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

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】本文所述的本發明的實施方式一般涉及用于形成高品質緩沖層和III-V族層的設備和方法，所述緩沖層和III-V族層用來形成有用的半導體裝置，如電源裝置、發光二極管(light emitting diode；LED)、激光二極管(laser diode；LD)或其它有用裝置。本發明的實施方式還可包括用于形成高品質緩沖層、III-V族層和電極層的設備和方法，所述緩沖層、III-V族層和電極層用來形成有用的半導體裝置。在一些實施方式中，設備和方法包括使用一或多個群集工具，所述群集工具具有一或多個物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)腔室，所述腔室適于在多個基板的表面上同時沉積高品質氮化鋁(AlN)緩沖層，所述緩沖層具有較高的結晶取向。
【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] 發明背景 發明領域
[0002] 本發明的實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、發光二極管（lightemittingdiode;LED)和激光二極管（laserdiode; LD) 〇
[0003] 相關技術的描述
[0004] III-V族材料在諸如供電裝置的多種半導體裝置的開發和制造中日益重要，包括 高功率、高頻率、高溫晶體管和集成電路、LED或LD。III-V族材料也在半導體和相關行業 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（被稱作異質外延）上生長或沉積。包含設置在基板表面與裝置層之間的一或多個界面 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勢。然而，形成含III-V族 的高品質層具有挑戰性，且往往對沉積處理的處理條件非常敏感。然而，在眾多應用中，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圖示傳統的功率半導體裝置10的實例，所述的功率半導體裝置包括設置在基 板12上方的III族氮化物基異質結15。異質結15包括第一III族氮化物半導體層14和 位于第一III族氮化物半導體層14之上的第二III族氮化物半導體層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族氮化物半導體層和第二III族氮化物半導體層。柵極結構 22設置在第一功率電極18與第二功率電極20之間的第二III族氮化物半導體主體14之 上。柵極結構22可包括連接至第二III族氮化物半導體層16的柵電極23。或者，柵極結 構22可包括肖特基類型的柵電極，所述柵電極連接到第二III族氮化物半導體主體16。在 大多數傳統配置中，第一III族氮化物半導體層14可為氮化鎵（GaN)層并且第二III氮化 物半導體層16可為鋁氮化鎵（AlGaN)，所述的兩個半導體層設置在由藍寶石材料形成的基 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 的一個方法是金屬有機化學氣相沉積（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境 的反應器中執行以保證前驅物氣體的穩定性，所述前驅物氣體含有至少一種來自III族的 元素。前驅物氣體被注入反應器內的處理區域中，這些氣體在所述處理區域中混合并移向 處理區域中的加熱基板。載氣可用來輔助向基板傳送這些前驅物氣體。前驅物氣體在加熱 基板的表面處反應以在基板表面上形成III族氮化物層，如GaN。薄膜的品質部分地取決于 在沉積層與基板的界面區域處沉積的薄膜的品質、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為人 所知達數十年，但有眾多妨礙這些裝置的實際制造的技術性障礙。例如，藍寶石或硅基板與III族氮化物層之間的材料差別（如晶格常數、熱膨脹系數、基板表面12A上的表面污染和 界面表面能）可能產生位錯（dislocations)，所述斷層可能在所形成的結構中蔓延，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的固有應力，并提供成核點以用于后續的 層的外延生長。然而，傳統的III族氮化物的品質一般無法進行良好控制，從而可能導致不 令人滿意的薄膜特性（例如厚度變動、晶核密度、晶核大小，等等）和裝置性能。在成核期 間，生長參數的任何輕微變化都可能易于影響后續的氮化物層品質，從而又在成核島狀物 聚結之前導致這些島狀物扭曲或不對準，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族氮化物基異質結15)的沉積大塊III族氮化物的生長。
[0008] 隨著對電源裝置、LED、LD、晶體管和集成電路的需求增大，沉積高品質的III族氮 化物薄膜的任務具有更大的重要性。因此，現需要可形成高品質緩沖層的工藝和設備，所述 的高品質緩沖層促進低缺陷密度的高品質III族氮化物層在基板上的生長。
[0009] 發明概沐
[0010] 本文所述的本發明實施方式一般涉及用于形成高品質緩沖層和III-V族層的設 備和方法，所述高品質緩沖層和III-V族層用來形成有用的半導體裝置，如功率裝置、發光 二極管（lightemittingdiode;LED)、激光二極管（laserdiode;LD)或其它有用裝置。 在一個實施方式中，設備和方法包括利用一或多個群集工具，所述群集工具具有適于在多 個基板表面上同時沉積高品質氮化錯（AlN)緩沖層的一或多個物理氣相沉積（physical vapordeposition;PVD)腔室，所述的高品質氮化錯（AlN)緩沖層具有較高結晶取向。在 一個這種實施方式中，一或多個AlN緩沖層經形成以具有原子級的光滑表面，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 需要的結晶取向（由XRD衍射所檢驗（使用藍寶石基板時，（002)頂點的半峰全寬小于200 角秒））。在另一實施方式中，一或多個AlN緩沖層經形成以具有原子級的光滑表面，對于厚 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 上的合乎需要的結晶取向（由XRD衍射所檢驗（使用硅基板時，（002)頂點的半峰全寬小 于3600角秒））。在一些配置中，粗糙度小于沉積層厚度的約3%。在一個實施方式中，沉 積的AlN薄膜厚度小于約500納米。
[0011] 在一個實施方式中，用于制造裝置的方法包括在第一處理腔室中從一或多個基板 的表面移除材料；在受控環境中將所述一或多個基板從第一處理腔室移送到第二處理腔 室；在具有界定處理區域的一或多個側壁的第二處理腔室中在一或多個基板上形成氮化鋁 層（其中形成氮化鋁層的步驟包括使具有和處理區域接觸的表面的靶材偏壓（其中所述 靶材包含鋁），使包含氮氣的第一氣體流入處理區域，使第二氣體流入處理區域（其中第 二氣體包含氬、氪或氖）并且偏壓電極以在設置在基板支撐件之上的一或多個基板上形成 電勢，其中偏壓靶材和偏壓電極的步驟經配置以促使氮化鋁層在一或多個基板上的氮面生 長）；并且將一或多個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 物和含氮的氣體輸送到一或多個基板中每一個基板的表面。在一些情況下，移除材料的步 驟包括使一或多個基板脫氣或濺射腐蝕一或多個基板的表面；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或射頻信號；并且偏壓電極的步驟包括 在一或多個基板上產生在約-1000伏特與約+500伏特之間變化的浮動電勢；并且所述的方 法進一步包括在偏壓靶材之前將一或多個基板加熱至約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] 在一個實施方式中，用于制造裝置的方法包括在第一處理腔室中從一或多個基板 的表面移除材料；在受控環境中將所述的一或多個基板從第一處理腔室移送到第二處理腔 室；在具有界定處理區域的一或多個側壁的第二處理腔室中在一或多個基板上形成氮化鋁 層，其中形成氮化鋁層的步驟包括：使具有與處理區域接觸的表面的靶材偏壓（其中靶材 包含鋁），使包含氮氣的第一氣體流入處理區域及使第二氣體流入處理區域，其中偏壓靶材 的步驟經配置以促使氮化鋁層在一或多個基板上的氮面生長。形成氮化鋁層的步驟可進一 步包括偏壓電極以在設置在基板支撐件之上的一或多個基板上形成電勢，其中偏壓電極的 步驟包括在偏壓靶材之前和/或之后偏壓電極達第一時段之久。
