複合氮化物半導體結構的外延成長的製作方法

2023-09-18 22:02:05

專利名稱：：複合氮化物半導體結構的外延成長的製作方法
技術領域：
：本發明是有關於複合氮化物半導體結構的外延成長。
背景技術：
：發光二極體(LED)的沿革有時描繪成"爬升光譜(crawlupthespectmm)"。此是因首度商業化的LED產生光譜中紅外線部分的光線，接著發展出使用磷化砷鎵(GaAsP)於砷化鎵(GaAs)基材上的紅光LED。其次為效率較高的磷化鎵(GaP)LED，其可同時製造較亮的紅光LED和橘光LED。改進GaPLED後則發展出綠光LED,其採用雙GaP晶片(一為紅光，另一為綠光)來產生黃光。利用磷化砷鋁鎵(GaAIAsP)材料和磷化鋁鎵銦(lnGaAIP)材料可進一步增進此光諳部分的效率。因發射光波長較短的LED可提供寬的光譜範圍，又因製造發射光波長較短的二極體可增加諸如光碟只讀存儲器(CD-ROM)等光學裝置的信息儲存量，故其發展一般傾向製造可提供較短波長光線的LED。借著開發氮化物為基礎(nitride-based)的LED,尤其是使用氮化鎵(GaN)，可大量製造光謙中藍光、紫光、和紫外光部分的LED。儘管先前已使用碳化矽(SiC)材料成功製造出藍光LED，然此類裝置的電子結構具有間接能隙，因而發光性不佳。雖然數十年已知使用GaN可發出光譜中的藍光，但實際製造上仍有許多障礙。障礙包括缺少合適的基材來生成GaN結構於其上、GaN生長通常需要高熱條件，導致各種熱傳問題產生、及難以有效p型摻雜此類材料。由於藍寶石約有15%的晶格與GaN不相配，因此採用藍寶石做為基材並不完全符合要求。許多研發依然相繼致力克服這些障礙。例如，採用金屬有機氣相法形成的氮化鋁(AIN)或GaN緩衝層已發現可有效解決晶格不相配的問題。進一步改進GaN基礎結構的方法包括使用AIGaN材料形成具有GaN的異質接面，且特別是使用氮化鎵銦(lnGaN)材料，如此可產生當作量子井的缺陷，用以有效發射短波長的光線。富含銦的區域具有比周圍材料小的能隙，且可分布於整個材料而可提供高效率的發射中心。儘管複合氮化物半導體裝置的製作已有若干改善，然目前製程仍有許多不足。再者，因產生短波長光線的裝置的利用率高，故亦熱切需要製造此類裝置。有鑑於此，此技藝普遍需要製造複合氮化物半導體裝置的改善方法及系統。
發明內容本發明的實施例提出製造複合氮化物半導體結構的設備及方法。第一川族前驅物和第一氮前驅物流入第一處理室。第一m族前驅物包舍第一m族元素。第一層通過在第一處理室中利用第一iii族前驅物與第一氮前驅物的熱化學氣相沉積製程沉積在基材上，如此第一層包含氮和第一m族元素。沉積第一層後，基材從第一處理室傳送到不同於第一處理室的第二處理室。第二iii族前驅物和第二氮前驅物流入第二處理室。第二m族前驅物包含第一iii族前驅物不含的第二m族元素。第二層通過在第二處理室中利用第二m族前驅物與第二氮前驅物的熱化學氣相沉積製程沉積在第一層上。可在不同的條件下將基材從第一處理室傳送到第二處理室。例如在一實施例中，是在含有90。/o以上氮氣(N2)的氛圍下進行傳送；在另一實施例中，是在含有90。/o以上氨氣(NH3)的氛圍下進行傳送；在又一實施例中，是在含有90。/。以上氫氣(H2)的氛圍下進行傳送。基材亦可在溫度大於200。C的氛圍下進行傳送。前驅物的流入可伴隨引進載氣，例如包括氮氣(Nb)和氫氣(H2)。在一實施例中，第三iii族前驅物流入具有第二iii族前驅物和第二氮前驅物的第二處理室。第三m族前驅物包含第一川族元素。m族元素的使用例子包括第一iii族元素採用鎵且第二m族元素採用鋁，如此形成的第一層包含GaN層，第二層包含AIGaN層。在另一特定實施例中，第一川族元素為鎵且第二III族元素為銦，如此形成的第一層包含GaN層，第二層包含InGaN層。在又一特定實施例中，第一iii族元素為鎵且第二iii族元素包括鋁與銦，如此形成的第一層包含GaN層，第二層包含AllnGaN層。在沉積第二層前，過渡層有時可於第二處理室內沉積至第一層上。過渡層的化學組成實質上同於第一層，且厚度小於100000埃。第一處理室有助於包含氮與m族元素的材料快速成長。第二處理室有助於增進含有氮與III族元素的沉積材料的均勻度。本發明的方法可施行於群集工具，其具有定義第一處理室的第一殼蓋、和定義第二處理室的第二殼蓋。第一處理室包括第一基材支架，第二處理室包括第二基材支架。機械傳輸系統用來在控制環境下傳送基材於第一與第二基材支架之間。氣體輸送系統用來引進氣體至第一與第二處理室。壓力控制系統維持第一與第二處理室內的選定壓力，溫度控制系統維持第一與第二處理室內的選定溫度。控制器控制機械傳輸系統、氣體輸送系統、壓力控制系統、和溫度控制系統。內存耦接控制器，並包含具計算機可讀取程序的計算機可讀取媒體。計算機可讀取程序包括操作群集工具的指令，以製造複合氮化物半導體結構。本發明的本質和優點在參閱說明書其餘部分與所附圖式後將更明顯易懂，其中，各圖式中相同的組件符號表示類似的組件。在某些例子中，與組件符號相關的下標與連字號代表多個類似組件的其中一個。若文中指稱組件符號，而非特定指出現有的下標，則表示其是指所有此類的類似組件。