CN101816061A - 在使用mocvd和hvpe来生长iii-v氮化物膜中的寄生微粒抑制 - Google Patents

在使用mocvd和hvpe来生长iii-v氮化物膜中的寄生微粒抑制 Download PDF

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Abstract

本发明描述一种在一金属有机化学气相沉积工艺中抑制寄生微粒形成的方法。此方法包括向一反应腔室提供一基板以及向该反应腔室导入一有机金属前驱物、一微粒抑制化合物与至少一第二前驱物。第二前驱物与有机金属前驱物反应，以在基板上形成一成核层。另外，本发明描述一种在形成一III-V氮化物层期间抑制寄生微粒形成的方法。此方法包括向一反应腔室导入一含III族金属的前驱物。III族金属前驱物可以包含一卤素。也向至反应腔室导入一卤化氢气体与一含氮化合物。含氮气体与III族金属前驱物反应，以在基板上形成III-V氮化物层。

Description

在使用MOCVD和HVPE来生长III-V氮化物膜中的寄生微粒抑制
相关申请的交叉引用
本发明涉及共同受让的Nijhawan等人且发明名称为“EPITAXIALGROWTH OF COMPOUND NITRIDE SEMICONDUCTOR STRUCTURES”的美国专利申请(代理人卷号为A10938/T68100)，其在此以引用方式整个并入本文以作为参考。
发明背景
III-V族半导体渐渐地被用在发光二极管(LED)与激光二极管(LD)中。出现了特定的III-V半导体，例如氮化镓(GaN)作为制造短波长LED与LD(包括发蓝光与紫外光的光学及光电子元件)的重要材料。因此，发展低成本、高质量的III-V半导体薄膜的制造工艺渐渐地引起注意。
一种被广泛使用以制造像是GaN的III-V氮化物薄膜的工艺即是氢化物气相外延(hydride vapor phase epitaxy，HVPE)。此工艺包括氯化镓(GaCl)与氨(NH3)之间在一基板沉积表面上的高温气相反应。GaCl前驱物是通过将氯化氢(HCl)气体通过经加热的液体镓供应(熔点29.8℃)来制备。氨可以由一标准的气体源来供应。前驱物在经加热的基板处混合一起，前驱物在此处反应且沉积GaN层。HVPE沉积速率高(例如高达100μm/hr)，并且提供了相当快速且节省成本的制造GaN薄膜的方法。
然而，HVPE对于形成GaN与其它III-V化合物薄膜也有缺点。HCl气体在形成GaCl时无法完全地被消耗，并且基板在薄膜沉积期间暴露于大量HCl。对于对HCl蚀刻敏感的基板(例如硅)而言，必须沉积一预膜抗蚀刻层以保护基板不受损坏或破坏。必须小心地选择此额外的层，使其可以尽可能减少对GaN薄膜形成的干扰。至少，抗蚀刻层的形成对于GaN薄膜沉积工艺会增加额外的成本与时间。
此外，作为HVPE工艺特征的高沉积速率使其在低程度掺杂质时难以使用。掺杂质对于限定III-V化合物LED、LD、晶体管等等的电性与光电性质是重要的。在沉积GaN薄膜之后执行的掺杂步骤可能无法在薄膜中提供合适的掺杂质浓度或均质性。当后沉积掺杂完全可行时，则将至少增加了GaN薄膜沉积工艺的成本与时间。
HVPE的另一主要缺点是难以使用此工艺来生长III-V氮化物的合金，例如铝镓氮化物(AlGaN)与铟镓氮化物(InGaN)。这些以及其它氮化物合金提供除了单金属氮化物以外的各种异质结构，并且已经应用在许多新光电子元件中。但是遗憾地，已经证实了产生用于铝的稳定气体前驱物(例如氯化铝)与用于铟的稳定气体前驱物(例如氯化铟)比产生氯化镓(GaCl)难。
例如，铝具有比镓更高的熔点(约660℃)，并且铝的氯化物盐(AlCl3)甚至在高温HVPE反应器条件下会迅速地固化成低蒸气压固体。当HCl通过铝金属上方时，大部分AlCl3会由气体流沉淀出来，而且仅有一小部分AlCl3抵达沉积基板以与氮前驱物反应且形成AlN。
为了克服这些与其它的HVPE III-V化合物薄膜形成的缺点，另一种称为金属有机化学气相沉积(MOCVD)的工艺被用来形成III-V氮化物薄膜。MOCVD使用合理的挥发性金属有机III族前驱物(例如三甲基镓(TMGa)或三甲基铝(TMAl))来向基板输送III族金属，III族金属在基板处与氮前驱物(例如氨)反应以形成III-V氮化物薄膜。
典型地，MOCVD氮化物薄膜比HVPE薄膜在更低温度下沉积，使得工艺可以具有更低的热预算。结合两种或更多种不同的III族金属有机前驱物(例如Ga、Al、In等)且制造GaN的合金薄膜(例如AlGaN、InGaN等)也更容易。掺杂质也可以更容易地与前驱物结合，以沉积一原位的掺杂薄膜层。
然而，MOCVD薄膜沉积也具有缺点。这些缺点包括有MOCVD的沉积速率比HVPE沉积速率更低。与50μm/hr的HVPE沉积速率相比，MOCVD典型地在约5μm/hr或更低的沉积速率来沉积薄膜。更低的沉积速率使得MOCVD具有比HVPE更低的产能及更昂贵的沉积工艺。
已经尝试一些方式来增加使用MOCVD时的GaN沉积产能。在一方式中，尝试分批反应器，其可以同时地在许多晶圆或在大的面积上生长薄膜。在第二方式中，企图增加GaN薄膜生长速率与异质结构。此两种方式都有困难。
已经证实当规模放大至大面积是很困难的，这是因为GaN必须在相当高的压力(例如数百托耳)下生长，并且在这些压力下大型反应器中的流速很低，除非历经反应的总流量格外的高。因此，前驱物流经过短距离即耗尽反应物，使得难以在大的面积上生长均匀的薄膜。
也已经证实通过增加有机镓与氨前驱物的浓度(即分压)来企图增加GaN薄膜的沉积速率是很困难的。图1A显示MOCVD反应器中GaN薄膜沉积速率作为总压力的函数的图表。这些图表是基于通过在具有紧密连结的喷洒头注射器的Thomas Swan反应器中GaN薄膜生长的STR的模拟。此图表显示当反应器中压力增加至约300托耳以上时会有速率的陡降。
增加MOCVD反应器压力的GaN薄膜速率降低是由于气相寄生微粒的形成，其中该些寄生微粒会消耗用来生长薄膜的Ga与N前驱物。这些寄生微粒在晶圆基板上方的一薄热边界层中形成，其中在该处，局部气体温度变得足够高以促进III族前驱物与氨(氮前驱物)之间的热解反应。一旦形成，此热、悬浮的(经由热泳(thermophoresis))微粒变成用于额外沉积的核，因而生长且从气体流进一步地耗尽反应物，直到其流出腔室外。所以，想要的薄膜生长与寄生微粒生长之间存在竞争。当III族和/或V族前驱物的分压增加时，或当晶圆基板周围的热边界层扩张时，寄生微粒形成会增加。
在以三甲基镓前驱物来生长GaN薄膜的情况中，薄膜生长速率最终会因为三甲基镓流量而饱和，使得难以让生长速率大于约5μm/hr。寄生微粒的形成也会劣化所沉积GaN薄膜的光电品质。
因为寄生微粒形成取决于III族与V族前驱物的分压，通过以更多载气(例如氢(H2)、氦)稀释前驱物气体流来增加MOCVD沉积薄膜的生长速率是可能的。然而，试图稀释前驱物气体流会损坏所沉积的III-V薄膜的质量。维持前驱物的高分压(尤其是在氮化物薄膜沉积中的高氨分压)似乎有益于高质量薄膜的生长。
