用于制造装置的方法和设备

摘要

本文所述的本发明的实施方式一般涉及用于形成高品质缓冲层和III‑V族层的设备和方法，所述缓冲层和III‑V族层用来形成有用的半导体装置，如电源装置、发光二极管(light emitting diode；LED)、激光二极管(laser diode；LD)或其它有用装置。本发明的实施方式还可包括用于形成高品质缓冲层、III‑V族层和电极层的设备和方法，所述缓冲层、III‑V族层和电极层用来形成有用的半导体装置。在一些实施方式中，设备和方法包括使用一或多个群集工具，所述群集工具具有一或多个物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)腔室，所述腔室适于在多个基板的表面上同时沉积高品质氮化铝(AlN)缓冲层，所述缓冲层具有较高的结晶取向。

权利要求

1.一种用于制造装置的方法，所述方法包括：

将一或更多个基板定位在第一处理腔室中，所述第一处理腔室具有一或更多个侧壁，所述侧壁界定处理区域；

在所述第一处理腔室中在所述一或更多个基板上形成氮化铝层，其中形成所述氮化铝层包括：偏压靶材，所述靶材具有和所述处理区域接触的表面，其中所述靶材包含铝；

偏压电极以在所述一或更多个基板上形成电势，所述一或更多个基板设置在基板支撑件之上；

将第一气体流入所述处理区域，所述第一气体包含氮；和将第二气体流入所述处理区域，其中所述第二气体包含氩气、氪气或氖气，其中偏压所述靶材经配置以促进在所述一或更多个基板上所形成的氮化铝层的铝面生长，并且其中偏压所述电极包括在所述一或更多个基板上产生浮动电势，所述浮动电势自-300伏特与-1伏特之间变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中偏压电极的步骤包括在偏压所述靶材之前，偏压所述电极达1秒至15分钟的第一时段之久。

3.根据权利要求1所述的方法，其中偏压所述靶材包括输送功率在0.125w/cm2与20w/cm2之间的脉冲直流电信号或射频信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述靶材进一步包括铝和II族、IV族或VI族元素。

5.根据权利要求1所述的方法，其中偏压所述电极包括在偏压所述靶材的同时在所述一或更多个基板上产生浮动电势。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将所述一或更多个基板从所述第一处理腔室移送至第二处理腔室；和在所述第二处理腔室中在所述氮化铝层上形成III族氮化物层，其中形成所述III族氮化物层的步骤包括：向所述一或更多个基板中每一者的表面输送含金属的前驱物和含氮的气体。

7.一种用于制造装置的方法，所述方法包括：

将一或更多个基板定位在第一处理腔室中，所述第一处理腔室具有一或更多个侧壁，所述侧壁界定处理区域；和在所述第一处理腔室中在所述一或更多个基板上形成氮化铝层，其中形成所述氮化铝层包括：偏压靶材，所述靶材具有和所述处理区域接触的表面，其中所述靶材包含铝；

偏压电极以在所述一或更多个基板上形成电势，所述一或更多个基板设置在基板支撑件之上；

将第一气体流入所述处理区域，所述第一气体包含氮；和将第二气体流入所述处理区域，其中所述第二气体包含氩气、氪气或氖气，其中偏压所述靶材经配置以促进在所述一或更多个基板上所形成的氮化铝层的铝面生长，其中加工所述一或更多个基板的所述表面的步骤包括使所述一或更多个基板脱气或溅射蚀刻所述一或更多个基板的表面，并且其中偏压所述电极包括在所述一或更多个基板上产生浮动电势，所述浮动电势自-300伏特与-1伏特之间变化，并且所述的方法进一步包括以下步骤：在偏压所述靶材之前，将所述一或更多个基板加热至200℃与1000℃之间的温度；

在偏压所述靶材的同时控制处理的压力至0.1毫托与200毫托之间的压力；以及以0.2埃/秒与20埃/秒之间的沉积速率沉积所述AlN层。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述靶材进一步包括铝和II族、IV族或VI族元素。

9.一种用于制造装置的方法，所述方法包括以下步骤：将一或更多个基板定位在第一处理腔室中，所述第一处理腔室具有一或更多个侧壁，所述侧壁界定处理区域；和在所述第一处理腔室中在所述一或更多个基板上形成氮化铝层，其中形成所述氮化铝层的步骤包括：偏压靶材，所述靶材具有和所述处理区域接触的表面，其中所述靶材包含铝；

偏压电极以在所述一或更多个基板上形成电势，所述一或更多个基板设置在基板支撑件之上；

将第一气体流入所述处理区域，所述第一气体包含氮；和将第二气体流入所述处理区域，其中所述第二气体包含氩气、氪气或氖气，其中偏压所述靶材经配置以促进在所述一或更多个基板上所形成的氮化铝层的铝面生长，其中偏压所述靶材包括将功率为4-6kW的脉冲DC信号输送至所述靶材，并且其中偏压所述电极包括在所述一或更多个基板上产生浮动电势，所述浮动电势自-300伏特与-1伏特之间变化。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

将所述一或更多个基板从所述第一处理腔室移送至第二处理腔室；和在所述第二处理腔室中在所述氮化铝层上形成III族氮化物层，其中形成所述III族氮化物层的步骤包括：向所述一或更多个基板中每一者的表面输送含金属的前驱物和含氮的气体。

11.一种用于制造装置的方法，所述方法包括以下步骤：将一或更多个基板定位在处理腔室中，所述处理腔室具有一或更多个侧壁，所述侧壁界定处理区域；

在所述处理腔室中在所述一或更多个基板上形成氮化铝层，其中形成所述氮化铝层的步骤包括：偏压靶材，所述靶材具有和所述处理区域接触的表面，其中所述靶材包含铝；

偏压电极以在所述一或更多个基板上形成电势，所述一或更多个基板设置在基板支撑件之上；

将第一气体流入所述处理区域，所述第一气体包含氮；和将第二气体流入所述处理区域，其中所述第二气体包含氩气、氪气或氖气，其中偏压所述靶材经配置以促进在所述一或更多个基板上所形成的氮化铝层的铝面生长，其中偏压所述靶材包括将功率为4-6kW的脉冲DC信号输送至所述靶材，其中偏压所述电极包括在所述一或更多个基板上产生浮动电势，所述浮动电势自-300伏特与-1伏特之间变化，并且其中偏压所述电极包括在偏压所述靶材之前，偏压所述电极达1秒至15分钟的第一时段之久。

12.一种用于制造装置的方法，所述方法包括以下步骤：将一或更多个基板定位在处理腔室中，所述处理腔室具有一或更多个侧壁，所述侧壁界定处理区域；和在所述处理腔室中在所述一或更多个基板上以 /秒的沉积速率形成氮化铝层，其中形成所述氮化铝层的步骤包括：偏压靶材，所述靶材具有和所述处理区域接触的表面，其中所述靶材包含铝；

偏压电极以在所述一或更多个基板上形成电势，所述一或更多个基板设置在基板支撑件之上；

将第一气体流入所述处理区域，所述第一气体包含氮；和将第二气体流入所述处理区域，其中所述第二气体包含氩气、氪气或氖气，其中偏压所述靶材经配置以促进在所述一或更多个基板上所形成的氮化铝层的铝面生长，其中偏压所述电极包括在所述一或更多个基板上产生浮动电势，所述浮动电势自-300伏特与-1伏特之间变化。

13.一种用于制造装置的方法，所述方法包括以下步骤：将一或更多个基板定位在处理腔室中，所述处理腔室具有一或更多个侧壁，所述侧壁界定处理区域；和在所述处理腔室中在所述一或更多个基板上形成氮化铝层，其中形成所述氮化铝层的步骤包括：偏压靶材，所述靶材具有和所述处理区域接触的表面，其中所述靶材包含铝；

将第一气体流入所述处理区域，所述第一气体包含氮；和将第二气体流入所述处理区域，其中所述第二气体包含氩气、氪气或氖气，其中偏压所述靶材经配置以促进在所述一或更多个基板上所形成的氮化铝层的铝面生长，其中形成所述氮化铝层进一步包括偏压电极以在所述一或更多个基板上形成电势，所述一或更多个基板设置在基板支撑件之上，和其中偏压所述电极包括在所述一或更多个基板上产生浮动电势，所述浮动电势自-300伏特与-1伏特之间变化，并且所述方法进一步包括以下步骤：在偏压所述靶材之前，将所述一或更多个基板加热至200℃与1000℃之间的温度；

在偏压所述靶材的同时控制处理的压力至0.1毫托与200毫托之间的压力；以及以0.2埃/秒与20埃/秒之间的沉积速率沉积所述AlN层。

14.根据权利要求13所述的方法，其中偏压所述靶材包括输送功率在0.125w/cm2与20w/cm2之间的脉冲直流电信号或射频信号。

15.一种用于形成装置的设备，所述设备包括：

第一群集，所述第一群集包括：

第一处理腔室，所述第一处理腔室用于在一或更多个基板上形成氮化铝层，所述第一处理腔室包括：靶材，所述靶材包含铝；

含氮的气源；

处理气源，适于输送气体，所述气体从由氩气、氪气或氖气组成的群组中选择；

第一电源，经配置以将功率在0.125w/cm2与20w/cm2之间的脉冲直流电信号或射频信号提供至所述靶材以促进所述氮化铝层的铝面生长；

电极，耦接至基板支撑件，所述基板支撑件具有基板支撑表面；以及第二电源，经配置以在所述一或更多个基板上产生-300伏特与-1伏特之间的浮动电势，所述一或更多个基板设置在所述基板支撑表面之上。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一气体为二氧化氮或氧化氮。

说明书

用于制造装置的方法和设备

[0001] 本申请是申请日为2013年7月1日、申请号为201380035434.9、发明名称为“由物理气相沉积形成的氮化铝缓冲层和活性层”的发明专利申请的分案申请。

[0002] 发明背景发明领域

[0003] 本发明的实施方式一般涉及用来制造含III-V族的装置的方法和硬件，所述装置诸如是供电装置、发光二极管(light emitting diode；LED)和激光二极管(laser diode；LD)。

