由物理氣相沉積形成的氮化鋁緩沖層和活性層的制作方法
【專利摘要】本文所述的本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及用于形成高品質(zhì)緩沖層和III-V族層的設(shè)備和方法，所述緩沖層和III-V族層用來形成有用的半導(dǎo)體裝置，如電源裝置、發(fā)光二極管(light emitting diode；LED)、激光二極管(laser diode；LD)或其它有用裝置。本發(fā)明的實(shí)施方式還可包括用于形成高品質(zhì)緩沖層、III-V族層和電極層的設(shè)備和方法，所述緩沖層、III-V族層和電極層用來形成有用的半導(dǎo)體裝置。在一些實(shí)施方式中，設(shè)備和方法包括使用一或多個(gè)群集工具，所述群集工具具有一或多個(gè)物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)腔室，所述腔室適于在多個(gè)基板的表面上同時(shí)沉積高品質(zhì)氮化鋁(AlN)緩沖層，所述緩沖層具有較高的結(jié)晶取向。
【專利說明】由物理氣相沉積形成的氮化鋁緩沖層和活性層
[0001] 發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及用來制造含III-V族的裝置的方法和硬件，所述裝置 諸如是供電裝置、發(fā)光二極管（lightemittingdiode;LED)和激光二極管（laserdiode; LD) 〇
[0003] 相關(guān)技術(shù)的描述
[0004] III-V族材料在諸如供電裝置的多種半導(dǎo)體裝置的開發(fā)和制造中日益重要，包括 高功率、高頻率、高溫晶體管和集成電路、LED或LD。III-V族材料也在半導(dǎo)體和相關(guān)行業(yè) 中起到的作用日益增大。III-V族材料往往難以在不形成晶體缺陷或裂紋的情況下在外基 板（被稱作異質(zhì)外延）上生長(zhǎng)或沉積。包含設(shè)置在基板表面與裝置層之間的一或多個(gè)界面 層或緩沖層在減少缺陷和/或提高裝置功能的方面提供許多優(yōu)勢(shì)。然而，形成含III-V族 的高品質(zhì)層具有挑戰(zhàn)性，且往往對(duì)沉積處理的處理?xiàng)l件非常敏感。然而，在眾多應(yīng)用中，避 免敏感的III-V族薄膜與可能的損害條件相互作用同樣不容易。
[0005] 圖1圖示傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體裝置10的實(shí)例，所述的功率半導(dǎo)體裝置包括設(shè)置在基 板12上方的III族氮化物基異質(zhì)結(jié)15。異質(zhì)結(jié)15包括第一III族氮化物半導(dǎo)體層14和 位于第一III族氮化物半導(dǎo)體層14之上的第二III族氮化物半導(dǎo)體層16。第一功率電極 18 (也就是源電極）和第二功率電極20 (也就是漏極電極）通過直接電阻連接或任何其它 合適的方法電連接至第一III族氮化物半導(dǎo)體層和第二III族氮化物半導(dǎo)體層。柵極結(jié)構(gòu) 22設(shè)置在第一功率電極18與第二功率電極20之間的第二III族氮化物半導(dǎo)體主體14之 上。柵極結(jié)構(gòu)22可包括連接至第二III族氮化物半導(dǎo)體層16的柵電極23?；蛘撸瑬艠O結(jié) 構(gòu)22可包括肖特基類型的柵電極，所述柵電極連接到第二III族氮化物半導(dǎo)體主體16。在 大多數(shù)傳統(tǒng)配置中，第一III族氮化物半導(dǎo)體層14可為氮化鎵（GaN)層并且第二III氮化 物半導(dǎo)體層16可為鋁氮化鎵（AlGaN)，所述的兩個(gè)半導(dǎo)體層設(shè)置在由藍(lán)寶石材料形成的基 板12之上。在一些配置中，絕緣層25可包含氮化硅（SiN)，且第一功率電極18、第二功率 電極20及柵電極23全部包括含金屬層。
[0006] 已經(jīng)用于沉積III族氮化物（如GaN)以形成電源裝置、LED或LD裝置的活性層 的一個(gè)方法是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（chemicalvapordeposition;M0CVD)或氫化物氣相 外延（hydridevaporphaseepitaxy;HVPE)。這些沉積方法一般是在具有溫度受控環(huán)境 的反應(yīng)器中執(zhí)行以保證前驅(qū)物氣體的穩(wěn)定性，所述前驅(qū)物氣體含有至少一種來自III族的 元素。前驅(qū)物氣體被注入反應(yīng)器內(nèi)的處理區(qū)域中，這些氣體在所述處理區(qū)域中混合并移向 處理區(qū)域中的加熱基板。載氣可用來輔助向基板傳送這些前驅(qū)物氣體。前驅(qū)物氣體在加熱 基板的表面處反應(yīng)以在基板表面上形成III族氮化物層，如GaN。薄膜的品質(zhì)部分地取決于 在沉積層與基板的界面區(qū)域處沉積的薄膜的品質(zhì)、所沉積薄膜的特性、基板表面的清潔度 和形成基板的材料的類型。
[0007] 雖然使用GaN以形成為功率裝置、LED裝置或LD裝置的一部分的可能性已經(jīng)為人 所知達(dá)數(shù)十年，但有眾多妨礙這些裝置的實(shí)際制造的技術(shù)性障礙。例如，藍(lán)寶石或硅基板與III族氮化物層之間的材料差別（如晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)、基板表面12A上的表面污染和 界面表面能）可能產(chǎn)生位錯(cuò)（dislocations)，所述斷層可能在所形成的結(jié)構(gòu)中蔓延，并使 所形成的裝置的性能降低。各種類型的緩沖層已經(jīng)用于基板和III族氮化物層之間以修改 下層基板的表面能，減輕晶格匹配的氮化物層內(nèi)的固有應(yīng)力，并提供成核點(diǎn)以用于后續(xù)的 層的外延生長(zhǎng)。然而，傳統(tǒng)的III族氮化物的品質(zhì)一般無法進(jìn)行良好控制，從而可能導(dǎo)致不 令人滿意的薄膜特性（例如厚度變動(dòng)、晶核密度、晶核大小，等等）和裝置性能。在成核期 間，生長(zhǎng)參數(shù)的任何輕微變化都可能易于影響后續(xù)的氮化物層品質(zhì)，從而又在成核島狀物 聚結(jié)之前導(dǎo)致這些島狀物扭曲或不對(duì)準(zhǔn)，由此不利地影響隨后用來形成所形成裝置中活性 部分（如III族氮化物基異質(zhì)結(jié)15)的沉積大塊III族氮化物的生長(zhǎng)。
[0008] 隨著對(duì)電源裝置、LED、LD、晶體管和集成電路的需求增大，沉積高品質(zhì)的III族氮 化物薄膜的任務(wù)具有更大的重要性。因此，現(xiàn)需要可形成高品質(zhì)緩沖層的工藝和設(shè)備，所述 的高品質(zhì)緩沖層促進(jìn)低缺陷密度的高品質(zhì)III族氮化物層在基板上的生長(zhǎng)。
[0009] 發(fā)明概沐
[0010] 本文所述的本發(fā)明實(shí)施方式一般涉及用于形成高品質(zhì)緩沖層和III-V族層的設(shè) 備和方法，所述高品質(zhì)緩沖層和III-V族層用來形成有用的半導(dǎo)體裝置，如功率裝置、發(fā)光 二極管（lightemittingdiode;LED)、激光二極管（laserdiode;LD)或其它有用裝置。 在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)備和方法包括利用一或多個(gè)群集工具，所述群集工具具有適于在多 個(gè)基板表面上同時(shí)沉積高品質(zhì)氮化錯(cuò)（AlN)緩沖層的一或多個(gè)物理氣相沉積（physical vapordeposition;PVD)腔室，所述的高品質(zhì)氮化錯(cuò)（AlN)緩沖層具有較高結(jié)晶取向。在 一個(gè)這種實(shí)施方式中，一或多個(gè)AlN緩沖層經(jīng)形成以具有原子級(jí)的光滑表面，所述的表面 具有小于約1納米（均方根（rootmeansquare;rms))的粗糙度和在（002)方向上的合乎 需要的結(jié)晶取向（由XRD衍射所檢驗(yàn)（使用藍(lán)寶石基板時(shí)，（002)頂點(diǎn)的半峰全寬小于200 角秒））。在另一實(shí)施方式中，一或多個(gè)AlN緩沖層經(jīng)形成以具有原子級(jí)的光滑表面，對(duì)于厚 度為25納米的沉積層而言，所述的表面具有小于約2納米（rms)的粗糙度和在（002)方向 上的合乎需要的結(jié)晶取向（由XRD衍射所檢驗(yàn)（使用硅基板時(shí)，（002)頂點(diǎn)的半峰全寬小 于3600角秒））。在一些配置中，粗糙度小于沉積層厚度的約3%。在一個(gè)實(shí)施方式中，沉 積的AlN薄膜厚度小于約500納米。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施方式中，用于制造裝置的方法包括在第一處理腔室中從一或多個(gè)基板 的表面移除材料；在受控環(huán)境中將所述一或多個(gè)基板從第一處理腔室移送到第二處理腔 室；在具有界定處理區(qū)域的一或多個(gè)側(cè)壁的第二處理腔室中在一或多個(gè)基板上形成氮化鋁 層（其中形成氮化鋁層的步驟包括使具有和處理區(qū)域接觸的表面的靶材偏壓（其中所述 靶材包含鋁），使包含氮?dú)獾牡谝粴怏w流入處理區(qū)域，使第二氣體流入處理區(qū)域（其中第 二氣體包含氬、氪或氖）并且偏壓電極以在設(shè)置在基板支撐件之上的一或多個(gè)基板上形成 電勢(shì)，其中偏壓靶材和偏壓電極的步驟經(jīng)配置以促使氮化鋁層在一或多個(gè)基板上的氮面生 長(zhǎng)）；并且將一或多個(gè)基板從第二處理腔室移送到第三處理腔室并且在第三處理腔室中的 氮化鋁層上形成III族氮化物層，其中形成第III族氮化物層的步驟包括將含金屬的前驅(qū) 物和含氮的氣體輸送到一或多個(gè)基板中每一個(gè)基板的表面。在一些情況下，移除材料的步 驟包括使一或多個(gè)基板脫氣或?yàn)R射腐蝕一或多個(gè)基板的表面；偏壓靶材的步驟包括輸送功 率在約500瓦特和約20千瓦特之間的脈沖直流信號(hào)或射頻信號(hào)；并且偏壓電極的步驟包括 在一或多個(gè)基板上產(chǎn)生在約-1000伏特與約+500伏特之間變化的浮動(dòng)電勢(shì)；并且所述的方 法進(jìn)一步包括在偏壓靶材之前將一或多個(gè)基板加熱至約200°C與約1000°C之間的溫度，在 偏壓靶材的同時(shí)將處理壓力控制至約0.1毫托與約200毫托之間的壓力及以約0.2埃/秒 與約20埃/秒之間的沉積速率沉積AlN層。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施方式中，用于制造裝置的方法包括在第一處理腔室中從一或多個(gè)基板 的表面移除材料；在受控環(huán)境中將所述的一或多個(gè)基板從第一處理腔室移送到第二處理腔 室；在具有界定處理區(qū)域的一或多個(gè)側(cè)壁的第二處理腔室中在一或多個(gè)基板上形成氮化鋁 層，其中形成氮化鋁層的步驟包括：使具有與處理區(qū)域接觸的表面的靶材偏壓（其中靶材 包含鋁），使包含氮?dú)獾牡谝粴怏w流入處理區(qū)域及使第二氣體流入處理區(qū)域，其中偏壓靶材 的步驟經(jīng)配置以促使氮化鋁層在一或多個(gè)基板上的氮面生長(zhǎng)。形成氮化鋁層的步驟可進(jìn)一 步包括偏壓電極以在設(shè)置在基板支撐件之上的一或多個(gè)基板上形成電勢(shì)，其中偏壓電極的 步驟包括在偏壓靶材之前和/或之后偏壓電極達(dá)第一時(shí)段之久。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施方式中，用于制造裝置的方法包括在第一處理腔室中從一或多個(gè)基板 的表面移除材料；在受控環(huán)境中將所述的一或多個(gè)基板從第一處理腔室移送到第二處理腔 室；在具有界定處理區(qū)域的一或多個(gè)側(cè)壁的第二處理腔室中在一或多個(gè)基板上形成氮化鋁 層，其中形成氮化鋁層的步驟包括：使具有與處理區(qū)域接觸的表面的靶材偏壓（其中靶材 包含鋁），使包含氮?dú)獾牡谝粴怏w流入處理區(qū)域及使第二氣體流入處理區(qū)域，其中偏壓靶材 的步驟經(jīng)配置以促使氮化鋁層在一或多個(gè)基板上的鋁面生長(zhǎng)。形成氮化鋁層的步驟可進(jìn)一 步包括偏壓電極以在設(shè)置在基板支撐件之上的一或多個(gè)基板上形成電勢(shì)，其中偏壓電極的 步驟包括在偏壓靶材之前和/或之后偏壓電極達(dá)第一時(shí)段之久。