MOCVD薄膜沉积中的寄生微粒形成对于氮化镓合金甚至会更严重。例如，图1B显示在Aixtron行星反应器(Aixtron planetary reactor)中AlGaN沉积速率作为压力的函数的图表。此图表显示在形成AlGaN薄膜期间会比在形成非合金的GaN薄膜期间，薄膜形成速率相对于反应器压力具有更陡的下降。对于Thomas Swan与Veeco反应器的模拟中也显示有类似的生长速率减小。
AlGaN薄膜被用在LED异质结构中，其中一p型层生长在一InGaN井有源区域上方。所以，生长具有合理的高孔洞浓度且不含有非辐射性或补偿缺陷的AlGaN薄膜是有益的。遗憾地，高总压力与高氨流量对于生长具有这些品质的AlGaN薄膜是最好的，但是通过MOCVD来生长这些具有必需Al含量的薄膜因为寄生微粒形成而极负挑战性的。
在另一个实例中，InGaN薄膜生长也被寄生微粒形成所限制。图1C显示InGaN膜生长速率作为反应压力的函数的图表。此图表由Thomas Swan喷洒头反应器在各种压力的生长模拟来获得。虽然在MOCVD沉积中InGaN的寄生微粒形成不如AlGaN显著，其仍然足够明显而限制薄膜的生长速率。InGaN薄膜在激光二极管与LED的量子井有源区域中具有应用。若不形成寄生微粒，则InGaN薄膜的生长可以在更高压力与更高氨流量下进行，这两种方式都有益于LD与LED的光电质量(例如高内部效率)与p型掺杂。因此，需要一种系统与方法，其在增加MOCVD形成的III-V氮化物薄膜的产能时，得以控制寄生微粒形成。
发明内容
本发明的实施例包括在一金属有机化学气相沉积工艺中抑制寄生微粒形成的方法。此方法包括下列步骤：向一反应腔室提供一基板；向该反应腔室导入一有机金属前驱物与一微粒抑制化合物；以及向该反应腔室导入至少一第二前驱物。该第二前驱物与该有机金属前驱物反应，并且由包含该有机金属前驱物与该第二前驱物的反应混合物在该基板上形成一成核层。
本发明的实施例也包括在形成III-V氮化物层期间抑制寄生微粒形成的方法。此方法包括下列步骤：向反应腔室提供一基板；以及向该反应腔室导入一含III族金属的前驱物。该III族金属前驱物也可以包含一卤素，其中该卤素抑制寄生微粒形成。此方法也包括下列步骤：向该反应腔室导入一卤化氢气体，其中该卤化氢也抑制寄生微粒形成反应；以及向该反应腔室导入一含氮化合物。该含氮化合物与该III族金属前驱物反应，以在该基板上形成该III-V氮化物层。
本发明的实施例又更包括在蓝宝石基板上形成氮化镓层期间抑制寄生微粒形成的方法。此方法包括下列步骤：向含有该蓝宝石基板的反应腔室内导入氨；以及向该反应腔室导入一有机镓化合物与氯化氢。该氯化氢通过氨来抑制寄生微粒的形成。此方法也包括在该蓝宝石基板上形成一氮化镓层。
本发明的实施例又也包括在于一基板上形成氮化镓层期间抑制寄生微粒形成的方法。此方法包括下列步骤：向含有该蓝宝石基板的反应腔室内导入氨；以及向该反应腔室导入一有机镓化合物与一含卤素的镓化合物。该含卤素的镓化合物通过氨来抑制寄生微粒的形成。此方法也包括在该基板上形成一氮化镓层。
其它实施例与特征部分地被揭示在下文中，并且对于本领域技术人员在阅读本说明书将变得明显，或可以通过实施本发明来学习。本发明的特征与优点可以透过说明书描述的结构、组合及方法来实现且获得。
附图简要说明
通过参照本发明的其余部分与附图将可以进一步了解本发明的本质与优点，其中附图中相同的元件使用相同的元件代表符号。在一些情况中，元件代表符号具有下标且接续在连字号之后以代表多个类似的元件之一。当使用不具有下标的元件代表符号时，申请人意指所有这样的多个类似元件。
图1A-C为图表，其绘示III-V氮化物薄膜的沉积速率作为反应腔室压力的函数。
图2提供一GaN基LED结构的示意图。
图3为一流程图，其绘示根据本发明实施例在一基板上形成一成核层的工艺的步骤。
图4为一流程图，其绘示根据本发明实施例在一基板上形成一III-V氮化物层的工艺的步骤
图5为一流程图，其绘示根据本发明实施例在一基板上形成一III-V层的多阶段工艺的步骤。
图6为一流程图，其绘示根据本发明实施例以结合的MOCVD与HVPE工艺来形成III-V层的步骤。
图7为一流程图，其绘示根据本发明实施例以结合的HVPE与MOCVD工艺来形成III-V层的步骤。
图8A为可以用来实施本发明实施例的一示范性沉积设备的简化示意图。
图8B为用于图8A示范性沉积设备的一使用者界面的实施例的简化示意图。
图8C为用在图8A示范性沉积设备的系统控制软件的一层级控制结构的实施例的简化示意图。
具体实施方式
本发明描述了在以金属有机化学气相沉积(MOCVD)来沉积III-V层期间，抑制寄生微粒形成的系统与方法。一微粒抑制化合物(例如卤化氢(例如HCl))可以与III族金属有机前驱物(例如烷基镓前驱物)和/或V族前驱物(例如氨)一起导入，以抑制寄生III-V微粒在基板上方空间中的形成。在沉积III-V层期间，微粒抑制化合物(或多种微粒抑制化合物)的分压可以低于III族或V族前驱物的分压。
微粒抑制化合物允许III族和V族前驱物可以在更高的分压下被供应至反应腔室，其中在更高的分压下可能通过MOCVD来生长高质量的III-V薄膜。相较于在较低的反应器压力下生长薄膜，增加薄膜形成前驱物的分压且同时不会形成寄生微粒的能力使得III-V薄膜可以以更快速的沉积速率(例如约5μm/hr或更高)，以及具有更高的光电质量(例如更高的内部效率、良好的p型掺杂等等)来生长。
示范性III-V薄膜结构
所描述的系统与方法的实施例可以用来形成作为发光二极管和/或激光二极管的III-V元件以及其它元件。图2显示可以使用本发明系统与方法的III-V元件的实施例。一GaN基LED结构200形成于一蓝宝石(0001)基板204上方。一n型GaN层212沉积在一GaN缓冲层208上方，GaN缓冲层208形成在基板上方。此元件的一有源区域被具体化在一多量子井层216中，其中多量子井层216在图上包含一InGaN层。一pn接合由具有一上覆p型AlGaN层220形成，p型GaN层224作为一接触层。
也可以利用本发明来制造其它III-V元件，包括有激光二极管(LD)、高电子迁移率晶体管、以及其它光电元件。
示范性制造方法
图3显示一流程图，其绘示根据本发明实施例在基板上形成成核层的工艺300的步骤。此工艺300包括向一反应腔室302提供一基板，在该基板上形成成核层。基板可以是任何可以通过MOCVD或HVPE来形成III-V族成核层的基板。例如，这些基板可包括由蓝宝石(Al2O3)、实质上纯硅(Si)、碳化硅(SiC)、尖晶石(spinel)、氧化锆制成的基板晶圆，以及复合半导体基板(例如砷化镓(GaAs)、锂镓氧化物(lithium gallate)、磷酸铟(InP)、与单晶GaN)等。