[0013] 在一個實施方式中，用于制造裝置的方法包括在第一處理腔室中從一或多個基板 的表面移除材料；在受控環境中將所述的一或多個基板從第一處理腔室移送到第二處理腔 室；在具有界定處理區域的一或多個側壁的第二處理腔室中在一或多個基板上形成氮化鋁 層，其中形成氮化鋁層的步驟包括：使具有與處理區域接觸的表面的靶材偏壓（其中靶材 包含鋁），使包含氮氣的第一氣體流入處理區域及使第二氣體流入處理區域，其中偏壓靶材 的步驟經配置以促使氮化鋁層在一或多個基板上的鋁面生長。形成氮化鋁層的步驟可進一 步包括偏壓電極以在設置在基板支撐件之上的一或多個基板上形成電勢，其中偏壓電極的 步驟包括在偏壓靶材之前和/或之后偏壓電極達第一時段之久。
[0014] 在另一實施方式中，用于制造裝置的方法包括在第一處理腔室中從一或多個基板 的表面移除材料；在受控環境中將所述的一或多個基板從第一處理腔室移送到第二處理腔 室；在具有界定處理區域的一或多個側壁的第二處理腔室中的一或多個基板上形成氮化鋁 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），使包含氮氣的第一氣體流入處理區域，使第二氣體流入處理區域（其中 第二氣體包含氬、氪或氖）及偏壓電極以在設置在基板支撐件之上的一或多個基板上形成 電勢，其中偏壓靶材和偏壓電極的步驟經配置以促使氮化鋁層在一或多個基板上的鋁面生 長）；并且將一或多個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物 和含氮的氣體輸送到一或多個基板中每一個基板的表面。
[0015] 在又一實施方式中，用于形成裝置的設備包括第一群集，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、含氮氣源、適于輸送氣體的 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或射頻信號的第一電源、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，所述的第二電源經配置以在設置在基板支撐表面上 的一或多個基板上產生約-1000伏特與約+500伏特之間的浮動電勢。在一個配置中，也可 使用第二群集、含III族金屬的前驅物氣源及含氨氣源，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域形成流體連通的噴淋頭，所述的含III族金屬前 驅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] 附圖簡要說明
[0017] 因此，可詳細理解本發明的上述特征的方式，可參考各實施方式獲得上文簡要概 述的本發明的更具體的描述，一些實施方式在附圖中進行圖示。然而，將注意，附圖僅圖示 本發明的典型實施方式，因此不應視作限制本發明的范圍，因為本發明可允許其它同等有 效的實施方式。
[0018] 圖1是傳統的功率裝置結構的示意圖。
[0019] 圖2是根據本文所述的本發明實施方式的功率裝置的結構的示意圖。
[0020] 圖3圖示依據本發明中一個實施方式的處理序列。
[0021] 圖4圖示根據本文所述的本發明實施方式的群集工具。
[0022] 圖5圖示根據本文所述的本發明實施方式的處理腔室。
[0023] 圖6圖示根據本發明的實施方式可用來完成圖3中圖示的處理序列的處理系統。
[0024] 圖7圖示根據本發明的實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。
[0025] 圖8圖示適于執行圖3中圖示的處理步驟中的一或多個步驟的處理腔室。
[0026] 圖9A是依據本發明的一個實施方式在基板的表面上形成的緩沖層的一部分的側 視橫截面圖。
[0027] 圖9B是依據本發明的一個實施方式在基板的表面上形成的緩沖層的一部分的側 視橫截面圖。
[0028] 為便于理解，在可能的情況下相同標號表示附圖中共有的相同元件。預期一個實 施方式的元件和特征可以有利的方式并入其它實施方式中而無需贅述。
[0029] 具體描沐
[0030] 本文所述的本發明實施方式一般涉及用于形成高品質緩沖層和III-V族層的設 備和方法，所述高品質緩沖層和III-V族層用來形成有用的半導體裝置，如功率裝置、發光 二極管（lightemittingdiode;LED)、激光二極管（laserdiode;LD)或其它有用裝置。 本發明的實施方式也可包括用于形成高品質緩沖層、III-V族層和電極層的設備和方法，所 述高品質緩沖層、III-V族層和電極層用來形成有用的半導體裝置。在某些實施方式中，設 備和方法包括利用一或多個群集工具，所述群集工具具有適于在多個基板表面上同時沉積 高品質氮化錯（AlN)緩沖層的一或多個物理氣相沉積（physicalvapordeposition;PVD) 腔室，所述高品質氮化鋁（AlN)緩沖層具有較高結晶取向。在一個實施方式中，提供用于形 成AlN緩沖層的處理條件，所述AlN緩沖層適合用于含氮化鎵（GaN)的裝置制造過程。在 一個此種實施方式中，形成一或多個AlN緩沖層具有原子級的光滑表面，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)方向的結晶取向。
[0031] 下文中進一步論述使用物理氣相沉積（physicalvapordeposition;PVD)和化 學氣相沉積工藝進行的含有氮化鋁和III族氮化物（如氮化鎵）的功率裝置、發光二極管(lightemittingdiode;LED)的制造。在下文的描述中，闡述眾多細節以便提供對本發明 實施方式的徹底了解，如工藝腔室配置和材料狀態。本發明的實施方式可在沒有這些具體 細節的情況下實施對本領域技術人員而言是顯而易見的。在其它情況中，不對眾所周知的 特征（如具體的裝置配置）進行詳細描述，以便不無謂地使本發明的實施方式含義模糊。此 夕卜，將理解，附圖中圖示的多種實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 明的精神和范圍。
[0032]制造傳統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。在本文所述的本發明實施方式中，氮化鋁緩沖 層用于代替這種傳統的氮化鎵緩沖層。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化學氣相沉 積（metalorganicvapordeposition;MOCVD)腔室或氫化物氣相外延（hydridevapor phaseepitaxy;HVPE)腔室中執行。在一些情況下，氮化錯層可通過非反應性或反應性PVD 工藝而形成。在一個實例中，放置在PVD腔室中的含氮化鋁靶材經濺射以在一或多個基板 的表面上形成氮化鋁材料。或者，在下文中進一步論述，氮化鋁層可由反應性濺射工藝而形 成，所述反應性濺射工藝使用鋁靶材和含氮處理氣體以濺射并反應性地在一或多個基板的 表面上形成氮化鋁層。
[0033] 圖2圖示根據本發明中一實施方式的功率半導體裝置210的實例，所述功率半導 體裝置210包括設置在基板212之上的III族氮化物基的異質結215。異質結215包括第 一III族氮化物半導體層214、第二III族氮化物半導體層216和設置在第一III族氮化物 半導體層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。在一個實例中，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族氮化物半導體 層。在一個實施方式中，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電金屬。柵極結構222設置在第 一功率電極218與第二功率電極220之間在第二III族氮化物半導體主體214之上。柵極 結構222可包括柵電極223,所述的柵電極連接至第二III族氮化物半導體層216。或者， 柵極結構222可包括肖特基類型的柵電極，所述柵電極連接至第二III族氮化物半導體主 體216。在至少一個配置中，第一III族氮化物半導體層214是含氮化鎵（GaN)的層并且第 二ΙΠ族氮化物半導體層216是鋁氮化鎵（AlGaN)，所述兩個半導體層設置在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。在一個實例中，基板212 包括具有〈111>取向或〈11〇>取向的結晶硅基板。在至少一個配置中，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和熱膨脹系數的材料、與生長于 其上的III-V族材料兼容的基板或在III-V族生長溫度下熱穩定和化學穩定的基板。
[0034] 在功率半導體裝置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族氮化物半導體 層214的活性層。因此，所形成的功率半導體裝置210將已改良裝置特性，且形成裝置的工 藝將具有更高產量（例如層214比傳統的裝置更薄）及具有更低的制造成本（例如消耗更 少前驅物氣體以形成更薄的層）。
