FR2966473A1 - Systèmes et procédés de formation de matériaux semi-conducteurs par dépôt de couches atomiques - Google Patents

Systèmes et procédés de formation de matériaux semi-conducteurs par dépôt de couches atomiques Download PDF

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Abstract

Des procédés de dépôt d'un matériau semi-conducteur des groupes III-V sur un substrat comprennent l'introduction séquentielle d'un précurseur gazeux d'un élément du groupe III et d'un précurseur gazeux d'un élément du groupe V vers le substrat en modifiant le positionnement spatial du substrat par rapport à une pluralité de colonnes de gaz. Par exemple, le substrat peut être déplacé par rapport à une pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées, chacune déposant un précurseur différent. Des injecteurs de gaz de thermalisation pour générer les précurseurs peuvent comprendre une entrée, une conduite de thermalisation, un récipient de liquide configuré pour contenir un réactif liquide dans celui-ci, et une sortie. Des systèmes de dépôt pour former un ou plusieurs matériaux semi-conducteurs des groupes III-V sur une surface du substrat peuvent comprendre un ou plusieurs de ces injecteurs de gaz de thermalisation configurés pour diriger le précurseur vers le substrat à travers la pluralité de colonnes de gaz.

Description

SYSTEMES ET PROCEDES DE FORMATION DE MATERIAUX SEMI- CONDUCTEURS PAR DEPOT DE COUCHES ATOMIQUES
Domaine de l'invention Les modes de réalisation de l'invention concernent généralement des systèmes pour déposer des matériaux sur des substrats et des procédés de réalisation et d'utilisation de ces systèmes. Plus particulièrement, les modes de réalisation de l'invention concernent des procédés de dépôt de couches atomiques (en anglais, « Atomic Layer Deposition », (ALD» pour déposer des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V sur des substrats et des procédés de réalisation et d'utilisation de ces systèmes.
Contexte Les matériaux semi-conducteurs des groupes III-V se sont développés rapidement pour une utilisation dans des applications électroniques et optoélectroniques. De nombreux matériaux semi-conducteurs des groupes III-V ont des bandes interdites directes, qui les rendent particulièrement utiles pour fabriquer des dispositifs optoélectroniques, tels que des diodes électroluminescentes (en anglais, « Light-Emitting Diode », (LED» et des diodes laser (en anglais, « Laser Diode », (LD)). Des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V spécifiques, tels que le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d'indium (InN), le nitrure d'aluminium (AIN) et leurs alliages (appelés généralement nitrures du groupe III), émergent en tant que matériaux importants pour la production de LED et de LD de longueur d'onde plus courte, comprenant des dispositifs optoélectroniques émettant des lumières bleue et ultraviolette. Les nitrures du groupe III à large bande interdite peuvent également être utilisés pour des dispositifs électroniques haute fréquence et de forte puissance du fait de la capacité des nitrures du groupe III à fonctionner à des niveaux de courant élevés, des tensions de claquage élevées et des températures élevées. Il est fait référence dans l'art à un processus largement utilisé pour déposer des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V en tant que dépôt chimique en phase vapeur organométallique (en anglais, « Metal-Organic Chemical Vapor Deposition », (MOCVD)). Dans les processus MOCVD, un substrat est exposé à un ou plusieurs précurseurs gazeux dans une chambre de réaction, qui réagissent, se décomposent, ou réagissent et se décomposent à la fois d'une manière qui résulte en le dépôt épitaxial du matériau des groupes III-V sur une surface du substrat. Les processus MOCVD sont souvent utilisés pour déposer des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V en introduisant à la fois un précurseur contenant un élément du groupe III (c'est-à-dire, un précurseur d'élément du groupe III) et un précurseur contenant un élément du groupe V (c'est-à-dire, un précurseur d'élément du groupe V) dans la chambre de réaction contenant le substrat. Cela résulte en le mélange des précurseurs (c'est-à-dire, le précurseur d'élément du groupe III et le précurseur d'élément du groupe V) avant leur exposition à la surface du substrat. Le dépôt de matériaux semi-conducteurs des groupes III-V en utilisant un processus MOCVD implique un équilibre entre la vitesse de croissance à la surface du substrat et la formation de composé en phase vapeur. Spécifiquement, le mélange du précurseur d'élément du groupe III et du précurseur d'élément du groupe V peut résulter en la formation de particules qui consomment les précurseurs qui sont autrement utilisés pour former le matériau semi-conducteur des groupes III-V sur un substrat de croissance approprié. La consommation des précurseurs disponibles pendant le processus MOCVD crée des difficultés de contrôle de la vitesse de croissance, de l'épaisseur et de la composition du matériau semi-conducteur des groupes III-V, en particulier dans de grandes chambres de réaction. La variation de l'épaisseur et de la composition du matériau semi-conducteur des groupes III-V formé en utilisant les processus MOCVD peut affecter négativement la productivité et la production de dispositifs ayant une longueur d'onde d'émission spécifique, tels que des LED à longueur d'onde spécifique. En outre, les vitesses de dépôt des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V formés par les processus MOCVD sont généralement faibles, diminuant ainsi la productivité et augmentant le coût par tranche de semi-conducteur. Le dépôt de couches atomiques (ALD) est un processus utilisé pour déposer un matériau enrobant avec un contrôle de l'épaisseur à échelle atomique. L'ALD peut être utilisé pour déposer des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V. L'ALD est un processus à étapes multiples, à auto-limitation qui comprend l'utilisation d'au moins deux réactifs ou précurseurs. Généralement, un premier précurseur est introduit dans un réacteur contenant un substrat et adsorbé sur une surface du substrat. Le précurseur en excès peut être retiré en pompant et purgeant le réacteur en utilisant, par exemple, un gaz de purge. Un deuxième précurseur est ensuite introduit dans le réacteur et réagit avec le matériau adsorbé pour former une couche ou un film enrobant d'un matériau sur le substrat. Dans des conditions de croissance sélectionnées, la réaction de dépôt peut être auto-limitative en ce que la réaction se termine une fois que le matériau adsorbé initialement a entièrement réagi avec le deuxième précurseur. Le précurseur en excès est de nouveau retiré en pompant et en purgeant le réacteur. Le processus peut être répété pour former une autre couche du matériau, le nombre de cycles déterminant l'épaisseur totale du film déposé. Les matériaux semi-conducteurs des groupes III-V formés en utilisant les processus d'ALD peuvent avoir une qualité cristalline supérieure à ceux formés par les processus MOCVD classiques. Les processus d'ALD peuvent permettre un plus grand contrôle de l'incorporation des précurseurs dans le matériau cristallin déposé et, en conséquence, un plus grand contrôle de la composition du matériau cristallin formé, par exemple, du matériau semi-conducteur des groupes III-V formé par ces processus d'ALD. Ce contrôle rigoureux de la composition du matériau semi-conducteur des groupes III-V peut être important dans les dispositifs électroluminescents, par exemple, pour garantir une longueur d'onde d'émission uniforme entre les dispositifs électroluminescents fabriqués sur un substrat de croissance unique et entre les dispositifs électroluminescents d'un substrat de croissance à un autre, Cependant, la vitesse de croissance des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V par les processus d'ALD classiques est relativement faible comparée à celle du MOCVD. En outre, la productivité élevée des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V par l'ALD classique nécessite des tailles de charge plus grandes, ce qui complique la purge du précurseur en excès et du gaz de purge hors du réacteur. Ainsi, les réacteurs d'ALD actuellement disponibles sont souvent configurés pour le traitement d'une tranche de semi-conducteur unique, ce qui conduit à une faible productivité et à un coût élevé par tranche de semi-conducteur de matériaux semi-conducteurs des groupes III-V par l'ALD. Depuis peu, des procédés et des systèmes d'ALD ont été développés dans lesquels chaque précurseur est fourni en continu dans des régions séparées spatialement, et chaque précurseur est introduit vers le substrat alors que le substrat est déplacé à travers chaque précurseur successivement. Ces processus sont souvent appelés dans l'art « ALD spatial » ou « SALD »).
Bref résumé Ce résumé est fourni pour introduire une sélection de concepts sous une forme simplifiée, ces concepts étant décrits davantage dans la description détaillée qui suit de quelques modes de réalisation en exemple de l'invention. Ce résumé n'est pas destiné à identifier des caractéristiques clés ou des caractéristiques essentielles du sujet revendiqué, il n'est pas destiné non plus à être utilisé pour limiter l'étendue du sujet revendiqué. Dans certains modes de réalisation, la présente invention comprend un procédé de dépôt de matériau, tel qu'un matériau semi-conducteur des groupes III-V, sur un substrat. Un précurseur d'élément du groupe III et un précurseur d'élément du groupe V peuvent être introduits dans des injecteurs de gaz alternés d'une pluralité d'injecteurs de gaz sensiblement alignés. Un substrat peut être déplacé par rapport à la pluralité d'injecteurs de gaz sensiblement alignés de sorte qu'une surface du substrat soit exposée au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V formant au moins un matériau semi-conducteur des groupes III-V sur la surface du substrat. Dans des modes de réalisation supplémentaires, la présente invention comprend des systèmes de dépôt pour former des matériaux semi-conducteurs. Les systèmes de dépôt peuvent comprendre un collecteur comprenant une pluralité d'injecteurs de gaz sensiblement alignés et au moins un ensemble pour déplacer un substrat le long d'une longueur du collecteur. Au moins l'un des injecteurs de gaz sensiblement alignés comprend une entrée, une conduite de thermalisation, un récipient de liquide configuré pour contenir un réactif liquide dans celui-ci et une sortie. Un passage s'étend de l'entrée, à travers la conduite de thermalisation vers un espace intérieur dans le récipient de liquide, et de l'espace intérieur dans le récipient de liquide vers la sortie.
Brève description des dessins La présente invention peut être plus complètement comprise avec référence à la description détaillée qui suit de modes de réalisation en exemple de la présente invention, qui sont illustrés sur les figures jointes, sur lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe transversale illustrant schématiquement un mode de réalisation en exemple d'un système de dépôt de l'invention qui r 2966473 7 comprend un collecteur comprenant au moins un injecteur de gaz tel que décrit dans le présent document ; la figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation exemplaire d'un injecteur de gaz de 5 l'invention, un ou plusieurs de ces injecteurs pouvant être utilisés dans des modes de réalisation de systèmes de dépôt de l'invention, tels que le système de dépôt de la figure 1 ; la figure 3 illustre schématiquement un mode de 10 réalisation en exemple d'un injecteur de gaz de l'invention, un ou plusieurs de ces injecteurs pouvant être utilisés dans des modes de réalisation de systèmes de dépôt de l'invention, tels que le système de dépôt de la figure 1 ; 15 la figure 4 est une vue en coupe partielle agrandie d'une partie de l'injecteur de gaz de la figure 2 ; la figure 5 illustre schématiquement un autre mode de réalisation d'un injecteur de gaz de l'invention qui 20 est similaire à celui de la figure 3, mais qui comprend en outre des éléments chauffants actifs et passifs ; la figure 6 illustre schématiquement un autre mode de réalisation exemplaire d'un injecteur de gaz de l'invention, un ou plusieurs de ces injecteurs pouvant 25 être utilisés dans des modes de réalisation de systèmes de dépôt de l'invention, tels que le système de dépôt de la figure 1 ; 1a figure 7 illustre schématiquement un autre mode de réalisation d'un injecteur de gaz de l'invention qui 30 est similaire à celui de la figure 6, mais qui comprend en outre des éléments chauffants actifs et passifs ; les figures 8A à 8D illustrent schématiquement des exemples de modes de réalisation de mélanges gazeux qui peuvent être fournis audit au moins un injecteur de gaz du collecteur ; et 2966473 s la figure 9 est une vue dessus dessous illustrant schématiquement un exemple de mode de réalisation d'un système et d'un procédé de dépôt de l'invention.
