TWI612176B - 應用於沉積系統的氣體分配裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種反應室中之氣體分配裝置或噴射器，包含複數大致平行擴散板以及至少一具有斜面與大致平坦頂面或斜面之凸塊，以水平引入至少二不同反應氣體分別進入反應室，以藉由避免反向擴散防止因反應氣體於低溫混合所形成之加合物的凝結。同時由於凸塊之斜面使反應氣體不會出現任何渦流或亂流

Description

應用於沉積系統的氣體分配裝置
本發明係有關於一種應用於沉積系統的氣體分配裝置，特別是有關於一種應用於沉積系統同時可避免反應氣體反向擴散與凝結的氣體分配裝置。
半導體製程中的薄膜沉積製程，例如化學氣相沉積 (CVD) 製程，係於具有水平式或旋轉式以及迴轉式反應器之反應室內進行。 多個半導體晶圓置於具有加熱功能的載台(susceptor)，而沉積製程所需的反應氣體則被引入反應室內並到達載台上之晶圓的上方。水平式或旋轉式以及迴轉式反應器通常具有將反應氣體導向可對半導體晶圓進行製程的反應室內之載台的氣體分佈噴射器。當含有沉積材料的反應氣體經由噴射器擴散進入反應室，若三族以及五族的材料來源彼此接觸，化學反應包含不需要的凝結會發生在例如氣體供應管線或噴射器表面的較低溫內壁。理想情況下，反應氣體會被導向載台，使得反應氣體儘可能接近晶圓進行反應。不過由於反應室內不理想的溫度分佈以及不受控制的氣流擴散，反應室內各種內壁上不需要的凝結仍會發生。
第一圖顯示傳統水平式或旋轉式以及迴轉式化學氣相沉積系統中反應氣體嚴重凝結之截面第圖。前驅氣體包含作為三族材料之三甲基鎵 (TMGa 或 Ga (CH 3) 3)與作為 五族材料的氨 (NH 3)以及作為載送氣體的氫氣 (H 2) 與氮氣 (N 2)透過個別管線輸送進入反應器內以進行化學反應。然而，在反應器中的氨可能擴散進入輸送三甲基鎵的管線。氨與三甲基鎵可能在管線中混合形成具有低蒸汽壓的物質，並導致嚴重的凝結現象。
在由A. Thon與T. F. Kuech在Applied Physics Letters 69(1)於1996 7 月 1 日發表的論文中，氨與三甲基鎵的混合物會形成具有低蒸汽壓之加合物 (CH 3) 3 Ga:NH 3。此反應製程可由反應式表示 (CH 3) 3Ga+ NH 3
Figure TWI612176BD00001
(CH 3) 3Ga:NH 3此加合物具有適度的熔點 31 ℃以及在室溫下約 1 托(Torr)的低蒸氣壓。研究顯示在 ~ 90 ℃此加合物反應形成六元環，環 六甲基鎵(trimmido hexamethyltrigallium) [(CH 3) 2Ga:NH 2] 3，其中每一鎵原子釋放一甲烷分子。此反應製程可由反應式表示 3[(CH 3) 3Ga:NH 3]
Figure TWI612176BD00002
[(CH 3) 2Ga:NH 2] 3+3CH 4因此如果氨與三甲基鎵在管線內混合，將形成加合物造成內壁上嚴重的凝結。
已公開日本專利申請號 2008177380申請案中，揭露在氣相生長系統內沿氣體引入管線設置的加熱裝置，以避免吸附性物質吸附至管壁，即便氣體引入管線使用的是多重管線。不過，加熱裝置意謂必然會導致高成本且加熱裝置不能延伸至噴射器。
在 PCT 專利申請號WO2005080631A1申請案中，揭露使用多孔允許氣體通過的材料或孔與網格狀材料之環狀壓力屏障以防止不需要的加合物的形成。然而，使用孔與網格狀材料防止加合物的形成會造成反應氣體通過孔與網格狀材料之前產生渦流。反應氣體流動中的渦流會降低反應氣體的轉換速度與薄膜介面的品質。
因此，需要一種可提供均勻的薄膜沉積之改良的沉積設備與製程，同時可避免反應氣體的反向擴散以及凝結。
本發明的一實施例提出一種沉積系統，包含 一具有一頂板且封閉一製程空間之反應室、一位於該反應室內之載台及一設置於該頂板與該載台之間的噴射器。載台具有複數個大致平坦的底面以承載複數個基板。噴射器包含至少二大致平行之擴散板及至少一具有複數斜面與大致平坦之頂面或底面之凸塊，凸塊設置於頂板、擴散板或載台，其中至少二不同反應氣體被引入並流經頂面或底面、斜面、頂板、擴散板與載台。
本發明的另一實施例提出一種沉積系統，包含 一具有一頂板且封閉一製程空間之反應室、一位於反應室內之載台及一設置於該頂板與該載台之間的噴射器。載台具有複數個大致平坦的底面以承載複數個基板。噴射器包含大致平行之第一擴散板與第二擴散板及包含一第一凸塊與一第二凸塊之至少二凸塊，第一凸塊具有第一斜面與大致平坦之第一頂面或底面，第二凸塊具有第二斜面與大致平坦之第二頂面或底面，其中第一凸塊與第二凸塊位於第一凸塊與第二凸塊之間。至少二不同反應氣體被引入並流經第一與第二頂面或底面、第一與第二斜面、頂板、第一與第二擴散板與載台。
