CN107313026A - 应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头 - Google Patents

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Abstract

本发明相关于一种应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，该气体分流喷头包含至少一个单层结构的气体分流层，用以对各种气体进行分流。此气体分流层包含圆盘状主体、多条第一气体通道、多条第二气体通道、以及多条第三气体通道，其中，第一气体通道、第二气体通道、以及第三气体通道以放射状排列于圆盘状主体中的同一水平面，用以供不同的气体通过，而将不同的气体经由不同的气体通道在同一平面横向注入化学气相沉积装置。借此，本发明的气体分流喷头可以单层结构进行气体分流。

Description

应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头
技术领域
本发明相关于一种应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，特别是有关一种其内每一单层都具有气体分流与侧向注气功能的气体分流喷头。
背景技术
在电子元件与光电元件的制造过程中，经常需要以有机金属化学气相沉积(MOCVD)技术于基板或晶圆上制作薄膜，通常借由喷头(injector)将Ⅲ族气体与Ⅴ族气体通入行星式有机金属化学气相沉积反应器(planetary MOCVD reactor)中，而制作Ⅲ族-Ⅴ族化合物半导体薄膜(例如GaN、AlN等)。在进行此Ⅲ族-Ⅴ族化合物半导体薄膜制作时，行星式有机金属化学气相沉积反应器(planetary MOCVD reactor)所使用的气体喷头通常采用三重喷头(triple injector)的设计。参照图1，其为现有习知采用三重喷头(tripleinjector)设计的喷头10的侧视图。喷头10主要由上管12、中管14、以及下管16等三个不同水平的气体管道由上至下排列而组成，氢气(H2)或氮气(N2)为三个通道的运载气体(carrier gas)。其中，Ⅴ族气体(例如氨气(NH3))由上管12与下管16射出，Ⅲ族气体(例如三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl))则由中管14射出，Ⅲ族气体与Ⅴ族气体则在基板(或晶圆)18放置的区域相遇并产生化学反应，而沉积出Ⅲ族-Ⅴ族化合物半导体薄膜于基板(或晶圆)18的表面上。
由于现有习知喷头10由于要对不同的气体进行分流，所以必需要采取将上管12、中管14、以及下管16垂直堆叠的多层结构设计，才能将不同的气体进行纵向的分流，而由不同高度的水平面喷入有机金属化学气相沉积反应器(MOCVD reactor)中，所以在体积上无法进一步缩减，并且由于不同的反应气体由不同的高度(或水平面)喷出，导致各种反应气体除了需要经过一定时间横向扩散之外，同时还需要经过一定时间的纵向扩散，才能使各个反应气体均匀地分布于反应室中而产生反应，而沉积形成均匀的Ⅲ族-Ⅴ族化合物半导体薄膜。
有鉴于此，亟需要一种可以在单层结构内进行气体分流而让各种反应气体由同一水平面喷出并扩散混合的喷头，而可以缩减喷头体积与反应气体扩散的时间。
发明内容
本发明的目的为解决机金属化学气相沉积(MOCVD)反应器的现有习知喷头的缺点，而提供一种应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，该气体分流喷头经由单层结构即可以对各种不同的反应气体进行分流，而由同一水平面侧向喷出，而缩短各种反应气体在反应室内均匀扩散所需的时间，并进一步缩减喷头的体积，特别是缩减纵向的长度或体积。
根据本发明的目的，本发明提供一种应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，该气体分流喷头由单层的气体分流层所组成，而该气体分流层用以分流不同的气体而将其由同一水平面侧向喷出，该气体分流层包含圆盘状主体、多条第一气体通道、多条第二气体通道、以及多条第三气体通道。圆盘状主体的中心位置具有圆形开孔而做为中央供气道，用以容置布气装置以及供气体通行，经由该布气装置将不同的(反应)气体分别分配到第一气体通道、第二气体通道、以及第三气体通道中以进行气体分流。无论是第一(反应)气体、第二(反应)气体、第三(反应)气体都可以采取适当的运载气体，例如氢气(H2)、氮气(N2)等等，而运载不同的(反应)气体通行第一气体通道、第二气体通道、及第三气体通道而进入反应室中。第一气体通道由圆盘状主体的中心位置向圆盘状主体的周边(或圆周方向)延伸而呈放射状排列，用以将第一气体(即Ⅲ族气体)由圆盘状主体的中心位置向圆盘状主体的周边输送，而横向喷出。第二气体通道由圆盘状主体的中心位置向圆盘状主体的周边(或圆周方向)延伸而呈放射状排列，用以将第二气体(即Ⅴ族气体)由圆盘状主体的中心位置向圆盘状主体的周边输送，而横向喷出。第三气体通道由圆盘状主体的中心位置向圆盘状主体的周边(或圆周方向)延伸而呈放射状排列，用以将第三气体(即Ⅴ族气体)由圆盘状主体的中心位置向圆盘状主体的周边输送，而横向喷出。所述第一气体通道、所述第二气体通道、以及所述第三气体通道皆对称分布于圆盘状主体内的同一水平面上。借由第一气体通道、所述第二气体通道、以及所述第三气体通道，可以单层结构取代现有习知的多层结构(即三重喷头的设计)而对不同的(反应)气体进行分流，即可以经由不同气体通道在同一水平面上输送不同的(反应)气体而横向由喷头(或气体分流层)喷出，以缩短各种反应气体于反应室内均匀扩散所需的时间以及喷头的体积(特别是缩减纵向的长度或体积)。
因此，本发明提供了一种应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其以单层结构即可以进行(反应)气体分流而将其由同一水平面侧向喷出，而不需以多层结构(即三重喷头设计)进行气体流，从而可以缩短各种反应气体于反应室内均匀扩散所需的时间与缩减喷头的体积(特别是缩减纵向的长度或体积)。
附图说明