将基板设置在反应腔室之后，可以导入薄膜形成与微粒抑制前驱物，以开始沉积成核层。在图3所示的流程图中，此工艺实施例包括导入一有机金属前驱物至反应腔室304。有机金属前驱物可以包括II族金属与碳族，以及其它组分。例如，前驱物可以包括一烷基III族金属化合物，例如烷基铝化合物、烷基镓化合物、和/或烷基铟化合物等。特定的前驱物实例可以包括三甲基铝(trimethylaluminum，TMA)、三乙基铝(triethyl-aluminum，TEA)、三甲基铟(trimethylindium，TMI)、三乙基铟(triethylindium，TEI)、三甲基镓(trimethylgallium，TMG)和三乙基镓(triethylgallium，TEG)。更大大小的烷基，例如丙基、戊基、己基等等，也可以与III族金属结合。不同大小的烷基也可以结合在同一前驱物中，例如乙基二甲基镓、甲基二乙基铝等等。其它有机团，例如芳香基团、烯烃基团、炔烃基团等等，也可以为有机金属前驱物的一部分。
可以向反应腔室导入两种或多种有机金属前驱物以反应并形成包括一金属合金的层。例如，有机金属前驱物可以包括可在基板上形成III族合金氮化物的两种或多种III族金属(例如Al、Ga、In)，例如AlGaN、InGaN、InAlN、InAlGaN等等。例如在AlGaN中，可以向反应腔室内一起导入TMG与TMA以及一氮前驱物(例如氨)，以形成合金的III-V层。
有机金属前驱物也可以是卤化前驱物，其中卤素族接附至金属原子、有机团、或它们两者。实例包括有二乙基镓氯化物(diethylgallium chloride)、氯甲基二乙基镓(chloromethyldiethylgallium)、氯二乙基镓氯化物(chlorodiethylgallium chloride)等等。当有机金属前驱物包括卤素时，解离的卤素可以在成核层的反应与沉积期间作为微粒抑制组分。在一些实施例中，卤化的有机金属前驱物可以在成核层期间作为微粒抑制化合物以及提供III族金属的化合物。除了不同的微粒抑制化合物之外，实施例也包括提供一卤化有机金属化合物。
可以在与有机金属前驱物相同的流体流或分开的流中向反应腔室306内导入一微粒抑制化合物。与不含有微粒抑制化合物的制造方法比较，微粒抑制化合物可以使晶圆基板上方反应区域中的寄生微粒数目减少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、或更高。
可以以与有机金属前驱物浓度相同或低于它的浓度向反应腔室内导入微粒抑制化合物(或多种化合物)浓度(即分压)。例如，实施例可以使微粒抑制化合物以低于用以形成成核层的有机金属和/或另一前驱物的分压被导入。特定的实施例可以包括以低于被导入反应腔室的有机金属前驱物分压的一半、四分之一、五分之一、六分之一、十分之一等等的分压导入微粒抑制化合物。
微粒抑制化合物可以包括卤素族。例如，微粒抑制化合物可以是卤化氢，例如氟化氢、氯化氢、溴化氢、和/或碘化氢。微粒抑制化合物也可以包括有机卤素化合物，例如烷基氯化物(例如氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷等等)。如前所述，实施例也包括涉及成核层形成的含卤素的有机金属前驱物，和/或其它含卤素的反应物。
可以向反应腔室308导入第二前驱物，第二前驱物在基板沉积表面周围的反应区域中与有机金属前驱物反应。当成核层是一金属氮化物层时，第二前驱物可以是一含氮前驱物(例如氨(NH3))。第二前驱物能够以不同的气体流来流入反应腔室，其中该气体流在基板上方的加热反应区域的空间中与有机金属前驱物气体流相交。
载气(例如氦)可以用来促进前驱物与微粒抑制化合物在反应腔室中的流动，并且调整腔室的总压力。载气在进入腔室之前可以与前驱物气体预混合，和/或可以经由一不同的流线以未混合状态进入腔室。
当前驱物在反应区域中反应时，至少一部分的反应产物在基板310上形成成核层。可以通过反应腔室的可调整参数(包括腔室温度、压力，与流体流速)，以及前驱物、载气与微粒抑制化合物的分压来至少部分地控制成核层沉积速率与薄膜性质。
例如，通过一环绕反应腔室的外部热源，可以将基板晶圆周围反应区域的温度从约23℃调整至约1100℃。热源加热反应器壁(即热壁反应腔室)，并且进而加热基板。在热壁反应器条件下，前驱物在进入反应腔室被加热且可以在腔室与基板周围反应。因为大量的前驱物远离基板表面进行反应，来自热壁MOCVD腔室的前驱物良率(即所沉积膜的量对所使用前驱物的量)通常低于冷壁系统。
在一冷壁反应腔室中，基板被加热，而没有先加热腔室壁。可以通过加热一基板支撑结构、加热一或多个被导向基板的气体(例如前驱物)流、产生邻近基板的等离子体、将一光束(例如红外线)对准基板、与其它技术来实现基板加热。因为反应腔室中最高温度的区域较集中在基板沉积表面周围，较少的前驱物远离基板进行反应，并且前驱物良率大致上比热壁工艺更高。
可以由基板温度来部分地测定成核层的沉积速率与薄膜质量。在沉积期间，基板温度可以为例如高达200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、或700℃或更高。可以通过控制进入反应腔室且围绕基板的前驱物气体流的温度来部分地调整基板温度。例如，被导入反应腔室的前驱物气体可以具有约15℃至约300℃、400℃、500℃、600℃、700℃或更高的温度。
在成核层沉积期间，也可以设定反应器压力。可以根据特定应用来改变用以沉积成核层的处理条件。下述表格提供了示范性的处理条件与前驱物流速，其大致上适用于III-V成核层的生长。
  参数   数值
  温度(℃)   500-1500
  压力(托耳)   50-1000
  TMG流速(sccm)   0-50
  参数   数值
  TMA流速(sccm)   0-50
  TMI流速(sccm)   0-50
  PH3流速(sccm)   0-1000
  AsH3流速(sccm)   0-1000
  NH3流速(sccm)   100-100,000
  N2流速(sccm)   0-100,000
  H2流速(sccm)   0-100,000
由前述说明可知，一工艺可能不会在给的工艺中使用所有前驱物的流。例如，GaN的生长在一实施例中可使用TMG、NH3与N2；AlGaN的生长在另一实施例中可使用TMG、TMA、NH3与N2，其中选择TMG与TMA的相对流速以提供所沉积层的想要的相对Al∶Ga化学计量比；并且InGaN的生长在又另一实施例中可使用TMG、TMI、NH3、N2与H2，其中选择TMI与TMG的相对流速以提供所沉积层的想要的相对In∶Ga化学计量比。
可以设定反应腔室条件以在约2μm/hr或更高、约5μm/hr或更高、约10μm/hr或更高、约25μm/hr或更高、或约50μm/hr或更高的沉积速率形成成核层。沉积时间可以为例如约1、5、10、15、20、30、45或60分钟或更长，以形成具有约100埃至约1000埃厚度的成核层。