圖1為GaN為基礎的LED結構的示意圖2A為根據本發明實施例，構成部分多室群集工具的示範CVD設備的簡示圖2B為用於圖2A中示範CVD設備的一使用者接口實施例的簡示圖；圖2C為用於圖2A中示範CVD設備的一系統控制軟體的階層(hierarchical)控制結構實施例的方塊圖3為用於本發明實施例的多室群集工具的示意圖4為利用圖3的多室群集工具製造複合氮化物半導體結構的方法流程圖；以及圖5為利用圖3的多室群集工具製造圖1的LED的特定方法流程圖。主要組件符號說明簡結構104基材108程序112緩衝層116n-GaN層120多重量子井層124p-AIGaN層128接觸層210系統213虛線215真空室/處理室216氣體反應區220氣體輸送系統221氣體分配盤223、224箭頭225真空系統226加熱器230等離子體系統235系統控制器237封閉構件240抽吸通道243、260管線244氣體混合箱246閥247導管250處理器255、270內存257入口258程序263節流閥系統265控制線路271、272壁面273a屏幕273b光筆275主機單元280、282、285、286、287、290、291、292、293300群集工具304、304-1、304-2、304-3處理室308處理站312機械裝置404、408、412、416、420、424、428、432、436、子程序452、456、460、504、508、512、516、520、524、528、532、536方塊具體實施方式1.綜述傳統製造複合氮化物半導體結構的方法是在單一製程反應器中進行多道外延沉積步驟，且基材在完成所有步驟前不會離開反應器。圖1顯示可形成的結構及製造此結構所需的步驟順序。在此例子中，結構為氮化鎵為基礎(GaN-based)的LED結構100。其製作於藍寶石(OOOI)基材104上，並經晶片清洗程序108處理。適當的清洗時間在105CTC時為10分鐘，其另費時10分鐘進行加熱及降溫。GaN緩衝層112利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)製程沉積在已清洗的基材104上。達成方法包括流入Ga前驅物與N前驅物至反應器中、及利用熱製程進行沉積。圖中緩沖層112的厚度一般為約300埃(A),其可在約550。C下沉積5分鐘而得。接著沉積的n-GaN層116通常是在更高溫度下得到，例如在圖中的1050。C下進行沉積。n-GaN層116非常厚，其約沉積140分鐘達到4微米((im)的厚度。然後沉積氮化鎵銦(lnGaN)多重量子井(MQW)層120，其可在750。C下沉積約40分鐘達到約750埃的厚度。p-氮化鎵鋁(p-AIGaN)層124沉積在多重量子井層120上，其可在95CTC下沉積約5分鐘達到約200埃的厚度。沉積p-GaN接觸層128後可完成結構，其是在約1050。C下沉積約25分鐘而得。包含多道外延沉積步驟的傳統製造方法是於單一反應器中進行，因此需要很長的處理時間，通常需要4-6小時。如此長的處理時間造成反應器產能低落，此亦為批次製程技術常面臨的問題。例如，用於量產的商業化反應器可同時操作處理20-50片兩吋晶片，以致產率相當低。為增進複合氮化物半導體結構製造技術的產率和產能，發明人致力於傳統製程的全面性研究，以確認可能改善之處。儘管許多可能性已確認出，執行上仍有一些困難。許多情況下，改進位程的一部分實際上將不當影響製程的其它部分。徹底認清這些難處本質後，發明人更加了解到單一反應器方式會阻礙各製程步驟使用的反應器硬體的最佳化。此限制局限了形成不同化合物結構的製程操作範圍(processwindow),諸如溫度、壓力、前驅物的相對流速等參數。例如，GaN的最佳沉積條件不一定是InGaN或AIGaN的最佳沉積條件。發明人判定採用多個處理室(如同多室群集工具的一部分)可擴大不同化合物結構的製程操作範圍。達成方法包括在不同處理室中，外延生成具有增強特定程序的結構的不同化合物。其實際執行的另一困難點在於，在群集工具的各處理室間進行傳輸將中斷生成過程，以致接口產生缺陷。發明人至少提出二種減緩此作用的方法。首先，基材可在已控制的周遭環境下傳輸於各處理室間。例如在一些實施例中，已控制的周遭環境具有高純度的氮氣(N2)氛圍。在此，"高純度"的X氛圍具有90%以上的X，且在不同的實施例中，可具有95%以上、98%以上、或99。/。以上的X。在其它例子中，周遭環境可具有高純度的氫氣(H2)或氨氣(NH3)氛圍，其另有利於吸收可能形成於結構中的氧雜質。在又些其它例子中，周遭環境可升溫至大於200。C,其亦有助於吸收或避免表面氧化。其次，借著在傳輸至新的處理室後沉積薄過渡層，可減少接口缺陷產生。過渡層的化學結構一般與前一處理室沉積的膜層結構相同或類似。過渡層的厚度通常小於10000埃，且在不同的實施例中，可小於7500埃、小於5000埃、小於4000埃、小於3000埃、小於2500埃、小於2000埃、小於1500埃、或小於1000埃。過渡層的特定實施例將配合以下實施例說明於後。一般而言，過渡層最好具有足夠的厚度，使得化學汙染物或結構缺陷實質上可自主動區域和pn接面移除。2.群集工具圖2A為示範化學氣相沉積(CVD)系統210的簡示圖，其繪示各處理室的基本結構，用以個別進行沉積步驟。系統適用於次大氣壓CVD(SACVD)熱製程及其它製程，例如回流、驅入、清洗、蝕刻、沉積、和吸收製程。從下述實施例可知，在一些例子中，將基材移到另一處理室前，仍可在一處理室內進行多道製程。