TW201409688A - 形成化合物半導體膜之方法及設備 - Google Patents

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Abstract

一種在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，包含：將複數待處理基板設置於基板安裝夾具上；將該待處理基板載入至處理腔室中；對載入至處理腔室中之該待處理基板加熱；將含有組成一化合物半導體之一元素的一氣體、以及含有組成該化合物半導體且與該元素不同之另一元素的另一氣體供應至其中已載入該待處理基板之該處理腔室中；以及在該待處理基板之各者上形成化合物半導體膜。

Description

形成化合物半導體膜之方法及設備 【相關申請案之交互參照】
本申請案主張日本專利申請案第2012-173334號及日本專利申請案第2012-174055號之優先權，該等優先權基礎案係分別在2012年8月3日及2012年8月6日向日本專利局提出申請，其整體內容乃藉由參考文獻方式合併於此。
本發明係關於一種形成化合物半導體膜之方法及設備。
在化合物半導體中，使用氮(N)作為V族化學元素之半導體稱為氮化物半導體。氮化物半導體之一般實例包含氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)等。
在其中，氮化鎵在光學應用領域係使用作為藍光發光元件。再者，在電子元件應用領域，氮化鎵用來作為高電子遷移率電晶體(high electron mobility transistor，HEMT)，其係用於通訊領域中。
此外，氮化鎵為寬能隙半導體，其具有對抗碳化矽(SiC)之特性。與碳化矽相比，已知氮化鎵在高頻環境中具有相對較高的能勢以及介電崩潰耐受電壓。近來，已進行深入研究以實現氮化鎵之更進一步的實際運用，亦即開發出可涵蓋其廣泛特性(如高頻、高速、及高功率)之新穎裝置。
已知典型之氮化鎵膜形成方法包含氫化物氣相磊晶(hydride vapor phase epitaxy(HVPE))及鈉(Na)助熔劑。
在典型的HVPE方法中，氯化氫氣體(HCl)在高溫環境下與鎵金屬反應而產生三氯化鎵氣體(GaCl3)，其後，所形成之三氯化鎵氣體與氨氣(NH3)反應以於藍寶石基板上氣相沉積氮化鎵結晶。
此典型HVPE方法有時稱為「鹵化物氣相磊晶」。
典型的Na助熔劑方法將氮溶解在鎵與鈉的混合溶液中，以於藍寶石基板上液相沉積氮化鎵結晶。
雖然HVPE方法可在藍寶石基板上形成相當厚的化合物半導體膜，但與例如Na助熔劑方法相比，其每片基板上形成薄膜所需之成本較高。
另一方面，雖然與HVPE方法相比，Na助熔劑方法能以相對低的成本形成薄膜，但其會導致低生產量。
有鑑於上述，已知存在一種習知方法，其可於典型HVPE方法中同時在複數藍寶石基板上氣相沉積化合物半導體膜，因此提高生產量並降低每片基板上形成薄膜之成本。此外，此習知方法透過複數分離的噴嘴將含有來自III族之化學元素(鎵)之反應產物氣體(GaCl3)以及含有來自V族之化學元素之氫化物氣體(NH3)供應至反應單元中，以於藍寶石基板上均勻且有效率地形成化合物半導體膜。
然而，對於欲形成之化合物半導體膜的表面型態以及化合物半導體膜之膜厚的面內(in-plane)均勻性而言，此習知方法係已過時。
本發明之某些實施例提供一種化合物半導體膜之形成方法及其設備，其可改善生產量、降低形成薄膜之成本、提高欲形成之化合物半導體膜之膜厚的面內均勻性、並改善表面型態。
依照本發明之一實施例，提供一種在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，包含：將複數待處理基板設置於基板安裝夾具上；將該待處理基板載入至處理腔室中；對載入至處理腔室中之該待處理基板加熱；將含有組成一化合物半導體之一元素的一氣體、以及含有組成該化合物半導體且與該元素不同之另一元素的另一氣體供應至其中已載入該待處 理基板之該處理腔室中；以及在該待處理基板之各者上形成化合物半導體膜。該載入步驟包含：將該待處理基板設置於基板安裝夾具上，同時於其間留下至少一空格；將成膜調整環放置於該至少一空格中，該成膜調整環係用於在該待處理基板上形成化合物半導體膜；以及將該待處理基板與成膜調整環載入至處理腔室中。該形成步驟包含在該待處理基板上形成化合物半導體膜，同時該待處理基板之各者的膜形成表面係設置為面對該成膜調整環之各者。
依照本發明之另一實施例，提供一種在待處理基板上形成化合物半導體膜的設備，包含：一處理腔室，建構以容納一基板安裝夾具，複數待處理基板係設置於該基板安裝夾具上，該化合物半導體膜係形成於該複數待處理基板之各者上；一氣體供應單元，建構以將含有組成一化合物半導體之一元素的一氣體、以及含有組成該化合物半導體且與該元素不同之另一元素的另一氣體供應至其中容納該待處理基板之該處理腔室中；一加熱單元，建構以對容納在該處理腔室中之該待處理基板加熱；一設置與載入單元，建構以將該待處理基板設置於該基板安裝夾具上、並將設置於該基板安裝夾具上之該待處理基板載入至該處理腔室中；以及一控制單元，建構以控制該氣體供應單元、該加熱單元、以及該設置與載入單元。該控制單元建構以控制該氣體供應單元、該加熱單元、以及該設置與載入單元而執行如申請專利範圍第1項所述之方法。
1‧‧‧藍寶石基板
100‧‧‧批次式直立成膜設備
101‧‧‧柱狀外管
102‧‧‧柱狀內管
103‧‧‧處理腔室
104‧‧‧氣體導入部
105a‧‧‧氣體擴散空間
105b‧‧‧氣體排放孔
105c‧‧‧擴散板
106‧‧‧氣體導入管
106a‧‧‧氣體導入管
106b‧‧‧氣體導入管
106c‧‧‧氣體排放孔
107a‧‧‧排放口
107b‧‧‧排放口
107c‧‧‧排放口
108‧‧‧排放空間
109‧‧‧排放管
110‧‧‧排放裝置
111‧‧‧基座構件
111a‧‧‧開口部
112‧‧‧加熱裝置
113‧‧‧開口
114‧‧‧晶舟
114a‧‧‧晶舟
115‧‧‧石英柱
115g‧‧‧溝槽
115a‧‧‧溝槽
116‧‧‧熱絕緣管
117‧‧‧台桌
118‧‧‧蓋體
119‧‧‧旋轉軸
120‧‧‧磁性流體密封件
121‧‧‧密封構件
122‧‧‧臂體
123a-123d‧‧‧氣體導入管
130‧‧‧處理氣體供應機構
131a‧‧‧氫化物氣體供應源
131b‧‧‧載氣供應源
131c‧‧‧氯化物氣體供應源
132a‧‧‧質流控制器
132b‧‧‧質流控制器
133a‧‧‧開關閥
133b‧‧‧開關閥
133c‧‧‧旁通開關閥
133d‧‧‧開關閥
133e‧‧‧開關閥
134‧‧‧恆溫槽
135‧‧‧加熱器
150‧‧‧控制單元
151‧‧‧處理控制器
