Erfindungsfeldinvention field
Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein Systeme zum Deponieren von Materialien auf Substraten sowie Verfahren zum Herstellen und Verwenden derartiger Systeme. Insbesondere betreffen Ausführungsformen der Erfindung Verfahren und Systeme, die verwendet werden können, um Verbindungshalbleitermaterialien wie etwa III-V-Halbleitermaterialien unter Verwendung einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) zu deponieren.Embodiments of the invention generally relate to systems for depositing materials on substrates as well as methods of making and using such systems. In particular, embodiments of the invention relate to methods and systems that can be used to deposit compound semiconductor materials, such as III-V semiconductor materials, using chemical vapor deposition (CVD).
Stand der TechnikState of the art
Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist ein chemischer Prozess, der verwendet wird, um feste Materialien auf Substraten zu deponieren, und wird allgemein für die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet. In chemischen Gasphasenabscheidungsprozessen wird ein Substrat einem oder mehreren Reagenzgasen ausgesetzt, die derart reagieren und/oder sich zersetzen, dass dies eine Deposition eines festen Materials auf der Oberfläche des Substrats zur Folge hat.Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical process used to deposit solid materials on substrates and is commonly used for the fabrication of semiconductor devices. In chemical vapor deposition processes, a substrate is exposed to one or more reagent gases which react and / or decompose such that deposition of a solid material on the surface of the substrate results.
Ein besonderer Typ von CVD-Prozess wird als Gasphasenepitaxie (VPE) bezeichnet. In VPE-Prozessen wird ein Substrat einem oder mehreren Reagenzdämpfen in einer Reaktionskammer ausgesetzt, die derart reagieren und/oder sich zersetzen, dass dies eine epitaktische Deposition eines festen Materials auf der Oberfläche des Substrats zur Folge hat. VPE-Prozesse werden häufig verwendet, um III-V-Halbleitermaterialien zu deponieren. Wenn einer der Reagenzdämpfe in einem VPE-Prozess einen haliden Dampf umfasst, kann der Prozess als Halidgasphasenepitaxie (HVPE) bezeichnet werden.One particular type of CVD process is referred to as vapor phase epitaxy (VPE). In VPE processes, a substrate is exposed to one or more reagent vapors in a reaction chamber that react and / or decompose to result in epitaxial deposition of a solid material on the surface of the substrate. VPE processes are often used to deposit III-V semiconductor materials. If any of the reagent vapors in a VPE process include a halide vapor, the process may be referred to as halide gas phase epitaxy (HVPE).
HVPE-Prozesse werden verwendet, um III-V-Halbleitermaterialien wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN) auszubilden. In derartigen Prozessen resultiert eine epitaktische Züchtung von GaN auf einem Substrat aus einer Gasphasenreaktion zwischen Galliumchlorid (GaCl) und Ammoniak (NH3), die in einer Reaktionskammer bei erhöhten Temperaturen zwischen ungefähr 500°C und ungefähr 1000°C durchgeführt werden kann. Das NH3 kann von einer Standardquelle für NH3-Gas zugeführt werden.HVPE processes are used to form III-V semiconductor materials such as gallium nitride (GaN). In such processes, epitaxial growth of GaN on a substrate results from a gas phase reaction between gallium chloride (GaCl) and ammonia (NH 3 ) which can be carried out in a reaction chamber at elevated temperatures between about 500 ° C and about 1000 ° C. The NH 3 can be supplied by a standard source of NH 3 gas.
In einigen Verfahren wird der GaCl-Dampf vorgesehen, indem Wasserstoffchlorid (HCl)-Gas (das von einer Standardquelle für HCl-Gas zugeführt werden kann) über ein erhitztes flüssiges Gallium (Ga) geführt wird, um GaCl in situ in der Reaktionskammer zu bilden. Das flüssige Gallium kann auf eine Temperatur zwischen ungefähr 750°C und ungefähr 850°C erhitzt werden. Das GaCl und das NH3 können zu einer (z. B. über eine) Oberfläche des erhitzten Substrats wie etwa eines Wafers aus einem Halbleitermaterial gerichtet werden. Das US-Patent Nr. 6,179,913 vom 30. Januar 2001 (Solomon et al.) gibt ein Gasinjektionssystem für die Verwendung in derartigen Systemen und Verfahren an.In some processes, the GaCl vapor is provided by passing hydrogen chloride (HCl) gas (which can be fed from a standard source of HCl gas) over a heated liquid gallium (Ga) to form GaCl in situ in the reaction chamber , The liquid gallium may be heated to a temperature between about 750 ° C and about 850 ° C. The GaCl and NH 3 may be directed to (eg, over) a surface of the heated substrate, such as a semiconductor material wafer. The U.S. Patent No. 6,179,913 dated Jan. 30, 2001 (Solomon et al.) discloses a gas injection system for use in such systems and methods.
Es wurden weitere Verfahren und Systeme entwickelt, die eine externe Quelle eines GaCl3-Vorläufers verwenden, der direkt in die Reaktionskammer injiziert wird. Beispiele für derartige Verfahren und Systeme sind zum Beispiel in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2009/0223442 A1 vom 10. September 2009 (Arena et al.) angegeben, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.Other methods and systems have been developed that use an external source of a GaCl 3 precursor that is injected directly into the reaction chamber. Examples of such methods and systems are disclosed, for example, in US patent application publication number US 2009/0223442 A1 of 10 September 2009 (Arena et al.), which is hereby incorporated by reference in its entirety.
Bekannte Depositionssysteme verwenden Massenfluss-Steuereinrichtungen, die den Fluss der Prozessgase im Gas- oder Dampfzustand in die Reaktionskammer messen und steuern.Known deposition systems use mass flow controllers that measure and control the flow of gas or vapor process gases into the reaction chamber.
Kurze ZusammenfassungShort Summary
In der folgenden Zusammenfassung sollen verschiedene Konzepte in einer vereinfachten Form eingeführt werden, wobei diese Konzepte in der darauf folgenden ausführlichen Beschreibung anhand einiger Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden. Die vorliegende Zusammenfassung nennt nicht unbedingt die wichtigsten Merkmale des beanspruchten Gegenstands und schränkt den beanspruchten Erfindungsumfang in keiner Weise ein.In the following summary, various concepts are to be introduced in a simplified form, which concepts will be described in more detail in the detailed description that follows, with reference to some embodiments of the invention. The present summary does not necessarily mention the most important features of the claimed subject matter and in no way limits the scope of the invention claimed.
In einigen Ausführungsformen gibt die vorliegende Erfindung Verfahren zum Deponieren von Verbindungshalbleitermaterialien auf einem oder mehreren Substraten an. Zum Beispiel können derartige Verfahren das Messen und Steuern der Flussrate einer Vorläuferflüssigkeit von einer Quelle der Vorläuferflüssigkeit zu einem Verdampfer umfassen. Die Vorläuferflüssigkeit kann CaCl3, InCl3 und/oder AlCl3 in einem flüssigen Zustand umfassen. Die Vorläuferflüssigkeit kann in dem Verdampfer verdampft werden, um einen ersten Vorläuferdampf zu bilden. Der erste Vorläuferdampf kann aus dem Verdampfer zu einem Bereich in Nachbarschaft zu einer Oberfläche eines Werkstücksubstrats in einer Reaktionskammer geführt werden. Ein zweiter Vorläuferdampf kann separat zu dem ersten Vorläuferdampf in die Reaktionskammer geführt werden. Ein Verbindungshalbleitermaterial kann auf der Oberfläche des Werkstücksubstrats in der Reaktionskammer deponiert werden. Das Verbindungshalbleitermaterial kann wenigstens ein Element aus dem ersten Vorläuferdampf und wenigstens ein Element aus dem zweiten Vorläuferdampf umfassen.In some embodiments, the present invention provides methods for depositing compound semiconductor materials on one or more substrates. For example, such methods may include measuring and controlling the flow rate of a precursor liquid from a source of precursor liquid to an evaporator. The precursor liquid may comprise CaCl 3 , InCl 3 and / or AlCl 3 in a liquid state. The precursor liquid may be vaporized in the evaporator to form a first precursor vapor. The first precursor vapor may be passed from the evaporator to an area adjacent a surface of a workpiece substrate in a reaction chamber. A second precursor vapor may be fed into the reaction chamber separately from the first precursor vapor. A compound semiconductor material may be deposited on the surface of the workpiece substrate in the reaction chamber. The compound semiconductor material may comprise at least one element from the first precursor vapor and at least one element from the second precursor vapor.
In anderen Ausführungsformen gibt die vorliegende Erfindung Halidgasphasen-Epitaxiesysteme an, die verwendet werden können, um die hier angegebenen Verfahren auszuführen. Zum Beispiel kann ein Halidgasphasen-Epitaxiesystem eine Reaktionskammer, eine Quelle wenigstens einer Vorläuferflüssigkeit und einen Verdampfer, der konfiguriert ist, um die Vorläuferflüssigkeit zu verdampfen und einen Vorläuferdampf zu bilden, der zu einer Position in Nachbarschaft zu einem Substrathalteaufbau in der Reaktionskammer zu führen ist, umfassen. Die Vorläuferflüssigkeit kann GaCl3, InCl3 und/oder AlCl3 in einem flüssigen Zustand umfassen. Wenigstens eine Leitung kann einen Fluidpfad zwischen der Quelle der Vorläuferflüssigkeit und dem Verdampfer vorsehen. Das System kann weiterhin eine Vorrichtung, die konfiguriert ist, um die Flussrate der Vorläuferflüssigkeit durch die wenigstens eine Leitung zu messen, und eine Vorrichtung, die konfiguriert ist, um die Flussrate der Vorläuferflüssigkeit durch die wenigstens eine Leitung zu steuern, umfassen.In other embodiments, the present invention provides halide gas phase Epitaxy systems that can be used to carry out the methods given here. For example, a halide gas phase epitaxial system may include a reaction chamber, a source of at least one precursor liquid, and an evaporator configured to vaporize the precursor liquid and form a precursor vapor to be conducted to a position adjacent to a substrate tower assembly in the reaction chamber. include. The precursor liquid may comprise GaCl 3 , InCl 3 and / or AlCl 3 in a liquid state. At least one conduit may provide a fluid path between the source of precursor liquid and the evaporator. The system may further comprise a device configured to measure the flow rate of the precursor liquid through the at least one conduit and a device configured to control the flow rate of the precursor liquid through the at least one conduit.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
1A ist eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte Ausführungsform eines Depositionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung einschließlich von Einrichtungen zum Messen und Steuern des Flusses von Vorläufersubstanzen in eine Reaktionskammer, während sich die Vorläufersubstanzen in einem flüssigen Zustand befinden, zeigt. 1A Figure 3 is a schematic view showing an exemplary embodiment of a deposition system according to the present invention including means for measuring and controlling the flow of precursor substances into a reaction chamber while the precursor substances are in a liquid state.
1B ist eine schematische Ansicht, die eine andere beispielhafte Ausführungsform eines Depositionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 1B Fig. 10 is a schematic view showing another exemplary embodiment of a deposition system according to the present invention.
2 ist eine ausgeschnittene perspektivische Ansicht, die Elemente eines Beispiels für ein Depositionssystem gemäß der schematischen Ansicht von 1A zeigt. 2 is a cut-away perspective view showing the elements of an example of a deposition system according to the schematic view of FIG 1A shows.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer vorderen Außenfläche einer Gasinjektionsvorrichtung des Depositionssystems von 2. 3 is a perspective view of a front outer surface of a gas injection device of the deposition system of 2 ,
4 ist eine seitliche Querschnittansicht eines internen Vorläufergasofens des Depositionssystems von 2. 4 FIG. 4 is a side cross-sectional view of an internal precursor gas furnace of the deposition system of FIG 2 ,
5 ist eine Draufsicht auf allgemein plattenförmige Aufbauten des internen Vorläufergasofens von 3 und 4. 5 is a plan view of generally plate-shaped structures of the internal precursor gas oven of 3 and 4 ,
6 ist eine perspektivische Ansicht eines internen Vorläufergasofens des Depositionssystems von 2. 6 FIG. 12 is a perspective view of an internal precursor gas furnace of the deposition system of FIG 2 ,
7 ist eine ausgeschnittene perspektivische Ansicht, die schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Depositionssystems zeigt, das ein Zugangstor, das fern von einer Position, an welcher Prozessgase in die Reaktionskammer injiziert werden, angeordnet ist, und weiterhin einen externen Vorläufergasinjektor anstelle eines internen Vorläufergasofens umfasst. 7 FIG. 12 is a cut-away perspective view schematically showing another exemplary embodiment of a deposition system including an access port remote from a position where process gases are injected into the reaction chamber and further including an external precursor gas injector instead of an internal precursor gas furnace.
Ausführliche Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der ErfindungDetailed description of various embodiments of the invention
Die hier beschriebenen Zeichnungen sind keine tatsächlichen Ansichten bestimmter Systeme, Komponenten oder Vorrichtungen, sondern sind lediglich idealisierte Wiedergaben, die verwendet werden, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.The drawings described herein are not actual views of particular systems, components, or devices, but are merely idealized representations used to describe embodiments of the present invention.
Unter einen „III-V-Halbleitermaterial” ist hier ein beliebiges Halbleitermaterial zu verstehen, das wenigstens vorwiegend aus einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe IIIA des Periodensystems (B, Al, Ga, In und Ti) und einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe VA des Periodensystems (N, P, As, Sb und Bi) besteht. Beispiele für III-V-Halbleitermaterialien sind GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, AlN, AlP, AlAs, InGaN, InGaP, InGaNP usw.A "III-V semiconductor material" is here to be understood as meaning any semiconductor material which consists at least predominantly of one or more elements from group IIIA of the periodic table (B, Al, Ga, In and Ti) and one or more elements from the group VA of the periodic table (N, P, As, Sb and Bi). Examples of III-V semiconductor materials are GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, AlN, AlP, AlAs, InGaN, InGaP, InGaNP, etc.