本發明的又一實施例提出一種沉積系統，包含一具有一頂板且封閉一製程空間之反應室、一位於反應室內之載台及一設置於頂板與載台之間的噴射器。載台具有複數個大致平坦的底面以承載複數個基板。噴射器包含大致平行之第一擴散板與第二擴散板以及第一凸塊與第二凸塊。第一凸塊位於第一擴散板或第二擴散板以及第一擴散板與第二擴散板之間，第一凸塊具有第一斜面與大致平坦之第一頂面或底面。第二凸塊具有第二斜面與大致平坦之第二頂面或底面，第二凸塊位於頂板或載台。至少二不同反應氣體被引入並流經第一與第二頂面或底面、第一與第二斜面、頂板、第一與第二擴散板與載台。
以下將完成針對本發明的特定實施例參考內容。本發明的一些實施例將詳細描述如下。這些實施例的範例係伴隨著圖式以進行說明。然而，除了如下描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行，且本發明的範圍並不受實施例之限定。相反地，本發明的範圍實包含符合本發明實施例的替換、修改及等效實施例並以之後的本發明的申請專利範圍為準。在以下的說明敘述中，提出的許多特定細節以使本發明能更被透徹了解。但本發明仍可在沒有部分或全部特定細節的情況下實施。此外習知的製程步驟及元件在此並不詳細描述以避免不必要混淆本發明焦點。
本發明的實施例涉及化學氣相沉積製程系統之氣體分佈裝置，特別是金屬有機化學氣相沉積 (MOCVD) 製程系統中的氣體分佈裝置。化學氣相沉積製程系統進一步包含一氣體傳送裝置、一反應器與一氣體分佈裝置，反應器包含一封閉一製程空間之反應室。化學氣相沉積製程系統係用於執行一個薄膜沉積製程，特別是金屬有機化學氣相沉積製程。氣體傳送裝置自各種氣體源引入反應氣體與載送氣體至反應室。氣體分佈裝置設置於反應室內，而基板載台設置於反應室內以及製程空間下方。基板載台用於承載基板以進行製程。典型載入沉積製程系統以進行製程的基板包含，但並不限於，藍寶石或其他形式的氧化鋁 (Al 2O 3)、 矽、 碳化矽 (SiC)、 鋰鋁氧化物 (LiAlO 2)、 鋰鎵氧化物 (LiGaO 2)、 氧化鋅 (ZnO)、 氮化鎵 (GaN)、 氮化鋁 (AIN)、 石英、 玻璃、 砷化鎵 (GaAs)、尖晶石 (MgAl 2O 4)、以上材質之衍生物，或組合等。值得注意的是，本發明的氣體分佈裝置可應用於任何適合的沉積製程系統。因此，沉積製程系統中氣體分佈裝置以外的裝置與元件在此處將不特別描述。 沉積製程系統可進一步包含對於本技術領域中任一具有普通技藝者為習知的其他裝置或元件。
第二圖顯示根據本發明一實施例之反應器的截面示意圖。反應器包含一反應室本體與一氣體分佈裝置或一引入反應氣體與載送氣體的噴射器 18。 氣體分佈裝置或噴射器18被設置於反應室本體之一頂板12上。頂板 12 可包含或由石英製成，或者，由金屬，例如鋼、不銹鋼、鋁或其合金製成。頂板 12 的石英一般為透明，但亦可為不透明。由於 反應室中頂板 12以外的其他部分並非本發明的關鍵特徵，因此將被省略而此處將不會詳細引入。反應室本體之任何設計均可應用於本發明。載台14 設置於反應室本體內面對 噴射器18與頂板 12。載台 14 具有複數個大致平坦的底面以承載基板 16 或晶圓。載台 14可包含或由碳化矽製成。載台 14 可包含一含有石墨的核心與一碳化矽塗層。載台 14 可沿順時針或逆時針方向旋轉。
為了根據各種薄膜沉積製程的溫度需求加熱載台 14，具有加熱元件之加熱器 11被設置於載台14下方。加熱器11的加熱元件可單獨控制，使精確的溫度調節在整個製程溫度範圍內成為可能。加熱器 11 耦合至至少一電源與一加熱控制器，由於加熱器 11的結構與設計不是本發明的主要特徵，此處將不會詳細描述加熱控制器。
根據本發明的一實施例，噴射器 18包含擴散板181與182 以及一位於擴散板 182上之凸塊183。於此實施例中，噴射器 18 係設置用於水平引入三層氣體。 於一實施例中，一金屬有機化學氣相沉積 (MOCVD) 製程於一沉積製程系統中執行，而包含金屬有機 (MO)成分例如三甲基鎵 (TMGa 或 Ga (CH 3) 3) 與氨 (NH 3) 或金屬有機氣體以及氫氣 (H 2) 與氮氣 (N 2) 等氣體被引入並通過噴射器 18的擴散板 181與182 以及凸塊 183進入反應室本體。於此實施例中，金屬有機氣體被引入並通過擴散板 181 與凸塊183之間以及擴散板 181與 182 之間的空間水平流入反應室本體內。氨氣可被引入並分別通過頂板12與擴散板 181以及擴散板 182 與載台 14之間的空間水平流入反應室本體內。 然而，此配置在其他實施例中並非限制。氫氣與氮氣可與金屬有機氣體及氨氣一同引入，視反應器內基底上生長的薄膜種類而定。