图1为应用于有机金属化学气相沉积反应器的现有习知喷头的侧视图。
图2为本发明的一实施例的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头的俯视图与侧视图。
图3A与图3B为本发明的另一实施例的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头的俯视图与侧视图。
图4A与图4B为本发明的又一实施例的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头的俯视图与侧视图。
图5A与图5B为本发明的又一实施例的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头的俯视图与侧视图。
图6为本发明的一实施例的应用于化学气相沉积装置且具有气体通道隔块的气体分流喷头的俯视图与侧视图。
图7为本发明的另一实施例的应用于化学气相沉积装置且具有气体通道隔块的气体分流喷头的俯视图与侧视图。
图8A与图8B为本发明的又一实施例的应用于化学气相沉积装置且具有气体通道隔块的气体分流喷头的俯视图与侧视图。
图9A与图9B为本发明的又一实施例的应用于化学气相沉积装置且具有气体通道隔块的气体分流喷头的俯视图与侧视图。
图10为本发明的一实施例的应用于化学气相沉积装置且其内气体通道为歪斜的气体分流喷头的侧视图。
图11A与图11B为本发明的又一实施例的应用于化学气相沉积装置气体分流喷头的俯视图与侧视图，其多个可以进行气体分流得单层结构所组成。
【主要元件符号说明】
10：现有习知喷头
12：上管
14：中管
16：下管
18：基板
100、100A、100B、100C、100D：气体分流喷头
102、102A：气体分流层
10：圆盘状主体
106：圆形开孔
108：第一气体通道
110：第二气体通道
112：第三气体通道
114：气体通道隔块
200、200A、200B、200C、200D、200E：气体分流喷头
300：气体分流喷头
400、400A：气体分流喷头
1021：气体分流层
1022、1023：第二气体分流层
A：第一气体通道组合
B：第二气体通道组合
具体实施方式
本发明的一些实施例详细描述如下。然而，除了该详细描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例施行。亦即，本发明的范围不受已提出的实施例的限制，而以本发明提出的申请专利范围为准。其次，当本发明的实施例图示所示的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头中的各种组成元件(例如气体分流层、气体通道)以单一元件描述说明时，不应以此作为有限定的认知，即如下的说明未特别强调数目上的限制时，本发明的精神与应用范围可推及多数个组成元件并存的结构上。再者，在本说明书中，实施例图示所示的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头中的各种组成元件元件(例如气体分流层、气体通道)的不同部分并没有完全依照尺寸绘图，某些尺度与其他相关尺度相比或有被夸张或是简化，以提供更清楚的描述以增进对本发明的理解。而本发明所沿用的现有技艺，在此仅做重点式的引用，以助本发明的阐述。
参照图2，其为本发明的一实施例的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头100的俯视图与侧视图，左图(即靠近读者左手边的图示)为俯视图，而右图(即靠近读者右手边的图示)为侧视图。气体分流喷头100包气体分流层102，而由该气体分流层102所组成。气体分流层102为可以分流不同的(反应)气体而将所有经分流的(反应)气体由同一水平面侧向喷出的单层结构。气体分流层102包含圆盘状主体104(或是气体分流层102本身即为圆盘状主体104)、数条用以分流与输送第一(反应)气体的第一气体通道108、数条用以分流与输送第二(反应)气体的第二气体通道110、以及数条用以分流与输送第三(反应)气体的第三气体通道112。圆盘状主体104(或是气体分流层102)的中央位置具有圆形开孔106做为中央供气道，用以容置布气装置(图中未示)以及供各种(反应)气体(例如第一(反应)气体、第二(反应)气体、第三(反应)气体等等)通行，其中，借由布气装置可将不同的(反应)气体布气或输送至特定的气体通道中，例如第一气体通道、第二气体通道、及第三气体通道。由于布气装置并非为本发明的重点，因此在本文中并不对其详加说明与限定，任何可以达成气体分流的布气装置皆可以应用于本发明气体分流喷头。
这些第一气体通道108以圆盘状主体104的中心位置做为中心，而由圆盘状主体104的中心位置向圆盘状主体104的周边(即圆盘状主体104的圆周方向)放射状延伸，而横向贯通圆盘状主体104(或气体分流层102)，而以圆盘状主体104的中心位置做为中心呈放射状排列。每一第一气体通道108在圆盘状主体104的中心位置具有气体入口，而在圆盘状主体104的周边(即圆盘状主体104的圆周或侧边)具有气体出口。第一气体通道108是用以供第一(反应)气体通行于其中，由气体入口进入，而由气体出口喷出，借此，将第一(反应)气体由圆盘状主体104的中心位置向圆盘状主体104的周边输送，并由圆盘状主体104的周边横向(或侧向)喷出，而以放射状喷射的方式将第一(反应)气体提供给有机金属化学气相反应器。第二气体通道110同样以圆盘状主体104的中心位置做为中心，而由圆盘状主体104的中心位置向圆盘状主体104的周边(即圆盘状主体104的圆周方向)放射状延伸，而横向贯通圆盘状主体104(或气体分流层102)，而以圆盘状主体104的中心位置做为中心呈放射状排列。每一第二气体通道110在圆盘状主体104的中心位置具有气体入口，而在圆盘状主体104的周边(即圆盘状主体104的圆周或侧边)具有一气体出口。第二气体通道110是用以供第二(反应)气体通行于其中，由气体入口进入，而由气体出口喷出，借此，将第二(反应)气体由圆盘状主体104的中心位置向圆盘状主体104的周边输送，并由圆盘状主体104的周边横向(或侧向)喷出，而以放射状喷射的方式将第二(反应)气体提供给有机金属化学气相反应器。第三气体通道112也以圆盘状主体104的中心位置做为中心，而由圆盘状主体104的中心位置向圆盘状主体104的周边(即圆盘状主体104的圆周方向)放射状延伸，而横向贯通圆盘状主体104(或气体分流层102)，而以圆盘状主体104的中心位置做为中心呈放射状排列。每一第三气体通道112在圆盘状主体104的中心位置具有气体入口，而在圆盘状主体104的周边(即圆盘状主体104的圆周或侧边)具有气体出口。第三气体通道112是用以供第三(反应)气体通行于其中，由气体入口进入，而由气体出口喷出，借此，将第三(反应)气体由圆盘状主体104的中心位置向圆盘状主体104的周边输送，并由圆盘状主体104的周边横向(或侧向)喷出，而以放射状喷射的方式将第三(反应)气体提供给有机金属化学气相反应器。