Vor kurzem wurden verbesserte Gasinjektoren für die Verwendung in Verfahren und Systemen entwickelt, die eine externe Quelle eines GaCl3-Vorläufers verwenden, der in die Reaktionskammer injiziert wird, wie etwa in der weiter oben genannten US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2009/0223442 A1 angegeben. Beispiele für derartige Gasinjektoren sind zum Beispiel in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/157,112 vom 3. März 2009 (Arena et al.) angegeben, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist. Unter einem „Gas” sind hier Gase (Fluide, die weder eine unabhängige Form noch ein Volumen aufweisen) und Dämpfe (Gase, die eine diffundierte Flüssigkeit oder einen suspendierten Feststoff enthalten) zu verstehen, wobei die Begriffe „Gas” und „Dampf” hier synonym verwendet werden.Recently, improved gas injectors have been developed for use in methods and systems that utilize an external source of a GaCl 3 precursor injected into the reaction chamber, such as disclosed in the aforementioned U.S. Patent Application Publication No. 2009/0223442 A1 , Examples of such gas injectors are disclosed, for example, in U.S. Patent Application Serial No. 61 / 157,112, filed March 3, 2009 (Arena et al.), Which is hereby incorporated by reference in its entirety. By "gas" is meant gases (fluids which are neither of an independent form nor volume) and vapors (gases containing a diffused liquid or suspended solid), the terms "gas" and "vapor" being used herein be used synonymously.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen und nutzen Depositionssysteme, die konfiguriert sind, um einen Halidgasphasen-Epitaxie-Depositionsprozess durchzuführen, wobei der Fluss einer oder mehrerer Vorläufersubstanzen in die Reaktionskammer in dem flüssigen Zustand gemessen und/oder gesteuert wird, bevor diese verdampft werden, um einen oder mehrere in dem Depositionsprozess verwendete Vorläuferdämpfe zu bilden.Embodiments of the present invention include and utilize deposition systems configured to perform a halide gas phase epitaxial deposition process, wherein the flow of one or more precursors into the reaction chamber in the liquid state is measured and / or controlled before they are vaporized to one or to form multiple precursor vapors used in the deposition process.
1A zeigt schematisch ein Beispiel für ein derartiges Depositionssystem 10. Das Depositionssystem 10 kann ein CVD-System oder ein VPE-Depositionssystem (z. B. ein HVPE-Depositionssystem) sein. Das Depositionssystem 10 umfasst eine Reaktionskammer 12, in der ein Material (z. B. ein Halbleitermaterial) auf einem Werkstücksubstrat 16 deponiert werden kann. Ein Substrathalteaufbau (nicht in 1A gezeigt) kann in der Reaktionskammer 12 angeordnet sein, um das Werkstücksubstrat 16 zu halten, auf dem Material deponiert werden soll. Das Depositionssystem 10 umfasst weiterhin eine Quelle 22 einer Vorläuferflüssigkeit 23. Die Vorläuferflüssigkeit 23 umfasst eine Substanz, die Elemente enthält, die in das auf dem Werkstücksubstrat 16 zu deponierende Material aufzunehmen sind. Die Quelle 22 der Vorläuferflüssigkeit 23 kann zum Beispiel ein Behälter 24 sein, in dem eine Vorläuferflüssigkeit 23 enthalten ist. 1A schematically shows an example of such a deposition system 10 , The deposition system 10 may be a CVD system or a VPE deposition system (eg, an HVPE deposition system). The deposition system 10 includes a reaction chamber 12 in which a material (eg, a semiconductor material) on a workpiece substrate 16 can be deposited. A substrate holder assembly (not in 1A shown) can in the reaction chamber 12 be arranged to the workpiece substrate 16 to be kept on the material to be deposited. The deposition system 10 also includes a source 22 a precursor liquid 23 , The precursor liquid 23 includes a substance that contains elements that are in the on the workpiece substrate 16 are to be deposited material to be deposited. The source 22 the precursor liquid 23 For example, a container 24 be in which a precursor liquid 23 is included.
In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das auf dem Werkstücksubstrat 16 zu deponierende Material ein III-V-Halbleitermaterial wie etwa GaN, InN, AlN sowie Legierungen und Mischungen aus denselben sein. Die Vorläuferflüssigkeit 23 kann eine oder mehrere Substanzen einschließlich wenigstens eines Gruppe-III-Elements wie etwa GaCl3, InCl3 und/oder AlCl3 im flüssigen Zustand umfassen. Das Depositionssystem 10 kann Quellen anderer Vorläufersubstanzen umfassen (nicht in 1A gezeigt). Zum Beispiel kann das Depositionssystem 10 eine Quelle eines Vorläuferdampfs umfassen, der Stickstoff enthält (z. B. Ammoniak), das ein Gruppe-V-Element ist, das zusammen mit dem Gruppe-III-Element ein III-V-Nitridmaterial auf dem Werkstücksubstrat 16 in der Reaktionskammer 12 bilden kann.As an example and not by way of limitation, that may be on the workpiece substrate 16 material to be deposited is a III-V semiconductor material such as GaN, InN, AlN and alloys and mixtures thereof. The precursor liquid 23 may comprise one or more substances including at least one group III element such as GaCl 3 , InCl 3 and / or AlCl 3 in the liquid state. The deposition system 10 may comprise sources of other precursor substances (not in 1A shown). For example, the deposition system 10 comprising a source of precursor vapor containing nitrogen (eg, ammonia) which is a group V element which, together with the group III element, forms a III-V nitride material on the workpiece substrate 16 in the reaction chamber 12 can form.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann die Vorläuferflüssigkeit 23 flüssiges GaCl3 umfassen. GaCl3 ist bei Temperaturen zwischen ungefähr 83°C und ungefähr 120°C bei atmosphärischem Druck flüssig und kann bei höheren Drücken bei Temperaturen bis zu ungefähr 150° flüssig sein. In Ausführungsformen, in denen die Vorläuferflüssigkeit 23 flüssiges GaCl3 umfasst, können ein oder mehrere Heizelemente 40 verwendet werden, um die Quelle 22 der Vorläuferflüssigkeit 23 bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen ungefähr 83°C und ungefähr 150°C zu halten.In a non-limiting embodiment, the precursor liquid 23 include liquid GaCl 3 . GaCl 3 is liquid at temperatures between about 83 ° C and about 120 ° C at atmospheric pressure and may be liquid at higher pressures at temperatures up to about 150 ° C. In embodiments in which the precursor liquid 23 Liquid GaCl 3 may include one or more heating elements 40 used to the source 22 the precursor liquid 23 at a temperature in a range between about 83 ° C and about 150 ° C.
Wie in 1A gezeigt, kann die Vorläuferflüssigkeit 23 in dem Behälter 24 unter Verwendung eines Druckgases unter Druck gesetzt werden, um ein Volumen des Raums 25 über der Vorläuferflüssigkeit 23 in dem Behälter 24 unter Druck zu setzen. Ein oder mehrere Flusssteuerventile 26 können verwendet werden, um den Fluss des Druckgases in den Behälter 24 und damit den Druck der Vorläuferflüssigkeit 23 zu steuern.As in 1A shown, the precursor liquid 23 in the container 24 be pressurized using a compressed gas to a volume of the space 25 over the precursor liquid 23 in the container 24 to put pressure on. One or more flow control valves 26 Can be used to control the flow of compressed gas into the container 24 and thus the pressure of the precursor liquid 23 to control.
Das Depositionssystem 10 umfasst weiterhin einen Verdampfer 27, der konfiguriert ist, um die Vorläuferflüssigkeit 23 zu verdampfen und einen Vorläuferdampf zu bilden, der zu einer Position in Nachbarschaft zu dem Werkstücksubstrat 16 (und zu dem Substrathalteaufbau, auf dem das Werkstücksubstrat 16 angeordnet ist) in der Reaktionskammer 12 zu führen ist.The deposition system 10 further includes an evaporator 27 which is configured to the precursor liquid 23 to vaporize and form a precursor vapor that is in a position adjacent to the workpiece substrate 16 (and to the substrate holding structure on which the workpiece substrate 16 is arranged) in the reaction chamber 12 to lead is.
Der Verdampfer 27 kann ein oder mehrere Heizelemente umfassen, die verwendet werden, um die Vorläuferflüssigkeit 23 in dem Verdampfer 27 zu erhitzen und einen Vorläuferdampf aus der Vorläuferflüssigkeit 23 zu bilden. Optional kann der Verdampfer 27 auch physikalische Einrichtungen verwenden, um die Verdampfung der Vorläuferflüssigkeit 23 zu unterstützen. Zum Beispiel kann der Verdampfer 27 Ultraschallschwingungen auf die Vorläuferflüssigkeit 23 anwenden, um die Verdampfung der Vorläuferflüssigkeit 23 zu fördern. In anderen Ausführungsformen kann der Verdampfer 27 einen Zerstäuber oder Vernebler umfassen, der konfiguriert ist, um die Vorläuferflüssigkeit 23 in feine Tröpfchen in dem Verdampfer 27 zu zerstreuen. Zum Beispiel kann eine Quelle 36 eines Atomisierungsgases verwendet werden, um ein unter Druck stehendes Atomisierungsgas zu dem Verdampfer 27 zuzuführen, wo es verwendet werden kann, um die Vorläuferflüssigkeit 23 in feine Tröpfchen zu zerstreuen. Das Atomisierungsgas kann ein Trägergas wie etwa Helium (He), Stickstoff (N2), Wasserstoff (H2), Argon (Ar) usw. umfassen, das in einigen Ausführungsformen inert sein kann. Verdampfer, die als der Verdampfer 27 des Depositionssystems 10 verwendet werden können, sind zum Beispiel von Brooks Instrument in Hatfield, PA erhältlich.The evaporator 27 may include one or more heating elements used to make the precursor liquid 23 in the evaporator 27 to heat and a precursor vapor from the precursor liquid 23 to build. Optionally, the evaporator 27 also use physical means to vaporize the precursor liquid 23 to support. For example, the evaporator 27 Ultrasonic vibrations on the precursor liquid 23 Apply to the evaporation of the precursor liquid 23 to promote. In other embodiments, the evaporator 27 comprise a nebulizer or nebulizer configured to deliver the precursor fluid 23 in fine droplets in the evaporator 27 to disperse. For example, a source 36 An atomizing gas can be used to a pressurized atomizing gas to the evaporator 27 where it can be used to supply the precursor liquid 23 to disperse into fine droplets. The atomizing gas may include a carrier gas such as helium (He), nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ), argon (Ar), etc., which may be inert in some embodiments. Evaporator, as the evaporator 27 of the deposition system 10 can be used, for example, by Brooks Instrument of Hatfield, PA.
Eine Leitung 28 sieht einen Flüssigkeitspfad zwischen der Quelle 22 der Vorläuferflüssigkeit 23 und dem Verdampfer 27 vor. Ein oder mehrere Ventile 29 können verwendet werden, um wahlweise den Fluss der Vorläuferflüssigkeit 23 durch die Leitung 28 zu gestatten oder zu unterbinden.A line 28 sees a fluid path between the source 22 the precursor liquid 23 and the evaporator 27 in front. One or more valves 29 can be used to selectively control the flow of precursor liquid 23 through the pipe 28 to permit or prohibit.
Wie weiterhin in 1A gezeigt, umfasst das Depositionssystem 10 weiterhin eine Messeinrichtung 30, die konfiguriert ist, um die Flussrate der Vorläuferflüssigkeit 23 durch die Leitung 28 zu messen, wenn die Vorläuferflüssigkeit 23 zwischen der Quelle 22 und dem Verdampfer 27 fließt, und eine Flusssteuereinrichtung 32, die konfiguriert ist, um die Flussrate der Vorläuferflüssigkeit 23 durch die Leitung 28 zu steuern. Die Messeinrichtung 30 und die Flusssteuereinrichtung 32 können elektromechanische Einrichtungen umfassen, die unter der Steuerung eines Computersteuersystems 34 betrieben werden. Zum Beispiel kann das Computersteuersystem 34 konfiguriert sein, um die Vorläuferflüssigkeit 23 durch die Leitung 28 innerhalb eines gewünschten Bereichs zu führen, sodass ein gewünschter Massenfluss der Vorläufersubstanz in die Reaktionskammer 12 vorgesehen wird. Das Computersteuersystem 34 kann den Fluss der Vorläuferflüssigkeit 23 durch die Leitung 28 unter Verwendung der Messeinrichtung 30 messen und in Reaktion auf die von der Messeinrichtung 30 erhaltenen Messungen wahlweise den Fluss der Vorläuferflüssigkeit 23 durch die Leitung 28 wahlweise anpassen, um die Flussrate innerhalb des gewünschten Bereichs zu halten.As continues in 1A shown includes the deposition system 10 furthermore a measuring device 30 which is configured to control the flow rate of the precursor liquid 23 through the pipe 28 to measure when the precursor fluid 23 between the source 22 and the evaporator 27 flows, and a flow control device 32 which is configured to control the flow rate of the precursor liquid 23 through the pipe 28 to control. The measuring device 30 and the flow control device 32 may include electromechanical devices that are under the control of a computer control system 34 operate. For example, the computer control system 34 be configured to the precursor liquid 23 through the pipe 28 within a desired range, so that a desired mass flow of the precursor substance into the reaction chamber 12 is provided. The computer control system 34 can control the flow of precursor fluid 23 through the pipe 28 using the measuring device 30 measure and in response to that of the measuring device 30 optionally measurements of the flow of precursor liquid 23 through the pipe 28 optionally adjust to keep the flow rate within the desired range.
In einigen Ausführungsformen können die Messeinrichtung 30 und die Flusssteuereinrichtung 32 zu einer einzelnen Einrichtung integriert sein. In anderen Ausführungsformen können die Messeinrichtung 30 und die Flusssteuereinrichtung 32 distinkte Einrichtungen sein, die separat zueinander vorgesehen sind. Messeinrichtungen und Flusssteuereinrichtungen, die als die Messeinrichtung 30 und die Flusssteuereinrichtung 32 verwendet werden können, sind zum Beispiel von Brooks Instrument in Hatfield, PA erhältlich. In some embodiments, the measuring device 30 and the flow control device 32 integrated into a single device. In other embodiments, the measuring device 30 and the flow control device 32 be distinct devices that are provided separately to each other. Measuring devices and flow control devices that serve as the measuring device 30 and the flow control device 32 can be used, for example, by Brooks Instrument of Hatfield, PA.
Die Vorläuferflüssigkeit 23 kann bei einer Temperatur zwischen ungefähr 83°C und ungefähr 150°C liegen, wenn sie in den Verdampfer 27 eintritt. Der Verdampfer 27 verdampft die Vorläuferflüssigkeit 23, um wie weiter oben genannt einen Vorläuferdampf zu bilden. Der Vorläuferdampf kann eine Temperatur zwischen ungefähr 120°C und ungefähr 900°C aufweisen, wenn der Vorläuferdampf den Verdampfer 27 verlässt. In einigen Ausführungsformen kann der Vorläuferdampf eine Temperatur von wenigstens ungefähr 150°C, wenigstens ungefähr 400°C oder sogar ungefähr 900°C aufweisen, wenn er den Verdampfer 27 verlässt. In einigen Ausführungsformen kann ein Vorläufergasofen verwendet werden, um den Vorläuferdampf weiter zu erhitzen, nachdem dieser den Verdampfer 27 verlassen hat und bevor er das Werkstücksubstrat 16 erreicht, was weiter unten ausführlicher erläutert wird.The precursor liquid 23 may be at a temperature between about 83 ° C and about 150 ° C when entering the evaporator 27 entry. The evaporator 27 the precursor liquid evaporates 23 to form a precursor vapor as mentioned above. The precursor vapor may have a temperature between about 120 ° C and about 900 ° C when the precursor vapor is the evaporator 27 leaves. In some embodiments, the precursor vapor may have a temperature of at least about 150 ° C, at least about 400 ° C, or even about 900 ° C when using the evaporator 27 leaves. In some embodiments, a precursor gas furnace may be used to further heat the precursor vapor after it has passed the evaporator 27 and before leaving the workpiece substrate 16 achieved, which will be explained in more detail below.