5 Description détaillée de modes de réalisation de l'invention Les illustrations présentées dans le présent document ne doivent pas être considérées comme étant des vues réelles d'un quelconque composant, dispositif, 10 ou système particulier, mais sont simplement des représentations idéalisées qui sont utilisées pour décrire des modes de réalisation de la présente invention. Telle qu'utilisée ici, l'expression « matériau 15 semi-conducteur des groupes III-V » désigne et comprend n'importe quel matériau semi-conducteur qui est au moins principalement composé d'un ou de plusieurs éléments provenant du groupe IIIA de la table périodique (B, Al, Ga et In) et d'un ou de plusieurs 20 éléments provenant du groupe VA de la table périodique (N, P, As et Sb). Par exemple, les matériaux semi-conducteurs des groupes III-V comprennent, mais sans y être limités, le nitrure de gallium, le phosphure de gallium, l'arséniure de gallium, le nitrure d'indium, 25 le phosphure d'indium, l'arséniure d'indium, le nitrure d'aluminium, le phosphure d'aluminium, l'arséniure d'aluminium, le nitrure de gallium indium, le phosphure de gallium indium, l'arséniure de gallium indium, le nitrure de gallium aluminium, le phosphure de gallium 30 aluminium, l'arséniure de gallium aluminium, le phosphure nitrure de gallium indium, etc. Tel qu'utilisé ici, le terme « gaz » comprend des gaz (des fluides qui n'ont ni une forme ni un volume indépendant) et des vapeurs (des gaz qui comprennent un 35 liquide diffusé ou une matière solide en suspension dans ceux-ci), et les termes « gaz » et « vapeur » sont utilisés comme synonymes dans le présent document. Telle qu'utilisée ici, l'expression « cycle de croissance d'ALD » désigne et comprend l'exposition d'une surface d'un substrat à un premier précurseur, la chemisorption du premier précurseur sur la surface du substrat, l'exposition de la surface du substrat à un deuxième précurseur, et une réaction de surface pour former une couche de matériau.
Des procédés et des systèmes qui utilisent une source externe d'un ou de plusieurs halogénures, tels que, par exemple, le trichlorure de gallium (GaC13), le trichlorure d'indium (InC13) et/ou le trichlorure d'aluminium (A1C13) en tant que précurseurs, ont été développés récemment. Des exemples de ces procédés et systèmes sont présentés dans la publication de demande de brevet US n° US 2009/0 223 442 Al, qui a été publiée le 10 septembre 2009 au nom d'Arena et d'autres. En outre, des injecteurs de gaz améliorés ont également été développés récemment pour une utilisation dans ces procédés et systèmes. Des exemples de ces injecteurs de gaz sont présentés, par exemple, dans la demande de brevet US n° 61/157 112, qui a été déposée le 3 mars 2009 au nom d'Arena et d'autres, et dans la demande de brevet US n° 12/894 724, qui a été déposée le 30 septembre 2010 au nom de Ronald T. Bertran, Jr. et intitulée « Thermalizing Gas Injectors for Generating Increased Precursor Gas, Material Deposition Systems Including Such Injectors, and Related Methods ». Les halogénures sont classés en tant que précurseurs inorganiques d'ALD. L'utilisation de ces précurseurs à halogénure inorganique pour les processus d'ALD peut être avantageuse, par exemple, par rapport aux précurseurs organiques étant donné qu'ils sont généralement plus petits, plus réactifs, thermiquement stables et laissent habituellement de petites quantités de résidus de ligand dans le matériau cristallin déposé. Les petits ligands réduisent le risque d'empêchement stérique et, en conséquence, réduisent la croissance par cycle. La grande stabilité thermique permet un dépôt sans décomposition thermique à des températures plus élevées. Des modes de réalisation de la présente invention comprennent, et utilisent, de nouveaux injecteurs de gaz dans un processus de dépôt de couches atomiques (ALD), comme décrit plus en détail ci-dessous. Un exemple d'un mode de réalisation d'un système de dépôt 100 de l'invention qui comprend une pluralité d'injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D, tels que ceux décrits dans la demande de brevet US n° 61/157 112 ou dans la demande de brevet US n° 12/894 724 est décrit ci-dessous avec référence aux figures lA et 1B. Chacun des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peut être configuré pour convertir un gaz de source en un ou plusieurs précurseurs pour une utilisation dans le processus d'ALD. Le système de dépôt 100 peut effectuer une série de cycles de croissance d'ALD, chaque cycle de croissance formant une couche d'un matériau semi-conducteur des groupes III-V. Le système de dépôt 100 peut, ainsi, être utilisé pour former une pluralité de couches de matériau semi-conducteur des groupes III-V, ayant chacune une composition et une épaisseur souhaitées, pour une utilisation dans la formation de structures de dispositifs comprenant, par exemple, des diodes électroluminescentes (en anglais, « Light-Emitting Diode », (LED)) et similaires. Le système de dépôt 100 peut en outre comprendre un collecteur 104 et un ensemble 106, tel qu'un rail, un transporteur ou un support. Le collecteur 104 peut comprendre une pluralité de colonnes de gaz 108 configurées pour recevoir au moins un gaz à travers un orifice 110 dans celles-ci. Les colonnes de gaz 108 peuvent être positionnées en alignement longitudinal les unes avec les autres pour former le collecteur 104. Les colonnes de gaz 108 du collecteur 104 peuvent être agencées dans n'importe quelle configuration appropriée, telle qu'une configuration linéaire, repliée ou en serpentin. Dans certains modes de réalisation, le collecteur 104 est configuré pour se déplacer par rapport à un ou plusieurs substrats de pièce 112 (par exemple, une ou plusieurs puces ou tranches de semi-conducteur) sur lesquels on souhaite déposer ou autrement appliquer un matériau semi- conducteur des groupes III-V, comme indiqué par la flèche de direction 103. Dans d'autres modes de réalisation, l'ensemble 106 est configuré pour déplacer le substrat de pièce 112 par rapport aux colonnes de gaz 108 du collecteur 104, comme indiqué par la flèche de direction 105. Par exemple, les substrats de pièce 112 peuvent comprendre des puces ou des tranches de semi-conducteur. Les colonnes de gaz 108 peuvent, par conséquent, être positionnées à une distance suffisante au-dessus de l'ensemble 106 pour que le substrat de pièce 112 soit déplacé à travers un espace entre les colonnes de gaz 108 et l'ensemble 106. Dans la description qui suit du système de dépôt 100 et, plus particulièrement, du collecteur 104 du système de dépôt 100, les termes « longitudinale » et « transversale » sont utilisés pour faire référence aux directions par rapport au collecteur 104 et à l'ensemble 106 et comme montré sur la figure 1, sur laquelle la direction longitudinale est la direction horizontale dans la perspective de la figure 1, et la direction transversale est la direction verticale dans la perspective de la figure 1. Les directions longitudinales sont également appelées directions s'étendant « le long d'une longueur du collecteur» ou « le long d'une longueur de l'ensemble ».
Dans certains modes de réalisation, le système de dépôt 100 comprend un système d'écoulement de gaz utilisé pour délivrer un ou plusieurs gaz dans le collecteur 104 et pour retirer les gaz du collecteur 104. Par exemple, le système de dépôt 100 peut comprendre des sources de gaz 114A, 114B, 114C, 114D qui délivrent les gaz aux injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D respectifs. Par exemple, une ou plusieurs sources de gaz 114A, 114B, 114C, 114D peuvent comprendre une source externe d'un élément du groupe III ou d'un élément du groupe V qui peut être délivré aux injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D. La source d'élément du groupe III peut comprendre au moins l'une d'une source de gallium (Ga), d'une source d'indium (In) et d'une source d'aluminium (Al). En tant qu'exemple non limitatif, la source d'élément du groupe III peut comprendre au moins l'un du trichlorure de gallium (GaC13), du trichlorure d'indium (InC13) et du trichlorure d'aluminium (A1C13). La source d'élément du groupe III, comprenant au moins l'un du GaC13r de l' InC13 ou de l'A1C13, peut être sous la forme d'un dimère tel que, par exemple, le Ga2C16r l' In2C16 ou l' Al2C16. La source d'élément du groupe V peut comprendre une source d'azote (N), une source d'arsenic (As) et/ou une source de phosphore (P). A titre d'exemple et non de limitation, la source d'élément du groupe V peut comprendre un ou plusieurs de l'ammoniac (NH3), de l'arsine (AsH3) ou du phosphine (PH3). Dans certains modes de réalisation, les gaz de source peuvent être délivrés par les sources de gaz 114A, 114B, 114C, 114D aux injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D en utilisant un ou plusieurs gaz porteurs, tels que l'hydrogène gazeux (H2), l'hélium gazeux (He), l'argon (Ar), etc. Le gaz de source peut, par conséquent, comprendre une ou plusieurs sources d'élément du groupe III ainsi qu'un ou plusieurs gaz porteurs. Alors que le gaz de source est transporté des sources de gaz 114A, 114B, 114C, 114D à travers des conduites 116, le gaz de source peut être chauffé à une température suffisante pour générer un précurseur gazeux à partir du gaz de source. Par exemple, le gaz de source peut comprendre du GaC13 et du H2r qui peuvent être chauffés à une température suffisante pour que le trichlorure de gallium se dissocie en présence d'hydrogène en chlorure de gallium (GaCl) et en des espèces chlorées, telles que l'acide chlorhydrique gazeux (HCl) et/ou le chlore gazeux (C12). Les sources de gaz 114A, 114B, 114C, 114D peuvent alimenter les injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D.
Chacun des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peut être configuré pour générer un ou plusieurs précurseurs et pour appliquer les précurseurs au substrat de pièce 112. Par exemple, les injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peuvent être configurés pour délivrer les précurseurs gazeux aux colonnes de gaz 108 allongées, qui peuvent être configurées pour diriger les précurseurs gazeux vers la surface principale du substrat de pièce 112 dans une direction sensiblement perpendiculaire à la surface principale du substrat de pièce 112. Ainsi, une zone sur le rail 104 sous-jacente à chacune des colonnes de gaz 108 représente un point d'injection au niveau duquel le substrat de pièce 112 est exposé aux précurseurs gazeux. Les injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D 35 peuvent fonctionner chacun de manière indépendante et peuvent être espacés des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D adjacents d'une distance suffisante pour éviter une contamination croisée des gaz libérés par les injecteurs 102A, 102B, 102C, 102D adjacents. Chacun des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peut être configuré pour fournir une quantité suffisante de gaz pour saturer une surface du substrat de pièce 112 et déposer une couche d'un matériau sur la surface du substrat de pièce 112. Le collecteur 104 du système de dépôt 100 montré sur la figure 1 est représenté avec quatre injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D ; cependant, n'importe quel nombre d'injecteurs de gaz peut être utilisé. Par exemple, le nombre d'injecteurs de gaz utilisés pour délivrer un précurseur (par exemple, un précurseur d'élément du groupe III ou un précurseur d'élément du groupe IV) au substrat de pièce 112 peut être sélectionné sur la base d'une épaisseur souhaitée du matériau (par exemple, du matériau semi-conducteur des groupes III-V).
