多腔室cvd处理系统的制作方法
【专利摘要】一种多腔室CVD处理系统，包括多个基片载体，其中，每个基片载体用于支承至少一个基片。多个外壳每个构造成用以形成沉积腔室，该沉积腔室包围多个基片载体中的一个基片载体，以保持用来执行处理步骤的独立化学沉积过程化学性质。运输机构按离散步骤将多个基片载体中的每一个基片载体运输到多个外壳中的每一个外壳，这允许在多个外壳中在预设定时间内执行处理步骤。在一些实施例中，基片载体可以是可转动的。
【专利说明】多腔室CVD处理系统
[0001]这里使用的章节标题仅用于行文组织方面的目的，不应该解释成按任何方式限制在本申请中描述的主题。
[0002]相关申请章节
[0003]本申请是在2009年6月7日提交的、标题为“Continuous Feed Chemical VaporDeposition System”的美国专利申请12/479，834的部分继续申请。美国专利申请12/479，834的全部说明书通过参考包括在里。
【背景技术】
[0004]化学气相沉积(CVD)涉及将包含化学物质的一种或更多种气体引导到基片的表面上，从而使活性物质反应，并且在基片的表面上形成薄膜。例如，CVD可以用来在结晶半导体基片上生长化合物半导体材料。化合物半导体，如II1-V半导体，通常通过使用III族金属的源和V族元素的源在基片上生长各个半导体材料层而形成。在一种CVD过程中，这种CVD过程有时称作氯化过程，将III族金属提供成金属的易挥发卤化物，该易挥发卤化物最普通地是氯化物，如GaCl2,并且将V族元素提供成V族元素的氢化物。
[0005]另一种类型的CVD是金属有机化学气相沉积(M0CVD)。MOCVD使用化学物质，这些化学物质包括一种或更多种金属有机化合物，如诸如镓、铟、以及铝之类的III族金属的烷基。MOCVD也使用化学物质，这些化学物质包括V族元素的一种或更多种的氢化物，如NH3、AsH3、PH3&锑的氢化物。在这些过程中，气体在基片(如蓝宝石、S1、SiC、SiGe、AlSiC、GaAs、InP、InAs或GaP的基片)的表面处相互反应，以形成通式的II1-V化合物，其中，X+Y+Z近似等于一，并且A+B+C+D近似等于一，而X、Y、Z、A、B、以及C中的每一个都可以在零与一之间。在一些情况下，铋可以用来代替其它III族金属的一些或全部。多种化合物半导体，如 GaAs、GaN> GaAlAs> InGaAsSb> InP、AsP、ZnSe> ZnTe> HgCdTe> InAsSbP、InGaN, AlGaN, SiGe, SiC、ZnO 及 InGaAlP，一直由 MOCVD 生长。
[0006]另一种类型的CVD称作卤化物汽相晶体取向附生(HVPE)。在一种HVPE过程中，III族氮化物(例如GaN、AlN)通过使热气态金属氯化物(例如GaCl、A1C1)与氨气(NH3)反应而形成。金属氯化物通过使热HCl气体在热的III族金属上通过而产生。全部反应在调温石英炉中进行。HVPE的一个特征是，它可以具有非常高的生长速率，对于一些现有技术过程高达每小时ΙΟΟμπι。HVPE的另一个特征是，它可以用来沉积比较高质量的薄膜，因为薄膜在无碳环境中生长，并且因为热HCl气体提供自清洁作用。
【发明内容】
[0007]本讲授涉及一种多腔室CVD处理系统，这种多腔室CVD处理系统包括:多个基片载体，每个基片载体用于支承至少一个基片；多个外壳，多个外壳中的每一个外壳构造成用以形成一个沉积腔室，该沉积腔室包围多个基片载体中的一个基片载体，以保持用来执行处理步骤的独立环境；以及运输机构，所述运输机构按离散步骤将多个基片载体中的每一个基片载体运输到多个外壳中的每一个外壳，这允许在多个外壳中在预设定时间内执行处理步骤。多腔室CVD系统另外可以包括多个加热器，多个加热器中的每一个加热器与多个外壳中的每一个外壳相对应。多腔室CVD系统另外可以包括现场测量装置，该现场测量装置放置在多个外壳中的至少一个外壳中。运输机构另外可以包括多个加热器，多个加热器中的每一个加热器接近多个基片载体中的每一个基片载体。运输机构可以使用例如导轨、轨道或传送系统在直线或非直线路径中运输多个基片载体中的每一个基片载体，该传送系统也可以包括带、推杆、以及磁性耦合驱动器，如磁性直线马达。在一些实施例中，在多腔室CVD系统中的多个基片载体中的至少一个基片载体是可转动的。
[0008]本讲授也涉及一种多腔室CVD处理系统，这种多腔室CVD处理系统包括:多个基片载体，其中，每个基片载体用于支承至少一个基片；多个外壳，多个外壳中的每一个外壳构造成用以形成一个沉积腔室，该沉积腔室包围多个基片载体中的一个基片载体，以保持用来执行处理步骤的独立环境；多个加热器，所述多个加热器中的每一个加热器将多个基片中的相应一个基片加热到用来执行处理步骤的所需处理温度；以及运输机构，所述运输机构按离散步骤将多个基片载体中的每一个基片载体运输到多个外壳中的每一个外壳，这允许在多个外壳中在预设定时间内执行处理步骤。运输机构另外可以包括多个加热器，这些多个加热器接近每个接受器。加热器可以定位在沉积腔室的内部，或者对应地随基片载体转移。在一些实施例中，在多腔室CVD系统中的多个基片载体中的至少一个基片载体是可转动的。
[0009]本讲授也涉及一种使用多腔室化学气相沉积系统在基片上形成多个晶体取向附生层的方法，其中，方法包括:在第一位置处包围第一基片载体以形成第一沉积腔室，该第一基片载体包括至少一个基片，该第一沉积腔室保持第一独立环境；在具有第一独立环境的在第一位置处的第一沉积腔室中，在至少一个基片上生长第一晶体取向附生层；将第一基片载体在第一晶体取向附生层生长之后运输到第二位置，并且包围第一基片载体以形成第二沉积腔室，该第二沉积腔室保持第二独立环境；以及在具有第二独立环境的在第二位置处的第二沉积腔室中，在第一晶体取向附生层的顶部上生长第二晶体取向附生层。方法还可以包括:在第一位置处包围第二基片载体以形成第一沉积腔室，该第二基片载体包括至少一个基片，该第一沉积腔室保持第一独立环境；以及在具有第一独立环境的在第一位置处的第一沉积腔室中，在第二基片载体上的至少一个基片上生长第一晶体取向附生层。
[0010]本讲授也涉及一种多腔室化学气相沉积系统，这种多腔室化学气相沉积系统包括:用来包围多个基片载体以形成多个沉积腔室的装置，这些基片载体将至少一个基片支承在多个固定位置处，这些沉积腔室中的每一个沉积腔室保持一独立环境；用来在多个沉积腔室中在至少一个基片上生长晶体取向附生层的装置，该至少一个基片由多个基片载体支承，这些沉积腔室中的每一个沉积腔室保持一独立环境；以及用来按离散步骤在多个沉积腔室之间运输多个基片载体的装置。在一些实施例中，在多腔室化学气相沉积系统中的多个基片载体中的至少一个基片载体是可转动的。
[0011]在这里描述的CVD处理系统内，基片载体可以包括例如接受体和基片载体组件、无接受体载体、或行星载体。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]按照优选和例示性实施例的本讲授与其另外的优点一起，在与附图一道所作的如下详细描述中更具体地描述。本领域的技术人员将理解，下面描述的附图仅用于说明目的。附图不一定按比例，代之以将重点总体放在说明本讲授的原理上。附图不打算按任何方式限制本 申请人:的讲授的范围。
[0013]图1示出的是根据本讲授的多腔室CVD系统的一个实施例的侧视图。
[0014]图2A示出的是根据本讲授的沉积腔室的一个实施例的侧视图，其中，通过使外壳在基片载体上移动而形成沉积腔室。
[0015]图2B示出的是根据本讲授的沉积腔室的一个实施例的侧视图，其中，通过将基片载体移动到外壳中而形成沉积腔室。
[0016]图3A、图3B、图3C、以及图3D表示在本系统中有用的加热器的不同实施例的例子。
[0017]图4示出的是在特定模式中在图1中的多腔室CVD系统的实施例的侧视图。
[0018]图5示出的是在另一种特定模式中在图1中的多腔室CVD系统的实施例的侧视图。
[0019]图6示出的是在另一种特定模式中根据本讲授的多腔室CVD系统的实施例的侧视图。
[0020]图7A示出的是根据本讲授的沉积腔室的一个实施例的侧视图，其中，将工艺气体水平注入到沉积腔室中。
[0021]图7B示出的是在图7A中所示的沉积腔室的颠倒视图(在A方向上)。
[0022]图8示出的是根据本讲授的水平流动气体注入CVD系统的另一种变形的立体俯视图。
[0023]图9示出的是根据本讲授的水平流动气体注入CVD系统的另一种变形的侧视图。【具体实施方式】
[0024]在说明书中对于“一个实施例”或“实施例”的参考是指，联系实施例描述的具体特征、结构、或特性包括在讲授的至少一个实施例中。在说明书中各个地方中短语“在一个实施例中”的出现不一定全部都指同一实施例。
[0025]应该理解，本讲授的方法的各个步骤可以按各种顺序和/或同时地进行，只要本讲授保持是可操作的。此外，应该理解，本讲授的设备和方法可以包括所描述的实施例的任何数量或全部，只要本讲授保持是可操作的。
[0026]现在参照在附图中所示出的本讲授的例示性实施例，更详细地描述本讲授。尽管与各个实施例和例子一道描述本讲授，但本讲授并非限于这样的实施例。相反，本讲授包容各种可选择例、修改及等效物，如由本领域的技术人员将认识到的那样。已经看到这里的本讲授的本领域的技术人员将认识到另外的实施、修改、以及实施例、以及其它应用领域，这些在这里所描述的本公开的范围内。
