專利名稱：用于沉積Ⅲ/Ⅴ族化合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式一般涉及到器件諸如發(fā)光二極管(LED)的制造，且更特別地， 涉及到通過金屬有機化學(xué)汽相沉積(MOCVD)工藝和氫化物氣相外延(HVPE)沉積工藝形成 III/V族材料的工藝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)III族氮化物半導(dǎo)體在開發(fā)和制造各種半導(dǎo)體器件諸如短波長發(fā)光二極 管(LED)、激光二極管(LD)和包括高功率、高頻率、高溫度晶體管的電子器件以及集成電路 中非常重要。已經(jīng)用于沉積III族氮化物的一種方法 是氫化物氣相外延(HVPE)沉積。在HVPE 中，鹵素化合物與III族金屬或元素反應(yīng)以形成相應(yīng)的金屬/元素鹵化物前體(例如金屬氯 化物)。此時商化物前體與氮化物前體氣體反應(yīng)以形成III族氮化物。隨著對LED、LD、晶體管和集成電路的需求的增加，沉積III族氮化物和其他III/ V 族材料的效率變得更加重要。對能夠在大基板或多個基板上方均勻沉積薄膜的具有高沉積 速度的沉積裝置和工藝存在一般需求。此外，在基板上方一致的膜質(zhì)量需要均勻的前體混 合。因此，在本領(lǐng)域中對于改進(jìn)的HVPE沉積方法存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式主要涉及通過金屬有機化學(xué)汽相沉積(MOCVD)和氫化物氣相 沉積外延(HVPE)工藝形成III/ V族材料的方法。在一個實施方式中，提供了一種用于在基 板上形成氮化鎵材料的方法，其包括加熱固態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬 鎵源暴露到氯氣(Cl2)以形成氯化鎵氣體，和在HVPE工藝期間將處理室中的基板暴露到氯 化鎵氣體和氮前體氣體同時在基板上形成氮化鎵層。在一些實施方式中，在形成氮化鎵層之前的預(yù)處理工藝期間將基板暴露到含有氯 氣的預(yù)處理氣體中。一些實例提供的預(yù)處理氣體還含有氨、氯化鎵、氬、氮、氫或者其組合。 在一些實例中，該方法還提供含有氨的氮前體氣體。在預(yù)處理工藝期間，氯氣具有在從約 50sccm至約4000sccm、諸如從約50sccm至約IOOOsccm范圍內(nèi)的流速。在HVPE工藝或預(yù) 處理工藝期間，加熱基板至從約500°C到約1250°C、優(yōu)選從約800°C至約1100°C范圍內(nèi)的溫 度。在其他實例中，在形成氮化鎵層之后的室清洗工藝期間將處理室暴露到氯氣。在 室清洗工藝期間，處理室可被加熱到從約500°C到約1250°C范圍內(nèi)的溫度。在一些實例中， 在室清洗工藝期間處理室可暴露到等離子體。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鋁材料的方法，其包括力口 熱金屬鋁源，將加熱的金屬鋁源暴露到氯氣同時形成氯化鋁氣體，和在HVPE工藝期間將處理室中的基板暴露到氯化鋁氣體和氮前體氣體同時在基板上形成氮化鋁層。在一些實施方式中，在形成氮化鋁層之前的預(yù)處理工藝期間基板可暴露到含有氯氣的預(yù)處理氣體。一些實例提供的預(yù)處理氣體還含有氨、氯化鋁、氬、氮、氫或其組合。在一 些實例中，該方法還提供含有氨的氮前體氣體。在預(yù)處理期間，氯氣可具有在從約50sCCm 至約4000sccm、諸如從約50sccm至約IOOOsccm范圍內(nèi)的流速。在HVPE工藝或預(yù)處理工藝 期間基板可被加熱到在從約500°C到約1250°C、優(yōu)選從約800°C至約1100°C范圍內(nèi)的溫度。在其他實例中，在形成氮化鋁層之后的室清洗工藝期間處理室可暴露到氯氣。在 室清洗工藝期間，處理室可被加熱到從約500°c到約1250°C范圍內(nèi)的溫度。在一些實例中， 在室清洗工藝期間處理室可暴露到等離子體。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，包括在預(yù) 處理期間將基板暴露到氯氣同時形成預(yù)處理表面，加熱金屬源以形成加熱的金屬源，其中 加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、其合金或者其組合，和將加熱到金屬源暴露到氯氣同時形成 金屬氯化物氣體。該方法還提供在HVPE工藝期間將基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體 氣體同時在預(yù)處理的表面上形成金屬氮化物層。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，其包括力口 熱金屬源以形成加熱的金屬源，其中加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、其合金或者其組合，將加 熱的金屬源暴露到氯氣同時形成金屬氯化物氣體，和在HVPE處理期間將處理室中的基板 暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時在基板上形成金屬氮化物層。該方法還提供了在 形成金屬氮化物層之后的室清洗工藝期間將處理室暴露到氯氣。在室清洗工藝之前可將該 基板從處理室中移除。在清洗工藝期間處理室可被加熱到在從約500°C到約1200°C范圍內(nèi) 的溫度。任選地，在室清洗工藝期間處理室可暴露到等離子體。在另一實施方式中，提供了一種在基板上形成含鎵材料的方法，其包括加熱固 態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣同時形成氯化鎵氣體，和在 HVPE工藝期間將基板暴露到氯化鎵氣體和V族前體氣體同時在基板上形成含鎵層。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成含鋁材料的方法，其包括加熱 金屬鋁源，將加熱的金屬鋁源暴露到氯氣同時形成氯化鋁氣體，和在HVPE工藝期間將處理 室中的基板暴露到氯化鋁氣體和V族前體氣體同時在基板上形成含鋁層。V族前體氣體可含有諸如氮、磷、砷或其組合的元素。在一個實例中，V族前體氣 體可含有氨、聯(lián)氨化合物、胺化合物、其衍生物、或其組合物。在另一實例中，V族前體氣體 可含有磷化氫、烷基磷化氫化合物、砷化氫、烷基砷化氫化合物、其衍生物或其組合物。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成III族氮化物材料的方法，其包 括加熱三烷基III族化合物至預(yù)定溫度，將三烷基III族化合物暴露到氯氣同時形成金屬氯化 物氣體，和在氣相沉積工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同 時在基板上形成金屬氮化物層。在一個實例中，三烷基III族化合物含有三烷基鎵化合物和金屬氯化物氣體含有氯 化鎵。三烷基鎵化合物含有烷基諸如甲基、乙基、丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍生物或者其組 合。氯化鎵可在從約300°C至約600°C范圍內(nèi)的溫度下形成。