膜形成裝置及方法
【專利摘要】通過(guò)RPCVD在襯底上形成具有極低含量的碳雜質(zhì)和氧雜質(zhì)薄膜的裝置和方法，包括將VA族等離子體引入到生長(zhǎng)室的第一沉積區(qū)的步驟，將IIIA族試劑引入到與第一沉積區(qū)隔離的生長(zhǎng)室的第二沉積區(qū)的步驟，通過(guò)另外試劑入口引入選自氨、肼、二甲基肼和氫等離子體的一定量另外試劑到第二沉積區(qū)，以使另外試劑和IIIA族試劑在沉積之前混合的步驟。
【專利說(shuō)明】膜形成裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備膜的裝置和方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 含金屬或類金屬的膜，如氮化鎵（GaN)膜，在從發(fā)光二極管（LED)到紫外線檢測(cè)器 再到晶體管器件的器件范圍內(nèi)均有應(yīng)用。
[0004] 通常，生產(chǎn)這些膜的技術(shù)，包括分子束外延（MBE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)和遠(yuǎn)程等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（RPECVD或RPCVD)。RPECVD用于在比MOCVD中 所使用的低得多的溫度下制造高質(zhì)量的膜，因而降低了生產(chǎn)成本，并能夠使用溫度敏感的 優(yōu)選襯底用于膜沉積。
[0005] 使用任何化學(xué)氣相沉積（CVD)技術(shù)的薄膜生產(chǎn)過(guò)程中，必須解決的一個(gè)問(wèn)題是， 獲得試劑在待生長(zhǎng)薄膜的襯底表面上均勻且可控的分布，從而實(shí)現(xiàn)均勻的薄膜生長(zhǎng)。通過(guò) 設(shè)計(jì)分布系統(tǒng)可至少部分地解決了這個(gè)問(wèn)題。例如，在RPECVD中，可采用噴頭或網(wǎng)格的設(shè) 計(jì)以獲得襯底上均勻分布的有機(jī)金屬試劑，同時(shí)可使用擋板來(lái)增強(qiáng)活性氮形態(tài)（species) 的等離子流的均勻分布。W0/2010/091470中公開(kāi)了一種這樣的擋板設(shè)計(jì)，其全部公開(kāi)的內(nèi) 容在此以引證的方式并入本文，其中采用"倒塔"形狀的擋板來(lái)擴(kuò)散和過(guò)濾等離子流。
[0006] 這些方法的大部分集中在單一膜的生長(zhǎng)，因此，試劑例如金屬有機(jī)物、分布的網(wǎng)格 和具有擋板的等離子體通道通常集中在襯底位置，從而提供了兩種材料在整個(gè)襯底表面上 大致均勻的分布。當(dāng)需要在相同的生長(zhǎng)室中生長(zhǎng)多個(gè)薄膜來(lái)提高生產(chǎn)率時(shí)，這種形式的腔 室設(shè)計(jì)并不是那么有效的。
[0007] 在生長(zhǎng)速率極其緩慢的那些薄膜沉積技術(shù)中，多個(gè)襯底的使用是特別理想的。例 如，原子層沉積（ALD)是有用生長(zhǎng)技術(shù)，其基于化學(xué)前體蒸氣的連續(xù)脈沖，從而每次脈沖獲 得一個(gè)原子層。由于ALD的連續(xù)脈沖設(shè)置，每種試劑脈沖與沉積表面反應(yīng)，直到反應(yīng)完成。 在每次脈沖后，用吹掃氣體帶走過(guò)量的試劑和反應(yīng)副產(chǎn)物，以試圖最小化沉積在膜中的雜 質(zhì)。
[0008] ALD備受關(guān)注，因?yàn)槟軌蛏a(chǎn)出薄的均勻薄膜，薄膜厚度和組成高度可控。ALD的 缺點(diǎn)之一是生長(zhǎng)可用的膜需要一定的時(shí)間，因?yàn)槊總€(gè)完整的沉積周期，僅能沉積單層。每個(gè) 周期需要的時(shí)間受限于試劑釋放閥的切換速度、以及每半個(gè)周期后吹掃和旋轉(zhuǎn)襯底到位所 花費(fèi)的時(shí)間。這導(dǎo)致每個(gè)全周期花費(fèi)〇. 5秒至數(shù)秒，進(jìn)一步導(dǎo)致了生產(chǎn)速度慢。
[0009] 此外，吹掃周期并不完全有效，這往往意味著一定量的金屬有機(jī)試劑，如三甲基鎵 (TMG)，在包含活性第二試劑如氮的等離子體脈沖期間保留在生長(zhǎng)室中。這可能導(dǎo)致碳雜質(zhì) 摻入到生長(zhǎng)膜中，從而降低了其質(zhì)量。
[0010] 盡量減少碳和氧兩種雜質(zhì)在生長(zhǎng)膜中的包含程度，是CVD膜生產(chǎn)中的重大挑戰(zhàn)。 此外，改變膜期望的化學(xué)組成，這些雜質(zhì)破壞了形成層的晶格匹配，從而在膜中引起缺陷， 并對(duì)產(chǎn)品的整體質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0011] 在降低生長(zhǎng)薄膜中氧摻入方面，MOCVD方法一直比某些其他的CVD技術(shù)更成功，但 碳摻入的水平不理想。更具體地說(shuō)，MOCVD法通常使用大約KKKTC至1200°C的生長(zhǎng)溫度， 這從而導(dǎo)致了高的設(shè)備成本，排除了溫度敏感的優(yōu)選襯底用于膜沉積。
[0012] 因此，希望提供一種CVD的裝置和方法，其具有的優(yōu)點(diǎn)在于ALD提供的可控膜生長(zhǎng) 同時(shí)最小化那一技術(shù)的缺點(diǎn)。特別地，提供CVD裝置和方法將是有用的，能夠降低碳和氧雜 質(zhì)在膜產(chǎn)品中的摻入水平，且優(yōu)選的CVD裝置和方法，能夠在比標(biāo)準(zhǔn)MOCVD方法使用的較低 溫度下運(yùn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 在第一方面，盡管它未必是唯一的或?qū)嶋H的最寬范圍形式，本發(fā)明在于一種形成 膜的RPCVD裝置，包括生長(zhǎng)室的所述裝置包括：
[0014] (a)第VA族的等離子體入口，位于所述生長(zhǎng)室的第一沉積區(qū)中以向其中引入第VA 族的等離子體；
[0015] (b)第IIIA族試劑入口，位于所述生長(zhǎng)室的第二沉積區(qū)以向其中引入第IIIA族的 試劑；
[0016] (C)第IIIA族試劑入口附近的另外試劑入口，以引入選自氨、肼、二甲基肼的另外 試劑和氫等離子體到第二沉積區(qū)中，使得另外試劑和第IIIA族試劑在沉積前混合；和
[0017] (d)襯底支架，適用于支撐一個(gè)或多個(gè)襯底并在第一和第二沉積區(qū)之間旋轉(zhuǎn)每個(gè) 襯底。
[0018] 優(yōu)選的是，另外試劑入口是氛入口。
[0019] 優(yōu)選地，第VA族等離子體入口、第IIIA族試劑入口和另外試劑入口在與一個(gè)或 多個(gè)襯底的生長(zhǎng)表面距離約Icm到30cm通入生長(zhǎng)室中。更優(yōu)選地，約1到約20cm或1到 IOcm0
[0020] 優(yōu)選地，生長(zhǎng)室的頂板位于襯底位置垂直上方小于約30cm處，更優(yōu)選小于約 25cm，甚至更優(yōu)選小于約20cm，更優(yōu)選小于約10cm。5cm和7. 5cm值是有效的，3cm至4cm 為下限值。
[0021] 在某些實(shí)施方式中，第VA族等離子體入口、第IIIA族試劑入口和另外試劑入口中 的至少一個(gè)與生長(zhǎng)室的頂板端部齊平，它位于襯底的生長(zhǎng)表面垂直上方約1至約cm之間，1 至20cm之間，1到IOcm之間，優(yōu)選地4至15cm之間，4cm至IOcm之間，4cm到8cm之間。
