用于减少薄膜中杂质的装置和方法制造方法及图纸

描述了等离子体发生器，其使用部分的PBN衬里，相对于使用完全的PBN衬里不仅在膜形成的过程中使得高能气体组分的损失最小化，而且减少了引入到生长膜中的硼杂质的水平。还描述了这种等离子体发生器在成膜装置和成膜方法中的使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于减少杂质的装置和方法，特别是通过使用等离子体的CVD工艺而在膜中生长的硼。
技术介绍
对本文中
技术介绍
的任何参考不应解释为承认这样的现有技术构成在澳大利亚或其它地方的公知常识。含金属的膜，例如氮化镓(GaN)膜在一系列装置中有应用，从发光二极管(LED)到紫外线检测器再到晶体管器件。这些膜通常由以下技术制作，包括分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)和远程等离子体增强化学气相沉积(RPECVD或RPCVD)。RPCVD已用来在比MOCVD更低的温度下产生高品质的膜，这往往涉及大约1000℃至1200℃的生长温度，从而降低了设备成本，并允许使用用于膜沉积的温度敏感优选基板(substrate)。RPCVD使用原料气，例如氮气来产生等离子体，以与金属有机试剂反应，并在基板上沉积所需材料。在该技术中，很重要的是保持适宜高能活性气体组分(species)的一致水平，该适宜高能活性气体组分从是等离子体管的等离子体产生区域提供给反应或生长室。可减少该高能活性气体组分的一种途径是通过在其中产生等离子体的等离子体管的壁上的表面复合，也可能通过在向生长室运送活性气体组分的容器壁上的表面复合。这种表面复合例如是氮气的原子或分子复合，其降低了可用于与有机金属试剂反应的活性原子或分子氮种类的数目。由于这个原因，可能有用的是由具有用于要生成的特定活性气体组分的低固有表面复合特性的材料来构造等离子体管。热解氮化硼(PBN)是当产生氮等离子体时用于此目的的有用材料。然而，PBN是相对昂贵的材料并且是难以加工成所需的规格，所以等离子体发生器的制造成本因包含PBN等离子体管而显著提高。另外，本专利技术人已经注意到PBN管壁的溅射将作为杂质的显著水平的硼引入到了生长膜中。这降低了膜的质量和其对某些设备用途的适配性，并且是这种方法的显著缺点。提供等离子发生器将是有用的，由于表面复合其允许活性物质的损失减少，但其无助于杂质掺入生长膜中而超出可接受的商业水平。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了等离子体发生器，包括：(a)等离子体管，具有形成在等离子体管的第一端部的气体入口和形成在等离子管的第二端部的等离子出口；(b)临近等离子体管的电离源，以限定等离子体管的第一区域并将该区域暴露给电磁场来产生活性等离子体组分；以及(c)热解氮化硼衬里，为在其第二区域内的等离子体管的内壁安装衬里(lining)，其中，所述热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，该距离大于第一区域长度的20％。在一个实施方式中，热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，该距离大于第一区域长度的10％。在进一步的实施方式中，热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，该距离大于第一区域长度的5％。在一个实施方式中，热解氮化硼衬里不延伸到第一区域中，使得它不为等离子体管的一部分内表面安装衬里，该一部分内表面邻近所述电离源。在一个实施方式中，等离子体管的气体入口或邻近所述第一端部的等离子体管的一部分相对于所述等离子体管的剩余部分收缩。适当地，该收缩采取的形式为气体入口和/或等离子体管的第一区域的至少一部分相对于所述等离子体管的第二区域的直径是直径减小的区域。在一个实施方式中，等离子体发生器是用于形成膜的装置的组成部分。该装置可以是用于在基板上沉积第III族金属氮化物膜。该装置可以是用于使用等离子体作为反应物形成膜的装置。在一个实施方式中，该装置是RPCVD装置，所以等离子体发生器可以是RPCVD等离子体发生器。合适地，该装置还可包括生长室，其包括VA族等离子体入口、IIIA族试剂入口以及适于支撑一个或多个基板的基板支架。在一个实施方式中，本专利技术在于用于在基板上沉积第III族金属氮化物膜的装置，该装置包括：(a)等离子体发生器，以由氮源产生氮等离子体，该等离子体发生器包括(i)等离子体管，具有形成在等离子体管的第一端部的气体入口和形成在等离子管的第二端部的等离子出口；(ⅱ)临近等离子体管的电离源，以限定等离子管的第一区域并将该区域暴露给电磁场来产生活性等离子体组分；(ⅲ)热解氮化硼衬里，位于邻近在其第二区域内的所述等离子体管的内壁，所述热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，该距离大于第一区域长度的20％；(b)生长室，在其中反应试剂，其包括具有由氮等离子体衍生的活性氮组分的第III族金属，以便在基板上沉积第III族金属氮化物；以及(c)在生长室上的等离子体入口，以便氮等离子体从等离子体发生
器通入到生长室中。在一个实施方式中，该装置是RPCVD装置。在一个实施方式中，喷头位于RPCVD装置的等离子体发生器和生长室之间。在一个实施方式中，热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，该距离大于第一区域长度的10％。在进一步的实施方式中，热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，该距离大于第一区域长度的5％。在一个实施方式中，热解氮化硼衬里不延伸到第一区域中，使得它不为等离子体管的一部分内表面安装衬里，该一部分内表面邻近所述电离源。当热解氮化硼衬里不延伸到第一区域中时，热解氮化硼衬里和电离源之间的间距可以是如前面描述的用于等离子体发生器的任何距离。适当地，有机金属试剂从该喷头释放到生长室中。该喷头可设置有贯穿其的至少一个孔，离开等离子体管的等离子出口的等离子体可穿过它进入生长室。在一个实施方式中，该至少一个孔设置有热解氮化硼护套或涂层。