Dans les modes de réalisation dans lesquels le précurseur d'élément du groupe III est formé à partir d'un gaz comprenant du GaC13, de l' InCl3r ou de l' A1C13, le précurseur d'élément du groupe III peut être formé à partir du gaz en utilisant au moins l'un des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D, comme cela sera décrit. Le système de dépôt 100 comprend également des caractéristiques pour maintenir la séparation des précurseurs gazeux pendant le dépôt du matériau semi-conducteur des groupes III-V. Par exemple, le système de dépôt 100 peut comprendre au moins une source de gaz de purge 118 pour délivrer un gaz de purge aux colonnes de gaz 108 correspondantes et une ligne d'évacuation 120 pour extraire les précurseurs gazeux en excès du système de dépôt 100, comme indiqué par la flèche de direction 121. La source de gaz de purge 118 peut comprendre un gaz de purge, tel que l'argon (Ar), l'azote (N2) et l'hélium (He). La source de gaz de purge 118 peut être utilisée pour délivrer le gaz de purge au substrat de pièce 112 à travers les colonnes de gaz 108. Par exemple, la source de gaz de purge 118 peut délivrer le gaz de purge à au moins l'une des colonnes de gaz 108 disposée entre deux des colonnes de gaz 108 utilisées pour délivrer les précurseurs au substrat de pièce 112. Les colonnes de gaz 108 peuvent également être utilisées pour retirer les gaz en excès (c'est-à-dire, les précurseurs gazeux et les gaz de purge) d'une surface du substrat de pièce 112. Les gaz en excès peuvent être envoyés à travers les colonnes de gaz 108 et dans la ligne d'évacuation 120 pour leur retrait du système de dépôt 100. Par exemple, les gaz en excès peuvent être retirés à travers l'une des colonnes de gaz 108 disposée entre chacune des colonnes de gaz 108 configurées pour délivrer les précurseurs gazeux et le gaz de purge au substrat de pièce 112.
L'ensemble 106 est configuré pour supporter le substrat de pièce 112 et, dans certains modes de réalisation, pour transporter le substrat de pièce 112 dans l'ordre sous chaque colonne de gaz 108 successive. Bien qu'un substrat de pièce 112 unique soit montré sur la figure 1, l'ensemble 106 peut être configuré pour supporter un nombre quelconque de substrats de pièce 112 pour leur traitement. Dans certains modes de réalisation, l'ensemble 106 peut transporter le substrat de pièce 112 le long d'une longueur du collecteur 104. Le substrat de pièce 112 et le collecteur 104 peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre à une vitesse qui permet à chacun des précurseurs gazeux générés par l'injecteur de gaz 102A, 102B, 102C, 102D correspondant de saturer la surface du substrat de pièce 112. Alors que la surface du substrat de pièce 112 est exposée à chacun des précurseurs, une couche de matériau peut être déposée sur la surface du substrat de pièce 112. Alors que le substrat de pièce 112 est déplacé par rapport aux colonnes de gaz 108, une pluralité de cycles de croissance d'ALD pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V sur la surface du substrat de pièce 112 peuvent être effectués. Comme mentionné précédemment, un ou plusieurs des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D du système de dépôt 100 peuvent être ou comprendre des injecteurs de gaz de l'un des divers modes de réalisation décrits en détail avec référence aux figures 2 à 7. Dans certains modes de réalisation, les injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peuvent comprendre un injecteur de gaz de thermalisation comme décrit dans la demande de brevet US n° 61/157 112, mais peuvent comprendre en outre un réservoir configuré pour contenir un réactif liquide pour réagir avec un gaz de source (ou un produit de décomposition ou de réaction d'un gaz de source). Par exemple, le réservoir peut être configuré pour contenir un métal liquide ou un autre élément, tel que, par exemple, du gallium liquide, de l'aluminium liquide, de l'indium liquide. Dans un certain mode de réalisation, le réservoir peut être configuré pour contenir un ou plusieurs matériaux solides, tels que, par exemple, du fer, du silicium, du magnésium. La figure 2 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un injecteur de gaz 200 de l'invention. Comme montré sur la figure 2, l'injecteur de gaz 200 comprend une entrée 202, une sortie 204, une conduite de thermalisation 206 et un récipient 210. Le récipient 210 est configuré pour contenir un réactif liquide dans celui-ci. Par exemple, un métal liquide, tel que du gallium liquide, de l'indium liquide, de l'aluminium liquide, etc., peut être disposé dans le récipient 210. Un gaz de source, comprenant par exemple du GaC13 et du H2r peut être délivré à l'entrée 202. Le gaz de source peut s'écouler de l'entrée 202 dans la conduite de thermalisation 206. La conduite de thermalisation 206 peut être configurée pour chauffer le gaz de source s'écoulant à travers 1a conduite de thermalisation 206 pendant une quantité de temps souhaitable (c'est-à-dire, un temps de séjour), qui peut être fonction de la section du trajet d'écoulement dans la conduite de thermalisation 206, du débit du gaz de source à travers la conduite de thermalisation 206, et de la longueur globale de la conduite de thermalisation 206. La conduite de thermalisation 206 peut être formée et configurée pour être positionnée à proximité actifs ou dessous. En outre, comprendre unede plusieurs éléments chauffants comme examiné plus en détail ci-
la conduite de thermalisation 206 peut ou plusieurs sections incurvées ou un ou d'un ou passifs, plusieurs coudes, de sorte que la longueur de l'espace physique occupé par la conduite de thermalisation 206 soit sensiblement inférieure à la longueur réelle du trajet d'écoulement à travers la conduite de thermalisation 206. Formulé d'une autre manière, la longueur de la conduite de thermalisation 206 peut être supérieure à la distance la plus courte entre l'entrée 202 et le récipient de liquide 210. Dans certains modes de réalisation, la longueur de la conduite de thermalisation 206 peut être au moins environ deux fois supérieure à la distance la plus courte entre l'entrée 202 et le récipient de liquide 210, au moins environ trois fois supérieure à la distance la plus courte entre l'entrée 202 et le récipient de liquide 210, ou même au moins environ quatre fois supérieure à la distance la plus courte entre l'entrée 202 et le récipient de liquide 210. Par exemple, la conduite de thermalisation 206 peut présenter une configuration en serpentin, comme montré sur la figure 2, qui comprend une pluralité de sections droites généralement parallèles reliées les unes aux autres bout à bout par des sections incurvées qui s'étendent sur un angle de 180°. La conduite de thermalisation 206 peut comprendre un tube qui est au moins sensiblement composé d'un matériau réfractaire tel que, par exemple, le quartz. Dans certains modes de réalisation, le gaz de source peut au moins partiellement se décomposer dans la conduite de thermalisation 206. Par exemple, dans les modes de réalisation dans lesquels le gaz de source comprend du GaC13 et du H2r le GaC13 peut se décomposer en présence du H2 en du GaCl gazeux et des espèces de gaz chlorées, telles que par exemple, l'acide chlorhydrique gazeux (HC1) et/ou le chlore gazeux (C12). Les gaz s'écoulent de la conduite de thermalisation 206 dans le récipient 210. La figure 3 est une vue en coupe partielle agrandie du récipient 210. Comme montré sur la figure 3, le récipient 210 comprend une paroi inférieure 212, une paroi supérieure 214 et au moins une paroi latérale 216. Dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, le réservoir a une forme généralement cylindrique, de sorte que chacune de la paroi inférieure 212 et de la paroi supérieure 214 a une forme circulaire et est au moins sensiblement plane, et de sorte que la paroi latérale 216 est au moins sensiblement cylindrique (par exemple, tubulaire). La paroi inférieure 212, la paroi supérieure 214 et ladite au moins une paroi latérale 216 définissent ensemble un corps creux, dont l'intérieur définit un réservoir pour contenir un réactif liquide, tel que du gallium liquide. L'espace intérieur dans le récipient creux 210 peut être partiellement rempli d'un réactif liquide, tel que du gallium liquide, de l'indium liquide, de l'aluminium liquide. Par exemple, le récipient 210 peut être rempli avec le réactif liquide au niveau indiqué par le trait en pointillés 220 sur la figure 3, de sorte qu'un vide ou un espace 222 soit présent au- dessus du réactif liquide dans le récipient 210. Les gaz s'écoulant hors de la conduite de thermalisation 206 peuvent être injectés dans l'espace 222 au-dessus du réactif liquide dans le récipient 210. En tant qu'exemple non limitatif, les gaz s'écoulant hors de la conduite de thermalisation 206 peuvent s'écouler à travers la paroi inférieure 212 dans un tube 224. Dans certains modes de réalisation, le tube 224 peut comprendre une partie intégrale de la conduite de thermalisation 206 qui s'étend dans le récipient 210.
Le tube 224 peut s'étendre à travers le réactif liquide disposé dans le récipient 210 vers l'espace 222 au-dessus du réactif liquide. Le tube 224 peut comprendre un coude à quatre-vingt-dix degrés, de sorte qu'une partie d'extrémité du tube 224 s'étende horizontalement au-dessus du réactif liquide. Comme montré sur la figure 3, une ouverture peut être prévue à travers la paroi latérale cylindrique du tube 224 d'un côté de celle-ci faisant face à la surface du réactif liquide, de sorte que les gaz s'écoulant à travers le tube 224 sortent du tube 224 à travers l'ouverture 226. Les gaz quittant l'ouverture 226 peuvent être dirigés hors de l'ouverture dans une direction orientée vers la surface du réactif liquide pour favoriser une réaction entre un ou plusieurs composants des gaz et le réactif liquide.
Par exemple, dans les modes de réalisation dans lesquels le gaz de source comprend du GaC13 et un gaz porteur, tel que du Hz et le gaz de source s'est décomposé pour comprendre du GaCl gazeux et des espèces de gaz chlorées, dans la conduite de thermalisation 206, le réactif liquide dans le récipient 210 peut comprendre du gallium liquide, qui peut réagir avec les espèces de gaz chlorées (par exemple, le HCl) générées dans la conduite de thermalisation 206 pour former davantage de GaCl gazeux. En variante, le réactif liquide dans le récipient 210 peut comprendre de l'indium liquide, de l'aluminium liquide qui peuvent respectivement réagir avec les espèces de gaz chlorées (par exemple, le HCl) pour former de l'InCl, de l'A1C1.