这些第一气体通道108、第二气体通道110、以及第三气体通道112不但皆成放射状排列于圆盘状主体104(或气体分流层102)中，并且都以对称排列的方式设置于圆盘状主体104内的同一水平面上，所以这些气体通道都呈现放射状的对称分布排列同一水平面，而使得圆盘状主体104(或气体分流层102)维持在单层结构。其中，第一(反应)气体为Ⅲ族气体，例如例如三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)等，而第二(反应)气体与第三(反应)气体皆为Ⅴ族气体(例如氨气(NH3))。在制作Ⅲ族-Ⅴ族化合物半导体薄膜时，依照制造过程的需求与条件，第二(反应)气体与第三(反应)气体可以为不同的Ⅴ族气体，即第二气体通道与第三气体通道可以通行或输送不同的Ⅴ族气体进入反应室中，或是，第二(反应)气体与第三(反应)气体可以为相同的Ⅴ族气体，即第二气体通道与第三气体通道可以通行或输送相同的Ⅴ族气体进入反应室中。此外，第二(反应)气体与第三(反应)气体可以为不同流量的Ⅴ族气体，即第二气体通道与第三气体通道可以通行或输送不同流量的Ⅴ族气体进入反应室中，或是，第二(反应)气体与第三(反应)气体可以为相同流量的Ⅴ族气体，即第二气体通道与第三气体通道可以通行或输送相同流量的Ⅴ族气体进入反应室中。无论是第一(反应)气体、第二(反应)气体、第三(反应)气体都可以采取适当的运载气体，例如氢气(H2)、氮气(N2)等等，而运载各种不同的(反应)气体通行第一气体通道、第二气体通道、及第三气体通道而进入反应室中。
参照图2，在气体分流喷头100中，每一第二气体通道110皆被夹于两个相邻的第一气体通道108中，而每一第三气体通道112也被夹于两个相邻的第一气体通道108中，亦即每两个相邻的第一气体通道都会夹有一个第二气体通道110或是第三气体通道112。再者，在气体分流喷头100(或气体分流层102)中的气体通道排列是以第一气体通道108、第二气体通道110、第一气体通道108、第三气体通道112此排列顺序为一个周期，而循环排列于气体分流层102中，或者也可以第一气体通道108、第三气体通道112、第一气体通道108、第二气体通道110此排列顺序为一个周期而循环排列。虽然，图2所示的气体分流喷头100仅画出12条第一气体通道108、6条第二气体通道110、以及6条第三气体通道112，但是并不以此为限，而是可以依照需求而增减，而这些气体通道的增减都属于本发明的简单变化，所以应属于本发明专利保护的范畴。再者，虽然在气体分流喷头100中，两个相邻的第一气体通道都会夹有一个第二气体通道110或是第三气体通道112，但是并不以此为限，而是可以依照需求增加两个相邻的第一气体通道108所夹的第二气体通道110数量或第三气体通道112数量，只要符合两个相邻的第一气体通道夹有至少一个第二气体通道或至少一个第三气体通道此原则，即符合图2所示的实施例所展的设计原理，就属于本发明图2所示的实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。
当各种(反应)气体，例如第一(反应)气体、第二(反应)气体、第三(反应)气体，通入气体分流喷头100时，布气装置(图中未示)会将不同种类的(反应)气体分别布气或输送至气体分流喷头100(或气体分流层102)中不同种类的气体通道中，并依照所需要的流量与流速，分别调整各个不同种类的气体通道中通行的(反应)气体的流量与流速，甚至分别调节不同气体通道中通行的(反应)气体的流量与流速，例如调整同一种类的气体通道中的(反应)气体以相同的流量与流速通行，或是调整同一种类的气体通道中的(反应)气体以不同的流量与流速通行。举例来说，布气装置会将第一(反应)气体布气(或输送)至各个第一气体通道108，并依照制造过程需求调整其流量与流速，将第二(反应)气体布气(或输送)至各个第二气体通道110，并依照制造过程需求调整其流量与流速，而将第三(反应)气体布气(或输送)至各个第三气体通道112，并依照制造过程需求调整其流量与流速。由于所有的气体通道(包含第一气体通道108、第二气体通道110、及第三气体通道112)在气体分流层102(或圆盘状主体)104中并不相互连通，所以各种不同的(反应)气体在气体分流层102(或圆盘状主体104)并不会彼此混杂，即未由气体分流喷头100喷出时并不会彼此混杂。由于第一气体通道108、第二气体通道110、及第三气体通道112都设置在气体分流层102(或圆盘状主体104)此单层结构的同一平面上，所以第一(反应)气体、第二(反应)气体、以及第三(反应)气体都会以气体分流喷头100(气体分流层102)为中心，在同一平面以放射状方式由气体分流喷头100(气体分流层102)的周边(或侧边)喷出，而进入反应室中，并在反应室中横向扩散后，各个(反应)气体会相遇产生反应而进行化合物半导体薄膜沉积。借此，气体分流喷头100以单层结构取代传现有习知喷头的多层结构(即三重喷头设计)即可以达成气体分流的功能，所以不需采取多层结构，仍然可以有效地进行气体分流，且由于经过分流的各种(反应)气体由同一层(即气体分流层102或圆盘状主体104)的侧边(或周边)喷出，亦即经过分流的各种(反应)气体由同一平面横向(或侧向)喷出，所以各种(反应)气体仅需要在同一平面上经过一段时间的扩散即可以相遇而产生反应，而不需要还要进行纵向的扩散才能相遇，所以可以缩减制造过程的时间。