优选地，该至少一个孔为多个孔，并且多数孔设置有热解氮化硼护套。在一个实施方式中，基本上所有的孔设置有热解氮化硼护套。在一个实施方式中，等离子体腔由该喷头的上表面、至少一个侧壁和顶部限定，喷头的上表面与所述等离子体发生器的等离子出口相对，通过顶部该等离子体发生器的等离子体出口打开。合适地，该喷头的上表面和至少一个侧壁覆盖有热解氮化硼。在一个实施方式中，等离子体腔的所有表面都衬有一个或多个热解氮化硼衬里，其可以是与等离子体发生器的热解氮化硼衬里分离的或连续的。根据本专利技术第二方面，提供了产生等离子体的方法，包括以下步骤：(a)提供包括等离子体管的等离子体发生器，该等离子体管具有形成在等离子体管的第一端部的气体入口和形成在等离子管的第二端部的等离子出口，临近等离子体管的电离源，以限定等离子管的第一区域并将该区域暴露给电磁场来产生活性等离子体组分，以及热解氮化硼衬里，位于邻近在其第二区域内的所述等离子体管的内壁，所述热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，该距离大于第一区域长度的20％；(b)通过该气体入口提供原料气；以及(c)将该气体暴露于该第一区域内的电磁场，由此产生等离子体。等离子体发生器的各种组件可以是在第一方面的任何实施方式中所描述的，包括用于在基板上沉积第III族金属氮化物膜的装置的实施方式。在第三方面，本专利技术在于由第二方面的方法制造的第III族金属膜。该膜可以是第III族金属氮化物膜。在一个实施方式中，所述膜是GaN膜。在第四方面，本专利技术在于在半导体器件中使用第三方面的第III族金属膜。该膜可以为第三方面中所描述的。本专利技术的各种特征和实施方式，在上文各个部分涉及的，酌情适用于其它部分。因此，一个部分中的特定特征可酌情与其它部分的特定特征相结合。所描述的用于第一方面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体发生器，包括：（a）等离子体管，具有形成在等离子体管的第一端部的气体入口和形成在等离子管的第二端部的等离子出口；（b）临近等离子体管的第一区域的电离源，以将此区域暴露给电磁场来产生活性等离子体组分；以及（c）热解氮化硼衬里，为在其第二区域内的等离子体管的内壁安装衬里，其中，所述热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，所述距离大于第一区域长度的20％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.15 AU 20149001211.一种等离子体发生器，包括：（a）等离子体管，具有形成在等离子体管的第一端部的气体入口和形成在等离子管的第二端部的等离子出口；（b）临近等离子体管的第一区域的电离源，以将此区域暴露给电磁场来产生活性等离子体组分；以及（c）热解氮化硼衬里，为在其第二区域内的等离子体管的内壁安装衬里，其中，所述热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，所述距离大于第一区域长度的20％。2.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其中热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，所述距离大于第一区域长度的10％。3.根据权利要求1或2所述的等离子体发生器，其中热解氮化硼衬里延伸到第一区域中不超过一定距离，该距离大于第一区域长度的5％。4.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体发生器，其中所述热解氮化硼衬里不延伸到第一区域中，使得它不为等离子体管的一部分内表面安装衬里，所述一部分内表面邻近所述电离源。5.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体发生器，其中所述热解氮化硼衬里与电离源的距离间隔大于0mm至约100mm。6.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体发生器，其中所述间隔为约2mm至约80mm。7.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体发生器，其中所述间隔为约5mm至约60mm。8.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体发生器，其中所述热解氮化硼衬里是可去除的衬里。9.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体发生器，其中所述电离源是RF线圈的形式。10.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体发生器，其中所述等离子体发生器是RPCVD等离子体发生器。11.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体发生器，其中所述气体入口是氮气入口。12.根据前述权利要求中任一项所述的等离子体发生器，其中等离子体管的气体入口或邻近第一端部的等离子体管的一部分是相对于等离子体管的其余部分收缩的。13.根据权利要求12所述的等离子体发生器，其中收缩采取的形式为气体入口和/或等离子体管的第一区域的至少一部分相对于所述等离子体管的第二区域的直径是直径减小的区域。14.一种用于在基板上沉积第III族金属氮化物膜的装置，所述装置包括：（a）等离子体发生器，以由氮源产生氮等离子体，等离子体发生器包括：（i）等离子体管，具有形成在等离子体管的第一端部的气体入口和形成在等离子管的第二端部的等离子出口；（ⅱ）临近等离子体管的电离源，以限定等离子管的第一区域并将此区域暴露...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩·曼，萨蒂亚纳拉杨·巴瑞克，玛丽·汪德比尔特富盖，乔希·布朗，保罗·邓尼根，
申请(专利权)人：盖列姆企业私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU