CN101443487B - Vpe反应器的源容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及VPE沉积设备的源装置，包括：含有液态或固态起始材料(1)并具有顶部开口的容器(2)；用于反应气体(4)的供应管线(3)，所述反应气体(4)与起始材料(1)反应以产生含有该起始材料的工艺气体(5)。本发明的目的是暂时稳定源反应。为此，盖子(6)直接放置在起始材料(1)上并且限定盖子和起始材料(1)的表面(7)之间的体积(8)，反应气体(4)流过所述体积并且供应管线(3)通向该体积。

Description

VPE反应器的源容器
技术领域
本发明涉及VPE沉积装置的源装置(arrangement)，包括：含有液态或固态起始材料并具有顶部开口的容器；用于反应气体的供应管线，所述反应气体与起始材料反应以产生含有该起始材料的工艺气体；以及直接置于该起始材料上的盖子。 
此外，本发明涉及VPE沉积设备，其包括工艺室和布置在工艺气体的流动方向上游的源区，在所述源区中有用于反应气体的供应管线和含有液态或固态起始材料并具有顶部开口的容器。 
背景技术
从DE 3801147A1中已知一般类型的设备。其中，粉末填充物位于多孔壁上。多孔板位于粉末填充物上。位于上面的多孔板通过弹簧压到粉末填充物上，从而其表面总是平行于底壁。 
US 5,603,169描述了类似的设备。其中，透气性加压板位于填充物的表面上。其通过重力以平准的方式压到所述表面上。 
DE 10247921A1描述了混合型VPE反应器。其中所述的反应器具有外壳。在外壳中，有具有用于容纳一个或多个基材的基座(susceptor)的工艺室，所述基材用半导体材料涂覆。该半导体材料是多组分材料，并且具体来说具有III和V主族的组分。III主族的元素例如Ga、In、Al以氯化物的形式引入到工艺室。V族组分作为氢化物引入到工艺室。具体来说，将NH3、AsH3、或PH3引入到工艺室。氯化物在源区生成。加热该源区。将HCl引入到该源区。使该HCl经过液态或固态金属组分的表面之上，使得在热力学平衡的条件下尽可能形成氯化物。将III族组分从源容器输送走引起包含在源容器中的起始材料的表面下降。这导致源转化效率的改变。具体来说，在流体垂直通过源区时不能避免的小表面的情况下，这种不恒定的源转化是不利的。 
发明内容
本发明的目的是提供使源反应随时间稳定化的措施。 
该目的通过权利要求中限定的本发明而实现。 
每个权利要求表示用于实现该目的的独立的技术方案并且可以与任何其它权利要求组合。 
首先并且是最重要的，保证用盖子盖住所述顶部敞开的容器。所述盖子旨在放置在起始材料上。在盖子和起始材料的表面之间形成反应气体可以流过的体积。该反应气体平行于起始材料的表面流过该体积。供应管线通向该体积。从而，从该供应管线排出的气体首先流过该体积，结果在该表面上流动。如果起始材料是液体，气体以水平方向流过该体积。盖子直接放置在起始材料上的这一事实是指盖子下面与起始材料表面之间的间隔随时间保持恒定并且独立于源内液体或固体的表面高度。尽管源稳定地消耗，反应气体可以流过的体积仅以不显著的程度改变，因为盖子随着源材料表面的水平降低。结果，源转化得到了稳定。如果起始材料是液体，盖子漂浮在起始材料上。从盖子突出并支撑在源材料上的载体，具体来说为漂浮物引起形成通流体积。载体/漂浮物可由局部突出形成。具体来说，它们由向下突出的中空腔形成。供应管线优选位于容器的中心，反应气体通过该供应管线供应到盖子下。容器可具有旋转对称性。然后，流体在径向方向上流过该体积。盖子可为圆盘形的。盖子的边缘可与容器壁有间距。在流体流过的体积内，盖子下形成的工艺气体可通过由该间距形成的间隔或间隙流走。盖子的穹顶优选覆盖供应管线的出口。这保证了即使源材料处于其最低水平时盖子也不会位于供应管线的出口上。容器和盖子由不与起始材料或反应气体或工艺气体反应的材料制成。例如，如果源要含有镓或铟，则容器和盖子可由石英组成。如果源要容纳铝，则适当地由石墨制成源和盖子。然后，石墨的表面优选用合适的材料涂覆。还可使用青玉、氮化硼或其它惰性材料。具有上述源布置的沉积设备优选具有源区，流体以垂直方向流过该源区。源区可具有在垂直方向上延伸的壁，并且，具体来说，形成管道部分。对该壁从外部进行电阻加热，使得可以调整源的温度。工艺室在源区下。其在水平方向上延伸。在源区形成的工艺气体从上到下引入到工艺室，并且沿径向流过该工艺室，使得工艺气体以水平方向从集中在中心周围的基材上流过。氢化物也在工艺室中心引入。但是，上述源结构不仅可布置在流体垂直流过的源区中，而且还可布置在流体水平流过的源区中。
附图说明
