專利名稱：用于在多個工藝室內(nèi)同時沉積多個半導(dǎo)體層的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在多個基質(zhì)上沉積至少一個層、尤其是半導(dǎo)體層的方法，其中在覆層設(shè)備內(nèi)，多個、尤其是構(gòu)造相同的工藝室由一個公共的氣體供給裝置供應(yīng)工藝氣體，所述工藝氣體分別由氣體引入機(jī)構(gòu)引入到工藝室內(nèi)，在所述工藝室內(nèi)，一個或多個待覆層的基質(zhì)處在接受器上，其中由工藝室頂部和工藝室底部的距離形成的工藝室高度是可變的且對于層的生長率具有影響。本發(fā)明此外涉及一種用于在多個基質(zhì)上分別沉積至少一個層、尤其是半導(dǎo)體層的設(shè)備，該設(shè)備具有反應(yīng)器殼體，所述反應(yīng)器殼體具有多個基本上構(gòu)造相同的工藝室，其中每個工藝室具有用于將工藝氣體引入到工藝室內(nèi)的氣體引入機(jī)構(gòu)和用于接收至少一個基質(zhì)的接受器，并且，由工藝室頂部和工藝室底部的距離所形成的工藝室高度可由調(diào)整元件調(diào)節(jié)，且以一個公共的氣體供給裝置為各工藝室供應(yīng)工藝氣體。
背景技術(shù)：
DE 10 2005 056 323 Al描述了一種具有反應(yīng)器殼體的設(shè)備，在所述反應(yīng)器殼體內(nèi)布置了多個工藝室。設(shè)備此外具有用于提供不同類型的載氣和工藝氣體的氣體供給單元。工藝氣體被氣體引入機(jī)構(gòu)個別定量配給地引入到各個工藝室內(nèi)。為卸載和加載的目的，在該文獻(xiàn)中接受器可以降下，從而增大工藝室的高度。在工藝室內(nèi)進(jìn)行金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)過程。DE 102 17 806 Al描述了一種用于執(zhí)行金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積過程的設(shè)備，其中工藝氣體同樣地如在前述工藝室中的情況通過噴頭狀工藝氣體引入機(jī)構(gòu)引入到工藝室內(nèi)。為影響在該處沉積的層的生長參數(shù)，可影響工藝室的高度。這通過可上下移動接受器和固定在其上的加熱裝置的調(diào)整元件實現(xiàn)。DE 10 2004 007 984 Al描述了一種化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)器，其中特定的層參數(shù)在層生長期間可光學(xué)地確定。為此，在氣體引入機(jī)構(gòu)的后壁內(nèi)具有成行地布置的若干傳感器，其中，從基質(zhì)到傳感器的光程的走向穿過氣體引入機(jī)構(gòu)的氣體出口。在此類設(shè)備中，在多個工藝室內(nèi)同步地執(zhí)行相同的生長過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)問題在于給出一種用以使得在所有基質(zhì)上如此沉積的層的層厚度基本上相同的措施。因為此類多工藝室反應(yīng)器的工藝室具有可能導(dǎo)致不同的層生長的漸次差異，所以在每個工藝室內(nèi)必須采取單獨的措施以修正層生長。實驗已表明生長率不僅取決于工藝氣體的組成和濃度，而且取決于工藝室的高度。對于以上所述的要解決的技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的解決方案因此在于，在層生長期間連續(xù)地或以特別短的間隔在每個工藝室內(nèi)在至少一個基質(zhì)上測量層厚度。通過控制器和調(diào)整元件在生長期間改變工藝室。改變的目的在于在工藝室內(nèi)沉積具有相同層厚度的層。生長率隨工藝室高度的升高而下降。如果例如在沉積過程期間由層厚度測量裝置在一個工藝室內(nèi)確定出在該處沉積的層當(dāng)時比在其余的工藝室中沉積的層更厚，則在生長過程期間由控制器向可用以調(diào)節(jié)工藝室高度的調(diào)整元件施加以相應(yīng)的改變值，使得例如接受器降下一定的高度，從而增大工藝室的高度。替代地，控制器也可為此向其余的工藝室的調(diào)整元件給出降低工藝室高度的指令，以使其余工藝室中的生長率升高。一個或另一個替代的選擇根據(jù)當(dāng)前的工藝室高度來進(jìn)行。所述層高度應(yīng)不低于預(yù)先給定的最小值也不高于預(yù)先給定的最大值。在本發(fā)明的一種優(yōu)選擴(kuò)展中，確定工藝室內(nèi)不同位置處的層厚度且尤其是確定在距基本上旋轉(zhuǎn)對稱的工藝室的中心的不同的徑向距離處的層厚度。