TW320754B - - Google Patents

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經濟部中央標準局身工消費合作社印裝 320754 A7 _B7__ 五、發明説明（1 ) 〔技術領域〕 本發明係關於一種氣相成長裝置及氣體成長方法，若說 得更詳細一點，係關於一種使氣相成長用氣體沿著和加熱 過之基板表面呈平行之方向來流動，而可以得到在其基板 表面上形成有二成份系以上之化合物半導体薄膜之成膜基 板的橫向型氣相成長裝置及氣相成長方法。 〔背景技術〕 已知例如，在日本専利持公平第7-27868號公報上所記戴 之裝置，係用以作爲將原料氣體導入至其設置有基板之反 應管內，而在基板面上，形成有化合物半導體薄膜之橫向 型氣相成長裝置。 在上述公報中所揭示之氣相成長裝置，係沿著水平方向 之軸線而設置有園筒狀之反應管，並且在該反應管內之下 部，設置有用以保持住碁板之感應器（保持台）。該反應 管，係在反應管之基板設置部之上流側，配置有和前述基 板之表面呈.平行之間隔板，而該間隔板之上下，係劃分形成 省2個呈平行之流路，也就是基板設置部側之下部流路和 反基板設置部側之上部流路。在反應管之基板設置部之下 流側，係設置有氣體排出管。在前述反應管內之前述感應 器之上流側，則設置有用以使氣體之流動呈平滑之液流通 路（flow channel)。在前述反應管之基板設置部之外圍 ，則配置有加熱用之RF線圈。 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） -------^---^Λ^------訂--------^ * - (請先閲讀背面之注意寧項再填寫本頁) 經濟部中央標準局员工消費合作社印製 320754 A7 B7 _ 五、發明説明（2 ) 上述氣相成長裝置，係在以RF線圈來加熱，其載置於感 應器上之基板的狀態下，將由稀釋用氣體來稀釋原料氣體 之氣相成長氣體，導入至前述上部流路中，同時，將不負· 有原料氣髏之介在氣體，導入至下部流路中，以進行氣相 成長。可以使用和氣相成長氣體中之稀釋用氣體相同之氣 .體、或者在該氣體中添加有少量之撣發抑制氣體的氣體， 來作爲該介在氣體。 在前述上f流路中流動之氣相成長氣體，'祖在前荜下部 流路中流動之介在氣體，係由前述間隔板之前端開始，朝 向前述基板流動，藉由氣體之相異擴散作用，而使得氣相 成長氣體中之羁料氣體*擴散茔介在氣體中，而介在氣體 中之原料氣雔之濃度一邊逐漸地提高，一邊接近基板之表 面。然後，介在氣體中之原料氣體奄基板附近之高溫部·產 生熱分解，而堆積在棊板之表面上，於基板之表面上f形 成有成長膜。 此時，藉由適當地調節其介在氣體及氣相成長氣體之各 種流速和氣相成長氣體中之原料氣體濃度，則可以使得從 氣相成長氣體擴散至介在氣體中之原料氣體量、和由於基 板表面上之堆積而從介在氣體中消失之原料氣體量，在每 一個單位時間內，達到平衡，並且可以使基板之表面通過 時之介在氣體中之原料氣體之濃度，沿著流動方向呈均一 之濃度分布，以形成均一膜厚之成長膜。 像這樣，上述橫向型氣相成長裝置，係藉由間隔板，而分 別導入有作爲2層流之氣相成長氣體和介在氣體，藉由使 本紙張尺度遑用中國國家標準（CNS ) Μ规格（210X 297公釐） -5- ---------y---^^装-------訂-----,--^ '· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 320754 A7 B7 五、發明説明（3 ) 得氣相成長氣雔中之原料氣體擴散至介在氣體中而到達基 板之表面’以得到均一膜厚之成膜基板，同時，藉由介在 氣ffl之存在，而在原料氣髓濃度較稀薄之狀態下，於基板 之表面上流動’因此可以減少對於基板以外之有害堆積物 暈。 但是，當在上述橫向型氣相成長裝置，形成二成份系以 上之成長膜時，會有在許多種之聛份元素內之揮發性較高 之元素徒成長膜上蒸發，而在成長膜產生缺陷之問題發生。 爲了防止這種缺陷的發生，向籴係提議有供給其含有高度 揮發性元素之原料氣雔（揮發生氣截），即該琿發性氣體 之平衡分®以上之更多之氣體等之對策，但是，該對策會 由於原料之利用效率之降低等，而導致成本之上升。 並且，爲了在基板之表面上，堆積上所要求之反應生成 物，因此必須將氣體之流速調整至最適當之狀態，但是， 由於氣體之流速調節，必須也包含有在原料之利用效率和 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 經濟部中央搮準局負工消费合作社印輦 調膜件 成積 件得膜 之足元 發堆條以到 妙滿之 揮之 之可得 微時造 到物厚和以 之同構 達成 膜定可 面要鞮 以生 一 1 於 方渾複 度應 均不由 等’出 濃反到候， 物ίφ作 體得得時且 9 雜 製 氣使以有並 接 — 而 料速可 ， β 物 ， 原流，件致 純SS?性 整懊是條一 不 U 1 調氣但當呈 之1Μ均。邊整 ·，適件 要 U 之難 一調致最條 需011¾物困，邊 一之之 所 U 雜地來一呈度性 中115:.摻常向，上澳特 業5tr.及非，止面體膜 作 Μ 、是說防板氣成 成its成，是發基料之 完sift組膜就揮和原好 件,Β和 薄也之 域和良 元整 厚用 份威、到 本纸張尺度適用中國«家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公A ) 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 A7 ____B7__—_ 五、發明説明（4 ) 厚均一性和摻雜物之均一性之氣體流速之最逋當條件並不 一致，因此在該調節氣髓碑速之方法中，並不適用於元件 用等之複雜之多層構造之薄膜成長上。 