[0004] 相关技术的描述

[0005] III-V族材料在诸如供电装置的多种半导体装置的开发和制造中日益重要，包括高功率、高频率、高温晶体管和集成电路、LED或LD。III-V族材料也在半导体和相关行业中起到的作用日益增大。III-V族材料往往难以在不形成晶体缺陷或裂纹的情况下在外基板(被称作异质外延)上生长或沉积。包含设置在基板表面与装置层之间的一或多个界面层或缓冲层在减少缺陷和/或提高装置功能的方面提供许多优势。然而，形成含III-V族的高品质层具有挑战性，且往往对沉积处理的处理条件非常敏感。然而，在众多应用中，避免敏感的III-V族薄膜与可能的损害条件相互作用同样不容易。

[0006] 图1图示传统的功率半导体装置10的实例，所述的功率半导体装置包括设置在基板12上方的III族氮化物基异质结15。异质结15包括第一III族氮化物半导体层14和位于第一III族氮化物半导体层14之上的第二III族氮化物半导体层16。第一功率电极18(也就是源电极)和第二功率电极20(也就是漏极电极)通过直接电阻连接或任何其它合适的方法电连接至第一III族氮化物半导体层和第二III族氮化物半导体层。栅极结构22设置在第一功率电极18与第二功率电极20之间的第二III族氮化物半导体层16之上。栅极结构22可包括连接至第二III族氮化物半导体层16的栅电极23。或者，栅极结构22可包括肖特基类型的栅电极，所述栅电极连接到第二III族氮化物半导体层16。在大多数传统配置中，第一III族氮化物半导体层14可为氮化镓(GaN)层并且第二III氮化物半导体层16可为铝氮化镓(AlGaN)，所述的两个半导体层设置在由蓝宝石材料形成的基板12之上。在一些配置中，绝缘层25可包含氮化硅(SiN)，且第一功率电极18、第二功率电极20及栅电极23全部包括含金属层。

[0007] 已经用于沉积III族氮化物(如GaN)以形成电源装置、LED或LD装置的活性层的一个方法是金属有机化学气相沉积(chemical vapor deposition；MOCVD)或氢化物气相外延(hydride vapor phase epitaxy；HVPE)。这些沉积方法一般是在具有温度受控环境的反应器中执行以保证前驱物气体的稳定性，所述前驱物气体含有至少一种来自III族的元素。前驱物气体被注入反应器内的处理区域中，这些气体在所述处理区域中混合并移向处理区域中的加热基板。载气可用来辅助向基板传送这些前驱物气体。前驱物气体在加热基板的表面处反应以在基板表面上形成III族氮化物层，如GaN。薄膜的品质部分地取决于在沉积层与基板的界面区域处沉积的薄膜的品质、所沉积薄膜的特性、基板表面的清洁度和形成基板的材料的类型。

[0008] 虽然使用GaN以形成为功率装置、LED装置或LD装置的一部分的可能性已经为人所知达数十年，但有众多妨碍这些装置的实际制造的技术性障碍。例如，蓝宝石或硅基板与III族氮化物层之间的材料差别(如晶格常数、热膨胀系数、基板表面12A上的表面污染和界面表面能)可能产生位错(dislocations)，所述断层可能在所形成的结构中蔓延，并使所形成的装置的性能降低。各种类型的缓冲层已经用于基板和III族氮化物层之间以修改下层基板的表面能，减轻晶格匹配的氮化物层内的固有应力，并提供成核点以用于后续的层的外延生长。然而，传统的III族氮化物的品质一般无法进行良好控制，从而可能导致不令人满意的薄膜特性(例如厚度变动、晶核密度、晶核大小，等等)和装置性能。在成核期间，生长参数的任何轻微变化都可能易于影响后续的氮化物层品质，从而又在成核岛状物聚结之前导致这些岛状物扭曲或不对准，由此不利地影响随后用来形成所形成装置中活性部分(如III族氮化物基异质结15)的沉积大块III族氮化物的生长。

[0009] 随着对电源装置、LED、LD、晶体管和集成电路的需求增大，沉积高品质的III族氮化物薄膜的任务具有更大的重要性。因此，现需要可形成高品质缓冲层的工艺和设备，所述的高品质缓冲层促进低缺陷密度的高品质III族氮化物层在基板上的生长。

[0010] 发明概述

[0011] 本文所述的本发明实施方式一般涉及用于形成高品质缓冲层和III-V族层的设备和方法，所述高品质缓冲层和III-V族层用来形成有用的半导体装置，如功率装置、发光二极管(light emitting diode；LED)、激光二极管(laser diode；LD)或其它有用装置。在一个实施方式中，设备和方法包括利用一或多个群集工具，所述群集工具具有适于在多个基板表面上同时沉积高品质氮化铝(AlN)缓冲层的一或多个物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)腔室，所述的高品质氮化铝(AlN)缓冲层具有较高结晶取向。在一个这种实施方式中，一或多个AlN缓冲层经形成以具有原子级的光滑表面，所述的表面具有小于约1纳米(均方根(root mean square；rms))的粗糙度和在(002)方向上的合乎需要的结晶取向(由XRD衍射所检验(使用蓝宝石基板时，(002)顶点的半峰全宽小于200角秒))。在另一实施方式中，一或多个AlN缓冲层经形成以具有原子级的光滑表面，对于厚度为25纳米的沉积层而言，所述的表面具有小于约2纳米(rms)的粗糙度和在(002)方向上的合乎需要的结晶取向(由XRD衍射所检验(使用硅基板时，(002)顶点的半峰全宽小于3600角秒))。在一些配置中，粗糙度小于沉积层厚度的约3％。在一个实施方式中，沉积的AlN薄膜厚度小于约500纳米。

[0012] 在一个实施方式中，用于制造装置的方法包括在第一处理腔室中从一或多个基板的表面移除材料；在受控环境中将所述一或多个基板从第一处理腔室移送到第二处理腔室；在具有界定处理区域的一或多个侧壁的第二处理腔室中在一或多个基板上形成氮化铝层(其中形成氮化铝层的步骤包括使具有和处理区域接触的表面的靶材偏压(其中所述靶材包含铝)，使包含氮气的第一气体流入处理区域，使第二气体流入处理区域(其中第二气体包含氩、氪或氖)并且偏压电极以在设置在基板支撑件之上的一或多个基板上形成电势，其中偏压靶材和偏压电极的步骤经配置以促使氮化铝层在一或多个基板上的氮面生长)；并且将一或多个基板从第二处理腔室移送到第三处理腔室并且在第三处理腔室中的氮化铝层上形成III族氮化物层，其中形成第III族氮化物层的步骤包括将含金属的前驱物和含氮的气体输送到一或多个基板中每一个基板的表面。在一些情况下，移除材料的步骤包括使一或多个基板脱气或溅射腐蚀一或多个基板的表面；偏压靶材的步骤包括输送功率在约
500瓦特和约20千瓦特之间的脉冲直流信号或射频信号；并且偏压电极的步骤包括在一或多个基板上产生在约-1000伏特与约+500伏特之间变化的浮动电势；并且所述的方法进一步包括在偏压靶材之前将一或多个基板加热至约200℃与约1000℃之间的温度，在偏压靶材的同时将处理压力控制至约0.1毫托与约200毫托之间的压力及以约0.2埃/秒与约20埃/秒之间的沉积速率沉积AlN层。

[0013] 在一个实施方式中，用于制造装置的方法包括在第一处理腔室中从一或多个基板的表面移除材料；在受控环境中将所述的一或多个基板从第一处理腔室移送到第二处理腔室；在具有界定处理区域的一或多个侧壁的第二处理腔室中在一或多个基板上形成氮化铝层，其中形成氮化铝层的步骤包括：使具有与处理区域接触的表面的靶材偏压(其中靶材包含铝)，使包含氮气的第一气体流入处理区域及使第二气体流入处理区域，其中偏压靶材的步骤经配置以促使氮化铝层在一或多个基板上的氮面生长。形成氮化铝层的步骤可进一步包括偏压电极以在设置在基板支撑件之上的一或多个基板上形成电势，其中偏压电极的步骤包括在偏压靶材之前和/或之后偏压电极达第一时段之久。

[0014] 在一个实施方式中，用于制造装置的方法包括在第一处理腔室中从一或多个基板的表面移除材料；在受控环境中将所述的一或多个基板从第一处理腔室移送到第二处理腔室；在具有界定处理区域的一或多个侧壁的第二处理腔室中在一或多个基板上形成氮化铝层，其中形成氮化铝层的步骤包括：使具有与处理区域接触的表面的靶材偏压(其中靶材包含铝)，使包含氮气的第一气体流入处理区域及使第二气体流入处理区域，其中偏压靶材的步骤经配置以促使氮化铝层在一或多个基板上的铝面生长。形成氮化铝层的步骤可进一步包括偏压电极以在设置在基板支撑件之上的一或多个基板上形成电势，其中偏压电极的步骤包括在偏压靶材之前和/或之后偏压电极达第一时段之久。

[0015] 在另一实施方式中，用于制造装置的方法包括在第一处理腔室中从一或多个基板的表面移除材料；在受控环境中将所述的一或多个基板从第一处理腔室移送到第二处理腔室；在具有界定处理区域的一或多个侧壁的第二处理腔室中的一或多个基板上形成氮化铝层(其中形成氮化铝层的步骤包括使具有和处理区域接触的表面的靶材偏压(其中所述的靶材包含铝)，使包含氮气的第一气体流入处理区域，使第二气体流入处理区域(其中第二气体包含氩、氪或氖)及偏压电极以在设置在基板支撑件之上的一或多个基板上形成电势，其中偏压靶材和偏压电极的步骤经配置以促使氮化铝层在一或多个基板上的铝面生长)；并且将一或多个基板从第二处理腔室移送到第三处理腔室并且在第三处理腔室中的氮化铝层上形成III族氮化物层，其中形成III族氮化物层的步骤包括将含金属的前驱物和含氮的气体输送到一或多个基板中每一个基板的表面。