152‧‧‧使用者介面
153‧‧‧儲存單元
2‧‧‧成膜調整環
2a‧‧‧環部
200‧‧‧批次式直立成膜設備
201a-201d‧‧‧氣體供應系統
202‧‧‧氯化物氣體產生單元
203‧‧‧溫度控制器
204a-204d‧‧‧導管
205‧‧‧熱絕緣構件
3‧‧‧氮化鎵膜
4‧‧‧成膜調整基板
5‧‧‧凹部
6‧‧‧凹部
6a‧‧‧凹部
7‧‧‧安裝部分
D1‧‧‧直徑
D2‧‧‧直徑
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S1a‧‧‧步驟
併入並構成本說明書之一部分的隨附圖式說明本發明之實施例，並且與以上所提出之概括說明以及以下所提出之詳細實施例說明一起用來解釋本發明之原理。
圖1係根據本發明之實施例的剖面圖，概要性地顯示批次式直立成膜設備之一範例，其可執行化合物半導體膜之形成方法。
圖2A為顯示其中待處理基板與成膜調整環係設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖2B為圖2A之俯視圖。
圖3為一流程圖，其顯示依據本發明第一實施例之化合物半導體膜形成方法之例子。
圖4A為依據第一參考實例，顯示其中待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖4B為依據第二參考實例，顯示其中待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖5為顯示待處理基板之Y軸位置與沉積速率間之關係的視圖。
圖6為顯示氮化鎵膜之表面型態的照片，該氮化鎵膜係藉由根據第一參考實例之化合物半導體膜形成方法所形成。
圖7為顯示氮化鎵膜之表面型態的照片，該氮化鎵膜係藉由根據第一實施例之化合物半導體膜形成方法所形成。
圖8A與8B為顯示鎵濃度與基板位置間之關係的視圖。
圖9為依據第二實施例之一假設實例，顯示其中待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖10為依據本發明之第二實施例，顯示使用化合物半導體膜形成方法將待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖11為依據第二實施例之第一修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖12為依據第二實施例之第二修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖13為依據第二實施例之第三修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖14為依據第二實施例之第四修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖15為依據本發明之第三實施例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖16為一流程圖，其顯示依據本發明第三實施例之化合物半導體膜形成方法之例子。
圖17為依據本發明第三實施例之修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖18為依據本發明之第四實施例，顯示使用化合物半導體膜形成方法將待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖19為依據本發明第四實施例之修改實例，顯示其中待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
圖20係根據本發明第五實施例的縱剖面圖，概要性地顯示批次式成膜設備之一範例。
圖21係根據本發明第五實施例的橫剖面圖，概要性地顯示批次式成膜設備之一範例。
圖22為顯示氯化物氣體產生單元之構造的方塊圖。
圖23為顯示基板安裝夾具之修改實例的剖面圖。
現在將參照圖式來詳細說明實施例。在下列說明與圖式中，相同的參考符號代表相同或相似的結構，且其功能與說明將不再重複。
<第一實施例>
圖1係根據本發明第一實施例的剖面圖，概要性地顯示批次式直立成膜設備之一範例，其可執行化合物半導體膜之形成方法。
如圖1所示，批次式直立成膜設備(此後稱為「成膜設備」)100包含具有一頂棚(ceiling)的柱狀外管101、以及具有一頂棚且安裝於柱狀外管101內部的柱狀內管102。柱狀外管101與柱狀內管102係由例如石英所製造。柱狀內管102內部稱為處理腔室103，其中容納有複數待處理基板(在本實施例中，複數藍寶石基板1)。化合物半導體膜(如III-V族化合物半導體膜)形成於處理腔室103中批式容納之複數藍寶石基板1上。在本實施例中，形成III-V族化合物半導體膜(如使用氮(N)作為V族化學元素的氮化物半導體膜)。氮化物半導體膜的例子可包含氮化鎵膜。
用以將處理氣體導入處理腔室103中之氣體導入部104係安 裝於柱狀內管102之側壁的一側。氣體導入部104包含其中設有擴散板105c之氣體擴散空間105a。擴散板105c設有沿著垂直方向形成之複數氣體排放孔105b，處理氣體可透過氣體排放孔105b供應至處理腔室103中。
氣體導入管106係安裝於柱狀內管102內部，以將另一處理氣體(其與透過氣體排放孔105b所排出之處理氣體不同)導入處理腔室103中。同樣的，在氣體導入管106中，複數氣體排放孔(未顯示)(另一處理氣體可透過其供應至處理腔室103中)係沿著高度方向而形成。
在柱狀內管102之側壁的另一側上，形成複數排放口107a、107b、與107c以自處理腔室103排出氣體。此等排放口107a、107b、與107c係對應於處理腔室103內所界定之各個區域而形成。在此實施例中，排放口107a形成於上部區域、排放口107b形成於中間區域、且排放口107c形成於下部區域。排放口107a、107b、與107c透過柱狀外管101與柱狀內管102所界定的空間而彼此連接。此空間作為排放空間108，其透過排放管109與用以排空處理腔室103之排放裝置110連接。排放裝置110除了可排空處理腔室的內部氣體之外，還具有將處理腔室103之內部壓力調整至處理所需之壓力的功能。
柱狀外管101與柱狀內管102透過基座構件111之開口部111a而***。加熱裝置112安裝於基座構件111上以環繞柱狀外管101。加熱裝置112對容納於處理腔室103中之複數藍寶石基板1進行加熱。
