TW201112313A - HVPE showerhead design - Google Patents

Description

201112313 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明的實施例一般涉及例如發光二極體（ught emitting diodes, LEDs)元件的製造，更具體地’涉及用 於氫化物氣相蟲晶法（hydride vapor phase epitaxial ’ HVPE )沈積的喷頭設計。 【先前技術】 正在發現m a族氮化物半導體對於各種半導體元件（例 如短波長發光二極體（LEDs )、鐳射二極體（laser diodes, LDs ) ’以及包括高功率、高頻、高溫電晶體和積體電路 的電子元件等）的發展和製造更加重要《用於沈積皿A族 氮化物的一種方法是氫化物氣相磊晶法（HVPE )沈積方 法。在HVPE中，画化物與ΜΑ族金屬反應以形成含金 屬前驅物（例如’金屬氣化物）》該含金屬前驅物隨後與 含氮氣體反應以形成ΠΙΑ族金屬氮化物。 §對LEDs、LDs、電晶體和積體電路的需求增加時， ΠΙΑ族金屬氮化物的沈積效率變得更加重要。因而需要 能夠將膜均勻沈積在大基板或多層基板上，並具有高沈 積率的沈積裝置和製程。另外，需要均勻的前驅物混合， 以使基板上膜的品質一致。因此，習知對之ΗνρΕ沈積 方法和HVPE裝置仍待改進。 4 201112313 【發明内容】 本發明大致涉及用於沈積製程（例如氣化物氣相蟲晶 法（hydride Vapor phase epitaxiai，HvpE))中的氣體傳輸 的方法和裝置》 -實施例提供了在-個或多個基板上形成金屬氮化物 的方法。該方法大致包括：經一個或多個基板上的第一 組通路，引入含金屬前驅物氣體，經一個或多個基板上 的第二組通路，引入含氮前驅物氣體，其中第一組通路 散佈在第二組通路之間，以及在第一和第二組通路上， 朝向所述一個或多個基板引入惰性氣體，以限制含金屬 前驅物氣體和含氮前驅物氣體在第一和第二組通路處或 其附近反應。 一個實施例提供了在一個或多個基板上形成金屬氮化 物的方法。該方法大致包括：經一個或多個基板上的一 組通路’引入含金屬前驅物氣體，以及在該組通路上引 入含氮前驅物氣體’從而該含氮前驅物氣體在該組通路 之間朝向所述一個或多個基板流動。 一個實施例提供了用於氫化物氣相磊晶室的氣體傳輸 裝置。該裝置一般包括：一第一氣體入口，一第二氣體 入口’以及一個或多個第三氣體入口，該第一氣體入口 連接到含金屬前驅物氣體源，該第二氣體入口與該第一 氣體入口分開，並連接到含氮前驅物氣體源，該第三氣 體入口與所述第一和第二氣體入口分開，該第三氣體入 5 201112313 口的配置適於將氣體大體上沿垂直於至少一基板表面的 方向，引入該室。 一個實施例提供了用於氫化物氣相遙晶室的氣體傳輸 裝置。該裝置大致包括：一第一氣體入口以及一第二氣 體入口，該第一氣體入口連接到含金屬前驅物氣體源， 該第二氣體入口與該第一氣體入口分開，並連接到含氮 前驅物氣體源，其中該第二氣體入口的配置適於將氣體 大體上沿垂直於至少一基板表面的方向，引入該室。 【實施方式】 本發明大致提供了一種用於沈積製程（諸如氫化物氣 相磊晶法（HVPE )沈積）的方法和裝置。第丨圖是根據 本發明一個實施例，用於實現本發明HvpE室的示意剖 面圖。在美國專利申請1^〇8.11/411，672和11/404,516中， 描述了適於貫現本發明的示例室’通過引用的方式將兩 者全文併入。 第1圖中的裝置1〇〇包括：圍繞處理部1〇8的室主體 102。喷頭元件104設置在該處理部108的一端，並且基 板載體114設置在該處理部1〇8的另一端。該基板載體 Π4可包括一個或多個凹槽116，在製程期間，可將一個 或多個基板置於其中。該基板載體114裝載六個或多個 基板。在一個實施例中，該基板载體114裝載八個基板。 可以理解的是，在該基板載體U4上可以裝載更多或更 少的基板。典型的基板可以是藍寶石、Si(：或矽。基板 6 201112313 尺寸可以爲50mm-100mm或更大的直徑。該基板載體尺 寸可以爲20〇mm-500mm »該基板載體可以由各種材料形 成’包括SiC或塗有SiC的石墨β可以理解的是，該基 板可以由藍寶石、SiC、GaN、矽、石英、GaAs、A1N或 玻璃構成。