[0035] 氮化鎵（GaN)基LED和功率裝置內可使用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。在本文中所論述的本發明實施方式用來形成高品 質的PVDAlN緩沖層，所述緩沖層具有高結晶取向以便其可用來改良在緩沖層213頂部生 長的GaN層的材料品質，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 的形成工藝可用來除去在GaN緩沖層的MOCVD生長時通常所需的操作，例如但不限于基板 預烘焙、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 中一或多個處理所進行的緩沖層形成時間可比傳統的MOCVD工藝縮短約10%至30%。所 形成的AlN緩沖層也可用來保護含硅基板的表面，以免所述的基板表面由于用于MOCVD工 藝中的鎵前驅物與硅基板表面之間的相互作用而遭受由鎵引發的損害。PVDAlN層沉積工 藝被認為比基于外延生長的MOCVD工藝節省約3至6小時的處理周期時間，尤其在考慮到 頻繁的MOCVD腔室清潔處理步驟時更為如此。這種工藝時間縮減可極大地提高群集工具系 統中的基板產量。將理解，PVDAlN的晶體品質可直接影響在所述的AlN上生長的GaN層 的材料品質。由此，在本文所述的一實施方式中，提供具有高晶體品質和增強的工藝可重復 性的PVDAlN層。
[0036] 圖3圖示用來形成有用的半導體裝置的至少部分的處理序列300,所述的半導體 裝置如功率裝置，下文中將進一步論述處理序列300。在一個實施方式中，處理序列300包 括一或多個基板預處理步驟，如步驟302至308、緩沖層形成步驟310、一或多個裝置層形成 步驟（例如步驟312)和一或多個接觸層形成步驟（例如步驟314)。處理步驟302至314 可在較佳設置在一或多個群集工具上的一或多個處理腔室中執行。下文中進一步論述示例 性處理步驟302至314和群集工具401、601和701。在一個實施方式中，每一群集工具401、 601和701具有多個處理腔室，所述處理腔室中每一者適于同時處理多個基板，這通常被稱 作批量處理。在這個配置中，多個基板可設置在載體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時支撐和保持基板201。
[0037] 圖4圖示適于執行圖3中所示的處理步驟302至314中一或多個步驟的群集工 具401。群集工具401-般自美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料公司（Applied Materials,Inc.,locatedinSantaClara,Calif.)處購得，且已知為EnduraK1.系統。圖 5 圖示可用于群集工具中的處理腔室的一個配置，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600。處理系統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700的實例。圖8圖示適于執行圖3中所示的處理步驟302至314中一或多個步 驟的MOCVD腔室801。
[0038] 在一個實施方式中，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器人446、448以用于在多個處理腔室454至472之間移動一 或多個基板，所述的處理腔室在傳送腔室外圍內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，所述的狹縫閥設置在每一個處 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經抽真空至 中低壓，例如約1毫托，而第二傳送腔室444則經抽氣至更低壓力，例如1微托。
[0039] 在一個實施方式中，群集工具401 -般包括工廠接口 404、一或多個負載鎖450和 452、第一機器人446、一或多個可選定向腔室454和456、一或多個脫氣腔室458和460、一 或多個處理腔室462和464、第二機器人448和直接或間接地耦接至主機449的多個處理腔 室466至472。在一個配置中，第一和第二機器人446和448是"蛙腿"類型的機器人，所述 機器人可從美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料公司處購得。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中的一個腔室中進行處理之前，從基板201的表面除 去任何不合乎需要的水或其它污染。一或多個可選定向腔室454、456 -般用來在系統內將 載體451和/或基板201在所需的可旋轉定向上對準。
[0040] 如上所述，在一個實施方式中，群集工具401經配置以在批量處理類型配置中移 送和處理多個基板201。在這個配置中，第一和第二機器人446、448和處理腔室454、472能 夠收納和處理設置在載體451上的基板201。在一個實例中，如圖4中所圖示，載體451經 配置以在載體451的表面402上支撐和保持8個基板201。在另一實例中，載體451經配置 以支撐和保持約30個2英寸的基板201。在一個實例中，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。在一個實施方 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的示例性實施方式在申請于2009年 8月28日、發明名稱為"用于提高光致發光均勾性的晶片載體設計（WaferCarrierDesign forImprovedPhotoluminescenceUniformity)"的美國專利申請第12/871，143 號中進行 了進一步描述。
[0041] 機器人446、448穿過雙閘（double-gated)處理腔室462、464在兩個傳送腔室442 與444之間移動基板和/或含多個基板201的載體，所述的處理腔室也在兩個傳送腔室442 與444之間提供真空隔離。在一些配置中，處理腔室462、464中的一或多個腔室進一步適 于執行預清潔工藝（例如非選擇性的濺射蝕刻工藝）、溫度調節（例如冷卻）或其它合乎需 要的操作。
[0042] 第二機器人448經配置以移送基板和/或含有多個基板201的載體451進入及離 開附接于傳送腔室444的處理腔室462至472。處理腔室466至472經配置以處理位于處 理腔室內的基板，如在基板201的表面上蝕刻或沉積一或多個層。在一個配置中，處理腔室 466至472經配置以用PVD或濺射工藝在基板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的一個實施方式中，多個載體451 (載體上設置有多個基板201) 被載入親接至工廠接口 404的暗盒（cassette) 405,所述工廠接口 404通過負載鎖定腔室 450、452耦接至第一傳送腔室442。負載鎖定腔室450、452中的每一個腔室都選擇性地由 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 部區域406隔絕。在此配置中，工廠接口中的工廠接口機器人408A、408B經配置以將載體 451從暗盒405移至負載鎖450、452,然后，在負載鎖中，載體451通過耦接至負載鎖的真空 門（未圖示）與工廠接口 404的外部區域406隔絕。在負載鎖450、452經抽氣至所需壓力 之后，第一機器人446通過在傳送腔室442與負載鎖450、452之間形成的狹縫閥開口（未 圖示）可由此進出設置在負載鎖中的載體451。
[0044] 在另一實施方式中，每一個暗盒405經配置以收納一或多個層疊晶片暗盒（未圖 示），每一個層疊晶片暗盒包含多個基板201。在此配置中，由工廠接口機器人408A、408B 中的一個機器人將基板201從設置在暗盒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的載體負載模塊404A。然后，載體負載模塊404A適于收納移送 的每一個基板，并將這些基板定位在載體451上。一旦載體451上裝有所需數目的基板，則 工廠接口機器人408A、408B中的一個機器人將從載體負載模塊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。可適于執行上述步驟中一或多個步驟的載體負載模 塊404A的實例在同在申請中和共同讓渡的美國專利公開第2010/0111650號中進行進一步 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 應器。處理腔室466至472中的一或多個處理腔室可含有處理腔室500中提供的部件，處 理腔室500是從美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料公司處購得的磁控管類型的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O形環通過靶 材隔離器502被密封在真空腔室501的一端。靶材503具有至少一個表面部分是由將在設 置在載體451上的基板201上濺射沉積的材料組成的。設置在靶材503鄰近處并相對于靶 材503旋轉的磁控管505包括多個磁鐵574A至574B，所述的磁鐵用來圍住在處理區域540 中通過使用電源593來偏壓靶材503以從靶面503A"濺射"材料而產生的等離子體。應了 解，磁控管類型可依據特定應用而改變。電源593 -般包括經配置以向靶材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 域540中維持所需壓力。
