專利名稱：化合物半導(dǎo)體制造用的水平反應(yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造裝置的反應(yīng)爐，特別是涉及大面積的III-V族化合物半導(dǎo)體制造用的水平反應(yīng)爐。
現(xiàn)有技術(shù)滿足計(jì)算機(jī)、通信、多媒體等未來(lái)信息領(lǐng)域所必須的高速化、大容量化、廣域化、個(gè)人化、智能化、圖像化的化合物半導(dǎo)體元件，大部分是通過(guò)取向生長(zhǎng)法制造的。
化合物半導(dǎo)體可以用作顯示器用的發(fā)光二極管(LED)、光通信、CD/VD(激光唱片/錄像盤(pán))用的LD(激光唱片)、受光元件、高速計(jì)算機(jī)用元件、衛(wèi)星通訊用元件等，可以推測(cè)今后可以用于移動(dòng)通訊、高密度ODD(光學(xué)數(shù)字顯示器)用的藍(lán)色LD(激光二極管)、光計(jì)算機(jī)用元件等。彩色圖像、圖影及顯示元件等所用的發(fā)光元件，可以把紅色、綠色、藍(lán)色的三色LED進(jìn)行組合而實(shí)現(xiàn)全色顯示。
其中，藍(lán)色LED是采用具有約450nm左右發(fā)光波長(zhǎng)的III-V族氮化物類半導(dǎo)體材料AlN、GaN和InN等制造的。在制造III-V族氮化物半導(dǎo)體時(shí)，通常使用有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積(MOCVD)裝置，該裝置分成水平反應(yīng)爐及垂直反應(yīng)爐兩種形式。
采用MOCVD裝置使III-V族化合物半導(dǎo)體取向薄膜生長(zhǎng)時(shí)，作為III族原料，一般使用液態(tài)有機(jī)金屬，通過(guò)輸送氣體(載氣)將其供給反應(yīng)爐。V族原料，主要是以氣體狀態(tài)直接地或通過(guò)輸送氣體進(jìn)行稀釋后供給反應(yīng)爐。此時(shí)，為了得到質(zhì)量好的取向薄膜生長(zhǎng)，重要條件之一是控制基板上的反應(yīng)氣的流速，反應(yīng)氣的層流必須以與基板平行的方式形成。
為了得到這樣的流動(dòng)，由于垂直反應(yīng)爐的噴射器部分和接受器之間非常近，故必須使放置基板的接受器以高速(數(shù)百～數(shù)千rpm)旋轉(zhuǎn)。與此相反，水平反應(yīng)爐，由于反應(yīng)氣的流動(dòng)易于與基板平行地形成比較好的層流，因此，薄膜的厚度比采用垂直反應(yīng)爐時(shí)要均勻，這是其優(yōu)點(diǎn)。然而，難以實(shí)現(xiàn)大面積生長(zhǎng)，這是其缺點(diǎn)。
涉及采用現(xiàn)有技術(shù)制造III-V族化合物半導(dǎo)體的文獻(xiàn)，可以舉出Nakamura等的美國(guó)專利5433169以及Crawley等的歐洲專利第0687749 A1號(hào)。
本發(fā)明擬解決的課題本發(fā)明的目的是提供一種既能實(shí)現(xiàn)水平反應(yīng)爐層流又能提高制造大面積均勻薄膜的III-V族化合物半導(dǎo)體制造用的水平反應(yīng)爐。
用于解決本課題的辦法為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種水平的反應(yīng)爐，其特征在于，在該化合物半導(dǎo)體制造用水平反應(yīng)爐中，設(shè)置有密閉的容器形狀的反應(yīng)爐外殼、位于所述反應(yīng)爐外殼內(nèi)部的接受器，該接受器上面有數(shù)個(gè)安放基板的基板放置部分、接受器加熱裝置、從上述接受器的中央下部供給V族氣體的V族氣體供應(yīng)裝置、對(duì)著上述接受器的上面中央從上部供給III族原料及輸送氣體的III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置以及用于把反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)氣體排出反應(yīng)爐外的反應(yīng)氣體排出裝置。
