TW462993B - Reactor for growing epitaxial layers on a substrate - Google Patents

Description

4 a^9 3 __名本___ t、發明說明（1 ) 本發明係關於化學氣相沈積反應器，尤指金屬有機化學 反應器。更具體言之，本發明係關於旋轉盤反應器型之反 應器。更進一步言之，本發明係關於此種旋轉盤反應器， 其中將一種或多種氣體噴射於旋轉基材承架表面，該承架 保持基材，以便在上面生長各種晶膜層。 發明背景 分子束裔晶成長（MBE )和化學氣相沈積（CVD)，尤指金屬 有機化學氣相沈積（MOCVD)，已成爲磊晶層沈積之兩項主 要技術。從而，對數位電子和光學電子化合物半導體工業 具有關鍵性。然而，使用分子束磊晶成長，同時繼續提供 更準確的控制，本身即爲緩慢，價昂且難以維持。所以， 曾做重大努力，以改善MOCVD或有機金屬氣相磊晶成長 (OMVPE)，成爲更準確控制性系統。 MOCVD反應器有各種型式，包含橫式反應器，其中晶圓 是安裝成與撞繫製程氣體呈一角度：平面轉動的橫式反應 器，其中氣體通過晶圓；筒式反應器：以及最近的豎式高 速旋轉盤反應器，其中氣體係向下噴射於在反應器內轉動 的基材表面上。 此等型式的CVD反應器，可用於各種磊晶化合物，包含 半導體單膜與如雷射和LED等多層結構之各種結合物。 在相當數量的此等豎式反應器（其中晶圓係位在施轉盤 上）包含Hitchman等人《化學氣相沈積原理和應用》，學 術出版社，1993;和Tom pa等人《大面積RDRs之設計和 4 6299 3 五、發明說明（2) 應用》，（HI-VsReview，7卷3期，1994)。在此等 反應器中，爲了試圖強迫氣體混合物從反應器頂部均勻地 流向晶圓承架，曾採用各種技術。其中包括採用細金屬線 網，例如Wang等人的美國專利4,997,677號所示。在此 反應器內，細不銹鋼金屬線網46'，亦可爲燒結的粗玻璃 科盤，用來以此方式更爲均勻地分配氣體。然而，在此情 況下，氣體在通過金屬線網之前的前室內混合，反應劑氣 體即可在其內反應，再進入反應器室本身內》爲克服此等 困難，將前室分段給各反應劑氣體，例如，如上述Torapa 等人文章和歐洲專利687,749號所述，其中在各別的平面 之各別的平行室運送各別的氣體，通過各自的管道進入反 應器室內。然而，於通過金屬線網之後和/或流至晶圓承 架本身期間，在此系統內會發生前反應。此等設計有些也 相當複雜。此外，在Bartholomew等人的美國專利 5,136,975號內，於第2圖所示前期裝置和第4圖所示發 明之噴射器，均使用各種設備，試圖防止氣體互相反應， 直至離開副充氣室口。同樣地，在Wat abe的美國專利 5,500,25 6號內，在第la圖和第2圖表示螺旋形氣體流程 〇 旋轉盤反應器遭遇的另一問題是不均勻性和溫度分佈。 特別是，在噴射氣體所用的噴射器板或其他系統中，發現 噴射器中心的溫度一般較連接於反應器壁的邊緣之溫度爲 高，以致所用金屬線網過早分解，以及各種流動干擾。在 462993 五、發明說明（3) 上所提及歐洲專利687,749號中，一分開的冷卻劑室20， 配合流過氣體的各種小管或管道而使用。此種類型的裝置 無法得到均勻的噴射器板冷卻，因爲此類型的裝置例如未 設有強制水繞各管流動。另外，在上述Bartholomew等人 的文章中，採用一冷卻板72包圍斜槽96,氣體由此噴射 入反應器內。 與此等旋轉盤反應器相關的另一因數是關於在反應器的 尺寸與旋轉動晶圓承架或基材承架板尺寸間之關係。因此 ，通常自然要加大反應器，才能把反應物泵送通過。然而 ，因此需要額外消耗反應物，造成效率較低。另方面，在 這些反應器內，進口表面較晶圓承架爲小，直徑漸增，耗 竭效果無法消減。例如包含 Sato等人的美國專利 5,344,492號，以及Fotiadis等人〈豎式M0CVD反應器內 的錯合物現象：對沈積均勻性和界面不連續性的影響> ( 《普通晶體成長》85 ( 1987 )，第154- 164頁）。另外， 在Kennedy的美國專利5, 173,336號中，第3圖表示流動 導件52,用於防止部份化學蒸氣流動折回蒸氣源，以致抑 制其內的再循環。在Fujaimura的美國專利第5,024,748 號內討論到前案資料，如第2圖所示，使用折流板13，把 電寬漿引導至微波電漿處理裝置內的基材上。 又有許多不同技術可用來在此等反應器內加熱晶圓承支 架。輻射加熱元件是安裝在晶圓承架下方，如上述 Hi tchmaii等人和Torapa等人的文中所論。然而，在此等類 4 6299 3 五、發明說明（4) 型的裝置中，加熱總成是開向反應器環境。此舉會造成各 種效果，包含降低此等製程的使用壽命，時間和重複性。 因此，在諸如上述Fotiadis等人文中和歐洲專利687,749 號中，於一旋轉殼內裝有一加熱總成，使通過殼洗滌的惰 性氣體可提供保護性環境。在此等反應器內，此旋轉殻通 常是藉由與一空心傳動軸旋轉真空加料通道連接而密封， 此通道直徑比加熱元件小，所以，不能從空心傳動軸加料 通道除去。因此，在此等反應器內的加熱系統通常設在一 系統內。在此系統內不打開反應器通向大氣，它們便無法 更換或保養。另外，在Stitz的美國專利4,607,591號內 ，於電漿增進的CVD反應器內含有加熱燈用的燈容器。 最後，在此等類型的反應器內設有各種系統，用以旋轉 和密封此等反應器驅動機制。最通常的，強磁流體化型真 空旋轉加料通道被用來密封旋轉傳動軸，而那些通常有在 10(TC以下之低溫限度。因此，需要複雜而昂貴的冷卻系 統。有些冷卻系統見於Mi agi的美國專利5，421，892號和 Tsuga的美國專利4,771，730號。 所以，本發明之目的在於提供一種簡單的噴射器板設計 ，以供旋轉盤反應器使用，其可放大到大直徑，並可引進 各種氣體和/或反應物，並在反應器內分別維持到或接近 晶圓承架本身剛好上方的混合氣體薄界面層。 本發明次一目的在於設計一種噴射器板，亦具有可控制 的均勻溫度形態。 462993 五、發明說明（5) 本發明另一目的在於開發出一種拘限的進口反應器，其 直徑等於或接近晶圓承架本身。 本發明又一目的在於提供一種進口反應器設計，其中接 近晶圓承架的延長體直徑，設計成具有較高沈積效率而無 耗竭效果。 本發明又一目的在於設計一種旋轉盤反應器，其使用一 旋轉動殼，其中的加熱總成應位於殻內，並利用氣體排淨 或泵至真空。 本發明又一目的在於提供此種旋轉盤反應器，其使用旋 轉殼，此殼的直徑等於或大於加熱總成，故可除去加熱總 成，並代用不同的加熱總成，而不需改變反應器設計，或 向大氣打開反應器。 