[0027]本讲授涉及用于活性气相处理，如CVD、M0CVD、以及HVPE，的方法和设备。在半导体材料的活性气相处理中，将半导体基片或基片安装在反应腔室内部的基片载体上。气体分配注入器或注入器头部安装成，面向基片载体。注入器或注入器头部典型地包括多个气体进口，这些气体进口接收多种气体的组合。注入器或注入器头将多种气体的组合提供给用于化学气相沉积的反应腔室。多个气体分配注入器具有喷头装置，这些喷头装置在头部上按图案间隔开。气体分配注入器按这样一种方式将前体气体引导到基片载体处，从而使前体气体尽可能靠近基片而反应，因而使反应过程和晶体取向附生生长在基片表面处最大化。
[0028]一些气体分配注入器提供幕罩，该幕罩帮助在化学气相沉积过程期间提供层流气体流动。而且，一种或更多种载体气体可以用来帮助在化学气相沉积过程期间提供层流气体流动。载体气体典型地不与工艺气体的任一种反应，并且另外不影响化学气相沉积过程。气体分配注入器典型地将前体气体从注入器的气体进口引导到反应腔室的某些目标区，在该处将基片处理。
[0029]例如，在MOCVD过程中，注入器将前体气体的组合通过注入器引入到反应腔室中，这些前体气体包括金属有机物和氢化物，如氨或砷化氢。将载体气体，如氢气、氮气、或诸如氩气或氦气之类的惰性气体，常常通过注入器引入到反应器中，以帮助在基片载体处维持层流流动。前体气体在反应腔室中混合，并且反应而在基片上形成薄膜。多种化合物半导体，如 GaAs、GaN、GaAlAs、InGaAsSb、InP、AsP、ZnSe、ZnTe、HgCdTe、InAsSbP,InGaN、AlGaN、SiGe, SiC、ZnO 及 InGaAlP，一直由 MOCVD 生长。
[0030]在MOCVD和HVPE两种过程中，基片都在反应腔室内保持在升高温度下。工艺气体当将它们引入到反应腔室中时，典型地保持在约50-60°C或以下的比较低温度下。随着气体至IJ达热基片，它们的温度、和因此它们用于反应的可得到能量增加。
[0031]最普通类型的CVD反应器是转动盘反应器。这样一种反应器典型地使用盘状基片载体。基片载体具有空穴或其它特征，这些空穴或其它特征布置成保持待处理的一个或更多个基片。将载体(该载体具有定位在其上的基片)放置到反应腔室中，并且保持成使载体的基片-承载表面面向上游方向。载体典型地按几百转每分的转动速度绕轴线转动，该轴线在上游到下游方向上延伸。基片载体的转动，能够增进所沉积的半导体材料的均匀性。将基片载体保持在所需升高温度下，在这个过程期间该所需升高温度在约350°C至约1，600°C的范围中。
[0032]在载体绕轴线转动的同时，将反应气体从载体上方的流动进口元件引入到腔室中。流动气体向载体和基片向下通过，优选地按层流塞状流动。随着气体接近转动载体，粘性阻力迫使它们绕轴线转动，从而在靠近载体表面的边界区域中，气体绕轴线并且向着载体的周缘向外流动。随着气体流过载体的外边缘，它们向着排出端口(这些排出端口定位在载体下面)向下流动。最普通地，MOCVD过程用一系列不同气体成分和在一些情况下用一系列不同基片温度而进行，以沉积多个半导体层，这些半导体层按要求具有不同成分，以形成所需的半导体装置。
[0033]其它类型的CVD或MOCVD反应器包括盘状基片载体，这些盘状基片载体在沉积和/或晶体取向附生层生长期间在反应器中不转动。
[0034]本讲授的设备和方法涉及直线和直列(in-line)式CVD处理系统。这里联系基片的运输所使用的术语“直列”是指，将基片在平面中从多腔室CVD系统的一个腔室运输到多腔室CVD系统的另一个腔室。运输直列并非必须是在直线中的运输。运输可以是直线的，或者可以沿曲线。例如，可买到直列系统已经按几条平行线、按圆圈、按U形排列而排列，或者按直线或U形排列竖向地堆叠。此外，运输可沿具有相同开始和结束点的封闭导轨或轨道，或者只能仅在一个方向上。术语“直列”当参考根据本讲授的运输机构时可以包括传送机型运输机构，如传送带，该传送带包括两个或更多个滚轮，该两个或更多个滚轮具有绕它们转动的连续带。在本发明中有用的另一些类型的系统处理构造包括在2009年8月26日提交的、标题为“System for Fabricating a Pattern on Magnetic Recording Media”的美国临时专利申请N0.61/237，141中发现的那些，该专利申请的内容通过参考由此包括在这里。
[0035]用于CVD (如MOCVD和HVPE)的已知设备和方法不适用于直线和直列处理系统。本讲授的设备和方法可以进行任何类型的CVD，如MOCVD和HVPE。在本讲授的一个方面，本讲授的设备和方法使用直列断续运输机构。这里所提到的术语“断续运输机构”是将基片和/或基片载体按断续步骤运输的运输机构。就是说，将基片和/或基片载体从在多腔室CVD处理系统中的一个CVD处理腔室运输到在多腔室CVD处理系统中的另一个CVD处理腔室，并且然后在进行CVD过程步骤的同时，在预设定时间段内，将基片和/或基片载体定位在它们的相应CVD处理腔室中的固定位置处。
[0036]图1示出的是根据本讲授的多腔室CVD系统100的一个实施例的侧视图。CVD系统100包括基片加载站102,如由Veeco Instruments Inc.0f Plainview, NY制造的自动机械搬运系统。基片加载站102典型地通到大气压力，在该处插入用于CVD处理的基片。闸阀将基片加载站102对接到基片运输机构104的输入部，该基片运输机构104布置在壳体106中，该壳体106包含多个外壳108，这些外壳108形成在多腔室CVD系统100中的沉积腔室110和152。在沉积腔室110和152的顶部处是气体流动凸缘300。气体流动凸缘300是典型地在MOCVD或CVD处理腔室中发现的流动进口元件。这样的气体流动凸缘典型地具有至少一个活性气体源，并且在一些情况下，具有载体气体、以及歧管和隔板和气体分配腔室，以保证朝向基片的方向的适当气体流动。适当气体流动凸缘的例子可在美国专利公报N0.2010/0143588中发现。在沉积腔室110和152的底部处是孔口 160，该孔口 160可装备有适当的泵、气体源、以及排出歧管，从而依据工艺条件或沉积腔室Iio和152是否要清除活性气体而将沉积腔室110和152加压或排空，从而外壳108可移动到凹口 170中，并且主轴140A和140B平移到其在系统100内的下个停止点。主轴140A和140B可以由各种连接器连接到基片运输系统104，这些连接器对于本领域的技术人员是已知的，像例如并且不限于机械连接器(例如，螺母和螺栓)、机电(例如，电磁销)联接、以及磁性联接。其它基片运输系统和这里描述的主轴可按类似样式连接。
[0037]用基片卸载站112从多腔室CVD系统100除去处理基片，该基片卸载站112定位在壳体106的端部处，该壳体106包含多个外壳108。基片卸载站112也可以是由VeecoInstruments Inc.0f Plainview, NY制造的自动机械搬运系统。基片卸载站112典型地通到大气压力，在该处在CVD处理之后除去基片。闸阀将基片卸载站112对接到基片运输机构104的输出上，该基片运输机构104布置在壳体106中，该壳体106包含多个外壳108，这些外壳108形成在多腔室CVD系统100中的沉积腔室110和152。基片加载站102和基片卸载站112也都可独立地从系统的其余部分泵清除。
[0038]存在有多个基片载体114A和114B，这些基片载体114A和114B能够沿运输机构104运动。在图1中所示的多腔室CVD系统100仅示出了两个基片载体，以将图面简化。在实际中，根据本讲授的多腔室CVD系统100将包括多个基片载体114A和114B，这些基片载体114A和114B被封闭在外壳108中，以形成多个沉积腔室110和152。一些CVD系统构造成，对于在基片上生长的每个层而言，设有一个沉积腔室。[0039]多个基片载体114A和114B与基片加载站102对接，从而基片可从基片加载站102转移到相邻基片载体114A和114B。多个基片载体114A和114B中的每一个基片载体分别包括接受器116A和116B，并且分别包括基片载体组件118A和118B。接受器116A和116B包括基础结构，该基础结构由在高温下具有高导热率的材料制成，从而使得热可以容易地从加热器122A和122B传递到基片。基片载体组件118A和118B包括台板和主轴140A和140B，该台板用来在用CVD的晶体取向附生层的生长期间保持至少一个基片，如半导体晶片，该主轴140A和140B支承接受器116A和116B，并且在这里所公开的一些情况下，通过使用加热器支架142A和142B而支承加热器122A和122B，这些加热器支架142A和142B例如可以是单根支承杆，或者这些加热器支架142A和142B可以是绕主轴140A和140B的套筒。在另一些实施例中，无接受器式晶片载体可以用来代替接受器116A和116B和台板，其中，热量从加热器122A和122B直接传递到晶片载体的底部，该晶片载体由在高温下具有高导热率的材料制成，从而使得热可以容易地从加热器122A和122B传递到基片。一种类型的无接受器晶片载体在美国专利N0.6，685，774中述及。在多个实施例中，多个基片载体114A和114B中的每一个基片载体包括一个台板，该台板支承多个基片，这些基片被同时处理。