但是，在氣相沉積工藝期間基 板可被加熱到從約800°c至約iioo°c范圍內(nèi)的溫度。在另一實例中，三烷基III族化合物含有三烷基鋁化合物和金屬氯化氣體含有氯化鋁。三烷基鋁化合物含有選自甲基、乙基、丁基、丙基、其異構(gòu)體、其衍生物或其組合的烷基。 氯化鋁可在從約300°C至約400°C范圍內(nèi)的溫度下形成。但是在氣相沉積工藝期間基板可 被加熱到在從約800°c至約iioo°c范圍內(nèi)的溫度。在另一實例中，三烷基III族化合物含有三烷基銦和金屬氯化物氣體含有氯化銦。 三烷基銦化合物可含有選自甲基、乙基、丁基、丙基、其異構(gòu)體、其衍生物或其組合的烷基。 氯化銦可在從約300°C至約400°C范圍內(nèi)的溫度下形成。但是在氣相沉積工藝期間基板可 被加熱到在從約500°C至約650°C范圍內(nèi)的溫度。在一些實施方式中，在形成金屬氮化物層之前的預(yù)處理工藝期間基板可暴露到氯 氣。在預(yù)處理工藝期間基板可被加熱到從約500°C至約1200°C范圍內(nèi)的溫度。在形成金屬 氮化物層之后的室清洗工藝期間處理室可暴露到氯氣。在其他實例中，在室清洗工藝期間 處理室可被加熱到從約500°C至約1200°C范圍內(nèi)的溫度。在室清洗工藝期間處理室可暴露 到等離子體。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，包括在預(yù) 處理工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯氣同時形成預(yù)處理過的表面，和加熱金屬源以形 成加熱的金屬源，其中加熱的金屬源含有元素諸如鎵、鋁、銦、其合金或其組合。該方法還包 括將加熱的金屬源暴露到含氯氣體同時形成金屬氯化物氣體，和在HVPE工藝期間將基板 暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時在預(yù)處理的表面上形成金屬氮化物層。實例提供 了含有氯氣或氯化氫(HCl)的含氯氣體。在另一實例中，提供了一種用于在基板上形成III族氮化物材料的方法，其包括力口 熱三烷基III族化合物至預(yù)定溫度，其中三烷基III族化合物具有化學(xué)式R”R’RM，其中M是鎵、 鋁或銦，和R”、R’、R中的每一個都單獨選自甲基、乙基、丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍生物、或 其組合。該方法還提供了在氣相沉積工藝期間，將氯氣暴露到三烷基III族化合物同時形成 金屬氯化物氣體和將處理室中的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時在基板上 形成金屬氮化物層。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，其包括提 供在耦合到排氣系統(tǒng)的處理室內(nèi)部的基板，其中排氣系統(tǒng)具有排氣管道，在預(yù)處理工藝期 間將基板暴露到含有氯氣的預(yù)處理氣體同時形成預(yù)處理的表面，同時在預(yù)處理工藝期間將 排氣管道加熱到約200°C以下的溫度。該方法還包括加熱固態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵 源，將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣同時形成氯化鎵氣體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到氯 化鎵氣體和氮前體氣體同時在基板上形成氮化鎵層。實例提供了在預(yù)處理工藝期間，將排氣管道加熱到約170°C以下的溫度，諸如約 1500C以下，諸如約130°C以下，諸如約100°C以下，諸如約70°C以下，諸如約50°C以下，在其 他實例中，在預(yù)處理期間將排氣管道加熱到從約30°C至約200°C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從 約30°C至約170°C，更優(yōu)選地從約30°C至約150°C，更優(yōu)選地，從約50°C至約120°C，和更優(yōu) 選地從約50°C至約100°C。在預(yù)處理期間處理室可具有約760乇以下的內(nèi)部壓力，優(yōu)選地 在從約100乇至約760乇的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，從約200乇至約760乇，和更優(yōu)選地從約350 乇至約760乇，例如約450乇。在另一實施方式中，在HVPE工藝期間基板可暴露到含有氯氣和氨氣的預(yù)處理氣 體。在一些實例中，預(yù)處理氣體含有濃度在從約1摩爾百分比(摩爾％ )至約10摩爾％范圍內(nèi)的氯氣，優(yōu)選地從約3摩爾％至約7摩爾％，和更優(yōu)選地從約4摩爾％至約6摩爾％，例 如約5摩爾％。在其他實例中，預(yù)處理氣體含有濃度在從約5摩爾％至約25摩爾％范圍內(nèi) 的氨氣，優(yōu)選地從約10摩爾％至約20摩爾%，和更優(yōu)選地從約12摩爾％至約18摩爾%， 例如約15摩爾％。在另一實施方式中，在HVPE工藝期間處理室含有沉積氣體，該沉積氣體含有氯氣 和氨氣。沉積氣體含有濃度在從約0.01摩爾％至約1摩爾％范圍內(nèi)的氯氣，優(yōu)選地從約 0. 05摩爾％至約0. 5摩爾％，和更優(yōu)選地從約0. 07摩爾％至約0. 4摩爾％，例如約0. 1摩 爾％。在其他實例中，沉積氣體含有從約5摩爾％至約25摩爾％范圍內(nèi)濃度的氨氣，優(yōu)選 地從約10摩爾％至約20摩爾％，和更優(yōu)選地從約12摩爾％至約18摩爾％，例如約15摩 爾％。
在其他實施方式中，在HVPE工藝期間或室清洗期間排氣管道可被加熱到約200°C 以下的溫度。實例提供了在HVPE工藝或室清洗工藝期間排氣管道被加熱到約170°C以下 的溫度，諸如約150°C以下，諸如約130°C以下，諸如約100°C以下，諸如約70°C以下，諸如約 500C以下。在其他實例中，在HVPE工藝或室清洗處理工藝期間排氣管道被加熱到從約30°C 至約200 °C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從約30 °C至約170 V，更優(yōu)選地從約30 °C至約150 V，更優(yōu) 選地從約50°C至約120°C，和更優(yōu)選地從約50°C至約100°C。在HVPE工藝期間或室清洗工藝期間處理室可具有約760乇以下的內(nèi)部壓力，優(yōu)選 地在從約100乇至約760乇的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從約200乇至約760乇，和更優(yōu)選地從約 350乇至約760乇，例如約450乇。在一些實例中，清洗氣體含有濃度在從約1摩爾％至約 10摩爾％范圍內(nèi)的氯氣，優(yōu)選地從約3摩爾％至約7摩爾％，和更優(yōu)選地從約4摩爾％至約 6摩爾％，例如約5摩爾％。


