TW521101B - Compound gas injection system and methods - Google Patents

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TW521101B TW089107175A TW89107175A TW521101B TW 521101 B TW521101 B TW 521101B TW 089107175 A TW089107175 A TW 089107175A TW 89107175 A TW89107175 A TW 89107175A TW 521101 B TW521101 B TW 521101B
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TW089107175A
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Glenn S Solomon
David J Miller
Tetsuzo Ueda
Original Assignee
Cbl Technlolgies Inc
Matsushita Electric Ind Co Ltd
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Description

1101 Α7 Β7 五、發明說明（1 ) 1 .發明之背景 本發明係關於蒸氣相源積之領域。本發明亦關於一種 使嘉晶生長於一"底材上用之氣體輸送系統。本發明亦關於 一種反應裝配，彼可產生可用於氫化物蒸氣相磊晶術（ Η V P E )之一種複合式氣體流。本發明進一步關於一種 將一試劑氣體輸送至一底材以供蒸氣相澱積的方法。 2 .相關領域之背景 在各種半導體，例如氮化鎵（G a Ν )之磊晶生長上 ，氫化物蒸氣相磊晶術（Η V P E )仍爲一主要之技術。 在此類系統中，由於氯化鎵（G a C 1 )及氨（Ν Η 3 )間 之高溫，蒸氣相反應，生長乃得以進行。氨氣係由一標準 氣體來源所提供，而G a C 1則藉由使氯化氫氣體通過受 熱（7 5 0至8 0 0 t：)之液態鎵（G a )上方而予以產 生。由此產生之G a C" 1必須，典型上通過導管之裝配而 被輸送至一底材上。 例如，在HVPE系統中，與先前技藝之Ga C 1產 生及輸送有關之一主要難題是固體G a C 1不需要地澱積 在系統之各式各樣組件上。G a C 1具有5 0 0 °C以上之 高蒸發溫度，因此易於澱積在低於溫度之組件表面上。此 種隨機之澱積使得被輸送至底材以與氨氣反應之有用的 G a C 1數量減少，因而使得可利用於磊晶生長之G a N 的量減少。此外，G a C 1之澱積易於累積在氣體輸送系 統內，最後封阻了試劑之有效流動。在Η V P E系統中， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) $ 11111111 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 521101 A7 B7 五、發明說明（2 ) 不需要之澱積爲一獨特之問題，蓋因在磊晶生長在底材速 試劑必須於系統內被運 率要快之Η V P E系統中，大量之 送。結果，需要頻繁的淸潔系統以 Η V Ρ Ε系統以及裝備組件之淸潔 ，耗時又危險的工作。又，在需要 在底材上之場合中，不需要之澱積 間達到成問題的水平，然而，Η V 卻只能在一生長循環完全始能進行 避免使Ga C 1於HVPE系 法已涉及到施熱於所有之系統組件 嘴至高溫度，這種作法會使得系統 操作上有問題，而且耗用增加。特 G a C 1澱積會在下列方面限制系 上，G a C 1必須在被定位於非常 而在此底材上將發生丨殿積作用。 移除不需要的澱積物。 及維護爲一困難，耗費 使G a N之一厚層澱積 可能會於單生長循環期 P E系統之淸潔及維護 ) 統內澱積之先前技藝方 ，例如導管，管路，噴 的設計變得複雜，導致 別是，使用高溫來防·止 統之設計及操作：典型 接近底材之室內產生， : 到 是未 點在 缺 ， 外即 另 ’ 之應 關反 有行 法先 方式 及方 統的 系熟 Ε 成 Ρ 不 V 以 Η 往 藝往 技源 前來 先體 與氣 劑 試 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 除、澱 在之 於熟 易成 氣不 氨類 及此 r—f 0 c N aβ G G ， 成 說形 來而 例 合 舉結 〇 上 應面 反表 行之 先外 前以 材材 底底 達 了 反之 ， N 如 a 例 G ， ο 在積 致澱 導要 ,需 且不 而之 ， N 率 a 速G 長成 生形 之上 層壁 晶之 磊室 少長 減生 僅或 不器 積應 及上 I 室積 ο 產澱 ο 生法 ο 1 的 1 C 標於 a 非度 G 或溫 制熟之 限成井 且不 a 而免 G 。 避持 塞在維 阻藝於 之技處 統前心 系先中 致。集 導離曾 積距試 澱的嘗 要間之 需材作 不底所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