然而，本发明的气体分流喷头中的第一气体通道、第二气体通道、以及第三气体通道的排列组合，除了采用两个相邻第一气体通道夹有至少一个第二气体通道或至少一个第三气体通道此设计(例如图2所示的实施例)之外，也可以采用每相邻两个第一气体通道间同时夹有至少一个第二气体通道与至少一个第三气体通道此设计。图3A为本发明采用每相邻两个第一气体通道间夹有至少一个第二气体通道与至少一个第三气体通道此设计的气体分流喷头的一实施例的俯视图与侧视图。参照图3A，气体分流喷头100A与图2所示的气体分流喷头100由相同的组成元件(即气体分流层102、圆盘状主体104、第一气体通道108、第二气体通道110、以及第三气体通道112等)所组成，这些组成元件已在前文详述，在此不再赘述。在气体分流喷头100A的气体分流层102中，各种气体通道的排列是以第一气体通道108、第二气体通道110、第三气体通道112此顺序循环排列。换言之，在气体分流喷头100A的气体分流层102中，每两个相邻两个第一气体通道108间夹有第二气体通道110与第三气体通道112，并且以此做为单元循环排列于气体分流层102(或圆盘状主体104)中，并且如同图3A所示，每一第一气体通道108皆为相邻两个单元所共有，且每相邻两个第一气体通道108间的第二气体通道110与第三气体通道112是彼此轮替的方式排列，亦即以第二气体通道110在前，第三气体通道112在后的顺序(循环)排列。换言之，在图3A所示的气体分流喷头100A中各种气体通道的排列是以第一气体通道108、第二气体通道110、第三气体通道112此顺序循环排列于气体分流层102(或圆盘状主体104)中。
当然，也可以采取将图3A中的第二气体通道110与第三气体通道112交换的排列方式，如图3B所示。参照图3B，在气体分流喷头100B的气体分流层102中，相邻两个第一气体通道108间的第二气体通道110与第三气体通道112虽然是彼此轮替的方式排列，但是却是以第三气体通道112在前，第二气体通道110在后的顺序(循环)排列。换言之，在图3B所示的气体分流喷头100B中各种气体通道的排列是以第一气体通道108、第三气体通道112、第二气体通道110此顺序循环排列于气体分流层102(或圆盘状主体104)中。虽然在图3A与图3B所示的实施例中，每相邻第一气体通道108间仅有第二气体通道110与第三气体通道112，但是并不以此为限，而是可以视需求而增加。举例来说，参照图4A，在图4A所示的气体分流喷头100C中，每相邻第一气体通道108间夹有2个第二气体通道110与2个第三气体通道112，且相邻两个第一气体通道108中的第二气体通道110与第三气体通道112是采取彼此轮替的方式排列，而以第一气体通道108、第二气体通道110、第三气体通道112、第二气体通道110、第三气体通道112此顺序循环排列于气体分流层102(或圆盘状主体104)中。参照图4B，在图4B所示的气体分流喷头100D中，每相邻第一气体通道108间夹有2个第二气体通道110与2个第三气体通道112，且相邻两个第一气体通道108中的第二气体通道110与第三气体通道112是采取彼此轮替的方式排列，但是以第一气体通道108、第三气体通道112、第二气体通道110、第三气体通道112、第二气体通道110、此顺序循环排列于气体分流层102(或圆盘状主体104)中。因此，由上述图3A、图3B、图4A、及图4B所示的实施例，可以清楚地知道只要符合本发明上述实施例所采用的每相邻两个第一气体通道间夹有至少一个第二气体通道与至少一个第三气体通道此设计原理，且相邻两个第一气体通道中的第二气体通道与第三气体通道是采取彼此轮替的方式排列，皆应属于上述实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。
再者，前述实施例中，除了相邻两个第一气体通道中的第二气体通道与第三气体通道采取彼此轮替的方式排列之外，更可以采取其他方式排列，其举例说明如下：参照图5A，在气体分流喷头100E的气体分流层102(或圆盘状主体104)中，两个相邻的第一气体通道108之间夹有2个第二气体通道110与1个第三气体通道112，这些第二气体通道110与第三气体通道112以相邻两个第二气体通道110之间夹有一个第三气体通道112的方式排列于其中。参照图5B，在气体分流喷头100F的气体分流层102(或圆盘状主体104)中，两个相邻的第一气体通道108之间夹有1个第二气体通道110与2个第三气体通道112，这些第二气体通道110与第三气体通道112以相邻两个第三气体通道112之间夹有一个第二气体通道110的方式排列于其中。由图5A与图5B所示的实施例，可以清楚地得知只要符合本发明上述实施例所采用的每相邻两个第一气体通道间夹有至少一个第二气体通道与至少一个第三气体通道此设计原理，且以相邻两个第二气体通道夹有第三气体通道的方式，或是相邻两个第三气体通道夹有第二气体通道的方式等方式排列，无论相邻两个第一气体通道间夹有多少个第二气体通道与第三气体通道，相邻第二气体通道夹有多少第三气体通道、或是相邻第三气体通道夹有多少第二气体通道，皆应属于上述实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。
在本发明的气体分流喷头中，更可以设置多个气体通道隔块，用以分隔气体分流层中的气体通道，做为散热块与控制各个不同(反应)气体的混合反应时间。参照图6，其为本发明的具有气体通道隔块的气体分流喷头的实施例的俯视图与侧视图。参照图6，气体分流喷头200同样由为单层结构的气体分流层102所组成，而气体分流层102同样包含圆盘状主体104(或是气体分流层102本身即为圆盘状主体104)、多个第一气体通道108、多个第二气体通道110、以及多个第三气体通道112所组成，但是其更包含有多个气体通道隔块114。如图6所示，在气体分流喷头200中，每一第一气体通道108都被相夹于相邻两个气体通道隔块114之间，每一第二气体通道110也被相夹于相邻两个气体通道隔块114之间，而每一第三气体通道110同样被相夹于相邻两个气体通道隔块114之间，意即在气体分流喷头200中，任一气体通道与邻近的其他气体通道皆相隔气体通道隔块114。换言之，在气体分流喷头200中，各种气体通道与气体通道隔块是以气体通道隔块114、第一气体通道108、气体通道隔块114、第二气体通道110、气体通道隔块114、第三气体通道112此顺序循环排列气体分流层102(或圆盘状主体104)中。由于第一气体通道108、第二气体通道110、第三气体通道112、以及气体通道隔块114皆设置于气体分流层102(或圆盘状主体104)中的同一平面上，所以既使气体分流层102(或圆盘状主体104)中设置了气体通道隔块114，气体分流层102(或圆盘状主体104)仍然保持其单层结构。再者，第一气体通道108、第二气体通道110、第三气体通道112、以及气体通道隔块114在气体分流层102(或圆盘状主体104)中的排列，也如同前述实施例都成对称的分布。