系統的主要組件包括接收氣體輸送系統220供應的製程氣體與其它氣體的真空室215、真空系統225、遠程等離子體系統230、和系統控制器235。這些組件與其它組件將進一步詳述於下。雖然為便於說明，圖標僅顯示單一處理室結構，但可理解的是，多個具類似結構的處理室亦可當作群集工具的一部分，其分別用來進行整體製程的不同態樣。圖中用來支持處理室的其它組件可與多個處理室共享，然在一些例子中，各處理室各自具有支持組件。CVD系統210包括封閉構件237,用以構成具氣體反應區216的真空室215。氣體分配盤221通過穿孔分散反應氣體與其它氣體(例如淨化氣體)至放置在可垂直移動的加熱器226(亦稱為晶片支撐基座)上的晶片(未繪示)。氣體反應區216位於氣體分配盤221與晶片之間。加熱器226可控制移到較低位置(在此例如可裝載或卸載晶片)、和鄰近氣體分配盤221的處理位置(以虛線216表示)、或供其它目的使用的位置(例如進行蝕刻或清洗製程)。中央板(未繪示)包括傳感器，用以提供晶片位置的信息。不同的實施例可採用不同的加熱器226結構。例如在一實施例中，加熱器226包括內封於陶瓷的電阻加熱組件(未繪示)。陶瓷保護加熱組件遭處理室環境腐蝕，並使加熱器達到約120CTC的高溫。在一示範實施例中，加熱器226露出真空室215的所有表面皆由陶瓷材料組成，例如氧化鋁(八1203或礬土)、或氮化鋁。在另一實施例中，加熱器226包含照燈加熱器。或者，由諸如鎢、錸、銥、釷、或其合金等耐火金屬構成的棵金屬絲加熱組件可用來加熱晶片。照燈加熱器可排列達到1200。C以上的高溫而可做為特殊應用。反應氣體和載氣經由供應管線243從氣體輸送系統220輸送到氣體混合箱(亦稱為氣體混合區塊)244，在此氣體相互混合且輸送到氣體分配盤221。如熟諳此技藝者所能理解，氣體輸送系統220包括各種氣體源和合適的供應管線，以輸送預定的氣體至真空室215。各氣體供應管線一般包括關閉閥，用以自動或手動停止氣體流入其相關管線、和流量控制器或其它測量流經供應管線的氣體或液體流量的控制器。視系統210執行的製程而定，部分來源實際上可為液體源，而非氣體源。使用液體源時，氣體輸送系統包括液體注入系統或其它合適的機制(如噴水器)，用以蒸發液體。如熟諳此技藝者所能理解，液體蒸氣接著通常與載氣混合。氣體混合箱244為連接製程氣體供應管線243與清洗/蝕刻氣體導管247的雙輸入混合區塊。闊246容許氣體導管247的氣體或等離子體進入或封入氣體混合箱244。氣體導管247接收來自整合式遠程微波等離子體系統230的氣體，且等離子體系統230具有用以接收輸入氣體的入口257。沉積時，供應至分配盤221的氣體朝晶片表面排放(如箭頭223所示)，在此氣體可以層流方式放射狀均勻分散於整個晶片表面。淨化氣體可經由封閉構件237底層從氣體分配盤221及/或進入口或進入管(未繪示)輸送到真空室215。來自真空室215底部的淨化氣體從入口向上流過加熱器226,並流至環形抽吸通道240。包括真空幫浦(未繪示)的真空系統225通過排放管線260排放氣體(如箭頭224所示)。排放氣體和乘載粒子自環形抽吸通道240引至排放管線260的速率受控於節流閥系統263。遠程微波等離子體系統230可產生等離子體以供應用，例如清洗處理室、或蝕刻處理晶片的殘留物。遠程等離子體系統230利用入口257供應的前驅物產生的等離子體物種經由導管247輸送，以通過氣體分配盤221分散到真空室215。遠程微波等離子體系統230整體設在真空室215下方，且導管247沿著處理室向上延伸至閘閥246和位於真空室215上方的氣體混合箱244。清洗用的前驅氣體可包括氟、氯、及/或其它反應元素。借著在膜層沉積製程期間流入適當沉積前驅氣體至遠程微波等離子體系統230，還可利用遠程微波等離子體系統230沉積CVD層。沉積室215壁面與周圍結構(如排放通道)的溫度更可通過在室壁的通道(未繪示)中循環熱交換液體而控制。熱交換液體可依需求來加熱或冷卻室壁。例如，熱液體有助於維持熱沉積過程的熱梯度；冷液體可於原位(insitu)等離子體製程期間移除系統的熱量、或可限制沉積物形成於室壁上。氣體分配盤221亦具有熱交換通道(未繪示)。典型的熱交換流體包括以水為底液(water-based)的乙烯乙二醇混合物、以油為底液的熱傳流體、或類似流體。此加熱方式(指通過"熱交換"加熱)可大幅減少或消除不當的反應產物凝結，並有助於減少製程氣體與其它汙染物的揮發性產物，若其凝結在冷卻真空通道壁上且在未流入氣體時流回處理室，可能會汙染製程。系統控制器235控制沉積系統的行動與操作參數。系統控制器235包括計算機處理器250、和耦接處理器250的計算機可讀取內存255。處理器250執行系統控制軟體，例如儲存於內存270的電腦程式。內存270較佳為硬碟，但也可為其它類型的內存，例如只讀存儲器或快閃記憶體。系統控制器235還包括軟盤驅動器、CD或DVD驅動器(未繪示)。處理器250根據系統控制軟體(程序258)運作，其包括命令特定製程的時間、混合氣體、處理室壓力、處理室溫度、微波功率大小、基座位置、和其它參數的計算機指令。這些參數和其它參數是通過控制線路265控制，圖2A僅顯示部分控制線路265，其並聯是系統控制器235與加熱器、節流閥、遠程等離子體系統、各種閥門、和氣體輸送系統220相關的流量控制器。