沉積系統(tǒng)的氣體注入組件、包括這種組件的沉積系統(tǒng)和相關(guān)方法
【專利摘要】遮擋式注入器包括氣體注入口、內(nèi)側(cè)壁和用于引導(dǎo)氣體流過(guò)遮擋式注入器的至少兩個(gè)隆起部。隆起部中的每個(gè)從毗鄰氣體注入口中的孔的位置向著遮擋式注入器的氣體出口延伸并且設(shè)置在內(nèi)側(cè)壁之間。沉積系統(tǒng)包括具有發(fā)散地延伸的內(nèi)側(cè)壁的底座、氣體注入口、蓋和至少兩個(gè)發(fā)散地延伸的隆起部，這些隆起部用于引導(dǎo)氣流過(guò)至少部分由底座的內(nèi)側(cè)壁和蓋的底表面限定的空間的中央?yún)^(qū)域。在基板上形成材料的方法包括使前體流過(guò)此遮擋式注入器并且引導(dǎo)前體的一部分流過(guò)具有至少兩個(gè)隆起部的遮擋式注入器的中央?yún)^(qū)域。
【專利說(shuō)明】沉積系統(tǒng)的氣體注入組件、包括這種組件的沉積系統(tǒng)和相關(guān)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于將氣體注入沉積系統(tǒng)的化學(xué)沉積腔室中的氣體注入組件(諸如，包括注入口、底座和蓋的遮擋式注入器(visor injector))、包括這種組件的系統(tǒng)，以及使用這種組件和系統(tǒng)在基板上形成材料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是在制造半導(dǎo)體器件的過(guò)程中使用或形成的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體器件包括例如電信號(hào)處理器、電子存儲(chǔ)器件、光活性器件(例如，發(fā)光二極管(LED)、光伏(PV)器件等)和微機(jī)電(MEM)器件。這種結(jié)構(gòu)和材料經(jīng)常包括一種或多種半導(dǎo)體材料(例如，娃、鍺、碳化硅、II1-V族半導(dǎo)體材料等)，并且可包括集成電路的至少一部分。
[0003]由元素周期表上的III族和V族中的元素的組合形成的半導(dǎo)體材料被稱為II1-V族半導(dǎo)體材料。示例II1-V半導(dǎo)體材料包括諸如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦(InN)和氮化銦鎵(InGaN)的III族氮化物材料。氫化物氣相外延(HVPE)是用于在基板上形成(例如，生長(zhǎng))III族氮化物材料的化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)。
[0004]在用于形成GaN的示例HVPE工藝中，包含碳化硅(SiC)或氧化鋁(Al2O3,經(jīng)常被稱為“藍(lán)寶石”)的基板布置在化學(xué)沉積腔室中并且加熱至升高的溫度。氯化鎵(例如，GaCl、GaCl3)和氨(NH3)的化學(xué)前體在腔室內(nèi)混合并且發(fā)生反應(yīng)，形成GaN，GaN在基板上外延生長(zhǎng)以形成GaN層。諸如，當(dāng)通過(guò)使鹽酸(HCl)蒸汽在熔融鎵上流動(dòng)來(lái)形成氯化鎵時(shí)，可在腔室內(nèi)形成前體中的一種或多種(即，原位)，或者可在注入腔室內(nèi)之前形成前體中的一種或多種(即，非原位)。
[0005]在現(xiàn)有已知的構(gòu)造中，可通過(guò)具有發(fā)散的內(nèi)側(cè)壁的大體平坦的氣體注入器(經(jīng)常被稱為“遮擋”或“遮擋式注入器”)將前體氯化鎵注入腔室中?？赏ㄟ^(guò)多口注入器將前體NH3注入腔室中。在注入腔室中后，最初通過(guò)延伸至靠近基板邊緣的位置的遮擋式注入器的蓋分離這些前體。當(dāng)前體到達(dá)蓋的端部時(shí)，前體混合并且發(fā)生反應(yīng)，以在基板上形成GaN材料的層。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了以簡(jiǎn)化形式介紹構(gòu)思的選擇。將在以下本公開的示例實(shí)施方式的【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)一步詳細(xì)描述這些構(gòu)思。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在指明要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制要求保護(hù)的主題的范圍。
[0007]在一些實(shí)施方式中，本公開包括一種遮擋式注入器，該遮擋式注入器包括氣體注入口，氣體注入口包括主體、貫穿所述主體延伸的孔以及毗鄰所述孔的后壁。遮擋式注入器還包括:內(nèi)側(cè)壁，這些內(nèi)側(cè)壁從所述后壁向著所述遮擋式注入器的氣體出口延伸；至少兩個(gè)隆起部，所述至少兩個(gè)隆起部用于引導(dǎo)氣流流過(guò)所述遮擋式注入器。所述至少兩個(gè)隆起部均從毗鄰所述孔的位置向著所述氣體出口延伸。所述至少兩個(gè)隆起部設(shè)置在所述內(nèi)側(cè)壁之間。
[0008]在一些實(shí)施方式中，本公開包括一種沉積系統(tǒng)。該沉積系統(tǒng)包括:具有發(fā)散地延伸的內(nèi)側(cè)壁的底座、Btt鄰內(nèi)側(cè)壁的緊密接近的端部的氣體注入口以及設(shè)置在底座上和氣體注入口上的蓋。該沉積系統(tǒng)還包括至少兩個(gè)發(fā)散地延伸的隆起部，這些隆起部用于引導(dǎo)氣體通過(guò)至少部分地由底座的內(nèi)側(cè)壁和蓋的底表面限定的空間的中央?yún)^(qū)域。
[0009]在一些實(shí)施方式中，本公開包括一種在基板上形成材料的方法。根據(jù)此方法，使第一前體氣體流過(guò)包括氣體注入口、底座和蓋的遮擋式注入器。引導(dǎo)所述第一前體氣體的一部分流過(guò)所述遮擋式注入器的中央?yún)^(qū)域，其中，在所述氣體注入口的內(nèi)側(cè)壁之間形成有所述氣體注入口的至少兩個(gè)隆起部。該方法還包括使所述第一前體氣體流出所述遮擋式注入器并且向著毗鄰所述遮擋式注入器設(shè)置的基板流動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]雖然本說(shuō)明書以具體指出和明確要求保護(hù)什么被視為本發(fā)明實(shí)施方式的權(quán)利要求書為結(jié)束，但更具結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀的對(duì)本公開實(shí)施方式的某些示例的描述，可更容易確定本公開的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0011]圖1是化學(xué)沉積腔室的實(shí)施方式的簡(jiǎn)化部分立體圖，其示出基于計(jì)算機(jī)模型和模擬計(jì)算的、經(jīng)過(guò)遮擋式注入器通過(guò)化學(xué)沉積腔室并且到基板上的氣流；
[0012]圖2示出由計(jì)算機(jī)模型和模擬產(chǎn)生的圖表，該圖表表明在沉積工藝期間圖1的基板上的前體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
[0013]圖3是由計(jì)算機(jī)模型和模擬產(chǎn)生的曲線圖，該曲線圖表明在沉積工藝期間圖1的基板上的平均前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
[0014]圖4A至圖4C示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的氣體注入口的各種視圖；
[0015]圖4A示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的氣體注入口的頂部平面圖；
[0016]圖4B示出通過(guò)圖4A的剖面線4B-4B截取的氣體注入口的剖視圖；
[0017]圖4C示出圖4A和圖4B的氣體注入口的立體圖；
[0018]圖5是包括圖4A的氣體注入口、蓋和底座的根據(jù)本公開的實(shí)施方式的遮擋式注入器的分解立體圖；
