[发明专利]包括反应室内的前体气体炉的沉积系统及相关方法

说明书

技术领域

本发明的实施方案通常涉及在基材上沉积材料的系统，并涉及制造和使用这些系统的方法。更特别地，本发明的实施方案涉及在基材上沉积III-V半导体材料的氢化物气相外延（HVPE）方法，并涉及制造和使用这种系统的方法。

背景技术

化学气相沉积（CVD）是用于在基材上沉积固体材料的化学过程，通常用于半导体设备的制造中。在化学气相沉积过程中，基材暴露至一种或多种试剂气体，所述一种或多种试剂气体以这样的方式反应、分解或同时反应和分解：导致在基材的表面上沉积固体材料。

CVD过程的一个特定类型在本领域内被称为气相外延（VPE）。在VPE过程中，基材在反应室内暴露至一种或多种试剂蒸汽，所述一种或多种试剂蒸汽以这样的方式反应、分解或同时反应和分解：导致在基材的表面上外延沉积固体材料。VPE过程通常用于沉积III-V半导体材料。当VPE过程中的试剂蒸汽之一包括氢化物（或卤化物）蒸汽时，所述过程可以称作氢化物气相外延（HVPE）过程。

HVPE过程用于形成III-V半导体材料，例如氮化镓（GaN）。在这些过程中，GaN在基材上的外延生长由氯化镓（GaCl）和氨（NH₃）之间的气相反应产生，所述气相反应在反应室内在约500℃和约1100℃之间的升高的温度下进行。NH₃可以得自标准NH₃气体源。

在一些方法中，通过使氯化氢（HCl）气体（其可以得自标准HCl气体源）在加热的液体镓（Ga）上方经过以在反应室内原位形成GaCl从而提供GaCl蒸汽。液体镓可以加热至在约750℃和约850℃之间的温度。GaCl和NH₃可以对准至加热的基材（如半导体材料的晶片）的表面（例如上方）。于2001年1月30日提交的Solomon等人的美国专利第6,179,913号公开了用于这些系统和方法中的气体注射系统。

在这些系统中，可能需要将反应室打开至大气以补充液体镓源。另外，不可能在这些系统中原位清洗反应室。

为了解决这些问题，已经发展了利用直接注入反应室中的外部GaCl₃前体源的方法和系统。这些方法和系统的实例例如公开在于2009年9月10日公开的Arena等人的美国专利申请公开第US2009/0223442A1号中。

发明内容

提供此发明内容以介绍简化形式的概念的选择，这些概念进一步描述于本发明的一些示例性实施方案的如下详细说明中。此发明内容不旨在确认所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

在一些实施方案中，本发明包括沉积系统，所述沉积系统包括至少基本上封闭的反应室；基座，所述基座至少部分地设置在所述反应室内，并被构造成支撑所述反应室内的基材；和气体输入系统，所述气体输入系统用于将一种或多种前体气体注入所述反应室中。所述反应室可以通过顶壁、底壁和至少一个侧壁限定。气体输入系统包括设置在所述反应室内的至少一个前体气体炉。至少一个前体气体流路延伸通过所述至少一个前体气体炉。

在额外的实施方案中，本发明包括沉积半导体材料的方法。所述方法可以通过使用如本文所述的沉积系统的实施方案来进行。例如，本公开的实施方案的一些方法可以包括使III族元素前体气体和V族元素前体气体分别流入反应室，使III族元素前体气体流动通过至少一个前体气体流路，所述至少一个前体气体流路延伸通过设置在所述反应室内的用于加热III族元素前体气体的至少一个前体气体炉，并在所述反应室内的所述至少一个前体气体炉内加热III族元素前体气体之后，将V族元素前体气体和III族元素前体气体在所述反应室内在基材上方混合。基材的表面可以暴露至V族元素前体气体和III族元素前体气体的混合物以在所述基材的表面上形成III-V半导体材料。

附图说明

通过参考显示在附图中的实施方案的如下详细描述可以更完整地理解本公开，其中：

图1为示意地显示本发明的沉积系统的示例性实施方案的剖开立体图，所述沉积系统包括位于反应室的内部区域内的前体气体炉；

图2为显示图1的前体气体炉的横截面侧视图，所述前体气体炉包括多个结合在一起的通常板状结构；

图3为图1和图2的前体气体炉的通常板状结构之一的俯视图；

图4为图1和图2的前体气体炉的立体图；以及

图5为显示与图1类似但包括三个位于反应室的内部区域内的前体气体炉的沉积系统的另一实施方案的平面图的示意图。

具体实施方式