Weitere Heizelemente (nicht gezeigt) können verwendet werden, um einen oder mehrere Abschnitte der Leitung 28 zwischen der Quelle 22 der Vorläuferflüssigkeit 23 und dem Verdampfer 27 zu erhitzen und dadurch die Temperatur der Vorläuferflüssigkeit 23 zwischen ungefähr 83°C und ungefähr 150°C zu halten, bis sie den Verdampfer 27 erreicht. Weiterhin kann es wünschenswert sein, Verminderungen in der Temperatur der Vorläuferflüssigkeit 23 zu vermeiden, wenn die Vorläuferflüssigkeit 23 von der Quelle 22 zu dem Verdampfer 27 fließt. Es können also Heizelemente entlang der Leitung 28 vorgesehen sein, um die Temperatur der Vorläuferflüssigkeit 23 (entweder graduell, kontinuierlich oder stufenweise) zu erhöhen, wenn die Vorläuferflüssigkeit 23 von der Quelle 22 zu dem Verdampfer 27 fließt.Other heating elements (not shown) may be used to connect one or more sections of the conduit 28 between the source 22 the precursor liquid 23 and the evaporator 27 to heat and thereby the temperature of the precursor liquid 23 between about 83 ° C and about 150 ° C until it reaches the evaporator 27 reached. Furthermore, it may be desirable to reduce the temperature of the precursor liquid 23 to avoid when the precursor liquid 23 from the source 22 to the evaporator 27 flows. So there can be heating elements along the line 28 be provided to the temperature of the precursor liquid 23 (either gradually, continuously or stepwise) when the precursor liquid 23 from the source 22 to the evaporator 27 flows.
Wie in 1A gezeigt, kann in einigen Ausführungsformen der Verdampfer 27 außerhalb der Reaktionskammer 12 angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann der Verdampfer 27 jedoch wenigstens teilweise in der Reaktionskammer 12 angeordnet sein. Zum Beispiel zeigt 1B ein anderes Depositionssystem 50, das im Wesentlichen dem Depositionssystem 10 von 1A ähnlich ist, wobei jedoch der Verdampfer 27 teilweise in der Reaktionskammer 12 angeordnet ist. In weiteren Ausführungsformen kann der Verdampfer 27 vollständig in der Reaktionskammer 12 angeordnet sein. In Ausführungsformen, in denen der Verdampfer 27 wenigstens teilweise in der Reaktionskammer 12 angeordnet ist, kann der Verdampfer 27 aus Materialien hergestellt sein, die den Temperaturen und der chemischen Umgebung in der Reaktionskammer 12 standhalten können.As in 1A In some embodiments, the evaporator may be shown 27 outside the reaction chamber 12 be arranged. In other embodiments, the evaporator 27 but at least partially in the reaction chamber 12 be arranged. For example, shows 1B another deposition system 50 which is essentially the deposition system 10 from 1A similar, but with the evaporator 27 partly in the reaction chamber 12 is arranged. In further embodiments, the evaporator 27 completely in the reaction chamber 12 be arranged. In embodiments in which the evaporator 27 at least partially in the reaction chamber 12 is arranged, the evaporator can 27 be made of materials that match the temperatures and the chemical environment in the reaction chamber 12 can withstand.
2 ist eine ausgeschnittene perspektivische Ansicht, die Elemente eines beispielhaften Depositionssystems 100 in Übereinstimmung mit der schematischen Ansicht von 1A zeigt. Das Depositionssystem 100 umfasst eine Reaktionskammer 102. Die Reaktionskammer 102 kann durch eine obere Wand 104, eine untere Wand 106 und eine oder mehrere Seitenwände definiert werden. Eine oder mehrere der Seitenwände können durch eine oder mehrere Komponenten von Teilanordnungen des Depositionssystems 100 definiert werden. Zum Beispiel kann eine erste Seitenwand 108A eine Komponente eines Gasinjektionsverteilers 110 umfassen, der zum Injizieren eines oder mehrerer Prozessgase in die Reaktionskammer 102 verwendet wird, und kann eine zweite Seitenwand 108B eine Komponente einer Ausführ- und Lade-Teilanordnung 112 umfassen, die für das Ausführen von Prozessgasen aus der Reaktionskammer 102 sowie für das Laden von Substraten in die Reaktionskammer 102 und das Entladen von Substraten aus der Reaktionskammer 102 verwendet wird. 2 is a cut-away perspective view of the elements of an exemplary deposition system 100 in accordance with the schematic view of 1A shows. The deposition system 100 includes a reaction chamber 102 , The reaction chamber 102 can through a top wall 104 , a lower wall 106 and one or more side walls are defined. One or more of the sidewalls may be defined by one or more components of subassemblies of the deposition system 100 To be defined. For example, a first sidewall 108A a component of a gas injection manifold 110 comprising injecting one or more process gases into the reaction chamber 102 is used, and can be a second sidewall 108B a component of an execute and load subassembly 112 include, for carrying out process gases from the reaction chamber 102 and for loading substrates into the reaction chamber 102 and discharging substrates from the reaction chamber 102 is used.
In einigen Ausführungsformen kann die Reaktionskammer 102 die geometrische Form eines länglichen, rechteckigen Prismas wie in 2 gezeigt aufweisen. In einigen derartigen Ausführungsformen kann der Gasinjektionsverteiler 110 an einem ersten Ende der Reaktionskammer 102 angeordnet sein und kann die Ausführ- und Lade-Teilanordnung 112 an einem gegenüberliegenden zweiten Ende der Reaktionskammer 102 angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann die Reaktionskammer 102 eine andere geometrische Form aufweisen.In some embodiments, the reaction chamber 102 the geometric shape of an elongated, rectangular prism as in 2 have shown. In some such embodiments, the gas injection manifold 110 at a first end of the reaction chamber 102 can be arranged and can the export and loading subassembly 112 at an opposite second end of the reaction chamber 102 be arranged. In other embodiments, the reaction chamber 102 have a different geometric shape.
Das Depositionssystem 100 enthält einen Substrathalteaufbau 114 (z. B. einen Suszeptor), der konfiguriert ist, um ein oder mehrere Werkstücksubstrate 116 zu halten, auf denen in dem Depositionssystem 100 Halbleitermaterial deponiert oder auf andere Weise vorgesehen werden soll. Zum Beispiel können die Werkstücksubstrate 116 Dies oder Wafer sein. Das Depositionssystem 100 umfasst weiterhin Heizelemente 118, die verwendet werden können, um die Reaktionskammer 102 wahlweise zu erhitzen, sodass die Durchschnittstemperatur in der Reaktionskammer 102 innerhalb von gewünschten erhöhten Temperaturen während der Depositionsprozesse gesteuert werden kann. Die Heizelemente 118 können zum Beispiel Widerstandsheizelemente oder Strahlungsheizelemente (z. B. Heizlampen) sein.The deposition system 100 contains a substrate holding structure 114 (eg, a susceptor) configured to receive one or more workpiece substrates 116 to keep on those in the deposition system 100 Semiconductor material to be deposited or otherwise provided. For example, the workpiece substrates 116 This or be wafers. The deposition system 100 also includes heating elements 118 that can be used to control the reaction chamber 102 optionally to heat, so the average temperature in the reaction chamber 102 can be controlled within desired elevated temperatures during the deposition processes. The heating elements 118 For example, resistive heating elements or radiant heating elements (eg, heating lamps) may be used.
Wie in 2 gezeigt, kann der Substrathalteaufbau 114 mit einer Spindel 119 gekoppelt sein, die mit einer Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) gekoppelt (z. B. direkt mechanisch gekoppelt, magnetisch gekoppelt usw.) sein kann wobei die Antriebseinrichtung beispielsweise ein Elektromotor sein kann, der konfiguriert ist, um die Spindel 119 und damit den Substrathalteaufbau 114 in der Reaktionskammer 102 drehend anzutreiben. As in 2 shown, the Substratathalteaufbau 114 with a spindle 119 which may be coupled (eg, directly mechanically coupled, magnetically coupled, etc.) to a drive device (not shown), wherein the drive device may be, for example, an electric motor configured to rotate about the spindle 119 and thus the substrate holding structure 114 in the reaction chamber 102 to turn around.
In einigen Ausführungsformen können die obere Wand 104, die untere Wand 106, der Substrathalteaufbau 114 und/oder die Spindel 119 sowie andere Komponenten in der Reaktionskammer 102 wenigstens teilweise aus einem hitzebeständigen Keramikmaterial wie etwa einem Keramikoxid (z. B. Siliciumdioxid (Quarz), Aluminiumdioxid, Zirkondioxid usw.), einem Carbid (z. B. Siliciumcarbid, Borcarbid usw.) oder einem Nitrid (z. B. Siliciumnitrid, Bornitrid usw.) bestehen. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die obere Wand 104, die untere Wand 106, der Substrathalteaufbau 114 und die Spindel 119 ein transparentes Quarz umfassen, sodass durch die Heizelemente 118 abgestrahlte Wärmeenergie hindurchgehen und die Prozessgase in der Reaktionskammer 102 erhitzen kann.In some embodiments, the top wall 104 , the bottom wall 106 , the substrate holder construction 114 and / or the spindle 119 as well as other components in the reaction chamber 102 at least partially from a refractory ceramic material such as a ceramic oxide (e.g., silica (quartz), alumina, zirconia, etc.), a carbide (e.g., silicon carbide, boron carbide, etc.) or a nitride (e.g., silicon nitride, Boron nitride, etc.). In a non-limiting example, the top wall may be 104 , the bottom wall 106 , the substrate holder construction 114 and the spindle 119 include a transparent quartz, so through the heating elements 118 radiated heat energy pass through and the process gases in the reaction chamber 102 can heat up.
Das Depositionssystem 100 umfasst weiterhin ein Gasflusssystem, das verwendet wird, um Prozessgase wie etwa den durch den Verdampfer 17 (1A) erzeugten Vorläuferdampf durch die Reaktionskammer 102 zu führen. Zum Beispiel kann das Depositionssystem 100 wenigstens einen Gasinjektionsverteiler 110 zum Injizieren eines oder mehrerer Prozessgase in die Reaktionskammer 102 an einer ersten Position 103A und eine Vakuumvorrichtung 113 zum Ziehen des einen oder der mehreren Prozessgase durch die Reaktionskammer 102 von der ersten Position 103A zu einer zweiten Position 103B und zum Evakuieren des einen oder der mehreren Prozessgase aus der Reaktionskammer 102 an der zweiten Position 103B umfassen. Der Gasinjektionsverteiler 110 kann Anschlüsse umfassen, die konfiguriert sind, um mit Leitungen gekoppelt zu werden, die ein oder mehrere Prozessgase transportieren.The deposition system 100 further includes a gas flow system used to process gases, such as those through the evaporator 17 ( 1A ) generated precursor vapor through the reaction chamber 102 respectively. For example, the deposition system 100 at least one gas injection distributor 110 for injecting one or more process gases into the reaction chamber 102 at a first position 103A and a vacuum device 113 for drawing the one or more process gases through the reaction chamber 102 from the first position 103A to a second position 103B and for evacuating the one or more process gases from the reaction chamber 102 at the second position 103B include. The gas injection distributor 110 may include ports that are configured to be coupled to lines that carry one or more process gases.
Wie weiterhin in 2 gezeigt, kann das Depositionssystem 100 fünf Gaseinflussleitungen 120A–120E umfassen, die Gase von entsprechenden Prozessgasquellen 122A–122E zu dem Gasinjektionsverteiler 110 transportieren. Eine der Gaseinflussleitungen 120A–120E kann die Leitung 28 von 1 umfassen, und eine der Gasquellen 122A–122E kann die Quelle 22 der Vorläuferflüssigkeit 23 und den Verdampfer 27 von 1A umfassen. Optional können Gasventile (121A–121E) verwendet werden, um den Fluss des Gases wahlweise jeweils durch die Gaseinflussleitungen 120A–120E zu steuern.As continues in 2 shown, the deposition system 100 five gas flow lines 120A - 120E include the gases from corresponding process gas sources 122A - 122E to the gas injection manifold 110 transport. One of the gas inlet pipes 120A - 120E can the lead 28 from 1 include, and one of the gas sources 122A - 122E can the source 22 the precursor liquid 23 and the evaporator 27 from 1A include. Optionally, gas valves ( 121A - 121E ) may be used to selectively control the flow of gas through the gas influential lines, respectively 120A - 120E to control.
Wie zuvor beschrieben, kann der Fluss des Vorläufergasdampfs (z. B. GaCl3) in die Reaktionskammer 102 gesteuert werden, indem der Fluss der Vorläuferflüssigkeit 23 gemessen und gesteuert wird, während sich die Vorläuferflüssigkeit in dem flüssigen Zustand befindet und bevor sie verdampft wird, um den Vorläuferdampf zu bilden, der in die Reaktionskammer 102 fließt. Dies bietet bestimmte Vorteile gegenüber bekannten Systemen, in denen der Fluss des Vorläufergasdampfs (z. B. GaCl3) in die Reaktionskammer 120 gesteuert wird, indem der Vorläuferdampf selbst gemessen und gesteuert wird.As previously described, the flow of precursor gas vapor (eg, GaCl 3 ) into the reaction chamber 102 be controlled by the flow of precursor liquid 23 is measured and controlled while the precursor liquid is in the liquid state and before it is vaporized to form the precursor vapor entering the reaction chamber 102 flows. This offers certain advantages over known systems in which the flow of precursor gas vapor (eg, GaCl 3 ) into the reaction chamber 120 is controlled by the precursor vapor itself is measured and controlled.