借此，各种不同的(反应)气体进入气体分流喷头200，且经过布气装置(图中未示)将不同的(反应)气体布气或输送至相对应的气体通道(即第一气体通道108、第二气体通道110、与第三气体通道112)后，各种不同的(反应)气体会通过相应的气体通道，而从气体分流喷头200的周边或侧边由同一水平面横向(或是侧向)喷出，其以气体分流喷头200为中心而成放射状的横向(或是侧向)喷发。相较于图2-图5B所示的体分流喷头，由于各个气体通道都被气体通道隔块114隔开，所以由气体分流喷头200所喷出的(反应)气体不会马上相遇，且需要经过比较长的时间扩散才会相遇，因此可以借由气体通道隔块114的设置而控制各种(反应)气体的相遇时间，进而控制各种(反应)气体开始反应的时间。虽然，在气体分流喷头200中，设置有6个第一气体通道108、3个第二气体通道110、3个第三气体通道112、以及12个气体通道隔块114，但是并不以此为限，而是可以依照需求增减，这些数量上的变化为上述实施例(即图6所示的实施例)的简单变化，并且第一气体通道、第二气体通道、以及第三气体通道的相对排列位置也为上述实施例(即图6所示的实施例)的简单变化，而皆应属于本发明的专利范围。
然而，本发明的气体分流喷头中的第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道、以及气体通道隔块的排列组合，除了采用每一气体通道都被相夹于相邻两个气体通道隔块之间此设计(例如图6所示的实施例)之外，也可以采用其他排列组合，其举例说明如下：参照图7，气体分流喷头200A与图6所示的气体分流喷头200由相同的组成元件(即气体分流层102、圆盘状主体104、第一气体通道108、第二气体通道110、第三气体通道112、以及气体通道隔块114等)所组成，这些组成元件已在前文详述，在此不再赘述。在气体分流喷头200A中，以两个相邻气体通道隔块114夹有2个第一气体通道108与1个第二气体通道110做为第一气体通道组合A，而以两个相邻气体通道隔块114夹有2个第一气体通道108与1个第三气体通道112做为第二气体通道组合B，并以第一气体通道组合A与第二气体通道组合B交替排列的方式设置于气体分流喷头200A(或气体分流层102)中，其中每一气体通道隔块114为相邻的第一气体通道组合A与第二气体通道组合B所共用。图7为本发明采取两个相邻的气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道与至少一个第二气体通道做为第一气体通道组合，而以两个相邻的气体通道隔块之间夹有至少一个第三气体通道做为第二气体通道组合，而以第一气体通道组合与第二气体通道组合交替排列的方式排列于该气体分流层中此一设计原理的其中一实施例，所以在符合此设计原则下的任何改变都属于图7所示实施例的简单变化，而应属于本发明的范畴与专利范围。
举例来说，虽然第一气体组合A中的两个相邻第一气体通道108之间仅夹有一个第二气体通道110，但是并不以此为限，而是可以视需求增加第二气体通道110的数量(例如2个、3个、或更多)，此数量上的改变为图7所示的实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。虽然第二气体组合B中的两个相邻第一气体通道108之间仅夹有一个第三气体通道112，但是并不以此为限，而是可以视需求增加第三气体通道112的数量(例如2个、3个、或更多)，此数量上的改变为图7所示的实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。再者，虽然第一气体组合A中的两个相邻气体通道隔块114之间夹有2个第一气体通道108与一个第二气体通道110，但是并不以此为限，而是可以视需求而减少第一气体通道的数量，即两个相邻气体通道隔块之间仅夹有一个第一气体通道与一个第二气体通道，或是视需求而增加第一气体通道的数量(3个、4个或更多个)与第二气体通道的数量(2个、3个或更多个)，并且这些第一气体通道与第二气体通道可以采取各种不同的排列组合，例如第一气体通道与第二气体通道交替排列、多个第二气体通道排列于两个第一气体通道之间等等，由于这些数量上与排列组合上的改变都符合图7所采取的两个相邻的气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道与至少一第二气体通道做为第一气体通道组合此设计原则，所以皆为图7所示的实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。虽然第二气体组合B中的两个相邻气体通道隔块114之间夹有2个第一气体通道108与一个第三气体通道112，但是并不以此为限，而是可以视需求而减少第一气体通道的数量，即两个相邻气体通道隔块之间仅夹有一个第一气体通道与一个第三气体通道，或是视需求而增加第一气体通道的数量(3个、4个或更多个)与第三气体通道的数量(2个、3个或更多个)，并且这些第一气体通道与第三气体通道可以采取各种不同的排列组合，例如第一气体通道与第三气体通道交替排列、多个第三气体通道排列于两个第一气体通道之间等等，由于这些数量上与排列组合上的改变都符合图7所采取的两个相邻的气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道与至少一个第三气体通道做为第二气体通道组合此一设计原则，所以皆为图7所示的实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。