[0014] 在另一實(shí)施方式中，用于制造裝置的方法包括在第一處理腔室中從一或多個(gè)基板 的表面移除材料；在受控環(huán)境中將所述的一或多個(gè)基板從第一處理腔室移送到第二處理腔 室；在具有界定處理區(qū)域的一或多個(gè)側(cè)壁的第二處理腔室中的一或多個(gè)基板上形成氮化鋁 層（其中形成氮化鋁層的步驟包括使具有和處理區(qū)域接觸的表面的靶材偏壓（其中所述 的靶材包含鋁），使包含氮?dú)獾牡谝粴怏w流入處理區(qū)域，使第二氣體流入處理區(qū)域（其中 第二氣體包含氬、氪或氖）及偏壓電極以在設(shè)置在基板支撐件之上的一或多個(gè)基板上形成 電勢(shì)，其中偏壓靶材和偏壓電極的步驟經(jīng)配置以促使氮化鋁層在一或多個(gè)基板上的鋁面生 長(zhǎng)）；并且將一或多個(gè)基板從第二處理腔室移送到第三處理腔室并且在第三處理腔室中的 氮化鋁層上形成III族氮化物層，其中形成III族氮化物層的步驟包括將含金屬的前驅(qū)物 和含氮的氣體輸送到一或多個(gè)基板中每一個(gè)基板的表面。
[0015] 在又一實(shí)施方式中，用于形成裝置的設(shè)備包括第一群集，所述第一群集包括第一 處理腔室，所述的第一處理腔室包括靶材，所述的靶材包含鋁、含氮?dú)庠础⑦m于輸送氣體的 處理氣源（所述的氣體是從由氬、氪或氖組成的群組中選出的）、經(jīng)配置以向靶材提供約 500瓦特與約20千瓦特之間的脈沖直流信號(hào)或射頻信號(hào)的第一電源、耦接至具有基板支撐 表面的基板支撐件的電極及第二電源，所述的第二電源經(jīng)配置以在設(shè)置在基板支撐表面上 的一或多個(gè)基板上產(chǎn)生約-1000伏特與約+500伏特之間的浮動(dòng)電勢(shì)。在一個(gè)配置中，也可 使用第二群集、含III族金屬的前驅(qū)物氣源及含氨氣源，所述的第二群集包括第二處理腔 室，所述的第二處理腔室包括與處理區(qū)域形成流體連通的噴淋頭，所述的含III族金屬前 驅(qū)物氣源耦接至在噴淋頭中形成的第一氣室及所述的含氨氣源耦接至在噴淋頭中形成的 第二氣室。
[0016] 附圖簡(jiǎn)要說明
[0017] 因此，可詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式，可參考各實(shí)施方式獲得上文簡(jiǎn)要概 述的本發(fā)明的更具體的描述，一些實(shí)施方式在附圖中進(jìn)行圖示。然而，將注意，附圖僅圖示 本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不應(yīng)視作限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其它同等有 效的實(shí)施方式。
[0018] 圖1是傳統(tǒng)的功率裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0019] 圖2是根據(jù)本文所述的本發(fā)明實(shí)施方式的功率裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0020] 圖3圖示依據(jù)本發(fā)明中一個(gè)實(shí)施方式的處理序列。
[0021] 圖4圖示根據(jù)本文所述的本發(fā)明實(shí)施方式的群集工具。
[0022] 圖5圖示根據(jù)本文所述的本發(fā)明實(shí)施方式的處理腔室。
[0023] 圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式可用來完成圖3中圖示的處理序列的處理系統(tǒng)。
[0024] 圖7圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式可用來完成圖3中圖示的處理序列的另一處理系 統(tǒng)。
[0025] 圖8圖示適于執(zhí)行圖3中圖示的處理步驟中的一或多個(gè)步驟的處理腔室。
[0026] 圖9A是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式在基板的表面上形成的緩沖層的一部分的側(cè) 視橫截面圖。
[0027] 圖9B是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式在基板的表面上形成的緩沖層的一部分的側(cè) 視橫截面圖。
[0028] 為便于理解，在可能的情況下相同標(biāo)號(hào)表示附圖中共有的相同元件。預(yù)期一個(gè)實(shí) 施方式的元件和特征可以有利的方式并入其它實(shí)施方式中而無需贅述。
[0029] 具體描沐
[0030] 本文所述的本發(fā)明實(shí)施方式一般涉及用于形成高品質(zhì)緩沖層和III-V族層的設(shè) 備和方法，所述高品質(zhì)緩沖層和III-V族層用來形成有用的半導(dǎo)體裝置，如功率裝置、發(fā)光 二極管（lightemittingdiode;LED)、激光二極管（laserdiode;LD)或其它有用裝置。 本發(fā)明的實(shí)施方式也可包括用于形成高品質(zhì)緩沖層、III-V族層和電極層的設(shè)備和方法，所 述高品質(zhì)緩沖層、III-V族層和電極層用來形成有用的半導(dǎo)體裝置。在某些實(shí)施方式中，設(shè) 備和方法包括利用一或多個(gè)群集工具，所述群集工具具有適于在多個(gè)基板表面上同時(shí)沉積 高品質(zhì)氮化錯(cuò)（AlN)緩沖層的一或多個(gè)物理氣相沉積（physicalvapordeposition;PVD) 腔室，所述高品質(zhì)氮化鋁（AlN)緩沖層具有較高結(jié)晶取向。在一個(gè)實(shí)施方式中，提供用于形 成AlN緩沖層的處理?xiàng)l件，所述AlN緩沖層適合用于含氮化鎵（GaN)的裝置制造過程。在 一個(gè)此種實(shí)施方式中，形成一或多個(gè)AlN緩沖層具有原子級(jí)的光滑表面，所述光滑表面具 有小于約1納米（rms)的粗糙度和合乎需要的（002)方向的結(jié)晶取向。
[0031] 下文中進(jìn)一步論述使用物理氣相沉積（physicalvapordeposition;PVD)和化 學(xué)氣相沉積工藝進(jìn)行的含有氮化鋁和III族氮化物（如氮化鎵）的功率裝置、發(fā)光二極管(lightemittingdiode;LED)的制造。在下文的描述中，闡述眾多細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明 實(shí)施方式的徹底了解，如工藝腔室配置和材料狀態(tài)。本發(fā)明的實(shí)施方式可在沒有這些具體 細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。在其它情況中，不對(duì)眾所周知的 特征（如具體的裝置配置）進(jìn)行詳細(xì)描述，以便不無謂地使本發(fā)明的實(shí)施方式含義模糊。此 夕卜，將理解，附圖中圖示的多種實(shí)施方式是說明性表示及不一定按比例繪制。此外，在本文 中，實(shí)施方式中可能不明確地公開其它排列和配置，但這些排列和配置仍被視作符合本發(fā) 明的精神和范圍。
[0032]制造傳統(tǒng)的含氮化鎵材料裝置的方法一般包括在基板與含有未摻雜和/或摻雜 氮化鎵層的裝置層之間形成氮化鎵緩沖層。在本文所述的本發(fā)明實(shí)施方式中，氮化鋁緩沖 層用于代替這種傳統(tǒng)的氮化鎵緩沖層。氮化鋁（AlN)層一般是使用PVD或其它濺射工藝 形成的。濺射或PVD與III族氮化物緩沖層的制造相反，后者通常在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉 積（metalorganicvapordeposition;MOCVD)腔室或氫化物氣相外延（hydridevapor phaseepitaxy;HVPE)腔室中執(zhí)行。在一些情況下，氮化錯(cuò)層可通過非反應(yīng)性或反應(yīng)性PVD 工藝而形成。在一個(gè)實(shí)例中，放置在PVD腔室中的含氮化鋁靶材經(jīng)濺射以在一或多個(gè)基板 的表面上形成氮化鋁材料?；蛘撸谙挛闹羞M(jìn)一步論述，氮化鋁層可由反應(yīng)性濺射工藝而形 成，所述反應(yīng)性濺射工藝使用鋁靶材和含氮處理氣體以濺射并反應(yīng)性地在一或多個(gè)基板的 表面上形成氮化鋁層。
[0033] 圖2圖示根據(jù)本發(fā)明中一實(shí)施方式的功率半導(dǎo)體裝置210的實(shí)例，所述功率半導(dǎo) 體裝置210包括設(shè)置在基板212之上的III族氮化物基的異質(zhì)結(jié)215。異質(zhì)結(jié)215包括第 一III族氮化物半導(dǎo)體層214、第二III族氮化物半導(dǎo)體層216和設(shè)置在第一III族氮化物 半導(dǎo)體層214與基板212之間的PVD沉積緩沖層213。一般而言，PVD沉積緩沖層213的厚 度可在約1納米與約1000納米之間。在一個(gè)實(shí)例中，PVD沉積緩沖層213具有小于約500 納米的厚度。第一功率電極218 (也就是源電極）和第二功率電極220 (也就是漏極電極） 通過直接電阻連接或任何其它合適的電連接而電連接至第一和第二III族氮化物半導(dǎo)體 層。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一功率電極218和第二功率電極220包括一層，所述層包括從由 以下各者組成的群組中選擇的金屬：銀（Ag)、金（Au)、鈀（Pd)、鋁（Al)、鎢（W)、鉑（Pt)、銦 (In)、鋅（Zn)和鈦（Ti)、上述各者的組合或其它有用的導(dǎo)電金屬。柵極結(jié)構(gòu)222設(shè)置在第 一功率電極218與第二功率電極220之間在第二III族氮化物半導(dǎo)體主體214之上。柵極 結(jié)構(gòu)222可包括柵電極223,所述的柵電極連接至第二III族氮化物半導(dǎo)體層216?；蛘?， 柵極結(jié)構(gòu)222可包括肖特基類型的柵電極，所述柵電極連接至第二III族氮化物半導(dǎo)體主 體216。在至少一個(gè)配置中，第一III族氮化物半導(dǎo)體層214是含氮化鎵（GaN)的層并且第 二ΙΠ族氮化物半導(dǎo)體層216是鋁氮化鎵（AlGaN)，所述兩個(gè)半導(dǎo)體層設(shè)置在PVD沉積緩 沖層213和基板212上，該基板由合乎需要的材料形成，如單晶硅。在一個(gè)實(shí)例中，基板212 包括具有〈111>取向或〈11〇>取向的結(jié)晶硅基板。在至少一個(gè)配置中，絕緣層225可含有 氮化硅（SiN)，且第一功率電極218、第二功率電極220和柵電極223全部包括金屬。示例 性基板201包括藍(lán)寶石、碳化硅（SiC)、硅（Si)、金剛石、鋁酸鋰（LiAlO2)、氧化鋅（ZnOx)、 鎢（W)、銅（Cu)、氮化鎵（GaN)、鋁氮化鎵（AlGaN)、氮化鋁（AlN)、鈉鈣玻璃和/或高硅玻璃。 一般而言，基板可能由以下各者組成：具有兼容的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的材料、與生長(zhǎng)于 其上的III-V族材料兼容的基板或在III-V族生長(zhǎng)溫度下熱穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定的基板。
[0034] 在功率半導(dǎo)體裝置210的一些配置中，PVD沉積緩沖層213是功率裝置中能夠改 良裝置的擊穿電壓（例如，?900直流電壓）并容許使用更薄的第一III族氮化物半導(dǎo)體 層214的活性層。因此，所形成的功率半導(dǎo)體裝置210將已改良裝置特性，且形成裝置的工 藝將具有更高產(chǎn)量（例如層214比傳統(tǒng)的裝置更薄）及具有更低的制造成本（例如消耗更 少前驅(qū)物氣體以形成更薄的層）。