[0016] 在又一实施方式中，用于形成装置的设备包括第一群集，所述第一群集包括第一处理腔室，所述的第一处理腔室包括靶材，所述的靶材包含铝、含氮气源、适于输送气体的处理气源(所述的气体是从由氩、氪或氖组成的群组中选出的)、经配置以向靶材提供约500瓦特与约20千瓦特之间的脉冲直流信号或射频信号的第一电源、耦接至具有基板支撑表面的基板支撑件的电极及第二电源，所述的第二电源经配置以在设置在基板支撑表面上的一或多个基板上产生约-1000伏特与约+500伏特之间的浮动电势。在一个配置中，也可使用第二群集、含III族金属的前驱物气源及含氨气源，所述的第二群集包括第二处理腔室，所述的第二处理腔室包括与处理区域形成流体连通的喷淋头，所述的含III族金属前驱物气源耦接至在喷淋头中形成的第一气室及所述的含氨气源耦接至在喷淋头中形成的第二气室。

[0017] 附图简要说明

[0018] 因此，可详细理解本发明的上述特征的方式，可参考各实施方式获得上文简要概述的本发明的更具体的描述，一些实施方式在附图中进行图示。然而，将注意，附图仅图示本发明的典型实施方式，因此不应视作限制本发明的范围，因为本发明可允许其它同等有效的实施方式。

[0019] 图1是传统的功率装置结构的示意图。

[0020] 图2是根据本文所述的本发明实施方式的功率装置的结构的示意图。

[0021] 图3图示依据本发明中一个实施方式的处理序列。

[0022] 图4图示根据本文所述的本发明实施方式的群集工具。

[0023] 图5图示根据本文所述的本发明实施方式的处理腔室。

[0024] 图6图示根据本发明的实施方式可用来完成图3中图示的处理序列的处理系统。

[0025] 图7图示根据本发明的实施方式可用来完成图3中图示的处理序列的另一处理系统。

[0026] 图8图示适于执行图3中图示的处理步骤中的一或多个步骤的处理腔室。

[0027] 图9A是依据本发明的一个实施方式在基板的表面上形成的缓冲层的一部分的侧视横截面图。

[0028] 图9B是依据本发明的一个实施方式在基板的表面上形成的缓冲层的一部分的侧视横截面图。

[0029] 为便于理解，在可能的情况下相同标号表示附图中共有的相同元件。预期一个实施方式的元件和特征可以有利的方式并入其它实施方式中而无需赘述。

[0030] 具体描述

[0031] 本文所述的本发明实施方式一般涉及用于形成高品质缓冲层和III-V族层的设备和方法，所述高品质缓冲层和III-V族层用来形成有用的半导体装置，如功率装置、发光二极管(light emitting diode；LED)、激光二极管(laser diode；LD)或其它有用装置。本发明的实施方式也可包括用于形成高品质缓冲层、III-V族层和电极层的设备和方法，所述高品质缓冲层、III-V族层和电极层用来形成有用的半导体装置。在某些实施方式中，设备和方法包括利用一或多个群集工具，所述群集工具具有适于在多个基板表面上同时沉积高品质氮化铝(AlN)缓冲层的一或多个物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)腔室，所述高品质氮化铝(AlN)缓冲层具有较高结晶取向。在一个实施方式中，提供用于形成AlN缓冲层的处理条件，所述AlN缓冲层适合用于含氮化镓(GaN)的装置制造过程。在一个此种实施方式中，形成一或多个AlN缓冲层具有原子级的光滑表面，所述光滑表面具有小于约1纳米(rms)的粗糙度和合乎需要的(002)方向的结晶取向。

[0032] 下文中进一步论述使用物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)和化学气相沉积工艺进行的含有氮化铝和III族氮化物(如氮化镓)的功率装置、发光二极管(light emitting diode；LED)的制造。在下文的描述中，阐述众多细节以便提供对本发明实施方式的彻底了解，如工艺腔室配置和材料状态。本发明的实施方式可在没有这些具体细节的情况下实施对本领域技术人员而言是显而易见的。在其它情况中，不对众所周知的特征(如具体的装置配置)进行详细描述，以便不无谓地使本发明的实施方式含义模糊。此外，将理解，附图中图示的多种实施方式是说明性表示及不一定按比例绘制。此外，在本文中，实施方式中可能不明确地公开其它排列和配置，但这些排列和配置仍被视作符合本发明的精神和范围。

[0033] 制造传统的含氮化镓材料装置的方法一般包括在基板与含有未掺杂和/或掺杂氮化镓层的装置层之间形成氮化镓缓冲层。在本文所述的本发明实施方式中，氮化铝缓冲层用于代替这种传统的氮化镓缓冲层。氮化铝(AlN)层一般是使用PVD或其它溅射工艺形成的。溅射或PVD与III族氮化物缓冲层的制造相反，后者通常在金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition；MOCVD)腔室或氢化物气相外延(hydride vapor phase epitaxy；HVPE)腔室中执行。在一些情况下，氮化铝层可通过非反应性或反应性PVD工艺而形成。在一个实例中，放置在PVD腔室中的含氮化铝靶材经溅射以在一或多个基板的表面上形成氮化铝材料。或者，在下文中进一步论述，氮化铝层可由反应性溅射工艺而形成，所述反应性溅射工艺使用铝靶材和含氮处理气体以溅射并反应性地在一或多个基板的表面上形成氮化铝层。

[0034] 图2图示根据本发明中一实施方式的功率半导体装置210的实例，所述功率半导体装置210包括设置在基板212之上的III族氮化物基的异质结215。异质结215包括第一III族氮化物半导体层214、第二III族氮化物半导体层216和设置在第一III族氮化物半导体层214与基板212之间的PVD沉积缓冲层213。一般而言，PVD沉积缓冲层213的厚度可在约1纳米与约1000纳米之间。在一个实例中，PVD沉积缓冲层213具有小于约500纳米的厚度。第一功率电极218(也就是源电极)和第二功率电极220(也就是漏极电极)通过直接电阻连接或任何其它合适的电连接而电连接至第一和第二III族氮化物半导体层。在一个实施方式中，第一功率电极218和第二功率电极220包括一层，所述层包括从由以下各者组成的群组中选择的金属：银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、铝(Al)、钨(W)、铂(Pt)、铟(In)、锌(Zn)和钛(Ti)、上述各者的组合或其它有用的导电金属。栅极结构222设置在第一功率电极218与第二功率电极
220之间在第二III族氮化物半导体层216之上。栅极结构222可包括栅电极223，所述的栅电极连接至第二III族氮化物半导体层216。或者，栅极结构222可包括肖特基类型的栅电极，所述栅电极连接至第二III族氮化物半导体层216。在至少一个配置中，第一III族氮化物半导体层214是含氮化镓(GaN)的层并且第二III族氮化物半导体层216是铝氮化镓(AlGaN)，所述两个半导体层设置在PVD沉积缓冲层213和基板212上，该基板由合乎需要的材料形成，如单晶硅。在一个实例中，基板212包括具有<111>取向或<110>取向的结晶硅基板。在至少一个配置中，绝缘层225可含有氮化硅(SiN)，且第一功率电极218、第二功率电极220和栅电极223全部包括金属。示例性基板201包括蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅(Si)、金刚石、铝酸锂(LiAlO2)、氧化锌(ZnOx)、钨(W)、铜(Cu)、氮化镓(GaN)、铝氮化镓(AlGaN)、氮化铝(AlN)、钠钙玻璃和/或高硅玻璃。一般而言，基板可能由以下各者组成：具有兼容的晶格常数和热膨胀系数的材料、与生长于其上的III-V族材料兼容的基板或在III-V族生长温度下热稳定和化学稳定的基板。

[0035] 在功率半导体装置210的一些配置中，PVD沉积缓冲层213是功率装置中能够改良装置的击穿电压(例如，～900直流电压)并容许使用更薄的第一III族氮化物半导体层214的活性层。因此，所形成的功率半导体装置210将已改良装置特性，且形成装置的工艺将具有更高产量(例如层214比传统的装置更薄)及具有更低的制造成本(例如消耗更少前驱物气体以形成更薄的层)。

[0036] 氮化镓(GaN)基LED和功率装置内可使用PVD沉积氮化铝(AlN)缓冲层213，所述缓冲层在基板212(如硅(Si))上生长。在本文中所论述的本发明实施方式用来形成高品质的PVD AlN缓冲层，所述缓冲层具有高结晶取向以便其可用来改良在缓冲层213顶部生长的GaN层的材料品质，及由此提高所形成的装置的性能和可靠性。PVD AlN缓冲层和相关的形成工艺可用来除去在GaN缓冲层的MOCVD生长时通常所需的操作，例如但不限于基板预烘焙、低温MOCVD缓冲形成和某些所需的变温操作。此外，使用本文所述的PVD沉积工艺中一或多个处理所进行的缓冲层形成时间可比传统的MOCVD工艺缩短约10％至30％。所形成的AlN缓冲层也可用来保护含硅基板的表面，以免所述的基板表面由于用于MOCVD工艺中的镓前驱物与硅基板表面之间的相互作用而遭受由镓引发的损害。PVD AlN层沉积工艺被认为比基于外延生长的MOCVD工艺节省约3至6小时的处理周期时间，尤其在考虑到频繁的MOCVD腔室清洁处理步骤时更为如此。这种工艺时间缩减可极大地提高群集工具系统中的基板产量。将理解，PVD AlN的晶体品质可直接影响在所述的AlN上生长的GaN层的材料品质。由此，在本文所述的一实施方式中，提供具有高晶体品质和增强的工艺可重复性的PVD AlN层。

[0037] 图3图示用来形成有用的半导体装置的至少部分的处理序列300，所述的半导体装置如功率装置，下文中将进一步论述处理序列300。在一个实施方式中，处理序列300包括一或多个基板预处理步骤，如步骤302至308、缓冲层形成步骤310、一或多个装置层形成步骤(例如步骤312)和一或多个接触层形成步骤(例如步骤314)。处理步骤302至314可在较佳设置在一或多个群集工具上的一或多个处理腔室中执行。下文中进一步论述示例性处理步骤302至314和群集工具401、601和701。在一个实施方式中，每一群集工具401、601和701具有多个处理腔室，所述处理腔室中每一者适于同时处理多个基板，这通常被称作批量处理。在这个配置中，多个基板可设置在载体451(图4)上，所述的载体适于在基板201移送和处理通过处理系统时支撑和保持基板201。

