或多个衬底之上的一组通路引入含金属前驱物气体以及在 该组通路之上引入含氮前驱物气体，从而该含氮前驱物气体在该组通路之间 朝向所述一个或多个衬底流动。一个实施例提供了用于氢化物气相外延腔的气体传输装置。该装置一般 包括连接到含金属前驱物气体源的第一气体入口，与该第一气体入口分开 的第二气体入口，该第二气体入口连接到含氮前驱物气体源，以及与所述第 一和第二气体入口分开的一个或多个第三气体入口 ，该第三气体入口适于将 气体沿基本垂直于至少一个衬底的表面的方向引入该腔。一个实施例提供了用于氢化物气相外延腔的气体传输装置。该装置一般 包括连接到含金属前驱物气体源的第一气体入口以及与该第一气体入口分 开的第二气体入口，该第二气体入口连接到含氮前驱物气体源，其中该第二 气体入口适于将气体沿基本垂直于至少一个衬底的表面的方向弓I入该腔。


可以结合在所附权利要求中描述的实施例得到以上简要概括的方法，该 方法可以得到本发明的上述特征并可以被详细理解。图1是根据本发明一个实施例的沉积腔的剖面图。图2是根据本发明一个实施例的喷头组件的剖面透视侧视图。图3是根据本发明一个实施例的喷头组件的俯视剖面图。图4是根据本发明一个实施例的喷头组件的透视剖面图。图5是根据本发明一个实施例的喷头组件的气体通路部件的透视图。图6是根据本发明一个实施例的喷头组件的顶板部件的透视图。图7是根据本发明一个实施例的喷头组件的剖面透视侧视图。图8是根据本发明一个实施例的喷头组件的蒸发皿(boat)部件的透视图。图9是根据本发明一个实施例的喷头组件的气体通路部件的透视图。 为了容易理解，尽可能采用相同的附图标记以指代图中公共的相同部件。预期一个实施例的部件和特征可以有益地结合进其它实施例而不必进一然而，要注意的是，附图仅仅描述了本发明的示例性实施例，由此不应 认为是对发明范围的限制，因为本发明允许其它等效实施例。
具体实施方式
本发明一般提供了用于诸如氢化物气相外延(HVPE)沉积的沉积工艺 的方法和装置。图1是根据本发明一个实施例的用于实现本发明的HVPE腔 的示意性剖面图。在美国专利申请Nos.l 1/411,672和11/404,516中描述了适 于实现本发明的示例性腔，通过参考的方式将它们两个全文引入。图1中的装置100包括围绕处理部108的腔体102。喷头组件104设 置在该处理部108的一端，并且衬底载体11设置在该处理部108的另一端。 该衬底载体114可包括在处理期间可将一个或多个衬底设置于其中的一个或 多个凹槽116。该衬底载体114装载六个或多个衬底。在一个实施例中，该 衬底载体114装载八个衬底。可以理解的是，在该衬底载体114上可以装载 更多或更少的衬底。典型的衬底可以是蓝宝石、SiC或硅。衬底尺寸可以为 50mm-100mm或更大的直径。该衬底载体尺寸可以为200mm-500mm。该衬 底载体可以由各种材料形成，包括SiC或涂有SiC的石墨。可以理解的是， 该衬底可以由蓝宝石、SiC、 GaN、硅、石英、GaAs、 A1N或玻璃构成。可 以理解的是，可以在装置100中并根据上述工艺处理其它尺寸的衬底。如上 所述，相比于在传统HVPE腔中，该喷头组件可以允许更多衬底或更大衬底 上的更均匀的沉积，从而降低了成本。在处理期间，该衬底载体114可以围 绕其中心轴旋转。在一个实施例中，所述衬底可以在衬底载体114中独立旋 转。该衬底载体114可以旋转。在一个实施例中，该衬底载体114可以约 2RPM至约100RPM旋转。在另一个实施例中，该衬底载体114可以约30RPM 旋转。旋转该衬底载体114有助于提供该处理气体对每个衬底的均匀曝光。在该衬底载体114之下设置多个灯130a、 130b。对于多个应用，典型灯 配置可以包括该衬底之上(未示出)和之下(未示出)的灯组。 一个实施例 从侧边并入灯。在某些实施例中，多个灯可以同心圆设置。例如，灯BOb 的内部阵列可包括8个灯，以及灯130a的外部阵列包括12个灯。