在第二圖所示的實施例中，凸塊 183 被設置位於擴散板 182上。凸塊 183 可以是一個以任何適當的手段固定於擴散板 182上的單獨元件或擴散板 182的一 部分。在此實施例中，凸塊 183的結構包含一大致平坦的頂面 1831與一斜面 1832。然而，此配置在其他實施例中並非限制。凸塊 183 係設置用於防止來自其他空間的其他氣體擴散流動以及避免氣體流動的渦流或亂流。凸塊 183 設置為減少擴散板 181與182 之間的空間或距離。擴散板 181 與凸塊 183之頂面 1831之間的窄間隙係設置用於提高反應氣體(此實施例中為金屬有機氣體)的流速至足以避免其他氣體(此實施例中為氨氣)的反向擴散。斜面1832係設置用於避免氣體(此實施例中為金屬有機氣體)流動的渦流或亂流。擴散板與凸塊的數量與結構可視需求選擇。
第二A圖顯示根據本發明一個實施例第二圖中所示噴射器之設計參數的截面示意圖。噴射器18的關鍵設計參數包含擴散板 181與頂面 1831之間的間隙G的距離或寬度，頂面 1831的長度 L ，斜面1832與擴散板 182之間的夾角 θ、 凸塊183或斜面 1832邊緣與擴散板 182邊緣之間的距離 X 以及擴散板182邊緣與載台 14之間的距離 D。寬度G與長度 L 係設置用於提高反應氣體(此實施例中為金屬有機氣體)的流速至足以避免其他氣體(此實施例中為氨氣)的反向擴散。角 θ係設置用於防止反應氣體(此實施例中為金屬有機氣體)流動的渦流或亂流。距離 X 係設置用於防止加合物(此實施例中為CH 3) 3Ga:NH 3)的凝結。適當的高溫可以防止加合物(此實施例中為CH 3) 3Ga:NH 3)的凝結。寬度G的與長度 L 取決於此實施例中金屬有機氣體的流速F與氨氣的擴散係數 D NH3。如果流速F較高或擴散係數 D NH3較小，長度 L 可以縮短或寬度 G 可增大一些。流速F較低或擴散係數 D NH3較大，長度 L 應更長或寬度 G 應較小。角度θ 取決於雷諾數 (Re)，雷諾數為一個無量綱量，用於在不同的流體流動的情況下預測相似的流動模式。若金屬有機氣體的雷諾數較低，角 θ 應更大。而若金屬有機氣體的雷諾數越大，角 θ 應較小。距離X 取決於擴散板182邊緣與載台 14之間的距離 D 以及鄰近載台 14之區域的溫度 T。若溫度T較高或距離 D 較小，距離 X 應該更大。而若溫度T較低或距離 D越大，距離 X 可以小一些。噴射器 18藉由自加熱的載台 14傳送來的熱而維持在高溫。凸塊 183下游一側的溫度應夠高，以防止例如金屬有機氣體、 氨氣等反應氣體化學反應產物的凝結。所需的溫度取決於反應產物的蒸氣壓以及其供應速率。較高的溫度將提高反應氣體的蒸汽壓，而在較高的溫度凝結將變得更加困難。由於接近加熱器11使朝向凸塊183下游端的溫度高。因此，可以透過將凸塊 183 設置於適當的位置以防止加合物的凝結。在一個實施例中，寬度 G 可小於 3 毫米，而長度 L 可大於 1 毫米。角 θ 為不會造成任何渦流與亂流的角度。角 θ 可小於 30 度。
第三A圖顯示根據本發明一實施例之反應器中之噴射器的截面示意圖。一 噴射器 20 包含擴散板 201 與 202 以及位於擴散板 201上之凸塊 203。噴射器 20 也係設置用於水平引入三層氣體。凸塊 203可以是一個以任何適當的手段固定於擴散板201上的單獨元件或擴散板 201的一 部分。在此實施例中，凸塊 203的結構包含一大致平坦的底面 2031與一斜面 2032。凸塊203係設置用於防止來自鄰近空間的氣體擴散流動以及避免氣體流動的渦流或亂流。擴散板 202 與凸塊 203之底面 2031之間的窄間隙係設置用於提高反應氣體的流速至足以避免分別來自頂板12與擴散板 201以及擴散板202與載台 14之間其他氣體的反向擴散。斜面2032係設置用於避免氣體流動的渦流或亂流。第二A圖所示之設計參數的考量選擇亦可以類似的方式適用在此實施例。
