[发明专利]闭环MOCVD沉积控制

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施方式一般涉及用于工艺监视和控制基板上化学气相沉积(CVD)的方法和装置，且特别涉及用在金属有机化学气相沉积和/或氢化物气相外延(hydride vapor phase epitaxy)处理系统中的闭环过程控制系统(closed-loop process control system)。

现有技术描述

发现Ⅲ-Ⅴ族膜在各种半导体器件例如短波长发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和包括高功率、高频率、高温晶体管和集成电路的电子器件的开发和制造中较为重要。例如，使用Ⅲ族氮化物半导体材料氮化镓(GaN)来制造短波长(例如蓝/绿到紫外线)LED。已经发现，使用GaN制造的短波长LED较使用诸如Ⅱ-Ⅵ族材料的非氮化物半导体材料制造的短波长LED能提供明显更高的效率和更长的工作寿命。

已被用于沉积诸如GaN的Ⅲ-Ⅴ族膜的一种方法是金属有机化学气相沉积(MOCVD)。该化学气相沉积方法通常在具有温控环境的反应器内进行以确保含有选自Ⅲ族的至少一种元素诸如镓(Ga)的第一前驱物气体的稳定性。诸如氨气(NH₃)的第二前驱物气体提供形成Ⅲ族氮化物所需的氮。两种前驱物气体被注入到反应器中的处理区域内，这里它们混合且向处理区域中的加热基板移动。载气可用于帮助向基板传输前驱物气体。前驱物在加热基板表面反应以在基板表面上形成诸如GaN的Ⅲ族氮化物层。

多个基板可被布置在用于批处理的沉积反应器内的基板载体(substrate carrier)上，为增加产率和产量，批处理是较为理想的。这些因素很重要，因为它们直接影响制造电子器件的成本，并由此影响市场中器件制造商的竞争力。

沉积在每个基板上的Ⅲ-Ⅴ族膜的质量取决于很多膜生长参数，它们包括例如反应器压力、前驱物流速、基板温度、膜应力和膜生长速率。生长参数可根据膜生长速率或其他生长参数来确定，它们在先前的基板处理操作(process run)期间和/或之后得到测量。举例来说，各种计量工具(metrology tool)可用于测量诸如膜应力和膜生长速率之类的不同的膜生长参数。希望在基板处理期间测量和监视膜生长参数以使处理结果与膜生长参数相关联，从而膜质量和生长速率可被优化并在随后的处理操作时可以再现(reproduced)。然后，膜生长参数例如可由操作员监视并随需要调整为预定值或设定点，以实现所需的膜质量和生长速率。

一个或多个膜生长参数在基板处理期间可能会偏离所需的预定值。偏差速率可能很快或者平缓(gradual)以致该偏差可能不能被操作员检测到，并且对于整批基板来说，所沉积膜的质量可能受到不利影响。而且，具有多个处理反应器的组合工具(cluster tool)可能需要监视大量膜生长参数数据并控制可能会增加操作员误差和较差膜质量的可能性的很多生长参数。

随着对LED、LD、晶体管和集成电路需求的增加，沉积高质量Ⅲ-Ⅴ族膜的效率变得越来越重要了。因此，需要一种用于在基板处理期间监视和控制膜生长参数的改进的装置和方法。

发明内容

本发明一般提供用于监视和控制MOCVD和/或氢化物气相外延处理系统中Ⅲ-Ⅴ族结构处理的改进的方法和装置。

一个实施方式提供一种用于监视和控制Ⅲ-Ⅴ族结构的处理的基板处理系统。该基板处理系统一般包括一室、一个或多个计量工具、和一系统控制器，在该室中在基板上沉积Ⅲ-Ⅴ族膜，该室具有基板载体，所述一个或多个计量工具适于测量设置在基板载体上的基板的表面特性，所述系统控制器用于根据由计量工具所获得的测量结果来控制所述室的工艺参数。

另一实施方式提供用于监视和控制Ⅲ-Ⅴ族结构的处理的一种组合工具。该组合工具包括一传送室(transfer chamber)、一个或多个处理室、一维护室(service chamber)、一个或多个计量工具、和一系统控制器，这里所述一个或多个处理室中的至少一个处理室适于沉积Ⅲ-Ⅴ族膜于基板上，所述一个或多个计量工具适于测量基板的表面特性，所述系统控制器用于根据由计量工具获取的测量结果来控制所述一个或多个处理室的工艺参数。