化学汽相沉积装置和化学汽相沉积方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于半导体膜的化学汽相沉积装置，它包括一种水平管式反应器，配有一个用于在其上安装基片的基座、用于加热该基片的加热器、原料气加入部分、和反应气体排气部分，其中该装置的结构使得与基片相对的管式反应器壁的部分由原料气通道的上游侧向下倾斜至其下游侧，这样改变气流方向为倾斜向下的方向，或使得基座与其相对的管式反应器壁之间的间隔小于在管式反应器壁中由原料气加入部分的气体加料口至基座所用原料气通道的上游侧端部的垂直间隔。本发明专利技术还公开了一种使用该装置的化学汽相沉积方法。这样，即使在大尺寸基片，或多个基片同时，或在高温下进行化学汽相沉积的情况下，可得到一种具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】

本专利技术的背景1.本专利技术的领域本专利技术涉及一种化学汽相沉积装置和一种化学汽相沉积方法。更具体地说，本专利技术涉及一种化学汽相沉积装置，其中包含原料气的气体在水平管式反应器的气体加入部分加入，该反应器排列使得要加料到反应器的原料气的方向基本上与基片平行，这样具有有利结晶度的均匀半导体膜就在受热基片上高效进行化学汽相沉积；并涉及一种使用前述装置的化学汽相沉积方法。2.相关技术的描述近年来对氮化镓化合物半导体的需求迅速增加，它集中在光学通讯领域中用作发光二极管、激光二极管、和类似物的设备。例如，作为一种制造氮化镓化合物半导体的方法，已知这样一种方法，其中，使用有机金属气体如三甲基镓、三甲基铟和三甲基铝作为III族金属源并使用氨作为氮源，将氮化镓基化合物的半导体膜在已事先放置在管式反应器中的蓝宝石或类似物的基片上进行化学汽相沉积以形成目标膜。另外，作为一种制造上述氮化镓化合物半导体的装置，可提供一种包括水平管式反应器的化学汽相沉积装置，它配有一个用于在其上安装基片的基座、用于加热该基片的加热器、排列使得加料到管式反应器的原料气的方向与基片平行的原料气加入部分、和反应气体排气部分。这种包括水平管式反应器的化学汽相沉积装置的结构使得，将基片放置在管式反应器的基座上，将基片加热，然后在平行于基片的方向上将包含原料气的气体供给到反应器中，这样半导体膜进行化学汽相沉积以在基片上形成膜。但在这种水平管式反应器中，由于原料气被基片附近的热对流驱散并因此不能有效地到达基片，因此问题在于，不能得到具有有利结晶度的均匀半导体膜，或膜的生长速率低。但最近已开发出一种用于化学汽相沉积的改进的装置和方法，其中将加压(forcing)气体加入部分设置在与基片相对的管式反应器壁上，不影响载体气体和类似物的反应的加压气体在管式反应器内部在垂直于基片的方向上供给以将原料气流改变为喷向基片的方向。据说，这种改进的装置和方法能够根据原料气的种类和流速、受热基片的温度和类似因素通过适当和任选地控制加压气体的流速而得到具有有利结晶度的均匀半导体膜。然而，对于前述方法和装置，在直角处交汇的气流，即包含原料气和加压气体的气体在基片上相互混合，并因此更容易变得无序，这样气流通常难以控制。例如，在大尺寸基片进行化学汽相沉积或多个基片进行化学汽相沉积的情况下，难以在基片的宽范围内供给均匀浓度的原料气。另外在使用上述的三甲基镓、三甲基铟或三甲基铝作为原料气进行化学汽相沉积的情况下，对作为基片受热温度的1000℃或更高温度的需求使得难以控制基片上的复杂气流。本专利技术的概述在这些情况下，本专利技术的目的是提供一种用于化学汽相沉积的方法和装置，即使在进行大尺寸基片的化学汽相沉积或同时进行多个基片的化学汽相沉积，或在高汽相沉积温度下进行化学汽相沉积的情况下，它能够通过使用水平管式反应器而高效地将具有有利结晶度的均匀半导体膜化学汽相沉积在受热基片上。