TWM513885U - 用於薄膜形成之裝置 - Google Patents

Description

用於薄膜形成之裝置 新型領域

用於薄膜形成之裝置。本創作係關於一種用於薄膜藉由化學氣相沈積之產生的裝置。

新型背景

諸如氮化鎵(GaN)薄膜之含金屬或類金屬薄膜在自發光二極體(LED)至紫外線偵測器至電晶體設備的一範圍之設備中具有應用。

此等薄膜通常已藉由多種技術產生，該等技術包括分子束磊晶(MBE)、金屬有機物化學氣相沈積(MOCVD)及遠端電漿增強型化學氣相沈積(RPECVD或RPCVD)。RPECVD已用以在與MOCVD中所使用之溫度相比相當低的溫度下產生具有高品質之薄膜，其藉此降低製程成本且允許用於薄膜沈積之溫度敏感性較佳基板的使用。

最小化在生長薄膜中併入作為雜質之碳及氧兩者的程度為CVD薄膜製造中之主要挑戰。除了更改薄膜之所要化學組成之外，此等雜質亦擾亂形成層之晶格匹配，藉此在薄膜內引起缺陷且不利地影響產品的整體品質。

MOCVD方法在降低併入至生長薄膜中之氧方面與某些其他CVD技術相比已相對更成功，但碳併入之含量並不理想。更特定言之，MOCVD常常涉及約1000℃至1200℃之生長溫度，此情況藉此導致高的裝備成本且排除了用於薄膜沈積之溫度敏感性較佳基板的使用。

RPCVD使用電漿自諸如氮之饋氣的產生，以與金屬有機物試劑反應且在基板上沈積所要材料。在此技術中，重要的是，維持自作為電漿管之電漿產生區域供應至反應或生長腔室之合適的高能活性氣體物質之一致含量。高能活性氣體物質可藉以減少之一種途徑係經由在產生電漿之電漿管的壁上且可能亦在將活性氣體物質運輸至生長腔室之容器的壁上之表面重組。此表面重組為例如氮之原子或分子的重組，此減少可用於與金屬有機物試劑反應之活性原子或分子氮物質的數目。

為此原因，自對於正產生之特定活性氣體物質具有低的固有表面重組性質之材料建構電漿管可為有用的。當產生氮電漿時，熱解氮化硼(PBN)為此目的為有用材料。然而，PBN為相對昂貴之材料且難以機械加工為所要規格，且因此電漿產生器之製造成本藉由包括PBN電漿管而顯著升高。此外，當前創作者已注意到，PBN管壁之濺鍍將大含量之硼作為雜質引入至生長薄膜中。此情況降低薄膜之品質及其對於某些設備目的之合適性，且為此方法之大缺點。

以下情況將因此為合乎需要的，提供允許降低薄 膜產品中作為雜質之硼、碳及氧之併入含量的CVD裝置及較佳地可在與在標準MOCVD方法中所使用之溫度相比更低之溫度下運轉的CVD裝置。另外，提供如下電漿產生器將為有用的：允許減少活性物質歸因於表面重組之損失，但並不促成雜質併入至生長薄膜中超過可接受之商用含量。

新型概要

用於薄膜形成之裝置。在第一態樣中，儘管無需僅為或確實地為最寬泛形式，但本創作在於一種用於形成一薄膜之RPCVD裝置，該裝置包括一生長腔室，該裝置包含：(a)一氮電漿入口，其位於該生長腔室之一第一沈積區中以將一氮電漿引入至其；(b)一第IIIA族試劑入口，其位於該生長腔室之一第二沈積區中以將一第IIIA族試劑引入至其；(c)一氨入口，其鄰近該第IIIA族試劑入口以將氨引入至該第二沈積區中，使得該氨及該第IIIA族試劑在沈積之前混合；(d)一基板固持器，其經調適來支撐一或多個基板且在該第一沈積區與該第二沈積區之間旋轉每一基板；且該裝置進一步包括：(e)一電漿產生器，其自一氮源產生該氮電漿且將其供應至該氮電漿入口，該電漿產生器包含 (i)一電漿管，其具有形成於該電漿管之一第一末端中的一氣體入口及形成於該電漿管之一第二末端中的一電漿出口；(ii)一電離源，其鄰近該電漿管以界定該電漿管之一第一區域且將該區域暴露於一電磁場以產生活性電漿物質；(iii)一熱解氮化硼襯裡，其定位為在該電漿管之一第二區域內鄰近該電漿管的內壁，該熱解氮化硼襯裡不會延伸至該第一區域中超過大於該第一區域之長度之20%的一距離。

較佳地，該氮電漿入口、該第IIIA族試劑入口及該氨入口在距該一或多個基板之一生長表面約1cm至約30cm之間的一距離處通向該生長腔室。

較佳地，該生長腔室之一天花板位於該等基板之位置的垂直上方的小於約30cm，更佳地小於約25cm，甚至更佳地小於約20cm，仍更佳地小於約10cm處。

在某些實施例中，該氮電漿入口、該第IIIA族試劑入口及該氨入口中之至少一者結束而與該生長腔室之該天花板齊平，其位於該等基板之一生長表面之垂直上方的約1cm至約30cm、1cm至20cm、1cm至10cm之間，較佳地，在4cm至15cm、4cm至10cm、4cm至8cm之間。

合適地，該氨入口之一開口接近於該一或多個基板而通向該生長腔室。

該氨入口可自該生長腔室之該天花板向下延伸 至接近於該一或多個基板之該生長表面的末端。

在一實施例中，該氨入口在一高度下經由該生長腔室之一側壁通向該生長腔室，該高度適於使進入該生長腔室之氨流能夠具有經過且實質上鄰近於該一或多個基板之該生長表面的一流動路徑。