在本发明 的一个实施例中，每个灯130a、 130b是单独供电的。在另一个实施例中，灯130a、 130b的阵列可以位于喷头组件104之上或之内。可以理解的是， 多个灯的其它配置和其它数量是可能的。灯130a、 130b的阵列可以选择性 的供电以加热该衬底载体114的内部和外部区域。在一个实施例中，对作为 内部阵列和外部阵列的灯130a、 130b集中供电，其中顶部和底部阵列不是 集中供电就是独立供电。在又一实施例中，分开的灯或加热部件可以设置在 该源蒸发皿280上方和/或下方。可以理解的是，本发明不限于灯阵列的应用。 可以利用任何适合的热源以确保将适当的温度充分地应用到处理腔、其中的 衬底、以及金属源。例如，可预期的是可以利用快速热处理灯系统，例如美 国专利公开No.2006/0018639Al中所说明的，通过参考的方式引入其全文。对一个或多个灯130a、 130b供电以加热衬底和源蒸发皿280。灯可以将 该衬底加热到约900摄氏度至约1200摄氏度。在另一个实施例中，该灯130a、 130b将源蒸发皿280中的阱820中的金属源保持在约350摄氏度至约900 摄氏度。在阱820中可以设置温差电偶以在处理期间测量金属源温度。由温 差电偶测量的温度可以反馈到调节由加热灯130a、 130b提供的热的控制器， 从而必要的话可以控制或调节阱820中的金属源的温度。在根据本发明的一个实施例的处理期间，前驱物气体106从喷头组件104 流向衬底表面。该前驱物气体106在衬底表面或附近的反应可以将包括GaN、 A1N、和InN的各种金属氮化物层沉积在该衬底上。也可以将多层金属用于 "组合物膜"的沉积，例如AlGaN和/或InGaN。将处理部108保持在约 760Torr至约100Torr的压力下。在一个实施例中，将处理部108保持在约 450Torr至约760Torr的压力下。根据本发明的一个实施例，图2是图1的HVPE腔的剖面透视图。源蒸 发皿280围绕该腔体102。金属源填充该源蒸发皿280的阱820。在一个实 施例中，该金属源包括任何合适的金属源，例如镓、铝、或铟，以及基于特 殊应用需求所选择的特殊金属。卤化物或卤素气体流经该源蒸发皿280的阱 820中的金属源之上的通道810，并与金属源反应以形成气态含金属前驱物。 在一个实施例中，HCL与液态镓反应以形成气态GaCl。在另一个实施例中， C12与液态镓反应以形成GaCl和GaC13。本发明的另外实施例利用其它卣化 物或卤素来获得含金属气相前驱物。合适的氢化物包括具有组合物HX (例 如，X=C1、 Br、和I)的那些材料，并且合适的卤素包括C12、 Br、和12。对于卤化物，非平衡反应式为HX (气体)+M (液态金属)->MX (气体)+H (气体)其中，X=C1、 Br、和I并且M二Ga、 Al或In。对于卣素，该公式为Z (气体)+M (液态金属)->MZ (气体)其中，X二C12、 Br、和I2并且M二Ga、 Al、 In。以下，包含气态金属 的物质将指"含金属前驱物"(例如，金属氯化物)。通过第一组气体通路，例如管道251，将来自源蒸发皿280中的反应的 含金属前驱物气体216引入该处理部108。可以理解的是，含金属前驱物气 体216可以由源而不是源蒸发皿280产生。通过第二组通路，例如管道252， 将含氮气体226引入处理部108。当将多个管道的配置显示为合适的气体分 布结构的示例以及应用在一些实施例中时，设计为如这里所述提供气体分布 的不同类型通路的各种其它类型的配置也可以应用于其它实施例。如下面更 详细的说明，通路的这种配置的示例包括具有(作为多个通路)形成在板中 的气体分布通道的气体分布结构。在一个实施例中，该含氮气体包括氨。含金属前驱物气体216和含氮气 体226可以在衬底的表面或其附近反应，并且将金属氮化物沉积到该衬底上。 该金属氮化物可以约1微米/小时至约60微米/小时的速度沉积到该衬底上。 