用于預(yù)清潔，或者可在處理過程中使用。
[0079]出口可加熱至一定溫度并保持，所述溫度大于當(dāng)在處理過程中可能形成的鹵化銨的壓力大于處理壓力如I巴時(shí)的溫度。通過在反應(yīng)壓力下將溫度保持在鹵化銨的升華溫度之上，鹵化銨可流入阱中或可排除形成或者一旦形成在出口附近固化。
[0080]控制系統(tǒng)可包括控制器、與控制器連通的處理器，和使控制器與傳感器、閥、源、監(jiān)測和評(píng)估裝置等連通的有線或無線連通系統(tǒng)。
[0081]腔室內(nèi)的傳感器可傳感腔室內(nèi)的條件。例如溫度、壓力和/或氣體濃度和組成，并且可以向控制器傳輸信號(hào)信息。流量監(jiān)測器可將經(jīng)過相應(yīng)入口或出口的流量信息信號(hào)傳輸?shù)娇刂破鳌？刂破?經(jīng)由處理器)可響應(yīng)收到的信息，并且可對(duì)應(yīng)于信息和預(yù)測儀器參數(shù)來控制裝置。例如，控制器可向能量源發(fā)送信號(hào)以向腔室提供熱能。在多晶組合物合成的過程中，控制器可給一個(gè)或多個(gè)閥發(fā)送信號(hào)以開啟、關(guān)閉或開啟到一定流量含量?？删幊炭刂破饕詫?shí)施根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的生長多晶組合物的方法。
[0082]所得多晶組合物可為III族金屬氮化物。金屬氮化物可被摻雜以獲得一種或多種η-摻雜或P-摻雜組合物。金屬氮化物可為金屬、半導(dǎo)電、半絕緣或絕緣材料。另外，這些組合物各自可為磁性或熒光材料。
[0083]以下參考示例性實(shí)施方案描述設(shè)備的運(yùn)作和不同組件的功能。參考附圖，示例性描述本發(fā)明的實(shí)施方案并且不將本發(fā)明限制于此。
[0084]圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的設(shè)備100。設(shè)備100可用于制備金屬氮化物材料，可包括具有壁104的外殼102。壁104可具有限定腔室108的內(nèi)表面106。能量源110可位于最接近壁104。第一入口 112和第二入口 114延伸經(jīng)過壁104。入口 112、114限定縫隙，通過所述縫隙材料可流入或流出腔室108。出口 118通過壁104延伸到腔室108。坩禍120可設(shè)置在腔室108中。襯墊(未示出)可鋪襯壁104的內(nèi)表面106。
[0085]能量源110可為熱能源，如陶瓷加熱器。入口 112、114和出口 118可為適于半導(dǎo)體制造的電拋光不銹鋼。在特定實(shí)施方案中，坩禍120可包括氮化硼，惰性襯墊可包括石墨。
[0086]在操作中，III族金屬原料和吸氣劑可填充入坩禍120，并且坩禍可預(yù)加載到腔室中。一種或多種摻雜劑可與原料一起置于坩禍中。加載之后，坩禍120可用密封機(jī)械(未示出)進(jìn)行密封。
[0087]含氮?dú)怏w可經(jīng)過第一入口 112流入腔室108。含氮?dú)怏w可包括氨氣，并且可包括由于預(yù)稀釋的載氣。含鹵素氣體可經(jīng)過第二入口 114流入腔室108。含鹵素氣體可包括氯化氫。含鹵素氣體可用載氣預(yù)稀釋。未反應(yīng)氣體和/或其他廢料可經(jīng)過出口 118從腔室108移除?？稍诰w組合物形成之前通過使氣體經(jīng)過入口 112、114流入和通過出口 118流出來清掃腔室108。任選可監(jiān)測流出物以監(jiān)測流出氣體中的雜質(zhì)含量，這可以指示何時(shí)獲得充分的清掃。
[0088]能量源110可被激活。激活能量源110可增加將腔室108內(nèi)的溫度升至預(yù)定含量并以預(yù)定溫度速率提高。腔室108內(nèi)和最接近坩禍120的區(qū)域，可限定熱區(qū)或反應(yīng)區(qū)(未示出)。
