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TWI591199B - 用於沉積系統之氣體注入組件、包含此組件之沉積系統、及相關方法 - Google Patents

用於沉積系統之氣體注入組件、包含此組件之沉積系統、及相關方法 Download PDF

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Publication number
TWI591199B
TWI591199B TW102119483A TW102119483A TWI591199B TW I591199 B TWI591199 B TW I591199B TW 102119483 A TW102119483 A TW 102119483A TW 102119483 A TW102119483 A TW 102119483A TW I591199 B TWI591199 B TW I591199B
Authority
TW
Taiwan
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gas
injector
baffle
injection port
cover
Prior art date
Application number
TW102119483A
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English (en)
Other versions
TW201404924A (zh
Inventor
克勞帝歐 坎尼塞斯
朗 伯特蘭
Original Assignee
梭意泰科公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 梭意泰科公司 filed Critical 梭意泰科公司
Publication of TW201404924A publication Critical patent/TW201404924A/zh
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
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    • C30B29/406—Gallium nitride

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Description

用於沉積系統之氣體注入組件、包含此組件之沉積系統、及相關方法
本發明係關於用於將氣體注入至一沈積系統之一化學沈積腔室中之氣體注入組件，諸如包含注入口、底座及蓋之擋板注入器，以及包含此等組件之系統及使用此等組件及系統在一基板上形成材料之方法。
半導體結構係在半導體裝置之製作中使用或形成之結構。半導體裝置包含(舉例而言)電子信號處理器、電子記憶體裝置、光敏裝置(例如，發光二極體(LED)、光伏打(PV)裝置等)及微機電(MEM)裝置。此等結構及材料通常包含一或多種半導體材料(例如，矽、鍺、碳化矽、一III-V半導體材料等)且可包含一積體電路之至少一部分。
由來自元素週期表上之III族及V族之元素之一組合形成之半導體材料稱為III-V半導體材料。實例性III-V半導體材料包含III族氮化物材料，諸如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦(InN)及氮化銦鎵(InGaN)。氫化物汽相磊晶(HVPE)係用於在一基板上形成(例如，生長)III族氮化物材料之一化學汽相沈積(CVD)技術。
在用於形成GaN之一實例性HVPE程序中，將包括碳化矽(SiC)或 氧化鋁(Al2O3，通常稱為「藍寶石」)之一基板放置於一化學沈積腔室中且將其加熱至一高溫。氯化鎵(例如，GaCl、GaCl3)與氨(NH3)之化學前體在該腔室內混合且反應以形成磊晶生長於該基板上以形成一GaN層之GaN。諸如當藉由使鹽酸(HCl)蒸汽跨越經熔融之鎵流動而形成氯化鎵時可在該腔室內(即，原位)形成該等前體中之一或多者，或可在注入至該腔室中之前(即，非原位)形成該等前體中之一或多者。
在先前習知組態中，可透過具有漸擴之內部側壁之一大體平面氣體注入器(通常稱為一「擋板」或「擋板注入器」)將前體氯化鎵注入至腔室中。可透過一多口注入器將前體NH3注入至腔室中。在注入至腔室中時，最初藉由延伸至鄰近基板之一邊緣之一位置之擋板注入器之一蓋來分離該等前體。當前體到達蓋之端時，該等前體混合且反應以在基板上形成一GaN材料層。
提供本發明內容以便以一簡化形式引入一概念選擇。在下文之揭示內容之實例性實施例之實施方式中更詳細地闡述此等概念。本發明內容不意欲識別所主張標的物之關鍵特徵或本質特徵，亦不意欲用於限制所主張標的物之範疇。
在某些實施例中，本發明包含一擋板注入器，該擋板注入器包含一氣體注入口，該氣體注入口包含一主體、穿過該主體之一孔及鄰近該孔之一後壁。該擋板注入器亦包含：內部側壁，其自該後壁朝向該擋板注入器之一氣體出口延伸；及至少兩個脊，其用於引導氣體流穿過該擋板注入器。該至少兩個脊各自自鄰近該孔之一位置朝向該氣體出口延伸。該至少兩個脊定位於該等內部側壁之間。
在某些實施例中，本發明包含一沈積系統。該沈積系統包含：一底座，其具有漸擴地延伸之內部側壁；一氣體注入口，其鄰近該等內部側壁之最靠近在一起之端；及一蓋，其安置於該底座及該氣體注 入口上方。該沈積系統亦包含：至少兩個漸擴地延伸之脊，其用於引導氣體穿過至少部分地由該底座之該等內部側壁及該蓋之一底部表面界定之一空間之一中心區。
在某些實施例中，本發明包含在一基板上形成一材料之方法。根據此等方法，使一第一前體氣體流動穿過包含一氣體注入口、一底座及一蓋之一擋板注入器。藉助形成於該氣體注入口之內部側壁之間的該氣體注入口之至少兩個脊來引導該第一前體氣體之一部分流動穿過該擋板注入器之一中心區。該方法亦包含：使該第一前體氣體流動出該擋板注入器且朝向鄰近該擋板注入器定位之一基板。
4B-4B‧‧‧剖面線
10D-10D‧‧‧剖面線
100‧‧‧腔室
102‧‧‧氣體流線
104‧‧‧氣體注入口
106‧‧‧底座
108‧‧‧基板/旋轉基板
110‧‧‧漸擴之內部側壁/內部側壁/第一內部側壁/第二內部側壁
112‧‧‧多口注入器
114‧‧‧區/死角地帶
116‧‧‧再循環/氣體再循環
118A‧‧‧區域/最右邊區域
118B‧‧‧區域
118C‧‧‧區域
118D‧‧‧區域
118E‧‧‧區域
