CN114174568A - 用于制造iii族氮化物薄膜的层流mocvd装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造III族氮化物基层的CVD装置，其具有晶圆载体转盘。晶圆载体转盘位于反应腔体的内部，且用以接收氮气源和III族元素气体源的混合物。多个凹陷形成于晶圆载体。每一个凹槽包括厚度为x的卫星盘，其用于容纳厚度为t的晶圆。卫星盘包括高度为a的周边凹口，且凹口厚度为x‑a＝b。周边挡圈包括延伸出距离为e+f的垂直上升部分和横向延伸部分。横向延伸部分与卫星盘凹口嵌合。在衬底和卫星盘的表面之间形成间隙c。满足a+b+c+t＝b+e+f的关系式，使得层流发生于挡圈的区域。

Description

用于制造III族氮化物薄膜的层流MOCVD装置
技术领域
本发明一般涉及用于制造III族氮化物半导体薄膜的MOCVD装置。更具体地说，本发明涉及具有改良后的层流(laminar flow)而用于形成III族氮化物薄膜的MOCVD装置，改良后的层流(laminar flow)可使生成薄膜的均匀性提升且使薄膜具有较少缺陷。
背景技术
III族氮化物半导体薄膜用于许多半导体和光电设备，包括晶体管，例如高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,HEMT)、发光二极管(light emittingdiodes,LED)和激光器(lasers)。如本文所指，术语“III族氮化物”系指呈薄膜形态的氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)及其在氮化物中具有不同金属元素比率的混掺物，例如氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(InAlGaN)和氮化铝铟(InAlN)。
金属有机化学气相沉积(Metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)制程，其常用于在加热的衬底上沉积III族氮化物薄膜。在MOCVD中，各种反应物，可被选择地与载流气体混合在一起以产生沉积在衬底表面上的III族氮化物反应物。III族元素的来源气体通常是金属有机物，其包括与一或多种有机材料结合的III族元素。
在商业规模的生产环境中，大衬底晶圆(substrate wafer)在多层III族氮化物材料的成长过程中作为支撑。但在大晶圆(其直径可达10厘米)的表面上很难保持可控的反应。例如，作为支撑的晶圆因其热分布不均匀，故在局部区域沉积速率的改变造成薄膜沉积不均匀。此外，点式晶圆支撑件(point wafer support)可能会划伤或以其他方式损坏衬底晶圆。其他晶圆夹持装置在气体反应物流动的状况下会在局部区域引发扰流(turbulence)，而此现象会不利于薄膜均匀度。当形成外延半导体膜时，局部区域的不规则性可能导致错位(dislocation)现象，且错位现象导致位错(slip)现象(即，外延薄膜的一部分会相对于外延薄膜的另一部分产生位移)，故这些影响薄膜均匀度的负面因素会被放大。这些缺陷会导致器件故障，降低制造良率。
因此，本领域需要改进用于沉积III族氮化物薄膜均匀性的MOCVD装置。
发明内容
本发明提供一种化学气相沉积装置，通过改善晶圆留置装置的区域内的反应物的流动条件，改良层流，提高III族氮化物沉积薄膜的均匀性。
具体而言，本发明提供了一种用于在衬底上制造氮基半导体层的化学气相沉积装置，其包括反应腔体和与反应腔体连通的真空泵。氮气源入口和III族元素气体源入口延伸入反应腔体。这些入口管可能是同一个入口管、分离的入口管、一或多个同心入口管，或可通过气室引入。晶圆载体转盘位于反应腔体内，且接收氮气源和III族元素气体源的混合物；并且其包括一或多个加热器，加热器位于晶圆载体转盘内或下方。
多个凹槽形成于晶圆载体转盘内；每一个凹槽包括卫星盘，其配置以接收厚度为t的衬底晶圆。周边挡圈与卫星盘配合，以将衬底晶圆保持在晶圆载体转盘内的凹槽内。