第三B圖顯示根據本發明另一實施例之反應器中之噴射器的截面示意圖。一 噴射器30包含一具有一凸塊 303之擴散板 301以及一具有一凸塊 304之 擴散板302。噴射器 30 也係設置用於水平引入三層氣體。凸塊 303與304可以是一個以任何適當的手段固定於擴散板301與302上的單獨元件或擴散板301與302的一 部分。凸塊 303的結構包含一大致平坦的底面 3031與一斜面 3032。凸塊 304的結構包含一大致平坦的頂面 3041與一斜面 3042。與第二圖及第三A圖中所示的實施例相似，底面 3031 與頂面 3041之間的間隙係設置用於提高反應氣體的流速至足以避免分別來自頂板12與擴散板 301以及擴散板302與載台 14之間其他氣體的反向擴散。斜面3032與3042係設置用於避免氣體流動的渦流或亂流。雖然此實施例中凸塊 303與304看似相同且以對稱的方式設置，但此設置方式並非限制。雖然本實施例中間隙的位置不同且具有雙斜面3032與3042，第二A圖所示之設計參數的考量選擇亦可以類似的方式適用在此實施例。
第三C圖顯示根據本發明另一實施例之反應器中之噴射器的截面示意圖。一 噴射器40包含一擴散板 401、一位於頂板12上的凸塊 403、一具有一凸塊 404之 擴散板402以及一位於載台 14上的凸塊 405。凸塊 403、404與405可以是以任何適當的手段固定於頂板12、擴散板302與載台 14上的單獨元件或頂板12、擴散板302與載台 14的一 部分。凸塊 403包含一大致平坦的底面 4031與一斜面 4032，凸塊404與405包含一大致平坦的頂面 4041與4051以及斜面4042與4052。第二A圖所示之設計參數的考量選擇亦可以類似的方式適用在此實施例。然而，若反應氣體包含金屬有機氣體與氨氣，凸塊 403與擴散板 401之間以及擴散板402與凸塊405之間的間隙係設置用於提高氨氣的流速至足以避免金屬有機氣體反向擴散，若金屬有機氣體的流速已藉由擴散板 401與凸塊404之間的間隙而增加。斜面4032、4042與4052係設置用於避免氣體流動的渦流或亂流。凸塊 403與擴散板 401之間的寬度、擴散板 401與凸塊 404之間的寬度以及擴散板402與凸塊405之間的間隙的寬度與底面 4031、頂面 4041與4051的長度可依據反應氣體之流速與擴散係數作出選擇。斜面4032、 4042與4052 的角度可根據雷諾數作出選擇。
第三D圖顯示根據本發明另一實施例之反應器中之噴射器的截面示意圖。一 噴射器50包含一具有凸塊503與504之擴散板 501、一具有一凸塊 505之擴散板502以及一位於載台 14上的凸塊 506。凸塊 503與504分別包含大致平坦的頂面5031與底面5041以及斜面 5032與5042。凸塊 505與506分別包含大致平坦的頂面5051與5061以及斜面 5052與5062。第三C圖中的噴射器40相比，具有凸塊 505之擴散板502以及位於載台 14上的凸塊506與具有凸塊404之擴散板402以及位於載台 14上的凸塊405相似，但擴散板501具有分別位於二側之凸塊 503與504 。此外，斜面5032 與 5062 的角度也大於斜面5042 與5052 的角度。第二A圖所示之設計參數的考量選擇亦可以類似的方式適用在此實施例。但間隙之寬度、頂面與底面的長度以及斜面的角度應依據反應氣體之流速與擴散係數作出選擇。舉例來說，頂面5031與5061的長度、頂板 12 與凸塊 503之間的寬度以及擴散板 502 與凸塊506之間的寬度可根據反應氣體流速與擴散係數決定。值得注意的是，頂面5031 與 5061的長度可為不同。頂板 12 與凸塊 503之間的寬度以及擴散板 502 與凸塊506之間的寬度亦可為不同。這是因為擴散板502與凸塊506比凸塊503與擴散板 501 為更接近加熱的載台14 ，而載台附近較高的溫度可以防止反應氣體之加合物的凝結。
本發明反應室中氣體分佈裝置或噴射器包含多個大致平行設置的擴散板以及至少一具有斜面與大致平坦之頂部/底部的凸塊以水平且分別引入至少兩種不同的反應氣體進入反應室中，以藉由避免反應氣體的反向擴散與渦流或亂流防止因反應氣體在低溫下混合所形成之加合物的凝結。凸塊可設置於頂板、 載台或擴散板的任一側。噴射器的關鍵設計參數包含擴散板與凸塊頂面/底面之間的間隙G的距離或寬度、凸塊頂面/底面的長度L、斜面與擴散板之間的夾角 θ、凸塊邊緣與擴散板邊緣之間的距離X、擴散板邊緣與載台之間的距離 D。寬度G與長度 L係設置用於提高一或更多反應氣體的流速至足以避免其他氣體的反向擴散。角 θ係設置用於防止反應氣體流動的渦流或亂流。距離 X 係設置用於防止加合物的凝結。這些設計參數可以根據載台的溫度、流速、雷諾數 (Re) 與反應氣體擴散係數進行選擇。因此本發明的氣體分佈裝置或噴射器可以提供均勻薄膜沉積，而可避免反應氣體的反相擴散以及防止反應氣體的凝結。