[0038] 图4图示适于执行图3中所示的处理步骤302至314中一或多个步骤的群集工具401。群集工具401一般自美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.,located in Santa Clara,Calif.)处购得，且已知为 系统。图5图示可用于群集工具中的处理腔室的一个配置，所述的处理腔室如图4中所示的处理腔室
466至472。图6图示可用来完成图3中图示的处理序列的处理系统600。处理系统600可包括群集工具401和群集工具601。图7图示可交替地用来完成图3中图示的处理序列的处理系统
700的实例。图8图示适于执行图3中所示的处理步骤302至314中一或多个步骤的MOCVD腔室
801。

[0039] 在一个实施方式中，群集工具401包括第一和第二传送腔室442、444，所述传送腔室中含有各自的第一和第二机器人446、448以用于在多个处理腔室454至472之间移动一或多个基板，所述的处理腔室在传送腔室外围内并围绕传送腔室外围排列。围绕第一传送腔室442外围排列的各个处理腔室454至464和围绕第二传送腔室444外围排列的处理腔室466至472可用狭缝阀(未图示)选择性地与彼此隔绝，所述的狭缝阀设置在每一个处理腔室与其各自的传送腔室442、444之间。在一些配置中，第一传送腔室442经抽真空至中低压，例如约1毫托，而第二传送腔室444则经抽气至更低压力，例如1微托。

[0040] 在一个实施方式中，群集工具401一般包括工厂接口404、一或多个负载锁450和452、第一机器人446、一或多个可选定向腔室454和456、一或多个脱气腔室458和460、一或多个处理腔室462和464、第二机器人448和直接或间接地耦接至主机449的多个处理腔室
466至472。在一个配置中，第一和第二机器人446和448是“蛙腿”类型的机器人，所述机器人可从美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司处购得。脱气腔室458、460一般包括热源，如灯或加热电阻丝，所述的热源适于在真空条件下加热载体451和基板201至所需温度，以确保在处理腔室462至472中的一个腔室中进行处理之前，从基板201的表面除去任何不合乎需要的水或其它污染。一或多个可选定向腔室454、456一般用来在系统内将载体451和/或基板201在所需的可旋转定向上对准。

[0041] 如上所述，在一个实施方式中，群集工具401经配置以在批量处理类型配置中移送和处理多个基板201。在这个配置中，第一和第二机器人446、448和处理腔室454、472能够收纳和处理设置在载体451上的基板201。在一个实例中，如图4中所图示，载体451经配置以在载体451的表面402上支撑和保持8个基板201。在另一实例中，载体451经配置以支撑和保持约30个2英寸的基板201。在一个实例中，载体451的直径范围可从200毫米到750毫米。载体451可由多种材料形成，包括SiC或涂有SiC的石墨。在一个实施方式中，载体451包括碳化硅材料并具有约1000平方厘米或以上的表面积，较佳为2000平方厘米或以上，更佳为4000平方厘米或以上。载体451的示例性实施方式在申请于2009年8月28日、发明名称为“用于提高光致发光均匀性的晶片载体设计(Wafer  Carrier  Design  for  Improved Photoluminescence Uniformity)”的美国专利申请第12/871,143号中进行了进一步描述。

[0042] 机器人446、448穿过双闸(double-gated)处理腔室462、464在两个传送腔室442与444之间移动基板和/或含多个基板201的载体，所述的处理腔室也在两个传送腔室442与
444之间提供真空隔离。在一些配置中，处理腔室462、464中的一或多个腔室进一步适于执行预清洁工艺(例如非选择性的溅射蚀刻工艺)、温度调节(例如冷却)或其它合乎需要的操作。

[0043] 第二机器人448经配置以移送基板和/或含有多个基板201的载体451进入及离开附接于传送腔室444的处理腔室462至472。处理腔室466至472经配置以处理位于处理腔室内的基板，如在基板201的表面上蚀刻或沉积一或多个层。在一个配置中，处理腔室466至472经配置以用PVD或溅射工艺在基板201的表面上沉积缓冲层213。PVD类型的沉积和其它类似沉积技术需要高度真空，以便不氧化和/或污染沉积的薄膜，因此，传送腔室444维持在至少中等真空水平下以防止层间污染。与第二传送腔室444关连的全部处理腔室通过各自的狭缝阀而与第二传送腔室444分隔开。

[0044] 在群集工具401的一个实施方式中，多个载体451(载体上设置有多个基板201)被载入耦接至工厂接口404的暗盒(cassette)405，所述工厂接口404通过负载锁定腔室450、452耦接至第一传送腔室442。负载锁定腔室450、452中的每一个腔室都选择性地由狭缝阀(未图示)与第一传送腔室442隔绝，并由真空门(未图示)与工厂接口404的外部区域406隔绝。在此配置中，工厂接口中的工厂接口机器人408A、408B经配置以将载体451从暗盒405移至负载锁450、452，然后，在负载锁中，载体451通过耦接至负载锁的真空门(未图示)与工厂接口404的外部区域406隔绝。在负载锁450、452经抽气至所需压力之后，第一机器人446通过在传送腔室442与负载锁450、452之间形成的狭缝阀开口(未图示)可由此进出设置在负载锁中的载体451。

[0045] 在另一实施方式中，每一个暗盒405经配置以收纳一或多个层叠晶片暗盒(未图示)，每一个层叠晶片暗盒包含多个基板201。在此配置中，由工厂接口机器人408A、408B中的一个机器人将基板201从设置在暗盒405中的层叠晶片暗盒中移除，然后将基板201移送至耦接至工厂接口404的载体负载模块404A。然后，载体负载模块404A适于收纳移送的每一个基板，并将这些基板定位在载体451上。一旦载体451上装有所需数目的基板，则工厂接口机器人408A、408B中的一个机器人将从载体负载模块404A移送载体451和基板201，并将载体451和基板201载入负载锁定腔室450、452以用于处理。在群集工具401中处理基板201之后，可通过载体负载模块404A中提供的部件卸载载体451，且可使已处理的基板201返回其各自的层叠晶片暗盒。可适于执行上述步骤中一或多个步骤的载体负载模块404A的实例在同在申请中和共同让渡的美国专利公开第2010/0111650号中进行进一步描述，所述的公开以参考方式并入本文。

[0046] 在图5中图示适于在基板201的表面上沉积适合的溅射薄膜的处理腔室500或反应器。处理腔室466至472中的一或多个处理腔室可含有处理腔室500中提供的部件，处理腔室500是从美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司处购得的磁控管类型的PVD腔室。

[0047] 处理腔室500包括真空腔室501、靶材503、磁控管505、真空泵送系统521、基板支撑组件514和工艺套件531。真空腔室501支撑靶材503，靶材503使用多个O形环通过靶材隔离器502被密封在真空腔室501的一端。靶材503具有至少一个表面部分是由将在设置在载体451上的基板201上溅射沉积的材料组成的。设置在靶材503邻近处并相对于靶材503旋转的磁控管505包括多个磁铁574A至574B，所述的磁铁用来围住在处理区域540中通过使用电源
593来偏压靶材503以从靶面503A“溅射”材料而产生的等离子体。应了解，磁控管类型可依据特定应用而改变。电源593一般包括经配置以向靶材503输送直流电和/或射频功率的电源594。在一些射频功率输送配置中，电源593也可能包括匹配电阻595。

[0048] 真空泵送系统521一般包括泵组件523和阀522。泵组件523将一般包括低温泵(未图示)和低真空泵(未图示)，所述的低温泵和低真空泵用来在处理腔室500的处理区域540中维持所需压力。

[0049] 在一个实施方式中，基板支撑组件514包括台座电极532，所述台座电极532可包括静电卡盘512，所述静电卡盘512具有适于将载体451和基板201支撑在台座电极532之上的支撑表面。应了解，其它装置可用来在处理期间固持载体451和基板201。电阻加热器(未图示)、冷冻剂通道(未图示)和热传递气体空腔(未图示)可在台座507中形成以在处理期间提供基板的热控制。在一些应用中，耦接至电源530的台座电极532可将射频和/或直流偏压施加至基板201以吸引经等离子体离子化的沉积材料和工艺气体。在其它应用中，可减少或除去基板偏压步骤以进一步减少对沉积层的可能损害。

[0050] 在本发明的一个实施方式中，由电源593将脉冲直流电、射频和/或脉冲射频偏压信号施加至靶材503，已发现这样可显著改良所需阻挡层(如氮化铝层阻挡层)的沉积，下文中将对此进一步论述。为了吸引由等离子体产生的离子以溅射靶材503，靶材503在一个实施方式中由电源593偏压以提供例如1至20千瓦特的平均功率。施加至靶材503的脉冲直流电和/或射频偏压信号可包括具有多个交替的第一间隔和第二间隔的信号，其中在每一个第一间隔中，所施加的偏压信号电压为负，以吸引离子溅射靶材，并且在交替的第二间隔期间，所施加的偏压信号低于在第一间隔期间施加的偏压、未经偏压(例如施加电压为零)或甚至具有正电压以从靶材503排斥带正电荷的离子，以减少电弧发生。本领域技术人员将了解，施加至靶材503的脉冲偏压信号可依据特定应用而提供许多有益的处理优势。例如，已认可，脉冲偏压信号可用来降低沉积速率，形成更稳定的等离子体，并增大等离子体中的峰值能量以便有效地控制等离子体化学物质来形成所需的多成分薄膜层。例如，当脉冲偏压信号施加至靶材503时，可获得更靠近真实的化学计量比的薄膜。又一些其它可能的特征包括薄膜品质提高，特别是对于多成分薄膜而言。同样已认可，当施加脉冲偏压时，由于可能消除了不符合需要的微隙和柱状结构，因此可减少薄膜薄层电阻。然而，据了解，在一些应用中，非脉冲偏压信号是恒定的直流电或射频功率水平偏压信号，可施加所述非脉冲偏压信号以在沉积工艺的一或多个部分期间偏压靶材503或甚至可与脉冲偏压信号结合施加，具体依据特定应用而定。

