具有可互換氣體噴射器的沉積系統(tǒng)和相關(guān)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種涉及具有可互換氣體噴射器的沉積系統(tǒng)以及制造和使用這種沉積系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是在制造半導(dǎo)體裝置時(shí)使用或形成的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體裝置例如包括電子信號(hào)處理器、電子存儲(chǔ)裝置、光敏裝置(例如，發(fā)光二極管(LED)、光伏(PV)裝置等等)和微機(jī)電(MEM)裝置。這種結(jié)構(gòu)和材料經(jīng)常包括一種或多個(gè)半導(dǎo)體材料(例如，硅、鍺、碳化硅、II1-V半導(dǎo)體材料等等)，并且可以包括至少一部分集成電路。
[0003]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)經(jīng)常使用許多化學(xué)沉積過程和系統(tǒng)中的任一種來制造。例如，化學(xué)氣相沉積(CVD)是一種用來在基板上沉積固體材料的化學(xué)沉積過程，并且在制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中通常都采用這種化學(xué)氣相沉積。在化學(xué)氣相沉積過程中，將基板暴露于一種或多種試劑氣體，所述一種或多種試劑氣體以導(dǎo)致固體材料沉積在基板表面上的方式反應(yīng)、分解或既反應(yīng)又分解。
[0004]一種具體類型的CVD過程在現(xiàn)有技術(shù)中被稱為氣相外延(VPE)。在VPE過程中，基板在沉積腔室內(nèi)暴露于一種或多種試劑蒸氣，所述一種或多種試劑蒸氣以導(dǎo)致固體材料外延沉積在基板表面上的方式反應(yīng)、分解或既反應(yīng)又分解。VPE過程經(jīng)常用來沉積II1-V半導(dǎo)體材料。當(dāng)VPE過程中的其中一種試劑蒸氣包含氫化物蒸氣時(shí)，該過程可以被稱為氫化物氣相外延(HVPE)過程。
[0005]HVPE過程用來形成II1-V半導(dǎo)體材料，諸如例如氮化鎵(GaN)。例如，GaN在基板上的外延生長是由于在沉積腔室內(nèi)以在大約500°C和大約1，100°C之間的高溫下執(zhí)行的氯化鎵(GaCl)蒸氣和氨(NH3)之間的氣相反應(yīng)產(chǎn)生的。NH3可以從標(biāo)準(zhǔn)的NH3氣體源供應(yīng)。
[0006]在一些方法中，通過在被加熱的液體嫁(Ga)上傳送氯化氫(HCl)氣體(氯化氫氣體可以從標(biāo)準(zhǔn)的HCl氣體源來供應(yīng))以在沉積腔室內(nèi)原地產(chǎn)生GaCl來提供GaCl蒸氣。液體稼可以被加熱到大約750°C和大約850°C之間的溫度?？梢詫aCl和NH3引導(dǎo)至被加熱的基板(例如，半導(dǎo)體材料的晶片)的表面(例如表面上)。于2001年I月30日授予Solomon等人的美國專利N0.6，179，913公開了用于在這種系統(tǒng)和方法中使用的氣體噴射系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，可能必須將沉積腔室打開而通向大氣，以補(bǔ)充液體稼的源。此外，可能無法在這種系統(tǒng)中就地清潔沉積腔室。
[0007]為了解決這些問題，已經(jīng)提供了利用CaCl3前體(precursor)的外部源的方法和系統(tǒng)，該GaCl3前體被熱分解以形成GaCl (和副產(chǎn)品Cl 2)，GaCl被直接噴射到沉積腔室內(nèi)。這種方法和系統(tǒng)的示例例如在美國專利申請(qǐng)公報(bào)N0.US2009/0223442A1 (該專利申請(qǐng)以Arena等人的名義在2009年9月10日公開)中公開。
[0008]在之前的已知構(gòu)造中，前體GaCl可以通過大體平坦的氣體噴射器噴射到腔室內(nèi)，該氣體噴射器具有發(fā)散的內(nèi)側(cè)壁(經(jīng)常被稱為“帽舌”或“帽舌噴射器”)。前體NH3可以通過多端口噴射器噴射到腔室內(nèi)。在噴射到腔室內(nèi)時(shí)，前體最初由延伸至接近基板邊緣位置的帽舌噴射器的頂板分離。當(dāng)前體到達(dá)頂板的末端時(shí)，前體混合并反應(yīng)而在基板上形成一層GaN材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]提供該