雖然已描述本發明之特定實施例，熟悉此技藝之人士均可明瞭仍有其他實施例與上述特定實施例等效。因此，必須理解的是本發明不受限於上述特定實施例，本發明之範圍係由以下之申請專利範圍界定。
11‧‧‧加熱器
12‧‧‧頂板
14‧‧‧載台
16‧‧‧基板
18‧‧‧噴射器
181‧‧‧擴散板
182‧‧‧擴散板
183‧‧‧凸塊
1831‧‧‧頂面
1832‧‧‧斜面
20‧‧‧噴射器
201‧‧‧擴散板
202‧‧‧擴散板
203‧‧‧凸塊
2031‧‧‧底面
2032‧‧‧斜面
30‧‧‧噴射器
301‧‧‧擴散板
302‧‧‧擴散板
303‧‧‧凸塊
304‧‧‧凸塊
3031‧‧‧底面
3032‧‧‧斜面
3041‧‧‧頂面
3042‧‧‧斜面
40‧‧‧噴射器
401‧‧‧擴散板
402‧‧‧擴散板
403‧‧‧凸塊
404‧‧‧凸塊
405‧‧‧凸塊
4031‧‧‧底面
4032‧‧‧斜面
4041‧‧‧頂面
4042‧‧‧斜面
4051‧‧‧頂面
4052‧‧‧斜面
50‧‧‧噴射器
501‧‧‧擴散板
502‧‧‧擴散板
503‧‧‧凸塊
504‧‧‧凸塊
505‧‧‧凸塊
506‧‧‧凸塊
5031‧‧‧頂面
5032‧‧‧斜面
5041‧‧‧底面
5042‧‧‧斜面
5051‧‧‧頂面
5052‧‧‧斜面
5061‧‧‧頂面
5062‧‧‧斜面
本發明上述的特徵可藉由更詳細的描述、前述的簡單說明以及參照實施例說明而得到更深入的了解，實施例均伴隨所附圖式。值得注意的是，儘管所附圖式僅顯示本發明典型的實施例，但並不限制本發明的範圍，而本發明包含其他等效實施例。 第一圖顯示傳統水平式或旋轉式以及迴轉式化學氣相沉積系統中反應氣體嚴重凝結之截面圖。 第二圖顯示根據本發明一實施例之反應器的截面示意圖。 第二A圖顯示根據本發明一個實施例第二圖中所示噴射器之設計參數的截面示意圖。 第三A圖顯示根據本發明一實施例之反應器中之噴射器的截面示意圖。 第三B圖顯示根據本發明另一實施例之反應器中之噴射器的截面示意圖。 第三C圖顯示根據本發明另一實施例之反應器中之噴射器的截面示意圖。 第三D圖顯示根據本發明另一實施例之反應器中之噴射器的截面示意圖。 為了有助於了解，使用了參考符號標示圖示中的元件。一實施例的特徵及元件可應用於其他實施例中而無須進一步的描述。
11‧‧‧加熱器
12‧‧‧頂板
14‧‧‧載台
16‧‧‧基板
18‧‧‧噴射器
181‧‧‧擴散板
182‧‧‧擴散板
183‧‧‧凸塊
1831‧‧‧頂面
1832‧‧‧斜面

Claims (26)

  1. 一種沉積系統，包含：一具有一頂板且封閉一製程空間之反應室；一位於該反應室內之載台，該載台具有複數個大致平坦的底面以承載複數個基板；及一設置於該頂板與該載台之間的噴射器，包含至少二大致平行之擴散板；及至少一凸塊具有至少一坡面與大致平坦之頂面或底面，該凸塊設置於該頂板、該擴散板或該載台，其中至少二不同反應氣體被引入並流經該頂面或底面、該坡面、該頂板、該擴散板與該載台；其中該些反應氣體的流動方向通過該凸塊的頂面或底面，以及該凸塊的至少一坡面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，其中該沉積系統包含一金屬有機化學氣相沉積製程系統，該基板包含氧化鋁、矽、碳化矽、鋰鋁氧化物、鋰鎵氧化物、氧化鋅、氮化鎵、氮化鋁、石英、玻璃、砷化鎵、尖晶石基板其中之一。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，更包含一設置於該載台下方具有加熱元件之加熱器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之沉積系統，其中該擴散板包含一第一擴散板與一第二擴散板，該凸塊位於該第一擴散板或該第二擴散板以及該第一擴散板或該第二擴散板之間的一空間，該反應氣體包含一具有金屬有機成分之第一氣體與第二氣體，該第一氣體被引入並流經該空間以及該凸塊之該坡面與該 頂面或底面，該第二氣體被引入並流經該頂板與該第一擴散板之間的一空間以及該第二擴散板與該載台之間的一空間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之沉積系統，其中該金屬有機成分包含三甲基鎵而該第二氣體包含氨氣。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之沉積系統，其中該凸塊之該頂面或底面與該第一擴散板或該第二擴散板之間的一寬度係取決於該第一氣體之一流速與一擴散係數。