在一个实施例中，该沉积速度为约15微米/小时至约25微米/小时。在一个实施例中，通过板260，将惰性气体206引入到处理部108中。 通过使惰性气体206在含金属前驱物气体216与含氮气体226之间流动，该 含金属前驱物气体216和含氮气体226可彼此不接触并且过早的反应以沉积 在不期望的表面上。在一个实施例中，该惰性气体206包括氢气、氮气、氦 气、氩气或其组合。在另一个实施例中，用氨气代替该惰性气体206。在一 个实施例中，以约lslm至约15slm的速度将该含氮气体226提供给处理部。 在另一个实施例中，该含氮气体226与载气同向流动。该载气可以包括氮气 或氢气或惰性气体。在一个实施例中，该含氮气体226与载气同向流动，以 约Oslm至约15slm的速度提供该载气。对于卤化物或卤素的典型流速为 5-100sccm，但可包括等于5slm的流速。用于卤化物/卣素气体的载气可以是 O.l-lOslm，并且包括之前列出的惰性气体。由0-10slm的惰性气体进行该卤 化物/卤素/载气混合物的额外稀释。惰性气体206的流速是5-40slm。处理压力在100-1000torr之间变化。典型的衬底温度是500-1200。C 。该惰性气体206、含金属前驱物气体216、和含氮气体226可通过排气装置236离开处理部108，排气装置236分布在处理部108的周围。排气装置236这样分布可以提供均匀气流通过该衬底的表面。如图3和图4所示，根据本发明的一个实施例，气体管道251和气体管道252可以分散布置。独立于气体管道252中的含氮气体226的流速，可以控制气体管道251中的含金属前驱物气体216的流速。独立控制的、交替的气体管道有助于通过衬底表面的每种气体的更加均匀的分布，这提供了更好的沉积均匀性。另外，含金属前驱物气体216和含氮气体226之间的反应的程度依赖于 两种气体接触的时间。通过将气体管道251和气体管道252设置为平行于衬 底表面，含金属前驱物气体216和含氮气体226将在距离气体管道251和气 体管道252相等距离的点同时接触，并且由此将在衬底表面上的所有点反应 到相同程度。结果，利用更大直径的衬底能够实现沉积均匀性。明显的是， 衬底表面与气体管道251和气体管道252之间距离的变化将支配含金属前驱 物气体216和含氮气体226反应的程度。因此，根据本发明的一个实施例， 在沉积期间，可以改变处理部108的尺寸。同样，根据本发明的另一个实施 例，气体管道251与衬底表面之间的距离可以不同于气体管道252与衬底表 面之间的距离。另外，气体管道251和气体管道252之间的间隔也可以防止 含金属前驱物气体和含氮前驱物气体之间的反应以及在管道251和管道252 或其附近的不必要的沉积。如下所述，惰性气体也可以在管道251和管道252 之间流动以帮助保持前驱物气体之间的间隔。在本发明的一个实施例中，在板260中可以形成测量观察点310。在处 理期间，这为发光测量装置提供到处理部108的入口。通过对比反射波长与 发射波长，由干涉计确定膜沉积到衬底上的速度，以实现测量。也可以通过 高温计测量衬底温度来实现测量。应理解的是，测量观察点310可以对通常 结合HVPE使用的任何发光测量装置提供入口 。根据本发明的一个实施例，通过构造如图5所示的管道，实现气体管道 251和气体管道252的分散。每组管道一定包括连接端口 253，其连接到单 一主管道257，其也连接到多分支管道259。所述多分支管道259中的每个具有管道侧边的多个气体端口 255，该管道一般面对衬底载体144。气体管 道251的连接端口 253可构造为设置在气体管道252的连接端口 253与处理 部108之间。然后，气体管道251的主管道257设置在气体管道252的主管 道257与处理部108之间。气体管道252的每个分支管道259可包含与主管 道257邻近连接的"S"弯曲258，从而气体管道252的分支管道259的长度 平行于并与气体管道251的分支管道259排列在一起。