在較佳實施例中，在該氮電漿入口與該一或多個基板之間存在一直接流動路徑。

合適地，在該氮電漿入口與該一或多個基板之間的該直接流動路徑延伸至在用於產生該氮電漿之一電漿產生器與該一或多個基板之間的一無阻礙路徑。

在實施例中，該氮電漿入口及該第IIIA族試劑入口結束而與其延伸穿過之該生長腔室的一天花板及/或側壁齊平。

較佳地，該第一沈積區實質上與該第二沈積區隔離。

較佳地，該基板固持器之旋轉使該一或多個基板自該第一沈積區順序地通向該第二沈積區。

較佳地，該基板固持器具有一轉盤設計，藉此其圍繞一中央樞軸旋轉且具備多個凹座，該等凹座各自經調適來圍繞其周邊固持一基板。

該氮電漿入口及該第IIIA族試劑入口可中央地位於該生長腔室內。

當該氮電漿入口及該第IIIA族試劑入口中央地位於該生長腔室內時，其中一者或兩者可具備一流動控制 設備以將對應的電漿或試劑導向至適當的該第一或第二沈積區中。

該流動控制設備可為阻礙該氮電漿入口或該第IIIA族試劑入口內之一或多個試劑流動路徑或諸如側板之導向部分與該第一或第二試劑入口相連的一流動障壁。

在一實施例中，該裝置可進一步包含一擋板，該擋板與該氮電漿入口相關聯以使得該電漿實質上通過其。

該擋板可包含可為阻塞該擋板之一或多個出口的一流動障壁之該流動控制設備。

較佳地，該氨入口實質上鄰近於該第IIIA族試劑入口之開口通向該生長腔室，以促進氨及該等試劑在其接觸該一或多個基板之前的混合。

合適地，該氮電漿入口與產生包含活性物質之氮電漿的一電漿產生器流體連通。

合適地，該第IIIA族試劑為一第IIIA族金屬有機物試劑。

在一尤其較佳之實施例中，該氮電漿入口及該第IIIA族試劑入口周邊地位於該生長腔室內。

合適地，該氮電漿入口及該第IIIA族試劑入口實質上位於該生長腔室之相對末端處。

該生長腔室可包含與該氨入口及/或該第IIIA族試劑入口相關聯之一或多個結構，以促進該等試劑緊接在其接觸該一或多個基板之前的混合。

在一實施例中，該熱解氮化硼襯裡不會延伸至該 第一區域中超過大於該第一區域之該長度之10%的一距離。

在又一實施例中，該熱解氮化硼襯裡不會延伸至該第一區域中超過大於該第一區域之該長度之5%的一距離。

在一實施例中，該熱解氮化硼襯裡並不延伸至該第一區域中，使得其不會作為該電漿管之內表面鄰近該電離源之一部分的襯裡。

在一實施例中，該電漿管之該氣體入口或該電漿管靠近該第一末端之一部分關於該電漿管的剩餘部分受約束。

合適地，該約束採取該氣體入口及/或該電漿管之該第一區域的至少一部分關於該電漿管之該第二區域之直徑的一減小直徑區域之形式。

合適地，該金屬有機物試劑自簇射頭釋放至該生長腔室中。

該簇射頭可經由如下程度具備至少一孔：退出該電漿管之該電漿出口的電漿可穿過該至少一孔進入該生長腔室。

在一實施例中，該至少一孔具備一熱解氮化硼鞘或塗層。

較佳地，該至少一孔為多個孔，且該等孔之大部分具備一熱解氮化硼鞘。在一實施例中，實質上所有該等孔具備一熱解氮化硼鞘。

在一實施例中，一電漿空腔藉由該簇射頭與該電漿產生器之該電漿出口相對的一上表面、至少一側壁及該電漿產生器之該電漿出口藉以打開的一天花板界定。

合適地，該簇射頭之該上表面及該至少一側壁覆蓋有熱解氮化硼。

在一實施例中，該電漿空腔之所有表面藉由一或多個熱解氮化硼襯裡作為襯裡，該一或多個熱解氮化硼襯裡可與該電漿產生器之熱解氮化硼襯裡分開或相連。

本創作之其他特徵將自以下詳細描述變得顯而易見。

遍及本說明書，除非上下文另外要求，否則詞語「包含」將被理解為暗示包括所陳述之整體或整體群組，而不暗示排除任何其他整體或整體群組。

100、600、1000、3000、4000、5000‧‧‧RPCVD裝置

105、205、305、405、605、1005、2005、3005、4005、5005‧‧‧生長腔室

110、240、345、440、630、1050、2050、4050、5035‧‧‧基板

115、245、350、445、530、635、1045、2045、5030‧‧‧基板固持器

120、225、310、410、505、610、1020、2020、4020、5015‧‧‧電漿入口

125‧‧‧高頻產生器

130‧‧‧電漿

135‧‧‧氮源

140‧‧‧第IIIA族金屬有機物試劑源

145‧‧‧流動路徑

150、235‧‧‧金屬有機物注入器

155、355、450、640‧‧‧廢料出口

200、300、400、500、2000‧‧‧裝置

210‧‧‧外殼

215、315、415、615、1015、2015、4015‧‧‧電漿產生器

220‧‧‧氮入口

230‧‧‧逆寶塔擋板

250‧‧‧出口

320、420、510‧‧‧擋板

325‧‧‧流動障壁

330、425、515‧‧‧金屬有機物試劑注入器

335、435、4065‧‧‧開放口

340、430、4070‧‧‧閉合口

520‧‧‧第一基板

525‧‧‧第二基板

620、1030、2030‧‧‧金屬有機物試劑入口

625‧‧‧氮入口/氨試劑入口

645‧‧‧間隙

1010、2010‧‧‧排氣口

1025、2025‧‧‧金屬有機物試劑源

1035、2035、3035‧‧‧氨源

1040、2040、3040、4040、5025‧‧‧氨入口

2055‧‧‧中央樞軸

3060‧‧‧延伸部分

5010‧‧‧天花板

5020‧‧‧金屬有機物注入器構架/TEG或TMG注入器構架

為了使本創作可容易地理解且付諸實際效果，現將參看隨附諸圖藉由實例描述較佳實施例，在諸圖中：圖1展示用於在基板上沈積金屬氮化物薄膜之典型RPCVD裝置的示意性表示；圖2展示在使用逆寶塔擋板及多個基板時用於在基板上沈積金屬氮化物薄膜之裝置之一實施例的透視剖視圖；圖3展示根據本創作的用於形成薄膜之裝置之一實施例的示意性剖面表示； 圖4展示根據本創作的用於形成薄膜之裝置之一較佳實施例的示意性剖面表示；圖5展示如圖4中所表示之用於形成薄膜之裝置的部分透視剖視圖；圖6展示根據本創作的用於形成薄膜之裝置之高度較佳實施例的示意性剖面表示；圖7展示如圖6中所表示之用於形成薄膜之裝置的部分透視剖視圖；圖8展示用於形成薄膜之裝置的對圖7中所示之裝置之替代性實施例的部分透視剖視圖；圖9展示用於形成薄膜之裝置的對圖7中所示之裝置之替代性實施例的部分透視剖視圖；圖10展示根據本創作之另一實施例的用於在基板上沈積薄膜之RPCVD裝置的示意性表示；圖11展示對圖10中所示之裝置的用於在基板上沈積薄膜之替代性RPCVD裝置的示意性表示；圖12展示對圖10中所示之裝置的用於在基板上沈積薄膜之又一替代性RPCVD裝置的示意性表示；圖13展示對圖10中所示之裝置的用於在基板上沈積薄膜之又一替代性RPCVD裝置的示意性表示；圖14展示根據本創作之又一實施例的用於形成薄膜之裝置的部分透視剖視圖；圖15為在變化之條件下併入至薄膜中之碳含量的圖形表示； 圖16為在藉由本創作之方法及裝置所產生的薄膜及下伏GaN模板中發現之典型雜質的SIMS圖形分析；圖17為在藉由本創作之方法及裝置用變化之氨流動速率在下伏GaN模板上產生的薄膜中發現之作為雜質的碳之含量的SIMS圖形分析；圖18為在藉由本創作之方法及裝置用變化之氨流動速率在下伏GaN模板上產生的薄膜中發現之作為雜質的氧之含量的SIMS圖形分析；圖19展示在使用具有部分PBN襯裡之電漿管時用於在基板上沈積金屬氮化物薄膜之裝置之一實施例的透視剖視圖；圖20為用於在圖19之基板上沈積金屬氮化物薄膜但使用受約束氣體入口之裝置的透視剖視圖；及圖21為在藉由完全PBN襯裡、距RF線圈間隔10mm之部分PBN襯裡及距RF線圈間隔20mm之部分PBN襯裡所產生的GaN薄膜中發現的作為雜質之硼之含量的SIMS圖形分析。

較佳實施例之詳細說明

當前創作者已識別用於高品質薄膜之產生的特定RPCVD裝置，該裝置藉由與標準ALD技術及其他CVD製程比較而產生對薄膜生長速率及生長控制的改良，且重要地，該裝置提供歸因於試劑副反應之基於氧及碳之薄膜雜質的令人驚訝的降低含量。本裝置亦顯著地減少作為雜質 之硼至薄膜中之不合需要的併入，同時若電漿產生器之電漿管中之PBN襯裡經定位以使得其不以任何大程度處於藉由RF線圈環繞或緊鄰於RF線圈的電漿管區域內，則本裝置仍得益於該襯裡的低表面重組性質，該電漿管亦可被稱為反應管。

可供本裝置及方法使用之試劑及因此可形成之薄膜的本質並未特定受限。儘管本文所論述之實施例大體使用金屬有機物(通常為含鎵金屬有機物，諸如三甲基鎵)作為試劑，但本創作之效用並未如此受限。第IIIA族(在當前IUPAC系統下另外被稱為第13族)試劑可包含選自由以下各者組成之群組的元素：硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)或鉈(Tl)。