可以理解的是’可以在裝置1〇〇中並根據上 述製程處理其他尺寸的基板。相較於在傳統HVPE室 中，上述噴頭元件可允許在更多基板或更大基板上進行 更均勻的沈積，從而降低了成本。在處理期間，該基板 載體114可以圍繞其中心轴旋轉。在一個實施例中所 述基板可以在基板載體114中獨立旋轉。 該基板載體114可以旋轉。在一個實施例中，該基板 載體114可以約2Rp]y[至約100RPM旋轉。在另一個實 施例中’該基板載體11 4可以約3 0RPM旋轉。旋轉該基 板載體114有助於提供該處理氣體對每個基板的均勻曝 光。 在該基板載體114之下設置多個燈l3〇a、130b。對於 多個應用而言’典型燈配置可以包括該基板之上（未示 出）和之下（未示出）的燈組。一個實施例從側邊併入 燈。在某些實施例中，多個燈可以同心圓設置。例如， 燈130b的内部陣列可包括8個燈，以及燈130a的外部 陣列可包括12個燈。在本發明的一個實施例中，每個燈 130a、130b是單獨供電的。在另一個實施例中，燈n〇a、 130b的陣列可以位於喷頭元件104之上或之内β可以理 解的是，多個燈的其他配置和其他數量是可能的。燈 201112313 130a、130b的陣列可以選擇性的供電，以加熱該基板载 體U4的内部和外部區域。在一個實施例中，對作爲内 部陣列和外部陣列的燈130a、13扑集中供電，其中頂部 和底部陣列不是集中供電就是獨立供電。在又一實施例 中，分開的燈或加熱部件可以設置在該源蒸發皿28〇上 方和/或下方。可以理解的是，本發明不限於燈陣列的應 用。可以利用任何適合的熱源，以確保將適當的溫度充 分地應用到處理室、處理室中的基板、以及金屬源。例 如，可預期的是可以利用快速熱處理燈系統，例如美國 專利公開No. 2006/001 8639A1中所說明的，通過引用方 式併入全文。 對一個或多個燈130a、130b供電，以加熱基板和源蒸 發孤280。燈可以將該基板加熱到約9〇〇攝氏度至約12〇〇 攝氏度。在另一個實施例中，該燈13〇a、13〇b將源蒸發 孤280内，井820中的金屬源，保持在約35〇攝氏度至 約900攝氏度。在井820申可以設置溫差電偶，以在處 理期間測量金屬源溫度《由溫差電偶測量的溫度可以反 饋到控制器，該控制器係調節加熱燈丨3 〇a、丨3〇b所提供 的熱，從而必要的話可以控制或調節井82〇中金屬源的 溫度。 在根據本發明的一個實施例的處理期間，前驅物氣體 106從喷頭元件104流向基板表面。在基板表面或附近 所進行的該前驅物氣體106反應，可以將包括GaN、 A1N、和InN的各種金屬氮化物層沈積在該基板上。也 201112313 可以將多層金屬用於 '组合物膜，，的沈積，例如A編 和/或—Ν。將處理部刚保持在約760Τ〇ΓΓ至約 lOOTorr的壓力下。在_個實施例中將處理冑⑽保持 在約450T〇rr至約76〇T〇rr的壓力下。 根據本發明的—個實施例’第2圖是第i圖的HVPE 至的剖面透視圖。源蒸發皿28〇圍繞該室主體工。金 屬源填充該源蒸發皿28〇的井82〇。在一個實施例中， 該金屬源包括任何合適的金屬源，例如鎵、鋁、或銦， 以及基於特殊應用需求所選擇的特殊金屬。齒化物或齒 素氣體流經該源蒸發皿280之井820中金屬源上方通道 810’並與金屬源反應以形成氣態含金屬前驅物。在一個 實施例中，HC1與液態鎵反應以形成氣態GaC卜在另一 個實施例中，C12與液態鎵反應以形成GaC1和GaCi3。 本發明的另外實施例利用其他齒化物或齒素來獲得含金 屬氣相前驅物。合適的氫化物包括具有組合物HX (例 如’X=C卜Br、和I)的#料，並且合適的鹵素包括ci2、 Br2、和12。對於鹵化物，非平衡反應式爲： HX (氣體）+M (液態金屬）->MX (氣體）+H (氣體） 其中’ X= Cl、Br、和I並且M= Ga、A1或In。對於 鹵素，該公式爲： Z (氣體）+M (液態金屬）->MZ (氣體） 其中 ’ X=C12、Br2、和 12 並且 M=Ga、Al、In。以 下，包含氣態金屬的物質將指“含金屬前驅物”（例如， 金屬氣化物）。 201112313 通過第一組氣體通路，例如管道25 1，將來自源蒸發 皿280中的反應的含金屬前驅物氣體216引入該處理部 108。可以理解的是，含金屬前驅物氣體216可以由源而 不是源蒸發皿2 8 0産生。通過第二組通路，例如管道 252，將含氮氣體226引入處理部108。