[0019]圖6示出為了清晰起見被去除了蓋的圖5的遮擋式注入器的頂視圖；
[0020]圖7示出通過(guò)圖5的遮擋式注入器的氣流；
[0021]圖8示出由計(jì)算機(jī)模型和模擬產(chǎn)生的圖表，該圖表表明在沉積工藝期間在前體流過(guò)圖5的遮擋式注入器之后基板上的前體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
[0022]圖9是由計(jì)算機(jī)模型和模擬產(chǎn)生的曲線圖，該曲線圖表明在沉積工藝期間圖8的基板上的平均前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
[0023]圖1OA至圖1OE示出根據(jù)本公開的另一個(gè)實(shí)施方式的蓋的各種視圖；
[0024]圖1OA是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的蓋的頂部平面圖；
[0025]圖1OB是圖1OA的蓋的底部平面圖；
[0026]圖1OC是圖1OA和圖1OB的蓋底部的一部分的平面圖；
[0027]圖1OD是沿著圖1OC的剖面線10D-10D截取的圖1OA至圖1OC的蓋的局部剖視圖；
[0028]圖1OE是圖1OA至圖1OD的蓋的立體圖；
[0029]圖1lA示出包括底座、圖4A的氣體注入口和圖1OA的蓋的根據(jù)本公開的實(shí)施方式的遮擋式注入器；
[0030]圖1lB示出為了清晰起見被去除了蓋的一些部分的圖1lA的遮擋式注入器；
[0031]圖12示出通過(guò)圖1lA的遮擋式注入器的氣流的模型；
[0032]圖13示出由計(jì)算機(jī)模型和模擬產(chǎn)生的圖表，該圖表表明在前體流過(guò)圖1lA的遮擋式注入器之后基板上的前體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；以及
[0033]圖14示出由計(jì)算機(jī)模型和模擬產(chǎn)生的曲線圖，該曲線圖表明基板上的平均前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

【具體實(shí)施方式】
[0034]本文呈現(xiàn)的圖示不意味著是任何特定材料、結(jié)構(gòu)或期間的實(shí)際視圖，而只是用于描述本公開的實(shí)施方式的理想表現(xiàn)方式。
[0035]如本文使用的，關(guān)于給定參數(shù)、性質(zhì)或條件的術(shù)語(yǔ)“基本上”意指本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解給定參數(shù)、性質(zhì)或條件滿足在一定變化程度內(nèi)(諸如，可接受的制造公差內(nèi))達(dá)到的程度。
[0036]如本文使用的，使用諸如“第一”、“第二”、“前”、“后”、“上”、“下”、“頂”、“底”、“相對(duì)”等任何相關(guān)術(shù)語(yǔ)是為了清晰且方便地理解本公開和附圖并且沒有暗示或取決于任何特定偏好、取向或次序，除非上下文另外清楚地指示。
[0037]如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“氣體”意指并且包括既沒有自主的形狀又沒有自主的體積的流體。氣體包括蒸汽。因此，當(dāng)本文中使用術(shù)語(yǔ)“氣體”時(shí)，它可被解釋為“氣體或蒸汽”的含義。
[0038]如本文使用的，短語(yǔ)“氯化鎵”意指并且包括一氯化鎵(GaCl)和三氯化鎵(GaCl3)中的一種或多種。例如，氯化鎵可以基本上由GaCl組成，基本上由GaCl3組成，或者基本上由GaCl和GaCl3 二者組成。
[0039]本公開包括可用于使氣體向著基板流動(dòng)諸如以在基板表面上沉積或以其它方式形成材料(例如，半導(dǎo)體材料、II1-V族半導(dǎo)體材料等)的結(jié)構(gòu)和方法。在【具體實(shí)施方式】中，本公開涉及遮擋式注入器及其組件(例如，氣體注入口、底座和蓋)、使用這種遮擋式注入器的沉積系統(tǒng)，使用這種遮擋式注入器在基板上沉積或以其它方式形成半導(dǎo)體材料的方法和使氣體流過(guò)這種遮擋式注入器的方法。遮擋式注入器的氣體注入口、底座和蓋中的一個(gè)或多個(gè)可包括用于引導(dǎo)氣體流過(guò)遮擋式注入器的一個(gè)或多個(gè)隆起部。以下，進(jìn)一步詳細(xì)公開這種結(jié)構(gòu)和方法的示例。
[0040]圖1示出沉積系統(tǒng)的腔室100 (例如，HVPE沉積腔室)并且包括大體代表流過(guò)腔室100的氣體的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模型。示出了氣流線102，其代表從氣體注入口 104開始，穿過(guò)底座106，流到基板108上并且流入腔室100的其它部分中的氯化鎵(例如，CaCl、CaCl3)。為了清晰起見，從圖1中去除了設(shè)置在氣體注入口 104和底座106上的蓋，盡管該模型是基于此蓋存在于腔室100中的假設(shè)而產(chǎn)生的。另外，在假設(shè)氨(NH3)正從多口注入器112流過(guò)腔室100的前提下產(chǎn)生圖1的模型，盡管為了清晰起見在圖1中沒有表現(xiàn)出這種流動(dòng)。
[0041]盡管本公開描述了在腔室100中流動(dòng)氯化鎵和NH3以在基板108上形成GaN，但本公開還可應(yīng)用于流動(dòng)其它氣體，諸如以形成除了 GaN外的材料。事實(shí)上，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本公開的結(jié)構(gòu)和方法以及其組件和元件可用于涉及使一種或多種氣體流入并且通過(guò)沉積腔室的許多應(yīng)用中。
[0042]如圖1中所示，腔室100是大體矩形腔室，其中，氯化鎵和NH3發(fā)生反應(yīng)，在腔室100內(nèi)大體居中設(shè)置的基板108上形成GaN材料。氣態(tài)氯化鎵可通過(guò)氣體注入口 104注入腔室100中。氯化鎵可流出氣體注入口 104并且通過(guò)底座106，其中，發(fā)散的內(nèi)側(cè)壁110將氯化鎵流體分散到基板108上。另外，氣態(tài)NH3可通過(guò)多口注入器112被注入腔室100中。氯化鎵和NH3在本文中可被統(tǒng)稱為前體。另外，諸如N2、H2、SiH4, HCl等的一種或多種吹掃氣體可與前體一起注入腔室100中，盡管這種吹掃氣體沒有直接參與形成GaN材料的反應(yīng)。前體中的一者或兩者可在注入腔室100中之前被加熱。在2010年2月17日提交的、名稱為“GAS INJECTORS FOR CVD SYSTEMS WITH THE SAME (氣體注入器及帶有氣體注入器的CVD系統(tǒng))”的國(guó)際公開N0.WO 2010/101715A1中公開了在注入腔室100中之前加熱氯化鎵前體的一種方法，該國(guó)際公開的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文中。前體可被預(yù)加熱至大約500°C以上。在一些實(shí)施方式中，前體可被預(yù)加熱至大約650°C以上，諸如大約700°C和大約800°C之間。在被加熱之前，氯化鎵前體可基本上由三氯化鎵(CaCl3)構(gòu)成。在加熱和/或注入化學(xué)沉積腔室中后，CaCl3中的至少一部分可熱分解成例如一氯化鎵(GaCl)和其它副產(chǎn)物。因此，在化學(xué)沉積腔室中，氯化鎵前體可基本上由GaCL構(gòu)成，盡管還會(huì)存在一些CaCl3。另夕卜，基板108還可在注入前體之前被加熱至大約500°C以上。在一些實(shí)施方式中，基板108可被預(yù)加熱至大約900°C和大約1000°C之間的溫度。
[0043]基板108可包含上面可形成(例如，生長(zhǎng)、外延生長(zhǎng)、沉積等)GaN或另一種所需材料的任何材料(例如，另一種II1-V族半導(dǎo)體材料)。例如，基板108可包含碳化硅(SiC)和氧化鋁(Al2O3，經(jīng)常被稱為“藍(lán)寶石”)?；?08可以是上面將要形成GaN的單個(gè)的所謂“晶圓”材料，或者它可以是用于保持上面將要形成GaN的材料的多個(gè)小基板的基座(例如，涂布有SiC的石墨基座)。