In anderen Ausführungsformen kann das Depositionssystem 100 weniger als fünf (d. h. ein bis vier) Gaseinflussleitungen und entsprechende Gasquellen umfassen oder kann das Depositionssystem 100 mehr als fünf (d. h. sechs, sieben, acht usw.) Gaseinflussleitungen und entsprechende Gasquellen umfassen.In other embodiments, the deposition system 100 Less than five (ie, one to four) gas influent lines and corresponding gas sources may or may not include the deposition system 100 more than five (ie six, seven, eight, etc.) gas flow lines and corresponding gas sources.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Außenfläche des Gasinjektionsverteilers 110 zeigt. Wie in 3 gezeigt, kann der Gasinjektionsverteiler 110 eine Vielzahl von Anschlüssen 117 umfassen, die für eine Verbindung mit den Gaseinflussleitungen 120A–120E (2) konfiguriert sind. In einigen Ausführungsformen kann der Gasinjektionsverteiler 110 eine Vielzahl von Reihen 115A–115E von Anschlüssen 117 umfassen. Jede der Reihen 115A–115E kann konfiguriert sein, um entsprechende Prozessgase in die Reaktionskammer 102 (2) zu injizieren. Zum Beispiel können die Anschlüsse 117 in einer ersten unteren Reihe 115A verwendet werden, um ein Spülgas in die Reaktionskammer 102 zu injizieren, können die Anschlüsse 117 in einer zweiten Reihe 115B verwendet werden, um ein Vorläufergas (z. B. GaCl3) in die Reaktionskammer 102 zu injizieren, können die Anschlüsse 117 in einer dritten Reihe 115C verwendet werden, um ein anderes Vorläufergas (z. B. NH3) in die Reaktionskammer 102 zu injizieren, können die Anschlüsse 117 in einer vierten Reihe 115D verwendet werden, um ein weiteres Prozessgas (z. B. SiH4) in die Reaktionskammer 102 zu injizieren, und können die Anschlüsse 117 in einer oberen fünften Reihe 115E verwendet werden, um ein Spülgas oder ein Trägergas (z. B. N2) in die Reaktionskammer 102 zu injizieren. Die Anschlüsse 117 können in separate Zonen 119A–119C von Anschlüssen 117 gruppiert sein, wobei jede Zone 119A–119C Anschlüsse 117 aus jeder der Reihen 115A–115E enthält. Die Anschlüsse 117 in jeder Zone 119A–119C können verwendet werden, um Prozessgase zu verschiedenen Zonen in der Reaktionskammer 102 zu transportieren, sodass verschiedene Zusammensetzungen und/oder Konzentrationen von Prozessgasen in verschiedene Bereiche in der Reaktionskammer 102 über dem Werkstücksubstrat 116 eingeführt werden können. 3 FIG. 12 is a perspective view illustrating an outer surface of the gas injection manifold. FIG 110 shows. As in 3 shown, the gas injection manifold 110 a variety of connections 117 include that for connection to the gas inlet lines 120A - 120E ( 2 ) are configured. In some embodiments, the gas injection manifold 110 a variety of rows 115A - 115E of connections 117 include. Each of the rows 115A - 115E may be configured to deliver appropriate process gases to the reaction chamber 102 ( 2 ) to inject. For example, the connections 117 in a first lower row 115A used to flush a purge gas into the reaction chamber 102 to inject, the connections can 117 in a second row 115B used to add a precursor gas (eg GaCl 3 ) to the reaction chamber 102 to inject, the connections can 117 in a third row 115C used to transfer another precursor gas (eg NH 3 ) into the reaction chamber 102 to inject, the connections can 117 in a fourth row 115D used to add another process gas (eg SiH 4 ) to the reaction chamber 102 to inject, and can the connections 117 in an upper fifth row 115E used to add a purge gas or a carrier gas (eg N 2 ) to the reaction chamber 102 to inject. The connections 117 can be in separate zones 119A - 119C of connections 117 be grouped, with each zone 119A - 119C connections 117 from each of the rows 115A - 115E contains. The connections 117 in every zone 119A - 119C can be used to process gases to different zones in the reaction chamber 102 to transport so that different compositions and / or concentrations of process gases in different areas in the reaction chamber 102 over the workpiece substrate 116 can be introduced.
Wie in 2 gezeigt, kann die Ausführ- und Lade-Teilanordnung 112 eine Vakuumkammer 184 umfassen, in die durch die Reaktionskammer 102 fließende Gase durch das Vakuum gezogen werden und aus der Reaktionskammer 102 ausgeführt werden. Das Vakuum in der Vakuumkammer 184 wird durch die Vakuumvorrichtung 113 erzeugt. Wie in 2 gezeigt, kann die Vakuumkammer 184 unter der Reaktionskammer 102 angeordnet sein. As in 2 shown, the export and loading subassembly 112 a vacuum chamber 184 in which pass through the reaction chamber 102 flowing gases are drawn through the vacuum and out of the reaction chamber 102 be executed. The vacuum in the vacuum chamber 184 is through the vacuum device 113 generated. As in 2 shown, the vacuum chamber can 184 under the reaction chamber 102 be arranged.
Die Ausführ- und Lade-Teilanordnung 112 kann weiterhin eine Spülgasvorhangvorrichtung 186 umfassen, die konfiguriert und ausgerichtet ist, um einen allgemein planaren Vorhang aus fließendem Spülgas vorzusehen, das aus der Spülgasvorhangvorrichtung 186 in die Vakuumkammer 184 fließt. Die Ausführ- und Lade-Teilanordnung 112 kann auch ein Zugangstor 188 umfassen, das wahlweise geöffnet wird, um Werkstücksubstrate 116 zu und von dem Substrathalteaufbau 114 zu laden und zu entladen, und wahlweise geschlossen wird, um eine Verarbeitung der Werkstücksubstrate 116 unter Verwendung des Depositionssystems 100 durchzuführen. In einigen Ausführungsformen kann das Zugangstor 188 wenigstens eine Platte umfassen, die konfiguriert ist, um sich zwischen einer geschlossenen ersten Position und einer geöffneten zweiten Position zu bewegen. Die Reaktionskammer 102 kann wenigstens im Wesentlichen geschlossen werden und es kann ein Zugang zu dem Substrathalteaufbau 114 durch das Zugangstor 188 unterbunden werden, wenn sich die Platte des Zugangstors 188 in der ersten geschlossenen Position befindet. Ein Zugang zu dem Substrathalteaufbau 114 kann durch das Zugangstor 188 gestattet werden, wenn sich die Platte des Zugangstors 188 in der geöffneten zweiten Position befindet.The export and loading subassembly 112 may further include a purge gas curtain device 186 which is configured and oriented to provide a generally planar curtain of flowing purge gas resulting from the purge gas curtain device 186 in the vacuum chamber 184 flows. The export and loading subassembly 112 can also be an access gate 188 optionally open to workpiece substrates 116 to and from the substrate holding structure 114 to load and unload, and optionally closed, to process the workpiece substrates 116 using the deposition system 100 perform. In some embodiments, the access gate 188 comprise at least one plate configured to move between a closed first position and an opened second position. The reaction chamber 102 may be at least substantially closed and may have access to the substrate support structure 114 through the access gate 188 be prevented when the plate of the access gate 188 located in the first closed position. An access to the substrate holding structure 114 can through the access gate 188 be allowed when the plate of the access gate 188 is in the open second position.
Der durch die Spülgasvorhangvorrichtung 186 emittierte Spülgasvorhang kann eine unerwünschte Deposition (d. h. eine parasitäre Deposition) auf der Platte des Zugangstors 188 reduzieren oder verhindern.The through the purge gas curtain device 186 Purging gas curtain emitted may cause unwanted deposition (ie, parasitic deposition) on the access gate panel 188 reduce or prevent.
Gasförmige Nebenprodukte, Trägergase und überschüssige Vorläufergase können aus der Reaktionskammer 102 durch die Ausführ- und Lade-Teilanordnung 112 ausgeführt werden.Gaseous by-products, carrier gases, and excess precursor gases can escape from the reaction chamber 102 through the export and loading subassembly 112 be executed.
Das Zugangstor 188 kann fern von der ersten Position 103A angeordnet sein, an welcher ein oder mehrere Prozessgase in die Reaktionskammer 102 injiziert werden. In einigen Ausführungsformen kann die erste Position 103A auf einer ersten Seite des Substrathalteaufbaus 114 angeordnet sein und kann die zweite Position 103B, an welcher Prozessgase aus der Reaktionskammer 102 durch die Vakuumkammer 113 evakuiert werden, auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Halteaufbaus 114 wie in 2 gezeigt angeordnet sein. Außerdem kann die zweite Position 103B, an welcher Prozessgase aus der Reaktionskammer 102 evakuiert werden, zwischen dem Substrathalteaufbau 114 und dem Zugangstor 188 angeordnet sein. Die Spülgasvorhangvorrichtung 186 kann konfiguriert sein, um einen Vorhang aus fließendem Spülgas zu bilden, das zwischen der Spülgas-Injektionsvorrichtung und der Vakuumvorrichtung 113 wie zuvor erläutert fließt. Der Vorhang aus fließendem Spülgas kann zwischen dem Werkstückhalteaufbau 114 und dem Zugangstor 188 angeordnet sein, sodass eine Grenze aus fließendem Spülgas gebildet wird, die die Werkstücksubstrate 116 von dem Zugangstor 188 trennt. Eine derartige Grenze aus fließendem Spülgas kann eine parasitäre Deposition an dem Zugangstor 188 reduzieren oder verhindern, wenn das Zugangstor 188 geschlossen ist.The access gate 188 can be far from the first position 103A be arranged, on which one or more process gases in the reaction chamber 102 be injected. In some embodiments, the first position 103A on a first side of the substrate holding structure 114 can be arranged and the second position 103B on which process gases from the reaction chamber 102 through the vacuum chamber 113 be evacuated, on an opposite second side of the support structure 114 as in 2 be shown shown. In addition, the second position 103B on which process gases from the reaction chamber 102 be evacuated between the Substratathalteaufbau 114 and the access gate 188 be arranged. The purge gas curtain device 186 may be configured to form a curtain of flowing purge gas between the purge gas injection device and the vacuum device 113 as previously explained flows. The curtain of flowing purge gas may be between the workpiece support structure 114 and the access gate 188 be arranged so that a boundary of flowing purge gas is formed, which the workpiece substrates 116 from the access gate 188 separates. Such a boundary from flowing purge gas may cause parasitic deposition at the access port 188 reduce or prevent when the access gate 188 closed is.
Wie zuvor genannt, kann das Depositionssystem 100 in einigen Ausführungsformen einen Vorläufergasofen 130 umfassen, der konfiguriert ist, um die Temperatur eines Vorläufergases wie etwa eines durch den Verdampfer 27 (1A) erzeugten Vorläufergases zu erhöhen. In einigen Ausführungsformen kann der Gasofen 130 in der Reaktionskammer 102 angeordnet sein. Der Vorläufergasofen 130 kann konfiguriert sein, um ein Vorläufergas zu erhitzen und das Vorläufergas in der Reaktionskammer 102 von dem Gasinjektionsverteiler 110 zu einer Position in Nachbarschaft zu dem Substrathalteaufbau 114 zu transportieren.As mentioned above, the deposition system 100 in some embodiments, a precursor gas oven 130 which is configured to control the temperature of a precursor gas such as one through the evaporator 27 ( 1A ) to increase generated precursor gas. In some embodiments, the gas furnace may 130 in the reaction chamber 102 be arranged. The precursor gas oven 130 may be configured to heat a precursor gas and the precursor gas in the reaction chamber 102 from the gas injection manifold 110 to a position adjacent to the substrate holding structure 114 to transport.
4 ist eine seitliche Querschnittansicht des Vorläufergasofens 130 von 2. Der Ofen 130 der Ausführungsform von 4 umfasst fünf (5) allgemein plattenförmige Aufbauten 132A–132E, die miteinander verbunden sind und derart dimensioniert und konfiguriert sind, dass sie einen oder mehrere Vorläufergaspfade definieren, die sich durch den Ofen 130 in zwischen den allgemein plattenförmigen Aufbauten 132A–132E definierten Kammern erstrecken. Die allgemein plattenförmigen Aufbauten 132A–132E können zum Beispiel ein transparentes Quarz enthalten, damit von den Heizelementen 118 (2) gestrahlte Wärmeenergie durch die plattenförmigen Aufbauten 132A–132E hindurchgehen und das oder die Vorläufergase in dem Ofen 130 erhitzen kann. 4 is a side cross-sectional view of the precursor gas furnace 130 from 2 , The oven 130 the embodiment of 4 includes five (5) generally plate-shaped structures 132A - 132E which are interconnected and dimensioned and configured to define one or more precursor gas paths that pass through the furnace 130 in between the generally plate-like structures 132A - 132E extend defined chambers. The generally plate-shaped structures 132A - 132E For example, they may contain a transparent quartz, hence of the heating elements 118 ( 2 ) radiated heat energy through the plate-like structures 132A - 132E go through and or the precursor gases in the oven 130 can heat up.
Wie in 4 gezeigt können der erste plattenförmige Aufbau 132A und der zweite plattenförmige Aufbau 132B miteinander gekoppelt sein, um dazwischen eine Kammer 134 zu definieren. Eine Vielzahl von einstückig ausgebildeten, gratförmigen Vorsprüngen 136 an dem ersten plattenförmigen Aufbau 132A kann die Kammer 134 in einen oder mehrere Flusspfade unterteilen, die sich von einem Einlass 138 in die Kammer 134 zu einem Auslass 140 aus der Kammer 134 erstrecken.As in 4 The first plate-shaped structure can be shown 132A and the second plate-like structure 132B be coupled with each other to a chamber between them 134 define. A plurality of integrally formed, ridge-shaped protrusions 136 on the first plate-shaped structure 132A can the chamber 134 divide into one or more river paths extending from an inlet 138 in the chamber 134 to an outlet 140 out of the chamber 134 extend.
5 ist eine Draufsicht auf den ersten plattenförmigen Aufbau 132A und zeigt die gratförmigen Vorsprünge 136 an demselben und die Flusspfade, die dadurch in der Kammer 134 (4) definiert werden. Wie in 5 gezeigt, definieren die Vorsprünge 136 Abschnitte des Flusspfads, der sich durch den Ofen 130 (4) erstreckt und eine schlangenförmige Konfiguration aufweist. Die Vorsprünge 136 können alternierende Wände umfassen, die Öffnungen 138 an den lateralen Enden der Vorsprünge 136 und in der Mitte der Vorsprünge 136 wie in 5 gezeigt aufweisen. Bei dieser Konfiguration können Gase in die Kammer 134 in Nachbarschaft zu einem mittleren Bereich der Kammer 134 wie in 5 gezeigt eintreten, lateral nach außen zu den lateralen Seiten des Ofens 130 durch Öffnungen 138 an den lateralen Enden eines der Vorsprünge 136, zurück zu dem mittleren Bereich der Kammer 134 und durch eine andere Öffnung 138 in der Mitte eines anderen Vorsprungs 136 fließen. Dieses Flussmuster wird wiederholt, bis die Gase eine gegenüberliegende Seite des plattenförmigen Aufbaus 132A von dem Einlass 138 erreichen, nachdem sie durch die Kammer 134 nach hinten und nach vorne in einem schlangenförmigen Pfad geflossen sind. 5 is a plan view of the first plate-shaped structure 132A and shows the ridge-shaped projections 136 at the same and the river-paths, which thereby in the chamber 134 ( 4 ) To be defined. As in 5 shown, define the projections 136 Sections of the river path that goes through the oven 130 ( 4 ) and has a serpentine configuration. The projections 136 may include alternating walls, the openings 138 at the lateral ends of the projections 136 and in the middle of the projections 136 as in 5 have shown. In this configuration, gases can enter the chamber 134 in proximity to a central area of the chamber 134 as in 5 shown entering laterally outward to the lateral sides of the furnace 130 through openings 138 at the lateral ends of one of the projections 136 , back to the middle area of the chamber 134 and through another opening 138 in the middle of another projection 136 flow. This flow pattern is repeated until the gases form an opposite side of the plate-like structure 132A from the inlet 138 reach after passing through the chamber 134 flowed backwards and forwards in a serpentine path.
