CN102239277A - 用于化学气相沉积的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在基片(20)上沉积化合物半导体的方法，包括将气体反应物(30，34)导向到包含基片(20)的反应室(10)内，选择性地提供能量(31a，31b)至其中一种气体反应物(30，34)，以便传递足够的能量来活化该反应物，但该能量不足以使该反应物产生分解，随后在基片(20)表面上分解反应物，以便与其它反应物反应。优选的能量源(31a，31b)为微波或红外辐射，实施这些方法的反应器也在此公开。

Description

用于化学气相沉积的方法和设备
相关申请的交叉引用
本发明要求了2008年10月3日提交的美国临时专利申请61/195,093作为优先权，该申请的全部内容在此引入参考。
技术领域
本发明主要涉及一种化学气相沉积的方法及其设备。
背景技术
化学气相沉积包括将含有化学物种的一种或多种气体导向基片的表面，使得反应物种反应并在表面上形成沉积。例如，化合物半导体可以通过半导体材料在基片上的外延生长形成。基片一般为一种圆盘状的晶体材料，通常称为“晶片”。化合物半导体，例如第III-V族半导体一般采用通过金属有机物化学气相沉积或”MOCVD”在晶片上生成的化合物半导体生长层来形成。
在该过程中，化学物种通过气体的结合来提供，其中包括一种或多种金属有机化合物，例如，第III族金属镓，铟以及铝的烷基化合物，同样也包括第V族元素源，例如一种或多种第V族元素的一种或多种氢化物，例如NH3，AsH3，PH3，以及锑的氢化物。这些气体在晶片，例如蓝宝石晶片上相互反应，以形成第III-V族化合物，其通式为：InXGaYAlZNAAsBPCSbD，其中X+Y+Z＝大约1，而A+B+C+D＝大约1，而每个X，Y，Z，A，B，C，和D可以位于0～1。在某些实施例中，可以用铋来取代一些或所有其它第III族的金属。
在该过程中，晶片在反应室内维持在升高的温度下。反应气体，通常与惰性的载气混合，导入反应室内。当这些气体被引入反应室内时，一般在相对较低的温度下，例如，大约50℃或更低。当气体到达热的晶片时，它们的温度以及因此产生的反应有效能量增加。
在本文中，术语“有效能量”指化学反应中所使用的反应物种的化学势。术语化学势通常用于热力学，物理学以及化学中用以描述体系(粒子，分子，振动或电子状态，反应平衡等)的能量。然而，在不同的学科中，可以使用该术语的更多具体的替换，包括，吉布斯自由能(热力学)，费米能级(固态物理)等。除非另有说明，有效能量应该理解为具体材料的化学势。
根据专利公布号为2007/0256635的美国专利中，记载了一种化学气相沉积(CVD)的反应器，在该反应器内，氨源通过UV光激活。在该申请的下向流反应器中，当氨进入反应器时，被UV光源激活。该申请同样表明能够以此实现真空反应器内的低温反应。
如专利公开号为2006/0156983的美国专利以及其它专利的类似的公开中，在不同种类的等离子体反应器中，可以对反应器内的电机使用高频功率，以将至少一部分的反应气体离子化，来产生至少一种反应物种。
激光被认为是可以利用以助于化学气相沉积过程。例如，在Lee等人发表的名称为“通过激光诱导传输法得到的α-氮化镓单相沉积”(J.Mater.Chem.，1993，3(4)，347-351)的文章中，激光辐射在平行于基片的表面进行，以此激发不同的气体分子。这些气体可以包括化合物，例如：氨。在Tansley等人发表的名称为“氩氟激光激活的氮化物薄膜沉积”(ThinSolid Films，163(1988)255-259)的文章中，从接近于基片表面的合适气源处，再次使用高能光子使离子离解。相似地，在Bhutyan等人发表的名称为“氮化铟(InN)的激光辅助有机金属气相外延”(phys.stat.sol.(a)194，No.2，501-505(2002))的文章中描述了在合适的生长温度下氨分解可以增加，以提高金属有机气相外延生长的InN薄膜的电学性能，为此使用ArF激光来光分解氨以及有机前驱物，例如，三甲基铟及类似物。
对改进的CVD反应方法进行继续的研究，其中的反应物，例如氨能以更大的百分比进行更有效地利用，并在如目前所应用的相同反应器条件下得到改进的薄膜。
发明内容