[0051] 工艺套件531一般含有盖环513，暗区屏蔽508及腔室屏蔽509，上述各者由第二电介质屏蔽隔离器510分隔开。工艺套件531零件定位在真空腔室501内以防止腔室侧壁501A接触在处理区域540中产生的溅射材料，腔室侧壁通常包括电接地的金属。在一个实施方式中，允许暗区屏蔽508电浮动并且腔室屏蔽509电接地。然而，在一些实施方式中，所述的任一或两个屏蔽可经接地、浮动或偏压至相同或不同的不接地水平。屏蔽508、509通常由不锈钢组成，所述的屏蔽内侧(例如元件号511)可经喷丸处理(bead-blasted)或变粗糙以提升溅射沉积在内侧上的材料的附接力。然而，在长时间溅射期间的某个点时，所沉积的材料聚积到易于剥落的厚度，从而产生有害颗粒。到达此点之前，应清洁或更换屏蔽508、509。

[0052] 在一些应用中，基板可经偏压以吸引或排斥在已形成的等离子体中产生的离子，视应用的情况而定。例如，可提供电源530以在沉积处理期间将射频功率施加至台座电极532，以偏压基板201来吸引沉积材料离子。此外，电源530可经配置以将射频功率施加至台座电极532以将辅助能量耦接至等离子体。在沉积工艺期间，可放任台座507电浮动及由此使基板201电浮动，但仍然可在台座上发生负直流电自偏压。或者，台座507可由电源在-
1000伏特至+500伏特之间的负电压(例如约-30直流电压)下进行负偏压，以将基板201负偏压以将离子化沉积材料吸引至基板。在一些配置中，如下文中所进一步论述的电容调谐器与电源结合使用以用来在处理期间控制基板201上的浮动电位。在又一替代性实例中，可放任基板201电浮动。

[0053] 如果用以通过台座来偏压基板201的电源530是射频电源，则电源可在例如13.56兆赫的频率下操作。其它频率也适合，如60兆赫，具体依据特定应用而定。可给台座507供应处于10瓦特至5千瓦特范围中的射频功率。上文提及的功率和电压水平及频率当然可改变，具体依据特定应用而定。基于计算机的控制器491可依据特定应用而经编程以控制多个电源的功率水平、电压、电流和频率。

[0054] 请再次参看图5，气源564通过质量流量控制器566向腔室501供应溅射工作气体，例如化学不反应的惰性气体，如氩气。可利用一或多个入口管(这些入口管穿透通过屏蔽腔室屏蔽509底部的孔或通过腔室屏蔽509、静电卡盘512，与台座507之间的间隙的孔)许可工作气体进入腔室顶部或如图所示进入腔室底部。在反应性的PVD工艺期间，可从来源598输送氮气以在基板201上形成含氮化物的层，如氮化铝。

[0055] 图6是根据本发明中至少一个实施方式的群集工具401和处理系统600的群集工具601的示意性俯视图，处理系统600用来制造氮化合物半导体装置。可想到下文中针对图3所述的工艺也可在其它适合的处理系统配置中执行。与上文论述的群集工具401类似，群集工具601内的环境可维持在真空状态，或维持在低于大气压力的压力下，以防止在群集工具
601中经处理的基板发生氧化和/或污染。在某些实施方式中，可能需要用惰性气体回填群集工具601，如氮气。

[0056] 系统控制器491控制处理系统600中提供的自动化部件的活动和运行参数。一般而言，基板通过处理系统中提供的群集工具进行的大部分移动是利用一或多个自动化装置执行的，所述自动化装置适于移动和定位一或多个基板201，使得基板可用由系统控制器491发送的命令而被群集工具收纳或经定位在群集工具内。在一些实施方式中，使用自动移送装置(未图示，如基板输送机)在群集工具401与601之间在载体451上移送多个基板201。在其它实施方式中，每一个载体451与特定的群集工具401、601关连，并且使用自动化装置在群集工具401与601之间移送基板，所述自动化装置适于移送一或多个晶片暗盒，每一个暗盒固持一或多个基板。系统控制器491是通用计算机，用来控制群集工具401、601、701中提供的一或多个部件。系统控制器491一般设计成协助处理序列300的控制和自动化，并且通常包括中央处理单元(central processing unit；CPU)(未图示)、存储器(未图示)和支持电路(或输入/输出电路)(未图示)。软件指令与数据可经编码及存储在存储器内以用于对CPU发出指令。可由系统控制器读取的程序(或计算机指令)决定哪些任务可在基板上执行。程序优选是可由系统控制器读取的软件，所述的软件包括代码，所述的代码用来执行与基板的监测、移动执行和控制、支撑和/或定位有关的任务及多个工艺方法任务和正在执行的多个处理模块工艺方法步骤。处理器执行系统控制软件，如存储在存储器中的计算机程序。
处理系统的态样和使用方法在申请于2006年4月14日、发明名称为“氮化合物结构的外延生长(EPITAXIAL GROWTH OF COMPOUND NITRIDE STRUCTURES)”的美国专利申请第11/404,
516号(现已作为US 2007/024516发布)中进行进一步描述，此申请以参考方式全部并入本文中。

[0057] 群集工具601一般包括传送腔室606、与传送腔室606耦接的第一处理腔室602a、第二处理腔室602b和第三处理腔室602c、与传送腔室606耦接的负载锁定腔室608、用于存储基板的批量负载锁定腔室609和用于负载基板的负载站610。传送腔室606包括机器人组件(未图示)，所述机器人组件可操作以拾取基板和在负载锁定腔室608、批量负载锁定腔室609与处理腔室602a至602c之间移送基板。尽管图示三个处理腔室602a、602b、602c，但应理解，任何数目的处理腔室可与传送腔室606耦接。处理腔室602a、602b、602c可为耦接至传送腔室606的金属氧化物化学气相沉积(metal oxide chemical vapor deposition；MOCVD)腔室(如图8中图示的MOCVD腔室801，在下文中进行描述)或氢化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxial；HVPE)腔室。或者，处理系统600可为没有传送腔室的直列式系统。
在多个实施方式中，可额外包括PVD、CVD或ALD腔室或用耦接至传送腔室606的MOCVD或HVPE腔室中的一个腔室替换上述腔室，具体依据应用而定。示例性MOCVD、HVPE PVD、CVD或ALD腔室可从美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司购得。

[0058] 每一个处理腔室602a、602b、602c一般包括腔室主体612a、612b、612c(上述腔室主体界定一个处理区域，一或多个基板被置于此处理区域中以经受处理)、化学品输送模块616a、616b、616c(气体前驱物从上述模块被输送至腔室主体612a、612b、612c)和用于每一个处理腔室602a、602b、602c的电模块620a、620b、620c，上述电模块包括用于群集工具601中每一个处理腔室的电系统。在一些实施方式中，每一个处理腔室602a、602b、602c适于执行CVD工艺，在所述的工艺中，例如，金属有机元素与金属氢化物元素反应以形成氮化合物半导体材料的薄层。

[0059] 在处理期间，传送腔室606可保持在真空下或低于大气压力的压力下。传送腔室606的真空水平可经调节以与处理腔室602a的真空水平匹配。例如，在将基板从传送腔室
606移送至处理腔室602a内时(或反之亦然)，传送腔室606和处理腔室602a可保持相同的真空水平。然后，在将基板从传送腔室606移送至负载锁定腔室608或批量负载锁定腔室609时(或反之亦然)，传送腔室的真空水平可与负载锁定腔室608或批量负载锁定腔室609的真空水平匹配，尽管负载锁定腔室608或批量负载锁定腔室609的真空水平与处理腔室602a的真空水平可能不同也是如此。在某些实施方式中，可能需要用惰性气体(如氮气)回填传送腔室606。例如，可在具有大于90％的氮气或氨气的环境中移送基板。或者，可在高纯度的氢气环境中移送基板，如在具有大于90％的氢气的环境中。

[0060] 在群集工具601中，机器人组件将负载有一或多个基板201的载体451移送至第一处理腔室602a内以经受第一沉积处理。机器人组件将载体451移送至第二处理腔室602b内以经受第二沉积处理。机器人组件将载体451移送至第一处理腔室602a内或第三处理腔室602c内以经受第三沉积处理。在已完成全部或一些沉积步骤之后，将载体451从处理腔室
602a至602c中移送返回负载锁定腔室608。然后，将载体451移送至负载站610。或者，在处理腔室602a至602c中的一或多个腔室中进行进一步处理之前，可将载体451存储在负载锁定腔室608中或批量负载锁定腔室609中。一个示例性系统在申请于2008年1月31日、发明名称为“用于制造氮化合物半导体装置的处理系统(PREOCESSING FOR FABRICATING COMPOUND NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICES)”的美国专利申请第12/023,572号中进行描述，此申请以参考方式全部并入本文中。

[0061] 如上所述，图7图示可交替地用来完成图3中图示的处理序列中至少部分的处理系统700的实例。在此配置中，群集工具401和群集工具601通过传送腔室710耦接在一起，传送腔室710可用设置在传送腔室710各侧的狭缝阀(未图示)而单独隔绝于传送腔室444和606。任一群集工具中的机器人中的一或多个机器人经配置以将基板201移送至传送腔室710内的位置，使得载体451和基板201可在群集工具之间传递。因此，在群集工具401中或群集工具601中处理的基板201在群集工具之间进行移送时无需暴露于大气环境(在群集工具401、
601外侧)。

[0062] 图8是根据本发明中至少一个实施方式的MOCVD腔室801的示意性横截面图，所述的MOCVD腔室可用于制造氮化合物半导体装置。MOCVD腔室801可为处理腔室602a、602b或602c中的一或多个腔室，如上文中参考系统600和700所述。MOCVD腔室801一般包括腔室主体802、用于输送前驱物气体、载气、清洁气体和/或净化气体的化学品输送模块816、具有等离子体源的远程等离子体系统826、基座或基板支撑件814和真空系统812。MOCVD腔室801的腔室主体802围封处理区域808。喷淋头组件804设置在处理区域808的一端，并且载体451设置在处理区域808的另一端。载体451可设置在基板支撑件814上。