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之沉積系統，其中該凸塊之該頂面或底面的一長度係取決於該第一氣體之一流速與一擴散係數。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之沉積系統，其中該坡面與該第一擴散板或該第二擴散板之間的一角度係取決於該第一氣體之一雷諾數(Re)。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之沉積系統，其中該凸塊與具有該凸塊之該第一擴散板或該第二擴散板之一邊緣之間的一距離係取決於該邊緣與該載台之間之一距離以及該載台之一溫度。
  10. 一種沉積系統，包含：一具有一頂板且封閉一製程空間之反應室；一位於該反應室內之載台，該載台具有複數個大致平坦的底面以承載複數個基板；及一設置於該頂板與該載台之間的噴射器，包含大致平行之一第一擴散板與一第二擴散板；及包含一第一凸塊與一第二凸塊之至少二凸塊，該第一凸塊具有第一坡面與一大致平坦之第一頂面或底面，該第二凸塊具有第二坡面與一大致平坦之 第二頂面或底面，其中該第一凸塊與該第二凸塊位於該第一擴散板與該第二擴散板之間；其中至少二不同反應氣體被引入並流經該第一與該第二頂面或底面、該第一與該第二坡面、該頂板、該第一與該第二擴散板與該載台；其中該些反應氣體的流動方向通過該第一凸塊或第二凸塊的頂面或底面，以及該第一凸塊或第二凸塊的至少一坡面。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之沉積系統，更包含一第三凸塊於該第一擴散板上以及該頂板與該第一擴散板之間，其中該第三凸塊包含第三坡面與一大致平坦第三頂面或底面。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之沉積系統，更包含一第四凸塊於該第二擴散板上以及該載台與該第二擴散板之間，其中該第四凸塊包含第四坡面與一大致平坦第四頂面或底面。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之沉積系統，其中該反應氣體包含一具有金屬有機成分之第一氣體與第二氣體，該第一氣體被引入並流經該第一擴散板與該第二擴散板以及該第一凸塊與該第二凸塊之間的一空間，該第二氣體其中之一被引入並流經該頂板、該第一擴散板與該第三凸塊之間的一空間，以及其他該第二氣體被引入並流經該第二擴散板、該第四凸塊與該載台之間的一空間。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之沉積系統，其中該金屬有機成分包含三甲基鎵而該第二氣體包含氨氣。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之沉積系統，其中該第一頂面或底面與該第二頂面或底面之間的一寬度係取決於該第一氣體之一流速與一擴散係數。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之沉積系統，其中該第一頂面或底面以及該第二頂面或底面之一長度係取決於該第一氣體之一流速與一擴散係數。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之沉積系統，其中該第一坡面與該第一擴散板以及該第二坡面與該第二擴散板之間的角度係取決於該第一氣體之一雷諾數(Re)。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之沉積系統，其中該第一凸塊與該第一擴散板之一邊緣之間的一距離係取決於該邊緣與該載台之間之一距離以及該載台之一溫度，該第二凸塊與該第二擴散板之一邊緣之間的一距離係取決於該第二擴散板之該邊緣與該載台之間之一距離以及該載台之該溫度。
