TWI464293B - 化學氣相沈積裝置 - Google Patents

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TWI464293B TW100130001A TW100130001A TWI464293B TW I464293 B TWI464293 B TW I464293B TW 100130001 A TW100130001 A TW 100130001A TW 100130001 A TW100130001 A TW 100130001A TW I464293 B TWI464293 B TW I464293B
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Description

化學氣相沈積裝置
本發明是有關於一種用以形成半導體材料之方法和系統，且特別是有關於一種用以形成半導體材料之反應系統(reaction system)和其相關方法。雖然本發明以應用於形成第三族氮化物材料(Group-III nitride materials)為例，但應了解本發明具有更廣泛的應用性。
有機金屬化學氣相沈積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)己廣泛地應用於製作具第三族氮化物材料(例如：氮化鋁(aluminum nitride)、氮化鎵(gallium nitride)和/或氮化銦(indium nitride))之磊晶層(epitaxial layer)。一般來說，有機金屬化學氣相沈積系統具有容易使用以及適用於大量製造等特性。通常第三族氮化物材料由至少一第三族有機金屬(Metal Organic，MO)氣體以及至少一第五族(Group-V)氣體所形成。其中，上述至少一第三族有機金屬氣體包含三甲基鎵TMG(例如：TMGa，trimethylgallium且/或(CH3 )3 Ga)、三甲基鋁TMA(例如：trimethylaluminum且/或(CH3 )3 Al)、且/或三甲基銦TMI(例如：trimethylindium且/或(CH3 )3 In)。再者，上述至少一第五族氣體包含氨(例如：NH3 )。
氨氣主要是用來提供氮原子，而氨之解離效率(dissociation efficiency)主要取決於溫度；亦即，在較高的溫度下氨之解離效率愈高。舉例來說，在800℃時，氨之解離效率僅約在10%，而在900℃時，氨之解離效率則提高到20%。而第三族有機金屬氣體在相對較低的溫度下(例如：300℃-400℃)，即開始解離。
一旦氨氣與第三族有機金屬氣體解離後，固態的第三族氮化物材料即可形成。在形成第三族氮化物材料過程中，為了避免第三族氮化物材料過早或過晚的形成，必須精確地對這些氣體加熱與傳輸。舉例來說，第三族氮化物材料必須避免沈積於有機金屬化學氣相沈積系統內不相關的部件表面上，也不應隨著其它副產品而排出有機金屬化學氣相沈積系統。相反地，第三族氮化物材料應該形成於基板(substrate)表面上(例如：晶圓(wafer)表面)，如此才可降低清理費用以及反應材料的消耗。
此外，對於不同的第三族氮化物材料(例如：氮化鎵和氮化銦)，其用以形成磊晶層之成長條件亦有顯著的不同。舉例來說，氮化鎵的較佳成長溫度高於1000℃，而氮化銦的較佳成長溫度則低於650℃。再者，在形成氮化銦鎵(indium-gallium nitride)的過程中，為了降低氮化銦間銦原子與氮原子間的解離，其成長溫度必須限制在相對較低的溫度下。然而在此相對較低的成長溫度下，為了給化學反應提供足夠的氮原子，必須提供大量的氨。通常，氮化銦其所消耗的氮是數倍於氮化鎵或氮化鋁其所消耗的氮。僅管提高氨氣的分壓可提高氮原子供應量，但是在如此高的分壓下，將造成磊晶層表面的不均勻以及製造成本的提高。
因此，改進用以形成第三族氮化物材料的技術實屬必要。
本發明是有關於一種用以形成半導體材料之方法和系統，且特別是有關於一種用以形成半導體材料之反應系統和其相關方法。雖然本發明以應用於形成第三族氮化物材料為例，但應了解本發明具有更廣泛的應用性。
本發明提出用以形成半導體材料之系統。系統包括承座部件以及噴氣部件。承座部件旋轉於中央軸而噴氣部件設置於承座部件上方但不直接接觸承座部件。再者，系統另包括至少一基板固定座以及中央部件。至少一基板固定座設置於承座部件上，可旋轉於中央軸以及與其相對應之固定座軸。再者，系統另包括至少一第一輸入口、至少一第二輸入口以及至少一第三輸入口。至少一第一輸入口形成於中央部件內；至少一第三輸入口形成於噴氣部件內，且至少一第三輸入口與中央部件之距離較遠於至少一第二輸入口與中央部件之距離。上述至少一第一輸入口以至少一第一流率將至少一第一氣體噴出中央部件；至少一第二輸入口以至少一第二流率提供至少一第二氣體；至少一第三輸入口以至少一第三流率將至少一第三氣體由噴氣部件朝承座部件噴出。再者，系統可設定為分別調整第二流率與第三流率。
本發明另提出一種經由調整至少一成長率以形成至少一第三族氮化物材料之方法。方法包括提供用以形成至少一第三族氮化物材料之系統。系統包括中央部件、承座部件以及噴氣部件。噴氣部件設置於承座部件上方但不直接接觸承座部件。系統更包括形成於中央部件內之至少一第一輸入口、至少一第二輸入口以及形成於噴氣部件內之至少一第三輸入口。上述至少一第三輸入口與中央部件之距離較遠於至少一第二輸入口與中央部件之距離。再者，方法另包括選擇流經至少一第一輸入口，至少一第二輸入口以及至少一第三輸入口至少其中之一的氨氣之至少一氨氣流率；以及選擇第三族有機金屬氣體流經至少一第二輸入口之第一流率及第三族有機金屬氣體流經至少一第三輸入口之第二流率，其中第一流率與第二流率之和等於第三流率。再者，方法另包括當第三族有機金屬氣體僅流經至少一第二輸入口，至少根據與至少一氨氣流率相關之資訊，以第一距離函數得出第三族氮化物材料之第一成長率；當第三族有機金屬氣體僅流經至少一第三輸入口，至少根據與至少一氨氣流率相關之資訊，以第二距離函數得出第三族氮化物材料之第二成長率。再者，方法另包括經由相加第一成長率與第二成長率，以第三距離函數得出第三族氮化物材料之第三成長率，其中，第三成長率相對應於至少一第二輸入口之第一流率與至少一第三輸入口之第二流率。
本發明更提出一種經由調整至少一成長率以形成至少一第三族氮化物材料之方法。方法包括提供用以形成至少一第三族氮化物材料之系統。系統包括中央部件、承座部件、噴氣部件與設置於承座部件上之至少一基板固定座。噴氣部件設置於承座部件上方但不直接接觸承座部件。再者，系統更包括形成於中央部件內之至少一第一輸入口、至少一第二輸入口以及形成於噴氣部件內之至少一第三輸入口，其中，至少一第三輸入口與中央部件之距離較遠於至少一第二輸入口與中央部件之距離。再者，方法更包括選擇流經至少一第一輸入口、至少一第二輸入口與至少一第三輸入口至少其中之一的氨氣之至少一氨氣流率；當第三族有機金屬氣體僅以第一流率流經至少一第二輸入口時，至少根據與至少一氨氣流率相關之資訊，以第一距離函數得出第三族氮化物材料之第一成長率；當第三族有機金屬氣體僅以第一流率流經第三輸入口時，至少根據與至少一氨氣流率相關之資訊，以第二距離函數得出第三族氮化物材 料之第二成長率。再者，方法更包括選擇第三族有機金屬氣體流經至少一第二輸入口之第二流率以及第三族有機金屬氣體流經至少一第三輸入口之第三流率，其中第二流率與第三流率之和等於第一流率；根據與第二成長率和第三成長率相關之資訊，經由權重相加第一成長率與第二成長率，以第三距離函數得出第三族氮化物材料之第三成長率。
綜上所述，經由本發明之反應系統，有機金屬氣相沈積可在較少消耗氣體(例如氨氣)情況下被執行。再者，在形成第三族氮化物材料(例如：氮化鋁、氮化鎵和/或氮化銦)中，本發明之反應系統亦可降低成本及改進有機金屬氣相沈積流程。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
本發明是有關於一種用以形成半導體材料之方法和系統，且特別是有關於一種用以形成半導體材料之反應系統(reaction system)和其相關方法。雖然本發明以應用於形成第三族氮化物材料(Group-III nitride materials)為例，但應了解本發明具有更廣泛的應用性。
圖1A與圖1B是本發明一實施例之一種用以形成至少一第三族氮化物材料之反應系統示意圖。圖1A與圖1B所示之反應系統僅為示例，而並非限定本發明之申請專利範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。其中，圖1A其所繪示為反應系統100之側面圖，圖1B其所繪示為反應系統100之平面視圖。反應系統100包括噴氣部件(showerhead component)110、承座部件 (susceptor)120、輸入口(inlet)101~104、至少一基板固定座(substrate holder)130、至少一加熱裝置(heating device)124、輸出口(outlet)140以及中央部件(central component)150。再者，中央部件150、噴氣部件110、承座部件120以及基板固定座130(設置於承座部件120上)形成反應腔室(reaction chamber)160。再者，每一基板固定座130用於承載至少一基板122(例如：晶圓(wafer)。
雖然反應系統100由上述多個部件所組成，然而任何熟習此技藝者亦可對其作適當之替換、修改或變化。
在本實施例中，輸入口101形成於中央部件150內，且以大致平行於噴氣部件110之表面112之方向提供至少一氣體。亦即，至少一氣體於鄰近反應腔室160中央流向(例如：向上流動)反應腔室160，再經由輸入口101噴出至反應腔室160內。再者，輸入口102~104形成於噴氣部件110內，且以大致垂直於表面112之方向提供至少一氣體。