儘管所述管道的 配置爲合適的氣體分佈結構的示例，並可應用在一些實 施例中，於其他實施例中’亦可使用設計成用以提供此 述氣體分佈之不同類型通路的其他各類型配置。如下面 更詳細的說明，這類通路配置的示例包括一種氣體分佈 結構，該氣體分佈結構具有形成在板中的氣體分佈通道 (作爲多個通路）。 在個實施例中’該含氮氣體包括氨。含金屬前驅物 氣體216和含氮氣體226可以在基板的表面或其附近反 應，並且將金屬氮化物沈積到該基板上。該金屬氮化物 可以約1微米/小時至約6G微米/小時的速度沈積到該基 板上《在一個實施例中，該沈積速度爲約1 5微米/小時 至約2 5微米/小時。 在一個實施例中，通過板26〇將惰性氣體2〇6引入到 處理部10…通過使惰性氣體206在含金屬前驅物氣 體216與含氮氣體226之間流動，該含金屬前驅物氣體 216和含氮氣冑226可不相接觸，並且提早反應，以沈 勺在非所需的表面上。在一個實施例中，該惰性氣體 氫氣、氮氣、氦氣、氬氣或其組合。在另一個實施 例中，用氣氣代替該惰性氣體2〇6。在—個實施例中， 10 201112313 以約lslm至約I5slm的速度將該含氮氣體226提供給處 理部。在另一個實施例中，該含氮氣體226與載氣同向 流動。該載氣可以包括氮氣或氫氣或惰性氣體。在一個 實施例中，該含氮氣體226與載氣同向流動，以約〇slm 至約15slm的速度提供該載氣。對於鹵化物或鹵素的典 型流速爲5-l〇〇〇sccm，但可包括等於5sim的流速。用於 i化物/鹵素氣體的載氣可以是01_1〇sim，並且包括之 前列出的惰性氣體。由0_10slm的惰性氣體進行該鹵化 物/ _素/載氣混合物的額外稀釋。惰性氣體2〇6的流速是 5-40slm。處理壓力在1〇〇_1〇〇〇t〇rr之間變化。典型的基 板溫度是500-1200 。 該惰性氣體206、含金屬前驅物氣體216、和含氮氣體 226可通過排氣裝置236離開處理部1〇8，排氣裝置236 为佈在處理部的周圍。此種排氣裝置23 6之分佈可 以提供通過該基板表面的均勻氣流。 如第3圖和第4圖所示，根據本發明的一個實施例， 氣體管道251和氣體管道252可以分散佈置。獨立於氣 體管道252申的含氮氣體226的流速，可以控制氣體管 道251中的含金屬前驅物氣體216的流速。獨立控制的、 交替的氣體管道有助於通過基板表面的每種氣體更加均 勻的分佈’這提供了更好的沈積均勻性。 另外’含金屬前驅物氣體216和含氮氣體226之間的 反應程度依賴於兩種氣體接觸的時間。通過將氣體管道 251和氣體管道252平行於基板表面設置，含金屬前驅 201112313 物氣體216和含氮氣體226將在距離氣體管道251和氣 體管道252相等距離的點同時接觸，且據此在基板表面 上的所有點’將反應到相同程度。結果，能以更大直徑 的基板實現沈積均勻性。明顯的是，基板表面與氣體管 道25 1和氣體管道252之間距離的變化，將支配含金屬 前驅物氣體216和含氮氣體226反應的程度。因此，根 據本發明的一個實施例，在沈積期間，可以改變處理部 108的尺寸。同樣’根據本發明的另一個實施例，氣體 管道251與基板表面之間的距離，可以不同於氣體管道 252與基板表面之間的距離。另外，氣體管道251和氣 體管道252之間的間隔，也可以防止含金屬前驅物氣體 和含氮前驅物氣體之間的反應’以及在管道251和管道 252或其附近的不必要的沈積。如下所述，惰性氣體也 可以在管道25 1和管道252之間流動，以幫助保持前驅 物氣體之間的間隔。 在本發明的一個實施例中’在板260中可以形成測量 觀察點310 °在處理期間，這爲發光測量裝置提供到處 理部108的入口。通過對比反射波長與發射波長，由干 涉计確定膜沈積到基板上的速度，以實現測量。也可以 通過网溫計測量基板溫度來實現測量。應理解的是，測 里觀察‘點3 10可以為—般常結合HvpE使用的任何發光 測量震置，提供入口。 根據本發明的一個實施例，氣體管道25 1和氣體管道 的散佈，可藉由建構如第5圖所示的管道實現。每 12 201112313 組管道一定包括連接埠253，其連接到單一主管道257， 也連接到多分支管道259。每一所述多分支管道259具 有多個氣體璋255’形成於管道側邊，該管道大致面對 基板載體144。氣體管道251的連接埠253可構造爲設 置在氣體管道252的連接埠253與處理部1〇8之間。