根据本发明，所有的目的通过一种在基片上沉积化合物半导体的方法实现，该方法包括：(a)在反应室内保持基片；(b)从进气口处以下游方向将反应室内多种气体反应物导向基片表面，该多种的气体反应物适用于在基片表面上相互进行反应，以在基片上形成沉积；(c)选择性地提供足够的能量至进气口下游以及基片上游的该多种气体反应物的其中之一，以激活该多种气体反应物的其中之一，但该能量不足以使该多种气体反应物的其中之一产生分解；(d)在基片表面上分解多种气体反应物。优选地，该选择性提供的能量选自一组包括微波能量以及红外能量的一组能量。
根据本发明方法的一个实施例，该选择性提供的能量以多种气体反应物中的其中之一的共振频率来提供。
根据本发明方法的另一个实施例，该方法包括：将多种气体反应物中的其中之一导向基片的预先选定位置，并同时选择性地仅仅对该基片的预先选定位置提供能量。
根据本发明方法的另一个实施例，导向多种气体反应物的步骤包括将反应物导向基片，使多种气体反应物在位于进气口以及基片表面之间的至少一部分流动区域保持相互大致分离，在反应室内保持基片包括保持基片处于运动状态。优选地，保持基片处于运动状态的步骤包括使基片在反应室内绕着旋转轴旋转，使多种气体反应物碰撞到平行于旋转轴的基片表面。在一个优选的实施例中，导向多种气体反应物的步骤包括将反应物导向至反应室的分开的区域内，而选择性地提供能量包括将能量提供至具有多种气体反应物中的其中一种供应的区域，而并非提供至有其它多种气体反应物供应的区域。
根据本发明方法的一个实施例，该选择性应用的能量以相对旋转轴0～90°的角度应用到该多种反应物的其中之一上。在一个实施例中，应用的角度相对于旋转轴为大约0°。在另一个实施例中，角度相对于旋转轴来说大约为90°。在其它实施例中，该角度相对于旋转轴来说大约为0～90°之间。
根据本发明，一种在基片上沉积化合物半导体的方法包括以下步骤：(a)在反应室内保持基片；(b)将包括第V族氢化物以及第III族金属有机化合物的多种气体反应物从进气口处下游方向地导向至基片表面；(c)选择性地对进气口下游以及基片上游处的第V族氢化物提供能量，以给予足够的能量活化第V族的氢化物，但该能量不足以使该第V族的氢化物产生分解；(d)分解基片表面上的多种气体反应物。在一个优选的实施例中，该选择性提供的能量选自一组能量包括微波能量以及红外能量。
根据本发明方法的一个实施例，该选择性提供的能量以第V族氢化物的共振频率进行提供。优选地，第V族氢化物包括氨。在一个优选的实施例中，该方法包括：导向第V族氢化物至基片的预先选定位置，并同时选择性地将能量仅仅提供至该基片的预先选定位置。在一个优选的实施例中，第III族金属为镓，铟或铝。优选地，导向多种气体反应物的步骤包括将反应物导向至基片，使得多种气体反应物在进气口以及基片表面之间的至少一部分流动区域内保持大致的相互分离，而在反应室内保持基片包括使基片处于运动状态。优选地，保持基片处于运动状态的步骤包括使基片在反应室内绕着旋转轴旋转，使得多种气体反应物碰撞到垂直于旋转轴的基片表面。
根据本发明方法的一个实施例，该选择性应用的能量以相对于旋转轴0～90°的角度应用到第V族氢化物上。在一个实施例中，该角度相对于旋转轴为大约0°.在另一个实施例中，该角度相对于旋转轴大约为90°。在另一个实施例中，该角度相对于旋转轴来说可以为0～90°。在一个优选的实施例中，导向气体反应物的步骤包括将反应物导向至反应室的分开的区域，而选择性提供能量的步骤包括将能量仅仅提供至第V族氢化物供应的分离区域，而并非供应到第III族金属有机化合物的区域。在一个优选的实施例中，第III族金属包括铟。
根据本发明，一种化学气相沉积反应器包括：(a)反应室；(b)基片载体，该基片载体安装在反应室内，并围绕沿着上游以及下游方向延伸的旋转轴进行旋转，该基片载体设置为支撑一个或多个基片，使得该一个或多个基片的表面大致朝向上游方向；(c)进气口元件，该进气口元件设置在基片载体的上游，并具有多个排气区，设置在垂直于旋转轴方向的不同位置，该进气口元件设置为通过该多个不同的排气区排出不同的气体，使得所排出的气体以大致的分流，在相对于旋转轴的不同位置，朝着基片载体的方向大致地进行下游导向；(d)选择性的能量输入设备设置为对位于进气口元件以及基片载体之间，与所选择的大致分开气流的其中之一对齐的位置处选择性地提供能量，以此对与选定的大致分流有关的气体选择性地产生能量。