118F‧‧‧區域
118G‧‧‧區域
118H‧‧‧區域
118I‧‧‧區域
118J‧‧‧區域/最左邊區域
124‧‧‧氣體注入口
126‧‧‧孔
128‧‧‧後壁
130‧‧‧內部側壁/漸擴之內部側壁/第一內部側壁/第二內部側壁
132‧‧‧前面/前表面
134‧‧‧脊
136‧‧‧外部第一側
138‧‧‧內部第二側
140‧‧‧蓋
142‧‧‧凹部
144‧‧‧至少實質上平坦表面/表面
146‧‧‧唇緣
148‧‧‧通道
150‧‧‧氣體再循環
152A‧‧‧區域
152B‧‧‧區域
152C‧‧‧區域
152D‧‧‧區域
152E‧‧‧區域
152F‧‧‧區域
152G‧‧‧區域
152H‧‧‧區域
152I‧‧‧區域
152J‧‧‧區域/最左邊區域
160‧‧‧蓋
162‧‧‧頂部主表面
164‧‧‧底部主表面/底部表面
166‧‧‧氣體出口側/出口側
168‧‧‧突出部
170‧‧‧漸擴肋
172‧‧‧傾斜的氣體出口表面
174‧‧‧脊
176‧‧‧氣體再循環/再循環
178A‧‧‧區域
178B‧‧‧區域
178C‧‧‧區域
178D‧‧‧區域
178E‧‧‧區域
178F‧‧‧區域
178G‧‧‧區域
178H‧‧‧區域
178I‧‧‧區域
178J‧‧‧區域/最左邊區域
A‧‧‧對稱軸
AA‧‧‧半徑
AB‧‧‧內部距離
AC‧‧‧長度
AD‧‧‧橫向寬度
AE‧‧‧角度
AF‧‧‧厚度
AG‧‧‧距離
AH‧‧‧距離
AJ‧‧‧距離
AK‧‧‧寬度
AL‧‧‧角度
B‧‧‧長度
C‧‧‧距離
D‧‧‧角度
E‧‧‧半徑
F‧‧‧距離
G‧‧‧角度
H‧‧‧距離
J‧‧‧距離
K‧‧‧長度
L‧‧‧寬度
M‧‧‧直徑
N‧‧‧高度
P‧‧‧對稱軸
Q‧‧‧對稱軸
R‧‧‧半徑
S‧‧‧寬度/第一寬度
T‧‧‧第二寬度
U‧‧‧半徑
V‧‧‧內部半徑
X‧‧‧角度
Y‧‧‧橫向寬度
Z‧‧‧距離
雖然本說明書以尤其指出且明顯地主張視為本發明之實施例之內容之申請專利範圍結束，但當結合附圖一起閱讀時可依據本發明之實施例之特定實例之說明較容易地確定揭示內容之實施例之優點，其中：圖1係一化學沈積腔室之一實施例之一簡化部分透視圖，其圖解說明透過一擋板注入器穿過化學沈積腔室且跨越一基板之氣體流，如基於一電腦模型及模擬所計算；圖2圖解說明自一電腦模型及模擬發展之一曲線圖，其展示在一沈積程序期間跨越圖1之基板之一前體之質量分數；圖3係自一電腦模型及模擬發展之一圖表，其展示在一沈積程序期間跨越圖1之基板之平均前體質量分數；圖4A至圖4C圖解說明根據本發明之一實施例之一氣體注入口之各種視圖；圖4A圖解說明根據本發明之一實施例之一氣體注入口之一俯視平面圖；圖4B圖解說明透過圖4A之剖面線4B-4B所取之氣體注入口之一剖 面圖；圖4C圖解說明圖4A及圖4B之氣體注入口之一透視圖；圖5係根據本發明之一實施例之一擋板注入器之一分解透視圖，包含圖4A之氣體注入口、一蓋及一底座；圖6圖解說明圖5之擋板注入器之一俯視圖，其中為清晰起見而移除該蓋；圖7圖解說明穿過圖5之擋板注入器之氣體流；圖8圖解說明自一電腦模型及模擬發展之一曲線圖，其展示在一沈積程序期間在一前體流動穿過圖5之擋板注入器之後跨越一基板之該前體之質量分數；圖9係自一電腦模型及模擬發展之一圖表，其展示在一沈積程序期間跨越圖8之基板之平均前體質量分數；圖10A至圖10E圖解說明根據本發明之另一實施例之一蓋之各種視圖；圖10A係根據本發明之一實施例之一蓋之一俯視平面圖；圖10B係圖10A之蓋之一仰視平面圖；圖10C係圖10A及圖10B之蓋之底部之一部分之一平面圖；圖10D係沿著圖10C之剖面線10D-10D所取之圖10A至圖10C之蓋之一部分剖面圖；圖10E係圖10A至圖10D之蓋之一透視圖；圖11A圖解說明根據本發明之一實施例之一擋板注入器，包含一底座、圖4A之氣體注入口及圖10A之蓋；圖11B圖解說明圖11A之擋板注入器，其中為清晰起見而移除蓋之部分；圖12圖解說明穿過圖11A之擋板注入器之氣體流之一模型；圖13圖解說明自一電腦模型及模擬發展之一曲線圖，其展示在 一前體流動穿過圖11A之擋板注入器之後跨越一基板之該前體之質量分數；且圖14係自一電腦模型及模擬發展之一圖表，其展示跨越圖13之基板之平均前體質量分數。
本文中呈現之圖解說明不意謂係任何特定材料、結構或裝置之實際視圖，而僅係用於闡述揭示內容之實施例之理想化表示。
如本文中所使用，關於一給定參數、性質或條件之術語「實質上」在某種程度上意謂：熟習此項技術者將理解，該等給定參數、性質或條件係在一定程度之變化內(諸如在可接受之製造容差內)加以滿足。
如本文中所使用，在理解揭示內容及附圖時，為清晰及方便起見而使用任何關係術語(諸如「第一」、「第二」、「前」、「後」、「在…上」、「下部」、「頂部」、「底部」、「相對」等)且該等關係術語不暗示或取決於任何特定偏好、定向或次序，惟上下文另外清晰地指示除外。
如本文中所使用，術語「氣體」意謂且包含既不具有獨立形狀亦不具有獨立體積之一流體。氣體包含蒸汽。因此，當在本文中使用術語「氣體」時，可將其理解為意謂「氣體或蒸汽」。
如本文中所使用，片語「氯化鎵」意謂且包含一氯化鎵(GaCl)及三氯化鎵(GaCl3)中之一或多者。舉例而言，氯化鎵可實質上由GaCl組成、實質上由GaCl3組成或實質上由GaCl及GaCl3兩者組成。
本發明包含可用於使氣體朝向一基板流動(諸如)以在基板之一表面上沈積或以其他方式形成一材料(例如，一半導體材料、一III-V半導體材料等)之結構及方法。在特定實施例中，本發明係關於擋板注入器及其組件(例如，氣體注入口、底座及蓋)、使用此等擋板注入器 之沈積系統、使用此等擋板注入器在一基板上沈積或以其他方式形成一半導體材料之方法及使氣體流動穿過此等擋板注入器之方法。擋板注入器之氣體注入口、底座及蓋中之一或多者可包含用於引導氣體流穿過擋板注入器之一或多個脊。下文更詳細地揭示此等結構及方法之實例。
圖1圖解說明一沈積系統之一腔室100(例如，一HVPE沈積腔室)且包含大體表示流動穿過腔室100之氣體之一計算流體動力學(CFD)模型。展示氣體流線102，其表示自一氣體注入口104流動穿過一底座106、跨越一基板108且進入腔室100之其他部分中之氯化鎵(例如，GaCl、GaCl3)。為清晰起見已自圖1移除定位於氣體注入口104及底座106上方之一蓋，但該模型係基於此一蓋存在於腔室100中之一假設而產生。另外，假定氨(NH3)自一多口注入器112流動穿過腔室100，則產生圖1之模型，儘管為清晰起見而不在圖1中表示此流動。
