TW483053B - Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition process - Google Patents

Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition process Download PDF

Info

Publication number
TW483053B
TW483053B TW090105116A TW90105116A TW483053B TW 483053 B TW483053 B TW 483053B TW 090105116 A TW090105116 A TW 090105116A TW 90105116 A TW90105116 A TW 90105116A TW 483053 B TW483053 B TW 483053B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
gas
reaction tube
phase growth
vapor phase
Prior art date
Application number
TW090105116A
Other languages
English (en)
Inventor
Shiro Sakai
Koichi Kitahara
Yukichi Takamatsu
Yuji Mori
Original Assignee
Japan Pionics
Nps Kk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Pionics, Nps Kk filed Critical Japan Pionics
Application granted granted Critical
Publication of TW483053B publication Critical patent/TW483053B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45519—Inert gas curtains
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45568—Porous nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02378—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02389—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Description

483053 A7 B7 五、發明說明（1 ) [發明所屬技術領域] 本發明係相關半導體膜之氣相成長裝置及氣相成長 方法，更詳細而言，係指由實質上平行於基板所配置 的氣體導入部將原料氣體導入，而在經加熱過的基板 上，氣相成長半導體膜的裝置及方法。 [習知技術] 按，習知利用一邊對設置於反應管內的基板進行加 熱，一邊流通原料氣體的方式，俾在基板上獲得半導 體結晶等薄膜的氣相成長裝置及使用其氣相成長方法 ，已爲眾所週知。將如三甲基鎵、三甲基鋁、氨等原 料氣體，與氫、氮等稀釋氣體，同時由實質平行於基 板所所設置的一個以上氣體導入管供給，而使在經加 熱過的基板上成長結晶的方法。 在此種方法中，如第1圖所示，在半導體膜的氣相 成長用反應管1中，設置供承載基板2的晶座3、供 加熱用的加熱器4、氣體導入部5以及氣體出口 6。 將基板2在維持高溫下，導入含原料氣體的氣體’俾 在基板上沉積半導體膜。 在此種氣相成長裝置及氣相成長方法中，配合該半 導體用途，基板係採用藍寶石、sic、整體鎵鈉鹽等 ，而原料氣體則採用如有機金屬化合物、金屬氫化合 物、氨、胼聯脘、烷基氨類等。另’基板的加熱溫度 則依照半導體膜種類，有加熱至6 0 0 °C附近或加熱至 1100 〜1200 t 溫度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝--------訂---------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483053 A7 B7_ 五、發明說明（2 ) 當在進行該等半導體膜的氣相成長時，爲形成均勻 的膜，除採用具均勻發熱特性的加熱器外，同時旋轉 在晶座上的基板。當複數片基板同時處理時，除旋轉 在晶座上的基板外，亦進行基板的公轉。 近年，更隨銦、鎵、鋁等ill族元素氮化物之藍色 光半導體膜的實用化，便對具均勻特性的半導體膜成 長方法及其更有效率的大量生產方法等進行探討。