優(yōu)選的是，所述III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置的出口應(yīng)處于上述V族氣體供應(yīng)裝置的出口相對(duì)應(yīng)的位置。
另外，本發(fā)明的水平反應(yīng)爐要求還包含在上述V族氣體供應(yīng)裝置出口的上部形成一個(gè)使通過(guò)所述出口將供給的V族氣體流動(dòng)導(dǎo)向至半徑方向外側(cè)的V族氣體流動(dòng)的導(dǎo)向部分、從上述III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置出口形成隔離，使通過(guò)上述出口供應(yīng)的III族原料及輸送氣體的流動(dòng)導(dǎo)向半徑方向外側(cè)的III族原料及輸送氣體流動(dòng)的導(dǎo)向部分。
上述III族原料及輸送氣體流動(dòng)導(dǎo)向部分，優(yōu)選是其頂點(diǎn)向著上側(cè)形成圓錐形。
上述反應(yīng)爐外殼的上板，從其中心愈往半徑方向的外側(cè)，高度愈低地形成傾斜。
另外，本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體制造用水平反應(yīng)爐還要求有在V族氣體到達(dá)基板前加熱V族氣體的加熱裝置和使上述接受器旋轉(zhuǎn)的接受器旋轉(zhuǎn)裝置。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是本發(fā)明反應(yīng)爐的概略圖。
圖2是具有多個(gè)基板容納部分的接受器的概略平面圖。
本發(fā)明實(shí)施方案下面通過(guò)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選的大面積化合物半導(dǎo)體制造用水平反應(yīng)爐的概略圖。本發(fā)明的反應(yīng)爐，在化合物半導(dǎo)體形成的反應(yīng)工序中主要用于MOCVD(金屬有機(jī)化合物氣體淀積)工序，也可用于上述目的其他工序。
圖1示出的反應(yīng)爐1包括密閉的容器形狀的反應(yīng)爐外殼10、容納數(shù)個(gè)形成半導(dǎo)體膜的基板60的接受器20、用于加熱接受器20上基板60的接受器加熱裝置70、V族氣體供應(yīng)裝置40、III族原料及輸送氣體的供應(yīng)裝置30以及從反應(yīng)爐外殼10排出反應(yīng)氣C的反應(yīng)氣排出裝置50。
反應(yīng)爐外殼10是圖1所示的密閉的容器形狀，其內(nèi)部容納接受器20。反應(yīng)爐外殼10的上板12與接受器20的上面22一起，具有使反應(yīng)氣C形成層流流動(dòng)的功能，并覆蓋上述接受器20的整個(gè)上面22。另外，在反應(yīng)爐外殼10的上板12中央，形成一個(gè)與反應(yīng)爐外殼10內(nèi)部相通的III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置30的出口，以使III族原料及輸送氣體供入反應(yīng)爐1內(nèi)。在反應(yīng)爐外殼10的側(cè)面具有使形成半導(dǎo)體膜而殘留的反應(yīng)氣C排至外部的反應(yīng)氣排出口55，在接受器20的外側(cè)面和反應(yīng)爐外殼10側(cè)面之間形成反應(yīng)氣可以流通的通路。
反應(yīng)爐外殼10的下部面，一方面把反應(yīng)爐外殼10的內(nèi)部與外部隔斷使保持密封狀態(tài)，另一方面具有使V族氣體A導(dǎo)向反應(yīng)爐1內(nèi)的V族氣體供應(yīng)管41和接受器20旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部分25。
如圖2所示，在接受器20的上面，備有可以容納多個(gè)半導(dǎo)體生長(zhǎng)形成用基板60的多個(gè)基板容納部分65，基板容納部分65沿著接受器20的四周配置。另外，在接受器20中，在接受器20的中央形成用于供應(yīng)V族氣體A的V族氣體供應(yīng)裝置40的出口。