[0022] 適當(dāng)?shù)模硗庠噭┤肟陂_(kāi)口通入緊密靠近一個(gè)或多個(gè)襯底的生長(zhǎng)室。
[0023] 另外試劑入口可從生長(zhǎng)室的頂板向下延伸到緊密靠近一個(gè)或多個(gè)襯底的生長(zhǎng)表 面的端部。
[0024] 在一實(shí)施方式中，另外試劑入口以適合使另外試劑流體通過(guò)其進(jìn)入的高度經(jīng)由其 側(cè)壁通入生長(zhǎng)室中，以具有流過(guò)并基本上鄰近一個(gè)或多個(gè)襯底的生長(zhǎng)表面的流路。
[0025] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在第VA族等離子體入口與一個(gè)或多個(gè)襯底之間存在直通 流路。
[0026] 適當(dāng)?shù)?，第VA族等離子體入口與一個(gè)或多個(gè)襯底之間的直通流路延伸到等離子 體發(fā)生器與一個(gè)或多個(gè)襯底之間的無(wú)障礙通路，所述等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生第VA族等 離子體。
[0027] 在一實(shí)施方式中，第VA族等離子體入口和第IIIA族試劑入口與它們延伸通過(guò)的 生長(zhǎng)室頂板和/或側(cè)壁端部齊平。
[0028] 優(yōu)選地，第一沉積區(qū)與第二沉積區(qū)基本上隔離。
[0029] 優(yōu)選地，襯底支架的旋轉(zhuǎn)引起一個(gè)或多個(gè)襯底從第一沉積區(qū)到第二沉積區(qū)連續(xù)地 通過(guò)。
[0030] 優(yōu)選地，襯底支架具有可旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，由此它繞中心樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并具有多個(gè)凹槽，每 個(gè)用于繞其邊緣來(lái)保持襯底。
[0031] 第VA族等離子體入口和第IIIA族試劑入口可位于生長(zhǎng)室內(nèi)的中心。
[0032] 當(dāng)?shù)赩A族等離子體入口和第IIIA族試劑入口位于生長(zhǎng)室內(nèi)的中心，其中的一個(gè) 或兩個(gè)可具有流量控制裝置以引導(dǎo)對(duì)應(yīng)的等離子體或試劑進(jìn)入適當(dāng)?shù)牡谝怀练e區(qū)或第二 沉積區(qū)。
[0033] 流量控制裝置可以是流體障礙，阻擋第VA族等離子入口或第IIIA族試劑入口內(nèi) 的一個(gè)或多個(gè)試劑的流動(dòng)路徑，或者是與第一或第二試劑入口連續(xù)的導(dǎo)向部分，例如護(hù)罩 (shroud)〇
[0034] 在一實(shí)施方式中，該裝置還包括與第VA族等離子體入口連接的擋板，使得等離子 體基本上從其穿過(guò)。
[0035] 擋板可包括流量控制裝置，它可以是阻擋一個(gè)或多個(gè)擋板出口的流體障礙。
[0036] 優(yōu)選地，另外試劑入口通入生長(zhǎng)室，基本上鄰近第IIIA族試劑入口的開(kāi)口，以促 進(jìn)所述試劑在接觸一個(gè)或多個(gè)襯底之前混合。
[0037] 適當(dāng)?shù)?，第VA族等離子體入口與等離子體發(fā)生器流體連通，所述等離子體發(fā)生器 產(chǎn)生包含活性形態(tài)的第VA族等離子體。
[0038] 優(yōu)選地，第VA族等離子體是包含活性氮形態(tài)的氮等離子體。
[0039] 適當(dāng)?shù)?，第IIIA族試劑為第IIIA族的金屬有機(jī)試劑。
[0040] 在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，第VA族等離子體入口和第IIIA族試劑入口位于 生長(zhǎng)室內(nèi)的邊緣。
[0041] 適當(dāng)?shù)?，第VA族等離子體入口和第IIIA族試劑入口基本上位于生長(zhǎng)室的相對(duì)兩 端。
[0042] 生長(zhǎng)室可包括一個(gè)或多個(gè)與另外試劑入口和/或第IIIA族試劑入口相連接的結(jié) 構(gòu)，以促進(jìn)所述試劑在它們接觸一個(gè)或多個(gè)襯底之前迅速混合。
[0043] 該裝置還可包括一個(gè)或多個(gè)加熱裝置，以在各種試劑進(jìn)入生長(zhǎng)室之前，加熱另外 試劑入口和/或第IIIA族試劑入口。
[0044] 第二方面，本發(fā)明在于一種在襯底上通過(guò)RPCVD形成薄膜的方法，包括以下步驟：
[0045](a)通過(guò)第VA族等離子體入口將第VA族等離子體引入到生長(zhǎng)室的第一沉積區(qū)；
[0046] (b)通過(guò)第IIIA族試劑入口將第IIIA族試劑引入到生長(zhǎng)室的第二沉積區(qū)，第二沉 積區(qū)基本上與第一沉積區(qū)隔離；
[0047] (C)通過(guò)另外試劑的入口將選自氨、肼、二甲基肼和氫的等離子體的另外試劑引入 到第二沉積區(qū)，以使另外試劑和第IIIA族試劑在沉積之前混合；
[0048] (d)在第一沉積區(qū)和第二沉積區(qū)之間移動(dòng)襯底，從而在襯底上形成薄膜。
[0049] 優(yōu)選地，另外試劑是氨。
[0050] 適當(dāng)?shù)兀硗庠噭┮氲交旧相徑贗IIA族入口的開(kāi)口的第二沉積區(qū)中。
[0051]在一實(shí)施方式中，另外試劑通過(guò)生長(zhǎng)室的側(cè)壁引入到生長(zhǎng)室中。
[0052] 在一實(shí)施方式中，另外試劑引入到生長(zhǎng)室中形成基本上水平的流動(dòng)路徑，所述流 動(dòng)路徑通過(guò)并鄰近襯底的生長(zhǎng)表面。
[0053] 另外試劑和第IIIA族試劑優(yōu)選被同時(shí)引入到生長(zhǎng)室中。
[0054] 適當(dāng)?shù)?，第IIIA族試劑是第IIIA族金屬有機(jī)試劑。
[0055] 優(yōu)選地，第IIIA族金屬有機(jī)試劑是第IIIA族烷基金屬試劑。
[0056] 優(yōu)選地，第IIIA族烷基金屬試劑選自由三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基銦和三甲基 鋁組成的組。
[0057] 該方法可進(jìn)一步包括在一種或多種試劑進(jìn)入生長(zhǎng)室之前對(duì)其進(jìn)行加熱的步驟。
[0058] 該方法可進(jìn)一步包括鄰近一個(gè)或多個(gè)襯底促進(jìn)金屬有機(jī)試劑和另外試劑混合的 步驟。
[0059] 適當(dāng)?shù)?，第VA族等離子體入口與等離子體發(fā)生器流體連通。
[0060] 優(yōu)選地，第VA族等離子體是包含活性氮形態(tài)的氮等離子體。
[0061] 沉積區(qū)的隔離基本上防止了第VA族等離子體和第IIIA族試劑的混合。
[0062] 該方法可進(jìn)一步包括在離開(kāi)相關(guān)入口將相應(yīng)流體導(dǎo)向期望沉積區(qū)時(shí)控制第VA族 等離子體或第IIIA族試劑中的一種或多種流動(dòng)的步驟。