参照图4，一流程图包括根据本发明实施例在基板上形成III-V氮化物层的工艺400的步骤。工艺400包括提供一基板至反应腔室402。工艺400也包括导入一III族金属与含卤素前驱物至反应腔室404。此前驱物可以是例如III族金属氟化物、氯化物、溴化物和/或碘化物(例如AlF3、AlCl3、AlBr3、AlI3、GaF、GaCl、GaBr、GaI、InF、InCl、InBr、InI等等)。此前驱物也可以是一III族有机金属卤化物(例如二甲基镓氯化物(dimethylgallium chloride))和/或一III族金属有机卤化物化合物(例如三氯甲基镓(trichloromethylgallium))。
工艺400也可包括在与III族金属前驱物相同或不同的前驱物流中向反应腔室406导入一不同的卤化氢。卤化氢可以包括单独的HF、HCl、HBr或HI或它们的组合。卤化氢作为一寄生微粒抑制化合物，其会抑制III族金属氮化物微粒在反应腔室中的形成与生长。
也可以导入一含氮气体至反应腔室408中，以提供III-V氮化物薄膜的V族成分(即氮化物)。含氮气体可以包括氮(N2)、氨(NH3)、联氨、二甲基联氨(dimethylhydrazine)、苯联胺(phenylhrazine)、受激氮、与其它含氮前驱物。
III族金属与含卤素前驱物与含氮前驱物反应，以在基板上形成III-V氮化物层410。存在于基板周围的反应区域中的自III族金属前驱物解离的卤素与卤化氢会减缓寄生III族金属氮化物微粒的形成。III-V氮化物层可以是一单金属III族金属氮化物(例如AlN、GaN或InN)，或是两种或多种III族金属与氮的合金(例如AlGaN、AlGaIn等等)。
工艺400可以通过改变基板温度、反应腔室压力和/或前驱物的组成来重复两次或多次，以形成多层堆栈的III族金属氮化物层。例如，工艺400可以用来先在基板上形成一GaN缓冲层、接着一n-GaN掺杂层、然后一InGaN合金、然后一p-AlGaN掺杂层、以及最后一顶部p-GaN掺杂层，类似于图2的GaN基LED结构200。
图5显示根据本发明实施例在基板上形成III-V层的多阶段工艺500的步骤。在工艺500中，一较薄的成核层与一较厚的主体III-V氮化物层通过MOCVD沉积在一基板上。工艺500开始于向反应腔室502提供基板。反应腔室可以是专用的MOCVD腔室，或是可以执行MOCVD及HVPE沉积的混合腔室。
然后，开始此工艺的第一阶段，其中该第一阶段包括向反应腔室导入一III族金属前驱物(例如TMG)504与一含氮气体(例如NH3)506。前驱物与气体接着反应，并且以第一沉积速率在基板上形成一成核层508。成核层大致上具有约1000埃或更小(例如约100埃至约1000埃)的厚度，并且可以低于主体III-V氮化物层的沉积速率来沉积。成核层的沉积速率可以足够低(例如低于5μm/hr)，使得前驱物的分压被设定在不会形成大量寄生微粒的程度。因此，此阶段可以不用向反应腔室导入微粒抑制化合物。
然而，在形成成核层之后，希望增加沉积速率以形成主体氮化物层。因此，一旦成核层形成，可以导入一微粒抑制化合物(例如HCl)至反应腔室内510。可以在向反应腔室内仍然流入III族金属前驱物与含氮气体时导入微粒抑制化合物，并且可以在前驱物之一或两者的流速增加时导入微粒抑制化合物。替代地，可以在导入前驱物与微粒抑制化合物以形成主体氮化物层之前停止形成成核层的前驱物的流动。在介于停止成核前驱物与开始主体层前驱物之间的期间，可以在涂覆有成核层的基板上执行其它步骤，例如退火、蚀刻等等(未示出)。
微粒抑制化合物的导入允许反应腔室的压力被增加512，而不会相称地增加所形成的寄生微粒数量。通过增加III族金属前驱物和/或氮前驱物的分压来增加反应腔室的压力将可以使得以第二沉积速率来形成主体III-V层514，其中该第二沉积速率比成核层的第一沉积速率更快。例如，主体III-V层沉积速率可以介于约5μm/hr至约50μm/hr之间(例如5、6、7、8、9、10、12、15、25、35、40、45或50μm/hr)。当主体III-V层达到预定的厚度时(例如约1μm至约5μm的厚度)，则结束主体III-V层的沉积。
图5绘示的多阶段工艺使用MOCVD在基板上沉积成核层与主体III-V层。图6与7图为绘示其它工艺的流程图，其使用MOCVD与HVPE的组合在基板上形成III-V薄膜。
图6为一流程图，其绘示根据本发明实施例以结合的MOCVD与HVPE工艺600形成III-V层的步骤。在此工艺中，MOCVD用来在一基板上形成第一MOCVD层(例如一III-V成核层)，而HVPE用来形成第二HVPE层(例如一主体III-V层)。工艺600包括提供一基板至反应腔室602。可以向反应腔室导入一III族有机金属前驱物604，也可以导入一卤素前驱物606。卤素前驱物(例如HCl)可以作为一寄生微粒抑制化合物，并且以显着低于III族有机金属前驱物的流速和/或分压而被导入。例如，可以以III族有机金属前驱物分压的约二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、六分之一、七分之一、八分之一、九分之一、十分之一、二十分之一、五十分之一、一百分之一的分压来导入含卤素化合物。
也可以导入一氮前驱物至反应腔室608内。可以以与III族有机金属前驱物大约相同或比它高的流速和/或分压导入氮前驱物(例如氨)，并且可以以与卤素前驱物约相同于或比它低的流速和/或分压导入氮前驱物(例如氨)。
III族有机金属前驱物与氮前驱物会在基板上反应并形成MOCVD层610。MOCVD层可以以高达5μm/hr或更大的速率形成，并且可以具有约10埃至约1微米的厚度。
在沉积MOCVD层之后，可以调整反应腔室的温度612，以沉积HVPE层。典型地，为了沉积HVPE层，会升高温度。例如，用以形成一III-V氮化物层的HVPE沉积温度为约550℃至约1100℃(例如约800℃至约1000℃)。这个温度可以比通常通过MOCVD来形成III-V氮化物层的温度(例如约100℃至约700℃，通常是约300℃至约700℃)更高。
然后，可以导入III族HVPE前驱物至反应腔室614。可以通过将一卤素气体(例如HCl)通过一经加热的III族金属(例如液体镓、铝、和/或铟)上方来形成III族HVPE前驱物。卤素气体与金属蒸气会反应而形成一金属卤化物(例如GaCl)，其中该金属卤化物通过载气(例如氦、氢)被导入反应腔室。
III族HVPE前驱物可以在反应腔室中与一氮前驱物反应616。至少一部分的反应产物沉积在基板上，以在MOCVD层上形成HVPE层618。可以以比MOCVD层更快速的沉积速率(例如高达约50μm/hr)形成HVPE层。HVPE层也可以比MOCVD层更厚(例如HVPE层厚度为MOCVD层厚度的2、3、4、5、6、10、20或更多倍)。
可以在能够执行MOCVD与HVPE两者的单一反应腔室中，或不同的专用于单一沉积技术的反应腔室中，来实施图6的工艺。用以执行工艺600的系统也可以包括蚀刻、光刻以及退火与其它额外工艺步骤的反应腔室。