處理腔室103之下部係開放以形成開口113。透過開口113，用以作為基板安裝夾具之晶舟114載入至處理腔室103中且自處理腔室103卸載。晶舟114可由例如石英製成，且設有複數石英柱115。如圖2A所示，具有高度d的溝槽115g形成於各石英柱115中。複數藍寶石基板1係由溝槽115g共同支撐。藉此結構，晶舟114可垂直支撐複數(例如50至150片)藍寶石基板1(作為待處理基板)。支撐複數藍寶石基板1之晶舟114載入至處理腔室103中，如此複數藍寶石基板1容納於處理腔室103之中。
晶舟114透過由石英製成之熱絕緣管116而設置於台桌117上。台桌117由旋轉軸119所支撐，旋轉軸119穿過例如由不鏽鋼所製成之蓋體118。在膜形成期間，晶舟114隨著旋轉軸119之旋轉而旋轉。舉例來 說，當晶舟114旋轉時，氮化鎵膜形成於晶舟114上所設置之複數藍寶石基板1之上。
蓋體118係用以打開與關閉開口113。例如，磁性流體密封件120係安裝於蓋體118之穿透部分，以氣密地密封住旋轉軸119並且可旋轉地支撐旋轉軸119。例如O形環所形成的密封構件121係設置於蓋體118之周緣部分以及柱狀內管102之底端部分之間，如此維持處理腔室103中的密封性。旋轉軸119係安裝於臂體122的前端，臂體122係由如晶舟升降機之升降機構(未顯示)所支撐。藉此結構，晶舟114與蓋體118被一起抬升，俾將其載入至處理腔室103中且自處理腔室103卸載。
成膜設備100包含用以將處理氣體供應至處理腔室103中之處理氣體供應機構130。在此實施例中，處理氣體供應機構130設有氫化物氣體供應源131a、載氣供應源131b、與氯化物氣體供應源131c。
氫化物氣體供應源131a透過質流控制器(MFC)132a及開關閥133a連接至氣體導入管106。本實施例中之氫化物氣體供應源131a透過氣體導入管106將氨(NH3)氣作為氫化物氣體供應至處理腔室103中。氨氣的例子可包含氮作為V族化學元素。
載氣供應源131b通過質流控制器(MFC)132b連接至開關閥133b的一端以及旁通開關閥133c的一端。使用惰性氣體作為載氣之一例。惰性氣體的例子可包含氮(N2)氣。開關閥133b的另一端連接至氯化物氣體供應源131c。旁通開關閥133c的另一端連接至開關閥133d的一端。開關閥133d的另一端連接至氣體導入管123a、123b、與123c。氮氣可作為載氣以拾起並運載氯化物氣體，並可作為清除氣體以藉著關閉開關閥133b並開啟旁通開關閥133c而淨化處理腔室103之內部。
氯化物氣體供應源131c包含恆溫槽134以及用以加熱恆溫槽134之加熱器135。恆溫槽134容納固態氯化物於其中。在本實施例中，固態三氯化鎵(GaCl3)係作為固態氯化物而容納於恆溫槽134中。恆溫槽134連接至開關閥133b之另一端，且透過開關閥133e連接至開關閥133d的一端。
當容納於恆溫槽134中之固態氯化物(如固態三氯化鎵)被加 熱器135加熱至約85℃之溫度時，固態三氯化鎵會融化而產生三氯化鎵氣體。藉著打開開關閥133b並通過開關閥133b將載氣(本實施例中為氮氣)導入恆溫槽134中，三氯化鎵氣體可通過開關閥133e及開關閥133d與載氣一起被引入氣體導入部104中。在本實施例中，氣體導入管123a、123b、與123c對應於氣體導入部104中之處理腔室103的個別區域而設置。開關閥133d連接至各氣體導入管123a、123b、與123c。三氯化鎵氣體通過氣體導入部104供應至處理腔室103中。
如上所述，含有構成待形成化合物半導體膜之一元素的氣體通過氣體導入部104供應至藍寶石基板1之膜形成表面上。再者，含有構成待形成化合物半導體膜之另一元素(與上述該元素不同)的氣體通過氣體導入管106供應至藍寶石基板1之膜形成表面上。在本實施例中，上述該元素係為鎵以作為III族化學元素，且上述該另一元素為氮以作為V族化學元素。待形成之化合物半導體膜係為III-V族元素之化合物，且可為氮化鎵膜以作為氮化物半導體之一種。
控制單元150連接至成膜設備100。控制單元150包含處理控制器151，其例如設有微處理器(電腦)。成膜設備100之各個構件藉由處理控制器151來控制。使用者介面152及儲存單元153與處理控制器151連接。
使用者介面152包含如觸控面板顯示器或鍵盤之輸入單元(未顯示)以及如顯示器之顯示單元(未顯示)，該輸入單元用以由操作員輸入指令以控制成膜設備100，且該顯示單元用以顯示成膜設備100之操作狀態。
儲存單元153儲存用以於處理控制器151之控制下在成膜設備100中執行各種製程的控制程式、以及用以依據製程條件在成膜設備100之各構件中執行製程之程式(即製程配方)。例如，製程配方可儲存於儲存單元153之記憶媒體中。記憶媒體可包含硬碟、半導體記憶體、CD-ROM、DVD、及例如快閃記憶體之可攜式記憶體。製程配方可透過專用線路而適當地自另一裝置傳送。
若有需要，製程配方可回應由使用者介面152所接收之指令而自儲存單元153讀取，且處理控制器151執行與讀取之製程配方對應之 製程。因此，成膜設備100在處理控制器151之控制下執行所需要之製程。
在本實施例中，控制單元150更控制一安裝容納裝置(未顯示)。安裝容納裝置將藍寶石基板1安裝於基板安裝夾具(即晶舟114)上，且將安裝於基板安裝夾具(即晶舟114)上之藍寶石基板1傳送至處理腔室103中，以於其中容納藍寶石基板1。在依據第一實施例之化合物半導體膜形成方法中，控制單元150控制安裝容納裝置，以將藍寶石基板1安裝於基板安裝夾具(即晶舟114)上，其將於後說明。
圖2A為顯示其中待處理基板與成膜調整環係設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。圖2B為其俯視圖。圖3為一流程圖，其顯示依據本發明第一實施例之化合物半導體膜形成方法之例子。圖2A之橫剖面圖係沿著圖2B中之線2A-2A截取而得。
如圖2A與2B所示，在第一實施例中，首先將複數藍寶石基板1放置於晶舟114中而於其間留下空格。在本實施例中提供三個空格。成膜調整環2設置於此三個空格其中一者。例如，各個成膜調整環2設置於晶舟114上俾使其環部2a位於各藍寶石基板1之膜形成表面之周緣上方以覆蓋其周緣。只要化合物半導體膜(如III-V族化合物半導體膜)可形成於藍寶石基板1上，成膜調整環2可由任何材料製成。在此情況下，成膜調整環2之材料可與待處理基板之材料不同或相同。在本實施例中，使用與待處理基板之材料相同的藍寶石來做為成膜調整環2之材料。
如上所述，複數待處理基板(藍寶石基板1)放置於基板安裝夾具(晶舟114)上而於其間留下三個空格，且成膜調整環2設置於此三個空格其中一者。具體而言，待處理基板(藍寶石基板1)與成膜調整環2交替地放置於基板安裝夾具(晶舟114)上。其後，容納有待處理基板(藍寶石基板1)與成膜調整環2之基板安裝夾具(晶舟114)被載入處理腔室103中(圖3中之操作S1)。