然 後，氣體管道251的主管道257設置在氣體管道252的 主管道257與處理部108之間。氣體管道252的每個分 支管道259可包含與主管道257鄰近連接的“ s，，彎曲 258 ’從而氣體管道252之分支管道259的長度係平行於 並與氣體管道251的分支管道259排列在一起。類似地， 根據下面討論的本發明的另一個實施例，藉由建構如第 9圖所示的多個管道’實現氣體管道251和氣體管道252 的散佈。可以理解的是，可變化分支管道259的數量以 及相鄰为支管道間的間隔。相鄰分支管道2 5 9之間較大 的距離可以減少多個管道表面上的過早沈積。也可以通 過增加相鄰管道之間的間隔物，來減少過早沈積。該間 隔物可以垂直於基板表面設置，或者可以將該間隔物彎 曲以引導氣流。在本發明的一個實施例中，該氣體埠255 可形成爲與含氮氣體226成一角度，來引導含金屬前驅 物氣體216。 根據本發明的一個實施例，第6圖顯示了板26〇。如 刖所述，經分佈在板26〇表面的多個氣體埠255，將惰 性氣體206引入處理部1〇8。根據本發明的一個實施例， 板260的凹口 267容納氣體管道252的主管道257的位 13 201112313 置。根據本發明的一個實施例，惰性氣體206在氣體管 道251的分支管道259與氣體管道252的分支管道259 之間流動，從而保持含金屬前驅物氣體2 16氣流與含氮 氣體226的分離’直到該氣體到達基板表面。 根據本發明的一個實施例，如第7圖所示，經板26〇 將含氮氣體226引入處理部1〇8 ^根據該實施例，由氣 體管道251的額外分支管道259代替氣體管道252的分 支管道259。從而經氣體管道252將含金屬前驅物氣體 引入處理部108。 根據本發明的一個實施例，第8圖顯示了源蒸發皿28〇 的部件❶該蒸發狐由覆蓋底部（第8B圖）的頂部（第 8A圖）構成。將兩個部分結合，則形成由井82〇上方的 通道81G所構成的環狀槽。如前所述，含氣氣體川流 、·’生通道810’並且可與井82〇中的金屬源反應以產生 含金屬前驅物氣體8丨3。根據本發明的一個實施例，經 氣體管道251將含金屬前驅物氣體813引入處理部ι〇8, 作爲該含金屬前驅物氣體216。 在本發明的另一個實施例中’在第扣圖所示的稀釋埠 中用隋性氣體812稀釋含金屬前驅物氣體813。可選 擇地在進人通道81〇之前，將惰性氣體⑴加入到含 氯氣體811中。另外，可以發生 通道_之前將惰性氣體812加人到含氣氣體8ΐι中， 以及在通道810的出口加入額外的惰性氣體812。然後 經氣體管道251 ’將該稀釋的含金屬前驅物氣體引入處 14 201112313 理部108 ’作爲含金屬前驅物氣體216。該含氣氣體811 在金屬源上的滞留時間直接正比於通道81〇的長度。更 長的滞留時間產生了該含金屬前驅物氣體216更高的交 換效率。因此’通過用源蒸發皿280包圍室主體102， 可以構造更長的通道81〇，導致該含金屬前驅物氣體216 更高的交換效率。構成通道810頂部（第8A圖）或底部 (第8B圖）的典型直徑是1〇_12英寸。通道81〇的長度 疋頂部（第8A圖）或底部（第8B圖）的週長，並且在 30-40英寸。 第9圖顯示了本發明的另一個實施例。在該實施例 中’改裝氣體管道251和氣體管道252的主管道257， 以符合處理部108的周長。通過將主管道257移至該周 長’氣體埠25 5的密度在基板表面上會變得更均勻。可 以理解的是’利用板260的相配改裝，纟管道257和分 支管道259的另一種設置是可能的。 本領域技術人員公知的是，可以對上述實施例進行各 種改變這仍然在本發明的範圍之内。舉例而言，作爲 内。P蒸發皿的替換（或除此之外），一些實施例可以利用 °又置在至之外的蒸發皿。對於這些實施例，分離熱源和/ 或熱氣體線路可用於將前驅物從外部蒸發皿傳送至該室 中。 對於一些實施例 室中，待重新充滿 必打開該室。例如 ，一些類型的機構可以用於所有設於 (例如，用液態金屬）蒸發皿，而不 ，一些採用注射器和活塞（例如，類 15 201112313 似於大尺寸注射器）的裝置可以設於該蒸發皿之上從 而用液態金屬重新充滿該蒸發孤，而不必打開該室。 對於-些實施例，從連接到内部蒸發皿的外Z型掛 鍋，將内部蒸發I填滿。用分離加熱和溫控系統加执"列 如’電阻性或㈣）該㈣1以通過各種技術將該掛 銷用於“供給，，該蒸發皿，例如，操作者打開和關閉手 動閥門的批次處理，或通過製程控制電子裝置和質量流 控制器。 