CN115786873A - 半导体制造设备、腔体总成、及成长iii族氮化物的方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种半导体制造设备、腔体总成、及成长III族氮化物的方法。半导体制造设备包括腔体、流体供应口、多个载体、及第一盖板。流体供应口设置在腔体内。多个载体设置在腔体内且围绕流体供应口。第一盖板环绕流体供应口并设置在流体供应口及载体之间，其中第一盖板具有大体上平坦的表面。

Description

半导体制造设备、腔体总成、及成长III族氮化物的方法

技术领域

本公开涉及一种半导体制造设备、腔体总成、及成长III族氮化物的方法，并且更具体地涉及一种包含改良后的平坦盖板的半导体制造设备、腔体总成、及使用具有改良后的平坦盖板的半导体制造设备成长III族氮化物的方法。

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(lightemittingdiodes,LED)和激光器(lasers)。如本文所指，术语“III族氮化物”是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。

发明内容

根据本公开的一些实施例，一种半导体制造设备包括：腔体、流体供应口、多个载体、及第一盖板。流体供应口设置在所述腔体内。多个载体设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口。第一盖板环绕所述流体供应口并设置在所述流体供应口及所述载体之间，其中所述第一盖板具有大体上平坦的表面。

根据本公开的一些实施例，一种腔体总成包括：腔体、流体供应口、多个载体、及第一盖板。流体供应口设置在所述腔体内。多个载体设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口。第一盖板环绕所述流体供应口并设置在所述流体供应口及所述多个载体之间，其中所述第一盖板的侧缘包括阶梯状结构，所述第一盖板的顶面与所述多个载体中任一者的顶面大抵齐平。

根据本公开的一些实施例，一种成长III族氮化物的方法包括：提供衬底至根据上述的腔体总成中的所述多个载体中任一者上，所述衬底经配置以使其顶面与所述第一盖板的所述顶面大抵齐平；向所述流体供应口提供成长III族氮化物的前驱物。

根据本公开的一些实施例，一种半导体制造设备包括：腔体、流体供应口、多个载体、及多个第一盖板。流体供应口设置在所述腔体内。多个载体设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口，其中所述多个载体中任一者包括凹槽和围绕所述凹槽的侧壁及外周缘部。多个第一盖板设置在所述流体供应口及所述多个载体之间，并且环绕所述流体供应口，其中所述多个第一盖板中相邻二者之间包括第一盖板间隙。所述第一盖板间隙设置在所述流体供应口的中心对所述多个载体中任一者的所述侧壁的切线与所述流体供应口的中心对所述多个载体的相邻的另一者的所述侧壁的切线之间。

根据本公开的一些实施例，一种腔体总成包括：腔体、流体供应口、多个载体、及多个第一盖板。流体供应口设置在所述腔体内。多个载体设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口。多个第一盖板设置在所述流体供应口及所述多个载体之间，并且环绕所述流体供应口，其中所述多个第一盖板中相邻二者之间包括第一盖板间隙。所述多个载体中的至少一者位于所述流体供应口的中心与所述第一盖板间隙中任一者的第一连线与所述流体供应口的中心与所述第一盖板间隙的相邻另一者的第二连线之间。

根据本公开的一些实施例，一种成长III族氮化物的方法包括：提供衬底至根据上述的腔体总成中的所述多个载体中任一者上，所述衬底经配置以使其顶面与所述多个第一盖板中任一者的顶面大抵齐平；向所述流体供应口提供成长III族氮化物的前驱物。

本公开提供一种半导体制造设备。此半导体制造设备包括腔体、流体供应口、多个载体、及第一盖板，其中此第一盖板环绕着流体供应口并设置在流体供应口及用于承载衬底之载体之间。本公开所提供的第一盖板具有大体上平坦的表面，使得流向待处理衬底之流体的流动可维持稳定，以避免第一盖板之接缝引起的温度分布不均之问题，并减少接缝处的气流所带来的杂质。从而改善衬底表面的温场均匀性和减少杂质数量。

附图说明

当与附图一起阅读以下详细描述时，可以根据以下详细描述容易地理解本公开的各方面。经审慎考虑的是，各种特征可能未按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚起见，可以任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的截面图。