之後，在處理腔室103內部，化合物半導體膜形成於各個待處理基板(藍寶石基板1)上，同時將待處理基板(藍寶石基板1)之膜形成表面定向於成膜調整環2之後表面(圖3中之操作S2)。在此實施例中，氮化鎵膜形成於待處理基板(藍寶石基板1)上。
如上所述，使用成膜調整環2將氮化鎵膜形成於藍寶石基板1上，與未使用成膜調整環2的情況相比，其可進一步改善氮化鎵膜的表面型態及其膜厚的面內均勻性。
<表面型態的改善>
圖4A與4B分別為依據第一與第二參考實例，顯示其中待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。圖5為顯示待處理基板之Y軸位置與沉積速率間之關係的視圖。圖6為顯示所形成氮化鎵膜之表面型態的照片。
在如4A所示之第一參考實例中，複數藍寶石基板1係設置於晶舟114之石英柱115間，同時於其間留下例如三個空格。接著，將三氯化鎵氣體與氨氣供應至處理腔室103中，同時旋轉晶舟114，以使氮化鎵膜形成於藍寶石基板1上。所形成氮化鎵膜之表面型態顯示於圖6。從藍寶石基板1的邊緣朝向其中心以5mm的間隔指定號碼1至10，以標出觀測點。
在第一參考實例中，如圖6所示，劇烈的不規則性顯現於氮化鎵膜表面上之觀測點1至6處，此造成較差的表面型態。同時，當朝中心觀察時，在氮化鎵膜表面上之觀測點7至10處(觀測點10：中心)未顯現劇烈的不規則性，此造成較佳的表面型態。
如上所述，在第一參考實例中，在由邊緣至觀測點6(與邊緣分隔30mm之位置)的範圍中，氮化鎵膜的表面型態不佳。
如圖5所示，在第二參考實例中(見圖4B)複數藍寶石基板1設置於晶舟114上而於其間沒有空格，氮化鎵膜係形成於藍寶石基板1之周緣部分，但實質上不形成於其中央部分(如圖5中之符號□所示)。
此種現象之原因可能為在形成氮化鎵膜期間，下層藍寶石基板1的膜形成表面面對上層藍寶石基板1的後表面。亦即，除了上層藍寶石基板1的膜形成表面之外，氮化鎵膜還形成在上層藍寶石基板1的後表面上。如此造成氮化鎵膜的原料氣體甚至在上層藍寶石基板1的後表面被消耗，因此原料氣體無法傳送至實際上欲形成之藍寶石基板1之膜形成表面的中央部分。
考量到此等假設，複數藍寶石基板1係設置於晶舟114上而於其間留下空格，其顯示於圖4A以作為第一參考實例。
在第一參考實例中，複數藍寶石基板1係設置於晶舟114上，同時於其間留下例如三個空格，如此與第二參考實例相比，可供應大量之氮化鎵膜的原料氣體至下層藍寶石基板1的膜形成表面與上層藍寶石基板1的後表面之間。如此在第一參考實例中，可於藍寶石基板1之周緣部分與中央部分上形成氮化鎵膜(如圖5中之符號△所示)。
然而，如圖5所示，周緣部分的沉積速率遠大於中央部分的沉積速率。因此，待形成之氮化鎵膜的厚度在周緣部分變得較厚，且在中央部分變得較薄，如此劣化了膜厚的面內均勻性。
相對於第一與第二參考實例，在第一實施例中，係於其中藍寶石基板1之膜形成表面配置為面對成膜調整環2之後表面的狀態中執行膜形成步驟，而在藍寶石基板1的整個平面上的沉積速率約為0.3um/hr。因此，依據第一實施例，如圖5所示，具有優異之膜厚面內均勻性的氮化鎵膜形成於藍寶石基板1上(如圖5中之符號○所示)。
此種現象的原因為：在第一實施例中，藍寶石基板1係由石英製成，其避免氮化鎵膜形成於其上。換言之，藍寶石基板1之膜形成表面配置為面對可避免氮化鎵膜形成於其上之石英。此避免氮化鎵膜之原料氣體在膜形成表面上方被消耗，如此使氮化鎵膜之原料氣體可傳送至藍寶石基板1之中央部分。
第一參考實例顯示在藍寶石基板1中Y軸位置為-40mm附近沉積速率會顯著變慢。此可能是因為晶舟114之石英柱115的影響。如上所述，第一參考實例顯示，當沉積速率快時(如超過0.4um/hr時)石英柱115的存在或不存在所造成的影響會大幅顯現。具體來說，石英柱115的存在或不存在所造成之膜厚均勻性的惡化可藉由將沉積速率控制在如0.4um/hr或更低而解決。如此避免待形成氮化鎵膜之膜厚的面內均勻性被石英柱115所影響。
如上所述，根據第一實施例，化合物半導體膜(如III-V族化合物半導體膜)形成於複數藍寶石基板1上，此降低了膜形成之成本。在本 實施例中，可以較佳之生產量及較低的膜形成成本來形成氮化鎵膜。
再者，在氮化鎵膜形成期間，藍寶石基板1之膜形成表面設置為面對其上不會形成待形成化合物半導體膜之成膜調整環2，此避免化合物半導體膜之原料氣體被消耗，因此可得到具有優異之膜厚面內均勻性的化合物半導體膜。
具體而言，在氮化鎵膜形成期間，成膜調整環2在藍寶石基板1之膜形成表面的周緣上部覆蓋其周緣。此結構使得膜形成氣體(如三氯化鎵氣體)在到達藍寶石基板1之邊緣以前先在成膜調整環2被消耗。此外，此結構在藍寶石基板1之膜形成表面的上部將鎵濃度控制保持在最佳濃度，以得到氮化鎵膜之改善表面形態。因此在本實施例中可形成具有改善表面形態之化合物半導體膜(即氮化鎵膜)。
圖7為顯示氮化鎵膜之表面型態的照片，該氮化鎵膜係藉由根據第一實施例之化合物半導體膜形成方法所形成。
在第一實施例中，如圖7所示，雖然在氮化鎵膜表面上之觀測點1(與邊緣分隔5mm之位置)附近觀察到劇烈的不規則性，但是在觀測點2至10處未觀察到劇烈的不規則性，此造成良好的表面型態。
如上所述，根據第一實施例，在將氮化鎵膜形成於藍寶石基板1上時使用成膜調整環2，如此與未使用成膜調整環2的情況相比，可形成具有良好表面型態的氮化鎵膜。
氮化鎵膜之表面型態被改善的其中一個理由將說明於下。圖8A與8B為顯示鎵濃度與基板位置間之關係的視圖，圖8A顯示第一與第二參考實例，且圖8B顯示第一實施例。
如圖8A所示，對於參考實例而言，含鎵氣體(如三氯化鎵氣體)沿著被旋轉的藍寶石基板1之膜形成表面自藍寶石基板1的邊緣朝中心流動，如箭頭F所示。在藍寶石基板1之膜形成表面上，三氯化鎵氣體朝藍寶石基板1的中心流動，同時消耗鎵以形成氮化鎵膜3。因此，鎵濃度會隨著其自藍寶石基板1的邊緣朝中心流動而逐漸降低。
觀測點1至7對應於藍寶石基板1的邊緣，其顯現高鎵濃度。同時，觀測點8至10對應於藍寶石基板1的中央部分，其顯現低鎵濃 度(相對於觀測點1至7)。
如上所述，氮化鎵膜的表面型態與鎵濃度密切相關，且存在著用以得到氮化鎵膜之良好表面形態之最佳鎵濃度。如果藍寶石基板1之膜形成表面上的鎵濃度等於或小於最佳鎵濃度，則可自氮化鎵膜的表面消除劇烈的不規則性，藉此改善氮化鎵膜的表面型態。
依據第一實施例，如圖8B中之箭頭F所示，含鎵氣體(在本實施例中為三氯化鎵氣體)在到達藍寶石基板1的邊緣以前先抵達成膜調整環2。成膜調整環2係由例如藍寶石所製成。氮化鎵膜3形成於成膜調整環2的表面上。換言之，在成膜調整環2的環部2a之下側，三氯化鎵氣體消耗鎵而形成氮化鎵膜3。因此，在三氯化鎵氣體到達藍寶石基板1的邊緣以前，三氯化鎵氣體中的鎵濃度被降低。