並且，在先前裝置中，由於熱分解生成物堆稹在基板之 週邊上，因此必須經常清掃反應管。 .此外，在上述具有先前間隔板之氣捎成長裝置之中’隨 著操作條件，例如成膜溫度 '原料氣鱧之種類，及氣體之流 速條件等，在所得到之薄膜上，會有由微粒所造成之缺陷發 生，或者成長速度降低，或者所羅到之薄膜之均一性變差 ，或者重現性降低之問題產生。特別是，這種問題大多經 常發生在以間隔板所剿分開之兩餍之氣之流速差辦差大 之場合時。 因此，本發明者們，經過各種之思考硏究，發現在閭隔 板之前端部附近所發生之氣體流動之亂流，係爲原因之一 。也就是說，在該氣相成長裝置中，由於沒有考置到在間 隔板之前端部附近之氣髖流動之亂菰，因此會由於由間隔 板所區分開之兩層之氣键流速之平衡，而會在間隔板前端 部之氣®流中，發生漩渦。當在該間隔板之前端部中，發 生漩渦時，則被捲入至漩渦中之原料’會因爲在漩渦中循 環的關係，使得停留時間變長，而由於來自加熱過之基板 的輻射熱，使得氣體溫度上升，而發生熱分解’導致產生 微粒。像這樣，在基板之上流所發生之微粒’當該微粒到 達基板上之時，則成爲結晶缺陷之原因，而使得膜之品質下 降。並且，由於微粒會成爲氣相中之成長核’而消耗掉週 本纸張尺度逍用中國國家梂準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） ------^---裝------ 訂----τ--^ ζ (請先Η讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 320754 經濟部中央橾準局員工消费合作社印策 A7 B7 五、發明説明（5 ) 園之_原料，因此會導致原料利用效率之降低。此外’在分 別供給至各個層之原料氣雔容易發生反應之狀態下時’漩 满之發生•會促進由於氣相反應所造成反應生成物之合成 ，因而導致膜質之惡化及原料利用效率之降低。 由於上述這樣的問題，因此在先前之具有間隔板之氣相 成長裝置中，由間隔板所分隔開之各層之氣雔流速之範園 ，係被限定在非常狹窄之範圃內，而不容易設定在薄膜成 長時之最適當恢件之氣體流速》 本發明之第1目的，係提供一種可以形成缺陷少之良好 二成份系以上之化合物半導體多層薄膜，並且原料氣體之 利用效率高，而且也能夠提高生產效率的氣相成長裝置及 與氣相成長方法。 本發明之第2目的，係提供一種可以濂大由間隔板所分 隔開之各餍之氣體流速的設定範園，而不會被各層之氣體 流速所影铒，因此重現性良好，並且不會降低原料利用效 '率，而能夠很有效率地形成性質良好及具有良好均一性之 二成份系以上之化合物半導體薄膜之氣相成長裝置。 〔發明之揭示〕 本發明之氣相成長裝置，係爲沿著其棺對於設置在反應 管內之基板表面的平行方向，導入至少2種類之原料氣趙 ，而在前述基板之表面上，形成有二成份系以上之化合物 半導體薄膜之氣相成長裝置；該氣相成長裝置，係在前述反 應管之基板設置部之上流側，爲了在前述反應管內，徒前述 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -8- —---i.-14 裝I- (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ ^1 A7 B7 經濟部中央揉準局負工消费合作社印製 五、 發明説明 (6 ) 1 I 基 板 設 置 部 側 開 始 9 來 劁 分 形 成 有 第 — 流路 、 第 二 流 路 及 a 1 1 1 第 三 流 路 之 里 平 行 之 3層的 }流路， 因ϋ ：；包含有配置成和前 » 1 1 述 基 板 表 面 呈 平 行 之 2片間隔板， ί通至貧 ί述第- -流路 1 I 請 1 之 第 - 氣 相 成 長 氣 體 9 和 連 通 至 前述 第 二 流 路 之 第 先. 閲 1 I 氣 相 成 長 氣題 導 Λ 営 、 和 連 通 至 刖 述 第二 流 路 之 成 長 促 背 1 I 進 氣 體 導 入 管 〇 1 • | t I 並 且 -kX. 刖 述 反 應 管 係 在 對 向 於 前 述 基板 設 置 部 之 部 份 事 項 1 上 9 設 置 有 突 出 於 基 板 設 置 部 側 之 成 長 促進 台 〇 在 m 述 第 再 填 寫 本 裝 — 氣 相 成 長 氣 谭 導 入 管 中 9 係 % 入 有 由 稀釋 用 氣 逋 來 稀 釋 頁 1 I 揮 發 性 原 料 氣 m 之 第 __. 氣 相 成 長 氣 儸 而在 前 淬 第 二 氣 相 1 1 1 成 長 氣 m 導 入 管 中 9 則 導 入 有 由 稀 釋 用 氣體 來 稀 釋 難 ί? 發 1 1 性 原 料 氣 體 之 第 二 氣 相 成 長 氣 髏 0 在 刖 述成 長 促 進 氣 體 導 1 訂 入 管 中 9 係 導 入 有 其 原 料 氣 體 之 擴 散 係 數比 起 刖 述 稀 釋 用 1 I 氣 m 還 來 得 更 小 並 且 不 有 刖 述 原 料 氣 體的 氣 體 0 \ 1 I 本 發 明 之 氣· 相 成 長 方 法 係 爲 沿 著 其 相對 於 設 置 在 反 應 1 管 內 之 基 板 表 面 之 平 行 方 向 y 導 入 至 少 2種類之原料氣體 Λ .