在 該等III族元素氮化物半導體膜之成長中，不僅光需 要將基板加熱至1 1 5 (TC左右的高溫，若當加熱溫度 低於此溫度或高於此溫度時，結晶便將產生缺陷，而 無法獲得具優越特性的半導體膜，所以必須將基板加 熱至所需的狹小均勻的溫度範圍。 再者，此類高溫的氣相成長方法，係利用含原料氣 體的氣體加熱基板一部份而產生熱對流，隨熱對流的 產生，在基板對面的反應管壁面上，將析出原料氣體 的分解生成物或反應生成物，除將產生污染反應管壁 外，亦易造成將所析出的固體掉落基板上，而產生結 晶品質明顯降低的問題。所以，在每次執行氣相成長 操作時，便必須淸洗反應管，造成生產性惡化的不良 現象產生。 此類問題的解決方法有各種方法被提案出。譬如免 除基板對面位置的反應管壁，以去除造成污染問題之 基板對面的反應管壁面，在垂直基板的位置處設置氣 體噴射管’並在基板的平行位置上設置一個以上的流 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------：---l-—ί 裝---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 483053 A7 B7 五、發明說明（） 通路’由該等流通路導入含原料氣體的氣體，同時由 氣體噴射管導入未含原料氣體的氣體，而將含原料的 氣體往基板面按壓的方法（請參閱特許第2 6 2 8 4 0 4號 公報中所載述的方法變化）。此外，在此方法中，當 利用平行於基板所配置的導入部，所供給2種類以上 之含原料的氣體時，亦採行將該等氣體進行混合的方 法。 但是，在此種方法中，將產生爲2個垂直的氣體流 在基板上混合，使氣體流產生混亂外，且氣體的切換 無法迅速進行，而使原料氣體無法有效的利用短浴及 無法橫跨大面積使其供給均勻濃度的原料氣體的問題。 所以，此種方法並不適合使用於基板大型化、或複 數片基板同時處理的大型裝置。 在該等方法中，於氣相成長之際，當同時處理的基 板有複數片或者基板雖僅一片但卻屬尺寸較大者時， 相較於小面積單片規格的氣相成長情況下，所獲得之 半導體膜的特性不僅較差，且附著於反應管壁上的原 料氣體分解生成物之附著將增多，造成原料氣體的利 用效率惡化。 [發明欲解決之課題] 故，本發明之課題係開發一種採用橫形反應管，在 同時處理複數片基板或處理較大面積之單片基板的氣 相成長裝置及氣相成長方法中，除可獲具優越特性的 半導體膜，同時原料氣體的利用效率亦高，且反應管 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) .裝
n ϋ ϋ ϋ 一-0、 ·1 .^1 n ϋ i ϋ ·1· I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483053 A7 B7 五、發明說明（4 ) 壁不致附著原料氣體分解生成物及反應生成物的氣相 成長裝置及氣相成長方法。 [解決課題之手段] 緣是，本發明者爲解決該等課題，經深入鑽硏結果 ，終於發現在採用橫形反應器之半導體膜的氣相成長 裝置及氣相成長方法中，鄰接於由實質平行基板而配 置的氣體導入部，所供給含原料氣體之氣體的上游端 基板溫度將微妙的降低，爲此造成所獲得半導體膜的 特性降低，且反應管壁附著物增加及原料氣體利用率 亦發生劣化。此外，對含原料氣體的氣體，將鄰接於 上游端加熱器部分的發熱密度，設計成大於下游端加 熱器部分的發熱密度，便可獲得具優越特性的半導體 膜。另，利用設於基板對面的反應管壁上的具通氣性 微多孔質部，將未含原料氣體的氣體供給於反應管內 ，便可顯著的減少反應管壁的附著物，達到本發明之 目的。 換句話說，本發明係提供一種具備有橫形反應管的 半導體膜氣相成長裝置，該橫形反應管係具備有供搭 載基板的晶座、內藏有供加熱該基板的圓形狀加熱器 、且實質平行於該基板配置之至少一個含原料氣體的 氣體導入部，其中相對於該氣體導入部，該圓形狀加 熱器上游端部分的發熱密度，設定成大於下游端的發 熱密度。 本發明係提供一種具備有橫形反應管的半導體膜氣 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 裝--------訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483053 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5 ) 相成長裝置，該橫形反應管係具備有供搭載基板的晶 座、內藏有供加熱該基板的圓形狀加熱器、實質平行 於該基板配置之至少一個含原料氣體的氣體導入部、 設置於平行於該基板對面之反應管壁上的通氣性微多 孔質部及透過其而導入未含原料氣體之氣體的氣體導 入部，其中相對於該氣體導入部，該圓形狀加熱器上 游端部分的發熱密度，設定成大於下游端的發熱密度。 