Indem ein oder mehrere Vorläufergase durch diesen Abschnitt des sich durch den Ofen 130 erstreckenden Flusspfads geführt werden, kann die Verweilzeit des einen oder der mehreren Vorläufergase in dem Ofen 130 wahlweise verlängert werden.By passing one or more precursor gases through this section through the furnace 130 extending flow paths, the residence time of the one or more precursor gases in the furnace 130 optionally be extended.
Wie weiterhin in 4 gezeigt, kann der in die Kammer 134 führende Einlass 138 durch zum Beispiel ein rohrförmiges Glied 142 definiert werden. Eine der Gaseinflussleitungen 120A–120E wie etwa die Gaseinflussleitung 120A kann sich zu dem rohrförmigen Glied 142 wie in 4 gezeigt erstrecken und mit demselben gekoppelt sein. Ein Dichtungsglied 144 wie etwa ein polymerischer O-Ring kann verwendet werden, um eine Gasdichtung zwischen der Gaseinflussleitung 120B und dem rohrförmigen Glied 142 zu bilden. Das rohrförmige Glied 142 kann zum Beispiel ein opakes Quarzmaterial umfassen, um zu verhindern, dass von den Heizelementen 118 emittierte Wärmeenergie das Dichtungsglied 144 auf erhöhte Temperaturen heizt, die eine Beeinträchtigung des Dichtungsglieds 144 verursachen können. Außerdem kann das Kühlen des Gasinjektionsverteilers 110 (2) unter Verwendung des Kühlfluidflusses durch die Kühlleitungen 111 eine übermäßige Erhitzung und eine daraus resultierende Beeinträchtigung des Dichtungslieds 144 verhindern. Indem die Temperatur des Dichtungsglieds 144 unter ungefähr 200°C gehalten wird, kann eine adäquate Dichtung zwischen einer der Gaseinflussleitungen 120A–120E und dem rohrförmigen Glied 142 unter Verwendung des Dichtungsglieds 144 aufrechterhalten werden, wenn die Gaseinflussleitung (z. B. die Gaseinflussleitung 120A) Metall oder eine Metalllegierung (z. B. Stahl) enthält und das rohrförmige Glied 142 ein hitzebeständiges Material wie etwa Quarz enthält. Das rohrförmige Glied 142 und der erste plattenförmige Aufbau 132A können miteinander verbunden sein, sodass sie einen einheitlichen und einstückigen Quarzkörper bilden.As continues in 4 can be shown in the chamber 134 leading inlet 138 by, for example, a tubular member 142 To be defined. One of the gas inlet pipes 120A - 120E such as the gas inlet line 120A may become the tubular member 142 as in 4 shown extend and be coupled with the same. A sealing member 144 such as a polymeric O-ring can be used to seal a gas between the gas inlet line 120B and the tubular member 142 to build. The tubular member 142 For example, it may include an opaque quartz material to prevent from heating elements 118 emitted thermal energy, the sealing member 144 heated to elevated temperatures, which affects the sealing member 144 can cause. In addition, the cooling of the gas injection manifold 110 ( 2 ) using the cooling fluid flow through the cooling lines 111 Excessive heating and consequent deterioration of the seal song 144 prevent. By the temperature of the sealing member 144 is kept below about 200 ° C, an adequate seal between one of the gas influent lines 120A - 120E and the tubular member 142 using the sealing member 144 be maintained if the gas influent line (eg the gas influent line 120A ) Metal or a metal alloy (eg steel) and the tubular member 142 a heat-resistant material such as quartz. The tubular member 142 and the first plate-like structure 132A may be interconnected to form a unitary and integral quartz body.
Wie in 4 gezeigt, können die plattenförmigen Aufbauten 132A, 132B komplementäre Dichtungseinrichtungen 147A, 147B (z. B. einen Grat und eine entsprechende Vertiefung) enthalten, die sich um den Umfang der plattenförmigen Aufbauten 132A, 132B erstrecken und die Kammer 134 zwischen den plattenförmigen Aufbauten 132A, 132B wenigstens im Wesentlichen hermetisch abdichten. Dadurch wird verhindert, dass Gase in der Kammer 134 lateral aus der Kammer 134 nach außen fließen, und wird dafür gesorgt, dass die Gase durch den Auslass 140 aus der Kammer 134 geführt werden.As in 4 shown, the plate-shaped structures 132A . 132B complementary sealing devices 147A . 147B (eg a burr and a corresponding depression) that surround the circumference of the plate-like structures 132A . 132B extend and the chamber 134 between the plate-shaped structures 132A . 132B at least substantially hermetically seal. This will prevent gases in the chamber 134 laterally out of the chamber 134 flow outward, and will ensure that the gases pass through the outlet 140 out of the chamber 134 be guided.
Optional können die Vorsprünge 136 derart konfiguriert sein, dass sie eine Höhe aufweisen, die etwas geringer als der Abstand zwischen einer Oberfläche 152 des ersten plattenförmigen Aufbaus 132A, von dem sich die Vorsprünge 136 erstrecken, und einer gegenüberliegenden Oberfläche 154 des zweiten plattenförmigen Aufbaus 132B ist. Es kann also ein kleiner Zwischenraum zwischen den Vorsprüngen 136 und der Oberfläche 154 des zweiten plattenförmigen Aufbaus 132B vorgesehen sein. Obwohl eine kleine Menge Gas durch diese Zwischenräume lecken kann, wird dadurch die durchschnittliche Verweilzeit für die Vorläufergasmoleküle in der Kammer 140 nicht nachteilig beeinflusst. Bei dieser Konfiguration der Vorsprünge 136 können Variationen in der Höhe der Vorsprünge 136, die aufgrund von Toleranzen in den zum Ausbilden der plattenförmigen Aufbauten 132A, 132B verwendeten Herstellungsprozessen auftreten können, berücksichtigt werden, sodass versehentlich mit einer übermäßigen Höhe hergestellte Vorsprünge 136 nicht dazu führen, dass keine adäquate Dichtung zwischen den plattenförmigen Aufbauten 132A, 132B durch die komplementären Dichtungseinrichtungen 147A, 147B vorgesehen werden kann.Optionally, the projections 136 be configured to have a height that is slightly less than the distance between a surface 152 of the first plate-like construction 132A from which the projections 136 extend, and an opposite surface 154 of the second plate-like structure 132B is. So there may be a small gap between the protrusions 136 and the surface 154 of the second plate-like structure 132B be provided. Although a small amount of gas can leak through these gaps, this will cause the average residence time for the precursor gas molecules in the chamber 140 not adversely affected. In this configuration of the projections 136 can have variations in the height of the protrusions 136 due to tolerances in those for forming the plate-like structures 132A . 132B can be taken into account, so that inadvertently produced projections with an excessive height 136 Do not cause an adequate seal between the plate-like structures 132A . 132B through the complementary sealing devices 147A . 147B can be provided.
Wie in 4 gezeigt, führt der Auslass 140 aus der Kammer 134 zwischen den plattenförmigen Aufbauten 132A, 132B zu einem Einlass 148 zu einer Kammer 150 zwischen dem dritten plattenförmigen Aufbau 132C und dem vierten plattenförmigen Aufbau 132D. Die Kammer 150 kann derart konfiguriert sein, dass das oder die Gase darin von dem Einlass 148 zu einem Auslass 156 aus der Kammer 150 allgemein linear fließen. Zum Beispiel kann die Kammer 150 eine Querschnittform aufweisen, die allgemein rechteckig ist und eine gleichmäßige Größe zwischen dem Einlass 148 und dem Auslass 156 aufweist. Die Kammer 150 kann also konfiguriert sein, um den Fluss des oder der Gase eher laminar als turbulent zu machen.As in 4 shown, the outlet leads 140 out of the chamber 134 between the plate-shaped structures 132A . 132B to an inlet 148 to a chamber 150 between the third plate-shaped structure 132C and the fourth plate-shaped structure 132D , The chamber 150 may be configured such that the gas or gases therein from the inlet 148 to an outlet 156 out of the chamber 150 generally linear flow. For example, the chamber 150 have a cross-sectional shape that is generally rectangular and a uniform size between the inlet 148 and the outlet 156 having. The chamber 150 so can be configured to make the flow of the gas or gases rather laminar than turbulent.
Die plattenförmigen Aufbauten 132C, 132D können komplementäre Dichtungseinrichtungen 158A, 158B (z. B. einen Grat und eine entsprechende Vertiefung) aufweisen, die sich um den Umfang der plattenförmigen Aufbauten 132C, 132D erstrecken und die Kammer 150 zwischen den plattenförmigen Aufbauten 132C, 132D wenigstens im Wesentlichen hermetisch abdichten. Dadurch kann verhindert werden, dass Gase in der Kammer 150 lateral aus der Kammer 150 fließen, und kann dafür gesorgt werden, dass die Gase durch den Auslass 156 aus der Kammer 150 geführt werden.The plate-shaped structures 132C . 132D can be complementary sealing devices 158A . 158B (eg, a ridge and a corresponding depression) that surround the circumference of the plate-like structures 132C . 132D extend and the chamber 150 between the plate-shaped structures 132C . 132D at least substantially hermetically seal. This can prevent gases in the chamber 150 laterally out of the chamber 150 flow, and can be taken to ensure that the gases through the outlet 156 out of the chamber 150 be guided.
Der Auslass 156 kann zum Beispiel eine längliche Öffnung (z. B. einen Schlitz) umfassen, die sich durch den plattenförmigen Aufbau 132D in Nachbarschaft zu einem gegenüberliegenden Ende von dem Ende in Nachbarschaft zu dem Einlass 148 erstreckt.The outlet 156 For example, it may comprise an elongated opening (eg, a slot) extending through the plate-like structure 132D in proximity to an opposite end from the end adjacent to the inlet 148 extends.
Wie weiterhin in 4 gezeigt, führt der Auslass 156 von der Kammer 150 zwischen den plattenförmigen Aufbauten 132C, 132D zu einem Einlass 160 in die Kammer 162 zwischen dem vierten plattenförmigen Aufbau 132D und dem fünften plattenförmigen Aufbau 132E. Die Kammer 162 kann derart konfiguriert sein, dass das Gas oder die Gase darin von dem Einlass 160 zu einem Auslass 164 aus der Kammer 162 allgemein linear fließen. Zum Beispiel kann die Kammer 162 eine Querschnittform aufweisen, die allgemein rechteckig ist und eine gleichmäßige Größe zwischen dem Einlass 160 und dem Auslass 164 aufweist. Die Kammer 162 kann also konfiguriert sein, um den Fluss des oder der Gase eher laminar als turbulent zu machen, wie es zuvor mit Bezug auf die Kammer 150 beschrieben wurde.As continues in 4 shown, the outlet leads 156 from the chamber 150 between the plate-shaped structures 132C . 132D to an inlet 160 in the chamber 162 between the fourth plate-shaped structure 132D and the fifth plate-like structure 132E , The chamber 162 may be configured such that the gas or gases therein from the inlet 160 to an outlet 164 out of the chamber 162 generally linear flow. For example, the chamber 162 have a cross-sectional shape that is generally rectangular and a uniform size between the inlet 160 and the outlet 164 having. The chamber 162 Thus, it may be configured to make the flow of the gas (s) rather laminar than turbulent, as previously with respect to the chamber 150 has been described.
Die plattenförmigen Aufbauten 132D, 132E können komplementäre Dichtungseinrichtungen 166A, 166B (z. B. einen Grat und eine entsprechende Vertiefung) aufweisen, die sich um einen Teil des Umfangs der plattenförmigen Aufbauten 132D, 132E erstrecken und die Kammer 162 zwischen den plattenförmigen Aufbauten 132D, 132E auf allen bis auf eine Seite der plattenförmigen Aufbauten 132D, 132E abdichten. Ein Zwischenraum ist zwischen den plattenförmigen Aufbauten 132D, 132E auf der Seite gegenüber dem Einlass 160 vorgesehen, wobei dieser Zwischenraum den Auslass 164 aus der Kammer 162 definiert. Die durch den Einlass 160 in die Kammer 162 eintretenden Gase fließen also durch die Kammer 162 zu dem Auslass 164 (wobei ein laterales Fließen aus der Kammer 162 durch die komplementären Dichtungseinrichtungen 166A, 166B verhindert wird) und fließen durch den Auslass 164 aus der Kammer 162 heraus. Die Abschnitte des oder der Gasflusspfade in dem Ofen 130, die durch die Kammer 150 und die Kammer 162 definiert werden, sind konfiguriert, um einen laminaren Fluss des einen oder der mehreren Vorläufergase durch den oder die Flusspfade in dem Ofen 130 vorzusehen und eine Turbulenz in denselben zu reduzieren.The plate-shaped structures 132D . 132E can be complementary sealing devices 166A . 166B (eg, a burr and a corresponding recess) that surround part of the circumference of the plate-like structures 132D . 132E extend and the chamber 162 between the plate-shaped structures 132D . 132E on all but one side of the plate-like structures 132D . 132E caulk. A gap is between the plate-like structures 132D . 132E on the side opposite the inlet 160 provided, this gap the outlet 164 out of the chamber 162 Are defined. The through the inlet 160 in the chamber 162 entering gases thus flow through the chamber 162 to the outlet 164 (being a lateral flow out of the chamber 162 through the complementary sealing devices 166A . 166B prevented) and flow through the outlet 164 out of the chamber 162 out. The sections of the gas flow path (s) in the furnace 130 passing through the chamber 150 and the chamber 162 are configured to provide laminar flow of the one or more precursor gases through the flow path (s) in the furnace 130 to provide and to reduce turbulence in the same.