‘，j( 然 後 在 該 基 板 之 表 面 上 加 熱 反 iffi 刖 述原 料 氣 體 * 而 在 1 I 基 板 之 表 面 上 j 堆 稹 有 反 應 生 成 物 以 在基 板 之 表 面 上 1 1 | 形 成 有 二 成 份 系 以 上 之 合 物 半 導 體 薄 膜 的氣 相 成 長 方 法 * 1 Γ 該 氣 相 成 長 方 法 9 係 在 基 板 設 置 部 之 上 流側 所 劃 分 形 成 之 1 刖 述 基 板 之 表 面 和 呈 平 行 之 3層流路內 ，分別於基ί 反設置 1 1 部 側 之 第 __. 流 路 中 導 入 有 藉 由 稀 釋 用 氣 體所 稀 釋 之 揮 發 性 1 I 原 料 氣 體 之 第 一 氣 相 成 長 氣 體 J 接 著 在 下一 個 第 二 流 路 中 1 1 9 則 導 入 有 藉 由 稀 釋 用 氣 體 所 稀 釋 之 第 二氣 相 成 長 氣 體 > 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9- 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 然後，在離基板最遠之第三流路中，則導入有並不含有原 料氣體之成長促進氣體。 前述成長促進氣體，係爲其原料氣體之擴散係數比起前 述稀釋用氣髏還來得更小之氣體。前述稀釋用氣體，並不 會改變整體流量，而係用來調整前述第一氣相成長氣體中 之稀釋用氣植，和前述第二氣相成長氣體中之稀釋用氣體 之間的流量比例。 藉由上述本發明之氣相成長裝置及氣相成長方法，可以 很有效率地生產出二成份系以上之化合物半導體p膜，並 且也最適合於複雜之多層構造之元件用薄膜。此外，藉由 有害堆積物之減少，能夠減少反應管之清掃次數，而P高 其生產效率。 並且，可以藉由使前述間隔板之前端部，其厚板連結地形 成爲變薄，或者其厚板分IS式地形成爲變薄，而能夠很有 效率地製造出性質良好並且具有良好之均一性之薄膜。特 別是，最適合在沿著平行於基板面之方向，來導入至少2種 類之原料氣體，至設置有基板之反應管內，而在前述基板 面上，形成有二成份系以上之化合物半導體薄膜之氣相成 長裝置。 在本發明中所謂二成份系以上之化合物半導體薄膜，係 爲第ffl-V族化合物半導體，和第Π-1族化合物半導體薄 膜等，可以列舉出有例如，GaAs(砷化鎵）、GaN (氮化 鎵）等之二成份系成膜，及將Ga之一部份取代成In (銦） 之GalnAs，將Ga之一部份取代成A1 (鋁> iAIGaN等之三 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS > Α4規格（2丨0'乂297公釐） — 10 — (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) ---ϋΛ^------訂--------^ 320754 A7 ____ _ B7 五、發明説明（8 ) 成份系成膜，另外，還有包含P (磷）等之多成份系薄膜 0 此外，前述氣相蜱長氣體，係爲藉著由氤、氣、m等惰 性氣體所組成之稀釋用氣體而稀釋原料氣植之氣體。該原 料氣植係爲各涸參舆氣相成長反應之各種成份氣糖，例如氨 、妨烷、胂、磷化氫，三甲基鎵（TMG)、及三甲基截之 蒸氣等之一種或者前述這些成份之混合物。例如，在GaAs 基板上形成前述GaASk膜之時，使用TMG之蒸氣來作爲錄之 原料氣體，使用胂來作爲As之原料，再使用由氬所稀釋過 這些原料之氣相成長氣體。 此外’原料氣髖可以分頬成，藉由熱而容易撣發之揮發 性原料氣體，和即使藉由熱也不容易揮發之難揮發性原料 氣體；而在上述胂和TMG之蒸氣中，則胂係爲揮發性原料 氣雔，而TMG之蒸氣，則成爲難揮發性原料氣髄。 ------Ik---Λ ^! (請先聞讀背面之注f項再填寫本頁) -訂 經濟部中夬揉率局貝工消费合作社印装 反成，氣散 ^ 長說M用 ® 以 成。氣釋易2a 相等之 稀容合 氣氦同述不混 與及柑前在而 參氬用起而 ， 不、體比等 要 爲氮氣數置需 係、'用 係流照 ， 氫釋散節按 髖 姐稀 擴調以 氣 例述之，在可 進用前 體者也 。 促使和氣或 ·，甩 長 以用料，體使 成可 使 原 體 氣來 述而以其 氣該等 前，可甩 之給氮 , 體；，使 小供和 面氣體好更來氬 方性氣 最得下 、 一 惰進_， 來態氬 另 之促是 還狀之 應長但.fit之上 -11- 本紙張尺度逋用中國國家梯率（CNS ) A4规格（210X297公釐）

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7 B 9 簡 /fv 之 明M説 Η 1和c® i' 明 說 單 圖 面 剖 之 子 例 一 之 置 裝 長 成 相 氣 之 明 發 本 示. 顯 均 厚 膜 之 軸 縱 和 衡 平 。 量 圖流 面體 剖 氣 線用 -2釋 !稀 示 圖顯 爲爲 係，係 2 3 圖圖 之 均 物 雜 摻 及圖 性 形 0. 的性 圖 視 側 之 子 例 態 型 1 第 之 部 端 前之 板 隔 間 示 顯 爲 係 圖 視 側 之 子 例 態 型 2 第 之 部 端 前 之 板 隔 間 示 0. 爲 係 5 圖 圖 視 側 之 子 例 態 型 3 第 之 部 端 前 之 板 隔 間 示 顯 爲 係 6 圖 0 視 側之 子 例 態 型 4 第 之 部 端 前 之 板 隔 間 示 顯 爲係 7 圖 圔 視 側 之 子 例 態 型 5 第 之 部 端 前 之 板 隔 間 示 顯 爲 係 8 圖 圖 視 側 之 子 例 態 型 6 第 之 部 端 前 之 板 隔 間 示 顯 爲 係 9 圖 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 者 子 例 I 。 