CN102947484A - 用于在多个工艺室内同时沉积多个半导体层的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明首先涉及一种用于在多个基质(5)上分别沉积至少一个层、尤其是半导体层的方法,其中,在覆层设备(1)内,多个、尤其是构造相同的工艺室(2)由一个公共的气体供给装置(11)供应工艺气体,所述工艺气体分别由一个气体引入机构(3)引入到工艺室(2)内,在所述工艺室(2)内,一个或多个待覆层的基质(5)处在接受器(4)上,其中,由工艺室顶部(8)和工艺室底部(9)的距离限定的工艺室高度(H)是可变的且对于层的生长率具有影响。为给出使得在所有基质上如此沉积的层的层厚度基本上相同的措施,建议在层生长期间连续地或以特别短的间隔在每个工艺室(2)内在至少一个基质(5)上测量层厚度。通过控制器(12)和调整元件(6)改变工艺室高度(H),从而在工艺室内沉积具有相同层厚的层。本发明此外涉及一种用于沉积至少一个层、尤其是半导体层的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在多个基质上沉积至少一个层、尤其是半导体层的方法,其中在覆层设备内,多个、尤其是构造相同的工艺室由一个公共的气体供给装置供应工艺气体,所述工艺气体分别由气体引入机构引入到工艺室内,在所述工艺室内,一个或多个待覆层的基质处在接受器上,其中由工艺室顶部和工艺室底部的距离形成的工艺室高度是可变的且对于层的生长率具有影响。
本发明此外涉及一种用于在多个基质上分别沉积至少一个层、尤其是半导体层的设备,该设备具有反应器壳体,所述反应器壳体具有多个基本上构造相同的工艺室,其中每个工艺室具有用于将工艺气体引入到工艺室内的气体引入机构和用于接收至少一个基质的接受器,并且,由工艺室顶部和工艺室底部的距离所形成的工艺室高度可由调整元件调节,且以一个公共的气体供给装置为各工艺室供应工艺气体。
背景技术
DE 10 2005 056 323 A1描述了一种具有反应器壳体的设备,在所述反应器壳体内布置了多个工艺室。设备此外具有用于提供不同类型的载气和工艺气体的气体供给单元。工艺气体被气体引入机构个别定量配给地引入到各个工艺室内。为卸载和加载的目的,在该文献中接受器可以降下,从而增大工艺室的高度。在工艺室内进行金属有机化学气相沉积(MOCVD)过程。
DE 102 17 806 A1描述了一种用于执行金属有机化学气相沉积过程的设备,其中工艺气体同样地如在前述工艺室中的情况通过喷头状工艺气体引入机构引入到工艺室内。为影响在该处沉积的层的生长参数,可影响工艺室的高度。这通过可上下移动接受器和固定在其上的加热装置的调整元件实现。
DE 10 2004 007 984 A1描述了一种化学气相沉积(CVD)反应器,其中特定的层参数在层生长期间可光学地确定。为此,在气体引入机构的后壁内具有成行地布置的若干传感器,其中,从基质到传感器的光程的走向穿过气体引入机构的气体出口。
在此类设备中,在多个工艺室内同步地执行相同的生长过程。
发明内容
本发明所要保护的技术问题在于给出一种用以使得在所有基质上如此沉积的层的层厚度基本上相同的措施。
因为此类多工艺室反应器的工艺室具有可能导致不同的层生长的渐次差异,所以在每个工艺室内必须采取单独的措施以修正层生长。实验已表明生长率不仅取决于工艺气体的组成和浓度,而且取决于工艺室的高度。对于以上所述的要解决的技术问题,根据本发明的解决方案因此在于,在层生长期间连续地或以特别短的间隔在每个工艺室内在至少一个基质上测量层厚度。通过控制器和调整元件在生长期间改变工艺室。改变的目的在于在工艺室内沉积具有相同层厚度的层。生长率随工艺室高度的升高而下降。如果例如在沉积过程期间由层厚度测量装置在一个工艺室内确定出在该处沉积的层当时比在其余的工艺室中沉积的层更厚,则在生长过程期间由控制器向可用以调节工艺室高度的调整元件施加以相应的改变值,使得例如接受器降下一定的高度,从而增大工艺室的高度。替代地,控制器也可为此向其余的工艺室的调整元件给出降低工艺室高度的指令,以使其余工艺室中的生长率升高。一个或另一个替代的选择根据当前的工艺室高度来进行。所述层高度应不低于预先给定的最小值也不高于预先给定的最大值。
在本发明的一种优选扩展中,确定工艺室内不同位置处的层厚度且尤其是确定在距基本上旋转对称的工艺室的中心的不同的径向距离处的层厚度。这优选地通过光学测量装置进行,如从DE 10 2004 007 984 A1中已知,即使用布置在气体引入机构的室的后壁上的光电二极管阵列进行,使得光程的走向穿过气体引入机构下侧的每个气体出口。但层厚度测量装置也可布置在反应器壳体外。测量装置可此外通过光导体与工艺室连接。但也可为确定层厚度使光通过管子投射在传感器表面上。
