化学汽相淀积设备和化学汽相淀积方法技术

公开了一种制备半导体膜的化学汽相淀积设备，所述的设备包括装有以下设备的卧式反应管：支承衬底的基座、加热衬底的加热器、使送入反应管的配料气体的进料方向基本上与衬底平行的方式配置的配料气体引入段以及反应气体排出段，以及在面对衬底的反应管壁上还有加压气体引入段，其中在配料气体气路的上游侧加压气体气路的至少一部分的结构是这样的，以致从加压气体引入段的所述部分提供的加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。在这里还公开了一种使用所述设备的化学汽相淀积方法。从而甚至在大型衬底进行化学汽相淀积或多件衬底同时进行化学汽相淀积的情况下或在高温下，也可制得有良好结晶度的均匀半导体膜。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于制备半导体膜的化学汽相淀积设备和一种用于制备半导体膜的化学汽相淀积方法。更具体地说，本专利技术涉及这样一种通过从配料气体送入反应管的进料方向基本上与衬底平行的方式配置的卧式反应管的气体引入段将配料气体引入到衬底上，使具有良好均匀性和结晶性的半导体膜在已加热的衬底上有效地进行汽相外延生长。
技术介绍
近年来，氮化镓系列化合物半导体例如作为发光二极管或激光二极管元件的需求主要在光通信领域迅速增长。作为一种制造氮化镓系列化合物半导体的方法，这样一种化学汽相淀积方法通常是已知的使用有机金属气体例如三甲基镓、三甲基铟或三甲基铝等作为第III族金属源和氨作为氮源，通过汽相外延生长在精心放置在反应管中的青玉等衬底的表面上生成氮化镓系列化合物的半导体膜。同时，作为一种生产氮化镓系列化合物半导体的设备，有这样一种包含卧式反应管的化学汽相淀积设备，它包含支承衬底的基座、加热衬底的加热器、使送入反应管的配料气体的进料方向与衬底平行的方式配置的配料气体引入段以及反应气体排放段。在有这种卧式反应管的化学汽相淀积设备中，采用这样一种化学汽相淀积方法用以下步骤通过汽相外延生长在衬底的表面上生成半导体膜将衬底放在反应管中的基座上；在用加热器加热衬底后，沿平行于衬底的方向送入含配料的气体。在这样一卧式反应管中，存在这样一些问题不能得到均匀的和良好结晶度的半导体膜；或者由于在衬底周围的热对流引起的配料气体扩散和不能有效达到衬底，汽相外延生长的生长速率滞后。但是，近年来，通过在面对衬底的反应管壁上装备加压气体引入段以及通过竖直朝向反应管内的衬底送入不影响载气等反应的加压气体，开发了改变配料气体朝衬底方向流向的化学汽相淀积设备或化学汽相淀积方法。据报导，根据这一技术，通过按配料气体的种类和流速适当控制加压气体的流速以及衬底的加热温度等制得有良好结晶度的半导体膜。但遗憾的是，根据所述的化学汽相淀积设备或所述的化学汽相淀积方法，存在许多种不利情况，因为垂直送入气流，即含配料的气体和加压气体在衬底上彼此混合，有易于产生气流扰动的倾向，加压气流的控制困难。例如，在大型衬底上进行汽相外延生长或在多件衬底上同时进行汽相外延生长的情况中，难以在宽的衬底区域内送入均匀密度的配料气体。此外，在用上述三甲基镓、三甲基铟或三甲基铝作为配料进行汽相外延生长的情况中，因为作为衬底的加热温度，1000℃或更高的高温是必要的，在衬底上产生复杂的气流，也使气流难以控制。
技术实现思路
所以，本专利技术的一个目的是提供这样一种使用卧式反应管的化学汽相淀积设备或化学汽相淀积方法，甚至在大型衬底上进行汽相外延生长(epitaxy)或在多件衬底上进行同时汽相外延生长的情况下，或通过调节高温进行汽相外延生长的情况下，能有效地使具有良好均匀性和结晶度的半导体膜在衬底上进行汽相外延生长。为了达到所述的目的，由于本专利技术人积极地反复研究，已发现通过在配料气体气路的上游侧朝配料气体气路下游侧斜下方向或水平方向送入至少一部分从加压气体引入段提供的加压气体，可减轻含配料的气体和加压气体在衬底上混合产生的气流扰动。本专利技术在这些发现的基础上完成。也就是说，本专利技术提供这样一种制备半导体膜的化学汽相淀积设备，所述的设备包括这样一卧式反应管，它装有用于支承衬底的基座、用于加热衬底的加热器、使送入反应管的配料气体的进料方向与衬底基本上平行的方式配置的配料气体引入段以及反应气体排放段，此外在面对衬底的反应管壁上还有加压气体引入段，其中在配料气体气路上游侧至少一部分加压气体引入段的结构是这样的，以致由加压气体引入段的所述部分提供的加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。此外，本专利技术还提供这样一种在衬底上制备半导体膜的化学汽相淀积方法，所述的方法包括以下步骤在卧式反应管中的基座上安装衬底，用加热器加热衬底、以送入反应管的气体进料方向基本上平行于衬底的方式送入含配料的气体以及从面对衬底的反应管壁上的加压气体引入段送入加压气体，所述方法的特征在于，在配料气体气路的上游侧将至少一部分从加压气体引入段提供的加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。附图说明图1为说明本专利技术化学汽相淀积设备的一实施方案的垂直剖面图；图2为用于将加压气体斜下方向或水平方向送入的加压气体引入段结构的垂直剖面图；图3为用于将加压气体斜下方向或水平方向送入的加压气体引入段和用于将加压气体朝衬底向下送入的加压气体引入段分布实施例的平面图。