Der Auslass 164 ist konfiguriert, um ein oder mehrere Vorläufergase aus dem Ofen 130 in den inneren Bereich in der Reaktionskammer 102 auszugeben. 6 ist eine perspektivische Ansicht des Ofens 130 und zeigt den Auslass 164. Wie in 6 gezeigt, kann der Auslass 164 eine rechteckige Querschnittform aufweisen, die dabei helfen kann, einen laminaren Fluss des oder der von dem Ofen 130 nach außen und in den inneren Bereich in der Reaktionskammer 102 injizierten Vorläufergase aufrechtzuerhalten. Der Auslass 164 kann derart dimensioniert und konfiguriert sein, dass er eine Schicht aus fließendem Vorläufergas in einer Querrichtung über eine obere Fläche 168 des Substrathalteaufbaus 114 ausgibt. Wie in 6 gezeigt, können die Endfläche 180 des vierten allgemein plattenförmigen Aufbaus 132D und die Endfläche 182 des fünften allgemein plattenförmigen Aufbaus 132E, zwischen denen ein Zwischenraum den Auslass 164 aus der Kammer 162 wie zuvor erläutert definiert, eine Form aufweisen, die allgemein der Form eines Werkstücksubstrats 116 entspricht, das auf dem Substrathalteaufbau 114 gehalten wird und auf dem ein Material unter Verwendung des oder der aus dem Ofen 130 fließenden Vorläufergase deponiert werden soll. Zum Beispiel in Ausführungsformen, in denen das Werkstücksubstrat 116 ein Die oder Wafer mit einem allgemein kreisförmigen Umfang ist, können die Flächen 180, 182 eine bogenförmige Form aufweisen, die allgemein dem Profil des Außenumfangs des zu verarbeitenden Werkstücksubstrats 116 entspricht. Bei einer derartigen Konfiguration kann der Abstand zwischen dem Auslass 164 und der Außenkante des Werkstücksubstrats 116 über den Auslass 164 hinweg allgemein konstant sein. Bei dieser Konfiguration wird verhindert, dass das oder die aus dem Auslass 164 nach außen fließenden Vorläufergase mit anderen Vorläufergasen in der Reaktionskammer 102 (2) gemischt werden, bis sie in die Nachbarschaft zu der Oberfläche des Werkstücksubstrats 116, auf der das Material durch die Vorläufergase deponiert werden soll, gelangen, sodass eine unerwünschte Deposition von Material an Komponenten des Depositionssystems 100 verhindert wird.The outlet 164 is configured to remove one or more precursor gases from the furnace 130 in the inner area in the reaction chamber 102 issue. 6 is a perspective view of the oven 130 and shows the outlet 164 , As in 6 shown, the outlet 164 have a rectangular cross-sectional shape, which may help a laminar flow of the furnace or of the furnace 130 to the outside and into the inner area in the reaction chamber 102 maintain injected precursor gases. The outlet 164 may be sized and configured to provide a layer of flowing precursor gas in a transverse direction across a top surface 168 of the substrate holder structure 114 outputs. As in 6 shown, the end face 180 of the fourth generally plate-like structure 132D and the endface 182 of the fifth generally plate-like structure 132E between which a gap is the outlet 164 out of the chamber 162 as previously explained, have a shape generally in the form of a workpiece substrate 116 corresponds to that on the substrate holding structure 114 is held and on which a material using or out of the oven 130 flowing precursor gases should be deposited. For example, in embodiments in which the workpiece substrate 116 A die or wafer with a generally circular circumference may be the faces 180 . 182 an arcuate shape, generally the profile of the outer periphery of the workpiece substrate to be processed 116 equivalent. In such a configuration, the distance between the outlet 164 and the outer edge of the workpiece substrate 116 over the outlet 164 be generally constant. With this configuration, it prevents the or the out of the outlet 164 outwardly flowing precursor gases with other precursor gases in the reaction chamber 102 ( 2 ) until they are in proximity to the surface of the workpiece substrate 116 , on which the material is to be deposited by the precursor gases, so that an undesirable deposition of material to components of the deposition system 100 is prevented.
Wie weiterhin in 2 gezeigt, kann das Depositionssystem 100 Heizelemente 118 enthalten. Zum Beispiel können die Heizelemente 118 eine erste Gruppe 170 von Heizelementen 118 und eine zweite Gruppe 172 von Heizelementen 118 umfassen. Die erste Gruppe 170 von Heizelementen 118 kann angeordnet und konfiguriert sein, um Wärmeenergie zu dem Ofen 130 zuzuführen und die Vorläufergase darin zu erhitzen. Zum Beispiel kann die erste Gruppe 170 von Heizelementen 118 unter der Reaktionskammer 102 unter dem Ofen 130 wie in 2 gezeigt angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann die erste Gruppe 170 von Heizelementen 118 über der Reaktionskammer 102 über dem Ofen 130 angeordnet sein oder kann sowohl Heizelemente 118 unter der Reaktionskammer 102 unter dem Ofen 130 als auch Heizelemente 118 über der Reaktionskammer 102 über dem Ofen 130 umfassen. Die zweite Gruppe 172 von Heizelementen 118 kann angeordnet und konfiguriert sein, um Wärmeenergie zu dem Substrathalteaufbau 114 und einem darauf gehaltenen Werkstücksubstrat 116 zuzuführen. Zum Beispiel kann die zweite Gruppe 172 von Heizelementen 118 unter der Reaktionskammer 102 unter dem Substrathalteaufbau 114 wie in 2 gezeigt angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Gruppe 172 von Heizelementen 118 über der Reaktionskammer 102 über dem Substrathalteaufbau 114 angeordnet sein oder sowohl Heizelemente 118 unter der Reaktionskammer 102 unter dem Substrathalteaufbau 114 als auch Heizelemente 118 über der Reaktionskammer 102 über dem Substrathalteaufbau 114 umfassen.As continues in 2 shown, the deposition system 100 heating elements 118 contain. For example, the heating elements 118 a first group 170 of heating elements 118 and a second group 172 of heating elements 118 include. The first group 170 of heating elements 118 can be arranged and configured to transfer heat energy to the furnace 130 feed and heat the precursor gases therein. For example, the first group 170 of heating elements 118 under the reaction chamber 102 under the oven 130 as in 2 be shown shown. In other embodiments, the first group 170 of heating elements 118 above the reaction chamber 102 over the stove 130 can be arranged or can both heating elements 118 under the reaction chamber 102 under the oven 130 as well as heating elements 118 above the reaction chamber 102 over the stove 130 include. The second group 172 of heating elements 118 may be arranged and configured to generate heat energy to the substrate holder 114 and a workpiece substrate held thereon 116 supply. For example, the second group 172 of heating elements 118 under the reaction chamber 102 under the substrate support structure 114 as in 2 be shown shown. In other embodiments, the second group 172 of heating elements 118 above the reaction chamber 102 over the substrate holding structure 114 be arranged or both heating elements 118 under the reaction chamber 102 under the substrate support structure 114 as well as heating elements 118 above the reaction chamber 102 over the substrate holding structure 114 include.
Die erste Gruppe 170 von Heizelementen 118 kann von der zweiten Gruppe 172 von Heizelementen 118 durch eine thermisch reflektierende oder thermisch isolierende Grenze 174 getrennt sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine derartige Grenze 174 eine goldplattierte Metallplatte sein, die zwischen der ersten Gruppe 170 von Heizelementen 118 und der zweiten Gruppe 172 von Heizelementen 118 angeordnet ist. Die Metallplatte kann ausgerichtet sein, um ein unabhängig gesteuertes Heizen des Ofens 130 (durch die erste Gruppe 170 von Heizelementen 118) und des Substrathalteaufbaus 114 (durch die zweite Gruppe 172 von Heizelementen 118) zu gestatten. Mit anderen Worten kann die Grenze 174 derart angeordnet und ausgerichtet sein, dass ein Heizen des Substrathalteaufbaus 114 durch die erste Gruppe 170 von Heizelementen 118 reduziert oder verhindert wird und ein Heizen des Ofens 130 durch die zweite Gruppe 172 von Heizelementen 118 reduziert oder verhindert wird.The first group 170 of heating elements 118 can from the second group 172 of heating elements 118 by a thermally reflective or thermally insulating boundary 174 be separated. By way of non-limiting example, such a limit 174 be a gold plated metal plate between the first group 170 of heating elements 118 and the second group 172 of heating elements 118 is arranged. The metal plate may be aligned to independently control the heating of the furnace 130 (by the first group 170 of heating elements 118 ) and the substrate holding structure 114 (through the second group 172 of heating elements 118 ). In other words, the limit 174 be arranged and aligned such that heating of the substrate holding structure 114 through the first group 170 of heating elements 118 is reduced or prevented and heating the stove 130 through the second group 172 of heating elements 118 is reduced or prevented.
Die erste Gruppe 170 von Heizelementen 118 kann eine Vielzahl von Reihen von Heizelementen 118 umfassen, die unabhängig voneinander gesteuert werden können. Mit anderen Worten kann die von jeder Reihe von Heizelementen 118 emittierte Wärmeenergie unabhängig gesteuert werden. Die Reihen können quer zu der Richtung des Nettoflusses des Gases durch die Reaktionskammer 102 ausgerichtet sein, die die sich von links nach rechts erstreckende Richtung in der Perspektive von 2 ist. Die unabhängig gesteuerten Reihen von Heizelementen 118 können also verwendet werden, um einen ausgewählten Wärmegradienten über den Ofen 130 vorzusehen, wenn dies gewünscht wird. Entsprechend kann auch die zweite Gruppe 172 von Heizelementen 118 eine Vielzahl von Reihen von Heizelementen 118 umfassen, die unabhängig voneinander gesteuert werden können. Es kann also auch ein ausgewählter Wärmegradient über den Substrathalteaufbau 114 hinweg vorgesehen werden, wenn dies gewünscht wird.The first group 170 of heating elements 118 Can be a variety of rows of heating elements 118 include, which can be controlled independently. In other words, that of each series of heating elements 118 emitted heat energy can be controlled independently. The rows may be transverse to the direction of the net flow of the gas through the reaction chamber 102 be aligned, which extends the left to right direction in the perspective of 2 is. The independently controlled series of heating elements 118 So they can be used to get a selected thermal gradient across the oven 130 provide, if desired. Accordingly, the second group 172 of heating elements 118 a variety of rows of heating elements 118 include, which can be controlled independently. It can therefore also a selected thermal gradient over the substrate holding structure 114 provided, if desired.
Optional können passive Wärmeübertragungsaufbauten (d. h. Aufbauten mit darin enthaltenen Materialien, die sich ähnlich wie ein Schwarzkörper verhalten) neben oder in Nachbarschaft zu wenigstens einem Teil des Vorläufergasofens 130 in der Reaktionskammer 102 vorgesehen sein, um die Wärmeübertragung zu den Vorläufergasen in dem Ofen 130 zu verbessern.Optionally, passive heat transfer assemblies (ie, assemblies having materials therein that behave similar to a blackbody) may be adjacent to or adjacent to at least a portion of the precursor gas furnace 130 in the reaction chamber 102 be provided to transfer heat to the precursor gases in the oven 130 to improve.
Passive Wärmeübertragungsaufbauten (d. h. Aufbauten mit darin enthaltenen Materialien, die sich ähnlich wie ein Schwarzkörper verhalten) können in der Reaktionskammer 102 wie zum Beispiel in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2009/0214785 A1 vom 27. August 2009 (Arena et al.) beschrieben vorgesehen sein, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Vorläufergasofen 130 eine passive Wärmeübertragungsplatte 178 enthalten, die zwischen dem zweiten plattenförmigen Aufbau 132B und dem dritten plattenförmigen Aufbau 132C wie in 4 gezeigt angeordnet sein kann. Eine derartige passive Wärmeübertragungsplatte 178 kann die Übertragung der durch die Heizelemente 118 vorgesehenen Wärme zu dem Vorläufergas in dem Ofen 130 verbessern und kann die Homogenität und Einheitlichkeit der Temperatur in dem Ofen 130 verbessern. Die passive Wärmeübertragungsplatte 178 kann ein Material mit hohen Emissionswerten (nahe der Einheit) (Schwarzkörpermaterialien) umfassen, das auch einer hohen Temperatur und einer korrosiven Umgebung standhalten kann, wie sie in der Reaktionskammer 102 anzutreffen sind. Derartige Materialien können zum Beispiel Aluminiumnitrid (AlN), Siliciumcarbid (SiC) und Borcarbid (B4C) sein, die Emissionswerte von jeweils 0,98, 0,92 und 0,92 aufweisen. Die passive Wärmeübertragungsplatte 178 kann also von den Heizelementen 118 emittierte Wärmeenergie absorbieren und die Wärmeenergie in den Ofen 130 und das oder die darin enthaltenen Vorläufergase reemittieren.Passive heat transfer assemblies (ie, assemblies containing materials that behave like a blackbody) may be present in the reaction chamber 102 as described, for example, in US Patent Application Publication No. US 2009/0214785 A1 of Aug. 27, 2009 (Arena et al.), which is incorporated herein by reference in its entirety. As a non-limiting example, the precursor gas oven may 130 a passive heat transfer plate 178 included between the second plate-like structure 132B and the third plate-shaped structure 132C as in 4 can be arranged shown. Such a passive heat transfer plate 178 can be the transmission of the heating elements 118 provided heat to the precursor gas in the oven 130 can improve and maintain the homogeneity and uniformity of the temperature in the furnace 130 improve. The passive heat transfer plate 178 may include a high emissivity material (blackbody materials) that can withstand high temperature and corrosive environments, such as those in the reaction chamber 102 can be found. Such materials may be, for example, aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC) and boron carbide (B 4 C) having emission levels of 0.98, 0.92 and 0.92, respectively. The passive heat transfer plate 178 so can from the heating elements 118 absorb heat energy and heat energy into the furnace 130 and re-emitting the precursor gas (s) contained therein.
7 ist eine ausgeschnittene, perspektivische Ansicht, die schematisch Komponenten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Depositionssystems 200 in Übereinstimmung mit der schematischen Ansicht von 1A zeigt. Das Depositionssystem 200 ist dem Depositionssystem 100 von 2 ähnlich. Das Depositionssystem 200 enthält jedoch keinen internen Vorläufergasofen 130, sondern statt dessen einen externen Vorläufergasinjektor 230, der außerhalb der Reaktionskammer 102 angeordnet ist. Der externe Vorläufergasinjektor 230 kann konfiguriert sein, um wenigstens ein Vorläufergas, das durch einen Verdampfer 27 wie zuvor mit Bezug auf 1A beschrieben zugeführt werden kann, zu erhitzen und das wenigstens eine Vorläufergas zu einem Gasinjektionsverteiler 210 zu führen, der dem Gasinjektionsverteiler 110 von 2 im Wesentlichen ähnlich sein kann. 7 FIG. 12 is a cut-away perspective view schematically showing components of another exemplary embodiment of a deposition system. FIG 200 in accordance with the schematic view of 1A shows. The deposition system 200 is the deposition system 100 from 2 similar. The deposition system 200 does not contain an internal precursor gas furnace 130 but instead an external precursor gas injector 230 that is outside the reaction chamber 102 is arranged. The external precursor gas injector 230 may be configured to include at least one precursor gas passing through an evaporator 27 as before with reference to 1A can be supplied to heat and the at least one precursor gas to a gas injection manifold 210 to lead the gas injection distributor 110 from 2 may be substantially similar.