用于使接受器20旋轉(zhuǎn)的接受器旋轉(zhuǎn)部分25，優(yōu)選從接受器20的下面向下延長(zhǎng)而形成。另外，接受器20和旋轉(zhuǎn)部分25也可以形成獨(dú)立的部件。旋轉(zhuǎn)部分25可采用其他的驅(qū)動(dòng)源使其旋轉(zhuǎn)，通過(guò)該旋轉(zhuǎn)部分25及接受器20的旋轉(zhuǎn)，在離接受器20中心相同距離的圓周方向容納的多個(gè)基板60，可分別進(jìn)行均質(zhì)的薄膜生長(zhǎng)。另外，在接受器旋轉(zhuǎn)部分25的內(nèi)側(cè)空間設(shè)置用于加熱接受器座20的加熱器電線、溫度氣體傳感器等。
V族氣體供應(yīng)裝置40，是把V族氣體A從反應(yīng)爐1的外部氣體供應(yīng)源導(dǎo)向反應(yīng)爐外殼10的V族氣體供應(yīng)管41而構(gòu)成的，其出口貫穿接受器20的中央延長(zhǎng)至上面22，形成通過(guò)它把V族氣體A噴射至上部。通過(guò)接受器20的中央供給的V族氣體A，與III族原料及輸送氣體B混合，然后，沿著反應(yīng)爐外殼10的上板12的內(nèi)表面和接受器上面22之間形成的反應(yīng)氣體流動(dòng)通路沿著半徑方向的外側(cè)以形成反應(yīng)氣體C的層流而流動(dòng)。
III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置30，是由III族原料及輸送氣體供應(yīng)管31構(gòu)成，該供應(yīng)管31把來(lái)自反應(yīng)爐1外部的III族原料及輸送氣體供應(yīng)源的原料氣導(dǎo)至反應(yīng)爐外殼10內(nèi)部，其出口在反應(yīng)爐外殼10的上板12上形成，通過(guò)它供應(yīng)的III族原料及輸送氣體B，與V族氣體供應(yīng)裝置供應(yīng)的V族氣體A，在到達(dá)基板60前互相混合，形成反應(yīng)氣C。
優(yōu)選的是，上述III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置30的出口是對(duì)著接受器20中央形成的上述V族氣體供應(yīng)裝置40的出口位置。從反應(yīng)爐1中央的上部及下部分別供應(yīng)的III族原料及V族氣體A，一邊形成層流流動(dòng)一邊互相接觸及混合，從接受器20的中央向半徑方向的外側(cè)形成均勻的層流而進(jìn)行流動(dòng)，因此，在接受器上面22沿圓周方向容納的全部基板20，同時(shí)形成均勻的薄膜。
另外，如圖1所示，反應(yīng)爐外殼10的上板12，除中央的III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置30的出口部分外的其余部分，從反應(yīng)爐外殼10的中心部分愈往半徑方向的外側(cè)愈向低傾斜。通過(guò)這樣的構(gòu)成，由于氣體從中央往半徑方向外側(cè)流動(dòng)，可以抑制由于熱引起的往上面浮起的現(xiàn)象。另外，由于從反應(yīng)爐1中央愈往半徑方向的外側(cè)剖面面積愈小，具有可防止因半徑方向的外側(cè)更易于產(chǎn)生反應(yīng)氣C的消耗而使氣體濃度減少的效果。
更優(yōu)選的是，如圖1所示，在上述III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置30的出口，形成III族原料及輸送氣體的噴射器部分34，其具有以均勻間隔形成的許多孔的圓柱形出口，由此可以防止氣體渦流，形成更穩(wěn)定的層流。
為了最大限度地抑制通過(guò)來(lái)自接受器20的熱而在反應(yīng)爐外殼10的上板12上形成的某些副產(chǎn)物的附著，上板20可用水冷套管90的冷卻水加以冷卻。另外，在反應(yīng)爐外殼10的上板12上還可以設(shè)置用于檢測(cè)基板60溫度的高溫測(cè)定傳感器導(dǎo)入部分。