图2A是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的俯视图。

图2B是图2A的半导体制造设备的局部的放大图。

图2C是图2B的半导体制造设备的局部的截面图。

图3A是图2A的半导体制造设备的截面图。

图3B是图2A的半导体制造设备的截面图。

图4A是图2A的半导体制造设备的局部的放大图。

图4B是图2A的半导体制造设备的局部的放大图。

图5是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的俯视图。

图6是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的俯视图。

图7是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的局部俯视图。

图8是使用图7的半导体制造设备时的衬底的温场分布图。

图9是使用本公开的一些实施例的半导体制造设备所制造的外延片上的杂质分布图。

图10是使用本公开的一些实施例的半导体制造设备所制造的外延薄膜厚度分布图。

图11A是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的局部俯视图。

图11B是图11A的半导体制造设备的局部的放大图。

图11C是图11B的半导体制造设备的局部的截面图。

图11D是图11B的半导体制造设备的局部的截面图。

图12A是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的局部俯视气流示意图。

图12B是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的局部俯视气流示意图。

图12C是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的局部俯视气流示意图。

图13是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的局部俯视图。

图14是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的局部俯视图。

图15A是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的局部俯视图。

图15B是使用图15A的半导体制造设备时的局部的气流示意图。

图16是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的局部俯视图。

图17是使用图16的半导体制造设备时的气流示意图。

图18是使用图16的半导体制造设备时的俯视图。

图19是使用图16的半导体制造设备时的温场分布图。

图20是使用本公开的一些实施例的半导体制造设备所制造的外延片上的杂质分布图。

图21是使用本公开的一些实施例的半导体制造设备所制造的外延薄膜厚度分布图。

贯穿附图和具体实施方式，使用共同的附图标记来指示相同或类似的组件。根据以下结合附图进行的详细描述，本公开将更加明显。

具体实施方式

以下公开提供了用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。以下描述了组件和布置的具体实例。当然，这些仅是实例并且不旨在是限制性的。在本公开中，对在第二特征之上或上方形成或设置第一特征的引用可以包含将第一特征和第二特征被形成或设置为直接接触的实施例，并且还可以包含可以在第一特征与第二特征之间形成或设置另外的特征使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本公开可以在各个实例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清晰的目的并且并非用于限定所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

下文详细讨论了本公开的实施例。然而，应当理解的是，本公开提供了许多可以在各种各样的特定环境下具体化的适用概念。所讨论的具体实施例仅是说明性的，而不限制本公开的范围。

本公开提供一种半导体制造设备。此半导体制造设备包括腔体、流体供应口、多个载体、及第一盖板，其中此第一盖板环绕着流体供应口并设置在流体供应口及用于承载衬底的载体之间。在一些实施例中，此半导体制造设备包括腔体、流体供应口、多个载体、及多个第一盖板，其中此多个第一盖板围绕着流体供应口并设置在流体供应口及用于承载衬底的载体之间。本公开所提供的第一盖板具有大体上平坦的表面，以避免第一盖板的接缝引起的温度分布不均、气流方向紊乱的的问题。从而改善衬底表面的温场均匀性和减少杂质数量。本文中，术语A"环绕"B是指在俯视图中，描述连续组件A包围组件B的态样，连续组件A可以360°的圆周角包围组件B，可以<360°的圆周角包围组件B；连续组件A可完全包围组件B，可不完全包围组件B。本文中，术语A"围绕"B是在俯视图中，描述分散组件A包围组件B的态样，分散组件A可以360°的圆周角包围组件B，可以<360°的圆周角包围组件B；分散组件A可完全包围组件B，可不完全包围组件B。

图1是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备的截面图。具体而言，图1示意性地描绘了可用于执行化学气相沉积的装置10。图1示意性地描绘了可用于执行有机金属化学气相沉积的化学气相沉积装置10。

根据本公开的一些实施例，图1的装置10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包括腔体20。腔体20包括反应腔体。腔体20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。真空泵在设备运行期间藉由排气通道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腔体20内抽真空。

为了沉积III族氮化物薄膜，提供氮源60以及一或多个III族来源50。氮源60包含例如氮、氨或其他含氮气体。一或多个III族来源50包含例如铟、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)，以作为前驱物。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。中间产物将与氮源(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流体供应口70进入。流体供应口70亦可为一种进气系统。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72的设计。在图中所描绘的同心实施例中，氮源可通过中央进气口进入，且金属有机前驱气体伴随着氮源在外管内流动；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，流体供应口70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72。氮源和金属有机源如图1所示地穿插设置。气体控制器74和76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78(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78，其中一个气室用于氮源，一个气室用于III族气体源。或者是，反应气体可以通过腔体的侧面注入，以加强腔体内的层流。进一步来说，当执行金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备，这些皆可与气室相关联，其中气室在反应物质进入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78，其包括交错分布的三个氮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源入口)。

支撑结构80支撑在转轴82上，其可为转盘以确保均匀的薄膜沉积。当腔体20在形状上近似圆柱形时，支撑结构80在形状上近似圆形。支撑结构可以由金属制成，例如不锈钢或钼，或者由石墨制成。可在支撑结构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，支撑结构可包括一或多个加热器84。加热器84可位于衬底载体内、邻近衬底载体或在衬底载体的底面上。加热器84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82延伸至腔体外部，并连接到可选择转速的可变驱动机构(未示出)。

支撑结构80设有多个凹槽86，这些凹槽86形成在支撑结构80表面中。每一个凹槽86包括载体90。载体90用于承载衬底w。载体90配置于支撑衬底w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。载体90的外周缘部94定义出凹槽96及环绕凹槽96的侧壁92，侧壁92固定衬底w。换言之，载体90的外周缘部94亦环绕凹槽96。可使用多种机构使载体90在支撑结构80的凹槽86内旋转。如图1所示，载体90可对于流体供应口70的中心分布，载体90可对于流体供应口70的中心对称分布，载体90可对于流体供应口70的中心呈卫星形式分布，载体90可安装在转轴上或其他轴上以进行旋转。或者，支撑结构80的凹槽86和载体90之间的空间可以填充惰性气体及/或氢气(未示出)，惰性气体可用于载体90的旋转过程。在一些实施例中，在流体供应口70供应流体的情况下，支撑结构80及载体90同时以相同方向自转。或者，支撑结构80及载体90同时以相反方向自转。