[0035] 氮化鎵（GaN)基LED和功率裝置內(nèi)可使用PVD沉積氮化鋁（AlN)緩沖層213,所述 緩沖層在基板201 (如硅（Si))上生長(zhǎng)。在本文中所論述的本發(fā)明實(shí)施方式用來形成高品 質(zhì)的PVDAlN緩沖層，所述緩沖層具有高結(jié)晶取向以便其可用來改良在緩沖層213頂部生 長(zhǎng)的GaN層的材料品質(zhì)，及由此提高所形成的裝置的性能和可靠性。PVDAlN緩沖層和相關(guān) 的形成工藝可用來除去在GaN緩沖層的MOCVD生長(zhǎng)時(shí)通常所需的操作，例如但不限于基板 預(yù)烘焙、低溫MOCVD緩沖形成和某些所需的變溫操作。此外，使用本文所述的PVD沉積工藝 中一或多個(gè)處理所進(jìn)行的緩沖層形成時(shí)間可比傳統(tǒng)的MOCVD工藝縮短約10%至30%。所 形成的AlN緩沖層也可用來保護(hù)含硅基板的表面，以免所述的基板表面由于用于MOCVD工 藝中的鎵前驅(qū)物與硅基板表面之間的相互作用而遭受由鎵引發(fā)的損害。PVDAlN層沉積工 藝被認(rèn)為比基于外延生長(zhǎng)的MOCVD工藝節(jié)省約3至6小時(shí)的處理周期時(shí)間，尤其在考慮到 頻繁的MOCVD腔室清潔處理步驟時(shí)更為如此。這種工藝時(shí)間縮減可極大地提高群集工具系 統(tǒng)中的基板產(chǎn)量。將理解，PVDAlN的晶體品質(zhì)可直接影響在所述的AlN上生長(zhǎng)的GaN層 的材料品質(zhì)。由此，在本文所述的一實(shí)施方式中，提供具有高晶體品質(zhì)和增強(qiáng)的工藝可重復(fù) 性的PVDAlN層。
[0036] 圖3圖示用來形成有用的半導(dǎo)體裝置的至少部分的處理序列300,所述的半導(dǎo)體 裝置如功率裝置，下文中將進(jìn)一步論述處理序列300。在一個(gè)實(shí)施方式中，處理序列300包 括一或多個(gè)基板預(yù)處理步驟，如步驟302至308、緩沖層形成步驟310、一或多個(gè)裝置層形成 步驟（例如步驟312)和一或多個(gè)接觸層形成步驟（例如步驟314)。處理步驟302至314 可在較佳設(shè)置在一或多個(gè)群集工具上的一或多個(gè)處理腔室中執(zhí)行。下文中進(jìn)一步論述示例 性處理步驟302至314和群集工具401、601和701。在一個(gè)實(shí)施方式中，每一群集工具401、 601和701具有多個(gè)處理腔室，所述處理腔室中每一者適于同時(shí)處理多個(gè)基板，這通常被稱 作批量處理。在這個(gè)配置中，多個(gè)基板可設(shè)置在載體451 (圖4)上，所述的載體適于在基板 201移送和處理通過處理系統(tǒng)時(shí)支撐和保持基板201。
[0037] 圖4圖示適于執(zhí)行圖3中所示的處理步驟302至314中一或多個(gè)步驟的群集工 具401。群集工具401-般自美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司（Applied Materials,Inc.,locatedinSantaClara,Calif.)處購(gòu)得，且已知為EnduraK1.系統(tǒng)。圖 5 圖示可用于群集工具中的處理腔室的一個(gè)配置，所述的處理腔室如圖4中所示的處理腔室 466至472。圖6圖示可用來完成圖3中圖示的處理序列的處理系統(tǒng)600。處理系統(tǒng)600可 包括群集工具401和群集工具601。圖7圖示可交替地用來完成圖3中圖示的處理序列的 處理系統(tǒng)700的實(shí)例。圖8圖示適于執(zhí)行圖3中所示的處理步驟302至314中一或多個(gè)步 驟的MOCVD腔室801。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施方式中，群集工具401包括第一和第二傳送腔室442、444,所述傳送腔 室中含有各自的第一和第二機(jī)器人446、448以用于在多個(gè)處理腔室454至472之間移動(dòng)一 或多個(gè)基板，所述的處理腔室在傳送腔室外圍內(nèi)并圍繞傳送腔室外圍排列。圍繞第一傳送 腔室442外圍排列的各個(gè)處理腔室454至464和圍繞第二傳送腔室444外圍排列的處理腔 室466至472可用狹縫閥（未圖示）選擇性地與彼此隔絕，所述的狹縫閥設(shè)置在每一個(gè)處 理腔室與其各自的傳送腔室442、444之間。在一些配置中，第一傳送腔室442經(jīng)抽真空至 中低壓，例如約1毫托，而第二傳送腔室444則經(jīng)抽氣至更低壓力，例如1微托。
[0039] 在一個(gè)實(shí)施方式中，群集工具401 -般包括工廠接口 404、一或多個(gè)負(fù)載鎖450和 452、第一機(jī)器人446、一或多個(gè)可選定向腔室454和456、一或多個(gè)脫氣腔室458和460、一 或多個(gè)處理腔室462和464、第二機(jī)器人448和直接或間接地耦接至主機(jī)449的多個(gè)處理腔 室466至472。在一個(gè)配置中，第一和第二機(jī)器人446和448是"蛙腿"類型的機(jī)器人，所述 機(jī)器人可從美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司處購(gòu)得。脫氣腔室458、460 -般 包括熱源，如燈或加熱電阻絲，所述的熱源適于在真空條件下加熱載體451和基板201至所 需溫度，以確保在處理腔室462至472中的一個(gè)腔室中進(jìn)行處理之前，從基板201的表面除 去任何不合乎需要的水或其它污染。一或多個(gè)可選定向腔室454、456 -般用來在系統(tǒng)內(nèi)將 載體451和/或基板201在所需的可旋轉(zhuǎn)定向上對(duì)準(zhǔn)。
[0040] 如上所述，在一個(gè)實(shí)施方式中，群集工具401經(jīng)配置以在批量處理類型配置中移 送和處理多個(gè)基板201。在這個(gè)配置中，第一和第二機(jī)器人446、448和處理腔室454、472能 夠收納和處理設(shè)置在載體451上的基板201。在一個(gè)實(shí)例中，如圖4中所圖示，載體451經(jīng) 配置以在載體451的表面402上支撐和保持8個(gè)基板201。在另一實(shí)例中，載體451經(jīng)配置 以支撐和保持約30個(gè)2英寸的基板201。在一個(gè)實(shí)例中，載體451的直徑范圍可從200毫 米到750毫米。載體451可由多種材料形成，包括SiC或涂有SiC的石墨。在一個(gè)實(shí)施方 式中，載體451包括碳化硅材料并具有約1000平方厘米或以上的表面積，較佳為2000平方 厘米或以上，更佳為4000平方厘米或以上。載體451的示例性實(shí)施方式在申請(qǐng)于2009年 8月28日、發(fā)明名稱為"用于提高光致發(fā)光均勾性的晶片載體設(shè)計(jì)（WaferCarrierDesign forImprovedPhotoluminescenceUniformity)"的美國(guó)專利申請(qǐng)第12/871，143 號(hào)中進(jìn)行 了進(jìn)一步描述。
[0041] 機(jī)器人446、448穿過雙閘（double-gated)處理腔室462、464在兩個(gè)傳送腔室442 與444之間移動(dòng)基板和/或含多個(gè)基板201的載體，所述的處理腔室也在兩個(gè)傳送腔室442 與444之間提供真空隔離。在一些配置中，處理腔室462、464中的一或多個(gè)腔室進(jìn)一步適 于執(zhí)行預(yù)清潔工藝（例如非選擇性的濺射蝕刻工藝）、溫度調(diào)節(jié)（例如冷卻）或其它合乎需 要的操作。
[0042] 第二機(jī)器人448經(jīng)配置以移送基板和/或含有多個(gè)基板201的載體451進(jìn)入及離 開附接于傳送腔室444的處理腔室462至472。處理腔室466至472經(jīng)配置以處理位于處 理腔室內(nèi)的基板，如在基板201的表面上蝕刻或沉積一或多個(gè)層。在一個(gè)配置中，處理腔室 466至472經(jīng)配置以用PVD或?yàn)R射工藝在基板201的表面上沉積緩沖層213。PVD類型的沉 積和其它類似沉積技術(shù)需要高度真空，以便不氧化和/或污染沉積的薄膜，因此，傳送腔室 444維持在至少中等真空水平下以防止層間污染。與第二傳送腔室444關(guān)連的全部處理腔 室通過各自的狹縫閥而與第二傳送腔室444分隔開。
[0043] 在群集工具401的一個(gè)實(shí)施方式中，多個(gè)載體451 (載體上設(shè)置有多個(gè)基板201) 被載入親接至工廠接口 404的暗盒（cassette) 405,所述工廠接口 404通過負(fù)載鎖定腔室 450、452耦接至第一傳送腔室442。負(fù)載鎖定腔室450、452中的每一個(gè)腔室都選擇性地由 狹縫閥（未圖示）與第一傳送腔室442隔絕，并由真空門（未圖示）與工廠接口 404的外 部區(qū)域406隔絕。在此配置中，工廠接口中的工廠接口機(jī)器人408A、408B經(jīng)配置以將載體 451從暗盒405移至負(fù)載鎖450、452,然后，在負(fù)載鎖中，載體451通過耦接至負(fù)載鎖的真空 門（未圖示）與工廠接口 404的外部區(qū)域406隔絕。在負(fù)載鎖450、452經(jīng)抽氣至所需壓力 之后，第一機(jī)器人446通過在傳送腔室442與負(fù)載鎖450、452之間形成的狹縫閥開口（未 圖示）可由此進(jìn)出設(shè)置在負(fù)載鎖中的載體451。
[0044] 在另一實(shí)施方式中，每一個(gè)暗盒405經(jīng)配置以收納一或多個(gè)層疊晶片暗盒（未圖 示），每一個(gè)層疊晶片暗盒包含多個(gè)基板201。在此配置中，由工廠接口機(jī)器人408A、408B 中的一個(gè)機(jī)器人將基板201從設(shè)置在暗盒405中的層疊晶片暗盒中移除，然后將基板201 移送至耦接至工廠接口 404的載體負(fù)載模塊404A。然后，載體負(fù)載模塊404A適于收納移送 的每一個(gè)基板，并將這些基板定位在載體451上。一旦載體451上裝有所需數(shù)目的基板，則 工廠接口機(jī)器人408A、408B中的一個(gè)機(jī)器人將從載體負(fù)載模塊404A移送載體451和基板 201，并將載體451和基板201載入負(fù)載鎖定腔室450、452以用于處理。在群集工具401中 處理基板201之后，可通過載體負(fù)載模塊404A中提供的部件卸載載體451，且可使已處理的 基板201返回其各自的層疊晶片暗盒?？蛇m于執(zhí)行上述步驟中一或多個(gè)步驟的載體負(fù)載模 塊404A的實(shí)例在同在申請(qǐng)中和共同讓渡的美國(guó)專利公開第2010/0111650號(hào)中進(jìn)行進(jìn)一步 描述，所述的公開以參考方式并入本文。
[0045] 在圖5中圖示適于在基板201的表面上沉積適合的濺射薄膜的處理腔室500或反 應(yīng)器。處理腔室466至472中的一或多個(gè)處理腔室可含有處理腔室500中提供的部件，處 理腔室500是從美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司處購(gòu)得的磁控管類型的PVD 腔室。
[0046] 處理腔室500包括真空腔室501、靶材503、磁控管505、真空泵送系統(tǒng)521、基板支 撐組件513和工藝套件531。真空腔室501支撐靶材503,靶材503使用多個(gè)O形環(huán)通過靶 材隔離器502被密封在真空腔室501的一端。靶材503具有至少一個(gè)表面部分是由將在設(shè) 置在載體451上的基板201上濺射沉積的材料組成的。設(shè)置在靶材503鄰近處并相對(duì)于靶 材503旋轉(zhuǎn)的磁控管505包括多個(gè)磁鐵574A至574B，所述的磁鐵用來圍住在處理區(qū)域540 中通過使用電源593來偏壓靶材503以從靶面503A"濺射"材料而產(chǎn)生的等離子體。應(yīng)了 解，磁控管類型可依據(jù)特定應(yīng)用而改變。電源593 -般包括經(jīng)配置以向靶材503輸送直流 電和/或射頻功率的電源594。在一些射頻功率輸送配置中，電源593也可能包括匹配電阻 595〇
[0047] 真空泵送系統(tǒng)521 -般包括泵組件523和閥522。泵組件523將一般包括低溫泵 (未圖示）和低真空泵（未圖示），所述的低溫泵和低真空泵用來在處理腔室500的處理區(qū) 域540中維持所需壓力。