本發明係提供一種一邊將搭載於設置在橫形反應管 內之晶座上的基板，利用圓形狀加熱器進行加熱，一 邊由實質平行於基板而配置的含原料氣體的氣體導入 部，供給含有原料氣體的氣體，而使在該基板上氣相 成長半導體膜之方法，其中，該含原料氣體的氣體， 該圓形狀加熱器上游端部分的發熱密度，設定成大於 下游端的發熱密度。 本發明係提供一種一邊將搭載於設置在橫形反應管 內之晶座上的基板5利用圓形狀加熱器進行加熱，一· 邊由實質平行於基板而配置的含原料氣體的氣體導入 部，供給含有原料氣體的氣體，並透過設置在平行於 該基板對面之反應管壁上的微多孔質部，將未含原料 氣體之氣體導入於反應管內，俾在該基板上氣相成長 半導體膜之方法，其中，該含原料氣體的氣體，該圓 形狀加熱器上游端部分的發熱密度，設定成大於下游 端的發熱密度。 本發明係將含原料氣體之氣體，供給於橫形反應管 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —-----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 牝3053 A7 B7 五、發明說明（6 ) 內經加熱過的基板上，而俾成長半導體膜的裝置與方 法，其中利用將接近含原料氣體之氣體上游端之加熱 器部分的發熱密度，設計成大於接近下游端加熱器部 分的發熱密度，而可將基板保持於所需的狹小溫度範 圍內進行均勻加熱，不僅可獲得良好的半導體膜，同 時可提高原料氣體的利用效率，且可減少原料氣體分 解生成物或反應生成物對反應管壁的附著情形之氣相 成長裝置及氣相成長方法。 本發明乃如上述，藉由將加熱器上游端的發熱密度 ，設計成大於下游端的發熱密度，同時透過設置於基 板對面之反應管壁上的通氣性微多孔質部，將未含原 料氣體之氣體導入反應管內，而使減少原料氣體分解 生成物或反應生成物對反應管壁的附著情形之氣相成 長裝置及氣相成長方法。 [發明實施態樣] 本發明係適用於半導體膜之氣相成長裝置及氣相成 長方法。 本發明乃適用於III族金屬之磷化物半導體膜、砷 化物半導體膜的製造上，特別係適用於如III族金屬 之氮化物半導體膜製造之類，在超過1 000 °c之高溫 度的氣相成長裝置及氣相成長方法。 本發明之氣相成長裝置，請參閱第1圖所示進行說 明。本發明之氣相成長裝置係採用橫形反應管的氣相 成長裝置。在反應管1中，設置有基板2、供承載基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂-------- A7 ----------B7 ____- 五、發明說明（7 ) 板並維持旋轉晶座3、供加熱基板的加熱器4、實質 平行於基板而設置的氣體導入部5以及排氣管6，更 進一步配合需要，在平行且面對基板位置的反應管壁 上，設置具通氣性的微多孔質部7，並設置透過其導 入未含原料氣體之氣體導入部8。 第2圖所示係晶座3之一例（6片規格）的平面示意 圖。第3圖所示係加熱器4之一例的平面示意圖。第 3圖之加熱器4係沿直徑方向以丨20度角度扇形分割 ，而分別形成加熱部分1 2，1 3 a，1 3 b。 在本發明中，將接近含原料氣體之氣體上游端的力口 熱部分1 2之發熱密度，設定成大於設置在下游端的 加熱部分1 3 a，1 3 b之發熱密度。 在本發明中，反應管，尤其是執行氣相成長部分的 橫切面形狀，雖可爲圓形或橫長的橢圓形狀，但最好 爲基板面與基板對面之反應管壁間呈較狹窄狀態之橫 向矩形狀反應管。 再者，氣體導入部5可爲單一的氣體導入部，但亦 可設計隔離板9 ’俾將含原料氣體之氣體爲依各原料 氣體成分區分開而進行供給，依該隔離板9而區分爲 二層，形成第1流通路10、第2流通路1 1。此外， 亦可再加設第2隔離板，而形成第3流通路的設計方 式。 在本發明的氣相成長裝置中，反應管的橫切面形狀 、氣體導入部之形狀及形式，並無特別的限定。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-------訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483053 A7 B7 五、發明說明（8 ) 在本發明中’加熱器4係設計成實質平行基板配置 t氣體導入部的含原料氣體之氣體上游端加熱部分 1 2的發熱密度，大於下游端加熱部分丨3 a，丨3 b的發 熱密度。 加熱器的構成材質，可直接採用如鉬、鎢、碳化砂 '熱分解石墨等電阻體、或將該等以氮化硼等絕緣材 料覆使用。相關電阻體的種類、絕緣被覆的有無及種 類並無特別的限制。 在本發明中，加熱器通常係設計成與晶座約略相同 形狀的圓形板狀物，其上游端的加熱器部分，如第3 圖所示般，形成在橫形反應管中心軸方向上，以左右 對稱之±(40〜90)度角度包圍的扇形部分。最好是以 ±(5 0〜75)度的角度包圍的扇部分，使此部份的發熱 密度大於其他部分。 此外’加熱器可爲如第3圖所示角度將扇形分割後 組合’但亦可依第4圖所示，將一體形圓形狀加熱器 設計呈凸透鏡等形狀，而使改變上游端部分的發熱密 度。