三氯化鎵氣體移動通過環部2a與藍寶石基板1之膜形成表面間之空間。此時，由於氮化鎵膜3形成於環部2a及藍寶石基板1二者之上，因此三氯化鎵氣體更進一步消耗鎵。
此外，當三氯化鎵氣體移動通過環部2a時，三氯化鎵氣體消耗鎵以在藍寶石基板1上形成氮化鎵膜3。
第一實施例在觀測點3至10顯示良好的表面型態。簡言之，在成膜調整環2中消耗鎵使得鎵濃度在藍寶石基板1之膜形成表面的較廣區域上等於或低於最佳鎵濃度，因此與第一參考實例相比，改善了表面型態。
<第二實施例>
圖9為依據第二實施例之一假設實例，顯示其中待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
如圖9所示，在該假設實例中，將由個別成膜調整基板4所支撐之藍寶石基板1設置於晶舟114上。各成膜調整基板4係由其上不會形成在藍寶石基板1上欲形成之化合物半導體膜(如III-V族化合物半導體膜)之材料所製成。例如，如果III-V族化合物半導體膜為氮化鎵膜，則成膜調整基板4之材料可例如為石英。此乃因氮化鎵膜不會形成於石英上。
如上所述，由石英材料所製成之成膜調整基板4係設置為與藍寶石基板1之膜形成表面相對，此可改善欲形成於藍寶石基板1之膜形成表面上之III-V族化合物半導體膜(如氮化鎵膜)的膜厚之面內均勻性。
圖10為依據本發明之第二實施例，顯示在化合物半導體膜形成方法中待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
如圖10所示，第二實施例係類似於第一實施例，除了在形成化合物半導體膜時使用成膜調整環2與成膜調整基板4的組合。在此實施例中，各藍寶石基板1直接設置於個別的成膜調整基板4上，並設置於晶舟114上而於其間留下一個空格。各成膜調整環2係設置於該空格中。
如上所述，在形成化合物半導體膜(如III-V族化合物半導體膜)時使用成膜調整環2與成膜調整基板4兩者，其與第一實施例相似，可得到具有良好表面型態的III-V族化合物半導體膜(在本實施例中為氮化鎵膜)。此外，使用成膜調整基板4可更進一步改善氮化鎵膜之膜厚的面內均勻性。
<第一修改實例>
圖11為依據第二實施例之第一修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
如圖11所示，各成膜調整基板4包含凹部5，用以容納藍寶石基板1於其中。
凹部5以凹部5之內側邊阻擋藍寶石基板1之側邊部分，此可避免如氮化鎵膜的原料氣體在藍寶石基板1之側邊部分被消耗而浪費。此避免動作更進一步改善III-V族化合物半導體膜(如氮化鎵膜)之膜厚的面內均勻性。
<第二修改實例>
圖12為依據第二實施例之第二修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
如圖12所示，直接放置於成膜調整基板4上之各藍寶石基 板1可設置於晶舟114上而不留下任何空格於其間。
在此例中，具有藍寶石基板1放置於其中之成膜調整基板4係先放置於成膜調整環2上，接著再將依此方式設置的成膜調整環2以及成膜調整基板4放置於晶舟114上。
依據如上建構之第二修改實例，可將藍寶石基板1設置於晶舟114上而無空格，因此與設置藍寶石基板1並於其間留下空格的情況相比，可增加一次可處理之藍寶石基板1之數量。
<第三修改實例>
圖13為依據第二實施例之第三修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
如圖13所示，成膜調整基板4之尺寸(如直徑D2)係大於藍寶石基板1之直徑D1。依此結構，成膜調整基板4可覆蓋設置於其上方之藍寶石基板1的後表面。
此可避免化合物半導體膜(如III-V族化合物半導體膜)之原料氣體在藍寶石基板1之膜形成表面上方被無謂地消耗掉，其可更進一步改善III-V族化合物半導體膜(如氮化鎵膜)之膜厚的面內均勻性。
<第四修改實例>
圖14為依據第二實施例之第四修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
如圖14所示，在第四修改實例中，藍寶石基板1與成膜調整基板4係交替設置於晶舟114中。藉此，各藍寶石基板1係以藍寶石基板1之膜形成表面面對成膜調整基板4之後表面的狀態而設置於晶舟114中。成膜調整基板4之材料的例子包含可避免欲形成在藍寶石基板1上之化合物半導體膜(如III-V族化合物半導體膜)形成於其上之材料。當III-V族化合物半導體膜為氮化鎵膜時，例如可選擇石英作為成膜調整基板4之材料。在此例中，欲形成之III-V族化合物半導體膜為氮化鎵膜。因此，選擇 石英作為成膜調整基板4之材料。
如上所述，待處理基板(藍寶石基板1)與成膜調整基板4(即石英基板)交替設置於基板安裝夾具(即晶舟114)中，且其中容納有藍寶石基板1與成膜調整基板4之基板安裝夾具(即晶舟114)載入至處理腔室103中。
在第一實施例中，藍寶石基板1與成膜調整環2係交替設置於晶舟114中。
在此種架構中，成膜調整環2以一溝槽的間隔交替設置於各石英柱115中所形成的溝槽中。此使得藍寶石基板1藉由一半數目的溝槽而設置於晶舟114中，如此減少了在膜形成處理中一次可用的藍寶石基板1的數目。
<第三實施例>
圖15為依據本發明之第三實施例，顯示使用化合物半導體膜形成方法將待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。圖16為一流程圖，其顯示依據本發明第三實施例之化合物半導體膜形成方法之例子。
如圖15所示，在依據第三實施例之化合物半導體膜形成方法中，藍寶石基板1係直接放置於成膜調整基板4上。其上置有藍寶石基板1之各成膜調整基板4設置於晶舟114中。在第三實施例中，其上置有藍寶石基板1之各成膜調整基板4係設置於在晶舟114之各石英柱115中所形成的各個支撐溝槽115a上。
如上所述，藍寶石基板1係直接位於成膜調整基板4上，因此其可設置於個別的支撐溝槽115a上。
因此，第三實施例係與如上所述之第一實施例同樣有效，且可更進一步增加在膜形成處理中一次可用的藍寶石基板1的數目。
如圖16之操作S1a所示，多個待處理基板(即藍寶石基板1)之各者設置於各個成膜調整基板4上。接著，其上置有藍寶石基板1之成膜調整基板4連續設置於基板安裝夾具(即晶舟114)中。
其後，如圖16之操作S2所示，與第一實施例相似，在各 藍寶石基板1之膜形成表面面對各成膜調整基板4之後表面的狀態下，使化合物半導體膜(如氮化鎵膜)形成於複數待處理基板(即藍寶石基板1)上。
再者，在第三實施例中，如圖13所示，最好使用直徑D2大於藍寶石基板1之直徑D1的成膜調整基板4。其原因為各成膜調整基板4設置於在晶舟114中同時充分覆蓋各藍寶石基板1之後表面。