Les gaz dans l'espace 222 au-dessus du réactif liquide dans le récipient 210 peuvent s'écouler hors du récipient à travers un orifice de sortie 228. Par exemple, l'orifice de sortie 228 peut être situé dans la paroi supérieure 214 du récipient 210 au-dessus de la partie s'étendant horizontalement du tube 224. L'orifice de sortie 228 peut mener à une conduite de sortie 230, dont une extrémité peut définir la sortie 204 de l'injecteur de gaz 200. Les divers composants du récipient 210 peuvent 25 être au moins sensiblement composés d'un matériau réfractaire tel que, par exemple, le quartz. Le GaCl peut être un précurseur gazeux souhaitable pour former du GaN. Ainsi, en convertissant le gaz chloré en excès qui résulte de la décomposition 30 thermique du GaC13 (dans les systèmes qui utilisent le GaC13 en tant que gaz de source) en GaCl supplémentaire, les effets nuisibles des espèces de gaz chlorées en excès pour le matériau en GaN déposé peuvent être évités étant donné que la quantité 35 d'espèces de gaz chlorées introduites dans le substrat de pièce 112 (figure 1) peut être réduite. Ces effets nuisibles peuvent comprendre, par exemple, l'incorporation d'atomes de chlore dans le réseau cristallin de nitrure de gallium et la fissuration ou la délamination du film de GaN déposé. De plus, les effets nuisibles peuvent comprendre, par exemple, la formation d'acide chlorhydrique gazeux (HC1) en excès. L'acide chlorhydrique peut agir en tant qu'agent de gravure pour une couche de nitrure du groupe III déposée dans le système de dépôt 100, réduisant de ce fait la vitesse de croissance ou empêchant même le dépôt du nitrure du groupe III. En outre, en faisant réagir les espèces chlorées en excès avec le gallium liquide pour former du GaCl supplémentaire, le rendement du système de dépôt 100 peut être amélioré. La figure 4 illustre un autre mode de réalisation d'un injecteur de gaz de thermalisation 300 qui comprend l'injecteur de gaz 200 de la figure 2, ainsi que des composants chauffants actifs et passifs pour chauffer au moins la conduite de thermalisation 206 et le récipient 210 de l'injecteur de gaz 200. Autrement dit, au moins un élément chauffant peut être disposé à proximité d'au moins l'un de la conduite de thermalisation 206 et du récipient 210 pour chauffer au moins l'un de la conduite de thermalisation 206 et du récipient 210 de l'injecteur de gaz 200. Comme montré sur la figure 4, l'injecteur de gaz de thermalisation 300 comprend un élément chauffant cylindrique passif 302 qui est disposé dans un espace généralement cylindrique qui est entouré par la conduite de thermalisation 206 de l'injecteur de gaz 200. L'élément chauffant passif 302 peut être au moins sensiblement composé de matériaux avec des valeurs d'émissivité élevées (proches de l'unité) (matériaux des corps noirs) qui sont également capables de résister à des environnements corrosifs à température élevée, qui peuvent être rencontrés dans le système de dépôt 100. Ces matériaux peuvent comprendre, par exemple, le nitrure d'aluminium (AIN), le carbure de silicium (SiC) et le carbure de bore (B4C), qui ont des valeurs d'émissivité de 0,98, 0,92 et 0,92, respectivement. L'élément chauffant passif 302 peut être plein ou creux. Dans certains modes de réalisation, l'élément chauffant passif 302 peut être creux, et un thermocouple peut être positionné dans l'espace intérieur de l'élément chauffant passif à des fins de surveillance et de contrôle de la température. Dans des modes de réalisation supplémentaires, un thermocouple cylindrique peut être positionné autour de l'élément chauffant passif 203 et entre l'élément chauffant passif 302 et la conduite de thermalisation 206 environnante.
Dans des modes de réalisation supplémentaires, des éléments chauffants passifs cylindriques creux peuvent être disposés au-dessus et autour d'une ou de plusieurs sections droites de la conduite de thermalisation 206. Dans ces modes de réalisation, un thermocouple cylindrique peut être positionné entre les éléments chauffants passifs cylindriques creux et les sections de la conduite de thermalisation 206 entourées par les éléments chauffants passifs cylindriques creux. L'injecteur de gaz de thermalisation 300 peut également comprendre un élément chauffant actif 304. L'élément chauffant actif 304 peut au moins partiellement entourer chacun de la conduite de thermalisation 206 et du récipient 210 de l'injecteur de gaz 200. Dans certains modes de réalisation, l'élément chauffant actif 304 peut être généralement cylindrique et peut s'étendre entièrement autour d'au moins une partie de chacun de la conduite de thermalisation 206 et du récipient 210, comme montré sur la figure 4. L'élément chauffant actif 304 peut comprendre, par exemple, au moins l'un d'un élément chauffant résistif, d'un élément chauffant inductif et d'un élément chauffant radiant. Une gaine isolante 306 peut au moins sensiblement entourer l'injecteur de gaz 200, l'élément chauffant passif 302 et l'élément chauffant actif 304, comme montré sur la figure 4, de manière à améliorer le rendement du processus de chauffage par lequel l'élément chauffant actif 304 et l'élément chauffant passif 302 chauffent la conduite de thermalisation 206 (ou au moins le gaz ou les gaz contenus dans celle-ci) et le récipient 310 (ou au moins le réactif liquide et le gaz ou les gaz contenus dans celui-ci). Les éléments chauffants actifs et passifs de l'injecteur de gaz de thermalisation 300 peuvent être capables de chauffer la conduite de thermalisation 206, le récipient 210 et le gaz de source à des températures entre environ 500 °C et environ 1000 °C. La figure 5 illustre un autre mode de réalisation d'un injecteur de gaz 400 de l'invention. L'injecteur de gaz 400 de la figure 5 est similaire à l'injecteur de gaz 200 de la figure 2, et comprend une entrée 202 et une sortie 204, une conduite de thermalisation 406 et un récipient 210. Le récipient 210 peut être comme décrit en relation avec les figures 2 et 3. La conduite de thermalisation 406 est sensiblement similaire à la conduite de thermalisation 206 de la figure 2, excepté que la conduite de thermalisation 406 s'étend le long d'un trajet en spirale (c'est-à-dire, présente une configuration en spirale), au lieu de présenter une configuration en serpentin, comme la conduite de thermalisation 206 de la figure 2. Comme montré sur la figure 5, des modes de réalisation de l'invention peuvent également comprendre un logement extérieur 450. Le logement extérieur 450 peut être configuré pour enfermer et protégea au moins la conduite de thermalisation 406 et le récipient 210 de l'injecteur de gaz 400. Le logement extérieur 450 peut également servir en tant que conduite conduisant le gaz supplémentaire qui peut être utilisée, par exemple, pour transporter des gaz de purge (par exemple, les gaz de purge). Par exemple, le logement extérieur 450 peut comprendre un orifice d'entrée 452 et un orifice de sortie 454, de sorte qu'un gaz puisse s'écouler à travers le logement extérieur 450 entre l'orifice d'entrée 452 et l'orifice de sortie 454. Dans des modes de réalisation supplémentaires de l'invention, un logement extérieur 450 peut être prévu sur l'injecteur de gaz 200 de la figure 2, l'injecteur de gaz 300 de la figure 4, ou n'importe quel autre injecteur de gaz décrit ci-dessous. Toujours avec référence à la figure 5, en fonctionnement, un gaz de source, tel que le GaC13 et le H2, entre dans l'injecteur de gaz 400 à travers l'entrée 202 avec un débit entrant inférieur à 100 cm3 par minute (sccm), inférieur à 50 sccm, ou même inférieur à 10 sccm. Cependant, le débit peut être supérieur à 20 litres par minute standard (en anglais, « Standard Liters per Minute », (SLM)), tel que, par exemple, supérieur ou égal à 30 SLM. Les précurseurs gazeux, tels que le GaCl, sortent de l'injecteur de gaz 400 à travers la sortie 204 à des températures entre environ 500 °C et environ 1000 °C. Un gaz de purge, tel que de l'azote gazeux ou un mélange d'azote gazeux et d'hydrogène gazeux (H2), entre dans le logement r, 2966473 25 extérieur 450 à travers l'orifice d'entrée 452 avec un débit entrant d'environ un à cinq SLM, et maintient une surpression au moins à l'intérieur du logement extérieur 450. Le gaz de purge sort du logement 5 extérieur 450 à travers l'orifice de sortie 454. Le gaz de purge peut également être chauffé alors qu'il passe à travers le logement extérieur 450. La figure 6 illustre un autre mode de réalisation d'un injecteur de gaz de thermalisation 500 qui 10 comprend un injecteur de gaz sensiblement similaire à l'injecteur de gaz 400 de la figure 5, mais sans le logement extérieur 454. Ainsi, l'injecteur de gaz 500 comprend une conduite de thermalisation 406 et un récipient 210, tels que décrits précédemment dans le 15 présent document. L'injecteur de gaz 500 comprend en outre une entrée 202 et une sortie 204. L'injecteur de gaz de thermalisation de la figure 5 comprend en outre des éléments chauffants actifs et passifs similaires à ceux décrits précédemment en relation avec l'injecteur 20 de gaz 300 de la figure 4. En particulier, l'injecteur de gaz 400 de la figure 5 comprend l'élément chauffant passif cylindrique 302 décrit précédemment, qui est disposé dans un espace généralement cylindrique qui est entouré par la conduite de thermalisation en spirale 25 406 de l'injecteur de gaz 500. L'injecteur de gaz de thermalisation 500 peut également comprendre un élément chauffant actif 304 et une gaine isolante 306, comme décrit précédemment en relation avec la figure 4. Comme examiné précédemment, les éléments chauffants actifs et 30 passifs de l'injecteur de gaz de thermalisation 500 peuvent être capables de chauffer la conduite de thermalisation 406, le récipient 210 et le gaz de source à des températures entre environ 500 °C et environ 1000 °C.
La figure 7 illustre un exemple d'un injecteur de gaz 500 qui peut être utilisé pour injecter des précurseurs de dopant sur le substrat de pièce 112. L'injecteur de gaz 500 comprend une entrée 202, une sortie 204 et un récipient 210 comme décrit précédemment en relation avec les figures 2 et 3. Une conduite généralement droite 502 peut s'étendre de l'entrée 202 jusqu'au récipient 210 (au lieu de la conduite de thermalisation 206 des figures 2 et 3). Le récipient 210 peut être configuré pour contenir un réactif métallique liquide dans celui-ci, tel que, par exemple, de l'aluminium liquide, de l'indium liquide. Dans certains modes de réalisation de l'invention, le récipient 210 peut être configuré pour contenir un ou plusieurs matériaux solides, tels que, par exemple, du fer, du silicium ou du magnésium, etc. L'injecteur de gaz 500 peut également comprendre des éléments chauffants actifs et/ou passifs, tels que, par exemple, l'élément chauffant actif 304 et la gaine isolante 306 décrits précédemment en relation avec l'injecteur de gaz 300 de la figure 4. Les éléments chauffants actifs et/ou passifs peuvent être utilisés pour chauffer le récipient 210 (ou au moins le liquide contenu dans celui-ci) à des températures suffisantes pour maintenir le métal dans le récipient 210 dans l'état liquide. Un gaz de source, tel que de l'acide chlorhydrique gazeux, du chlore ou du GaCl gazeux, peut être délivré par une source de gaz externe à l'entrée 202. Le gaz de source peut s'écouler de l'entrée 202 à travers la conduite 502 vers le récipient 210, où le gaz de source peut réagir avec le réactif métallique dans le récipient pour former un précurseur gazeux (par exemple, de l'InCl, de l'AlCl, du FeCl, etc.). Le précurseur gazeux peut s'écouler hors du récipient 210 à travers la sortie 204. Le débit des gaz à travers l'injecteur de gaz 500 par rapport aux débits des autres injecteurs de gaz du système de dépôt 100 peut être commandé sélectivement de manière à contrôler la concentration des éléments déposés à partir du précurseur de dopant dans le matériau semi-conducteur des groupes III-V résultant. Comme décrit ci-dessus, des modes de réalisation d'injecteurs de gaz de thermalisation de l'invention peuvent être utilisés pour injecter des précurseurs d'élément du groupe III et des précurseurs d'élément du groupe V gazeux sur le substrat de pièce 112 pour déposer des matériaux semi-conducteurs des groupes III- V en utilisant un processus de S-ALD. Par exemple, dans certains modes de réalisation, les injecteurs de gaz de thermalisation de l'invention peuvent être utilisés pour convertir le GaC13 en GaCl gazeux par décomposition thermique du GaC13 en présence d'hydrogène, et par réaction des espèces chlorées (par exemple, le HC1, le C12) résultant de cette décomposition thermique du GaC13 avec du gallium liquide, et pour injecter du GaCl sur le substrat de pièce 112 pour déposer du GaN dans un processus d'ALD.