[0048] 在一個(gè)實(shí)施方式中，基板支撐組件513包括臺(tái)座電極507,所述臺(tái)座電極507可包 括靜電卡盤512,所述靜電卡盤512具有適于將載體451和基板201支撐在臺(tái)座電極532之 上的支撐表面。應(yīng)了解，其它裝置可用來在處理期間固持載體451和基板201。電阻加熱器 (未圖示）、冷凍劑通道（未圖示）和熱傳遞氣體空腔（未圖示）可在臺(tái)座507中形成以在 處理期間提供基板的熱控制。在一些應(yīng)用中，耦接至電源530的臺(tái)座電極532可將射頻和 /或直流偏壓施加至基板201以吸引經(jīng)等離子體離子化的沉積材料和工藝氣體。在其它應(yīng) 用中，可減少或除去基板偏壓步驟以進(jìn)一步減少對(duì)沉積層的可能損害。
[0049] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，由電源593將脈沖直流電、射頻和/或脈沖射頻偏壓 信號(hào)施加至靶材503,已發(fā)現(xiàn)這樣可顯著改良所需阻擋層（如氮化鋁層阻擋層）的沉積，下 文中將對(duì)此進(jìn)一步論述。為了吸引由等離子體產(chǎn)生的離子以濺射靶材503,靶材503在一個(gè) 實(shí)施方式中由電源593偏壓以提供例如1至20千瓦特的平均功率。施加至靶材503的脈 沖直流電和/或射頻偏壓信號(hào)可包括具有多個(gè)交替的第一間隔和第二間隔的信號(hào)，其中在 每一個(gè)第一間隔中，所施加的偏壓信號(hào)電壓為負(fù)，以吸引離子濺射靶材，并且在交替的第二 間隔期間，所施加的偏壓信號(hào)低于在第一間隔期間施加的偏壓、未經(jīng)偏壓（例如施加電壓 為零）或甚至具有正電壓以從靶材503排斥帶正電荷的離子，以減少電弧發(fā)生。本領(lǐng)域技 術(shù)人員將了解，施加至靶材503的脈沖偏壓信號(hào)可依據(jù)特定應(yīng)用而提供許多有益的處理優(yōu) 勢(shì)。例如，已認(rèn)可，脈沖偏壓信號(hào)可用來降低沉積速率，形成更穩(wěn)定的等離子體，并增大等離 子體中的峰值能量以便有效地控制等離子體化學(xué)物質(zhì)來形成所需的多成分薄膜層。例如， 當(dāng)脈沖偏壓信號(hào)施加至靶材503時(shí)，可獲得更靠近真實(shí)的化學(xué)計(jì)量比的薄膜。又一些其它 可能的特征包括薄膜品質(zhì)提高，特別是對(duì)于多成分薄膜而言。同樣已認(rèn)可，當(dāng)施加脈沖偏壓 時(shí)，由于可能消除了不符合需要的微隙和柱狀結(jié)構(gòu)，因此可減少薄膜薄層電阻。然而，據(jù)了 解，在一些應(yīng)用中，非脈沖偏壓信號(hào)是恒定的直流電或射頻功率水平偏壓信號(hào)，可施加所述 非脈沖偏壓信號(hào)以在沉積工藝的一或多個(gè)部分期間偏壓靶材503或甚至可與脈沖偏壓信 號(hào)結(jié)合施加，具體依據(jù)特定應(yīng)用而定。
[0050] 工藝套件531 -般含有蓋環(huán)513,暗區(qū)屏蔽508及腔室屏蔽509,上述各者由第二 電介質(zhì)屏蔽隔離器510分隔開。工藝套件531零件定位在真空腔室501內(nèi)以防止腔室側(cè)壁 501A接觸在處理區(qū)域540中產(chǎn)生的濺射材料，腔室側(cè)壁通常包括電接地的金屬。在一個(gè)實(shí) 施方式中，允許暗區(qū)屏蔽508電浮動(dòng)并且腔室屏蔽509電接地。然而，在一些實(shí)施方式中， 所述的任一或兩個(gè)屏蔽可經(jīng)接地、浮動(dòng)或偏壓至相同或不同的不接地水平。屏蔽508、509 通常由不銹鋼組成，所述的屏蔽內(nèi)側(cè)（例如元件號(hào)511)可經(jīng)噴丸處理（bead-blasted)或 變粗糙以提升濺射沉積在內(nèi)側(cè)上的材料的附接力。然而，在長(zhǎng)時(shí)間濺射期間的某個(gè)點(diǎn)時(shí)，所 沉積的材料聚積到易于剝落的厚度，從而產(chǎn)生有害顆粒。到達(dá)此點(diǎn)之前，應(yīng)清潔或更換屏蔽 508、509。
[0051] 在一些應(yīng)用中，基板可經(jīng)偏壓以吸引或排斥在已形成的等離子體中產(chǎn)生的離子， 視應(yīng)用的情況而定。例如，可提供電源530以在沉積處理期間將射頻功率施加至臺(tái)座電極 507,以偏壓基板201來吸引沉積材料離子。此外，電源530可經(jīng)配置以將射頻功率施加至 臺(tái)座電極 507以將輔助能量耦接至等離子體。在沉積工藝期間，可放任臺(tái)座507電浮動(dòng)及 由此使基板201電浮動(dòng)，但仍然可在臺(tái)座上發(fā)生負(fù)直流電自偏壓。或者，臺(tái)座507可由電源 在-1000伏特至+500伏特之間的負(fù)電壓（例如約-30直流電壓）下進(jìn)行負(fù)偏壓，以將基板 201負(fù)偏壓以將離子化沉積材料吸引至基板。在一些配置中，如下文中所進(jìn)一步論述的電容 調(diào)諧器與電源結(jié)合使用以用來在處理期間控制基板201上的浮動(dòng)電位。在又一替代性實(shí)例 中，可放任基板201電浮動(dòng)。
[0052]如果用以通過臺(tái)座來偏壓基板201的電源530是射頻電源，則電源可在例如13. 56 兆赫的頻率下操作。其它頻率也適合，如60兆赫，具體依據(jù)特定應(yīng)用而定。可給臺(tái)座507 供應(yīng)處于10瓦特至5千瓦特范圍中的射頻功率。上文提及的功率和電壓水平及頻率當(dāng)然 可改變，具體依據(jù)特定應(yīng)用而定?；谟?jì)算機(jī)的控制器491可依據(jù)特定應(yīng)用而經(jīng)編程以控 制多個(gè)電源的功率水平、電壓、電流和頻率。
[0053] 請(qǐng)?jiān)俅螀⒖磮D5,氣源564通過質(zhì)量流量控制器566向腔室501供應(yīng)濺射工作氣 體，例如化學(xué)不反應(yīng)的惰性氣體，如氬氣?？衫靡换蚨鄠€(gè)入口管（這些入口管穿透通過屏 蔽腔室屏蔽509底部的孔或通過腔室屏蔽509、靜電卡盤512,與臺(tái)座507之間的間隙的孔） 許可工作氣體進(jìn)入腔室頂部或如圖所示進(jìn)入腔室底部。在反應(yīng)性的PVD工藝期間，可從來 源598輸送氮?dú)庖栽诨?01上形成含氮化物的層，如氮化鋁。
[0054] 圖6是根據(jù)本發(fā)明中至少一個(gè)實(shí)施方式的群集工具401和處理系統(tǒng)600的群集工 具601的示意性俯視圖，處理系統(tǒng)600用來制造氮化合物半導(dǎo)體裝置?？上氲较挛闹嗅槍?duì) 圖3所述的工藝也可在其它適合的處理系統(tǒng)配置中執(zhí)行。與上文論述的群集工具401類 似，群集工具601內(nèi)的環(huán)境可維持在真空狀態(tài)，或維持在低于大氣壓力的壓力下，以防止在 群集工具 6〇1中經(jīng)處理的基板發(fā)生氧化和/或污染。在某些實(shí)施方式中，可能需要用惰性 氣體回填群集工具601，如氮?dú)狻?br> [0055] 系統(tǒng)控制器491控制處理系統(tǒng)600中提供的自動(dòng)化部件的活動(dòng)和運(yùn)行參數(shù)。一 般而言，基板通過處理系統(tǒng)中提供的群集工具進(jìn)行的大部分移動(dòng)是利用一或多個(gè)自動(dòng)化裝 置執(zhí)行的，所述自動(dòng)化裝置適于移動(dòng)和定位一或多個(gè)基板201，使得基板可用由系統(tǒng)控制器 491發(fā)送的命令而被群集工具收納或經(jīng)定位在群集工具內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，使用自動(dòng)移 送裝置（未圖示，如基板輸送機(jī)）在群集工具401與601之間在載體451上移送多個(gè)基板 201。在其它實(shí)施方式中，每一個(gè)載體451與特定的群集工具401、601關(guān)連，并且使用自動(dòng)化 裝置在群集工具401與601之間移送基板，所述自動(dòng)化裝置適于移送一或多個(gè)晶片暗盒，每 一個(gè)暗盒固持一或多個(gè)基板。系統(tǒng)控制器491是通用計(jì)算機(jī)，用來控制群集工具401、601、 701中提供的一或多個(gè)部件。系統(tǒng)控制器491 一般設(shè)計(jì)成協(xié)助處理序列300的控制和自動(dòng) 化，并且通常包括中央處理單元（centralprocessingunit;CPU)(未圖示）、存儲(chǔ)器（未 圖示）和支持電路（或輸入/輸出電路）（未圖示）。軟件指令與數(shù)據(jù)可經(jīng)編碼及存儲(chǔ)在 存儲(chǔ)器內(nèi)以用于對(duì)CPU發(fā)出指令?？捎上到y(tǒng)控制器讀取的程序（或計(jì)算機(jī)指令）決定哪些 任務(wù)可在基板上執(zhí)行。程序優(yōu)選是可由系統(tǒng)控制器讀取的軟件，所述的軟件包括代碼，所述 的代碼用來執(zhí)行與基板的監(jiān)測(cè)、移動(dòng)執(zhí)行和控制、支撐和/或定位有關(guān)的任務(wù)及多個(gè)工藝 方法任務(wù)和正在執(zhí)行的多個(gè)處理模塊工藝方法步驟。處理器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，如存儲(chǔ)在 存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)程序。處理系統(tǒng)的態(tài)樣和使用方法在申請(qǐng)于2006年4月14日、發(fā)明名 稱為"氮化合物結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)（EPITAXIALGROWTHOFCOMPOUNDNITRIDESTRUCTURES)" 的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/404, 516號(hào)（現(xiàn)已作為US2007/024516發(fā)布）中進(jìn)行進(jìn)一步描述， 此申請(qǐng)以參考方式全部并入本文中。
[0056] 群集工具601 -般包括傳送腔室606、與傳送腔室606耦接的第一處理腔室602a、 第二處理腔室602b和第三處理腔室602c、與傳送腔室606耦接的負(fù)載鎖定腔室608、用于 存儲(chǔ)基板的批量負(fù)載鎖定腔室609和用于負(fù)載基板的負(fù)載站610。傳送腔室606包括機(jī) 器人組件（未圖示），所述機(jī)器人組件可操作以拾取基板和在負(fù)載鎖定腔室608、批量負(fù) 載鎖定腔室609與處理腔室602a至602c之間移送基板。盡管圖示三個(gè)處理腔室602a、 602b、602c，但應(yīng)理解，任何數(shù)目的處理腔室可與傳送腔室606耦接。處理腔室602a、602b、 602c可為親接至傳送腔室606的金屬氧化物化學(xué)氣相沉積（metaloxidechemicalvapor d印osition;M0CVD)腔室（如圖8中圖示的MOCVD腔室801，在下文中進(jìn)行描述）或氫化物 氣相外延（HydrideVaporPhaseEpitaxial;HVPE)腔室。或者，處理系統(tǒng)600可為沒有傳 送腔室的直列式系統(tǒng)。在多個(gè)實(shí)施方式中，可額外包括PVD、CVD或ALD腔室或用耦接至傳 送腔室606的MOCVD或HVPE腔室中的一個(gè)腔室替換上述腔室，具體依據(jù)應(yīng)用而定。示例性MOCVD、HVPEPVD、CVD或ALD腔室可從美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司購(gòu)得。
[0057] 每一個(gè)處理腔室602a、602b、602c-般包括腔室主體612a、612b、612c(上述腔室 主體界定一個(gè)處理區(qū)域，一或多個(gè)基板被置于此處理區(qū)域中以經(jīng)受處理）、化學(xué)品輸送模塊 616a、616b、616c(氣體前驅(qū)物從上述模塊被輸送至腔室主體612a、612b、612c)和用于每一 個(gè)處理腔室602a、602b、602c的電模塊620a、620b、620c，上述電模塊包括用于群集工具601 中每一個(gè)處理腔室的電系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，每一個(gè)處理腔室602a、602b、602c適于執(zhí) 行CVD工藝，在所述的工藝中，例如，金屬有機(jī)元素與金屬氫化物元素反應(yīng)以形成氮化合物 半導(dǎo)體材料的薄層。