在一个优选的实施例中，所选择性的能量输入设备为产生微波或红外能量。优选地，该选择性的能量输入设备设置为在波长大致被所选择大致分开气流有关的气体所吸收下提供的能量。优选地，该能量大致不会被其它的大致分流所吸收。
根据本发明反应器的一个实施例，该选择性的能量输入设备设置为沿着一个或多个在垂直于旋转轴方向上具有分向量的能量束路径导向能量束。在一个优选的实施例中，该一个或多个能量束路径设置为拦截接近于基片载体表面的选定分流。
根据本发明反应器的一个实施例，所述选择性的能量输入设备设置为沿着在平行于旋转轴方向上具有分向量的一个或多个能量束路径导向能量束。在另一个实施例中，所述选择性的能量输入设备设置为以相对于旋转轴0～90°的角度沿着一个或多个具有成分的能量束路径导向能量束。而在本发明设备的另一个实施例中，所述选择性的能量输入设备设置为以相对于旋转轴90°的角度沿着一个或多个具有成分的能量束路径导向能量束。
附图说明
本发明通过结合附图和以下的具体实施例进行详细说明，其中：
图1为本发明反应器的局部剖视侧视图；
图2为图1反应器一部分的仰视图；
图3为本发明反应器的进气口的一部分的局部放大图；
图4为本发明一部分内部反应器的局部侧视图；
图5为本发明反应器的旋转盘的一部分的俯视代表图。
具体实施方式
本发明特别涉及选择性地将能量应用于一种或多种用于化合物半导体形成的有机金属化学气相沉积设备中使用的气体反应物。为此，本发明特别地涉及使用微波或红外辐射。微波能量一般被认为是具有1米以下长到1毫米短范围的波长，或具有相当于300兆赫到300千兆赫的频率。另一方面，红外辐射被认为是一种具有波长长于可见光波长(400～700nm)但短于太赫兹辐射波长(100μm～1mm)以及微波波长的电磁辐射。根据本发明，术语微波辐射因此应该具体地包括太赫兹辐射，也就是，因此包括大约300千兆赫到3太赫兹之间，相当于从大约1mm的亚毫米波长范围，这通常被称为微波波段的高频边缘，以及100微米(远红外波段的长波边缘)。
图1展示了化合物半导体形成中经常使用的MOCVD设备的一种形式，该设备包括反应室10，以及选装安装在该反应室内的主轴12。主轴12可通过旋转驱动机构16绕着轴14旋转。轴14沿着上游方向U以及下游方向D延伸。
还包括通常以圆盘状晶片载体18形式存在的基片载体，安装在主轴14上，与该主轴一起旋转。该基片载体以及主轴一般每分钟旋转大约100～2000转。该基片载体适用于支撑多个盘状晶片20，使得晶片的表面位于垂直于轴14的平面上，并朝向上游方向。加热器26，例如为一种电阻加热元件，设置在反应室内，用以加热晶片载体。进气口元件28安装在基片载体以及主轴的上游。该进气口元件与该方法使用的气体源30，32和34相连接。该进气口元件将不同的气流导向至反应室内。在接近进气口元件28的反应室的一个区域在此称为“流动区域”37。气流通常下游地穿过至基片载体18以及晶片20。该向下的气流优选地并没有导致向下的分开气流发生大量的混合。理想地，在流动区域37的气流为层流。随着基片载体18快速地转动，基片载体的表面以及晶片的表面也随着快速转动。
基片载体以及晶片的快速运动使气体绕着轴14进行旋转运动，并径向地离开轴14，导致不同气流的气体在图1的边界层36处相互混合。当然，在实际的应用中，在流动区域中箭头38表示的普遍下游气流体系以及在边界层36内气流的快速旋转气流以及混合之间具有逐渐的过渡。然而，边界层可以被认为是其中的气流大致平行于晶片表面的区域。在一般的操作条件下，边界层的厚度t大约为1cm左右。通过对比，进气口元件28的下游表面至晶片表面22的距离d通常为5～8cm。
边界层的厚度因此大致小于进气口元件28与基片载体18之间的距离d，使得流动区域37占据了进气口元件28以及基片载体之间的绝大部分。基片载体的旋转运动围绕着晶片载体的外围边缘向外地泵出气体。因此，气体下游地穿至排气系统40。反应室内的绝对压力一般维持在大约25～1000托，优选约100～760托。此外，有关于第III族氢化物以及第V族金属烷基化合物的分解，例如InGaN以及GaN发光二极管的生成，反应室保持在500～1,100℃的温度下。