Les figures 8A à 8D illustrent des exemples de configurations de conduites 116 et d'injecteurs de gaz 102 qui peuvent être utilisées pour générer les précurseurs d'élément du groupe III à partir de gaz de sources délivrés extérieurement par les sources de gaz 114A, 114B, 114C, 114D (figure 1), comme indiqué par les flèches de direction 107. Par exemple, le précurseur d'élément du groupe III peut être généré à partir d'un gaz comprenant un ou plusieurs éléments du groupe III et un ou plusieurs gaz porteurs, ou en faisant passer un gaz, tel que de la vapeur d'acide chlorhydrique (HCl), sur un élément du groupe III chauffé (c'est-à-dire, du gallium liquide, de l'aluminium liquide, de l'indium liquide, etc.) pour former un précurseur gazeux du groupe III, tel que du GaCl, de l'A1C1 ou de l'InCl, comme décrit en relation avec les figures 3 et 7. En formant les précurseurs gazeux comme décrit en relation avec les figures 8A à 8D, une concentration des précurseurs gazeux peut être personnalisée pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V ayant une composition souhaitée. Dans certains modes de réalisation, les conduites 116 peuvent comprendre une pluralité de branches 126A, 126B, 126C pour transporter différents précurseurs vers les injecteurs 102 et à partir de ceux-ci. Les branches 126A, 126B, 126C des conduites 116 peuvent converger, formant un flux de gaz unique, comme indiqué par les flèches de direction 109, lequel peut être délivré aux colonnes de gaz 108 (figure 1). Comme montré sur la figure 8A, un mélange de précurseur comprenant du GaCl et au moins l'un de l'InCl et de l'A1C1 peut être formé en utilisant les injecteurs 102. Par exemple, le GaC13 peut être converti en GaCl et en un gaz chloré dans une première branche 126A de la conduite 116 et l'InC13 ou l'A1C13 peut être respectivement converti en InCl ou AlCl dans une deuxième branche 126B de la conduite 116. Dans les modes de réalisation dans lesquels le mélange de précurseur comprend du GaCl et de l'InCl, le mélange de précurseur peut être utilisé pour former un ou plusieurs de l'InGaN, de l'InGaAs et de l'InGaP sur le substrat de pièce 112 (figure 1). Dans les modes de réalisation dans lesquels le mélange de précurseur comprend du GaCl et de l'AlCl, le mélange de précurseur peut être utilisé pour former un ou plusieurs de l'AlGaN, de l'AlGaAs, de l'AlGaP sur le substrat de pièce 112 (figure 1). Avec référence aux figures 8B et 8C, deux précurseurs d'élément du groupe III ou plus, tels que deux ou plus du GaCl, de l'AlCl, de l'InCl ou du FeCl, peuvent être formés en faisant passer du GaC13r provenant d'une source externe, sur une source d'élément du groupe III chauffée (par exemple, une source d'indium ou une source d'aluminium) en utilisant un injecteur de gaz 102, tel que celui décrit en relation avec les figures 3 et 7. En tant qu'exemple non limitatif, du GaC13 peut être passé sur une source d'indium chauffée pour former l'InCl et le GaCl, sur une source d'aluminium chauffée pour former l'AlCl et le GaCl, ou sur une source de fer chauffée pour former le FeCl et le GaCl. Un précurseur de GaCl supplémentaire peut être formé en faisant passer au moins l'un de l'acide chlorhydrique et du chlore gazeux sur une source de gallium.
Dans une première branche 126A de la conduite 116, du GaCl et au moins l'un de l'acide chlorhydrique et du chlore gazeux peuvent être générés à partir d'un ou de plusieurs du GaC13 et du H2 en utilisant un injecteur 102 tel que celui décrit en relation avec les figures 3 et 7. Dans une deuxième branche 126B de la conduite 116, du GaCl supplémentaire ou un précurseur d'élément du groupe III supplémentaire peut être généré par l'injecteur 102. Dans les modes de réalisation dans lesquels du GaCl supplémentaire est généré, un gaz chloré généré à partir d'au moins l'un du GaC13r de l'acide chlorhydrique ou de l'hydrogène gazeux peut réagir avec du gallium pour former du GaCl supplémentaire. Dans les modes de réalisation dans lesquels le précurseur d'élément du groupe III supplémentaire est formé, du GaCl, de l'acide chlorhydrique ou du chlore généré à partir du GaC13 peut réagir avec au moins l'un de l'indium, de l'aluminium ou du fer pour former le précurseur d'élément du groupe III supplémentaire (c'est-à-dire, de l'InCl, de l'AlCl ou du FeCl). La première branche 126A et la deuxième branche 126B de la conduite 116 convergent, ce qui résulte en le mélange des gaz. Dans certains modes de réalisation, des gaz supplémentaires qui peuvent être utilisés pour doper les matériaux semi-conducteurs des groupes III-V peuvent être ajoutés dans les conduites 116. Comme montré sur la figure 8C, du GaC13 délivré à une première branche 126A de la conduite 116 peut être mélangé avec un gaz dopant délivré à une deuxième branche 126B de la conduite 116. Les gaz dopants appropriés comprennent, mais sans y être limités, des gaz contenant du fer, le dichlorosilane (H2SiC12), le silane (SiH4) et le tétrachlorure de silicium (SiC12). En option, une troisième branche 126C de la conduite 116 peut être utilisée pour générer un précurseur d'élément du groupe III supplémentaire ou du GaCl supplémentaire, comme décrit en relation avec la figure 8B. Dans des modes de réalisation supplémentaires montrés sur la figure 8D, une conduite 116 peut comprendre des branches 126A, 126B et 126C et l'un du GaC13i de l' InC13 et de l' A1C13 peut être fourni dans au moins deux des branches 126A, 126B 126C pour former un gaz comprenant un mélange d'au moins deux du GaC13r de l'InC13 et de l'A1C13. La combinaison d'au moins deux du GaC13, de l' InC13 et de l' A1C13 peut être utilisée pour former des composés du groupe III ternaires, tels que, par exemple, l'InGaN ou l'AlGaN, et des composés du groupe III quaternaires, tels que, par exemple, l'AlInGaN.
Le système de dépôt 100 décrit en relation avec la figure l peut être utilisé dans un procédé de formation du matériau semi-conducteur des groupes III-V par SALD. Par exemple, le procédé peut utiliser une pluralité de cycles de croissance d'ALD 122, 124 pour former le matériau semi-conducteur des groupes III-V, chacun des cycles de croissance d'ALD comprenant l'exposition du substrat de pièce 112 à au moins un précurseur du groupe III et à au moins un précurseur du groupe V. Le précurseur en excès et le gaz de purge peuvent être retirés par les colonnes de gaz 108 reliées à la ligne d'évacuation 120 pour éviter le mélange dudit au moins un précurseur du groupe III et dudit au moins un précurseur du groupe V. Chaque cycle de croissance d'ALD 122, 124 peut, par conséquent, former une couche d'un matériau semi-conducteur des groupes III-V spécifique. N'importe quel nombre de cycles de croissance d'ALD peut être effectué en utilisant le système de dépôt 100 pour former une épaisseur souhaitée du matériau semi-conducteur des groupes III-V spécifique ou pour former une pluralité de couches de différents matériaux semi-conducteurs des groupes III-V. Les précurseurs délivrés au substrat de pièce 112 pendant chacun des cycles de croissance peuvent être personnalisés pour former le matériau semi-conducteur des groupes III-V souhaité ou la pluralité souhaitée de couches de différents matériaux semi-conducteurs des groupes III-V sur le substrat de pièce 112. Par exemple, le procédé peut être utilisé pour former une pluralité de couches comprenant des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V ayant différentes compositions utiles dans des couches de dispositif, telles que celles de LED. Au moins l'un de l'ensemble 106 et du collecteur 35 104 est configuré pour établir un mouvement du substrat de pièce 112 par rapport au collecteur 104. Le substrat de pièce 112 peut être positionné sur l'ensemble 106 et déplacé par rapport au collecteur 104 à travers une série de positions d'injection le long de la longueur du collecteur 104 (c'est-à-dire, des positions sous-jacentes à chacun des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D alignés longitudinalement). A chacune des positions d'injection, le substrat de pièce 112 peut être exposé audit au moins un précurseur d'élément du groupe III ou audit au moins un précurseur d'élément du groupe V par l'injecteur de gaz 102A, 102B, 102C, 102D sus-jacent de sorte qu'une couche d'un matériau du groupe III, d'un matériau du groupe V ou d'un matériau composé des groupes III-V soit déposée sur le substrat de pièce 112. Les injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peuvent être programmés pour commander le débit et la composition du précurseur pour former le matériau semi-conducteur des groupes III-V souhaité. Le précurseur d'élément du groupe III peut être formé à partir d'une source d'élément du groupe III en utilisant des modes de réalisation des injecteurs de gaz de thermalisation de l'invention, qui ont été décrits précédemment. Dans certains modes de réalisation, au moins l'un du GaC13r de l' InC13 et de l'A1C13 et un ou plusieurs gaz porteurs, tels que le H2r le N2 et l'Ar peuvent être thermalisés en utilisant les injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D pour former le précurseur d'élément du groupe III (c'est-à-dire, le GaCl, l'InCl et l'A1C1). Dans d'autres modes de réalisation, la source d'élément du groupe III comprenant un mélange de gaz, tel que du GaC13r de l'InC13 et de l'AlC13r peut être utilisée pour former des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V ternaires et quaternaires, tels que l'InGaN, l'InGaAs, l'InGaP, l'AlGaN, l'AlGaAs et l'AlGaP. Par exemple, le mélange de gaz peut être formé avant l'entrée dans les injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D, comme décrit par rapport aux figures 8A à 8D. Ces mélanges peuvent être utilisés pour former des matériaux semi- conducteurs des groupes III-V ternaires et quaternaires sur le substrat de pièce 112. Par exemple, un mélange de GaC13 et d' InC13 peut être fourni à un ou plusieurs des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D pour former l'InGaN, l'InGaAs ou l'InGaP sur le substrat de pièce 112 ou un mélange de GaC13 et d'A1C13 peut être fourni aux injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D pour former l'AlGaN, l'AlGaAs ou l'AlGaP sur le substrat de pièce 112. Un rapport dei gaz dans le mélange peut être ajusté pour former le matériau semi- conducteur des groupes III-V ayant une composition souhaitée. Le précurseur d'élément du groupe V peut être formé en thermalisant une source d'élément du groupe V ou par d'autres techniques connues dans l'art (par exemple, des techniques de génération de plasma). Par exemple, au moins l'un de l'ammoniac (NH3), de l'arsine (AsH3) et du phosphine (PH3) peut être thermalisé pour former le précurseur d'élément du groupe V. Dans certains modes de réalisation de l'invention, un ou plusieurs des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peuvent être utilisés pour générer un précurseur d'élément du groupe III, tel que le GaCl, l'InCl ou l'AlCl, et pour exposer une surface principale du substrat de pièce 112 au précurseur d'élément du groupe III. Dans des modes de réalisation supplémentaires de l'invention, un ou plusieurs des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peuvent être utilisés pour générer différents précurseurs d'élément du groupe III qui peuvent être utilisés pour former des matériaux composés de nitrure du groupe III qui comprennent deux éléments différents du groupe III ou plus, tels que, par exemple, l'InGaN, l'AlGaN, l'InAlGaN, d'exemple et non de limitation, les troisième injecteurs de gaz 102A, 102C utilisés pour délivrer un ou plusieurs convertissant le GaC13 en GaCl gazeux par thermique du GaC13r et par réaction chlorées résultant de cette décomposition GaC13 avec du gallium liquide), de etc. A titre premier et peuvent être du GaCl (en décomposition des espèces thermique du l'InCl (en convertissant l'InC13 en InCl gazeux par décomposition thermique de l'InC13, et par réaction des espèces chlorées résultant de cette décomposition thermique de l'InC13 avec de l'indium liquide) et de l'A1C1 (en convertissant l'A1C13 en AlCl gazeux par décomposition thermique de l'A1C13r et par réaction des espèces chlorées résultant de cette décomposition thermique de l'InC13 avec de l'indium liquide), et les deuxième et quatrième injecteurs de gaz 102B, 102D peuvent être utilisés pour délivrer l'ammoniac gazeux (NH3), l'arsine gazeuse (AsH3), ou le phosphine gazeux (PH3). Chaque injecteur de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peut introduire une quantité suffisante de précurseur gazeux dans le substrat de pièce 112 pour déposer une couche de matériau sur le substrat de pièce 112. Le système de dépôt 100 peut comprendre un nombre quelconque d'injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D pour déposer l'épaisseur souhaitée du matériau semi-conducteur des groupes III-V ou la pluralité de couches de différents matériaux semi-conducteurs des groupes III-V sur le substrat de pièce 112. De plus, le substrat de pièce 112 peut être passé à travers le système de dépôt 100 n'importe quel nombre de fois pour obtenir une épaisseur souhaitable du matériau semi-conducteur des groupes III-V ou la pluralité de couches de différents matériaux semi-conducteurs des groupes III-V.
