[发明专利]在化学气相沉积系统中用于受控制掺杂物掺入和活化的方法和设备

说明书

实施例包含用于产生具有减少数量的点缺陷的半导体晶片的系统和方法。这些系统和方法包含可调谐的紫外UV光源，其经控制以在外延生长期间跨半导体晶片的表面产生UV光束的光栅以解离所述半导体晶片中的点缺陷。在各种实施例中，所述可调谐的UV光源配置在金属有机化学气相沉积MOCVD腔室外部且经控制使得所述UV光束被引导通过限定于所述MOCVD腔室的壁中的窗口。

技术领域

实施例涉及特别适应于半导体或固态装置或它们的部分的制造或处理的工艺或设备。更具体地说，实施例涉及使用得到固体浓缩物的气态化合物的还原或分解(即，化学气相沉积或金属有机化学气相沉积(MOCVD))，和在制造期间使用光学辐射对此类结构进行的轰击。

背景技术

化学气相沉积涉及引导含有化学物种的一种或多种气体到衬底的表面上，使得反应性物种反应且在表面上形成沉积物。例如，可通过在衬底上外延地生长半导体材料而形成化合物半导体。所述衬底通常是呈通常被称为“晶片”的圆盘的形式的结晶材料。通常通过使用第III族金属的源和第V族元素的源在晶片上生长例如III-V半导体的化合物半导体的层而形成所述化合物半导体。在有时被称为“氯化物”工艺的一种工艺中，提供第III族金属作为金属的挥发性卤化物，最常见的是例如GaCl₂的氯化物，而提供第V族元素作为第V族元素的氢化物。

在MOCVD工艺中，化学物种包含例如第III族金属镓、铟和铝的烷基的一种或多种金属有机化合物，且还包含第V族元素的源，例如第V族元素中的一者或多者的氢化物中的一者或多者，例如NH₃、AsH₃、PH₃和锑的氢化物。在这些工艺中，所述气体在例如蓝宝石、Si、GaAs、InP、InAs或GaP的晶片的晶片的表面处彼此反应，以形成具有通式In_xGa_yAl_zN_AAs_BP_CSb_D的III-V化合物，其中x+y+z＝约1，且A+B+C+D＝约1，且x、y、z、A、B、C和D中的各者可各自在0与1之间。在一些情况下，铋可代替一些或全部其它第III族金属而被使用。MOCVD常规上用以通过改变MOCVD反应器中的条件而生长具有p-n结或贯穿结构具有不同程度的n型掺杂物或p型掺杂物的半导体装置。例如，可在装置的生长期间在整个沉积工艺中修改引入到反应器中的气体的类型、数量或比率。

MOCVD常规上可用以生产各种半导体装置，包含氮化镓(GaN)半导体装置。例如以第III-V族元素为主的化合物半导体的半导体装置的此类实例包含发光二极管(LED)、场电子晶体管(FET)、金属绝缘体半导体场效应晶体管(MISFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、互补金属氧化物半导体(CMOS)等等。

GaN装置通常包括未掺杂层或有意掺杂层。掺杂层可掺杂有例如镁(Mg)、锌或铍，这会产生p型半导体；或它们可掺杂有例如锗或硅的材料，这会产生n型半导体。例如碳、氧和许多重金属的无意掺入杂质可极大地影响半导体膜的光学、电阻率和物理特性，且因此期望控制这些点缺陷的浓度。即使在这些杂质的百万分率的级别下，它们在主体材料带隙内通常具有深能级，也可观测到电阻率、非辐射重组速率和有时晶格失配或表面形态的显著改变。特定地说，碳的掺入会对膜的电导率产生强烈的影响，其中随着碳能级增加，膜变得更具电阻性。重掺杂碳的GaN常常用作FET装置中的电流阻断层，且通常低浓度的碳有必要用于有意掺杂层以增加电导率。

对于许多装置结构，存在可产生的额外类型的点缺陷，且还通常期望减小或控制它们的密度；此类实例包含形成Mg掺杂物的氢络合物(H络合物)、氮缺位(V_N)或V_N-Mg络合物。这些点缺陷可在生长期间变得掺入到GaN半导体的晶体结构中，从而导致Mg受体能级的钝化或补偿。掺杂物的钝化或补偿会降低总电活性掺杂物能级，这通常是不期望的。