對於-些實施例，瞬間蒸館技術可以應用於將金屬前 驅物傳送到該室。例如，經由液體注射器輸送瞬間蒸傭 金屬前驅物，以將少量金屬注射到該氣流中。 對於一些實施例，溫度控制的某些形式可以用於將前 驅物氣體保持在最佳操作溫度。例如，蒸發皿（内部或 外部）可α直接接觸地裝配有溫度感測$ (例如，溫度 電偶）’以決定蒸發m中的前驅物的溫度。該溫度感測器 可以連接到自動反饋溫度控制。而直接接觸溫度感測器 的另一選擇，遠端高溫測定法可以應用於監控蒸發I的 溫度。 對於外部蒸發JHL設計 設計（如上下文所述）》 ’可以採用各種不同類型的喷頭 該喷頭可以由適合的材料製成， 該材料可以經受住極端溫度（例如，高至1〇〇(rc)，例 如SiC或石英或塗有SiC的石|。如上所述，經由溫度 電偶或遠端高溫測定法可監測管道溫度。 對於-些實施例’為了實現各種目的，可調整從室的 201112313 以調節管道溫度。該些目的可 在沈積製程期間保持恒定溫 溫度範圍（以便於減少由熱壓 頂端和底部設置的燈組， 包括減小管道上的沈積， 度，並且確保不超過最大 引起的損傷）。

5A圖-第5B圖、第6圖第8a圖第叱圖 圖-第9B圖中顯示的部件可以由任何適合 例如，、塗有SiC的石墨、和/或石英，=成， 有任何合適的物理尺寸。例如，對於—些實施例;TA 圖-第5Β圖和第从圖.第9Β圖中顯示的該嘴頭管道可以 具有l-l〇mm的厚度（例如，在某些應用中2_)。 還可以防止化學物蝕刻和/或腐蝕之損傷的方式來構 造多個管道。例如，所述多個管道可以包括覆蓋物，例 如Sic或可將化學物钱刻和腐钱最小化的其他合適覆蓋 物。作爲可選擇的’或另外的，可由—隔離部份圍繞該 多個管道，該隔離部份可將管道與蝕刻和腐蝕隔開。對 於一些實施例，當分支管道可爲Sic時，主管道（例如， 争心管道）可以是石英。 在一些應用中，存在著在多個管道上形成沈積的風 險，例如通過阻塞氣體璋，進而影響性能。對於一些實 施例，爲了防止或減小沈積，將某種阻隔物（例如，擋 板或板）放置於多個管道之間。這些阻隔物可以設計成 可移除的和可容易替換的，從而便於維護和修理。 儘管在此說明採用分支管道的喷頭設計，對於一些實 施例，管道構造可以用設計成實現相似功能的不同類型 17 201112313 構造來代替。例如’對於—些實施例’傳輸通道和孔可 以鑽入單片板，在氣體與主室隔離和傳輸進該主室的方 面，該板提供與管道相似的功能。可選擇的除了單片， 分配板可以通過多層部分構造，該多層部分能以某些方 式密接在—起或安裳（例如’結合、焊接或蒸鍵）。 對於其他實施例’可形成塗有Sic的固體石墨管道， 並且隨後移除該石墨’以保留一系列通道和孔。對於一 -實施例’可以用其中各種形狀（例如，橢圓形圓形、 矩形或正方形）清潔的或不透明的石英板構成喷頭而 孔洞則形成於該石英板中^以將合適的尺寸化的管材 (例如，具有2nnnIDX4mmOD)炫化爲用於氣體傳輸的 板。 合裡邵件可以由不相似的材料 對於一些實 成。在某些情況下，進行測眚以成Αιτ 〜 灯而重以確保部件密封安全和防 止漏氣。例如’對於一歧管麻你丨 一夏施例’擋圈用於將石英管道 安全密封進金屬部分，從而防止友 防止，属鐵^該擋圈可由任何 合適的材料形成，例如，該奸粗办< 材枓谷許不同部件間熱膨脹 的差異（該差異會導致部件不同鞀疮以# 〒个1』程度的膨脹或收縮），否 則將導致該部分或漏氣的損傷。 如上所述（例如’參見第2圖）， )齒化物和齒素氣體用 於沈積製程中。另外，前述齒化抓 物和_素可作為用於反 應器的原位清洗（in-situ cleanindM & , g)的蝕刻劑氣體。該清洗 過程可包括使鹵化物或鹵素翁讲r I轧镀（有或沒有惰性載氣） 流入該室中。在100-1200°c的溫戽， 旳酿度下，蝕刻劑氣體可以 18 t 201112313 移除來自反應器牆壁和表面的沈積物。蝕刻劑氣體的流 速在l-20slm變化，且惰性載氣的流速在〇 2〇slm變化。 相應的壓力可在100_1000t〇rr變化，並且室溫度可在 20-1200°C 變化。 此外，前述齒化物和齒素氣體可用於基板的預處理製 程，例如，促進尚質量膜生長。一個實施例可涉及使鹵 化物或鹵素氣體經管道25 1或經板260流入該室中，而 不流經蒸發孤280 〇惰性載氣和/或稀釋氣體可與齒化物 或鹵素氣體結合。