[发明专利]气相沉积系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种气相沉积系统，尤其是涉及一种等离子气相沉积系统。

背景技术

在半导体领域中，化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)技术是最基本也是最重要的薄膜成长方式之一，其基本过程是将反应源以气体形式通入反应腔，其利用扩散经过边界层(boundary layer)到达基板表面；并藉由基板表面提供的能量在基材表面进行氧化、还原或与基板反应等化学反应，其生成物则因内扩散作用沉积于基板表面上。基本上，化学气相沉积技术又分多种，目前产业界广泛应用的是有机金属化学气相沉积(Metalorganic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，其广泛运用于各种不同结构的组件上，尤其是III-V族光电组件上。MOCVD可以达到较佳平整度，并且能沉积大部分的三元化合物及四元化合物，例如InGaAs及AlGaInP，以及长出含铝化合物，例如应用广泛的砷化铝镓(AlGaAs)。在一些特别的情况下，如在红外线方面运用极广的材料如In_xGa_1-xAs_yP_1-y四元化合物系统上，只能以MOCVD系统加以成长。

然而现有的MOCVD技术也存在诸多缺点，其制作成本高，且不易控制计量比与厚度。尤其是在制造氮化物半导体时，利用MOCVD于发光二极管的基板上成长III-V族缓冲层，须使用氨气(NH₃)或联氨(N₂H₄)气体作为V族元素的反应源。然而该类气体需要在高温才能反应，而升高成长温度势必提高Ga_XAl_1-XN(0＜X≤1)缓冲层成长时对氮的饱和蒸汽压的需求量，相应地将增加反应源的消耗量。因此，有效的反应氮并不会相应增加，却反而促使反应源消耗量增大。另一方面，氨气作为反应源还导致在成长III-V族半导体缓冲层时发生氢覆盖现象，使长成的III-V族氮化物缓冲层呈高绝缘状态，必须进行额外处理才能获得较佳的电性。此外，氨气对于真空管件、石墨、真空油有极大的损耗及伤害，易造成系统的损坏和增加维护的困难度以及时间。

为此，业界又开发出等离子化学气相沉积系统，其借助等离子的辅助能量，使得沉积反应的温度得以降低，且可以直接使用氮气作为反应源而避免氨气对系统的损害。与传统的MOCVD相比，等离子化学气相沉积系统可长时间操作，具有再现性良好，所需温度低，沉积膜的均匀度与品质较好等优点。依产生等离子的不同方法，目前主要有微波等离子CVD法(microwaveenhanced CVD)和电子回转共振微波等离子CVD法(electron cyclotronresonance(ECR))。根据微波等离子CVD法，反应气体由反应槽上方通入微波产生器，经导波管导入反应室；适当调整后微波即在反应室内的基板上方形成驻波而激发产生紫色的球型等离子。然该方法的缓冲层成长速率较低、沉积面积小，而且基材的移动对于等离子的形成有相当敏感的影响。电子回转共振微波等离子CVD法其原理和微波等离子CVD法相同，不同在于其在反应室外围放置两组电磁铁，上面的电磁铁可使电子回转，大幅提高产生等离子的效率。该方法较微波等离子CVD法有较大的控制空间，能扩大成长范围，然而无法克服基材的移动对等离子的形成有相当敏感的影响等其它缺点。

如此，现有的气相沉积技术还存在若干问题，尚需进一步的改进和完善。

发明内容

本发明提供一种气相沉积系统与方法，其可直接使用氮气作为反应源，独立控制所沉积薄膜的应力，而不会对其沉积特性造成重大的影响。

为达到上述目的，本发明提供下述技术方案：一种气相沉积系统，其包含：一离子产生区、一反应腔，以及一置于该产生区与该反应腔之间的多孔管；该离子产生区提供一第一元素的等离子，该多孔管将该第一元素的等离子及一第二元素汇集导入该反应腔。该第一元素的等离子以及该第二元素于该反应腔中与一基板进行化学气相磊晶从而成长一薄膜层。