进气口元件28尽管可以使用更高的温度，但维持在相对较低的温度下，通常大约60℃或更低，以防止在进气口元件以及流动区域内反应物发生分解或其它不理想反应。同样，反应室的壁一般冷却至大约25℃。将远离基片载体18的流动区域内气体的任何反应速率最小化则是最理想的。因为气体在边界层36的停留时间很短，促进边界层36，特别是晶片表面之间的气体的快速反应则比较理想。在一个传统的体系中，只有大致通过从基片载体以及晶片的热量传递来提供第V族氢化物，例如NH3的分解，以形成活性中间体，如NH2以及NH的所需能量。因此，基片载体以及晶片的更高温度使反应的速率增加。
然而，增加晶片载体以及晶片的温度同样容易增加沉积的化合物半导体的分解，例如，导致氮从半导体中损失。这种情况在富含铟的化合物，例如InGaN以及InN中尤其严重。因此，在这种情况下，这些化合物具有较高的N2平衡蒸汽压，使高温生长更加困难。氮因此选择以N2的形式存在于气相中，这种问题随着温度的增加而增加，导致N-空位，缩短了设备的寿命以及降低它们的性能。
此外，关于这些装置，不同成分在基片表面的停留时间非常短。停留时间越短，该过程就变得越无效率。因此，第V族氢化物的量，例如需要在基片上沉积足够N的氨，变得越来越大，而不反应的NH3的量也同时变得越大。另一方面，越长的停留时间同样无效率。因此，随着越长的停留时间，反应物，例如第V族氢化物和第III族金属烷基化合物之间的反应可能发生，形成加合物，并最终可以形成颗粒，并因此从反应物中除去这些材料。
根据本发明，所述选择性激活，例如，第V族氢化物，如NH3，以及提高反应物的有效能量旨在在较低停留时间内提高分解效率，并因此提高基片表面上的分解以提供更多含N基物种来形成例如化学计量的GaN，并在最终产物中减少N-空位。增加停留时间并不理想，因为氢化物的过早分解导致例如(从氨中)N2或H2的生成，使得N不可用于嵌入基片。N2和H2过于稳定而不能与第III族金属有机化合物反应。本发明的目的在于阻止第V族氢化物在流向基片时发生的早期分解，但在气流位于基片表面的较短停留时间内同时使接近于该基片表面的分解最大化。
这通过本发明使用针对这些化合物的微波或红外辐射进行选择性活化来实现，使得当这些化合物接近基片表面时它们的有效能量增加，而使它们分解所需的能量减少。分解也容易因在此区域的温度升高而引发。也就是说，该红外或微波辐射选择性地应用于经选择的反应物上，例如第V族的氢化物，使得这些反应源本身没有足够的能量应用来进行分解，但有足够的能量应用来激活它们。这相信是通过引起这些分子的振动以此产生热量而发生的。
通过一种使得能量可以选择性地撞击在基片表面或接近基片表面的有待被活化的理想气体物种的方式，来应用以红外或微波辐射形式的能量。然而，这种能量应用的方向，并非严格限制。也就是说，能量可以相对于基片表面，或相对于晶片载体的旋转轴，以0～90°的角度进行应用，也因此可以位于或接近基片或明显地高于边界层平行于表面进行应用，或可以直接垂直于基片表面进行应用。由于与本发明有关的包括红外或微波辐射的特定能量束具有一种能量，这种能量足够的低，不会使基片表面的降解发生，这种能量可以，例如无需特别关注地直接垂直于基片表面进行应用。
关于其它形式的能量，例如紫外光，垂直于基片表面直接导向的光流，由于其具有高能量，不利于反应过程。然而值得注意的是，也可以使用横向光流或者平行于关于本发明基片表面的光流。
再来看图1，将微波或红外辐射形式的能量应用于第V族氢化物上，该能量例如来自能量活化器，如能量活化器31a，或能量活化器31b，如图1所示。能量因此可以从能量活化器31a处直接位于晶片载体18之上以平行于载体旋转轴U的方向进行应用，并因此直接垂直于晶片20的表面。这种能量可替代地从能量活化器31b处以平行于晶片载体18表面的方向进行应用，并因此在晶片20表面上垂直于旋转轴U。在以下附图5所述的另一个替代性的实施例中，能量可以同样从位于能量活化器31a与31b之间代替性位置的能量活化器处进行应用，使得该能量相对于旋转轴U垂直或以0～90°的角度作用在晶片载体18以及晶片本身的表面上。
将能量选择性地应用于一种或多种气体而并非所有气体可以通过把气体分开地引入不同反应室区域来简化。例如，进气口元件28可以设置为图2所示，图2展示了朝着图1中线2-2的方向，上游地观察进气口元件。在这种结构中，该进气口元件28具有伸长的相对轴14径向延伸的排气区50。这些排气区用于排放一般与例如氮气的载气混合的有机金属反应物。例如，该进气口元件可以具有在伸长区50内延伸的伸长槽状排气孔或一排小圆形排气孔。进气口元件28还可以具有排气区52，该排气区52一般以绕着轴14设置的圆形图案的象限形式存在，这些区域在图2中用交叉线区域表示。