<修改實例>
圖17為依據本發明第三實施例之修改實例，顯示其中待處理基板與成膜調整基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
如圖17所示，成膜調整基板4包含用以接收藍寶石基板1之凹部6，以使藍寶石基板1直接設置於成膜調整基板4上。
此結構可以凹部6之內側邊覆蓋藍寶石基板1之外側邊，因此避免氮化鎵膜的原料氣體在藍寶石基板1之外側邊被無謂地消耗。此更進一步改善化合物半導體膜(如氮化鎵膜)之膜厚的面內均勻性。
<第四實施例>
圖18為依據本發明之第四實施例，顯示使用化合物半導體膜形成方法將待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
如圖18所示，第四實施例與第一至第三實施例之不同之處在於晶舟114的結構。依據第四實施例之晶舟114a包含複數安裝部分7，其用以接收各藍寶石基板1於其中。在此結構中，與各藍寶石基板1之膜形成表面相對之各安裝部分7的後表面係由可避免欲形成在藍寶石基板1上之化合物半導體膜形成於其上之材料所製成。
如上所述，在第四實施例中，藍寶石基板1之膜形成表面係設置為面對可避免欲形成在藍寶石基板1上之化合物半導體膜形成於其上之材料。因此，在形成化合物半導體膜期間，使用包含如上所建構之安裝部分7的晶舟114a係與第一至第三實施例同樣有效。
在氮化鎵膜形成於藍寶石基板1上之情況中，可避免欲形成在藍寶石基板1上之化合物半導體膜形成於其上之材料的例子包含石英。 舉例來說，安裝部分7可由石英所形成。
<修改實例>
圖19為依據本發明第四實施例之修改實例，顯示其中待處理基板設置於基板安裝夾具上之狀態的剖面圖。
如圖19所示，安裝部分7可包含凹部6a，其具有與圖17中之凹部6相同的構造。
藍寶石基板1係容納於安裝部分7之凹部6a中，如此藍寶石基板1之外側邊被凹部6a之內側邊覆蓋。此避免氮化鎵膜的原料氣體在藍寶石基板1之外側邊被消耗，其更進一步改善化合物半導體膜(如氮化鎵膜)之膜厚的面內均勻性。
<第五實施例>
第五實施例係關於批次式直立成膜設備，其可較佳地用於執行依據本發明上述實施例之化合物半導體膜之形成方法。
圖20係根據本發明第五實施例的縱剖面圖，概要性地顯示批次式直立成膜設備之一範例。圖21係沿著圖20中線A-A所截取之批次式直立成膜設備的橫剖面圖。
圖20中所示之批次式直立成膜設備(其後稱為「成膜設備」)200與圖1中所示之成膜設備100的不同之處在於用以供應包含欲形成化合物半導體膜之元素的氯化物氣體之多個氣體供應系統係對應於各個區域而獨立設置。在第五實施例中，四個區域(即底部區域B、底部-中央區域BC、頂部-中央區域TC、及頂部區域T)係按照自內管102之底部開始之順序而排列。若假設晶舟114可裝載如100片之藍寶石基板1，則四個區域B、BC、TC、T各者對應25片的藍寶石基板1。氣體供應系統201a至201d分別連接至四個區域B、BC、TC、T。類似於圖1中所示之成膜設備100的結構，氣體供應系統201a至201d各者設有質流控制器(MFC)132b、開關閥133b、旁通開關閥133c、與開關閥133d。氣體供應系統201a至201d各者更設有氯化物氣體產生單元202。氯化物氣體包含欲形成化合物半導體膜之元素。在此實施例中，氯化物氣體為含鎵之三氯化鎵氣體。
圖22為顯示氯化物氣體產生單元202之構造的方塊圖。
如圖22所示，類似於圖1中所示之成膜設備100，各氯化物氣體產生單元202包含氯化物源131c與開關閥133e。第五實施例之成膜設備200包含四個氯化物氣體產生單元202，且氯化物源131c與開關閥133e之數目為四。
各氯化物氣體產生單元202處理100片藍寶石基板1當中約25片的藍寶石基板1。氯化物氣體從各氯化物氣體產生單元202供應至底部區域B、底部-中央區域BC、頂部-中央區域TC、及頂部區域T。在本實施例中，相對於約25片的藍寶石基板1，以側邊流動的方式水平地朝底部區域B、底部-中央區域BC、頂部-中央區域TC、及頂部區域T供應三氯化鎵氣體。
在成膜設備200中，氫化物氣體係以與圖1中所示之成膜設備100相同的方式來供應。氫化物氣體含有另一元素，其與欲形成化合物半導體膜之上述該元素不同。在本實施例中，氫化物氣體為含氮之氨氣。
如圖21之橫剖面圖所示，成膜設備200包含二氣體導入管106a及106b。氫化物氣體從氣體導入管106a及106b(自內管102之下部垂直延伸)透過形成於氣體導入管106a及106b中之氣體排放孔106c而共同供應至四個區域。在本實施例中，氨氣自氣體排放孔106c水平地排放，且供應至100片藍寶石基板1之實質中央部分。
如圖21之橫剖面圖所示，除了氣體導入管106a及106b之外，自內管102之下部垂直延伸的溫度控制器203亦設置於處理腔室103內部。溫度控制器203監控處理腔室103之內部溫度並反饋監控結果至處理控制器151。基於反饋之監控結果，處理控制器151控制加熱裝置112俾使處理腔室103之內部溫度保持在例如預定溫度。
各個水平延伸的導管204a至204d(見圖21中之參考符號204a)可沿著各個氣體導入管123a至123d(見圖21中之參考符號123a)的周圍而設置，以支撐各個氣體導入管123a至123d。
在某些實施例中，熱絕緣構件205可設置於各導管204a至204d與加熱裝置112之間。熱絕緣構件205使得例如流經氣體導入管123a 至123d之三氯化鎵氣體較不會受到加熱裝置112之熱能所影響。此有助於三氯化鎵氣體以所欲之活性供應至處理腔室103中。
在根據第五實施例之成膜設備200中，藉著水平設置氣體導入管123a至123d，可縮短氣體由各氣體產生單元(如各氯化物氣體產生單元202)至處理腔室103之移動距離。此氣體具有低熱解溫度且在處理腔室103內具有相當大之消耗特性，且例如為三氯化鎵氣體。移動距離的縮短可避免三氯化鎵氣體之活性在例如氣體導入管123a至123d、氣體導入部104、以及處理腔室103內降低。藉此結構，可以高活性將三氯化鎵氣體供應至處理腔室103中，如此使得三氯化鎵氣體可以高效率的方式對化合物半導體膜的形成做出貢獻。
如上所述，氣體供應系統201a至201d係對應於各個區域獨立設置，而無須相對於容納於處理腔室103中之所有藍寶石基板1使用單一氣體供應系統。此結構更進一步避免三氯化鎵氣體之活性在垂直延伸之氣體導入部104以及垂直延伸之處理腔室103內降低。
氣體導入管123a至123d係設置為在水平方向上而非垂直方向上延伸。藉此結構，可將氯化物氣體自水平延伸之各氯化物氣體產生單元202以最短距離供應至處理腔室103。此外，可減少氣體導入管123a至123d面對垂直延伸之加熱裝置112的區域，其可使得流經氣體導入管123a至123d各者之氣體(例如三氯化鎵氣體)較不會受到加熱裝置112所影響。