[0044]氣體注入口 104和底座106的構(gòu)造可致使氯化鎵中絕大部分沿著底座106的內(nèi)側(cè)壁I1流動(dòng)，從而在底座106的中央留下其中只有相對(duì)少量的氯化鎵流動(dòng)的區(qū)域114，在本文中被稱為“死區(qū)(dead zone)”。此死區(qū)114可促成例如氯化鎵的再循環(huán)116的區(qū)域。氯化鎵的再循環(huán)116可促成基板108上的不均勻氯化鎵流動(dòng)分布。例如，在底座106中存在死區(qū)114可促成基板108的中央部分上的氯化鎵流相對(duì)較重的集中，如圖1中所示，這會(huì)造成基板108的中央部分中的GaN材料厚度增大。另外，氯化鎵的再循環(huán)會(huì)降低通過(guò)腔體100的氣流以及在基板108上形成GaN材料的過(guò)程的可控性和可預(yù)測(cè)性。
[0045]圖2示出代表在圖1的腔室100操作期間基板108的表面上的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的圖表(由CFD模型產(chǎn)生的)。圖2中示出的輪廓代表具有不同氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍的區(qū)域118A至118J之間的邊界，當(dāng)從圖2的立體圖觀察時(shí)，這些范圍是從右到左減小的。因此，最右邊區(qū)域118A可代表相對(duì)最聞的氣化嫁質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，相鄰區(qū)域118B可代表相對(duì)第_■聞的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，依此類推。最左邊區(qū)域118J可代表相對(duì)最低的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍。
[0046]圖3示出表明NH3和氯化鎵的平均前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著距離基板108中央的位置的變化而變化的曲線圖?；?08可在HVPE工藝期間旋轉(zhuǎn)，以提高基板108上形成GaN材料的均勻度。因此，通過(guò)對(duì)基板108上不同位置的前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)求平均以估計(jì)旋轉(zhuǎn)基板108上的前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，產(chǎn)生圖3的曲線圖。
[0047]參照?qǐng)D2和圖3并結(jié)合圖1，死區(qū)114和氯化鎵的再循環(huán)116可能會(huì)導(dǎo)致基板108上的氯化鎵的相對(duì)不均勻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。氯化鎵質(zhì)量的不均勻可與基板108上不均勻形成GaN相關(guān)聯(lián)。如圖3中所示，基板108的中央(即，在圖形位置零米(Om))和外邊緣(即，在圖形位置-0.1m和0.1m)可表現(xiàn)出相對(duì)高的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而基板108的中央和外邊緣之間的區(qū)域可表現(xiàn)出相對(duì)低的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)。因此，該模型表明在作為模型基礎(chǔ)的條件下正在基板108上形成的GaN在基板108的中央和外邊緣處相對(duì)厚而在中央和外邊緣之間的區(qū)域中相對(duì)薄。
[0048]圖4A至圖4C示出根據(jù)本公開的氣體注入口 124的各種視圖?？?26可貫穿氣體注入口 124的主體延伸，氣態(tài)氯化鎵流過(guò)該主體，諸如，當(dāng)在圖4A的立體圖中觀察時(shí)在出頁(yè)面的方向上，當(dāng)在圖4B的立體圖中觀察時(shí)在從右向左的方向上。在一些實(shí)施方式中，孔126可貫穿氣體注入口 124的主體延伸，使得氣體注入口 124的后壁128至少基本上與孔126相切。另外，孔126可至少基本上居中地位于氣體注入口 124的內(nèi)側(cè)壁130之間，內(nèi)側(cè)壁130從后壁128向著正面132發(fā)散地延伸。氣體注入口 124還可包括設(shè)置在內(nèi)側(cè)壁130之間的隆起部134，隆起部134可從毗鄰孔126的位置向著正面132發(fā)散地延伸。隆起部134中的每個(gè)可具有外側(cè)第一面136和內(nèi)側(cè)第二面138。
[0049]至少氣體注入口 124的影響氣流的那些部分(例如，孔126、后壁128、內(nèi)側(cè)壁130、隆起部134)可基本上關(guān)于對(duì)稱軸A對(duì)稱地定位，對(duì)稱軸A居中地貫穿氣體注入口 124，從后壁128延伸到正面132。如圖4A中所示，隆起部134中的每個(gè)可至少基本上居中地設(shè)置在鄰近的內(nèi)側(cè)壁130和對(duì)稱軸A之間。
[0050]盡管氣體注入口 124的各種元件的大小、尺寸、形狀和構(gòu)造都可以經(jīng)過(guò)修改，諸如用于流動(dòng)不同氣體，用于流動(dòng)不同溫度的氣體，用于以不同速率流動(dòng)氣體，用于在不同大小的基板上形成材料等，但將針對(duì)氣體注入口 124的一個(gè)實(shí)施方式描述示例尺寸，這個(gè)實(shí)施方式適于氣態(tài)氯化鎵以足夠溫度和速率流過(guò)氣體注入口 124，與NH3發(fā)生反應(yīng)，以在基板上形成GaN材料。
[0051]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，如圖4A中所示，例如，后壁128可在大體平行于正面132的方向上延伸，達(dá)到大約0.125英寸(0.32cm)和大約0.75英寸(1.91cm)之間(諸如,大約0.472英寸(1.20cm))的長(zhǎng)度B。例如，平行于對(duì)稱軸A并且垂直于后壁128的從后壁128到正面132的距離C可在大約0.5英寸(1.27cm)和大約2.0英寸(5.08cm)之間，諸如，大約0.855英寸(2.17cm)。例如，內(nèi)側(cè)壁130中的每個(gè)可按相對(duì)于對(duì)稱軸A成大約十五度(15° )和大約四十五度(45° )之間(諸如，大約三十度(30° ))的角度D從后壁128延伸到正面132。例如，后壁128和內(nèi)側(cè)壁130中的每個(gè)之間的交叉線可以大約O英寸(Ocm)(即，銳角拐角)和大約0.25英寸(0.64cm)之間的半徑E (諸如，大約0.04英寸(0.1Ocm))彎曲。例如，孔126的中央和正面132之間的平行于對(duì)稱軸A的距離F可在大約0.25英寸(0.64cm)和大約1.9英寸(4.83cm)之間,諸如,大約0.7英寸(1.78cm)。例如，隆起部134中的每個(gè)可按相對(duì)于對(duì)稱軸A成大約零度(0° )(即，平行于對(duì)稱軸A)和大約四十五度(45° )之間(諸如，大約十四點(diǎn)五度(14.5° ))的角度G從毗鄰孔126的位置向著正面132延伸。例如，對(duì)稱軸A和各隆起部134的外側(cè)第一面136的毗鄰孔126的那個(gè)端部之間的距離H可在大約0.1英寸(0.25cm)和大約0.75英寸(1.91cm)之間,諸如,大約0.25英寸(0.64cm)。例如，對(duì)稱軸A和各隆起部134的外側(cè)第一面136的在正面132上的那個(gè)端部之間的距離J可在大約0.1英寸(0.25cm)和大約1.75英寸(4.45cm)之間，諸如，大約0.36英寸(0.91cm)。例如，隆起部134的平行于對(duì)稱軸A截取的長(zhǎng)度K可在大約0.4英寸(1.02cm)和大約1.9英寸(4.83cm)之間,諸如,大約0.569英寸(1.45cm)。例如，各隆起部134在其外側(cè)第一面136和內(nèi)側(cè)第二面138之間的寬度L在大約0.01英寸(0.03cm)和大約0.125英寸(0.32cm)之間，諸如，大約0.039英寸(0.1Ocm)。