1101 A7 B7 五、發明說明（3 ) 1 1 ο 〇 °c反應溫度以下。然而，此種作法困難重重，特 別是因爲進行此作法之同時，要加熱到超過G a C 1蒸發 溫度。 本發明克服了與在先前技藝蒸氣相化學澱積系統及方 法中，試劑（例如G a C 1 )及反應產物的不成熟或非標 的法澱積有關連的問題。 發明之標槪 鑑於前述，本發明之一目的乃提供一種供蒸氣相澱積 用之氣流的方法。 本發明之一特徵在於它提供了一種供投向磊晶術系統 內之底材的複合氣流的方法。 本發明之另一特徵乃.在於它提供了一種具一齒槽出口 及一覆殼出口反應裝配。 本發明之另一特點在於它提供了 一種覆殼氣流，此氣 流防止試劑氣體在蒸氣相澱積系統內作出不成熟的澱積。 本發明之另一目的乃在於它提供了 一種覆殼氣流，它 防止試劑氣體於蒸氣相澱積期間進行不成熟之反應。 本發明之另一特點在於它提供了 一種增進試劑氣體之 充分應用於Η V P E系統內的磊晶生長的方法。 本發明之另一優點爲它提供了一種Η ν ρ Ε系統，此 系統乃於進行氫化物蒸氣相磊晶術期間’防止非標的法澱 積。 本發明之另一優點乃在於它提供了 一種反應裝配，此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521101 A7 一 ____________B7 五、發明說明（4 ) 裝配具有一至少部份被一覆殼出口所圍繞的齒槽出口。 本發明之另一優點乃在於它提供了一種供產生一複合 式氣流用之一種反應裝配。 本發明之另一優點乃在於它提供了一種複合式氣流， 此氣流具有一包圍試劑氣體之覆殼氣體。 本發明之另一優點乃在於它提供了一種產生具有一包 圍之覆殼氣體及一被包圍之試劑氣體之複合式氣流的方法 〇 本發明之另一優點乃在於它提供了一種引入一種複合 式覆殼氣體之方法，此複合式氣體係由一惰性負載氣體以 及一種腐蝕性蝕刻氣體，例如H C 1所構成者。該腐蝕法 蝕刻氣體會影響澱積之氮化物膜的生長速率，且會導致具 有高度晶形特性之高均勻膜的形成。將腐蝕法蝕刻氣體及 惰性負載氣體一起引入之第二優點是鈾刻氣體會防止氮化 物之澱積累積在或接近反應裝配之噴出部份，由此減少與 淸潔澱積裝置有關連之維護。 此等及其他目的，優點及特色乃藉由提供一種在生長 室內之底材上，進行蒸氣相澱積之方法而予以達成，此方 法包括：a )提供一種包含一*生長室之殿積系統，b )安 置底材於生長室內；以及c )將一試劑氣流引入生長室內 ，其中，試劑氣流至少部份被包圍在覆殼氣流內。 這些及其他目的，優點及特色乃藉由提供一種產生複 合式氣流之方法而予以達成，它包含下列之步驟：a )提 供一反應裝配，此反應裝配包括一覆殼，一被定位在覆殼 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
.S 訂---------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521101 A7 B7 五、發明說明（5 ) 內之反應室，一可通至覆殼之殼進口，一可通至反應室之 齒槽進口，一由覆殼引導過來之覆殻出口，以及一由反應 室引導過來之齒槽出口；b)投射來自齒槽出口之一反應 氣體；以及c )同時與步驟b )進行，於對來自覆殼之覆 殼氣體。 這些及其他目的，優點及特點乃藉由提供一種使一材 料於一底材上行蒸氣相澱積之系統而予以達成，其中，該 系統包括：一生長室，該生長室包含一生長室進口且被改 編以容納底材；以及一反應裝配，該裝配包含一覆殼，一 被定位在該覆殼內之反應室，一可通至覆殼之覆殼進口， 一可通至反應室之齒槽進口，一由覆殼引導過來之覆殼出 口，以及一由反應室引導過來之齒槽出口。 本發明之這些及其他目的，優點及特點將一部份予以 列示於下面之敘述，而一部份將爲內行人士經由閱讀下面 所述所明白，或可由本發明之實務所知悉。本發明之優點 可由附屬之申請專利範圍中特別指出之內容得以實踐及獲 得。 