本發明又一目的在於設計旋轉盤反應器，其採用旋轉殼 設計，具有轉動傳動軸用的簡單而有效冷卻系統。 發明槪要 按照本發明，上述和其他目的，利用本發明在基材上生 長磊晶層用的反應器實現，此反應器包括反應器室，轉動 自如地安裝在反應器室內的基材，藉此，至少一可安裝在 基材承架上，第一氣體進口，第二氣體進口，將第—和第 二氣體朝基材承架噴入反應器室內用之噴射器’以及氣體 分離器，分別維持第一和第二氣體平行於在氣體進口和噴 射器之間的基材承架的單一平面，直至氣體接近基材支架 。在較佳具體例內，氣體分離器在平行於基材承架的平面 46299 3 五、發明說明（6) 含有第一和第二氣體室。 按照本發明反應器的較佳具體例，反應器包含載氣進口 ，而氣體分離包含第三氣體室介於第一和第二氣體室之間 ，分別維持載氣在氣體進口與噴射器之間，由此噴射器將 載氣朝第一和第二氣體間的基材承架噴入室內，以維持第 一和第二氣體彼此分離。 按照本發明反應器的另一具體例，氣體分離器包含第一 和第二氣體接受部，用於接受來自第一和第二氣體進口的 第一和第二氣體；第一和第二氣體室，用於在第一和第二 氣體進入噴射器之前，可供分配第一和第二氣體量；以及 壁機構，用於把第一和第二氣體接受部與第一和第二氣體 室分開，壁機構包含通孔機構，容許第一和第二氣體從第 一和第二氣體接受部通至第一和第二氣體室。在較佳具體 例中，第一和第二氣體室具有圓形的弧段限定之形態。 按照本發明反應器另一具體例，反應器包含篩網，置於 氣體分離器和噴射器之間，進一步分配第一和第二氣體。 在另一具體例內，噴射器包含第一和第二氣體用之複數通 道》較佳者噴射器包含冷卻機構，用於把通過複數通道的 第一和第二氣體加以冷卻。 按照本發明反應器另一具體例，反應器包括反應器室， 轉動自如地安裝在反應器室內之基材承架，於是，在基材 承架上可安裝至少一基材，氣體進口，將氣體朝基材承架 噴入反應器室內用之噴射器，以及可拆除之氣體分離器， 46299 3 五、發明說明（7) 可除去自如地設在氣體進口和噴射器之間，以維持氣體在 氣體分離器之預定部份，於是氣體分離器可更換不同的氣 體分離器。 按照本發明反應器之一具體例，氣體分離器包含氣體接 受部，用於從氣體進口接受氣體：氣體室，用於在氣體進 入噴射器之前，可以分配氣體量；以及壁機構，用於將氣 體接受部與氣體室分開，此壁機構包含通孔，容許氣體從 氣體接受部通到氣體室。在較佳具體例中，於氣體分離器 與噴射器之間設有篩網，進一步分配氣體。 按照本發明反應器另一具體例，氣體進口包括第一.氣體 進口，而裝置包含第二氣體進口，於是噴射器將第一和第 二氣體朝基材承架噴射入反應器內，以及可拆除之氣體分 離器，用以維持第一和第二氣體彼此分離。在較佳具體例 中，氣體分離器包含第一和第二氣體室。 按照本發明反應器另一具體例，反應器包括反應器室， 轉動自如地安裝在反應器室內之基材承架，於是基材承架 上可安裝至少一基材，第一氣體進口，第二氣體進□，載 氣進口，將第一和第二氣體以及載氣朝基材承架噴入反應 器室內用之噴射器，以及氣體分離器，分別維持第一和第 二氣體以及載氣於氣體進口和噴射器之間，而在第一和第 二氣體以及載氣從朝向基材承架的噴射器出來後，載氣介 於第一和第二氣體之間。更好地，氣體分離器維持第一和 第二氣體以及載氣，於與基材承架平行的單一平面·> 4 6299 3 五、發明說明（8) 按照本發明一具體例，氣體分離器包含第一氣體用的第 一氣體室，第二氣體用的第二氣體室，和載氣用的載氣室 〇 按照本發明反應器之另一具體例，氣體分離器包含第一 和第二氣體接受部，用於接受來自第一和第二氣體進口的 第一和第二氣體；第一和第二氣體室，用於在第一及第二 氣體進入噴射器之前，分配第一和第二氣體量；以及壁機 構，用於將第一和第二氣體接受部與第一和第二氣體室分 開，壁機構包含通孔機構，容許第一和第二氣體從第一和 第二氣體接受部通至第一和第二氣體室。在較佳具體例中 ，第一和第二氣體室具有限定圓形弧段之形態》 按照本發明反應器另一具體例，反應器包含篩網，置於 氣體分離器和噴射器之間，進一步分配第一和第二氣體》 按照本發明反應器另一具體例，噴射器包含第一和第二 氣體用之複數通道》較佳地，噴射器含有冷卻機構，用於 將通過複數通道的第一和第二氣體加以冷郤D按照本發明 反應器又一具體例，反應器包括反應器室，轉動自如地安 裝在反應器室內之基材承架，於是基材承架上可安裝至少 一基材，氣體進口，以及噴射器用於把氣體朝基材承架射 入反應器室內*噴射器含有延伸越過噴射器之複數冷卻劑 通道，以及與複數冷卻劑通道輪替的複數氣體通孔，於是 ，氣體在通過複數氣體通孔之一進入反應器室內時，即被 至少二冷卻劑通道所冷卻。 -10- ‘4 6299 3 五、發明說明（9) 按照本發明反應器另一具體例，複數冷卻劑通道包括複 數管狀通道，以平行排列方式配置。複數氣體通孔最好包 括複數長形槽孔，以平行排列方式配置。 在另一具體例中，反應器包含連接通道，用於將複數的 管狀通道中至少二通道加以連接，因而冷卻劑可以繼續流 iJH, 過。 - 按照本發明反應器另一具體例，複數冷卻劑通道包括複 數冷卻劑通道段，而反應器包含複數冷卻劑進口和複數冷 卻劑出口，於是，冷卻劑可分別進料至各複數冷卻劑通道 段和排出。最好含有四個冷卻劑通道段。 按照本發明反應器另一具體例，噴射器含有面向基材承 架的內表面，而複數長形槽孔包含在噴射器內表面上的截 角表面，因此，提高複數管狀通道的冷卻效果。 按照本發明裝置之另一具體例，反應物氣體進口包括第 一氣體進口，而反應器包含第二氣體進口，以及氣體分離 器，用於分別維持第一和第二氣體在氣體進口和噴射器之 間，氣體分離器包含第一和第二氣體室，用於在進入噴射 器之前，分配第一和第二氣體量。 在較佳具體例內，裝置包含載氣進口，而氣體分離器 包含第三氣體室，介於第一和第二氣體室之間，用於分別 維持載氣在氣體進口和噴射器之間，噴射器於是把載氣朝 第一和第二氣體間的基#承架噴入室內，以便將第一和第 二氣體彼此分開。 -11- 462993 五、發明說明（ίο) 按照本發明反應器另一具體例，氣體分離器包含第一和 第二氣體接受部，用於接受來自第一和第二氣體進口之第 一和第二氣體，以及壁機構，將第一和第二氣體接受部與 第一和第二氣體室分開，壁機構包含通孔機構，用於容許 第一和第二氣體從第一和第二氣體接受部通至第一和第二 氣體室。 