[0089]已在坩禍120中的原料，可在特定溫度下響應(yīng)在含鹵素氣體存在下與含氮?dú)怏w通過反應(yīng)接觸，以形成金屬氮化物即多晶組合物。
[0090]不希望受限于任何理論，據(jù)信III族金屬與鹵化氫反應(yīng)以形成易揮發(fā)III族金屬鹵化物。III族金屬鹵化物轉(zhuǎn)而與含氮?dú)怏w例如氨氣反應(yīng)以形成多晶III族金屬氮化物。在典型加工條件下，大部分III族金屬可反應(yīng)形成多晶III族金屬氮化物，只有小部分III族金屬可以III族金屬鹵化物的形式從坩禍中移出。在典型反應(yīng)條件下，一些、大部分或者全部吸氣劑可溶于液體III族金屬中。以上公開的很多吸氣劑在高于500-1000攝氏度的溫度下廣泛混溶于液體鋁、鎵或銦中。即使耐火材料Zr、Hf和Ta也可在1000攝氏度下以高于約1-2%的含量溶于鎵中。溶解的金屬殼在熔融III族金屬中很好地混合。溶解的吸氣劑金屬可與熔融III族金屬中溶解的氧反應(yīng)形成吸氣劑金屬的氧化物。如III族金屬，吸氣劑金屬可形成鹵化物和/或氮化物。在約500至1000攝氏度的溫度下，吸氣劑金屬鹵化物相對(duì)易揮發(fā)，吸氣劑金屬氮化物、氧化物和氮氧化物一般不易揮發(fā)。在例如堿土金屬和釔的一些吸氣劑的情況中，主要可形成鹵化物，并且大部分吸氣劑金屬從坩禍移出。然而，在反應(yīng)和傳輸過程中，吸氣劑金屬有效束縛或移除III族金屬中和包括02和H2O的氣相中的氧源中的氧在例如Cr和Ta的其他吸氣劑的情況中，主要可形成氮化物，并且大部分吸氣劑金屬可以多晶III族氮化物中氮化物、氮氧化物和氧化物包含物的形式留在坩禍中。在反應(yīng)和傳輸過程中，吸氣劑金屬有效束縛或移除III族金屬中和氣相中的氧源中的氧。
[0091]在一些實(shí)施方案中，包括那些不涉及向反應(yīng)中添加鹵化氫，大部分或者全部吸氣劑可引入多晶III族氮化物組合物中。
[0092]在形成晶組合物之后，外殼102可在出口側(cè)開啟。在出口側(cè)開啟可將由于開口導(dǎo)致的引入腔室108的污染物局限在腔室最接近出口 118的一側(cè)。將污染物局限在最接近出口 118可降低將污染物清掃出腔室108經(jīng)過的距離，并且將污染物的路徑限制在其中污染物不太可能接觸到任何生長晶體或晶體組合物生長表面(如坩禍120的內(nèi)表面)的區(qū)域。另外，不開啟入口側(cè)的外殼可降低在后續(xù)運(yùn)作過程中靠近入口的泄漏的可能性。因此，這種構(gòu)型可降低污染物污染產(chǎn)生的晶體的機(jī)會(huì)。
[0093]圖2不出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的設(shè)備200。設(shè)備200可包括外殼202，和靠近外殼202的能量源204。外殼202可包括內(nèi)壁206和外壁208。入口 209可經(jīng)過外壁208延伸，但可短于內(nèi)壁206停止。外壁208可具有面向外的表面。內(nèi)壁206的面向內(nèi)的表面或內(nèi)表面212可限定腔室214。
[0094]內(nèi)壁206可嵌在外壁208內(nèi)并與外壁208隔開。壁206和208之間的間隔可用于循環(huán)經(jīng)由為此目的構(gòu)造的入口 209進(jìn)入空間內(nèi)的環(huán)境控制流體。外壁208可由金屬形成，而內(nèi)壁206可由石英形成。能量源204可接近外壁208。