[0063] 該方法可進(jìn)一步包括控制溫度在約400°C至約1200°C的步驟，優(yōu)選在約500°C至 約 10001：(包括約 5001：、6001：、7001：、8001：、9001：或 1000°〇，更優(yōu)選在約 5001：至約 850。。。
[0064] 與另外試劑氣體，優(yōu)選氨，的存在結(jié)合，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，等離子體發(fā)生器的功率對(duì)碳摻 入薄膜有影響，因此該方法也可包括從單個(gè)電源將等離子體發(fā)生器的功率控制在約500W到約5000W的步驟。這可以結(jié)合2-5Torr的生長(zhǎng)壓力和2000-3000sccm的氮等離子體流以 及約15sccm至約1500sccm的氨流，氨流優(yōu)選約20sccm至約200sccm，優(yōu)選約20sccm至約 lOOsccm，更優(yōu)選約 20sccm至約 50sccm。
[0065] 生長(zhǎng)壓力可在2_5Torr之間，2_4Torr之間或約3Torr。
[0066] 優(yōu)選地，等離子體發(fā)生器的功率在約100瓦到約3000瓦之間，氮流速為 1000-3000sccm，擴(kuò)大到100-20000sccm(商業(yè)設(shè)備）。優(yōu)選的有機(jī)金屬試劑流速為 1200sccm-2000sccm，擴(kuò)大到lOOsccm-lOOOOsccm(商業(yè)設(shè)備）。對(duì)于等離子體發(fā)生器的功 率值，優(yōu)選 500W-5000W、500W-4000W、500W-3000W、500W-2000W、500W-1000W、500W-900W、 500W-800W、600W-1000W、600W-900W、600W-800W、700W-1000W、700W-900W，更優(yōu)選 800W。每 個(gè)數(shù)值或其范圍都獨(dú)立地與15-1500sccm之間的任何一個(gè)數(shù)值的氨流速結(jié)合使用。對(duì) 于較小的生長(zhǎng)室，發(fā)現(xiàn)在降低碳摻入方面，氨流量在IOsccm到75sccm、10sccm-60sccm、 10sccm_50sccm、10sccm_40sccm、10sccm_30sccm、15sccm_75sccm、15sccm_60sccm、 15sccm_50sccm、15sccm_40sccm、15sccm_35sccm、15sccm_30sccm、20sccm_75sccm、 20sccm-60sccm、20sccm-50sccm、20sccm-40sccm、20sccm-30sccm、包括約 15sccm、20sccm、 25sccm、30sccm、35sccm、40sccm、45sccm和50sccm的端點(diǎn)值是特別有用的，然而，在轉(zhuǎn)到商 業(yè)層面時(shí)，更高功率和多個(gè)等離子體位點(diǎn)被認(rèn)為是有用的。
[0067] 第三方面，本發(fā)明在于一種在襯底上通過(guò)RPCVD形成碳雜質(zhì)含量小于約5XIO17原 子/cm3的薄膜的方法，包括以下步驟：
[0068] (a)通過(guò)第VA族等離子體入口將第VA族等離子體引入到生長(zhǎng)室的第一沉積區(qū)，其 中直通流路徑設(shè)置在第VA族等離子體入口和位于第一沉積區(qū)內(nèi)的襯底之間；
[0069] (b)通過(guò)第IIIA族試劑入口將第IIIA族試劑引入到生長(zhǎng)室的第二沉積區(qū)，第二沉 積區(qū)基本上與第一沉積區(qū)隔離；
[0070] (C)通過(guò)另外試劑的入口將選自氨、肼、二甲基肼和氫的等離子體的另外試劑引入 到第二沉積區(qū)，以使另外試劑和第IIIA族試劑在沉積之前混合；
[0071] (d)在第一沉積區(qū)和第二沉積區(qū)之間移動(dòng)襯底，從而在襯底上形成碳雜質(zhì)含量小 于約5XIO17原子/cm3的薄膜。
[0072] 優(yōu)選地，碳雜質(zhì)含量小于約3XIO17原子/cm3，甚至更優(yōu)選小于約2XIO17原子/ cm3,還更優(yōu)選小于或大約IXIO17原子/cm3。這種膜中碳雜質(zhì)的最低限可認(rèn)為大約是SMS 的檢測(cè)極限。
[0073] 在一實(shí)施方式中，薄膜還具有小于約8XIO17原子/cm3的氧雜質(zhì)含量，更優(yōu)選小于 約6XIO17原子/cm3，還更優(yōu)選小于約4XIO17原子/cm3，還更優(yōu)選小于約2XIO17原子/cm3， 甚至小于或大約IX1〇17原子/cm3。這種膜中氧雜質(zhì)的最低限可認(rèn)為大約是SIMS的檢測(cè)極 限。
[0074] 上述與第二方面相關(guān)的說(shuō)明也同樣適用于第三方面。
[0075] 第四方面，本發(fā)明在于一種通過(guò)第二方面或第三方面的方法制備的膜。
[0076] 第五方面，本發(fā)明在于第四方面的膜在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。
[0077] 本發(fā)明的其他特征將通過(guò)以下的詳細(xì)說(shuō)明變得更加清楚。
[0078] 在整個(gè)說(shuō)明書中，除非有另外的說(shuō)明，詞語(yǔ)"包括"，"包含"，"含有"將理解為暗示 著包含所述整數(shù)或整數(shù)組，但不排除任何其他的整數(shù)或整數(shù)組。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0079] 為使本發(fā)明易于理解和實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在將以示例的方式參考附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行 描述，其中：
[0080] 圖1是一種在襯底上沉積金屬氮化物膜的典型RPCVD裝置的示意圖；
[0081] 圖2是采用倒塔形擋板以及多個(gè)襯底，在襯底上沉積金屬氮化物膜的裝置的一個(gè) 實(shí)施方式的剖面透視圖；
[0082] 圖3是根據(jù)本發(fā)明用于形成膜的裝置的一個(gè)實(shí)施方式的示意性截面圖；
[0083] 圖4是根據(jù)本發(fā)明用于形成膜的裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的示意性截面圖；
[0084] 圖5是如圖4所示的用于形成膜的裝置的局部剖面透視圖；
[0085] 圖6是根據(jù)本發(fā)明用于形成膜的裝置的一個(gè)高度優(yōu)選實(shí)施方式的示意性截面圖；
[0086] 圖7是如圖6所示的用于形成膜的裝置的局部剖面透視圖；
[0087] 圖8是圖7中所示的形成膜的裝置的可替代實(shí)施方式的局部剖面透視圖；
[0088] 圖9是圖7中所示的形成膜的裝置的可替代實(shí)施方式的局部剖面透視圖；
[0089] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的在襯底上沉積膜的RPCVD裝置示意圖；
[0090] 圖11是圖10中所示在襯底上沉積膜的RPCVD裝置的可替代實(shí)施方式示意圖；
[0091] 圖12是圖10中所示的在襯底上沉積膜的RPCVD裝置的另一可替代實(shí)施方式示意 圖；
[0092] 圖13是圖10中所示的在襯底上沉積膜的RPCVD裝置的又一可替代實(shí)施方式示意 圖；