按照本發明反應器另一具體例，反應器包括反應器室， 轉動自如地安裝於反應器室內之基材承架上，基材承架具 有預定直徑，因而在基材承架上可安裝至少一基材，氣體 進口，將氣體朝基材承架噴入反應器室內用之噴射器，以 及安裝在反應器室內介於噴射器和基材承架間之流量限制 器，用以限制氣體在其間流動，流量限制器的第一端與噴 射器相對應，第二端鄰接基材承架，限定第一端的內徑實 質上相當於基材承架的預定直徑，而第二端的內徑較基材 承架的預定直徑爲大'流量限制器以包含冷卻機構爲佳。 在較佳具體例中，冷卻機構包括在流量限制器內之通路， 供冷卻劑流過。 按照此反應器之一具體例，流量限制器在第一端的內徑 實質上包含流量限制器的全長。流量限制器在第二端的內 徑最好包括斜縮表面朝接近基材承架的方向增加直徑。 按照反應器一具體例，流量限制器是與反應器室壁成爲 一膛。 按照本發明另一具體例，反應器包括反應器室*轉動自 -12- 4 6299 3 五、發明說明（11) 如地安裝在反應器室內之基材承架’於是’在基材承架上 可安裝至少一基材，氣體進口 ’將氣體朝基材承架噴入反 應器室內用之噴射器，安裝在反應器室內介於噴射器和基 材承架間之流量限制器，以限制反應物氣體在其間流動， 流量限制器包含冷卻機構。冷卻機構宜包括流動限制器內 之通路，供冷卻劑流過。在另一具體例中，流量限制器配 置在反應室壁內。 按照本發明反應器另一具體例，反應器包括反應器室， 轉動自如安裝在反應器室內之基材承架，於是基材承架上 可安裝至少一基材，氣體進口，將氣體朝基材支架噴入反 應器室內用之噴射器，基材承架包括實質上封閉之轉動殻 ，限定內空間，以及加熱機構，對基材支架加熱，加熱機 構係設在轉動殼內，反應器室包含進出機構，得以進出轉 動殼限定的內空間，於是可以進出加熱機構，並經進出機 構除去。在較佳具體例中t進出機構包括反應器室壁。 按照反應器一具體例，反應器包含第一壓力機構，用於 維持反應器室內的第一壓力，和第二壓力機構，用於維持 轉動殻內的第二壓力，第一壓力較第二壓力爲高。 按照此反應器之一具體例，加熱機構包括輻射加熱器。 在另一具體例內，轉動殼包含面向噴射器的上端壁，而反 應器包含可拆除之基材支持件，安裝在上端壁隨之轉動。 按照本發明此反應器另一具體例，轉動殻包含面向噴射器 的上端’並含有可拆除之基材支持件，安裝在轉動殼的上 -13- 299 3 五、發明說明（12) 端隨之轉動，以便對轉動殼提供上端壁，因而產生實質上 封閉的內空間。 按照本發明此反應器另一具體例，轉動殼包括材料選自 包含石墨，氮化硼、碳化矽、鉬、和高溫超合金。 按照本發明反應器另一具體例，反應器包括反應器室， 轉動自如安裝在反應器室內之基材承架，於是在基材承架 上可安裝至少一基材，氣體進口，將氣體朝基材承架噴入 反應室內用之噴射器，基材承架包括轉動殻，限定內空間 ，並含有內表面和外表面，使轉動殼在反應器室內轉動用 之轉動機構，以及將反應器室冷卻用之冷卻機構，冷卻機 構包含冷卻轉動殼內表面用之內冷卻構件，和冷卻轉動殻 外表面用之外冷卻構件。按照較佳具體例，轉動機構包括 相對於轉動殼安裝之心軸，驅動滑輪，以及連接驅動滑輪 至心軸之驅動皮帶，供轉動殻轉動用*心軸宜含有軸承， 供轉動自如支持轉動殼，因而冷卻機構將軸承冷卻。在另 一具體例中，驅動滑輪包括驅動皮帶，由橡膠構成，以氯 丁橡膠爲佳。 本發明參見如下詳述，從而參見附圖，即可更爲完全明 瞭。附圖中： 第1圖爲本發明反應器之側視立面斷面圖； 第2圖爲第1圖所示反應器使用分離器之俯視立面圖； 第3圖爲第2圖所示分離器和噴射器之側視立面圖： 第4圖爲第1圖所示反應器內使用噴射器之俯視立面斷 -14- 46299 3 五、發明說明（13) 面圖； 第5圖爲第4圖所示噴射器之側視立面斷面圖； 第6圖爲第4圖所示噴射器沿線a - a部份取得之側視 立面斷面圖-較佳具體例之詳細說明 參見附圖，其中同樣號碼指同樣元件，第1圖爲本發明 反應器之斷面圖。反應器本身一般包括通常豎管1，有圓 筒壁la，以真空級不迅鋼形成爲佳。反應器本身包含從反 應器1壁la伸出的排放管道2,可接至泵送系統。反應 器1亦包含突緣開口 3,可與負荷鎖定裝置連接，使晶圓 可在反應器內輸送，不需對大氣打開反應器。亦可設備具 有快門（圖上未示）之視窗，可以目視觀察轉動自如地安 裝在反應器1內之晶圓承架22或基材承架（或熱吸收器 )。雖然圖上未特別顯示，反應器本身亦可包含水冷夾套 ，可在極高溫度沈積製程中使用，以及內襯材，以簡化反 應器的淸洗和保養。 在反應器1內，要用各種反應物氣體或蒸氣處理的晶 圓裝在轉動基材承架或承載器22上，使氣體可直接撞擊 其表面。關於對此等晶圓施加各種氣體所涉及的一般原則 ，已屬公知。當然，化學氣相沈積（CVD )原理已知，且爲 積體電路製造上的基本製法。此等製法中的沈積層滿足許 多功能，範圍可從金屬和合金到半導體和絕緣體。在此等 製法中，氣態母體無論均相或異相的分解，均可製成固體 4 6299 3 五、發明說明（14 ) 膜，而就溫度、壓力、流量等可採用廣範圍的條件。矽加 工是較爲公知的技術，但化合物半導體已呈現在某些應用 上的重大對手。m-v族半導體，諸如砷化鎵的特性，已知 多時。因此，隨著金屬有機化學沈積（MOCVD)的出現，此 項技術日漸重要。因此，本發明反應器的應用可觀，本發 明反應器的總體結構即可應用於此等各種技術，對施加於 晶圓本身的磊晶膜或膜層的均勻性，以及由此進行製法的 總體效率，產生重大改進。 可應用本發明旋轉盤反應器的材料系統之類型可作廣泛 變化。包含上述π-ν族產品。因此包含m-v族化合物半 ylnyAs， AlAs， InAs， InP， InGaP， InSb， GaN，InGaN 等 。然而，此等反應器亦可應用於其他系統。包含Π-VI族化 合物，諸如 ZnSe，CdTe，HgCdTe，CdZnTe，CdSeTe 等；IV-IV族化合物，諸如SiC，金剛石和SiGe ;以及氧化物；諸 如 YBCO, BaTiO，Mg02, ZrO，Si02,Zn0 和 ZnSiO;以及金 屬，諸如Al，Cu, W。此外，所得材料具有廣範圍的電子 和光電子用途，包含高亮度發光二極體（LED)、雷射、太 陽能電池、光陰極，HEMT和 MESFET 等。 爲使磊晶層在反應器本身內所含晶圓上成長，必須將反 應物氣體引進反應器內。反應物「氣體」意指包含反應器 內主宰條件下存在的氣體和蒸氣，包含於此所用升溫和降 -16- 46299 3 五、發明說明（15) 壓。此等氣體的混合物亦可在若干情況下利用；即一般是 化學上相容的氣體。又，特殊反應物氣體可視需要用另一 惰性氣體稀釋。無論如何，在此情況下，反應物氣體是通 過接頭4，5，6，7引進反應器1內，如第1圖所示。不 同的氣體，包含反應物氣體和/或惰性氣體或載氣，可視 需要經各種接頭4，5, 6，7各供至反應器。