在本發明中，就加熱器的組合與維修容易度觀點 ’最好採用如第3圖所示分割形加熱器。更進一步， 可階段性改變圓形狀加熱器在圓周方向上的發熱密度 ，俾尋求在氣相成長中，基板面溫度分布的均勻化。 在本發明中加熱器上游端與下游端之發熱密度（w/ cm2)比，僅需上游端較大便可，其餘並無特別的限制 ，通常爲（1.1〜2):1，最好爲（1.2〜1.8):1左右。該等 -10- 本^氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 ^ « — — — — — —I — . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483053 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 發熱密度差的設計方法並無特別限制，亦可改變電阻 體種類，亦可改變電阻體的配置密度，更可採變化^附 加電阻體之電壓或電壓波形的方式。 加熱器各部分的發熱密度（w/cm2)係依照基板加熱 溫度、原料氣體流量、載氣流量、反應管形狀或大小 等因素而互異，一般均無特別的限制，通常在2 5〜 100 w/cm2左右範圍內。 在本發明中，晶座可爲應用習知技術者，僅要以可 承載基板同時進行均勻的氣相成長之方式，配合基板 的承載片數進行自轉及公轉，而有效率的傳導加熱器 之熱量的結構者便可，基本上其構造、形狀並無特別 的限制。 加熱器與基板間之熱傳導方法並無特別限制，在防 止對基板的污染及傳導均勻熱量目的下，於加熱器與 基板可加設如石英、或石英與碳等板。 本發明中採用的基板並無特別的限制，可採用如藍 寶石、Sic、整體鎵鈉鹽等中任一者。搭載於晶座上 之基板的大小及片數亦無特別的限制。 在本發明的氣相成長裝置中，基板與基板對面之反 應管壁間的間通常在20 mm以下，最好爲1 0mm以 下，更以在5 mm以下者爲佳。藉此可提升原料氣體 的利用效率。 在本發明中，爲防止氣相成長中的原料氣體分解生 成物或反應生成物，附著於基板對面的反應管壁上， -11- $紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐' "" I-裝---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483053 A7 B7 五、發明說明（1G ) 在與基板平行的對面反應管壁上，設有具通氣性的微 多孔質部。透過該等多數小孔，可將未含原料氣體之 氣體導入反應管內。藉此便可使未含原料氣體之氣體 在基板對面的反應管壁上形成較薄的氣體層，俾防止 原料氣體分解生成物或反成物附著於反應管壁上，同 時可提升原料氣體的利用效率。 該等微多孔質部係爲多數直管狀孔群，就形成薄氣 體層觀點而言，最好以石英玻璃等燒結體所形成者爲 佳。 該燒結體的孔徑並無特別的限制，但若燒結體的孔 過粗的話，便無法由微多孔質部均勻的流出氣體，反 之，若過細的話，則壓力損失將過大，而無法獲得所 需的氣體流量，故通常爲〇·1〜3mm左右，最好爲 0.3 〜2mm 〇 本發明之氣相成長裝置中，微多孔質部的大小，依 照反應管的形狀、反應管之未含原料氣體之氣體的導 入部形狀等而互異’一般上並無特別的限制。設置於 基板對面之反應管壁上的微多孔質部，通常設置於面 向基板面之對面的略上游部分或其附近位置處，並可 略對應基板大小，且利用由基板面朝下游端延伸，便 可防止下游端的反應管污染。其大小通常相對基板面 爲0.5〜5倍，最好爲1.0〜3.5倍左右。此處所謂基 板面的大小，係指氣相成長操作中，基板端面所描繪 最外端軌跡所圍繞出的面積。故，通常約略等於晶座 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .」各ην · ϋ·1 1 UBi mi i^i i·^— ϋ •l'*I n ^^1 I in I— ^^1 —.1 I 片4 483053 A7 _B7 五、發明說明（Π ) 外徑軌跡所劃出的面積。 在本發明之氣相成長裝置中，透過設置在反應管壁 上之具通氣性微多孔質部，而供給未含原料氣體之氣 體於導入部，雖可如第1圖所示般，由微多孔質部的 位置豎起，但亦可藉由將反應管壁設計爲雙重壁狀而 呈一體化構造。此外，爲提昇微多孔質部的耐壓性、 熱強度等’可使微多孔質部形狀形成具曲面結構方式。 本發明之氣相成長方法，乃如上述對本發明氣相成 長裝置所說明之加熱器結構般，在含原料氣體之氣體 所接觸到上游端加熱器部分之發熱密度，設計成大於 下游端加熱器之發熱密度的條件下，進行氣相成長的 方法。 本發明中採用的基板並無特別的限制，可採用如藍 寶石、S i C、整體鎵鈉鹽等中任一者。同時所處理基 板的片數亦無特別限制。 