之 明置 發裝 本長 B/成 說相 地 氣 細之 彳詳明 態加發 型更本 佳來示 最，顯 之面爲 明圖係 發照， 本 #»2 施，δ 實下 1 ί 以圖 反基 之住 狀持 筒保 圓以 之用 置有 設置 向設 方係 平 ’ 水 側 著上 沿之 線部 軸內 其10 將管 爲應 係反 ， 該 10在 號 。 符管 應 本紙張尺度遑用中國國家標率（CNS > Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（10 ) 板11之感應器12，和該感應器12之上流側之液流通路13。 在對向於前述反應管10之內部下側之液流通路設置部之部 位上，設置有突出於液流通路13方向上之成長促進台14。 而在前述反應管10之外圍，則藉由感應器12，而設置有用 以加熱基板11之RF線圈15。 在前述反應管10之中，係分別在上流側之端部上，設置 有氣體導入部16，在下流側之端部上，設置有氣髖排出管 17。在前述反應管10之內部中，係由前述氣體導入部1S開 始，·至感應器12及成長促進台14之前端位置爲止，設置有 2片之間隔板1 8、1 9。 該間隔板18、19，译爲和基板11表面呈平行所設置之薄 板狀者，將由前述氣體導入部11開始至感應器12及成長促 華台14之附近爲止之部份》割分成感應器側之第一流路20 ，和中間之第二流路21，和成長促進台側之第三流路22， 而在反應管1 0內，割分形成相互呈平行之3層流路。前述 間隔板18、19之前端部18a、19a，係形成爲其厚板連繽地 變薄之錐形狀。 前述各流路，係在氣體導入部16之入口處*分別於第一 流路20連通有第一氣相成長氣體導入管23，於第二流路21 連通有第二氣相成長氣體導入管24，於第三流路22則連通 有成長促進氣體導入管25;而分別在第一流路20中導入有 第一氣相成長氣體，於第二流路21中導入有第二氣相成長 氣體，於第三流路22中則導入有成長促進氣體。 並且*前述成長促進台14，係設置爲用來縮小反應管10 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -13- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝‘

、1T 320754 經濟部中央標準局貝工演费合作社印装 Α7 Β7 五、發明説明（11) 內之基板11部份之氣體流路之斷面積：於上流側係形成有 其高度逐漸地升高之傾斜面14a，而和基板11呈對向之面 14b，係形成爲和基板11表面呈平行。 在藉由這樣所形成之氣相成長裝置以形成二成份系以上 之化合物半導體薄膜時，首先，藉由.感應器.12來保持住基 板11，而在藉由RF線圈20將基板11加熱至所規定溫®之狀穿、 下，分別在第一流路2G導入有第一氣相成長氣雔 > 在第二 流路21導入有第二氣相成長氣饞，在第三流路纟2導入有成 長.促進氣體。 導入至反應管11內之第一氣祖成長氣體、第二氣相成長 氣體、和成長促進氣體，分別在呈獨立之狀態下，於各個 流路中流動，於經過間隔板18' 19之前端部18a' 19a之後 / ' ，第一氣相成長氣體及第二氣祖成長氣體內之原料氣體相 互地進行擴散，而朝向基板U流動。 此時，藉由將在基板11表面附近之第一流路2ι〇中所流動 之第一氣相成長氣體中之原料氣體來作爲揮發性氣體原料 ，而將第二流路21之第二氣相成長氣體中之原料氣體來作 爲難揮發性原料氣體，以能夠提高基板11附近之氣體中之揮 發性原料氣體之濃度，因此可以很有效率地分解及堆積原 料氣體在基板11之表面上。因此，能夠大幅度地提高原料 氣體之利用效率，同時，可以防止來自成長膜之揮發性元 素之揮發，因此能夠得到i缺陷率j氐之成長膜。並且，和將 揮發性原料氣髗來導入至整個反應管中狀態相比較起來， 由於可以僅以較少之景，就使得在基板11附近之濃度達到 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ____ n n Γ— n Hi 袈— — (请先M讀背希之注意事項存填寫本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作杜印装 五、發明説明（ 12) 1 I 相 同 程 度 以 上 囡 此 苢匕 夠 大 幅 度 地 減 低 原 料 氣 體 之 使 用 量 * | 1 * 並 且 9 在 第 二 流 路 2 1 中 所 流 動 之 第 二 氣 相 成 長 氣 體 中 之 • I 1 I 請 1 1 難 揮 發 性 原 料 氣 體 9 —* 邊 逐 地 擴 散 至 第 * 氣 相 成 長 氣 體 先 閲 * 1 I 中 9 — 邊 接 近 基 板 // 之 表 面 J 而 在 通 過 基 板 11 之 表 面 時 δ 背 1 面 I 9 藉 由 相 互 之 擴 散 作 用 5 第 二 氣 相 成 長 氣 體 中 之 難 揮 發 性 之 注 f 意 I 原 料 氣 髏 接 著 擴 散 侵 入 至 第 — 氣 相 成 長 氣 體 中 9 同 時 9 第 丰 項 1 氣 相 成 長 氣 體 中 之 難 揮 發 性 原 料 氣 體 則 變 成 反 應 生 成 物 再 填 寫 本 袈 9 Μ 逐 漸 地 成 爲 堆 積 