處理器250具有卡架(未繪示)，其包食單板計算機、模擬與數字輸入/輸出板、接口板、和步進馬達控制板。許多CVD系統210零件皆符合規範板、卡籠、和連接器尺寸與種類的VersaModularEuropean(VME)標準。VME標準尚訂定具16位數據總線與24位地址總線的總線結構。圖2B為用來監控CVD系統210運作的使用者接口的簡示圖。圖2B清楚繪出群集工具的多室性質，且CVD系統210為多室系統中的其中一個處理室。在此多室系統中，晶片可由計算機控制的機械裝置從一處理室傳送到另一處理室，以另行處理。在一些狀況下，晶片是在真空狀態或預定氣體氛圍下傳輸。使用者與系統控制器235間的接口為CRT屏幕273a和光筆273b。主機單元275提供CVD系統210電氣、錘測、和其它支持功能。適合所述CVD系統實施例的多室系統主機單元例如為目前可從美國加州聖克拉拉市的應用材料公司(APPLIEDMATERIALS,INC.)取得的Precision5000和Centura5200系統。在一實施例中為採用兩個屏幕273a，其一放置於無塵室壁面271供操作員使用，另一放置於壁面272後方供維修技師使用。二屏幕273a同時顯示相同的信息，但只有一個光筆273b有用。光筆273b利用筆尖的感光器偵測CRT顯示器發射的光線。為選擇特定畫面或功能，操作員觸碰顯示畫面的指定區域，並按壓光筆273b上的按鈕。觸碰區域改變其強光顏色、或顯示新的選單或畫面，以確定光筆與顯示畫面的溝通無礙。如一般技藝人士所能理解，其它諸如鍵盤、滑鼠、或其它點觸或通信裝置等輸入裝置亦可附加使用或代替光筆273b，以聯是使用者與處理器。圖2C為用於圖2A中示範CVD設備的系統控制軟體(電腦程式258)的階層(hierarchical)控制結構實施例的方塊圖。諸如沉積膜層、乾式清洗處理室、回流、或驅入等製程可在處理器250執行的電腦程式258的控制下進行。電腦程式碼可以任一傳統計算機可讀取程序語言編寫，例如68000彙編語言、C、C++、Pascal、Fortran、或其它語言。適當的程序代碼是利用傳統文字編輯器輸入單一檔案或多個檔案，並儲存或收錄在計算機可用的々某體中，如系統內存。若輸入碼文字為高級語言，則進行編碼，產生的編譯程序碼接著連接預先編譯的Windows書庫例行程序的計算機語言。為執行連接的編譯程序碼，系統使用者訴諸計算機語言，使計算機系統加載內存中的編碼，自此CPU讀取並執行編碼，以裝配設備進行程序識別的任務。使用者利用光筆點選CRT屏幕上的選單或畫面而輸入製程設定值與處理室編號至處理選擇器子程序280。製程設定值為進行特定製程所需的製程參數默認值，其是由預設編號確認。處理選擇器子程序280確認(i)預定處理室、和(ii)操作處理室來進行預定製程所需的預設製程參數。進行特定製程所需的製程參數與製程條件有關，例如製程氣體組成與流速、基座溫度、室壁溫度、壓力、和等離子體條件(如磁電管功率大小)。處理選擇器子程序280控制處理室在特定時間將進行的製程類型(例如沉積、清洗晶片、清洗處理室、吸收處理室、回流)。在一些實施例中，可能不只一個處理選擇器子程序。製程參數列成製法(recipe)提供給使用者，且通過光筆/CRT屏幕接口輸入。處理序列發生器子程序282具有程序代碼，用以接收處理選擇器子程序280確認的處理室與製程參數、及控制各處理室的運作。多位使用者可輸入製程設定值與處理室編號，或者單一使用者可輸入多個製程設定值與處理室編號，處理序列發生器子程序282則以預定順序安排製程進行。較佳地，處理序列發生器子程序282包括程序代碼，用以(i)監控處理室的運作，以判斷處理室是否使用、(ii)判斷使用中的處理室進行何種製程、和(川)依據處理室的可利用性與欲進行的製程類型來執行預定製程。可採用傳統監控處理室的方法，例如投票法(pollingmethod)。當安排待執行的製程時，處理序列發生器子程序282可考量使用中的處理室現況，並比較選定製程的預定製程條件、或各使用者輸入需求的時間長短、或系統程序設計師決定先後順序相關的其它因素。當處理序列發生器子程序282決定了接續執行的處理室與製程設定後，處理序列發生器子程序282將特定製程設定參數傳送到處理室管理子程序285而開始執行製程設定，處理室管理子程序285根據處理序列發生器子程序282決定的製程設定控制一特定處理室中的多個處理任務。例如，處理室管理子程序285具有程序代碼，用以控制處理室215內的CVD製程與清洗製程。處理室管理子程序285亦控制各處理室組件子程序的執行，其控制進行選定製程設定所需的處理室組件運作。處理室組件子程序的例子包括基材定位子程序290、製程氣體控制子程序291、壓力控制子程序292、加熱器控制子程序293、和遠程等離子體控制子程序294。視CVD室的特殊結構配置而定，一些實施例包括所有上述子程序，而其它實施例可包括部分上述子程序或其它未提及的子程序。一般技藝人士當可理解，其它處理室控制子程序亦可依處理室待進行的製程需求使用。在多室系統中，附加的處理室管理子程序286、287控制其它處理室的運作。操作時，處理室管理子程序285根據執行的特定製程設定而選擇性安排或呼叫處理室組件子程序。處理室管理子程序285安排處理室組件子程序，如同處理序列發生器子程序282安排接續執行的處理室與製程設定。