[发明专利]用于化学气相沉积的进气口元件及其制造方法

说明书

用于化学气相沉积反应器(10)的进气口元件由多个长形的管状元件(64，65)构成，该多个长形的管状元件相互肩并肩地设置在一个垂直于反应器上下游方向的平面上。所述管状元件具有用于沿下游方向排放气体的进气口。晶片载体(14)绕着上游至下游的轴旋转。气体分布元件可以提供这样的气体分布模式：气体分布关于延伸穿过所述轴的中间平面(108)为非对称。

相关申请的交叉引用本发明要求了2008年12月4日提交的美国临时专利申请61/201,074作为优先权，该申请的全部内容在此引入参考。

技术领域

本发明涉及一种化学气相沉积的方法及设备。

背景技术

化学气相沉积包括导向含有化学物种的一种或多种气体至通常为平坦晶片的基片表面上，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晶体晶片上的外延生长来形成。第III-V族的半导体一般使用第III族的金属源，如：镓，铟，铝以及它们的组合，与第V族元素源，如一种或多种氢化物或一种或多种第V族元素，如NH₃、AsH₃、或PH₃，或锑有机金属化合物如三甲基锑来形成。

在该过程中，气体在晶片表面，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。

在某种方法中，通常称为“卤化物”或“氯化物”法，第三族金属源为金属的挥发性卤化物，最普遍的氯化物为GaCl₂。在另一个方法中，通常称为有机金属化学气相沉积或“MOCVD”，第III族金属源为第III族金属的有机化合物，如：金属烷基。

化学气相沉积中最广泛使用的一种设备包括圆盘状的晶片载体，安装在反应室内用于绕着垂直轴旋转。晶片固定在载体上，使得晶片表面在反应室内面朝上游方向。当载体绕着轴旋转时，导向位于载体上游的进气口元件处的反应气体至反应室内。气流朝着载体和晶片下游地流过，理想地以层状塞流的形式。随着气体接近旋转载体，粘性阻力促使它们绕着轴旋转，使得在接近载体表面的边界区域处，气流绕着轴并向外地流向载体的外围。

当气流位于载体外部边缘之上时，它们朝着位于载体之下的排气口向下地流动。该过程通常通过一系列不同的气体组分，以及某些情况下不同的晶片温度来实现，以沉积多层具有形成理想半导体装置所需的不同组分的半导体。仅以示例说明，在发光二极管(LEDs)以及二极管激光器的形成中，多量子阱(MQW)结构可以通过第III-V族半导体与不同比例的镓和铟的沉积层来形成。每层都可能有几十埃厚度，例如，几个原子层。

这种设备可以在载体表面以及晶片表面上提供稳定且有序的气流，使得载体上的所有晶片，以及每个晶片上的所有区域都受到大致均匀的条件。这样可以反过来促进材料在晶片上的均匀沉积。这种均匀性十分重要，因为沉积在晶片上材料层的成分以及厚度的微小差异都会影响所产生装置的性能。

迄今为止，在用于这类装置的进气口元件的研究领域上已投入了大量的努力。进气口元件通常具有进气口，用于分散在活动的，气体排放区域之上反应气体，该气体排放区域大致与晶片载体的大小几乎等同。某些进气口元件运送第一反应气体，例如第V族氢化物的混合物，而其它的进气口元件运送第二反应气体，例如金属烷基以及载气的混合物。这些进气口的形成如平行延伸至旋转轴的管，进气口分布在进气口元件的朝下表面或下游表面上。在对称设置进气口方面迄今为止已经投入了大量的努力。