如本文所使用之「沈積區」一詞用以指代一或多個試劑所引入至的生長腔室之相異區域、區或區段。諸如第一沈積區及第二沈積區之個別沈積區彼此隔離，使得在基板或生長薄膜實際上進入一沈積區時，該基板或生長薄膜將僅實質上暴露於僅引入至該沈積區中的特定試劑。沈積區之分開或隔離可為僅空間的，或可藉由部分或完全的實體障壁來實現。

藉由「熱解氮化硼襯裡並不延伸至第一區域中超過大於第一區域之長度之20%的距離」，預期PBN襯裡將主要地駐留於第二區域中但延伸超過其而進入第一區域中以僅在受限延伸區域中鄰近電離源。進入第一區域之延伸距離在此實施例中為第一區域之長度的20%(第一區域為具有 緊鄰於其之電離源的電漿管部分)，其中該長度係在氣體/電漿物質在操作中行進穿過電漿管的方向上量測。若電離源之整體鄰近電漿管，則第一區域之長度將與諸如RF線圈的電離源之長度相同。僅藉由實例，若第一區域在氣體/電漿物質行進之方向上的長度為5cm，則熱解氮化硼襯裡將不會延伸至第一區域中以與電離源重疊至多10mm，該距離為5cm之20%。

儘管為了最佳結果而在PBN襯裡與電離源之間無重疊係較佳的，但創作者已發現，高能氣體物質之重組可顯著地減少，同時在諸如如上文所定義之20%或20%以下的相對小之重疊存在時，硼雜質可保持於可管理含量。

在所描述之實施例中，所使用之試劑將為三甲基鎵、氮電漿及氨，但熟習此項技術者將瞭解，本文所揭示之原理可準用於其他試劑組合。

圖1展示用於在基板上沈積第IIIA族氮化物薄膜之典型RPCVD裝置100的示意性表示。裝置100包含生長腔室105，在生長腔室105內部將發生薄膜生長。位於生長腔室105內的為藉由基板固持器115所支撐之基板110，基板固持器115可包括或連接至加熱器以允許基板110調整至生長溫度。位於距基板110一距離處之電漿入口120允許在高頻產生器125中形成之電漿130進入生長腔室105。高頻產生器125作用於裝置100之區域，從而自氮源135接收氮。通常亦處於距基板110一距離處，亦即，並不鄰近其，通常為第IIIA族金屬有機物試劑源140之第IIIA族試劑源將金屬有機物引 入至流動路徑145中，流動路徑145將試劑遞送至金屬有機物注入器150以供分散至生長腔室105中。

可見，電漿在金屬有機物注入器150之正上方進入生長腔室105之區域，且因此，在操作中，含有活性中性氮物質之電漿及金屬有機物試劑混合且反應以形成特定金屬氮化物，諸如氮化鎵，該金屬氮化物沈積於基板上以形成薄膜。過量之試劑、載氣、污染物等經由廢料出口155而移除。

碳及氧不可避免地作為雜質引入至薄膜中，但除此等以外，此方法對於薄膜在單一基板上之形成為大體令人滿意的。然而，具有同時產生數個此等薄膜之能力常常為合乎需要的。因此，諸如圖2中所示之裝置的裝置可為有用的。

圖2展示用於在基板上沈積金屬氮化物薄膜之裝置200之一實施例的透視剖視圖，其本質上對應於圖1中所示之簡單表示但使用了擋板及多個基板。裝置200包含部分地自外殼210形成之生長腔室205。

電漿產生器215經由氮入口220接收氮，且所形成之活性氮電漿通過再次遠離基板之電漿入口225且經由擋板230進入生長腔室205，擋板230在所示之實施例中採取如WO/2010/091470中所述的逆寶塔型式擋板之形式。電漿通過擋板230且藉由其同心環狀結構均勻地分佈。經分佈之電漿流接著經過金屬有機物注入器235，在金屬有機物注入器235處，金屬有機物試劑得以引入且與電漿混合。所形成之 金屬氮化物將接著在位於基板固持器245上之基板240中的一或多者上沈積。基板固持器245可具有轉盤設計，且因此可遍及沈積製程以高速度旋轉。廢料經由出口250而移除。

將瞭解，電漿入口225之中央置放將很可能導致電漿流集中於基板固持器245之中心而堆積，即使使用諸如逆寶塔擋板230之分佈系統亦如此。以下對於高品質薄膜生長為關鍵的：試劑跨於適當之基板240之表面上均勻地分佈，且此裝置200的缺點將不會藉由基板固持器245之旋轉而解決。此類型之裝置200亦不會通常提供控制藉由原子層沈積(ALD)所提供之薄膜生長及厚度的優點。

圖3展示根據本創作的用於形成薄膜之裝置300之一實施例的示意性表示。裝置300之實際組件與圖2中所顯示之組件大致相同，但兩個顯著的例外為擋板之一區域對電漿流經阻塞且第IIA族試劑入口(本文被稱為金屬有機物注入器)之數個口經移除抑或對試劑流閉合。

至於圖2，圖3中所示之裝置300包含具有電漿入口310以自電漿產生器315接收包含活性中性氮物質之電漿流的生長腔室305。儘管圖3僅為示意性表示，但電漿入口310在此實施例中將實體上定位為與先前技術裝置中相比更接近於基板之水平面。電漿將流至可具有任何合適之設計但在所示之實施例中具有逆寶塔形狀的擋板320中，如圖2中所示。此時，擋板具備圍繞擋板320之一側面所形成的流動障壁325，以便防止電漿沿著該側面退出。此將導致電漿流自擋板320承受流動障壁325之側面導向生長腔室305 之相對側面。

活性氮物質接著藉由呈金屬有機物試劑(例如，三甲基鎵)注入器330之形式的第IIIA族試劑注入器傳遞。在圖3中，內部為黑色之該等圓表示金屬有機物試劑注入器330的對試劑流開放之口或閥，亦即，其為開放口335，而內部為白色(未填充)之該等圓表示金屬有機物試劑注入器330的對試劑流閉合之口或閥，亦即，其為閉合口340。在現實中，金屬有機物試劑注入器330的表示為閉合之部分可能簡單地不存在於裝置300中，且因此，僅生長腔室305的具有開放口335之該等區域將實際上具備金屬有機物試劑注入器330結構。

位於金屬有機物試劑注入器330之下的是藉由基板固持器350所支撐之數個基板345。基板固持器350可固持任何所要數目個晶圓，例如，自2至20個個別基板，較佳地3至10個，更佳地5個、6個或7個。基板可具有適於所要之特定薄膜之生長的晶體結構。在特定實例中，基板345可包含藍寶石、SiC、二氧化矽、鈉鈣玻璃、硼矽玻璃、Pyrex®、矽、玻璃、人造藍寶石、石英、氧化鋅、氮化物塗佈之基板，及包括獨立體半導體基板及氮化物模板的如此項技術中熟知的其他材料。如藉由圖3中之箭頭所指示，基板固持器經調適來相對於電漿入口310及金屬有機物試劑注入器330旋轉，藉此控制生長及沈積均勻性。廢料可經由廢料出口355移除。

流動障壁325在電漿通路上之導向行動及如自圖 3可見的金屬有機物試劑僅自該等開放口335之釋放的組合效應意味，金屬有機物試劑與電漿物質之間的混合得以最小化。腔室內之死區的減少可藉由將試劑入口配置為與腔室之上表面齊平從而最小化試劑氣體之過早混合而實現。裝置300之設計已由此實現電漿及金屬有機物試劑分別釋放至第一沈積區及第二沈積區中的區域之實體分開，第一沈積區及第二沈積區為實質上彼此隔離的。將瞭解，基板固持器350之旋轉使基板345以重複的連續方式自第一沈積區順序地通向第二沈積區，以藉此陸續地暴露於電漿及金屬有機物試劑。