卫星盘的厚度为x，且其包括一个具有垂直凹口高度a的周边凹口，凹口以x-a＝b的厚度延伸。周边挡圈包括垂直上升部分和横向延伸部分。横向延伸部分与卫星盘的凹口嵌合。垂直上升部分以e+f的距离延伸。间隙c形成于衬底和卫星盘的表面之间。
卫星盘、间隙、衬底晶圆厚度和周边挡圈满足a+b+c+t＝b+e+f的关系式，使得在沉积III族氮化物半导体层的过程中，氮气源和III族元素气体源的层流发生于衬底晶圆区域中。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下具体实施方式能容易地理解本发明内容的各方面。应注意的是，各个特征可以不按比例绘制。实际上，为了便于论述，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
本发明的实施例在下文中可对照附图以进行更详细的描述，其中：
图1是根据一实施例的反应器的横截面侧视示意图；
图2示出衬底晶圆和晶圆载体的旋转情况的俯视图；
图3A-3C示出衬底晶圆、卫星盘、晶圆载体和周边挡圈之间的关系；
图4A-4C描绘了使用图1反应器的GaN薄膜的厚度轮廓；
图5是使用图1的反应器制造的半导体器件的横截面图。
具体实施方式
于全部的附图以及详细说明中，将使用相同的参考符号来表示相同或相似的部件。借由以下结合附图的详细描述，将可容易理解本发明内容的实施方式。
于空间描述中，像是“上”、“下”、“上方”、“左侧”、“右侧”、“下方”、“顶部”、“底部”、“纵向”、“横向”、“一侧”、“较高”、“较低”、“较上”、“之上”、“之下”等的用语，是针对某个组件或是由组件所构成的群组的某个平面定义的，对于组件的定向可如其对应图所示。应当理解，这里使用的空间描述仅用于说明目的，并且在此所描述的结构于实务上的体现可以是以任何方向或方式设置于空间中，对此的前提为，本发明内容的实施方式的优点不因如此设置而偏离。
此外，需注意的是，对于描绘为近似矩形的各种结构的实际形状，在实际器件中，其可能是弯曲的、具有圆形的边缘、或是具有一些不均匀的厚度等，这是由于器件的制造条件造成的。本发明内容中，使用直线以及直角绘示仅用于方便表示层体以及技术特征。
于下面的描述中，半导体器件以及其制造方法等被列为优选实例。本领域技术人员将能理解到，可以在不脱离本发明的范围以及精神的情况下进行修改，包括添加以及/或替换。特定细节可以省略，目的为避免使本发明模糊不清；然而，本发明内容是为了使本领域技术人员能够在不进行过度实验的情况下，实现本发明内容中的教示。
图1示意性地描绘了可用于执行MOCVD(metal organic chemical vapordeposition)的化学气相沉积装置10。具体地，图1的装置被配置成用来制备诸如氮化镓、氮化铝、氮化铟及其混掺物，其中混掺物例如为氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(InAlGaN)和氮化铝铟(InAlN)。装置10包括反应腔体20。反应腔体20通常是包括真空系统的真空腔体。真空系统包括一或多个真空泵30。真空泵包括排气通道40。真空泵在泵回期间藉由排气通道40排除空气和在薄膜沉积期间产生的废气。对于在大气环境下的化学气相沉积制程来说，真空泵可用于协助排除气体而不用在反应腔体20内抽真空。
为了沉积III族氮化物薄膜，提供氮气源45以及一或多个III族来源50。氮气源45可例如是氮、氨或其他含氮气体。一或多个III族来源50可例如是铟、镓或铝。示例性III族元素来源包括金属有机气体，例如三甲基铟(trimethyl indium)、三甲基镓(trimethylgallium)或三甲基铝(trimethyl aluminum)。镁可例如作为p型掺杂剂，其可以使用双环戊二烯基镁(bis-cyclopentadienyl magnesium,Cp2Mg)。硅可例如作为n型掺杂剂，其可以使用硅烷(silane)和二硅烷(disilane)。任选地，载流气体，例如氢或氮，可提供以形成金属有机气体。根据所选反应物，金属有机气体在加热时可分解为中间产物。中间产物将与氮气源气体(如氨)反应，并在衬底上形成III族氮化物层。额外气体可被添加于形成上述薄膜的过程中，以作为掺质(掺质的来源例如为，铁、硼、氟等)。然而，应当理解，这些气体只是示例，并且本发明的装置可以与任一种类的化学气相沉积反应物一起使用。