图2A是根据本公开的一些实施例的装置10的正面上视图。为了说明的目的，图2A省略了图1中的部分特征或组件的标号。图2A进一步绘示出环绕流体供应口70并设置在流体供应口70及多个载体90之间的盖板110。盖板110以360°的圆周角完全环绕流体供应口70的外围。盖板110的材料包括石墨，且盖板110可包括SiC涂层。根据本公开的一些实施例，盖板110包括无缝的顶面，盖板110是一体成形的，盖板110具有大体上平坦的表面，以避免盖板的接缝引起的温度分布不均、气流方向紊乱的问题。本文中，术语"一体成形"是指此对象属于一个整体，并非由数个组件组装而成。术语"一体成形"是指由同一道工序形成的组件。

图2A还绘示出盖板150及盖板160。盖板150设置在盖板160之间。多个盖板150分别设置在多个盖板160之间。多个盖板150邻接环绕流体供应口70的盖板110。盖板160设置在载体90与腔体20的内壁22之间。多个盖板160分别设置在多个载体90与腔体20的内壁22之间。

盖板150邻接盖板110的接缝G1是设置在相邻的载体90之间的最小距离处。多个盖板150邻接盖板110的多个接缝G1是设置在相邻的多个载体90中的二者之间的最小距离处，以降低来源气体和载流气体流经接缝G1所造成的气流扰动。接缝G1是大抵设置在相邻载体90的中心的连线处。多个接缝G1是大抵设置在相邻的多个载体90中的二者的中心的连线处。接缝G1与相邻载体90的中心的连线相交。

图2A所绘示的半导体制造设备10包括相对于流体供应口70的中心分布的五个载体90。五个载体90相对于流体供应口70的中心呈对称分布。载体90作为衬底支撑盘。应注意的是，图2A虽仅示出五个载体90，但载体90的数量并不以此为限，例如可为六、七、八、九、十个，或更多。换言之，载体90的数量可多余五个或多于八个，故图2A中的部分载体90是以虚线来描绘其分布位置。

图2B是图2A的半导体制造设备10的盖板110的放大图。盖板110的侧缘包括与载体90接合的结构。本文中，术语"接合"包括例如但不限于：榫接或搭接，榫接为剖面线为"凹"及"凸"字型或类似的接合方式；搭接为阴/阳阶互补的阶梯状结构的接合方式。盖板110的侧缘包括阶梯状结构。盖板110的侧缘包括与载体90接合的阶梯状结构。盖板110包括与载体90接合的阶梯状侧缘114，以使盖板110与多个载体90一起具有大抵齐平的顶面。盖板110的顶面与载体90的顶面大抵齐平。盖板110具有阶梯状侧缘114以与多个载体90的各自外周缘部94的顶面接合为大抵齐平。盖板110具有阶梯状侧缘114以与多个载体90中任一者的外周缘部94的顶面接合为大抵齐平。盖板110包括凸缘116以与设置在盖板160之间的盖板150接合。

具体而言，图2C是图2B的盖板110的截面C-C图，其绘示出盖板110的凸缘116。在一些实施例中，盖板150的周缘包括与盖板110的凸缘116互补的阶梯状结构以与盖板110的凸缘116接合。

图2A中的截面A-A是从设置在腔体20的中心的流体供应口70经过盖板110及盖板150的截面图，其截面将绘示于图3A。图2A中的部分200包含流体供应口70、盖板110、及盖板150的部分，其放大图将绘示于图4A。图2A中的截面B-B是从设置在腔体20的中心的流体供应口70经过盖板110、载体90、及盖板160的截面图，其截面将绘示于图3B。图2A中的部分300包含流体供应口70、盖板110、及载体90的部分，其放大图将绘示于图4B。

图3A是图2A的半导体制造设备10的截面A-A图。流体供应口70可朝向腔体20的内壁22供应来自III族来源50的来源气体和来自氮源60的载流气体，其气流方向以箭头F所示。在截面A-A中，气流方向F自流体供应口70流经盖板110及盖板150。在一些实施例中，盖板110及盖板150之间的接缝G1可能造成对气流方向F的干扰，故如图3A中的气流方向F在流经接缝G1后是以虚线表示。

图3B是图2A的半导体制造设备10的截面B-B图。在截面B-B中，气流方向F自流体供应口70流经盖板110及外载体90而朝向腔体20的内壁22。在一些实施例中，盖板110的顶面112与载体90的外周缘部94大抵齐平且紧密接合，使得气流方向F在流经顶面112与外周缘部94可大抵保持平稳。载体90的外周缘部94定义出凹槽96及环绕凹槽96的侧壁92。侧壁92用以固定衬底w。在一些实际操作如图2A所示的装置10的实施例中，衬底w放置在载体90的凹槽96内，在此情况下，盖板110的顶面112、载体90的外周缘部94、及衬底w的顶面大抵齐平，盖板110的顶面112、载体90的外周缘部94、及衬底w的顶面紧密接合，使得气流方向F在流经时大抵保持平稳。

图4A是图2A中的部分200的放大图，其涵盖截面A-A的部分。气流方向F自流体供应口70流经盖板110的顶面112、接缝G1、及盖板150。在一些实施例中，盖板110的顶面112及盖板150之间的接缝G1造成气流方向F的干扰，即如图4A中的气流方向F在流经接缝G1后的虚线部分所表示。