處理室管理子程序285—般包括監控各處理室組件、依據待執行的製程設定的製程參數來決定需要操作的組件、和開始執行處理室組件子程序，以響應上述監控與決定步驟。特定處理室組件子程序的運作將參照第2A及2C圖說明於下。基材定位子程序290包含程序代碼，用以控制處理室組件，其將基材放置到加熱器226上，且視情況抬高處理室內的基材達預定高度而控制基材與氣體分配盤221的間距。當基材放入處理室215時，降低加熱器226以接收基材，接著加熱器226升高到預定高度。操作時，基材定位子程序290控制加熱器226的移動，以響應處理室管理子程序285傳輸的支撐高度相關的製程設定參數。製程氣體控制子程序291具有程序代碼，用以控制製程氣體組成和流速。製程氣體控制子程序291控制安全閥的狀態，並加速或減緩流量控制器以得預定的氣體流速。製程氣體控制子程序291的操作一般包括打開氣體供應管線及重複地(i)讀取所需的流量控制器、(ii)比較讀取值與處理室管理子程序285提供的預定流速、和(iii)依需求調整氣體供應管線的流速。另外，製程氣體控制子程序291包括監控不安全的氣體流速，且當偵測到危險狀況時激活安全閥。其它實施例可具有一個以上的製程氣體控制子程序，每一子程序控制一特殊類型的製程或特別設定的氣體管線。在一些製程中，於引用反應製程氣體前，先流入鈍氣(如氮氣或氬氣)至處理室中以穩定處理室內的壓力。對這些製程而言，製程氣體控制子程序291是程序化來流入鈍氣至處理室一段時間以穩定處理室壓力、接著進行上述步驟。此外，若製程氣體是由液態前驅物蒸發而得，則寫入製程氣體控制子程序291,而於噴水器中汩流(bubble)輸送氣體(如氦氣)穿過液態前驅物、或者控制液體注射系統，以噴灑或噴射液體至載氣流(如氦氣)中。當噴水器用於此類製程時，製程氣體控制子程序291調節輸送氣體的流量、噴水器的壓力、和噴水器溫度，用以達到預定的製程氣體流速。如上述，預定的製程氣體流速可傳遞給製程氣體控制子程序291當作製程參數。再者，製程氣體控制子程序291包括通過存取含有特定製程氣體流速的必要值的儲存表而獲得達成預定製程氣體流速所需的輸送氣體流量、噴水器壓力、和噴水器溫度。一旦得到必要值，監控輸送氣體流量、噴水器壓力、和噴水器溫度，並比較必要值且依此進行調整。壓力控制子程序292包括程序代碼，用以調節處理室中排放系統的節流閥的開孔大小而控制處理室壓力。節流閥的開孔大小為設定控制處理室壓力達預定值，其與製程氣體總量、處理室尺寸、和排放系統的收吸設定點壓力有關。若採用壓力控制子程序292,則預定壓力值亦將接收做為處理室管理子程序285的參數。壓力控制子程序292通過讀取一或多個連接處理室的傳統壓力計而測量處理室壓力、比較測量值與預定值、獲得對應儲存壓力表的預定壓力的比例、積分與微分(PID)值、和根據PID值調整節流閥。或者，可寫入壓力控制子程序292，以打開或關閉節流閥至特定開孔大小(即固定位置)，進而調節處理室內的壓力。利用此法控制排放量並無涉及壓力控制子程序292的回饋控制特徵。加熱器控制子程序293包括程序代碼，用以控制加熱基材用的加熱單元的電流。處理室管理子程序285亦包括加熱器控制子程序293,並接收目標或設定溫度參數。加熱器控制子程序293測量溫度的方式就不同實施例而言可各不相同。例如，校正溫度的判定可包括測量加熱器中的熱耦器輸出電壓、比較測量溫度與設定溫度、和增加或減少施予加熱單元的電流，以達設定溫度。通過查詢儲存的轉換表中的對應溫度、或使用四階多項式計算溫度，可從測量的電壓得到溫度值。在另一實施例中，可以高溫計代替熱耦器進行類似的製程來決定校正溫度。加熱器控制子程序293包括使加熱器溫度逐漸升高或降低的能力。當加熱器包含內封於陶瓷的電阻加熱組件時，此特徵有助於減少陶瓷的熱爆裂，然就使用照燈加熱器的實施例而言則無此顧慮。另外，可內建故障安全防護模式來偵測製程安全性，並且當處理室未適當建立時，可停止加熱單元運作。遠程等離子體控制子程序294包括程序代碼，用以控制遠程等離子體系統230的運作。遠程等離子體控制子程序294以類似上述其它子程序的方式內含於處理室管理子程序285。雖然本發明在此是以軟體方式施行且以通用計算機執行，但熟諳此技藝者將可理解，本發明也可利用硬體實現，例如應用特殊集成電路(ASIC)或其它硬體電路。如此應可理解，本發明可整體或部分為軟體、硬體、或二者兼具。熟諳此技藝者亦將理解，選擇適合的計算機系統來控制CVD系統210是很平常的技藝。3.多室處理群集工具的物理結構繪示於圖3。圖中，群集工具300包括三個處理室304和二個附加處理站308，且機械裝置312用來傳送基材於處理室304與處理站308之間。基材的傳送可在特定的周遭環境中進行，包括真空、存有選定氣體、預定溫度等條件。使用群集工具製造複合氮化物半導體結構的方法概述於圖4的流程圖。方法開始於方塊404，其利用機械裝置312傳送基材到第一處理室304-1。方塊408為在第一處理室中清洗基材。初始外延層的沉積開始於方塊412,其在第一處理室中建立預定的製程參數，例如溫度、壓力等。方塊416為流入前驅物，以進行方塊420沉積lllrN結構。前驅物包括氮源和第一川族元素源(例如Ga)。例如，適合的氮前驅物包括NH3,適合的Ga前驅物包括三曱基鎵(trimethylgallium,TMG)。