[0048] 在一個實施方式中，基板支撐組件513包括臺座電極507,所述臺座電極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支撐在臺座電極532之 上的支撐表面。應了解，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）可在臺座507中形成以在 處理期間提供基板的熱控制。在一些應用中，耦接至電源530的臺座電極532可將射頻和 /或直流偏壓施加至基板201以吸引經等離子體離子化的沉積材料和工藝氣體。在其它應 用中，可減少或除去基板偏壓步驟以進一步減少對沉積層的可能損害。
[0049] 在本發明的一個實施方式中，由電源593將脈沖直流電、射頻和/或脈沖射頻偏壓 信號施加至靶材503,已發現這樣可顯著改良所需阻擋層（如氮化鋁層阻擋層）的沉積，下 文中將對此進一步論述。為了吸引由等離子體產生的離子以濺射靶材503,靶材503在一個 實施方式中由電源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/或射頻偏壓信號可包括具有多個交替的第一間隔和第二間隔的信號，其中在 每一個第一間隔中，所施加的偏壓信號電壓為負，以吸引離子濺射靶材，并且在交替的第二 間隔期間，所施加的偏壓信號低于在第一間隔期間施加的偏壓、未經偏壓（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，以減少電弧發生。本領域技 術人員將了解，施加至靶材503的脈沖偏壓信號可依據特定應用而提供許多有益的處理優 勢。例如，已認可，脈沖偏壓信號可用來降低沉積速率，形成更穩定的等離子體，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物質來形成所需的多成分薄膜層。例如， 當脈沖偏壓信號施加至靶材503時，可獲得更靠近真實的化學計量比的薄膜。又一些其它 可能的特征包括薄膜品質提高，特別是對于多成分薄膜而言。同樣已認可，當施加脈沖偏壓 時，由于可能消除了不符合需要的微隙和柱狀結構，因此可減少薄膜薄層電阻。然而，據了 解，在一些應用中，非脈沖偏壓信號是恒定的直流電或射頻功率水平偏壓信號，可施加所述 非脈沖偏壓信號以在沉積工藝的一或多個部分期間偏壓靶材503或甚至可與脈沖偏壓信 號結合施加，具體依據特定應用而定。
[0050] 工藝套件531 -般含有蓋環513,暗區屏蔽508及腔室屏蔽509,上述各者由第二 電介質屏蔽隔離器510分隔開。工藝套件531零件定位在真空腔室501內以防止腔室側壁 501A接觸在處理區域540中產生的濺射材料，腔室側壁通常包括電接地的金屬。在一個實 施方式中，允許暗區屏蔽508電浮動并且腔室屏蔽509電接地。然而，在一些實施方式中， 所述的任一或兩個屏蔽可經接地、浮動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，所述的屏蔽內側（例如元件號511)可經噴丸處理（bead-blasted)或 變粗糙以提升濺射沉積在內側上的材料的附接力。然而，在長時間濺射期間的某個點時，所 沉積的材料聚積到易于剝落的厚度，從而產生有害顆粒。到達此點之前，應清潔或更換屏蔽 508、509。
[0051] 在一些應用中，基板可經偏壓以吸引或排斥在已形成的等離子體中產生的離子， 視應用的情況而定。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可經配置以將射頻功率施加至 臺座電極 507以將輔助能量耦接至等離子體。在沉積工藝期間，可放任臺座507電浮動及 由此使基板201電浮動，但仍然可在臺座上發生負直流電自偏壓。或者，臺座507可由電源 在-1000伏特至+500伏特之間的負電壓（例如約-30直流電壓）下進行負偏壓，以將基板 201負偏壓以將離子化沉積材料吸引至基板。在一些配置中，如下文中所進一步論述的電容 調諧器與電源結合使用以用來在處理期間控制基板201上的浮動電位。在又一替代性實例 中，可放任基板201電浮動。
[0052]如果用以通過臺座來偏壓基板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，具體依據特定應用而定。可給臺座507 供應處于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然 可改變，具體依據特定應用而定。基于計算機的控制器491可依據特定應用而經編程以控 制多個電源的功率水平、電壓、電流和頻率。
[0053] 請再次參看圖5,氣源564通過質量流量控制器566向腔室501供應濺射工作氣 體，例如化學不反應的惰性氣體，如氬氣。可利用一或多個入口管（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,與臺座507之間的間隙的孔） 許可工作氣體進入腔室頂部或如圖所示進入腔室底部。在反應性的PVD工藝期間，可從來 源598輸送氮氣以在基板201上形成含氮化物的層，如氮化鋁。
[0054] 圖6是根據本發明中至少一個實施方式的群集工具401和處理系統600的群集工 具601的示意性俯視圖，處理系統600用來制造氮化合物半導體裝置。可想到下文中針對 圖3所述的工藝也可在其它適合的處理系統配置中執行。與上文論述的群集工具401類 似，群集工具601內的環境可維持在真空狀態，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中經處理的基板發生氧化和/或污染。在某些實施方式中，可能需要用惰性 氣體回填群集工具601，如氮氣。
[0055] 系統控制器491控制處理系統600中提供的自動化部件的活動和運行參數。一 般而言，基板通過處理系統中提供的群集工具進行的大部分移動是利用一或多個自動化裝 置執行的，所述自動化裝置適于移動和定位一或多個基板201，使得基板可用由系統控制器 491發送的命令而被群集工具收納或經定位在群集工具內。在一些實施方式中，使用自動移 送裝置（未圖示，如基板輸送機）在群集工具401與601之間在載體451上移送多個基板 201。在其它實施方式中，每一個載體451與特定的群集工具401、601關連，并且使用自動化 裝置在群集工具401與601之間移送基板，所述自動化裝置適于移送一或多個晶片暗盒，每 一個暗盒固持一或多個基板。系統控制器491是通用計算機，用來控制群集工具401、601、 701中提供的一或多個部件。系統控制器491 一般設計成協助處理序列300的控制和自動 化，并且通常包括中央處理單元（centralprocessingunit;CPU)(未圖示）、存儲器（未 圖示）和支持電路（或輸入/輸出電路）（未圖示）。軟件指令與數據可經編碼及存儲在 存儲器內以用于對CPU發出指令。可由系統控制器讀取的程序（或計算機指令）決定哪些 任務可在基板上執行。程序優選是可由系統控制器讀取的軟件，所述的軟件包括代碼，所述 的代碼用來執行與基板的監測、移動執行和控制、支撐和/或定位有關的任務及多個工藝 方法任務和正在執行的多個處理模塊工藝方法步驟。處理器執行系統控制軟件，如存儲在 存儲器中的計算機程序。處理系統的態樣和使用方法在申請于2006年4月14日、發明名 稱為"氮化合物結構的外延生長（EPITAXIALGROWTHOFCOMPOUNDNITRIDESTRUCTURES)" 的美國專利申請第11/404, 516號（現已作為US2007/024516發布）中進行進一步描述， 此申請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耦接的負載鎖定腔室608、用于 存儲基板的批量負載鎖定腔室609和用于負載基板的負載站610。傳送腔室606包括機 器人組件（未圖示），所述機器人組件可操作以拾取基板和在負載鎖定腔室608、批量負 載鎖定腔室609與處理腔室602a至602c之間移送基板。盡管圖示三個處理腔室602a、 602b、602c，但應理解，任何數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，在下文中進行描述）或氫化物 氣相外延（HydrideVaporPhaseEpitaxial;HVPE)腔室。或者，處理系統600可為沒有傳 送腔室的直列式系統。在多個實施方式中，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腔室中的一個腔室替換上述腔室，具體依據應用而定。示例性MOCVD、HVPEPVD、CVD或ALD腔室可從美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料公司購得。
[0057] 每一個處理腔室602a、602b、602c-般包括腔室主體612a、612b、612c(上述腔室 主體界定一個處理區域，一或多個基板被置于此處理區域中以經受處理）、化學品輸送模塊 616a、616b、616c(氣體前驅物從上述模塊被輸送至腔室主體612a、612b、612c)和用于每一 個處理腔室602a、602b、602c的電模塊620a、620b、620c，上述電模塊包括用于群集工具601 中每一個處理腔室的電系統。在一些實施方式中，每一個處理腔室602a、602b、602c適于執 行CVD工藝，在所述的工藝中，例如，金屬有機元素與金屬氫化物元素反應以形成氮化合物 半導體材料的薄層。