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了以簡化形式介紹概念的選擇。這些概念在下面公開的示例實(shí)施方式的詳細(xì)描述中進(jìn)一步地詳細(xì)描述。該
【發(fā)明內(nèi)容】
并不是為了確定所要求保護(hù)的主題內(nèi)容的關(guān)鍵特征或?qū)嵸|(zhì)特征，也不是為了用來限制所要求保護(hù)的主題內(nèi)容的范圍。
[0010]在一些實(shí)施方式中，本公開包括沉積系統(tǒng)，該沉積系統(tǒng)具有:沉積腔室；具有上支撐表面的基板支撐結(jié)構(gòu)，該上支撐表面被構(gòu)造成在所述沉積腔室內(nèi)支撐基板；和至少兩個(gè)氣體噴射器，所述至少兩個(gè)氣體噴射器中的每個(gè)氣體噴射器均被構(gòu)造成可互換地安置在所述沉積腔室內(nèi)的公共位置。所述至少兩個(gè)氣體噴射器中的每個(gè)氣體噴射器均可以被構(gòu)造成在所述沉積系統(tǒng)的操作期間在所述基板支撐結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生一片大體層狀的流動(dòng)氣體。所述至少兩個(gè)氣體噴射器中的第一氣體噴射器可以包括兩個(gè)鄰接的板，所述兩個(gè)鄰接的板限定了位于這兩個(gè)鄰接的板之間的一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道。所述第一氣體噴射器的所述一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道可以被定位并構(gòu)造成產(chǎn)生具有第一最大寬度的一片大體層狀的流動(dòng)氣體，所述第一最大寬度橫向于在平行于所述基板支撐結(jié)構(gòu)的所述上支撐表面的氣體流動(dòng)平面中的氣體流動(dòng)方向。所述至少兩個(gè)氣體噴射器中的第二氣體噴射器可以包括兩個(gè)鄰接的板，所述兩個(gè)鄰接的板限定了位于這兩個(gè)鄰接的板之間的一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道。所述第二氣體噴射器的所述一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道可以被定位并構(gòu)造成產(chǎn)生具有第二最大寬度的第二片大體層狀的流動(dòng)氣體，所述第二最大寬度橫向于所述氣體流動(dòng)平面中的所述氣體流動(dòng)方向，所述第二最大寬度可以小于所述所述第一最大寬度。
[0011]在其他實(shí)施方式中，本公開包括制造如這里描述的沉積系統(tǒng)的方法。根據(jù)這些方法，可以提供沉積腔室，并且可以在所述沉積腔室內(nèi)提供基板支撐結(jié)構(gòu)。該基板支撐結(jié)構(gòu)可以具有被構(gòu)造成支撐基板的上支撐表面?？梢酝ㄟ^形成兩個(gè)板并且將這兩個(gè)板連接在一起從而在所述鄰接的板之間限定一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道而形成第一氣體噴射器。所述一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道可以被定位和構(gòu)造成產(chǎn)生具有第一最大寬度的第一片大體層狀的流動(dòng)氣體，所述第一最大寬度橫向于在平行于所述基板支撐結(jié)構(gòu)的所述上支撐表面的氣體流動(dòng)平面中的氣體流動(dòng)方向。可以通過形成兩個(gè)板并且將這兩個(gè)板連接在一起從而在所述鄰接的板之間限定一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道而形成第二氣體噴射器。所述一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道可以被定位和構(gòu)造成產(chǎn)生具有第二最大寬度的第二片大體層狀的流動(dòng)氣體，該第二最大寬度橫向于在平行于所述基板支撐結(jié)構(gòu)的所述上支撐表面的氣體流動(dòng)平面中的所述氣體流動(dòng)方向，所述第二最大寬度可以小于所述第一最大寬度?？梢詫⑺龅谝粴怏w噴射器和所述第二氣體噴射器構(gòu)造成可在所述沉積腔室內(nèi)的公共位置處互換地使用。