每一基板345對金屬有機物試劑及活性氮物質之順序暴露將導致薄膜之後續層以大致ALD方式形成。然而，單獨沈積區之形成意味，在ALD中在等待閥切換及一試劑在第二試劑之引入之前藉由沖洗氣之移除兩方面所經歷的延遲得以避免。實情為，歸因於基板固持器350以極高速度旋轉之能力，薄膜之生長表面在中間具有最小之停工時間的情況下暴露於每一試劑。此大大地加速了薄膜之生長，同時維持對樣本生長的控制。

基板固持器350可經調適來連續地旋轉。較佳地，基板固持器能夠以介於10rpm至2000rpm之間的速度旋轉。較佳的旋轉速度可介於25rpm至100rpm之間，更佳地約50rpm。熟練之收訊者(addressee)將理解，薄膜生長將藉由基板固持器350之旋轉速度與沈積腔室中的試劑流動速率之組合來控制。基板固持器350之較高旋轉速度將需要試 劑之較高流動速率，以確保薄膜之生長速率的整體增大得以產生。

將瞭解，儘管僅一電漿入口310，及相關聯之擋板320，及開放口335之一區域已展示於圖3中，但裝置300可實際上包含數倍的每一組件。舉例而言，當自上方向下看生長腔室305時，圓形的基板固持器350可被設想為分為多個象限，其中電漿入口及相關聯之擋板(若需要)坐落於兩個鄰近或對角相對的象限上方且試劑注入器330的開放以釋放金屬有機物或其他試劑之兩個相異區域具有相同關係。

亦將理解，在某些製程條件下，擋板320並非必需特徵但可為較佳的，以防止或減少歸因於可具有相對高之動能及/或位能之活性氮物質的蝕刻。若擋板320不存在於圖3中，則諸如側板之某形式的結構可在其位置得以使用以將電漿流導向至一隔離沈積區且含有電漿流。當擋板320得以使用時，則其可採取此項技術中熟知的不同於所示之逆寶塔型式的多種形式，諸如具有歪曲之多個通路的板、簇射頭設計等。無論哪一替代型式之擋板最終得以使用，其可具有閉合通路抑或某形式之流動障壁抑或流動導向構件，以確保電漿僅通向離散沈積區且實質上避免與另一試劑混合。

寬泛範圍之金屬有機物試劑可得以使用且較佳實例包括烷基第IIIA族試劑，該等試劑諸如(但不限於)以下各者中之一或多者：三甲基鎵、三甲基銦、三甲基鋁以及 使用各種熟知的Mg、Si及Zn前驅體作為摻雜劑源。

圖4展示根據本創作的用於形成薄膜之裝置400之一實施例的示意性表示。組件之大部分係如對於圖3所述且因此將僅簡要地提及。生長腔室405具備電漿入口410，如對於圖3而定位為相對接近於基板，其與電漿產生器415相連。引入至生長腔室405中之電漿將在藉由金屬有機物試劑注入器425傳遞之前通過擋板420，擋板420再次在所示之實施例中為逆寶塔型式擋板420，金屬有機物試劑注入器425具有閉合口430(內部具有白色之圓)及開放口435(內部具有黑色之圓)。又，金屬有機物試劑注入器425之具有閉合口430的區域可能簡單地不存在。數個基板440置放於相對於生長腔室405旋轉之基板固持器445上，且不合需要之反應物及反應產物經由廢料出口450排出。

圖4與圖3中所示之實施例相比的關鍵差異為電漿入口410及相關聯之擋板420相對於開放口435的實體位置。然而，圖3展示了電漿入口310之典型中央置放藉以藉由圍繞擋板320之邊界的一部分所形成之流動障壁325的額外特徵操縱的經修改設計，圖4表示生長腔室405設計藉由與標準ALD裝置比較的徑向位移。

當查看生長腔室405之一區時，如圖4中所表示，電漿入口410及擋板420已移位至腔室405的左手側以形成離散的第一沈積區，第一沈積區實質上與在試劑注入器425之開放口435下且鄰近開放口435形成的第二沈積區分開。

圖4中所示之示意性表示在圖5中以三個維度部 分地再現，圖5展示裝置400之部分透視剖視圖。為清楚起見，裝置500之組件中的許多已經移除以集中於在電漿入口505、擋板510及金屬有機物試劑注入器515之間的關鍵關係，該等組件諸如外殼及高頻產生器。

在圖5中所示之實施例中，如對於圖4，電漿入口505及相關聯之擋板510經周邊地定位以或多或少坐落於第一基板520正上方，亦即，鄰近第一基板520，第一基板520可因此描述為處於接收活性氮物質之第一沈積區內。所例示之擋板可藉由簇射頭或側板或對該領域而言常見的類似分佈系統來替換。試劑注入器515僅安置於腔室與電漿入口505相對的側面上，大體在第二基板525上方且位於僅接收金屬有機物試劑之第二沈積區內，該試劑例如三甲基鎵及/或三甲基銦。因此，隨著基板固持器530旋轉，第一基板520將已在前進出第一沈積區且進入第二沈積區以接著藉由第二試劑(在此狀況下，金屬有機物)接觸之前與第一試劑(在此狀況下，來自電漿之活性氮物質)接觸。第二基板525及位於基板固持器530上之所有基板將經歷順序地暴露於一試劑且接著另一試劑的類似循環。此允許磊晶層順序地沈積以建置具有高程度控制之薄膜。藉由控制基板固持器530之旋轉速度使基板交替地暴露於試劑與ALD中所使用的旋轉、脈動及清洗配置相比提供更精細之控制。

儘管在圖3至圖5中，電漿入口及金屬有機物試劑入口展示為處於基板之垂直上方，但熟習此項技術者將瞭解，事實未必如此。舉例而言，電漿入口可將電漿自外殼 之側面注入至生長腔室中，亦即，電漿平行於基板而注入且接著繼續在基板上沈積。本文對電漿入口或金屬有機物試劑入口或額外氣體入口之引用意味，對電漿或電漿活化之反應物或金屬有機物試劑或額外氣體進入反應腔室的點恰當地定址。

將瞭解，在圖3至圖5中所述之實施例中，試劑之兩個流並不以任何顯著程度彼此接觸。試劑入口之實體分開輔助最小化試劑混合，使得可藉由此混合形成且併入至生長薄膜中的基於氧及碳之雜質的量與標準ALD或其他CVD方法相比而減小。

然而，甚至使用上文所論述之方法，仍已發現足夠量之氧及碳雜質仍併入於所形成的薄膜中以藉此降低其品質。RPCVD方法之使用儘管與標準MOCVD方法相比以許多方式為更便利的，但在此項技術中大體接受為與高端MOCVD產生薄膜相比在所產生的薄膜中不可避免地導致中等含量之氧及碳雜質。極低的雜質極限可被視為至少相對地接近如表1中所陳述之SIMS偵測極限。

*隨真空條件變化表1：在正常深度剖析條件下GaN中之所選擇元素的SIMS偵測極限

然而，當前創作者已發現，此等雜質之含量可藉由如圖6至圖9中所示之裝置的使用而顯著降低。

圖6展示根據本創作的用於形成薄膜之裝置600之一較佳實施例的示意性剖面表示，而圖7為同一裝置600之部分透視剖視圖。RPCVD裝置600包含具備電漿入口610之生長腔室605。自圖6及圖7清楚，電漿入口610實體上鄰近於基板之水平面。電漿入口610與電漿產生器615(細節未展示)相連。

生長腔室605亦具備第IIIA族試劑入口，及，更特定言之，在本文所論述之實施例中，金屬有機物試劑入口620及氨入口625。如對於圖4所述，電漿入口610及金屬有機物試劑入口620為實體上遠離的，從而分別形成第一沈積區及第二沈積區，其中基板630藉由相對於生長腔室605旋轉之基板固持器635而配置於每一區內。不合需要之反應物及反應產物經由廢料出口640而排出，對廢料出口640之出入係藉由設置於基板固持器635之圓周與生長腔室605的內壁之間的間隙645提供。然而，氨入口625緊鄰於金屬有機物試劑入口620，且因此氨將連同金屬有機物試劑一起引入至第二沈積區中。