第一III族元素有時可包含複數個截然不同的III族元素，例如Al與Ga，此時適合的Al前驅物可為三甲基鋁(trimethylaluminum,TMA);在另一實施例中，複數個截然不同的lll族元素包括ln與Ga,此時適合的In前驅物可為三曱基銦(trimethylindium,TMI)。諸如Nz及/或H2的載氣也可流入。在方塊420中沉積ll卜-N結構之後，進行方塊424以停止流入前驅物。在一些例子中，方塊428可另進行處理製程處理結構，包括進一步進行沉積或蝕刻步驟、或沉積與蝕刻的組合步驟。無論是否另行步驟處理IIItN結構，皆於方塊432中將基材從第一處理室傳送到第二處理室。在不同的實施例中，此傳送可在高純度的N2環境、高純度的H2環境、或高純度的NH3環境下進行；在一些例子中，傳送環境可為上述升溫環境。如方塊436所示，m廠N過渡薄層沉積於IIItN結構上。沉積過渡層的方法類似沉積lllrN結構的方法，其一般採用與第一處理室先前使用的前驅物相同的前驅物，然部分例子也可採用不同的前驅物。在方塊440中，建立適當的製程參數(如溫度、壓力等)來沉積lll2-N層。方塊444為流入前驅氣體，以進行方塊448沉積lll2-N結構。此結構包括iiirN層不含的m族元素，但mrN層和m2-N層可另包含共同的iii族元素。例如，當lllrN層為GaN層時，Ml2-N層可為AIGaN層或InGaN層。若IIItN層具三元組成時(此非本發明所必須)，則lll2-N層通常可包括其它組成，例如四元AllnGaN層。同樣地，當lllrN層為AIGaN層時，lll2-N層可為AllnGaN層上的InGaN層。適合沉積lll2-N層的前驅物可類似沉積HlrN層的前驅物，即NH3為適合的氮前驅物、TMG為適合的鎵前驅物、TMA為適合的鋁前驅物、且TMI為適合的銦前驅物。諸如N2及/或H2的載氣也可流入。沉積lll2-N結構之後，進行方塊452以停止流入前驅物。類似沉積lllrN結構，可如方塊456所示，額外進行一些沉積及/或蝕刻步驟處理lll2-N結構。於第二處理室完成處理後，進行方塊460將基材傳出處理室。在一些例子中，可在二處理室完成處理，以於方塊460中完成結構。在其它例子中，於方塊460中將基材傳出第二處理室後，接著可將基材傳到另一處理室，如傳入第一處理室進行lllrN處理，或傳入第三處理室進行lll3-N處理。各處理室間的傳輸順序可視特定裝置的製作而定，用以利用各處理室具備的特定製程操作範圍。本發明不局限用於特定製程的處理室數量、或群集工具中各處理室進行的處理次數。僅為舉例說明而已，處理室之一可用來增加GaN的沉積速率，而第二處理室可用來增進沉積的均勻度。在許多結構中，因GaN層為完成結構中最厚的膜層，故總處理時間與GaN的沉積速率息息相關。因此最佳化第一處理室來加快GaN的生長可有效提高工具的總生產率。同時，加快GaN生長的硬體特徵相當不利於生成常做為活性發射中心的InGaN量子井。此類結構的生長一般需要更均勻的特性，其可以製造的發光結構的波長均勻度表示。犧牲生長速率可最佳化前驅物的分配情形，進而改善晶片的均勻度。最佳化第二處理室來均勻沉積InGaN多重量子井結構，可不需大幅消耗整體結構的總處理時間即達到預定的均勻度。方塊412與440建立的製程條件和方塊416與444流入的前驅物可視特殊應用而定。下表提供一般適用於利用上述裝置生成氮化物半導體結構的示範製程條件和前驅物流速tableseeoriginaldocumentpage22tableseeoriginaldocumentpage23如前所述，一特定製程可能不會引用全部的前驅物。例如在一實施例中，GaN生成可能引進TMG、NH3、和N2;在另一實施例中，AIGaN生成可能引進TMG、TMA、NH3、和H2,且TMG與TMA的相對流速為選擇達到沉積層中Al:Ga的預定化學計量比；在又一實施例中，InGaN生成可能引進TMG、TMI.、NH3、和H2,且TMI與TMG的相對流速為選擇達到沉積層中In:Ga的預定化學計量比。上表亦指出氮以外的V族前驅物也可使用。例如，可流入氬化砷(AsH3)來製造lll-N-P結構。此結構中氮與其它V族元素的化學計量比可通過適當選擇各前驅物的相對流速決定。在另些其它例子中，可引進摻質前驅物來形成摻雜的複合氮化物結構，例如使用稀土摻質。使用複數個處理室做為部分群集工具來製造氮化物結構還可增進處理室清洗效力。一般預期，每回氮化物結構生長是從乾淨的基底(susceptor)開始，以儘可能提供良好的成核層。採用複數個處理室可在每回進行生長前清洗第一處理室，但較不常清洗第二處理室，以免影響製造結構的品質。此是因第二處理室中形成的結構已具有氮化層。如此可提高生產率，並至少延長第二處理室等硬體的使用壽命。採用多個處理室尚具有其它功效。例如，如先前圖1的結構所述，因n-GaN層為最厚的膜層，故其沉積最為耗時。多個處理室可同時用來沉積n-GaN層，但錯開時間開始。單一附加處理室可用來沉積其餘結構，且插入快速沉積GaN層用的處理室之間。如此可避免在沉積n-GaN層時，附加處理室閒置，因而可增進整體產能；當其結合減少清洗附加處理室次數時尤其顯著。在一些例子中，此可用於製作某些以其它製造技術製作不具經濟效益的氮化物結構；例如GaN層厚度約為10微米的裝置。4.實施例以下實施例說明圖4概述的方法如何用於製造特定的結構。