表1其所繪示為根據本實施例輸入口101~104其可提供之不同種類之氣體。
在本實施例中，承座部件120可旋轉於承座軸(susceptor axis)128(例如：中央軸)，且每一基板固定座130可旋轉於其所對應之固定座軸(holder axis)126。再者，基板固定座130可隨著承座部件120而旋轉於承座軸128且同時旋轉於其所對應之 固定座軸126。再者，在同一基板固定座130上之至少一基板122旋轉於同一固定座軸126。
根據本實施例，圍繞著承座軸128，每一輸入口101~104以及輸出口140具有環形結構。再者，此至少一基板固定座130(例如：八個基板固定座130)被設置於圍繞著承座軸128。再者，每一基板固定座130可承載多個基板122(例如：七個基板122)。
在圖1A與圖1B中，符號A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、L、M、N與O根據不同實施例其在反應系統100中代表不同之長度。在本實施例中：(1)A代表承座軸128與輸入口102之內側間的距離；(2)B代表承座軸128與輸入口103之內側間的距離；(3)C代表承座軸128與輸入口104之內側間的距離；(4)D代表承座軸128與輸入口104之外側間的距離；(5)E代表承座軸128與輸入口101間的距離；(6)F代表承座軸128與輸出口140之內側間的距離；(7)G代表承座軸128與輸出口140之外側間的距離；(8)H代表噴氣部件110之表面112與承座部件120之上表面114間的距離；(9)I代表輸入口101之高度；(10)J代表噴氣部件110之表面112與輸出口140間的距離；(11)L代表承座軸128與基板固定座130之外側間的距離；(12)M代表承座軸128與基板固定座130之內側間的距離； (13)N代表承座軸128與加熱裝置124之內側間的距離；(14)O代表承座軸128與加熱裝置124之外側間的距離。
此外，L減去M即為基板固定座130之直徑。再者，反應腔室160之高度H等於或小於20mm或者等於或小於15mm。再者，輸入口101之高度I小於噴氣部件110之表面112與承座部件120之上表面114間之距離H。表2其所繪示為根據本實施例上述符號其實際之量度大小。
在本實施例中，基板固定座130設置於承座部件120上。再者，加熱裝置124設置於基板固定座130下方。再者，加熱裝置124向反應腔室160之中央處延伸，且超出其所對應之基板固定座130。再者，加熱裝置124用於將輸入口101~104以及輸出口140所流出之氣體在到達基板固定座130前對其預加熱(preheat)。
如前所述，圖1A與圖1B所示之系統僅為示例，而並非限定本發明之申請專利範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。舉例來說，輸入口102可由多個輸入口所取代，且/或輸入口104可由多個輸入口所取代。再者，輸入口102亦可形成於中央部件150內且以大致平行於噴氣部件110之表面112之方向提供至少一氣體。
圖2是本發明一實施例之一種利用反應系統100以調整至少一第三族氮化物材料之至少一成長率(growth rate)分佈之方法流程圖。圖2所示之方法僅為示例，而並非限定本發明之申請專利範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。方法200包括以下歩驟：首先，為流經輸入口內之至少一第五族(Group-V)氣體與至少一載流氣體(carrier gas)選擇其流率(flow rate)(歩驟210)；當至少一有機金屬氣體僅流經輸入口102時，得出至少一第三族氮化物材料之至少一成長率分佈(歩驟220)；當至少一有機金屬氣體僅流經輸入口104時，得出至少一第三族氮化物材料之至少一成長率分佈(歩驟230)；選擇至少一有機金屬氣體於輸入口102與輸入口104間之分佈(歩驟240)；以疊加法(superposition) 得出至少一第三族氮化物材料之至少一成長率分佈(歩驟250)；評估此至少一第三族氮化物材料之至少一成長率分佈(歩驟260)。
如前所述，圖2所示的方法僅為示例，而並非限定本發明之申請專利範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。
在歩驟210中，首先選擇流經輸入口101~104之至少一第五族氣體和至少一載流氣體之流率。其中，上述至少一第五族氣體包含有氨氣(NH3 )。再者，上述至少一載流氣體包含有氫氣(H2 )且/或氮氣(N2 )。表3其所繪示為根據本實施例輸入口101~104其所流經之至少一第五族氣體(例如：NH3 )及至少一載流氣體(例如：H2 和N2 )之流率。
根據本實施例，至少一有機金屬氣體(例如：三甲基鎵TMG)之總流率亦在歩驟210中被決定。舉例來說，三甲基鎵TMG氣體之總流率為60sccm。再者，反應腔室160之氣壓、加熱裝置124與噴氣部件110之溫度亦在歩驟210中被決定。舉例來說，表4其所繪示為根據本實施例反應腔室160之氣壓值、加熱裝置124與噴氣部件110之溫度值。
表4
圖3是本發明一實施例之反應系統100其溫度分佈示意圖。圖3所示之溫度分佈僅為示例，而並非限定本發明之申請專利範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。舉例來說，加熱裝置124被設定為1050℃。再者，反應腔室160靠近基板固定座130處具有較高的溫度。
請再次參照圖2，在歩驟220中，在至少一有機金屬氣體僅流經輸入口102的情況下，得出至少一第三族氮化物材料之至少一成長率分佈。其中，此至少一成長率分佈為在表3、表4與表5所示之條件下得出。
圖4是本發明一實施例在旋轉於承座軸128但不旋轉於固定座軸126情況下，氮化鎵其成長率對徑向距離(radial distance)之函數示意圖。圖4所示之函數僅為示例，而並非限定本發明之申請專利範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。其中，徑向距離為至承座軸128之距離。再者，成長率由承座部件120之上表面114 處求得。再者，基板固定座130設置於徑向距離0.15m處到0.32m處，而固定座軸126位於徑向距離0.225m處。再者，基板固定座130以30rpm旋轉於承座軸128。
圖5是本發明一實施例在同時旋轉於承座軸128與固定座軸126情況下，氮化鎵其成長率對徑向距離之函數示意圖。圖5所示之函數僅為示例，而並非限定本發明之申請專利範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。其中，徑向距離為至承座軸128之距離。再者，成長率由承座部件120之上表面114處求得。再者，基板固定座130設置於徑向距離0.15m處到0.32m處，而固定座軸126位於徑向距離0.225m處。再者，基板固定座130以30rpm旋轉於承座軸128並以30rpm旋轉於固定座軸126。
根據本實施例，在圖4中，曲線410代表根據表3、表4與表5以及在旋轉於承座軸128但不旋轉於固定座軸126情況下所得出之氮化鎵其成長率對徑向距離之函數示意圖。在圖5中，曲線510代表根據表3、表4與表5以及在同時旋轉於承座軸128與固定座軸126情況下所得出之氮化鎵其成長率對徑向距離之函數示意圖。
請再次參照圖2，在歩驟230中，在至少一有機金屬氣體僅流經輸入口104的情況下，得出至少一第三族氮化物材料之至少一成長率分佈。其中，此成長率分佈為在表3、表4與表6所示之條件下得出。
根據本實施例，在圖4中，曲線420代表根據表3、表4與表6以及在旋轉於承座軸128但不旋轉於固定座軸126情況下所得出之氮化鎵其成長率對徑向距離之函數示意圖。在圖5中，曲線520代表根據表3、表4與表6以及在同時旋轉於承座軸128與固定座軸126情況下所得出之氮化鎵其成長率對徑向距離之函數示意圖。
在歩驟240中，選擇至少一有機金屬氣體於輸入口102與輸入口104間之分佈。亦即，將三甲基鎵TMG氣體之流率以不同之比例分配給輸入口102與輸入口104(例如：a%分配給輸入口102而b%分配給輸入口104)；其中，三甲基鎵TMG氣體之總流率不變(例如：a%+b%=100%)。再者，表7其所繪示為輸入口102與輸入口104內其三甲基鎵TMG氣體之流率。
在歩驟250中，根據之前至少一有機金屬氣體所選定之流率分佈，以疊加法得出至少一第三族氮化物材料之至少一成長率分佈。亦即，氮化鎵之成長率可由在歩驟220所得出之成長率乘上a%再與歩驟230所得出之成長率乘上b%相加得出。
舉例來說，可先在表3、表4與表8所示之條件下算出至少一成長率分佈，接著，在表3、表4與表9所示之條件下算出至少一成長率分佈，最終，將對應於表3、表4與表8之至少一成長率分佈與對應於表3、表4與表9之至少一成長率分佈相加即可得出最終的至少一成長率分佈。
表8
表9
在歩驟260中，根據在歩驟240中對有機金屬氣體於輸入口102與輸入口104間之分佈而在歩驟250形成的第三族氮化物材料之至少一成長率分佈將被評估是否滿足某些至少一預先設置的條件(例如：是否均勻(uniformity))。若前述之至少一預先設置條件不被滿足，則重新執行歩驟240。或者，若前述之至少一預先設置條件可被滿足，則以反應系統100執行化學氣相沈積來形成至少一第三族氮化物材料。
在圖5中，曲線530、532與534分別代表在表3、表4與表7所示之條件所得出之氮化鎵其成長率對徑向距離之函數示意圖。其中，曲線530其a%等於80%而b%等於20%；曲線532其a%等於60%而b%等於40%；曲線534其a%等於75%而b%等於25%。