[0093] 圖14是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的形成膜的裝置的局部剖面透視圖；
[0094] 圖15是不同條件下?lián)饺氲侥ぶ械奶己康膱D示；
[0095] 圖16是在膜中發(fā)現(xiàn)的典型雜質(zhì)的SIMS圖形分析，所述膜是使用本發(fā)明的方法和 裝置以及下面的（underlying)GaN模板生產(chǎn)得到的；
[0096] 圖17是在膜中作為雜質(zhì)的碳含量的SIMS圖形分析，所述膜是使用本發(fā)明的方法 和裝置以及下面的GaN模板通過(guò)改變氨的流速生產(chǎn)得到的；和
[0097] 圖18是在膜中作為雜質(zhì)的氧含量的SIMS圖形分析，所述膜是使用本發(fā)明的方法 和裝置以及下面的GaN模板通過(guò)改變氨的流速生產(chǎn)得到的。
[0098] 發(fā)明詳述
[0099] 通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)ALD技術(shù)和其它CVD工藝比較，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)找到一種生產(chǎn)高 質(zhì)量膜的特殊RPCVD裝置和工藝條件，其改進(jìn)了膜生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)控制，而且更重要地，在 降低由于試劑的副反應(yīng)引起的氧和碳基膜雜質(zhì)的含量水平方面，效果驚人。
[0100] 可以用于本發(fā)明的裝置和方法的試劑，以及由此形成的膜的性質(zhì)，沒(méi)有特別限制。 雖然這里討論的實(shí)施方式通常采用氮等離子體和有機(jī)金屬（通常為含有機(jī)金屬的鎵，例如 三甲基鎵）作為試劑，本發(fā)明的運(yùn)用并不限于此。IIIA族（在目前的IUPAC體系中也稱之 為第13族）試劑可以包含選自以下組成的組中的元素：硼（B)、鋁（Al)、鎵（Ga)、銦（In) 或鉈（Tl)。VA族（在目前的IUPAC體系中也稱之為第15族）等離子體可以由任何合適的 試劑產(chǎn)生，該試劑包含VA族的選自以下組成的組中的元素：氮（N)、磷（P)、砷（As)、銻（Sb) 和鉍（Bi)。
[0101] 本文所使用的術(shù)語(yǔ)"沉積區(qū)（depositionzone) "是指在生長(zhǎng)室的不同區(qū)域、部分 或段，在其中引入一種或多種試劑。單獨(dú)的沉積區(qū)，例如第一沉積區(qū)和第二沉積區(qū)，相互隔 離，使得當(dāng)襯底或生長(zhǎng)膜實(shí)際進(jìn)入那個(gè)沉積區(qū)時(shí)，襯底或生長(zhǎng)膜僅僅基本上暴露于只引入 到該沉積區(qū)的特定試劑中。沉積區(qū)的分離或隔離可以只是空間的，或由部分或完全的物理 擋板產(chǎn)生。
[0102] 在所描述的實(shí)施方式中，所用的試劑為三甲基鎵、氮等離子體和氨，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)該清楚，實(shí)施在此公開(kāi)的原理可作必要的修改，修改為其它試劑組合。
[0103] 不希望受任何特定理論的束縛，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以用實(shí)驗(yàn)方法觀察到，在 RPCVD裝置中生產(chǎn)的氮化鎵膜中摻入的氧和碳含量明顯的降低取決于條件的選擇，包括，主 要地，供給另外氣態(tài)試劑（優(yōu)選氨氣）以與IIIA族試劑混合，并且優(yōu)選非常接近所述襯底， 這有利于形成三甲基鎵：氨路易斯酸：堿加合物。這種加合物分解以形成氮化鎵并釋放甲 烷氣體，甲烷不會(huì)像甲基基團(tuán)那樣以相同程度摻入到生長(zhǎng)膜中。
[0104] 在典型的現(xiàn)有技術(shù)的CVD方法中，特別是由于采用高溫的M0CVD，注入生長(zhǎng)室的三 甲基鎵分子將會(huì)熱分解，最終產(chǎn)生鎵原子和三個(gè)甲基基團(tuán)。鎵可再與氮?dú)庠捶磻?yīng)以形成GaN 膜，氮?dú)庠纯梢允前被虻入x子體。這些活性甲基自由基通常作為雜質(zhì)摻入到生長(zhǎng)膜中，從 而增加張力并降低膜產(chǎn)品的整體質(zhì)量。另外含氫試劑（如氨氣）通常僅隨等離子體流引入， 這樣的方法在此看不到有益的效果產(chǎn)生。
[0105] 相反，當(dāng)生長(zhǎng)溫度被保持低于三甲基鎵和另外試劑（優(yōu)選氨）的熱分解點(diǎn)時(shí)，二 者被引入生長(zhǎng)室中，然后兩種組分形成分子式為（CH3)3Ga=NH3的路易斯酸-堿加合物。進(jìn) 一步提出，該加合物反應(yīng)形成中間物（CH3)2Ga:NH2+CH4。該途徑的另一步驟導(dǎo)致分子式為 [(CH3) 2Ga:NH2] 3的加合物的形成，并最終從該結(jié)構(gòu)中形成三個(gè)分子的GaN和6個(gè)分子的CH4 氣體。該甲烷氣體的反應(yīng)活性小于甲基基團(tuán)，并且通過(guò)生長(zhǎng)室的排氣很容易被移去。
[0106] 本發(fā)明的發(fā)明人還推測(cè)，可以通過(guò)最小化在氣相中（即在生長(zhǎng)室的上部區(qū)域和中 央?yún)^(qū)域中）發(fā)生反應(yīng)的程度來(lái)加強(qiáng)這種加合物形成以及相較于甲基自由基優(yōu)先選擇形成 甲烷，而不是只在緊鄰襯底的附近最大化試劑的混合。這可以通過(guò)將氨或另外試劑隨第IIA 試劑以以下方式引入到生長(zhǎng)室中來(lái)實(shí)現(xiàn)：導(dǎo)致其只在襯底鄰接處以及生長(zhǎng)膜的生長(zhǎng)表面存 在或可獲得。
[0107] 圖1是一種用于在襯底上沉積IIIA族氮化物膜的典型RPCVD裝置100的示意圖。 該裝置100包括生長(zhǎng)室105,在其內(nèi)部將發(fā)生膜生長(zhǎng)。位于生長(zhǎng)室105內(nèi)的是由襯底支架 115支撐的襯底110,襯底支架115可包括或連接到加熱器，以使得可以調(diào)節(jié)襯底110到生 長(zhǎng)溫度。與襯底110間隔一定距離的是等離子體入口 120,使得在高頻率發(fā)生器125中形成 的等離子體130可以引入到生長(zhǎng)室105中。該高頻發(fā)生器125位于所述裝置100的區(qū)域中， 接收來(lái)自氮?dú)庠?35的氮。IIIA族試劑源通常是IIIA族金屬有機(jī)試劑源140,通常與襯底 110隔開(kāi)一定距離，即不與其相鄰，IIIA族試劑源將金屬有機(jī)物引入到流動(dòng)通道145中，流 動(dòng)通道145將試劑傳送到金屬有機(jī)物噴射器150以分散到所述的生長(zhǎng)室105中。
[0108] 可以看出，等離子體進(jìn)入金屬有機(jī)物噴射器150正上方的生長(zhǎng)室105的區(qū)域中，因 此，在操作中，包含活性中性氮形態(tài)的等離子體和所述金屬有機(jī)試劑混合，并反應(yīng)以形成所 述特定金屬氮化物，例如氮化鎵，其沉積在襯底上以形成膜。過(guò)量的試劑、載體氣體、污染物 等通過(guò)廢料出口 155被移出。