因此可通過參考附圖中示出的實施例得到獲得且能詳細(xì)理解本發(fā)明上述特征的 方式、本發(fā)明更特別的描述、上述簡要總結(jié)。圖1描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的沉積室的截面圖；圖2描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的噴頭組件的截面透視圖；圖3描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的噴頭組件的截面頂視圖；圖4描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的噴頭組件的截面透視剖面圖；圖5A-5B描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的噴頭組件的氣體通路部件的圖；圖6描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的噴頭組件的頂板部件的透視圖；圖7描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的噴頭組件的截面透視側(cè)面圖；圖8A-8C描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的噴頭組件的船式(boat)部件的圖；和圖9A-9B描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的噴頭組件的氣體通路部件的圖。但是應(yīng)注意，附圖僅示出了本發(fā)明的示范性實施方式，且因此不認(rèn)為其限制了本 發(fā)明的范圍，而是本發(fā)明允許其他同樣有效的實施方式。
具體實施例方式本發(fā)明的實施方式主要涉及用于通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和氫化物氣相外延(HVPE)工藝形成III/ V族材料的方法。在一個實施方式中，提供了一種用于在基 板上形成氮化鎵材料的方法，其包括加熱固態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬 鎵源暴露到氯氣(Cl2)，以形成氯化鎵氣體，和在HVPE工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯 化鎵氣體和氮前體氣體同時在基板上形成氮化鎵層。在一些實施方式中，在形成氮化鎵層之前的預(yù)處理工藝期間基板可被暴露到含有 氯氣的預(yù)處理氣體。一些實例提供的預(yù)處理氣體還含有氨、氯化鎵、氬、氮、氫或其組合。在 一些實例中，該方法還提供含有氨的氮前體氣體。在預(yù)處理工藝期間氯氣可具有在從約 50sccm至約4000sccm范圍內(nèi)的流速，諸如從約50sccm至約lOOOsccm。在HVPE工藝或預(yù) 處理工藝期間基板可被加熱到從約500°C至約1250°C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從約800°C至 約 1100°C。在其他實例中，在形成氮化鎵層之后的室清洗工藝期間處理室可被暴露到氯氣 中。在室清洗工藝期間處理室可被加熱到從約500°C至約1250°C范圍內(nèi)的溫度。在一些實 例中，在室清洗工藝期間處理室可被暴露到等離子體中。在另一實施方式中，提供了一種在基板上形成氮化鋁材料的方法，其包括加熱金 屬鋁源，將加熱的金屬鋁源暴露到氯氣同時形成氯化鋁氣體，和在HVPE工藝期間將處理室 內(nèi)的基板暴露到氯化鋁氣體和氮前體氣體同時在基板上形成氮化鋁層。在一些實施方式中，在形成氮化鋁層之前的預(yù)處理工藝期間基板可被暴露到含有 氯氣的預(yù)處理氣體中。一些實例提供的預(yù)處理氣體還含有氨、氯化鋁、氬、氮、氫或其組合。 在一些實例中，該方法還提供了含有氨的氮前體氣體。在預(yù)處理工藝期間氯氣可具有在從 約50sccm至約4000sccm范圍內(nèi)的流速，諸如從約50sccm至約lOOOsccm。在HVPE工藝或 預(yù)處理工藝期間基板可被加熱到從約500°C至約1250°C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從約800°C 至約 1100°C。在其他實例中，在形成氮化鋁層之后的室清洗工藝期間處理室可被暴露到氯氣。 在室清洗工藝期間處理室可被加熱到在從約500°C至約1250°C范圍內(nèi)的溫度。在一些實例 中，在室清洗工藝期間處理室可被暴露到等離子體。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成氮化鎵材料的方法，其包括在 預(yù)處理工藝期間將基板暴露到氯氣同時形成預(yù)處理的表面，加熱金屬源以形成加熱的金屬 源，其中加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、其合金、或其組合物，和將加熱的金屬源暴露到氯氣 同時形成金屬氯化物氣體。該方法還提供了在HVPE工藝期間將基板暴露到金屬氯化物氣 體和氮前體氣體同時在預(yù)處理的表面上形成金屬氮化物層。在另一實施方式中，提供了一種在基板上形成氮化鎵材料的方法，包括加熱金屬 源以形成加熱的金屬源，其中加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、其合金或其組合，將加熱的金屬 源暴露到氯氣同時形成金屬氯化物氣體，和在HVPE工藝期間將處理室內(nèi)部的基板暴露到 金屬氯化物氣體和氮前體氣體中同時在基板上形成金屬氮化物層。該方法還提供了在形成 金屬氮化物層之后的室清洗工藝期間將處理室暴露到氯氣。在室清洗工藝之前從處理室移 走基板。在清洗工藝期間可將處理室加熱到從約500°C至約1200°C范圍內(nèi)的溫度。可選地， 在室清洗工藝期間可將處理室暴露到等離子體。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成含鎵材料的方法，包括加熱固 態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬鎵源暴露到氯氣同時形成氯化鎵氣體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到氯化鎵氣體和V族前體氣體同時在基板上形成含鎵層。在另一實施方式中，提供了一種在基板上形成含鋁材料的方法，包括加熱金屬鋁 源，將加熱的金屬鋁源暴露到氯氣同時形成氯化鋁氣體，和在HVPE工藝期間將處理室內(nèi)部 的基板暴露到氯化鋁氣體和V族前體氣體同時在基板上形成含鋁層。V族前體氣體含有元素諸如氮、磷、砷、或其組合。在一個實例中，V族前體氣體可 含有氨、聯(lián)氨化合物、胺化合物、其衍生物或其組合。在另一實例中，V族前體氣體可含有磷 化氫、烷基磷化氫化合物、砷化三氫、烷基砷化三氫化合物、其衍生物或其組合。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成III族氮化物材料的方法，包括 加熱三烷基III族化合物至預(yù)定溫度，將三烷基III族化合物暴露到氯氣同時形成金屬氯化物 氣體，和在氣相沉積工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時 在基板上形成金屬氮化物層。在一個實例中，三烷基III族化合物含有三烷基鎵化合物和金屬氯化物氣體含有氯 化鎵。三烷基鎵化合物可含有烷基諸如甲基、乙基、丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍生物或其組 合。