[0063] 在一个实施方式中，喷淋头组件804可为双区组件，所述双区组件具有第一处理气体通道804A、第二处理气体通道804B和温度控制通道804C，所述第一处理气体通道804A与化学品输送模块816耦接以用于向处理区域808输送第一前驱物或第一处理气体混合物，所述第二处理气体通道804B与化学品输送模块816耦接以用于向处理区域808输送第二前驱物或第二处理气体混合物，并且所述温度控制通道804C与热交换装置870耦接以用于使热交换流体流至喷淋头组件804以帮助调节喷淋头组件804的温度。适合的热交换流体可包括水、水基的乙二醇混合物、全氟聚醚(例如 流体)、油基的热传递流体或类似流体。

[0064] 在处理期间，第一前驱物或第一处理气体混合物可经由与喷淋头组件804中第一处理气体通道804A耦接的气体导管846被输送至处理区域808并且第二前驱物或第二处理气体混合物可经由与喷淋头组件804中第二处理气体通道804B耦接的气体导管845被输送至处理区域808。处理气体混合物或前驱物可包括一或多种前驱物气体或处理气体及载气和/或掺杂剂气体，这些气体可与前驱物气体混合。可适于实施本文所述的实施方式的示例性喷淋头在申请于2007年10月16日、发明名称为“多气体直线式通道喷淋头(MULTI-GAS STRAIGHT CHANNEL SHOWERHEAD)”的美国专利申请第11/873,132号、申请于2007年10月16日、发明名称为“多气体螺旋式通道喷淋头(MULTI-GAS SPIRAl CHANNEL SHOWERHEAD)”的美国专利申请第11/873,141号(现已作为US 2009-0095222发布)和申请于2007年10月16日、发明名称为“多气体同轴注入喷淋头(MULTI-GAS  CONCENTRIC INJECTION SHOWERHEAD)”的美国专利申请第11/873,170号(现已作为US 2009-0095221发表)中进行描述，上述所有申请以参考方式全部并入本文中。

[0065] 下部圆盖819设置在下部空间810的一端，并且载体451设置在下部空间810的另一端。载体451经图示位于处理位置，但可将载体451移至下部位置，在所述的下部位置处，例如可负载或卸载基板201。排气圈820可围绕载体451外围而设置，以帮助防止在下部空间810中发生沉积，同时也帮助将排出气体从MOCVD腔室801引导向排气口809。下部圆盖819可由透明材料(如高纯度石英)制成，以容许光穿过以对基板201进行辐射加热。可由设置在下部圆盖819下方的多个内部灯具821A和外部灯具821B提供辐射加热，并且反射镜866可用来帮助控制MOCVD腔室801在由内部灯具821A和外部灯具821B提供的辐射能量下的暴露。额外的灯具圈也可用于对基板201进行更精细的温度控制。

[0066] 可从喷淋头组件804和/或从进气口或进气管(未图示)将净化气体输送至MOCVD腔室801内，所述进气口或进气管设置在载体451下方及接近腔室主体底部。净化气体进入MOCVD腔室801的下部空间810，并向上流经载体451和排气圈820，然后流入围绕环状排气通道805设置的多歧排气口809。排气导管806将环状排气通道805连接至包括真空泵807的真空系统812。可使用阀系统来控制MOCVD腔室801压力，所述阀系统控制排出气体从环状排气通道中被抽出时的速率。MOCVD腔室的其它态样在申请于2008年1月31日、发明名称为“CVD设备(CVD APPARATUS)”的美国专利申请第12/023,520号中进行描述，此申请以参考方式全部并入本文中。

[0067] 如果需要，则可将清洁气体(例如含卤素的气体，如氯气)从喷淋头组件804和/或从设置在处理区域808附近的进气口或进气管(未图示)输送至MOCVD腔室801内。清洁气体进入MOCVD腔室801的处理区域808以从腔室部件(如基板支撑件814和喷淋头组件804)移除沉积物，并且经由围绕环状排气通道805而设置的多歧排气口809退出MOCVD腔室801。

[0068] 化学品输送模块816一般向MOCVD腔室801供应前驱物和/或化学品。从化学品输送模块816通过供应线路供应反应性气体、载气、净化气体和清洁气体并且将气体供应至腔室801内。可通过供应线路供应气体并且将气体供应至气体混合箱内，在所述气体混合箱中，气体混合在一起并且经输送至喷淋头组件804。依据工艺方案，输送至MOCVD腔室801的前驱物和/或化学品中有一些前驱物和/或化学品可能是液体，而非气体。在使用液体化学品时，化学品输送模块包括液体注入系统或其它适当的机构(例如起泡器或气化器)以气化液体。
由液体转化成的蒸气可与载气混合。

[0069] 远程等离子体系统826可针对选定的应用而产生等离子体，如腔室清洁或从处理基板上蚀刻掉残留物或有缺陷的层。在远程等离子体系统826中由通过输入线路供应的前驱物所产生的等离子体物种通过用于扩散的导管804D，通过喷淋头组件804，被发送至MOCVD腔室801中的处理区域808。用于清洁应用的前驱物气体可包括含氯气体、含氟气体、含碘气体、含溴气体、含氮气体和/或其它适合的反应性元素。远程等离子体系统826也可适于在层沉积工艺期间通过使适当的沉积前驱物气体流入远程等离子体系统826内来沉积CVD层。在一个实例中，远程等离子体系统826用以将活性氮物种输送至处理区域808。

[0070] 可通过以下方式进一步控制MOCVD腔室801和周围结构(如排气通路)的侧壁温度：使热交换液体通过腔室侧壁中的通道(未图示)循环以形成热交换器。喷淋头组件804也可具有热交换通路(未图示)以形成额外的热交换器。典型的热交换流体包括水基的乙二醇混合物、油基的热传递流体或类似流体。可使用额外的热交换器执行喷淋头组件804的加热，这样可减少或消除不符合需要的反应物产物的凝结，并且改良对处理气体的挥发性产物及其它污染物的消除，如果这些处理气体的挥发性产物及其它污染物凝结在排气导管806侧壁上并且在没有气流的时段期间移动返回处理腔室，则有可能污染工艺。

[0071] 如上文中简短地论述，图3图示用来形成高品质缓冲层和III-V族层的处理序列300，所述高品质缓冲层和III-V族层用来形成有用的半导体装置，如功率装置、发光二极管(light emitting diode；LED)、激光二极管(laser diode；LD)或其它有用装置。在一个实例中，图3中图示的处理序列300用来形成图2中绘示的层中的一或多个层，所述的层在本文中进行论述。虽然处理序列300主要论述为通过使用处理系统600执行，但这个系统和图示的腔室配置不限制本文所述的本发明范围。应注意，图3中图示的步骤的数目和序列也不限制本文所述的本发明范围，因为在不背离本文所述的本发明基本范围的情况下，可添加、删除一或多个步骤和/或对一或多个步骤进行重新排序。

[0072] 在步骤302中，如图3所示，群集工具(如处理系统600的群集工具401)接收一或多个基板201以用于在群集工具中进行处理。在一个实施方式中，将置于晶片暗盒中的基板输送至群集工具，晶片暗盒经配置以保持多个基板201。在一个配置中，步骤302还包括以下处理：将基板从晶片暗盒中移除，然后将基板移送至载体负载模块(例如元件符号404A)，以使得所移送的基板可由此定位在载体451上。一旦载体451上负载有所需数目的基板，则机器人中的一个机器人将从载体负载模块移送载体和基板，并将载体和基板载入群集工具的负载锁定腔室中以用于处理。在处理序列300的一些配置中，步骤302进一步包括以下步骤：将基板移送至负载锁定腔室450、452(图4)内，将负载锁定腔室450、452中的压力降至合乎需要的压力，然后接收基板并将基板移送至处理腔室内，所述的处理腔室适于执行步骤304，步骤304在下文中进行论述。

[0073] 接下来，在步骤304中，在基板中的一或多个基板上执行预处理工艺或处理，以在执行工艺步骤310之前从基板201的至少一个表面移除任何不符合需要的材料，步骤310在下文中进行论述。在一个实施方式中，执行基板预处理以从基板上移除表面污染(例如氧化物、有机材料、其它污染物)和颗粒，同时也使基板表面准备好接收高品质缓冲层和III-V族层，所述的高品质缓冲层和III-V族层在高度结晶结构中具有较高结晶取向。在一个此种实施方式中，基板预处理使高品质缓冲层和III-V族层的沉积能够具有小于约1纳米(均方根，基于AFM，且(002)方向上的XRD半峰全宽小于50角秒)的表面粗糙度。此外，也可达到每轮运行中晶片与晶片之间的较高工艺可重复性和在基板上形成的层内的较高均匀性。在一个实施方式中，在群集工具401中提供的处理腔室458至472中一个腔室内原位执行基板预处理。在一个配置中，处理腔室458至472可包括SiCoNiTM或AktivTM预清洁腔室，所述的两个腔室皆可从美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司处购得。

[0074] 在一个实施方式中，在步骤304中执行的预处理工艺包括将基板201载入群集工具401中的处理腔室(例如腔室501)，然后向处理腔室的台座电极(例如电极532)施加偏压(电压)以在基板表面附近产生等离子体。所产生的等离子体一般含有由气体混合物形成的自由基和离子，所述的气体混合物包括氩气、氮气、氢气和/或其它气体。所产生的气体离子和自由基与基板表面相互作用和/或轰击基板表面，以移除任何基板表面污染和颗粒。在一些情况下，等离子体用来修改基板的表面结构，以确保在基板与沉积的外延薄膜层(例如含AlN的缓冲层)之间有更好的晶体对准。可调节等离子体密度、偏压和处理时间以高效地处理基板表面，但不损害基板表面。在一个实例中，向设置在基板支撑件中的电极施加约-5伏特至-1000伏特的偏压达约1秒至15分钟之久，基板201和载体451设置在所述的基板支撑件上。输送至处理腔室的处理区域的功率的频率可从约10千赫兹至100兆赫兹之间变化，并且功率水平可处于约1千瓦特与10千瓦特之间。在预处理工艺步骤或在步骤304期间，基板支撑件表面的温度可处于自约-50℃至1000℃的范围之间。已认可，上述预处理工艺的组合可用来形成高品质缓冲层，在每轮操作中及在晶片与晶片之间可重复性地形成所述高品质缓冲层。在一个实施方式中，使用上述基板预处理工艺减少或消除AlN和GaN晶体品质变动，所述品质变动在以传统方式制备的基板中经常观察到。在一个配置中，在图6所图示的群集工具401中的处理腔室462、464中的一个腔室中执行步骤304，所述的两个腔室包括可从应用材料公司处购得的SiCoNiTM或AktivTM预清洁腔室。