同時NH3或相似的含氮前驅物可以流 經管道252。預處理的其他實施例可包括僅使具有或不 具有惰性氣體的含氮前驅物流動。另外的實施例可以包 括一系列兩個或多個不連續的步驟，對於持續時間、氣 體、流速、溫度和壓力，每個所述步驟是不同的。對於 鹵化物或鹵素的典型流速是5〇_1〇〇〇sccm，但是包括等於 5slm的流速。用於鹵化物/鹵素氣體的載氣可以是 l-40slm，並且包括先前列出的惰性氣體。鹵化物/鹵素載 氣混合物的額外稀釋可以用〇_ 1 〇slm流速的惰性氣體進 行。NH3的流速在i_3〇sim之間，並且典型的比蝕刻劑 氣體流速快。處理壓力可在100_1000t〇rr之間變化。典 型的基板溫度範圍是500-1200。〇。 另外，可産生C12電漿，以用於清洗/沈積製程。此外， 此述之室可作爲美國專利申請序列號11/4〇4,516中所述 的多室系統的一部分，在此藉由引用的方式將全文併 入。如此所述，可包括遠端電漿發生器以作爲室硬體的 19 201112313 一部分’進而應用於這裏所述的HVPE室。田从丄 用於在申請 中所述的沈積和清洗製程的氣體線路和製程控制硬體/ 軟體’也可以應用於在此所述的HVPE室。 王 對於一些實 施例，含氣氣體或電漿可以在頂板之上傳輸’例如第6 圖所不，或經傳輸含Ga前驅物的管道傳輸。可以採用的 電漿類型不限於氣’而可以包括氟、碘、溴。用於産生 電漿的源氣可以是函素，例如Ch、ΒΓζ、L ,或者包含 7Α族元素的氣體，例如nF3。 雖然前述的内容係關於本發明之實施例，亦可設計本 發明其他和進一步的實施例，而不偏離本發明的基本範 圍’且其範圍由隨後的申請專利範圍界定。 【圖式簡單說明】 本發明已簡述於上文，而其更詳盡的敘述可參照繪示 ;附圖中之貫施例’以獲得本發明上述特徵，並作更詳 細的理解。 第1圖是根據本發明一個實施例，沈積室的剖面圖。 第2圖是根據本發明一個實施例，噴頭元件的剖面透 視側視圖。 第3圖是根據本發明一個實施例，喷頭元件的俯視剖 面圖。 第4圖是根據本發明一個實施例，喷頭元件的透視刮 面圖。 第5圖是根據本發明一個實施例，喷頭元件之氣體通 20 201112313 路部件的透視圓β 第6圖是根據本發明— 丨口貫施例*喷頭开杜夕伯^ 件的透視圖。 踢疋件之頂板部 第7圖是根據本發明—個 十《 /1 1固實施例，噴頭元株夕立丨^ 視側視圖。 I頭兀件之剖面透 第8圖疋根據本發明一個實施例 (boat)部件的透視圖。 第9圖是根據本發明一個實施例 路部件的透視圖β 嗔頭元件的蒸發風 噴頭元件之氣體通 爲了容易理解，盡可能採用相同的元件符號代表圓中 的相同部件❹可知一個實施例的部件和特徵可以有益地 與其他實施例結合，而不必進一步重複。 然而，要注意的是，附圖僅僅描述了本發明的示例性 實施例，不應視為發明範圍的限制’因爲本發明允許其 他等效實施例。 【主要元件符號說明】 100裝置 102室主體 104喷頭元件 1〇6前驅物氣體 108處理部 U4基板載體 116凹槽 130a燈 130b 燈 206惰性氣體 216含金屬前驅物氣體 226含氮氣體 21 201112313 236排氣裝置 251氣體管道 252氣體管道 253連接埠 255氣體埠 257主管道 258 “S”彎曲 259分支管道 260板 267 凹口 280源蒸發皿 310測量觀察點 810通道 811含氯氣體 812惰性氣體 813含金屬前驅物氣體 820井 22

Claims (1)

1. 201112313 七、申請專利範圍： 1、 一種在一個或多個基板上形成一金屬氮化物層的方 法，包含以下步驟： 將一金屬源暴露至一包含氣（C12)的第一處理氣體，以 形成一金屬_化物氣體’其中該金屬源包含一選自由 鎵、鋁及姻所構成之群組的元素；以及 將一個或多個基板暴露至一氮前驅物氣體及該金屬鹵 化物氣體，以在該一個或多個基板的表面上形成一金屬 氮化物層。 2、 如申請專利範圍第丨項所述的方法，其中該金屬源 包含錄1 2 3 4 5 6 3、 如申请專利範圍第2項所述的方法，其中在將該金 屬源暴露至該第一處理氣體之前，將鎵加熱至介於約350 C至9 0 0 °C間的溫度。 23 1 如申請專利範圍第3項所述的方法，其中將該一個 2 或多個基板暴露至該金屬齒化物氣體及氮前驅物氣體的 3 步驟更包s以下步驟：將該一個或多個基板加熱至介於 4 、勺900 C 1_約l2〇〇°c間的溫度，並在設置該一個或多個 5 基板的一處理部中建立介於.