在 基 板 11 表 面 之 狀 態 〇 頁 1 I 然 後 i 藉 电 對 於 第 氣 枏 成 長 氧 體 中 之 難 揮 發 性 原 料 氣 1 1 I 体 之 擴 散 量 - 和 成 爲 反 應 生 成 物 而 由 第 — 氣 相 成 長 氣 體 中 1 1 所 失 去 之 量 平 衡 成 最 適 當 之 狀 態 以 使 得 在 基 板 11之 表 1 訂 面 通 過 時 之 原 料 氣 體 濃 度 沿 著 流 動 方 向 呈 均 一 之 濃 度 分 布 1 I 9 而 可 以 得 到 厚 度 均 — 之 良 好 成 膜 基 板 並 且 ， 爲 了 可 以 1 1 | 使 難 揮 發 性 原 料 氣 體 逐 漸 地 擴 散 至 第 一 氣 栢 成 長 氣 體 中 而 1 進 行 分 解 及 堆 稹 而 調 整 /r*-y 兀 全 地 混 合 之 區 域 ( 擴 散 混 合 區 域 ) 之 距 離 因 此 可 以 控 制 反 應 生 成 物 之 堆 積 位 置 而 能 1 I 夠 大 幅 度 地 減 少 對 於 基 板 11以 外 之 有 害 堆 積 物 〇 1 1 1 該 難 揮 發 性 原 料 氣 體 之 擴 散 混 合 區 域 之 調 整 5 可 以 藉 由 1 ：1 調 節 第 __. 氣 相 成 長 氣 體 中 之 稀 釋 用 氣 體 和 第 二 氣 相 成 長 氣 1 1 體 中 之 稀 釋 用 氣 體 之 間 的 流 量 平 衡 9 而 來 進 行 〇 例 如 9 正 I 如 圖 3所顯示之後面敘i ：&之資驗結果T fa日 月白顯示的 ，可以 1 I 得 知 » 使 在 反 應 管 1C 內 所 流 動 之 稀 釋 用 氣 體 之 整 體 量 呈 1 1 定 9 並 且 使 相 對 於 第 二 氣 相 成 長 氣 體 中 之 稀 釋 用 氣 體 流 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 15- A7 320754 B7 五、發明説明（13) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 量的第一氣相成長氣體中之稀釋用氣體之流置，產生變化時 ，則膜厚均一性（圖中以白色圓表示）及摻雜物均一性（ 圖中以黑色圓表示）會發生變化。也就是說，在該狀態下 ，即使在特定.之範圍內，不論是縮小或者放大稀釋用氣體 之流量平衡，其膜厚均一性會降低，而存在有最適當之流 量平衡。 並且，在調節上述流量平衡時，也可以使一邊之稀釋用 氣體之流暈呈一定，而使另一邊之稀釋用氣®之流量產生 變化，但是在該種場合時，由於反應管10內之基板設置部 份之整個氣體流量（流速〉發生變化，因此必須進行複雜 之調節操作。所以，最好不要改變稀釋用氣雔之整體置， 也就是說，不要改變'在反應管10內之整個氣體流量，而最 好採用調節兩邊之稀釋用氣體之流量比的方式。例如，在 稀釋用氣體之整體流置爲_ 20之場合時，可以使第一氣相成 長氣體中之稀釋甩氣體之流量（A)和第二氣相成長氣體 宁之稀釋用氣體流董（B)之間的比，變化成A: &=9: 1 (流量平衡=0 . 8 2 )和1 0 : 1 0 (等量）或者11 : 9。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 此外，最適當之流量平衡，則可以配合第二氣相成長氣 體中之難揮發性原料氣體之濃度和有關於流速之各個流路 之剖面積、各個間隔板之前端部和基板間之距離、反應管 之大小，及整體之氣體量等，來作適當之設定。 並且，在可以得到基板表面之膜厚均一性及摻雜物均一 性的氣髖流速之最適當條件呈不.同之場合時，也可以藉由 調節稀釋用氣體之流S平衡，而在呈一定之最適當氣髏流 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — 16 — A7 B7 經濟部中央標準局負工消费合作社印装 五、發明説明（ 1 4) 1 1 速 之 中 9 可 以 將 反 應 生 成 物 均 — 地 堆 積 在 基 板 面 上， 而 很 1 I 容 易 地 成 爲 最 適 合 使 用 在 具 有 複 雜 構 造 之 多 層 構 造的 元 件 1 ；| 用 薄 膜 0 1 I 請 1 I 另 一 方 面 9 其 作 爲 導 入 至 刖 述 第 三 流 路 22 中 之 成長 促 進 先 閲 i 1 1 讀 1 I 氣 體 9 可 以 藉 由 使 用 比 起 在 兩 氣 相 成 長 氣 體 中 所 使用 之 稀 背 面 1 之 1 釋 用 氣 体 9 其 原 料 氣 體 之 擴 散 係 數 還 來 得 更 小 之 氣體 9 而 注 意 it 1 能 夠 抑 制 由 於 氣 相 長 氣 體 中 之 原 料 氣 體 擴 散 至 成長 促 進 項 氣 體 中 所 導 致 氣 相 成 長 氣 體 中 之 原 料 氣 體 濃 度 降 低： 並 且 再 填 寫 本 1 可 以 減 低 隨 '著 成 η 促 進 氣 博 一 起 所 排 出 之 原 料 氣 體量 而 頁 v_y 1 1 能 夠 大 幅 度 地 提 高 原 料 之 种 用 效 率 〇 1 I life 外 7 即 使 在 第 三 流 路 22之 成 長 促 進 氣 雔 中 擴散 有 第 I 二 流 路 2 1 之 難 揮 發 性 原 料 氣 體 之 場 合 中 也 可 以 藉由 將 成 1 訂 長 促 進 氣 體 作 爲 混 合 氣 體 而 調 節 其 擴 散 係 數 及 調節 