圖之簡要說明 圖1係以示意方式代表，依照先前技藝，一 HV P E 系統，它包含先前技藝之一反應裝配； 圖2係以示意方式代表，依照本發明，一 Η V P E系 統，它包括一反應裝配； 圖3 Α展示，依照本發Β月之一態樣，一反應裝配之一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----ti, (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) ---訂--------- 1· -8 - 521101 A7 ---- - B7_____ 五、發明說明（6 ) 側視圖； 圖3 B，3 C，及3 D係，分別依照本發明，倂同管 線 3B — 3C，3C — 3C，以及 3D— 3D 之圖 3A 所 示之反應裝配的橫切面圖； 圖4 A係以示意方式代表，依照本發明，來自反應裝 配之一'複合式氣流投射向一'底材； 圖4 B係倂用圖4 A所示之管線4 B — 4 B之複合式 氣流的橫切面圖； 圖5係以示意方式代表，依照本發明之另一態樣，將 一試劑氣體輸送至一底材的方法； 圖6係以示意方式代表，依照本發明之另一態樣，涉 及於一底材上進行蒸氣相澱積之方法中的一系列步驟；以 及 圖7係以示意方式代表，依照本發明之另一態樣，涉 及於生產一複合式氣流之方法中的一系列步驟。 主要元件對照表 3 B — 3 B 線 3 C — 3 C 線 3 D — 3 D 線 5 試劑氣流方向 5 ^ 先質氣流方向 5 〃 覆殼氣流方向 10 氫化物蒸氣相磊晶系統 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n ϋ n n n n ϋ 一：OJ* n mmmee I n ϋ φβ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9 - 521101 A7 B7 五 、發明說明（7 ) 1 2 基座 1 4 底材 19 生長室出口 2 1 生長室（或反應器） 2 2 生長室入口 2 3 生長室之牆 2 4 爐 3 0 反應室裝配 3 〇 a 近端 3 〇 b 遠端 3 2 a 覆殼入口 3 2b 覆殻出口 3 3 噴嘴 3 4 d 齒槽入口 3 4b 齒槽出口 3 6 覆殼 38 初步反應室 4 0 反應物 -----------------^—訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 合宜態樣之詳細說明 爲欲作說明之目的，本發明將就供G a N或類似材料 澱積用之水平Η V P E系統作初步之說明。然而，本發明 亦可應用於其他蒸氣相澱積系統，包括垂直之HV Ρ Ε系 統，以及應用於除了 G a Ν以外之材料的澱積。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521101 Α7 -----Β7 五、發明說明（8 ) 現在今參照各圖，圖1係以示意方式代表，依照先前 技藝，一種Η V P E系統8，其中，系統8包含一先前技 藝之反應裝配2 6。系統8進一步包含一反應器或生長室 2 1 ，該反應器或生長室2 1又帶有一生長室進口 2 2 ， 以及一生長室出口 1 9。反應裝配2 6包括一進口，一試 劑氣體產生室，以及一出口（三者皆未予列示）。先質氣 體被引入裝配2 6之生產室內。於生產室內產生之試劑氣 體自裝配2 6之出口發出而引向被配置在生長室2 1內之 底材。 系統可整個被容納在一爐2 4內。藉由被引入之試劑 氣體的蒸氣相反應，使磊晶澱積進行。試劑氣體，例如 GaC 1可經由反應裝配26而射向底材14，而氨氣則 可通過生長室入口 2 2而被引入生.長室2 1內，氣流之方 向以箭頭5加以表示。試劑氣體宜爲單氯化物，即， GaCl ， InCl ，或A1C1 ，彼與氨氣於生長室 2 1內反應，以形成個別之氮化物·· g a N，I η N，或 A 1 Ν ’但試劑氣體亦可爲鎵，銦及鋁之三氯化物。此等 產物之一部份澱積在目標底材上。反應產物之另一部份則 與試劑氣體一起澱積在非目標表面上（例如室2 1之牆） ，如前所述者。 圖2係以示意方式代表，依照本發明，一 η V P E系 統’它包括一反應裝配。系統1 〇可整個被容納在二帶式 爐2 4內（雖然單帶式爐亦可予以應用）。在爐2 4之內 部，有一生長室21，典型者製自石英。生產室21含有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-11 - 521101 A7 B7 五、發明說明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一受熱之底材1 4 ’在與表面上G a N之磊晶澱積乃藉由 G a C 1及NH3間之蒸氣相反應而進行。氨氣乃由一標準 之氣體來源，通過生長室2 1之入口 2 2而正波被供給。 另一方面，G a C 1則在反應裝配3 0內被產生。試劑氣 流之方向以箭頭5加以表不。 圖3 A係表示，依照本發明，反應裝配3 0之一側視 圖。