在曲線532中，由於經由輸入口102所提供之三甲基鎵TMG相對不足，使得曲線532具有凸面形狀，因此曲線532其所代表的成長率分佈被視為不滿足至少一預先設置的條件。再者，在曲線530中，由於經由輸入口104所提供之三甲基鎵TMG相對不足，使得曲線530具有凹面形狀，因此曲線530其所代表的成長率分佈被視為不滿足至少一預先設置的條件。再者，在曲線534中，由於a%被設定為75%而b%被設定為25%，使得曲線532大致上均勻一致，因此曲線532其所代表的成長率分佈被視為滿足至少一預先設置的條件。因此，經由權重相加(weight addition)，在某一給定的徑向距離上，曲線534中其所對應的成長率可由曲線510中其所對應的成長率乘上75%加上曲線520中其所對應的成長率乘上25%而得出。
為了達成成長率之分佈相對較一致(例如：曲線534)，如圖5所示，將曲線510設計為具有凹面形狀而曲線520設計為具有凸面形狀則至為重要。再者，在表3、表4與表5所示之條件與旋轉於承座軸128但不旋轉於固定座軸126情況下，若氮化鎵其成長率峰值處於基板固定座130外(例如：圖4之曲線410)，則可得出具凹面形狀之曲線510。
圖6是經由本發明之疊加法與習用之二維計算(2D computation)所得出之氮化鎵成長率之比較示意圖。圖6所示之成長率曲線僅為示例，而並非限定本發明之申請專利範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。曲線610與曲線620分別代表在表3、表4與表10所示之條件所得出之氮化鎵其成長率對徑向距離之函數曲線。
表10
在本實施例中，由於曲線610是由權重相加所得出，因此曲線610與圖5中的曲線534完全相同。再者，曲線620是未經由曲線510與曲線520而直接以2D計算來重新計算所得出。由圖6可看出曲線610幾乎與曲線620相同，因此本實施例經由調整輸入口102與輸入口104間之流率分佈以取得成長率之權重相加技術是相對可靠的。
如前所述，圖2所示的方法僅為示例，而並非限定本發明之申請專利範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。舉例來說，輸入口102可由多個輸入口所取代，而輸入口104亦可由多個輸入口所取代。再者，在歩驟210前亦可另有一歩驟用於提供反應系統100。再者，歩驟220且/或歩驟230在某些實施例中可被略過。
再者，為使得在歩驟240中所採用的權重相加技術相對可靠，則以下條件必須滿足：
(1)與至少一第三族有機金屬氣體(例如：三甲基鎵TMG)、至少一第五族氣體(例如：氨)與至少一載流氣體(例如：氫和氮)之總流率相比，至少一第三族有機金屬氣體(例如：三甲基鎵TMG)之流率必須相對較低；且/或
(2)　至少一第三族氮化物材料(例如：氮化鎵)須限制在有限的大量運輸條件下成長，亦即在氣體運輸過程中不能產生因粒子結構造成的顯著材料損耗。
綜上所述，本發明提出用以形成半導體材料之系統。系統包括承座部件以及噴氣部件。承座部件旋轉於中央軸而噴氣部件設置於承座部件上方但不直接接觸承座部件。再者，系統另包括至少一基板固定座以及中央部件。基板固定座設置於承座部件上，可旋轉於中央軸以及與其相對應之固定座軸。再者，系統另包括至少一第一輸入口、至少一第二輸入口以及至少一第三輸入口。至少一第一輸入口形成於中央部件內；至少一第三輸入口形成於噴氣部件內，且至少一第三輸入口與中央部件之距離較遠於至少一第二輸入口與中央部件之距離。至少一第一輸入口以至少一第一流率將至少一第一氣體噴出中央部件；至少一第二輸入口以第二流率提供至少一第二氣體；至少一第三輸入口以至少一第三流率將至少一第三氣體由噴氣部件朝承座部件噴出。再者，系統可設定為分別調整至少一第二流率與至少一第三流率。再者，上述系統可至少根據圖1A且/或圖1B所實現。
本發明另提出一種經由調整至少一成長率以形成至少一第三族氮化物材料之方法。方法包括提供用以形成至少一第三族氮化物材料之系統。系統包括中央部件、承座部件以及噴氣部件。噴氣部件設置於承座部件上方但不直接接觸承座部件。系統更包括形成於中央部件內之至少一第一輸入口、至少一第二輸入口以及形成於噴氣部件內之至少一第三輸入口。至少一第三輸入口與中央部件之距離較遠於至少一第二輸入口與中央部件之距離。再者，方法另包括選擇流經至少一第一輸入口，至少一第二輸入口以及至少一第三輸入口至少其中之一的氨氣之至少一氨氣流率；以及選擇第三族有機金屬氣體流經至少一第二輸入口之第一流率與第三族有機金屬氣體流經至少一第三輸入口之第二流率，其中第一流率與第二流率之和等於第三流率。再者，方法另包括當第三族有機金屬氣體僅流經第二輸入口，至少根據與至少一氨氣流率相關之資訊，以第一距離函數得出第三族氮化物材料之第一成長率；當第三族有機金屬氣體僅流經第三輸入口，至少根據與至少一氨氣流率相關之資訊，以第二距離函數得出第三族氮化物材料之第二成長率。再者，方法另包括經由相加第一成長率與第二成長率，以第三距離函數得出第三族氮化物材料之第三成長率，其中，第三成長率相對應於至少一第二輸入口之第一流率與至少一第三輸入口之第二流率。再者，上述方法可至少根據圖2且/或圖5所實現。