其 成 1 l 長 促 進 氣 體 之 流 量 ，以抑制住對於成長促進氣體中之原料氣 1 I 體 之 擴 散 9 而 能 夠 控 制 雖 揮 發 性 原 料 氣 體 之 堆 積· 區域 〇 1 λ 並 且 藉 由 在 反 應 管 1 0內 設 置 有 成' 長 促 進 台 14， 而 減 少 基 板 11 之 表 面 附 近 之 氣 嫌 萌 流 路 剖 面 稹 9 以 將 在反 應 管 1 1 0內 所 流 動 之 氣 體 J 擠 壓 在 基 板 1 1 之 表 面 上 9 同 時可 以 1 1 增 大 在 該 部 份 之 氣 體 流 速 ;藉由適當± 也設定該成長促進台14 1 1 1 之 形 狀 5 可 以 使 在 基 板 1 1 表 面 中 流 動 之 氣 體 的 速 度境 界 層 1 1 9 和 在 基 板 1 附 近 具 有 相 當 大 之 溫 度 斜 率 之 溫 度 境界 層 之 1 層 厚 度 變 薄 能 夠 控 制 成 爲 將 不 容 易 結 晶 化 之 揮 發性 原 料 1 I 氣 體 很 有 效 率 地 進 行 分 解 並 且 呈 結 晶 化 之 最 適 當 狀態 因 1 1 1 此 可 以 增 大 基 板 1 1 附 近 之 有 效 的 原 料 濃 度 9 並 且 在更 加 良 1 1 1 1 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -Γ7 — A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 五、發明説明（ 15) • 1 I 好 之 狀 態 下 而 很 有 效 率 地 進 行 成膜 〇 t 1 I 此 外 9 爲 了 取 代 所 設 置 之 成 長 诨進 台1 4，則可以 形成和 1 ；| 所 設 置 之 成 Μ 促 進 台 14爲 相 同 形 狀之 反應管10本身 之形狀 1 I 請 1 1 〇 並 且 9 在 本 例 子 之 中 9 係 以 例 子顯 示有將基板11保持在 先 閱 I 讀 1 1 反 應 管 10內 之 上 方 而 成 膜 面 朝 向 下方 之構造之裝置 ，但是 背 1 之 1 S 也 可 以 和 向 來 一 樣 地 將 基 板 設 置在 反應管內之下 方。 注 I.' 意 I ~X-IU 刖 述 間 隔 板 之 -1-ί- 刖 端 部 J 正 如 圖 4所顯示的，係形成爲其 事 項 1 再 人 厚 板 連 續 地 變 薄 成 錐 形 狀 Ο 並 且 ，由 於前述間隔板 18-19 填 寫 本 係 爲 相 同 之 形 狀 > 因 此 僅 就 間 隔 板18來作說明。 頁 'W 1 I 前 述 間 隔 板 18之 * * 刖 端 部 1 h之形狀 .可以隨著間隔板本 I 1 1 身 之 厚 度 11 而 任 思 地 形 成 Ο 該 前端 部1 8 a之錐形角£ ， 1 1 最 好 儘 量 考 量 由 間 隔 板 所 分 隔 開 之各 個流路之氣體 流速之 1 訂 範 m 及 間 隔 板 之 強 度 和 加 X 性 等， 而儘可能縮小 :但是 1 I 當 錐 形 角 過 度 縮 小 時 則 錐 形 面18b變長，而會有強度 1 I 和 加 工 性 之 問 題 產 生 0 此 外 當 錐形 角£變大時， 則會減 1 上 少 刖 端 部 1 8 a之厚板連續地變薄之效果。在通常之使用範 圍 內 之 適 當 之 錐 形 角 £ 係 爲 5〜3 0度τ特別是在丄 0度以 1 | 下 時 9 會 相 當 有 效 果 0 並 且 9 β 形面 1 8 b，通常係在平面 1 I 上 形 成 ί 但 是 也 可 以 在 曲 面 ( 凸 面及 凹面）形成， 甚至也 1 .1 可 以 綜 合 有 平 面 及 各 種 曲 面 Ο 並 且， 前端並不一定 必須爲 1 1 尖 端 9 也 可 以 成 爲 圓 的 9 及 切 除 掉之 形狀。 I 像 這 樣 9 藉 由 使 間 隔 板 之 刖 端 部之 厚板變薄，以 可以抑 1 I 制 住 在 間 隔 板 之 刖 端 部 附 近 之 氣 體流 動之亂流，而 提高膜 1 1 I 之 均 性 和 重 現 性 〇 並 且 9 由 於 起因 於璇渦所引起 微粒之 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0Χ297公釐） 經濟部中央樣率局貝工消费合作社印装 320754 A7 _B7 五、發明説明（16) 發生也會減少，因此也可以減少由於澉粒所導致之結晶缺 陷而達到品質.之提高，同時，也可以達到原料利用效...竽之 」广 —..... '..— 提升。此外，由於可以擴大由間隔柩所分隔開之各個流路 之氣植.流速之設定範圍，因此能夠設定薄膜成長之最適當 之氣髋流速，而且也可以達成成長速度之提高。 襴5〜圖9，係爲顯示出各種間隔板之前端部之其他型態 之例子。 在圖5中所顯示之間隔板18，係分別在前端部18a之上 下兩面上，形成有錐形狀18b。錐形角£，和前面所述相 同地，係爲5 ~ 3 0度’特別是最好設定在丨〇度以下。 如圖6所顯示之間隔板18、>係形成爲前端部18a之厚板呈分 段式地變薄。該_間隔板1S ,係從間隔板本身之厚度11開始， 將前端部18a之厚度t2充份地變薄，並且，取有相當充夠 之薄板部18c之長度L。該薄板部18c之厚度t2及長度L’和 前述之錐形角£同樣地，係考纛過間隔板本身之厚度tl及 氣體流速、間隔板之強度、和加工性等而決定的，厚度t2 越薄，則越有效果，而長度L越長也越有效果。