[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的真空水平可經調節以與處理腔室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內時（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移送至負載鎖定腔室608或批量負載鎖定腔 室609時（或反之亦然），傳送腔室的真空水平可與負載鎖定腔室608或批量負載鎖定腔 室609的真空水平匹配，盡管負載鎖定腔室608或批量負載鎖定腔室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。在某些實施方式中，可能需要用惰性氣體（如 氮氣）回填傳送腔室606。例如，可在具有大于90%的氮氣或氨氣的環境中移送基板。或 者，可在高純度的氫氣環境中移送基板，如在具有大于90%的氫氣的環境中。
[0059] 在群集工具601中，機器人組件將負載有一或多個基板201的載體451移送至第 一處理腔室602a內以經受第一沉積處理。機器人組件將載體451移送至第二處理腔室602b 內以經受第二沉積處理。機器人組件將載體451移送至第一處理腔室602a內或第三處理 腔室602c內以經受第三沉積處理。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中移送返回負載鎖定腔室608。然后，將載體451移送至負載站610。 或者，在處理腔室602a至602c中的一或多個腔室中進行進一步處理之前，可將載體451 存儲在負載鎖定腔室608中或批量負載鎖定腔室609中。一個示例性系統在申請于2008 年1月31日、發明名稱為"用于制造氮化合物半導體裝置的處理系統（PREOCESSINGFOR FABRICATINGCOMPOUNDNITRIDESEMICONDUCTORDEVICES)"的美國專利申請第 12/023, 572 號中進行描述，此申請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700的實例。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可用設置在傳送腔室710各側的狹縫閥（未圖示）而單獨隔絕于傳送腔 室444和606。任一群集工具中的機器人中的一或多個機器人經配置以將基板201移送至 傳送腔室710內的位置，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在群集工具之間進行移送時無需暴露于大氣環 境（在群集工具401、601外側）。
[0061] 圖8是根據本發明中至少一個實施方式的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體裝置。MOCVD腔室801可為處理腔室602a、602b 或602c中的一或多個腔室，如上文中參考系統600和700所述。MOCVD腔室801 -般包括腔 室主體802、用于輸送前驅物氣體、載氣、清潔氣體和/或凈化氣體的化學品輸送模塊816、 具有等離子體源的遠程等離子體系統826、基座或基板支撐件814和真空系統812。MOCVD腔室801的腔室主體802圍封處理區域808。噴淋頭組件804設置在處理區域808的一端， 并且載體451設置在處理區域808的另一端。載體451可設置在基板支撐件814上。
[0062] 在一個實施方式中，噴淋頭組件804可為雙區組件，所述雙區組件具有第一處理 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 與化學品輸送模塊816耦接以用于向處理區域808輸送第一前驅物或第一處理氣體混合 物，所述第二處理氣體通道804B與化學品輸送模塊816耦接以用于向處理區域808輸送第 二前驅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以幫助調節噴淋頭組件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，第一前驅物或第一處理氣體混合物可經由與噴淋頭組件804中第一 處理氣體通道804A耦接的氣體導管846被輸送至處理區域808并且第二前驅物或第二處 理氣體混合物可經由與噴淋頭組件804中第二處理氣體通道804B耦接的氣體導管845被 輸送至處理區域808。處理氣體混合物或前驅物可包括一或多種前驅物氣體或處理氣體 及載氣和/或摻雜劑氣體，這些氣體可與前驅物氣體混合。可適于實施本文所述的實施方 式的示例性噴淋頭在申請于2007年10月16日、發明名稱為"多氣體直線式通道噴淋頭 (MULTI-GASSTRAIGHTCHANNELSH0WERHEAD)" 的美國專利申請第 11/873, 132 號、申請于 2007年10月16日、發明名稱為"多氣體螺旋式通道噴淋頭（MULTI-GASSPIRAlCHANNEL SHOWERHEAD) "的美國專利申請第11/873, 141號（現已作為US2009-0095222發布）和 申請于2007年10月16日、發明名稱為"多氣體同軸注入噴淋頭（MULTI-GASCONCENTRIC INJECTIONSHOWERHEAD) " 的美國專利申請第 11/873, 170 號（現已作為US2009-0095221 發表）中進行描述，上述所有申請以參考方式全部并入本文中。
[0064] 下部圓蓋819設置在下部空間810的一端，并且載體451設置在下部空間810的 另一端。載體451經圖示位于處理位置，但可將載體451移至下部位置，在所述的下部位置 處，例如可負載或卸載基板201。排氣圈820可圍繞載體451外圍而設置，以幫助防止在下 部空間810中發生沉積，同時也幫助將排出氣體從MOCVD腔室801引導向排氣口 809。下部 圓蓋819可由透明材料（如高純度石英）制成，以容許光穿過以對基板201進行輻射加熱。 可由設置在下部圓蓋819下方的多個內部燈具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基板201進行更精細的溫度控制。
[0065] 可從噴淋頭組件804和/或從進氣口或進氣管（未圖示）將凈化氣體輸送至MOCVD 腔室801內，所述進氣口或進氣管設置在載體451下方及接近腔室主體底部。凈化氣體進 入MOCVD腔室801的下部空間810,并向上流經載體451和排氣圈820,然后流入圍繞環狀 排氣通道805設置的多歧排氣口 809。排氣導管806將環狀排氣通道805連接至包括真空 泵807的真空系統812。可使用閥系統來控制MOCVD腔室801壓力，所述閥系統控制排出氣 體從環狀排氣通道中被抽出時的速率。MOCVD腔室的其它態樣在申請于2008年1月31日、 發明名稱為"CVD設備（CVDAPPARATUS) "的美國專利申請第12/023, 520號中進行描述，此 申請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/ 或從設置在處理區域808附近的進氣口或進氣管（未圖示）輸送至MOCVD腔室801內。清 潔氣體進入MOCVD腔室801的處理區域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，并且經由圍繞環狀排氣通道805而設置的多歧排氣口 809退出MOCVD 腔室801。
[0067] 化學品輸送模塊816 -般向MOCVD腔室801供應前驅物和/或化學品。從化學品 輸送模塊816通過供應線路供應反應性氣體、載氣、凈化氣體和清潔氣體并且將氣體供應 至腔室801內。可通過供應線路供應氣體并且將氣體供應至氣體混合箱內，在所述氣體混 合箱中，氣體混合在一起并且經輸送至噴淋頭組件804。依據工藝方案，輸送至MOCVD腔室 801的前驅物和/或化學品中有一些前驅物和/或化學品可能是液體，而非氣體。在使用 液體化學品時，化學品輸送模塊包括液體注入系統或其它適當的機構（例如起泡器或氣化 器）以氣化液體。由液體轉化成的蒸氣可與載氣混合。
[0068] 遠程等離子體系統826可針對選定的應用而產生等離子體，如腔室清潔或從處理 基板上蝕刻掉殘留物或有缺陷的層。在遠程等離子體系統826中由通過輸入線路供應的 前驅物所產生的等離子體物種通過用于擴散的導管804D，通過噴淋頭組件804,被發送至 MOCVD腔室801中的處理區域808。用于清潔應用的前驅物氣體可包括含氯氣體、含氟氣體、 含碘氣體、含溴氣體、含氮氣體和/或其它適合的反應性元素。遠程等離子體系統826也可 適于在層沉積工藝期間通過使適當的沉積前驅物氣體流入遠程等離子體系統826內來沉 積CVD層。在一個實例中，遠程等離子體系統826用以將活性氮物種輸送至處理區域808。