本發明更提出一種經由調整至少一成長率以形成至少一第三族氮化物材料之方法。方法包括提供用以形成至少一第三族氮化物材料之系統。系統包括中央部件、承座部件、噴氣部件與設置於承座部件上之至少一基板固定座。噴氣部件設置於承座部件上方但不直接接觸承座部件。再者，系統更包括形成於中央部件內之至少一第一輸入口、至少一第二輸入口以及形成於噴氣部件內之至少一第三輸入口，其中，至少一第三輸入口與中央部件之距離較遠於至少一第二輸入口與中央部件之距離。再者，方法更包括選擇流經至少一第一輸入口、至少一第二輸入口與至少一第三輸入口至少其中之一的氨氣之至少一氨氣流率；當第三族有機金屬氣體僅以第一流率流經至少一第二輸入口時，至少根據與至少一氨氣流率相關之資訊，以第一距離函數得出第三族氮化物材料之第一成長率；當第三族有機金屬氣體僅以第一流率流經至少一第三輸入口時，至少根據與至少一氨氣流率相關之資訊，以第二距離函數得出第三族氮化物材料之第二成長率。再者，方法更包括選擇第三族有機金屬氣體流經至少一第二輸入口之第二流率與第三族有機金屬氣體流經至少一第三輸入口之第三流率，其中第二流率與第三流率之和等於第一流率；根據與第二成長率和第三成長率相關之資訊，經由權重相加第一成長率與第二成長率，以第三距離函數得出第三族氮化物材料之第三成長率。再者，上述方法可至少根據圖2且/或圖5所實現。
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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．反應系統
101~104．．．輸入口
110．．．噴氣部件
112、114．．．表面
120‧‧‧承座部件
122‧‧‧基板
124‧‧‧加熱裝置
126‧‧‧固定座軸
128‧‧‧承座軸
130‧‧‧基板固定座
140‧‧‧輸出口
150‧‧‧中央部件
160‧‧‧反應腔室
A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、L、M、N、O‧‧‧長度值
200‧‧‧流程
210~260‧‧‧歩驟
410、420、510、520、530、532、534、610、620‧‧‧成長率曲線
圖1A、1B是本發明一實施例之一種用以形成至少一第三族氮化物材料之反應系統示意圖。
圖2是本發明一實施例之一種利用反應系統以調整至少一第三族氮化物材料之至少一成長率分佈之方法流程圖。
圖3是本發明一實施例之反應系統其溫度分佈示意圖。
圖4是本發明一實施例在旋轉於承座軸但不旋轉於固定座軸情況下，氮化鎵其成長率對徑向距離之函數示意圖。
圖5是本發明一實施例在同時旋轉於承座軸與固定座軸情況下，氮化鎵其成長率對徑向距離之函數示意圖。
圖6是經由本發明之疊加法與習用之二維計算所得出之氮化鎵成長率之比較示意圖。
100‧‧‧反應系統
101~104‧‧‧輸入口
110‧‧‧噴氣部件
112、114‧‧‧表面
120‧‧‧承座部件
124‧‧‧加熱裝置
126‧‧‧固定座軸
128‧‧‧承座軸
130‧‧‧基板固定座
140‧‧‧輸出口
150‧‧‧中央部件
160‧‧‧反應腔室
A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、L、M、N、O‧‧‧長度值

Claims (32)

  1. 一種用以形成至少一材料之系統，包括：一承座部件，旋轉於一中央軸；一噴氣部件，設置於該承座部件上方但不直接接觸該承座部件；至少一基板固定座，設置於該承座部件上，可旋轉於該中央軸與其相對應之一固定座軸；一中央部件；至少一第一輸入口，形成於該中央部件內；至少一第二輸入口；以及至少一第三輸入口，形成於該噴氣部件內，且該至少一第三輸入口與該中央部件之距離較遠於該至少一第二輸入口與該中央部件之距離；其中，該至少一第一輸入口以至少一第一流率將至少一第一氣體噴出該中央部件；該至少一第二輸入口以至少一第二流率提供至少一第二氣體；該至少一第三輸入口以至少一第三流率將至少一第三氣體由該噴氣部件朝該承座部件噴出；其中，該系統可設定為分別調整該至少一第二流率與該至少一第三流率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的系統更包括一反應腔室，該反應腔室至少由該中央部件，該承座部件與該噴氣部件所形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的系統更包括至少一輸出口。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的系統更包括至少一第四輸入口，形成於該噴氣部件中，該至少一第四輸入口與該中央部件之距離較遠於該至少一第二輸入口與該中央部件之距離，但較近於該至少一第三輸入口與該中央部件之距離。