用于化学气相沉积制程的气体可以经由进气系统52进入。在一实施例中，进气系统可以是单一进气口；或者，其可包括两个或多个进气口。当使用两个或多个进气口时，可以使用同心进气口55的设计。在图中所描绘的同心实施例中，氮气源可通过中央进气口进入，且金属有机前驱气体伴随着氮气源在外管内流动；或者，上述气体源可以更换。当大量不同的来源气体和载流气体被使用时，进气系统52可选择性地包括一或多个气体支管；在后续沉积过程中的各种气体组合会用到不同的来源气体和载流气体，其连接到气体支管。如图1所示，可使用五进气口系统55。氮气源和金属有机源如图1所示地穿插设置。气体控制器47和49用于精确调节反应物的流量。如图所示，多个控制器可用于控制每一个进气口或一个控制器用于控制多个进气口。
气室57(如喷头气室)可被选择性地设置，以确保反应气体的均匀分布。然，当欲采用带电物种时，不同的气体分布技术可在反应腔体内使用。例如，可使用远程气体混合技术与远程等离子体产生技术，并依据所需的流动条件在反应腔体内搭配多种气体引入装置。在一些实施例中，可使用两个气室57，其中一个气室用于氮气源，一个气室用于III族气体源。或者是，反应气体可以通过反应腔体的侧面注入，以加强反应腔体内的层流。进一步来说，当执行等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition)时，反应器可选择性地包括等离子体产生电极。这些皆可与气室相关联，其中气室在反应物质进入反应腔体后用以激活反应物质。如图1所示，可使用五气体注入系统57，其包括交错分布的三个氮气源入口和两个金属有机源入口(或者，三个金属有机源入口和两个氮气源入口)。
晶圆载体转盘60支撑在转轴65上，以确保均匀的薄膜沉积。当反应腔体20在形状上近似圆柱形时，晶圆载体60在形状上近似圆形。晶圆载体可以由金属制成，例如不锈钢或钼，或者由石墨制成。可在晶圆载体上提供各种耐热涂层，包括诸如碳化硅和碳化钨的碳化物。用于高温工艺时，晶圆载体可包括一或多个加热器80。加热器80可位于晶圆载体内、邻近晶圆载体或在晶圆载体的底面上。加热器80可以是电阻加热器、感应加热器、辐射加热器或任何其他被证明有足够能量来执行高达约1300℃的反应的加热组件。转轴65延伸至反应腔体外部，并连接到可选择转速的可变驱动机构(未示出)。
晶圆载体60设有多个凹槽62，这些凹槽62形成在晶圆载体表面中。每一个凹槽62包括卫星盘70。卫星盘70用于保持衬底晶圆75。卫星盘配置于支撑晶圆并且可选择性地旋转，其可以选择由具有良好导热性能的材料制成，例如碳化硅(SiC)和涂布有SiC的石墨。晶圆由周边挡圈90固定。可使用多种机构使卫星盘70在晶圆载体凹槽62内旋转。如图所示，卫星盘可安装在转轴上或其他轴上以进行旋转；或者，晶圆载体凹槽62和卫星盘70之间的空间可以填充惰性气体(未示出)，惰性气体可用于卫星盘70的旋转过程。在图3A-3C的放大图中进一步详细描述了晶圆载体转盘60、凹槽62、卫星盘70、衬底晶圆75和周边挡圈90之间的关系。
图2是由周边挡圈90保持的晶圆载体60和衬底晶圆75的俯视图，显示了一个实施例中的旋转方向。如图所示，衬底晶圆和晶圆载体可选择性地以相同的方向旋转，他们也能够以相反的方向旋转。
图3A-3C描绘了卫星盘70和周边挡圈90的几个实施例，以及他们与晶圆载体60和可选衬底支撑件的关系。图3A描绘了卫星盘70、周边挡圈90和衬底75以及可选晶圆支撑件95的横截面侧视图。卫星盘的总厚度为x，其边缘凹口/周边槽具有横向延伸部分y和高度a。凹口厚度为x-a＝b。