儘管本發明闡述使腔室100中之氯化鎵及NH3流動以在基板108上形成GaN，但本發明亦適用於使其他氣體流動(諸如)以形成除GaN以外之材料。實際上，熟習此項技術者將認識到，本發明之結構及方法以及其組件及元件可用於涉及使一或多種氣體流動至一沈積腔室中且穿過該沈積腔室之諸多應用中。
如圖1中所展示，腔室100係一大體矩形腔室，在該大體矩形腔室中氯化鎵與NH3反應以在大體中心地定位於腔室100內之基板108上形成一GaN材料。可透過氣體注入口104將氣態氯化鎵注入至腔室100中。該氯化鎵可流動出氣體注入口104且穿過具有漸擴之內部側壁110之一底座106，漸擴之內部側壁110使氯化鎵流跨越基板108分散。另外，可透過一多口注入器112將氣態NH3注入至腔室100中。在本文中通常可將氯化鎵及NH3稱為前體。另外，可連同該等前體一起將一或多種沖洗氣體(諸如N2、H2、SiH4、HCl等)注入至腔室100中，但此等 沖洗氣體不直接參與用以形成GaN材料之反應。該等前體中之一者或兩者可在注入至腔室100中之前加熱。在2010年2月17日提出申請且標題為「GAS INJECTORS FOR CVD SYSTEMS WITH THE SAME」之第WO 2010/101715 A1號國際公開案中揭示一種在將氯化鎵前體注入至腔室100中之前加熱該氯化鎵前體之方法，該國際公開案之揭示內容以全文引用方式併入本文中。可將該等前體預加熱至大於大約500℃。在某些實施例中，可將該等前體預加熱至大於大約650℃，諸如在大約700℃與大約800℃之間。在經加熱之前，氯化鎵前體可實質上由三氯化鎵(GaCl3)組成。在加熱及/或注入至化學沈積腔室中之後，舉例而言，GaCl3之至少一部分旋即可熱分解成一氯化鎵(GaCl)及其他副產物。因此，在化學沈積腔室中，氯化鎵前體可實質上由GaCl組成，但亦可存在一些GaCl3。另外，亦可在前體之注入之前將基板108加熱(諸如)至大於大約500℃。在某些實施例中，可將基板108預加熱至大約900℃與大約1000℃之間的一溫度。
基板108可包括其上可形成(例如，生長、磊晶生長、沈積等)有GaN或另一所要材料(例如，另一III-V半導體材料)之任何材料。舉例而言，基板108可包括碳化矽(SiC)及氧化鋁(Al2O3，通常稱為「藍寶石」)中之一或多者。基板108可係其上將形成有GaN之材料之一單個(所謂的)「晶圓」，或其可係用於固持其上將形成有GaN之材料之多個較小基板之一基座(例如，一塗佈SiC之石墨基座)。
氣體注入口104及底座106之組態可致使氯化鎵之一實質部分沿著底座106之內部側壁110流動，從而使本文中稱為一「死角地帶(dead zone)」之一區114在其中相對少的氯化鎵流動之底座106之中心中。舉例而言，此一死角地帶114可促成氯化鎵之一再循環116區。氯化鎵之再循環116可在基板108上方促成不均勻之氯化鎵流分佈。舉例而言，底座106中之死角地帶114之存在可促成跨越基板108之一中心 部分之氯化鎵流之一相對較高之濃度，如圖1中所展示，此可導致基板108之中心部分中之經增加GaN材料厚度。另外，氯化鎵之再循環可降低穿過腔室100之氣體流以及在基板108上形成GaN材料之程序之可控性及可預測性。
圖2圖解說明表示在圖1之腔室100之操作期間跨越基板108之表面之氯化鎵質量分數之一曲線圖(自一CFD模型發展)。圖2中所展示之輪廓表示具有不同氯化鎵質量分數範圍(當自圖2之視角觀看時自右至左減小)之區域118A至118J之間的邊界。因此，最右邊區域118A可表示相對最高之氯化鎵質量分數範圍，毗鄰區域118B可表示下一個相對最高之氯化鎵質量分數範圍，且依次類推。最左邊區域118J可表示相對最低之氯化鎵質量分數範圍。
圖3圖解說明展示隨距基板108之一中心之位置而變之NH3及氯化鎵之平均前體質量分數之一圖表。可在HVPE程序期間旋轉基板108以改良基板108上之GaN材料形成之均勻性。因此，藉由平均跨越基板108之不同位置處之前體質量分數資料以估計跨越一旋轉基板108之前體質量分數而產生圖3之圖表。
結合圖1參考圖2及圖3，氯化鎵之死角地帶114及再循環116可導致跨越基板108之一相對不均勻氯化鎵質量分數。氯化鎵質量分數之不均勻性可與基板108上之不均勻GaN形成相互關聯。如圖3中所展示，基板108之一中心(即，在圖示位置零米(0m)處)及外邊緣(即，在圖示位置-0.1m及0.1m處)可展現相對高之氯化鎵質量分數，而基板108之中心與外邊緣之間的一區域可展現相對較低之氯化鎵質量分數。因此，該模型指示：在該模型所基於之條件下形成於基板108上之GaN可在基板108之中心及外邊緣處相對厚且在中心與外邊緣之間的一區域中相對薄。
圖4A至圖4C圖解說明根據本發明之一氣體注入口124之各種視 圖。一孔126可延伸穿過氣態氯化鎵流動穿過之氣體注入口124之一主體，諸如當以圖4A之視角觀看時自頁面流出且當以圖4B之視角觀看時自右至左流動。在某些實施例中，孔126可延伸穿過氣體注入口124之一主體以使得氣體注入口124之一後壁128至少實質上相切於孔126。另外，孔126可至少實質上中心地定位於自後壁128朝向氣體注入口124之一前面132漸擴地延伸之內部側壁130之間。氣體注入口124亦可包含定位於可自鄰近孔126之一位置朝向前面132漸擴地延伸之內部側壁130之間的脊134。脊134中之每一者可具有一外部第一側136及一內部第二側138。
氣體注入口124之影響氣體流之至少部分(例如，孔126、後壁128、內部側壁130、脊134)可繞中心地延伸穿過氣體注入口124自後壁128至前面132之一對稱軸A實質上對稱地定位。如圖4A中所展示，脊134中之每一者可至少實質上中心地定位於一毗鄰內部側壁130與對稱軸A之間。
儘管氣體注入口124之各種元件之定大小、尺寸、形狀及組態經受修改(諸如)以用於使不同氣體流動、用於使不同溫度之氣體流動、用於使氣體按不同速度流動、用於在一不同大小之基板上形成一材料等，但將針對氣體注入口124之一項實施例闡述實例性尺寸，其中氣體注入口124適用於使氣態氯化鎵按一充足溫度及速度流動穿過其以與NH3反應以在一基板上形成一GaN材料。