图4B是图2A中的部分300的放大图，其涵盖截面B-B的部分。在一些实际操作装置10的实施例中，衬底w放置在载体90的凹槽96内，侧壁92固定衬底w。在此情况下，盖板110的顶面112、载体90的外周缘部94、及衬底w的顶面可大抵齐平且紧密接合。盖板110的顶面112及载体90的外周缘部94的顶面大抵齐平。盖板110的顶面112及载体90的外周缘部94紧密接合。载体90的外周缘部94的顶面及衬底w的顶面大抵齐平。使得气流方向F在流经时可大抵保持平稳。在一些实施例中，相较之下，盖板110的顶面112与载体90的外周缘部94之间的接缝G2远小于接缝G1的宽度，例如接缝G2的宽度可小于接缝G1的宽度的约45％至55％期间，例如约50％，故气流方向F在流经接缝G2时大体上不受影响。

图5是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备500的俯视图，设备500与设备10大抵相同，差异在于如下文所述。盖板510延伸至多个盖板160之间。多个盖板550邻接盖板510，多个盖板550与盖板510之间具有多个接缝G1'。多个盖板550中之一者与盖板510之间具有接缝G1'。每一盖板550与盖板510之间具有接缝G1'。多个盖板160与多个载体90的接缝g与接缝G1'相接。盖板160中之一者与载体90之间的接缝与接缝G1'相接。接缝G1'是设置在邻接盖板160与载体90的接缝g处。盖板550邻接盖板510的接缝G1'与邻接盖板160与载体90的接缝g对齐。多个盖板550邻接盖板510的多个接缝G1'与邻接多个盖板160与多个载体90的接缝g对齐。盖板550邻接盖板510的接缝G1'设置在邻接盖板160与载体90的接缝g处，多个盖板550邻接盖板510的多个接缝G1'设置在邻接多个盖板160与多个载体90的接缝g处，以降低来源气体和载流气体流经接缝G1'所造成的气流扰动对设置于载体90上的待处理衬底在制程中所造成的影响。

图6是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备600的俯视图，设备600大抵上相同于设备10，差异仅在于如下文所述。盖板610延伸环绕多个载体90。在大抵上平行于盖板610顶面的方向上，盖板610完全包围载体90。在大抵上平行于盖板610顶面的方向上，盖板610以360°的圆周角环绕载体90。半导体制造设备600的盖板610提供流体自流体供应口70流至设置于载体90上的待处理衬底的大抵上平坦的路径，盖板610提供流体自流体供应口70流至设置于载体90上的待处理衬底的大抵无接缝的路径，使得流经待处理衬底的表面的气流保持平稳，从而改善衬底表面的温场均匀性和减少杂质数量。

图7是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备10的局部俯视图。图7对应至图2A的设备10的局部，其仅绘示出流体供应口70、部分盖板110'、及载体90。图7仅绘示出部分盖板110'(例如盖板110的部分)。在一些实施例中，图7也可对应至图5的设备500或图6的设备600的局部。部分盖板110'可以是盖板510或盖板610的部分。

在图7中，部分盖板110'的顶面、载体90的外周缘部94、及衬底w的顶面可大抵齐平且紧密接合。部分盖板110'的顶面与载体90的外周缘部94的顶面大抵齐平。部分盖板110'与载体90的外周缘部94紧密接合。载体90的外周缘部94的顶面与衬底w的顶面大抵齐平。使得气流方向F在流经时可大抵保持平稳，从而改善衬底表面的温场均匀性和减少杂质数量。

具体而言，图8是使用如图7的半导体制造设备10时的温场分布图。图8是依据图7中的截面T1-T1所绘示出的温度变化。由于半导体制造设备10所包含的部分盖板110'(例如盖板110、510、或610的部分)在气流自流体供应口70流向衬底w的路径上为大体上平坦，来源气体和载流气体可自流体供应口70以平稳的气流方向F流经盖板110、510、或610与载体90而至衬底w。由于半导体制造设备10所包含的部分盖板110'(例如盖板110、510、或610的部分)在气流自流体供应口70流向衬底w的路径上为大体上无接缝，来源气体和载流气体可自流体供应口70以平稳的气流方向F流至衬底w。故图8所绘示出截面T1-T1的温度曲线是大抵无变化的。

图9是使用本公开的一些实施例的半导体制造设备所制造的外延片上的杂质分布图。本文中，术语"衬底"包含"外延片"的态样，外延片是指在衬底上长出新结晶所制成包含新半导体层的衬底。本文中，术语"杂质"是指不欲的反应产物，可为温度或气流扰动所衍生的副反应产物或析出物。在一些实施例中，图9所示的衬底w是藉由如图2A、5、或6所示的半导体制造设备10、500、或600所制造。

藉由使用例如图2A、5、或6所示的半导体制造设备10、500、或600来处理衬底，由于半导体制造设备中的配置避免在流体供应口及承载衬底的载体之间的盖板110、510、或610上形成接缝，以在衬底的制造过程中提供自流体供应口流出至待处理衬底的气体的路径为大体上平坦的表面，可形成如图9中的衬底w。具体而言，仅有微量的杂质分布在衬底w的表面上。

图10是使用本公开的一些实施例的半导体制造设备所制造的外延薄膜厚度分布图。在一些实施例中，图10所示的衬底是藉由如图2A、5、或6所示的半导体制造设备10、500、或600所制造。

藉由使用例如图2A、5、或6所示的半导体制造设备10、500、或600来处理衬底，由于在衬底的制造过程中提供自流体供应口流出至待处理衬底的气体的路径为大体上平坦的表面，故可利用稳定的气流形成如图10中的衬底。具体而言，图10中的衬底在沉积过程中具有较佳的衬底表面的温场均匀性，进而使得所生成的薄膜具有改良的厚度及/或成分的均匀度。