周边挡圈90具有倒切凹口，其用于与卫星盘和衬底晶圆75嵌合。此凹口具有距离为k的高度和距离为m的横向延伸部分。任选地，周边挡圈90包括具有凹口高度为e和凹口长度为n的第二凹口。从第二凹口立起的是垂直上升部分f。因此，周边挡圈的总高度为e+f。然而，在一些实施例中，距离e+f可以为连续边缘的方式呈现而非e和n的切口部分。
在周边挡圈中，延伸至第二凹口之外的是横向延伸部分g，横向延伸部分沿表面y与卫星盘凹口嵌合。即，周边挡圈90的横向延伸部分g的长度小于卫星盘的横向延伸部分y的长度。周边挡圈的总垂直高度为e+f或h+k。
晶圆衬底75和卫星盘70的表面之间存在间隙c。在图3A的实施例中，此间隙填有多个晶圆支撑件95。在间隙c内，支撑件95可从卫星盘70的表面延伸。为了防止热应力和衬底损坏，支撑件95具有平面96，平面96大致平行于卫星盘70的表面和衬底晶圆75的后表面。任选地，衬底支撑件95的边缘可以是斜切边98。支撑件可近似等间距地设置在卫星盘的圆周附近；如图3A所示，总共设置六个衬底支撑件95。根据衬底晶圆75的尺寸，可以设置更多或更少的衬底支撑件。
为了维持衬底晶圆边缘77/周边挡圈90/晶圆载体凹槽边缘62区域的层流，卫星盘的总高度、衬底晶圆的厚度、卫星盘与衬底晶圆后表面之间的间隙厚度等于挡圈的总高度加上卫星盘的凹口高度。这两个总数应与晶圆载体60凹槽62深度d减去卫星盘和凹槽62底部之间的任一距离z相符。即，满足a+b+c+t＝b+e+f的关系式，从而使层流发生于在挡圈区域中。进一步说，上述等式两边的数值应等于d–z，使得不同表面与晶圆载体60的表面近似呈水平。
图3B描绘了另一实施例，其具有卫星盘70、周边挡圈90和衬底75以及可选晶圆支撑件97的横截面侧视图。在本实施例中，如图3B中的顶视图所示，晶圆支撑97在卫星盘的周边附近形成连续或半连续的支撑表面99。在本实施例中，支撑表面沿卫星盘圆周的至少70％延伸，优选地为大于80％或大于90％。支撑表面99实质上平行于卫星盘70的表面。在图3B的实施例中，由于衬底晶圆和支撑件之间的接触面积增加，故可额外地改善热应力。
在图3C的实施例中，在间隙c中不使用分离的晶圆支撑件，相反地，挡圈90被重新配置为具有更大的第一凹口高度h，使得周边挡圈的第一凹口来支撑衬底晶圆75。为了提供良好的热传递性能，周边挡圈90可以由石墨或碳化硅制成。或者，挡圈90可以由不锈钢或钼(molybdenum)制成。
图4A-4C示出使用本发明的MOCVD反应器在衬底75上所形成的氮化镓层。图4A示出与使用图3A所示的配置与常规MOCVD装置所制成的GaN薄膜轮廓的比较示意图。图4B为使用图3B所示的配置与常规MOCVD装置所制成的GaN薄膜轮廓的比较示意图，图4C为使用图3C所示的配置与常规MOCVD装置所制成的GaN薄膜轮廓的比较示意图。如图4A-4C所示，使用本发明的MOCVD反应器形成的薄膜，其薄膜厚度可分布地更均匀。
如上文所述，本发明的MOCVD反应器可用于制造各种装置。可在本发明的反应器中示例性地形成III族氮化物高电子迁移率晶体管100的III族氮化物层。如图5是根据本发明的一些实施例的半导体器件100的横截面图。半导体器件100包括衬底110、缓冲层120、半导体层130、半导体层132、栅极结构140、源极146、漏极148。
衬底110之示例性材料可包括，例如但不限于，硅(Si)、硅锗(SiGe)、碳化硅(SiC)、砷化镓、p掺杂硅、n掺杂硅、蓝宝石、绝缘体上半导体(诸如绝缘体上硅(silicon oninsulator,SOI))或其他适当材料，包括III族元素、IV族元素、V族元素或其组合。在一些实施例中，衬底110可包括一或多个其他特征，例如掺杂区、埋层、外延(epi)层或其组合。