例如，进气口元件可以在每个这种其余内设置多个排气口。在操作中，向下流动的有机金属气体出现在与区域50对齐的流动区域37的这些部分中(图1)，然而，这些向下流动的氢化物气流，例如氨，出现在与氢化物排气区52相对齐的流动区域37的那些区域中。
能量可以通过导向至与排气区域52对齐的流动区域的那些部分来选择性地应用于氢化物上。例如，微波或红外源(未图示)可以设置为在辐射区域或能量应用区域54内应用微波或红外能量，如图2所示，或在更小的能量应用区56内进行应用，同样如图2所示。尽管在图2中只有两个辐射区，一般的反应器会包含与每个排气区52相对齐的辐射区。
如简要图3所示，进气口元件28可以具有多个排放区，该排放区以伸长条状或沿着进气口元件28(图13)延伸的条状形式存在。该进气口元件具有伸长区150，在本实施例中用于提供包含金属有机物的气体。该进气口同样具有伸长的排气区152，在该实施例中用于提供第V族的氢化物。该伸长的排气区相互穿插，并相互平行地延伸。每个这种伸长排气区都具有用于排出合适气体的伸长槽，或设置为沿着伸长部分方向延伸的一系列孔或其它分散的开口。
进气口元件还可以包括额外的伸长排气区154，与惰性气体源相连。如本发明所使用的，术语“惰性气体”指一种大致不参与反应的气体。例如，在III-V族半导体沉积中，例如N2，H2，He或这些气体的混合气体可以用作惰性气体。惰性气体可以同样在此叫做“载气”。用于排气惰性气体或载气的排气区域154与用于排出其它气体的排气区150和152穿插设置，使得排放载气的排气区154位于每个排放有机金属气体的排气区150以及下一个附近的排气区152之间。
从这些不同排气区排出的气体向下地穿过反应器的流动区域37，该气体如一般以平行平面流动的，不会相互混合的板状气流一样。这种气流的理想代表如图4所示，其中展示了金属有机气体250，在流动区域37中以平行于氢化物气流252的方式下游地流动，而载体气流254位于它们之间。在这个图中，被称为“净化/遮盖”的特征是指可选择的载气排气区以及从中延伸的气流。替代性地，固体障碍物可以从标示为“冷板(上翼缘)”的进气口元件处稍微向下游延伸。
将微波或红外能量导入其中一种气流，将能量应用到离旋转轴14不同的径向距离处的气流区域为较理想的应用能量方式。然而，这种通常使用的辐射能量具有波长，该波长经过选择使得辐射能量大致能与需要活化的物种进行相互作用。因此，该辐射能量将强烈地被包括这些物种的气流吸收。如图5所示，进气口元件设置为提供两种第一气流352，其具有象限的形式。气流352可以，例如为氨或其它氢化物。再次说明，进气口元件设置为提供另一种第二气流350A以及350B，例如为金属有机物。这些气流可以沿着气流352的边界延伸。
该进气口元件还可以提供另一个载气气流354，设置为占据围绕着旋转轴14的象限。如图所示，辐射能量源，例如微波或红外辐射源，可以导向辐射能量，该辐射能量的波长被气流352强烈地吸收，但不会被气流350和354强烈吸收。该辐射能量可以导向穿过气流354和350，以撞击气流352的边界360，该边界朝着或远离中心轴14或旋转轴具有大量的径向程度。辐射能量穿过气流350和气流354，但没有大量被这些气流所吸收。由于径向能量沿着它们径向程度撞击在边界360上，该辐射能量被位于中心轴14所有径向距离的气体部分所吸收。
如以下进一步所述，确保辐射能量可以通过与接近流动区域底部，以及边界层36上部边界的气体相互作用而被吸收则比较理想。在图5的实施例中，辐射能量源356将辐射能量束以垂直于旋转轴14平面的方向，例如，一个基本平行于晶片表面22(图1)，以及基片载体18上部表面的平面进行导向。辐射能量束没有必要完全以这种平面导向，但在图5的实施例中，辐射能量的导向比较理想地在这个平面上具有大量的成分。因此，辐射能量束可以在垂直于中心轴14的平面上进行导向，使得它们贯穿于接近边界层36的边界360。
如果辐射能量以一般平行于晶片表面的平面进行导向，可能避免将辐射能量直接导向在晶片表面。这样限制了或避免了辐射能量在晶片表面的不理想效果。然而，如上所述，随着如此所述的相对较低的能量源，在晶片表面上的反作用将得到最小化。这样允许了能量相对于基片载体的旋转轴以0～90°的角度进行应用。