引入至生長腔室605中之電漿將直接地接觸置放於第一沈積區中之基板630，此係由於無擋板、側板或相似 的阻塞或分佈設備在所示之實施例中處於適當位置。當前創作者已發現，在使用此裝置時，無大程度之蝕刻被觀測到。具有介於約15sccm至約50sccm氨之間的注入之此配置的使用導致大大降低之含量的氧及碳併入至薄膜產品中。

圖8及圖9展示用於形成薄膜之裝置的對圖7中所示之裝置之替代性實施例的部分透視剖視圖。相似部件在圖7至圖9之間已被給予相似數字，且將瞭解，最重要的差異在於氨入口625之置放及/或設計，氨入口625較佳為氨氣體入口。圖8亦表明裝置600之實施例，其中廢料出口640實際上設置於基板固持器635旋轉所圍繞之軸線的中空中心內。

圖8展示置放於金屬有機物試劑入口620後方或與其共線之氨試劑入口625。此為較佳實施例，此係由於氨試劑入口625之位置使得所引入之氨將隨著基板在基板固持器635上旋轉而或多或少導向至該等基板的中心。此確保氨至基板之表面的良好遞送，而在圖7中所示之實施例中，氨試劑入口625及金屬有機物試劑入口620之並排置放意味氨試劑入口625自旋轉基板之中心的垂直正上方稍微偏移。

圖9表示稍微不同之操作裝置在於，氨試劑入口625自該側進入生長腔室605且因此與實質上垂直之金屬有機物試劑入口620或多或少成直角。金屬有機物試劑入口620已在圖9中被切掉以更好地展示氨試劑入口625的設計。在接近金屬有機物試劑入口620時，氨試劑入口625接著具有彎曲以使得其終端部分垂直地結束且處於類似於圖 8中所示之位置的位置。氨試劑入口625之水平置放在使用中可具有操作優點。

儘管在圖7至圖9中未展示，但在一實施例中，電漿入口610、金屬有機物試劑入口620及氨試劑入口625皆結束而與生長腔室605之天花板齊平可為較佳的。為了將入口維持為接近於基板，天花板將因此與典型RPCVD裝置中相比位於較低水平面處。舉例而言，在一實施例中，天花板可位於基板之位置的垂直上方的約小於30cm，較佳地小於25cm，更佳地小於20cm，仍更佳地小於約10cm處。約5cm及7.5cm之值在3cm至4cm作為較低端值之情況下可為有用的。

如早先所論述，當前創作者假設，在最終薄膜中最小化碳及氧雜質以最小化在基板上方以氣相發生之反應為重要的。實情為，鼓勵關鍵薄膜形成反應在實際基板表面上或盡可能接近於實際基板表面發生為較佳的。導向反應在基板表面上發生可改良氧及碳雜質之清除。

因此，生長腔室605天花板之降低，其中形成有試劑入口且其開口與該天花板齊平，導致試劑更快速且有效地遞送至基板表面。

最小化死點，及特定言之，最佳化電漿及試劑關於基板之流動在圖10至圖14中得到考慮，圖10至圖14為已論述之創作性裝置及方法的其他實施例。

圖10展示根據本創作之一實施例的用於在基板上沈積薄膜之RPCVD裝置1000的示意性表示。裝置1000包 含生長腔室1005，在生長腔室1005內部將發生薄膜生長。排氣口1010設置於生長腔室1005之較低範圍處，以用於過量之試劑及廢產物的移除。

電漿產生器1015位於生長腔室1005外部，其可為作用於自氮源(未圖示)所接收之氮的高頻產生器。藉此產生之氮電漿在電漿入口1020處進入生長腔室1005，電漿入口1020結束而與生長腔室1005之天花板齊平，亦即，電漿入口1020不以任何大程度延伸至生長腔室1005的內部中。電漿入口1020可在需要之情況下通向擋板、側板、葉輪或其類似者，以修改流動路徑及電漿之能量。此並非必需組件，且對於此設備之需要將取決於射頻產生器的功率。合適之擋板可如描述於申請人之先前PCT公開案WO 2010/091470中，該案的全部內容特此以引用的方式併入。

電漿產生器之本質，及特定言之，部分PBN襯裡在其中之使用在下文中得以進一步論述。

金屬有機物試劑源1025供應金屬有機物試劑，該金屬有機物試劑在較佳實施例中為三甲基鎵(TMG)或三乙基鎵(TEG)。TMG或TEG經由金屬有機物試劑入口1030進入生長腔室1005，金屬有機物試劑入口1030在所示之實施例中位於生長腔室1005的側壁中且結束而與其齊平，亦即，金屬有機物試劑入口1030不以任何大程度延伸至生長腔室1005的內部中。

氨源1035供應氨，氨經由氨入口1040進入生長腔室1005，氨入口1040在所示之實施例中位於生長腔室1005 的側壁中在金屬有機物試劑入口1030之位置之下且結束而與其齊平，亦即，氨入口1040不以任何大程度延伸至生長腔室1005的內部中。

在一些條件下，以下可為較佳的，氨入口1040以一高度經由生長腔室1005之側壁進入生長腔室1005，該高度適於使額外試劑流能夠進入其以具有經過且實質上鄰近於基板1050之生長表面的流動路徑。排氣口1010之定位係處於生長腔室1005與氨入口1040相對的末端處亦為有益的，此情況進一步鼓勵經過基板1050之表面的額外試劑流動路徑。因此，額外試劑之注入的區域及排氣口1010之提供大體為相反的而產生一環境，藉此試劑與基板1050之生長表面及生長薄膜恆定接觸。

三個電漿/試劑入口之提供皆結束而與天花板(電漿入口1020)抑或側壁(金屬有機物試劑入口1030及氨入口1040)或其組合齊平避免了『死點』在生長腔室1005內的存在。第IIIA族試劑入口與腔室天花板齊平係較佳的。以下為進一步較佳的，氨入口經由實體上環繞氨入口的例如視口之進入點注入氨或其他氣體，藉此使此等兩種試劑一起引入至生長腔室中以鼓勵混合。

延伸至生長腔室1005中之入口的存在將導致其中的鄰近區域，在該等區域處，試劑可歸因於基板固持器1045之自旋而收集及以漩渦狀移動來四處移動。死點被視為生長沈積腔室內之不合需要的體積，在該等死點處，可存在無助於薄膜之生長的氣體耗盡或再循環。此將鼓勵除 上文所概述之合乎需要之加成物形成以外的反應途徑，且將導致具有甲基自由基產生之TMG或TEG降解。

基板固持器1045可經調適來支撐單一基板1050，但其具有適於支撐多個基板1050之設計為較佳的。合適地，基板固持器1045為可旋轉的。

圖10中所示之裝置1000的設計為一較佳實施例在於，電漿入口1020及金屬有機物試劑入口1030為實質上分開的，以藉此避免TMG/TEG或其他金屬有機物藉由高能量電漿流之任何可能的降解。

如先前所論述，生長腔室1005之天花板高度較佳地關於標準RPCVD裝置降低。先前已陳述合適之高度。此藉由以下操作幫助最小化不合需要之非加成物形成反應：最小化其可歸因於電漿入口及試劑入口置放為接近於基板1050而發生的空間。

圖11展示對圖10中所示之裝置的用於在基板上沈積薄膜之RPCVD裝置200的替代性示意性表示。對圖10之裝置1000的類似編號已針對相似部件得以維持，且將顯而易見，生長腔室2005、排氣口2010、電漿產生器2015、電漿入口2020、金屬有機物試劑源2025、金屬有機物試劑入口2030、氨源2035及氨入口2040全部存在以將必要之試劑供應至支撐於基板固持器2045上的基板2050，基板固持器2045圍繞中央樞軸2055旋轉。