类似地，根据下面讨 论的本发明的另一个实施例，通过构造如图9所示的多个管道，实现气体管 道251和气体管道252的分散。可以理解的是，分支管道259的数量以及由 此相邻分支管道之间的间隔可以变化。相邻分支管道259之间的更大的距离 可以减少多个管道的表面上的过早沉积。也可以通过增加相邻管道之间的间 隔物来减少过早沉积。该间隔物可以垂直于衬底表面设置，或者可以将该间 隔物弯曲以引导气流。在本发明的一个实施例中，该气体端口 255可形成为 与含氮气体226成一角度来引导含金属前驱物气体216。根据本发明的一个实施例，图6显示了板260。如前所述，经分布在板 260表面的多个气体端口 255，将惰性气体206引入处理部108。根据本发明 的一个实施例，板260的凹口 267容纳气体管道252的主管道257的位置。 根据本发明的一个实施例，惰性气体206在气体管道251的分支管道259与 气体管道252的分支管道259之间流动，从而保持含金属前驱物气体216气 流与含氮气体226的分离，直到该气体到达衬底表面。根据本发明的一个实施例，如图7所示，经板260将含氮气体226引入 处理部108。根据该实施例，由气体管道251的额外分支管道259代替气体 管道252的分支管道259。从而经气体管道252将含金属前驱物气体引入处 理部108。根据本发明的一个实施例，图8显示了源蒸发皿280的部件。该蒸发皿 由覆盖底部(图8B)的顶部(图8A)构成。结合该两个部分制造由阱820 上的通道810构成的环状槽。如前所述，含氯气体811流经通道810并且可 与阱820中的金属源反应以产生含金属前驱物气体813。根据本发明的一个 实施例，经气体管道251将含金属前驱物气体813引入处理部108作为该含 金属前驱物气体216。在本发明的另一个实施例中，在图8C所示的稀释端口中用惰性气体812稀释含金属前驱物气体813。可选择的，在进入通道810之前，将惰性气体 812加入到含氯气体811中。另外，可以发生两个稀释即，在进入通道810 之前将惰性气体812加入到含氯气体8U中，以及在通道810的出口加入额 外的惰性气体812。然后经气体管道251将该稀释的含金属前驱物气体引入 处理部108作为该含金属前驱物气体216。该含氯气体811在金属源上的滞 留时间直接正比于通道810的长度。更长的滞留时间产生了该含金属前驱物 气体216的更高的交换效率。因此，通过用源蒸发皿280包围腔体102，可 以构造更长的通道810，导致该含金属前驱物气体216的更高的交换效率。 构成通道810的顶部(图8A)或底部(图8B)的典型直径是10-12英寸。 通道810的长度是顶部(图8A)或底部(图8B)的外围并且在30-40英寸。 图9显示了本发明的另一个实施例。在该实施例中，改装气体管道251 和气体管道252的主管道257以适应处理部108的周长。通过将主管道257 移至该周长，气体端口 255的密度在衬底表面上会变得更均匀。可以理解的 是，利用板260的补充改装，主管道257和分支管道259的另一种设置是可 能的。本领域技术人员公知的是，可以对上述实施例进行各种改变，这仍然在 本发明的范围之内。作为示例，作为内部蒸发皿的替换(或附加)， 一些实 施例可以利用设置在腔之外的蒸发皿。对于这些实施例，分离热源和/或热气 体线路可以用于将前驱物从外部蒸发皿移至该腔中。对于一些实施例， 一些类型的机构可以用于待重新充满(例如，用液态 金属)设于腔中的所有蒸发皿而不必打开该腔。例如，采用注射器和活塞(例 如，类似于大尺寸注射器)的某种类型的装置可以设于该蒸发皿之上，从而 用液态金属重新充满该蒸发皿而不必打开该腔。对于一些实施例，从连接到内部蒸发皿的外部大型柑锅将内部蒸发皿填 满。用分离加热和温控系统加热(例如，电阻性或经灯)该坩锅。可以通过 各种技术将该坩锅用于"供给"该蒸发皿，例如，操作者打开和关闭手动阀 门的批处理，或通过工艺控制电子装置和质量流控制器。