本發明之氣相成長方法中，氣相成長用的原料氣體 ’依目的半導體膜之不同而不同，可採用如氫化砷、 膦、石夕院等金屬氫化物、三甲基鎵、三甲基銦、三甲 基鋁等有機金屬化合物、氨、胼聯胺、烷基氨等。本 發明中所謂的原料氣體，係指在結晶成長之際，作爲 結晶構成元素，而取入於結晶中元素之供給源的氣體 。所謂的含原料氣體之氣體，係指將上述原料氣體， 利用氫、氦、氬、氮等氣體稀釋後供給的氣體。 本發明之氣相成長方法中，透過具通氣性微多孔質 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) " ----- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483053 A7 ___B7___ 五、發明說明（12 ) 部而導入於反應管內的未含原料氣體之氣體，係供在 反應管壁面上形成薄氣體層者，所以採用不影響氣相 成長的氣體，通常採用如氫、氮、氬、氮等氣體。其 流量只要能形成薄氣體層便可，平均相當於基板面基 大小的微多孔質部面積，通常含原料氣體之氣體的流 量爲1/5〜1/30，最好爲1/5〜1/10左右。若超過此 流量範圍時，基板上的氣流可能產生混亂情形，反之 ，若低於此流量範圍時，便無法形成薄氣體層，而無 法獲得供給未含原料氣體之氣體的效果。 此處將平均相當於基板面積大小的微多孔質部面積 予以限定，當微多孔質部由反應管相對向於基板的部 分起至下游部分均有設置時，即意味著相對應之該面 積的未含原料氣體之氣體供給量增加。 在本發明中，由具通氣性之微多孔質部所導入的未 含原料氣體之氣體，如上述，通常係採用不影響氣相 成長反應的氣體。但，如氨之類即便本身分解，其分 解生成物亦僅限於氣體之情況時，可取代上述氫、_ 、氮等，或與該等氣體混合使用。 利用上述反應管的結構’便不致污染基板對面的反 應管壁，而可執行氣相成長。而且，原料氣體的分解 生成物或反應生成物’亦不致由反應管壁上掉落，所 以毋須重複反應管的淸除動作亦可執行成長操作。 [實施例] 其次’藉由實施例’針對本發明進行具體說明，當 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) '' -—- I. ^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483053 A7 B7 13 五、發明說明（） 然本發明並不僅限於此。 (實施例1) 製作如第1圖所示結構的石英製反應管（內部尺寸 :寬280mm、高度20mm、長度1500mm)，同時可處 理6片直徑2英吋基板的氣相成長裝置。 加熱器係爲將熱分解石墨以氮化硼進行絕緣被覆， 在直徑260mm的圓形狀上，以各120度的角度扇形 分割成3部分，將相對含原料氣體之氣體，在上游端 加熱器部分的發熱密度與在下游端加熱器部分的發熱 密度比設定爲1 .3 : 1。設置於平行基板且其對面位 置之反應管壁上的具通氣性微多孔質部面積，爲晶座 面積的1 . 5倍。 使用此裝置，如下述直徑2英吋的藍寶石基板上， 進行GaN的結晶成長。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 裝---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將藍寶石基板放置於晶座上，將反應管內以氫氣取 代後，由氣體導入部的第1流通路，導入氨與氫的混 合氣體（氨40L/min、氫10L/min)，同時一邊透過微 多孔質部供給氮氣（氮50L/min)，一邊將基板在1〇5〇 °C下加熱20分鐘，進行基板的熱處理。接著，將基 板溫度昇溫至1 1 5 Ot，使溫度安定後，由氣體導入 部的第1流通路，導入氨與氫的混合氣體..(氨4 0L/ min、氫1 OL/miη)，同時由第2流通路導入含三甲基 鎵之氫氣（三甲基鎵240μηιο1/ηιίιι、氫氣50L/min)。 同時透過微多孔質部供給氮氣（氮50L/min)，進行 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 483053 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7___ 14五、發明說明（） GaN氣相成長60分鐘。此期間，晶座每分鐘旋轉1 2 次。如此重複5次的氣相成長。 此處，L/min係爲liter/min的簡略表示。 結果，在此期間內，在基板對面的反應管壁面上， 並未發現有固體物的附著。當冷卻後取出基板，並測 量GaN膜厚度時，在基板面內爲平均2.0± 0.1 μπι， 獲得均勻膜厚。 此處，對所獲得之GaN膜分別測量電氣特性，以 平均値表示，載體濃度爲3x10 17/cm3、載體移動度 爲45 0cm2/V · s，屬具非常優越特性的結晶。 (實施例2) 將實施例1中的加熱器，設計成一體成形的加熱器 ，直徑2 6 0 m m，以氮化硼絕緣被覆熱分解石墨，如 第4圖所示，將由中心點起5 00mm位置處，所規劃 出直徑500mm圓軌跡與該加熱器圓周所圍成的凸透 鏡狀部分之發熱密度’與其他部位的發熱密度比，設 定爲1 . 3 5 : 1。其他條件均與實施例1相同，進行在直 徑2英吋藍寶石基板的GaN結晶成長。 結果，在此期間內，在基板對面的反應管壁面上， 並未發現有固體物的附著。且當冷卻後取出基板，並 測量GaN膜厚度時，在基板面內爲平均2.1 ±0.1 μπι ，獲得均勻膜厚。 此處，對所獲得之GaN膜’分別測量電氣特性， 以平均値表示，載體濃度爲3xl〇17/cm3、載體移動 -16- 1本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） " (請先閱讀背面之注音^事項再填寫本頁) l·. 裝
m i^i ϋ 一OJ Βϋ i ϋ ϋ ·ϋ I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印 483053 A7 __B7__ 15 五、發明說明（） 度爲42 0cm2/V · S，屬具非常優越特性的結晶。 (比較例1) 將實施例1中以1 20度分割而成的加熱器，全部設 定爲相同發熱密度，並將反應管取代改用未具微多孔 質部的反應管’且未實行由平行基板之對面的反應管 壁上導入氮氣，除此之外，其餘均與實施例1相同， 進行G a N的氣相成長。 結果’在氣相成長處理中，由基板對面之反應管壁 部分，朝下游部位，發現有原料氣體的分解生成物逐 漸附著。另，在第2次成長處理中，可發現反應管壁 的附著物掉落於基板上，表面狀態明顯的大幅劣化。 對第1次成長實驗的GaN膜壓進行測量，在基板 面內範圍爲平均2 . 1 ± 0 · 1 μ m。且當測量電氣特性時， 載體濃度爲1.5xl018/cm3、載體移動度爲3 2 0cm2/v • s ° [發明功效] 藉由本發明之氣相成長裝置與氣相成長方法，即使 在1 00 0 °c以上的氣相成長，亦可將基板加熱維持均 勻的溫度，且可獲得具良好特性之半導體膜的成長。 再者，亦可防止隨原料氣體之分解生成物或反應生成 物附著於平行基板對面的反應管壁上所造成的污染， 而可提升原料氣體的利用效率。此外，毋須進行反應 管的淸掃，便可重複進行氣相成長操作。同時，因爲 固體物不致掉落於基板上，所以可經常維持高品質結 -17- \張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁)
· |_1· Bail Hi ^^1 n l^i —B-ai ^ I ϋ— 11 I— Hi 1_1 n I Φ. 483053 A7 _B7_ v 16五、發明說明（） 晶的生產率。 [圖式簡單說明] 第1圖係本發明氣相成長裝置之一例（具微多孔質 部）的縱向剖面示意圖。 第2圖係本發明氣相成長裝置之晶座一例（6片規 格）的平面示意圖。 第3圖係本發明氣相成長裝置之加熱器一例（1 )的 平面示意圖。 第4圖係本發明氣相成長裝置之加熱器一例（2)的 平面不意圖。 [參考符號說明] 1.....反應管 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 .....基板 3 .....晶座 4 .....加熱器 5 .....氣體導入部 6 .....排氣管 7 .....具通氣性之微多孔質部
^ ϋ 1 ϋ ϋ ·ϋ _1 ϋ 一 ^ Β ϋ mmmmt ϋ n« 11 l^i ϋ I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 8 .....未含原料氣體之氣體的導入部 9 .....隔離板 10 .....第1流通路 11· · · . •第2流通路 12.....圓形狀加熱器之上游端部分 13a，13b.....圓形狀加熱器之下游端部分 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 483053 A8 B8 C8 __ D8 六、申請專利範圍 1 · 一種氣相成長裝置，其特徵在於具備有橫形反應管的 半導體膜氣相成長裝置，該橫形反應管係具備有供搭 載基板的晶座、內藏有供加熱該基板的圓形狀加熱器 、且實質平行於該基板配置之至少一個含原料氣體的 氣體導入部，其中相對於該氣體導入部，該圓形狀加 熱器上游端部分的發熱密度，設定成大於下游端的發 熱密度。 · 2. —種氣相成長裝置，其特徵在於具備有橫形反應管的 半導體膜氣相成長裝置，該橫形反應管係具備有供搭 載基板的晶座、內藏有供加熱該基板的圓形狀加熱器 、貫質平行於該基板配置之至少一個含原料氣體的氣 體導入部、設置於平行於該基板對面之反應管壁上的 通氣性微多孔質部及透過其而導入未含原料氣體之氣 體的氣體導入部，其中相對於該含原料氣體的氣體導 入部，該圓形狀加熱器上游端部分的發熱密度，設定 成大未含於下游端的發熱密度。