[0058] 在處理期間，傳送腔室606可保持在真空下或低于大氣壓力的壓力下。傳送腔室 606的真空水平可經(jīng)調(diào)節(jié)以與處理腔室602a的真空水平匹配。例如，在將基板從傳送腔室 606移送至處理腔室602a內(nèi)時(shí)（或反之亦然），傳送腔室606和處理腔室602a可保持相同 的真空水平。然后，在將基板從傳送腔室606移送至負(fù)載鎖定腔室608或批量負(fù)載鎖定腔 室609時(shí)（或反之亦然），傳送腔室的真空水平可與負(fù)載鎖定腔室608或批量負(fù)載鎖定腔 室609的真空水平匹配，盡管負(fù)載鎖定腔室608或批量負(fù)載鎖定腔室609的真空水平與處 理腔室602a的真空水平可能不同也是如此。在某些實(shí)施方式中，可能需要用惰性氣體（如 氮?dú)猓┗靥顐魉颓皇?06。例如，可在具有大于90%的氮?dú)饣虬睔獾沫h(huán)境中移送基板。或 者，可在高純度的氫氣環(huán)境中移送基板，如在具有大于90%的氫氣的環(huán)境中。
[0059] 在群集工具601中，機(jī)器人組件將負(fù)載有一或多個(gè)基板201的載體451移送至第 一處理腔室602a內(nèi)以經(jīng)受第一沉積處理。機(jī)器人組件將載體451移送至第二處理腔室602b 內(nèi)以經(jīng)受第二沉積處理。機(jī)器人組件將載體451移送至第一處理腔室602a內(nèi)或第三處理 腔室602c內(nèi)以經(jīng)受第三沉積處理。在已完成全部或一些沉積步驟之后，將載體451從處 理腔室602a至602c中移送返回負(fù)載鎖定腔室608。然后，將載體451移送至負(fù)載站610。 或者，在處理腔室602a至602c中的一或多個(gè)腔室中進(jìn)行進(jìn)一步處理之前，可將載體451 存儲(chǔ)在負(fù)載鎖定腔室608中或批量負(fù)載鎖定腔室609中。一個(gè)示例性系統(tǒng)在申請(qǐng)于2008 年1月31日、發(fā)明名稱為"用于制造氮化合物半導(dǎo)體裝置的處理系統(tǒng)（PREOCESSINGFOR FABRICATINGCOMPOUNDNITRIDESEMICONDUCTORDEVICES)"的美國(guó)專利申請(qǐng)第 12/023, 572 號(hào)中進(jìn)行描述，此申請(qǐng)以參考方式全部并入本文中。
[0060] 如上所述，圖7圖示可交替地用來完成圖3中圖示的處理序列中至少部分的處理 系統(tǒng)700的實(shí)例。在此配置中，群集工具401和群集工具601通過傳送腔室710耦接在一 起，傳送腔室710可用設(shè)置在傳送腔室710各側(cè)的狹縫閥（未圖示）而單獨(dú)隔絕于傳送腔 室444和606。任一群集工具中的機(jī)器人中的一或多個(gè)機(jī)器人經(jīng)配置以將基板201移送至 傳送腔室710內(nèi)的位置，使得載體451和基板201可在群集工具之間傳遞。因此，在群集工 具401中或群集工具601中處理的基板201在群集工具之間進(jìn)行移送時(shí)無需暴露于大氣環(huán) 境（在群集工具401、601外側(cè)）。
[0061] 圖8是根據(jù)本發(fā)明中至少一個(gè)實(shí)施方式的MOCVD腔室801的示意性橫截面圖，所 述的MOCVD腔室可用于制造氮化合物半導(dǎo)體裝置。MOCVD腔室801可為處理腔室602a、602b 或602c中的一或多個(gè)腔室，如上文中參考系統(tǒng)600和700所述。MOCVD腔室801 -般包括腔 室主體802、用于輸送前驅(qū)物氣體、載氣、清潔氣體和/或凈化氣體的化學(xué)品輸送模塊816、 具有等離子體源的遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)826、基座或基板支撐件814和真空系統(tǒng)812。MOCVD腔室801的腔室主體802圍封處理區(qū)域808。噴淋頭組件804設(shè)置在處理區(qū)域808的一端， 并且載體451設(shè)置在處理區(qū)域808的另一端。載體451可設(shè)置在基板支撐件814上。
[0062] 在一個(gè)實(shí)施方式中，噴淋頭組件804可為雙區(qū)組件，所述雙區(qū)組件具有第一處理 氣體通道804A、第二處理氣體通道804B和溫度控制通道804C，所述第一處理氣體通道804A 與化學(xué)品輸送模塊816耦接以用于向處理區(qū)域808輸送第一前驅(qū)物或第一處理氣體混合 物，所述第二處理氣體通道804B與化學(xué)品輸送模塊816耦接以用于向處理區(qū)域808輸送第 二前驅(qū)物或第二處理氣體混合物，并且所述溫度控制通道804C與熱交換裝置870耦接以用 于使熱交換流體流至噴淋頭組件804以幫助調(diào)節(jié)噴淋頭組件804的溫度。適合的熱交換流 體可包括水、水基的乙二醇混合物、全氟聚醚（例如Galden?流體）、油基的熱傳遞流體或 類似流體。
[0063] 在處理期間，第一前驅(qū)物或第一處理氣體混合物可經(jīng)由與噴淋頭組件804中第一 處理氣體通道804A耦接的氣體導(dǎo)管846被輸送至處理區(qū)域808并且第二前驅(qū)物或第二處 理氣體混合物可經(jīng)由與噴淋頭組件804中第二處理氣體通道804B耦接的氣體導(dǎo)管845被 輸送至處理區(qū)域808。處理氣體混合物或前驅(qū)物可包括一或多種前驅(qū)物氣體或處理氣體 及載氣和/或摻雜劑氣體，這些氣體可與前驅(qū)物氣體混合?？蛇m于實(shí)施本文所述的實(shí)施方 式的示例性噴淋頭在申請(qǐng)于2007年10月16日、發(fā)明名稱為"多氣體直線式通道噴淋頭 (MULTI-GASSTRAIGHTCHANNELSH0WERHEAD)" 的美國(guó)專利申請(qǐng)第 11/873, 132 號(hào)、申請(qǐng)于 2007年10月16日、發(fā)明名稱為"多氣體螺旋式通道噴淋頭（MULTI-GASSPIRAlCHANNEL SHOWERHEAD) "的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/873, 141號(hào)（現(xiàn)已作為US2009-0095222發(fā)布）和 申請(qǐng)于2007年10月16日、發(fā)明名稱為"多氣體同軸注入噴淋頭（MULTI-GASCONCENTRIC INJECTIONSHOWERHEAD) " 的美國(guó)專利申請(qǐng)第 11/873, 170 號(hào)（現(xiàn)已作為US2009-0095221 發(fā)表）中進(jìn)行描述，上述所有申請(qǐng)以參考方式全部并入本文中。
[0064] 下部圓蓋819設(shè)置在下部空間810的一端，并且載體451設(shè)置在下部空間810的 另一端。載體451經(jīng)圖示位于處理位置，但可將載體451移至下部位置，在所述的下部位置 處，例如可負(fù)載或卸載基板201。排氣圈820可圍繞載體451外圍而設(shè)置，以幫助防止在下 部空間810中發(fā)生沉積，同時(shí)也幫助將排出氣體從MOCVD腔室801引導(dǎo)向排氣口 809。下部 圓蓋819可由透明材料（如高純度石英）制成，以容許光穿過以對(duì)基板201進(jìn)行輻射加熱。 可由設(shè)置在下部圓蓋819下方的多個(gè)內(nèi)部燈具821A和外部燈具821B提供輻射加熱，并且 反射鏡866可用來幫助控制MOCVD腔室801在由內(nèi)部燈具821A和外部燈具821B提供的輻 射能量下的暴露。額外的燈具圈也可用于對(duì)基板201進(jìn)行更精細(xì)的溫度控制。
[0065] 可從噴淋頭組件804和/或從進(jìn)氣口或進(jìn)氣管（未圖示）將凈化氣體輸送至MOCVD 腔室801內(nèi)，所述進(jìn)氣口或進(jìn)氣管設(shè)置在載體451下方及接近腔室主體底部。凈化氣體進(jìn) 入MOCVD腔室801的下部空間810,并向上流經(jīng)載體451和排氣圈820,然后流入圍繞環(huán)狀 排氣通道805設(shè)置的多歧排氣口 809。排氣導(dǎo)管806將環(huán)狀排氣通道805連接至包括真空 泵807的真空系統(tǒng)812?？墒褂瞄y系統(tǒng)來控制MOCVD腔室801壓力，所述閥系統(tǒng)控制排出氣 體從環(huán)狀排氣通道中被抽出時(shí)的速率。MOCVD腔室的其它態(tài)樣在申請(qǐng)于2008年1月31日、 發(fā)明名稱為"CVD設(shè)備（CVDAPPARATUS) "的美國(guó)專利申請(qǐng)第12/023, 520號(hào)中進(jìn)行描述，此 申請(qǐng)以參考方式全部并入本文中。
[0066] 如果需要，則可將清潔氣體（例如含鹵素的氣體，如氯氣）從噴淋頭組件804和/ 或從設(shè)置在處理區(qū)域808附近的進(jìn)氣口或進(jìn)氣管（未圖示）輸送至MOCVD腔室801內(nèi)。清 潔氣體進(jìn)入MOCVD腔室801的處理區(qū)域808以從腔室部件（如基板支撐件814和噴淋頭組 件804)移除沉積物，并且經(jīng)由圍繞環(huán)狀排氣通道805而設(shè)置的多歧排氣口 809退出MOCVD 腔室801。
[0067] 化學(xué)品輸送模塊816 -般向MOCVD腔室801供應(yīng)前驅(qū)物和/或化學(xué)品。從化學(xué)品 輸送模塊816通過供應(yīng)線路供應(yīng)反應(yīng)性氣體、載氣、凈化氣體和清潔氣體并且將氣體供應(yīng) 至腔室801內(nèi)?？赏ㄟ^供應(yīng)線路供應(yīng)氣體并且將氣體供應(yīng)至氣體混合箱內(nèi)，在所述氣體混 合箱中，氣體混合在一起并且經(jīng)輸送至噴淋頭組件804。依據(jù)工藝方案，輸送至MOCVD腔室 801的前驅(qū)物和/或化學(xué)品中有一些前驅(qū)物和/或化學(xué)品可能是液體，而非氣體。在使用 液體化學(xué)品時(shí)，化學(xué)品輸送模塊包括液體注入系統(tǒng)或其它適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)（例如起泡器或氣化 器）以氣化液體。由液體轉(zhuǎn)化成的蒸氣可與載氣混合。
[0068] 遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)826可針對(duì)選定的應(yīng)用而產(chǎn)生等離子體，如腔室清潔或從處理 基板上蝕刻掉殘留物或有缺陷的層。在遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)826中由通過輸入線路供應(yīng)的 前驅(qū)物所產(chǎn)生的等離子體物種通過用于擴(kuò)散的導(dǎo)管804D，通過噴淋頭組件804,被發(fā)送至 MOCVD腔室801中的處理區(qū)域808。用于清潔應(yīng)用的前驅(qū)物氣體可包括含氯氣體、含氟氣體、 含碘氣體、含溴氣體、含氮?dú)怏w和/或其它適合的反應(yīng)性元素。遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)826也可 適于在層沉積工藝期間通過使適當(dāng)?shù)某练e前驅(qū)物氣體流入遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)826內(nèi)來沉 積CVD層。在一個(gè)實(shí)例中，遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)826用以將活性氮物種輸送至處理區(qū)域808。
[0069] 可通過以下方式進(jìn)一步控制MOCVD腔室801和周圍結(jié)構(gòu)（如排氣通路）的側(cè)壁 溫度：使熱交換液體通過腔室側(cè)壁中的通道（未圖示）循環(huán)以形成熱交換器。噴淋頭組件 804也可具有熱交換通路（未圖示）以形成額外的熱交換器。典型的熱交換流體包括水基 的乙二醇混合物、油基的熱傳遞流體或類似流體。可使用額外的熱交換器執(zhí)行噴淋頭組件 804的加熱，這樣可減少或消除不符合需要的反應(yīng)物產(chǎn)物的凝結(jié)，并且改良對(duì)處理氣體的揮 發(fā)性產(chǎn)物及其它污染物的消除，如果這些處理氣體的揮發(fā)性產(chǎn)物及其它污染物凝結(jié)在排氣 導(dǎo)管806側(cè)壁上并且在沒有氣流的時(shí)段期間移動(dòng)返回處理腔室，則有可能污染工藝。