[0052]如圖4B中所示，例如，孔126的直徑M可在大約0.2英寸(0.51cm)和大約0.5英寸(1.27cm)之間，諸如，大約0.31英寸(0.79cm)。例如，后壁128、內(nèi)側(cè)壁130和隆起部134中的每個(gè)可從氣體注入口 124的主表面突出的高度N是大約0.02英寸(0.05cm)和大約0.125英寸(0.32cm)之間，諸如，大約0.05英寸(0.13cm)。氣體注入口 124的其它部分可以是與底座和/或蓋組裝的任何傳統(tǒng)形狀和尺寸。例如，氣體注入口 124的外表面可具有與底座的腔體互補(bǔ)的形狀和大小，使得氣體注入口 124可至少部分安置在腔體內(nèi)。
[0053]盡管氣體注入口 124的內(nèi)側(cè)壁130和隆起部134被示出是基本上線性的，但本公開不受此限制。例如，可代替地，內(nèi)側(cè)壁130和隆起部134中的一個(gè)或多個(gè)可沿著彎曲路徑或沿著階梯狀路徑延伸。
[0054]氣體注入口 124可由任何材料形成，該材料可在氣體注入口 124將要在操作期間經(jīng)受的條件(例如，化學(xué)試劑、溫度、流速、壓力等)下充分保持其形狀。另外，氣體注入口124的材料可被選定成抑制與流過(guò)其中的氣體(例如，前體)的反應(yīng)。以舉例的方式而非限制，氣體注入口 124可由金屬、陶瓷和聚合物中的一種或多種形成。在一些實(shí)施方式中，例如，氣體注入口 124可至少基本上由石英(諸如，被火焰磨光的透明熔融石英)構(gòu)成。在一些實(shí)施方式中，氣體注入口 124可包含SiC材料。例如，氣體注入口 124可在安裝到化學(xué)沉積腔室內(nèi)之前被用10%氫氟(HF)酸溶液之后再用蒸餾水和/或去離子水沖洗進(jìn)行清潔，以減少腔體中的污染物。
[0055]參照?qǐng)D5，氣體注入口 124可如假想線所指示地與底座106和蓋140組裝在一起，以形成供安裝在化學(xué)沉積腔室內(nèi)的遮擋式注入器。蓋140可被確定大小并且構(gòu)造成互補(bǔ)地裝配到底座106和氣體注入口 124上。圖6示出組裝后的氣體注入口 124和底座106的頂視圖，為了清晰起見去除了蓋140。底座106和蓋140中的每個(gè)可包含金屬、陶瓷和聚合物中的一種或多種。在一些實(shí)施方式中，底座106和蓋140中的一者或兩者可包含石英材料。在一些實(shí)施方式中，底座106和蓋140中的一者或兩者可包含SiC材料。
[0056]盡管遮擋式注入器在圖5中被示出為包括被組裝在一起以形成遮擋式注入器的分開形成的底座106、蓋140和氣體注入口 124，但本公開不受此限制。例如，底座106、蓋140和氣體注入口 124中的任何兩個(gè)或全部三個(gè)可被形成為整體。在一些實(shí)施方式中，底座106和氣體注入口 124可以是整體的部分。在其它實(shí)施方式中，蓋140和氣體注入口 124可以是整體的部分。
[0057]參照?qǐng)D5和圖6，底座106可包括內(nèi)側(cè)壁110，內(nèi)側(cè)壁110從毗鄰氣體注入口 124的位置發(fā)散地延伸到毗鄰在HVPE工藝期間上面將要形成例如GaN的基板108的位置。底座106的內(nèi)側(cè)壁130可按與氣體注入口 124的內(nèi)側(cè)壁130 (圖4A)的延伸角度D (圖4A)至少基本上相同的相對(duì)于對(duì)稱軸P的角度(諸如，相對(duì)于對(duì)稱軸P成大約30° )延伸。對(duì)稱軸P可在內(nèi)側(cè)壁110之間的中間延伸。凹陷142可沿著底座106的內(nèi)側(cè)壁110中的每個(gè)形成，以將蓋140的特征部設(shè)置在凹陷142，如以下參照?qǐng)D1OA至圖1OE的蓋160更詳細(xì)說(shuō)明的。在一些實(shí)施方式中，底座106的內(nèi)側(cè)壁110可與氣體注入口 124的內(nèi)側(cè)壁130在至少基本上近似的方向上延伸，底座106的內(nèi)側(cè)壁110可與氣體注入口 124的內(nèi)側(cè)壁130是連續(xù)的。在其它實(shí)施方式中，底座106的內(nèi)側(cè)壁110可與氣體主入口 124的內(nèi)側(cè)壁130在不同的方向上延伸。在一些實(shí)施方式中，底座106的內(nèi)側(cè)壁110可沿著彎曲(例如，凹進(jìn)或凸出)路徑或階梯狀路徑延伸。
[0058]至少基本上平坦的表面144可在底座106的內(nèi)側(cè)壁110之間延伸。底座106還可包括沿著底座106的彎曲端邊緣從內(nèi)側(cè)壁110中的一個(gè)延伸到另一個(gè)的唇緣146。唇緣146可至少部分限定底座106的氣體出口?？蛇x地，底座106可包括一個(gè)或多個(gè)通道148，可通過(guò)通道148將其它氣體(例如，諸如4、隊(duì)、51!14、!1(:1等的吹掃氣體)引入腔室中。
[0059]圖7示出通過(guò)圖5的遮擋式注入器的氣流的CFD模型。為了清晰起見，只示出了氣體注入部分124和底座106中的氣體沿著其流動(dòng)的部分，圖7中未示出蓋140。氣體(例如，氯化鎵)可通過(guò)氣體注入口 124的孔126注入，進(jìn)入表面144、內(nèi)側(cè)壁130和111以及蓋140(圖5)之間的容積中。因?yàn)閮?nèi)側(cè)壁130和110的發(fā)散導(dǎo)致氣體膨脹所通過(guò)的空間的容積，氣體的速率會(huì)降低，氣體可從氣體注入口 124處相對(duì)窄的流動(dòng)分散成在唇緣146上的相對(duì)較寬的流動(dòng)。
[0060]如圖7中所示,相比于其中氣體注入口 104不包括任何隆起部134的圖1中示出的流動(dòng)，流出孔126的氣體可被隆起部134以更均勻的方式導(dǎo)向底座106的唇緣146。隆起部134可因此通過(guò)將氣體導(dǎo)向底座106的中央?yún)^(qū)域來(lái)減小和/或消除圖1中示出的死區(qū)114。盡管在通過(guò)組裝后的氣體注入口 124、底座106和蓋140(圖5)的流動(dòng)中出現(xiàn)一些氣體再循環(huán)150，但這種氣體再循環(huán)150會(huì)比圖1中示出的氣體再循環(huán)116少。另外，在圖7中的唇緣146上退出底座106的氣體可比退出圖1中的底座106的氣體相對(duì)更均勻地分布。
[0061]圖8示出代表由于氯化鎵流過(guò)包括氣體注入口 124、底座106和蓋140的遮擋式注入器造成的基板108表面上的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CFD模型。圖8中示出的輪廓代表具有不同氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍的區(qū)域152A至152J之間的邊界，當(dāng)從圖8的立體圖觀察時(shí)，這些范圍是從右到左減小的。因此，區(qū)域152A可代表相對(duì)最高的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，相鄰區(qū)域152B可代表相對(duì)第二高的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，依此類推。最左邊區(qū)域152J可代表相對(duì)最低的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍。如通過(guò)比較圖8的圖表與圖2的圖表可看出的，圖8的圖表中的輪廓線表現(xiàn)出在基板上在垂直上下方向(從圖的立體圖來(lái)看)上移動(dòng)的橫向左右方向上的偏差小。