  19. 一種沉積系統，包含：一具有一頂板且封閉一製程空間之反應室；一位於該反應室內之載台，該載台具有複數個大致平坦的底面以承載複數個基板；及一設置於該頂板與該載台之間的噴射器，包含大致平行之一第一擴散板與一第二擴散板；及一第一凸塊，該第一凸塊位於該第一擴散板或該第二擴散板以及該第一擴散板與該第二擴散板之間，該第一凸塊具有第一坡面與一大致平坦之第一頂面或底面；及一第二凸塊，該第二凸塊具有第二坡面與一大致平坦之第二頂面或底面，該第二凸塊位於該頂板或該載台；其中至少二不同反應氣體被引入並流經該第一與該第二頂面或底面、該第一與該第二坡面、該頂板、該第一與該第二擴散板與該載台； 其中該些反應氣體的流動方向通過該第一凸塊或第二凸塊的頂面或底面，以及該第一凸塊或第二凸塊的至少一坡面。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之沉積系統，更包含一第三凸塊於該頂板或該載台，該第三凸塊包含第三坡面與一大致平坦第三頂面或底面。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之沉積系統，其中該反應氣體包含一具有金屬有機成分之第一氣體與第二氣體，該第一氣體被引入並流經該第一擴散板與該第二擴散板以及該第一凸塊之間的一空間，其中該第二氣體其中之一被引入並流經該頂板、該第一擴散板之間的一空間，以及其他該第二氣體被引入並流經該第二擴散板與該載台之間的一空間。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之沉積系統，其中該金屬有機成分包含三甲基鎵而該第二氣體包含氨氣。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之沉積系統，其中該第一頂面或底面與該第一擴散板或第二擴散板之間的一寬度係取決於該第一氣體之一流速與一擴散係數。
  24. 如申請專利範圍第21述之沉積系統，其中該第一頂面或底面之一長度係取決於該第一氣體之一流速與一擴散係數。
  25. 如申請專利範圍第21項所述之沉積系統，其中該第一坡面與該第一擴散板或該第二擴散板之間的角度係取決於該第一氣體之一雷諾數(Re)。
  26. 如申請專利範圍第21項所述之沉積系統，其中該第一凸塊與具有該第一凸塊之該第一擴散板或該第二擴散板之一邊緣之間的一距離係取決於該邊緣與該載台之間之一距離以及該載台之一溫度。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI685583B (zh) * 2019-03-22 2020-02-21 漢民科技股份有限公司 有機金屬化學氣相沉積設備

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009009121A1 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 Veeco Instruments Inc. Movable injectors in rotating disc gas reactors
TW201335420A (zh) * 2012-02-23 2013-09-01 Hermes Epitek Corp 具有熱交換通道的氣體噴淋裝置
WO2013169109A1 (en) * 2012-05-08 2013-11-14 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Adjustable chemical vapour deposition process and reactor
TW201531589A (zh) * 2013-10-04 2015-08-16 Hermes Epitek Corp 氣相成膜裝置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69732722T2 (de) * 1996-03-22 2006-02-02 Taiyo Nippon Sanso Corporation CVD Verfahren
US6174377B1 (en) * 1997-03-03 2001-01-16 Genus, Inc. Processing chamber for atomic layer deposition processes
US6179913B1 (en) * 1999-04-16 2001-01-30 Cbl Technologies, Inc. Compound gas injection system and methods
WO2004085702A1 (de) * 2003-03-21 2004-10-07 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur abscheidung von verbindungen auf einem substrat mittels metallorganischer gasphasendeposition