反應裝配3 0包括一覆殼（它帶有一覆殼進口 3 2 a 及一覆殼出口32b)，以及一初級反應室，或齒槽38 (它帶有一齒槽進口34a及一齒槽出口34b)，初步 反應室38可被覆殼36所包圍或包封。 初步反應室3 8，齒槽進口 3 4a ，齒槽出口 3 4b 可用例如，石英來建造。初步反應室3 8，齒槽進口 34a ，以及齒槽出口34b等，其直徑範圍介分別爲 1 ◦一 25 ，6 — 13 ，5 — 15毫米。更合宜者’初步 反應室3 8具有約1 5 - 3 Omm直徑，而齒槽出口 3 4b具有約1 0 - 2 0mm直徑。覆殻3 6宜由石英所 建造，且其直徑宜介於由約2 0至約3 0毫米。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 反應裝配3 0包括一近端3 0 a及一遠端3 0 b ’近 端30a宜被封合，且接合生長室入口 22 ，其中’反應 裝配之一重大部份被安裝在生長室內，或它亦可被封合’ 且在遠端3 〇b與生長室進口接合（未予列示）’其中’ 反應裝配3 0實質上係在生長室之外面。合宜的是’齒槽 出口 3 4 b至少部份被出口 3 2 b所包圍。更宜的是’齒 槽3 4 b完全被覆殼出口 3 2 b所包圍。依照目前最合宜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- 521101 A7 B7 五、發明說明（10 ) 的態樣，齒槽出口 3 4 b係與覆殻出口 3 2 b呈同軸性。 又，齒槽出口 3 4 b及覆殼出口 3 2 b共同包含一能將複 合式氣流投射向一目的底材（例如底材1 4 )之複合式噴 嘴3 3 (圖3 D ) ·，它將予說明於后。 在應用時，反應室3 8含有一反應物4 0，例如週期 表m族之一金屬。更合宜者，室3 8含有熔融之鎵，銦， 或鋁。依照目前合宜之本發明態樣，室3 8含有一液態鎵 。金屬，例如Ga ，可經由裝配30之齒槽出口34b而 被引入反應室3 8內，而隨後，在反應室3 8內之金屬可 受熱。室3 8內之液態鎵的溫度宜介於由約7 5 0 °C至約 9〇〇°C ，而更宜爲約8〇0 °C。 將先質氣體（例如H C 1 )之一調整氣流引入室3 8 內、先質氣流之方向以箭頭5 /來代表。H C 1通過液態 G a上方以形成G a C 1 (氫氣以反應副產物之方式形成 )。由齒槽出口 3 4 b投射一股G a C 1氣流。同時，可 將載體氣或覆殼氣之一實質恒定氣流經由覆殼進口 3 2 a 而引入覆殼3 6內，並由覆殼出口 3 2b投射覆殼氣。覆 殼氣宜爲選自氮，氬，氦或氫等之惰性氣體。覆殼含氣亦 可爲與H C 1相混合之惰性氣體。混合覆殼氣體之H C 1 會蝕刻同時澱積在生長室內之氮化物，且會重大地影響生 成之膜之結晶特性形態及程度。箭頭5 〃代表覆殼氣流之 方向。嘗試劑氣體（例如G a C 1 )由齒槽出口 3 2 b流 動時，此試劑氣體係被由覆殼出口 3 2 b流動過來之覆殼 氣體所包封，以形成一複合式氣流（圖4A，4 B )。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n ϋ «I n ϋ I 1 ·ϋ ϋ ·ϋ ϋ ϋ ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 521101 A7 _-___B7 五、發明說明（11 ) 圖3 B係表示沿著線3 B - 3 B (圖3 A )取消之反 應裝配30的一切面，包括覆殼36 ，覆殼進口 32a ， 以及齒槽進口 3 4 a。齒槽進口 3 4 a被描繪於圖3 B中 ，它係被覆殼進口 3 2 a所包圍。然而在本發明之範疇下 ，覆殼進口 3 2 a及齒槽進口 3 4 a之其他布置亦屬可能 。舉例言之，覆殼進口 3 2 a及齒槽進口 3 4 a之或多或 少同線布置亦屬可能。 圖3 C係表示，依照本發明，沿著線3 c — 3 C (圖 3 A )取得之反應裝配3 0的切面。齒槽或反應室3 8係 充作，例如一反應物4 0 (例如液態鎵）之容器。 反應室3 8被描繪於圖3 C內，此室係被覆殼3 6所 包封，然而’其他之布置亦屬可能。舉例來說，覆殼3 6 可予以布置成與反應室3 8相鄰或實質相平行。 圖3 D係沿著線3 D - 3 D (圖3 A )取消之反應裝 配3 0的一橫切面，它展示覆殼出口 3 2 b及齒槽出口 34b。覆殼出口 32b及齒槽出口 34b共同包含一複 合式噴嘴3 3。複合式噴嘴係被修飾以能投射一複合式氣 流 42 (圖 4A — B)。 覆殼出口 3 2 b被描繪於圖3 D內，它係被齒槽出口 3 4 b所包圍，然而，在本發明範疇下，其他布置亦爲可 能。舉例言之，覆殼可伸入一至少部份包圍齒槽出口 3 4 b之實質上呈圓形之覆殼出口 3 4 b。