瘅當之範 II，厚度t 2係爲0 . 5 ~ 1 m m，而長度L，在位差（11 ~ t 2 ) 相當大之場合時，則最好是越長越好，通常爲1〇~.2〇Β[Β左 右。 如圖7所顯示之間隔板18,其前端部18a係形成爲2階段@ 薄板部1 8 c、.18d，而使得厚度呈分段式地變薄.。並且’前 端部1 8 a也可以形成爲3階段以上。 如圖8所_示之間隔板18，在前端部18a之上下兩側’係 本纸張尺度逋用中國國家楳準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） --------袈------訂-----^--C (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央搮率Λ貝工消费合作社印装 A7 B7 _ - _ " ~ - ..... 1 五、發明説明（17) 分到設置有段部18e，而階段式地形成薄板。如圖9所類示 之間隔板1 8，係在前端部1 8 a之上下兩側，設有2·階段之段 部18e’ l8f，而形成爲薄抿。 並且，在如上面所敘述的，形成爲使前端部18a之厚板 圼階段式地樊薄之場合時，也可以使段部成爲錐形面，也 能夠使薄抿部之前端_被削圖、萃者變尖，此外，在圖4、 圖6及圖7中所顯示之間隔板，可以爲上下相反巔倒過來’ 而在圃5、 圖8及圖9中所頸示之間隔板，則可以形成爲上 下呈非對稱。 另外，前述間隔板18、19，最好使用相同形狀.者》但是 ，也可以組合不同形狀章。 〔實驗/例1〕 使用圖1及® 2所顯示之構造之裝置，而以下列所述之條 件，來進行在GaAs基板上形成Ga As膜之實驗。在第一流路中 ，係導入有由氫氣所稀釋而爲揮發性原料氣體之胖和爲摻 雜物氣體之矽烷的氣體，而在第二流路中，係導入有由氫 氣所稀釋而爲難揮發性氣體之三甲基.鎵（TMG)之氣體， 至於在第三流路中，則導入有作爲 成長促進氣ff之氫氣 。並且，摻雜物氣體之矽烷之濃度，係爲lOPPm。 » 3係爲顯示在3英吋GaAs基板上形成GaAs膜之時旳稀釋 用氣髋流貴平衡和基板面內之膜厚均一性及Si慘雜物均一 性之間的關係，而橫軸係表示稀釋用氣雔流纛平衡〔一〕 ，縱軸係表示膜厚均一性〔X〕及Si摻雜物均一性〔％〕。 ^紙張尺度逋用中國國家梂牟(CNS) A4*l#- ( 210X297^t ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- ,ιτ 經濟部中央梂率肩貝工消费合作社印装 第一流路 第二流路 第三流路 稀稈用氣髖 800 0. seem 12000sccm lOOOOscca 氨 0,36ffl〇l/niin 0.54fflal/nin 0.45ffl〇l/niin 原料氣體 5 0 0 s c c in 5 0 S C C IB — 並且，稀釋用氣體之流置平衡，係爲8 0 00sccm/12000 scch = 〇^67 ° 此外，seem 係爲「Standard Cubic Centimeter/nin (標準立方公分/分鐘）」之縮寫。 A7 B7_______ 五、發明説明（18 ) 並且，膜厚係爲藉由光譜偏光測定法，Si摻雜物量則爲藉 申輪廊繪圖機，來測定載體濃度之結果。 由該結果可以得知，隨著加大稀釋用氣體之流犛平衡， 也就是增大第一流路之第一氣相成長氣體中之稀釋用氣體 流量，則會使得膜厚均一性變小，而在某個點時，於境界 上，其膜厚均一性會再度變大。而且，可以得知關於摻雜 物均一·性，係和可以得到膜厚均一性之最適當之稀釋用氣 體流最平衡的條件呈一致。藉由該點，則能夠在表1所示 之條件下進行成膜時，得到均一及良好之GaAs膜。 表 / 本紙佚尺度適用中國國家標半（CNS ) A4洗格（210X297公釐） -21- ------IU---裝------訂-------f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣率局舅工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（19) 〔實驗例2〕 在前端部之厚板連纘地變薄成錐形狀之圖4所示形狀之 間隔板（tl = l.5mm)之中，分別各使用錐形角£呈5度、 10度、2 0度、3 0度、&0度及9 0度（無錐形面）之6種類之 間隔板中之2片，$置成如圖1及圖2所顯示的，而在反應 管內之上流側，形成第1流路、第2流路及第3流路之3層流 路。使用該反應管，而藉由下面所鴻之成長條件，在預先 形成有A1N之藍賨石基板上，分別成長有GaN薄膜。利用截分 -干涉顯微鏡，來觀察所得到薄膜之表面時，於使用無錐形 面之間隔板時，由於係有所產生之微粒成爲核而進行成長 之部份，因此變得粗糙，膜厚變得不均勻，但是，障著錐 形角£變小，則表面變得平坦，特珂是當錐形角£爲2 0度 以下诗，膜表面2平坦性良好，而表面狀態之改善效果極 大。如表所示，係爲使用各種間隔板時之GaN薄膜之成 長速度及表面狀態之觀察結果。 成長條件 第一流路：氨（每分鐘12公升） 第二流路：三甲基鎵（每分鐘40/λπι〇1) +氫（每分鐘6公升） 第三流路：氮（每分鐘1 4公升）