約1〇〇托耳至、約760托耳間 6 的壓力。 3 201112313 5、 如申請專利範圍第1項所述的方法，更包括以下步 驟： 將另一金屬源暴露至一包含氣（CL)的第二處理氣體’ 以形成另一金屬函化物氣體，其中該另一金屬源包含一 選自鎵、鋁及銦所構成之群組的元素，且該金屬源所來 自的該元素與該另一金屬源所來自的該元素各自包含不 同的元素；以及 將該一個或多個基板暴露至一氮前驅物氣體及該金屬 i化物氣體的步驟更包含以下步驟：將該一個或多個基 板暴露至一氮前驅物氣體、該金屬齒化物氣體及該另一 金屬函化物氣體，以在該一個或多個基板的表面上形成 該金屬氮化物層。 6、 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該氮前驅 物氣體包含氨。 7、 如申請專利範圍第丨項所述的方法，更包括以下步 驟：在形成胃金屬氣化物層之前，於一預處理製程期間 將該一個或多個基板暴露至一包含氣（CW的預處理氣 體。 8、如申請專利範圍第7項所述的方法，其中該預處理 氣體更包含氯化鎵。 24 201112313 9、 如申請專利範圍第1項所述的方法，更包含以下步 驟：在形成該金屬氮化物層之前，於一預處理製程期間 將該一個或多個基板暴露至一包含氨的預處理氣體。 10、 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該一個 或多個基板包含一選自藍寶石、硬及氮化鋁所構成之群 組的材料。 11、 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該一個 或多個基板包含兩個或多個基板，且將該兩個或多個基 板暴露至該金屬齒化物氣體及該氮前驅物氣體以形成該 金屬氮化物層的步驟更包含以下步驟：以介於約2rpm至 約1 OOrpm的轉速來旋轉該兩個或多個基板。 12、 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中暴露該 一個或多個基板的步驟更包含以下步驟： 使用一前驅物氣體分佈結構將該金屬齒化物氣體傳遞 至該一個或多個基板的表面；以及 使用一氮前驅物氣體分佈結構將該氮前驅物氣體傳遞 至該一個或多個基板的表面。 13、 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中該氮前 驅物氣體分佈結構是相距該一個或多個基板的表面一段 25 201112313 距離來設置且經配置以引導該氮前驅物氣體朝向該一個 或多個基板’且該前驅物氣體分佈結構是設置在該氮前 驅物氣體分佈結構及該一個或多個基板的表面之間。 14、-種在-個或多個基板上形成—含金屬氮化物層 的方法，包含以下步驟： 將-液態銘源暴露至-包含氣（ci2)的第一處理氣體， 以形成一金屬前驅物氣體，· 將設置在-處理室之-處理部内的該一個或多個基板 暴露至部分該經形成的金屬前驅物氣體及一氮前驅物氣 體，以在該一個或多個基板上形成一含氮化鋁層； 將一液態鎵源暴露至一包含氣（Cy的第二處理氣體， 以形成一鎵前驅物氣體；以及 將該一個或多個基板暴露至部分該經形成的鎵前驅物 氣體及一氮前驅物氣體，以在該一個或多個基板上形成 —含氮化嫁層。 15、 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中該含氮 化鋁層及該含氮化鎵層是形成在相同的處理室中。 16、 一種用於在一個或多個基板上形成一金屬氮化物 層的方法’包含以下步驟： 將設置在一沈積室之一處理部中的一個或多個基板及 一腔室部件的表面暴露至一金屬卣化物氣體及一氛前驅 26 201112313 物氣體，以在該—個或多個基板上形成一含氮化鎵層； 自該處理部移除該一個或多個基板；以及 將該腔室部件暴露至一清洗氣體，該清洗氣體包含一 產素氣體其中該清洗氣體適於移除形成在該腔室部件 上之該金屬氮化物層的至少一部分。 17、 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該鹵素 氣體包含氣（CD氣或氟（f2)氣。 18、 如申晴專利範圍第16項所述的方法，其中將該腔 至部件暴露至一清洗氣體的步驟更包含以下步驟：將該 腔室部件加熱至介於約loot：至約12〇〇°c的溫度。 