圖10與圖11之實施例之間的關鍵差異在於，在圖11中，電漿入口2020及相關聯之電漿產生器2015已移位為 更接近於設置有金屬有機物試劑入口2030及氨入口2040的側壁。儘管歸因於TEG或TMG試劑及電漿之接近性與圖10中之實施例相比為次較佳的，但裝置2000的此設計可仍提供在生長薄膜之純度方面勝於典型RPCVD裝置中所生長之薄膜的大改良。在將電漿直接地導向至生長腔室205中鼓勵TEG或TMG及氨混合之區域上方面可存在優點。裝置2000中之所有其他組件及試劑可如對於圖10中的裝置1000所述。

圖12展示對圖10中所示之裝置的用於在基板上沈積薄膜之RPCVD裝置3000的又一替代性示意性表示。再次，裝置3000之組件實質上與關於圖10及圖11所論述之組件相同且因此在此處將不重複描述。圖12與圖10之實施例之間的關鍵差異在於，第一，氨源3035及相關聯之氨入口3040位於生長腔室3005的天花板而非如圖10中之側壁上，及第二，確保氨僅在接近於基板之點處引入至生長腔室3005中，氨入口3040具備延伸部分3060。

圖13展示對圖10中所示之裝置的用於在基板上沈積薄膜之RPCVD裝置4000的又一替代性示意性表示。再次，相似編號針對與圖10中之組件相似的組件來使用。在此實施例中，電漿產生器4015及相關聯之電漿入口4020經發現於與定位氨入口4040之側壁相對的側壁中。此外，替代於金屬有機物試劑入口作為單一入口之表示，其採取注入器構架的形式。該構架可在藉由基板4050所佔據之生長腔室4005的整個區域之上操作，但較佳地，注入器構架將 具有開放口4065及閉合口4070。閉合口4070可為鄰近電漿入口4020以隨著TEG或TMG或其他金屬有機物試劑退出電漿入口4020而保護其免於暴露於高能量電漿的口。

圖14展示根據本創作之一實施例的用於形成薄膜之RPCVD裝置5000的部分透視剖視圖。為清楚起見，並非所有組件(諸如，電漿產生器及試劑源)已被展示，而是僅該等需要傳達裝置之某些態樣的組件已得以展示。

生長腔室5005部分地藉由天花板5010界定，天花板5010相對而言並非極遠離基板5035以最小化腔室混合空間。電漿入口5015經由天花板5010通向生長腔室5005以遞送氮電漿。金屬有機物試劑入口採取注入器構架5020之形式(未展示之口開口的細節)，而氨入口5025在金屬有機物注入器構架5020下方的點處且以一高度經由生長腔室5005之側壁通向生長腔室5005，該高度使得氨之流動路徑在基板5035之生長表面的正上方產生，基板5035隨基板固持器5030之移動而旋轉。

圖14中之設計表示關於先前諸圖所論述之主題的又一變化，且以大致相同的方式達成其優點。圖14中所示之實施例確實具有電漿入口5015及TEG或TMG注入器構架5020係分開的優點，且除了注入器構架5020自身之相對小的大小以外，最小結構組件在基板5035上方位於生長腔室5005內。此等情況意味，可促成甲基自由基產生通路的TEG或TMG之降解及「死點」之產生得以最小化。

在本創作之一高度較佳實施例中，氮電漿入口、 第IIIA族試劑入口及氨入口中之任何一或多者及最佳地全部皆結束而與生長腔室的天花板齊平，如先前所論述。然而，若第IIIA族試劑入口及氨入口將延伸至腔室中，則在一實施例中，其延伸至腔室中處於基板之垂直上方的約1cm至約10cm之間為有用的，包括2cm至9cm、3cm至6cm及4cm至5cm之間。

在上文所論述之所有實施例中，電漿產生器將裝配有如現將論述的部分PBN襯裡。在一實施例中，熱解氮化硼襯裡不會延伸至第一區域中超過大於第一區域之長度之10%的距離。

在又一實施例中，熱解氮化硼襯裡不會延伸至第一區域中超過大於第一區域之長度之5%的距離。

在一實施例中，熱解氮化硼襯裡並不延伸至第一區域中，使得其不會作為電漿管之內表面鄰近電離源之一部分的襯裡。此為較佳實施例，其中PBN襯裡及電離源並不重疊，或換言之，其中PBN襯裡與電離源之間的間距得以維持。

對不作為電漿管『鄰近』電離源之內表面之襯裡的PBN襯裡之引用意味，PBN襯裡及RF線圈並不沿著電漿管之長度軸線在任何點處重疊，該長度軸線亦可定義為氣體/電漿行進通過電漿管的方向。

在一實施例中，熱解氮化硼襯裡在距電離源之下部末端大於0mm至約100mm之距離處開始。電離源之下部末端可定義為電離源最接近於PBN襯裡的點或表面。舉例 而言，當電離源為RF線圈時，則PBN襯裡自此源開始之距離係自最低線圈最接近於PBN襯裡的下側量測。或者，但在相同效應得以達成之情況下，電離源之下部末端可定義為行進中之氣體或電漿將在操作中在退出電漿管之前在其行進方向上路過的電離源之最後點的水平面。在以下段落中所引用之間距與此點與電漿在操作中在其行進方向上遇到之PBN襯裡的第一點之間的距離相關。

在熱解氮化硼襯裡並不延伸至第一區域中之一實施例中，熱解氮化硼襯裡與電離源之間的間距介於大於0mm至約100mm之間。較佳地，熱解氮化硼襯裡與電離源之間的間距介於約5mm至約100mm之間。在一實施例中，熱解氮化硼襯裡與電離源之間的間距介於約10mm至75mm之間。在又一實施例中，熱解氮化硼襯裡與電離源之間的間距介於約15mm至50mm之間。在又一實施例中，熱解氮化硼襯裡與電離源之間的間距介於約20mm至約30mm之間。

PBN襯裡可自上文所定義之點延伸以實質上鄰近電漿出口或在中間的任何點處結束。

當前創作者已發現，諸如上文所述的在電離源之下部末端與PBN襯裡之開始之間的分開之維持提供併入至(多個)生長薄膜中之硼之含量的大大降低，同時令人驚訝地提供高能物質之重組的有用減少。此結果在與如已描述之薄膜形成裝置組合方面特別有利。在不希望藉由任何特定理論束縛之情況下，假設，儘管據信硼原子自PBN襯裡之 噴射歸因於在與諸如活性氮電漿物質的活性電漿物質接觸後即濺鍍或蝕刻而發生，但此濺鍍或蝕刻之程度在藉由電離源所包圍的電漿形成區域中直接地大大增大。因此，PBN襯裡遠離此區域之降低，或實際上待位於PBN襯裡之更上方之電離源的上升，導致較少硼自襯裡噴射。PBN襯裡與藉由電離源所包圍之電漿管區域分開的位置將基於此項技術中之理解預期歸因於出現於電漿管之非PBN襯裡部分上的活性氮物質之表面重組之次數的增加而降低薄膜品質，但令人驚訝地，已發現具有高品質之薄膜可仍在與具有PBN襯裡相同的製程條件下形成，該PBN襯裡覆蓋整個電漿管或至少存在於鄰近電離源處，亦即，無需增大氣體流動速率或電離源功率以補償活性電漿物質的任何損失。本文對「部分PBN襯裡」之引用將理解為指代襯裡與電離源之間的此分開藉以使用的配置。

較佳地，熱解氮化硼襯裡為可移除襯裡。移除襯裡且用新的PBN襯裡替換其之能力在操作中具有大優點。第一，其提供靈活性在於，在為比較起見或在需要實質上無硼薄膜時不使用襯裡的情況下，製程工序(process run)可得以執行。第二，當現有之PBN襯裡磨損或損壞時，其可容易地用最小的停工時間來替換，且避免如在PBN為永久塗層時將需要的替換整個電漿管之費用。