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之氣相成長裝置，其中該 圓形加熱器的上游端部分與下游端部分的發熱密度比 ，爲 1.1 〜2:1。 4·如申請專利範圍第1或2項之氣相成長裝置，其中該 圓形加熱器上游端部分，係相對橫形反應管的中心軸 ，以±(40〜90)度角度的扇形分割設計者。 5. —種氣相成長方法，其特徵在於一邊將搭載於設置在 橫形反應管內之晶座上的基板，利用圓形狀加熱器進 -19-_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂·--------· 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印剔取 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483053 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 行加熱，一邊由實質平行於基板而配置的含原料氣體 的氣體導入部，供給含有原料氣體的氣體，而在該基 板上氣相成長半導體膜之方法，其中，該含原料氣體 的氣體，該圓形狀加熱器上游端部分的發熱密度，設 定成大於下游端的發熱密度。 6· —種氣相成長方法，其特徵在於一邊將搭載於設置在 橫形反應管內之晶座上的基板，利用ΊΗ形狀加熱器進 行加熱，一邊由實質平行於基板而配置的含原料氣體 的氣體導入部，供給含有原料氣體的氣體，並透過設 置在平行於該基板對面之反應管壁上的微多孔質部而 將未含原料氣體之氣體導入於反應管內，俾在該基板、 上氣相成長半導體膜之方法，其中，該含原料氣體的 氣體，該圓形狀加熱器上游端部分的發熱密度，設定 成大於下游端的發熱密度。 7. 如申請專利範圍第5或6項之氣相成長方法，其中該 圓形狀加‘熱器的上游端部分與下游端部分的發熱密度 比，爲1 · 1〜2:1。 8. 如申請專利範圍第5或6項之氣相成長方法，其中該 圓形狀加熱器上游端部分，係相對橫形反應管的中心、 軸，以±(45〜90)度角度的扇形分割設計者。 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
TW090105116A 2000-03-08 2001-03-06 Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition process TW483053B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000062899A JP2001250783A (ja) 2000-03-08 2000-03-08 気相成長装置及び気相成長方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW483053B true TW483053B (en) 2002-04-11

Family

ID=18582850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW090105116A TW483053B (en) 2000-03-08 2001-03-06 Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition process

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20010021593A1 (zh)
JP (1) JP2001250783A (zh)
KR (1) KR20010088419A (zh)
CN (1) CN1316546A (zh)
TW (1) TW483053B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1454346B1 (en) * 2001-10-18 2012-01-04 Chul Soo Byun Method and apparatus for chemical vapor deposition capable of preventing contamination and enhancing film growth rate
CN100442441C (zh) * 2002-10-03 2008-12-10 Nxp股份有限公司 形成外延层的方法和设备
EP1608794B1 (de) * 2003-03-21 2009-09-16 Forschungszentrum Jülich Gmbh Vorrichtung zur abscheidung von verbindungen auf einem substrat mittels metallorganischer gasphasendeposition