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的系統，其中該至少一第四輸入口以至少一第四流率將至少一第四氣體由該噴氣部件朝該承座部件流噴出。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的系統，其中該至少一第二氣體至少包括一第一反應氣體，且該第一反應氣不包括在該至少一第四氣體內；該至少一第三氣體至少包括一第二反應氣體，且該第二反應氣不包括在該至少一第四氣體內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的系統，其中該第一反應氣體與該第二反應氣體相同。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該至少一第一氣體包括氨氣；該至少一第二氣體包括一有機金屬氣體；該至少一第三氣體包括該有機金屬氣體。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的系統，其中該有機金屬氣體為由包含有三甲基鎵，三甲基鋁與三甲基銦之一群組中選出。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的系統更包括至少一加熱裝置，設置於該至少一基板固定座下方，且較該至少一基板固定座更延伸靠近於該中央部件。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統執行一化學氣相沈積以形成該至少一材料。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的系統，其中該至少一材料包括一第三族氮化物材料。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的系統，其中該第三族氮化物材料由包含有氮化鋁，氮化鎵與氮化銦之一群組中選出。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該至少一第二輸入口係形成於該噴氣部件內且以該至少一第二流率將該至少一第二氣體由該噴氣部件朝該承座部件噴出。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中該至少一第二輸入口係形成於該中央部件內且以該至少一第二流率將該至少一第二氣體由該中央部件噴出。
  16. 一種經由調整至少一成長率以形成至少一第三族氮化物材料之方法，包括：提供一用以形成該至少一第三族氮化物材料之系統，該系統包括一中央部件，一承座部件與一噴氣部件，該噴氣部件設置於該承座部件上方但不直接接觸該承座部件，該系統更包括形成於該中央部件內之至少一第一輸入口，至少一第二輸入口以及形成於該噴氣部件內之至少一第三輸入口，且該至少一第三輸入口與該中央部件之距離較遠於該至少一第二輸入口與該中央部件之距離；選擇該至少一第一輸入口，該至少一第二輸入口以及該至少一第三輸入口至少其中之一的一氨氣之至少一氨氣流率；選擇一第三族有機金屬氣體流經該至少一第二輸入口之一第一流率以及該第三族有機金屬氣體流經該至少一第三輸入口之一第二流率，其中該第一流率與該第二流率之和等於一第三流率；當該第三族有機金屬氣體僅流經該至少一第二輸入口時，至少根據與該至少一氨氣流率相關之資訊，以一第一距離函數得出該第三族氮化物材料之一第一成長率；當該第三族有機金屬氣體僅流經該至少一第三輸入口時，至少根據與該至少一氨氣流率相關之資訊，以一第二距離函數得出該第三族氮化物材料之一第二成長率；以及經由相加該第一成長率與該第二成長率，以一第三距離函數得出該第三族氮化物材料之一第三成長率，其中，該第三成長率相對應於該至少一第二輸入口之該第一流率與該至少一第三輸入口之該第二流率。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中以一第一距離函數得出該第三族氮化物材料之一第一成長率之步驟包括：當該第三族有機金屬氣體僅以該第三流率流經該至少一第二輸入口時，至少根據與該至少一氨氣流率相關之資訊，以一第四距離函數得出該第三族氮化物材料之一第四成長率；以及將該第四成長率乘上一第一比例，其中該第一比例等於該第一流率除以該第三流率。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中以一第二距離函數得出該第三族氮化物材料之一第二成長率之步驟包括：當該第三族有機金屬氣體僅以該第三流率流經該至少一第三輸入口時，至少根據與該至少一氨氣流率相關之資訊，以一第五距離函數得出該第三族氮化物材料之一第五成長率；以及將該第五成長率乘上一第二比例，其中該第二比例等於該第二流率除以該第三流率。