在此等接頭 與基材承架22上的晶圓7c之間，必須有氣體高度均勻分 散於晶圓全表面，同時必須盡量防止反應物氣體間的過早 反應；即盡量靠近晶圓上方的界面層。氣體本身即按垂直 於基材承架22表面的方向，從噴射器板12朝下釋放入反 應器1內。然而，在接頭與噴射器板12間，必須維持氣 體彼此分開，並噴入室內，其方式不但提供上述均勻性， 而且又能防止反應物氣體間之過早互動。 後者是利用第2圖和第3圖詳示的分離器9完成。因 此，反應器本身形成長形管狀構件，具有圓筒壁la，和頂 板10,利用相對應突緣部l〇a和l〇b連接於圓筒壁la’ 而反應器在下端利用環形基板33封閉，後者向外延伸超 過反應器1的圓筒壁la周緣，如第1圖所示，理由詳後 。總之，環形基板33包含偏心開口，以圓形蓋36覆蓋。 分離器9以分開的整體構件爲佳’夾在頂板1〇和噴射 器板12之間，中間包以金屬線網Π，詳見第3圖。分離 器9包含環形分離器壁13’在第2圖所示具體例中’分 成許多分離壁部13a-13d。此外，壁部13a-13d含有向外 -17- '4 6299 3 五、發明說明（16) 突出的突緣13e，在壁部13a-13d間延伸至頂板1〇的外壁 10b。此舉將頂板10的外壁10b，環形分離器壁13,頂板 10的上壁10c，以及金屬線網11間之環形面積，分成單 獨的半環形隔間1 3 e -13 1。 環形分離器壁13內部設有許多氣體室50a-50h。此等 室即由半環形壁部13a-13d，以及從中心轂52伸出之許多 向外延伸的徑向壁部51a-51h圍成。此等室50a-50h各在 頂部由頂板10的內壁10c，而在底部由金屬網11所限定 。各種氣體在接頭4，5，6, 7末端通過通孔，進入半環 形氣體隔間13e-131之一> 例如，在第2圖所示具體例內 ，有二接頭4、一接頭5、一接頭6和四接頭7。從接頭 4分配於半環形隔間13e和13i內的氣體，再通過半環形 壁部13a和13c的許多通孔53進入內室50a和50e。因此 ，流入接頭4內的特定氣體，在內室50a和50e均勻分 配，隨即按第2圖所示分離器9平面的垂直方向，如下 述通過金屬線網進入反應器1內。同此方式，接頭5內 的特定氣體可進入半環形隔間13g，再通過半環形壁部 13d的通孔53,進入內氣體室50g。經接頭6供應的氣體 ，同樣進入外氣體隔間13k，通過內壁部13b的通孔52, 進入內氣體室50c。 經接頭7進入的氣體，諸如惰氣或載氣，以同樣方式 進到隔間13f，13h，13j，131。在此情況，氣體分別直接 進入內室50f，50h，50b，50d。此等室分別爲徑向壁部 -18- 4 62 99 3 五、發明說明（17 ) 51e 和 51f，51g 和 51h，51a 和 51b，51c 和 51d 間之狹槽 孔。 在上述本發明較佳具體例中，整個分離器9爲單件式 *僅靠夾在頂板10和噴射器板12間而保持定位。以此 方式，藉除去頂板10,即可較易除去分離器9,更換完全 不同形態的新分離器9;即供特定用途而Μ用的不同數氣 體室。如此可使單一反應器應用於許多不同製程，使磊晶 層在各種基材上成長，也是利用簡便更換分離器9，即可 改變通過各種相當氣體進口的氣體進料。 各種氣體室的下表面是由金屬線網11形成。金屬線網 本身可由各種材料製成，視終極所要用途的需要條件而定 。因此，一般而言，在許多用途方面可以利用不銹鋼316 。然而對稍高溫度用途方面，必須或需要使用INCONEL600 或HASTELLOY。而對於極高溫度用途方面，必須利用到鎢 或鉬。對0· 06吋厚的篩網而言，常用的金屬線網尺寸爲 165 X 1400。另方面，對0.01吋厚的篩網而言，可用金屬 線網目大小爲50 X 700。此種金屬線篩網，美國紐澤西州 的 U n i q u e W i r e W e a ν i n g C 〇 .，I n c 有售。 此等篩網在典型的沈積條件下，於10.0吋直徑的噴射 器板上，產生壓力降在約0.1至l.OTorr範圍。此項壓力 降一般已足以提供初期反應物均勻分配於其上。 在本發明裝置使用於在晶圓上生成氮化鎵之特殊實施例 中，使用二接頭4供應氨至半環形外隔間i3e和13i，而 -19- 462993 五、發明說明（18 ) 至二相對應內室50a和50e。使用接頭5供應之甲基鎵至 環形外氣體隔間13g，因此進入內氣體室50g ;接頭6用 來供應反應物，將Si2H2、（C2H5)2Mg，和（C2H5)Te等摻 入環形氣體隔間13k內，再進入相對內氣體室50c;而接 頭7用來供應載氣，諸如氫、氮、氬全部以超純形式） ，進入四個環形隔間13j，131，13f，13h，再進入槽孔或 相對應內氣體室；即內室50b，50d，50f，50h »因此，載 氣可爲惰氣。 由此可見，氣體先按第2圖所示垂直於分離器9平面 流經各種接頭。在分離器平面內，氣體被強制在上述各種 室內平行於金屬線網11表面流動。隨後，此等氣體即逆 流，並垂直於第2圖平面流經金屬線網11，最後供至反應 器1。在氣體平行於第2圖平面方向流入各種室內的中途 ，有另一元件提供氣體均与分配通過各室。此外，載氣經 第2圖所示四接頭7置入方式，以及在內氣體室50b， 50d，50f，50h之分配，可使載氣垂直於第2圖平面流入 反應器內，其方式是即使在氣體離開氣體噴射器12,並通 入反應器本身後，可將各種氣體彼此分離。調節各氣體通 過接頭4，5, 6，7進入反應器的流量，亦可達成各種氣 體在基體支架22上彼此反應準確位置的微調。 再參見金屬線網11，金屬線網亦可用來在反應器與上 面的各種室50a-50h之間，產生壓力差約0.1至0.5 To rr 範圍。此舉又可使反應物在分離器9平面有更均勻的分 -20- 462993 五、發明說明（19) 配。 如第3-6圖所示，噴射器板12位在金屬線網11以下。 此噴射器板不但用來提供金屬線網11與分離器9間之機 械性接觸，而且由於是水冷式，有助於提供金屬線網之均 勻溫度和冷卻。 參見第5圖，可見噴射器板本身包括許多平行管道14 ，有延伸跨越表面的冷卻劑凹溝的作用。此等凹溝14的 內部開口，即用來供水等冷卻劑流過。此等冷卻劑凹溝14 間的特定距離，可設計成滿足任何特別情況下的特別冷卻 需要。然而，此等冷卻劑凹溝14間的距離，一般在一和 二板厚之間，由此提供均勻的溫度分配。使用此等冷卻劑 凹溝14 (其中以水等爲冷卻劑，強制流過複數凹溝14) ，保證無流動停止點。此舉從而又可保證維持噴射器表面 本身的溫度均勻。此項方便再現性拘限的流動系統，即可 保證避免熱點和不均勻冷卻面積。亦可確保整個運作的溫 度穩定性。 由第4圖可見，在此等冷卻劑凹溝14交替成對的末端 ，設有連接凹溝15。