本发明的示例性实施方式基于附图而说明如下，在所述附图中： 
图1显示了放大表示的沿图2中的I-I线穿过源区的截面； 
图2显示了根据图1中的剖切线II-II穿过源区的横截面； 
图3显示了具有配合了盖子的源容器的透视图； 
图4显示了穿过具有图1中表示的源装置的VPE沉积装置的横截面； 
图5显示了根据图1的第二实施方式的图； 
图6显示了根据图2的第二实施方式的图； 
图7显示了根据图1的第三实施方式的图； 
图8显示了根据图2的第三实施方式的图； 
图9显示了根据图1的第四实施方式的图；和 
图10显示了根据图2的第四实施方式的图。 
具体实施方式
图4中表示的VPE反应器是水平反应器，因为工艺室21在水平方向上延伸。基本为圆形的工艺室21的底板形成基座23。底板通过电阻加热器25从下面加热。其它类型的加热也是可以的；具体来说，可采用RF加热。在圆盘形的底板23上，有大量的基材22。基材22以圆形的布局设置在基座23的中心周围。 
基座23之上为工艺室顶板24。它与底板23平行延伸，并在中心具有开口。该开口位于基座23上放置基材22的区域之外。在工艺室顶板24中的该圆形开口之上是源区。该源区包括在垂直方向上延伸的管道。该管道形成源区的壁15。该管道在末端封闭，在末端有通向其中的吹扫气体管线18，惰性气体通过该吹扫气体管线18引入到源区。源区壁15被源加热器16包围。所述加热器也优选为电阻加热器。 
在源区的上部区域中有容器2。供应管线3终止在该容器处，HCl作为反应气体4通过该管线引入。在该容器2之下，有供应管线20，氢化物作为工艺气体19经该管线引入到源区的下部区域。 
容器2含有III主族金属镓、铝或铟。容器2具有盖子6。盖子6与置于容器2中的起始材料1的表面7有间隔。供应管线3从下面突出穿过容器 2的底板17，使得HCl从下向上流入盖子6的穹顶13。从供应管线3的出口14排出的HCl与金属在表面7处反应并形成工艺气体5，所述工艺气体可为氯化镓、氯化铟或氯化铝。 
在源中形成的氯化物5和供入的氢化物19在容器2的外壁11和工艺室壁15之间从上向下流动，然后从上流入工艺室21，在那里沿径向转向并在基材22上沿水平方向流动，III或V族组分在工艺室21中作为单晶层沉积。 
正如特别可从图1至3总结的，源具有由石英、石墨或青玉组成的浅的容器2。容器2具有在水平方向上延伸并且为圆盘形的底板17。供应管线3的垂直延伸部分突出穿过底板17的中心。供应管线3具有出口14。出口14处于与环形容器壁11的边缘大致相同的高度。从而，上述设置于容器2中的金属之一的熔融物1形成环形表面7。 
在该容器壁11内有盖子6。盖子6具有圆形的外轮廓，盖子6的直径略小于容器壁11的内直径。由此，盖子的边缘10与容器壁11留有间隔或间隙12。盖子6之下形成的工艺气体5可以通过该间隔或间隙12流出容器。 
盖子6漂浮在熔融物1上。为了使从供应管线出口14排出的反应气体4可以沿盖子6下流动，盖子6具有向下突出的漂浮物9。这些漂浮物9由圆柱形中空体形成。该中空体在顶部敞开。这些漂浮物9部分浸泡在熔融物1的表面7之下。间隔分开的漂浮物9(示例性实施方式中共有4个)之间的区域可以流过反应气体4并且在该区域中已引入的HCl与金属结合以形成金属氯化物。盖子6漂浮在熔融物1的表面7上这一事实是指盖子6下面与熔融物7的表面之间的间隔独立于熔融物1的液面。随着熔融物1的体积下降，盖子6降低。 
在盖子6的中心，有向上突出的罐形穹顶13，其覆盖供应管线出口14同时在其周围留有间隔。选择穹顶13的高度使得盖子6可以降低到熔融物1的最小体积，而不使供应管线出口14被穹顶13的覆盖表面封闭。 
在示例性实施方式的情形中，流体沿径向通过盖子6下。还可想到的构造中，流体沿直线通过盖子6。为此，盖子6的边缘可浸泡在熔融物1中，使得限定通流的方向。这种流体可以沿直线通过的容器可以用于水平的源装置。这样，反应气体的供入在容器的边缘进行。这种容器的盖子优选具有在其周围延伸的边缘部分，向下突出进入熔融物，并仅在流出面上敞开，使得在具有U形截面的盖子下形成的工艺气体可以流走。在该方案的情形中，盖 子漂浮在熔融物上。但是，盖子还可以具有工艺气体可通过其流出的开口。 
在这种方案的情形中，有利的还有，如果由中空体形成的浸泡在熔融物1的表面下的漂浮物9从盖子6向下突出，使得盖子的基本平坦且水平延伸的下面平行于熔融物的表面7并且与熔融物的表面7有间隔。这导致形成反应体积8，流体可以通过该体积，并且该体积与源体积无关而保持恒定。 
如果源材料在源的温度下为固态，则附图中以附图标记9表示的漂浮物仅形成支撑体。在这种情形下，支撑在固体表面上的例如突出物或销形式的载体从盖子的下面突出就足够了。 