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的方法，更包括：處理該第三距離函數所代表之該第三族氮化物材料之該第三成長率相關之資訊；以及決定該第三成長率是否滿足至少一預定條件。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中該至少一預定條件與該第三成長率是否均勻有關。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的方法，其中當該第三成長率不滿足該至少一預定條件時，更包括：選擇該第三族有機金屬氣體流經該至少一第二輸入口之一第四流率以及該第三族有機金屬氣體流經該至少一第三輸入口之一第五流率，其中該第四流率與該第五流率之和等於該第三流率；以及以一第四距離函數得出該第三族氮化物材料之一第四成長率。
  22. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中當該第三成長率滿足該至少一預定條件時，更包括：至少根據該第一流率與該第二流率相關之資訊，執行該第三族氮化物材料之化學氣相沈積。
  23. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該第三族氮化物材料由包含有氮化鋁，氮化鎵與氮化銦之一群組中選出。
  24. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該第三族有機金屬氣體由包含有三甲基鎵，三甲基鋁與三甲基銦之一群組中選出。
  25. 一種經由調整至少一成長率以形成至少一第三族氮化物材料之方法，包括：提供一用以形成該至少一第三族氮化物材料之一系統，該系統包括一中央部件，一承座部件，一噴氣部件與設置於該承座部件上之至少一基板固定座，該噴氣部件設置於該承座部件上方但不直接接觸該承座部件，該系統更包括形成於該中央部件內之至少一第一輸入口，至少一第二輸入口與形成於該噴氣部件內之至少一第三輸入口，且該至少一第三輸入口與該中央部件之距離較遠於該至少一第二輸入口與該中央部件之距離；選擇該至少一第一輸入口，該至少一第二輸入口與該至少一第三輸入口至少其中之一的一氨氣之至少一氨氣流率；當一第三族有機金屬氣體僅以一第一流率流經該至少一第二輸入口時，至少根據該至少一氨氣流率相關之資訊，以一第一距離函數得出該第三族氮化物材料之一第一成長率；當該第三族有機金屬氣體僅以該第一流率流經該至少一第三輸入口時，至少根據該至少一氨氣流率相關之資訊，以一第二距離函數得出該第三族氮化物材料之一第二成長率；選擇該第三族有機金屬氣體流經該至少一第二輸入口之一第二流率以及該第三族有機金屬氣體流經該至少一第三輸入口一第三流率，其中該第二流率與該第三流率之和等於該第一流率；以及根據與該第二成長率和該第三成長率相關之資訊，經由權重相加該第一成長率與該第二成長率，以一第三距離函數得出該第三族氮化物材料之一第三成長率。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中以一第三距離函數得出該第三族氮化物材料之一第三成長率之步驟包括：將該第一成長率乘上一第一比例後，與該第二成長率乘上一第二比例相加以得出該第三成長率；其中，該第一比例等於該第二流率除以該第一流率，該第二比例等於該第三流率除以該第一流率。
  27. 如申請專利範圍第25項所述的方法，更包括：處理該第三距離函數所代表之該第三族氮化物材料之該第三成長率相關之資訊；以及決定該第三成長率是否滿足至少一預定條件。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的方法，其中該至少一預定條件與該第三成長率於該至少一基板固定座上是否均勻有關。
  29. 如申請專利範圍第27項所述的方法，其中當該第三成長率不滿足該至少一預定條件時，更包括：選擇該第三族有機金屬氣體流經該至少一第二輸入口之一第四流率以及該第三族有機金屬氣體流經該至少一第三輸入口之一第五流率，其中該第四流率與該第五流率之和等於該第一流率；以及根據與該第四流率與該第五流率相關之資訊，經由權重相加該第一成長率與該第二成長率，以一第四距離函數得出該第三族氮化物材料之一第四成長率。
  30. 如申請專利範圍第27項所述的方法，其中當該第三成長率滿足該至少一預定條件時，更包括：至少根據該第二流率與該第三流率相關之資訊，執行該第三族氮化物材料之化學氣相沈積。
  31. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該第三族氮化物材料由包含有氮化鋁，氮化鎵與氮化銦之一群組中選出。
  32. 如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該第三族有機金屬氣體由包含有三甲基鎵，三甲基鋁與三甲基銦之一群組中選出。
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