根據一項實施例，如圖4A中所展示，舉例而言，後壁128可沿大體平行於前面132之一方向延伸達大約0.125英吋(0.32cm)與大約0.75英吋(1.91cm)之間的一長度B，諸如大約0.472英吋(1.20cm)。舉例而言，平行於對稱軸A且垂直於後壁128之自後壁128至前面132之一距離C可在大約0.5英吋(1.27cm)與大約2.0英吋(5.08cm)之間，諸如大約0.855英吋(2.17cm)。舉例而言，內部側壁130中之每一者可以與對 稱軸A所成之大約十五度(15°)與大約四十五度(45°)之間的一角度D(諸如大約三十度(30°))自後壁128延伸至前面132。舉例而言，後壁128與內部側壁130中之每一者之間的一交接點可以大約0英吋(0cm)(即，一尖銳拐角)與大約0.25英吋(0.64cm)之間的一半徑E(諸如大約0.04英吋(0.10cm))彎曲。舉例而言，孔126之一中心與前面132之間的平行於對稱軸A之一距離F可在大約0.25英吋(0.64cm)與大約1.9英吋(4.83cm)之間，諸如大約0.7英吋(1.78cm)。舉例而言，脊134中之每一者可以與對稱軸A所成之在大約零度(0°)(即，平行於對稱軸A)與大約四十五度(45°)之間的一角度G(諸如大約十四點五度(14.5°))自鄰近孔126之一位置朝向前面132延伸。舉例而言，對稱軸A與每一脊134之外部第一側136之鄰近孔126之一端之間的一距離H可在大約0.1英吋(0.25cm)與大約0.75英吋(1.91cm)之間，諸如大約0.25英吋(0.64cm)。舉例而言，對稱軸A與每一脊134之外部第一側136之在前表面132處之一端之間的一距離J可在大約0.1英吋(0.25cm)與大約1.75英吋(4.45cm)之間，諸如大約0.36英吋(0.91cm)。舉例而言，平行於對稱軸A所取之每一脊134之一長度K可在大約0.4英吋(1.02cm)與大約1.9英吋(4.83cm)之間，諸如大約0.569英吋(1.45cm)。舉例而言，脊134中之每一者可在其外部第一側136與內部第二側138之間具有大約0.01英吋(0.03cm)與大約0.125英吋(0.32cm)之間的一寬度L，諸如大約0.039英吋(0.10cm)。
舉例而言，如圖4B中所展示，孔126可具有大約0.2英吋(0.51cm)與大約0.5英吋(1.27cm)之間的一直徑M，諸如大約0.31英吋(0.79cm)。舉例而言，後壁128、內部側壁130及脊134中之每一者可自氣體注入口124之一主表面突出大約0.02英吋(0.05cm)與大約0.125英吋(0.32cm)之間的一高度N，諸如大約0.05英吋(0.13cm)。氣體注入口124之其他部分可係用於與一底座及/或一蓋組裝在一起之任何方便形 狀及大小。舉例而言，氣體注入口124之外表面可具有與一基底之一腔互補之一形狀及大小，以使得氣體注入口124可至少部分地位於該腔內。
儘管將氣體注入口124之內部側壁130及脊134展示為實質上線性的，但並非如此限制本發明。舉例而言，內部側壁130及脊134中之一或多者可替代地沿著一彎曲路徑或沿著一梯狀路徑延伸。
氣體注入口124可由可在於操作期間氣體注入口124將經受之條件(例如，化學品、溫度、流率、壓力等)下充分地維持其形狀之任何材料形成。另外，可選擇氣體注入口124之材料以禁止與流動穿過其之氣體(例如，一前體)之反應。藉由實例之方式且不限制地，氣體注入口124可由一金屬、一陶瓷及一聚合物中之一或多者形成。在某些實施例中，舉例而言，氣體注入口124可至少實質上由石英(諸如經火焰拋光之透明熔凝石英)組成。在某些實施例中，氣體注入口124可包括一SiC材料。舉例而言，氣體注入口124可在安裝於一化學沈積腔室內之前經清潔以減少腔室中之污染物，諸如藉助一10%氫氟(HF)酸溶液，後續接著藉助蒸餾水及/或去離子水之一清洗。
參考圖5，氣體注入口124可與一底座106及一蓋140組裝在一起，如由假想線所指示，以形成用於安裝於一化學沈積腔室內之一擋板注入器。蓋140可經定大小且經組態以互補地配合於底座106及氣體注入口124上方。圖6展示經組裝之氣體注入口124與底座106之一俯視圖，其中為清晰起見而移除蓋140。底座106及蓋140中之每一者可包括一金屬、一陶瓷及一聚合物中之一或多者。在某些實施例中，底座106及蓋140中之一者或兩者可包括一石英材料。在某些實施例中，底座106及蓋140中之一者或兩者可包括一SiC材料。
儘管擋板注入器在圖5中展示為包括組裝在一起以形成擋板注入器之單獨形成之底座106、蓋140及氣體注入口124，但並不如此限制 本發明。舉例而言，底座106、蓋140及氣體注入口124中之任何兩者或全部三者可形成為一單一主體。在某些實施例中，底座106及氣體注入口124可係一單一主體之部分。在其他實施例中，蓋140及氣體注入口124可係一單一主體之部分。
參考圖5及圖6，底座106可包含內部側壁110，內部側壁110自鄰近氣體注入口124之一位置漸擴地延伸至鄰近其中(舉例而言)在一HVPE程序期間其上將形成有GaN之一基板108之一位置。底座106之內部側壁110可以與一對稱軸P所成之一角度延伸，該角度可與氣體注入口124之內部側壁130(圖4A)藉以延伸之與對稱軸P所成之角度D(圖4A)至少實質上相同，諸如大約30°。對稱軸P可在內部側壁110之間中間延伸。可沿著底座106之內部側壁110中之每一者形成一凹部142以用於將蓋140之一特徵安置於凹部142中，如下文將參考圖10A至圖10E之一蓋160更詳細地闡釋。在某些實施例中，底座106之內部側壁110可沿與氣體注入口124之內部側壁130至少實質上類似之一方向延伸，且底座106之內部側壁110與氣體注入口124之內部側壁130可係連續的。在其他實施例中，底座106之內部側壁110可沿不同於氣體注入口124之內部側壁130之一方向延伸。在某些實施例中，底座106之內部側壁110可沿著一彎曲(例如，凹形或凸形)路徑或一梯狀路徑延伸。
一至少實質上平面表面144可在底座106之內部側壁110之間延伸。底座106亦可沿著自內部側壁110中之一者延伸至另一者之底座106之一彎曲終端邊緣包含一唇緣146。唇緣146可至少部分地界定底座106之一氣體出口。視情況，底座106可包含可藉以將另一氣體(例如，一沖洗氣體，諸如H2、N2、SiH4、HCl等)引入至腔室中之一或多個通道148。
圖7圖解說明穿過圖5之擋板注入器之氣體流之一CFD模型。為清 晰起見，僅展示氣體沿著其流動之氣體注入口124及底座106之部分，且圖7中未展示蓋140。氣體(例如，氯化鎵)可透過氣體注入口124之孔126注入且進入至表面144、內部側壁130及110與蓋140之間的一容積中(圖5)。隨著氣體流動穿過之空間之一容積因內部側壁130及110之漸擴而擴展，可減小氣體之一速度，且可使氣體自氣體注入口124處之一相對窄流分散至唇緣146上方之一相對較寬廣流。