氯化鎵可在從約300°c至約600°C范圍內(nèi)的溫度下形成。但是在氣相沉積工藝期間基 板可被加熱到從約800°c至約iioo°c范圍內(nèi)的溫度。在另一實例中，三烷基III族化合物含有三烷基鋁化合物和金屬氯化物含有氯化 鋁。三烷基鋁化合物含有選自甲基、乙基、丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍生物、或其組合的烷 基。氯化鋁可在從約300°c至約400°C的溫度下形成。但是在氣相沉積工藝期間基板可被 加熱到從約800°c至約iioo°c范圍內(nèi)的溫度。在另一實例中，三烷基III族化合物含有三烷基銦化合物和金屬氯化物含有氯化 銦。三烷基銦化合物含有選自甲基、乙基、丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍生物、或其組合的烷 基。氯化銦可在從約300°c至約400°C的溫度下形成。但是在氣相沉積工藝期間基板可被 加熱到從約500°C至約650°C范圍內(nèi)的溫度。在一些實施方式中，在形成金屬氮化物層之前的預(yù)處理工藝期間基板可暴露到氯 氣。在預(yù)處理期間基板可被加熱到從約500°C至約1200°C范圍內(nèi)的溫度。在形成金屬氮化 物層之后的室清洗工藝期間處理室可被暴露到氯氣。在另一實例中，在室清洗工藝期間處 理室可被加熱到從約500°C至約1200°C范圍內(nèi)的溫度。在室清洗工藝期間處理室可被暴露 到等離子體。在另一實施方式中，提供了一種在基板上形成氮化鎵的方法，包括在預(yù)處理工藝 期間將處理室內(nèi)的基板暴露到氯氣同時形成預(yù)處理的表面，和加熱金屬源以形成加熱的金 屬源，其中加熱的金屬源含有元素諸如鎵、鋁、銦、其合金、或其組合。該方法還包括將加熱 的金屬源暴露到含氯氣體同時形成金屬氯化物氣體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到金 屬氯化物氣體和氮前體氣體同時在預(yù)處理的表面上形成金屬氮化物層。實例提供了含有氯 氣或氯化氫(HCl)的含氯氣體。在另一實施方式中，提供了一種用于在基板上形成III族氮化物材料的方法，包括 將三烷基III族化合物加熱到預(yù)定溫度，其中三烷基III族化合物具有化學(xué)式R”R’ RM，其中M 是鎵、鋁、或銦，和R”、R’和R單獨選自甲基、乙基、丙基、丁基、其異構(gòu)體、其衍生物或其組 合。該方法還提供了將氯氣暴露到三烷基III族化合物同時形成金屬氯化物氣體和在氣相沉 積工藝期間將處理室內(nèi)的基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時在基板上形成金屬氮化物層。在另一實施方式中，提供了一種在基板上形成氮化鎵材料的方法，包括在耦合到 排氣系統(tǒng)的處理室內(nèi)提供基板，其中排氣系統(tǒng)具有排氣管道，在預(yù)處理期間將基板暴露到 含有氯氣的預(yù)處理氣體同時形成預(yù)處理的表面，同時在預(yù)處理工藝期間加熱排氣管道至約 200°C以下的溫度。該方法還包括加熱固態(tài)金屬鎵源以形成液態(tài)金屬鎵源，將液態(tài)金屬鎵源 暴露到氯氣同時形成氯化鎵氣體，和在HVPE工藝期間將基板暴露到氯化鎵氣體和氮前體 氣體同時在基板上形成氮化鎵層。
實例提供了在預(yù)處理期間將排氣管道加熱到約170°C以下的溫度，諸如約150°C 以下，諸如約130°C以下，諸如約100°C以下，諸如約70°C，諸如約50°C以下。在其他實例中， 在預(yù)處理工藝期間加熱排氣管道至從約30°C到約200°C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從約30°C至 約170°C，更優(yōu)選地，從約30°C至約150°C，更優(yōu)選地從約50°C至約120°C，和更優(yōu)選地從約 50°C至約100°C。在預(yù)處理工藝期間處理室可具有約760乇以下的內(nèi)部壓力，優(yōu)選地在從約 100乇至約760乇的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從約200乇至約760乇，和更優(yōu)選地從約350乇至約 760乇，例如約450乇。在另一實施方式中，在HVPE工藝期間基板可被暴露到含有氯氣和氨氣的預(yù)處理 氣體中。在一些實例中，預(yù)處理氣體含有濃度在從約1摩爾百分比(摩爾％)至約10摩 爾％范圍內(nèi)的氯氣，優(yōu)選地，從約3摩爾％至約7摩爾％，和更優(yōu)選地從約4摩爾％至約6摩 爾％，例如為約5摩爾％。在其他實例中，預(yù)處理氣體含有在從約5摩爾％至約25摩爾％ 范圍內(nèi)濃度的氨氣，優(yōu)選地從約10摩爾％至約20摩爾％，和更優(yōu)選地從約12摩爾％至約 18摩爾％，例如為約15摩爾％。在另一實施方式中，在HVPE工藝期間處理室含有具有氯氣和氨氣的沉積氣體。沉 積氣體含有在從約0. 01摩爾％至約1摩爾％范圍內(nèi)濃度的氯氣，優(yōu)選地從約0. 05摩爾％ 至約0. 5摩爾％，更優(yōu)選地，從約0. 07摩爾％至約0. 4摩爾％，例如為約0. 1摩爾％。在其 他實例中，沉積氣體含有在從約5摩爾％至約25摩爾％范圍內(nèi)濃度的氨氣，優(yōu)選地從約10 摩爾％至約20摩爾％，和更優(yōu)選地從約12摩爾％至約18摩爾％，例如為約15摩爾％。在其他實施方式中，在HVPE工藝或室清洗工藝期間排氣管道可被加熱到約200°C 以下的溫度。實例提供了在HVPE工藝或者室清洗工藝期間將排氣管道加熱到約170°C以下 的溫度，諸如約150°C以下，諸如約130°C以下，諸如約100°C以下，諸如約70°C以下，諸如約 50°C以下。在其他實例中，在HVPE工藝或室清洗工藝期間加熱排氣管道至從約30°C到約 200 °C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選地從約30 °C至約170 V，更優(yōu)選地從約30 °C至約150 V，更優(yōu)選地 從約50°C至約120°C，和更優(yōu)選地從約50°C至約100°C。在HVPE工藝或室清洗工藝期間處理室可具有約760乇以下的內(nèi)部壓力，優(yōu)選地在 從約100乇至約760乇的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地從約200乇至約760乇，和更優(yōu)選地從約350乇 至約760乇，例如為約450乇。在一些實例中，清洗氣體含有在從約1摩爾％至約10摩爾％ 范圍內(nèi)濃度的氯氣，優(yōu)選地從約3摩爾％至約7摩爾％，和更優(yōu)選地從約4摩爾％至約6摩 爾％，例如為約5摩爾％。在另一實施方式中，在與圖1中描述的HVPE室相似的處理室內(nèi)進(jìn)行如在此描 述的氣相沉積工藝和室清洗工藝。在于2006年4月26日提交的共同指定的美國序 列No. 11/411,672、且公開為US 2007-0254100和2006年4月14日提交的美國序列No. 11/404，516、且公開為US 2007-0240631中描述了可用于實施本發(fā)明實施方式的示范 性室，通過參考將其整體并入本文。