19、 如申請專利範圍第18項所述的方法，其中加熱該 腔室部件的步驟包含以下步驟：自-個或多個燈將能量 傳遞至該腔室部件。 2〇、如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該腔室 部件包含-頂板，其具有複數個形成於其中的蟑，該等 蜂經配置以自-清洗氣體源接收該清洗氣體並將該清洗 氣體傳遞至該沈積室的該處理部中。 21、如申請專利範圍第16項所述的方 步驟： 的方去’更包含以下 27 201112313 將該清洗氣體經由一第一氣體分佈結構傳遞至該處理 部； 在形成該金屬氮化物層期間，將一金屬齒化物氣體經 由一第二氣體分佈結構傳遞至該處理部。 22、 如申請專利範圍第21項所述的方法，其中該第一 氣體分佈結構是相距該一個或多個基板的表面一段距離 來sx置，且該第一氣體分佈結構是設置在該第一氣體分 佈結構與該一個或多個基板的表面之間。 23、 如申請專利範圍第16項所述的方法，更包含以下 步驟：在將該腔室部件暴露至該清洗氣體之前，使用一 電漿將能量添加至該清洗氣體。 24、 一種經配置以在一個或多個基板上沈積一金屬氮 化物層的基板處理室，包含： 一處理室，界定一處理部，在沈積該金屬氮化物層期 間，一個或多個基板設置在該處理部中； 一液態金屬源蒸發皿，具有一槽’該槽經配置以保有 一液態金屬’其中該槽與該處理部流體連通；以及 一鹵素氣體源，與該槽流體連通，其中該齒素氣體源 經配置以將一齒素氣體傳遞至該槽。 25、如申請專利範圍第24項所述的基板處理室，其令 28 201112313 該鹵素氣體源包含氯（ci2)。 26、 如申請專利範圍第25項所述的基板處理室’更包 含一惰性氣體源，耦接至該槽’其中該惰性氣體源經配 置以將一惰性氣體傳遞至該槽而致使該經形成之金屬鹵 化物氣體的至少一部分流入該處理部中。 27、 如申請專利範圍第24項所述的基板處理室，更包 含： 一第一氣體分佈結構，其與該處理部流體連通，其中 該齒素氣體源經配置以將氯（C12)氣或氟（F2)氣經由該第 一氣體分佈結構傳遞至該處理部；以及 一第二氣體分佈結構，經配置以將一金屬齒化物氣體 傳遞至該處理部，其中該函素氣體源經配置以將該鹵素 氣體傳遞至該槽而形成該金屬齒化物氣體。 28、 如申請專利範圍第24項所述的基板處理室，其中 該齒素氣體源與該處理部流體連通，且經配置以傳遞該 南素氣體來清潔設置在該處理部中之一腔室部件的表 面，該自素氣體包含氣（Cl2)或氟⑹。 29、 如申請專利範圍第24項所述的基板處理室，其中 該鹵f氣體源經配置以傳遞該鹵素氣體來清》先設置在該 ° 之一腔室部件的表面，且將該画素氣體傳遞至 29 201112313 該槽以在其中形成一金屬函化物氣體，其中該齒素氣體 包含氣（ci2)。 30、 如申請專利範圍第24項所述的基板處理室，更包 含： 一個或多個基板加熱元件，其經配置以將該一個或多 個基板加熱至介於約900°C至1200。0的溫度。 31、 如申請專利範圍第3〇項所述的基板處理室，其中 該一個或多個基板加熱元件為燈。 32、 如申請專利範圍第3〇項所述的基板處理室，更包 含：一個或多個液態金屬源蒸發班加熱元件，其經配置 以將該槽加熱至介於約350°C至約90(TC的溫度。 33、 如申請專利範圍第24項所述的基板處理室，更包 含： 一基板栽體’設置在該處理部中，其中該基板載體經 配置以在沈積該金屬氮化物層期間支撐該一個或多個基 板；以及 個或多個第一加熱元件，其經配置以將該基板載體 加熱至介於約900t至約120(TC的溫度。 34、 甲請專利範圍第33項所述的基板處理室，更包 30 201112313 含： 一旋轉裝置，經配置以在處理期間旋轉該基板載體。 35、 如申請專利範圍第33項所述的基板處理室，其中 該基板載體是由一包含SiC或石墨的材料形成。 36、 如申請專利範圍第24項所述的基板處理室，更包 含： —頂板’其具有複數個形成於其中的埠’該等埠與該 處理部流體連通；以及 一氮氣體源，其經配置以經由該等埠傳遞一含氮氣體 並傳遞至該處理部中。 37、 如申請專利範圍第24項所述的基板處理室，更包 含： 一頂板，其具有複數個形成於其中的埠，該等埠與該 處理部流體連通；以及 該鹵素氣體源，其經配置以經由該等埠傳遞該函素氣 體並傳遞至該處理部中。 31