In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der externe Vorläufergasinjektor 230 ein Vorläufergasinjektor wie in der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/416,525 vom 23. November 2010 und dem Titel „Methods of Forming Bulk III-Nitride Materials an Metal-Nitride Growth Template Lagers, and Structures formed by Such Methods”, in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2009/0223442 A1 vom 10. September 2009 (Arena et al.) und der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 2010/101715 A1 vom 10. September 2010 mit dem Titel „Gas Injectors for CVD Systems with the Same”, in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/894,724 vom 30. September 2010 (Bertran) und in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/895,311 vom 30. September 2010 (Werkhoven) beschrieben sein, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen sind.As an example and not by way of limitation, the external precursor gas injector 230 a precursor gas injector as described in US Provisional Patent Application Serial No. 61 / 416,525, filed Nov. 23, 2010 and entitled "Methods of Forming Bulk III Nitride Material to Metal-Nitride Growth Template Lagers, and Structured by Such Methods", in which U.S. Patent Application Publication No. US 2009/0223442 A1 of Sep. 10, 2009 (Arena et al.) And International Publication Number WO 2010/101715 A1 of 10 September 2010 entitled "Gas Injectors for CVD Systems with the Same", US Patent Application Serial No. 12 / 894,724 of September 30, 2010 (Bertran) and US Patent Application Serial No. 12 / 895,311 of 30 September 2010 (Werkhoven), which are hereby incorporated by reference in their entirety.
Der Gasinjektor 230 kann ein Thermalisierungs-Gasinjektor mit einer länglichen Leitung sein, die eine spiralförmige Konfiguration, eine schlangenförmige Konfiguration usw. aufweisen kann, wobei ein oder mehrere Prozessgase (z. B. Vorläufergase) erhitzt werden, wenn sie durch die längliche Leitung fließen. Externe Heizelemente können verwendet werden, um das oder die Prozessgase zu erhitzen, während diese durch die längliche Leitung fließen. Optional können ein oder mehrere passive Heizaufbauten (wie etwa die weiter oben beschriebenen) in dem Gasinjektor 230 integriert sein, um das Erhitzen des oder der durch den Gasinjektor 230 fließenden Prozessgase zu unterstützen.The gas injector 230 may be a thermalizing gas injector having an elongate conduit which may have a helical configuration, a serpentine configuration, etc., wherein one or more process gases (e.g., precursor gases) are heated as they flow through the elongated conduit. External heaters may be used to heat the process gas (s) as they flow through the elongate conduit. Optionally, one or more passive heaters (such as those described above) in the gas injector 230 be integrated to the heating of or by the gas injector 230 to support flowing process gases.
Optional kann der Gasinjektor 230 weiterhin ein Reservoir umfassen, das konfiguriert ist, um ein flüssiges Reagenz für eine Reaktion mit einem Prozessgas (oder einem Zersetzungs- oder Reaktionsprodukt eines Prozessgases) zu halten. Zum Beispiel kann das Reservoir konfiguriert sein, um ein flüssiges Metall oder anderes Element wie etwa zum Beispiel flüssiges Gallium (Ga), flüssiges Aluminium (Al) oder flüssiges Indium (In) zu halten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Reservoir konfiguriert sein, um ein festes Reagenz für eine Reaktion mit einem Prozessgas (oder einem Zersetzungs- oder Reaktionsprodukt eines Prozessgases) zu halten. Zum Beispiel kann das Reservoir konfiguriert sein, um ein festes Volumen eines oder mehrerer Materialien wie etwa eines festen Siliciums (Si) oder eines festen Magnesiums (Mg) zu halten.Optionally, the gas injector 230 further comprising a reservoir configured to hold a liquid reagent for reaction with a process gas (or a process gas decomposition or reaction product). For example, the reservoir may be configured to hold a liquid metal or other element such as, for example, liquid gallium (Ga), liquid aluminum (Al), or liquid indium (In). In other embodiments of the invention, the reservoir may be configured to hold a solid reagent for reaction with a process gas (or a process gas decomposition or reaction product). For example, the reservoir may be configured to hold a fixed volume of one or more materials, such as solid silicon (Si) or solid magnesium (Mg).
Wie weiterhin in 7 gezeigt, können das oder die Prozessgase, die von dem externen Vorläufer-Gasinjektor 230 in die Reaktionskammer 102 injiziert werden, durch einen inneren Bereich in der Reaktionskammer 102 innerhalb einer Umhausung 240 zu einer Position in Nachbarschaft zu dem Werkstück-Halteaufbau 114 transportiert werden, um eine Mischung des oder der Prozessgase mit einem oder mehreren anderen Prozessgasen zu vermeiden, bis sie in die Nachbarschaft zu einem auf dem Substrathalteaufbau 114 gehaltenen Werkstücksubstrat 116 gelangen.As continues in 7 can be shown, the process gases or the process gases from the external precursor gas injector 230 in the reaction chamber 102 be injected through an inner region in the reaction chamber 102 within a housing area 240 to a position adjacent to the workpiece holding structure 114 be transported to avoid a mixture of the process gas or gases with one or more other process gases, until they are in the vicinity of one on the Substratathalteaufbau 114 held workpiece substrate 116 reach.
In anderen Ausführungsformen können die Depositionssysteme einen internen Vorläufergasofen 130 wie mit Bezug auf 2 beschrieben und auch einen externen Vorläufergasinjektor 230 wie mit Bezug auf 7 beschrieben umfassen. Zum Beispiel kann die in 7 gezeigte Umhausung 240 durch den internen Vorläufergasofen 130 von 2 ersetzt werden.In other embodiments, the deposition systems may include an internal precursor gas furnace 130 as related to 2 described and also an external precursor gas injector 230 as related to 7 described. For example, the in 7 shown housing 240 through the internal precursor gas oven 130 from 2 be replaced.
Wie in 7 gezeigt kann die Reaktionskammer 102 weiterhin strukturelle Halterippen 242 enthalten, die verwendet werden können, um eine strukturelle Steifigkeit für die Reaktionskammer 102 vorzusehen. Derartige Halterippen 242 können ein hitzebeständiges Material wie dasjenige der oberen Wand 104 und der unteren Wand 106 der Reaktionskammer 102 umfassen. Die Reaktionskammer 102 von 2 kann derartige strukturelle Halterippen 240 auch in anderen Ausführungsformen enthalten.As in 7 the reaction chamber can be shown 102 continue structural support ribs 242 which can be used to provide structural rigidity to the reaction chamber 102 provided. Such retaining ribs 242 can be a heat-resistant material like that of the top wall 104 and the bottom wall 106 the reaction chamber 102 include. The reaction chamber 102 from 2 can such structural retaining ribs 240 also included in other embodiments.
Obwohl nicht in den Figuren gezeigt, können die hier beschriebenen Depositionssysteme auch wenigstens eine Roboterarmeinrichtung enthalten, die konfiguriert ist, um in einem Roboterbetrieb Werkstücksubstrate 116 durch das Zugangstor 188 in die Reaktionskammer 102 zu laden und Werkstücksubstrate 116 durch das Zugangstor 188 aus der Reaktionskammer 102 zu entladen. Derartige Roboterarmeinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.Although not shown in the figures, the deposition systems described herein may also include at least one robotic arm assembly configured to manipulate workpiece substrates in a robotic mode 116 through the access gate 188 in the reaction chamber 102 to load and workpiece substrates 116 through the access gate 188 from the reaction chamber 102 to unload. Such robot arm devices are known from the prior art.
Ausführungsformen von Depositionssystemen wie hier beschrieben können verwendet werden, um Halbleitermaterial auf einem Werkstücksubstrat 116 in Übereinstimmung mit weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu deponieren.Embodiments of deposition systems as described herein may be used to package semiconductor material on a workpiece substrate 116 to deposit in accordance with other embodiments of the invention.
Wie weiterhin in 1A gezeigt, können die Messeinrichtung 30 und die Flusssteuereinrichtung 32 verwendet werden, um die Flussrate einer Vorläuferflüssigkeit 23 von einer Quelle 22 der Vorläuferflüssigkeit 23 zu dem Verdampfer 27 zu messen und zu steuern. Die Vorläuferflüssigkeit 23 kann in dem Verdampfer 27 verdampft werden, um einen ersten Vorläuferdampf zu bilden. Der erste Vorläuferdampf kann aus dem Verdampfer 27 zu einem Bereich in Nachbarschaft zu einer Oberfläche eines Werkstücksubstrats 16 in der Reaktionskammer 12 geführt werden. Ein zweiter Vorläuferdampf kann separat zu dem ersten Vorläuferdampf in die Reaktionskammer 12 geführt werden, und ein Verbindungshalbleitermaterial kann auf der Oberfläche des Werkstücksubstrats 16 in der Reaktionskammer 12 deponiert werden. Das Verbindungshalbleitermaterial kann wenigstens ein Element aus dem ersten Vorläuferdampf und wenigstens ein Element aus dem zweiten Vorläuferdampf enthalten.As continues in 1A shown, the measuring device 30 and the flow control device 32 used to calculate the flow rate of a precursor liquid 23 from a source 22 the precursor liquid 23 to the evaporator 27 to measure and control. The precursor liquid 23 can in the evaporator 27 be evaporated to form a first precursor vapor. The first precursor vapor may be from the evaporator 27 to an area adjacent to a surface of a Workpiece substrate 16 in the reaction chamber 12 be guided. A second precursor vapor may be added to the first precursor vapor in the reaction chamber separately 12 can be guided, and a compound semiconductor material on the surface of the workpiece substrate 16 in the reaction chamber 12 be deposited. The compound semiconductor material may include at least one element from the first precursor vapor and at least one element from the second precursor vapor.
Wie zuvor genannt, kann in einigen Ausführungsformen die Messeinrichtung 30 separat zu der Flusssteuereinrichtung 32 vorgesehen sein. In einigen Ausführungsformen kann also die Flussrate der Vorläuferflüssigkeit 23 mittels der Messeinrichtung 30 gemessen werden und kann die Flussrate der Vorläuferflüssigkeit 23 separat mittels einer Flusssteuereinrichtung 32 gesteuert werden, die separat zu der Messeinrichtung 30 vorgesehen ist. In anderen Ausführungsformen kann die Flussrate der Vorläuferflüssigkeit 23 mittels einer einzelnen integrierten Einrichtung gemessen und gesteuert werden.As previously mentioned, in some embodiments, the measuring device 30 be provided separately to the flow control device 32. Thus, in some embodiments, the flow rate of the precursor liquid 23 by means of the measuring device 30 can be measured and the flow rate of the precursor liquid 23 separately by means of a flow control device 32 be controlled separately to the measuring device 30 is provided. In other embodiments, the flow rate of the precursor liquid 23 be measured and controlled by a single integrated device.
Eine Temperatur der Vorläuferflüssigkeit 23 kann in einem Bereich von ungefähr 83°C bis ungefähr 150°C zwischen der Quelle 22 der Vorläuferflüssigkeit 23 und dem Verdampfer 27 gehalten werden. Insbesondere kann die Temperatur der Vorläuferflüssigkeit 23 in einem Bereich von ungefähr 85°C bis ungefähr 120°C oder auch zwischen ungefähr 90°C und ungefähr 100°C zwischen der Quelle 22 und dem Verdampfer 27 gehalten werden. Weiterhin kann wie zuvor genannt die Vorläuferflüssigkeit 23 von der Quelle 22 zu dem Verdampfer 27 geführt werden, ohne die Temperatur der Vorläuferflüssigkeit 23 zu vermindern. In derartigen Ausführungsformen kann die Temperatur der Vorläuferflüssigkeit 23 erhöht werden, während die Vorläuferflüssigkeit 23 von der Quelle 22 zu dem Verdampfer 27 fließt. Die Vorläuferflüssigkeit 23 kann in dem Verdampfer 27 von einer Temperatur von ungefähr 150°C oder weniger zu wenigstens ungefähr 400°C erhitzt werden, um einen Vorläuferdampf zu bilden. Insbesondere kann in einigen Ausführungsformen die Vorläuferflüssigkeit 23 in dem Verdampfer 27 zu einer Temperatur von wenigstens ungefähr 850°C (z. B. ungefähr 900°C) erhitzt werden.A temperature of the precursor liquid 23 may range from about 83 ° C to about 150 ° C between the source 22 the precursor liquid 23 and the evaporator 27 being held. In particular, the temperature of the precursor liquid 23 in a range of about 85 ° C to about 120 ° C or even between about 90 ° C and about 100 ° C between the source 22 and the evaporator 27 being held. Furthermore, as mentioned above, the precursor liquid 23 from the source 22 to the evaporator 27 be performed without the temperature of the precursor liquid 23 to diminish. In such embodiments, the temperature of the precursor liquid 23 be increased while the precursor liquid 23 from the source 22 to the evaporator 27 flows. The precursor liquid 23 can in the evaporator 27 from a temperature of about 150 ° C or less to at least about 400 ° C to form a precursor vapor. In particular, in some embodiments, the precursor liquid 23 in the evaporator 27 to a temperature of at least about 850 ° C (e.g., about 900 ° C).
Im Folgenden werden weitere nicht einschränkende, beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.In the following, further non-limiting, exemplary embodiments of the invention will be described.
Ausführungsform 1: Verfahren zum Deponieren eines Verbindungshalbleitermaterials auf einem Substrat, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Messen und Steuern der Flussrate einer Vorläuferflüssigkeit von einer Quelle der Vorläuferflüssigkeit zu einem Verdampfer, wobei die Vorläuferflüssigkeit GaCl3, InCl3 und/oder AlCl3 in einem flüssigen Zustand umfasst; Verdampfen der Vorläuferflüssigkeit in dem Verdampfer, um einen ersten Vorläuferdampf zu bilden; Führen des ersten Vorläuferdampfs aus dem Verdampfer zu einem Bereich in Nachbarschaft zu einem Werkstücksubstrat in einer Reaktionskammer; separates Führen eines zweiten Vorläuferdampfs in die Reaktionskammer; und Deponieren eines Verbindungshalbleitermaterials auf der Oberfläche des Werkstücksubstrats in der Reaktionskammer, wobei das Verbindungshalbleitermaterial wenigstens ein Element aus dem ersten Vorläuferdampf und wenigstens ein Element aus dem zweiten Vorläuferdampf umfasst.Embodiment 1: A method for depositing a compound semiconductor material on a substrate, the method comprising the steps of measuring and controlling the flow rate of a precursor liquid from a source of precursor liquid to an evaporator, wherein the precursor liquid comprises GaCl 3 , InCl 3 and / or AlCl 3 in one liquid state includes; Evaporating the precursor liquid in the evaporator to form a first precursor vapor; Passing the first precursor vapor from the evaporator to an area adjacent to a workpiece substrate in a reaction chamber; separately passing a second precursor vapor into the reaction chamber; and depositing a compound semiconductor material on the surface of the workpiece substrate in the reaction chamber, wherein the compound semiconductor material comprises at least one element of the first precursor vapor and at least one element of the second precursor vapor.