[0109] 碳和氧不可避免地作為雜質(zhì)摻入到膜中，但是，除此之外，這種方法用于在單個(gè)襯 底上形成膜通常是令人滿意的。然而，通常希望能夠同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)這種膜。因此，一種如圖 2所示的裝置是有用的。
[0110] 圖2示出了裝置200的一個(gè)實(shí)施方式的剖面透視圖，該裝置用于在襯底上沉積一 金屬氮化物膜，其基本上與圖1中的簡(jiǎn)單表示相對(duì)應(yīng)，但是該裝置使用了擋板以及多個(gè)襯 底。該裝置200包括生長(zhǎng)室205,其部分由外殼210形成。
[0111] 等離子體發(fā)生器215通過(guò)氮?dú)馊肟?220接收氮?dú)?，形成的活性氮等離子體通過(guò)等 離子體入口 225 (其同樣遠(yuǎn)離所述襯底），并經(jīng)由擋板230進(jìn)入生長(zhǎng)室205,擋板230在所示 的實(shí)施方式中的形式如W0/2010/091470中所描述的倒塔形擋板。該等離子體穿過(guò)擋板230 并由其同心環(huán)狀結(jié)構(gòu)均勻地分配。然后，分配的等離子體流通過(guò)金屬有機(jī)物噴射器235,其 中所述金屬有機(jī)試劑通過(guò)其被引入并與等離子體混合。然后形成的金屬氮化物沉積在位于 襯底支架245上的一個(gè)或多個(gè)襯底240上。襯底支架245可以是旋轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，因此可以 在整個(gè)沉積過(guò)程中高速旋轉(zhuǎn)。廢物通過(guò)出口 250移出。
[0112] 將會(huì)意識(shí)到，位于中心的等離子體入口 225很可能導(dǎo)致等離子體流集中在襯底支 架245的中心，即使使用諸如倒塔形擋板230的分配系統(tǒng)。所述試劑被均勻分布在所述合適 襯底240的表面上是膜生長(zhǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵，不能通過(guò)襯底支架245的旋轉(zhuǎn)來(lái)解決這種裝置200 的缺陷。這種類型的裝置200 -般還不具有控制膜生長(zhǎng)和厚度的優(yōu)勢(shì)，原子層沉積（ALD) 具有這種優(yōu)勢(shì)。
[0113] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于形成膜的裝置300的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。裝置300 的實(shí)際部件與圖2中示出的那些大致相同，但其中的兩個(gè)值得注意的區(qū)別是，擋板的一個(gè) 區(qū)域阻擋等離子體流，并且IIA族試劑入口（在此稱為金屬有機(jī)物噴射器）的多個(gè)孔口被 移除或?qū)υ噭┝麝P(guān)閉。
[0114] 相對(duì)于圖2,在圖3中所示的裝置300包括生長(zhǎng)室305,其具有等離子體入口 310以 從等離子體發(fā)生器315接收包含活性中性氮形態(tài)的等離子體流。雖然圖3只是示意表示， 在該實(shí)施方式中的等離子體入口 310比現(xiàn)有技術(shù)的裝置在物理上更靠近襯底的水平面。該 等離子體將流入擋板320,擋板320可以是任何合適的設(shè)計(jì)，但是在所示的實(shí)施方式中其具 有如圖2所示的倒塔形狀。此時(shí)，擋板設(shè)有流動(dòng)阻擋件325,形成在擋板320周圍的一個(gè)側(cè) 面，從而防止等離子體沿著該側(cè)離開(kāi)。這將導(dǎo)致等離子體流從設(shè)有流動(dòng)阻擋件325的擋板 320的一側(cè)直接朝著生長(zhǎng)室305的相對(duì)側(cè)。
[0115] 然后，該活性氮形態(tài)經(jīng)過(guò)金屬有機(jī)試劑（例如，三甲基鎵）噴射器330形式的IIIA 族試劑噴射器。在圖3中，那些內(nèi)部是黑色的圓圈表示孔口或所述金屬有機(jī)試劑噴射器330 的閥是對(duì)試劑流打開(kāi)的，即它們是開(kāi)放孔口 335,而那些圓圈內(nèi)是白色的（無(wú)填充）表示孔 口或所述金屬有機(jī)試劑噴射器330的閥是對(duì)試劑流關(guān)閉的，即它們是封閉孔口 340。在實(shí)際 中，金屬有機(jī)試劑噴射器330的表示封閉的部分，可能沒(méi)有在裝置300中出現(xiàn)，因此只有具 有開(kāi)放孔口 335的生長(zhǎng)室305的那些區(qū)域，具有金屬有機(jī)試劑噴射器330結(jié)構(gòu)。
[0116] 位于金屬有機(jī)試劑噴射器330下面的是由襯底支架350支撐的多個(gè)襯底345。襯 底支架350可以支撐任何所需數(shù)量的晶片，例如，從2到20個(gè)單獨(dú)的襯底，優(yōu)選3-10,更優(yōu) 選為5、6或7。襯底可具有的晶體結(jié)構(gòu)，適合于所需的特定膜的生長(zhǎng)。在特定實(shí)施方式中， 襯底345可包括藍(lán)寶石、SiC、二氧化硅、鈉鈣玻璃、硼硅酸鹽玻璃、Pyrex、硅、玻璃、人造藍(lán) 寶石、石英、氧化鋅、氮化物涂布的襯底，包括自立式塊狀半導(dǎo)體襯底和氮化物模板的在本 領(lǐng)域中已知的其它材料。如在圖3中的箭頭所示，襯底支架可相對(duì)于所述等離子體入口 310 和金屬有機(jī)試劑噴射器330旋轉(zhuǎn)，從而控制生長(zhǎng)和沉積均勻性。廢物材料可以通過(guò)廢料出 口 355去除。
[0117] 從圖3中可以看出，等離子體路徑上的流動(dòng)阻擋件325和只從那些開(kāi)放孔口 335 釋放的金屬有機(jī)試劑的直接反應(yīng)的聯(lián)合效果，意味著，金屬有機(jī)試劑和等離子體形態(tài)之間 的混合被最小化?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置試劑入口與腔室的上表面齊平來(lái)最小化試劑氣體的過(guò)早混 合，來(lái)降低腔室中的死區(qū)（deadzones)。因此，裝置300的設(shè)計(jì)，具有物理分離區(qū)域的效果， 其中等離子體和金屬有機(jī)試劑分別被釋放到第一沉積區(qū)和第二沉積區(qū)，二者基本上彼此隔 離。應(yīng)當(dāng)理解，襯底支架350的旋轉(zhuǎn)使襯底345以重復(fù)的、連續(xù)的方式相繼地從第一沉積區(qū) 通過(guò)第二沉積區(qū)，從而依次暴露于等離子體和金屬有機(jī)試劑。
[0118]每個(gè)襯底345依次暴露于金屬有機(jī)試劑與活性氮形態(tài)，結(jié)果是形成隨后的膜層， 很多是以ALD的方式。然而，單獨(dú)沉積區(qū)的形成，意味著在ALD中需要經(jīng)歷的延遲等待（要 切換閥門并且引入第二試劑之前要通過(guò)吹掃氣體以去除前一個(gè)試劑）可以被避免。相反， 由于襯底支架350能夠以非常高的速度旋轉(zhuǎn)，膜的生長(zhǎng)表面以最小的停止時(shí)間暴露于每種 試劑中。這極大地加速了膜的生長(zhǎng)，同時(shí)保持對(duì)樣品生長(zhǎng)的控制。