[0040]根据本讲授的多腔室CVD系统包括多个加热器122A和122B，这些加热器122A和122B用来控制在基片的生长表面处的温度，这些基片定位在多个沉积腔室110和152中的每一个沉积腔室中，以维持所需的生长温度。多个加热器122A和122B中的一个加热器定位成与多个基片载体114A和114B中的每一个基片载体热接触。存在有多种可能类型的加热器，这些加热器可以用来控制在多个沉积腔室110和152中的每一个沉积腔室的生长表面处的温度。加热器122A和122B可以定位在外壳108的内部和/或外部。
[0041]例如，多个加热器122A和122B可以是电阻型加热器，如石墨加热器。这样的加热器将典型地放置在沉积腔室110和152的内部、靠近多个基片载体114A和114B中的每一个基片载体、并且与其热接触。在一个具体实施例中，三组直线电阻式加热器按两个半部排列，在两个半部之间具有间隙，该间隙用来通过主轴，这些主轴支承多个基片载体114A和114B。另外，多个加热器122A和122B可以是RF (射频)加热器，这些RF加热器将RF能量传递到在多个沉积腔室110和152中的各个基片中的每一个基片的生长表面。这样的加热器具有RF感应线圈，这些RF感应线圈定位在外壳108的内部或外部。来自灯(例如石英灯)的辐射能量也可以用于温度分布的加热或微调。
[0042]根据本讲授的一些多腔室CVD系统包括静止电阻式加热器元件，这些静止电阻式加热器元件成形成用以限定用于多个基片载体114A和114B的间隙或通路，以运输到多个外壳108之中和之外。例如，在一个具体实施例中，形成静止电阻式加热器，以限定两个半圆形加热器元件，这两个半圆形加热器元件限定用于多个外壳108的通路，以通到多个沉积腔室110和152之中和之外。通路足够宽，从而当多个基片载体正用运输机构104运输时，支承多个基片载体114A和114B的主轴自由地穿过在两个半圆形加热器元件之间的通路。
[0043]根据本讲授的其它多腔室CVD系统包括第一加热器和第二加热器，该第一加热器包括静止电阻式加热器元件，这些静止电阻式加热器元件成形成，限定用于多个基片载体114A和114B的间隙或通路，以运输到多个外壳108之中和之外，该第二加热器连结到基片载体114A和114B上。这些加热器可以是能被独立地控制的。连结到基片载体114A和114B上的加热器在基片载体114A和114B正被运输到下个沉积腔室的同时，可以用来加热基片或保持基片的所需温度。使用两个加热器，可以通过减小基片实现所需工艺温度花费的时间，而增大生产率。
[0044]图3A表示加热器122的例子(俯视图)，该加热器122在两个半部之间具有间隙，主轴可穿过该间隙。加热器元件130A和加热器元件130B分别由托架160A与162A和160B与162B连接到在腔室110和152内的任何不可移动的表面上。适当布线和其它加热器控制装置也穿过适当托架。间隙170充足地宽到足以允许主轴140A和140B随着它转移过在系统内的不同腔室而贯穿地运动。
[0045]图3B和图3C表示加热器122的例子，该加热器122可以使用加热器支架142 (未示出)连接到主轴140上。在图3B中，支架147和148将加热器122连接到另一个支架(未示出)上。适当布线和其它加热器控制装置也可以通过支架147和148。在图3C中，托架146将加热器122连接到加热器支架(未示出)上，使适当布线和其它加热器控制装置穿过加热器支架142 (未示出)到托架146。
[0046]图3D表示加热器190的另一个例子(俯视图)，该加热器190在两个半部之间具有间隙，主轴可穿过该间隙。加热器元件196A和加热器元件196B分别由托架192A与194A和192B与194B连接到在腔室110和152内的任何不可移动的表面上。适当布线和其它加热器控制装置也穿过对应托架。间隙170充足地宽到足以允许主轴140A和140B随着它转移过在系统内的不同腔室而贯穿地运动。
[0047]在另一个实施例中，基片本身用作为电阻式加热器。在这个实施例中，基片由一种材料建造并且具有一种厚度，这导致适用于电阻加热的电阻率。电源电气连接到基片上。调节由电源产生的电流，从而将基片加热到所需处理温度。本领域的技术人员将认识到，其它类型的加热器可以用来加热基片104。另外，根据本讲授的多腔室CVD系统可以包括多种类型的加热器，这些加热器可以定位在沉积腔室110和152的内部和/或外部，以将基片的生长表面加热到所需处理温度。
[0048]在本讲授的一些实施例中，多个基片载体114A和114B中的至少一个基片载体在处理期间将至少一个基片绕轴线转动。转速取决于具体过程，对于一些过程，转速高达
I,500rpms。在另一些实施例中，多个基片载体114A和114B中的至少一个基片载体在处理期间平移至少一个基片。在另外其它实施例中，多个基片载体114A和114B中的至少一个基片载体在处理期间转动和平移至少一个基片。在一个或更多个基片加载在行星轮上的同时，基片载体也可保持静止或直线地平移，该行星轮绕其轴线转动。基片载体可以是圆形的，使基片或行星轮按各种构造布置在载体上，或者在载体不转动的情况下，可以是矩形或正方形的。针对被处理的基片尺寸，对载体构造加以优化。按这种方式，典型地是圆形、正方形或矩形的并且尺寸范围从2"至12"的基片可以通过使用适当定尺寸和构造载体而处理。
[0049]多个外壳108中的每一个外壳构造成用以形成沉积腔室110和152之一，这些沉积腔室Iio和152包围多个基片载体114A和114B之一，以便保持独立环境。在独立环境中，化学气相沉积过程化学性质可作为CVD处理步骤而进行。在独立环境中的另一些情况下，可以进行退火或其它非化学气相沉积过程化学性质步骤。在根据本讲授的一些系统中，多个沉积腔室110和152中的每一个沉积腔室被设计和操作为用以进行在一系列CVD处理步骤中的多个处理步骤之一。在根据本讲授的另一些系统中，多个沉积腔室Iio和152中的每一个沉积腔室进行一个或更多个处理步骤，这些处理步骤可以是或可以不是与化学气相沉积过程化学性质相关的。
[0050]在多个实施例中，多个外壳108中的一个或更多个外壳包括物理外壳，如不锈钢外壳或玻璃钟形罩。本领域的技术人员将认识到，多种类型的材料可以用来形成物理外壳。在多个实施例中，用流体将多个外壳108中的每一个外壳加以冷却，以除去在沉积期间产生的热量。用于水或其它类型流体冷却的回路可以形成在多个外壳108中、或它们的周围。[0051 ] 在另一些实施例中，多个外壳108中的至少一个外壳包括气体帘幕(或气帘(purge)),该气体帘幕形成相应外壳的至少一个边界。在这些实施例中，相邻的各个气体帘幕可由处在真空下的区域分离。在真空下的区域除去在相邻沉积腔室110和152之间的工艺气体，从而在多个沉积腔室110和152中的每一个沉积腔室中保持相分离的过程化学性质。气体帘幕(或气帘)对于典型的GaN型反应器可以是H2、N2、NH3及/或它们的任意组合。对于其它ΠΙ/V族型反应器，诸如氢化物(例如，AsH3或PH3)之类的气体是有用的。为了减小在各外壳之间的过程交扰，在打开外壳之前，将在外壳内的压力平衡到整体腔室的压力。气体也可以继续流过在每个注入器内布置的选定注入器，以在载体从一个站转移到另一个站的同时，保持防止基片的不利退化所需的气体环境。
[0052]在另一些实施例中，一个或更多个气体帘幕用在多个外壳108中的至少两个外壳之间。这样的气体帘幕可以用来防止在一个沉积腔室中用过的工艺气体进入另一个沉积腔室中，从而在多个沉积腔室Iio和152中的每一个沉积腔室中保持相分离的过程化学性质。在另一些实施例中，气体帘幕可用在多个沉积腔室110和152的至少两个之间的区域中。随着基片穿过气体帘幕移动到下个沉积腔室，气体帘幕可以用来从基片除去残余工艺气体。
[0053]各外壳依据操作模式可同步或异步地操作。在级联模式中，载体可移动到最后站中，之后从最后的站除去载体，并且过程穿过站波动。在另一种模式中，全部载体从一个站同步地移动到下个站。在又一种模式中，卸载最后站，并且然后剩余载体同步地换到下个站。另一些操作模式也是可能的，在这些操作模式中，载体在腔室之间双向地运动，从而一组连续腔室用来完成生长的一部分，而另一组用来完成生长的另一部分。最佳操作模式取决于过程和生产率。
[0054]多个外壳中的每一个外壳包括至少一个气体输入端口，该至少一个气体输入端口联接到至少一个CVD工艺气体源上，从而至少一个气体输入端口将至少一种工艺气体注入到相应沉积腔室110和152中。气体流动凸缘300 (图2Α和2Β)可以包括多个气体输入端口，这些气体输入端口包括高温气体输入端口，这些高温气体输入端口可以用来注入在750C以上的温度下的CVD工艺气体，这些CVD工艺气体可供根据本讲授的多腔室CVD系统使用。沉积腔室110和152的壁可被加热到气体输入端口温度或其以上的温度。高气体输入端口温度的使用允许比较低基片载体转速、比较高操作压力、比较小流量、或希望基片载体转速、操作压力、以及气体流量的某种组合的使用。流动凸缘的不同构造可以用在每个外壳内。例如，这些可以包括流动凸缘，这些流动凸缘为转动盘反应器、封闭联接喷头反应器、交叉流动行星轮反应器、空间或时间调制原子层晶体取向附生反应器、等离子或热金属丝CVD反应器而构造。总体而言，可以使用任何反应器类型，该反应器类型与直列实施是可兼容的。这允许混合和匹配策略，在该混合和匹配策略中，最好适当反应器构造用于特定生长步骤。在本发明中有用的其它类型的反应器设计和基片载体设计包括在2011年4月7日提交的、标题为“Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy System and Process”的美国临时专利申请N0.61/472,925中发现的那些，该专利申请的内容通过参考由此包括在这里。