缓冲层120设置在衬底110上。缓冲层120的示例性材料可包括，但不限于，氮化物或III-V族化合物，例如氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟镓(InAlGaN)或其组合。缓冲层120可以沉积在MOCVD反应器10中，并用于减少衬底110和在缓冲层120上方形成的层(例如，在其上外延形成)之间的晶格和热失配，从而修补由于失配而产生的缺陷。即，通过缓冲层120，减少了错位和缺陷的产生。缓冲层可以是具有相同或不同组成的单层或多层，并且可以是在不同条件下沉积的相同材料。
半导体层130设置在缓冲层120上。半导体层130的示例性材料可包括，但不限于，氮化物或III-V族化合物，例如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、InxAlyGa(1–x–y)N其中x+y≤1，AlyGa(1–y)N其中y≤1。半导体层132设置在半导体层130上。半导体层132的示例性材料可包括，但不限于，氮化物或III-V族化合物，例如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、InxAlyGa(1–x–y)N，其中x+y≤1、AlyGa(1–y)N其中y≤1。层130可使用MOCVD反应器10来沉积。
可选择半导体层130和132的示例性材料，使得半导体层132的带隙(即，禁带宽度)大于半导体层130的带隙，此使其间的电子亲合力不同。举例来说，当半导体层130是具有约3.4ev的带隙的未掺杂氮化镓层时，半导体层132可以是具有约4.0ev的带隙的氮化铝镓层。因此，半导体层130和132分别用作沟道层和势垒层。在沟道层和势垒层之间的结合界面处产生三角形阱电势，使得电子在三角形阱电势中积聚，从而在相同界面处产生二维电子气(two-dimensional electron gas,2DEG)区域134。因此，半导体器件100可以用作高电子迁移率晶体管(high-electron-mobility transistor,HEMT)。
栅极结构140设置在半导体层132上。在本实施例中，栅极结构140包括p型掺杂的III-V族化合物层/氮化物半导体层142和导电栅极144。p型掺杂的III-V族化合物层/氮化物半导体层142与半导体层132形成界面。导电栅极144堆叠于p型掺杂的III-V族化合物/氮化物半导体层132上。栅极结构140可进一步包括p型掺杂的III-V族化合物/氮化物半导体层142与导电栅极144之间的介电结构(未示出)，其中介电结构可由一或多层介电材料形成。
在图5的实施例中，半导体器件100是增强模式器件(enhancement mode device)。当导电栅极144约处于零偏压(zero bias)时，其处于常闭状态(normally-off state)。具体地，p型掺杂的III-V族化合物/氮化物半导体层142与半导体层132形成p-n结以耗尽2DEG区域134，使得对应于栅极结构140下方的位置的2DEG区域134的区块具有不同的特性(例如，与2DEG区域134的其余部分不同的电子浓度)，因而被阻断。
由于这种机制，半导体器件100A具有常闭特性(normally-off characteristic)。换言之，当未施加电压到栅极144或施加到栅极144的电压小于阈值电压(即，在栅极结构140之下形成反转层所需的最小电压)时，栅极结构140下方的2DEG区域134的区块持续被阻断，因此没有电流流过。此外，通过提供p型掺杂的III-V族化合物/氮化物半导体层142，栅极漏电流可被降低并且在关断状态期间的阈值电压增加。
