[实用新型]多室化学气相沉积系统

说明书

技术领域

本公开一般涉及半导体制造技术。更具体地，本公开涉及一种化学气相沉积系统，其具有多个被配置成在衬底上外延层的生长中独立操作的反应室。

背景技术

用于制造半导体的某些工艺可能需要复杂的工艺以使外延层生长来创建多层半导体结构以用于制造高性能装置，如发光二极管、激光二极管、光检测器、电力电子器件和场效应晶体管。在该工艺中，外延层是通过被称之为化学气相沉积(CVD)的一般工艺而生长的。一种类型的CVD工艺被称之为金属有机化学气相沉积(MOCVD)。在MOCVD中，将反应气体导入使反应气体沉积在衬底(通常被称之为晶片)上以生长薄外延层的受控环境内的密封的反应室中。用于这种制造设备的当前的产品线的实例包括MOCVD系统的家族以及电力GaN MOCVD系统，全部都是由位于纽约普莱恩维尤(Plainview)的维易科仪器有限公司(Veeco Instruments Inc.)所制造的。

在外延层生长期间，控制若干个工艺参数，如温度、压力和气体流量，从而在外延层中实现所需的质量。不同的层使用不同材料和工艺参数生长。例如，由化合物半导体，如III-V族半导体制成的装置通常是通过使一系列不同的层生长而形成的。在该工艺中，晶片被暴露于气体的组合，典型地包括作为III族金属来源的金属有机化合物且还包括晶片被保持在升高的温度上时在晶片上方流动的V族元素源。通常，金属有机化合物和V族源与不明显参与反应的载气，例如氮气或氢气相组合。III-V族半导体的一个实例是氮化镓，其可以通过在具有合适的晶格间距的衬底，例如蓝宝石或硅晶片上的有机镓化合物和氨的反应而形成。在氮化镓和/或相关的化合物的沉积期间，晶片通常被保持在700-1200℃量级的温度上。III-V族半导体的另一个实例是可通过铟和磷化氢的反应形成的磷化铟(InP)，或可通过铝、镓和胂的反应而形成的砷化铝镓(AlGa_1-xAs_x)，化合物的反应在合适的衬底上形成了半导体层。

通常，III-V族化合物可具有In_XGa_YAl_ZN_AAs_BP_CSb_D的通式，其中X+Y+Z约等于1，A+B+C+D约等于1，且X、Y、Z、A、B、C和D中的每一个可位于零和1之间。在一些情况下，可使用铋代替其他III族金属中的一些或全部。合适的衬底可以是金属、半导体或绝缘衬底且可包括蓝宝石、氧化铝、硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、磷化镓(GaP)、氮化铝(AlN)、二氧化硅(SiO2)等。

另一种类型的CVD工艺涉及在衬底上的碳化硅层的生长以形成电力电子器件。碳化硅层是使用作为活性种的硅烷和烃与作为载气的氢气的反应而生长的。在沉积期间，晶片通常被保持在800-2000℃量级的温度上。

在CVD工艺室中，一个或多个半导体晶片被定位在托盘，通常被称之为晶片载体内以暴露每个晶片的顶表面，从而使晶片的顶表面均匀暴露于在用于半导体材料沉积的反应室内的大气。晶片载体通常按约100至1500RPM或更高量级的旋转速度旋转。晶片载体通常是从高导热材料，如石墨机加工获得的且通常涂覆有材料，如碳化硅的保护层。每个晶片载体具有一组圆形凹口或口袋，并且各个晶片被置于其顶表面中。在美国专利申请公开号2007/0186853和2012/0040097以及美国专利号6,492,625；6,506,252；6,902,623；8,021,487；和8,092,599中描述了相关技术的一些实例，其公开的内容通过引用并入本文。其他晶片载体具有其中置有单个晶片的单个口袋。

在一些情况下，晶片载体被支撑在反应室内的主轴上以使具有晶片暴露表面的晶片载体的顶表面向上面向气体分配装置。当主轴旋转时，气体被向下引导至晶片载体的顶表面上且流过顶表面并流向晶片载体的周边。所使用的气体可通过被设置在晶片载体下面的端口从反应室抽出。晶片载体可通过加热元件，通常为被设置在晶片载体底表面下的电阻加热元件而被保持在所需的升高的温度上。这些加热元件被保持在晶片表面所需温度以上的温度，其中气体分配装置通常被保持在所需反应温度以下的温度以便防止气体的过早反应。因此，热量从加热元件被转移至晶片载体的底表面且向上流过晶片载体至一个或多个晶片。