依照本發明目 前合宜之態樣，齒槽3 4 b係被覆殻出口 3 2 b所包圍， 並與之呈同軸。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) $ n ϋ aim I mmm— I n』一口、 n 1 1_ I n 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521101 A7 ___ B7 五、發明說明（12 ) 圖4 A係以示意方式代表，依照本發明來自反應裝配 3 0之一複合式氣流4 2的投射。複合式氣流4 2係由複 合式噴嘴3 3，投射向底材1 4，該底材係被安置在基座 1 2上。複合式氣體4 2包含一由齒槽出口 3 4 b發出之 一試劑氣流4 4，以及一由覆殼出口 3 2 b流出之覆殼氣 流或負載氣流4 6 ，於複合式氣體4 2中，試劑氣體4 4 至少被覆殼氣體4 6所包封。 圖4 B係沿著圖4 A之4 B — 4 B線取得之複合式氣 流4 2的橫切面圖，且描繪試劑氣體4 4完全被覆殻氣體 4 6所包封。依照本發明目前合宜之態樣，試劑氣體4 4 係在覆殼氣體內，以實質上同心性方式流向底材1 4。當 複合式氣流4 2接觸底材1 4時，由於熱底材之存在，導 致產生端流，此端流打破覆殼氣體4 6之保護層，由而容 許試劑氣體4 4與，例如，經由生長室進口 2 2被引入生 長室2 1內之氨氣起反應。 依照複合式氣流4 2之一實例，試劑氣體4 4包括 G a C 1 ，而覆殼氣體則包含一惰性氣體，例如氮，氬， 氦及氫。當複合式氣體4 2在底材1 4附近經歷湍流時， 同心性氣流乃受到擾亂，由而容許G a C 1與氨氣起反應 以形成G a N。然而，在此際前，惰性氣體會保護 G a C 1 ，以防止G a C 1不當地澱積在’例如，生長室 2 1之壁2 3上。防止試劑氣體澱積在系統組件上之事實 對齒槽出口 3 4 b特別有利，在該出口處’澱積物易於累 積而最後限制來自出口 3 4 b之試劑氣體的流動。反應裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I n 1·— 1 ϋ ϋ n n 一口、I mmmaM I I— —Bi 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 521101 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（13) 配之另一優點是：覆殼氣體4 6防止試劑氣體4 4 (例如 G a C 1 )於到達底材前，即與氨氣混合，由於避免 G a N之不成熟產生及澱積。 請再度參照圖4，本發明之氣體輸送系統的雙重流動 設計容許引入一腐蝕性蝕刻氣體與惰性覆殼氣體4 6。腐 飩法鈾刻氣體宜爲H C 1 ，但亦可爲Η N〇3 ’ Η 2 S〇4 ，N F 3及S F 6或任何已知可用於鈾刻金屬氮化物之諸飩 刻氣體中之一員。腐蝕法蝕刻氣體在覆殼氣流中之濃度可 予以控制，俾對澱積在底材上之金屬氮化物造成不同之餓 刻速率。於金屬氮化物澱積期間，對澱積物（金屬氮化物 )所作之蝕刻會重大地影響產生之金屬氮化物的生長速率 及形態。又，腐蝕法腐蝕氣體之引入於覆殼氣流內有助於 防止材料澱積在氣體輸送系統之末端處，氣體係由此氣體 輸送系統被引入生長室者。傳統之系統並未提供將一腐蝕 法蝕刻氣體3 1至系統之一高溫區域以防止累積之方便方 法。 圖5係以示意方式代表，依照本發明之另一態樣，輸 送-試劑氣體至一底材之方法，其中，步驟5 0涉及將一 底材布置在一蒸氣相殿積系統之一生長室內。步驟5 2涉 及將一試劑氣流投射向底材。試劑氣體可包括，例如，週 期表瓜族元素之一種氯化物，例如G a C 1 ，I n C 1 ， A1C1 ，GaCls，InCl3，AlCl3。被投射 向底材之試劑氣流至少部份被包封在惰性覆殼（或負載） 氣流或惰性覆殼氣體/酸（H C 1 )混合氣流中。試劑氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨 _：——.------—l·—訂---------## (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -16- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521101 A7 B7_ 五、發明說明（14 ) 流及覆殻氣流共同形成一複合式氣流。覆殼氣體包括一氣 流，例如氬，氮，氨及氫或惰性氣體之綜合體。覆殼氣體 可充作試劑氣體之輸送道-當試劑氣體被投射向生長室內 之受熱的底材時。覆殼氣體會防止試劑氣體，以固體形式 澱積，並防止試劑氣體與其他氣體，例如氨氣進行未成熟 之反應（步驟5 4)。