p型掺杂的III-V族化合物层142的示例性材料可包括，但不限于，p型掺杂的III-V族氮化物半导体材料，例如p型氮化镓(p-type GaN)、p型氮化铝镓(p-type AlGaN)、p型氮化铟(p-type InN)、p型氮化铝铟(p-type AlInN)、p型氮化铟镓(p-type InGaN)、p型氮化铝铟镓(p-type AlInGaN)或其组合。在一些实施例中，通过使用p型杂质(例如铍(Be)、镁(Mg)、锌(Zn)和镉(Cd))来实现p掺杂材料。在一个实施例中，半导体层130包括未掺杂的氮化镓(GaN)且半导体层132包括氮化铝镓(AlGaN)，且p型掺杂的III-V族化合物层142为p型氮化镓(p-type GaN)，其可向上弯曲底层能带结构并耗尽2DEG区域134的对应区块，从而将半导体器件100A置于关断状态。或者，栅极144可以直接沉积在层132上，从而形成常开器件(normally on device)。
导电栅极144的示例性材料可以是金属或金属化合物，例如但不限于钨(W)、金(Au)、钯(Pd)、钛(Ti)、钽(Ta)、钴(Co)、镍(Ni)、铂(Pt)、钼(Mo)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、其他金属化合物、氮化物、氧化物、硅化物、掺杂半导体、金属合金或其组合。可选介电结构可包括，例如但不限于，一或多个氧化物层、SiOx层、SiNx层、高k介电材料(例如，二氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、氧化锆铪(HfZrO)、三氧化二钽(Ta2O3)、硅酸铪(HfSiO4)、二氧化锆(ZrO2)、氧化硅铪(ZrSiO2)等)或其组合。
源极146和漏极148设置在半导体层132上，并且位于栅极结构140的两个相对两侧(即，栅极结构140位于源极146和漏极148之间)。在图5的示例性图示中，源极146和漏极148相对于栅极结构140不对称，其中源极146比漏极148更接近栅极结构140。本发明不限于此，并且源极146和漏极148的配置是可调整的。源极146和漏极148的示例性材料可包括，例如但不限于，金属、合金、掺杂半导体材料(例如掺杂晶体硅)、其他导体材料或其组合。
如美国专利号10833159所公开，额外的p型掺杂区域可设于漏极下方或其附近区域，其公开内容通过引用而并入本文。
半导体器件100还包括一或多个介电层160，其设置在半导体层132上并覆盖栅极结构140。在一些实施例中，介电层160用作钝化层以保护底层组件或层。在各种实施例中，介电层160具有处于最上方的平坦表面，此表面能够做为在形成介电层160之后的步骤中所形成的层的平坦基底。介电层160的示例性材料可以包括，但不限于，例如氮化硅(SiNX)、氧化硅(SiOX)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、碳化硅(SiC)、氮化硅硼(SiBN)、氮化碳硅硼(SiCBN)、氧化物、氮化物、氧化物、氮化物或其组合。在一些实施例中，介电层160是多层结构，例如如氮化铝/氮化硅(Al2O3/SiN)、氧化铝/二氧化硅(Al2O3/SiO2)、氮化铝/氮化硅(AlN/SiN)、氮化铝/二氧化硅(AlN/SiO2)或其组合的复合介电层。
半导体器件100还可选地包括源极场板162、第一通孔164和第二通孔168。源极场板162设置在源极146上。第一通孔164在源极场板162和源极146之间。漏极场板166设置在漏极148上。第二通孔168在漏极场板166和漏极148之间，其中，相对于第二半导体层132来说，源极和漏极场板162和166高于栅极结构140。
源极场板162从源极146上方的位置延伸到栅极结构140上方的位置，在一些实施例中，源极场板162的延伸长度大于源极146到栅极结构140的距离。即，源极场板162在半导体层132上的垂直投影落在栅极结构140在半导体层132上的垂直投影内。第一通孔164连接源极146和源极场板162，使得源极146和源极场板162彼此电耦合。
漏极场板166从漏极148上方的位置延伸到栅极结构140上方的位置。在一些实施例中，漏极场板166的延伸长度小于从漏极148到栅极结构140的距离。即，栅极结构140在半导体层132垂直投影在漏极场板66在半导体层132上的垂直投影之外。第二通孔168连接漏极148和漏极场板166，使得漏极148和漏极场板166彼此电耦合。