[0055]CVD工艺气体可被布置成接近多腔室CVD系统100，或者可布置在远程位置中。在多个实施例中，多个CVD气体源，如MOCVD气体源，可以用来通过气体分配歧管连接到多个沉积腔室110和152中的每一个沉积腔室的气体输入端口上。多腔室沉积系统100可容易地构造成，通过构造气体分配歧管而改变沉积的材料结构。气体分配歧管可在歧管处手动地构造，或者可以通过致动电气操作阀和螺线管远程地构造。这样一种设备良好地适用于研究和柔性生产环境，因为它可容易地构造成用以改变沉积材料结构。为全部沉积腔室提供源气体的共享组件，减少了元件数量和成本，同时增进了对于全部腔室的源气体输送的一致性。这样一种组件也允许共享昂贵元件，如直列净化器和过滤器。系统也可以包括冗余站，该冗余站充分地构造有源气体，该冗余站在各站之一失效的情况下可用作备用站。冗余站将允许在基片上全部过程步骤的完成，这些基片当前加载到系统中。在已经清除在过程中的工作(WIP)之后，可维修受影响的站。运输系统可以包括旁通失效站的装置。多种其它已知系统结构特征可在这个系统上实施，当各站之一失效时，这些已知系统结构特征用来恢复WIP。
[0056]气体输入端口可以包括气体分配喷嘴，该气体分配喷嘴基本上防止CVD气体反应，直到CVD气体到达多个基片的表面。这样的气体分配喷嘴构造成用以基本上防止工艺气体的反应远离在沉积腔室110和152中的多个基片的表面而发生，由此防止反应副产品嵌到材料(该材料沉积到被处理的基片的表面上)中。
[0057]而且，多个外壳108中的每一个外壳包括至少一个排出端口，以除去工艺气体和反应副产气体。在一个实施例中，环形排出端口 120用来除去工艺气体和反应副产气体。至少一个排出端口 120联接到排出歧管上。真空泵联接到排出歧管上。真空泵排空排出歧管，由此产生压力差，该压力差从多个沉积腔室110和152中除去工艺气体和反应副产气体。排出端口也构造成用以基本防止工艺气体的反应远离在沉积腔室110和152中的基片的表面而发生，由此防止沉积薄膜的污染。依据用于每个腔室的气体负载，排出泵也可跨过多个腔室共享，条件是没有交扰，并且排出的气体彼此相容。
[0058]运输机构104将多个基片载体114A和114B中的每一个基片载体按离散步骤运输到多个外壳108中的每一个外壳，这些离散步骤允许在预设定时间内在多个外壳108中的每一个外壳中进行一个或更多个处理步骤。存在有许多用来按离散步骤在多个沉积腔室110和152之间运输多个基片载体114A和114B的装置、和根据本讲授的类型的运输机构。例如,根据本讲授的一种类型的运输机构将多个基片载体114A和114B中的每一个基片载体沿着导轨运输到多个外壳108中的每一个外壳。根据本讲授的另一种类型的运输机构将多个基片载体114A和114B中的每一个基片载体在轨道上运输到多个外壳108中的每一个外壳。根据本讲授的另一种类型的运输机构将多个基片载体114A和114B中的每一个基片载体用传送机型运输机构运输到多个外壳108中的每一个外壳,该传送机型运输机构例如使用传送带。在这样的运输系统中，也可以包括带、推杆、以及磁性耦合驱动器(如磁性直线马达)的导轨、轨道或传送系统可设计成能够将电力提供给多个加热器122A和122B。另外，在这样的运输系统中，可以从导轨、轨道或传送系统提供气体，该气体用于气动操作元件，如用于基片载体114A和114B的转动和/或平移组件。
[0059]在图1中所示的运输机构104在从第一外壳到第二外壳的路径中移动基片载体114A和114B。在实际中，将典型地设有多于两个基片载体114A和114B和外壳108，这些基片载体114A和114B和外壳108形成多于两个沉积腔室110和152。在各个实施例中，运输机构104可在直线方向上或在曲线方向上运输基片载体。运输机构运输多个基片载体114A和114B的路径可以是敞开路径，其中，开始和结束在不同物理位置处，使直的或弯曲的路径在开始和结束位置之间。可选择地，运输机构104运输多个基片载体114A和114B的路径可以是闭合路径，其中，路径的结束位置返回到在单个位置处的路径的开始位置。在各个实施例中，闭合路径可以是非直线路径，该非直线路径例如并且不限于圆形、椭圆形、或连续轨道(例如，坦克履带)形。
[0060]在多个实施例中，运输机构104将基片载体114A和114B在一个方向上运输过多腔室CVD沉积系统。然而,在另一些实施例中,运输机构将基片载体114A和114B在第一方向上运输过多腔室CVD沉积系统,并且然后在第二方向上返回运输过多腔室CVD沉积系统100,该第二方向与第一方向相反。
[0061]在图1中所示的实施例中，设有用来将基片插入到多腔室CVD系统100中以便处理的一个基片加载/卸载站102、和用来在处理之后从多腔室CVD系统100中除去处理基片的另一个基片加载/卸载站112。在根据本讲授的多腔室CVD系统100中-该多腔室CVD系统100包括闭合路径，可以设有单个基片加载/卸载站，该单个基片加载/卸载站将基片插入到多腔室CVD系统100中以便处理，并且在处理之后从多腔室CVD系统100中除去处理基片。在多个实施例中，来自基片加载/卸载站102、112的基片搬运由机器人运输机构自动化。加载和卸载站也可起作用，以依据工艺要求为了维修或清洁从系统中除去载体/将载体添加到系统中。例如，对于As/P基材料的MOCVD生长，在必须清洁之前，载体可再用多次，而在每个沉积循环之后的清洁对于GaN基材料的生长是必要的。另外，可以设有一个或更多个接近站或端口，从而使用者可以接近台板、或晶片载体，以便除去/更换和/或任何其它种类的调整。
[0062]根据本讲授的一些多腔室CVD系统包括运输机构,该运输机构包括一些加热器，这些加热器定位成密切靠近基片载体114A和114B并且与它们成整体，从而它们与基片的生长表面热连通。在这样的系统中，加热器122A和122B与基片载体114A和114B—道运动。用于与基片载体114A和114B成整体的电阻式加热器的电力可由运输机构提供，或者可由可移动式电缆提供。
[0063]在根据本讲授的一些系统中，多个外壳中的至少一个外壳包括至少一个现场测量装置124。在一些系统中，多个外壳中的至少一个外壳可以包括高温计，该高温计在沉积期间测量在基片(这些基片定位在多个基片载体114A和114B上)的生长表面处的温度。生成温度测量可以用来将反馈提供给加热器控制电路，以便在基片的生长表面处保持希望生长温度。而且，在一些系统中，多个外壳110和152中的至少一个外壳包括反射计，该反射计测量沉积薄膜的厚度和/或生长速率。反射计可提供反馈信号，该反馈信号控制各种沉积参数，如在基片的生长表面处的温度、工艺气体流量、以及在沉积腔室110和152中的压力。另外的现场测量装置124包括通常用在半导体工业中的其它测量学工具，这些测量学工具包括例如偏转器(该偏转器用来在沉积期间测量晶片的曲率)、椭圆计、光致发光频谱仪、反射计、组合式高温计/反射计、组合式偏转器/反射计/温度工具、以及电致发光频谱仪等。组合式高温计/反射计可以是例如在美国专利N0.6，349，270中公开的那种。组合式偏转器、反射计、以及温度工具可以是从Veeco Instruments购得的DRT-210现场过程监视器。
[0064]图2A示出的是根据本讲授的沉积腔室200的一个实施例的侧视图，其中，沉积腔室200通过在基片载体204上移动外壳202而形成。在这个实施例中，基片载体204在竖向方向上固定。例如，基片载体204可连结到轨道、导轨、或传送机型运输系统上，该轨道、导轨、或传送机型运输系统也可以包括带、推杆、以及磁性耦合驱动器，如磁性直线马达，这些带、推杆、以及磁性耦合驱动器将基片载体204 (由主轴240支承)在水平方向上运输通过多腔室CVD系统100 (图1)。执行器206将外壳202在竖向方向上在基片载体204上移动，以形成沉积腔室208。外壳202与运输系统210对接，以形成密封，该密封将过程化学性质包含在沉积腔室208中。在一些系统中，运输系统210包括气体密封，该气体密封形成在运输系统104的顶部上或其顶部表面中。在一个具体实施例中，运输系统210是传送机型运输系统，该传送机型运输系统包括ο形圈型凹槽，该ο形圈型凹槽形成在顶部表面中，在该处外壳202的底部边缘与ο形圈型凹槽直接接触，以压紧ο形圈、凸缘或垫片，由此形成气体密封，该气体密封基本将工艺气体包含在沉积腔室208中。