步驟5 4涉及將氨氣引入蒸氣相澱 積系統之生長室內。當複合式氣流接觸受熱之底材時，生 成之湍流會使覆殼氣體分裂，由而容許試劑氣體與氨氣起 反應。 圖6係以示意方式代表，依照本發明之另一態樣，涉 及在一底材上進行蒸氣相澱積之方法中的一系列步驟，其 中，步驟6 0涉及提供一澱積系統。在步驟6 0內被提供 之澱積系統包括一生長室及一反應裝配，且可額外地包括 其他元件或特色，如先前有關系統1 0 (圖2 )中所敘及 者。依照一態樣，在步驟6 0內被提供之澱積系統乃爲供 ，例如，G a N或I η N進行磊晶澱積用之一 Η V P E系 統。步驟6 2涉及將一底材布置於澱積系統之生長室內。 該底材宜爲藍寶石或爲一帶有一緩衝層之藍寶石底材。步 驟6 4涉及將試劑氣流經由反應裝配之一複合式噴嘴，引 入生長室內。被引入生長室內之試劑氣體係至少部份被覆 殼氣體所包封。試劑氣體及覆殼氣體共同形成一複合式氣 流，它由複合式噴嘴被投射出。試劑氣體宜爲G a C 1 ， I nC 1或A 1 C 1 ，最宜爲Ga C 1 ，而覆殼氣體則包 括一惰性氣體，宜爲氮氣。複合式氣流係被投射向底材。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-17- 521101 A7 —------- B7 五、發明說明（15 ) 在底材附近處，湍流會使複合式氣流之整體性分裂，由而 容許試劑氣體與氨氣反應，進而導致生成物在底材表面上 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 澱積。 圖7係以示意方式代表，依照本發明之一態樣，涉及 在產生複合式氣流之~方法中的一系列步驟，其中，步驟 7 0涉及提供一反應裝配。於步驟70中被提供之反應裝 配包括一覆殼，一被定位在覆殼內之反應室，一可通至覆 殼之覆殼入口，一可通至反應室之齒槽入口，一由覆殼引 導過來之覆殼出口’以及一由反應室引導過來之齒槽出口 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將、一金屬元素，例如選自G a，I η及A 1等群體者 ’引入反應室內，並且施加熱量以得一含有熔融金屬之容 器’在液態G a之場合中，將G a維持於約8 0 0 t之溫 度。將先質氣體（例如H C 1 )之調整氣流經由齒槽入口 3 1入反應室內’使之與熔融之金屬反應，以形成試劑氣 體（例如G a C 1 )。然後，於步驟7 4內，將試劑氣體 由齒槽出口投射。同時，將覆殻氣體（例如氮氣）之一恒 流，依照步驟7 6 ，由覆殼出口引入反應室裝配之覆殼內 。由覆殻出口投射過來之覆殼氣體與由齒槽出口投射過來 的試劑氣體共同形成一複合式氣流。它被投射向底材。複 合式氣流之覆殼氣體係至少部份包圍試劑氣體，俾防止試 劑氣體進行不成熟之澱積及反應。 於圖7之方法的一合宜態樣中，試劑氣體與覆殻氣體 係在複合式氣流內實質上呈同心狀態，直至試劑氣體到達 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -18- 521101 A7 B7 五、發明說明（16 ) 受熱之底材的附近爲止。然後，由受熱之底材所造成的湍 流會擾亂覆殼氣體，並容許試劑氣體與氨氣在生長室內混 合。 本發明已特別就氮化物（例如氮化鎵），藉由一水平 式Η V P E系統進行殿積而加以說明。然而，本發明亦可 應用於其他材料及澱積方法，以及反應器幾何結構。舉例 來說，本發明之反應裝配同樣地亦可應用在垂直型 Η V Ρ Ε系統。 前述之態樣僅供說明而已而不能被解釋爲用來限制本 發明。本發明之教示亦可應用於其他型類之裝置及方法。 本發明之敘述目的僅供說明而非限制附屬之申請專利範圍 。許多可替代的方案，修飾，以及改變可爲內行人士所明 瞭。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) $ βϋ n ·ϋ ϋ 1 n ϋ 一0JI n 1 immmm n 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19-

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  1. 521101