[0095]第一入口 216、第二入口 218、原料入口 224、摻雜劑入口 232和出口 226可經(jīng)過內(nèi)壁和外壁206和208延伸。多個(gè)閥215、220、223、233可每個(gè)管內(nèi)一個(gè)地設(shè)置在從源延伸到相應(yīng)入口 216、218、224和232的進(jìn)料管內(nèi)。單個(gè)進(jìn)料管沒有用附圖標(biāo)記標(biāo)注。并且，出口226可具有可允許或阻止流體流經(jīng)的閥227。
[0096]第一入口 216可與含氮?dú)怏w源217連通并且將含氮?dú)怏w流入腔室214中。含氮?dú)怏w可包括氨氣。含氮?dú)怏w可用載氣稀釋。載氣可為氬氣，并且可與含氮?dú)怏w流分開來控制。第二入口 218可與含鹵素氣體源219連通。第二入口 218可允許含鹵素氣體從含鹵素氣體源219流入腔室214中。閥220可控制來自含鹵素氣體源219的含鹵素氣體流經(jīng)過第二入口 218進(jìn)入腔室214中。含鹵素氣體可包括氯化氫，其可被載氣稀釋。原料入口 224可與原料儲(chǔ)存器222連通。原料入口 224的出口端可設(shè)置為使離開入口 224的原料流入坩禍230中。閥223可控制來自儲(chǔ)存器222的原料流經(jīng)過原料入口 224進(jìn)入腔室214中。原料可包括熔融鎵。
[0097]摻雜劑源(未示出)可通過摻雜劑入口 232與腔室214連通。閥233可打開/關(guān)閉以開啟或阻止摻雜劑從摻雜劑源流入腔室214。在示例性實(shí)施方案中，摻雜劑包括硅，可為SiCl4形式。
[0098]出口 226可允許多余材料離開腔室214。閥227可開啟或關(guān)閉，通過關(guān)閉，當(dāng)其他材料流入腔室214和溫度上升時(shí)可建立背壓。
[0099]多個(gè)坩禍230可設(shè)置在腔室214中。坩禍230可相互之間含量排列。傳感器236和237可設(shè)置為監(jiān)測腔室214內(nèi)的壓力和溫度或者其他過程參數(shù)。
[0100]如上所述，環(huán)境控制流體可經(jīng)過入口 209流入壁間的空間中。入口 209可與循環(huán)系統(tǒng)(未示出)連通以使在壁之間的空間中的流體循環(huán)。入口 209可包括閥211以調(diào)整或優(yōu)化壁間空間的循環(huán)。用于真空系統(tǒng)的法蘭210可用于形成防漏連接。流體循環(huán)系統(tǒng)可供應(yīng)加熱或冷卻流體。腔室214，以及其內(nèi)容物，可通過該排列冷卻或加熱。
[0101]控制系統(tǒng)可包括控制器234，其可與各種通過連通線所示的部件連通。通過這些線，控制器234可從傳感器236、237接收信息，例如信號(hào)?？刂破?34可向閥215、220、223、227,233中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)送信號(hào)，而閥可通過開啟或關(guān)閉回應(yīng)。閥211可與控制器234連通，并且通過所述閥211，控制器234可控制環(huán)境控制流體從循環(huán)系統(tǒng)中流動(dòng)。因此，控制器234可監(jiān)測和可控制整個(gè)反應(yīng)條件。
[0102]在運(yùn)作之前，可對(duì)腔室214抽氣?？刂破?34可激活閥227和真空泵(未示出)以對(duì)腔室214抽氣。腔室214可用惰性載氣沖洗。能量源204可開始作用以加熱從而揮發(fā)任何可揮發(fā)污染物。連續(xù)抽氣和清掃可從腔室214移除污染物。
[0103]在操作過程中，控制器可激活閥223以開始將原料從儲(chǔ)存器222通過原料入口 224流到坩禍230。摻雜劑可在對(duì)應(yīng)于相應(yīng)閥233打開時(shí)通過摻雜劑入口 232流入坩禍。控制器可通過調(diào)整相應(yīng)閥開啟或關(guān)閉的程度來調(diào)整材料的流量?？刂破?34可與傳感器236、237連通。腔室內(nèi)的溫度和壓力可通過激活能量源204的控制器234和/或調(diào)整出口閥227來提升至確定含量。