不同于这种设置，气流350B可以省略，而气流350A可以如图所示地设置。因此，第一反应物气体的每股气流352在径向密集放热边界360B处与惰性气流或载气气流354接近。辐射能量穿过惰性气流或载气气流354进行导向，并穿过边界360进入第一气流。在这个不同的设置中，辐射能量不需要经过第二反应气流350而能进入第一气体352处。这种设置可以在，例如第二反应气体会大量吸收辐射能量的情况下使用。例如，可以使用波长可以特定激发NH3的红外光。因此，IR光可以直接与氨的驻留频率(residence frequency)进行耦合，氨的驻留频率与金属有机物的驻留频率不一样。
这当然取决于使用的具体金属有机物。它们可以通过选择使得它们不会在所使用的特定波长处吸收红外线。另一方面，在使用微波能量的情况下，由于金属有机物和氨都是非极性的，它们都会吸收微波能量的相同频率，而极性分子，例如氮气和氢气并不会吸收微波能量。再次说明，可以利用这些因素来选择在任何特定情况下合适的IR或微波能量。
如图4所示，辐射能量R可以通过平面气体流250，254中的一种导向至反应室内，这些气流大致不与辐射能量反应，并以相对于将要吸收辐射能量的目标气体流252理论平面的以倾斜的角度进行导向。辐射能量进入接近边界层36的气流252，并因此接近流动区域37的底部，因此，辐射能量在接近边界层处吸收。
一般地，反应物在相对较低的温度下引入反应室，并因此具有较低的有效能量，低于引发反应物快速反应的能量。在传统的方法中，在反应物从进气口下游地穿向边界层时候，用辐射传热对反应物进行加热。然而，大多数的加热，以及反应物因此有效能量的增加，发生在边界层内。此外，所有的加热取决于基片载体以及晶片的温度。通过对比，在上述讨论的实施例中，在反应物处于流动区域时，大量的热量应用于至少一种反应物上，这种能量的提供可以使用除了从基片载体，基片，以及反应壁而来的传热的其它方法。
此外，可以控制应用能量的位置。通过将能量应用到反应物或接近流动区域以及边界层之间过渡的反应物上，在给定的反应物部分达到较高有效能量与碰到晶片表面之间时间可以最小化。这样可以反过来有助于将不理想的副反应最小化。例如，具有较高有效能量的氨可以同时分解为如NH2以及NH的物种，随后这些物种反过来分解单原子氮，非常快速地形成N2。N2基本上不可以与金属有机物发生反应。在氨进入边界层之时或之前通过将能量应用在氨上，沉积在半导体表面上的理想反应，例如在晶片表面上发生的受激发的NH3与金属有机物之间的反应，或NH2或NH物种与金属有机物之间的反应可以得到提高，而不理想的副反应将会得到抑制。
此外，由于通过除了能量转移的方法，例如从基片载体以及晶片上的能量转移，将能量应用于一种或多种反应物上，反应物的有效能量可以得到控制，这种控制至少在一定程度上独立于基片的温度。因此，在边界层的反应物的有效能量可以提高，而不需提高晶片以及基片载体的温度，或相反地，晶片以及基片载体在保持在较低温度的同时仍然保持可接受的有效能量。当然，一般从基片载体以及晶片上具有能量输入至反应物。
当根据本发明应用微波能量时，能量可以以连贯的或分散的能量束进行应用。能量束在接近基片或明显高于边界层处，以平行于基片表面进行应用，或以相对基片的平行以及垂直位置之间的任何角度，垂直于基片进行应用。微波能量可以基片表面处任何高度进行应用。此外，微波可以来自另一个或数个来源，并可以控制以便于与多于一种反应物进行反应。因此，在第V族氢化物以及第III族金属烷基化合物中，微波可以控制以便于一种或多种来源进行反应。
相似地，在红外能量的情况下，同样可以以连贯或分散能量束的方式进行应用，再次以平行于基片，垂直于基片，或相对于它们之间的任何角度的其中一种方式进行应用。再次说明，红外线能量可以从基片表面的不同高度进行应用，独立于能量束的方向，并可以来自一个或多个来源，且可以控制为与一种或多种反应物进行反应。
工业应用
本发明的方法以及设备适用于在激光，太阳能电池，灯驱动以及类似物中应用的化合物半导体的制造。
尽管本发明通过特定的实施例进行说明，这些实施例仅仅对本发明的原理以及应用作出说明。因此应当理解为在不偏离本发明权利要求限定范围的情况下可以对本发明的实施例作出多种修改以及构想其他的设置。