    (月 墳請委員明示，，4«£修正後是否變更原實質内S 經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 「、申請專利範圍 附件A: 第89 1 07 1 75號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國90年1丨月修正 1 ·將一試劑氣體輸送至一底材以使一材料於底材上 進行蒸氣相殿積之方法’此方法包含：將試劑氣體之一氣 流投射向底材’其中’試劑氣體之氣流係至少部份被包封 在覆殼氣體之一氣流內’其中’該試劑氣體包含選自.週期 表m族元素之一的氯化物。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中覆殻氣體包 含一惰性氣體。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中覆殻氣體係 選自下列之群體：氬，氮，氨以及氫。 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，覆殼氣體 係與能蝕刻金屬氮化物之一腐蝕性氣體混合。 5 .如申請專利範圍第4項之方法，其中，蝕刻氣體 係選自下列之群體：HC1 ，HBr，HF，Cl2， B r2，F2，NF3 以及 SF6。 6 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，試劑氣體 係一金屬氯化物，而該金屬氯化物中之金屬係選自G a ’ A 1 及 I η。 7 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，試劑氣體 包含GaCl ，而覆殼氣體則包含氮氣。 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 521101 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8 ·如申請專利範圔第1項之方法，其中，試劑氣體 之氣流實質上與覆殼氣體之氣流呈同心性。 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 .如申請專利範圔第1項之方法，其中，.覆殼氣體 係充作試劑氣體之輸送道。 1 0 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，覆殼氣 體減少試劑氣體之澱積。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，覆殻氣 體防止試劑氣體進行未成熟之反應。 1 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，底材定 位在澱積系統之一生長室內，該澱積系統包括一反應裝置 ’該反應裝置被布置在生長室內，該反應裝置包括一齒槽 出口及一覆殼出口，試劑氣體由齒槽出口流動，而覆殼氣 體則由覆殼出口流動，齒槽出口及覆殼出口二者皆導向底 材。 經濟部智慧財產局工消費合作社印製 1 3 ·如申請專利範圍第1 1項之方法，其中，覆殼 出口及齒槽出口包含一被修飾以使將一複合式氣流投射向 底材之複合式氣體噴嘴，該複合式氣流包含覆殻氣體及試 劑氣體。 1 4 ·如申請專·利範圍第1項之方法，其中，在底材 上進行之材料的蒸氣相澱積包含氫化物蒸氣相磊晶生長。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項之方法，其中，底材 係被布置在一生長室內，該方法進一步包含下列之步驟： 將氨氣引入生長室內，且其中，覆殻氣體防止試劑氣體與 氨氣起反應，直到試劑氣體到達底材之附近爲止。 本紙浪尺度適用中國國家梂率（CNS ) A4规格(210><297公釐） -2- 521101 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 16 ·在一底材上，進行蒸氣相澱積之方法，它包含 下列之步驟： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) a )提供一殿積系統，它包括一生長室； b)將底材布置於生長室內，以及 c )將試劑氣體之一氣流引入生長室內，其中，試劑 氣體之氣流係至少部份被包封在覆殼氣體之一氣流內，其 中該試劑氣體包含一金屬氯化物，該金屬氯化物含有至少 一種選自：鎵，銦及鋁之金屬。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項之方法，其中，澱積 系統進一步包括一反應裝置，該反應裝置係被用以產生一 複合式氣流，該複合式氣流包含試劑氣體及覆殼氣體，其 中，該試劑氣體係至少部份被包封在該覆殼氣體內。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之方法，其中，覆殼 氣體包含一惰性氣體。 1 9 ·如申請專利範圍第1 6項之方法，其中，蒸氣 相澱積包含氫化物蒸氣相磊晶術’。 經濟部智慧財產局工消費合作社印製 2 0 ·如申請專利範圍第1 6項之方法，其中，試劑 氣體係由一齒槽出口被投射出，覆殻氣體係由一覆殻出口 被投射出，而覆殼出.