另外，将图7所示的气体分流喷头200A中的第一气体通道组合中的第一气体通道与第二气体通道互换，即改以两个相邻第二气体通道之间夹有(至少)一个第一气体通道，并将第二气体通道组合中的第一气体通道与第三气体通道互换，即改以两个相邻第三气体通道之间夹有(至少)一个第一气体通道，则同样符合图7所采取两个相邻的气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道与至少一个第二气体通道做为第一气体通道组合，而以两个相邻的气体通道隔块之间夹有至少一个第三气体通道做为第二气体通道组合此设计原理，而为图7所示的实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。
参照图8A，气体分流喷头200B与图6所示的气体分流喷头200由相同的组成元件(即气体分流层102、圆盘状主体104、第一气体通道108、第二气体通道110、第三气体通道112、以及气体通道隔块114等)所组成，这些组成元件已在前文详述，在此不再赘述。图8A所示的气体分流喷头200B是采取两个相邻气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道、至少一个第二气体通道、以及至少一个第三气体通道此排列方式而循环排列于气体分流喷头200B(或气体分流层102)中此设计。在气体分流喷头200B中，两个相邻气体通道隔块114之间夹有第一气体通道108、第二气体通道110、以及第三气体通道112，并且以此为单元，而循环排列于气体分流层102(或圆盘状主体104)中，且每一气体通道隔块114皆相邻两个单元所共有。两个相邻气体通道隔块114之间的第一气体通道108、第二气体通道110、以及第三气体通道112之间的排列则采取第一气体通道108被夹于第二气体通道110与该第三气体通道112之间的设计。如同图8A所示，两个相邻气体通道隔块114之间以第二气体通道110、第一气体通道108、第三气体通道112此顺序排列，但是并不以此为限，可以依照需求采取相反的顺序排列，即第三气体通道112、第一气体通道108、第二气体通道110此顺序排列，如图8B所示的气体分流喷头200C，其同样采取与第八A图相同设计原理，所以同属于本发明的范畴。在图8A所示的气体分流喷头200B与图8B所示的气体分流喷头200C中，虽然两个相邻气体通道隔块114之间仅夹有第一气体通道108、第二气体通道110、以及第三气体通道112，但是并不以此为限，而是可以依照需求增加第一气体通道的数量、第二气体通道的数量、以及第三气体通道的数量，例如两个相邻气体通道隔块之间夹有2个或多个第一气体通道、2个或多个第二气体通道、以及2个或多个第三气体通道，并以第二气体通道、第一气体通道、第三气体通道此顺序，或是第三气体通道、第一气体通道、第二气体通道此顺序，或是其他顺序排列方式，而循环排列于两个相邻气体通道隔块之间，此数量上的改变为图8A与图8B所示的实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。
当然前述图8A与图8B所示的实施例中两个相邻气体通道隔块之间的各种不同的气体通道的数量，可以如图8A与图8B一样采取两个相邻气体通道隔块之间的各种不同的气体通道具有相同数量的设计，或采取两个相邻气体通道隔块之间的各种不同的气体通道具有不同数量的设计，参照图9A，气体分流喷头200D同样采取两个相邻气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道、至少一个第二气体通道、以及至少一个第三气体通道此排列方式而循环排列于气体分流喷头200D(或气体分流层102)中此设计，但是两个相邻气体通道隔块之间却是采取各种不同的气体通道具有不同数量此设计。在气体分流喷头200D中，两个相邻气体通道隔块114之间夹有1个第一气体通道108、2个第二气体通道110、以及2个第三气体通道112，其中，第一气体通道108被夹于两个相邻的第三气体通道112之间，并同时被夹于两个相邻的第二气体通道110之间的方式排列，但是并不以此为限，而是如图9B所示，可以依照需求采取第一气体通道108被夹于两个相邻的第二气体通道110之间，并同时被夹于两个相邻的第三气体通道112之间的方式排列。或者，在采取两个相邻气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道、至少一个第二气体通道、以及至少一个第三气体通道，但是两个相邻气体通道隔块之间却是采取各种不同的气体通道具有不同数量此设计，两个相邻气体通道隔块之间的各种气体通道的排列，也可以采取两个相邻的第一气体通道之间夹有至少一个第二气体通道与至少一个第三气体通道的方式排列。然而，上述实施例中所展现的两个相邻气体通道隔块之间的各种不同的气体通道的数量，都可依照需求增加，此数量上的改变为上述实施例的简单变化，而应属于本发明的专利范围。
另外，由上述图2至图9B所示的实施例，可以清楚得知第一气体通道108、第二气体通道110、以及第三气体通道112都是由圆盘状主体104中心位置向圆盘状主体104的周边位置逐渐变大的气体通道，而气体通道隔块114则是由圆盘状主体104中心位置向圆盘状主体104的周边位置逐渐变大的隔块。上述实施例所展示气体分流喷头的侧视图都是以由该气体分流喷头的侧视图的上侧看向该气体分流喷头的视角呈现。由上述实施例所展示气体分流喷头的侧视图，可以看出前述实施的气体分流喷头的各种气体通道(即第一气体通道、第二气体通道、及第三气体通道)都是垂直设置于气体分流层(或圆盘状主体)中，即垂直于气体分流层(或圆盘状主体)的顶面与底面而设置于气体分流层(或圆盘状主体)中，但是如同图10所示的气体分流喷头300，各种气体通道(即第一气体通道、第二气体通道、及第三气体通道)可以歪斜的方式设置于气体分流层(或圆盘状主体)设置，即以不垂直于气体分流层102A(或圆盘状主体)的顶面与底面的方式设置于气体分流层102A(或圆盘状主体)中。