這優(yōu)選地通過光學(xué)測量裝置進(jìn)行，如從DE 10 2004 007 984 Al中已知，即使用布置在氣體引入機(jī)構(gòu)的室的后壁上的光電二極管陣列進(jìn)行，使得光程的走向穿過氣體引入機(jī)構(gòu)下側(cè)的每個氣體出口。但層厚度測量裝置也可布置在反應(yīng)器殼體外。測量裝置可此外通過光導(dǎo)體與工藝室連接。但也可為確定層厚度使光通過管子投射在傳感器表面上。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特征在于為每個單獨的工藝室供應(yīng)工藝氣體的氣體供給裝 置?？商峁┓謩e為氣體引入機(jī)構(gòu)供應(yīng)工藝氣體的個別的定量配給單元。氣體引入機(jī)構(gòu)是帶有布置在下側(cè)上的氣體出口的噴頭狀體，通過所述出口，優(yōu)選地為金屬有機(jī)III族成分和V族混合物的工藝氣體被引入到工藝室內(nèi)。工藝室的頂部由氣體引入機(jī)構(gòu)的下側(cè)形成，而工藝室的底部由接收器的上側(cè)形成。在接受器上放置了一個或多個待涂覆的基質(zhì)。氣體出口環(huán)圍繞基本上圓形的工藝室延伸，該氣體出口環(huán)通過氣體引入管道與壓力控制器連接。工藝室的整體連接在一個公共的真空泵上。加熱裝置處在由石墨形成的接受器下方以將接受器加熱到工藝溫度。通過調(diào)整元件可調(diào)節(jié)接受器的高度且因此調(diào)節(jié)工藝室的高度。前述厚度測量裝置處在氣體引入機(jī)構(gòu)的背側(cè)上，所述厚度測量裝置在工藝過程期間通過殼體開口光學(xué)地測量層厚度。但厚度測量裝置也可提供在反應(yīng)器殼體外。例如，可借助于光導(dǎo)體將厚度測量裝置與工藝室連接。但也可通過管子實現(xiàn)與工藝室的光學(xué)連接。后者也可以用惰性氣體沖洗。提供了控制器。所述控制器從層厚度測量裝置獲得輸入測量值。控制器將瞬時測量的各個層厚度相互比較以向調(diào)整元件提供調(diào)整值，從而改變工藝室高度，以便沉積出具有相同的層厚度的層。


本發(fā)明的實施例在下文中根據(jù)附圖解釋。各圖為圖I在示意性圖示中示出了沿圖2中的截面線I-I通過多工藝室反應(yīng)器的橫截面，圖2示出了沿圖I中的截面線II-II的截面，圖3示出了根據(jù)圖I的另外的實施例的圖示，和圖4示出了在不同的總壓力下所測量到的生長率對工藝室高度H的依賴性。
具體實施例方式在由合金鋼制成的反應(yīng)器殼體I內(nèi)形成了總計四個工藝室2. 1,2. 2,2. 3,2. 4。四個工藝室2. 1,2. 2,2. 3,2. 4的每個通過氣體管道13被個別地供應(yīng)工藝氣體。在附圖中僅描繪了每個工藝室一個管道13。也可存在多個管道13，但所有管道都與一個公共的氣體供給裝置11連接。氣體供給裝置11具有閥和質(zhì)量流量測量裝置，以個別地定量配給工藝氣體。在反應(yīng)器I的總計四個工藝室的每個內(nèi)各具有一個引入機(jī)構(gòu)3，該引入機(jī)構(gòu)3具有噴頭的形式。引入機(jī)構(gòu)3具有其上安裝了光學(xué)傳感器17和層厚度測量裝置10的后板，且在與后板具有距離處具有前板，多個氣體出口 18處在所述前板內(nèi)。光學(xué)傳感器17的光程走向穿過一些氣體出口 18。在 氣體引入機(jī)構(gòu)3的后板和前板之間的室內(nèi)引入了工藝氣體，該工藝氣體通過氣體出口流入到工藝室2內(nèi)。在由氣體引入機(jī)構(gòu)3的下側(cè)形成的工藝室頂部8的下方設(shè)有接受器4，該接受器4以其上側(cè)形成平行于工藝室頂部8延伸的工藝室底部9。在接受器4上安放了被覆層的基質(zhì)5。但也可在接受器表面上放置多個被同時覆層的基質(zhì)。接受器4也可圍繞中心軸線被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。加熱器16處在接受器下方以將接受器加熱到工藝溫度。提供了支架7以支承加熱器16和接受器4。通過調(diào)整元件6可使支架7在高度上移動，使得因此可將接受器4與加熱器16—起從在圖I中以實線圖示的位置升高到以虛線圖示的位置。這導(dǎo)致對應(yīng)于工藝室頂部8和工藝室底部9之間的距離的工藝室的高度H降低。工藝室2的側(cè)壁由氣體出口環(huán)21形成，所述氣體出口環(huán)21通過氣體導(dǎo)出管道與壓力控制器19連接。壓力控制器19可以是節(jié)流閥。工藝室2的全部節(jié)流閥與一個公共的真空泵20連接。提供了電子控制器12。