[0062]圖9示出表明NH3和氯化鎵的平均前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著距離基板108中央的位置的變化而變化的曲線圖，其原因在于，使氯化鎵流過(guò)包括氣體注入口 124、底座106和蓋140的遮擋式注入器?；?08可在HVPE工藝期間旋轉(zhuǎn)，以提高基板108上形成GaN材料的均勻度。因此，通過(guò)對(duì)基板108上不同位置的前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)求平均以估計(jì)旋轉(zhuǎn)基板108上的前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，產(chǎn)生圖9的曲線圖。
[0063]參照?qǐng)D8和圖9并結(jié)合圖7，相比于圖1至圖3中示出和建模的實(shí)施方式，包括隆起部134的氣體注入口 124可引導(dǎo)氯化鎵流過(guò)其中，使其更均勻地分布在基板108上。氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改善的均勻度可與基板108上形成GaN材料的改善的均勻度相關(guān)聯(lián)。比較圖9的曲線圖與圖3的曲線圖，相比于氯化鎵被引導(dǎo)通過(guò)氣體注入口 104(圖1)時(shí)，當(dāng)氯化鎵被引導(dǎo)通過(guò)氣體注入口 124(圖7)時(shí)，基板108上的平均氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)相對(duì)更均勻。因此，在基板108上由流過(guò)氣體注入口 124和底座106的前體氯化鎵形成的GaN材料的厚度可在基板108上具有改善的均勻度。例如，使用現(xiàn)有已知隔板注入器形成的平均厚度約為5μπι的GaN材料可具有平均厚度的大約20%的層厚度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。相比之下，根據(jù)本公開形成的平均厚度約為5μπι的GaN材料可具有平均厚度的大約10%的層厚度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0064]在一些實(shí)施方式中，本公開還包括在基板上形成材料(例如，半導(dǎo)體材料，諸如II1-V族半導(dǎo)體材料)的方法。再參照?qǐng)D4Α至圖7，氣體注入口 124、底座106和蓋140可被如上所述地組裝并且設(shè)置在與圖1中示出的腔室100類似的化學(xué)沉積腔室內(nèi)?；?08(在圖6中用虛線示出)可毗鄰氣體注入口 124、底座106和蓋140設(shè)置?；?08可在腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)?；?08可被加熱至諸如大約500°C以上的升高溫度。在一些實(shí)施方式中，基板108可被預(yù)加熱至大約900°C和大約1000°C之間的溫度。
[0065]第一前體氣體(例如，氣態(tài)氯化鎵)可流過(guò)氣體注入口 124中的孔126，進(jìn)入氣體注入口 124和設(shè)置在氣體注入口 124上方的蓋140之間的空間中?？赏ㄟ^(guò)提供氣體注入口124的發(fā)散的內(nèi)側(cè)壁130來(lái)減小第一前體氣體的速率。第一前體氣體可因隆起部134中的一個(gè)或多個(gè)被引導(dǎo)通過(guò)氣體注入口 124，隆起部134發(fā)散地從毗鄰孔126的位置延伸至毗鄰氣體注入口 124的正面132。隆起部134中的一個(gè)可在內(nèi)側(cè)壁130的第一內(nèi)側(cè)壁和對(duì)稱軸A之間大體居中地設(shè)置，隆起部134中的另一個(gè)可在內(nèi)側(cè)壁130的第二內(nèi)側(cè)壁和對(duì)稱軸A之間大體居中地設(shè)置。第一前體氣體的一部分可被引導(dǎo)成在第一內(nèi)側(cè)壁130和相鄰隆起部134之間流動(dòng)，第一前體氣體的另一部分可被引導(dǎo)成在隆起部134之間流動(dòng)，第一前體氣體的又一部分可被引導(dǎo)成在第二內(nèi)側(cè)壁130和相鄰隆起部134之間流動(dòng)。引導(dǎo)第一氣體前體通過(guò)氣體注入口 124可導(dǎo)致引導(dǎo)第一氣體前體流過(guò)組裝后的氣體注入口 124、蓋140和底座106的中央?yún)^(qū)域。以上，描述第一前體氣體可流過(guò)的氣體注入口 124及其組件的另外特性(例如，大小、形狀、材料、角度等)的示例細(xì)節(jié)。
[0066]在第一前體氣體流過(guò)氣體注入口 124之后，第一前體氣體可從氣體注入口 124起，在底座106和蓋140之間流動(dòng)，流向基板108。另外，可通過(guò)提供底座106的發(fā)散的內(nèi)側(cè)壁110來(lái)減小第一前體氣體的速率。第一前體氣體可被引導(dǎo)到沿著底座106的完全端邊緣設(shè)置的唇緣146上，退出包括氣體注入口 124、底座106和蓋140的遮擋式注入器。第一前體氣體接著可流到基板108上。
[0067]第二前體氣體(例如，氣態(tài)NH3)可諸如通過(guò)以上參照?qǐng)D1描述的多口注入器112被注入腔室中，在第一前體氣體的對(duì)面并且大體在與第一前體氣體的流動(dòng)相同的方向上沿著蓋140的主表面流動(dòng)?？蛇x地，一種或多種吹掃氣體(例如，H2、N2、SiH4、HCl等)也可諸如通過(guò)底座106(圖5和圖6)的通道148在腔室中流動(dòng)，如上所述。第一前體氣體、第二前體氣體和吹掃氣體中的一個(gè)或多個(gè)可在進(jìn)入腔室之前、在進(jìn)入腔室時(shí)和/或在進(jìn)入腔室之后被加熱。例如，第一前體氣體、第二前體氣體和吹掃氣體中的一個(gè)或多個(gè)可被預(yù)加熱至大約500°C以上的溫度。在一些實(shí)施方式中，第一前體氣體、第二前體氣體和吹掃氣體中的一個(gè)或多個(gè)可被預(yù)加熱至大約650°C以上，諸如，在大約700°C和大約800°C之間。
[0068]在第一前體氣體退出包括氣體注入口 124、底座106和蓋140的遮擋式注入器之后，并且在第二前體氣體到達(dá)蓋140毗鄰基板108的端部之后，第一前體氣體和第二前體氣體可被混合，發(fā)生反應(yīng)并且在基板108上形成(例如，生長(zhǎng)、外延生長(zhǎng)、沉積等)材料。形成在基板108上的材料可以是半導(dǎo)體材料，包括得自第一前體氣體的至少一個(gè)原子(例如，Ga)和得自第二前體氣體的至少一個(gè)原子(例如，N)的化合物(例如，III族氮化物化合物，例如，GaN化合物)。第一前體氣體和第二前體氣體中沒有在基板108上形成材料的那些部分(例如，Cl和H，諸如，以HCl的形式)可與吹掃氣體一起流出腔室。使用具有隆起部134的氣體注入口 124以所描述方式引導(dǎo)第一前體氣體流動(dòng)可使得在基板108上能夠形成厚度均勻度改善的材料。
[0069]圖1OA至圖1OE示出本公開的蓋160的另一個(gè)實(shí)施方式的各種視圖。以與圖5中示出的蓋140類似的方式，蓋160可被確定大小并且被構(gòu)造成互補(bǔ)地裝配到底座106和氣體注入口 124上。如圖1OA至圖1OC中所示，蓋160可至少基本上關(guān)于對(duì)稱軸Q對(duì)稱。參照?qǐng)D1OA至圖10E，蓋160可包括頂部主表面162和與頂部主表面162相對(duì)的底部主表面164。頂部主表面162可以至少基本上是平坦的。蓋160的氣體出口面166可基本上是半圓形和凹形的，用于在操作期間部分限定基板108，使其毗鄰氣體出口面166設(shè)置。因此，蓋160任一側(cè)的前體氣體(例如，氯化鎵和NH3)可通過(guò)蓋160至少基本上彼此隔離，直到前體氣體到達(dá)毗鄰基板108的邊緣的位置，如圖1OA中的虛線所示。
[0070]如圖1OB至圖1OE中所示，蓋160的底部主表面164可包括從其突出的許多特征。突出部168可被確定大小和形狀，以便當(dāng)與氣體注入口 124組裝在一起時(shí)(圖5和圖6)設(shè)置在氣體注入口 124上方，諸如，以至少部分裝配在氣體注入口 124所處的底座106中的腔體內(nèi)部。發(fā)散肋170可從突出部168延伸到氣體出口面166并且可被確定大小和形狀，以便當(dāng)與底座106的內(nèi)側(cè)壁110組裝在一起時(shí)(圖5和圖6)沿著底座106的內(nèi)側(cè)壁110延伸。如上所述，底座106可包括沿著其內(nèi)側(cè)壁110形成的凹陷142(圖5)。蓋160的發(fā)散肋170的至少一部分在與底座106的凹陷142中的一個(gè)組裝在一起時(shí)可設(shè)置在這個(gè)凹陷142內(nèi)部。如圖1OB至圖1OE中所示，發(fā)散肋170可從蓋160的底部主表面164突出，達(dá)到至少與突出部168基本上相同的程度。
