[发明专利]用于卤化物气相外延系统和方法的直接液体注射

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可以使用化学气相沉积（CVD）用于沉积复合半导体材料的方法和系统，所述复合半导体材料例如III-V半导体材料。

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。

一个特定类型的CVD过程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含卤化物蒸汽时，所述过程可以称作卤化物气相外延（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得自氯化镓（GaCl）和氨（NH₃）之间的气相反应，所述气相反应在反应室内在约500℃和约1,000℃之间的升高温度下进行。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）通过加热的液体镓（Ga）上方以在反应室内原位形成GaCl来提供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可以对准加热的基材（如半导体材料的晶片）的表面，例如对准加热的基材的表面的上方。2001年1月30日公布的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。

已经开发了使用外部GaCl₃前体源的其他方法和系统，所述GaCl₃前体被直接注入反应室中。这些方法和系统的实例公开在例如2009年9月10日公开的Arena等人的美国（U.S.）专利申请公开号US2009/0223442A1中，该公开的全部公开内容以引用的方式并入本文。

之前已知的沉积系统采用质量流量控制器，所述质量流量控制器计量和控制气体或蒸汽状态的过程气体流入反应室的流速。

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如下本发明的一些示例性实施方案的详细说明中。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，本公开包括将复合半导体材料沉积在一种或多种基材上的方法。例如，这些方法可以包括计量并控制前体液体从前体液体源进入蒸发器的流速。前体液体可以包含液体状态的GaCl₃、InCl₃和AlCl₃的至少一种。所述前体液体可以在所述蒸发器内蒸发以形成第一前体蒸汽。所述第一前体蒸汽可以从所述蒸发器流出至反应室内接近工件基材的表面的区域。第二前体蒸汽可以与所述第一前体蒸汽分开地流入所述反应室。复合半导体材料可以沉积在所述反应室内的所述工件基材的所述表面上。复合半导体材料可以包含来自所述第一前体蒸汽的至少一种元素和来自所述第二前体蒸汽的至少一种元素。

在额外的实施方案中，本公开包括可以用于进行本文所公开的方法的卤化物气相外延系统。例如，卤化物气相外延系统可以包括反应室、至少一个前体液体的源和蒸发器，所述蒸发器被构造成蒸发所述前体液体以形成待输送至所述反应室内接近基材支撑结构的位置的前体蒸汽。所述前体液体可以包含液体状态的GaCl₃、InCl₃和AlCl₃的至少一种。至少一个导管可以在所述前体液体源和所述蒸发器之间提供流体路径。所述系统可以进一步包括被构造成成计量所述前体液体通过所述至少一个导管的流速的设备和被构造成控制所述前体液体通过所述至少一个导管的流速的设备。

附图说明

图1A为显示根据本公开的沉积系统的示例性实施方案的示意图，并包括用于测量和控制前体物质流入反应室的装置同时前体物质为液体状态；

图1B为显示根据本公开的沉积系统的另一示例性实施方案的示意图；