所述電子控制器12通過數(shù)據(jù)線14從每個層厚度測量裝置10獲得輸入值，此輸入值相應(yīng)于當(dāng)前測量的層厚度。如果測量裝置10具有多個光學(xué)傳感器17，則控制器12包含相應(yīng)數(shù)量的數(shù)據(jù)?？刂破?2然后為每個工藝室確定平均層厚度。控制器12將層厚度相互比較且確定偏差。如果控制器12確定在一個工藝室內(nèi)的平均層厚度小于在其它工藝室內(nèi)的平均層厚度，或在一個工藝室內(nèi)的平均層厚度大于在其它工藝室內(nèi)的平均層厚度，則控制器12采取合適的措施，這包括在一個或多個工藝室內(nèi)使接受器4與加熱器16 —起上升或下降。與此相關(guān)的調(diào)整值通過數(shù)據(jù)線15傳導(dǎo)到各高度調(diào)整元件6上。在通過氣體引入機(jī)構(gòu)3在低壓區(qū)域內(nèi)引入III族金屬有機(jī)成分以及作為載氣的氫和V族混合物的典型的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積過程中，III族-V族層的生長率在工藝室高度升高時下降。因此可通過接受器4向上或向下的移動修改生長率。這總體上實現(xiàn)為使得在工藝室2. I至2. 4的每個內(nèi)沉積具有基本上相同的層厚度的層?？刂茖崿F(xiàn)為使得在各個工藝室2. I至2. 4內(nèi)發(fā)生其特征為基本上相同的平均生長率的生長過程。如果在沉積過程期間，在工藝室2. I至2. 4內(nèi)的當(dāng)前的生長率相互不同，則改變工藝室高度。在此，可有意識地進(jìn)行過補(bǔ)償以平衡層厚度之間的差異。與在圖I中所圖示的實施例不同，在圖3中圖示的實施例中，光學(xué)傳感器17布置在反應(yīng)器殼體I外。在此圖示的實施例中，光學(xué)傳感器17安放在反應(yīng)器殼體頂部上且與穿過氣體引入機(jī)構(gòu)3伸出的管子連接。層厚度測量裝置10具有與基質(zhì)可見連接的傳感器面。在圖3中，對于每個工藝室2. 1,2. 2僅圖示了一個層厚度測量裝置10。在此也可提供更多的層厚度測量裝置，以在基質(zhì)的不同位置上測量生長率。
在未示出的另外的方案中，作為管子的替代提供了光導(dǎo)體，以在光學(xué)傳感器17和工藝室之間形成光學(xué)連接。在另外的未示出的方案中，反應(yīng)器壁內(nèi)提供了僅一個光學(xué)窗，光學(xué)傳感器17處在所述光學(xué)窗后方。使用根據(jù)本發(fā)明的方法且在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中可沉積由GaNg、AlGaN, InGaN,GaAs、InP、AlGaAs、InGaAs等組成的層。在使用TMGa和NH3GaN進(jìn)行沉積的沉積過程中，確定了生長率r對于工藝室高度的依賴性。圖4描繪了在6. 6kPa、26. 6kPa和40kPa的總壓力下對此的測量值。從圖中可見，生長率(μ m/h)在總壓力高時比在更低的生長率下具有對于工藝室高度H (mm)更大的依賴性。所有公開的特點(本身)是本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在本申請的公開中在此也完整地包括了所屬的/所附的優(yōu)先資料(在先申請文件副本)的公開內(nèi)容，也為此目的將此文獻(xiàn)的特 征包含在本申請的權(quán)利要求中。從屬權(quán)利要求在其任選的并列表述中體現(xiàn)了對現(xiàn)有技術(shù)的獨立的、具有創(chuàng)造性的擴(kuò)展，尤其是進(jìn)行了基于此權(quán)利要求進(jìn)行分案申請。附圖標(biāo)號列表I反應(yīng)器殼體,覆層裝置2工藝室3氣體引入機(jī)構(gòu)4接受器5 基質(zhì)6 (高度)調(diào)整元件7 支架8工藝室頂部9工藝室底部10層厚度測量裝置11氣體供給裝置12控制器13 (氣體)供給管道14輸入線15數(shù)據(jù)線16加熱器17光學(xué)傳感器18氣體出口19壓力控制器，壓力控制裝置20真空泵21氣體出口環(huán)
權(quán)利要求