如圖7中所展示，與圖1中所展示之流相比(其中氣體注入口104不包含任何脊134)，可藉由脊134以一較均勻之方式朝向底座106之唇緣146引導自孔126流出之氣體。因此，脊134可藉由朝向底座106之一中心區引導氣體而減小及/或消除圖1中所展示之死角地帶114。儘管在穿過經組裝之氣體注入口124、底座106及蓋140(圖5)之流中可發生某些氣體再循環150，但與圖1中所展示之氣體再循環116相比此氣體再循環150可係減小的。另外，圖7中之在唇緣146上方離開底座106之氣體可比圖1中之離開底座106之氣體相對更均勻地分佈。
圖8圖解說明表示由使氯化鎵流動穿過包括氣體注入口124、底座106及蓋140之擋板注入器造成之跨越基板108之表面之氯化鎵質量分數之一CFD模型。圖8中所展示之輪廓表示具有不同氯化鎵質量分數範圍之區域152A至152J之間的邊界，當以圖8之視角觀看時該等範圍自右至左減小。因此，區域152A可表示相對最高之氯化鎵質量分數範圍，毗鄰區域152B可表示下一個相對最高之氯化鎵質量分數範圍，且依次類推。最左邊區域152J可表示相對最低氯化鎵質量分數範圍。如藉由比較圖8之曲線圖與圖2之曲線圖可見，圖8之曲線圖中之輪廓線展現在沿垂直上下方向跨越基板移動之橫向左右方向上之較小偏差(自該等圖之視角)。
圖9圖解說明展示由使氯化鎵流動穿過包括氣體注入口124、底座106及蓋140之擋板注入器造成之隨距基板108之一中心之位置而變 之NH3及氯化鎵之平均前體質量分數之一圖表。可在HVPE程序期間旋轉基板108以改良基板108上之GaN材料形成之均勻性。因此，藉由平均跨越基板108之不同位置處之前體質量分數資料以估計跨越一旋轉基板108之前體質量分數而產生圖9之圖表。
結合圖7參考圖8及圖9，當與圖1至圖3中所展示及模型化之實施例相比較時，包含脊134之氣體注入口124可引導流動穿過其之氯化鎵跨越基板108更均勻地分佈。氯化鎵質量分數之經改良均勻性可與基板108上之GaN材料形成之經改良均勻性相互關聯。比較圖9之圖表與圖3之圖表，與在引導氯化鎵穿過氣體注入口104(圖1)時相比，在引導氯化鎵穿過氣體注入口124(圖7)時跨越基板108之平均氯化鎵質量分數可係相對更均勻的。因此，自流動穿過氣體注入口124及底座106之一前體氯化鎵形成於基板108上之GaN材料之一厚度可具有跨越基板108之經改良均勻性。舉例而言，使用一先前習知之擋板注入器形成之具有大約5μm之一平均厚度之GaN材料可具有平均厚度之大約20%之一層厚度標準偏差。相比而言，根據本發明形成之具有大約5μm之一平均厚度之一GaN材料可具有平均厚度之大約10%或更小之一層厚度標準偏差。
在某些實施例中，本發明亦包含在一基板上形成一材料(例如，一半導體材料，諸如一III-V半導體材料)之方法。再次參考圖4A至圖7，氣體注入口124、底座106及蓋140可如上文所闡述經組裝且定位於類似於圖1中所展示之腔室100之一化學沈積腔室內。基板108(在圖6中以虛線展示)可鄰近經組裝之氣體注入口124、底座106及蓋140定位。基板108可在該腔室內旋轉。可將基板108加熱至一高溫，諸如在大約500℃以上。在某些實施例中，可將基板108預加熱至大約900℃與大約1000℃之間的一溫度。
可使一第一前體氣體(例如，氣態氯化鎵)流動穿過氣體注入口 124中之孔126且進入至氣體注入口124與定位於氣體注入口124上方之蓋140之間的一空間中。可藉由提供氣體注入口124之漸擴之內部側壁130來減小第一前體氣體之速度。可藉由自鄰近孔126之一位置漸擴地延伸至鄰近氣體注入口124之前面132之一位置之脊134中之一或多者來引導第一前體氣體穿過氣體注入口124。脊134中之一者可大體中心地定位於內部側壁130之一第一內部側壁與對稱軸A之間，且脊134中之另一者可大體中心地定位於內部側壁130之一第二內部側壁與對稱軸A之間。可引導第一前體氣體之一部分流動於第一內部側壁130與一毗鄰脊134之間，可引導第一前體氣體之另一部分流動於脊134之間，且可引導第一前體氣體之又一部分流動於第二內部側壁130與一毗鄰脊134之間。因此，引導第一氣體前體穿過氣體注入口124可引導第一氣體前體流動穿過經組裝之氣體注入口124、蓋140及底座106之一中心區。上文闡述第一前體氣體可藉以流動穿過之氣體注入口124及其組件之額外特徵(例如，大小、形狀、材料、角度等)之實例性細節。
在使第一前體氣體流動穿過氣體注入口124之後，可使第一前體氣體在底座106與蓋140之間自氣體注入口124朝向基板108流動。可藉由提供底座106之漸擴之內部側壁110來額外減小第一前體氣體之速度。可在沿著底座106之一彎曲終端邊緣提供之唇緣146上方引導第一前體氣體以使其離開包括氣體注入口124、底座106及蓋140之擋板注入器。然後可使第一前體氣體在基板108上方流動。
可(諸如)透過上文參考圖1所闡述之多口注入器112將一第二前體氣體(例如，氣態NH3)注入至腔室中，且使其沿著蓋140之與第一前體氣體相對之一主表面且沿與第一前體氣體之流動大體相同之方向流動。視情況，如上文所闡述，亦可使一或多種沖洗氣體(例如，H2、N2、SiH4、HCl等)在腔室中流動，諸如穿過底座106之通道148(圖5及 圖6)。第一前體氣體、第二前體氣體及沖洗氣體中之一或多者可在進入該腔室之前、之時及/或之後加熱。舉例而言，可將第一前體氣體、第二前體氣體及沖洗氣體中之一或多者預加熱至大約500℃以上之一溫度。在某些實施例中，可將第一前體氣體、第二前體氣體及沖洗氣體中之一或多者預加熱至大於大約650℃，諸如在大約700℃與大約800℃之間。
在第一前體氣體離開包括氣體注入口124、底座106及蓋140之擋板注入器之後，且在第二前體氣體到達蓋140之鄰近基板108之一端之後，第一前體氣體與第二前體氣體可經混合以反應且在基板108上形成(例如，生長、磊晶生長、沈積等)一材料。形成於基板108上之材料可係包括來自第一前體氣體之至少一個原子(例如，Ga)與來自第二前體氣體之至少一個原子(例如，N)之化合物(例如，III族氮化合物，例如，GaN化合物)之一半導體材料。可使第一前體氣體及第二前體氣體之並未在基板108上形成一材料之部分(例如，Cl及H，諸如以HCl之形式)連同沖洗氣體一起流動出該腔室。使用具有脊134之氣體注入口124來以所闡述之方式引導第一前體氣體之流動可達成形成於基板108上之材料之厚度之經改良均勻性。
圖10A至圖10E圖解說明本發明之一蓋160之另一實施例之各種視圖。蓋160可經定大小且經組態而以類似於圖5中所展示之蓋140之一方式互補地配合於底座106及氣體注入口124上方。如圖10A至圖10C中所展示，蓋160可繞一對稱軸Q至少實質上對稱。參考圖10A至圖10E，蓋160可包含一頂部主表面162及與頂部主表面162相對之一底部主表面164。頂部主表面162可係至少實質上平面的。蓋160之一氣體出口側166可係實質上半圓形及凹形，以用於在操作期間部分地外切鄰近氣體出口側166定位之一基板108。因此，蓋160之任一側上之前體氣體(例如，氯化鎵及NH3)可藉由蓋160而至少實質上彼此隔離，直 至該等前體氣體到達鄰近基板108之一邊緣之一位置為止，如由圖10A中之虛線所展示。