本发明的气体分流喷头也可以采取由前述各种实施例所揭示具有单层结构的气体分流层堆叠组成具有多层结构的气体分流喷头的设计，由于这样每一单层皆能进行气体分流的多层结构气体分流喷头，可以对更多气体进行分流，而使有机金属器相沉积制造过程更多元化与更具弹性。在这样一个多层结构的气体分流喷头的设计，是采取该气体分流喷头包含至少一个第二气体分流层堆叠于一个(第一)气体分流层(即前述实施例中所示的气体分流层102、102A)上此原理进行设计。参照图11A，其为本发明的具有单层结构的气体分流层堆叠组成的多层结构气体分流喷头400的侧视图。在气体分流喷头400包含了两个具有单层结构的气体分流层，即(第一)气体分流层1021与第二气体分流层1022，而由(第一)气体分流层1021与第二气体分流层1022堆叠而形成，虽然在图11A中，气体分流喷头400是由是(第一)气体分流层1021堆叠于第二气体分流层1022上而组成，但是并不以此为限，也可以是由第二气体分流层1022堆叠于(第一)气体分流层1021上而组成。如同前述实施例所示的单层结构的体分流层102、102A，(第一)气体分流层1021与第二气体分流层1022皆包含圆盘状主体、多条第一气体通道108、多条第二气体通道110、以及多条第三气体通道112，这单层结构的组成已在前文详述，在此不再赘述。另外，虽然在图11A中，第二气体分流层1022中的第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道的排列与(第一)气体分流层1021中的第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道的排列相同，即(第一)气体分流层1021与第二气体分流层1022皆采用前述图2所示的气体分流层102中的气体通道排列，但是并不以此为限，而是可以依照需求采取前述任何实施例的气体通道排列与经过对其简单变化的气体通道排列。另外，虽然在图11A所示的气体分流喷头400中，仅具有两层单层结构的气体分流层，但是并不以此为限，而是可以依照需求增加气体分流层的数量，此数量上的变化为图11A所示的实施例的简单变化，所以应属于本发明的范畴与专利范围。
其次，本发明的多层结构气体分流喷头也可采取由具有不同气体通道排列的单层结构气体分流层堆叠而成的设计。参照图11B，气体分流喷头400A同样由一个(第一)气体分流层1021与第二气体分流层1023堆叠而成，但是与图11A所示的气体分流喷头400不同的是，第二气体分流层1023中的第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道的排列与(第一)气体分流层1021中的第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道的排列不相同，即(第一)气体分流层1021采用前述图2所示的气体分流层102中的气体通道排列，而第二气体分流层1023皆采用前述图6所示的气体分流层102中的气体通道排列，但是并不以此为限，而是可以依照需求采取前述任何实施例的气体通道排列与经过对其简单变化的气体通道排列进行组合。虽然在图11B中，气体分流喷头400是由是(第一)气体分流层1021堆叠于第二气体分流层1023上而组成，但是并不以此为限，也可以是由第二气体分流层1023堆叠于(第一)气体分流层1021上而组成，并且虽然气体分流喷头400中仅具有两层单层结构的气体分流层，但是并不以此为限，而是可以依照需求增加气体分流层的数量，此数量上的变化为图11B所示的实施例的简单变化，所以应属于本发明的范畴与专利范围。
有鉴于上述实施例，本发明提供了一种应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其以单层结构即可以进行(反应)气体分流而将其由同一水平面侧向喷出，而不需以多层结构(即三重喷头设计)进行气体流，从而可以短各种反应气体于反应室内均匀扩散所需的时间与缩减喷头的体积(特别是缩减纵向的长度或体积)。

Claims (24)

1.一种应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，包含：
气体分流层，用以分流不同的气体而将其由同一水平面侧向喷出，该气体分流层包含：
圆盘状主体，其中心位置具有圆形开孔，用以容置布气装置以及供其气体通行；
多条第一气体通道，由该圆盘状主体的中心位置向该圆盘状主体的周边延伸而呈放射状排列，用以将第一气体由该圆盘状主体的中心位置向该圆盘状主体的周边输送，而横向喷出；
多条第二气体通道，由该圆盘状主体的中心位置向该圆盘状主体的周边延伸而呈放射状排列，用以将第二气体由该圆盘状主体的中心位置向该圆盘状主体的周边输送，而横向喷出；以及
多条第三气体通道，由该圆盘状主体的中心位置向该圆盘状主体的周边延伸而呈放射状排列，用以将第三气体由该圆盘状主体的中心位置向该圆盘状主体的周边输送，而横向喷出；
其中，所述第一气体通道、所述第二气体通道、以及所述第三气体通道皆设置于该圆盘状主体内的同一水平面上且成对称分布，借此，不同的气体能够经由不同气体通道与同一水平面上横向喷出。
2.根据权利要求1所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中该第一气体为Ⅲ族气体，该第二气体与该第三气体皆为Ⅴ族气体，并以氢气(H2)或氮气(N2)做为运载气体(carrier gas)。
3.根据权利要求1所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中所述第一气体通道、所述第二气体通道、以及所述第三气体通道以每相邻两个第一气体通道间至少夹有第二气体通道或第三气体通道的方式，而排列于该气体分流层中。
4.根据权利要求3所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中所述第一气体通道、所述第二气体通道、以及所述第三气体通道以第一气体通道、第二气体通道、第一气体通道、第三气体通道此排列顺序为一个周期，而循环排列于该气体分流层中。
5.根据权利要求1所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中所述第一气体通道、所述第二气体通道、以及所述第三气体通道以每相邻两个第一气体通道间夹有至少一个第二气体通道与至少一个第三气体通道的方式，而循环排列于该气体分流层中。