这些源极场板和漏极场板162和166改变源极和漏极区的电场分布，并影响半导体器件100的击穿电压。换句话说，源极和漏极场板162和166抑制所需区域的电场分布，并降低其峰值。源极和漏极场板162和166的示例性材料可以包括，例如但不限于，金属、合金、掺杂半导体材料(例如掺杂晶体硅)、其他适当的导体材料或其组合。
本发明的以上描述是为了达到说明以及描述目的而提供。本发明并非意图全面性地或是将本发明限制成上所公开的精确形式。意图详尽无遗或仅限于所公开的精确形式。对于本领域技术人员来说，显着地，可存在许多修改以及变化。
以上实施方式是经挑选并配上相应描述，以为了尽可能地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解到，本发明的各种实施方式以及适合于预期特定用途的各式修改。
如本文所用且未另行定义的术语，像是“实质上地”、“实质的”、“近似地”以及“约”，其为用于描述以及解释小的变化。当与事件或状况一起使用时，术语可以包括事件或状况有精确发生的示例，以及事件或状况近似发生的示例。例如，当与数值一起使用时，术语可以包含小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％，小于或等于±0.1％，或小于或等于±0.05％。对于术语“实质共面”，其可指在数微米(μm)内沿同一平面定位的两个表面，例如在40微米(μm)内、在30μm内、在20μm内、在10μm内，或1μm内沿着同一平面定位。
如本文所使用的，除非上下文另有明确规定，否则单数术语“单个”、“一个”以及“所述单个”可包括复数参考词。在一些实施方式的描述中，所提供的在另一组件“上方”或“上面”的组件可以包括的状况有，前一组件直接在后一组件上(例如，与后一组件有物理接触)的状况，以及一或多个中介组件位于前一组件以及后一组件之间的状况。虽然已经参考本发明内容的具体实施方式来描述以及说明本发明内容，但是这些描述以及说明并不受到限制。本领域技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所定义的本发明内容的真实精神以及范围的情况下，可以进行各种修改以及替换为等效物。附图并非一定是按比例绘制而成的。由于制造工艺以及公差的因素，本发明内容中所呈现的工艺与实际器件之间可能存在区别。本发明内容的其他实施方式可能没有具体说明。说明书以及附图应当视为是说明性的，而不是限制性的。可作出修改以使特定情况、材料、物质组成、方法或工艺能够适应本发明内容的目的、精神以及范围。所有这些修改都会落在本文所附权利要求的范围内。虽然本文所揭露的方法是通过参照特定顺序执行特定操作来描述的，但是应当理解，可以进行组合、子划分或重新排序这些操作，以形成等效的方法，并且此并不会脱离本发明的教示。因此，除非在此有特别指出，否则，此些操作的顺序以及分组是不受限制的。

Claims (18)

1.一种用于在衬底上制造氮基半导体层的化学气相沉积装置，其特征在于，包括：
反应腔体；
真空泵，与所述反应腔体连通；
一或多个氮气源入口，延伸入所述反应腔体；
一或多个III族元素气体源入口，延伸入所述反应腔体；
晶圆载体转盘，位于所述反应腔体内，以接收由所述氮气源和所述III族元素气体源混合而成的混合物；
一或多个加热器，位于所述晶圆载体转盘内或其下方；
多个凹槽，形成于所述晶圆载体转盘内，每一个所述凹槽包括：
卫星转盘，配置以接收厚度为t的衬底晶圆；
周边挡圈，与所述卫星转盘配合，以将所述衬底晶圆保持在所述晶圆载体转盘内的凹槽内；
所述卫星转盘具有的厚度为x，且具有垂直凹口高度为a的周边凹口，所述凹口延伸出的凹口厚度为x-a＝b；
所述周边挡圈包括垂直上升部分和横向延伸部分，所述横向延伸部分与所述卫星转盘的凹口嵌合，所述垂直上升部分延伸出e+f的距离；
所述衬底与所述卫星转盘的表面之间的间隙为c；