1.一種用于在多個基質(zhì)(5)上分別沉積至少一個層、尤其是半導(dǎo)體層的方法，其中，在覆層設(shè)備(I)內(nèi)，多個、尤其是構(gòu)造相同的工藝室(2 )由一個公共的氣體供給裝置(I I)供應(yīng)工藝氣體，所述工藝氣體分別由一個氣體引入機(jī)構(gòu)(3)引入到各工藝室(2)內(nèi)，在所述工藝室(2)內(nèi)，一個或多個待覆層的基質(zhì)(5)處在接受器(4)上，其中，由工藝室頂部(8)和工藝室底部(9)的距離限定的工藝室高度(H)是可變的且對于層的生長率具有影響，其特征在于，在層生長期間連續(xù)地或以特別短的間隔在每個工藝室(2)內(nèi)在至少一個基質(zhì)(5)上測量層厚度，且通過控制器(12)和調(diào)整元件(6)這樣地改變工藝室高度(H)，使得在工藝室內(nèi)沉積具有相同層厚度的層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I或尤其是如下所述的方法，其特征在于，層厚度的測量使用布置在形成室的氣體引入機(jī)構(gòu)(3)的后壁上的光學(xué)傳感器設(shè)備(17)進(jìn)行，且光程走向穿過形成了工藝室頂部(8)的氣體引入機(jī)構(gòu)(3)的各一個開口(18)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項或尤其是如下所述的方法，其特征在于一個公共的抽真空裝置(2 )和為每一個工藝室(2 )個別地對應(yīng)配設(shè)的壓力控制裝置(19 )。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項或多項或尤其是如下所述的方法，其特征在于，在各工藝室(2)內(nèi)執(zhí)行金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積過程。
5.一種用于在多個基質(zhì)(5)上沉積至少一個層、尤其是半導(dǎo)體層的設(shè)備，所述設(shè)備具有反應(yīng)器殼體(1)，所述反應(yīng)器殼體(I)具有多個基本上構(gòu)造相同的工藝室(2)，其中每個工藝室(2)具有用于將工藝氣體引入到工藝室(2)內(nèi)的氣體引入機(jī)構(gòu)(3 )和用于接收至少一個基質(zhì)(5)的接受器(4)，并且，由工藝室頂部(8)和工藝室底部(9)的距離形成的工藝室高度(H)可由調(diào)整元件(6)調(diào)節(jié)，所述反應(yīng)器殼體(I)還具有為各工藝室(2)供應(yīng)工藝氣體的一個公共的氣體供給裝置(11 )，其特征在于，每個工藝室具有層厚度測量裝置(10)，使用所述層厚度測量裝置(10)能夠在層生長期間在至少一個基質(zhì)上連續(xù)地或以特別短的間隔測量層厚度，且提供了控制器(12)，所述控制器(12)的輸入量是由所述層厚度測量裝置(10)確定的層厚度且其輸出量是用于調(diào)整元件(6)的調(diào)整值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5或尤其是如下所述的設(shè)備，其特征在于，布置在接受器(4)下方的、 可以尤其是與接受器(4) 一起在高度方向上移動的加熱器(16)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求5和6中一項或多項或尤其是如下所述的設(shè)備，其特征在于，由控制器(12)提供給調(diào)整元件(6)的調(diào)整值取決于由層厚度測量裝置(17)測量的層厚度。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求5至7中一項或多項或尤其是如下所述的設(shè)備，其特征在于，控制器(12)設(shè)置為使得通過工藝室高度(H)的改變而沉積具有相同層厚度的層。
全文摘要
本發(fā)明首先涉及一種用于在多個基質(zhì)(5)上分別沉積至少一個層、尤其是半導(dǎo)體層的方法，其中，在覆層設(shè)備(1)內(nèi)，多個、尤其是構(gòu)造相同的工藝室(2)由一個公共的氣體供給裝置(11)供應(yīng)工藝氣體，所述工藝氣體分別由一個氣體引入機(jī)構(gòu)(3)引入到工藝室(2)內(nèi)，在所述工藝室(2)內(nèi)，一個或多個待覆層的基質(zhì)(5)處在接受器(4)上，其中，由工藝室頂部(8)和工藝室底部(9)的距離限定的工藝室高度(H)是可變的且對于層的生長率具有影響。為給出使得在所有基質(zhì)上如此沉積的層的層厚度基本上相同的措施，建議在層生長期間連續(xù)地或以特別短的間隔在每個工藝室(2)內(nèi)在至少一個基質(zhì)(5)上測量層厚度。通過控制器(12)和調(diào)整元件(6)改變工藝室高度(H)，從而在工藝室內(nèi)沉積具有相同層厚的層。本發(fā)明此外涉及一種用于沉積至少一個層、尤其是半導(dǎo)體層的設(shè)備。
文檔編號C23C16/52GK102947484SQ201180029752
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者J.卡普勒, A.博伊德 申請人:艾克斯特朗歐洲公司