此等連接凹溝15的外表面，是以外 環壁16的內表面16a限定，最好熔接於噴射器板12，將 全部水凹溝密封其內。各種冷卻劑凹溝14可分成冷卻劑 凹溝段，視利用連接凹溝15連接在一起的凹溝數而定。 因此，例如在第4圖所示具體例中，有四個此種冷卻劑凹 溝段。各段包含水進口和水出口。因此，設有水進口 18a -21 - 462993 五、發明說明（2〇) ，18b，18c，18d，水即從進口 18a和18b通過三個冷卻 劑凹溝14和二個接頭凹溝15,再分別通過水出口 19a和 19c。水從進口 18b和18d通過六個平行冷卻劑凹溝14和 六個連接凹溝15，再分別經水出口 19b和19d流出。然而 ，須知可以改變冷卻劑段數，視任何特定用途的特殊冷卻 需要而定。當然，所需冷卻劑凹溝的特定數量可容易估計 。在具有7吋晶圓承架以供氮化鎵沈積於七個2吋晶圓 上之反應器特殊實施例中，可由晶圓承架算出輻射能： Wl=k XeXFXT4，其中 5.67E-8 W/m2K4(Stefan- Boltzman常數），e = 0.85 (SiC塗佈晶圓承架22的發射率 )，F = 0.24 8m2 (晶圓承架22表面）T=13 25 K (氮化鎵沈 積所需典型加工溫度）-所以，必須利用冷卻水散逸的能 量，爲晶圓承架22所輻射能量之大約20%。（晶圓承架22 與頂板10間的視因數約0.2)。因此，由於W2 = 0.2XW1， 從另一側，此功率可算成：W2 = 62.7XcXNXVXT度數，其 中c=4,2 kJ / kg C (水的比熱），N=水冷卻凹溝數，v=l . 5 gal/min (水在30psi壓力下流過0.25吋直徑凹溝），τ 度數=所需噴射板溫度均勻性。 由此等方程式即可算出N = 0 · 0032 X k X e X F X T4/ 0.275 XCXVXT 度數。 按照上述最後方程式，提供所需噴射器溫度均勻性的 冷卻凹溝數，如下表1 : -22 - 4 6299 3 五、發明說明（21) 表 1 噴射器板溫度均勻伸，土c 水冷凹溝敷

各內氣體室50a-5 0h所含氣體，在通過金屬線網11後 ，通過冷卻劑凹溝14間的噴射器板12之隙縫17，詳見第 7圖。各縱長延伸的隙縫17寬度以約0.03吋至0.06吋 間爲佳，最好應用放電技術在噴射器板12內製成。此外 ，在噴射器板12的內表面（亦詳見第5圖），設有切角 表面17a和17b，以便有效擴大在該表面的隙縫17面積。 此等切角表面從遠離冷卻劑凹溝14的面積除去噴射器板 材料，提供更均勻冷卻，以及在彼此相鄰的二隙縫17間 消除「靜止空間」，而提供接近噴射器板表面有更好的流 動分配。代替縱長延伸的隙縫17，亦可使用複數軸對稱的 孔口。 參見第6圖’視窗20可熔接於噴射器板12，以供直接 光學觀察晶圓，在原樣製程控制設備內測量熔融晶圓溫度 等。由第4圖和第6圖可見’相鄰冷卻劑凹溝14不因連 接於視窗20周圍的弧形凹溝部20a和20b而間斷。因此 ’以較小的噴射器板’鑽孔可提供此等冷卻劑凹溝部份， 而較大的噴射器板，諸如直徑12吋或以上，熔接管可用 於此目的。 -23- 4 6299 3 五、發明說明（22 ) 又回到第1圖，可見各種氣體如今已以晶圓承架22表 面的垂直方向，從噴射器板12向下噴射，並以上述方式 彼此分離。由環繞噴射器板12周圍的頂板10之周緣向下 延伸的是環形流動限制器2 1。流動限制器2 1之目的，在 於將反應物和載氣的向下流動，限制於一圓形面積，實質 上與基材承架22頂部的圓形面積相當。因此，流動限制 器21上端，即接近氣體噴射器板12內徑，實質上等於晶 圓承架22直徑。此項流動限制器21的直徑基本上不變， 直至流動限制器21的內壁離基材承架22表面達距離Η。 在此點，流動限制器21的內徑以圖示方式增加。距離Η 是決定反應物氣體流動所產生反應物界面層大約厚度，和 晶圓承架22本身轉動之距離。此界面層的厚度，視各特 殊情況各種製法條件而定，但一般在約0.5吋和2.0吋之 間。Briel and等人在 < 轉盤化學沈積反應器中幾近理想流 動和熱傳熱之設計和證明 >(《電化學會會誌》138卷5 期，1991年6月，1806- 1816頁）所述電腦計算流動模 式，可用來評估特定數。因此，大約在Η階，流動限制 器21的直徑可擴大反應器圓筒壁la本身的直徑。如第1 圖所示，環形流動限制器21爲接近反應器內壁la的分開 元件，亦可爲壁本身的組件。環形流動限制器21內部最 好空心，可供冷卻劑或水等冷卻液在其循環之用。基於溫 度的特定控制系統，和PID控制器，加上流量調節閥，即 可用隱定噴射器板12以及流動限制器21內冷卻水的溫度 -24- 4 6299 3 五、發明說明（23) ，進一步改進此反應器可得沈積結果之重複性和均勻性。 藉由包含流動限制器21，即可避免關於反應物氣體的 耗竭效果。氣體因晶圓承架22而耗竭，通常發生在所利 用噴射器板直徑較晶圓承架22直徑爲小的系統內。此外 ，流動限制器21可消除反應器直徑在噴射器板和晶圓承 架間的反應器全長均一定之反應器情況下，以較低沈積效 率達成的反應物擴散。分別準確控制噴射器板12和流量 限制器21之溫度，亦可得反應器內減少再循環。 用來轉動晶圓承架22的驅動總成，亦如第1圖所示。 轉動殼23位於反應器1內，其頂部是晶圓承架22。當然 ，轉動殻23的頂件爲可拆除的頂部，材料可與轉動殼23 相同或不同。轉動殼亦可不具有任何頂件，而晶圓承架22 可僅放在轉動殼23的頂部。 按照本發明，在轉動殻23內維持壓力低於轉動殻23外 側的反應器1內製程壓力。由於本發明所用加熱元件位 於轉動殼（詳後）內，只要此因數即可降低其中加熱電力 和細絲溫度。總之，轉動殻23本身可由不同材料製成， 視反應器特殊應用而定。此等材料包含石墨、石墨加SiC 、熱解性氮化硼、石墨玻璃狀塗料、熱壓氮化硼、SiC、 鉬、高溫超合金。以採用石墨殻加SiC塗料爲佳。另方面 ，石墨加玻璃狀塗料可用於m-v族材料沈積，一般是在約 600至800°C較低溫度範圍進行。此外，此種石墨殼加玻 璃狀塗料一般比SiC塗佈的石墨爲廉價，較佳公差和表面 -25- 462993 五、發明說明（24) 特性。此等轉動殼亦可由鉬或鎢製成，.具有較長使用壽命 ，比較不易裂開，總體密封特性較佳》然而，後者附帶相 關成本較高。最後’若在氧化物環境內操作，以使用氮化 硼或超合金殼爲佳。最需採用的材料具有低熱傳導性，即 可設計爲薄壁，故轉動殻23可以減少由熱傳導性產生的 熱。 轉動殼23在下端連接心軸24。心軸24即利用許多螺 釘或其他扣件連接於殼23。雖然心軸和殼間有些洩漏，尤 其是殼內壓力較反應器內壓力爲大時，但此等洩漏完全可 以接受。