[0075] 在处理序列300的一个实施方式中，在步骤304中执行湿法清洁处理以在执行处理步骤302之前从基板201的表面移除任何不符合需要的材料。在一个实施方式中，可使用批量清洁工艺来执行清洁工艺，在所述的批量清洁工艺中，基板暴露于清洁溶液。在一个实施方式中，通过其它适用技术的喷涂、冲刷、浸没来润湿基板。清洁溶液可为SC1清洁溶液、SC2清洁溶液、氢氟酸蚀刻持久类型的清洁溶液、臭氧水溶液、氢氟酸(hydrofluoric acid；HF)和过氧化氢(H2O2)溶液或其它适合且物美价廉的清洁溶液。

[0076] 接下来，在步骤306中，基板201经脱气以从基板201的表面移除任何有害的吸附水或其它可挥发的污染物。一般而言，在步骤306中执行的脱气工艺将包括在将基板设置在对于将从基板表面移除的污染物具有较低分压的环境中的同时，将基板201加热至所需温度。在一个实例中，将基板201设置在真空环境中或高纯度惰性气体气氛中。在又一实例中，在维持在小于约1毫托的真空压力下的环境中将基板加热至高于约100℃的温度。在另一实例中，在维持在小于约10托的真空压力下的环境中将基板加热至高于约300℃的温度。在另一实例中，将基板加热至与步骤310中所使用的处理温度同样高的温度及加热至小于或等于在步骤310期间所使用的处理压力的真空压力，步骤310在下文中进行论述。如图3中图示，在一些实施方式中，步骤306可在步骤304之前或之后执行。在一个配置中，步骤306是通过使用经加热的静电卡盘(未图示)来执行的，所述的静电卡盘设置在图6中所示的群集工具
401中的脱气腔室458、460的处理区域中。在一个实例中，基板在快速热处理(rapid thermal processing；RTP)腔室中，在高温下，在含有合乎需要的处理气体(如惰性气体、N2、HCl、HF、NH4F或H2和/或上述各者的组合)的环境中经热脱气。

[0077] 接下来，在基板201上执行步骤310之前，在步骤308中将基板201选择性地预热至合乎需要的温度。一般而言，在步骤310中执行的预热工艺将包括将基板201加热至一温度，所述温度接近在步骤310期间所使用的处理温度。在一些配置中，可在处理系统600中的处理腔室454至472中而不在执行步骤310的腔室中执行步骤308。

[0078] 接下来，将基板201传送至处理腔室466至472中的一个腔室，在所述处理腔室中，步骤310或缓冲层形成步骤用来在基板201表面上沉积高品质PVD沉积缓冲层213。在一个实施方式中，处理腔室466、468、470、472是类似于图5中图示的处理腔室500的物理气相沉积腔室。本文所述的工艺可用来形成通过PVD工艺形成的外延生长AlN缓冲层。本文所述的工艺已经用来在中度处理温度下减少薄膜应力，消除薄膜裂纹并且改良PVD沉积AlN薄膜的结构品质。本文所述的PVD沉积工艺被认为与传统的MOCVD或HVPE缓冲层形成工艺相比具有显著的优势，因为所述PVD沉积工艺通过减少对MOCVD腔室调节步骤的需求、对在处理步骤之间变温的需求及对过度清洁工艺的需求，容许以低得多的成本和更快的速率形成及生长高品质外延层(例如GaN)。在一个这种实施方式中，通过使用本文所述的工艺组合，沉积厚度为约40纳米的具有光滑表面(例如0.5纳米，RMS)和具有高材料品质((002)方向顶点的半峰全宽，～50角秒)的PVD AlN薄膜。在一个实例中，PVD沉积AlN薄膜的粗糙度小于硅基板上沉积层厚度的约3％，而(002)顶点的半峰全宽同样达到小于3600角秒。在另一实例中，PVD沉积AlN薄膜在蓝宝石基板上的粗糙度小于约1纳米，而(002)顶点的半峰全宽同样达到小于200角秒。在特定实施方式中，高质量的GaN薄膜((002)的半峰全宽小于200角秒，并且(102)的半峰全宽小于300角秒)可由此在所沉积的PVD沉积缓冲层213上形成。因此，可由此消除对于常常十分耗时且复杂的MOCVD GaN缓冲层的需求。

[0079] 在一个实例中，PVD腔室适于执行非反应性溅射工艺，所述溅射工艺在约20℃至约200℃范围中的较低温度或略高温度下形成氮化铝层。在另一实例中，处理腔室适于执行非反应性溅射工艺，所述溅射工艺在约200℃至1200℃范围中的高温下形成氮化铝层。

[0080] 在另一实施方式中，利用反应性溅射工艺形成缓冲层213，所述反应性溅射工艺在类似于处理腔室500的处理腔室中执行，上文中对处理腔室500进行了论述。在一个实施方式中，使用大体上的纯铝靶材形成含AlN的缓冲层213，通过使用包括惰性气体(例如氩气)和含氮气体的等离子体而溅射所述纯铝靶材。在一个实施方式中，在将一或更多个外延准备就绪的基板载入处理腔室500之后，通过使用含铝靶材和含氮处理气体在基板上沉积连续的AlN薄膜。在一个实例中，靶材可由一材料形成，所述的材料选自但不限于以下各者的群组：大体上的纯铝、含铝合金、含铝化合物(如AlN、AlGa、Al2O3，等等)和掺杂有II/IV/VI族元素以改良层兼容性和装置性能的含铝靶材。在溅射工艺期间使用的处理气体可包括但不限于含氮气体和惰性气体，含氮气体如氮气(N2)、氨气(NH3)、二氧化氮(NO2)、氧化氮(NO)等等，惰性气体如氩气(Ar)、氖气(Ne)、氪气(Kr)等等。在一个实施方式中，可通过用掺杂靶材料和/或将掺杂气体输送至所产生溅射等离子体来将掺杂原子添加至沉积薄膜，以调节沉积PVD AlN缓冲层的电特性、机械特性和光学特性，例如以使得薄膜适合在其上制造III族氮化物装置。在一个实施方式中，AlN缓冲层的厚度在约1纳米与约1000纳米之间。

[0081] 在一个实施方式中，在步骤310期间，电源593经配置以输送射频功率至靶材503和处理区域540，所述射频功率的功率水平处于0至20千瓦特范围中及频率处于约0与约60兆赫兹之间。在又一实施方式中，电源593经配置以输送0至50千瓦特范围内的脉冲直流电功率信号至靶材503，所述信号的脉冲频率在约1千赫兹与约500千赫兹之间，并且占空比处于约1％与约99％之间的范围中。在一个实例中，电源593经配置以输送0至50千瓦特范围内的脉冲直流电功率信号至靶材503，所述信号的脉冲频率在约1千赫兹与约500千赫兹之间，并且占空比处于约40％与约99％之间的范围中。在另一实施方式中，电源593经配置以输送0至50千瓦特功率范围内的恒定直流电功率信号。在又一实施方式中，电源593经配置以输送至少两个波形的组合，所述的波形选自由脉冲直流电、脉冲射频、恒定射频和恒定直流电功率组成的群组。在步骤310的一个配置中，起动次序用来沉积AlN缓冲层，所述起动次序包括首先打开射频电源、首先打开直流电电源，或在步骤310中执行的工艺方法步骤开始之时同时打开射频和直流电。在一些配置中，可在电源打开之前、之后，或打开的同时执行含氮气体流动的启动。在一些配置中，步骤310的工艺终止部分包括首先关闭射频电源、首先关闭(脉冲)直流电电源，或同时关闭射频和直流电，其中，在电源关闭之前、同时，或之后关闭处理气体以控制表面形态、化学计量和AlN的生长类型(例如氮面生长)。

[0082] 在一些实施方式中，连接至台座电极532和电源530的电容调谐器(未图示)经调节以在处理腔室的处理区域中改变已处理基板的浮动电势，变更气体的电离比，等离子体能量，和反应物的迁移率。电容调谐器也适于控制薄膜应力，改良沉积缓冲层的表面形态和晶体品质，和/或提高沉积速率。在一个实例中，电容调谐器经调节以便将约-1000伏特与约+500伏特之间的偏压施加于基板支撑组件514。在一些配置中，经加热的基板支撑件(如静电卡盘512)用来控制基板表面温度和其热均匀性，所述均匀性可处于约200℃与约550℃、550℃与1000℃，和1000℃与1401℃之间的范围中。沉积工艺可在约0.1与约200毫托之间的压力下执行。PVD沉积AlN缓冲层的沉积速率在约0.2埃/秒 与约20埃/秒 之间。

[0083] 在步骤310的一个实施方式中，在偏压靶材503之前，通过射频偏压台座电极532而在设置于基板支撑组件514上的基板201的表面上方形成等离子体。在一个配置中，所形成的等离子体包括大体上含纯氮的等离子体，或具有一氮浓度的等离子体，所述氮浓度等于或大于在步骤310的AlN沉积部分期间形成的等离子体的氮浓度。已认可，在形成AlN层之前将包括蓝宝石的基板暴露于原位氮等离子体可促进高品质AlN薄膜在基板上的形成。在一个实施方式中，原位等离子体通过以下方式形成：在将偏压施加于靶材503之前对台座电极532进行射频偏压以形成约5伏特与500伏特之间的电势达一段时间之久(如1秒至10秒)。