Dans encore d'autres modes de réalisation de l'invention, au moins l'un des injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peut être utilisé pour générer un précurseur de dopant (par exemple, du chlorure de fer (FeCl) ou des espèces en phase vapeur comprenant du silicium (Si)) qui peut être utilisé pour introduire un dopant (par exemple, des atomes ou des ions de fer ou des atomes ou des ions de silicium) dans le matériau semi-conducteur des groupes III-V. Pendant le processus de dépôt, le précurseur de dopant peut se décomposer et/ou réagir avec une autre substance de manière à résulter en l'incorporation du dopant dans le matériau semi-conducteur des groupes III-V déposé. Dans ces modes de réalisation, il peut ne pas être nécessaire de décomposer thermiquement le précurseur de dopant dans l'injecteur de gaz utilisé pour injecter le précurseur de dopant. A titre d'exemple non limitatif, chacun des cycles de croissance d'ALD 122, 124 peut être utilisé pour former une couche du matériau semi-conducteur des groupes III-V ayant une composition souhaitée ou une pluralité de couches de matériau semi-conducteur des groupes III-V, ayant chacune une composition différente. Un premier cycle de croissance d'ALD 122 peut être effectué pour déposer une première couche de matériau semi-conducteur des groupes III-V. Alors que le substrat de pièce 112 se déplace le long de la longueur du collecteur 104 à travers un premier cycle de croissance d'ALD 122, le substrat de pièce 112 peut être positionné sous la colonne de gaz 108 en communication avec le premier injecteur 102A. Le premier injecteur 102A peut délivrer le précurseur d'élément du groupe III au substrat de pièce 112 à travers la colonne de gaz 108 correspondante et l'élément du groupe III peut être absorbé sur la surface du substrat de pièce 112. Les gaz ou le précurseur d'élément du groupe III en excès peuvent être retirés du substrat de pièce 112 en pompant les gaz à partir de la surface du substrat de pièce 112 à travers les colonnes de gaz 108 reliées à la ligne d'évacuation 120. Une action de purge peut également être appliquée entre les actions de pompage en exposant la surface du substrat de pièce 112 au gaz de purge. Le substrat de pièce 112 peut ensuite être déplacé par rapport au collecteur 104 à une position sous le deuxième injecteur 102B. Le substrat de pièce 112 peut être exposé au précurseur d'élément du groupe V délivré par le deuxième injecteur 102B. Le deuxième injecteur 102B peut introduire une quantité suffisante du précurseur d'élément du groupe V vers le substrat de pièce 112 pour que l'élément du groupe V réagisse avec l'élément du groupe III déposé sur la surface du substrat de pièce 112 par le premier injecteur 102A pour former la première couche de matériau semi-conducteur des groupes III-V. Les gaz ou le précurseur d'élément du groupe V en excès peuvent être retirés du substrat de pièce 112 par pompage et purge, comme décrit précédemment. Le cycle de croissance d'ALD 122 peut être répété n'importe quel nombre de fois pour augmenter une épaisseur de la première couche de matériau semi-conducteur des groupes III-V. Un autre cycle de croissance d'ALD 124 peut être effectué pour déposer une deuxième couche de matériau semi-conducteur des groupes III-V ayant une composition différente de celle de la première couche de matériau semi-conducteur des groupes III-V. Alors que le substrat de pièce 112 est déplacé par rapport au collecteur 104 à travers le deuxième cycle de croissance d'ALD 124, le substrat de pièce 112 peut être positionné sous le troisième injecteur 102C. Le troisième injecteur 102C peut introduire le précurseur d'élément du groupe III vers le substrat de pièce 112 et l'élément du groupe III peut être absorbé sur la surface du substrat de pièce 112. Les gaz ou le précurseur en excès peuvent être retirés du substrat de pièce 112 par pompage et purge, comme décrit précédemment.
Après avoir retiré les gaz en excès, le substrat de pièce 112 peut être déplacé par rapport au collecteur 104 à une position sous le quatrième injecteur 102D. Le quatrième injecteur 102D peut introduire le précurseur d'élément du groupe V vers le substrat de pièce 112 et l'élément du groupe V peut réagir avec l'élément du groupe III déposé sur la surface du substrat de pièce 112 pour former la deuxième couche de matériau semi-conducteur des groupes III-V. Le cycle de croissance d'ALD 124 peut être répété n'importe quel nombre de fois pour augmenter une épaisseur de la deuxième couche de matériau semi-conducteur des groupes III-V. L'épaisseur de la couche de matériau semi- conducteur des groupes III-V formée dans l'un des cycles de croissance d'ALD 122, 124 peut dépendre des précurseurs utilisés et de la vitesse du déplacement relatif du substrat de pièce 112 le long de la longueur du collecteur 104. N'importe quel nombre de cycles de croissance d'ALD 122, 124 peut être effectué pour déposer une épaisseur souhaitée du matériau semi- conducteur des groupes III-V ou pour former des couches des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V ayant différentes compositions. Les types de précurseurs introduits vers le substrat de pièce 112 par les injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D peuvent être personnalisés pour former le matériau semi-conducteur des groupes III-V souhaité ou la pluralité souhaitée de couches de matériaux semi-conducteurs des groupes III-V. Dans les modes de réalisation dans lesquels une structure comprenant une pluralité de couches de matériaux semi-conducteurs des groupes III-V est formée, l'épaisseur souhaitée d'un matériau semi-conducteur des groupes III-V spécifique peut être formée sur le substrat de pièce 112 en effectuant un ou plusieurs premiers cycles de croissance d'ALD 122 et, ensuite, un ou plusieurs deuxièmes cycles de croissance d'ALD 124 peuvent être effectués pour former une épaisseur souhaitée d'un autre matériau semi-conducteur des groupes III-V différent. Les cycles de croissance d'ALD 122, 124 peuvent être personnalisés pour contrôler l'épaisseur et la composition de chaque couche de matériau semi-conducteur des groupes III-V déposé en utilisant le système de dépôt 100. Le déplacement relatif du substrat de pièce 112 et du collecteur 104 permet une exposition séquentielle continue du substrat de pièce 112 à différents précurseurs sans chargement et déchargement du substrat de pièce 112 dans ou hors d'une chambre de réaction entre les cycles de croissance d'ALD, comme avec les systèmes CVD classiques, les rampes de température, le nettoyage, la descente en vide, etc. La vitesse du déplacement relatif du substrat de pièce 112 par rapport au collecteur 104 peut être modifiée en fonction d'un temps de réaction des précurseurs, fournissant une vitesse de croissance élevée des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V. L'épaisseur et la composition de chacun des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V déposés peuvent être déterminées par un certain nombre de positions d'injection (c'est-à-dire, les positions sous chacune des colonnes de gaz 108 correspondant aux injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D) dans le système de dépôt 100 et le type de précurseurs introduits vers le substrat de pièce 112 à chacune de ces positions d'injection. Ainsi, le système de dépôt 100 permet un contrôle précis de l'épaisseur et de la composition de chacun des matériaux semi-conducteurs des groupes III-V. Le système de dépôt 100 peut être configuré pour déposer n'importe quelle combinaison de couches de matériau semi-conducteur des groupes III-V, ayant chacune une épaisseur et une composition souhaitées. Le système de dépôt 100, et les procédés associés, fournissent en outre un débit sensiblement plus élevé de matériaux semi-conducteurs des groupes III-V comparés aux systèmes et aux procédés de dépôt classiques, réduisant ainsi les coûts de fabrication. Le système de dépôt 100 permet en outre la fabrication de structures comprenant de multiples couches de matériaux semi-conducteurs des groupes III-V, telles que celles utilisées dans les dispositifs à base de nitrure du groupe III, tels qu'une diode laser, des LED, des diodes haute fréquence et de puissance. L'exemple qui suit sert à expliquer un mode de réalisation de la présente invention plus en détail.