在此等情況下，若不要此等洩漏，可利用例如 CHEMRAZ製高溫（在25 0°C以下）圏環，心軸24從而使用 夾環26安裝在軸承25上。爲穩定心軸轉動，可利用一對 徑向預載軸承。在環形基板33從反應器1向外延伸的區 域內，鄰接轉動殼23的下部，有旋轉進料通道29延伸貫 穿環形基板33的底部。進料通道29附設於隨之轉動的滑 輪28，滑輪28即位於環形基板33和圓形蓋構件58的延 長部°其外表面以環壁34包容。心軸24在其外表面含有 溝道，內用驅動皮帶27把心軸24連接至滑輪28。驅動皮 帶27即繞過滑輪28和心軸24延伸。進料通道29包含實 體傳動軸，以強磁流體型爲佳。因此，利用馬達（圖上未 示）提供旋轉運動，以皮帶或鏈條（也是圖上未示）連接 至真空旋轉運動進料通道29 (例如強磁流體型）°滑輪 28與旋轉運動進料通道29連接，轉動使用整合於心軸24 -26- 46299 3 五、發明說明（25) 的滑輪上之皮帶27傳送。使用驅動皮帶27爲宜，因爲不 傳送重大負荷，而且可由例如氯丁橡膠等真空相容性圈環 製成。由於心軸24與滑輪28間不需真正對準’即可簡化 設計》當然，在此情況下特別需要無張力機制β另方面， 可用旋轉進料通道29，藉其他形式的真空相容性裝置，諸 如金屬皮帶、齒輪、鏈條等，經心軸24獲得轉動殼23的 轉動。以軸承25而言，最好利用特種真空相容性油脂等 ，在轉動殼23和軸承罩殼32間宜安裝彈簧施能的密封30 。因此，彈簧施能的密封30利用載氣排淨維持於低壓的 轉動殼內，對位於轉動殻.23內的加熱總成產生保護性環 境。因此，彈簧施能的密封30並非旨在防漏，但應正好 具有充分密封以建立轉動殼內的壓力，低於較高的製程壓 力。 環形盤45附設於轉動心軸23，在心軸24以上水平。 此盤向外延伸，基本上包容轉動殻23外表面和反應器1 內表面間之空間。 環形盤45最好含有上翹外緣45a*密切接近反應器外 壁34。此外，宜位於反應器本身所用排放管道2或以下 。以此方式，盤45可防止在晶圓上定著時產生的小粒材 料進入和/或損及下方的驅動總成。 如上所述，驅動總成利用外壁34和蓋構件58連接於反 應器1。環形冷卻劑室35位於轉動殼23上的心軸24外壁 與反應器1的內壁la之間水等冷卻劑可含在環形室35 -27- 4 6299 3 五、發明說明（26 ) 內，而相當接近轉動心軸24的內表面一般在約0.02吋和 0.06吋之間。此冷卻劑構件即利用氣體傳導加以冷卻，而 將心軸溫度降至無礙軸承25的溫度水平。內環形冷卻劑 室44包含在轉動殼23內，接近其內壁。因此，使用內環 形冷卻室44和外環形冷卻室35，可降低通過轉動殼23和 其中存在的氣體之熱流，以降低軸承的溫度，因此，內環 形冷卻室44亦爲空心，以供含有水等冷卻劑。故，內及 外冷卻室44和35均具有活性水冷式圓筒形表面，與轉動 殼23共軸，並盡可能兩側位於接近轉動殻23。由於氣體 的熱傳導，此等內、外環形冷卻室的存在，會降低轉動殻 23和心軸24二者的溫度，至軸承可接受的程度，通常大 約100°C，當然，使用此等內及外環形冷卻室之任一室， 而不用其他，會相當不良，將因熱過其內氣體的熱傳送’ 會導致軸承過熱。 回到驅動總成，全部驅動機構附設在環形基板3 3，即 可拆除以供保養，並裝回反應器1內做爲單一的單元 〇 因此，基板33包含內偏心孔，用蓋36覆蓋，使整個加 熱總成（詳後）可於反應器底部裝拆，不會使反應器本身向 大氣打開。此舉由於事實上不需熔出程序，有截然的優親1 。意即通常必須將反.應器加熱至少數小時到約250 °C ’ & 除去向大氣打開的反應器積留的水蒸氣。此舉可大爲節胃 時間和勞力。 -28- 4 6299 3 五、發明說明（27 ) 加熱總成本身是以形成反應器1基部的可拆除蓋36支 持。加熱總成本身在蓋36拆除時，可通過環形基板33所 形成的開口，裝在轉動殼23內。此外，藉拆除蓋36就可 進出加熱總成，以及更換整個加熱總成，不論是同型加熱 總成或不同型。若旋轉殻23內維持溫度高於反應器1內 ，即可得進出加熱總成，並可修理或更換，而不干擾反應 器本身內之真空。利用輻射熱、紅外線、RF加熱等許多手 段，可供加熱晶圓承架22。在第1圖所示特殊輻射加熱總 成中，晶圓承架22以及晶圓7c，即利用在此例中爲靜態 的單區或多區輻射細絲37，通過轉動殻23加熱。此等細 絲加熱所需電力，係經延伸穿過蓋36，並接至標準真空電 氣進料通道41之電極38，39, 40供應。晶圓承架22的 溫度利用熱電偶42測量，並使用標準PID溫度控制器， 以及連接電氣加料通道（圖上未示）的供電，加以控制。 在細絲37下方含有許多輻射熱遮板43,以減少由此流至 基板本身之熱。 雖然本發明已參照特殊具體例說明如上，須知此等具體 例僅供說明本發明原理和應用。所以，須知對說明性具體 例可有多種修飾，且在不悖本發明精神和所附申請專利範 圍情況下，可以設想其他配置。 產業利用件 上述反應器可用來商業化生產各種晶膜晶圓’從而用來 在大量電子範疇及應用上，提供半導體晶片和裝置。 -29- 46299 3 五、發明說明（28 ) 主要元件符號對照表 1 反應器 la 圓筒壁 2 排放管道 3 突緣開口 4,5,6,7, 接頭 7c 晶圓 9 分離器 10 頂板 10a 突緣部 10b 外壁 10c 上壁 11 金屬線網 12 噴射器板 13 環形分離器壁 13a-13b 壁部 13e-131 半環形隔間 14 冷卻劑凹溝 15 連接凹溝 16 外環壁 16a 內表面 17 隙縫 17a，a7b 切角表面 -30- 4 6 2 99 3 五、發明說明（29 ) 18a- 18d 水進口 19a-19d 水出口 20 視窗 20a,20b 凹溝部 21 環形流動限制器 22 基材承架 23 轉動殼 24 心軸 25 軸承 26 夾環 27 驅動皮帶 28 滑輪 29 進料通道 30 彈簧施能的密封 32 軸承罩擺 33 環形基板 34 環形外壁 35 環形冷卻劑室 36 圓蓋 37 區輻射細絲 38,39,40 電極 41 進料通道 42 熱電偶 -31 - 4 6 299 3 五、發明說明（3〇) 43 輻射熱遮板 44 內環形冷卻室 45 環形盤 4 5a 上魏外緣 50a-50h 室 50g 內氣體室 51a-51h 徑向壁部 52 中心轂 53 通孔 58 圓形蓋構件 32-

Claims (1)