在图6中，工艺600利用MOCVD在基板上形成第一层，以及利用HVPE在第一层上形成第二层。图7显示工艺700的实施例，其通过在MOCVD层之前形成HVPE层而颠倒HVPE及MOCVD沉积顺序。工艺700可以同样地开始于向反应腔室提供一基板702。然而，先向反应腔室导入一III族HVPE前驱物704与一含氮前驱物706。III族HVPE前驱物与含氮前驱物反应708，以在基板上形成第一HVPE层710。
当在单一反应腔室中执行工艺700时，腔室中的工艺条件可以被重新设定用于第二MOCVD沉积。此重新设定包括停止III族HVPE前驱物的流动，以及调整反应腔室712用在MOCVD沉积的温度。典型地，这意谓着降低反应腔室温度。接着，可以向反应腔室内导入一III族有机金属前驱物714与一卤素前驱物716及含氮前驱物气体，以在HVPE层与基板上形成MOCVD层718。在沉积HVPE与MOCVD层期间可以持续地流入含氮前驱物气体，或可以在此两沉积之间停止流入含氮前驱物气体。
示范性基板处理系统
图8A为一示范性化学气相沉积(CVD)系统810的示意图，其绘示腔室的基本结构，个别的沉积步骤可以在腔室中执行。此系统适于执行热次大气压化学气相沉积(SACVD)工艺，以及其它工艺(例如回流(reflow)、驱入(drive-in)、清洁、蚀刻、沉积、与除气(gettering)工艺)。如同以下实例所叙述，在一些情况中，可以在传送至另一腔室之前依然在个别的腔室内执行多步骤工艺。系统的主要部件包括一真空腔室815(其接受来自气体输送系统820的工艺与其它气体)、一真空系统825、一远程等离子体系统830、以及一控制系统835。下文将详细地叙述这些与其它部件。此外，下文详细地描述可以用来执行双面沉积的结构配置。虽然图上为了说明仅显示单一腔室的结构，应可以了解的是，多个具有类似结构的腔室可以被并入为丛集工具(cluster tool)的一部分，每一腔室用以执行整个制造过程的不同方面。虽然在一些情况中可以分别向各个腔室提供个别的支持部件，图中显示的支持腔室处理的其它部件可以在多个腔室之间被共享。
CVD设备810包括一封围组件837，其形成了具有一气体反应区域816的真空腔室815。一气体散布板821经由多个穿孔朝向一或多个基板809分散反应性气体与其它气体(例如净化气体(purge gases))，其中该些基板809被一基板支撑结构808固持住。在气体散布板821与基板809之间为气体反应区域816。多个加热器826得以可控制地移动于不同位置之间，以适用不同的沉积工艺以及蚀刻或清洁工艺。一中心盘(未示出)包括多个传感器，用以提供基板位置的信息。
加热器826可以具有不同的结构。例如，本发明的一些实施例有利地紧邻基板支撑结构808且在基板支撑结构808的相对侧上使用一对板，以向一或多个基板809的相对侧提供分离的加热源。仅作为实例的是，在一些特定实施例中，该些板可以包含石墨或SiC。在另一实施方式中，加热器826包括内嵌在陶瓷内的一电阻式加热构件(未示出)。陶瓷保护加热构件免于潜在的腐蚀性腔室环境，并且使得加热器得以获得高达约1200℃的温度。在一示范性实施例中，暴露于真空腔室815的加热器826的所有表面是由陶瓷材料制成，例如氧化铝(Al2O3或氧化铝(alumina))或氮化铝。在另一实施例中，加热器826包含灯加热器。替代地，可以使用由耐火金属(例如钨、铼、铱、钍或它们的合金)构成的一裸金属灯丝加热构件来加热基板。这样的灯加热器配置可以达到超过1200℃的温度，其对于特定应用是有用的。
反应性气体与载气由气体输送系统820经由多个供应线843供应至一气体混合箱(也称为气体混合部)844，在此处气体会混合且被输送至气体散布板821。气体输送系统820包括各种气体源，以及合适的供应线以输送经选择量的各个气体源至腔室815，如同本领域技术人员所了解。大致上，用于各个气体的供应线包括多个关闭阀(其用以自动地或手动地关闭流入线中的气体流)，以及质流控制器或其它形式控制器(其可以测量气体或液体经过供应线的流量)。取决于系统810实施的工艺，一些气体源可以实际上为液体源，而非气体。当使用液体源时，气体输送系统包括一液体注射系统或其它合适的机构(例如气化器(bubbler))以将液体蒸发。如同本领域技术人员所了解，来自液体的蒸气通常接着与载气混合。
气体混合箱844为一双输入混合部，其连接至工艺气体供应线843且连接至一清洁/蚀刻气体导管847。操作阀846以允许或阻止来自气体导管847的气体或等离子体流动至气体混合部844。气体导管847接收来自一整合式的远程微波等离子体系统830的气体，整合式远程微波等离子体系统830具有一入口857用以接收输入气体。在沉积处理期间，供应至板821的气体朝着基板表面放出(如箭头823所示)，该气体在基板表面处得以层流形式被均匀地径向散布在基板表面。
可以从气体散布板821和/或经由封围组件837的底壁从输入埠或管(未示出)向真空腔室815内输送净化气体。从腔室815底部导入的净化气体是从输入埠向上流动，经过加热器826且抵达一环状抽吸管道840。包括真空泵(未示出)的真空系统825经由一排放线860排放气体(如箭头824所示)。排放气体与微粒经由排放线860从环状抽吸管道840被吸出的速率由一节流阀系统863来控制。
远程微波等离子体系统830可以产生用于所选择的应用(例如腔室清洁，或蚀刻来自工艺基板的残余物)的等离子体。由前驱物(其经由输入线857来供应)在远程微波等离子体系统830中产生的等离子体物种经由导管847来输送，藉以经由气体散布板821分散至真空腔室815。远程微波等离子体系统830整合式地定位且装设在腔室815下方，导管847沿着腔室旁向上延伸至闸阀846与位于腔室815上方的气体混合箱844。用于清洁应用的前驱物气体可以包括氟、氯、和/或其它反应性元素。远程微波等离子体系统830也可以适用于沉积CVD层，其在层沉积工艺期间流入合适的沉积前驱物气体至远程微波等离子体系统830。
沉积腔室815的壁与周围结构(例如排放通道)的温度可以进一步地通过将一热交换液体循环通过腔室壁内的管道(未示出)来控制。根据想要的效果，热交换液体可以用来加热或冷却腔室壁。例如，热液体有助于在热沉积工艺期间维持稳定的热梯度；而冷液体可以在原位等离子体工艺中从系统移除热，或限制沉积产物在腔室壁上的形成。气体散布岐管821也具有热交换通道(未示出)。典型的热交换流体包括水基乙二醇混合物、油基热传送流体、或类似的流体。此加热(称为“热交换”加热)可以有益地减少或消除不希望的反应产物的冷凝，并且促进工艺气体的挥发性产物以及其它可能污染工艺的污染物的消失(若其将冷凝在冷真空通道的壁上且在没有气体流动期间回流至处理腔室内)。
系统控制器835控制沉积系统的活动与操作参数。系统控制器835包括一计算机处理器850与一连接至处理器850的计算机可读内存855。处理器850执行系统控制软件，例如储存在内存855中的计算机程序858。优选地，内存855为一硬盘驱动，但是可以为其它种类内存(例如只读存储器或闪存)。系统控制器835也包括一软盘驱动、CD、或DVD光驱(未示出)。