图11A是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备700的局部俯视图，设备700大抵上相同于设备10，差异仅在于如下文所述。半导体制造设备700包括设置在腔体内的流体供应口70、围绕流体供应口70的多个载体90、设置在流体供应口70及多个载体90之间的多个盖板710、设置在多个载体90中任一者与内壁22之间的盖板160、设置在相邻盖板160之间的盖板150、邻接多个盖板710中任一者的盖板150。

在图11A中，多个盖板710围绕分布在流体供应口70周围，其中多个盖板710之间包括盖板间隙G3，多个盖板710的每二者之间包括盖板间隙G3，相邻盖板710之间包括盖板间隙G3。在一些实施例中，盖板间隙G3的态样并不局限于直线状，其可为锯尺状、弧线、波浪状等样态。盖板间隙G3在自流体供应口70朝向内壁22的方向上延伸。盖板间隙G3设置在流体供应口70的中心对多个载体90的一者的凹槽96的侧壁92的切线L1与流体供应口70的中心对多个载体90的相邻的另一者的凹槽96的侧壁92的切线L2之间。盖板间隙G3大抵上设置在切线L1与切线L2之间的分角线上。在一些实施例中，多个载体90中的至少一者位于流体供应口70的中心与盖板间隙G3的一者的连线X-X1与流体供应口70的中心与盖板间隙G3的相邻另一者的连线X-X2之间。在一些实施例中，连线X-X1及连线X-X2指向盖板150。连线X-X1及连线X-X2是大抵沿着从流体供应口70的中心朝向内壁22的方向指向盖板150。具体而言，载体90是设置在相邻的二个盖板间隙G3之间。

在一些实施例中，盖板间隙G3自流体供应口70指向多个盖板150。多个盖板710的至少一者的顶面与多个载体90的至少一者的外周缘部94的顶面大抵齐平；多个盖板710的每一者的顶面与多个载体90的每一者的外周缘部94大抵齐平的顶面，以避免盖板710与载体90的接缝引起的温度分布不均、气流方向紊乱的问题。从而改善衬底表面的温场均匀性和减少杂质数量。

图11B是图11A的半导体制造设备700的盖板710的放大图。如图11B所示，盖板710的侧缘包括阶梯状结构。盖板710的侧缘包括与相邻的另一盖板710的侧缘接合的阶梯状侧缘，以使盖板710与相邻的另一盖板710一起具有大抵齐平的顶面718。盖板710的每一者可具有阶梯状侧缘以与相邻的另一盖板710的侧缘接合为大抵齐平。具体而言，盖板710包括凹缘714及凸缘716以与相邻的另一盖板710平接。具体而言，图11C是图11B的盖板710的截面D-D图，其绘示出盖板710的阶梯状侧缘712、凹缘714、及顶面718。图11D是图11B的盖板710的截面E-E图，其绘示出盖板710的阶梯状侧缘712、凸缘716、及顶面718。在一些实施例中，盖板710的至少一者可包括阶梯状侧缘712以与载体90接合。盖板710的每一者可包括阶梯状侧缘712以与载体90接合，以使盖板710与载体90一起具有大抵齐平的顶面。接合时或平接时，凸缘716与凹缘714接触。表面A与表面A'接触。表面B与表面B'接触。

图12A是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备700的局部俯视气流示意图，其中绘示出平稳的气流方向F及流经盖板710间的接缝G3的不稳定气流方向F'。由于盖板710间的接缝G3并未指向载体90，故经过接缝G3处的不稳定气流方向F'的所在位置大抵上与经设置在载体90上的待处理的衬底w不重叠。在一些实施例中，流经待处理的衬底w的表面的平稳的气流方向F可在衬底w表面生成均匀的薄膜。

图12B是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备700的局部俯视气流示意图。盖板710间的接缝G3设置在流体供应口70的周缘对多个载体90的一者的侧壁92的切线L3与流体供应口70的周缘对多个载体90的相邻的另一者的侧壁92的切线L4之间。依此配置，可使得经过接缝G3处的不稳定气流方向F'的所在位置大抵上与设置在载体90上的待处理的衬底的表面不重叠。

图12C是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备700的局部俯视图。盖板710间的接缝G3可设置在流体供应口70的中心对多个载体90的一者的外周缘部94的切线L5与流体供应口70的中心对多个载体90的相邻的另一者的外周缘部94的切线L6之间。接缝G3大抵设置在切线L5与切线L6的分角线上。接缝G3设置在切线L5及切线L6所夹的角度θ的范围内，角度θ可为0°至15°期间的一夹角，例如5°、8°、10°、或13°。依此配置，可进一步确保经过接缝G3处的不稳定气流方向F'的所在位置大抵上与设置在载体90上的待处理的衬底的表面不重叠。

图13是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备800的局部俯视图，设备800大抵上相同于设备700，差异仅在于如下文所述。多个盖板810延伸至多个盖板160之间，多个盖板810延伸至相邻的盖板160之间，其中盖板间隙G4自流体供应口70指向内壁22。盖板810邻接内壁22，多个盖板810邻接内壁22，半导体制造设备800不具有盖板150，故可避免盖板150的接缝所可能造成的气流扰动。在一些实施例中，多个载体90中的至少一者位于流体供应口70的中心与盖板间隙G4的一者的连线Y-Y1与流体供应口70的中心与盖板间隙G4的相邻另一者的连线Y-Y2之间。在一些实施例中，连线Y-Y1及连线Y-Y2自流体供应口70的中心指向内壁22。