圖1中的裝置100包括容納處理容積108的室主體102。噴頭組件104被設(shè)置在 處理容積108的一端，和基板載體114被設(shè)置在處理容積108的另一端?；遢d體114包 括其中在處理期間設(shè)置了一個或多個基板的一個或多個凹槽116?；遢d體114可承載 六個以上的基板。在一個實施方式中，基板載體114承載八個基板。將理解，在基板載體 114上可承載或多或少的基板。典型的基板是藍(lán)寶石、碳化硅或硅?；宄叽鐬橹睆皆趶?50mm-IOOmm或更大的范圍內(nèi)。基板載體尺寸在從200mm-500mm范圍內(nèi)?；遢d體可由各種 材料形成，包括碳化硅或碳化硅涂覆的石墨。將理解，基板可含有藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵、 硅、石英、砷化鎵、氮化鋁、玻璃或其衍生物。將理解，在裝置100內(nèi)和根據(jù)在此描述的處理 可處理其它尺寸的基板。如以上描述的噴頭組件較傳統(tǒng)HVPE室可允許橫跨更大數(shù)量的基 板或更大的基板更加均勻的沉積，由此降低制造成本。在處理期間基板載體114可繞其中 心軸旋轉(zhuǎn)。在一個實施方式中，基板可在基板載體114內(nèi)單獨旋轉(zhuǎn)?？尚D(zhuǎn)基板載體114。在一個實施方式中，基板載體114可以以約2RPM至約 100RPM旋轉(zhuǎn)。在另一實施方式中，基板載體114可以約30RPM旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)基板載體114有 助于向每個基板提供處理氣體的均勻曝光。多個燈130a、130b可設(shè)置在基板載體114下方。對于很多應(yīng)用，典型的燈布置可 包括在基板上方(未示出)和下方(未示出)的成排的燈。一個實施方式可結(jié)合自側(cè)面的 燈。在某些實施方式中，燈可被布置成同心圓。例如，燈的內(nèi)部陣列130b可包括八個燈，和 燈的外部陣列130a可包括十二個燈。在本發(fā)明的一個實施方式中，燈130a、130b的每一個 都可被單獨供電。在另一實施方式中，燈的陣列130a、130b可被設(shè)置在噴頭組件104的上 方和內(nèi)部。將理解，可以是其它布置和其他數(shù)量的燈。選擇性供電燈的陣列130a、130b以 加熱基板載體114的內(nèi)部和外部區(qū)域。在一個實施方式中，燈130a、130b作為內(nèi)部和外部 陣列被共同供電，陣列中中陣列的頂部和底部可被共同供電或分別供電。在再一實施方式 中，分離的燈或加熱元件可被設(shè)置在源舟280的上方和/或下方。將理解，本發(fā)明不限于 使用燈的陣列。任何合適的加熱源都可用于確保將適當(dāng)溫度充分施加到處理室、其中的基 板以及金屬源。例如，預(yù)期可利用快速熱處理燈系統(tǒng)諸如2005年7月22日提交且公開為 US2006-0018639的共同指定的美國序列No. 11/187，188中描述的，通過參考將其整體并入 本文?？晒╇娨粋€或多個燈103a、103b以加熱基板以及源舟280。燈可加熱基板至從約 900°C至約1200°C范圍內(nèi)的溫度。在另一個實施方式中，燈130a、130b保持源舟280內(nèi)的 阱820中的金屬源處于從約350°C至約900°C范圍內(nèi)的溫度。熱電耦可設(shè)置在阱820中以 在處理期間測量金屬源溫度。通過熱電耦測量的溫度可被反饋到調(diào)整從加熱燈130a、130b 提供的熱量的控制器，以根據(jù)需要控制或調(diào)整阱820中的金屬源的溫度。根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，在處理期間，前體氣體106從噴頭組件104向基板表面流動。在基板表面處或附近的前體氣體106的反應(yīng)可沉積各種金屬氮化物層到基板上，包 括GaN、AlN和InN。可利用多種金屬用于沉積“組合物膜”諸如AlGaN和/或InGaN。處理 容積108可被保持在從約100乇至約760乇范圍內(nèi)的壓力下。在一個實例中，處理容積108 被保持在從約450乇至約760乇范圍內(nèi)的壓力下。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的圖1的HVPE室的截面透視圖。源舟280環(huán)繞 室主體102。金屬源填充源舟280的阱820。在一個實施方式中，金屬源包括任何合適的金 屬源，諸如鎵、鋁或銦，特定金屬根據(jù)特定應(yīng)用需求而選擇。鹵化物或鹵素氣體通過源舟280 的阱820中的金屬源上方的通道810流動且與金屬源反應(yīng)以形成氣態(tài)的含金屬前體。在一 個實施方式中，HCl與液態(tài)鎵反應(yīng)以形成氣態(tài)的GaCl。在另一個實施方式中，Cl2與液態(tài)鎵 反應(yīng)以形成GaCl和GaCl3。本發(fā)明的其他實施方式利用了其他的鹵化物或鹵素以獲得含金 屬氣相前體。合適的氫化物包括具有合成物HX(例如，X-Cl、Br或I)的那些和合適的鹵素 包括Cl2、Br2和I2。對于鹵化物，不平衡的反應(yīng)等式為
HX (氣體)+M (液態(tài)金屬)一MX (氣體)+H (氣體)這里，X = Cl、Br或I，和M = Ga、Al或In。對于鹵素等式為Z (氣體)+M (液態(tài)金屬)一MZ (氣體)這里，Z = Cl2, Br2或I2和M = Ga、Al或In。以下氣態(tài)的含金屬種類將稱作“含 金屬前體”(例如金屬氯化物)。穿過第一組氣體通路諸如管251將源自源舟280內(nèi)的反應(yīng)的含金屬前體氣體216 引入到處理容積108中。將理解，可以自除了源舟280的源產(chǎn)生含金屬前體氣體216?？赏?過第二組氣體通路諸如管252將含氮氣體226引入到處理容積108中。雖然示出了管的布 置作為合適的氣體分配結(jié)構(gòu)實例且可用在一些實施方式中，但是對于其他實施方式也可使 用如在此描述的被設(shè)計成提供氣體分配的不同類型通路的各種其他類型布置。通路的這種 布置實例包括具有(作為通路)形成在板中的氣體分配通道的氣體分配結(jié)構(gòu)，如以下更詳 細(xì)地描述的。在一個實施方式中，含氮氣體包括氨。含金屬前體氣體216和含氮氣體226可在 基板表面附近或基板表面上反應(yīng)，且金屬氮化物可沉積到基板上。金屬氮化物可以以約1 微米每小時至約60微米每小時的速度沉積到基板上。在一個實施方式中，沉積速度為約15 微米每小時至約25微米每小時。在一個實施方式中，通過板260將惰性氣體206引入到處理容積108中。通過在 含金屬前體氣體216和含氮氣體226之間流動惰性氣體206，含金屬前體氣體216和含氮氣 體226相互不接觸和過早地反應(yīng)從而沉積在不希望的表面上。在一個實施方式中，惰性氣 體206包括氫、氮、氦、氬或其組合物。在另一實施方式中，用惰性氣體206取代氨。在一個 實施方式中，以約Islm至約15slm的速度將含氮氣體226提供到處理容積中。在另一個實 施方式中，將含氮氣體226與載氣共同流動。載氣可包括氮氣或氫氣或惰性氣體。在一個 實施方式中，含氮氣體226與載氣共同流動，以從約Oslm至約15slm范圍內(nèi)的流速提供該 載氣。