处理器850根据系统控制软件(程序858)操作，其中该系统控制软件包括指示时间点、气体混合、腔室压力、腔室温度、微波功率级别、载座位置、以及特定工艺的其它参数的计算机指令。透过多个控制线865来实现这些与其它参数的控制(图8A仅示出一些)，该些控制线865连通地将系统控制器835连接至加热器、节流阀、远程等离子体系统、以及与气体输送系统820相关的各种阀和质流控制器。处理器850具有一卡架(未示出)，卡架包含单板计算机、模拟与数字输入/输出板、接口板、以及步进马达控制器板。CVD系统810的各种部件符合VersaModular European(VME)标准，其中VME定义了板、卡笼(card cage)、以及连接器尺寸与形式。VME标准也定义了具有16位数据总线与44位地址总线的总线结构。
图8B为可以用来监视且控制CVD系统810操作的使用者界面的示意图。图8B明确地示出丛集工具的多腔室本质，其中CVD系统810为多腔室系统的一个腔室。在这样的多腔室系统中，基板可以经由一计算机控制机械手臂从一腔室被传送至另一腔室，以进行其它处理。在一些情况中，基板是在真空或经选择的气体下被传送。使用者与系统控制器835之间的接口为CRT监视器873a与光笔873b。一主机单元875提供了用于CVD设备810的电性、配管与其它支持功能。与所示CVD设备实施例兼容的示范性多腔室系统主机单元目前可以从美国Santa Clara的应用材料公司(APPLIED MATERIALS，INC.)所生产的Precision 5000TM及Centura 5200TM系统购得。
在一实施例中使用两个监视器873a，其一监视器装设在清洁室壁871用于操作员且另一监视器装设在壁872后面以用于维护人员。此两个监视器873a同时显示相同信息，但是仅一光笔873b得以使用。光笔873b可以监测由CRT显示器发出的光，而在光笔的尖端具有一光传感器。为了选择特定的屏幕或功能，操作员碰触显示器屏幕的一指定区域，并且按压光笔873b上的按钮。被碰触的区域会改变其突显的颜色，或显示一新的选单或屏幕用以确认光笔与显示屏幕之间的沟通。如同本领域技术人员所能了解，取代光笔873b或除了光笔873b以外，可以使用其它输入装置(例如键盘、鼠标、或其它指点或沟通装置)，以让使用者与处理器沟通。
图8C为一方块图，其绘示用在图8A示范性CVD设备的系统控制软件(计算机程序858)的一层级控制系统实施例。可以在计算机程序858的控制下实施执行干式腔室清洁或执行回流或驱入的工艺(例如沉积层次的工艺)，其中该计算机程序858被处理器850执行。可以以任何传统的计算机可读程序语言(例如68000汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran或其它语言)来撰写计算机程序码。利用传统的文字编辑器，可以输入合适的程序代码成单一档案、多个档案，并且将程序代码储存在或具体化在计算机可读媒体(例如系统内存)中。
若输入的码文字为高级语言，码被编译，并且最终的编译码接着与预编译的WindowsTM数据库程序(routine)的目的码连结。为了执行经连结的编译目的码，系统使用者呼叫目的码，使计算机系统将内存中的码加载，其中CPU会从内存读取且执行该码以让设备执行程序中的任务。
通过使用光笔以选择由选单或屏幕在CRT监视器上显示的一选择，使用者可以输入一工艺组数字与工艺腔室数字至一工艺选择器次程序(processselector subroutine)880。工艺组(其为需要以实施所指定工艺的工艺参数的预定设定)是由预定义的组数字来标识。工艺选择器次程序880标识(i)想要的工艺腔室；以及(ii)想要的工艺参数组用以运作工艺腔室，以执行想要的工艺。用以执行特定工艺的工艺参数与工艺条件有关，例如工艺气体组成与流速、载座温度、腔室壁温度、压力及等离子体条件(例如磁电管功率级别)。工艺选择器次程序880可以控制在腔室中于特定时间执行何种工艺(例如沉积、晶圆清洁、腔室清洁、腔室除气、回流)。在一些实施例中，可以具有超过一个工艺选择器次程序。工艺参数以配方(recipe)的形式被提供给使用者，并且可以利用光笔/CRT监视器接口来输入。
一工艺序列器次程序(process sequencer subroutine)882具有程序代码，其中该程序代码用以接受来自工艺选择器次程序880的经选择的工艺腔室与工艺参数，并且用以控制各种工艺腔室的运作。多个使用者可以输入多个组数字与工艺腔室数字，或者单一使用者可以输入多个工艺组数字与工艺腔室数字，因此工艺序列器次程序882会运作以将经选择的工艺排程为希望的顺序。优选地，工艺序列器次程序882包括有用来执行下述步骤的程序代码：(i)监视工艺腔室的运作，以决定是否该些腔室正被使用；(ii)决定在正被使用的腔室中正被执行何种工艺；以及(iii)根据闲置的工艺腔室以及欲实施的工艺形式，执行希望的工艺。
可以使用传统的监视工艺腔室的方法，例如调查方法(polling method)。当将欲工艺的工艺排程时，工艺序列器次程序882可以被设计将下述列入考虑：正被使用工艺腔室的目前条件以及所选择工艺的想要工艺条件之间的比较、每一个特定使用者输入要求的「年纪(age)」、或程序设计师希望包括以决定排程优先性的任何其它相关因素。
一旦工艺序列器次程序882决定了其次将执行何种工艺腔室与工艺组的组合，工艺序列器次程序882即通过将特定的工艺组参数传送至一腔室管理器次程序(chamber manager subroutine)885以开始执行工艺组，其中该腔室管理器次程序885可以根据由工艺序列器次程序882决定的工艺组来控制在特定工艺中的多个处理任务。例如，腔室管理器次程序885具有程序代码，其中该程序代码系用以控制在腔室815中的CVD与清洁工艺运作。腔室管理器次程序885也控制各种腔室部件次程序的执行，其中该些腔室部件次程序可以控制实施所选择工艺组的腔室部件的运作。腔室部件次程序的实例为基板定位次程序890、工艺气体控制次程序891、压力控制次程序892、加热器控制次程序893、以及远程等离子体控制次程序894。取决于CVD腔室的结构，一些实施例包括所有的前述次程序，然而其它实施例可以仅包括一些次程序或其它未被描述的次程序。在此技术领域中的熟练技术人员可以轻易了解的是，根据工艺腔室中将执行何种工艺，可以包括其它腔室控制次程序。在多腔室系统中，其它的腔室管理器次程序886、887控制其它腔室的活动。
在运作时，腔室管理器次程序885根据正被执行的特定工艺组而选择性地将工艺部件次程序排程或呼叫工艺部件次程序。腔室管理器次程序885将工艺部件次程序排程，就如同工艺序列器次程序882将其次将执行的工艺腔室与工艺组排程一样。典型地，腔室管理器次程序885包括下列步骤：监视各种腔室部件；根据其次将执行的工艺组的工艺参数来决定要被运作的部件；以及响应于监视及决定步骤，开始执行一腔室部件次程序。