[0070] 如上文中簡(jiǎn)短地論述，圖3圖示用來形成高品質(zhì)緩沖層和III-V族層的處理序列 300,所述高品質(zhì)緩沖層和III-V族層用來形成有用的半導(dǎo)體裝置，如功率裝置、發(fā)光二極 管（lightemittingdiode;LED)、激光二極管（laserdiode;LD)或其它有用裝置。在一 個(gè)實(shí)例中，圖3中圖示的處理序列300用來形成圖2中繪示的層中的一或多個(gè)層，所述的 層在本文中進(jìn)行論述。雖然處理序列300主要論述為通過使用處理系統(tǒng)600執(zhí)行，但這個(gè) 系統(tǒng)和圖示的腔室配置不限制本文所述的本發(fā)明范圍。應(yīng)注意，圖3中圖示的步驟的數(shù)目 和序列也不限制本文所述的本發(fā)明范圍，因?yàn)樵诓槐畴x本文所述的本發(fā)明基本范圍的情況 下，可添加、刪除一或多個(gè)步驟和/或?qū)σ换蚨鄠€(gè)步驟進(jìn)行重新排序。
[0071] 在步驟302中，如圖3所示，群集工具（如處理系統(tǒng)600的群集工具401)接收一 或多個(gè)基板201以用于在群集工具中進(jìn)行處理。在一個(gè)實(shí)施方式中，將置于晶片暗盒中的 基板輸送至群集工具，晶片暗盒經(jīng)配置以保持多個(gè)基板201。在一個(gè)配置中，步驟302還包 括以下處理：將基板從晶片暗盒中移除，然后將基板移送至載體負(fù)載模塊（例如元件符號(hào) 404A)，以使得所移送的基板可由此定位在載體451上。一旦載體451上負(fù)載有所需數(shù)目的 基板，則機(jī)器人中的一個(gè)機(jī)器人將從載體負(fù)載模塊移送載體和基板，并將載體和基板載入 群集工具的負(fù)載鎖定腔室中以用于處理。在處理序列300的一些配置中，步驟302進(jìn)一步 包括以下步驟：將基板移送至負(fù)載鎖定腔室450、452 (圖4)內(nèi)，將負(fù)載鎖定腔室450、452中 的壓力降至合乎需要的壓力，然后接收基板并將基板移送至處理腔室內(nèi)，所述的處理腔室 適于執(zhí)行步驟304,步驟304在下文中進(jìn)行論述。
[0072] 接下來，在步驟304中，在基板中的一或多個(gè)基板上執(zhí)行預(yù)處理工藝或處理，以在 執(zhí)行工藝步驟310之前從基板201的至少一個(gè)表面移除任何不符合需要的材料，步驟310 在下文中進(jìn)行論述。在一個(gè)實(shí)施方式中，執(zhí)行基板預(yù)處理以從基板上移除表面污染（例 如氧化物、有機(jī)材料、其它污染物）和顆粒，同時(shí)也使基板表面準(zhǔn)備好接收高品質(zhì)緩沖層和 III-V族層，所述的高品質(zhì)緩沖層和III-V族層在高度結(jié)晶結(jié)構(gòu)中具有較高結(jié)晶取向。在一 個(gè)此種實(shí)施方式中，基板預(yù)處理使高品質(zhì)緩沖層和III-V族層的沉積能夠具有小于約1納 米（均方根，基于AFM，且（002)方向上的XRD半峰全寬小于50角秒）的表面粗糙度。此 夕卜，也可達(dá)到每輪運(yùn)行中晶片與晶片之間的較高工藝可重復(fù)性和在基板上形成的層內(nèi)的較 高均勻性。在一個(gè)實(shí)施方式中，在群集工具401中提供的處理腔室458至472中一個(gè)腔室 內(nèi)原位執(zhí)行基板預(yù)處理。在一個(gè)配置中，處理腔室458至472可包括SiCoNi?或Aktiv?預(yù) 清潔腔室，所述的兩個(gè)腔室皆可從美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司處購(gòu)得。
[0073] 在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟304中執(zhí)行的預(yù)處理工藝包括將基板201載入群集工 具401中的處理腔室（例如腔室501)，然后向處理腔室的臺(tái)座電極（例如電極507)施加偏 壓（電壓）以在基板表面附近產(chǎn)生等離子體。所產(chǎn)生的等離子體一般含有由氣體混合物形 成的自由基和離子，所述的氣體混合物包括氬氣、氮?dú)?、氫氣?或其它氣體。所產(chǎn)生的氣 體離子和自由基與基板表面相互作用和/或轟擊基板表面，以移除任何基板表面污染和顆 粒。在一些情況下，等離子體用來修改基板的表面結(jié)構(gòu)，以確保在基板與沉積的外延薄膜層 (例如含AlN的緩沖層）之間有更好的晶體對(duì)準(zhǔn)?？烧{(diào)節(jié)等離子體密度、偏壓和處理時(shí)間以 高效地處理基板表面，但不損害基板表面。在一個(gè)實(shí)例中，向設(shè)置在基板支撐件中的電極施 加約-5伏特至-1000伏特的偏壓達(dá)約1秒至15分鐘之久，基板201和載體451設(shè)置在所 述的基板支撐件上。輸送至處理腔室的處理區(qū)域的功率的頻率可從約10千赫茲至100兆 赫茲之間變化，并且功率水平可處于約1千瓦特與10千瓦特之間。在預(yù)處理工藝步驟或在 步驟304期間，基板支撐件表面的溫度可處于自約-50°C至1000°C的范圍之間。已認(rèn)可，上 述預(yù)處理工藝的組合可用來形成高品質(zhì)緩沖層，在每輪操作中及在晶片與晶片之間可重復(fù) 性地形成所述高品質(zhì)緩沖層。在一個(gè)實(shí)施方式中，使用上述基板預(yù)處理工藝減少或消除AlN 和GaN晶體品質(zhì)變動(dòng)，所述品質(zhì)變動(dòng)在以傳統(tǒng)方式制備的基板中經(jīng)常觀察到。在一個(gè)配置 中，在圖6所圖示的群集工具401中的處理腔室462、464中的一個(gè)腔室中執(zhí)行步驟304,所 述的兩個(gè)腔室包括可從應(yīng)用材料公司處購(gòu)得的SiCoNi?或Aktiv?預(yù)清潔腔室。
[0074] 在處理序列300的一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟304中執(zhí)行濕法清潔處理以在執(zhí)行處 理步驟302之前從基板201的表面移除任何不符合需要的材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，可使用 批量清潔工藝來執(zhí)行清潔工藝，在所述的批量清潔工藝中，基板暴露于清潔溶液。在一個(gè)實(shí) 施方式中，通過其它適用技術(shù)的噴涂、沖刷、浸沒來潤(rùn)濕基板。清潔溶液可為SCl清潔溶液、 SC2清潔溶液、氫氟酸蝕刻持久類型的清潔溶液、臭氧水溶液、氫氟酸（hydrofluoricacid; HF)和過氧化氫（H2O2)溶液或其它適合且物美價(jià)廉的清潔溶液。
[0075] 接下來，在步驟306中，基板201經(jīng)脫氣以從基板201的表面移除任何有害的吸附 水或其它可揮發(fā)的污染物。一般而言，在步驟306中執(zhí)行的脫氣工藝將包括在將基板設(shè)置 在對(duì)于將從基板表面移除的污染物具有較低分壓的環(huán)境中的同時(shí)，將基板201加熱至所需 溫度。在一個(gè)實(shí)例中，將基板201設(shè)置在真空環(huán)境中或高純度惰性氣體氣氛中。在又一實(shí) 例中，在維持在小于約1毫托的真空壓力下的環(huán)境中將基板加熱至高于約l〇〇°C的溫度。在 另一實(shí)例中，在維持在小于約10托的真空壓力下的環(huán)境中將基板加熱至高于約300°C的溫 度。在另一實(shí)例中，將基板加熱至與步驟310中所使用的處理溫度同樣高的溫度及加熱至 小于或等于在步驟310期間所使用的處理壓力的真空壓力，步驟310在下文中進(jìn)行論述。如 圖3中圖示，在一些實(shí)施方式中，步驟306可在步驟304之前或之后執(zhí)行。在一個(gè)配置中， 步驟306是通過使用經(jīng)加熱的靜電卡盤（未圖示）來執(zhí)行的，所述的靜電卡盤設(shè)置在圖6 中所示的群集工具401中的脫氣腔室458、460的處理區(qū)域中。在一個(gè)實(shí)例中，基板在快速 熱處理（rapidthermalprocessing;RTP)腔室中，在高溫下，在含有合乎需要的處理氣體 (如惰性氣體、N2、HCl、HF、NH4F或4和/或上述各者的組合）的環(huán)境中經(jīng)熱脫氣。
[0076] 接下來，在基板201上執(zhí)行步驟310之前，在步驟308中將基板201選擇性地預(yù)熱 至合乎需要的溫度。一般而言，在步驟310中執(zhí)行的預(yù)熱工藝將包括將基板201加熱至一 溫度，所述溫度接近在步驟310期間所使用的處理溫度。在一些配置中，可在處理系統(tǒng)600 中的處理腔室454至472中而不在執(zhí)行步驟310的腔室中執(zhí)行步驟308。
[0077] 接下來，將基板201傳送至處理腔室466至472中的一個(gè)腔室，在所述處理腔室 中，步驟310或緩沖層形成步驟用來在基板201表面上沉積高品質(zhì)PVD沉積緩沖層213。 在一個(gè)實(shí)施方式中，處理腔室466、468、470、472是類似于圖5中圖示的處理腔室500的物 理氣相沉積腔室。本文所述的工藝可用來形成通過PVD工藝形成的外延生長(zhǎng)AlN緩沖層。 本文所述的工藝已經(jīng)用來在中度處理溫度下減少薄膜應(yīng)力，消除薄膜裂紋并且改良PVD沉 積AlN薄膜的結(jié)構(gòu)品質(zhì)。本文所述的PVD沉積工藝被認(rèn)為與傳統(tǒng)的MOCVD或HVPE緩沖層 形成工藝相比具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鯬VD沉積工藝通過減少對(duì)MOCVD腔室調(diào)節(jié)步驟的 需求、對(duì)在處理步驟之間變溫的需求及對(duì)過度清潔工藝的需求，容許以低得多的成本和更 快的速率形成及生長(zhǎng)高品質(zhì)外延層（例如GaN)。在一個(gè)這種實(shí)施方式中，通過使用本文所 述的工藝組合，沉積厚度為約40納米的具有光滑表面（例如0. 5納米，RMS)和具有高材料 品質(zhì)（(002)方向頂點(diǎn)的半峰全寬，?50角秒）的PVDAlN薄膜。在一個(gè)實(shí)例中，PVD沉積 AlN薄膜的粗糙度小于硅基板上沉積層厚度的約3%，而（002)頂點(diǎn)的半峰全寬同樣達(dá)到小 于3600角秒。在另一實(shí)例中，PVD沉積AlN薄膜在藍(lán)寶石基板上的粗糙度小于約1納米， 而（002)頂點(diǎn)的半峰全寬同樣達(dá)到小于200角秒。在特定實(shí)施方式中，高質(zhì)量的GaN薄膜 ((002)的半峰全寬小于200角秒，并且（102)的半峰全寬小于300角秒）可由此在所沉積 的PVD沉積緩沖層213上形成。因此，可由此消除對(duì)于常常十分耗時(shí)且復(fù)雜的MOCVDGaN 緩沖層的需求。
[0078] 在一個(gè)實(shí)例中，PVD腔室適于執(zhí)行非反應(yīng)性濺射工藝，所述濺射工藝在約20°C至 約200°C范圍中的較低溫度或略高溫度下形成氮化鋁層。在另一實(shí)例中，處理腔室適于執(zhí)行 非反應(yīng)性濺射工藝，所述濺射工藝在約200°C至1200°C范圍中的高溫下形成氮化鋁層。
[0079] 在另一實(shí)施方式中，利用反應(yīng)性濺射工藝形成緩沖層213,所述反應(yīng)性濺射工藝在 類似于處理腔室500的處理腔室中執(zhí)行，上文中對(duì)處理腔室500進(jìn)行了論述。在一個(gè)實(shí)施 方式中，使用大體上的純鋁靶材形成含AlN的緩沖層213,通過使用包括惰性氣體（例如氬 氣）和含氮?dú)怏w的等離子體而濺射所述純鋁靶材。在一個(gè)實(shí)施方式中，在將一或更多個(gè)外 延準(zhǔn)備就緒的基板載入處理腔室500之后，通過使用含鋁靶材和含氮處理氣體在基板上沉 積連續(xù)的AlN薄膜。在一個(gè)實(shí)例中，靶材可由一材料形成，所述的材料選自但不限于以下各 者的群組：大體上的純鋁、含鋁合金、含鋁化合物（如AlN、AlGa、Al203，等等）和摻雜有11/ IV/VI族元素以改良層兼容性和裝置性能的含鋁靶材。在濺射工藝期間使用的處理氣體可 包括但不限于含氮?dú)怏w和惰性氣體，含氮?dú)怏w如氮?dú)猓∟2)、氨氣（NH3)、二氧化氮（NO2)、氧 化氮（NO)等等，惰性氣體如氬氣（Ar)、氖氣（Ne)、氪氣（Kr)等等。在一個(gè)實(shí)施方式中，可通 過用摻雜靶材料和/或?qū)诫s氣體輸送至所產(chǎn)生濺射等離子體來將摻雜原子添加至沉積 薄膜，以調(diào)節(jié)沉積PVDAlN緩沖層的電特性、機(jī)械特性和光學(xué)特性，例如以使得薄膜適合在 其上制造III族氮化物裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，AlN緩沖層的厚度在約1納米與約1000 納米之間。