[0069] 可通過以下方式進一步控制MOCVD腔室801和周圍結構（如排氣通路）的側壁 溫度：使熱交換液體通過腔室側壁中的通道（未圖示）循環以形成熱交換器。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物產物的凝結，并且改良對處理氣體的揮 發性產物及其它污染物的消除，如果這些處理氣體的揮發性產物及其它污染物凝結在排氣 導管806側壁上并且在沒有氣流的時段期間移動返回處理腔室，則有可能污染工藝。
[0070] 如上文中簡短地論述，圖3圖示用來形成高品質緩沖層和III-V族層的處理序列 300,所述高品質緩沖層和III-V族層用來形成有用的半導體裝置，如功率裝置、發光二極 管（lightemittingdiode;LED)、激光二極管（laserdiode;LD)或其它有用裝置。在一 個實例中，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層，所述的 層在本文中進行論述。雖然處理序列300主要論述為通過使用處理系統600執行，但這個 系統和圖示的腔室配置不限制本文所述的本發明范圍。應注意，圖3中圖示的步驟的數目 和序列也不限制本文所述的本發明范圍，因為在不背離本文所述的本發明基本范圍的情況 下，可添加、刪除一或多個步驟和/或對一或多個步驟進行重新排序。
[0071] 在步驟302中，如圖3所示，群集工具（如處理系統600的群集工具401)接收一 或多個基板201以用于在群集工具中進行處理。在一個實施方式中，將置于晶片暗盒中的 基板輸送至群集工具，晶片暗盒經配置以保持多個基板201。在一個配置中，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載模塊（例如元件符號 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上負載有所需數目的 基板，則機器人中的一個機器人將從載體負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進一步 包括以下步驟：將基板移送至負載鎖定腔室450、452 (圖4)內，將負載鎖定腔室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，所述的處理腔室 適于執行步驟304,步驟304在下文中進行論述。
[0072] 接下來，在步驟304中，在基板中的一或多個基板上執行預處理工藝或處理，以在 執行工藝步驟310之前從基板201的至少一個表面移除任何不符合需要的材料，步驟310 在下文中進行論述。在一個實施方式中，執行基板預處理以從基板上移除表面污染（例 如氧化物、有機材料、其它污染物）和顆粒，同時也使基板表面準備好接收高品質緩沖層和 III-V族層，所述的高品質緩沖層和III-V族層在高度結晶結構中具有較高結晶取向。在一 個此種實施方式中，基板預處理使高品質緩沖層和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，也可達到每輪運行中晶片與晶片之間的較高工藝可重復性和在基板上形成的層內的較 高均勻性。在一個實施方式中，在群集工具401中提供的處理腔室458至472中一個腔室 內原位執行基板預處理。在一個配置中，處理腔室458至472可包括SiCoNi?或Aktiv?預 清潔腔室，所述的兩個腔室皆可從美國加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料公司處購得。
[0073] 在一個實施方式中，在步驟304中執行的預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座電極（例如電極507)施加偏 壓（電壓）以在基板表面附近產生等離子體。所產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、氮氣、氫氣和/或其它氣體。所產生的氣 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構，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準。可調節等離子體密度、偏壓和處理時間以 高效地處理基板表面，但不損害基板表面。在一個實例中，向設置在基板支撐件中的電極施 加約-5伏特至-1000伏特的偏壓達約1秒至15分鐘之久，基板201和載體451設置在所 述的基板支撐件上。輸送至處理腔室的處理區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。已認可，上 述預處理工藝的組合可用來形成高品質緩沖層，在每輪操作中及在晶片與晶片之間可重復 性地形成所述高品質緩沖層。在一個實施方式中，使用上述基板預處理工藝減少或消除AlN 和GaN晶體品質變動，所述品質變動在以傳統方式制備的基板中經常觀察到。在一個配置 中，在圖6所圖示的群集工具401中的處理腔室462、464中的一個腔室中執行步驟304,所 述的兩個腔室包括可從應用材料公司處購得的SiCoNi?或Aktiv?預清潔腔室。
[0074] 在處理序列300的一個實施方式中，在步驟304中執行濕法清潔處理以在執行處 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。在一個實施方式中，可使用 批量清潔工藝來執行清潔工藝，在所述的批量清潔工藝中，基板暴露于清潔溶液。在一個實 施方式中，通過其它適用技術的噴涂、沖刷、浸沒來潤濕基板。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廉的清潔溶液。
[0075] 接下來，在步驟306中，基板201經脫氣以從基板201的表面移除任何有害的吸附 水或其它可揮發的污染物。一般而言，在步驟306中執行的脫氣工藝將包括在將基板設置 在對于將從基板表面移除的污染物具有較低分壓的環境中的同時，將基板201加熱至所需 溫度。在一個實例中，將基板201設置在真空環境中或高純度惰性氣體氣氛中。在又一實 例中，在維持在小于約1毫托的真空壓力下的環境中將基板加熱至高于約l〇〇°C的溫度。在 另一實例中，在維持在小于約10托的真空壓力下的環境中將基板加熱至高于約300°C的溫 度。在另一實例中，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在下文中進行論述。如 圖3中圖示，在一些實施方式中，步驟306可在步驟304之前或之后執行。在一個配置中， 步驟306是通過使用經加熱的靜電卡盤（未圖示）來執行的，所述的靜電卡盤設置在圖6 中所示的群集工具401中的脫氣腔室458、460的處理區域中。在一個實例中，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）的環境中經熱脫氣。
[0076] 接下來，在基板201上執行步驟310之前，在步驟308中將基板201選擇性地預熱 至合乎需要的溫度。一般而言，在步驟310中執行的預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600 中的處理腔室454至472中而不在執行步驟310的腔室中執行步驟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PVD沉積緩沖層213。 在一個實施方式中，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AlN緩沖層。 本文所述的工藝已經用來在中度處理溫度下減少薄膜應力，消除薄膜裂紋并且改良PVD沉 積AlN薄膜的結構品質。本文所述的PVD沉積工藝被認為與傳統的MOCVD或HVPE緩沖層 形成工藝相比具有顯著的優勢，因為所述PVD沉積工藝通過減少對MOCVD腔室調節步驟的 需求、對在處理步驟之間變溫的需求及對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高品質外延層（例如GaN)。在一個這種實施方式中，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（(002)方向頂點的半峰全寬，?50角秒）的PVDAlN薄膜。在一個實例中，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)頂點的半峰全寬同樣達到小 于3600角秒。在另一實例中，PVD沉積AlN薄膜在藍寶石基板上的粗糙度小于約1納米， 而（002)頂點的半峰全寬同樣達到小于200角秒。在特定實施方式中，高質量的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，可由此消除對于常常十分耗時且復雜的MOCVDGaN 緩沖層的需求。
