[发明专利]用于化学气相沉积的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求了2008年10月3日提交的美国临时专利申请61/195,093作为优先权，该申请的全部内容在此引入参考。

技术领域

本发明主要涉及一种化学气相沉积的方法及其设备。

背景技术

化学气相沉积包括将含有化学物种的一种或多种气体导向基片的表面，使得反应物种反应并在表面上形成沉积。例如，化合物半导体可以通过半导体材料在基片上的外延生长形成。基片一般为一种圆盘状的晶体材料，通常称为“晶片”。化合物半导体，例如第III-V族半导体一般采用通过金属有机物化学气相沉积或”MOCVD”在晶片上生成的化合物半导体生长层来形成。

在该过程中，化学物种通过气体的结合来提供，其中包括一种或多种金属有机化合物，例如，第III族金属镓，铟以及铝的烷基化合物，同样也包括第V族元素源，例如一种或多种第V族元素的一种或多种氢化物，例如NH₃，AsH₃，PH₃，以及锑的氢化物。这些气体在晶片，例如蓝宝石晶片上相互反应，以形成第III-V族化合物，其通式为：In_XGa_YAl_ZN_AAs_BP_CSb_D，其中X+Y+Z＝大约1，而A+B+C+D＝大约1，而每个X，Y，Z，A，B，C，和D可以位于0～1。在某些实施例中，可以用铋来取代一些或所有其它第III族的金属。

在该过程中，晶片在反应室内维持在升高的温度下。反应气体，通常与惰性的载气混合，导入反应室内。当这些气体被引入反应室内时，一般在相对较低的温度下，例如，大约50℃或更低。当气体到达热的晶片时，它们的温度以及因此产生的反应有效能量增加。

在本文中，术语“有效能量”指化学反应中所使用的反应物种的化学势。术语化学势通常用于热力学，物理学以及化学中用以描述体系(粒子，分子，振动或电子状态，反应平衡等)的能量。然而，在不同的学科中，可以使用该术语的更多具体的替换，包括，吉布斯自由能(热力学)，费米能级(固态物理)等。除非另有说明，有效能量应该理解为具体材料的化学势。

根据专利公布号为2007/0256635的美国专利中，记载了一种化学气相沉积(CVD)的反应器，在该反应器内，氨源通过UV光激活。在该申请的下向流反应器中，当氨进入反应器时，被UV光源激活。该申请同样表明能够以此实现真空反应器内的低温反应。

如专利公开号为2006/0156983的美国专利以及其它专利的类似的公开中，在不同种类的等离子体反应器中，可以对反应器内的电机使用高频功率，以将至少一部分的反应气体离子化，来产生至少一种反应物种。

激光被认为是可以利用以助于化学气相沉积过程。例如，在Lee等人发表的名称为“通过激光诱导传输法得到的α-氮化镓单相沉积”(J.Mater.Chem.，1993，3(4)，347-351)的文章中，激光辐射在平行于基片的表面进行，以此激发不同的气体分子。这些气体可以包括化合物，例如：氨。在Tansley等人发表的名称为“氩氟激光激活的氮化物薄膜沉积”(Thin Solid Films，163(1988)255-259)的文章中，从接近于基片表面的合适气源处，再次使用高能光子使离子离解。相似地，在Bhutyan等人发表的名称为“氮化铟(InN)的激光辅助有机金属气相外延”(phys.stat.sol.(a)194，No.2，501-505(2002))的文章中描述了在合适的生长温度下氨分解可以增加，以提高金属有机气相外延生长的InN薄膜的电学性能，为此使用ArF激光来光分解氨以及有机前驱物，例如，三甲基铟及类似物。

对改进的CVD反应方法进行继续的研究，其中的反应物，例如氨能以更大的百分比进行更有效地利用，并在如目前所应用的相同反应器条件下得到改进的薄膜。

发明内容