图14是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备900的局部俯视图，设备900大抵上相同于设备700，差异仅在于如下文所述。多个盖板910延伸环绕多个载体90。在大抵上平行于盖板610顶面的方向上，盖板610完全包围载体90。在大抵上平行于盖板610顶面的方向上，盖板910以360°完整环绕载体90中的至少一者的外围。盖板间隙G5自流体供应口70自流体供应口70的中心指向内壁22。

图15A是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备700的局部俯视图。图15A对应至图11A的设备700的局部，其仅绘示出流体供应口70、盖板710'、及载体90。在一些实施例中，图15A也可对应至图13的设备800或图14的设备900的局部。盖板710'可以是盖板810或盖板910的部分。

在图15A中，盖板710'的顶面、载体90的外周缘部94、及衬底w的顶面可大抵齐平且紧密接合。盖板710'的顶面与载体90的外周缘部94的顶面大抵齐平。盖板710'的顶面与衬底w的顶面大抵齐平。盖板710'与载体90的外周缘部94紧密接合。载体90的外周缘部94的顶面与衬底w的顶面大抵齐平。使得气流方向F在流经时可大抵保持平稳，从而改善衬底表面的温场均匀性和减少杂质数量。

图15B是使用图15A的半导体制造设备700时的局部的气流示意图。如图15B所示，由于盖板710'与载体90的外周缘部94大抵齐平，来源气体和载流气体自流体供应口70流经盖板710'与载体90之间的接缝时所产生的气流扰动F1几乎不会对主要气流方向F造成影响。此外，虽然当气体流经载体90之外周缘部94与盖板160的接缝时会产生的气流扰动F2，但此气流扰动F2已大抵上不会对衬底w的表面上的沉积反应造成影响。

由于图15A所示的半导体制造设备700所包含的盖板710'(例如盖板710、810、或910的部分)在气流自流体供应口70流向衬底w的路径上为大体上平坦且无接缝，来源气体和载流气体可自流体供应口70以平稳的气流方向F流经盖板710、810、或910与载体90而至衬底w，故依据图15A中的截面T2-T2所绘示出的温度曲线是大抵无变化的，其与如图8所示的温场分布图相似。

藉由使用例如图11A、12A、12B、12C、13、或14所示的半导体制造设备700、800、或900来处理衬底，由于半导体制造设备中的配置避免在流体供应口及承载衬底的载体之间的盖板上形成接缝，以在衬底的制造过程中提供自流体供应口流出至待处理衬底的气体的路径为大体上平坦的表面，亦可形成如图9中的衬底w。具体而言，仅有微量的杂质分布和缺陷在衬底w的表面上。

再者，藉由使用例如图11A、12A、12B、12C、13、或14所示的半导体制造设备700、800、或900来处理衬底，由于在衬底的制造过程中提供自流体供应口流出至待处理衬底的气体的路径为大体上平坦的表面，故可利用稳定的气流形成亦如图10中的外延薄膜厚度分布图。具体而言，藉由半导体制造设备700、800、或900所处理的衬底在沉积过程中具有较佳的衬底表面的温场均匀性，进而使得所生成的薄膜具有改良的厚度及/或成分的均匀度。

已发现设备的接缝在局部区域引发扰流(turbulence)，进而引发面温场均匀性变差及杂质增多，进而降低制造良率。根据本公开的一些实施例，藉由使用例如图2A、5、6、11A、12A、12B、12C、13、或14所示的半导体制造设备来处理衬底，由于半导体制造设备中的配置藉由避免在流体供应口及承载衬底的载体之间的盖板上形成接缝，以在衬底的制造过程中提供自流体供应口流出至待处理衬底的气体的路径为大体上平坦的表面，故可利用稳定的气流形成如图9及10中的衬底w。具体而言，图9中的衬底w仅有微量的杂质分布在衬底w的表面上。图10中的衬底在沉积过程中具有较佳的衬底表面的温场均匀性，进而使得所生成的薄膜具有改良的厚度及/或成分的均匀度。

图16是根据本公开的一些实施例的半导体制造设备1100的局部俯视图，设备1100大抵上相同于设备700，差异仅在于如下文所述。图16所示的半导体制造设备1100所包含的盖板1110之间的接缝G6指向衬底w'。具体而言，在处理衬底的过程中，气体的气流方向F'自流体供应口70经由在盖板1110之间的接缝G6流向衬底w'。

图17是使用图16的半导体制造设备1100时的局部的气流示意图。如图17所示，由于气体自流体供应口70经由在盖板1110之间的接缝G6流向衬底w'，接缝G6的凹陷造成气流方向F'不稳定。

图18是使用图16的半导体制造设备1100时的俯视图。图18绘示出自流体供应口70经由接缝G6流向衬底w'不稳定的气流方向F'，并以网点的疏密程度表示气流在接缝G6周围所造成的温场不均匀的问题。网点越密集处表示温度越高，网点越稀疏处表示温度越低。具体而言，在半导体制造设备1100的操作过程中，自流体供应口70提供的气流将导致接缝G6处的温度明显高于周遭，进而使得较高温度的紊乱气流流至衬底w'边缘。如此一来，将降低衬底w'表面的温场均匀性，并造成衬底w'表面上杂质增多，而此现象会将降低所要生成在衬底w'表面的薄膜的厚度及/或成分的均匀度。