[0119] 襯底支架350可以連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，襯底支架能夠以10-2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋 轉(zhuǎn)。優(yōu)選轉(zhuǎn)速可以在25-100轉(zhuǎn)/分鐘之間，更優(yōu)選約50轉(zhuǎn)/分鐘。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理 解，可以通過(guò)襯底支架350的旋轉(zhuǎn)速度和沉積腔室中的試劑流速來(lái)控制膜的生長(zhǎng)。襯底支 架350的更高的旋轉(zhuǎn)速度需要試劑更高的流速，以確保所生產(chǎn)的膜的生長(zhǎng)速率總體增加。
[0120] 應(yīng)當(dāng)理解，盡管在圖3中僅僅示出了一個(gè)等離子體入口 310以及相關(guān)聯(lián)的一個(gè)擋 板320,以及開(kāi)放孔口 335的一個(gè)區(qū)域，實(shí)際上裝置300的每種組件可以包括有多個(gè)。例如， 當(dāng)從上方俯視該生長(zhǎng)室305時(shí)，可以認(rèn)為，圓形襯底支架350被分為具有等離子體入口和相 關(guān)聯(lián)的擋板的象限，如果需要的話，等離子體入口和相關(guān)聯(lián)的擋板位于兩個(gè)鄰近或?qū)窍?對(duì)的象限上，試劑噴射器330的兩個(gè)不同區(qū)域也是同樣的關(guān)系，其被打開(kāi)以釋放金屬有機(jī) 物或其他試劑。
[0121] 也可以理解的是，擋板320并不是必要的特征，但可能是優(yōu)選的，在一定工藝條件 下，以防止或減少由活性氮形態(tài)（其可以具有相對(duì)較高的動(dòng)能和/或勢(shì)能）引起的蝕刻。如 果圖3中的擋板320不存在，則可以在其位置上使用一些形式的結(jié)構(gòu)（例如，護(hù)罩）以引導(dǎo) 和容納等離子體流到一個(gè)隔離的沉積區(qū)。當(dāng)采用擋板320時(shí)，則它可以是本領(lǐng)域公知的除 倒塔形之外的各種形式，例如具有彎曲多通道的噴頭設(shè)計(jì)的板等。無(wú)論最終選用的是哪種 類型的擋板，它可以具有封閉通道或某種形式的流動(dòng)阻擋層或流動(dòng)導(dǎo)向裝置，以確保在等 離子體僅進(jìn)入離散沉積區(qū)，基本上避免了與其他試劑混合。
[0122] 該裝置300還可以包括一個(gè)或多個(gè)加熱器，來(lái)加熱所述生長(zhǎng)室和/或一個(gè)試劑入 口。這可以有利于促進(jìn)提高反應(yīng)速率，有助于生長(zhǎng)膜的質(zhì)量或在暴露于襯底之前暫?；蛞?其他方式激活一個(gè)或多個(gè)試劑。
[0123] 如上所述，本發(fā)明的裝置和方法不特別受限于其中所使用的試劑的類型。適用于 ALD的任何試劑，都是合適的。各種各樣的試劑，包括，氮等離子體、氮/氫等離子體、氨等離 子體和金屬有機(jī)物是合適的。然后，當(dāng)使用金屬有機(jī)試劑時(shí)，優(yōu)選烷基IIIA族試劑，例如但 不限于，一種或多種三甲基鎵、三甲基銦、三甲基鋁以及采用各種公知的Mg、Si和Zn前驅(qū)體 作為摻雜源。
[0124] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于形成膜的裝置400的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。大部分組 件如對(duì)圖3中所述的那樣，因此僅僅簡(jiǎn)單示意。生長(zhǎng)室405具有等離子體入口 410,相對(duì)于 圖3中的位置更靠近襯底，其與等離子體發(fā)生器415相連。引入到所述生長(zhǎng)室405的等離子 體將通過(guò)擋板420,其同樣在所示的實(shí)施方式中是一倒塔形擋板420,然后流動(dòng)通過(guò)金屬有 機(jī)試劑噴射器425,其具有封閉孔口 430 (白色圓圈）和開(kāi)放孔口 435 (黑色圓圈）。同樣， 金屬有機(jī)試劑噴射器425的區(qū)域中具有的封閉孔口 430可能完全沒(méi)有出現(xiàn)。多個(gè)襯底440 被置于襯底支架445上，其相對(duì)于生長(zhǎng)室405轉(zhuǎn)動(dòng)，不想要的試劑和反應(yīng)產(chǎn)物都是通過(guò)廢料 出口 450排出。
[0125] 圖4與圖3中所示的實(shí)施方式相比，關(guān)鍵區(qū)別在于：等離子體入口 410和相關(guān)聯(lián)的 擋板420相對(duì)于開(kāi)放孔口 435的物理位置。盡管圖3顯示的是經(jīng)修改的設(shè)計(jì)，其中等離子 體入口 310的位于中心的放置被形成在擋板320邊界部分的流動(dòng)阻擋件325的附加特征巧 妙地改變，與標(biāo)準(zhǔn)ALD設(shè)置相比，圖4示出一種移位的生長(zhǎng)室405設(shè)計(jì)。
[0126] 觀察生長(zhǎng)室405的一部分，如圖4所示，等離子體入口 410和擋板420被移到腔室 405的左側(cè)以形成離散的第一沉積區(qū)，其基本上與所述第二沉積區(qū)分離，所述第二沉積區(qū)在 試劑噴射器425的開(kāi)放孔口 435的下面形成并與之相鄰。
[0127] 圖4中所示的示意圖，其部分地在圖5中以三維方式再現(xiàn)裝置400的局部剖面透 視圖。為清晰起見(jiàn)，裝置500的許多部件，例如殼體和高頻發(fā)生器，已經(jīng)被去除，用于突出等 離子體入口 505、擋板510和金屬有機(jī)試劑噴射器515之間關(guān)鍵的連接關(guān)系。
[0128] 在圖5所示的實(shí)施方式中，就圖4而言，等離子體入口 505和周邊相關(guān)聯(lián)擋板510， 位于第一襯底520或多或少的直接上方，即相鄰，因此第一襯底520可以描述為在第一沉積 區(qū)內(nèi)接收活性氮形態(tài)。所示的擋板可以被替換成噴頭或護(hù)罩或類似的本領(lǐng)域通用的分配系 統(tǒng)。試劑噴射器515相對(duì)于等離子體入口 505只設(shè)置在腔室的相對(duì)側(cè)上，通常在第二襯底 525的上方，位于第二沉積區(qū)內(nèi)僅接收金屬有機(jī)試劑，例如三甲基鎵和/或三甲基銦。因此， 隨著襯底支架530旋轉(zhuǎn)，第一襯底520在流出第一沉積區(qū)進(jìn)入第二沉積區(qū)前已經(jīng)接觸過(guò)第 一試劑（在這種情況下活性氮形態(tài)來(lái)自等離子體），然后與第二試劑（在這種情況，金屬有 機(jī)物）接觸。第二襯底525,以及所有定位在襯底支架530上的襯底，將以類似的循環(huán)順序 暴露于一種試劑并再暴露于另一個(gè)。這使得隨后沉積的外延晶體層，以更高程度的控制膜 的形成。通過(guò)控制襯底支架530的旋轉(zhuǎn)速度使襯底交替暴露于試劑，這比ALD中的旋轉(zhuǎn)、脈 沖和吹掃裝置提供了更加精細(xì)的控制。
[0129] 盡管在圖3到圖5中所示的等離子體和金屬有機(jī)試劑入口是在襯底的垂直上方， 但要理解，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，這不是必然的情況。例如，等離子體入口可以從外 殼的側(cè)面將等離子體注入到生長(zhǎng)室，即將等離子體平行于襯底注入，然后向下沉積在襯底 上。本發(fā)明所引用的等離子體入口或金屬有機(jī)試劑入口或其他氣體入口是指在該位點(diǎn)等離 子體或等離子體激活的反應(yīng)物或金屬有機(jī)試劑或其他氣體進(jìn)入適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)室。