DE10325629A1 (de) * 2003-03-21 2004-10-07 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Abscheidung von Verbindungen auf einem Substrat mittels metallorganischer Gasphasendeposition
DE602006021108D1 (de) * 2005-09-05 2011-05-19 Japan Pionics Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung
JP4232837B2 (ja) * 2007-03-28 2009-03-04 住友電気工業株式会社 窒化物半導体発光素子を作製する方法
US9487858B2 (en) * 2008-03-13 2016-11-08 Board Of Trustees Of Michigan State University Process and apparatus for diamond synthesis
KR101155766B1 (ko) * 2009-12-18 2012-06-12 파이니스트 주식회사 사파이어 히터
US20220235466A1 (en) * 2019-06-06 2022-07-28 Picosun Oy Porous inlet

Also Published As

Publication number Publication date
CN1316546A (zh) 2001-10-10
US20010021593A1 (en) 2001-09-13
JP2001250783A (ja) 2001-09-14
KR20010088419A (ko) 2001-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW544775B (en) Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition method
JP4534978B2 (ja) 半導体薄膜製造装置
CN104412362B (zh) 碳化硅外延晶片及其制备方法
JP2009164162A (ja) 気相成長装置および単結晶薄膜の成長方法
TW512431B (en) Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition method
TW483053B (en) Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition process
US20100229794A1 (en) Vapor phase epitaxy apparatus of group iii nitride semiconductor
US20170345658A1 (en) Method for manufacturing sic epitaxial wafer and sic epitaxial growth apparatus
WO2016129685A1 (ja) 炭化珪素のエピタキシャル成長方法
JP2016050164A (ja) ＳｉＣ化学気相成長装置
JP2004072054A (ja) 気相成長装置および気相成長方法
CN216338069U (zh) 一种晶圆成膜的固定装置
WO2013107343A1 (zh) 用于化学气相沉积工艺的喷淋头
JP6783722B2 (ja) 窒化ホウ素膜の成長装置および方法
JP2003086516A (ja) サセプタ、ｃｖｄ装置、成膜方法、および半導体装置
JPH0658880B2 (ja) 気相エピタキシヤル成長装置
JP2001284269A (ja) 気相成長装置及び方法
JPH08335557A (ja) 気相エピタキシャル成長装置
JP2004253413A (ja) 化合物半導体気相成長装置
WO1996023912A1 (en) DEVICE FOR EPITAXIALLY GROWING SiC BY CVD
TW202315968A (zh) 成膜裝置及使用此成膜裝置的結晶性半導體膜的成膜方法
JPH06232054A (ja) サセプタの製造方法
JP2001262346A (ja) ピンホ−ルを低減したＳｉＣ被覆黒鉛部材の製法
JP2021009889A (ja) 成膜装置および成膜方法
JP2021005589A (ja) 成膜装置および成膜方法

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees