具有可互换气体喷射器的沉积系统和相关的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涉及具有可互换气体喷射器的沉积系统以及制造和使用这种沉积系统的方法。
【背景技术】
[0002]半导体结构是在制造半导体装置时使用或形成的结构。半导体装置例如包括电子信号处理器、电子存储装置、光敏装置(例如，发光二极管(LED)、光伏(PV)装置等等)和微机电(MEM)装置。这种结构和材料经常包括一种或多个半导体材料(例如，硅、锗、碳化硅、II1-V半导体材料等等)，并且可以包括至少一部分集成电路。
[0003]半导体结构经常使用许多化学沉积过程和系统中的任一种来制造。例如，化学气相沉积(CVD)是一种用来在基板上沉积固体材料的化学沉积过程，并且在制造半导体结构中通常都采用这种化学气相沉积。在化学气相沉积过程中，将基板暴露于一种或多种试剂气体，所述一种或多种试剂气体以导致固体材料沉积在基板表面上的方式反应、分解或既反应又分解。
[0004]一种具体类型的CVD过程在现有技术中被称为气相外延(VPE)。在VPE过程中，基板在沉积腔室内暴露于一种或多种试剂蒸气，所述一种或多种试剂蒸气以导致固体材料外延沉积在基板表面上的方式反应、分解或既反应又分解。VPE过程经常用来沉积II1-V半导体材料。当VPE过程中的其中一种试剂蒸气包含氢化物蒸气时，该过程可以被称为氢化物气相外延(HVPE)过程。
[0005]HVPE过程用来形成II1-V半导体材料，诸如例如氮化镓(GaN)。例如，GaN在基板上的外延生长是由于在沉积腔室内以在大约500°C和大约1，100°C之间的高温下执行的氯化镓(GaCl)蒸气和氨(NH3)之间的气相反应产生的。NH3可以从标准的NH3气体源供应。
[0006]在一些方法中，通过在被加热的液体嫁(Ga)上传送氯化氢(HCl)气体(氯化氢气体可以从标准的HCl气体源来供应)以在沉积腔室内原地产生GaCl来提供GaCl蒸气。液体稼可以被加热到大约750°C和大约850°C之间的温度。可以将GaCl和NH3引导至被加热的基板(例如，半导体材料的晶片)的表面(例如表面上)。于2001年I月30日授予Solomon等人的美国专利N0.6，179，913公开了用于在这种系统和方法中使用的气体喷射系统。在这种系统中，可能必须将沉积腔室打开而通向大气，以补充液体稼的源。此外，可能无法在这种系统中就地清洁沉积腔室。
[0007]为了解决这些问题，已经提供了利用CaCl3前体(precursor)的外部源的方法和系统，该GaCl3前体被热分解以形成GaCl (和副产品Cl 2)，GaCl被直接喷射到沉积腔室内。这种方法和系统的示例例如在美国专利申请公报N0.US2009/0223442A1 (该专利申请以Arena等人的名义在2009年9月10日公开)中公开。
[0008]在之前的已知构造中，前体GaCl可以通过大体平坦的气体喷射器喷射到腔室内，该气体喷射器具有发散的内侧壁(经常被称为“帽舌”或“帽舌喷射器”)。前体NH3可以通过多端口喷射器喷射到腔室内。在喷射到腔室内时，前体最初由延伸至接近基板边缘位置的帽舌喷射器的顶板分离。当前体到达顶板的末端时，前体混合并反应而在基板上形成一层GaN材料。
【发明内容】
[0009]提供该
【发明内容】
是为了以简化形式介绍概念的选择。这些概念在下面公开的示例实施方式的详细描述中进一步地详细描述。该
【发明内容】
并不是为了确定所要求保护的主题内容的关键特征或实质特征，也不是为了用来限制所要求保护的主题内容的范围。
[0010]在一些实施方式中，本公开包括沉积系统，该沉积系统具有:沉积腔室；具有上支撑表面的基板支撑结构，该上支撑表面被构造成在所述沉积腔室内支撑基板；和至少两个气体喷射器，所述至少两个气体喷射器中的每个气体喷射器均被构造成可互换地安置在所述沉积腔室内的公共位置。所述至少两个气体喷射器中的每个气体喷射器均可以被构造成在所述沉积系统的操作期间在所述基板支撑结构上产生一片大体层状的流动气体。所述至少两个气体喷射器中的第一气体喷射器可以包括两个邻接的板，所述两个邻接的板限定了位于这两个邻接的板之间的一个或多个气体流动通道。所述第一气体喷射器的所述一个或多个气体流动通道可以被定位并构造成产生具有第一最大宽度的一片大体层状的流动气体，所述第一最大宽度横向于在平行于所述基板支撑结构的所述上支撑表面的气体流动平面中的气体流动方向。所述至少两个气体喷射器中的第二气体喷射器可以包括两个邻接的板，所述两个邻接的板限定了位于这两个邻接的板之间的一个或多个气体流动通道。所述第二气体喷射器的所述一个或多个气体流动通道可以被定位并构造成产生具有第二最大宽度的第二片大体层状的流动气体，所述第二最大宽度横向于所述气体流动平面中的所述气体流动方向，所述第二最大宽度可以小于所述所述第一最大宽度。
[0011]在其他实施方式中，本公开包括制造如这里描述的沉积系统的方法。根据这些方法，可以提供沉积腔室，并且可以在所述沉积腔室内提供基板支撑结构。该基板支撑结构可以具有被构造成支撑基板的上支撑表面。可以通过形成两个板并且将这两个板连接在一起从而在所述邻接的板之间限定一个或多个气体流动通道而形成第一气体喷射器。所述一个或多个气体流动通道可以被定位和构造成产生具有第一最大宽度的第一片大体层状的流动气体，所述第一最大宽度横向于在平行于所述基板支撑结构的所述上支撑表面的气体流动平面中的气体流动方向。可以通过形成两个板并且将这两个板连接在一起从而在所述邻接的板之间限定一个或多个气体流动通道而形成第二气体喷射器。所述一个或多个气体流动通道可以被定位和构造成产生具有第二最大宽度的第二片大体层状的流动气体，该第二最大宽度横向于在平行于所述基板支撑结构的所述上支撑表面的气体流动平面中的所述气体流动方向，所述第二最大宽度可以小于所述第一最大宽度。可以将所述第一气体喷射器和所述第二气体喷射器构造成可在所述沉积腔室内的公共位置处互换地使用。
[0012]在另外其他实施方式中，本公开包括使用如这里描述的沉积系统的方法。根据这些方法，可以将第一气体喷射器安装在沉积腔室内。该第一气体喷射器可以包括两个邻接的板，在所述两个邻接的板之间限定一个或多个气体流动通道。可以将第一基板定位在所述沉积腔室内，并且可以使用所述第一气体喷射器在所述第一基板上产生第一片大体层状的流动气体，以利用该第一片大体层状的流动气体将材料沉积在所述第一基板上。所述第一片大体层状的流动气体可以具有横向于该第一片大体层状的流动气体中的气体流动方向的第一最大宽度。可以在将材料沉积在所述第一基板上之后将所述第一基板从所述沉积腔室移除，并且可以将第二气体喷射器安装在所述沉积腔室内。该第二气体喷射器可以包括两个邻接的板，在所述两个邻接的板之间限定一个或多个气体流动通道。可以将第二基板定位在所述沉积腔室内。所述第二基板可以具有小于所述第一基板的直径的直径。在将所述第二定位在所述沉积腔室内之后，可以使用所述第二气体喷射器在所述第二基板上产生第二片大体层状的流动气体，以利用该第二片大体层状的流动气体将材料沉积在所述第二基板上。所述第二片大体层状的流动气体可以具有横向于该第二片大体层状的流动气体中的气体流动方向的第二最大宽度，并且所述第二最大宽度可以小于所述第一最大宽度。
【附图说明】
[0013]图1A是示意性示出了根据本公开的实施方式的包括气体喷射器的沉积系统的示例实施方式的剖切立体图。
[0014]图1B是示意性示出了根据本公开的实施方式的包括气体喷射器的沉积系统的另一个示例实施方式的剖切立体图。
[0015]图2是第一气体喷射器的分解立体图，该第一气体喷射器可以与图1A和图1B所示的沉积系统中的任一个系统一起使用，并且包括底板、中间板和顶板。
[0016]图3是图2的底板的俯视图。
[0017]图4是图2的顶板的俯视图。
[0018]图5是图2的中间板的仰视图，示出了形成在其中净化气体流动通道。
[0019]图6是图2的中间板的俯视图，示出了形成在其中的前体气体流动通道。
[0020]图7是组装后的图2的气体喷射器(包括底板、中间板和顶板)的一部分以及将沿着中间板和顶板的周边边缘将中间板联接至顶板的焊缝的局部剖视图。
[0021]图8是可以与图1A和图1B所示的沉积系统中的任一个系统一起使用的第二气体喷射器的分解立体图。
[0022]图9是图8的中间板的俯视平面图，示出了形成在其中的前体气体流动通道。
[0023]图10是可以与图1A和图1B所示的沉积系统中的任一个系统一起使用的第三气体喷射器的分解立体图。
[0024]图11是图10的中间板的俯视图，示出了形成在其中的前体气体流动通道。
【具体实施方式】
[0025]这里所呈现的图示并非是指任何具体沉积系统、气体喷射器或其部件的实际视图，而仅仅是用来描述本公开的实施方式的理想化表示。
[0026]如这里使用的，术语“基本上”在参考给定参数、特性或条件时是指这样一种程度，即本领域技术人员将理解该给定参数、特性或条件符合变化程度，例如符合可接受制造公差。
[0027]如这里使用的，术语“气体”是指并包括既不具有独立形状又不具有体积的流体。气体包括蒸气。因而，当在这里使用术语“气体”时，可以将其解释为“气体或蒸气”的含义。
[0028]如这里使用的，短语“氯化稼”是指并包括可以单体形式(GaCl3)或二聚体形式(Ga2Cl6)存在的一种或多种一氯化稼或多氯化稼。例如，氯化稼可以基本上由一氯化稼构成，基本上由多氯化稼构成，或基本上由一氯化稼和多氯化稼二者构成。
[0029]本公开包括可以用来使气体朝向基板流动以利用该气体在基板表面上沉积或以其他方式形成材料(例如，半导体材料)的系统、装置和方法。下面进一步详细地公开这种系统、装置和方法和示例。
[0030]图1A示出了根据本公开的沉积系统10的示例。沉积系统10包括至少基本上封闭的沉积腔室12、具有被构造成在