参照图8A与8C，下文将描述特定腔室部件次程序的运作。基板定位次程序890包含程序代码，其中该程序代码用以控制腔室部件(该些腔室部件用来在腔室中加载基板至加热器826上以及选择性地将基板举升至希望的高度以控制基板与气体散布岐管821之间的间隔)。当一基板被载入至工艺腔室815中时，使加热器826下降以接受基板，并且接着升高加热器826至希望的高度。在运作时，响应于腔室管理器次程序885传送的有关支撑高度的工艺组参数，基板定位次程序890控制加热器826的移动。
工艺气体控制次程序891具有程序代码，其中该程序代码系用以控制工艺气体组成与流速。工艺气体控制次程序891控制安全关闭阀的状态，以及向上或向下调整质流控制器以获得希望的气体流速。典型地，工艺气体控制次程序891是通过以下步骤来运作，即开启气体供应线以及重复地(i)读取必要的质流控制器、(ii)将读数与从腔室管理器次程序885所接收的想要的流速相比较、及(iii)依需要调整气体供应线的流速。此外，工艺气体控制次程序891包括监视不安全的气体流速以及在监测到不安全状态时启动安全关闭阀的步骤。替代性的实施例可以具有超过一个工艺气体控制次程序，每一个次程序可以控制特定形式之工艺或特定组的气体线。
在一些工艺中，向腔室流入一惰性气体(例如氮或氩)，以在导入反应性工艺气体之前使腔室内压力稳定。对于这些工艺，工艺气体控制次程序891被程序化成包括流入惰性气体至腔室内而持续了足以使腔室内压力稳定的一段时间的步骤，并且接着实施前述步骤。此外，当要从一液体前驱物蒸发一工艺气体时，写入工艺气体控制次程序891以包括下列步骤，即在一气化器组件中气化通过液体前驱物的输送气体(例如氦)，或控制一液体注射系统以喷洒或喷射液体至一载气流(例如氦)中。当此类型工艺使用气化器时，工艺气体控制次程序891可以调节输送气体的流量、气化器内压力、以及气化器温度，以获得希望的工艺气体流速。如前述所讨论，将希望的工艺气体流速传送至工艺气体控制次程序891作为工艺参数。
另外，工艺气体控制次程序891包括下列步骤，即通过利用一已储存表格(其包含对于一给定工艺气体流速的必需的数值)来获得用于想要的工艺气体流速所需要的输送气体流速、气化器压力、以及气化器温度。一旦获得了必需的数值，则输送气体流速、气化器压力与气化器温度会被监视、与必需的数值相比较、以及因而被调整。
压力控制次程序892包括程序代码，其中该程序代码用以通过调节腔室的排放系统中节流阀的穿孔尺寸来控制腔室内压力。设定节流阀的穿孔尺寸以控制腔室压力为想要的水平，其中该想要的水平与总工艺气体流量、工艺腔室的尺寸、以及排放系统的抽吸设定点压力有关。当压力控制次程序892被引发时，想要的或目标压力水平自腔室管理器次程序885被接收作为参数。压力控制次程序892可以：通过读取一或多个连接至腔室的传统压力计来测量腔室内压力；将测量值与目标压力相比较；从一已储存压力表获得对应于目标压力的比例、积分与微分(PID)数值；以及根据PID数值来调整节流阀。替代地，可以写入压力控制次程序892以开启或关闭节流阀至特定的穿孔尺寸(即一固定位置)，从而调节腔室内压力。以此方式来控制排放能力不会引发压力控制次程序892的回馈控制特征。
加热器控制次程序893包括程序代码，其中该程序代码用以控制用来加热基板而行进至加热单元的电流(current)。加热器控制次程序893也是由腔室管理器次程序885所引发，并且接收一目标或设定点温度参数。加热器控制次程序893可以测量温度，其可以在不同实施例中以不同方式来实现。例如，可以通过以下步骤来确定经校准的温度：测量加热器中一热电耦的电压输出；将所测量的温度与设定点温度相比较；以及增加或减少供应至加热单元的电流以获得设定点温度。温度是从经测量的电压透过查询在一已储存转换表中的对应温度，或透过四次方多项式计算温度来获得。在另一实施例中，可以以一高温计(而非一热电耦)来执行类似的过程以确定经校准的温度。加热器控制次程序893包括逐渐控制加热器温度的上升或下降的能力。在加热器包含内嵌在陶瓷中的一电阻式加热构件的实施例中，此特征有助于减少陶瓷中的热破裂(thermal cracking)，但这在使用一灯加热器的实施例中不是问题。此外，可以包括一内嵌的失效安全模式，以监测工艺安全符合性，并且若工艺腔室没有被合适地设定时可以停止加热单元的运作。
远程等离子体控制次程序894包括程序代码，其中该程序代码用以控制远程等离子体系统830的运作。远程等离子体控制次程序894是以类似于前述其它次程序的方式被腔室管理器885所引发。
虽然本文描述的本发明是在软件上实施并在一般目的的计算机上执行，本领域技术人员将可以了解的是，本发明可以使用硬件(例如专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)或其它硬件电路)来实现。因此，应当了解的是，本发明可以整体或部分地在软件、硬件或两者中实施。本领域技术人员也将可以了解的是，选择合适的计算机系统来控制CVD系统810是常规技能。
本文已经叙述了一些实施例，本领域技术人员将可以知悉的是，在不脱离本发明精神下可以使用各种变更、替代性结构与均等物。此外，没有描述许多已知的工艺与构件是为了避免非必要地模糊化本发明。所以，前述说明不应被视为本发明的范围限制。
对于所提供的数值范围，应了解的是，此范围的上限与下限之间的每一个中介数值(除非本文有清楚地指明，不然低至下限单位的十分之一)也详细地被公开。本发明涵盖介于任何已叙述数值或在已叙述数值中的中介数值与在此已叙述范围中任何其它已叙述或中介数值之间的每一个较小范围。这些较小范围的上限与下限可以独立地被包括或排除在此范围中，并且本发明也涵盖任一、皆无或两个限制被包括在较小范围中的每一个范围，其受限于此已叙述范围中任何明确地被排除的限制。对于包括一或两个限制的已叙述范围，本发明也包括排除该些已包括限制的一或两者的范围。
如同本文与所附权利要求所使用，除非清楚地指明，单数形式“一(a)”、“一(an)”与“该(the)”包括复数。因而，例如，“一工艺”意指包括复数个这样的工艺，并且“该前驱物”意指包括一或多个前驱物与本领域技术人员已知的其均等物等等。
而且，本说明书与所附权利要求使用字词“包含(comprise)”、“包含(comprising)”、“包括(include)”、“包括(including)”与“包括(includes)”意图说明存在有已叙述特征、整体性、部件或步骤，但是其没有排除存在有或增加一或多个其它特征、整体性、部件、步骤、动作或族群。

Claims (46)

1.一种在一金属有机化学气相沉积工艺中抑制寄生微粒形成的方法，该方法包含：
向一反应腔室提供一基板；
向该反应腔室导入一有机金属前驱物与一微粒抑制化合物；
向该反应腔室导入至少一第二前驱物，其中该第二前驱物与该有机金属前驱物反应；以及
由包含该有机金属前驱物与该第二前驱物的反应混合物在该基板上形成一成核层。
2.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该微粒抑制化合物避免该第二前驱物在该反应腔室中形成寄生微粒。
3.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该基板包含铝或硅材料。