更優(yōu)選的是，在上述V族氣體供應(yīng)裝置40的出口上部設(shè)置流動(dòng)導(dǎo)向部分45，使通過(guò)該出口供應(yīng)的V族氣體A的流動(dòng)導(dǎo)向半徑方向的外側(cè)。流動(dòng)導(dǎo)向部分45是由與接受器20的中心軸同軸的圓柱形容器構(gòu)成的，其中包括導(dǎo)向罩44、與V族氣體供應(yīng)裝置40的出口連通的下面48，以及，在導(dǎo)向罩44和下面48之間具有均勻的間隔貫穿多個(gè)孔的噴射器部分46的側(cè)面形成的。由此，V族氣體A在近似垂直的方向噴射時(shí)，可防止因與從上部噴射的III族原料及輸送氣體B碰撞，而發(fā)生的渦流。
即，V族氣體A通過(guò)上述流動(dòng)導(dǎo)向部分45的導(dǎo)向罩44的內(nèi)面流動(dòng)方向?qū)е羵?cè)面，通過(guò)在側(cè)面形成的噴射器部分46引導(dǎo)至半徑方向的外側(cè)。此時(shí)，噴射器部分46，從上述出口噴射出的V族氣體A與上述圓柱形容器的內(nèi)壁碰撞而產(chǎn)生的渦流，通過(guò)許多孔對(duì)著基板60平行噴射，使形成穩(wěn)定的層流。
噴射至垂直下方的III族原料及輸送氣體B也通過(guò)上述流動(dòng)導(dǎo)向部分45的導(dǎo)向罩44的外面，其方向沿著反應(yīng)爐外殼10的上板12內(nèi)側(cè)，導(dǎo)向至半徑方向的外側(cè)，形成穩(wěn)定的層流。因此，由于生成沒(méi)有渦流的穩(wěn)定的層流的反應(yīng)氣，在其作用下，有可能實(shí)現(xiàn)更均勻的薄膜生長(zhǎng)。另外，由于在與基板60最大限度地相鄰的地方生成反應(yīng)氣，在遠(yuǎn)離到達(dá)基板60前的地方生成反應(yīng)氣C，其副產(chǎn)物不會(huì)附著在反應(yīng)爐外殼10的上部表面內(nèi)側(cè)，使產(chǎn)生的原料損失減少，這是其優(yōu)點(diǎn)。
如圖1所示，優(yōu)選是上述流動(dòng)導(dǎo)向部分45的導(dǎo)向罩44形成近似的圓錐形。從圓錐形狀的上部噴射的III族原料及輸送氣體B，可防止與上述導(dǎo)向罩44產(chǎn)生碰撞而發(fā)生的渦流，流動(dòng)方向自然地達(dá)到與基板60平行的方向。
接受器的加熱裝置70設(shè)置在接近下面對(duì)著容納基板60的接受器下面24的接受器20的內(nèi)部空間，由于要加熱接受器20，所以，要同時(shí)加熱在接受器20上面22的容納的多個(gè)基板60。
優(yōu)選的是，本發(fā)明的水平反應(yīng)爐10還可以包含，在V族氣體A到達(dá)基板60前把V族氣體進(jìn)行預(yù)熱、進(jìn)行熱解的加熱裝置80。
在說(shuō)明的實(shí)施例中，流動(dòng)導(dǎo)向部分45，與導(dǎo)向罩44、下面48及供應(yīng)管41形成一個(gè)整體，而噴射器部分46及導(dǎo)向罩44也可以以分離方式使用。如采用這樣的結(jié)構(gòu)，可以容易地把堆積副產(chǎn)物的導(dǎo)向罩44洗凈。
表1是氮化鎵(GaN)生長(zhǎng)時(shí)，作為氮原料供給的氨，預(yù)熱分解后供給和不預(yù)熱分解供給的情況下，MOCVD裝置反應(yīng)爐中最佳生長(zhǎng)條件和生長(zhǎng)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)所用的反應(yīng)爐可以采用韓國(guó)專利0271831號(hào)記載的發(fā)明的裝置。
把氨預(yù)熱分解供給的場(chǎng)合，盡管供給較少量的原料，但成長(zhǎng)速度仍然迅速。即，把氨進(jìn)行預(yù)熱分解后供給時(shí)，生長(zhǎng)同樣厚度的薄膜，其原料的用量減少，操作時(shí)間也可以縮短，這是其長(zhǎng)處，從Hall測(cè)定結(jié)果可知，可生長(zhǎng)更優(yōu)良的薄膜。
表1MOCVD裝置反應(yīng)爐的最佳生長(zhǎng)條件及生長(zhǎng)結(jié)果