[0065]图2B示出的是根据本讲授的沉积腔室250的一个实施例的侧视图，其中，通过将基片载体252移动到外壳254中而形成沉积腔室250。在这个实施例中，外壳254由不可移动的前部、后部及侧部壁以及顶板形成，该顶板由气体流动凸缘300限定。诸如外壳254之类的外壳可以定位在组装区域内的各个位置处，并且它们在竖向和水平方向上都固定，从而是垂直和水平的。执行器262将基片载体252在水平方向上移动，直到基片载体252在外壳254下方适当地对准。然后，执行器256将基片载体252在竖向方向上移动到外壳254中，以形成沉积腔室258。在一些系统中，支承基片载体252的主轴260在竖向方向上移动到外壳254中，以形成沉积腔室258。在这些系统中，运输系统262可以是固定位置。而且，在一些系统中，支承基片载体252的运输系统262在竖向方向上移动，从而将基片载体252定位到外壳254中，以形成沉积腔室258。外壳254与运输系统260对接，以形成密封，该密封将过程化学性质包含在沉积腔室258中。运输系统260包括气体密封，如ο形圈、凸缘或垫片，该气体密封形成在运输系统260的顶部上或其顶部表面中，该气体密封基本包含工艺气体。
[0066]再参照图1，本领域的技术人员将认识到，存在有用来包围多个基片载体114A和114B和根据本讲授的构造的各种其它装置，其中，多个外壳108和多个基片载体114A和114B对接，以形成多个沉积腔室110和152。例如，在一种构造中，多个外壳108中的至少一个外壳和多个基片载体114A和114B中的相应一个基片载体都相对于彼此是可运动的，以便形成多个沉积腔室110和152中的至少一个沉积腔室。
[0067]图4表示在图1中所示的实施例的侧视图，其中，将外壳108升高到凹口 170中。在这样做时，腔室110和152已经清除了反应气体，并且在壳体106内的压力已经被平衡，从而基片载体114A和114B、以及它们的相应接受器116A和116B、基片载体组件118A和118B、主轴140A和140B、以及在一些情况下的加热器122A和122B、以及加热器支架142A和142B，可由运输机构104在壳体106中移动到在所需过程中的下个步骤。
[0068]图5示出的是在另一种特定模式中在图1中的多腔室CVD系统的实施例的侧视图。该侧视图表示，基片载体114B、以及其相应接受器116B、基片载体组件118B、主轴140B、以及在一些情况下的加热器122B、以及加热器支架142B已经从沉积腔室152移动到基片卸载站112中，并且基片载体114A、以及其相应接受器116A、基片载体组件118A、主轴140A、以及在一些情况下的加热器122A、以及加热器支架142A已经从沉积腔室110移动到沉积腔室152中以便进一步处理。
[0069]图6表示本讲授的实施例的侧视图，其中，沉积腔室1、i+1、i+2及i+3已经清除了工艺气体，并且在这些区域中的压力已经平衡。如果希望，气体帘幕可用在沉积腔室i与i+1、i+1与i+2、以及i+2与i+3之间，如果即使载体(一个或更多个)正在移动到腔室之一外某些工艺条件也必须保持。多个基片载体1141、114i+l、以及114i+2 ;以及其相应接受器1161、116i+l、以及116?+2 ;基片载体组件1181、118i+l、以及118?+2 ;主轴1401、140i+l、以及140i+2 ;以及在一些情况下的加热器1221、122i+l、以及122i+2 ;以及加热器支架1421、142i+l、以及142i+2在过程中由基片运输机构104分别从沉积腔室1、i+1、以及i+2移动。在这种情况下，将外壳1081、108i+l、108i+2及108i+3已经升高到它们的相应凹口 1701、170i+l、170i+2、以及170i+3中。一旦基片载体114在其下一个沉积腔室内适当地对准；例如，在腔室i+Ι中的基片载体1141、以及接受器1161、基片载体组件1181、主轴1401、以及在一些情况下的加热器1221、以及加热器支架1421、在腔室i+2中的基片载体114?+1、以及接受器116i+l、基片载体组件118?+1、主轴140i+l、以及在一些情况下的加热器122i+l、以及加热器支架142i+l、以及在腔室i+3中的基片载体114i+2、以及接受器116i+2、基片载体组件118i+2、主轴140i+2、以及在一些情况下的加热器122i+2、以及加热器支架 142i+2、外壳 1081、108i+l、108i+2、以及 108i+3 可降低到凹口 1701、170i+l、170i+2、以及170i+3外，以密封腔室1、i+l、i+2及i+3，从而可以进行在所需过程中的下一个沉积步骤。 [0070]在根据本讲授的CVD处理系统中使用的工艺气体可相对于基片载体按任何角度注入到沉积腔室中。根据本讲授的一些CVD处理系统在竖向方向上注入工艺气体，该竖向方向与基片载体的表面基本垂直。在这些系统中，工艺气体可经这里所讨论的气体流动凸缘300注入。在根据本讲授的其它CVD处理系统中，在水平方向上注入工艺气体，其中，气体在与基片载体的表面基本相平行的方向上流动。例如，本讲授的CVD处理系统的一个具体实施例使用水平或平行气体注入系统，如在图7A和7B中描绘的那样。
[0071]图7A示出的是根据本讲授的沉积腔室400的一个实施例的侧视图，其中，通过将外壳402在基片载体304上移动而形成沉积腔室400。在这个实施例中，基片载体304在竖向方向上固定。例如，基片载体304可连结到轨道、导轨、或传送机型运输系统上，该轨道、导轨、或传送机型运输系统也可以包括带、推杆、以及磁性耦合驱动器，如磁性直线马达，这些带、推杆、以及磁性耦合驱动器将基片载体304 (由主轴340支承)在水平方向上运输过多腔室CVD系统100 (图1)。执行器406将外壳402在竖向方向上在基片载体304上移动，以形成沉积腔室308。外壳402与运输系统310对接，以形成密封，该密封将过程化学性质包含在沉积腔室308中。在一些系统中，运输系统310包括气体密封，该气体密封形成在运输系统310的顶部上或其顶部表面中。在一个具体实施例中，运输系统310是传送机型运输系统，该传送机型运输系统包括ο形圈型凹槽，该ο形圈型凹槽形成在顶部表面中，在该处外壳402的底部边缘与ο形圈型凹槽直接接触，以压紧ο形圈、凸缘或垫片，由此形成气体密封，该气体密封基本将工艺气体包含在沉积腔室308中。
[0072]板420包含足够数量的水平安装管，例如管412、414、以及416 (不是所有管都被标记)，这些管可放置在离基片载体308的顶部的适当距离处。依据在沉积腔室308内的布置，依据在腔室308中进行的MOCVD过程，管412、414、以及416中的每根管可以携带前体气体或载体气体。在多种情况下，携带惰性气体的管将放置在携带载体气体的管与携带反应气体的管之间。配置在管的底部处的孔或缝隙允许气体流向载体304，这些孔或缝隙面向基片载体304的顶部表面。
[0073]图7B示出的是在图7A中所示的沉积腔室(使多个腔室部分除去)的颠倒视图(在如图7A所不的A方向上)。沉积腔室的颠倒视图表不板420的一个实施例,该板420具有管412、414、以及416。在管412、414、以及416中的箭头表示其中气体流动的总体方向。本领域的技术人员将认识到，气体的定向流动可依据进行的具体CVD过程而变化。气体按适当流量排放，从而随着基片载体304转动，使所需的晶体取向附生结构生长在晶片上。为了增进在水平模式中晶体取向附生结构生长的均匀性，晶片一般必须绕它们的轴线按行星运动而转动，其中，在使晶片绕其本身(在它们的晶片基座内)按第二速率转动的同时第一速率转动晶片载体，晶片安置在该晶片载体上，由此产生在晶片载体中晶片的行星运动。这样的系统已经建议使用行星齿轮系统，马达驱动晶片载体和放置在其上的晶片。本领域的技术人员将认识到，在某些情况下，基片载体304不需要转动。
[0074]图8示出的是根据本讲授的水平流动气体注入CVD系统500的另一种变形的立体俯视图。水平流动气体注入器500可以用来代替或补充由板420和管412、414、以及416提供的气体流动。CVD系统500包括圆形气体注入器504、506、以及508，这些圆形气体注入器504,506,以及508在台板510的平面中注入前体气体和惰性气体(即，进入过程腔室中的水平流动)。第一圆形气体注入器504联接到第一前体气体源512上。第二圆形气体注入器506联接到惰性气体源514上。第三圆形气体注入器508联接到第二前体气体源516上。在一些情况下，第一和第三圆形气体注入器504、508也联接到载体气体源上。第一圆形气体注入器504在第一水平区域518中注入第一前体气体。第三圆形气体注入器508在第二水平区域520中注入第二前体气体。圆形电极522定位在第一水平区域518中，从而第一前体气体分子与圆形电极522相接触地或靠近其流动。物理或化学隔板可以定位在第一和第二水平区域518、520之间，以便将圆形电极522与第二前体气体分子的流动隔离。
[0075]在一些情况下,将挡板定位在圆形电极522上方，以基本防止第一前体气体分子随着它们流到台板510由电极522热活化。在一些情况下，气体帘幕用来分离第一和第二水平区域518、520。在这些系统中，第二圆形气体注入器506按基本防止第二前体气体分子由圆形电极522活化的图案，在第一和第二水平区域518、520之间注入惰性气体。