4.权利要求3的抑制寄生微粒形成的方法，其中该铝材料包含蓝宝石。
5.权利要求3的抑制寄生微粒形成的方法，其中该硅材料包含实质上纯的硅或碳化硅。
6.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该基板包含尖晶石、锂镓氧化物、或氧化锌。
7.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该有机金属前驱物包含一有机镓化合物。
8.权利要求7的抑制寄生微粒形成的方法，其中该有机镓化合物包含三甲基镓。
9.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该微粒抑制化合物包含卤素化合物。
10.权利要求9的抑制寄生微粒形成的方法，其中该卤素化合物包含卤化氢。
11.权利要求10的抑制寄生微粒形成的方法，其中该卤化氢包含氟化氢、氯化氢、溴化氢、或碘化氢。
12.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该第二前驱物包含氨。
13.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该成核层包含氮化镓、或氮化镓的合金。
14.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该微粒抑制化合物在该反应腔室中具有比该有机金属前驱物更低的分压。
15.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该微粒抑制化合物在该反应腔室中的分压低于该有机金属前驱物分压的一半。
16.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中在向该反应腔室导入该有机金属前驱物与该微粒抑制化合物时，该有机金属前驱物与该微粒抑制化合物具有低于300℃的温度。
17.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中在向该反应腔室导入该有机金属前驱物与该微粒抑制化合物时，该有机金属前驱物与该微粒抑制化合物具有15℃至300℃的温度。
18.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该方法包含向该反应腔室导入一第三前驱物，该第三前驱物与该有机金属前驱物与该第二前驱物反应以形成该成核层。
19.权利要求1的抑制寄生微粒形成的方法，其中该方法还包含利用一氢化物气相外延工艺在该成核层上形成一外延层。
20.权利要求19的抑制寄生微粒形成的方法，其中该氢化物气相外延工艺包含：
向该反应腔室导入一含金属的试剂气体，其中该含金属的试剂气体由金属与含卤素气体的反应来产生；
向该反应腔室导入一第二试剂气体，其中该第二试剂气体与该含金属的试剂气体反应；以及
由包含该含金属气体与该第二试剂气体的外延反应气体混合物在该成核层上形成该外延层。
21.权利要求20的抑制寄生微粒形成的方法，其中与该含卤素气体反应的该金属为选自由铝、镓与铟组成组的液态金属。
22.权利要求20的抑制寄生微粒形成的方法，其中该含金属的试剂气体包含氯化铝、氯化镓、或氯化铟。
23.权利要求20的抑制寄生微粒形成的方法，其中该含卤素气体包含氯化氢。
24.权利要求20的抑制寄生微粒形成的方法，其中该第二试剂气体包含氨。
25.权利要求19的抑制寄生微粒形成的方法，其中该外延层包含氮化铝或氮化铟。
26.权利要求19的抑制寄生微粒形成的方法，其中该外延层包含氮化镓、或氮化镓的合金。
27.权利要求19的抑制寄生微粒形成的方法，其中该成核层的厚度为约100埃至约1000埃，以及该外延层的厚度为约1微米或更厚。
28.一种在形成III-V氮化物层期间抑制寄生微粒形成的方法，该方法包含：
向一反应腔室提供一基板；
向该反应腔室导入一含III族金属的前驱物，其中该III族金属前驱物也包含一卤素，该卤素抑制寄生微粒形成；
向该反应腔室导入一卤化氢气体，其中该卤化氢也抑制寄生微粒形成；以及
向该反应腔室导入一含氮化合物，其中该含氮化合物与该III族金属前驱物反应以在该基板上形成该III-V氮化物层。
29.权利要求28的抑制寄生微粒形成的方法，其中该方法还包含导入一第二金属前驱物，其中该第二金属前驱物包含不同于该III族金属前驱物的金属，以及其中该III-V氮化物层包含一III族金属合金。
30.权利要求28的抑制寄生微粒形成的方法，其中该III族金属前驱物包含氯化铝、氯化镓、或氯化铟。
31.权利要求28的抑制寄生微粒形成的方法，其中该含氮化合物包含氨。
32.权利要求28的抑制寄生微粒形成的方法，其中该III-V氮化物层包含氮化铝、氮化镓、或氮化铟。
33.权利要求28的抑制寄生微粒形成的方法，其中该III-V氮化物层包含一氮化镓的合金。
34.权利要求28的抑制寄生微粒形成的方法，其中以比该III族金属前驱物更低的流速将该卤化氢导入该反应腔室。
35.权利要求34的抑制寄生微粒形成的方法，其中以比该III族金属前驱物的流速的一半更低的流速将该卤化氢导入该反应腔室。
36.权利要求28的抑制寄生微粒形成的方法，其中在低于300℃将该卤化氢导入该反应腔室。
37.一种在蓝宝石基板上形成氮化镓层期间抑制寄生微粒形成的方法，该方法包含：
向含有该蓝宝石基板的反应腔室内导入氨；
向该反应腔室导入一有机镓化合物与氯化氢，其中该氯化氢通过氨来抑制寄生微粒的形成；以及
在该蓝宝石基板上形成一氮化镓层。
38.权利要求37的抑制寄生微粒形成的方法，其中该有机镓化合物是三甲基镓。
39.权利要求37的抑制寄生微粒形成的方法，其中该氯化氢在该反应腔室中具有比该有机镓化合物更低的分压。
40.权利要求37的抑制寄生微粒形成的方法，其中在低于300℃将该氯化氢导入该反应腔室。
41.权利要求37的抑制寄生微粒形成的方法，其中在低于300℃同时地将该有机镓化合物与该氯化氢导入该反应腔室。
42.一种在基板上形成氮化镓层期间抑制寄生微粒形成的方法，该方法包含：
向含有该蓝宝石基板的反应腔室内导入氨；
向该反应腔室导入一有机镓化合物与一含卤素的镓化合物，其中该含卤素的镓化合物通过氨来抑制寄生微粒的形成；以及
在该基板上形成一氮化镓层。
43.权利要求42的抑制寄生微粒形成的方法，其中该有机镓化合物包含三甲基镓或三乙基镓。
44.权利要求42的抑制寄生微粒形成的方法，其中该含卤素的镓化合物包含卤化镓、二甲基镓卤化物或二乙基镓卤化物，以及其中该卤化物选自由氟化物、氯化物、溴化物、与碘化物组成组。
45.权利要求42的抑制寄生微粒形成的方法，其中该方法还包含向该反应腔室导入一卤化氢，该卤化氢也通过氨来抑制寄生微粒的形成。
46.权利要求42的抑制寄生微粒形成的方法，其中该卤化氢包含氯化氢。
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