[0104]一旦達(dá)到預(yù)期的溫度和壓力，則含氮?dú)怏w可通過第一入口 216引入腔室214中?；蛘撸?dú)怏w可在加熱循環(huán)開始時(shí)引入腔室中。含鹵素氣體可經(jīng)過第二入口 218流入?？刂破骺赏ㄟ^控制各個(gè)閥215、220來調(diào)整這些氣體的流量。
[0105]包括摻雜劑的原料可在含鹵素氣體存在下與含氮?dú)怏w反應(yīng)。反應(yīng)可繼續(xù)至原料反應(yīng)形成金屬氮化物。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可形成硅摻雜的氮化鎵。
[0106]圖3是詳細(xì)說明根據(jù)實(shí)施方案的入口的設(shè)備400的示意圖。設(shè)備400可包括具有壁404的外殼402，所述壁404可具有內(nèi)表面406和面向外的表面408，如圖所示。壁404可與軸409徑向間隔開。能量源410可提供為靠近外表面408。壁404的內(nèi)表面406可限定腔室412。
[0107]設(shè)備400可還包括入口 416和418。在一個(gè)實(shí)施方案中，入口 416可為單層壁并且通過壁404延伸到腔室412中。入口 416可嵌入壁404的內(nèi)表面406中并與之并間隔。入口 416的出口端可限定縫隙422。擋板424可貼近縫隙422。入口 416和壁404的內(nèi)表面406直接的間隔可限定入口 418。另外，縫隙或開口 426可設(shè)置在入口 418中。坩禍430可設(shè)置在腔室412內(nèi)。
[0108]含鹵素氣體可通過入口 416由源(未示出)引入到腔室412中，并且含氮?dú)怏w可通過入口 418由源(未示出)引入到腔室412中。入口 416和418可構(gòu)建為在入口 416中設(shè)置的擋板424協(xié)助混合通過入口流入腔室412的氣體。
[0109]設(shè)備400可還包括圖中未示出的部件例如控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括可控制整個(gè)反應(yīng)的控制器、調(diào)整和/或控制材料流入和/或流出腔室的材料的流動(dòng)、將原料和/或摻雜劑引入腔室中的入口、原料和/或摻雜劑可從其流入腔室中的源、監(jiān)測腔室內(nèi)溫度、壓力和組成的傳感器等。設(shè)備的運(yùn)作可參考上述實(shí)施方案解釋。
[0110]圖4腔室說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的制備多晶III族金屬氮化物的方法的流程圖。所述方法由在坩禍中提供III族金屬和吸氣劑開始。然后將含有III族金屬和吸氣劑的坩禍加載到腔室或反應(yīng)器中并且密封腔室。然后對(duì)腔室抽氣、清掃或者凈化以除去痕量雜質(zhì)?？稍谙蚱渲屑虞dIII族金屬和吸氣劑之前對(duì)腔室進(jìn)行抽氣、清掃或者凈化。腔室內(nèi)的環(huán)境調(diào)整到預(yù)定含量。腔室內(nèi)的溫度可保持在約800攝氏度至約1300攝氏度，腔室內(nèi)的壓力可為大于約大氣壓力
[0111]摻雜劑可引入到腔室中。摻雜劑可作為摻雜劑前體引入。摻雜劑前體可從摻雜劑源流入腔室中。
[0112]腔室內(nèi)的溫度可升至約800攝氏度至約1300攝氏度，壓力可升至至少一維大于約I米，時(shí)間持續(xù)超過約30分鐘。然后，含氮?dú)怏w如氨氣可引入腔室中。氣體可從含氮?dú)怏w源經(jīng)過入口流入腔室中。含氮?dú)?