对于一些实施例，瞬间蒸馏技术可以应用于将金属前驱物传送到该腔。 例如，经由液体注射器输送瞬间蒸馏金属前驱物以将少量金属注射到该气流 中。对于一些实施例，温度控制的某些形式可以用于将前驱物气体保持在最 佳操作温度。例如，蒸发皿(内部或外部)可以直接接触地装配有温度传感 器(例如，温度电偶)，以决定蒸发皿中的前驱物的温度。该温度传感器可 以连接到自动反馈温度控制。作为对于直接接触温度传感器的可选择性，远 程高温测定法可以应用于监控蒸发皿的温度。对于外部蒸发皿设计，可以采用各种不同类型的喷头设计(例如，上面 所述的)。该喷头可以由适合的材料制成，该材料可以经受住极端温度(例如，等于1000。C)，例如SiC或石英或涂有SiC的石墨。如上所述，经温度电偶或远程高温测定法可监测管道温度。对于一些实施例，当有必要实现各种目的时，调整从腔的顶端和底部设 置的灯组以调节管道温度。该些目的可包括减小管道上的沉积，在沉积工艺 期间保持恒定温度，并且确保不超过最大温度范围(以便于减少由热压引起 的损伤)。图5A-图5B、图6、图8A-图8C和图9A-图犯中显示的部件可以由任 何适合的材料构成，例如，SiC、涂有SiC的石墨、和/或石英，并且可以具 有任何合适的物理尺寸。例如，对于一些实施例，图5A-图5B和图9A-图 9B中显示的该喷头管道可以具有l-10mm的厚度(例如，在某些应用中 2mm)。还可以防止来自化学蚀刻和/或腐蚀的损伤的方式来构造多个管道。例 如，所述多个管道可以包括例如SiC的某种类型的覆盖物或减小来自化学蚀 刻和腐蚀的某些其它覆盖物。作为可选择的，或另外的，通过与蚀刻和腐蚀 屏蔽开的隔离部分来围绕该多个管道。对于一些实施例，当分支管道可为SiC时，主管道(例如，中心管道)可以是石英。在一些应用中，存在形成在多个管道上的沉积的风险，例如通过阻塞气 体端口影响性能。对于一些实施例，为了防止或减小沉积，将某种阻隔物(例 如，挡板或板)放置于多个管道之间。这些阻隔物可以设计成可移除的和可 容易替换的，从而便于维护和修理。对于一些实施例，当在此说明采用分支管道的喷头设计时，可以用设计 成实现相似功能的不同类型的构造来代替该管道构造。作为示例，对于一些 实施例，传输通道和孔可以钻入单片板，在气体与主腔隔离和传输进该主腔的方面，该板提供与管道相似的功能。可选择的，除了单片，分配板可以通 过多层部分构造，该多层部分能以某些方式密接在一起或安装(例如，结合、 焊接或蒸镀)。对于其它实施例，可形成涂有SiC的固体石墨管道，并且随后移除该石 墨以保留一系列通道和孔。对于一些实施例，可以用其中形成有孔的各种形 状(例如，椭圆形、圆形、矩形或正方形)的清洁的或不透明的石英板构成喷头。可以将合适的尺寸化的管材(例如，具有2mmlDX4mmOD)熔化为 用于气体传输的板。对于一些实施例，各种部件可以由不相似的材料形成。在某些情况下， 进行测量以确保部件密封安全和防止漏气。作为示例，对于一些实施例，挡 圈用于将石英管道安全密封进金属部分，从而防止漏气。该挡圈可由任何合 适的材料形成，例如，允许由不同数量导致该部分延伸和紧縮的不相同部分 的热膨胀不同，其导致该部分或漏气的损伤。如上所述(例如，参见图2)，卤化物和卣素气体用于沉积工艺中。另 外，前述卤化物和卤素用作用于反应器的原位清洗的蚀刻剂气体。该清洗过 程可包括使卤化物或卤素气体(有或没有惰性载气)流入该腔中。在100-1200 "C的温度下，蚀刻剂气体可以移除来自反应器墙壁和表面的沉积物。蚀刻剂 气体的流速在l-20slm变化并且惰性载气的流速在0-20slm变化。相应的压 力可在lOO-lOOOtorr变化，并且腔温度可在20-1200。C变化。此外，前述卤化物和卤素气体可用于衬底的预处理工艺，例如，促进高 质量膜生长。 一个实施例可包括使卤化物或卣素气体经管道251或经板260 流入该腔中而不流经蒸发皿280。