具体实施例方式本专利技术用于制备半导体膜的通过以下步骤来进行半导体膜的汽相外延生长将衬底支承在卧式反应管内的基座上，用加热器加热衬底，以送入反应管的气体进料方向基本上与衬底平行的方式送入含有配料的气体以及从面对衬底的反应管壁上的加压气体引入段送入加压气体。本专利技术的化学汽相淀积设备结构的特征在于，在配料气体气路的上游侧至少一部分加压气体引入段是这样的，以致从加压气体引入段的所述部分提供的加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。此外，本专利技术的化学汽相淀积方法的特征在于，在配料气体气路的上游侧，从加压气体引入段提供的至少一部分加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。在本专利技术用于制备半导体膜的中，对于衬底的种类、尺寸和数量或对配料气体的种类、流速等没有任何特别的限制。但是，就衬底来说，特别是在直径为4英寸或更大的大型衬底进行汽相外延生长的情况下或在6件衬底同时进行汽相外延生长的情况下等，从能够减少在宽的衬底区域内由于热对流产生的气体扰动或配料气体扩散的观点看，本专利技术所提供的优点将被充分认识到。衬底的典型例子是青玉、SiC和大块氮化镓等。此外，就配料气体的种类来说，特别是需要在1000℃或更高的衬底加热温度下进行汽相外延生长的情况下，从能够在宽的衬底区域内减少热对流产生的气体扰动或配料气体扩散的观点看，本专利技术所提供的优点将被充分认识到。应用这些配料气体的化学汽相淀积方法的典型例子是使用三甲基镓、三乙基镓、三甲基铟、三乙基铟、三甲基铝或三乙基铝作为第III族金属源和使用氨、单甲基肼、二甲基肼、叔丁基肼或三甲基胺作为氮源的氮化镓系列化合物半导体的汽相外延生长。将参考图1-3进一步详细描述本专利技术的化学汽相淀积设备，它们不限制本专利技术的范围。图1为说明本专利技术化学汽相淀积设备的一个实施方案的垂直剖面图。正如图1所示，本专利技术的化学汽相淀积设备包含装有以下设备的卧式反应管1衬底2、用于支承和旋转衬底的基座3、用于加热衬底的加热器4、使送入反应管的配料气体的进料方向与衬底基本上平行的方式配置的配料气体引入段5以及反应气体排放段6，同时在面对衬底的反应管壁上还装有加压气体引入段7，以及在配料气体气路的上游侧加压气体引入段7的至少一部分9的结构是这样的，以致将加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。在本专利技术的化学汽相淀积设备中，将加压气体引入段7配置到这样一位置，在那里含配料气体的气体接受从加热器产生的热作用。所以，虽然视含配料气体的气体流速、加热器的位置、汽相外延生长的温度、卧式反应管的尺寸和形状等而定，加压气体引入段7的位置不能无条件地限制，但通常这样配置它的位置，以致加压气体引入段的中心在相应于基座中心的位置12的附近。此外，加压气体引入段的轮廓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备半导体膜的化学汽相淀积设备，所述的设备包含一装有以下设备的卧式反应管：用于支承衬底的基座；用于加热衬底的加热器；使送入反应管的配料气体的进料方向基本上与衬底平行的方式配置的配料气体引入段；以及反应气体排出段，以及在面对衬底的反应管壁上还有加压气体引入段，其中在配料气体气路的上游侧至少一部分加压气体引入段的结构是这样的，以致从加压气体引入段的所述部分提供的加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。

【技术特征摘要】
JP 2001-6-18 182854/20011.一种制备半导体膜的化学汽相淀积设备，所述的设备包含一装有以下设备的卧式反应管用于支承衬底的基座；用于加热衬底的加热器；使送入反应管的配料气体的进料方向基本上与衬底平行的方式配置的配料气体引入段；以及反应气体排出段，以及在面对衬底的反应管壁上还有加压气体引入段，其中在配料气体气路的上游侧至少一部分加压气体引入段的结构是这样的，以致从加压气体引入段的所述部分提供的加压气体以斜下方向或水平方向朝配料气体气路的下游侧送入。2.根据权利要求1的化学汽相淀积设备，其中所述加压气体引入段的轮廓为圆形或椭圆形。3.根据权利要求1的化学汽相淀积设备，其中所述的至少一部分加压气体引入段的结构为半圆形、弧形、扇形、凸透镜形或新月形。4.根据权利要求1的化学汽相淀积设备，其中设备为在基座上安装有多件衬底的设备。5.根据权利要求1的化学汽相淀积设备，其中设备为在基座上安装有直径为4英寸(约101.6毫米)或更大的大型衬底的设备。6.根据权利要求1的化学汽相淀积设备，其中设备为在配料气体引入段中...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒井士郎，高松勇吉，森勇次，王宏兴，小宫由直，吴羽羚儿，石滨义康，纲岛丰，
申请(专利权)人：日本派欧尼股份株式会社，德岛酸素工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]