對于鹵化物或鹵素氣體的典型流速在從約5sCCm至約lOOOsccm范圍內(nèi)但是包括高 達(dá)約5slm的流速。用于鹵化物/鹵素氣體的載氣在從約0. Islm至約IOslm范圍內(nèi)且含有 之前所列出的惰性氣體。用從約Oslm至約IOslm范圍內(nèi)的惰性氣體進(jìn)行鹵化物/鹵素/ 載氣氣體混合物的附加稀釋。惰性氣體206的流速在從約5slm至約40slm的范圍內(nèi)。工 藝壓力在從約100乇至約1000乇的范圍內(nèi)?；蹇杀患訜岬綇募s500°C至約1200°C范圍 內(nèi)的溫度。惰性氣體206、含金屬前體氣體216以及含氮氣體226可通過排氣裝置236排出處 理容積108，該排氣裝置236被分配在處理容積108的圓周附近。排氣裝置236的這種分配可提供橫跨基板表面的均勻氣流。如圖3和4中所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式可散置氣體管251和氣體管252。 在氣體管251內(nèi)的含金屬前體氣體216的流速與氣體管252內(nèi)的含氮氣體226的流速可單 獨控制。單獨控制的、散置的氣體管可有助于橫跨基板表面更均勻地分配每一種氣體，其可 提供更大的沉積均勻度。
此外，在含金屬前體氣體216和含氮氣體226之間的反應(yīng)程度將取決于兩種氣體 相接觸的時間。通過與基板表面平行地設(shè)置氣體管251和氣體管252，含金屬前體氣體216 和含氮氣體226在自氣體管251和氣體管252等距離的點處同時接觸，且將因此在基板表 面上的所有點處都將反應(yīng)至通常相同的程度。因此，可實現(xiàn)較大直徑基板的沉積均勻性。 應(yīng)當(dāng)理解，在基板表面和氣體管251和氣體管252之間距離的變化將控制含金屬前體氣體 216和含氮氣體226將反應(yīng)的程度。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，處理容積108的該 尺寸可在沉積工藝期間變化。而且，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，在氣體管251和基板表 面之間的距離不同于氣體管252和基板表面之間的距離。此外，在氣體管251和252之間 的隔膜也防止了含金屬和含氮前體氣體之間的反應(yīng)以及在管251和252上以及附近的不希 望的沉積。如以下將描述的，惰性氣體也可在管251和252之間流動以有助于保持前體氣 體之間的隔離。在本發(fā)明的一個實施方式中，度量(metrology)觀測口 310可形成在板260中。這 可提供處理期間輻射測量工具至處理容積108的入口。這種測量通過干涉儀得到，以通過 比較所反射的波長和所傳送的波長確定膜在基板上的沉積速度。測量也可通過高溫計得到 以測量基板溫度。應(yīng)當(dāng)理解，度量觀測口 310可提供至一般與HVPE結(jié)合使用的任一輻射測 量工具的入口。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，散置氣體管251和氣體管252可通過構(gòu)造如圖5中 所示的管道實現(xiàn)。每一組管實質(zhì)上都包括連接端口 253，其連接到單個的干路管257，其也 連接到多個支路管259。每一個支路管259都具有形成在通常面對基板載體114的管的側(cè) 面上的多個氣體端口 255。氣體管251的連接端口 253可被構(gòu)造成設(shè)置在氣體管252的連 接端口 253和處理容積108之間。氣體管251的干路管257此時被設(shè)置在氣體管252的干 路管257和處理容積108之間。氣體管252的每一個支路管259都含有接近于干路管257 的連接的“S”彎曲258，以使得氣體管252的支路管259的長度平行于且對準(zhǔn)于氣體管251 的支路管259。相似地，根據(jù)以下討論的本發(fā)明的另一實施方式，散置氣體管251和氣體管 252可通過構(gòu)造如圖9中所示的管實現(xiàn)。將理解，支路管259的數(shù)量以及因此相鄰支路管之 間的間隔可改變。在相鄰支路管259之間的較大間距會降低在管表面上的過早沉積。過早 沉積也可通過在相鄰管之間添加隔壁降低。隔壁可設(shè)置成垂直于基板表面，或者隔壁可以 是傾斜的以便引導(dǎo)氣體流動。在本發(fā)明的一個實施方式中，氣體端口 255可被形成為以一 角度引導(dǎo)含金屬前體氣體216至含氮氣體226。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的板260。如前所述，可通過橫跨板260表面 散置的多個氣體端口 255將惰性氣體206引入到處理容積108中。根據(jù)本發(fā)明的一個實施 方式，板260的凹口 267容納氣體管252的干路管257的定位。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方 式，惰性氣體206可在氣體管251和氣體管252的支路管259之間流動，從而保持含金屬前 體氣體216的氣流和含氮氣體226分開直到這些氣體到達(dá)基板表面。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，如圖7中所示，可通過板260將含氮氣體226引入到 處理容積108中。根據(jù)該實施方式，氣體管252的支路管259被氣體管251的其它支路管 259取代。含金屬前體氣體由此通過氣體管252被引入到處理容積108中。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的源舟280的部件。該舟可由覆蓋底部 (圖8B)的頂部(圖8A)制成。結(jié)合這兩部分產(chǎn)生了由阱820上方的通道810制成的環(huán)形 腔。如之前所討論的，含氯氣體811可通過溝道810流動且可與阱820中的金屬源反應(yīng)以 產(chǎn)生含金屬前體氣體813。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，含金屬前體氣體813可通過氣體管 251被引入到處理容積108中作為含金屬前體氣體216。在本發(fā)明的另一實施方式中，含金屬前體氣體813可用圖8C中示出的稀釋端口中 的惰性氣體812稀釋。替換地，在進(jìn)入通道810之前惰性氣體812可被添加到含氯氣體811 中。此外，發(fā)生兩種稀釋即，在進(jìn)入通道810之前惰性氣體812可添加到含氯氣體811中， 和在通道810出口處可添加另外的惰性氣體812。稀釋的含金屬前體氣體此時通過氣體管 251被引入到處理容積108中作為含金屬前體氣體216。含氯氣體811在金屬源上方的停 留時間將與通道810長度成正比。較長的停留時間產(chǎn)生含金屬前體氣體216較大的轉(zhuǎn)換效 率。因此，通過用源舟280環(huán)繞室主體102，能產(chǎn)生較長通道810，這導(dǎo)致含金屬前體氣體216 的較大轉(zhuǎn)換效率。構(gòu)成通道810的頂部(圖8A)或底部(圖8B)的典型尺寸處于10-12英 寸的范圍內(nèi)。溝道810的長度是頂部(圖8A)和底部(圖8B)的圓周且處于30-40英寸的 范圍內(nèi)。圖9示出了本發(fā)明的另一實施方式。在該實施方式中，氣體管251和252的干路 管257可被重新構(gòu)造以與處理容積108的周邊相配。