惰性载气和/或稀释气体可与卤化物或卤素 气体合成。同时NH3或相似的含氮前驱物可以流经管道252。预处理的其它 实施例可包括仅使具有或不具有惰性气体的含氮前驱物流动。另外的实施例 可以包括一系列两个或多个不连续的步骤，对于持续时间、气体、流速、温 度和压力，每个所述步骤是不同的。对于卤化物或卤素的典型流速是 50-1000sccm，但是包括等于5slm的流速。用于卤化物/卤素气体的载气可以 是l-40slm，并且包括以前列出的惰性气体。卤化物/卤素载气混合物的额外 稀释可以用0-10slm流速的惰性气体发生。NH3的流速在l-30slm之间并且 典型的比蚀刻剂气体流速快。处理压力可在100-1000torr之间变化。典型的衬底温度范围是500-1200°C。另外，产生C12等离子体用于清洗/沉积工艺。进一歩，在此说明的腔可 作为美国专利申请序列号11/404,516中所述的多腔系统的一部分，在此通过 引用引入其全文。如在此说明的，包括远程等离子体发生器作为腔硬件的一 部分，能应用于这里所述的HVPE腔。用于在申请中所述的沉积和清洗工艺 的气体线路和工艺控制硬件/软件也可以应用于在此所述的HVPE腔。对于一 些实施例，含氯气体或等离子体可以在顶板之上传输，例如图6所示，或经 传输含Ga前驱物的管道传输。可以采用的等离子体类型不限于氯，而可以 包括粉糠剂、碘酒、溴。用于产生等离子体的源气可以是卣素，例如C12、 Br、 12，或者包含7A族元素的气体，例如NF3。虽然前述的内容关注于本发明的实施例，但是可以设计本发明的其它和 进一步的实施例而不偏离它的基本范围，并且其范围由随后的权利要求书确 定。
权利要求
1、一种在一个或多个衬底上形成金属氮化物的方法，包括经所述一个或多个衬底上方的第一组通路，引入一个或多个含金属前驱物气体；经所述一个或多个衬底上方的第二组通路，引入含氮前驱物气体，其中所述第一组通路分散于所述第二组通路中；以及在所述第一和第二组通路上方向所述一个或多个衬底引入惰性气体以限制所述含金属前驱物气体和含氮前驱物气体在所述第一和第二组通路处或其附近反应。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二组通路 中的每一个通路包括中空主管道；一个或多个中空分支管道，液态连接到所述主管道并基本平行于所述一 个或多个衬底的表面设置；以及多个气体端口，形成在所述分支管道中，从而所述分支管道中的气体向 所述一个或多个衬底方向离开所述分支管道。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于每个所述主管道位于二等分衬底载体的表面的线之上，该衬底载体支撑 所述一个或多个衬底；以及每个分支管道从所述主管道以及从该主管道两侧伸出。
4、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于每个所述主管道位于描述衬底载体表面的周长的一半的弧形之上，该衬 底载体支撑所述一个或多个衬底；以及每个所述分支管道通过所述衬底载体的表面从^f述主管道伸出，该衬底 载体支撑所述一个或多个衬底。
5、 根据权利要求1所述的方法，进一步包括使卤化物或卤素气体流经设置在衬底载体的表面周边的环形蒸发皿，该 衬底载体支撑所述一个或多个衬底，所述蒸发皿包含选自由镓、铝和铟构成 的组群的至少一种金属，在此形成含金属前驱物气体；以及经所述一个或多个衬底上方的第一组通路，引入含金属前驱物气体。
6、 根据权利要求5所述的方法，进一歩包括在将所述卤化物或卤素气体引入所述环状蒸发皿中之前，用惰性气体稀 释所述卤化物或卤素气体；以及使所述稀释的卤化物或卤素气体流经所述环状蒸发皿。
7、 根据权利要求5所述的方法，进一步包括-在将所述一个或多个含金属前驱物气体引入所述第一组通路中之前，用 惰性气体稀释所述一个或多个含金属前驱物气体；以及使所述稀释的一个或多个含金属前驱物气体流经所述一个或多个衬底 上方的第一组通路。