1. 462993 公告本 修玉 年月曰 视 六、申請專利範圍 90·8· 第861 1 7654號「在基材上成長磊晶層用之反應器」專利 案 （90年8月修正） Λ申請專利範圍 1. 一種在基材上成長磊晶層用之反應器，其包括有：一 反應器室；一可轉動自如地被安裝在該反應器室內的 基材承架，藉此在該基材承架上可安裝有至少該基材 之一；第一氣體進口；第二氣體進口；噴射器，將該 第一和第二氣體朝該基材承架噴入該反應器室，該反 應器之特徵爲氣體分離器，用於分別維持該第一和第 二氣體在該氣體進口和該噴射器間平行於該基材承架 之單一平面，直至該等氣體趨近該基材承架，該氣體 分離器包括：第一及第二氣體接受部’用於接收來自 該第一及第二氣體進口的第一及第二氣體：第一及第 二氣體室，用於在第—及第二氣體進入嘴射器前分配 該第一及第二氣體量；及壁機構’將該第一及第二氣 體接受部與第一與第二氣體室分開’該壁機構包括通 孔機構，容許該第一及第二氣體從該第一及第二氣體 接受部通過，通至該第一及第二氣體室。 2. 如申請專利範圍第1項之反應器’其中又包括載氣進 口，及該氣體分離器包含一第三氣體室’介於該第一 和第二氣體室之間，分別維持該載氣於該氣體進口和 該噴射器之間，因此’該該噴射器即將該載氣朝介於 該第一和第二氣體間之該基材承架噴射入該室，以維 -33- A 6 299 3 --. - 六、申請專利範圍 持該第一和第二氣體彼此分開。 3. 如申請專利範圍第1項之反應器，其中該氣體分離器 包含：第一和第二氣體接受部，以便從該第一和第二 氣體進口接受該第一和第二氣體；第一和第二氣體室 ，用於在該第一和第二氣體進入該噴射器之前，分配 該第一和第二氣體量；以及壁機構，可將該第一和第 二氣體接受部從第一和第二氣體室分開，該壁機構包 含通孔機構，容許該第一和第二氣體從該第一和第二 氣體接受部，通至該第一和第二氣體室者。 4. 如申請專利範圍第1項之反應器，其中該第一和第二 氣體室具有圓形弧段限定之形態者。 5_如申請専利範圍第1項之反應器，其中又有一金屬線 網，介於該氣體分離器和該噴射器之間，進一步分配 該第一和第二氣體者。 6.如申請専利範圍第1項之反應器，其中該噴射器包含 複數通道以供該第一和第二氣體之用者。 7·如申請專利範圍第6項之反應器，其中該噴射器包含 冷卻機構，將通過該複數通道的該第一和第二氣體加 以冷卻者。 S‘〜種在基材上成長磊晶層用之反應器，其包括有：反 應器室；可轉動自如地安裝在該反應器室內之基材承 架’藉此在該基材承架上可安裝有至少該基材之一； 〜氣體進口，及噴射器將該氣體朝該基材承架噴射入 -34- 46299 3 六、申請專利範圍 該反應器室內，該反應器之特徵爲有一可拆除之氣體 分離器，該氣體分離器包含：一氣體接受部，用於自 該氣體進口接收該氣體，一氣體室，用於在該氣體進 入噴射器前分配該氣體；及壁機構，將該氣體接受部 與氣體室分開，該壁機構包含一通孔，容許該氣體從 氣體接受部通至該氣體室，該可拆除氣體分離器，可 拆除自如地設在該氣體進口和該噴射器之間，維持該 氣體於該氣體分離器之預定部位，藉此該氣體分離器 可以更換不同的氣體分離器者。 9.如申請專利範圍第8項之反應器，其中又包括金屬線 網，介於該氣體分離器和該噴射器之間，以供進一步 分配該氣體者。 1〇·如申請專利範圍第8項之反應器，其中該氣體進口包 括第一氣體進口及第二氣體進口，藉此該噴射器把該 第一和第二氣體朝該基材承架噴入該反應器內，而該 可拆除氣體分離器維持該第一和第二氣體彼此分離者 D u·如申請專利範圍第10項之皮應器，其中該氣體分離 器包含第一和第二氣體室者。 这如申請專利範圍第11項之反應器，其中包含一載氣 進口，及該氣體分離器包含第三氣體室，介於該第一 和第二氧體室之間，分開維持該載氣於該氣體進口和 該噴射器之間，該噴射器即將該載氣朝介於該第一和 -35 - 4 62 99 3 六、申請專利範圍 第二氣體間之該基材承架噴射入該室’以維持該第一 和第二氣體彼此分開者。 ia如申請專利範圍第ίο項之反應器’其中該氣體分離 器包含：第一和第二氣體接受部’以便從該第一和第 二氣體進口接受該第一和第二氣體；第一和第二氣體 室，在該第一和第二氣體進入該噴射器之前’可供分 配該第一和第二氣體量；以及壁機構’可將該第一和 第二氣體接受部從第一和第二氣體室分開*該壁機構 包含通孔機構，容許該第一和第二氣體從該第一和第 二氣體接受部，通至該第一和第二氣體室者。 如申請專利範圍第13項之反應器’其中該第一和第 二氣體室具有圓形弧段限定之形態者。 15. 如申請專利範圍第10項之反應器’其中又包括金屬 線網，介於該氣體分離器和該噴射器之間，進—步分 配該第一和第二氣體者。 16. 如申請專利範圍第10項之反應器’其中該噴射器包 含複數通道以供該第一和第二氣體之用者。 17. 如申請專利範圍第16項之反應器’其中該噴射器包 含冷卻機構，將通過該複數通道的該第一和第二氣體 加以冷卻者。 18. —種在基材上成長磊晶層用之反應器，其包括有：反 應器室；轉動自如地安裝在該反應器室內之基材承架 ，藉此在該基材承架上可安裝有至少該基材之一；第 -36- 4 6299 3 六、申請專利範圍 —氣體進口；第二氣體進口，載氣進α ;以及一噴射 器，將該第一和第二氣體以及載氣朝該基材承架噴入 該反應器室內，該反應器之特徵爲一氣體分離器，可 分開維持該第一和第二氣體以及載氣於該氣體進口和 該噴射器之間，而在該第一和第二氣體以及該載氣從 朝該基材承架的該噴射器流出後，該載氣即可於該第 一和第二氣體之間，該氣體分離器包括：第一及第二 氣體接受部，用於接收來自該第一及第二氣體進口的 第一及第二氣體；第一及第二氣體室，用於在第一及 第二氣體進入嘴射器前分配該第一及第二氣體量；及 壁機構，將該第一及第二氣體接受部與第一與第二氣 體室分開，該壁機構包括通孔機構，容於該第一及第 二氣體從該第一及第二氣體接受部通過，通至該第一 及第二氣體室。 19. 如申請專利範圍第18項之反應器，其中該氣體分離 器包含該載氣用之載氣室者。 20. 如申請專利範圍第18項之反應器，其中該第一和第 二氣體室具有圓形弧段限定之形態者> 21. 如申請專利範圍第18項之反應器，其中又包括金屬 線網，介於該氣體分離器和該噴射器之間，進一步分 配該第一和第二氣體者。 22·如申請專利範圍第18項之反應器，其中該噴射器包 含複數通道以供該第一和第二氣體之用者。 -37- 4 6299 3 六、申請專利範圍 2a如申請專利範圍第22項之反應器，其中該噴射器包 含冷卻機構，將通過該複數通道的該第一和第二氣體 加以冷卻者。 24. —種在基材上成長磊晶層用之反應器，包括：反應器 室；轉動自如地安裝於該反應器室內之基材承架，藉 此在該基材承架上可安裝有至少該基材之一；一氣體 進口；一噴射器，將該氣體朝該基材承架噴入該反應 器室內，其特徵爲，該噴射器包含複數冷卻劑通道， 延伸跨越該噴射器；以及複氣體通孔，與該複數冷卻 劑通道交替，藉此該氣體在通過該複數氣體通孔至少 一者而進入該反應器室時，即被至少二冷卻劑通道所 冷卻。 