合適地，熱解氮化硼襯裡具有在0.6mm至1.3mm之範圍內的厚度。較佳地，熱解氮化硼襯裡具有在0.7mm至1.1mm之範圍內的厚度。甚至更佳地，熱解氮化硼襯裡 具有在0.75mm至0.9mm之範圍內，例如約0.8mm的厚度。

在某些實施例中，電漿管係由選自由氮化鋁、石英及氧化鋁組成之群組的材料形成。此材料亦形成電漿管之第一區域的內表面，PBN襯裡將坐落為抵靠該內表面。此意味，本文中被稱為第一區域的電漿管鄰近電離源之區域將具有由此等材料而非PBN形成的內表面，且因此，電漿在與內表面碰撞時將具有與此等材料中之一者的碰撞。在為電漿管具有鄰近其內壁/表面定位之PBN襯裡的區域的電漿管第二區域中，電漿活性物質在與電漿管之內表面碰撞時將與PBN碰撞，藉此減小表面重組的發生率及因此活性電漿物質的損失。

在較佳實施例中，電離源為射頻(RF)源或微波源。

較佳地，電離源呈RF線圈之形式。儘管其他電離源對於熟習此項技術者而言將為知曉的，但本文中且詳言之關於諸圖及實例將進一步引用RF線圈作為電離源。熟練之收訊者鑒於本文之教示，將能夠僅向本創作施加標準修改以併有其他電離源。

實例 具有擋板之製程工序

本質上如圖6及圖7中所陳述之裝置係使用位於電漿入口下方的不銹鋼型式簇射頭擋板來使用。電漿產生器之功率介於500W至600W之間，且700℃之生長溫度得以使用。薄膜生長至GaN模板上。初始控制工序使用氮電 漿及三甲基鎵(TMG)作為有機金屬試劑但無任何氨之注入來執行。此如在經由圖2之裝置製造時將預期而產生薄膜，亦即，具有標準含量之氧及碳雜質。

第二工序接著在本質上類似之條件下執行，但有15sccm氨流注入至第二沈積區(有機金屬試劑沈積區)中。氨與TMG之注入同時得以注入，使得該兩者在沈積之前混合在一起。此產生了氧及碳兩者之含量大大降低的薄膜。特定言之，與無氨之注入的第一工序相比，碳之含量自約6E+20個原子/立方公分(原子/cc)減小至約3E+20個原子/cc，而氧之含量自約3E+20個原子/cc減小至約1E+17個原子/cc。

對於氧含量之1E+17個原子/cc的數字表示極其令人驚訝的結果在於，其出於實際目的在該含量下不再為成問題的雜質且該結果比得上使用MOCVD所觀測的結果。儘管藉由氨所提供之額外氫可預期在減少碳及氧雜質方面提供一些益處，但可能尚未基於半導體領域中之公認智慧預測到，氨之此小注入可導致氧及碳雜質的此大減少。

此實驗使用氨之不同的流動速率來重複。此等製程工序之結果在對薄膜的碳併入方面展示於圖15中，其中菱形圖示(標示為『Short Jar A RPCVD』)指示薄膜中碳的含量。

無擋板之製程工序

數個工序接著使用與上文所述相同的裝置及條件但在簇射頭擋板經移除之情況下執行。因此，在電漿產 生器、電漿入口及基板之間的直接流動路徑建立於第一沈積區中。

電漿入口與基板之間的距離小於20cm且無電漿蝕刻被觀測到。假設，此可歸因於自所使用之電漿產生器所輸出的相對低的(500W至600W)功率，同時仍提供足夠能量以活化氮。

此工序之結果在圖15上指示為較小的正方形圖示(標示為『Short Jar B(無電漿簇射頭)RPCVD』)。觀測到，在與使用簇射頭擋板及使用相同量之氨的製程工序相同之條件下，併入至薄膜中之碳的含量大大降低。

又一製程工序在相同條件下(30sccm氨)但在電漿產生器之功率增大至800W的情況下執行。再次，令人驚訝地，所得薄膜並未蝕刻至大的程度。然而，更令人驚訝的是併入至薄膜中之碳的含量為約1.7E+17個原子/cc。此結果在圖15上指示為單點較大正方形圖示。對於藉由上文所述之所有製程工序所產生的薄膜中發現且如圖15中以圖形形式指示之碳含量的結果展示於表2中。

將瞭解，對可在不發生蝕刻之情況下使用之電漿 產生器功率將存在上限。若此點被達到且電漿產生器功率之進一步增大係合乎需要的，則擋板可再次置放於電漿入口與基板之間。

經設計以最佳化製程之其他工序已產生生長GaN薄膜中之碳的3E+16個原子/cc及氧的3E+16個原子/cc之含量。可藉由考慮對於碳之SIMS偵測極限介於約1-2E+16之間且對於氧介於約1-3E+16之間而輔助瞭解此等含量低的程度。在上文引述之最佳結果下，當前薄膜正接近對於碳及氧之偵測極限。SIMS為可利用的大多數敏感性表面分析技術中的一者，能夠偵測在每十億範圍的部件中存在之元素，且為此領域中用於分析的所接受標準。藉由本裝置及方法之使用所達成的碳及氧雜質之低含量比得上GaN模板中所觀測的含量，且先前使用RPCVD從未見到過。

表2中之資料亦指示，氨積極地參與GaN形成及碳移除而非僅清除碳及/或氧。

圖16為在藉由如所述之本創作之方法及裝置所產生且生長於GaN模板上的薄膜中發現之典型雜質的SIMS圖形分析。藉由RPCVD所產生之薄膜通常將無法比得上模板中所達成的純度級別，然而，在本例子中，當在上文所述之最佳條件下形成時，看見薄膜本質上具有相等品質。

深度剖面(在x軸線上指示)之前0至0.5μm表示藉由本裝置及方法所產生的薄膜，而0.5μm至2.7μm組份表示藉由MOCVD製程所產生的下伏GaN模板。清楚的是，各種雜質，尤其是碳及氧之含量為類似的。在跡線中觀測到之 尖峰表示多個層之間的界面或生長條件之改變，且並不表示雜質含量的增大。

三乙基鎵實驗

又一系列之實驗使用三乙基鎵(TEG)作為第IIIA族試劑且研究不同之氨注入速率來執行。用於此等實驗之製程條件在下文中陳述於表3中。亦值得注意的是，電漿入口、TEG入口及氨入口皆結束而與生長腔室天花板齊平以減少氣體之再循環，亦即，死點效應。天花板以約5.0cm至7.5cm之高度固定於基板上方，且基板固持器之旋轉速度為1200rpm。

N2 PL(2+3)為通往電漿入口之氮流。

H2 Shrd為經由外側板通往腔室之氫流。

MO inj.為攜載金屬有機物試劑之氫的金屬有機物注入器流。

NH3 0.25L為以sccm通往生長腔室中的氨流。

在表3中在生長薄膜中之碳及氧雜質含量方面陳述之實驗的結果在圖17中對於碳且在圖18中對於氧以SIMS資料用圖形方式展示。生長薄膜為約1um厚且生長於 GaN MOCVD模板之頂部。原生薄膜之厚度意味，SIMS資料僅需要自資料圖上之x軸線的左側向上檢視直至1um深度點為止。此區域處之尖峰係歸因於薄膜與模板之間的界面。

自圖17可見，第一，當與無氨注入之基線含量(工序第1386號)相比時，增加量之氨的注入引起生長薄膜中作為雜質之碳之含量的極大減小。30sccm之氨的注入使碳雜質之含量下降至1017個原子/cm3以下，而在注入100sccm之氨的情況下，看見碳雜質之含量實際上降低至或多或少對應於MOCVD產生之GaN模板中的含量，在使用GaN薄膜之RPCVD生長時迄今未見的結果。