口則包圍齒槽出口。 2 1 ·由一反應裝配產生一複合式氣流的方法，它包 含下列之步驟： a )提供反應裝置，該反應裝置包括一覆殻，一被定 位在覆殻內之反應室，一可通至覆殻之覆殼進口，一可通 至反應室之齒槽進口，一由覆殻引導過來的覆殻出口，一 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210Χ：297公釐） — -3- 521101 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 由反應室引導過來之齒槽出口； b )於反應室內產生試劑氣體，由齒槽出口投射該試 劑氣體；以及 c )於進行步驟b )之同時，由覆殼出口投射一覆殼 氣體。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項之方法，其中，步驟 b )包含將一先質氣體經由猶槽進口引入反應室內，其中 ，先質氣體係在反應室內反應以提供試劑氣體，而試劑氣 體則由齒槽出口流動出來。 2 3 ·如申請專利範圍第2 2項之方法，其中，先質 氣體包含HC 1 ，而反應室含有一選自Ga ，I η及A 1 等群體中的熔融金屬。 2 4 ·如申請專利範圍第2 1項之方法，其中，該步 驟c )包含將一覆殼氣體經由覆殼進口引入覆殻內，而覆 殻氣體則由覆殼出口流動出來。 2 5 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中，由齒 槽出口被投射之試劑氣體係至少部份被包封在由覆殼出口 被投射之覆殼氣體。 2 6 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中，齒槽 出口係被覆殼出口所包圍。 2 7 ·如申請專利範圍第2 1項之方法，其中，齒槽 出口與覆殻出口呈同軸性。 2 8 ·如申請專利範圍第2 1項之方法，其中，試劑 氣體係選自如下之群體：GaCl ， InCl ，以及 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） I--------0f, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局工消黃合作社印製 -4 - 521101 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局a(工消費合作社印製 六、申請專利範圍 A 1 c丨，而覆殼氣體則選自如下之群體：氬，氮，氦以 及氫。 2 9 ·供產生一試劑氣體之一反應裝置，它包含：一 覆殼’一鄰接該覆殼之反應室，一可通至該覆殼之覆殼進 口’一可通至該反應室之齒槽進口，一由該覆殼引導過來 之覆殻出口，一由該反應室引導過來之齒槽出口，其中， 該反應室係被用以於約2 0 0 °C至約1 0 0 0 °C間之溫度 操作’且該反應室係被用以便於在約4 0 〇°C至約1 0 0 〇 °C間之溫度含有熔融之金屬。 3 0 · —種供使一材料在一底材上進行蒸氣相澱積之 系統，它包含： a ) —生長室，它包括一生長室進口，該生長室係被 用以使容納底材；以及 b ) —反應裝置，它包括一覆殼，一鄰接該覆殼的反 應室，一可通至該覆殼之覆殼進口，一可引導至該反應室 之齒槽進口，一由該覆殼引導過來之覆殻出口，以及一由 該反應室引導過來之齒槽出口。 3 .如申請專利範圍第3 0項之系統，其中，該反 應裝置係被用以便提.供一種包含一試劑氣體流以及一覆殻 氣體流的複合式氣流。 3 2 .如申請專利範圍第3 1項之系統，其中覆殼流 至少部份包封試劑氣體。 3 3 .如申請專利範圍第3 0項之系統，其中，該覆 殻氣體包圍該齒槽出口。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 t 本紙浪尺度適用中國國家棵準（CNS ) M洗格（210X297公釐） -5- 521101 A8 B8 C8 D8__ 六、申請專利範圍 3 4 ·如申請專利範圍第3 0項之系統，其中，該覆 殻出口與該齒槽出口呈同軸性。 3 5 _如申請專利範圍第3 0項之系統，其中，該反 應裝置係被配置在該生長室內。 3 6 ·如申I靑專利$e圍第3 0項之系統，其中，該反 應裝置包括一近端，該覆殼進口以及該齒槽進口係被定位 在該近端處’而該近端係被封合，且與該生長室進口接合 〇 3 7 ·如申請專利範圍第3 0項之系統，其中，該反 應裝置包括一遠端，該遠端包括一複合式噴嘴。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6-
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