认为重要的是，盖子6的下面与熔融物的表面或源材料的表面之间的间隔s在源材料的整个消耗期间不变化。 
在图1至3中表示的示例性实施方式的情形下，流入4通过穹顶13的侧壁与供应管线3的上部之间的间隙进行。气体流出通过间隙12进行。 
在图5和6中表示的示例性实施方式中，最小化了盖子的边缘10与容器壁11之间的间隙12。该间隙12仅为十分之几个毫米(0.1至0.5mm)。现在，流出通过设置于盖子的边缘10的区域中的流出开口26进行。正如可从图6总结的，设置这些开口26使得它们均匀地分布在盖子6的整个圆周上。盖子6相对于容器2的中心的位置通过仅非常小的间隙12确定。 
图7和8中表示的第三示例性实施方式显示了盖子6的中心定位的其它选择。穹顶13在下部区域中具有向内导向的套环。该套环具有流入开口27，通过该开口流出供应管线3的气体可以流入盖子6下的区域。该套环大致位于盖盘的水平。这里，套环内边缘与供应管线3的上部之间的间隔为十分之几个毫米。这里，盖子6的外边缘10具有缺口28。从而，盖子以齿轮的形式形成。限定它们之间的缺口28的突出物具有圆形的顶端，位于距容器壁11十分之几个毫米处。缺口的基底也是圆形的。 
在图9和10中表示的示例性实施方式中，流出经由间隔或间隙12进行。这里，盖子6的中心定位通过穹顶13下的套环的方式进行。但是，在没有表示出的进一步的示例性实施方式中，气体的流出也可通过开口26进行，如在图5和6的示例性实施方式中所表示的。 
所有披露的特征(其本身)都与本发明相关。有关的/所附的优先权文件(在先申请的副本)的公开内容也在此全部纳入本申请的公开内容，包括将这些文件的特征引入本申请权利要求中的目的。

Claims (13)

1.VPE沉积装置的源装置，包括：含有液态或固态起始材料(1)并具有顶部开口的容器(2)；用于反应气体(4)的供应管线(3)，所述反应气体(4)与起始材料(1)反应以产生含有该起始材料的工艺气体(5)；以及直接置于该起始材料(1)上的盖子(6)，其特征在于，所述盖子(6)在其本身和所述起始材料(1)的表面(7)之间限定了体积(8)，所述反应气体(4)能平行于所述表面(7)流过该体积(8)，并且供应管线(3)通向该体积(8)，其中盖子下面与起始材料表面之间的间隔随时间保持恒定并且独立于源内液体或固体的表面高度，所述盖子具有向下突出的漂浮物或载体，该漂浮物或载体由圆柱形中空体形成，该中空体在顶部敞开。
2.根据权利要求1的源装置，其特征在于，所述盖子(6)漂浮在所述起始材料(1)上。
3.根据权利要求1的源装置，其特征在于，所述反应气体从径向流过所述体积(8)。
4.根据权利要求1的源装置，其特征在于，所述盖子(6)的边缘(10)与容器壁(11)有间隙，所形成的工艺气体(5)流过该间隙(12)。
5.根据权利要求1的源装置，其特征在于，供应管线出口(14)从下面突出进入所述盖子(6)的中心穹顶(13)，以此所述盖子(6)覆盖中心供应管线(3)。
6.根据权利要求1的源装置，其特征在于，所述容器(2)和所述盖子(6)由石英、石墨、氮化硼或青玉组成。
7.VPE沉积设备，包括工艺室(21)和布置在工艺气体流动方向上游的源区，在所述源区中，有用于反应气体(4)的供应管线(3)和含有液态或固态起始材料(1)并具有顶部开口的容器(2)，其特征在于，盖子(6)直接置于该起始材料(1)上且在其本身和表面(7)之间限定了该反应气体流过的体积(8)，其中盖子下面与起始材料表面之间的间隔随时间保持恒定并且独立于源内液体或固体的表面高度。
8.根据权利要求7的VPE沉积设备，其特征在于，所述反应气体与起始材料反应以产生工艺气体，以及该工艺气体垂直流过源区。
9.根据权利要求7的VPE沉积设备，其特征在于，所述源区垂直设置在所述工艺室之上。
10.根据权利要求8的VPE沉积设备，其特征在于，所述源区垂直设置在所述工艺室之上。
11.根据权利要求7到10中任一项的VPE沉积设备，其特征在于，所述源区具有源区加热器(16)并且所述工艺室(21)具有工艺室加热器(25)。
12.根据权利要求7到10中任一项的VPE沉积设备，其特征在于，基本上旋转对称的工艺室(21)和与该工艺室(21)的中心相连的源区，由工艺室(21)容纳的基材(22)设置在该工艺室(21)的中心周围。
13.根据权利要求11的VPE沉积设备，其特征在于，基本上旋转对称的工艺室(21)和与该工艺室(21)的中心相连的源区，由工艺室(21)容纳的基材(22)设置在该工艺室(21)的中心周围。
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