本专利技术的其它目的显然由以下公开的本说明书内容得出。在这些情况下，本专利技术人进行了深入细致的研究和开发以解决涉及现有技术的上述问题。结果已经发现，对于使用水平管式反应器的化学汽相沉积，通过在与基片相对的管式反应器壁上安装一个由原料气通道的上游侧向下倾斜至其下游侧的倾斜部分，原料气流可改变成喷雾到基片上的方向而无需供给加压气体。还已发现，对于使用水平管式反应器的化学汽相沉积，分别因基片附近的热对流而产生的气流无序或原料气扩散可通过这样一种结构而抑制基座与其对面的管式反应器壁之间的间隔小于原料气加入部分与基座之间在管式反应器壁中的垂直间隔。本专利技术已通过上述发现和信息而完成。也就是说，本专利技术涉及一种用于半导体膜的化学汽相沉积装置，它包括水平管式反应器，配有用于在其上安装基片的基座、用于加热该基片的加热器、排列使得在管式反应器中供给的原料气的方向与基片平行的原料气加入部分、和反应气体排气部分，其中该装置的结构使得与基片相对的管式反应器壁的部分由原料气通道的上游侧向下倾斜至其下游侧。另外，本专利技术涉及一种化学汽相沉积方法，包括，在水平管式反应器中将基片安装在基座上，用加热器加热该基片，并在基本上平行于基片的方向上向基片供给包含原料气的气体，这样在所述基片上将半导体膜进行化学汽相沉积，其中气流的方向通过这样一种结构而改变至倾斜向下的方向与基片相对的管式反应器壁的部分由原料气通道的上游侧向下倾斜至其下游侧。另外，本专利技术涉及一种用于半导体膜的化学汽相沉积装置，它包括水平管式反应器，配有用于在其上安装基片的基座、用于加热该基片的加热器、排列使得在管式反应器中供给的原料气的方向与基片基本平行的原料气加入部分、和反应气体排气部分，其中该装置的结构使得，基座与其对面的管式反应器壁之间的间隔小于在管式反应器壁中由原料气加入部分的气体加料口至基座所用原料气通道的上游侧端部的垂直间隔。另外，本专利技术涉及一种化学汽相沉积方法，包括，在水平管式反应器中将基片安装在基座上，用加热器加热该基片，并在基本上平行于基片的方向上向基片供给包含原料气的气体，这样在所述基片上将半导体膜进行化学汽相沉积，其中包含原料气的气体供给到具有这样一种结构的水平管式反应器中基座与其对面的管式反应器壁之间的间隔小于在管式反应器壁中由原料气加入部分的气体加料口至基座所用原料气通道的上游侧端部的垂直间隔。附图的简要描述附图说明图1和图2分别为给出了本专利技术化学汽相沉积装置的一个例子的垂直横截面视图；图3给出了在本专利技术实施例和对比例中的膜厚度分布的状态，其中基片放置在基座的中心部分；和图4给出了在本专利技术实施例和对比例中的膜厚度分布的状态，其中基片放置在基座的外围部分。优选实施方案的描述将按照本专利技术的分别应用于，其中将基片在水平管式反应器中放置在基座上并用加热器加热，然后将包含原料气的气体在平行于基片的方向上供给，这样通过化学汽相沉积而在基片上形成半导体膜。按照本专利技术的化学汽相沉积装置是这样一种装置与基片相对的管式反应器壁的部分由原料气通道的上游侧向下倾斜至其下游侧，或基座与其对面的管式反应器壁之间的间隔小于在管式反应器壁中由原料气加入部分的气体加料口至基座所用原料气通道的上游侧端部的垂直间隔。另外，按照本专利技术的化学汽相沉积方法是这样一种用于化学汽相沉积的方法，其中气流的方向通过这样一种结构而改变至倾斜向下的方向与基片相对的管式反应器壁的部分由原料气通道的上游侧向下倾斜至其下游侧，或包含原料气的气体供给至具有这样一种结构的水平管式反应器中基座与其对面的管式反应器壁之间的间隔小于在管式反应器壁中由原料气加入部分的气体加料口至基座所用原料气通道的上游侧端部的垂直间隔。对于本专利技术用于化学汽相沉积的装置和方法，不对基片的种类、尺寸和数目、以及原料气的种类和流速加以任何限制。