图19是使用图16的半导体制造设备1100时的温场分布图。具体而言，图19是依据图16中的截面T3-T3所绘示出的温度变化。由于在半导体制造设备1100中气体自流体供应口70流出后会经过接缝G6，故图19所绘示出的温度曲线明显在接缝G6处出现峰值，这将使得较高温度的紊乱气流流至衬底w'边缘，而降低所要生成在衬底w'表面的薄膜的厚度及/或成分的均匀度。

图20是使用本公开的一些实施例的半导体制造设备所制造的外延片上的杂质分布图。在一些实施例中，图20所示的衬底w'是藉由如图16所示的半导体制造设备1100所制造。

图20中的杂质大多是分布在衬底w'的表面的边缘，此可归因于如图16所示的半导体制造设备1100所包含的盖板1110之间的接缝G6指向衬底w'，使得接缝G6的凹陷处所造成的不稳定气流直接流向衬底w'的边缘。

图21是使用本公开的一些实施例的半导体制造设备所制造的外延薄膜厚度分布图。在一些实施例中，图21所示的衬底是藉由如图16所示的半导体制造设备1100所制造。具体而言，图21中的衬底边缘的厚度较厚，此可归因于如图16所示的半导体制造设备1100所包含的盖板1110之间的接缝G6指向衬底w'，使得接缝G6的凹陷处所造成的不稳定气流直接流向衬底w'的周围，进而使得较高温度的紊乱气流流至衬底w'边缘。如此一来，将破坏衬底表面的温场均匀性，衬底w'边缘的较高温度的气流导致大幅增加在衬底w'边缘的沉积反应，因而降低所要生成在衬底w表面的薄膜的厚度及/或成分的均匀度。

本公开改进用于沉积III族氮化物薄膜均匀性的MOCVD设备。根据本公开的一些实施例，一种半导体制造设备包括：腔体、流体供应口、多个载体、及盖板。流体供应口设置在所述腔体内。多个载体设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口。盖板环绕所述流体供应口并设置在所述流体供应口及所述载体之间，其中所述盖板具有大体上平坦的表面。

根据本公开的一些实施例，一种腔体总成包括：腔体、流体供应口、多个载体、及盖板。流体供应口设置在所述腔体内。多个载体设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口。盖板环绕所述流体供应口并设置在所述流体供应口及所述多个载体之间，其中所述盖板的侧缘包括阶梯状结构，所述盖板的顶面与所述多个载体中任一者的顶面大抵齐平。

根据本公开的一些实施例，一种成长III族氮化物的方法包括：提供衬底至根据上述的腔体总成中的所述多个载体中任一者上，所述衬底经配置以使其顶面与所述盖板的所述顶面大抵齐平；向所述流体供应口提供成长III族氮化物的前驱物。

根据本公开的一些实施例，一种半导体制造设备包括：腔体、流体供应口、多个载体、及多个盖板。流体供应口设置在所述腔体内。多个载体设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口，其中所述多个载体中任一者包括凹槽和围绕所述凹槽的侧壁及外周缘部。多个盖板设置在所述流体供应口及所述多个载体之间，并且环绕所述流体供应口，其中所述多个盖板中相邻二者之间包括盖板间隙。所述盖板间隙设置在所述流体供应口的中心对所述多个载体中任一者的所述侧壁的切线与所述流体供应口的中心对所述多个载体的相邻的另一者的所述侧壁的切线之间。

根据本公开的一些实施例，一种腔体总成包括：腔体、流体供应口、多个载体、及多个盖板。流体供应口设置在所述腔体内。多个载体设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口。多个盖板设置在所述流体供应口及所述多个载体之间，并且环绕所述流体供应口，其中所述多个盖板中相邻二者之间包括盖板间隙。所述多个载体中的至少一者位于所述流体供应口的中心与所述盖板间隙中任一者的第一连线与所述流体供应口的中心与所述盖板间隙的相邻另一者的第二连线之间。

根据本公开的一些实施例，一种成长III族氮化物的方法包括：提供衬底至根据上述的腔体总成中的所述多个载体中任一者上，所述衬底经配置以使其顶面与所述多个盖板中任一者的顶面大抵齐平；向所述流体供应口提供成长III族氮化物的前驱物。

除非另外规定，否则如“在…上”、“在…下”、“向上”、“左”、“右”、“向下”、“顶部”、“底部”、“竖直”、“水平”、“侧”、“高于”、“低于”、“上部”、“在…上方”、“在…下方”的空间描述是相对于图式中所展示的定向指示的。应理解，本文中所使用的空间描述仅出于说明的目的，且本文中所描述的结构的实际实施方案可以任何定向或方式在空间上布置，其限制条件为本公开的实施例的优点不会因此类布置而有偏差。

如本文中所使用，术语“竖直”用以指向上和向下方向，而术语“水平”是指横向于竖直方向的方向。

如本文中所使用，术语“大约”、“大体上”、“大体”和“约”用以描述和解释小的变化。当与事件或情况结合使用时，术语可指事件或情况精确发生的例子以及事件或情况极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指小于或等于所述数值的±10％的变化范围，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％。举例来说，如果第一数值在第二数值的小于或等于±10％的变化范围内，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％，那么第一数值可认为“大体上”相同于或等于第二数值。举例来说，“大体上”垂直可指代相对于90°的小于或等于±10°的角度变化范围，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°。