本實施例再次參照圖1的LED結構，其是利用具至少二處理室的群集工具製造。方法概述於圖5的流程圖。簡言的，第一處理室進行清洗和初始GaN層沉積，第二處理室進行其餘lnGaN層、AIGaN層、和GaN接觸層生成。方法開始於圖5的方塊504，其將藍寶石基材傳送到第一處理室。第一處理室是用來快速沉積GaN層，或許沉積的均勻度較差。第一處理室在送入基材前通常會先清洗，接著在方塊508中清洗處理室內的基材。方塊512為在第一處理室中生成GaN緩衝層112於基材上，此實施例包括在55CTC、150託耳的狀態下流入TMG、NH3、和N2。其次進行方塊516以生成n-GaN層116，此實施例包括在110CTC、150託耳的狀態下流入TMG、NH3、和N2。沉積n-GaN層後，將基材傳出第一處理室並傳入第二處理室，且在高純度的N2氛圍下進行傳輸。第二處理室是用來非常均勻地進行沉積，或許整體的沉積速率較慢。在方塊520中沉積過渡GaN層後，進行方塊524以於第二處理室內生成InGaN多重量子井活性層。在此實施例中，InGaN層的形成包括在800°C、200託耳的狀態下使用TMG、TMI、和NH3，並伴隨流入hb載氣。接著進行方塊528以沉積p-AIGaN層，包括在1000。C、200託耳的狀態下使用TMG、TMA、和NH3,並伴隨流入H2載氣。方塊532為沉積p-GaN接觸層，包括在100CTC、200託耳的狀態下使用TMG、NH3、和N2。隨後進行方塊536以將完成的結構傳出第二處理室，如此第二處理室已準備好接收其它來自第一處理室或另一第三處理室經部分處理的基材。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明保護範圍當視所附的權利要求所界定者為準。權利要求1.一種製造一複合氮化物半導體結構的方法，該方法至少包含流入一第一III族前驅物和一第一氮前驅物至一第一處理室，該第一III族前驅物包含一第一III族元素；通過在該第一處理室中利用該第一III族前驅物與該第一氮前驅物的一熱化學氣相沉積製程沉積一第一層至一基材上，該第一層包含氮和該第一III族元素；沉積該第一層後，將該基材從該第一處理室傳送到不同於該第一處理室的一第二處理室；流入一第二III族前驅物和一第二氮前驅物至該第二處理室，該第二III族前驅物包含該第一III族前驅物不含的一第二III族元素；以及通過在該第二處理室中利用該第二III族前驅物與該第二氮前驅物的一熱化學氣相沉積製程沉積一第二層於該第一層上。2.如權利要求1所述的方法，其中將該基材從該第一處理室傳送到該第二處理室包含在一含有90。/。以上氮氣(N2)的氛圍下傳送該基材。3.如權利要求1所述的方法，其中將該基材從該第一處理室傳送到該第二處理室包含在一含有90。/。以上氨氣(NH3)的氛圍下傳送該基材。4.如權利要求1所述的方法，其中將該基材從該第一處理室傳送到該第二處理室包含在一含有90%以上氫氣(1~12)的氛圍下傳送該基材。5.如權利要求1所述的方法，其中將該基材從該第一處理室傳送到該第二處理室包含在一溫度大於20(TC的氛圍下傳送該基材。6.如權利要求1所述的方法，更包含伴隨該第一m族前驅物與該第一氮前驅物流入一第一載氣，該第一載氣選自由Nb和H2構成的群組。7.如權利要求6所述的方法，更包含伴隨該第二III族前驅物與該第二氮前驅物流入一第二載氣，該第二載氣選自由N2和H2構成的群組。8.如權利要求1所述的方法，更包含流入一第三III族前驅物至具有該第二m族前驅物和該第二氮前驅物的該第二處理室，其中該第三m族前驅物包含該第一III族元素。9.如權利要求8所述的方法，其中該第一lll族元素為鎵；該第二III族元素為鋁；該第一層包含一氮化鎵(GaN)層；以及該第二層包含一氮化鎵鋁(AIGaN)層。10.如權利要求8所述的方法，其中該第一川族元素為鎵；該第二III族元素為銦；該第一層包含一氮化鎵(GaN)層；以及該第二層包含一氮化鎵銦(lnGaN)層。11.如權利要求8所述的方法，其中該第一III族元素為鎵；該第二lll族元素包括鋁和銦；該第一層包含一氮化鎵(GaN)層；以及該第二層包含一氮化鎵銦鋁(AllnGaN)層。12.如權利要求1所述的方法，其中該第一lll族前驅物包含一鎵前驅物，該第一層包含一氮化鎵(GaN)層。13.如權利要求1所述的方法，更包含在沉積該第二層前，於該第二處理室內沉積一過渡層至該第一層上，其中該過渡層的一化學組成實質上同於該第一層，且該過渡層的一厚度小於10000埃。14.如權利要求1所述的方法，其中該第一處理室有助於包含氮與一m族元素的一材料快速成長。15.如權利要求1所述的方法，其中該第二處理室有助於增進含有氮與一III族元素的一沉積材料的均勻度。16.如權利要求1所述的方法，更包含流入一第三m族前驅物和一第三氮前驅物至不同於該第一處理室與該第二處理室的一笫三處理室，該第三m族前驅物包含一第三m族元素；通過在該第三處理室中利用該第三III族前驅物與該第三氮前驅物的一熱化學氣相沉積製程沉積一第三層至一第二基材上，該第三層包含氮和該第三III族元素；將該基材傳出該第二處理室；以及將該基材傳出該第二處理室後，將該第二基材從該第三處理室傳送到該第二處理室，以於該第二處理室內沉積一第四層至該第三層上。17.如權利要求16所述的方法，其中該第二處理室在將該基材傳出該第二處理室與將該第二基材傳送到該第二處理室之間未經清洗。