2&如申請專利範圍第24項之反應器，其中該複數冷卻 劑通道包括複數管狀通道，配置成平行排列者。 26如申請專利範圍第25項之反應器，其中該複數氣體 通孔包括複數長形槽孔，配置成平行排列者。 27.如申請專利範圍第25項之反應器，其中又包括連接 通道，用於將該複數管狀通道中至少二者加以連接， 藉此該冷卻劑可連續流動者。 级如申請專利範圍第24項之反應器，其中該複數冷卻 劑通道包括複數冷卻劑通道段，及包含有複數冷卻劑 進口和複數冷卻劑出口，藉此該冷卻劑可分別加料於 和排料自各該複數冷卻劑通道段者。 -38- 46299 3 六、申請專利範圍 2a如申請專利範圍第28項之反應器，其中該冷卻劑通 道段包括四段者。 跄如申請專利範圍第26項之反應器，其中該噴射器包 含面向該基材承架之內表面，而該複數長形槽孔包含 在該噴射器的該內表面上之切角表面，藉此提高該複 數管狀通道之冷卻效果者。 3L如申請專利範圍第24項之反應器，其中該氣體進口 包括第一氣體進口，並含有第二氣體進口，又有氣體 分離器，分開維持該第一和第二氣體於該氣體進口和 該噴射器之間，該氣體分離器包含第一和第二氣體室 ，在進入該噴射器之前，分配該第一和第二氣體量者 32如申請專利範圍第31項之反應器，其中又包括載氣 進口，該氣體分離器含有第三氣體室，介於該第一和 第二氣體室之間，分別維持該載氣於該氣體進口和該 噴射器之間，該噴射器即將該載氣朝該第一和第二氣 體中間之該基材承架噴入該室內，使該第一和第二氣 體彼此分離者。 33如申請專利範圍第31項之反應器，其中該氣體分離 器包含第一和第二氣體接受部，以便從該第一和第二 氣體進口接受該第~和第二氣體；第—和第二氣體室 ，在該第一和第二氣體進入該噴射器之前，可供分配 該第一和第二氣體量；以及壁機構’可將該第—和第 -39- 4 6299 3 六、申請專利範圍 二氣體接受部從第一和第二氣體室分開，該壁機構包 含通孔機構，容許該第一和第二氣體從該第一和第二 氣體接受部，通至該第一和第二氣體室者。 说一種在基材上成長磊晶層用之反應器，包括：反應器 室；轉動自如地安裝於該反應器室內之基材承架’因 而在該基材承架上可安裝直至少該基材之一’氣體進 口；噴射器，將該氣體朝該基材承架噴入該反應器室 內，該反應器之特徵爲有一流量限制器，安裝在該反 應器室內，介於該噴射器與該基材承架之間，以限該 氣體在其間流動，該流動限制器具有與該噴射器相對 應之第一端，及鄰接該基材承架之第二端，在該第一 端形成的內徑實質上相當於該基材承架之該預定直徑 ，而在該第二端的內徑較該基材承架的該預定直徑爲 大。 35如申請專利範圍第34項之反應器*其中該流量限制 器包含冷卻機構者》 麥如申請專利範圍第35項之反應器，其中該冷卻機構 包括在該流量限制器內之通路，供冷卻劑流過者。 37.如申請專利範圍第34項之反應器，其中該流量限制 器在其第一端之該內徑，實質上包含該流量限制器全 長者。 38如申請專利範圍第37項之反應器，其中該流量限制 器在其第二端之該內徑包括傾斜縮表面，在趨近於基 -40- 4 6299 3 六、申請專利範圍 材支承之方向增加直徑者。 39如申請專利範圍第34項之反應器，其中該流量限制 器_係與該反應器室成爲一體者》 43—種在基材上成長磊晶層用之反應器，包括反應器室 ;轉動自如地安裝於該反應器室內之基材承架，藉此 在該基材承架上可安裝有至少該基材之一；氣體進口 噴射器，可將該氣體朝該基材承架噴入該反應器 室內，該反應器之特徵爲安裝在該反應器室內之流量 限制器，介於該噴射器與該基材承架之間，以限該反 應物氣體在其間流動，該流量限制器包含冷卻機構者 4L如申請專利範圍第40項之反應器，其中該冷卻機構 包括在該流量限制器內之通路，供冷卻劑流過者。 42如申請專利範圍第40項之反應器，其中該流量限制 器係合併在該反應器室壁者。 43—種在基材上成長磊晶層用之反應器，包括：反應器 室；轉動自如地安裝於該反應器室內之基材承架，藉 此在該基材承架上可安裝直至少該基材之一；氣體進 口，一噴射器，可將該氣體朝該基材承架噴入該反應 器室內，其特徵爲該基材承架包括實質上封閉之轉動 殻，形成一內空間，以及加熱機構，以供對該基材承 架加熱，該加熱機構係設在該轉動殻內，該反應器室 含有進出機構，得以進入該轉動殻所限定之該內空間 -41 - 4 6 2 99 3 六、申請專利範圍 ，藉此可以進入該加熱機構並經該進出機構予以拆除 者。 44如申請專利範圍第43項之反應器，其中該進出機構 包括該反應器室之一壁者。 45如申請專利範圍第43項之反應器，其中又包括第一 壓力機構，以維持該反應器室內於第一壓力，和第二 壓力機構，以維持該轉動殻內於第二壓力，而該第一 壓力係較第二壓力爲大者。 並如申請専利範圍第43項之反應器，其中該加熱機構 包括輻射加熱器者。 47如申請專利範圍第43項之反應器，其中該轉動殻包 含一面向該噴射器之上端壁，並含有可拆除之基材支 持件，其係安裝在該上端壁隨之轉動者。 48如申請專利範圍第43項之反應器，其中該轉動殼包 含一面向該噴射器之上端壁，並含有可拆除之基材支 持件，其係安裝在該轉動殻之該上端而可隨之轉動， 以便提供該轉動殻用上端壁及藉此產生該實質上封閉 內空間者。 49如申請專利範圍第43項之反應器，其中該轉動殻包 括材料係選自包含石墨、氮化硼、碳化矽、鉬和高溫 超合金者。 50.—種在基材上成長磊晶層用之反應器，其包括：反應 器室；轉動自如地安裝於該反應器室內之基材承架， -42- “299 3 六、申請專利範圍 藉此在該基材承架上可安裝有至少該基材之一；一氣 體進口 ：以及一噴射器，可將該氣體朝該基材承架噴 入該反應器室內，其特徵爲，該基材承架包括轉動殼 ，形成內空間，並含有內表面和外表面；轉動機構， 使該轉動殻在該反應器室內轉動；以及冷卻機構’以 冷卻該反應器室，該冷卻機構包含冷卻該轉動殼的該 內表面用之內冷卻機構’以及冷卻該轉動殼的該外表 面用之外冷卻機構者° 51如申請專利範圍第項之反應器’其中該轉動機構 包括：一心軸，相對於該轉動殼安裝，·驅動滑輪；以 及驅動皮帶，連接該驅動滑輪與該心軸’將該轉動殻 加以轉動者。 52如申請專利範圍第51帛之反應器’其中該心軸包含 軸承，以供轉動自如地支持該轉動殼’藉此利用該冷 卻機構將該軸承冷卻# ° m由g亩初丨输_第51項之反應器’其中該驅動滑輪 5S如申請專利範囲弟·^ 包括橡膠構成之驅動皮帶者" -43-