[0078] 在一個實例中，PVD腔室適于執行非反應性濺射工藝，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。在另一實例中，處理腔室適于執行 非反應性濺射工藝，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] 在另一實施方式中，利用反應性濺射工藝形成緩沖層213,所述反應性濺射工藝在 類似于處理腔室500的處理腔室中執行，上文中對處理腔室500進行了論述。在一個實施 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）和含氮氣體的等離子體而濺射所述純鋁靶材。在一個實施方式中，在將一或更多個外 延準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 積連續的AlN薄膜。在一個實例中，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 包括但不限于含氮氣體和惰性氣體，含氮氣體如氮氣（N2)、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。在一個實施方式中，可通 過用摻雜靶材料和/或將摻雜氣體輸送至所產生濺射等離子體來將摻雜原子添加至沉積 薄膜，以調節沉積PVDAlN緩沖層的電特性、機械特性和光學特性，例如以使得薄膜適合在 其上制造III族氮化物裝置。在一個實施方式中，AlN緩沖層的厚度在約1納米與約1000 納米之間。
[0080] 在一個實施方式中，在步驟310期間，電源593經配置以輸送射頻功率至靶材503 和處理區域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。在又一實施方式中，電源593經配置以輸送0至50千瓦特范圍內的脈沖直 流電功率信號至靶材503,所述信號的脈沖頻率在約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。在一個實例中，電源593經配置以輸送0至50千 瓦特范圍內的脈沖直流電功率信號至靶材503,所述信號的脈沖頻率在約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。在另一實施方式中，電源593 經配置以輸送〇至50千瓦特功率范圍內的恒定直流電功率信號。在又一實施方式中，電源 593經配置以輸送至少兩個波形的組合，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的一個配置中，起動次序用來沉積AlN緩沖 層，所述起動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中執行的工 藝方法步驟開始之時同時打開射頻和直流電。在一些配置中，可在電源打開之前、之后，或 打開的同時執行含氮氣體流動的啟動。在一些配置中，步驟310的工藝終止部分包括首先 關閉射頻電源、首先關閉（脈沖）直流電電源，或同時關閉射頻和直流電，其中，在電源關閉 之前、同時，或之后關閉處理氣體以控制表面形態、化學計量和AlN的生長類型（例如氮面 生長）。
[0081] 在一些實施方式中，連接至臺座電極532和電源530的電容調諧器（未圖示）經 調節以在處理腔室的處理區域中改變已處理基板的浮動電勢，變更氣體的電離比，等離子 體能量，和反應物的迀移率。電容調諧器也適于控制薄膜應力，改良沉積緩沖層的表面形態 和晶體品質，和/或提高沉積速率。在一個實例中，電容調諧器經調節以便將約-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的一個實施方式中，在偏壓靶材503之前，通過射頻偏壓臺座電極532 而在設置于基板支撐組件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。已認可，在形成AlN 層之前將包括藍寶石的基板暴露于原位氮等離子體可促進高品質AlN薄膜在基板上的形 成。在一個實施方式中，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 臺座電極532進行射頻偏壓以形成約5伏特與500伏特之間的電勢達一段時間之久（如1 秒至10秒）。
[0083] 在一個配置中，在步驟310期間執行的工藝可包括對沉積的薄膜進行應力設計以 獲得目標壓縮應力或抗拉應力處于-IOGPa與約IOGPa之間范圍中的薄膜。可通過在沉積 工藝的一或更多個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，和基板偏壓來調節薄膜應力。而且，在一些配置中，PVD工藝變量經調節以沉積密度 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期間執行的全部處理中 制造而成。
[0084] 在一些實施方式中，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）經調節以使得生長膜的表面以氮原子終止，發現這可促進提高晶體缺陷品 質和促進尚品質緩沖層213的垂直和/或橫向生長。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AlN緩沖層。圖9A圖示基板201 的一部分，所述基板201含有含結晶AlN的層的氮面（或N面）生長，所述的層通過在反應 性類型的AlNPVD沉積工藝期間調節步驟310處理參數而沉積在基板表面（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 晶AlN的層的鋁面（或Al面）生長，所述的層通過在反應性類型的AlNPVD沉積工藝期間 調節步驟310處理參數而沉積在基板表面（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在本文中將被稱作氮面生長層。已認可，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）的信號將促 進氮面類型的AlN緩沖層的生長。而大功率脈沖直流電與恒定的直流電功率信號輸送至靶 材則將促進在暴露表面處以鋁終止的層的形成與生長，上述情況在本文中被稱作AlN緩沖 層的鋁面生長。已發現，在沉積工藝期間調節基板浮動電勢可用來調節沉積AlN緩沖層的 生長類型，例如氮面或鋁面生長。在一個實例中，形成約5伏特與約500伏特之間的基板電 勢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，已發現通過使用氫氧化鉀（KOH)濕化學物質（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類型，因為鋁面生長在此化學物 質中將相對不被蝕刻（例如大于30秒），而氮面生長薄膜將被快速地蝕刻掉（例如在小于 30秒的時間內蝕刻500埃）。
[0085] 而且，已發現，沉積速率對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。在一個實例中，通過調節工藝參數（例如功率、壓力）以輸出大于7埃/秒的沉積速 率促進鋁面生長，并且通過調節工藝參數以輸出小于2埃/秒的沉積速率促進氮面生長。
[0086] 同樣已認可，通過控制腔室調節與進入緩沖層213的雜質，可重復地并且可靠地 形成氮面或鋁面生長。由此，已認可且已發現，在步驟304與306期間執行的工藝結合在步 驟310期間執行的工藝，影響沉積AlN緩沖層的氮面或鋁面生長。已經發現，鋁面或氮面沉 積AlN緩沖層的更佳生長影響下文中進行論述（例如步驟312至314)的隨后沉積的層的 多個生長模式。隨后沉積的層的生長模式可影響所述的層的表面與整體物理特性、化學特 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 來促進隨后在緩沖層213上沉積的層（例如GaN)的三維（3D)生長（例如有利于島狀類型 生長）。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 隨后在緩沖層213上沉積的薄膜（例如GaN)的二維（2D)生長（例如有利于最初形成的晶 核的快速聚結，然后隨著晶核生長而形成光滑表面）。在一個實例中，在形成LED裝置時，在 PVD沉積AlN緩沖層213上形成高品質的GaN層的情況下，鋁面生長更佳。已經發現，高品 質Ga面GaN可通過使用AlN緩沖層的鋁面生長而形成。在此情況下，鋁面生長在硅與藍寶 石基板上提供合乎需要的薄膜形態與晶體缺陷密度。已認可，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GaN層時，氮面生長可為更佳。
[0087] 在一個實例中，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，調節處理區域中氬氣與氮氣的組成比率 (30%至60%為氮氣），并且將基板溫度控制在約450°C至550°C以達到約小于0. 5埃/秒 的沉積速率。
[0088] 或者，在一個實例中，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，控制小于10毫托的處理壓力，調 節處理區域中氬氣與氮氣的組成比率（60%至95% )，并且將基板溫度控制在約350°C至 450°C，以達到約大于7埃/秒的沉積速率。