根据本发明的设备的特征在于为每个单独的工艺室供应工艺气体的气体供给装置。可提供分别为气体引入机构供应工艺气体的个别的定量配给单元。气体引入机构是带有布置在下侧上的气体出口的喷头状体,通过所述出口,优选地为金属有机III族成分和V族混合物的工艺气体被引入到工艺室内。工艺室的顶部由气体引入机构的下侧形成,而工艺室的底部由接收器的上侧形成。在接受器上放置了一个或多个待涂覆的基质。气体出口环围绕基本上圆形的工艺室延伸,该气体出口环通过气体引入管道与压力控制器连接。工艺室的整体连接在一个公共的真空泵上。加热装置处在由石墨形成的接受器下方以将接受器加热到工艺温度。通过调整元件可调节接受器的高度且因此调节工艺室的高度。前述厚度测量装置处在气体引入机构的背侧上,所述厚度测量装置在工艺过程期间通过壳体开口光学地测量层厚度。但厚度测量装置也可提供在反应器壳体外。例如,可借助于光导体将厚度测量装置与工艺室连接。但也可通过管子实现与工艺室的光学连接。后者也可以用惰性气体冲洗。提供了控制器。所述控制器从层厚度测量装置获得输入测量值。控制器将瞬时测量的各个层厚度相互比较以向调整元件提供调整值,从而改变工艺室高度,以便沉积出具有相同的层厚度的层。
附图说明
本发明的实施例在下文中根据附图解释。各图为:
图1在示意性图示中示出了沿图2中的截面线I-I通过多工艺室反应器的横截面,
图2示出了沿图1中的截面线II-II的截面,
图3示出了根据图1的另外的实施例的图示,和
图4示出了在不同的总压力下所测量到的生长率对工艺室高度H的依赖性。
具体实施方式
在由合金钢制成的反应器壳体1内形成了总计四个工艺室2.1、2.2、2.3、2.4。四个工艺室2.1、2.2、2.3、2.4的每个通过气体管道13被个别地供应工艺气体。在附图中仅描绘了每个工艺室一个管道13。也可存在多个管道13,但所有管道都与一个公共的气体供给装置11连接。气体供给装置11具有阀和质量流量测量装置,以个别地定量配给工艺气体。
在反应器1的总计四个工艺室的每个内各具有一个引入机构3,该引入机构3具有喷头的形式。引入机构3具有其上安装了光学传感器17和层厚度测量装置10的后板,且在与后板具有距离处具有前板,多个气体出口18处在所述前板内。光学传感器17的光程走向穿过一些气体出口18。在气体引入机构3的后板和前板之间的室内引入了工艺气体,该工艺气体通过气体出口流入到工艺室2内。
在由气体引入机构3的下侧形成的工艺室顶部8的下方设有接受器4,该接受器4以其上侧形成平行于工艺室顶部8延伸的工艺室底部9。在接受器4上安放了被覆层的基质5。但也可在接受器表面上放置多个被同时覆层的基质。接受器4也可围绕中心轴线被旋转驱动。
加热器16处在接受器下方以将接受器加热到工艺温度。
提供了支架7以支承加热器16和接受器4。通过调整元件6可使支架7在高度上移动,使得因此可将接受器4与加热器16一起从在图1中以实线图示的位置升高到以虚线图示的位置。这导致对应于工艺室顶部8和工艺室底部9之间的距离的工艺室的高度H降低。
工艺室2的侧壁由气体出口环21形成,所述气体出口环21通过气体导出管道与压力控制器19连接。压力控制器19可以是节流阀。工艺室2的全部节流阀与一个公共的真空泵20连接。
提供了电子控制器12。所述电子控制器12通过数据线14从每个层厚度测量装置10获得输入值,此输入值相应于当前测量的层厚度。如果测量装置10具有多个光学传感器17,则控制器12包含相应数量的数据。控制器12然后为每个工艺室确定平均层厚度。
控制器12将层厚度相互比较且确定偏差。如果控制器12确定在一个工艺室内的平均层厚度小于在其它工艺室内的平均层厚度,或在一个工艺室内的平均层厚度大于在其它工艺室内的平均层厚度,则控制器12采取合适的措施,这包括在一个或多个工艺室内使接受器4与加热器16一起上升或下降。与此相关的调整值通过数据线15传导到各高度调整元件6上。
在通过气体引入机构3在低压区域内引入III族金属有机成分以及作为载气的氢和V族混合物的典型的金属有机化学气相沉积过程中,III族-V族层的生长率在工艺室高度升高时下降。因此可通过接受器4向上或向下的移动修改生长率。这总体上实现为使得在工艺室2.1至2.4的每个内沉积具有基本上相同的层厚度的层。控制实现为使得在各个工艺室2.1至2.4内发生其特征为基本上相同的平均生长率的生长过程。如果在沉积过程期间,在工艺室2.1至2.4内的当前的生长率相互不同,则改变工艺室高度。在此,可有意识地进行过补偿以平衡层厚度之间的差异。