18.—種製造一複合氮化物半導體結構的方法，該方法至少包含流入一第一含鎵前驅物、一第一含氮前驅物、和一第一載氣至一第一處理室，該第一處理室適用於快速成長氮化鎵(GaN);通過在該第一處理室中利用該第一含鎵前驅物與該第一含氮前驅物的—熱化學氣相沉積製程沉積一GaN層至一基材上；在一高純度氛圍中，將該基材從該第一處理室傳送到一第二處理室，該第二處理室適用於增進一沉積材料的均勻度；於該第二處理室中沉積一GaN過渡層至該GaN層上，該GaN過渡層的一厚度為小於10000埃；流入一第二含鎵前驅物、一lll族前驅物、一第二含氮前驅物、和一第二載氣至該第二處理室，該lll族前驅物包含一不為鎵的lll族元素；以及通過在該第二處理室中利用該第二含鎵前驅物、該m族前驅物與該第二含氮前驅物的一熱化學氣相沉積製程沉積一III族-Ga-N層至該GaN過渡層上。19.如權利要求18所述的方法，其中該lll族前驅物為一含鋁前驅物，該III族-Ga-N層為一氮化鎵鋁(AIGaN)層。20.如權利要求18所述的方法，其中該in族前驅物為一含銦前驅物，該III族-Ga-N層為一氮化鎵銦(lnGaN)層。21.如權利要求18所述的方法，其中該III族前驅物包括一含鋁前驅物和一含銦前驅物，該lll族-Ga-N層為一氮化鎵銦鋁(AllnGaN)層。22.—種群集工具，其至少包含一定義一第一處理室的第一殼蓋，該第一處理室包括一第一基材支架；一定義一第二處理室的第二殼蓋，該第二處理室包括一第二基材支架，且該第二處理室不同於該第一處理室；一機械傳輸系統，用以在一控制環境下傳送一基材於該第一基材支架與該第二基材支架之間；—氣體輸送系統，用來引進一氣體至該第一處理室與該第二處理室；一壓力控制系統，用以維持該第一處理室與該第二處理室內的選定壓力；一溫度控制系統，用以維持該第一處理室與該第二處理室內的選定溫度；一控制器，用以控制該機械傳輸系統、該氣體輸送系統、該壓力控制系統、和該溫度控制系統；以及一內存，耦接該控制器，該內存包舍一具有一計算機可讀取程序的計算機可讀取媒體，用以引導該群集工具的運作，該計算機可讀取程序包括控制該氣體輸送系統的指令，用以流入一第一III族前驅物、一第一氮前驅物、和一第一載氣至該第一處理室，該第一iii族前驅物包含一第一m族元素；控制該壓力控制系統與該溫度控制系統的指令，用以在該第一處理室中利用一熱化學氣相沉積製程沉積一第一層至該基材上，該第一層包含氮和該第一III族元素；控制該機械傳輸系統的指令，用以在沉積該第一層後，將該基材從該第一處理室傳送到該第二處理室；控制該氣體輸送系統的指令，用以流入一第二m族前驅物、一第二氮前驅物、和一第二載氣至該第二處理室，該第二III族前驅物包含該第一III族前驅物不含的一第二III族元素；以及控制該壓力控制系統與該溫度控制系統的指令，用以在該第二處理室中利用一熱化學氣相沉積製程沉積一第二層於該第一層上。23.如權利要求22所述的群集工具，其中將該基材從該第一處理室傳送到該第二處理室是在一含有90。/。以上的氮氣(N2)、90%以上的氨氣(NH3)、或90。/。以上的氫氣(H2)的氛圍下進行。24.如權利要求22所述的群集工具，其中將該基材從該第一處理室傳送到該第二處理室是在一溫度為大於2ocrc的氛圍下進行。25.如權利要求22所述的群集工具，其中該計算機可讀取程序更包括控制該氣體輸送系統的指令，用以流入一第三lll族前驅物至具有該第二III族前驅物和該第二氮前驅物的該第二處理室，其中該第三lll族前驅物包含該第一川族元素。26.如權利要求22所述的群集工具，其中該第一lll族元素為鎵；該第二III族元素為鋁；該第一層包含一氮化鎵(GaN)層；以及該第二層包含一氮化鎵鋁(AIGaN)層。27.如權利要求22所述的群集工具，其中該第一lll族元素為鎵；該第二III族元素為銦；該第一層包含一氮化鎵(GaN)層；以及該第二層包含一氮化鎵銦(lnGaN)層。28.如權利要求22所述的群集工具，其中該第一III族元素為鎵；該第二m族元素包括鋁和銦；該第一層包含一氮化鎵(GaN)層；以及該第二層包含一氮化鎵銦鋁(AllnGaN)層。29.如權利要求22所述的群集工具，其中該計算機可讀取程序更包括控制該氣體輸送系統、該壓力控制系統、和該溫度控制系統的指令，用以在沉積該第二層前，於該第二處理室內沉積一過渡層至該第一層上，該過渡層的一化學組成實質上與該第一層相同。30.如權利要求22所述的群集工具，其中該第一處理室有助於包含氮與一III族元素的一材料快速成長。31.如權利要求22所述的群集工具，其中該第二處理室有助於增進含有氮與一III族元素的一沉積材料的均勻度。全文摘要在此提出製造複合氮化物半導體結構的設備及方法。Ⅲ族前驅物和氮前驅物流入第一處理室，以利用熱化學氣相沉積製程沉積第一層於基材上。基材從第一處理室傳送到第二處理室。Ⅲ族前驅物和氮前驅物流入第二處理室，以利用熱化學氣相沉積製程沉積第二層於第一層上。第一與第二Ⅲ族前驅物具有不同的Ⅲ族元素。文檔編號C30B35/00GK101317247SQ200780000365公開日2008年12月3日申請日期2007年4月11日優先權日2006年4月14日發明者D·埃格萊希姆,D·布爾,J·史密斯,L·華盛頓,R·斯蒂文斯,S·尼傑哈瓦申請人:應用材料股份有限公司