通過移動干路管257至該周邊，橫跨 基板表面的氣體端255的密度可更均勻。將理解，具有板260良好重設(shè)結(jié)構(gòu)的干路管257 和支路259的其它結(jié)構(gòu)也是可以的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可根據(jù)上述實施方式作出多種改進(jìn)，同時仍在本發(fā)明 的范圍內(nèi)。作為實例，作為內(nèi)部舟的替換例(或者除了內(nèi)部舟)，一些實施方式采用被設(shè)置 在室外部的舟。對于這種實施方式，分離的加熱源和/或加熱的氣體線路可用于將前體從 外部舟傳送到室。對于一些實施方式，一些類型的機械裝置可用于將被重新填充(例如用液態(tài)金 屬)的室內(nèi)的所有舟，而不需打開室。例如，利用注入器或者柱塞(plunger)(例如類似大 型吸液筒)的一些類型的裝置可被設(shè)置在舟上方以使舟能夠用液態(tài)金屬重新填充而不需 打開室。對于一些實施方式，內(nèi)部舟可由連接到內(nèi)部舟的外部大熔爐填充。使用分離的加 熱和溫度控制系統(tǒng)加熱(例如電阻地或經(jīng)由燈)這種熔爐。熔爐可用于用各種技術(shù)諸如操 作者打開和關(guān)閉手控閥的分批法、或者通過使用過程控制電子設(shè)備和質(zhì)量流量控制器“供 給”該舟。對于一些實施方式，閃蒸技術(shù)可用于將金屬前體傳送到室。例如，閃蒸金屬前體可 經(jīng)由液態(tài)注入器傳送以將小量金屬注入到氣流中。對于一些實施方式，一些形式的溫度控制可用于保持前體氣體在最佳操作溫度 下。例如，舟(不管是內(nèi)部還是外部)可裝配有直接接觸的溫度傳感器(例如熱電耦)以 確定舟中前體的溫度。該溫度傳感器可與自動反饋溫度控制連接。作為直接接觸溫度傳感器的替換方案，遠(yuǎn)程高溫計可用于監(jiān)控舟溫度。對于外部舟設(shè)計，可利用各種不同類型的噴頭設(shè)計(諸如以上和以下描述的那 些)。這種噴頭由能夠抵抗極高溫度(諸如高達(dá)1000°c)的合適材料構(gòu)造，諸如碳化硅或 石英或碳化硅涂覆的石墨。如上所述，管溫度可經(jīng)由熱電耦或遠(yuǎn)程高溫計監(jiān)控。對于一些實施方式，可協(xié)調(diào)從室的頂部和底部設(shè)置的成排的燈以以根據(jù)需要調(diào)節(jié) 管溫度從而實現(xiàn)各種目標(biāo)。這種目標(biāo)可包括最小化管上的沉積、在沉積工藝期間保持恒定 溫度、和確保不超出最大溫度范圍(以最小化由于熱應(yīng)力導(dǎo)致的損傷)。于圖5A-B、6、8A_C和9A-9B中示出的部件可由任何合適的材料構(gòu)造，諸如碳化硅、 碳化硅涂覆的石墨和/或石英，且具有任何合適的物理尺寸。例如，對于一些實施方式，于 圖5A-5B和9A-9B中示出的噴頭管可具有在從約Imm至約IOmm范圍內(nèi)的厚度(例如在一 些應(yīng)用中為約2mm)。也可以以防止由化學(xué)蝕刻和/或腐蝕導(dǎo)致的損傷的方式構(gòu)造管。例如，管可包括 一些類型的涂層，諸如碳化硅或最小化了由化學(xué)蝕刻和腐蝕導(dǎo)致的損傷的一些其它合適涂 層。作為替換方案，或者此外，管可被屏蔽管不受蝕刻和腐蝕影響的分離部分包圍。對于一 些實施方式，主(例如中心)管可以是石英同時支路管可以是碳化硅。在一些應(yīng)用中，存在沉積物形成在管上的危險，這例如通過堵塞氣體端口妨礙了 性能。對于一些實施方式，為了防止或最小化沉積，可在管之間設(shè)置一些類型的阻擋(例如 擋板或板)。這種阻擋可被設(shè)計成可去除的且可容易替換，由此利于維護(hù)和修理。雖然在此已經(jīng)描述了利用支路管的噴頭設(shè)計，但是對于一些實施方式，管構(gòu)造可 用被設(shè)計成實現(xiàn)相似功能的不同類型構(gòu)造替換。作為實例，對于一些實施方式，可向單片板 中鉆出傳送通道和孔，該單片板在氣體分離和傳送到主室方面提供了與管相似的功能。作 為替換方案，與其是單片，不如經(jīng)由能夠裝配到一起或者一些方式組裝(例如鍵合、焊接或 者braised)的多個部件構(gòu)造分配板。對于其他實施方式，可形成固態(tài)石墨管，涂覆有碳化硅，和石墨可隨后被去除以留 下一系列的通道和孔。對于一些實施方式，可以使用具有各種形狀(例如橢圓形、圓形、矩 形或方形)且其中形成有孔的透明或不透明石英板來構(gòu)造噴頭。尺寸適當(dāng)?shù)墓艿?例如具 有2mm(ID) X 4mm(OD)的通道)可被熔焊到板上用于氣體傳送。對于一些實施方式，各部件可由不同的材料制成。在這種情況下，可進(jìn)行測量以盡 量確保部件可靠裝配且防止氣體泄漏。作為實例，對于一些實施方式，軸環(huán)可用于可靠裝配 石英管到金屬部分中，以防止氣體泄漏。這種軸環(huán)可由任何合適的材料制成，例如其允許 導(dǎo)致部件膨脹和收縮不同量的不同部件的熱膨脹差，否則這會引起對部件的損傷或氣體泄漏。如上所述(例如參考圖2)，鹵化物或鹵素氣體可用在沉積工藝中。此外，前述的鹵化物和鹵素可用作蝕刻劑氣體用于原位清洗反應(yīng)器。這種清洗工藝可包括將鹵化物或鹵素 氣體(具有或不具有惰性載氣)流入到室中。從約100°C至約1200°c的溫度下，蝕刻劑氣 體可從反應(yīng)室壁和表面去除沉積物。蝕刻劑氣體的流速從約Islm至約20slm變化且惰性 載氣的流速從約Oslm至約20slm變化。相應(yīng)的壓力從約100乇至約1000乇變化和室溫度 從約20°C至約1200°C變化。而且，前述鹵化物和鹵素氣體可用在基板的預(yù)處理工藝中，例如用以促進(jìn)高質(zhì)量膜生長。一個實施方式可包括將鹵化物或鹵素氣體經(jīng)由管251或經(jīng)由板260流入到室中而 不需流過舟280。惰性載氣和/或稀釋氣體可與鹵化物或鹵素氣體組合。同時NH3或相似的 含氮前體可流過管252。預(yù)處理的另一實施方式可提供僅流動含氮前體，具有或不具有惰性 氣體。其它實施方式可具有兩個或多個分立步驟的序列，其每一個在持續(xù)時間、氣體、流速、 溫度和壓力方面都是不同的。對于鹵化物或鹵素典型的流速在從約50SCCm至約lOOOsccm 的范圍內(nèi)，但是可包括高達(dá)約5slm的流速。鹵化物/鹵素氣體的載氣可具有在從約Islm至 約40slm范圍內(nèi)的流速且含有之前所列的惰性氣體。用具有在從約Oslm至約IOslm范圍 內(nèi)的流速的惰性氣體進(jìn)行鹵化物/鹵素/載氣混合物的附加稀釋。NH3的流速在從約Islm 至約30slm范圍內(nèi)且通常大于蝕刻劑氣體流速。工藝壓力在從約100乇至約1000乇的范 圍內(nèi)變化。典型基板溫度在從約500°C至約1200°C的范圍內(nèi)。此外，對于清洗/沉積工藝可產(chǎn)生Cl2等離子體。而且，在此描述的室可實 施為多室系統(tǒng)的一部分，該多室系統(tǒng)在2006年4月14日提交的共同指定的美國序列 No. 11/404，516且公開為US 2007-0240631中描述了，在此通過參考將其整體并入本文。如 其中所述的，可包括遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器作為室硬件的一部分，其可用在在此描述的HVPE 室中。在該申請中描述的用于沉積和清洗工藝的氣體線路和工藝控制硬件/軟件也可用于 在此描述的HVPE室。對于一些實施方式，氯氣或等離子體可從頂板上方傳送，諸如圖6中 所示，或者通過傳送含Ga前體的管傳送?？捎玫牡入x子體類型并非排他地限于氯，而是可 包括氟、碘或溴。用于產(chǎn)生等離子體的源氣體可以是鹵素諸如Cl2、Br2或12，或者可以是含 有V族元素(例如N、P、或As)的氣體，諸如NF3。雖然前述內(nèi)容針對本發(fā)明的實施方式，但是也可作出本發(fā)明其它和進(jìn)一步的實施 方式而不超出其基本范圍，且其范圍由以下的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