[0012]在另外其他實(shí)施方式中，本公開包括使用如這里描述的沉積系統(tǒng)的方法。根據(jù)這些方法，可以將第一氣體噴射器安裝在沉積腔室內(nèi)。該第一氣體噴射器可以包括兩個(gè)鄰接的板，在所述兩個(gè)鄰接的板之間限定一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道?？梢詫⒌谝换宥ㄎ辉谒龀练e腔室內(nèi)，并且可以使用所述第一氣體噴射器在所述第一基板上產(chǎn)生第一片大體層狀的流動(dòng)氣體，以利用該第一片大體層狀的流動(dòng)氣體將材料沉積在所述第一基板上。所述第一片大體層狀的流動(dòng)氣體可以具有橫向于該第一片大體層狀的流動(dòng)氣體中的氣體流動(dòng)方向的第一最大寬度?？梢栽趯⒉牧铣练e在所述第一基板上之后將所述第一基板從所述沉積腔室移除，并且可以將第二氣體噴射器安裝在所述沉積腔室內(nèi)。該第二氣體噴射器可以包括兩個(gè)鄰接的板，在所述兩個(gè)鄰接的板之間限定一個(gè)或多個(gè)氣體流動(dòng)通道?？梢詫⒌诙宥ㄎ辉谒龀练e腔室內(nèi)。所述第二基板可以具有小于所述第一基板的直徑的直徑。在將所述第二定位在所述沉積腔室內(nèi)之后，可以使用所述第二氣體噴射器在所述第二基板上產(chǎn)生第二片大體層狀的流動(dòng)氣體，以利用該第二片大體層狀的流動(dòng)氣體將材料沉積在所述第二基板上。所述第二片大體層狀的流動(dòng)氣體可以具有橫向于該第二片大體層狀的流動(dòng)氣體中的氣體流動(dòng)方向的第二最大寬度，并且所述第二最大寬度可以小于所述第一最大寬度。
【附圖說明】
[0013]圖1A是示意性示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方式的包括氣體噴射器的沉積系統(tǒng)的示例實(shí)施方式的剖切立體圖。
[0014]圖1B是示意性示出了根據(jù)本公開的實(shí)施方式的包括氣體噴射器的沉積系統(tǒng)的另一個(gè)示例實(shí)施方式的剖切立體圖。
[0015]圖2是第一氣體噴射器的分解立體圖，該第一氣體噴射器可以與圖1A和圖1B所示的沉積系統(tǒng)中的任一個(gè)系統(tǒng)一起使用，并且包括底板、中間板和頂板。
[0016]圖3是圖2的底板的俯視圖。
[0017]圖4是圖2的頂板的俯視圖。
[0018]圖5是圖2的中間板的仰視圖，示出了形成在其中凈化氣體流動(dòng)通道。
[0019]圖6是圖2的中間板的俯視圖，示出了形成在其中的前體氣體流動(dòng)通道。
[0020]圖7是組裝后的圖2的氣體噴射器(包括底板、中間板和頂板)的一部分以及將沿著中間板和頂板的周邊邊緣將中間板聯(lián)接至頂板的焊縫的局部剖視圖。
[0021]圖8是可以與圖1A和圖1B所示的沉積系統(tǒng)中的任一個(gè)系統(tǒng)一起使用的第二氣體噴射器的分解立體圖。
[0022]圖9是圖8的中間板的俯視平面圖，示出了形成在其中的前體氣體流動(dòng)通道。
[0023]圖10是可以與圖1A和圖1B所示的沉積系統(tǒng)中的任一個(gè)系統(tǒng)一起使用的第三氣體噴射器的分解立體圖。
[0024]圖11是圖10的中間板的俯視圖，示出了形成在其中的前體氣體流動(dòng)通道。
【具體實(shí)施方式】
[0025]這里所呈現(xiàn)的圖示并非是指任何具體沉積系統(tǒng)、氣體噴射器或其部件的實(shí)際視圖，而僅僅是用來描述本公開的實(shí)施方式的理想化表示。
[0026]如這里使用的，術(shù)語“基本上”在參考給定參數(shù)、特性或條件時(shí)是指這樣一種程度，即本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解該給定參數(shù)、特性或條件符合變化程度，例如符合可接受制造公差。
[0027]如這里使用的，術(shù)語“氣體”是指并包括既不具有獨(dú)立形狀又不具有體積的流體。氣體包括蒸氣。因而，當(dāng)在這里使用術(shù)語“氣體”時(shí)，可以將其解釋為“氣體或蒸氣”的含義。
[0028]如這里使用的，短語“氯化稼”是指并包括可以單體形式(GaCl3)或二聚體形式(Ga2Cl6)存在的一種或多種一氯化稼或多氯化稼。例如，氯化稼可以基本上由一氯化稼構(gòu)成，基本上由多氯化稼構(gòu)成，或基本上由一氯化稼和多氯化稼二者構(gòu)成。
[0029]本公開包括可以用來使氣體朝向基板流動(dòng)以利用該氣體在基板表面上沉積或以其他方式形成材料(例如，半導(dǎo)體材料)的系統(tǒng)、裝置和方法。下面進(jìn)一步詳細(xì)地公開這種系統(tǒng)、裝置和方法和示例。
[0030]圖1A示出了根據(jù)本公開的沉積系統(tǒng)10的示例。沉積系統(tǒng)10包括至少基本上封閉的沉積腔室12、具有被構(gòu)造成在