[0080] 在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟310期間，電源593經(jīng)配置以輸送射頻功率至靶材503 和處理區(qū)域540,所述射頻功率的功率水平處于0至20千瓦特范圍中及頻率處于約0與約 60兆赫茲之間。在又一實(shí)施方式中，電源593經(jīng)配置以輸送0至50千瓦特范圍內(nèi)的脈沖直 流電功率信號(hào)至靶材503,所述信號(hào)的脈沖頻率在約1千赫茲與約500千赫茲之間，并且占 空比處于約1%與約99%之間的范圍中。在一個(gè)實(shí)例中，電源593經(jīng)配置以輸送0至50千 瓦特范圍內(nèi)的脈沖直流電功率信號(hào)至靶材503,所述信號(hào)的脈沖頻率在約1千赫茲與約500 千赫茲之間，并且占空比處于約40%與約99%之間的范圍中。在另一實(shí)施方式中，電源593 經(jīng)配置以輸送〇至50千瓦特功率范圍內(nèi)的恒定直流電功率信號(hào)。在又一實(shí)施方式中，電源 593經(jīng)配置以輸送至少兩個(gè)波形的組合，所述的波形選自由脈沖直流電、脈沖射頻、恒定射 頻和恒定直流電功率組成的群組。在步驟310的一個(gè)配置中，起動(dòng)次序用來沉積AlN緩沖 層，所述起動(dòng)次序包括首先打開射頻電源、首先打開直流電電源，或在步驟310中執(zhí)行的工 藝方法步驟開始之時(shí)同時(shí)打開射頻和直流電。在一些配置中，可在電源打開之前、之后，或 打開的同時(shí)執(zhí)行含氮?dú)怏w流動(dòng)的啟動(dòng)。在一些配置中，步驟310的工藝終止部分包括首先 關(guān)閉射頻電源、首先關(guān)閉（脈沖）直流電電源，或同時(shí)關(guān)閉射頻和直流電，其中，在電源關(guān)閉 之前、同時(shí)，或之后關(guān)閉處理氣體以控制表面形態(tài)、化學(xué)計(jì)量和AlN的生長(zhǎng)類型（例如氮面 生長(zhǎng)）。
[0081] 在一些實(shí)施方式中，連接至臺(tái)座電極532和電源530的電容調(diào)諧器（未圖示）經(jīng) 調(diào)節(jié)以在處理腔室的處理區(qū)域中改變已處理基板的浮動(dòng)電勢(shì)，變更氣體的電離比，等離子 體能量，和反應(yīng)物的迀移率。電容調(diào)諧器也適于控制薄膜應(yīng)力，改良沉積緩沖層的表面形態(tài) 和晶體品質(zhì)，和/或提高沉積速率。在一個(gè)實(shí)例中，電容調(diào)諧器經(jīng)調(diào)節(jié)以便將約-1000伏特 與約+500伏特之間的偏壓施加于基板支撐組件513。在一些配置中，經(jīng)加熱的基板支撐件 (如靜電卡盤512)用來控制基板表面溫度和其熱均勻性，所述均勻性可處于約200°C與約 550°〇、550°〇與1000°〇，和1000°〇與1401°〇之間的范圍中。沉積工藝可在約0.1與約200 毫托之間的壓力下執(zhí)行。PVD沉積AlN緩沖層的沉積速率在約0. 2埃/秒(?/s)與約20埃 /秒(Α/s)之間。
[0082] 在步驟310的一個(gè)實(shí)施方式中，在偏壓靶材503之前，通過射頻偏壓臺(tái)座電極532 而在設(shè)置于基板支撐組件513上的基板201的表面上方形成等離子體。在一個(gè)配置中，所 形成的等離子體包括大體上含純氮的等離子體，或具有一氮濃度的等離子體，所述氮濃度 等于或大于在步驟310的AlN沉積部分期間形成的等離子體的氮濃度。已認(rèn)可，在形成AlN 層之前將包括藍(lán)寶石的基板暴露于原位氮等離子體可促進(jìn)高品質(zhì)AlN薄膜在基板上的形 成。在一個(gè)實(shí)施方式中，原位等離子體通過以下方式形成：在將偏壓施加于靶材503之前對(duì) 臺(tái)座電極532進(jìn)行射頻偏壓以形成約5伏特與500伏特之間的電勢(shì)達(dá)一段時(shí)間之久（如1 秒至10秒）。
[0083] 在一個(gè)配置中，在步驟310期間執(zhí)行的工藝可包括對(duì)沉積的薄膜進(jìn)行應(yīng)力設(shè)計(jì)以 獲得目標(biāo)壓縮應(yīng)力或抗拉應(yīng)力處于-IOGPa與約IOGPa之間范圍中的薄膜?？赏ㄟ^在沉積 工藝的一或更多個(gè)階段期間控制處理溫度、沉積速率、輸送至靶材的功率、處理壓力、氣體 流速，和基板偏壓來調(diào)節(jié)薄膜應(yīng)力。而且，在一些配置中，PVD工藝變量經(jīng)調(diào)節(jié)以沉積密度 約處于70%至100%范圍中的AlN緩沖層。沉積PVDAlN薄膜還可形成為單層、多層，或多 對(duì)具有不同成分或特性的交替層，上述層在本文中提及的步驟310期間執(zhí)行的全部處理中 制造而成。
[0084] 在一些實(shí)施方式中，濺射功率、基板偏壓、氣流、壓力、溫度和氣體成分（例如III 族與V族比率）經(jīng)調(diào)節(jié)以使得生長(zhǎng)膜的表面以氮原子終止，發(fā)現(xiàn)這可促進(jìn)提高晶體缺陷品 質(zhì)和促進(jìn)尚品質(zhì)緩沖層213的垂直和/或橫向生長(zhǎng)。圖9A至圖9B是基板201表面的不意 圖，所述基板201中每一基板上形成有不同類型的高品質(zhì)AlN緩沖層。圖9A圖示基板201 的一部分，所述基板201含有含結(jié)晶AlN的層的氮面（或N面）生長(zhǎng)，所述的層通過在反應(yīng) 性類型的AlNPVD沉積工藝期間調(diào)節(jié)步驟310處理參數(shù)而沉積在基板表面（如含硅表面，例 如〈111>或〈110>取向表面）上。圖9B圖示基板201的一部分，所述的基板201含有含結(jié) 晶AlN的層的鋁面（或Al面）生長(zhǎng)，所述的層通過在反應(yīng)性類型的AlNPVD沉積工藝期間 調(diào)節(jié)步驟310處理參數(shù)而沉積在基板表面（如含硅表面，例如〈111>或〈110>取向表面） 上。在暴露表面處主要以氮終止的層的生長(zhǎng)在本文中將被稱作氮面生長(zhǎng)層。已認(rèn)可，通過向 靶材503輸送射頻、脈沖射頻或低功率脈沖直流電偏壓（例如小于2千瓦特）的信號(hào)將促 進(jìn)氮面類型的AlN緩沖層的生長(zhǎng)。而大功率脈沖直流電與恒定的直流電功率信號(hào)輸送至靶 材則將促進(jìn)在暴露表面處以鋁終止的層的形成與生長(zhǎng)，上述情況在本文中被稱作AlN緩沖 層的鋁面生長(zhǎng)。已發(fā)現(xiàn)，在沉積工藝期間調(diào)節(jié)基板浮動(dòng)電勢(shì)可用來調(diào)節(jié)沉積AlN緩沖層的 生長(zhǎng)類型，例如氮面或鋁面生長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)例中，形成約5伏特與約500伏特之間的基板電 勢(shì)可用來可靠地通過使用2千瓦特射頻PVD工藝形成氮面類型的AlN緩沖層，并且約-300 伏特與約-1伏特之間的基板電勢(shì)將可靠地通過使用6千瓦特脈沖直流電PVD工藝而形成 鋁面類型的AlN緩沖層。同樣，已發(fā)現(xiàn)通過使用氫氧化鉀（KOH)濕化學(xué)物質(zhì)（例如5摩爾 KOH水溶液）蝕刻沉積AlN層的表面可決定沉積薄膜的生長(zhǎng)類型，因?yàn)殇X面生長(zhǎng)在此化學(xué)物 質(zhì)中將相對(duì)不被蝕刻（例如大于30秒），而氮面生長(zhǎng)薄膜將被快速地蝕刻掉（例如在小于 30秒的時(shí)間內(nèi)蝕刻500埃）。
[0085] 而且，已發(fā)現(xiàn)，沉積速率對(duì)形成鋁面氮化鋁薄膜與形成氮面氮化鋁薄膜的能力有 影響。在一個(gè)實(shí)例中，通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)（例如功率、壓力）以輸出大于7埃/秒的沉積速 率促進(jìn)鋁面生長(zhǎng)，并且通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)以輸出小于2埃/秒的沉積速率促進(jìn)氮面生長(zhǎng)。
[0086] 同樣已認(rèn)可，通過控制腔室調(diào)節(jié)與進(jìn)入緩沖層213的雜質(zhì)，可重復(fù)地并且可靠地 形成氮面或鋁面生長(zhǎng)。由此，已認(rèn)可且已發(fā)現(xiàn)，在步驟304與306期間執(zhí)行的工藝結(jié)合在步 驟310期間執(zhí)行的工藝，影響沉積AlN緩沖層的氮面或鋁面生長(zhǎng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鋁面或氮面沉 積AlN緩沖層的更佳生長(zhǎng)影響下文中進(jìn)行論述（例如步驟312至314)的隨后沉積的層的 多個(gè)生長(zhǎng)模式。隨后沉積的層的生長(zhǎng)模式可影響所述的層的表面與整體物理特性、化學(xué)特 性和電特性。在一些情況下，基板表面上的氮面或鋁面類型的PVD沉積AlN緩沖層213用 來促進(jìn)隨后在緩沖層213上沉積的層（例如GaN)的三維（3D)生長(zhǎng)（例如有利于島狀類型 生長(zhǎng)）。而在其它情況下，基板表面上的氮面或鋁面類型的沉積AlN緩沖層213則用來促進(jìn) 隨后在緩沖層213上沉積的薄膜（例如GaN)的二維（2D)生長(zhǎng)（例如有利于最初形成的晶 核的快速聚結(jié)，然后隨著晶核生長(zhǎng)而形成光滑表面）。在一個(gè)實(shí)例中，在形成LED裝置時(shí)，在 PVD沉積AlN緩沖層213上形成高品質(zhì)的GaN層的情況下，鋁面生長(zhǎng)更佳。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高品 質(zhì)Ga面GaN可通過使用AlN緩沖層的鋁面生長(zhǎng)而形成。在此情況下，鋁面生長(zhǎng)在硅與藍(lán)寶 石基板上提供合乎需要的薄膜形態(tài)與晶體缺陷密度。已認(rèn)可，在某些類型的功率裝置中，在 PVD沉積AlN緩沖層213上形成高品質(zhì)GaN層時(shí)，氮面生長(zhǎng)可為更佳。
[0087] 在一個(gè)實(shí)例中，氮面AlN緩沖層通過向靶材輸送射頻加直流電功率信號(hào)而形成， 此步驟包括輸送1500千瓦特至2500千瓦特的射頻功率與1500千瓦特至2500千瓦特的 直流電功率，控制15毫托至25毫托的處理壓力，調(diào)節(jié)處理區(qū)域中氬氣與氮?dú)獾慕M成比率 (30%至60%為氮?dú)猓?，并且將基板溫度控制在約450°C至550°C以達(dá)到約小于0. 5埃/秒 的沉積速率。
[0088] 或者，在一個(gè)實(shí)例中，鋁面類型的AlN緩沖層通過向靶材輸送脈沖直流電功率信 號(hào)而形成，此步驟包括以約5千赫茲至200千赫茲的脈沖頻率并且按80%至95%范圍內(nèi)的 占空比輸送4千瓦特至6千瓦特的脈沖直流電功率信號(hào)，控制小于10毫托的處理壓力，調(diào) 節(jié)處理區(qū)域中氬氣與氮?dú)獾慕M成比率（60%至95% )，并且將基板溫度控制在約350°C至 450°C，以達(dá)到約大于7埃/秒的沉積速率。
[0089] 在步驟310的一個(gè)實(shí)施方式中，包括熱處理（RTP、激光退火、高溫烘焙，等等）或化 學(xué)處理（基于溶液、基于氣體的處理，等等）的額外原位和/或非原位的后處理加工用以改 良沉積緩沖層的特性?？赡茉跓o論具有何種沉積溫度的情況下，適合于包含在裝置（如裝 置200)中的PVD沉積氮化鋁層可能在某個(gè)點(diǎn)處需要暴露于約在401°C至1401°C范圍中的 高溫（例如約900°C)下，以便獲得所需的材料特性（例如適當(dāng)?shù)娜毕菝芏?、晶粒大小、晶體 取向、應(yīng)力，等等）。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在氮化鋁層上制造額外的層之前，在PVD沉積 氮化錯(cuò)緩沖層上執(zhí)行快速熱處理（rapidthermalprocessing;RTP)過程?？蓮膽?yīng)用材料 公司處購(gòu)得的RTP腔室可設(shè)置在群集工具401和601中所含的處理腔室中的一個(gè)腔室中， 群集工具401和601在上文中進(jìn)行論述。然而，在一個(gè)實(shí)例中，在PVD腔室中執(zhí)行RTP工藝。 在另一實(shí)例中，激光退火能力與裝置200的上述制造工藝關(guān)連。