[0089] 在步驟310的一個實施方式中，包括熱處理（RTP、激光退火、高溫烘焙，等等）或化 學處理（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。可能在無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點處需要暴露于約在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（例如適當的缺陷密度、晶粒大小、晶體 取向、應力，等等）。根據本發明的實施方式，在氮化鋁層上制造額外的層之前，在PVD沉積 氮化錯緩沖層上執行快速熱處理（rapidthermalprocessing;RTP)過程。可從應用材料 公司處購得的RTP腔室可設置在群集工具401和601中所含的處理腔室中的一個腔室中， 群集工具401和601在上文中進行論述。然而，在一個實例中，在PVD腔室中執行RTP工藝。 在另一實例中，激光退火能力與裝置200的上述制造工藝關連。
[0090] 在另一實施方式中，在執行步驟310之前，可由Al、A10x、SiNx、Zn0、ZnS、ZrN、TiN 等材料組成的預晶種層沉積在基板表面上以保護基板表面，并且實現更高品質的AlN沉積 和/或容許不影響薄膜品質的情況下，在PVDAlN緩沖層沉積工藝期間實現快速的沉積速 率。在一個實例中，預晶種層可通過在不使含氮氣體流動和/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沉積工藝使用設置在處 理系統600中提供的群集工具601中的處理腔室602a至602c中的一個腔室。在一個實例 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。在一個實例中， 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，可將前驅物氣體（如三甲 基鎵（TMG)、氨氣（NH3)和氮氣（N2))引入處理腔室，同時，設置在載體451上的基板201則 經加熱并且維持在約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。在一個實例中，u-GaN/n-GaN層沉積總厚度為約4微 米。在一些實施方式中，可省略U-GaN層。可用來形成裝置200的部件的其他GaN與AlGaN 沉積工藝的實例在申請于2011年3月21日、發明名稱為"形成包括成核層的氮化合物結構 (FormingACompound-NitrideStructureThatIncludesANucleationLayer) "的美國 專利申請第13/052,861號中進行進一步描述，此申請以參考方式全部并入本文。
[0092] 接下來，在步驟314中，一或更多個接觸層（如第一功率電極218、第二功率電極 220,和/或柵極結構222)沉積在在步驟312期間所形成的裝置層之上。在一個實施方式 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600中提供的群集 工具401中的處理腔室466至472中的一個腔室中執行。在一個實施方式中，第一功率電 極218、第二功率電極220和/或柵極結構222包括通過使用PVD沉積工藝而形成的導電 層。在一個實施方式中，導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 其他有用的導電金屬。在步驟314的一些實施方式中，在通過使用PVD沉積工藝沉積一或 更多個覆蓋導電層之后，使用傳統的光刻與蝕刻技術對層進行圖案化。
[0093] 雖然前述內容涉及本發明實施方式，但可在不背離本發明基本范圍前提下設計本 發明的其它及更多實施方式，并且本發明范圍由隨附權利要求書確定。
【權利要求】
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基板的表面； 在受控環境下將所述一或更多個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基板上形成氮化鋁層，所述第二處理腔室具 有一或更多個側壁，所述側壁界定處理區域，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域，所述第一氣體包含氮氣；和 將第二氣體流入所述處理區域，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配置以促進所述氮化鋁層在所述一或更多個基板上的氮面生長。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中形成所述氮化鋁層進一步包括偏壓電極以在所述 一或更多個基板上形成電勢，所述一或更多個基板設置在基板支撐件之上。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中偏壓電極的步驟包括偏壓所述電極達第一時段之 久，所述偏壓在偏壓所述靶材之前發生。
4. 根據權利要求2所述的方法，其中偏壓所述電極包括在所述一或更多個基板上產生 浮動電勢，所述浮動電勢自約-1000伏特與約+500伏特之間變化。
5. 根據權利要求2所述的方法，其中 加工所述一或更多個基板的所述表面的步驟包括使所述一或更多個基板脫氣或濺射 蝕刻所述一或更多個基板的表面， 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或射 頻信號，并且 偏壓所述電極包括在所述一或更多個基板上產生浮動電勢，所述浮動電勢自約-1000 伏特與約+500伏特之間變化，并且所述的方法進一步包括以下步驟： 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. 根據權利要求2所述的方法，其中偏壓所述電極包括在所述一或更多個基板上產生 浮動電勢，同時偏壓所述靶材。
7. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括： 將所述一或更多個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： 向所述一或更多個基板中每一者的表面輸送含金屬的前驅物和含氮的氣體。
8. 根據權利要求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. 根據權利要求1所述的方法，其中所述靶材進一步包括鋁和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基板的表面； 在受控環境下將所述一或更多個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基板上形成氮化鋁層，所述第二處理腔室具有一 或更多個側壁，所述側壁界定處理區域，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域，所述第一氣體包含氮氣；和 將第二氣體流入所述處理區域，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配置以促進所述氮化鋁層在所述一或更多個基板上的鋁面生長。
11. 根據權利要求10所述的方法，其中形成所述氮化鋁層的步驟進一步包括偏壓電極 以在設置在基板支撐件之上的所述一或更多個基板上形成電勢。
12. 根據權利要求10所述的方法，其中偏壓所述電極包括偏壓所述電極達第一時段之 久，所述偏壓在偏壓所述靶材之前發生。
13. 根據權利要求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基板上 產生浮動電勢，所述浮動電勢自約-1000伏特與約+500伏特之間變化。
14. 根據權利要求11所述的方法，其中 加工所述一或更多個基板的所述表面的步驟包括將所述一或更多個基板脫氣或濺射 蝕刻所述一或更多個基板的表面， 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或射 頻信號，并且 偏壓所述電極包括在所述一或更多個基板上產生浮動電勢，所述浮動電勢自約-1000 伏特與約+500伏特之間變化，并且所述方法進一步包括以下步驟： 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. 根據權利要求10所述的方法，進一步包括： 將所述一或更多個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： 向所述一或更多個基板中每一者的表面輸送含金屬的前驅物和含氮的氣體。
16. -種用于形成裝置的設備，所述設備包括： 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 電信號或射頻信號； 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，經配置以在一或更多個基板上產生約-1000伏特與約+500伏特之間的浮動 電勢，所述一或更多個基板設置在所述基板支撐表面之上。
【文檔編號】C23C14/54GK104428441SQ201380035434
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年7月1日 優先權日:2012年7月2日
【發明者】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 申請人:應用材料公司