Cet exemple ne doit pas être interprété comme étant exhaustif ou exclusif quant à l'étendue de la présente invention. La figure 9 est une vue dessus dessous d'un système de dépôt 100 similaire à celui montré sur la figure 1 et illustre l'utilisation du système de dépôt 100 dans des procédés de formation de structures comprenant de multiples couches de différents matériaux semi-conducteurs des groupes III-V, en particulier, une structure de LED à multiples puits quantiques. Le système de dépôt 100 peut être utilisé pour déposer du GaN, de l'AnN, de l'AIN et des alliages de nitrure du groupe III. Le substrat de pièce 112 peut comprendre une structure de modèle, tel qu'un matériau de GaN de type n sur un substrat en saphir. Le matériau de GaN a une épaisseur dans une plage d'environ 1 pm à environ 20 pm et peut être dopé électriquement avec du silicium pour produire un matériau de type n. Le système de dépôt 100 peut être utilisé pour former une pluralité de couches actives (non montrées) sur la couche de GaN du substrat de pièce 112. Par exemple, les couches actives peuvent former la base d'une structure de dispositif qui peut comprendre une LED. Dans des modes de réalisation supplémentaires, les couches actives peuvent être composées et configurées pour former une diode laser, un transistor, une cellule solaire, un MEMS, etc. Le système de dépôt 100 peut être maintenu à une température dans une plage d'environ 350 °C à environ 750 °C et une pression dans une plage d'environ 1000 mTorr à environ 7600 mTorr. En tant qu'exemple non limitatif, les sources de gaz peuvent être délivrées à un débit dans une plage d'environ 1 sccm à environ 100 sccm. Dans certains modes de réalisation, le système de dépôt 100 peut comprendre une pluralité de zones de dépôt 130A, 130B, 130C, 130D, 130E, 130F, chacune étant utilisée pour former une structure comprenant une pluralité de couches sur le substrat de pièce 112, chacune des couches comprenant un matériau semi- conducteur des groupes III-V ayant une composition spécifique. Par exemple, la structure peut être une structure en couches de dispositif à LED. Dans des modes de réalisation dans lesquels une structure comprenant des couches alternées d'InGaN et de GaN sous-jacentes à une couche d'AlGaN dopé de type p et une couche de GaN dopé de type p est formée, le système de dépôt 100 peut comprendre des première et troisième zones de dépôt 130A, 130C pour déposer un matériau d'InGaN, des deuxième et quatrième zones de dépôt 130B, 130D pour déposer un matériau de GaN, une cinquième zone de dépôt 130E pour déposer un matériau d'AlGaN dopé de type p et une sixième zone de dépôt 130F pour déposer un matériau de GaN dopé de type p. Alors que le substrat de pièce 112 est déplacé à travers les zones 130A, 130B, 130C, 130D, 130E, 130F du système de dépôt 100, des expositions alternées d'un précurseur du groupe III approprié et d'un précurseur d'azote peuvent être introduites vers le substrat de pièce 112 pour former le matériau semi-conducteur des groupes III-V souhaité. Dans certains modes de réalisation, une épaisseur de 1 nm du matériau semi-conducteur des groupes III-V souhaité peut être déposée à chaque (1) mètre du collecteur 104. Dans les modes de réalisation dans lesquels l'ensemble 106 comprend un rail ou un transporteur utilisé pour déplacer le substrat de pièce 112 le long d'une longueur du collecteur 104, le rail peut avoir une longueur d'environ 100 mètres pour déplacer le substrat de pièce 112 sous un nombre suffisant d'injecteurs de gaz 102A, 102B, 102C, 102D pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V, tel qu'une structure en couches de dispositif à LED, ayant une épaisseur de 100 nm. Le système de dépôt 100 peut être agencé selon diverses configurations en fonction de l'espace disponible. Dans les modes de réalisation dans lesquels le système de dépôt a une vitesse de traitement d'environ 1000 tranches de semi- conducteur par heure, environ 100 mètres carrés (m2) et en supposant une vitesse de distribution des structures en couches de dispositif de 1000 tranches de semi- t, t. 2966473 42 conducteur par heure. Cela correspond à une aire par temps de cycle effectif par tranche de semi-conducteur d'environ 0,1 m2 par tranche de semi-conducteur par heure, ce qui représente une amélioration importante 5 par rapport aux vitesses de traitement pour les réacteurs de CVD classiques. Des modes de réalisation en exemple non limitatifs supplémentaires de l'invention sont décrits ci-dessous. Mode de réalisation 1 : un procédé de dépôt d'un 10 matériau semi-conducteur, le procédé consistant à : faire s'écouler un précurseur d'élément du groupe III à travers une première colonne de gaz d'une pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées ; faire s'écouler un précurseur d'élément du groupe V à travers une 15 deuxième colonne de gaz de la pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées ; établir un déplacement d'un substrat par rapport à la pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées ; et exposer séquentiellement une surface du substrat au précurseur d'élément du groupe 20 III et au précurseur d'élément du groupe V pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V. Mode de réalisation 2 : le procédé de la revendication 1, consistant en outre à décomposer un gaz comprenant au moins un élément du groupe III pour 25 générer le précurseur d'élément du groupe III. Mode de réalisation 3 : le procédé du mode de réalisation 2, dans lequel la décomposition d'un gaz comprenant au moins un élément du groupe III pour générer le précurseur d'élément du groupe III comprend 30 la décomposition d'au moins l'un du GaC13, de l'InC13 et de l'A1C13 pour former au moins l'un du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl et du chlore. Mode de réalisation 4 : le procédé du mode de réalisation 3, dans lequel la décomposition d'au moins 35 l'un du GaC13r de l' InCl3 et de l' A1C13 pour former au moins l'un du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl et du chlore consiste à décomposer le GaC13 pour former le GaCl et le chlore. Mode de réalisation 5 : le procédé du mode de réalisation 2 ou du mode de réalisation 3, consistant en outre à faire réagir le chlore avec du gallium liquide pour former du GaCl supplémentaire. Mode de réalisation 6 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 1 à 5, consistant en outre à augmenter une épaisseur du matériau semi-conducteur des groupes III-V en exposant de manière répétée la surface du substrat au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V. Mode de réalisation 7 le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 1 à 6, consistant en outre à : faire s'écouler un gaz de purge à travers une troisième colonne de gaz disposée entre la première colonne de gaz et la deuxième colonne de gaz ; et exposer le substrat au gaz de purge pour retirer le précurseur d'élément du groupe III en excès et le précurseur d'élément du groupe V en excès de la surface du substrat. Mode de réalisation 8 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 1 à 7, dans lequel l'exposition séquentielle d'une surface du substrat au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V consiste à : exposer la surface du substrat à au moins l'un du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl pour absorber au moins l'un du gallium, de l'indium et de l'aluminium vers la surface du substrat ; et exposer ledit au moins un du gallium, de l'indium et de l'aluminium absorbé sur la surface du substrat à au moins l'un de l'azote, de l'arsenic et du phosphore.
Mode de réalisation 9 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 1 à 8, dans lequel l'exposition séquentielle d'une surface du substrat au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V consiste à former au moins l'un du nitrure de gallium, du nitrure d'indium, du nitrure aluminium, du nitrure de gallium indium, de l'arséniure de gallium indium, du phosphure de gallium indium, du nitrure de gallium aluminium, de l'arséniure de gallium aluminium et du phosphure de gallium aluminium. Mode de réalisation 10 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 1 à 9, dans lequel l'exposition séquentielle d'une surface du substrat au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V consiste à former le matériau semi-conducteur des groupes III-V ayant une épaisseur d'environ 100 nm. Mode de réalisation 11 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 1 à 10, comprenant en outre l'exposition séquentielle d'une surface du substrat à un autre précurseur d'élément du groupe III et à un autre précurseur d'élément du groupe V pour former un autre matériau semi-conducteur des groupes III-V sur le matériau semi-conducteur des groupes III-V, l'autre matériau semi-conducteur des groupes III-V ayant une composition différente de celle du matériau semi-conducteur des groupes III-V. Mode de réalisation 12 : un procédé de dépôt d'un matériau semi-conducteur, consistant à : décomposer thermiquement au moins un gaz de source dans un injecteur de gaz de thermalisation pour former un précurseur d'élément du groupe III ; diriger le précurseur d'élément du groupe III vers une surface d'un substrat à travers au moins une colonne de gaz pour absorber ledit au moins un élément du groupe III sur une surface du substrat ; diriger un précurseur d'élément du groupe V vers la surface du substrat à travers au moins une autre colonne de gaz sensiblement alignée avec ladite au moins une colonne de gaz pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V. Mode de réalisation 13 : le procédé du mode de réalisation 12, consistant en outre à établir un déplacement du substrat par rapport à ladite au moins une colonne de gaz et à ladite au moins une autre colonne de gaz. Mode de réalisation 14 : le procédé du mode de réalisation 13, dans lequel l'établissement d'un déplacement du substrat par rapport à ladite au moins une colonne de gaz et à ladite au moins une autre colonne de gaz consiste à établir un déplacement du substrat par rapport à ladite au moins une colonne de gaz et à ladite au moins une autre colonne de gaz d'une pluralité de colonnes de gaz. Mode de réalisation 15 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 12 à 14, dans lequel la décomposition thermique d'au moins un gaz de source dans un injecteur de thermalisation pour former un précurseur d'élément du groupe III consiste à décomposer thermiquement au moins l'un du GaC13, de l'InC13 et de l'A1C13 dans l'injecteur de gaz de thermalisation pour former au moins l'un du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl et du chlore gazeux. Mode de réalisation 16 : le procédé du mode de réalisation 15, consistant en outre à faire réagir le chlore gazeux avec au moins l'un du gallium liquide, de l'indium liquide et de l'aluminium liquide dans l'injecteur de gaz de thermalisation pour former au .2966473 46 moins l'un du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl supplémentaire. Mode de réalisation 17 : le procédé du mode de réalisation 15 ou du mode de réalisation 16, consistant 5 en outre à faire réagir le GaCl avec au moins l'un de l'indium liquide, de l'aluminium liquide et du fer liquide dans l'injecteur de gaz de thermalisation pour former au moins l'un de l'InGaClx, de l'AlGaClx et du FeGaClx. 10 Mode de réalisation 18 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 12 à 17, dans lequel l'envoi du précurseur d'élément du groupe III vers une surface d'un substrat à travers au moins une colonne de gaz pour absorber ledit au moins un élément 15 du groupe III sur une surface du substrat consiste à envoyer au moins l'un du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl vers une surface d'un substrat à travers ladite au moins une colonne de gaz pour absorber au moins l'un du gallium, de l'indium et de l'aluminium sur la surface 20 du substrat. Mode de réalisation 19 : le procédé du mode de réalisation 18, dans lequel l'envoi d'au moins l'un du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl vers une surface d'un substrat consiste à exposer le substrat au GaCl. 25 Mode de réalisation 20 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 12 à 19, dans lequel l'envoi d'un précurseur d'élément du groupe V vers la surface du substrat à travers au moins une autre colonne de gaz comprend l'envoi d'au moins l'un 30 de l'azote, de l'arsenic et du phosphore vers la surface du substrat à travers ladite au moins une autre colonne de gaz. Mode de réalisation 21 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 12 à 20, consistant 35 en outre à thermaliser au moins l'un de l'ammoniac, de l'arsine et du phosphine pour générer le précurseur d'élément du groupe V. Mode de réalisation 22 : le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation 12 à 21, consistant en outre à exposer la surface du substrat à au moins un gaz de purge pour retirer au moins l'un du précurseur d'élément du groupe III et du précurseur d'élément du groupe V de la surface du substrat. Mode de réalisation 23 : un système de dépôt, comprenant : un collecteur comprenant une pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées configurées pour diriger un ou plusieurs gaz, au moins l'une des colonnes de gaz sensiblement alignées configurée pour recevoir un précurseur gazeux du groupe III d'un injecteur de gaz de thermalisation comprenant : une entrée ; une conduite de thermalisation ; un récipient de liquide configuré pour contenir un réactif liquide dans celui-ci ; une sortie ; et un passage s'étendant de l'entrée, à travers la conduite de thermalisation vers un espace intérieur dans le récipient de liquide, et de l'espace intérieur dans le récipient de liquide vers la sortie ; et au moins un ensemble pour déplacer un substrat par rapport au collecteur. Mode de réalisation 24 : le système de dépôt du mode de réalisation 23, dans lequel la conduite de thermalisation a une longueur supérieure à une distance la plus courte entre l'entrée et le récipient de liquide. Mode de réalisation 25 : le système de dépôt du mode de réalisation 23 ou du mode de réalisation 24, comprenant en outre au moins un élément du groupe III liquide dans le récipient de liquide. Mode de réalisation 26 : le système de dépôt du mode de réalisation 25, dans lequel ledit au moins un élément du groupe III liquide comprend au moins l'un du gallium liquide, de l'indium liquide et de l'aluminium liquide. Mode de réalisation 27 : le système de dépôt de l'un quelconque des modes de réalisation 23 à 26, dans lequel au moins l'un de la conduite de thermalisation et du récipient de liquide est au moins sensiblement composé de quartz. Mode de réalisation 28 : le système de dépôt de l'un quelconque des modes de réalisation 23 à 27, comprenant en outre au moins un élément chauffant disposé à proximité d'au moins l'un de la conduite de thermalisation et du récipient de liquide. Mode de réalisation 29 : le système de dépôt de l'un quelconque des modes de réalisation 23 à 27, dans lequel ledit au moins un élément chauffant comprend un élément chauffant passif au moins sensiblement composé d'au moins l'un du nitrure aluminium, du carbure de silicium et du carbure de bore. Mode de réalisation 30 : le système de dépôt de l'un quelconque des modes de réalisation 23 à 27, comprenant en outre : au moins une source de gaz ; et au moins une conduite d'entrée de gaz configurée pour transporter un gaz de source de la source de gaz vers l'entrée dudit au moins un injecteur de gaz de thermalisation. Mode de réalisation 31 : le système de dépôt du mode de réalisation 30, dans lequel ladite au moins une source de gaz comprend une source d'au moins l'un du GaC13i de l' InC13 et de l' A1C13 .
Mode de réalisation 32 : le système de dépôt de l'un quelconque des modes de réalisation 23 à 31, comprenant en outre au moins une buse de gaz de purge disposée entre chacune des colonnes de gaz de la pluralité.