一種形成Ⅲ族金屬氮化物膜的方法，包括加熱一個或多個藍(lán)寶石基板至預(yù)處理溫度；以及當(dāng)所述一個或多個藍(lán)寶石基板中的每一個基板的表面在所述預(yù)處理溫度時，將所述表面暴露到預(yù)處理氣體混合物以形成預(yù)處理表面，其中所述預(yù)處理氣體混合物包括氨(NH3)和鹵素氣體。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述鹵素氣體是氯氣(Cl2)。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中，所述預(yù)處理氣體混合物進(jìn)一步包括濃度在約1摩爾％和 約10摩爾％之間的氯氣(Cl2)和濃度在約5摩爾％和約25摩爾％之間的氨。
4.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在所述一個或多個藍(lán)寶石基板中的每一個基板 上的所述預(yù)處理表面上方形成III族金屬氮化物層。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中，形成所述III族金屬氮化物層包括形成氮化鎵層或氮化 招層。
6.如權(quán)利要求4的方法，其中，形成所述III族金屬氮化物層進(jìn)一步包括將所述一個或 多個藍(lán)寶石基板暴露到含氮前體氣體和金屬氯化物氣體。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中所述含氮前體氣體包括氨，以及通過將金屬源暴露到包括氯氣(Cl2)的第一處理氣體而形成所述金屬氯化物氣體，其 中所述金屬源包括選自由鎵、鋁和銦組成的組的一種元素。
8.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括暴露所述預(yù)處理表面到包括氨和載氣的氣體混 合物。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中，所述載氣包括氮。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述藍(lán)寶石基板是單晶藍(lán)寶石基板。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中，將所述一個或多個藍(lán)寶石基板中的每一個基板的所述 表面暴露到所述預(yù)處理氣體混合物進(jìn)一步包括將其中設(shè)置有所述一個或多個藍(lán)寶石基板 的處理室中的壓力保持在低于約760乇。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中，所述預(yù)處理溫度在約800°C和約1100°C之間。
13.一種用于在基板表面上形成III族氮化物材料的方法，包括將一個或多個基板設(shè)置在至少部分由沉積室的表面限定的處理容積中；使用一個或多個燈來加熱設(shè)置在所述處理容積中的所述一個或多個基板；將設(shè)置在所述處理容積中的所述一個或多個基板和腔室部件暴露到金屬鹵化物氣體 和氮前體氣體，以在所述一個或多個基板上形成含氮化鎵層；在形成所述含氮化鎵層后，從所述處理容積移除所述一個或多個基板；以及將所述腔室部件暴露到包括鹵素氣體的清洗氣體，其中所述清洗氣體適于移除所述腔 室部件上形成的金屬氮化物層的至少一部分。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中，所述鹵素氣體是氯氣(Cl2)。
15.如權(quán)利要求13的方法，其中，所述鹵素氣體包括濃度在約1摩爾％和約10摩爾％ 之間的氯氣(Cl2)。
16.如權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括加熱處理室的表面包括將所述表面加熱到約100°C和約1200°C之間的溫度；以及所述加熱設(shè)置在所述處理容積中的所述一個或多個基板包括將所述一個或多個基板 加熱到約500°C和約1200°C之間的溫度。
17.如權(quán)利要求13的方法，其中，形成III族氮化物層包括流入三烷基III族化合物和流 入V族前體氣體，以在所述一個或多個基板的表面和所述腔室部件的表面上沉積III族氮化物層。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中，所述三烷基III族化合物包括三烷基鎵化合物、三烷基 銦化合物或三烷基鋁化合物。
19.如權(quán)利要求13的方法，其中，三烷基III族化合物包括三烷基鎵，其中烷基選自由甲 基、乙基、丙基和丁基組成的組。
20.如權(quán)利要求13的方法，其中，所述腔室部件包括頂板，其中形成有多個孔，所述多 個孔構(gòu)造用于接收來自清洗氣體源的清洗氣體和傳送所述清洗氣體到所述沉積室的處理 區(qū)域。
21.如權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括在將所述腔室部件暴露到所述清洗氣體之前， 使用等離子體給所述清洗氣體增加能量。
22.如權(quán)利要求13的方法，其中將所述腔室部件暴露到清洗氣體進(jìn)一步包括使用一 個或多個燈來加熱所述腔室部件。
23.如權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括將所述腔室部件加熱到約500°C和約1200°C 之間的溫度。
全文摘要
本發(fā)明的實施方式主要涉及用于通過氫化物氣相外延(HVPE)工藝形成III-V族材料的方法。在一個實施方式中，提供了一種用于在處理室中基板上形成氮化鎵材料的方法，其包括加熱金屬源以形成加熱的金屬源；其中加熱的金屬源含有鎵、鋁、銦、其合金或其組合物，將加熱的金屬源暴露到氯氣同時形成金屬氯化物氣體，在HVPE工藝期間將基板暴露到金屬氯化物氣體和氮前體氣體同時在基板上形成金屬氮化物層。該方法還提供了在形成金屬氮化物層之前的預(yù)處理工藝期間將基板暴露到氯氣。在一個實例中，在預(yù)處理工藝期間將處理室的排氣管道加熱到約200℃以下。
文檔編號C23C16/44GK101831694SQ20101019056
公開日2010年9月15日 申請日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月5日
發(fā)明者圣·W·權(quán), 奧爾加·克里萊克, 尤里·梅爾尼克, 桑迪普·尼杰霍安, 洛里·D·華盛頓, 蘇杰, 雅各布·W·格雷森 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司