[0130] 應(yīng)當(dāng)理解，在圖3至5中所描述的實(shí)施方式中，所述兩個(gè)試劑流不會(huì)以任何顯著的 程度相互接觸。試劑入口物理分隔有助于使試劑混合最小化，使得與標(biāo)準(zhǔn)ALD或其它CVD 方法相比，在這種混合中可能形成的并會(huì)摻入到生長(zhǎng)膜中的氧和碳基雜質(zhì)的含量降低。
[0131] 然而，即使采用上面討論的方法，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，仍然會(huì)有大量的氧和碳雜質(zhì)摻入在形 成的薄膜上，從而降低其質(zhì)量。采用RPCVD方法在許多方面比標(biāo)準(zhǔn)MOCVD方法更方便，這在 本領(lǐng)域中是普遍接受，因?yàn)椴豢杀苊獾叵啾萂OCVD制備的薄膜中高雜質(zhì)含量，采用RPCVD方 法生產(chǎn)的膜中氧和碳雜質(zhì)含量中等。極低雜質(zhì)極限被認(rèn)為至少是相對(duì)接近在表1中列出的 SIMS檢測(cè)極限。
[0132]

【權(quán)利要求】
1. 一種形成膜的RPCVD裝置，包括生長(zhǎng)室的所述裝置包括： (a) VA族的等離子體入口，位于生長(zhǎng)室的第一沉積區(qū)中以向其中引入VA族的等離子 體； (b) IIIA族試劑入口，位于生長(zhǎng)室的第二沉積區(qū)以向其中引入IIIA族的試劑； (c) IIIA族試劑入口附近的另外試劑入口，以引入選自氨、肼、二甲基肼和氫等離子體 的另外試劑到第二沉積區(qū)中，使得另外試劑和IIIA族試劑在沉積前混合；和 (d) 襯底支架，適用于支撐一個(gè)或多個(gè)襯底并在第一沉積區(qū)和第二沉積區(qū)之間旋轉(zhuǎn)每 個(gè)襯底。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述另外試劑入口是氨入口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中第一沉積區(qū)基本上與第二沉積區(qū)隔離。
4. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中VA族等離子體入口和/或IIIA族試劑入 口在與一個(gè)或多個(gè)襯底的生長(zhǎng)表面距離約lcm到約30cm處通入生長(zhǎng)室中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中IIIA族試劑入口在與一個(gè)或多個(gè)襯底的生長(zhǎng)表面 距離約lcm到約10cm處通向生長(zhǎng)室中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，VA族等離子體入口或IIIA族試劑入口中的至 少一個(gè)與生長(zhǎng)室的頂板端部齊平，頂板位于一個(gè)或多個(gè)襯底的生長(zhǎng)表面垂直上方約1至約 cm之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，頂板位于一個(gè)或多個(gè)襯底的生長(zhǎng)表面垂直上方 約15-cm之間。
8. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，另外試劑入口基本上鄰近IIIA族試劑入 口通入生長(zhǎng)室中，以促進(jìn)所述試劑在它們接觸一個(gè)或多個(gè)襯底之前混合。
9. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，生長(zhǎng)室包括一個(gè)或多個(gè)與另外試劑入口 和/或IIIA族試劑入口連接的結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)所述試劑在它們接觸一個(gè)或多個(gè)襯底之前迅速 混合。
10. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，在VA族等離子體入口與一個(gè)或多個(gè)襯 底之間存在直通流路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，VA族等離子體入口與一個(gè)或多個(gè)襯底之間的 直通流路延伸至等離子體發(fā)生器與一個(gè)或多個(gè)襯底之間的無(wú)障礙通路，所述等離子體發(fā)生 器用于產(chǎn)生VA族等離子體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，另外試劑入口的開(kāi)口通入生長(zhǎng)室中，與一個(gè)或 多個(gè)襯底緊密靠近。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，另外試劑入口通入生長(zhǎng)室中，其與一個(gè)或多個(gè) 襯底的生長(zhǎng)表面距離約lcm到10cm。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，另外試劑入口從生長(zhǎng)室的頂板向下延伸到緊 密靠近一個(gè)或多個(gè)襯底的生長(zhǎng)表面的端部。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，另外試劑入口通過(guò)生長(zhǎng)室的側(cè)壁通入生長(zhǎng)室 中，其高度適合使通過(guò)其流入的另外試劑流體具有流路，流路流過(guò)一個(gè)或多個(gè)襯底的生長(zhǎng) 表面并基本上與生長(zhǎng)表面相鄰。
16. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，VA族等離子體入口和IIIA族試劑入口 位于生長(zhǎng)室內(nèi)的中心。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，VA族等離子體入口和IIIA族試劑入口中的 至少一個(gè)具有流量控制裝置，以引導(dǎo)對(duì)應(yīng)的等離子體或試劑進(jìn)入適當(dāng)?shù)牡谝怀练e區(qū)或第二 沉積區(qū)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)所述的裝置，其中，VA族等離子體入口和IIIA族試劑 入口位于生長(zhǎng)室內(nèi)的邊緣。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，VA族等離子體入口和IIIA族試劑入口基本 上位于生長(zhǎng)室的相對(duì)兩端。
20. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，襯底支架的旋轉(zhuǎn)使得一個(gè)或多個(gè)襯底連 續(xù)地從第一沉積區(qū)通到第二沉積區(qū)中。
21. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，還包括一個(gè)或多個(gè)加熱裝置，以在各種試劑進(jìn) 入生長(zhǎng)室之前，加熱另外試劑入口和/或IIIA族試劑入口。