Mode de réalisation 33 : le système de dépôt de l'un quelconque des modes de réalisation 23 à 32, dans lequel une autre colonne de gaz adjacente à ladite au moins une colonne de gaz est configurée pour recevoir au moins un gaz de purge. Mode de réalisation 34 : le système de dépôt de l'un quelconque des modes de réalisation 23 à 33, dans lequel ledit au moins un ensemble pour déplacer un substrat par rapport au collecteur comprend un système de rails configuré pour transporter le substrat à travers une série de positions d'injection le long de la longueur du collecteur, chaque position d'injection étant sous-jacente à l'une de la pluralité de colonnes de gaz.

Claims (35)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de dépôt d'un matériau semi-conducteur, consistant à : faire s'écouler un précurseur d'élément du groupe III à travers une première colonne de gaz d'une pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées ; faire s'écouler un précurseur d'élément du groupe v à travers une deuxième colonne de gaz de la pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées ; établir un déplacement d'un substrat par rapport à la pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées et exposer séquentiellement une surface du substrat au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, consistant en outre à décomposer un gaz comprenant au moins un élément du groupe III pour générer le précurseur d'élément du groupe III.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la décomposition d'un gaz comprenant au moins un élément du groupe III pour générer le précurseur d'élément du groupe III consiste à décomposer au moins l'un parmi du GaC13r de l' InC13 et de l' A1C13 pour former au moins l'un parmi du GaCl, de l'InCl et de l'A1C1 et des espèces chlorées.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la décomposition d'au moins l'un parmi du GaC13, de 1'InC13 et de l'A1C13 pour former au moins l'un parmi du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl et des espèces chlorées consiste à décomposer le GaC13 pour former le GaCl et des espèces chlorées. r 2966473 51
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, consistant en outre à faire réagir les espèces chlorees avec du gallium liquide pour former du GaCl supplémentaire.
  6. 6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel 5 la décomposition d'au moins l'un parmi du GaCl3r de l'InC13 et de l'A1C13 pour former au moins l'un parmi du GaCl, de l'InCl et de l'Ain et des espèces chlorées consiste à décomposer au moins l'un parmi du GaCl3r de l'InC13 et de l'A1C13 pour former au moins l'un parmi 10 du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl et au moins l'un parmi de l'acide chlorhydrique et du chlore gazeux.
  7. 7. Procédé selon la revendication 1, consistant en outre à augmenter une épaisseur du matériau semi-conducteur des groupes III-V en exposant de manière 15 répétée la surface du substrat au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V.
  8. 8. Procédé selon la revendication 1, consistant en outre à : faire s'écouler un gaz de purge à travers une 20 troisième colonne de gaz positionnée entre la première colonne de gaz et la deuxième colonne de gaz ; et exposer le substrat au gaz de purge pour retirer le précurseur d'élément du groupe III en excès et le précurseur d'élément du groupe V en excès de la surface 25 du substrat.
  9. 9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'exposition séquentielle d'une surface du substrat au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V consiste à : 30 exposer la surface du substrat à au moins l'un parmi du GaCl, de l'InCl et de l' AlCl pour absorber au moins l'un parmi du gallium, de l'indium et d'aluminium à la surface du substrat ; et exposer au moins l'un parmi du gallium, de 35 l'indium et de l'aluminium absorbés sur la surface dusubstrat à au moins l'un parmi de l'azote, de l'arsenic et du phosphore.
  10. 10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'exposition séquentielle d'une surface du substrat au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V consiste à former au moins l'un parmi du nitrure de gallium, du nitrure d'indium, du nitrure aluminium, du nitrure de gallium indium, de l'arséniure de gallium indium, du phosphure de gallium indium, du nitrure de gallium aluminium, de l'arséniure de gallium aluminium, du phosphure de gallium aluminium, du nitrure de gallium indium aluminium, de l'arséniure de gallium indium aluminium et du phosphure de gallium indium aluminium.
  11. 11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'exposition séquentielle d'une surface du substrat au précurseur d'élément du groupe III et au précurseur d'élément du groupe V pour former un matériau semi- conducteur des groupes III-V consiste à former le matériau semi-conducteur des groupes III-V ayant une épaisseur inférieure à environ 1000 nm.
  12. 12. Procédé selon la revendication 1, consistant en outre à exposer séquentiellement une surface du substrat à un autre précurseur d'élément du groupe III et à un autre précurseur d'élément du groupe V pour former un autre matériau semi-conducteur des groupes III-V sur le matériau semi-conducteur des groupes III-V, ledit autre matériau semi-conducteur des groupes III-V ayant une composition différente de celle du matériau semi-conducteur des groupes III-V.
  13. 13. Procédé de dépôt d'un matériau semi-conducteur, consistant à : o 2966473 53 décomposer thermiquement au moins un gaz de source dans un injecteur de gaz de thermalisation pour former un précurseur d'élément du groupe III ; diriger le précurseur d'élément du groupe III vers 5 une surface d'un substrat à travers au moins une colonne de gaz pour absorber ledit au moins un élément du groupe III sur une surface du substrat ; diriger un précurseur d'élément du groupe V vers la surface du substrat à travers au moins une autre 10 colonne de gaz sensiblement alignée avec ladite au moins une colonne de gaz pour former un matériau semi-conducteur des groupes III-V.
  14. 14. Procédé selon la revendication 13, consistant en outre à établir un déplacement du substrat par 15 rapport à ladite au moins une colonne de gaz et à ladite au moins une autre colonne de gaz.
  15. 15. Procédé selon la revendication, 14, dans lequel l'établissement d'un déplacement du substrat par rapport à ladite au moins une colonne de gaz et à 20 ladite au moins une autre colonne de gaz consiste à établir un déplacement du substrat par rapport à ladite au moins une colonne de gaz et à ladite au moins une autre colonne de gaz d'une pluralité de colonnes de gaz. 25
  16. 16. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la décomposition thermique d'au moins un gaz de source dans un injecteur de thermalisation pour former un précurseur d'élément du groupe III consiste à décomposer thermiquement l'un parmi du GaC13, de 30 l'InC13 et de l'A1C13 et de l'hydrogène dans l'injecteur de gaz de thermalisation pour former au moins l'un parmi du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl et du gaz chloré.
  17. 17. Procédé selon la revendication 16, consistant 35 en outre a__faire réagir le__gaz chloré avec au_ moins_l'un parmi du gallium liquide, de l'indium liquide et de l'aluminium liquide dans l'injecteur de gaz de thermalisation pour former au moins l'un parmi du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl.
  18. 18. Procédé selon la revendication 16, consistant en outre à faire réagir le GaCl avec au moins l'un parmi de l'indium liquide, de l'aluminium liquide et du fer liquide dans l'injecteur de gaz de thermalisation pour former au moins l'un parmi du GaCl, de l'InCl, de l'AlCl et du FeCl.
  19. 19. Procédé selon la revendication 13, dans lequel l'envoi du précurseur d'élément du groupe III vers une surface d'un substrat à travers au moins une colonne de gaz pour absorber ledit au moins un élément du groupe III sur une surface du substrat comprend l'envoi d'au moins l'un parmi du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl vers une surface d'un substrat à travers ladite au moins une colonne de gaz pour absorber au moins l'un parmi du gallium, de l'indium et de l'aluminium sur la surface du substrat.
  20. 20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel l'envoi d'au moins l'un parmi du GaCl, de l'InCl et de l'AlCl vers une surface d'un substrat consiste à exposer le substrat au GaCl.
  21. 21. Procédé selon la revendication 20, dans lequel l'envoi d'un précurseur d'élément du groupe V vers la surface du substrat à travers au moins une autre colonne de gaz consiste à diriger au moins l'un parmi de l'azote, de l'arsenic et du phosphore vers la surface du substrat à travers ladite au moins une autre colonne de gaza
  22. 22. Procédé selon la revendication 13, consistant en outre à thermaliser au moins l'un parmi de l'ammoniac, de l'arsine et du phosphine pour générer le précurseur d'élément du groupe v. . a , 2966473 55
  23. 23. Procédé selon la revendication 13, consistant en outre à exposer la surface du substrat à au moins un gaz de purge pour retirer au moins l'un du précurseur d'élément du groupe III et du précurseur d'élément du 5 groupe V de la surface du substrat.
  24. 24. Système de dépôt, comprenant : un collecteur comprenant une pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées configurées pour diriger un ou plusieurs gaz, au moins l'une des colonnes de gaz 10 de la pluralité configurée pour recevoir un précurseur gazeux du groupe III d'un injecteur de gaz de thermalisation comprenant : une entrée ; une conduite de thermalisation ; 15 un récipient de liquide configuré pour contenir un réactif liquide dans celui-ci ; une sortie ; et un passage s'étendant de l'entrée, à travers la conduite de thermalisation vers un espace intérieur 20 dans le récipient de liquide, et de l'espace intérieur dans le récipient de liquide vers la sortie ; et au moins un ensemble pour déplacer un substrat par rapport au collecteur.
  25. 25. Système de dépôt selon la revendication 24, 25 dans lequel la conduite de thermalisation a une longueur supérieure à une distance la plus courte entre l'entrée et le récipient de liquide.
  26. 26. Système de dépôt selon la revendication 24, comprenant en outre au moins un élément du groupe III 30 liquide dans le récipient de liquide.
  27. 27. Système de dépôt selon la revendication 26, dans lequel ledit au moins un élément du groupe III liquide comprend au moins l'un parmi du gallium liquide, de l'indium liquide et de l'aluminium liquide. r. 2966473 56
  28. 28. Système de dépôt selon la revendication 24, dans lequel au moins l'un parmi de la conduite de thermalisation et du récipient de liquide est au moins sensiblement composé de quartz. 5
  29. 29. Système de dépôt selon la revendication 24, comprenant en outre au moins un élément chauffant disposé à proximité d'au moins l'un de la conduite de thermalisation et du récipient de liquide.
  30. 30. Système de dépôt selon la revendication 24, 10 dans lequel ledit au moins un élément chauffant comprend un élément chauffant passif au moins sensiblement composé d'au moins l'un parmi du nitrure d'aluminium, du carbure de silicium et du carbure de bore. 15
  31. 31. Système de dépôt selon la revendication 24, comprenant en outre : au moins une source de gaz ; et au moins une conduite d'entrée de gaz configurée pour transporter un gaz de source provenant de la 20 source de gaz vers l'entrée dudit au moins un injecteur de gaz de thermalisation.
  32. 32. Système de dépôt selon la revendication 31, dans lequel ladite au moins une source de gaz comprend une source d'au moins l'un parmi du GaC13, de l'InC13 25 et de l'A1C13 et un gaz de purge comprenant au moins l'un parmi de l'azote gazeux et l'hydrogène gazeux.
  33. 33. Système de dépôt selon la revendication 24, dans lequel une autre colonne de gaz adjacente à ladite au moins une colonne de gaz est configurée pour 30 recevoir au moins un gaz de purge.
  34. 34. Système de dépôt selon la revendication 33, comprenant en outre au moins une conduite de gaz configurée pour transporter au moins un gaz de purge d'une source de gaz vers ladite autre colonne de gaz.
  35. 35. Système de dépôt selon la revendication 24, dans lequel ledit au moins un ensemble pour déplacer un substrat par rapport au collecteur comprend un système de rails configuré pour transporter le substrat à travers une série de positions d'injection le long de la longueur du collecteur, chaque position d'injection étant sous-jacente à l'une de la pluralité de colonnes de gaz sensiblement alignées.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20020100418A1 (en) * 2000-05-12 2002-08-01 Gurtej Sandhu Versatile atomic layer deposition apparatus
WO2010101715A1 (fr) * 2009-03-03 2010-09-10 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Injecteurs de gaz pour systèmes de dépôt chimique en phase vapeur (cvd) avec ces derniers

Patent Citations (2)

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