Ausführungsform 2: Verfahren der Ausführungsform 1, wobei das Messen und Steuern der Flussrate der Vorläuferflüssigkeit zu dem Verdampfer das Messen der Flussrate mittels einer ersten Einrichtung und das Steuern der Flussrate mittels einer zweiten Einrichtung, die separat zu der ersten Einrichtung vorgesehen ist, umfasst.Embodiment 2: The method of Embodiment 1, wherein measuring and controlling the flow rate of the precursor liquid to the evaporator comprises measuring the flow rate by means of a first means and controlling the flow rate by means of a second means provided separately from the first means.
Ausführungsform 3: Verfahren der Ausführungsform 1, wobei das Messen und Steuern der Flussrate der Vorläuferflüssigkeit zu dem Verdampfer das Messen und Steuern der Flussrate mittels einer einzelnen integrierten Einrichtung umfasst.Embodiment 3: The method of embodiment 1, wherein measuring and controlling the flow rate of the precursor liquid to the evaporator comprises measuring and controlling the flow rate by a single integrated device.
Ausführungsform 4: Verfahren einer der Ausführungsformen 1 bis 3, das weiterhin das Halten der Temperatur der Vorläuferflüssigkeit in einem Bereich von ungefähr 83°C bis ungefähr 150°C zwischen der Flüssigkeitsquelle und dem Verdampfer umfasst.Embodiment 4: The method of any of Embodiments 1 to 3, further comprising maintaining the temperature of the precursor liquid in a range of about 83 ° C to about 150 ° C between the liquid source and the evaporator.
Ausführungsform 5: Verfahren der Ausführungsform 4, wobei das Halten der Temperatur der Vorläuferflüssigkeit in einem Bereich von ungefähr 83°C bis ungefähr 150°C zwischen der Flüssigkeitsquelle und dem Verdampfer das Halten der Temperatur der Vorläuferflüssigkeit in einem Bereich von ungefähr 85°C bis ungefähr 120°C zwischen der Flüssigkeitsquelle und dem Verdampfer umfasst.Embodiment 5: The method of Embodiment 4, wherein maintaining the temperature of the precursor liquid in a range of about 83 ° C to about 150 ° C between the liquid source and the evaporator, maintaining the temperature of the precursor liquid in a range of about 85 ° C to about 120 ° C between the liquid source and the evaporator comprises.
Ausführungsform 6: Verfahren der Ausführungsform 5, wobei das Halten der Temperatur der Vorläuferflüssigkeit in dem Bereich von ungefähr 85°C bis ungefähr 120°C zwischen der Flüssigkeitsquelle und dem Verdampfer das Halten der Temperatur der Vorläuferflüssigkeit in einem Bereich von ungefähr 90°C bis ungefähr 100°C zwischen der Flüssigkeitsquelle und dem Verdampfer umfasst.Embodiment 6: The method of Embodiment 5, wherein maintaining the temperature of the precursor liquid in the range of about 85 ° C to about 120 ° C between the liquid source and the evaporator, maintaining the temperature of the precursor liquid in a range of about 90 ° C to about 100 ° C between the liquid source and the evaporator.
Ausführungsform 7: Verfahren einer der Ausführungsformen 4 bis 6, das weiterhin das Führen der Vorläuferflüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle zu dem Verdampfer ohne eine Verminderung der Temperatur der Vorläuferflüssigkeit umfasst.Embodiment 7: A method of any one of Embodiments 4 to 6, further comprising guiding the Precursor liquid from the liquid source to the evaporator without a reduction in the temperature of the precursor liquid comprises.
Ausführungsform 8: Verfahren der Ausführungsform 7, wobei das Führen der Vorläuferflüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle zu dem Verdampfer ohne eine Verminderung der Temperatur der Vorläuferflüssigkeit das Erhöhen der Temperatur der Vorläuferflüssigkeit, während die Vorläuferflüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle zu dem Verdampfer fließt, umfasst.Embodiment 8: The method of embodiment 7, wherein passing the precursor liquid from the liquid source to the evaporator without decreasing the temperature of the precursor liquid comprises increasing the temperature of the precursor liquid while the precursor liquid is flowing from the liquid source to the evaporator.
Ausführungsform 9: Verfahren einer der Ausführungsformen 1 bis 8, das das Vorsehen von GaCl3 in der Zusammensetzung der Vorläuferflüssigkeit umfasst.Embodiment 9: A method of any one of Embodiments 1 to 8, which comprises providing GaCl 3 in the precursor liquid composition.
Ausführungsform 10: Verfahren einer der Ausführungsformen 1 bis 9, das das Vorsehen von Stickstoff in der Zusammensetzung des zweiten Vorläuferdampfs umfasst.Embodiment 10: The method of any one of embodiments 1 to 9, comprising providing nitrogen in the composition of the second precursor vapor.
Ausführungsform 11: Verfahren der Ausführungsform 10, wobei das Vorsehen von Stickstoff in der Zusammensetzung des zweiten Vorläuferdampfs das Vorsehen von Ammoniak in der Zusammensetzung des zweiten Vorläuferdampfs umfasst.Embodiment 11: The method of embodiment 10, wherein the provision of nitrogen in the composition of the second precursor vapor comprises providing ammonia in the composition of the second precursor vapor.
Ausführungsform 12: Verfahren einer der Ausführungsformen 1 bis 11, wobei das Deponieren des Verbindungshalbleitermaterials das Deponieren von Galliumnitrid, Indiumnitrid und/oder Aluminiumnitrid umfasst.Embodiment 12: The method of any of embodiments 1 to 11, wherein depositing the compound semiconductor material comprises depositing gallium nitride, indium nitride, and / or aluminum nitride.
Ausführungsform 13: Verfahren einer der Ausführungsformen 1 bis 12, wobei das Verdampfen der Vorläuferflüssigkeit in dem Verdampfer das Verdampfen der Vorläuferflüssigkeit in einem inneren Bereich der Reaktionskammer umfasst.Embodiment 13: The method of any one of Embodiments 1 to 12, wherein evaporating the precursor liquid in the evaporator comprises vaporizing the precursor liquid in an interior region of the reaction chamber.
Ausführungsform 14: Verfahren einer der Ausführungsformen 1 bis 13, das weiterhin das Erhitzen der Vorläuferflüssigkeit in dem Verdampfer von einer Temperatur von ungefähr 150°C oder weniger zu wenigstens ungefähr 400°C, um den ersten Vorläuferdampf zu bilden, umfasst.Embodiment 14: The method of any one of Embodiments 1 to 13, further comprising heating the precursor liquid in the evaporator from a temperature of about 150 ° C or less to at least about 400 ° C to form the first precursor vapor.
Ausführungsform 15: Verfahren der Ausführungsform 14, das weiterhin das Erhitzen des ersten Vorläuferdampfs in dem Verdampfer zu einer Temperatur von wenigstens ungefähr 850°C umfasst.Embodiment 15: The method of embodiment 14, further comprising heating the first precursor vapor in the evaporator to a temperature of at least about 850 ° C.
Ausführungsform 16: Halidgasphasen-Epitaxiesystem, das umfasst: eine Reaktionskammer, die wenigstens einen Substrathalteaufbau enthält; eine Quelle einer Vorläuferflüssigkeit, die GaCl3, InCl3 und/oder AlCl3 in einem flüssigen Zustand enthält; einen Verdampfer, der konfiguriert ist, um die Vorläuferflüssigkeit zu verdampfen und einen Vorläuferdampf zu bilden, der zu einer Position in Nachbarschaft zu dem Substrathalteaufbau in der Reaktionskammer zu führen ist; wenigstens eine Leitung, die einen Flusspfad zwischen der Quelle der Vorläuferflüssigkeit und dem Verdampfer vorsieht; eine Einrichtung, die konfiguriert ist, um die Flussrate der Vorläuferflüssigkeit durch die wenigstens eine Leitung zu messen; und eine Einrichtung, die konfiguriert ist, um die Flussrate der wenigstens einen Vorläuferflüssigkeit durch die wenigstens eine Leitung zu steuern.Embodiment 16: Halide gas phase epitaxy system comprising: a reaction chamber containing at least one substrate tower assembly; a source of a precursor liquid containing GaCl 3 , InCl 3 and / or AlCl 3 in a liquid state; an evaporator configured to evaporate the precursor liquid and to form a precursor vapor to be led to a position adjacent to the substrate tower assembly in the reaction chamber; at least one conduit providing a flow path between the source of precursor liquid and the evaporator; means configured to measure the flow rate of the precursor liquid through the at least one conduit; and means configured to control the flow rate of the at least one precursor liquid through the at least one conduit.
Ausführungsform 17: Halidgasphasen-Epitaxiesystem der Ausführungsform 16, wobei die Einrichtung, die konfiguriert ist, um die Flussrate der Vorläuferflüssigkeit durch die wenigstens eine Leitung zu messen, und die Einrichtung, die konfiguriert ist, um die Flussrate der wenigstens einen Vorläuferflüssigkeit durch die wenigstens eine Leitung zu steuern, separat zueinander vorgesehen sind.Embodiment 17: Halide gas phase epitaxy system of embodiment 16, wherein the means configured to measure the flow rate of the precursor liquid through the at least one conduit and the means configured to control the flow rate of the at least one precursor liquid through the at least one To control line, are provided separately to each other.
Ausführungsform 18: Halidgasphasen-Epitaxiesystem der Ausführungsform 16 oder der Ausführungsform 17, das weiterhin wenigstens ein Heizelement umfasst, das konfiguriert ist, um die Quelle der Vorläuferflüssigkeit bei einer Temperatur in einem Bereich von ungefähr 83°C bis ungefähr 150°C zu halten.Embodiment 18: Halide gas phase epitaxial system of embodiment 16 or embodiment 17, further comprising at least one heating element configured to maintain the source of precursor liquid at a temperature in a range of about 83 ° C to about 150 ° C.
Ausführungsform 19: Halidgasphasen-Epitaxiesystem einer der Ausführungsformen 16 bis 18, wobei der Verdampfer außerhalb der Reaktionskammer angeordnet ist.Embodiment 19: Halide gas phase epitaxial system of any one of Embodiments 16 to 18, wherein the evaporator is disposed outside the reaction chamber.
Ausführungsform 20: Halidgasphasen-Epitaxiesystem einer der Ausführungsformen 16 bis 18, wobei der Verdampfer wenigstens teilweise in der Reaktionskammer angeordnet ist.Embodiment 20: Halide gas phase epitaxial system of any one of Embodiments 16 to 18, wherein the evaporator is at least partially disposed in the reaction chamber.
Ausführungsform 21: Halidgasphasen-Epitaxiesystem einer der Ausführungsformen 16 bis 20, wobei der Verdampfer wenigstens ein Heizelement umfasst, das konfiguriert ist, um die Vorläuferflüssigkeit von einer ersten Temperatur in einem Bereich von ungefähr 83°C bis ungefähr 150°C zu einer zweiten Temperatur von wenigstens ungefähr 400°C zu erhitzen.Embodiment 21: The halide gas phase epitaxial system of any one of embodiments 16 to 20, wherein the evaporator comprises at least one heating element configured to change the precursor liquid from a first temperature in a range of about 83 ° C to about 150 ° C to a second temperature of at least about 400 ° C to heat.
Ausführungsform 22: Halidgasphasen-Epitaxiesystem einer der Ausführungsformen 16 bis 21, wobei der Verdampfer einen Zerstäuber umfasst, der konfiguriert ist, um die Vorläuferflüssigkeit zu Tröpfchen zu zerstreuen.Embodiment 22: Halide gas phase epitaxial system of any one of embodiments 16 to 21, wherein the evaporator comprises a nebulizer configured to disperse the precursor liquid into droplets.
Ausführungsform 23: Halidgasphasen-Epitaxiesystem einer der Ausführungsformen 16 bis 22, wobei die Quelle der Vorläuferflüssigkeit, die GaCl3, InCl3 und/oder AlCl3 in dem flüssigen Zustand umfasst, fllüssiges GaCl3 umfasst.Embodiment 23: Halide gas phase epitaxial system of any one of Embodiments 16 to 22, wherein the source of the precursor liquid comprising GaCl 3 , InCl 3 and / or AlCl 3 in the liquid state comprises liquid GaCl 3 .
Ausführungsform 24: Halidgasphasen-Epitaxiesystem einer der Ausführungsformen 16 bis 23, das weiterhin eine Quelle eines anderen Vorläuferdampfs mit darin enthaltenem Stickstoff umfasst.Embodiment 24: Halide gas phase epitaxial system of any one of embodiments 16 to 23, further comprising a source of another precursor vapor having nitrogen therein.
Ausführungsform 25: Halidgasphasen-Epitaxiesystem der Ausführungsform 24, wobei die Quelle des anderen Vorläuferdampfs mit darin enthaltenem Stickstoff eine Quelle von Ammoniak umfasst.Embodiment 25: Halide gas phase epitaxial system of embodiment 24 wherein the source of the other precursor vapor having nitrogen therein comprises a source of ammonia.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung schränken den Erfindungsumfang nicht ein, weil diese Ausführungsformen lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind, deren Erfindungsumfang durch die folgenden Ansprüche und deren legale Äquivalente definiert wird. Alle äquivalenten Ausführungsformen sind in diesem Erfindungsumfang enthalten. Tatsächlich kann der Fachmann verschiedene Modifikationen der Erfindung zusätzlich zu den hier gezeigten und beschriebenen als alternative und nützliche Kombinationen aus den beschriebenen Elementen auf der Grundlage der vorliegenden Beschreibung vornehmen. Auch diese Modifikationen fallen in den Erfindungsumfang der folgenden Ansprüche.The embodiments of the invention described herein do not limit the scope of the invention, as these embodiments are merely exemplary embodiments of the invention, the scope of the invention being defined by the following claims and their legal equivalents. All equivalent embodiments are included in this invention. Indeed, those skilled in the art can make various modifications of the invention in addition to those shown and described herein as alternative and useful combinations of the described elements based on the present description. These modifications also fall within the scope of the following claims.