22. -種在襯底上通過(guò)RPCVD形成薄膜的方法，包括以下步驟： (a) 通過(guò)VA族等離子體入口將第VA族等離子體引入到生長(zhǎng)室的第一沉積區(qū)； (b) 通過(guò)IIIA族試劑入口將IIIA族試劑引入到生長(zhǎng)室的第二沉積區(qū)，第二沉積區(qū)基本 上與第一個(gè)沉積區(qū)隔離； (c) 通過(guò)另外試劑的入口將選自氨、肼、二甲基肼和氫等離子體的另外試劑引入到第二 沉積區(qū)，以使另外試劑和IIIA族試劑在沉積之前混合； (d) 在第一沉積區(qū)和第二沉積區(qū)之間移動(dòng)襯底，從而在襯底上形成薄膜。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，另外試劑是氨。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的方法，其中，另外試劑基本上鄰近IIIA族入口的開(kāi)口 引入到第二沉積區(qū)中。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22-24任一項(xiàng)所述的方法，其中，另外試劑和IIIA族試劑優(yōu)選同時(shí)引 入到生長(zhǎng)室中。
26. 根據(jù)權(quán)利要求22-25任一項(xiàng)所述的方法，其中，IIIA族試劑是IIIA族金屬有機(jī)試 劑。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，IIIA族金屬有機(jī)試劑是IIIA族烷基金屬試 劑。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，IIIA族烷基金屬試劑選自三甲基鎵、三乙基 鎵、三甲基銦和三甲基鋁。
29. 根據(jù)權(quán)利要求22-28任一項(xiàng)所述的方法，其中，VA族等離子體為包含活性氮形態(tài) 的氮等離子體。
30. 根據(jù)權(quán)利要求22-29任一項(xiàng)所述的方法，還包括鄰近一個(gè)或多個(gè)襯底促進(jìn)IIIA族 試劑和另外試劑混合的步驟。
31. 根據(jù)權(quán)利要求22-30任一項(xiàng)所述的方法，其中，另外試劑的流速在15至1500sccm 之間。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，另外試劑的流速在30至lOOOsccm之間。
33. 根據(jù)權(quán)利要求22-31任一項(xiàng)所述的方法，還包括控制等離子體發(fā)生器的功率到約 500至約4000W之間的步驟。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中等離子體發(fā)生器的功率在約500至約3000W之 間。
35. 根據(jù)權(quán)利要求22-34任一項(xiàng)所述的方法，其中生長(zhǎng)室內(nèi)的生長(zhǎng)壓力在2至5托之 間。
36. 根據(jù)權(quán)利要求22-35任一項(xiàng)所述的方法，其中等離子體的流速在2000至3000sccm 之間。
37. 根據(jù)權(quán)利要求22-36任一項(xiàng)所述的方法，還包括控制生長(zhǎng)室內(nèi)的溫度在約400 ° C 至約1200 ° C之間的步驟。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中生長(zhǎng)室內(nèi)的溫度在約500° C至約1000 ° C之 間。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中生長(zhǎng)室內(nèi)的溫度在約500° C至約800 ° C之 間。
40. 根據(jù)權(quán)利要求22-39任一項(xiàng)所述的方法，還包括隔離沉積區(qū)以防止VA族等離子體 和IIIA族試劑混合的步驟。
41. 根據(jù)權(quán)利要求22-40任一項(xiàng)所述的方法，還包括控制VA族等離子體或IIIA族試劑 中的一種或多種離開(kāi)相關(guān)入口時(shí)的流動(dòng)，以將那些流體導(dǎo)向期望的沉積區(qū)。
42. 根據(jù)權(quán)利要求22-41任一項(xiàng)所述的方法，其中另外試劑通過(guò)生長(zhǎng)室的側(cè)壁引入生 長(zhǎng)室中。
43. 根據(jù)權(quán)利要求22-42任一項(xiàng)所述的方法，其中另外試劑被引入生長(zhǎng)室中以形成基 本上水平的流路，流過(guò)襯底的生長(zhǎng)表面并基本上與生長(zhǎng)表面相鄰。
44. 根據(jù)權(quán)利要求22-43任一項(xiàng)所述的方法，還包括在一種或多種試劑進(jìn)入生長(zhǎng)室之 前對(duì)其加熱的步驟。
45. 根據(jù)權(quán)利要求22-44任一項(xiàng)所述的方法，還包括P型摻雜生長(zhǎng)膜的步驟。
46. -種在襯底上通過(guò)RPCVD形成碳雜質(zhì)含量小于約5X1017原子/cm 3的薄膜的方 法，包括以下步驟： (a) 通過(guò)VA族等離子體入口將VA族等離子體引入到生長(zhǎng)室的第一沉積區(qū)，其中直通流 路設(shè)置在VA族等離子體入口和位于第一沉積區(qū)內(nèi)的襯底之間； (b) 通過(guò)IIIA族試劑入口將IIIA族試劑引入到生長(zhǎng)室的第二沉積區(qū)，第二沉積區(qū)基本 上與第一沉積區(qū)隔離； (c) 通過(guò)另外試劑入口將選自氨、肼、二甲基肼和氫等離子體的另外試劑引入到第二沉 積區(qū)，以使另外試劑和IIIA族試劑在沉積之前混合； (d) 在第一沉積區(qū)和第二沉積區(qū)之間移動(dòng)襯底，從而在襯底上形成碳雜質(zhì)含量小于約 5 X1017原子/cm3的薄膜。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中碳雜質(zhì)含量小于約3 X 1017原子/cm3。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中碳雜質(zhì)含量小于約2 X1017原子/cm3。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中碳雜質(zhì)含量小于約IX 1017原子/cm3。
50. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中薄膜的氧雜質(zhì)含量小于約6X1017原子/cm3。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中氧雜質(zhì)含量小于約2X1017原子/cm3。
52. 權(quán)利要求22-51任一項(xiàng)所述的方法形成的膜。
53.權(quán)利要求52所述的膜在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C23C16/44GK104428444SQ201380036456
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月13日
【發(fā)明者】薩蒂亞納拉揚(yáng)·巴瑞克, 瑪麗-皮埃爾弗朗索瓦絲·汪德比爾特富蓋, 伊恩·曼 申請(qǐng)人:蓋列姆企業(yè)私人有限公司