如圖10B至圖10E中所展示，蓋160之底部主表面164可包含自其突出之數個特徵。一突出部168可經定大小及經塑形以便在與氣體注入口124組裝在一起時安置於其上方(圖5及圖6)，(諸如)以至少部分地配合於氣體注入口124定位於其中之底座106中之一腔內。漸擴肋170可自突出部168延伸至氣體出口側166，且可經定大小且經塑形以便在與底座106之內部側壁110組裝在一起時沿著其延伸(圖5及圖6)。如上文所述，底座106可包含沿著其內部側壁110形成之凹部142(圖5)。蓋160之漸擴肋170中之每一者之至少一部分可在與底座106之凹部142中之一者組裝在一起時定位於其內。如圖10B至圖10E中所展示，漸擴肋170可自蓋160之底部主表面164突出達與突出部168至少實質上相同之程度。
一傾斜的氣體出口表面172可以一角度自底部主表面164延伸至蓋160之氣體出口側166達與漸擴肋170自底部主表面164突出之高度實質上相同的高度。脊174可自突出部168朝向氣體出口側166漸擴地延伸。脊174可自蓋160之底部主表面164突出達大於突出部168之一程度(如圖10D及圖10E中所展示)。脊174中之每一者可至少實質上中心地定位於一毗鄰漸擴肋170與對稱軸Q之間。脊174中之每一者之鄰近突出部168之一端部分可經定位以在與氣體注入口124之前面132處之氣體注入口124之脊134(圖4A及圖4C)組裝在一起時係脊134之鄰近端。舉例而言，蓋160之脊174可經組態以在與氣體注入口124之脊134組裝在一起時與該等脊至少實質上共線且連續。
儘管蓋160之各種元件之定大小、尺寸、形狀及組態經受修改(諸如)以用於使不同氣體流動、用於使不同溫度之氣體流動、用於使氣體按不同速度流動、用於在一不同大小之基板108上形成一材料等， 但將針對蓋160之一項實施例闡述實例性尺寸，其中蓋160適用於使氣態氯化鎵按一充足溫度及速度流動以與NH3反應且在一基板上形成GaN。
根據一項實施例，如圖10A中所展示，舉例而言，蓋160之氣體出口側166可具有大約4英吋(10.16cm)與大約6.5英吋(16.51cm)之間的一半徑R，諸如大約4.50英吋(11.43cm)。
如圖10B中所展示，舉例而言，突出部168可具有大約1英吋(2.54cm)與大約3英吋(7.62cm)之間的第一寬度S，諸如大約1.650英吋(4.19cm)。舉例而言，垂直於第一寬度S之一第二寬度T可在大約0.6英吋(1.52cm)與大約2.5英吋(6.35cm)之間，諸如大約0.925英吋(2.35cm)。舉例而言，突出部168之在其與蓋160之氣體出口側166相對之一側上之拐角可具有大約零英吋(0cm)(即，一尖銳拐角)與大約0.25英吋(0.64cm)之間的一半徑U，諸如大約0.13英吋(0.33cm)。漸擴肋170可自突出部168之角落至少實質上連續地延伸。舉例而言，在漸擴肋170中之每一者與突出部168之間的一交接點處，突出部168之一邊緣與漸擴肋170之間的一內部半徑V可在大約零英吋(0cm)(即，一尖銳拐角)與大約0.5英吋(1.27cm)之間，諸如大約0.25英吋(0.64cm)。舉例而言，漸擴肋170中之每一者可以大約十五度(15°)與大約四十五度(45°)之間的一角度X(諸如大約29.3°)自突出部168延伸至氣體出口側166。舉例而言，漸擴肋170中之每一者可具有大約0.05英吋(0.13cm)與大約0.25英吋(0.64cm)之間的一橫向寬度Y，諸如大約0.095英吋(0.24cm)。舉例而言，漸擴肋170中之每一者之鄰近蓋160之氣體出口側166之一端之一外表面與對稱軸Q之間的一距離Z可在大約2英吋(5.08cm)與大約4英吋(10.16cm)之間，諸如大約3.10英吋(7.87cm)。舉例而言，傾斜的氣體出口表面172相交於底部主表面164之一邊緣可具有大約4.2英吋(10.67cm)與大約7英吋(17.78cm)之間的一半徑AA， 諸如大約4.850英吋(12.32cm)。
如圖10C中所展示，舉例而言，脊174之鄰近突出部168之端之間的一內部距離AB可在大約0.2英吋(0.51cm)與大約3.5英吋(8.89cm)之間，諸如大約0.72英吋(1.83cm)。舉例而言，脊174中之每一者可具有平行於對稱軸Q所取之大約1英吋(2.54cm)與大約3英吋(7.67cm)之間的一長度AC，諸如大約1.97英吋(5.00cm)。舉例而言，脊174中之每一者可具有大約0.01英吋(0.03cm)與大約0.125英吋(0.32cm)之間的一橫向寬度AD，諸如大約0.039英吋(0.10cm)。舉例而言，對稱軸Q與每一脊174之間的一角度AE可在大約零度(0°)(即，平行於對稱軸Q)與大約四十五度(45°)之間，諸如大約十四點五度(14.5°)。
如圖10D中所展示，舉例而言，蓋160可在頂部主表面162與底部主表面164之間具有大約0.05英吋(0.13cm)與大約0.375英吋(0.95cm)之間的一厚度AF，諸如大約0.100英吋(0.25cm)。舉例而言，突出部168及漸擴肋170可自底部主表面164突出大約0.02英吋(0.05cm)與大約0.125英吋(0.32cm)之間的一距離AG，諸如大約0.045英吋(0.11cm)。舉例而言，脊174可自底部主表面164突出大約0.02英吋(0.05cm)與大約0.25英吋(0.64cm)之間的一距離AH，諸如大約0.145英吋(0.37cm)。舉例而言，蓋160之與氣體出口側166相對之一端表面(圖10E)可距突出部168之與氣體出口側166相對之一邊緣大約0.25英吋(0.64cm)與大約1英吋(2.54cm)之間的一距離AJ，諸如大約0.520英吋(1.32cm)。舉例而言，傾斜的氣體出口表面172可具有平行於底部主表面164所取且自與底部主表面164之一交接點延伸至蓋160之氣體出口側166之一寬度AK，該寬度AK在大約0.2英吋(0.51cm)與大約0.5英吋(1.27cm)之間，諸如大約0.350英吋(0.89cm)。舉例而言，傾斜的氣體出口表面172可以大約兩度(2°)與大約十五度(15°)之間(諸如大約七度(7°))的一角度AL自底部主表面164延伸至氣體出口側166。