圖18展示，生長薄膜中之氧雜質含量在所有條件下與MOCVD生長之GaN模板中所觀測到的含量持平。

一般原則

在以下實驗中，在RPCVD條件下生長GaN薄膜之三個不同的PBN襯裡配置得以使用。完全相同之製程條件在每一狀況下使用，且因此僅可變的是PBN襯裡之定位及相對長度。

製程條件

RPCVD薄膜藉由1600sccm氫之金屬有機物注入器流在3.5托下生長。三乙基鎵(TEG)以120sccm之流用作金屬有機物試劑。電漿氮流為2500sccm。電漿係使用在13.56MHz下操作之2.0kW RF源而產生。生長在電漿源與晶圓之 間在無任何簇射頭的情況下執行。所得之生長速率為0.6μm/小時。

對於實驗工序，一工序使用覆蓋AlN電漿管之整個長度的完全標準PBN襯裡來執行(在圖21中標示為工序『959 Boron』)。又一實驗以RF線圈之下側或下部末端與以10mm設定之PBN襯裡的頂部或開始之間的距離使用部分PBN襯裡(在圖21中標示為工序『1050 Boron』)。最終，實驗亦使用部分PBN襯裡但以RF線圈之下部範圍與以20mm設定的PBN襯裡最靠近該下部範圍之點之間的距離執行。此係藉由在工序1050中採用RF線圈且將其相對於PBN襯裡升高又一10mm來達成。此實驗工序在圖21中標示為工序『1052 Boron』。

結果

圖21為在藉由如上文所述之在PBN長度及對RF線圈之末端的相對定位方面的該三種實驗條件產生之GaN薄膜中發現的作為雜質之硼之含量的SIMS圖形分析。清楚可見，在使用本創作之裝置及方法生長的GaN薄膜中之硼原子的濃度顯著小於在完全相同之條件下但在具有覆蓋電漿管之整個內表面的完全PBN襯裡的情況下生長之GaN薄膜中發現的硼原子的濃度，使用本創作之裝置及方法的情況亦即RF線圈之下部末端與部分PBN襯裡逐漸間隔開。

特定言之，使用完全PBN襯裡(圖21中處於0.5μm深度的最上襯裡)之工序導致了含有顯著大於其他兩個工序之含量之硼雜質的GaN薄膜。純度級別之此差異將以合 乎需要的結果影響具有硼減少之薄膜品質。使用PBN襯裡與RF線圈之間的20mm間距之工序1052相對於具有10mm間距之工序1050展示了最終薄膜中較低含量之作為雜質的硼。因此，達到一點，襯裡與線圈之間的增大之間距係合乎需要的。使用部分PBN襯裡之兩個薄膜(工序1050及1052)另外具有高品質，且適於在典型GaN薄膜應用中使用。

此SIMS分析指示，如上文所述以及圖19及圖20中所示將PBN襯裡與電離源分開提供併入至生長薄膜中之硼之含量的令人驚訝之程度的減小。由於硼雜質可能不利地影響薄膜品質及因此效能，因此此控製程度對於具有極高品質之薄膜為非常合乎需要的。

自所有前述內容將瞭解，單獨的沈積區在RPCVD配置中之使用在減少通往諸如GaN薄膜之薄膜中的雜質併入方面可為有用的，然而，此等雜質將仍以明顯的數量發現於所產生薄膜中。相對小數量之氨通往第二沈積區中的與有機金屬試劑同時之引入已展示為顯著地降低薄膜中之氧及尤其碳的含量。在類似之條件下但在移除對電漿產生器及/或電漿入口與基板之間的直接流動之任何阻礙的情況導致尤其碳通往薄膜中之併入的極其令人驚訝的減少。此結合部分PBN襯裡可提供具有大大減少之硼、碳及氧雜質的具高品質之薄膜。

遍及本說明書，目標已為描述本創作之較佳實施例，而不將本創作限於任一實施例或特定特徵集合。熟習此項技術者將因此瞭解，依據本創作，在不脫離本創作之 範疇的情況下，可在所例示之特定實施例中進行各種修改及改變。

100‧‧‧RPCVD裝置

105‧‧‧生長腔室

110‧‧‧基板

115‧‧‧基板固持器

120‧‧‧電漿入口

125‧‧‧高頻產生器

130‧‧‧電漿

135‧‧‧氮源

140‧‧‧第IIIA族金屬有機物試劑源

145‧‧‧流動路徑

150‧‧‧金屬有機物注入器

155‧‧‧廢料出口

Claims (15)

1. 一種用於形成一薄膜之遠端電漿化學氣相沈積(RPCVD)裝置，該裝置包括一生長腔室，該裝置包含：(a)一氮電漿入口，其位於該生長腔室之一第一沈積區中以將一氮電漿引入至其中；(b)一第IIIA族試劑入口，其位於該生長腔室之一第二沈積區中以將一第IIIA族試劑引入至其中；(c)一氨入口，其鄰近該第IIIA族試劑入口以將氨引入至該第二沈積區中，使得該氨及該第IIIA族試劑在沈積之前混合；(d)一基板固持器，其經調適來支撐一或多個基板且在該第一沈積區與該第二沈積區之間旋轉每一基板；且該裝置進一步包含：(e)一電漿產生器，其自一氮源產生該氮電漿且將其供應至該氮電漿入口，該電漿產生器包含：(i)一電漿管，其具有形成於該電漿管之一第一末端中的一氮入口及形成於該電漿管之一第二末端中的一電漿出口；(ii)一電離源，其鄰近該電漿管以界定該電漿管之一第一區域且將該區域暴露於一電磁場以產生活性電漿物質；(iii)一熱解氮化硼襯裡，其定位為在該電漿管之一第二區域內鄰近該電漿管的內壁，該熱解氮化 硼襯裡不會延伸至該第一區域中超過大於該第一區域之長度之20%的距離。
2. 如請求項1之裝置，其中該第一沈積區實質上與該第二沈積區隔離。
3. 如請求項1之裝置，其中該氮電漿入口及/或該第IIIA族試劑入口在距該一或多個基板之一生長表面約1cm至約30cm之間的距離處通向該生長腔室。
4. 如請求項1之裝置，其中該氮電漿入口或該第IIIA族試劑入口中之至少一者結束而與該生長腔室之一天花板齊平，該天花板位於該一或多個基板之一生長表面的垂直上方的約1cm至約30cm之間。
5. 如請求項1之裝置，其中該氨入口實質上鄰近於該第IIIA族試劑入口之開口通向該生長腔室，以促進該等試劑在其接觸該一或多個基板之前的混合。
6. 如請求項1之裝置，其中該氨入口之一開口接近於該一或多個基板而通向該生長腔室。
7. 如請求項1之裝置，其中該氮電漿入口及該第IIIA族試劑入口位於該生長腔室內中央部分。
8. 如請求項1之裝置，其中該基板固持器之旋轉使該一或多個基板自該第一沈積區順序地通向該第二沈積區。
9. 如請求項1之裝置，其中該熱解氮化硼襯裡不會延伸至該第一區域中超過大於該第一區域之該長度之10%的距離。
10. 如請求項1之裝置，其中該熱解氮化硼襯裡並不延伸至 該第一區域中，使得其不會作為鄰近該電離源之該電漿管之內表面之一部分的襯裡。
11. 如請求項1之裝置，其中該熱解氮化硼襯裡與該電離源間隔介於大於0mm至約100mm之間的距離。
12. 如請求項1之裝置，其中該電離源係呈一RF線圈之形式。
13. 如請求項1之裝置，其中該電漿產生器為一RPCVD電漿產生器。
14. 如請求項1之裝置，其中該電漿管之該氮入口或該電漿管靠近該第一末端之一部分相對於該電漿管的其餘部分是受約束的。
15. 如請求項14之裝置，其中該約束係採取該氮入口及/或該電漿管之該第一區域的至少一部分相對於該電漿管之該第二區域之直徑具一減小直徑區域之形式。