8、 根据权利要求5所述的方法，进一步包括在将所述卤化物或卤素气体引入所述环状蒸发皿中之前，用惰性气体稀 释所述卤化物或卤素气体；使所述稀释的卤化物或卤素气体流经所述环状蒸发皿；在将所述一个或多个含金属前驱物气体弓I入所述第一组通路中之前，用 惰性气体稀释所述一个或多个含金属前驱物气体；以及使所述稀释的一个或多个含金属前驱物气体流经所述一个或多个衬底 上方的第一组通路。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述含氮前驱物气体包括 NH3，并且含金属气体包括GaCl，其中所述GaCl由液态镓和气态HC1形成。
10、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述含氮前驱物气体包括 NH3，含金属气体包括GaCl，其中所述GaCl由液态镓和气态C12形成。
11、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述含氮前驱物气体包括 NH3，并且该含金属气体由包含Ga、 Al或In的至少一种的液态金属形成， 并且卤化物包括HC1、 Hbr、 ffl中的至少一种，或者卤素包括C12、 Br、 12 中的至少一种。
12、 根据权利要求1所述的方法，进一步包括当引入所述一种或多种含金属前驱物气体和所述含氮前驱物气体时，旋 转所述一个或多个衬底中的至少一个。
13、 根据权利要求1所述的方法，进一步包括经所述第一和第二组通路中的至少一个，通过引入卤化物HC1、 Hbr、 HI中的至少一种或者包括C12、 Br、 I的卤素中的至少一种，执行清洗工艺。
14、 根据权利要求1所述的方法，进一步包括由包括C12、 Br、 12、 NF3中的至少一个的源气体以及包含一个或多个 7A族元素的另一种气体产生等离子体；以及将所产生的等离子体用于清洗工艺和沉积工艺中的至少一个。
15、 根据权利要求5所述的方法，进一步包括 监视所述蒸发皿中的前驱物的温度；以及基于所述蒸发皿中的所述前驱物的监视温度控制所述蒸发皿中的温度。
16、 根据权利要求1所述的方法，进一步包括使卤化物或卤素气体流经延伸至包括所述衬底的处理腔的环状蒸发皿， 以形成含金属前驱物气体，所述蒸发皿在此包含选自由镓、铝和铟组成的组 群中所选的至少一个金属；以及将所述含金属前驱物气体引入所述第一组通路以形成所述含金属前驱 物气体。
17、 根据权利要求16所述的方法，进一步包括 监视所述蒸发皿中的前驱物的温度；以及基于所述蒸发皿中的所述前驱物的监视温度控制所述蒸发皿中的温度。
18、 一种在一个或多个衬底上形成金属氮化物的方法，包括 经所述一个或多个衬底上方的第一组通路，引入一个或多个含金属前驱物气体；以及在所述通路组上方引入含氮前驱物气体，从而所述含氮前驱物气体在所 述通路组之间流向所述一个或多个衬底。
19、 权利要求18所述的方法，进一步包括排除所述含金属前驱物气体、所述含氮前驱物气体中的至少一种，并使 其反应产物快速离开所述一个或多个衬底的表面中心。
20、 一种用于氢化物气相外延腔的气体传输装置，包括 第一组通路，提供含金属前驱物气流；第二组通路，提供含氮前驱物气流；以及一个或多个气体入口，在所述第一和第二组通路上方，用于经所述第一 和第二组通路引导气体以促进所述含金属前驱物气流和所述含氮前驱物气 流之间在所述第一和第二组通路处或其附近的分离。
21、 根据权利要求20所述的装置，其特征在于所述第一和第二组通路中的每一个包括中空主管道，位于所述至少一个衬底的表面上方；一个或多个中空分支管道，液态连接到所述主管道并设置于所述至少一 个衬底的表面上方并基本平行于所述至少一个衬底的表面；以及多个气体端口，形成在所述分支管道中，从而所述分支管道中的气体向 所述至少一个衬底方向离开所述分支管道；其中，所述第二气体入口的分支管道分散于所述第一气体入口的分支管道。