蓋160可由可在於操作期間蓋160將經受之條件(例如，化學品、溫度、流率、壓力等)下充分地維持其形狀之任何材料形成。另外，可選擇蓋160之材料以禁止與抵靠及/或沿著蓋160流動之氣體(例如，前體)之反應。藉由實例之方式且不限制地，蓋160可由一金屬、一陶瓷及一聚合物中之一或多者形成。在某些實施例中，舉例而言，蓋160可包括一石英材料，諸如經火焰拋光之透明熔凝石英。舉例而言，蓋160可在安裝於一化學沈積腔室內之前經清潔以減少該腔室中之污染物，諸如藉助一10% HF酸溶液，後續接著藉助蒸餾水及/或去離子水之一清洗。
如圖11A及圖11B中所展示，可組裝底座106、氣體注入口124及蓋160。在圖11A中，以虛線展示氣體注入口124及底座106之部分以及蓋160之特徵，此乃因以圖11A之視角此等組件及特徵係定位於蓋160下方。在圖11B中，移除蓋160之除脊174以外之部分以較清晰地展示一氣體(例如，氣態氯化鎵)可流動穿過之區域。如圖11A及圖11B中所展示，在組裝底座106、氣體注入口124及蓋160時氣體注入口124之脊134可與蓋160之脊174至少實質上對準且連續。
儘管擋板注入器在圖11A及圖11B中展示為包括組裝在一起以形成擋板注入器之單獨形成之底座106、蓋160及氣體注入口124，但並不如此限制本發明。舉例而言，底座106、蓋160及氣體注入口124中之任何兩者或全部三者可形成為一單一主體，本質上如上文參考圖5之底座106、蓋140及氣體注入口124所闡述。
圖12圖解說明穿過經組裝之氣體注入口124、底座106及蓋160(圖11A及圖11B)之氣體流之一CFD模型。為清晰起見，在圖12中僅展示氣體沿著其流動之氣體注入口124、底座106及蓋160之部分。參考圖12，可透過氣體注入口124之孔126注入氣體(例如，氣態氯化鎵)且將其注入至表面144、內部側壁130及110與蓋160之間的一容積中(圖 11A及圖11B)。隨著該容積因內部側壁130及110之漸擴而擴展，可減小氣體之一速度，且可使氣體自氣體注入口124處之一相對窄流分散至唇緣146上方之一相對較寬流。
如圖12中所展示，與圖1(其中氣體注入口104不包含任何脊)中所展示之流動相比，可藉由氣體注入口124之脊134以一更均勻之方式朝向底座106之唇緣146引導流動出孔126之氣體。另外，可藉由蓋160之脊174(圖11A及圖11B)進一步導引及分佈自氣體注入口124朝向唇緣146流動(且最終至鄰近唇緣146定位之一基板)之氣體。因此，脊134及174可藉由朝向底座106之一中心區引導氣體而減小及/或消除圖1中所展示之死角地帶114。圖12之CFD模型圖解說明在穿過底座106之流動中可在脊174與底座106之內部側壁110之間出現某些氣體再循環176。儘管氣體再循環176可自圖7中所展示之氣體再循環150增加，但與圖1中所展示之氣體再循環116相比可減小此氣體再循環176。另外，即使可沿著脊174出現某些再循環176，但圖12中之唇緣146上方之離開底座106之氣體亦可比圖1中之離開底座106之氣體相對更均勻地分佈。
圖13圖解說明表示由使氯化鎵流動穿過包括氣體注入口124、底座106及蓋140之擋板注入器造成之跨越基板108之表面之氯化鎵質量分數之一CFD模型。圖13中所展示之輪廓表示具有不同氯化鎵質量分數範圍之區域178A至178J之間的邊界，當以圖13之視角觀看時該等範圍自右至左減小。因此，區域178A可表示相對最高之氯化鎵質量分數範圍，毗鄰區域178B可表示下一個相對最高之氯化鎵質量分數範圍，且依次類推。最左邊區域178J可表示相對最低之氯化鎵質量分數範圍。如藉由比較圖13之曲線圖與圖2之曲線圖可見，圖13之曲線圖中之輪廓線展現在沿垂直上下方向跨越基板移動之橫向左右方向上之較小偏差(自該等圖之視角)。
圖14圖解說明展示由使氯化鎵流動穿過包括氣體注入口124、底座106及蓋140之擋板注入器造成之隨距基板108之一中心之位置而變之NH3及GaCl3之平均前體質量分數之一圖表。可在HVPE程序期間旋轉基板108以改良基板108上之GaN材料形成之均勻性。因此，藉由平均跨越基板108之不同位置處之前體質量分數資料以估計跨越一旋轉基板108之前體質量分數而產生圖14之圖表。
結合圖12參考圖13及圖14，當與圖1至圖3中所展示及模型化之實施例相比較時，包含脊134之氣體注入口124及包含脊174之蓋160(圖11A及圖11B)可引導流動穿過其之氯化鎵跨越基板108更均勻地分佈。氯化鎵質量分數之經改良均勻性可與基板108上之GaN材料形成之經改良均勻性相互關聯。比較圖14之圖表與圖3之圖表，與在引導氯化鎵穿過氣體注入口104(圖1)時相比，在引導氯化鎵穿過經組裝之氣體注入口124、蓋160及底座106時跨越基板108之平均氯化鎵質量分數可比係相對更均勻的。因此，自流動穿過經組裝之氣體注入口124、蓋160及底座106之一前體氯化鎵形成於基板108上之GaN材料之一厚度可具有跨越基板108之經改良均勻性。
儘管圖11A至圖12中展示結合具有脊134之氣體注入口124一起使用之具有脊174之蓋160，但並不如此限制本發明。舉例而言，在某些實施例中，具有脊174之蓋160可與不具有任何脊之底座106及氣體注入口104組裝在一起。
另外，儘管上文已參考圖4A至圖4C將氣體注入口124闡述為包含自其延伸之脊134，且上文已參考圖10B至圖10E將蓋160闡述為包含自其一底部表面164突出之脊174，但並不如此限制本發明。藉由實例之方式，闡述為自氣體注入口124延伸之脊134可替代地自圖10B至圖10E中所展示之蓋160之突出部168延伸。藉由另一實例之方式，闡述為自蓋160突出之脊174可替代地自底座106之表面144突出(圖5至圖 7)。
在某些實施例中，本發明包含在一基板上形成一材料(例如，一半導體材料，諸如一III-V半導體材料)之額外方法。再次參考圖10A至圖12，氣體注入口124、底座106及蓋160可如上文所闡述經組裝且定位於類似於圖1之腔室100之一化學沈積腔室內。基板108(在圖10A中以虛線展示)可鄰近經組裝之氣體注入口124、底座106及蓋160定位。基板108可在該腔室內旋轉。可將基板108加熱至一高溫，諸如在大約500℃以上。在某些實施例中，可將基板108預加熱至大約900℃與大約1000℃之間的一溫度。
可使一第一前體氣體(例如，氣態氯化鎵)流動穿過氣體注入口124中之孔126且進入至氣體注入口124與定位於氣體注入口124上方之蓋160之間的一空間中，本質上如上文參考圖4A至圖7所闡述。另一選擇係，可使第一前體氣體流動穿過不具有任何脊之一氣體注入口，諸如圖1中所展示之氣體注入口104。