[0071]斜坡式氣體出口表面172可與底部主表面164成一定角度地延伸到蓋160的氣體出口面166，達(dá)到與發(fā)散肋170從底部主表面164突出基本上相同的高度。隆起部174可發(fā)散地從突出部168向著氣體出口面166延伸。隆起部174可從蓋160的底部主表面164突出，達(dá)到比突出部168(如圖1OD和圖1OE中所示)更大的程度。隆起部174中的每個(gè)可在相鄰發(fā)散肋170和對(duì)稱軸Q之間至少基本上居中地設(shè)置。各隆起部174毗鄰?fù)怀霾?68的端部可被設(shè)置成，當(dāng)與氣體注入口 124 (圖4A和圖4C)的正面132上的氣體注入口 124的隆起部134的端部組裝在一起時(shí)毗鄰這些端部。例如，蓋160的隆起部174可被構(gòu)造成至少基本上是共線的并且當(dāng)與氣體注入口 124的隆起部134組裝在一起時(shí)與隆起部134是連續(xù)的。
[0072]盡管蓋160的各種元件的大小、尺寸、形狀和構(gòu)造經(jīng)過(guò)修改，諸如用于流動(dòng)不同氣體，用于流動(dòng)不同溫度的氣體，用于以不同速率流動(dòng)氣體，用于在不同大小的基板108上形成材料等，但將針對(duì)蓋160的一個(gè)實(shí)施方式描述示例尺寸，這個(gè)實(shí)施方式適于氣態(tài)氯化鎵以足夠溫度和速率流動(dòng)，與NH3發(fā)生反應(yīng)，以在基板上形成GaN。
[0073]據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，如圖1OA中所示，例如，蓋160的氣體出口面166的半徑R可在大約4英寸(10.16cm)和大約6.5英寸(16.51cm)之間，諸如，大約4.5英寸(11.43cm)。
[0074]如圖1OB中所示，例如，突出部168的第一寬度S可在大約I英寸(2.54cm)和大約3英寸(7.62cm)之間，諸如，大約1.650英寸(4.19cm)。例如，垂直于第一寬度S的第二寬度T可在大約0.6英寸(1.52cm)和大約2.5英寸(6.35cm)之間，諸如，大約0.925英寸(2.35cm)。例如，蓋160的與氣體出口面166相對(duì)的那側(cè)的突出部168的拐角的半徑U可在大約零英寸(Ocm)(即，銳角拐角)和大約0.25英寸(0.64cm)之間，諸如,大約0.13英寸(0.33cm)。發(fā)散肋170可從突出部168的拐角起至少基本上連續(xù)地延伸。例如，在發(fā)散肋170中的每個(gè)和突出部168之間的交叉線處，突出部168的邊緣和發(fā)散肋170之間的內(nèi)徑V可在大約零英寸(Ocm)(即，銳角拐角)和大約0.5英寸(1.27cm)之間,諸如,大約0.25英寸(0.64cm)。例如，發(fā)散肋170中的每個(gè)可按大約十五度(15° )和大約四十五度(45° )之間(諸如，大約29.3° )的角度X從突出部168延伸到氣體窗口面166。例如，發(fā)散肋170中的每個(gè)的橫向?qū)挾萗可在大約0.5英寸(0.13cm)和大約0.25英寸(0.64cm)之間，諸如，大約0.095英寸(0.24cm)。例如，各發(fā)散肋170毗鄰蓋160的氣體出口面166的端部的外表面和對(duì)稱軸Q之間的距離Z可在大約2英寸(5.08cm)和大約4英寸(10.16cm)之間，諸如，大約3.10英寸(7.87cm)。例如，斜坡式氣體出口表面172與底部主表面164交叉的邊緣的半徑AA可在大約4.2英寸(10.67cm)和大約7英寸(17.78cm)之間,諸如,大約4.850 英寸(12.32cm)。
[0075]如圖1OC中所示，例如隆起部174毗鄰?fù)怀霾?68的端部之間的內(nèi)部距離AB可在約0.2英寸(0.51cm)和大約3.5英寸(8.89cm)之間,諸如,大約0.72英寸(1.83cm)。例如，隆起部174中的每個(gè)的平行于對(duì)稱軸Q截取的長(zhǎng)度AC可在約I英寸(2.54cm)和大約3英寸(7.67cm)之間，諸如，大約1.97英寸(5.0Ocm)。例如，隆起部174中的每個(gè)的橫向?qū)挾華D可在大約0.01英寸(0.03cm)和大約0.125英寸(0.32cm)之間，諸如，大約0.039英寸(0.1Ocm)。例如，對(duì)稱軸Q和各隆起部174之間的角度AE可在大約零度(0° )(即，平行于對(duì)稱軸Q)和大約四十五度(45° )之間，諸如，大約十四點(diǎn)五度(14.5° )。
[0076]如圖1OD中所示，例如，蓋160在頂部主表面162和底部主表面164之間的厚度AF可在大約0.05英寸(0.13cm)和大約0.375英寸(0.95cm)之間，諸如，大約0.25英寸(0.25cm)。例如，突出部168和發(fā)散肋170可從底部主表面164突出的距離AG可在大約0.02英寸(0.05cm)和大約0.125英寸(0.32cm)之間，諸如，大約0.045英寸(0.11cm)。例如，隆起部174可從底部主表面164突出的距離AH可在大約0.02英寸(0.05cm)和大約0.25英寸(0.64cm)之間，諸如，大約0.145英寸(0.37cm)。例如，蓋160與氣體出口面166(圖10E)相對(duì)的端面和突出部168與氣體出口面166相對(duì)的端部之間的距離AJ可在大約0.25英寸(0.64cm)和大約I英寸(2.54cm)之間,諸如,大約0.520英寸(1.32cm)。例如，斜坡式氣體出口表面172的平行于底部主表面164截取的并且從與底部主表面164的交叉處延伸到蓋160的氣體出口面166的寬度AK在大約0.2英寸(0.51cm)和大約0.5英寸(1.27cm)之間，諸如，大約0.350英寸(0.89cm)。例如，斜坡式氣體出口表面172可按大約兩度(2° )和大約十五度(15° )之間(諸如，大約七度(7° ))的角度AL從底部主表面164延伸到氣體出口面166。
[0077]蓋160可由任何材料形成，該材料可在蓋160在操作期間將經(jīng)受的條件(例如，化學(xué)試劑、溫度、流速、壓力等)下充分保持其形狀。另外，蓋160的材料可被選定成抑制與抵著和/或沿著蓋160流動(dòng)的氣體(例如，前體)的反應(yīng)。以舉例的方式而非限制，蓋160可由金屬、陶瓷和聚合物中的一種或多種形成。在一些實(shí)施方式中，例如，蓋160可包含石英材料，諸如，被火焰磨光的透明熔融石英。蓋160可在安裝到化學(xué)沉積腔室內(nèi)之前被用10%HF酸溶液之后再用蒸餾水和/或去離子水沖洗進(jìn)行清潔，以減少腔體中的污染物。
[0078]如圖1lA和圖1lB中所示，底座106、氣體注入口 124和蓋160可被組裝在一起。在圖1lA中，氣體注入口 124和底座106的部分以及蓋160的特征被用虛線示出，因?yàn)樵趫D1lA的立體圖中，這些組件和特征設(shè)置在蓋160下方。在圖1lB中，蓋160中除了隆起部174之外的部分被去除，以更清楚地示出氣體(例如，氣態(tài)氯化鎵)可流動(dòng)通過(guò)的區(qū)域。如圖1IA和圖1lB中所示，當(dāng)?shù)鬃?06、氣體注入口 124和蓋160被組裝在一起時(shí)，氣體注入口124的隆起部134可與蓋160的隆起部174至少基本上對(duì)齊并且與之是連續(xù)的。
[0079]盡管遮擋式注入器在圖1lA和圖1lB中被示出為包括被組裝在一起形成遮擋式注入器的分開形成的底座106、蓋160和氣體注入口 124，但本公開不受此限制。例如，底座106、蓋160和氣體注入口 124中的任何兩個(gè)或全部三個(gè)可被形成為整體，基本上如以上參照?qǐng)D5的底座106、蓋140和氣體注入口 124描述的。