但本专利技术用于化学汽相沉积的装置和方法的特征在于它们能够充分地表现出其工作效果，即，分别因热对流而产生的气体无序和原料气扩散可在基片的宽范围上得到减缓，尤其是在直径至少为4英寸(约101.6毫米)的大尺寸基片进行化学汽相沉积或6个基片同时进行化学汽相沉积的情况下。基片的种类例如为蓝宝石、SiC、体效应(bulk)氮化镓、等。另外，本专利技术用于化学汽相沉积的装置和方法的特征在于它们能够充分地表现出其工作效果，即，在所进行的化学汽相沉积中根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体膜的化学汽相沉积装置，它包括一种水平管式反应器，配有一个用于在其上安装基片的基座、用于加热该基片的加热器、排列使得加料到管式反应器的原料气的方向与基片基本平行的原料气加入部分、和反应气体排气部分，其中该装置的结构使得与基片相对的管式反应器壁的部分由原料气通道的上游侧向下倾斜至其下游侧。

【技术特征摘要】
JP 2001-2-28 53527/2001;JP 2001-3-29 94610/20011.一种用于半导体膜的化学汽相沉积装置，它包括一种水平管式反应器，配有一个用于在其上安装基片的基座、用于加热该基片的加热器、排列使得加料到管式反应器的原料气的方向与基片基本平行的原料气加入部分、和反应气体排气部分，其中该装置的结构使得与基片相对的管式反应器壁的部分由原料气通道的上游侧向下倾斜至其下游侧。2.根据权利要求1的化学汽相沉积装置，其中所述倾斜管式反应器壁部分定位使得倾斜管式反应器壁部分的上游侧端部位于原料气加入部分的气体加料口与对应于基座所用原料气通道的上游侧端部的位置之间，且倾斜管式反应器壁部分的下游侧端部位于对应于基座所用原料气通道的上游侧端部的位置与对应于基座所用原料气通道的下游侧端部的位置之间。3.根据权利要求1的化学汽相沉积装置，其中所述倾斜管式反应器壁部分在原料气通道方向上的长度为基座直径的0.2-1.5倍。4.根据权利要求1的化学汽相沉积装置，其中所述倾斜管式反应器壁部分的倾斜角度为相对原料气通道方向0.1-10度。5.根据权利要求1的化学汽相沉积装置，其中所述水平管式反应器进一步在倾斜管式反应器壁部分的下游侧的管式反应器壁上配有一个具有气体渗透性的多微孔部分、和一个用于将没有原料气的气体由所述多微孔部分供给管式反应器内部的加入孔。6.根据权利要求1的化学汽相沉积装置，其中所述水平管式反应器的表面由作为构成材料的石英制成。7.一种用于半导体膜的化学汽相沉积装置，它包括一种水平管式反应器，配有一个用于在其上安装基片的基座、用于加热该基片的加热器、排列使得加料到管式反应器的原料气的方向与基片基本平行的原料气加入部分、和反应气体排气部分，其中该装置的结构使得基座与其相对的管式反应器壁之间的间隔小于在管式反应器壁中由原料气加入部分的气体加料口至基座所用原料气通道的上游侧端部的垂直间隔。8.根据权利要求7的化学汽相沉积装置，其中基座与其对面的管式反应器壁的间隔平均为在管式反应器壁中由原料气加入部分中的气体加料口至基座所用原料气通道的上游侧端部的垂直间隔的20-99％。9.根据权利要求7的化学汽相沉积装置，其中，在原料气加入部分的气体加料口与基座所用原料气通道的上游侧端部之间的位置上，在管式反应器壁中由用于原料气通道的上游侧至下游侧的垂直间隔变得较小，而且基座与其对应的管式反应器壁部分之间的间隔在其中排列有基座的地方变得恒定。10.根据权利要求9的化学汽相沉积装置，其中基座与其对面的管式反应器壁之间的间隔为在原料气加入部分的气体加料口处的管式反应器壁垂直间隔的10-98％。11.根据...

【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，石滨义康，网岛丰，
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]