所述卫星转盘、所述间隙、所述衬底晶圆厚度和所述周边挡圈满足a+b+c+t＝b+e+f的关系式，使得在沉积Ⅲ族氮化物半导体层的过程中，所述氮气源和所述Ⅲ族元素气体源的层流发生在于所述衬底晶圆的所述区域。
2.根据权利要求1的化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述间隙包括具有高度为c的衬底晶圆支撑件。
3.根据权利要求2的化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述衬底晶圆支撑件具有衬底晶圆接触面，其近似平面且近似平行于与所述卫星转盘的表面。
4.根据权利要求3的化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述衬底晶圆支撑件是多个独立的衬底晶圆支撑件，其从所述卫星转盘的表面垂直地延伸，所述表面邻近于所述卫星转盘的所述周边。
5.根据权利要求4的化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述多个独立的衬底晶圆支撑件包括至少六个独立且近似于等间距设置的衬底晶圆支撑件。
6.根据权利要求3的化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述衬底晶圆支撑件具有连续或半连续的支撑表面，所述连续或半连续的支撑表面沿着所述卫星盘的所述圆周的至少70％延伸。
7.根据权利要求3的化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述衬底晶圆支撑件包括从所述近似平面的衬底晶圆接触表面引导出的斜切边。
8.根据权利要求1的化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述周边挡圈包括凹口，所述凹口配置以接收和支撑所述衬底晶圆。
9.根据权利要求8的化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述周边挡圈的凹口具有横向延伸部分和垂直延伸部分，所述横向延伸部分嵌合于所述卫星转盘的凹口的横向延伸部分。
10.根据权利要求1所述化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述多个凹槽的每个凹槽深度为d，所述卫星盘与所述凹槽的底部之间的距离为z，其中，所述其凹槽深度d等于所述卫星盘与所述周边挡圈的b+e+f。
11.根据权利要求1所述化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述卫星转盘通过气体而旋转。
12.根据权利要求1所述化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述卫星转盘通过主轴而旋转。
13.根据权利要求1的化学气相沉积装置，其特征在于，还包括引入气体的气室，其与一或多个氮气源入口和一或多个III族元素气体源入口相通。
14.根据权利要求13所述化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述引入气体的气室具有多个侧开口，用于引入平行于所述卫星盘的气流。
15.根据权利要求14的化学气相沉积装置，其特征在于，其中多个侧开口包括至少五个开口。
16.根据权利要求1所述化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述卫星转盘以与所述晶圆载体转盘相同的旋转方向旋转。
17.根据权利要求1所述化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述卫星转盘包括碳化硅。
18.根据权利要求1所述化学气相沉积装置，其特征在于，其中所述卫星转盘包括涂有碳化硅的石墨。
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