[0090] 在另一實(shí)施方式中，在執(zhí)行步驟310之前，可由Al、A10x、SiNx、Zn0、ZnS、ZrN、TiN 等材料組成的預(yù)晶種層沉積在基板表面上以保護(hù)基板表面，并且實(shí)現(xiàn)更高品質(zhì)的AlN沉積 和/或容許不影響薄膜品質(zhì)的情況下，在PVDAlN緩沖層沉積工藝期間實(shí)現(xiàn)快速的沉積速 率。在一個(gè)實(shí)例中，預(yù)晶種層可通過在不使含氮?dú)怏w流動(dòng)和/或使用降低的功率、壓力或氣 流的情況下，濺射受污染的含鋁靶材中的一部分而形成。
[0091] 接下來，在步驟312中，通過使用MOCVD或HVPE沉積工藝將一或更多個(gè)裝置層（如 層214與216)沉積在所形成的緩沖層213上，所述的MOCVD或HVPE沉積工藝使用設(shè)置在處 理系統(tǒng)600中提供的群集工具601中的處理腔室602a至602c中的一個(gè)腔室。在一個(gè)實(shí)例 中，層214是III族氮化物層（例如A1N、InN、GaN、AlGaN、InGaN，或InAlGaN層），所述的 層在處理腔室602a中通過使用MOCVD工藝而沉積，并且層216是另一III族氮化物層（例 如AlGaN層），所述的層在處理腔室602b中通過使用MOCVD工藝而沉積。在一個(gè)實(shí)例中， 層214大體包括未摻雜GaN(U-GaN)層和/或η型摻雜（n-GaN)層，所述的層依序沉積在緩 沖層213上。在MOCVD工藝用來沉積III族氮化物層的情況下，可將前驅(qū)物氣體（如三甲 基鎵（TMG)、氨氣（NH3)和氮?dú)猓∟2))引入處理腔室，同時(shí)，設(shè)置在載體451上的基板201則 經(jīng)加熱并且維持在約950°C至約1050°C的處理溫度下，并且腔室壓力經(jīng)維持在約50托至約 600托的壓力下。U-GaN層可沉積至約1微米至約100微米的厚度，和/或n-GaN層可沉積 至約2微米與約140微米之間的厚度。在一個(gè)實(shí)例中，u-GaN/n-GaN層沉積總厚度為約4微 米。在一些實(shí)施方式中，可省略U-GaN層?？捎脕硇纬裳b置200的部件的其他GaN與AlGaN 沉積工藝的實(shí)例在申請(qǐng)于2011年3月21日、發(fā)明名稱為"形成包括成核層的氮化合物結(jié)構(gòu) (FormingACompound-NitrideStructureThatIncludesANucleationLayer) "的美國(guó) 專利申請(qǐng)第13/052,861號(hào)中進(jìn)行進(jìn)一步描述，此申請(qǐng)以參考方式全部并入本文。
[0092] 接下來，在步驟314中，一或更多個(gè)接觸層（如第一功率電極218、第二功率電極 220,和/或柵極結(jié)構(gòu)222)沉積在在步驟312期間所形成的裝置層之上。在一個(gè)實(shí)施方式 中，接觸層通過使用PVD沉積工藝形成，所述PVD沉積工藝在處理系統(tǒng)600中提供的群集 工具401中的處理腔室466至472中的一個(gè)腔室中執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一功率電 極218、第二功率電極220和/或柵極結(jié)構(gòu)222包括通過使用PVD沉積工藝而形成的導(dǎo)電 層。在一個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電金屬層包括從由以下各者組成的群組中選擇的金屬：銀（ Ag)、 金（Au)、鈀（Pd)、鋁（Al)、鎢（W)、鉑（Pt)、銦（In)、鋅（Zn)和鈦（Ti)、上述各者的組合，或 其他有用的導(dǎo)電金屬。在步驟314的一些實(shí)施方式中，在通過使用PVD沉積工藝沉積一或 更多個(gè)覆蓋導(dǎo)電層之后，使用傳統(tǒng)的光刻與蝕刻技術(shù)對(duì)層進(jìn)行圖案化。
[0093] 雖然前述內(nèi)容涉及本發(fā)明實(shí)施方式，但可在不背離本發(fā)明基本范圍前提下設(shè)計(jì)本 發(fā)明的其它及更多實(shí)施方式，并且本發(fā)明范圍由隨附權(quán)利要求書確定。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于制造裝置的方法，所述方法包括： 在第一處理腔室加工一或更多個(gè)基板的表面； 在受控環(huán)境下將所述一或更多個(gè)基板從所述第一處理腔室移送至第二處理腔室；和 在所述第二處理腔室中在所述一或更多個(gè)基板上形成氮化鋁層，所述第二處理腔室具 有一或更多個(gè)側(cè)壁，所述側(cè)壁界定處理區(qū)域，其中形成所述氮化鋁層包括： 偏壓靶材，所述靶材具有和所述處理區(qū)域接觸的表面，其中所述靶材包含鋁； 將第一氣體流入所述處理區(qū)域，所述第一氣體包含氮?dú)?；? 將第二氣體流入所述處理區(qū)域，其中所述第二氣體包含氬氣、氪氣，或氖氣，并且 其中偏壓所述靶材經(jīng)配置以促進(jìn)所述氮化鋁層在所述一或更多個(gè)基板上的氮面生長(zhǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述氮化鋁層進(jìn)一步包括偏壓電極以在所述 一或更多個(gè)基板上形成電勢(shì)，所述一或更多個(gè)基板設(shè)置在基板支撐件之上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中偏壓電極的步驟包括偏壓所述電極達(dá)第一時(shí)段之 久，所述偏壓在偏壓所述靶材之前發(fā)生。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中偏壓所述電極包括在所述一或更多個(gè)基板上產(chǎn)生 浮動(dòng)電勢(shì)，所述浮動(dòng)電勢(shì)自約-1000伏特與約+500伏特之間變化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中 加工所述一或更多個(gè)基板的所述表面的步驟包括使所述一或更多個(gè)基板脫氣或?yàn)R射 蝕刻所述一或更多個(gè)基板的表面， 偏壓所述靶材包括以約500瓦特與約20千瓦特之間的功率輸送脈沖直流電信號(hào)或射 頻信號(hào)，并且 偏壓所述電極包括在所述一或更多個(gè)基板上產(chǎn)生浮動(dòng)電勢(shì)，所述浮動(dòng)電勢(shì)自約-1000 伏特與約+500伏特之間變化，并且所述的方法進(jìn)一步包括以下步驟： 在偏壓所述靶材之前，將所述一或更多個(gè)基板加熱至處于約200°C與約1000°C之間的 溫度； 控制處理中的壓力，同時(shí)偏壓所述靶材至約0. 1毫托與200毫托之間的壓力；和 以約0. 2埃/秒與約20埃/秒之間的沉積速率沉積所述A1N層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中偏壓所述電極包括在所述一或更多個(gè)基板上產(chǎn)生 浮動(dòng)電勢(shì)，同時(shí)偏壓所述靶材。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括： 將所述一或更多個(gè)基板從所述第二處理腔室移送至第三處理腔室；和 在所述第三處理腔室中在所述氮化鋁層上形成III族氮化物層，其中形成所述III族 氮化物層的步驟包括： 向所述一或更多個(gè)基板中每一者的表面輸送含金屬的前驅(qū)物和含氮的氣體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述III族氮化物層包括A1N、InN、GaN、AlGaN、 InGaN，或 InAlGaN。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述靶材進(jìn)一步包括鋁和II族、IV族，或VI組元 素。
10. -種用于制造裝置的方法，所述方法包括以下步驟： 在第一處理腔室加工一或更多個(gè)基板的表面； 在受控環(huán)境下將所述一或更多個(gè)基板從所述第一處理腔室移送至第二處理腔室；和 在第二處理腔室中在所述一或更多個(gè)基板上形成氮化鋁層，所述第二處理腔室具有一 或更多個(gè)側(cè)壁，所述側(cè)壁界定處理區(qū)域，其中形成所述氮化鋁層的步驟包括： 偏壓靶材，所述靶材具有和所述處理區(qū)域接觸的表面，其中所述靶材包含鋁； 將第一氣體流入所述處理區(qū)域，所述第一氣體包含氮?dú)猓缓? 將第二氣體流入所述處理區(qū)域，其中所述第二氣體包含氬氣、氪氣，或氖氣，并且 其中偏壓所述靶材經(jīng)配置以促進(jìn)所述氮化鋁層在所述一或更多個(gè)基板上的鋁面生長(zhǎng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述氮化鋁層的步驟進(jìn)一步包括偏壓電極 以在設(shè)置在基板支撐件之上的所述一或更多個(gè)基板上形成電勢(shì)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中偏壓所述電極包括偏壓所述電極達(dá)第一時(shí)段之 久，所述偏壓在偏壓所述靶材之前發(fā)生。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中偏壓所述電極包括在所述的一或更多個(gè)基板上 產(chǎn)生浮動(dòng)電勢(shì)，所述浮動(dòng)電勢(shì)自約-1000伏特與約+500伏特之間變化。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中 加工所述一或更多個(gè)基板的所述表面的步驟包括將所述一或更多個(gè)基板脫氣或?yàn)R射 蝕刻所述一或更多個(gè)基板的表面， 偏壓所述靶材包括以約500瓦特與約20千瓦特之間的功率輸送脈沖直流電信號(hào)或射 頻信號(hào)，并且 偏壓所述電極包括在所述一或更多個(gè)基板上產(chǎn)生浮動(dòng)電勢(shì)，所述浮動(dòng)電勢(shì)自約-1000 伏特與約+500伏特之間變化，并且所述方法進(jìn)一步包括以下步驟： 在偏壓所述靶材之前，將所述一或更多個(gè)基板加熱至處于約200°C與約1000°C之間的 溫度； 控制處理中的壓力，同時(shí)偏壓所述靶材至約0. 1毫托與200毫托之間的壓力；和 以約0. 2埃/秒與約20埃/秒之間的沉積速率沉積所述A1N層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括： 將所述一或更多個(gè)基板從所述第二處理腔室移送至第三處理腔室；和 在所述第三處理腔室中在所述氮化鋁層上形成III族氮化物層，其中形成所述III族 氮化物層包括： 向所述一或更多個(gè)基板中每一者的表面輸送含金屬的前驅(qū)物和含氮的氣體。
16. -種用于形成裝置的設(shè)備，所述設(shè)備包括： 第一群集，所述第一群集包括： 第一處理腔室，所述第一處理腔室包括： 靶材，所述靶材包含鋁； 含氮的氣源； 處理氣源，適于輸送氣體，所述氣體從由氬氣、氪氣或氖氣組成的群組中選擇； 第一電源，經(jīng)配置以按約500瓦特與約20千瓦特之間的功率向所述靶材提供脈沖直流 電信號(hào)或射頻信號(hào)； 電極，耦接至基板支撐件，所述基板支撐件具有基板支撐表面；和 第二電源，經(jīng)配置以在一或更多個(gè)基板上產(chǎn)生約-1000伏特與約+500伏特之間的浮動(dòng) 電勢(shì)，所述一或更多個(gè)基板設(shè)置在所述基板支撐表面之上。
【文檔編號(hào)】C23C14/54GK104428441SQ201380035434
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月2日
【發(fā)明者】朱鳴偉, 奈格·B·帕蒂班德拉, 汪榮軍, 維韋卡·阿格拉沃爾, 阿納塔·蘇比瑪尼, 丹尼爾·L·迪爾, 唐先明 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司