[0084] 在一个配置中，在步骤310期间执行的工艺可包括对沉积的薄膜进行应力设计以获得目标压缩应力或抗拉应力处于-10GPa与约10GPa之间范围中的薄膜。可通过在沉积工艺的一或更多个阶段期间控制处理温度、沉积速率、输送至靶材的功率、处理压力、气体流速，和基板偏压来调节薄膜应力。而且，在一些配置中，PVD工艺变量经调节以沉积密度约处于70％至100％范围中的AlN缓冲层。沉积PVD AlN薄膜还可形成为单层、多层，或多对具有不同成分或特性的交替层，上述层在本文中提及的步骤310期间执行的全部处理中制造而成。

[0085] 在一些实施方式中，溅射功率、基板偏压、气流、压力、温度和气体成分(例如III族与V族比率)经调节以使得生长膜的表面以氮原子终止，发现这可促进提高晶体缺陷品质和促进高品质缓冲层213的垂直和/或横向生长。图9A至图9B是基板201表面的示意图，所述基板201中每一基板上形成有不同类型的高品质AlN缓冲层。图9A图示基板201的一部分，所述基板201含有含结晶AlN的层的氮面(或N面)生长，所述的层通过在反应性类型的AlN PVD沉积工艺期间调节步骤310处理参数而沉积在基板表面(如含硅表面，例如<111>或<110>取向表面)上。图9B图示基板201的一部分，所述的基板201含有含结晶AlN的层的铝面(或Al面)生长，所述的层通过在反应性类型的AlN PVD沉积工艺期间调节步骤310处理参数而沉积在基板表面(如含硅表面，例如<111>或<110>取向表面)上。在暴露表面处主要以氮终止的层的生长在本文中將被称作氮面生长层。已认可，通过向靶材503输送射频、脉冲射频或低功率脉冲直流电偏压(例如小于2千瓦特)的信号将促进氮面类型的AlN缓冲层的生长。而大功率脉冲直流电与恒定的直流电功率信号输送至靶材则将促进在暴露表面处以铝终止的层的形成与生长，上述情况在本文中被称作AlN缓冲层的铝面生长。已发现，在沉积工艺期间调节基板浮动电势可用来调节沉积AlN缓冲层的生长类型，例如氮面或铝面生长。在一个实例中，形成约5伏特与约500伏特之间的基板电势可用来可靠地通过使用2千瓦特射频PVD工艺形成氮面类型的AlN缓冲层，并且约-300伏特与约-1伏特之间的基板电势将可靠地通过使用6千瓦特脉冲直流电PVD工艺而形成铝面类型的AlN缓冲层。同样，已发现通过使用氢氧化钾(KOH)湿化学物质(例如5摩尔KOH水溶液)蚀刻沉积AlN层的表面可决定沉积薄膜的生长类型，因为铝面生长在此化学物质中将相对不被蚀刻(例如大于30秒)，而氮面生长薄膜将被快速地蚀刻掉(例如在小于30秒的时间内蚀刻500埃)。

[0086] 而且，已发现，沉积速率对形成铝面氮化铝薄膜与形成氮面氮化铝薄膜的能力有影响。在一个实例中，通过调节工艺参数(例如功率、压力)以输出大于7埃/秒的沉积速率促进铝面生长，并且通过调节工艺参数以输出小于2埃/秒的沉积速率促进氮面生长。

[0087] 同样已认可，通过控制腔室调节与进入缓冲层213的杂质，可重复地并且可靠地形成氮面或铝面生长。由此，已认可且已发现，在步骤304与306期间执行的工艺结合在步骤310期间执行的工艺，影响沉积AlN缓冲层的氮面或铝面生长。已经发现，铝面或氮面沉积AlN缓冲层的更佳生长影响下文中进行论述(例如步骤312至314)的随后沉积的层的多个生长模式。随后沉积的层的生长模式可影响所述的层的表面与整体物理特性、化学特性和电特性。在一些情況下，基板表面上的氮面或铝面类型的PVD沉积AlN缓冲层213用来促进随后在缓冲层213上沉积的层(例如GaN)的三维(3D)生长(例如有利于岛状类型生长)。而在其它情况下，基板表面上的氮面或铝面类型的沉积AlN缓冲层213则用来促进随后在缓冲层213上沉积的薄膜(例如GaN)的二维(2D)生长(例如有利于最初形成的晶核的快速聚结，然后随着晶核生长而形成光滑表面)。在一个实例中，在形成LED装置时，在PVD沉积AlN缓冲层213上形成高品质的GaN层的情况下，铝面生长更佳。已经发现，高品质Ga面GaN可通过使用AlN缓冲层的铝面生长而形成。在此情况下，铝面生长在硅与蓝宝石基板上提供合乎需要的薄膜形态与晶体缺陷密度。已认可，在某些类型的功率装置中，在PVD沉积AlN缓冲层213上形成高品质GaN层时，氮面生长可为更佳。

[0088] 在一个实例中，氮面AlN缓冲层通过向靶材输送射频加直流电功率信号而形成，此步骤包括输送1500千瓦特至2500千瓦特的射频功率与1500千瓦特至2500千瓦特的直流电功率，控制15毫托至25毫托的处理压力，调节处理区域中氩气与氮气的组成比率(30％至60％为氮气)，并且将基板温度控制在约450℃至550℃以达到约小于0.5埃/秒的沉积速率。

[0089] 或者，在一个实例中，铝面类型的AlN缓冲层通过向靶材输送脉冲直流电功率信号而形成，此步骤包括以约5千赫兹至200千赫兹的脉冲频率并且按80％至95％范围内的占空比输送4千瓦特至6千瓦特的脉冲直流电功率信号，控制小于10毫托的处理压力，调节处理区域中氩气与氮气的组成比率(60％至95％)，并且将基板温度控制在约350℃至450℃，以达到约大于7埃/秒的沉积速率。

[0090] 在步骤310的一个实施方式中，包括热处理(RTP、激光退火、高温烘焙，等等)或化学处理(基于溶液、基于气体的处理，等等)的额外原位和/或非原位的后处理加工用以改良沉积缓冲层的特性。可能在无论具有何种沉积温度的情况下，适合于包含在装置(如装置200)中的PVD沉积氮化铝层可能在某个点处需要暴露于约在401℃至1401℃范围中的高温(例如约900℃)下，以便获得所需的材料特性(例如适当的缺陷密度、晶粒大小、晶体取向、应力，等等)。根据本发明的实施方式，在氮化铝层上制造额外的层之前，在PVD沉积氮化铝缓冲层上执行快速热处理(rapid thermal processing；RTP)过程。可从应用材料公司处购得的RTP腔室可设置在群集工具401和601中所含的处理腔室中的一个腔室中，群集工具401和601在上文中进行论述。然而，在一个实例中，在PVD腔室中执行RTP工艺。在另一实例中，激光退火能力与装置200的上述制造工艺关连。

[0091] 在另一实施方式中，在执行步骤310之前，可由Al、AlOx、SiNx、ZnO、ZnS、ZrN、TiN等材料组成的预晶种层沉积在基板表面上以保护基板表面，并且实现更高品质的AlN沉积和/或容许不影响薄膜品质的情况下，在PVD AlN缓冲层沉积工艺期间实现快速的沉积速率。在一个实例中，预晶种层可通过在不使含氮气体流动和/或使用降低的功率、压力或气流的情况下，溅射受污染的含铝靶材中的一部分而形成。

[0092] 接下来，在步骤312中，通过使用MOCVD或HVPE沉积工艺将一或更多个装置层(如层214与216)沉积在所形成的缓冲层213上，所述的MOCVD或HVPE沉积工艺使用设置在处理系统600中提供的群集工具601中的处理腔室602a至602c中的一个腔室。在一个实例中，层214是III族氮化物层(例如AlN、InN、GaN、AlGaN、InGaN，或InAlGaN层)，所述的层在处理腔室
602a中通过使用MOCVD工艺而沉积，并且层216是另一III族氮化物层(例如AlGaN层)，所述的层在处理腔室602b中通过使用MOCVD工艺而沉积。在一个实例中，层214大体包括未掺杂GaN(u-GaN)层和/或n型掺杂(n-GaN)层，所述的层依序沉积在缓冲层213上。在MOCVD工艺用来沉积III族氮化物层的情况下，可将前驱物气体(如三甲基镓(TMG)、氨气(NH3)和氮气(N2))引入处理腔室，同时，设置在载体451上的基板201则经加热并且维持在约950℃至约
1050℃的处理温度下，并且腔室压力经维持在约50托至约600托的压力下。u-GaN层可沉积至约1微米至约100微米的厚度，和/或n-GaN层可沉积至约2微米与约140微米之间的厚度。
在一个实例中，u-GaN/n-GaN层沉积总厚度为约4微米。在一些实施方式中，可省略u-GaN层。
可用来形成装置200的部件的其他GaN与AlGaN沉积工艺的实例在申请于2011年3月21日、发明名称为“形成包括成核层的氮化合物结构(Forming A Compound-Nitride Structure That Includes A Nucleation Layer)”的美国专利申请第13/052,861号中进行进一步描述，此申请以参考方式全部并入本文。

[0093] 接下来，在步骤314中，一或更多个接触层(如第一功率电极218、第二功率电极220，和/或栅极结构222)沉积在在步骤312期间所形成的装置层之上。在一个实施方式中，接触层通过使用PVD沉积工艺形成，所述PVD沉积工艺在处理系统600中提供的群集工具401中的处理腔室466至472中的一个腔室中执行。在一个实施方式中，第一功率电极218、第二功率电极220和/或栅极结构222包括通过使用PVD沉积工艺而形成的导电层。在一个实施方式中，导电金属层包括从由以下各者组成的群组中选择的金属：银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、铝(Al)、钨(W)、铂(Pt)、铟(In)、锌(Zn)和钛(Ti)、上述各者的组合，或其他有用的导电金属。
在步骤314的一些实施方式中，在通过使用PVD沉积工艺沉积一或更多个覆盖导电层之后，使用传统的光刻与蚀刻技术对层进行图案化。

[0094] 虽然前述内容涉及本发明实施方式，但可在不背离本发明基本范围前提下设计本发明的其它及更多实施方式，并且本发明范围由随附权利要求书确定。