發(fā)明的效果本發(fā)明提供一種采用上述結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體制造用水平反應(yīng)爐，其呈現(xiàn)反應(yīng)氣的層流并可以制造提高大面積均勻的薄膜的III-V族化合物半導(dǎo)體制造用反應(yīng)爐。
權(quán)利要求
1.一種水平反應(yīng)爐，其特征是，在化合物半導(dǎo)體制造用水平反應(yīng)爐中，具有密閉的容器形狀的反應(yīng)爐外殼；位于上述反應(yīng)爐外殼內(nèi)部的接受器，該接受器上面具有多個(gè)容納基板的基板容納部分；接受器加熱裝置；從上述接受器的中央下部供給V族氣體的V族氣體供應(yīng)裝置；向著上述接受器上面的中央，從上部供給III族原料及輸送氣體的III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置以及把反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)氣排出反應(yīng)爐外部的反應(yīng)氣排出裝置。
2.權(quán)利要求1中所述的水平反應(yīng)爐，其特征是，上述III族原料及輸送氣體的供應(yīng)裝置的出口是對(duì)應(yīng)于上述V族氣體供應(yīng)裝置的出口而形成的。
3.權(quán)利要求1或2中所述的水平反應(yīng)爐，其特征是，還可以含有V族氣體流動(dòng)導(dǎo)向部分，其在上述V族氣體供應(yīng)裝置的出口上部形成，并把通過(guò)上述出口供給的V族氣體流動(dòng)導(dǎo)向至半徑方向的外側(cè)。
4.權(quán)利要求1或2中所述的水平反應(yīng)爐，其特征是，還可以含有III族原料及輸送氣體流動(dòng)導(dǎo)向部分，其與上述III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置出口隔離而形成，通過(guò)上述出口把供給的III族原料及輸送氣體的流動(dòng)導(dǎo)向至半徑方向的外側(cè)。
5.權(quán)利要求4中所述的水平反應(yīng)爐，其特征是，上述III族原料及輸送氣體流動(dòng)導(dǎo)向部分的頂點(diǎn)是向著上側(cè)形成的圓錐形。
6.權(quán)利要求1或2中所述的水平反應(yīng)爐，其特征是，上述反應(yīng)爐外殼的上板，從其中心愈往半徑方向的外側(cè)，高度愈向低方面傾斜。
7.權(quán)利要求1或2中所述的水平反應(yīng)爐，其特征是，還含有把V族氣體到達(dá)基板前進(jìn)行加熱的V族氣體加熱裝置。
8.權(quán)利要求1或2中所述的水平反應(yīng)爐，其特征是，還含有使上述接受器旋轉(zhuǎn)的接受器旋轉(zhuǎn)裝置。
9.權(quán)利要求1或2中所述的水平反應(yīng)爐，其特征是，把上述III族原料及輸送氣體和上述V族氣體，在到達(dá)上述基板前進(jìn)行混合而成反應(yīng)氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及可以形成大面積均勻薄膜的化合物半導(dǎo)體制造用水平反應(yīng)爐。在化合物半導(dǎo)體制造用水平反應(yīng)爐中,含有密閉的容器形狀的反應(yīng)爐外殼和具有幾個(gè)容納基板的基板容納部分的上面,所述上面包括:位于上述反應(yīng)爐外殼內(nèi)部的接受器、接受器加熱裝置、從該接受器的中央下部供給V族氣體的V族氣體供應(yīng)裝置、向著上述接受器上面的中央,從上部供給III族原料及輸送氣體的III族原料及輸送氣體供應(yīng)裝置以及把反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)氣排出反應(yīng)爐外部的反應(yīng)氣排出裝置。
文檔編號(hào)C23C16/458GK1386898SQ02119870
公開(kāi)日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月17日
發(fā)明者樸根燮, 南承宰, 李喆魯, 白秉峻 申請(qǐng)人:漢沃克有限公司