基板加熱溫度：1050°C 成長壓力：1大氣壓 成長時間：1小時 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > A4規格（210 X 297公釐） ------IL---,'M ^------訂------f , (請先W讀背面之注^^項再填寫本頁) 320754 A7 B7 五、發明説明（20) 表 1 錐形角斗 度] 成長萍度 [m / 時 表面狀態 5 2.4 光楫 10 2.4 光滑 20 2.5 光滑 3〇 2.3 普通 60 2.1 普通 90 1.3 粗糙 ---d--：--^---^->s‘-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局負工消费合作社印策 〔實驗例3〕 在前端部之厚板分段式地變薄成錐形狀之圖4所示形狀 之間隔板（tl = 1.5mia)之中，分別使用薄板部之長度L爲 Οπιο (無薄板部）、5mni、.1〇Βΐϊ^_2 0ΐΒΐη之4種類之間隔板， 和實驗例2同樣地，在反鹰管內，形成3層之流路。在藉由 下面所述之成長條件而成長和實驗例2相同之GaN薄膜時， 使作爲原料氣體之氨的流量變化成每分鐘3公升、5公升、 1 0公升、及1 5公升，而得到一薄膜，然後利用微分干涉顯 微鏡，來觀察所得到之薄膜表面。正如表3所顯示的，係 爲在各個間隔板中之薄板部之長度L和氨流量下之表面狀 態之觀察結果。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X 297公釐） A7 B7 五、發明説明（2 1) 成長條件 第一流路：氨（每分鐘3、5、10、15公升） 第二流路：三甲基鎵（每分鐘4〇Atm〇l) +氫（每分鐘8公 升） 第三流路：氮（每分鐘14公升） 基板加熱溫度：1 0 5 0 X 成長壓力：1大氣壓 成長诗間：1小時 表 3 -----：—^---^ — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央搮準局員工消费合作社印装 氨流置 〔1/ 分〕 長度L { ffl m〕 0 5 10 20 3 粗糙 粗糙 普通 光滑 5 粗糙 普通 ^光滑 光滑 10 粗糙 光滑 光滑 光滑 15 粗糙 普通 光滑 光滑 本紙張尺度適用中a國家梂準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局*;工消費合作社印袋 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種氣相成長裝置，係爲沿著其相對於設置在反應管 內之基板表面的平行方向，導入至少2種類之原料氣體， 而在前述基板之表面上，形成有二成份系以上之化合物半 '導體薄膜的氣相成長裝置，其特徵爲：前述反應管之基板 設置部之上流側，爲了在前述反應管內，從前述基板設置 部側開始，來劃分形成有第一流路、第二流路及第三流路之 呈平行之3層的流路，因此包含有配置成和前述基板表面呈 平行之2片間隔板、和連通至前述第一流路之第一氣相成 長氣體導入管、和連通至前述第二流路之第二氣相成長氣 體導入管、和連通至前述第三流路之成長促進氣體導入管。 2.如申請專利範画第1項之氣相成長裝置，其中前述反 應管，係在對向於前述基板設置部之部份上，設置有突出 於基板設置部側之成長促進台。 3 .如申請專利範圍第1項之氣相成長裝置，其中前述間 隔板之前端部，係形成爲徒厚板連纘地變薄。 4. 如申請專利範圍第1項之氣相成長裝置，其中前述間 隔板之前端部，係形成爲徒厚板呈分段式地變薄。 5. 如申請專利範圍第1項之氣相成長裝置，其中在前述第 一氣相成長氣體導入管中，係導入有由稀釋用氣體來稀釋 揮發性原料氣體之第一氣相成長氣體，而在前述第二氣相成 長氣體導入管中，則導入有由稀釋用氣體來稀釋難揮發性 原料氣體之第二氣相成長氣體。 6 .如申請専利範圍第5項之氣相成長裝置，其中在前述 成長促進氣體導入管中，係導入有其原料氣體之擴散係數 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） — _^丨_„丨_卜！ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ，1T 320754 A8 B8 C8 D8 六 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印策 申請專利範圍 比起前述稀釋用氣髑還來得更小並且不含有前述原料氣體 的氣體。 7 . —種氣相成 內之基板表面之 然後在該基板之 板之表面上，堆 成有二成份系以 其特徴爲：在基 之表面和呈平行 一流路中導入有 第一氣相成長氣 藉由稀釋用氣體 板最遠之第三流 促進氣體。 長方法，係爲沿著其相對於設置在反應管 平行方向，導入至少2種類之原料氣體， 表面上，加熱反應前述原料氣體，而在基 積有反應生成物，以在基板之表面上，形 上之化合物半導體薄膜的氣相成長方法， 板設置郜之上流側所劃分形成之前述基板 ，之3層流路內，分別於基板設置部側之第 藉由稀釋用氣體所稀釋揮發性原料氣雔之 體，接著在下一個第二流路中，則導入有 所稀釋之第二氣相成長氣體，然後在離基 路中，則導入有其並不含有原料氣體之成長 8 .如申請專利範圍第7項之氣相成長方法，其中前述成 長促進氣體，係爲其原料氣體之擴散係數比起前述稀釋用 氣體還來得更小之氣體。 9·如申請專利範圍第8項之氣相成長方法，其中前述稀釋 甩氣體，並不會改變整插[流置，而係用來調整前述第一氣 相成長氣體中之稀釋用氣體，和前述第二氣相成長氣體中之 稀釋用氣體之間的流量比例。 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） -2- (請先Μ讀背面之注項再填寫本頁)