在使第一前體氣體流動穿過氣體注入口124之後，可使第一前體氣體在底座106與蓋160之間自氣體注入口124朝向基板108流動。可藉由提供底座106之漸擴之內部側壁110來額外地減小第一前體氣體之速度。可藉由沿著蓋160自鄰近氣體注入口124之一位置朝向蓋160之氣體出口側166漸擴地延伸之脊174中之一或多者來引導第一前體氣體穿過底座106。脊174中之一者可大體中心地定位於漸擴肋170中之一第一漸擴肋與蓋160之對稱軸Q之間。脊174中之另一者可大體中心地定位於漸擴肋170中之一第二漸擴肋與對稱軸Q之間。可引導第一前體氣體之一部分流動於底座106之一第一內部側壁110與一毗鄰脊174之間，可引導第一前體氣體之另一部分流動於脊174之間，且可引導第一前體氣體之又一部分流動於底座106之一第二內部側壁110與一毗鄰脊174之間。可引導第一前體氣體流動於沿著底座106之一彎曲終端邊 緣提供之唇緣146與蓋160之傾斜的氣體出口表面172之間以離開包括氣體注入口124、底座106及蓋160之擋板注入器。上文闡述第一前體氣體可沿著其流動之蓋160及其組件之額外特徵(例如，大小、形狀、材料、角度等)之實例性細節。然後可使第一前體氣體在基板108上方流動。
本質上如上文所闡述，可使一第二前體氣體沿著蓋160之與第一前體氣體之流動相對之頂部主表面162(圖10A及圖10D)且沿與第一前體氣體之流動大體相同之方向流動，且第一前體氣體與第二前體氣體可經混合以反應且在基板108上形成一材料。使用具有脊174之蓋160來以所闡述之方式引導第一前體氣體之流動可達成形成於基板108上之材料之厚度之經改良均勻性。
再次參考圖4A至圖7，本發明之一擋板注入器可包含一大體平面空間，該大體平面空間至少部分地由沿著底座106之彎曲終端邊緣自氣體注入口124之孔126朝向唇緣146漸擴地延伸之內部側壁110、130以及底座106之至少實質上平坦表面144及蓋140之一表面界定。脊134可安置於該空間內以自鄰近氣體注入口124之孔126之一位置朝向唇緣146漸擴地延伸。如上文所闡釋，脊134中之每一者可在擋板注入器中之該空間內至少實質上中心地定位於一毗鄰內部側壁110、130與在相對之內部側壁110、130之間中間延伸之一對稱軸之間。脊134可經定大小且經定位以導引且分佈流動穿過擋板注入器之氣體，諸如以朝向擋板注入器中之該空間之一中心區導引氣體之一部分。再次參考圖10B至圖12，本發明之一擋板注入器中之空間可替代地及/或另外至少部分地由蓋160之一底部主表面164界定。除氣體注入口124之脊134之外或替代氣體注入口124之脊134，蓋160之脊174亦可安置於該空間內。脊174可漸擴地延伸穿過該空間且可經定大小且經定位以導引或分佈流動穿過該擋板注入器之氣體，諸如以朝向該擋板注入器中之空 間之一中心區導引氣體之一部分。
上文所闡述之本發明之實例性實施例並不限制本發明之範疇，此乃因此等實施例僅僅係由隨附申請專利範圍及其合法等效內容定義之本發明之實施例之實例。任何等效實施例皆意欲在本發明之範疇內。實際上，除本文中所展示及所闡述之彼等修改(諸如所闡述之元件之替代有用組合)之外，熟習此項技術者可依據說明書明瞭本發明之各種修改。此等修改及實施例亦意欲歸屬於隨附申請專利範圍之範疇內。
124‧‧‧氣體注入口
126‧‧‧孔
128‧‧‧後壁
130‧‧‧內部側壁/漸擴之內部側壁/第一內部側壁/第二內部側壁
132‧‧‧前面/前表面
134‧‧‧脊
136‧‧‧外部第一側
138‧‧‧內部第二側
A‧‧‧對稱軸
B‧‧‧長度
C‧‧‧距離
D‧‧‧角
E‧‧‧半徑
F‧‧‧距離
G‧‧‧角
H‧‧‧距離
J‧‧‧距離
K‧‧‧長度
L‧‧‧寬度

Claims (13)

  1. 一種擋板注入器，其包括：一氣體注入口，其包含一主體、延伸穿過該主體之一孔及鄰近該孔之一後壁；多個內部側壁，其自該後壁朝向該擋板注入器之一氣體出口延伸；及至少兩個脊，其用於引導氣體流穿過該擋板注入器，該至少兩個脊各自自鄰近該孔之一位置朝向該氣體出口延伸，該至少兩個脊定位於該等內部側壁之間，其中該孔之一中心與該氣體注入口之一前面之間的一距離比取平行於該氣體注入口之一對稱軸的該至少兩個脊的一長度短。
  2. 如請求項1之擋板注入器，其中該等內部側壁自該後壁朝向該氣體出口漸擴地延伸。
  3. 如請求項1之擋板注入器，其中該至少兩個脊自鄰近該孔之該位置漸擴地延伸至該氣體注入口之一前面。
  4. 如請求項1之擋板注入器，其中該孔、該後壁、該等內部側壁及該至少兩個脊繞一對稱軸對稱。
  5. 如請求項4之擋板注入器，其中該至少兩個脊中之每一脊以與該對稱軸所成之零度(0°)與四十五度(45°)之間的一角度自鄰近該孔之該位置朝向該氣體出口延伸。
  6. 如請求項4之擋板注入器，其中該至少兩個脊中之每一脊中心地定位於該等內部側壁中之一毗鄰內部側壁與該對稱軸之間。
  7. 如請求項1之擋板注入器，其中該後壁相切於該孔。
  8. 如請求項1之擋板注入器，其中該氣體注入口由石英構成。
  9. 如請求項1之擋板注入器，其進一步包括：一底座；及一蓋，其中該蓋互補地配合且位於該底座及該氣體注入口上方。
  10. 如請求項9之擋板注入器，其中該氣體注入器口、該底座及該蓋中之至少兩者形成為一單一主體。
  11. 一種在一基板上形成一材料之方法，該方法包括：使一第一前體氣體流動穿過包含一氣體注入口、一底座及一蓋之一擋板注入器；藉助形成於該氣體注入口之內部側壁之間的該氣體注入口之至少兩個脊來引導該第一前體氣體之一部分流動穿過該擋板注入器之一中心區；使該第一前體氣體流動出該擋板注入器且朝向鄰近該擋板注入器定位之一基板；使一第二前體氣體沿著與該第一前體氣體相對之該蓋之一主表面流動；使該第一前體氣體與該第二前體氣體反應以在該基板上形成一材料；藉助形成於該蓋之一表面上且自鄰近該氣體注入口之一位置朝向該蓋之一氣體出口側延伸之至少兩個額外脊來引導該第一前體氣體之該部分流動穿過該擋板注入器之該中心區。
  12. 如請求項11之方法，其中：使一第一前體氣體流動穿過一擋板注入器包括引導氯化鎵穿過該擋板注入器；使一第二前體氣體沿著與該第一前體氣體相對之該蓋之一主表面流動包括使氨沿著該蓋之該主表面流動；及 使該第一前體氣體與該第二前體氣體反應以在該基板上形成一材料包括在該基板上磊晶生長一氮化鎵材料。
  13. 如請求項11之方法，其進一步包括在使該第一前體氣體流動穿過該擋板注入器之前將該第一前體氣體加熱至攝氏五百度(500℃)以上之一溫度。
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