DE10320597A1 (de) * 2003-04-30 2004-12-02 Aixtron Ag Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleiterschichten mit zwei Prozessgasen, von denen das eine vorkonditioniert ist
JP2006080374A (ja) * 2004-09-10 2006-03-23 Sharp Corp 窒化物半導体の製造装置および窒化物半導体レーザ素子
DE102007009145A1 (de) * 2007-02-24 2008-08-28 Aixtron Ag Vorrichtung zum Abscheiden kristalliner Schichten wahlweise mittels MOCVD oder HVPE
US7976631B2 (en) * 2007-10-16 2011-07-12 Applied Materials, Inc. Multi-gas straight channel showerhead
WO2012036499A2 (ko) * 2010-09-17 2012-03-22 주식회사 원익아이피에스 박막 증착 장치
US8821641B2 (en) * 2011-09-30 2014-09-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Nozzle unit, and apparatus and method for treating substrate with the same
US9577143B1 (en) * 2012-06-15 2017-02-21 Ostendo Technologies, Inc. Backflow reactor liner for protection of growth surfaces and for balancing flow in the growth liner
EP3100298B1 (en) * 2014-01-27 2020-07-15 Veeco Instruments Inc. Wafer carrier having retention pockets with compound radii for chemical vapor deposition systems
WO2016076270A1 (ja) * 2014-11-10 2016-05-19 株式会社トクヤマ Ｉｉｉ族窒化物単結晶製造装置、該装置を用いたｉｉｉ族窒化物単結晶の製造方法、及び窒化アルミニウム単結晶
EP3338299A4 (en) * 2015-08-18 2019-05-15 Veeco Instruments Inc. TREATMENT-SPECIFIC SEMICONDUCTOR WAFER SUPPORT CORRECTION FOR ENHANCED THERMAL UNIFORMITY IN CHEMICAL VAPOR DEPOSITION SYSTEMS AND METHODS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009009121A1 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 Veeco Instruments Inc. Movable injectors in rotating disc gas reactors
TW201335420A (zh) * 2012-02-23 2013-09-01 Hermes Epitek Corp 具有熱交換通道的氣體噴淋裝置
WO2013169109A1 (en) * 2012-05-08 2013-11-14 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Adjustable chemical vapour deposition process and reactor
TW201531589A (zh) * 2013-10-04 2015-08-16 Hermes Epitek Corp 氣相成膜裝置

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