22、 权利要求21所述的装置，其特征在于所述中空主管道和中空分支 管道由不同材料构成。
23、 权利要求21所述的装置，其特征在于所述气体入口中的至少一个 包括板，设置于所述第一和第二气体入口上方并基本平行于所述第一和第二 气体入口；以及多个气体端口，形成在所述板中，从而所述气体在所述第一和第二组通 路的分支管道之间流向所述至少一个衬底的表面。
24、 权利要求23所述的装置，进一步包括观察孔，形成在所述板中并连接到一个或多个光检测器件。
25、 权利要求23所述的装置，其特征在于 所述分支管道中的每一个从所述主管道及其两侧伸出。
26、 权利要求23所述的装置，其特征在于 所述主管道中的每一个沿由主管道形成的弧形设置；以及 所述分支管道中的每一个穿过所述腔延伸，从所述主管伸出道。
27、 权利要求26所述的装置，其特征在于从源传输出所述含金属前驱 物气体包括位于源蒸发皿和所述第一组通路之间的稀释端口 。
28、 权利要求20所述的装置，其特征在于所述含金属前驱物气体包括: 环状设置于所述腔的周长周围的源蒸发皿，所述蒸发皿包含选自由镓、铝和铟组成的组群中的至少一种。
29、 权利要求20所述的装置，其特征在于所述第一和第二组通路中的 至少一个形成在分布板中，该分布板具有形成于此的多个前驱物传输通道， 用于保持所述含金属前驱物气体和所述含氮前驱物气体之间的间隔。
30、 权利要求29所述的装置，其特征在于所述分布板至少部分由石英 材料构造。
31、 权利要求20所述的装置，其特征在于所述第一和第二组通路中的 至少一个包括具有多个分布通道中的至少一个以及形成于其中的多个孔的多个石墨 管道。
32、 权利要求31所述的装置，其特征在于所述石墨管道涂有SiC。
33、 一种用于氢化物气相外延腔的气体传输装置，包括第一气体入口，连接到含金属前驱物气体源；以及第二气体入口，与所述第一气体入口分开，所述第二气体入口与含氮前 驱物气体源连接，其中所述第二气体入口适于在基本垂直于所述至少一个衬 底的表面的方向将气体引入所述腔中。
34、 权利要求33所述的装置，其特征在于所述第一气体入口包括位于所述至少一个衬底的表面上方的中空主通 道，连接到所述主通道并位于所述至少一个衬底的表面上方并基本平行于所 述至少一个衬底的表面的一个或多个中空分支管道，以及形成在所述分支管 道中的多个气体端口，从而所述分支管道中的气体向着所述至少一个衬底的方向离开所述分支管道； 以及所述第二气体入口包括位于所述第一气体入口上方并基本平行于所述 第一气体入口的板以及形成在所述板中的多个气体端口 ，从而气体在所述第 一气体入口的所述分支管道之间流向所述至少一个衬底的表面。
35、 权利要求34所述的装置，其特征在于所述含金属前驱物气体源包括源蒸发皿，环状围绕所述腔的周长设置，所述蒸发皿包含由镓、铝和铟 所组成的组群中的至少一种；以及稀释端口，设置在所述源蒸发皿和所述第一气体入口之间。
全文摘要
本发明提供一种氢化物气相外延(HVPE)喷头设计，更具体地提供一种可以用于沉积工艺中的方法和装置，例如金属氮化物膜的HVPE沉积。第一组通路可引入含金属前驱物气体。第二组通路可提供含氮前驱物气体。分散所述第一和第二组通路以分开所述含金属前驱物气体和所述含氮前驱物气体直到它们到达衬底。惰性气体还可流经所述通道以帮助保持间距和限制所述通路处或其附近的反应，从而防止所述通路上的不需要的沉积。
文档编号C23C16/448GK101328579SQ20071016535
公开日2008年12月24日 申请日期2007年10月26日 优先权日2007年6月24日
发明者亚历山大·塔姆, 奥尔加·克里莱克, 尤里·梅尔尼克, 布赖恩·H·罗伯斯, 桑迪普·尼杰霍安, 罗纳德·史蒂文斯, 肯里克·T·乔伊, 萨姆埃德霍·阿卡赖亚, 雅各布·格雷森 申请人:应用材料股份有限公司