[0076]操作CVD系统500的方法包括:用第一圆形气体注入器504注入第一前体气体；以及用第三圆形气体注入器508注入第二前体气体。惰性气体在第一和第二水平区域518、520之间用第二圆形气体注入器506注入，以形成化学隔板，该化学隔板防止第二前体气体分子由圆形电极522活化。当圆形电极522由电源220供电时，圆形电极522将由第一圆形气体注入器504注入的第一前体气体分子热活化，这些第一前体气体分子与圆形电极522相接触地或密切靠近其流动。活化第一前体气体分子和第二前体气体分子然后在基片524的表面上流动，由此反应形成晶体取向附生层。如必要的话，也可以添加冲洗气体(例如，与外壳相邻、或在载体下面)，以保持这些区域没有寄生沉积。寄生沉积会导致记忆效应、颗粒污染、流动堵塞、以及有害积累，这些问题全部都是对于CVD而言不合期望的副效应。
[0077]图9示出的是根据本讲授的水平流动气体注入CVD系统的另一种变形的侧视图。基片载体182包括接受器186和基片载体组件184。基片载体182是以上所讨论的行星型载体，并且典型地由在高温下具有高导热率的材料制成，从而使得热可以容易地从加热器192传递到基片，该基片载体182包括接受器186和基片载体组件184。主轴140支承接受器186，并且主轴140连接到运输机构104上，如上文中论述的那样。腔室198通过将基片载体184移动到外壳190中而形成，该外壳190由不可移动的前部、后部及侧部壁以及顶板形成，该顶板由多区喷头188限定。诸如外壳190之类的外壳可以定位在组装区域内的各个位置处，并且它们在竖向和水平方向上都固定，从而是垂直和水平的。
[0078]外壳190表示在成形位置中。类似于在图2B中公开的实施例，执行器104将基片载体182在水平方向上平移，直到基片载体182在外壳190下方适当地对准。然后，执行器(未示出)将基片载体182在竖向方向上移动到外壳190中，以形成沉积腔室198。这种系统也可按另外的方式运动，如以上关于图2B讨论的那样。将适当密封件放置就位，以防止工艺气体的泄漏。
[0079]作为这种系统的部分，表示工艺气体的两种不同布置，并且本领域的技术人员将认识到，存在有用来将壳体气体按水平样式引入到腔室198中的多种其它布置。工艺气体可从在注入器222处的装置194进入腔室，该装置194包含三种气体A、B、以及C。排气管180对中地布置在腔室198上，并且被加热，从而防止或减少气相成核，并且帮助避免在腔室内的气体流动停滞。工艺气体也可从在注入器224处的装置196进入腔室，该装置196包含三种气体D、E、以及F。注入器222或224是三区周缘型注入器，这些三区周缘型注入器可提供工艺气体的受控预混合、氨以及其它惰性气体的预加热，并且保证气体从腔室臂到腔室中心的径向流动。
[0080]在一些系统中，可能便利的是，使一种前体或载体气体在对于载体表面基本垂直的方向上注入，并且使另一种前体或载体气体在对于载体表面基本平行的方向上注入。
[0081]本讲授的多腔室沉积系统的一个特征是，它可以具有非常高生产率，并因此，它特别适于批量生产用途。可以得到高生产率，因为多个沉积腔室中的每一个沉积腔室可优化成，使特定层结构生长到特定厚度。在加热器122A和122B固定在沉积腔室110和152内部或接近其的实施例中，加热器122A和122B可在狭窄温度范围中操作，该狭窄温度范围将基片的生长表面加热到它们的所需温度。在这样的系统中，可以使生长表面达到它们的所需生长温度花费的时间最小化。
[0082]本讲授的多腔室沉积系统的另一个特征是，它能够被容易地重新构造以便沉积不同材料层结构，并且这里它也非常适用于研究和试验环境。本讲授的多腔室沉积系统的另一个特征是，系统是高度可重复的，因为各个基片中的每一个基片暴露于基本相同的工艺条件。用于每个腔室的内在过程稳定性得以增强，因为规定每个腔室具有过程步骤的子组。在本讲授的直列结构中，可以基本上避免交扰和记忆效应一当在同一腔室中进行不同步骤(这些不同步骤对来自以前步骤的残余气体污染敏感)时，会产生这些交扰和记忆效应。
[0083]本讲授的多腔室沉积系统的又一个特征是，系统可容易地构造成能够在多个沉积腔室110和152中进行在基片上沉积的层的现场特征化。本领域的技术人员将认识到，多种类型的现场测量装置可以用来在多个沉积腔室110中或在多个沉积腔室110和152之间将沉积薄膜特征化。通过包括短段(该短段包括现场测量装置)，随着基片正在跨过多个腔室通过也可以进行测量。
[0084]总体而言，根据本讲授的一种使用多腔室化学气相沉积系统在基片上形成多个晶体取向附生层的方法，包括在第一位置处包围第一可转动式基片载体以形成第一沉积腔室，该第一可转动式基片载体包括至少一个基片，该第一沉积腔室保持第一独立环境，该第一独立环境可以是化学气相沉积过程化学性质环境。包围第一基片载体以形成第一沉积腔室可以包括使外壳在第一基片载体上移动，以在第一沉积腔室的内部隔离第一化学气相沉积过程化学性质。包围第一基片载体以形成第一沉积腔室也可以包括将第一基片载体移动到外壳或腔室中，以在第一沉积腔室的内部隔离第一化学气相沉积过程化学性质。可选择地，包围第一基片载体以形成第一沉积腔室可以包括形成气体帘幕，以隔离第一化学气相沉积过程化学性质。
[0085]在具有第一化学气相沉积过程化学性质的在第一位置处的第一沉积腔室中，在至少一个基片上生长第一晶体取向附生层。可以使用用来在至少一个基片上生长第一晶体取向附生层的任何装置。在第一沉积腔室的内部或外部定位的加热器用来加热至少一个基片的生长表面。将至少一种CVD工艺气体按由化学气相沉积导致所需薄膜的沉积的流量，提供给第一沉积腔室。至少一种CVD工艺气体可以是至少一种MOCVD气体。
[0086]将第一基片载体在第一晶体取向附生层生长之后运输到第二位置。在一些方法中，与第一基片载体相关联的加热器与第一基片载体一起运输。第一基片载体可由多种装置运输，如通过沿着轨道、导轨或传送机型机构的运输，该轨道、导轨或传送机型机构也可以包括带、推杆、以及磁性耦合驱动器，如磁性直线马达。然后将第一基片载体包围，以形成第二沉积腔室，该第二沉积腔室保持第二独立化学气相沉积过程化学性质。
[0087]在具有第二独立化学气相沉积过程化学性质的在第二位置处的第二沉积腔室中，在第一晶体取向附生层的顶部上生长第二晶体取向附生层。可以使用用来在至少一个基片上生长第二晶体取向附生层的任何装置。在第二沉积腔室的内部或外部定位的加热器用来加热至少一个基片的生长表面和CVD工艺气体。
[0088]也可能的是，在每个运输序列内，就是说，在将基片载体(加载有基片)从一个腔室移动到另一个腔室之前，在每个腔室中沉积多个晶体取向附生层、或各层的堆叠。
[0089]将至少一种CVD工艺气体按由化学气相沉积导致所需薄膜的沉积的流量，提供给第二沉积腔室。至少一种CVD工艺气体可以是至少一种MOCVD气体。方法可以包括构造气体分配歧管，以将所需CVD气体提供给第一沉积腔室和第二沉积腔室的每一个。
[0090]使用多腔室化学气相沉积系统在基片上形成多个晶体取向附生层的方法用第二可转动式基片载体继续。包围在第一位置处的第二可转动式基片载体以形成第一沉积腔室，该第二可转动式基片载体包括至少一个基片，该第一沉积腔室保持第一独立化学气相沉积过程化学性质。然后在具有第一独立化学气相沉积过程化学性质的在第一位置处的第一沉积腔室中，在基片上生长第一晶体取向附生层，这些基片定位在第二基片载体上。在第一基片载体和第二基片载体上的至少一个基片典型地被同时地处理。
[0091]方法继续，使第一基片载体在第二晶体取向附生层生长之后运输到第三位置。然后在第三位置处包围第一可转动式基片载体以形成第三沉积腔室，该第一可转动式基片载体包括至少一个基片，该第三沉积腔室保持第三独立化学气相沉积过程化学性质。在一些方法中，与第三基片载体相关联的加热器与第三基片载体一起运输。将第二可转动式基片载体运输到第二位置，在该处将它包围以形成第二沉积腔室，该第二沉积腔室保持第二独立化学气相沉积过程化学性质。将第三可转动式基片载体运输到第一位置，在该处将它包围以形成第一沉积腔室，该第一沉积腔室保持第一独立化学气相沉积过程化学性质。第一、第二、以及第三基片载体的运输可同时地进行。另外，沉积可在第一、第二、以及第三沉积腔室中同时地进行。这种方法对于以后和添加的基片载体继续。如以前讨论的那样，可能不是全部腔室都是类似的或用于CVD过程。一些腔室可以只专用于载体的焙烧/加热、在过程步骤之前或以后的退火、在过程序列的结束处的冷却、或在过程步骤之前或以后的表面改性步骤。
[0092]在根据本讲授的其它方法和系统中，基片载体不是可转动式载体。本领域的技术人员将认识到，在这样的系统中或通过按照以上叙述的本讲授的这样的方法如何沉积和生长晶体取向附生层。
[0093]在根据本讲授的一些方法中，在沉积期间进行沉积材料层性质的现场测量。例如，在生长第一和第二晶体取向附生层至少一个的同时可以进行现场高温测定，以监视在基片的表面处的生长温度。另外，可以进行现场反射测量，以测量沉积薄膜的薄膜厚度和/或生长速率。
[0094]等效物
[0095]尽管与各个实施例一道描述了本 申请人:的讲授，但打算的是，本 申请人:的讲授不限于这样的实施例。相反，本 申请人:的讲授包容各种可选择例、修改、以及等效物，如由本领域的技术人员将认识到的那样，在本 申请人:的讲授中可以形成这样的可选择例、修改、以及等效物，而不脱离讲授的精神和范围。
【权利要求】
1.一种多腔室CVD处理系统，包括: a.多个基片载体，每个基片载体用于支承至少一个基片； b.多个外壳,所述多个外壳中的每一个外壳构造成用以形成一个沉积腔室，该沉积腔室包围所述多个基片载体中的一个基片载体，以保持用来执行处理步骤的独立环境；以及 c.运输机构，所述运输机构按离散步骤将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳，这允许在所述多个外壳中在预设定时间内执行处理步骤。
2.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，它还包括多个加热器，所述多个加热器中的每一个加热器与所述多个外壳中的每一个外壳相对应。
3.根据权利要求2所述的多腔室CVD系统，其中，当所述多个基片载体中的每一个基片载体由所述多个外壳包围时，所述多个加热器中的每一个加热器接近所述多个基片载体中的每一个基片载体。
4.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统,其中,所述多个外壳中的至少一个外壳包括物理外壳。
5.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个外壳中的至少一个外壳能够相对于所述多个基片载体中的至少一个基片载体而运动，以形成所述多个沉积腔室中的至少一个沉积腔室。
6.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体能够相对于所述多个外壳中的至少一个外壳而运动，以形成所述多个沉积腔室中的至少一个沉积腔室。
7.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个外壳中的至少一个外壳和所述多个基片载体中的相应一个基片载体都能够运动，以形成所述多个沉积腔室中的至少一个沉积腔室。
8.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个外壳中的至少一个外壳包括气体帘幕，该气体帘幕形成相应外壳的至少一个边界。
9.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统,其中,所述多个外壳中的至少一个外壳包括现场测量装置。
10.根据权利要求9所述的多腔室CVD系统，其中，所述现场测量装置选自高温计、反射计、偏转器、椭圆计、光致发光频谱仪、组合式高温计/反射计、组合式偏转器/反射计/温度工具、以及电致发光频谱仪。
11.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构还包括多个加热器，所述多个加热器中的每一个加热器接近所述多个基片载体中的每一个基片载体。
12.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构沿着导轨将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
13.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构沿着轨道将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
14.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构使用传送机将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
15.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构在直线路径中将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
16.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构在非直线路径中将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
17.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构在圆形路径中将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
18.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构在椭圆形路径中将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
19.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构与自动基片搬运机构相联接，该自动基片搬运机构执行下列动作中的至少一种动作:将基片加载到所述多个基片载体上、以及从所述多个基片载体卸载基片。
20.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体是可转动式基片载体。
21.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体包括一接受器和一基片载体。
22.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体是无接受器式基片载体。
23.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体是行星运动式载体 。
24.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，它还包括气体分配注入器，该气体分配注入器注入至少一种前体气体，其中，至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致垂直的方向流过所述注入器。
25.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，还包括气体分配注入器，该气体分配注入器注入至少一种前体气体，其中，所述至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致平行的方向流过所述注入器。
26.根据权利要求1所述的多腔室CVD系统，还包括气体分配注入器，该气体分配注入器注入至少一种前体气体，其中，至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致垂直的方向流过所述注入器，并且其中，至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致平行的方向流过所述注入器。
27.一种多腔室CVD处理系统，包括: a.多个基片载体，每个基片载体用于支承至少一个基片； b.多个外壳,所述多个外壳中的每一个外壳构造成用以形成一个沉积腔室，该沉积腔室包围所述多个基片载体中的一个基片载体，以保持用来执行处理步骤的独立环境； c.多个加热器，所述多个加热器中的每一个加热器将所述多个基片中的相应一个基片加热到用来执行处理步骤的所需处理温度；以及 d.运输机构，所述运输机构按离散步骤将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳，这允许在所述多个外壳中在预设定时间内执行处理步骤。
28.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构还包括多个加热器，所述多个加热器中的每一个加热器接近每个基片载体。
29.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个加热器中的至少一个加热器定位在所述多个沉积腔室中的相应一个沉积腔室的内部、并且接近所述基片载体。
30.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个加热器中的至少一个加热器具有第一部分和第二部分，该第一部分定位在所述多个沉积腔室中的相应一个沉积腔室的内部、并且接近所述基片载体，该第二部分定位在所述多个沉积腔室中的相应一个沉积腔室的外部。
31.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构将所述多个加热器中的至少一个加热器与所述多个基片载体中的相应一个基片载体一起运输。
32.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个加热器中的每一个加热器包括第一段和第二段，所述第一段和第二段限定用来使所述多个基片载体通过的间隙。
33.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个加热器中的至少一个加热器包括电阻式加热器。
34.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个加热器中的至少一个加热器包括加RF加热器。
35.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体是可转动式基片载体。
36.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体包括一接受器和一基片载体。
37.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体是无接受器式基片载体。
38.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体是行星运动式载体。
39.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统,其中,所述多个外壳中的至少一个外壳包括现场测量装置。
40.根据权利要求39所述的多腔室CVD系统，其中，所述现场测量装置选自高温计、反射计、偏转器、椭圆计、光致发光频谱仪、组合式高温计/反射计、组合式偏转器/反射计/温度工具、以及电致发光频谱仪。
41.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构使用轨道、传送机、导轨、坦克履带、或其任意组合之一，将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
42.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构在直线路径中将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
43.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构在非直线路径中将所述多个基片载体中的每一个基片载体运输到所述多个外壳中的每一个外壳。
44.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，其中，所述运输机构与自动基片搬运机构相联接，该自动基片搬运机构执行下列动作中的至少一种动作:将基片加载到所述多个基片载体上、以及从所述多个基片载体卸载基片。
45.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，还包括气体分配注入器，该气体分配注入器注入至少一种前体气体，其中，所述至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致垂直的方向流过所述注入器。
46.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，还包括气体分配注入器，该气体分配注入器注入至少一种前体气体，其中，所述至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致平行的方向流过所述注入器。
47.根据权利要求27所述的多腔室CVD系统，还包括气体分配注入器，该气体分配注入器注入至少一种前体气体，其中，至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致垂直的方向流过所述注入器，并且其中，至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致平行的方向流过所述注入器。
48.一种使用多腔室化学气相沉积系统在基片上形成多个晶体取向附生层的方法，所述方法包括: a.在第一位置处包围第一基片载体以形成第一沉积腔室，该第一基片载体包括至少一个基片，该第一沉积腔室保持第一独立环境； b.在具有所述第一独立环境的在所述第一位置处的所述第一沉积腔室中，在所述至少一个基片上生长第一晶体取向附生层； c.在所述第一晶体取向附生层生长之后，将所述第一基片载体运输到第二位置，并且包围所述第一基片载体以形成第二沉积腔室，该第二沉积腔室保持第二独立环境；以及 d.在具有所述第二独立环境的在所述第二位置处的所述第二沉积腔室中，在所述第一晶体取向附生层的顶部上生长第二晶体取向附生层。
49.根据权利要求48所述的方法，还包括: a.在所述第一位置处包围第二基片载体以形成所述第一沉积腔室，该第二基片载体包括至少一个基片，该第一沉积腔室保持所述第一独立环境；以及 b.在具有所述第一独立环境的在所述第一位置处的所述第一沉积腔室中，在所述第二基片载体上的所述至少一个基片上生长所述第一晶体取向附生层。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，同时地处理在所述第一基片载体和第二基片载体上的至少一个基片。
51.根据权利要求48所述的方法，其中，包围所述第一基片载体以形成所述第一沉积腔室和第二沉积腔室包括使腔室在所述第一基片载体上移动，以在所述第一沉积腔室和第二沉积腔室的内部隔离第一化学气相沉积过程化学性质和第二化学气相沉积过程化学性质中的相应一个化学气相沉积过程化学性质。
52.根据权利要求48所述的方法，其中，包围所述第一基片载体以形成所述第一沉积腔室和第二沉积腔室包括使所述第一基片载体移动到腔室中，以在所述第一沉积腔室和第二沉积腔室的内部隔离第一环境和第二环境中的相应一个环境。
53.根据权利要求48所述的方法，其中，包围所述第一基片载体以形成所述第一沉积腔室和第二沉积腔室包括形成气体帘幕，以隔离第一环境和第二环境中的相应一个环境。
54.根据权利要求48所述的方法，其中，第一独立化学气相沉积过程化学性质和第二独立化学气相沉积过程化学性质中的至少一者使用加热器建立，该加热器固定在所述第一处理腔室和第二处理腔室中的相应一个处理腔室的内部。
55.根据权利要求48所述的方法,其中，第一环境和第二环境中的至少一者使用加热器建立，该加热器固定到所述第一基片载体和第二基片载体中的相应一个基片载体上，从而它随所述第一基片载体和第二基片载体中的相应一个基片载体运动。
56.根据权利要求48所述的方法，其中，将所述第一基片载体运输到第二位置包括沿着轨道、导轨、或传送机、或其任意组合中的至少一种而运输所述第一基片载体。
57.根据权利要求48所述的方法，其中，将所述第一基片载体运输到第二位置包括沿直线路径运输所述第一基片载体。
58.根据权利要求48所述的方法，其中，将所述第一基片载体运输到第二位置包括沿非直线路径运输所述第一基片载体。
59.根据权利要求48所述的方法，还包括平移所述第一基片载体。
60.根据权利要求48所述的方法，还包括在生长第一晶体取向附生层和第二晶体取向附生层中的至少一者的同时进行现场测量。
61.根据权利要求60所述的方法，其中，使用选自高温计、反射计、偏转器、椭圆计、光致发光频谱仪、组合式高温计/反射计、组合式偏转器/反射计/温度工具、以及电致发光频谱仪的装置，进行所述现场测量。
62.根据权利要求48所述的方法，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体是可转动式基片载体。
63.根据权利要求48所述的方法，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体包括一接受器和一基片载体。
64.根据权利要求48所述的方法，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体是无接受器式基片载体。
65.根据权利要求48所述的方法，其中，所述多个基片载体中的至少一个基片载体是行星运动式载体。
66.根据权利要求48所述的方法，还包括用至少一种前体气体进行气体分配注入，其中，所述至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致垂直的方向注入。
67.根据权利要求48所述的方法，还包括用至少一种前体气体进行气体分配注入，其中，所述至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致平行的方向注入。
68.根据权利要求48所述的方法，还包括用至少一种前体气体进行气体分配注入，其中，至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致垂直的方向注入，并且其中，至少一种前体气体沿着与所述基片载体大致平行的方向注入。
69.—种多腔室化学气相沉积系统,包括: a.用来包围多个基片载体以形成多个沉积腔室的装置，所述多个基片载体将至少一个基片支承在多个固定位置处，所述多个沉积腔室中的每一个沉积腔室保持一独立环境； b.用来在所述多个沉积腔室中在至少一个基片上生长晶体取向附生层的装置，该至少一个基片由所述多个基片载体支承，所述多个沉积腔室中的每一个沉积腔室保持所述独立环境；以及 c.用来按离散步骤在所述多个沉积腔室之间运输所述多个基片载体的装置。
70.根据权利要求69所述的多腔室化学气相沉积系统，它还包括用来转动所述多个基片载体中的至少一个基片载体的装置。
【文档编号】H01L21/205GK103703544SQ201280035420
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年7月2日 优先权日:2011年7月18日
【发明者】A·帕兰杰佩, E·A·阿莫尔, W·E·奎恩 申请人:维易科精密仪器国际贸易(上海)有限公司