相反的，需要高活化能之氣體(如氨氣)的移動距離係設定為較三氯化鎵氣體的移動距離長。在本實施例中，氨氣係設置為通過自內管102之下部垂直延伸之氣體導入管106a及106b而在垂直延伸之處理腔室103內部移動。如此延長氨氣的移動距離可對氨氣施加較多的熱能，此更提高了其活性。藉此結構，可以高活性將氨氣供應至處理腔室103中，如此使得氨氣可以高效率的方式對化合物半導體膜的形成做出貢獻。
如上所述，在根據第五實施例之成膜設備中，含有構成化合物半導體之一元素的氣體以及含有構成化合物半導體之另一元素(與上述該元素不同)的氣體之移動距離係適當的設定。依此結構，含有該元素之氣體與含有該另一元素的氣體可以高活性供應至處理腔室103中。此可有效地 形成化合物半導體膜。
由成膜設備200所形成之化合物半導體膜(如氮化鎵膜)之形成條件的例子如下：
膜形成溫度：1000℃
膜形成壓力：133Pa(1托爾)
氮氣流速：50sccm(用以載送GaCl3氣體)
氨氣流速：2slm
由於膜形成時間係依氮化鎵膜的厚度而改變，故在此不予指出。可依氮化鎵膜的厚度而適當調整膜形成時間。
在某些實施例中，在形成氮化鎵膜期間，可將三氯化鎵氣體與氨氣同時供應至處理腔室103中。或者，可輪流將三氯化鎵氣體與氨氣供應至處理腔室103中。
雖然在以上實施例中，描述二氣體導入管106a及106b設置於成膜設備200中，但考慮到給定之氣體流速與氣體供應均勻性，至少一氣體導入管可設置於藍寶石基板1附近。
雖然本發明之第一至第五實施例已描述如上，但本發明並不限於此第一至第五實施例，且可在不背離本發明之精神與範疇的情況下以許多不同型式進行修改。
例如，在第一與第二實施例中，描述成膜調整環2之環部2a設置於藍寶石基板1之膜形成表面的周緣上方以覆蓋藍寶石基板1之周緣。另一方面，只要構成化合物半導體之元素(如做為III族化學元素的鎵)可以最佳濃度(改善欲形成III-V族化合物半導體膜之表面型態所需)抵達藍寶石基板1之膜形成表面上方，可不將環部2a建構為覆蓋藍寶石基板1之膜形成表面的周緣上方，而使其僅覆蓋藍寶石基板1之外周圍部分之上。
再者，雖然在第一與第二實施例中，描述成膜調整環2係由藍寶石製成，但可僅以藍寶石來塗布成膜調整環2之表面，而取代以藍寶石來塗布整個成膜調整環2。
雖然在第一與第二實施例中，描述成膜調整環2係由石英製成，但可僅以石英來塗布成膜調整環2之表面，而取代以石英來製造整個 成膜調整環2。或者，可以石英來塗布面對藍寶石基板1之膜形成表面之成膜調整環2的表面。
雖然在第二實施例中，描述與成膜調整環2結合使用之成膜調整基板4係由石英製成，但可僅以石英來塗布成膜調整基板4之表面，而取代以石英來製造整個成膜調整基板4。或者，可以石英來塗布面對藍寶石基板1之膜形成表面之成膜調整基板4的表面。
再者，在某些實施例中，除了成膜調整基板4之外，亦可以石英來塗布第四實施例中安裝部分7之前表面。或者，安裝部分7之前表面可塗布氧化物或金屬氧化物，其可避免欲形成之化合物半導體膜形成於其上。在某些實施例中，可以石英來塗布面對藍寶石基板1之膜形成表面之安裝部分7的後表面。或者，安裝部分7的後表面可塗布氧化物或金屬氧化物。
雖然在上述實施例中，描述藍寶石基板使用作為欲形成化合物半導體膜的基板，但本發明不限於此。例如，SiC基板或Si基板可使用作為基板。
在某些實施例中，成膜調整基板4之表面可塗布金屬氧化物來取代石英。或者，面對藍寶石基板1之膜形成表面之成膜調整基板4的表面可塗布氧化物(如金屬氧化物)來取代石英。在此例中，可選擇能避免化合物半導體膜形成於其上之氧化物或金屬氧化物。
雖然在上述實施例中，描述使用批次式直立成膜設備來形成氮化鎵膜，但可使用單一型成膜設備或其他批次式成膜設備來取代批次式直立成膜設備。
在上述實施例中，描述氣化固態三氯化鎵、拾取所產生之三氯化鎵氣體、並將其與載氣一起傳送至處理腔室103之方法作為形成化合物半導體膜(如氮化鎵膜)之方法。此膜形成方法通常稱為氯化物輸送CVD(LP-CVD)方法。然而，形成化合物半導體膜之方法並不限於前述實施例，且可為HVPE法或MOCVD法。
雖然在上述實施例中，描述將含有構成化合物半導體之元素的氯化物氣體供應至處理腔室103中以形成化合物半導體膜，但可依據欲 形成之化合物半導體膜的種類而供應鹵素氣體來取代氯化物氣體。
雖然在上述實施例中，描述使用氮化物半導體膜(如氮化鎵膜)作為化合物半導體膜之一例，但本發明亦可應用於形成除了氮化鎵膜以外之氮化物半導體膜、III-V族化合物半導體膜、或II-IV族化合物半導體膜。在這些情況中，可選擇III-V族化合物半導體膜或II-IV族化合物半導體膜會在其上形成之材料(如與欲形成化合物半導體膜之基板相同的材料)作為成膜調整環2的材料或塗布材料。此結構可達到與第一及第二實施例相同的效果。
雖然在上述實施例中，描述使用氮化物半導體膜(如氮化鎵膜)作為化合物半導體膜之一例，但本發明亦可應用於形成除了氮化鎵膜以外之氮化物半導體膜、III-V族化合物半導體膜、或II-IV族化合物半導體膜。在這些情況中，可選擇能避免欲形成之III-V族化合物半導體膜或欲形成之II-IV族化合物半導體膜實質形成於其上之材料(例如石英、氧化物或金屬氧化物)作為成膜調整環2或安裝部分7的材料或塗布材料。此結構可達到與第一至第四實施例相同的效果。
在上述實施例中，描述選擇能避免欲形成之III-V族化合物半導體膜或欲形成之II-IV族化合物半導體膜實質形成於其上之材料(例如石英、氧化物或金屬氧化物)作為第二實施例之成膜調整基板4的材料或鍍膜。此結構可達到與第二實施例相同的效果。
在上述實施例中，溝槽係以固定間隔d形成在晶舟114之石英柱115中，且藍寶石基板1設置於溝槽中。舉例來說，在第一實施例中，一藍寶石基板1放置於以固定間隔d所形成之四個溝槽中的一者中，而成膜調整環2放置於三個空格中之一者中。因此，成膜調整環2與藍寶石基板1間的間隔等於「3d」。然而，溝槽可不以固定間隔d來形成。或者，成膜調整環2與藍寶石基板1間的間隔可設定為「2d」或更大，如圖23之修改實例所示。
如圖23所示，溝槽115a係以間隔d、2d、3d形成於石英柱115中。晶舟114可以此方式修改。再者，如圖23所示，除了具有間隔d之溝槽115a以外，具有間隔2d及3d之溝槽115a亦可形成在一起。或者， 具有間隔d及2d之溝槽115a皆可形成。作為又另一替代性實例，具有間隔d及3d之溝槽115a皆可形成。間隔較佳等於或大於d。實際上，間隔較佳為2d或更大。