6.根据权利要求5所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中每相邻两个第一气体通道间的第二气体通道与该第三气体通道是以彼此轮替的方式排列。
7.根据权利要求5所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中每相邻两个第一气体通道间的第二气体通道与该第三气体通道是以每两个相邻的第二气体通道之间夹有至少一个第三气体通道的方式而排列于其中。
8.根据权利要求5所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中每相邻两个第一气体通道间的第二气体通道与该第三气体通道是以每两个相邻的第三气体通道之间夹有至少一个第二气体通道第一气体通道的方式而排列于其中。
9.根据权利要求1所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头更包含多个气体通道隔块，用以分隔该气体分流层中的气体通道，以控制各个不同气体的混合反应时间。
10.根据权利要求9所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中每一该第一气体通道、每一该第二气体通道、以及每一该第三气体通道皆被夹于两个相邻的气体通道隔块之间。
11.根据权利要求9所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中以两个相邻的气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道与至少个一第二气体通道做为第一气体通道组合，而以两个相邻的气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道与至少一个第三气体通道做为第二气体通道组合，而以第一气体通道组合与第二气体通道组合交替排列的方式排列于该气体分流层中。
12.根据权利要求11所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中第一气体通道组合中的第一气体通道与第二气体通道以两个相邻第一气体通道之间夹有至少一个第二气体通道的方式排列。
13.根据权利要求11所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中第一气体通道组合中的第一气体通道与第二气体通道以两个相邻第二气体通道之间夹有至少一个第一气体通道的方式排列。
14.根据权利要求11所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中第二气体通道组合中的第一气体通道与第三气体通道以两个相邻第一气体通道之间夹有至少一个第三气体通道的方式排列。
15.根据权利要求11所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中第二气体通道组合中的第一气体通道与第三气体通道以两个相邻第三气体通道之间夹有至少一个第一气体通道的方式排列。
16.根据权利要求9所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中以两个相邻的气体通道隔块之间夹有至少一个第一气体通道、至少一个第二气体通道、以及至少一个第三气体通道的方式排列，而循环排列于该气体分流层中。
17.根据权利要求16所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中在该两个相邻的气体通道隔块之间的第一气体通道、第二气体通道、以及第三气体通道是以该第一气体通道被夹于该第二气体通道与该第三气体通道之间的方式排列。
18.根据权利要求16所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中在该两个相邻的气体通道隔块之间的第一气体通道、第二气体通道、以及第三气体通道是以该第一气体通道被夹于两个相邻的第二气体通道之间，并同时被夹于两个相邻的第三气体通道之间的方式排列。
19.根据权利要求16所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中在该两个相邻的气体通道隔块之间的第一气体通道、第二气体通道、以及第三气体通道是以该第一气体通道被夹于两个相邻的第三气体通道之间，并同时被夹于两个相邻的第二气体通道之间的方式排列。
20.根据权利要求16所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中在该两个相邻的气体通道隔块之间的第一气体通道、第二气体通道、以及第三气体通道是以两个相邻的第一气体通道之间夹有至少一个第二气体通道与至少一个第三气体通道的方式排列。
21.根据权利要求1所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道皆以歪斜方式设置于该气体分流层中。
22.根据权利要求1所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中更包含至少一个第二气体分流层堆叠于该气体分流层，该第二气体分流层包含圆盘状主体、多条第一气体通道、多条第二气体通道、以及多条第三气体通道。
23.根据权利要求22所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中该第二气体分流层中的第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道的排列与该气体分流层中的第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道的排列相同。
24.根据权利要求22所述的应用于化学气相沉积装置的气体分流喷头，其中该第二气体分流层中的第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道的排列与该气体分流层中的第一气体通道、第二气体通道、第三气体通道的排列不同。
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