如果两个表面之间的移位不超过5μm、不超过2μm、不超过1μm或不超过0.5μm，那么可认为这两个表面是共面的或大体上共面的。如果表面的最高点与最低点之间的移位不超过5μm、不超过2μm、不超过1μm或不超过0.5μm，那么可认为表面大体上平坦。

如本文中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数术语“一(a/an)”和“所述”可包含多个指示物。

此外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是为了便利和简洁而使用，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围极限的数值，而且包含涵盖于那个范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值和子范围一般。

虽然已参考本公开的具体实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并非限制性的。所属领域的技术人员应理解，可在不脱离如由随附权利要求书定义的本公开的真实精神和范围的情况下，作出各种改变且取代等效物。图解可能未必按比例绘制。归因于制造过程和公差，本公开中的工艺再现与实际设备之间可能存在区别。可能存在并未特定说明的本公开的其它实施例。应将本说明书和图式视为说明性而非限定性的。可进行修改，以使特定情形、材料、物质组成、方法或工艺适宜于本公开的目标、精神和范围。所有此类修改是既定在随附权利要求书的范围内。虽然本文中公开的方法已参考按特定次序执行的特定操作加以描述，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。相应地，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本公开的限制。

Claims (25)

1.一种半导体制造设备，其包括：

腔体；

流体供应口，其设置在所述腔体内；

多个载体，其设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口；

第一盖板，其环绕所述流体供应口并设置在所述流体供应口及所述载体之间，其中所述第一盖板具有大体上平坦的表面。

2.根据权利要求1所述的半导体制造设备，其中所述第一盖板的顶面是无缝表面。

3.根据权利要求1或2所述的半导体制造设备，其进一步包括支撑结构，其设置在所述腔体内，其中所述多个载体设置在所述支撑结构上。

4.根据权利要求1或2所述的半导体制造设备，其中所述多个载体中任一者包括凹槽及环绕所述凹槽的外周缘部，其中所述第一盖板的顶面与所述多个载体的外周缘部的顶面大抵齐平。

5.根据权利要求1或2所述的半导体制造设备，其进一步包括第二盖板，其设置在所述多个载体中任一者与所述腔体的内壁之间。

6.根据权利要求5所述的半导体制造设备，其包括相邻的所述第二盖板和第三盖板，所述第三盖板设置在相邻的所述第二盖板之间。

7.根据权利要求6所述的半导体制造设备，其中所述第三盖板与所述第一盖板之间包含第1接缝，所述第1接缝经配置在相邻的所述多个载体之间的最小距离处。

8.根据权利要求7所述的半导体制造设备，其中所述第1接缝是设置在邻接所述多个第二盖板与所述多个载体的接缝处。

9.根据权利要求5所述的半导体制造设备，其包括相邻的所述第二盖板，所述第一盖板延伸至相邻的所述第二盖板之间。

10.根据权利要求1或2所述的半导体制造设备，其中所述第一盖板延伸环绕所述多个载体中任一者。

11.根据权利要求3所述的半导体制造设备，其中在所述流体供应口供应流体的情况下，所述支撑结构及所述多个载体以相同方向自转。

12.根据权利要求3所述的半导体制造设备，其中所述支撑结构包括石墨。

13.根据权利要求1或2所述的半导体制造设备，其中所述第一盖板包括石墨。

14.根据权利要求1或2所述的半导体制造设备，其中所述第一盖板包括SiC涂层。

15.根据权利要求1或2所述的半导体制造设备，其中所述多个载体的数量为五个或更多。

16.一种腔体总成，其包括：

腔体；

流体供应口，其设置在所述腔体内；

多个载体，其设置在所述腔体内且围绕所述流体供应口；

第一盖板，其环绕所述流体供应口并设置在所述流体供应口及所述多个载体之间，其中所述第一盖板的侧缘包括阶梯状结构，所述第一盖板的顶面与所述多个载体中任一者的頂面大抵齐平。

17.根据权利要求16所述的腔体总成，其中所述第一盖板的顶面大体上由无缝表面组成。

18.根据权利要求16或17所述的腔体总成，其进一步包括第二盖板，其设置在所述多个载体中任一者与所述腔体的内壁之间。

19.根据权利要求16或17所述的腔体总成，其进一步包括第三盖板，其设置在第一盖板与所述腔体的内壁之间，其中所述第三盖板与所述第一盖板的凸缘接合。

20.根据权利要求18所述的腔体总成，其包括相邻的所述第二盖板，其中所述第一盖板延伸至相邻的所述第二盖板之间。

21.一种成长III族氮化物的方法，其包括：

提供衬底至根据权利要求16所述的腔体总成中的所述多个载体中任一者上，所述衬底经配置以使其顶面与所述第一盖板的所述顶面大抵齐平；

向所述流体供应口提供成长III族氮化物的前驱物。

22.根据权利要求21所述的成长III族氮化物的方法，其中所述前驱物包括包含III族元素的有机金属化合物。

23.根据权利要求21或22所述的成长III族氮化物的方法，其进一步将第三盖板设置在第一盖板与所述腔体的内壁之间，第三盖板的顶面与衬底的顶面大抵齐平。

24.根据权利要求21或22所述的成长III族氮化物的方法，其中所述第一盖板环绕所述衬底。

25.根据权利要求21或22所述的成长III族氮化物的方法，其中将所述多个载体相对于所述流体供应口的中心对称分布。

Images