在上述實施例中，描述選擇III-V族化合物半導體膜或II-IV族化合物半導體膜不形成或實質上不形成於其上之材料(例如石英、氧化物或金屬氧化物)作為組成處理腔室103之構件(如外管101及內管102)以及容納於處理腔室103中之構件(如氣體導入部104、氣體導入管106、晶舟114、及石英柱115)的材料或鍍膜。此結構可達到與第一至第三實施例相同的效果。
依據本發明，可提供一種化合物半導體膜之形成方法及其設備，其可改善生產量、降低形成薄膜之成本、提高欲形成之化合物半導體膜之膜厚的面內均勻性、並改善表面型態。
雖然已說明某些實施例，但這些實施例僅被提出作為範例而不被意指限制本發明之範圍。當然，在此所述的新穎方法與設備可以種種其他形式加以實現；再者，在不背離本發明之精神的情況下，可以在此所述之實施例的形式來進行各種刪除、替代以及變更。隨附請求項及其等效設計係意欲涵蓋此種落入本發明之範圍與精神內的形式或修改。
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟

Claims (18)

  1. 一種在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，包含：將複數待處理基板設置於基板安裝夾具上；將該待處理基板載入至處理腔室中；對載入至處理腔室中之該待處理基板加熱；將含有組成一化合物半導體之一元素的一氣體、以及含有組成該化合物半導體且與該元素不同之另一元素的另一氣體供應至其中已載入該待處理基板之該處理腔室中；以及在該待處理基板之各者上形成化合物半導體膜，其中該載入步驟包含：將該待處理基板設置於基板安裝夾具上，同時於其間留下至少一空格；將成膜調整環放置於該至少一空格中，該成膜調整環係用於在該待處理基板上形成化合物半導體膜；以及將該待處理基板與成膜調整環載入至處理腔室中；並且其中該形成步驟包含在該待處理基板上形成化合物半導體膜，同時該待處理基板之各者的膜形成表面係設置為面對該成膜調整環之各者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中該基板安裝夾具係建構以沿著垂直方向將該待處理基板與成膜調整環設置於其中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中該成膜調整環之尺寸大於該待處理基板，且其中該成膜調整環之各者包含一環部，該環部面對各該待處理基板之至少周緣。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中該形成步驟包含旋轉其上設有該待處理基板與成膜調整環之該基板安裝夾具。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中該供應步驟包含沿著該待處理基板之各者的膜形成表面供應含有該元素之該氣體與含有該另一元素之該另一氣體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中該成膜調整環各者之材料與該待處理基板各者之材料相同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中該化合物半導體膜為氮化物半導體膜，其使用氮作為V族化學元素。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中該氮化物半導體膜為氮化鎵膜。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中該設置步驟包含：將該待處理基板放置於成膜調整基板上，各成膜調整基板上不會形成在該待處理基板上欲形成之該化合物半導體膜；將其上置有該待處理基板之該成膜調整基板設置於該基板安裝夾具上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中該成膜調整基板各者包含一凹部，用以容納各該待處理基板於其中。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的方法，其中當該化合物半導體膜為氮化鎵膜時，該成膜調整基板係由石英製成、或者面對該待處理基板之膜形成表面的該成膜調整基板之表面係以石英覆蓋。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的 方法，其中該設置步驟包含將該待處理基板與其上不會形成在該待處理基板上欲形成之該化合物半導體膜的該成膜調整基板交替地設置在該基板安裝夾具上。
  13. 一種在待處理基板上形成化合物半導體膜的設備，包含：一處理腔室，建構以容納一基板安裝夾具，複數待處理基板係設置於該基板安裝夾具上，該化合物半導體膜係形成於該複數待處理基板之各者上；一氣體供應單元，建構以將含有組成一化合物半導體之一元素的一氣體、以及含有組成該化合物半導體且與該元素不同之另一元素的另一氣體供應至其中容納該待處理基板之該處理腔室中；一加熱單元，建構以對容納在該處理腔室中之該待處理基板加熱；一設置與載入單元，建構以將該待處理基板設置於該基板安裝夾具上、並將設置於該基板安裝夾具上之該待處理基板載入至該處理腔室中；以及一控制單元，建構以控制該氣體供應單元、該加熱單元、以及該設置與載入單元，其中該控制單元建構以控制該氣體供應單元、該加熱單元、以及該設置與載入單元而執行如申請專利範圍第1項所述之方法。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的設備，其中該化合物半導體膜為氮化物半導體膜，其使用氮作為V族化學元素。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的設備，其中該氮化物半導體膜為氮化鎵膜。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的設備，其中當該化合物半導體膜為氮化鎵膜時，該成膜調整基板係由石英製成、或者至少面對該待處理基板之膜形成表面的該成膜調整基板之表面係以石英覆蓋。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的設備，其中該基板安裝夾具包含複數安裝部分，該待處理基板係設置於該安裝部分上，其中面對各該待處理基板之膜形成表面的各該安裝部分之表面係由可避免欲形成在該待處理基板上之該化合物半導體膜形成於其上之材料所製成。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之在待處理基板上形成化合物半導體膜的設備，其中該安裝部分各者包含一凹部，用以容納各該待處理基板於其中。
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