[0080]圖12示出通過(guò)組裝后的氣體注入口 124、底座106和蓋160 (圖1lA和圖11B)氣流的CFD模型。為了清晰起見，在圖12中只示出氣體注入口 124、底座106和蓋160中的氣體沿著其流動(dòng)的部分。參照?qǐng)D12，氣體(例如，氯化鎵)可通過(guò)氣體注入口 124的孔126注入，進(jìn)入表面144、內(nèi)側(cè)壁130和111和蓋160(圖1lA和圖11B)之間的容積中。因?yàn)橛捎趦?nèi)側(cè)壁130和110的發(fā)散導(dǎo)致氣體膨脹，所以氣體的速率會(huì)降低，氣體可從氣體注入口 124處相對(duì)窄的流動(dòng)分散成在唇緣146上的相對(duì)較寬的流動(dòng)。
[0081]如圖12中所示,相比于其中氣體注入口 104不包括任何隆起部的圖1中示出的流動(dòng)，流出孔126的氣體可被氣體注入口 124的隆起部134以更均勻的方式導(dǎo)向底座106的唇緣146。另外，從氣體注入口 124流向唇緣146 (并最終流向毗鄰唇緣146設(shè)置的基板)的氣體可進(jìn)一步被蓋160 (圖1lA和圖11B)的隆起部174引導(dǎo)和分布。隆起部134和174可因此通過(guò)將氣體導(dǎo)向底座106的中央?yún)^(qū)域來(lái)減小和/或消除圖1中示出的死區(qū)114。圖12的CFD模型示出在隆起部174和底部106的內(nèi)側(cè)壁110之間，在通過(guò)底座106的流中會(huì)出現(xiàn)一些氣體再循環(huán)176。盡管氣體再循環(huán)176可比圖7中示出的氣體再循環(huán)有所增加，但這種氣體再循環(huán)176會(huì)比圖1中示出的氣體再循環(huán)116少。另外，即使可沿著隆起部174出現(xiàn)一些再循環(huán)176，在圖12中的唇緣146上退出底座106的氣體可比退出圖1中的底座106的氣體相對(duì)更均勻地分布。
[0082]圖13示出代表由于氯化鎵流過(guò)包括氣體注入口 124、底座106和蓋160的遮擋式注入器造成的基板108表面上的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CFD模型。圖13中示出的輪廓代表具有不同氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍的區(qū)域178A至178J之間的邊界，當(dāng)從圖13的立體圖觀察時(shí)，這些范圍是從右到左減小的。因此，區(qū)域178A可代表相對(duì)最高的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，相鄰區(qū)域178B可代表相對(duì)第二高的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，依此類推。最左邊區(qū)域178J可代表相對(duì)最低的氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍。如通過(guò)比較圖13的圖表與圖2的圖表可看出的，圖13的圖表中的輪廓線表現(xiàn)出在基板上在垂直上下方向(從圖的立體圖來(lái)看)上移動(dòng)的橫向左右方向上的偏差小。
[0083]圖14示出表明NH3和GaCl3的平均前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著距離基板108中央的位置的變化而變化的曲線圖，該曲線圖是通過(guò)使氯化鎵流過(guò)包括氣體注入口 124、底座106和蓋160的遮擋式注入器得到的。基板108可在HVPE工藝期間旋轉(zhuǎn)，以提高基板108上形成GaN材料的均勻度。因此，通過(guò)對(duì)基板108上不同位置的前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)求平均以估計(jì)旋轉(zhuǎn)基板108上的前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，產(chǎn)生圖14的曲線圖。
[0084]參照?qǐng)D13和圖14并結(jié)合圖12，相比于圖1至圖3中示出和建模的實(shí)施方式，包括隆起部134的氣體注入口 124和包括隆起部174的蓋160 (圖1IA和圖11B)可引導(dǎo)氯化鎵流過(guò)其中，使其更均勻地分布在基板108上。氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改善的均勻度可與基板108上形成GaN材料的改善的均勻度相關(guān)聯(lián)。比較圖14的曲線圖與圖3的曲線圖，相比于氯化鎵被引導(dǎo)通過(guò)氣體注入口 104(圖1)時(shí)，當(dāng)氯化鎵被引導(dǎo)通過(guò)組裝后的氣體注入口 124、蓋160和底座106時(shí)，基板108上的平均氯化鎵質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)相對(duì)更均勻。因此，在基板108上由流過(guò)組裝后的氣體注入口 124、蓋160和底座106的前體氯化鎵形成的GaN材料的厚度可在基板108上具有改善的均勻度。
[0085]盡管具有隆起部174的蓋160在圖1lA至圖12中被示出為與具有隆起部134的氣體注入口 124結(jié)合在一起使用，但本公開不受此限制。例如，在一些實(shí)施方式中，具有隆起部174的蓋160可與底座106和沒有任何隆起部的氣體注入口 104組裝在一起。
[0086]另外，盡管以上已經(jīng)參照?qǐng)D4A至圖4C將氣體注入口 124描述為包括從其延伸的隆起部134并且以上已經(jīng)參照?qǐng)D1OB至圖1OE將蓋160描述為包括從其底表面164突出的隆起部174，但本公開不受此限制。舉例來(lái)說(shuō)，被描述為從氣體注入口 124延伸的隆起部134可另選地從圖1OB至圖1OE中示出的蓋160的突出部168延伸。又如，被描述為從蓋160突出的隆起部174可另選地從底部106的表面144突出(圖5至圖7)。
[0087]在一些實(shí)施方式中，本公開包括在基板上形成材料(例如，半導(dǎo)體材料，諸如II1-V族半導(dǎo)體材料)的另外的方法。再參照?qǐng)D10至圖12，氣體注入口 124、底座106和蓋160可如上所述地組裝并且被設(shè)置在與圖1的腔體100類似的化學(xué)沉積腔室內(nèi)。基板108 (在圖1OA中用虛線示出)可毗鄰組裝后的氣體注入口 124、底座106和蓋160設(shè)置。基板108可在腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)。基板108可被加熱至諸如大約500°C以上的升高溫度。在一些實(shí)施方式中，基板108可被預(yù)加熱至大約900°C和大約1000°C之間的溫度。
[0088]第一前體氣體(例如，氣態(tài)氯化鎵)可流過(guò)氣體注入口 124中的孔126，進(jìn)入氣體注入口 124和設(shè)置在氣體注入口 124上方的蓋140之間的空間中，基本上如以上參照?qǐng)D4A至圖7描述的。另選地，第一前體氣體可流過(guò)沒有任何隆起部的氣體注入口，諸如，圖1中示出的氣體注入口 104。
[0089]在第一前體氣體流過(guò)氣體注入口 124之后，第一前體氣體可從氣體注入口 124起，在底座106和蓋160之間流動(dòng)，流向基板108。第一前體氣體可通過(guò)隆起部174中的一個(gè)或多個(gè)被引導(dǎo)通過(guò)底座106，隆起部174發(fā)散地沿著蓋160從毗鄰氣體注入口 124的位置向著蓋160的氣體出口面166延伸。隆起部174中的一個(gè)可在發(fā)散肋170中的第一發(fā)散肋和蓋160的對(duì)稱軸Q之間大體居中地設(shè)置。隆起部134中的另一個(gè)可在發(fā)散肋170中的第二發(fā)散肋和蓋160的對(duì)稱軸Q之間大體居中地設(shè)置。第一前體氣體的一部分可被引導(dǎo)成在底座106的第一內(nèi)側(cè)壁110和相鄰隆起部174之間流動(dòng)，第一前體氣體的另一部分可被引導(dǎo)成在隆起部174之間流動(dòng)，第一前體氣體的又一部分可被引導(dǎo)成在底部106的第二內(nèi)側(cè)壁130和相鄰隆起部174之間流動(dòng)。第一前體氣體可被引導(dǎo)成在沿著底部106的彎曲端邊緣設(shè)置的唇緣146和蓋160的斜坡式氣體出口表面172之間流動(dòng)，以退出包括氣體注入口 124、底座106和蓋160的遮擋式注入器。以上，描述第一前體氣體可沿著其流動(dòng)的蓋160及其組件的另外特性(例如，大小、形狀、材料、角度等)的示例細(xì)節(jié)。第一前體氣體接著可流到基板108上。