与在图1中所图示的实施例不同,在图3中图示的实施例中,光学传感器17布置在反应器壳体1外。在此图示的实施例中,光学传感器17安放在反应器壳体顶部上且与穿过气体引入机构3伸出的管子连接。层厚度测量装置10具有与基质可见连接的传感器面。在图3中,对于每个工艺室2.1、2.2仅图示了一个层厚度测量装置10。在此也可提供更多的层厚度测量装置,以在基质的不同位置上测量生长率。
在未示出的另外的方案中,作为管子的替代提供了光导体,以在光学传感器17和工艺室之间形成光学连接。
在另外的未示出的方案中,反应器壁内提供了仅一个光学窗,光学传感器17处在所述光学窗后方。
使用根据本发明的方法且在根据本发明的设备中可沉积由GaNg、AlGaN、InGaN、GaAs、InP、AlGaAs、InGaAs等组成的层。在使用TMGa和NH3GaN进行沉积的沉积过程中,确定了生长率r对于工艺室高度的依赖性。图4描绘了在6.6kPa、26.6kPa和40kPa的总压力下对此的测量值。从图中可见,生长率(μm/h)在总压力高时比在更低的生长率下具有对于工艺室高度H(mm)更大的依赖性。
所有公开的特点(本身)是本发明的实质内容。在本申请的公开中在此也完整地包括了所属的/所附的优先资料(在先申请文件副本)的公开内容,也为此目的将此文献的特征包含在本申请的权利要求中。从属权利要求在其任选的并列表述中体现了对现有技术的独立的、具有创造性的扩展,尤其是进行了基于此权利要求进行分案申请。
附图标号列表
1 反应器壳体,覆层装置
2 工艺室
3 气体引入机构
4 接受器
5 基质
6 (高度)调整元件
7 支架
8 工艺室顶部
9 工艺室底部
10 层厚度测量装置
11 气体供给装置
12 控制器
13(气体)供给管道
14 输入线
15 数据线
16 加热器
17 光学传感器
18 气体出口
19 压力控制器,压力控制装置
20 真空泵
21 气体出口环
Claims (8)
1.一种用于在多个基质(5)上分别沉积至少一个层、尤其是半导体层的方法,其中,在覆层设备(1)内,多个、尤其是构造相同的工艺室(2)由一个公共的气体供给装置(11)供应工艺气体,所述工艺气体分别由一个气体引入机构(3)引入到各工艺室(2)内,在所述工艺室(2)内,一个或多个待覆层的基质(5)处在接受器(4)上,其中,由工艺室顶部(8)和工艺室底部(9)的距离限定的工艺室高度(H)是可变的且对于层的生长率具有影响,其特征在于,在层生长期间连续地或以特别短的间隔在每个工艺室(2)内在至少一个基质(5)上测量层厚度,且通过控制器(12)和调整元件(6)这样地改变工艺室高度(H),使得在工艺室内沉积具有相同层厚度的层。
2.根据权利要求1或尤其是如下所述的方法,其特征在于,层厚度的测量使用布置在形成室的气体引入机构(3)的后壁上的光学传感器设备(17)进行,且光程走向穿过形成了工艺室顶部(8)的气体引入机构(3)的各一个开口(18)。
3.根据前述权利要求中一项或多项或尤其是如下所述的方法,其特征在于一个公共的抽真空装置(2)和为每一个工艺室(2)个别地对应配设的压力控制装置(19)。
4.根据前述权利要求中一项或多项或尤其是如下所述的方法,其特征在于,在各工艺室(2)内执行金属有机化学气相沉积过程。
5.一种用于在多个基质(5)上沉积至少一个层、尤其是半导体层的设备,所述设备具有反应器壳体(1),所述反应器壳体(1)具有多个基本上构造相同的工艺室(2),其中每个工艺室(2)具有用于将工艺气体引入到工艺室(2)内的气体引入机构(3)和用于接收至少一个基质(5)的接受器(4),并且,由工艺室顶部(8)和工艺室底部(9)的距离形成的工艺室高度(H)可由调整元件(6)调节,所述反应器壳体(1)还具有为各工艺室(2)供应工艺气体的一个公共的气体供给装置(11),其特征在于,每个工艺室具有层厚度测量装置(10),使用所述层厚度测量装置(10)能够在层生长期间在至少一个基质上连续地或以特别短的间隔测量层厚度,且提供了控制器(12),所述控制器(12)的输入量是由所述层厚度测量装置(10)确定的层厚度且其输出量是用于调整元件(6)的调整值。
6.根据权利要求5或尤其是如下所述的设备,其特征在于,布置在接受器(4)下方的、可以尤其是与接受器(4)一起在高度方向上移动的加热器(16)。
7.根据前述权利要求5和6中一项或多项或尤其是如下所述的设备,其特征在于,由控制器(12)提供给调整元件(6)的调整值取决于由层厚度测量装置(17)测量的层厚度。
8.根据前述权利要求5至7中一项或多项或尤其是如下所述的设备,其特征在于,控制器(12)设置为使得通过工艺室高度(H)的改变而沉积具有相同层厚度的层。
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