Claims (32)

1.一种在基片上沉积化合物半导体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在反应室内保持基片；
(b)在反应室内引导多种气体反应物，将其沿下游方向从进气口导向基片的表面，所述多种气体反应物在所述基片的所述表面上相互反应，从而在所述基片上形成沉积物；
(c)在所述进气口的下游和所述基片的上游处，选择性地将能量提供给所述多种气体反应物的其中之一，以便传递足以激活所述多种气体反应物的所述其中之一、但又不足以使所述多种气体反应物的所述其中之一分解的能量；且
(d)使所述多种气体反应物在所述基片的所述表面处分解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：选择性提供的所述能量选自微波能量和红外能量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：选择性提供的所述能量提供在所述多种气体反应物的所述其中之一的共振频率处。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：将所述多种气体反应物的所述其中之一导向所述基片的预先选定区域，并同时只将所述能量选择性地提供给所述基片的所述预先选定区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引导所述多种气体反应物的步骤包括：将所述多种气体反应物导向基片，使得所述多种气体反应物在所述进气口和所述基片的所述表面之间的至少一部分流动区域内基本保持相互分离，且，在所述反应室内保持所述基片的步骤包括保持所述基片处于运动状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：保持所述基片处于运动状态的步骤包括使所述基片在所述反应室内围绕着旋转轴旋转，使得所述多种气体反应物碰撞到平行于旋转轴的所述基片的所述表面上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：引导所述多种气体反应物的所述步骤包括将所述反应物导向至所述反应室的分开区域内，而选择性地提供能量的所述步骤包括只将能量选择性地提供至供有所述多种气体反应物的所述其中之一的区域，而不将能量提供至供有所述多种气体反应物中的其它气体反应物的区域。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：选择性施加的所述能量以相对于旋转轴0～90°的角度施加于所述多种反应物的所述其中之一。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述角度为相对于旋转轴约0°。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述角度为相对于旋转轴约90°。
11.一种在基片上沉积化合物半导体的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)在反应室内保持所述基片；
(b)在所述反应室内引导多种气体反应物，将其沿下游方向从进气口导向基片的表面，所述多种气体反应物包括第V族氢化物以及第III族金属的有机化合物；
(c)在所述进气口的下游和所述基片的上游处，选择性地将能量提供给所述第V族氢化物，以便传递足以激活所述第V族氢化物、但又不足以使所述第V族氢化物分解的能量；
(d)使所述多种气体反应物在所述基片的所述表面处分解。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：选择性提供的所述能量选自微波能量和红外能量。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：选择性提供的所述能量是由所述第V族氢化物的共振频率来提供的。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述第V族氢化物包括NH3。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，包括：将所述第V族氢化物导向所述基片的预先选定区域，并同时只将所述能量选择性地提供给所述基片的所述预先选定区域。