[0090]基本上如以上描述的，第二前體氣體可在第一前體氣體的對(duì)面并且大體在與第一前體氣體的流動(dòng)相同的方向上沿著蓋160(圖1OA和圖10D)的頂部主表面162流動(dòng)，第一前體氣體和第二前體氣體可被混合，發(fā)生反應(yīng)并且在基板108上形成材料。使用具有隆起部174的蓋160以所描述方式引導(dǎo)第一前體氣體流動(dòng)可使得在基板108上能夠形成厚度均勻度改善的材料。
[0091]再參照?qǐng)D4A至圖7，本公開的遮擋式注入器可包括大體平坦的空間，該空間至少部分由沿著底部106的彎曲端邊緣發(fā)散地從氣體注入口 124的孔126向著唇緣146延伸的內(nèi)側(cè)壁110、130、底部106的至少基本上平坦表面144、蓋140的表面限定。隆起部134可設(shè)置在該空間內(nèi)，以發(fā)散地從毗鄰氣體注入口 124的孔126的位置向著唇部146延伸。如以上說(shuō)明的，隆起部134中的每個(gè)可設(shè)置在遮擋式注入器中的空間內(nèi)，至少基本上居中地在相鄰內(nèi)側(cè)壁110、130和在相對(duì)內(nèi)側(cè)壁110、130之間的中間延伸的對(duì)稱軸之間。隆起部134可被確定大小和位置，以引導(dǎo)和分布流過(guò)遮擋式注入器的氣體，諸如，以將氣體的一部分向著遮擋式注入器中的空間的中央?yún)^(qū)域引導(dǎo)。再參照?qǐng)D1OB至圖12，本公開的遮擋式注入器中的空間可另選地和/或另外地至少部分由蓋160的底部主表面164限定。蓋160的隆起部174可設(shè)置在該空間內(nèi)，作為氣體注入口 124的補(bǔ)充或替代。隆起部174可發(fā)散地延伸通過(guò)該空間并且可被確定大小并且被設(shè)置成引導(dǎo)和分布流過(guò)遮擋式注入器的氣體，諸如，以將氣體的一部分向著遮擋式注入器中的該空間的中央?yún)^(qū)域引導(dǎo)。
[0092]以上描述的本公開的示例實(shí)施方式不限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)檫@些實(shí)施方式僅僅是由所附權(quán)利要求書及其法律上的等同物限定的本發(fā)明的實(shí)施方式的示例。任何等同的實(shí)施方式意圖在本發(fā)明的范圍內(nèi)。事實(shí)上，根據(jù)描述，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，諸如所描述元件的替代可用組合的本公開的各種修改形式(除了本文中示出和描述的修改形式之外)會(huì)變得清楚。這種修改形式和實(shí)施方式還意圖落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種遮擋式注入器，該遮擋式注入器包括: 氣體注入口，該氣體注入口包括主體、貫穿所述主體延伸的孔以及毗鄰所述孔的后壁； 內(nèi)側(cè)壁，這些內(nèi)側(cè)壁從所述后壁向著所述遮擋式注入器的氣體出口延伸；以及至少兩個(gè)隆起部，所述至少兩個(gè)隆起部用于引導(dǎo)氣流流過(guò)所述遮擋式注入器，所述至少兩個(gè)隆起部均從毗鄰所述孔的位置向著所述氣體出口延伸，所述至少兩個(gè)隆起部被設(shè)置在所述內(nèi)側(cè)壁之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遮擋式注入器，其中，所述內(nèi)側(cè)壁從所述后壁向著所述氣體出口發(fā)散地延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遮擋式注入器，其中，所述至少兩個(gè)隆起部從毗鄰所述孔的所述位置發(fā)散地延伸到所述氣體注入口的正面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遮擋式注入器，其中，所述孔、所述后壁、所述內(nèi)側(cè)壁和所述至少兩個(gè)隆起部至少基本上關(guān)于對(duì)稱軸對(duì)稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的遮擋式注入器，其中，所述至少兩個(gè)隆起部中的各隆起部以相對(duì)于所述對(duì)稱軸成大約零度(0° )和大約四十五度(45° )之間的角度從毗鄰所述孔的所述位置向著所述氣體出口延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的遮擋式注入器，其中，所述至少兩個(gè)隆起部中的各隆起部至少基本上居中地設(shè)置在所述內(nèi)側(cè)壁中的鄰近的內(nèi)側(cè)壁和所述對(duì)稱軸之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遮擋式注入器，其中，所述后壁至少基本上與所述孔相切。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遮擋式注入器，其中，所述氣體注入口至少基本上由石英構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遮擋式注入器，所述遮擋式注入器還包括底座和蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的遮擋式注入器，其中，所述氣體注入口、所述底座和所述蓋中的至少兩者被形成為整體。
11.一種在基板上形成材料的方法，該方法包括: 使第一前體氣體流過(guò)遮擋式注入器，該遮擋式注入器包括氣體注入口、底座和蓋； 引導(dǎo)所述第一前體氣體的一部分流過(guò)所述遮擋式注入器的中央?yún)^(qū)域，其中，在所述氣體注入口的內(nèi)側(cè)壁之間形成有所述氣體注入口的至少兩個(gè)隆起部；以及 使所述第一前體氣體流出所述遮擋式注入器并且向著毗鄰所述遮擋式注入器設(shè)置的基板流動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括: 使第二前體氣體在所述第一前體氣體的對(duì)面沿著所述蓋的主表面流動(dòng)；以及 使所述第一前體氣體和所述第二前體氣體發(fā)生反應(yīng)以在所述基板上形成材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中: 使第一前體氣體流過(guò)遮擋式注入器包括:引導(dǎo)氯化鎵穿過(guò)所述遮擋式注入器； 使第二前體氣體在所述第一前體氣體的對(duì)面沿著所述蓋的主表面流動(dòng)包括:使氨沿著所述蓋的所述主表面流動(dòng)；并且 使所述第一前體氣體和所述第二前體氣體發(fā)生反應(yīng)以在所述基板上形成材料包括:在所述基板上外延地生長(zhǎng)氮化鎵材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括:引導(dǎo)所述第一前體氣體的所述一部分流過(guò)所述遮擋式注入器的所述中央?yún)^(qū)域，其中，在所述蓋的表面上形成有至少兩個(gè)附加的隆起部，并且所述至少兩個(gè)附加的隆起部從毗鄰所述氣體注入口的位置向著所述蓋的氣體出口側(cè)延伸。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括:在使所述第一前體氣體流過(guò)所述遮擋式注入器之前，將所述第一前體氣體加熱至大約五百攝氏度(500°C)以上的溫度。
【文檔編號(hào)】C30B25/16GK104334775SQ201380029900
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月7日
【發(fā)明者】C·卡尼扎瑞斯, R·貝爾特拉姆 申請(qǐng)人:索泰克公司