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述第III族金属选自：镓、铟和铝。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：引导所述多种气体反应物的步骤包括：将所述多种气体反应物导向基片，使得所述多种气体反应物在所述进气口和所述基片的所述表面之间的至少一部分流动区域内基本保持相互分离，且，在所述反应室内保持所述基片的步骤包括保持所述基片处于运动状态。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：保持所述基片处于运动状态的步骤包括使所述基片在反应室内绕着旋转轴旋转，使得所述多种气体反应物碰撞到与旋转轴垂直的基片表面。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：选择性提供的所述能量以相对于所述旋转轴为0～90°的角度提供至第V族氢化物。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述角度为相对于旋转轴约0°。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述角度为相对于旋转轴约90°。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：引导所述多种气体反应物的所述步骤包括将所述反应物导向至所述反应室的分开区域内，而选择性地提供能量的所述步骤包括只将能量选择性地提供至供有所述第V族氢化物的区域，而不将能量提供至供有所述第III族金属的有机化合物的区域。
23.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述第III族金属的有机化合物包含铟。
24.一种化学气相沉积反应器，其特征在于：包括：
(a)反应室；
(b)安装在反应室内的基片载体，该基片载体用于围绕沿着上游以及下游方向延伸的旋转轴进行旋转，所述基片载体设置为支撑一个或多个基片，使得这些基片的表面一般朝着上游方向；
(c)设置在基片载体的上游处的进气口元件，所述进气口元件具有多个排气区，该多个排气区设置在垂直于旋转轴的方向上的不同位置，所述进气口元件通过不同的排气区排出不同的气体，使得在相对于旋转轴的不同位置处排出的气体为基本分离的气流、沿下游方向排向所述基片载体；
(d)选择性能量输入设备，该设备用于在进气口元件与基片载体之间与所述基本分离的气流中的选定气流对齐的位置处选择性地提供能量，从而将能量选择性地提供给与所述基本分离的气流中的所述选定气流相关联的所述气体。
25.根据权利要求24所述的反应器，其特征在于：所述选择性能量输入设备选自微波和红外能量发生器。
26.根据权利要求24所述的反应器，其特征在于：所述选择性能量输入设备设置为在波长大致被所述基本分离的气流中的所述选定气流相关联的所述气体所吸收的情况下提供所述能量。
27.根据权利要求24所述的反应器，其特征在于：所述能量大致不被所述基本分离的气流中的其它气流所吸收。
28.根据权利要求24所述的反应器，其特征在于：所述选择性能量输入设备沿一条或多条能量束路径发出能量束，所述能量束路径具有位于与所述旋转轴垂直的方向上的组成部分。
29.根据权利要求27所述的反应器，其特征在于：所述一条或多条能量束路径在靠近所述基片载体处拦截所述分离的气流中的所述选定气流。
30.根据权利要求24所述的反应器，其特征在于：所述选择性能量输入设备沿一条或多条能量束路径发出能量束，所述能量束路径具有位于与所述旋转轴平行的方向上的组成部分。
31.根据权利要求24所述的反应器，其特征在于：所述选择性能量输入设备沿一条或多条能量束路径发出能量束，所述能量束路径具有位于与所述旋转轴约成0～90°角度方向上的组成部分。
32.根据权利要求24所述的反应器，其特征在于：所述选择性能量输入设备沿一条或多条能量束路径发出能量束，所述能量束路径具有位于与所述旋转轴约成90°角度方向上的组成部分。
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