帶有圓柱形進氣機構的金屬有機化合物化學氣相沉積反應器的製作方法

2023-05-09 15:08:41

專利名稱：帶有圓柱形進氣機構的金屬有機化合物化學氣相沉積反應器的製作方法
帶有圓柱形進氣機構的金屬有機化合物化學氣相沉積反應
器本發明首先涉及一種用於沉積塗層尤其半導體層的設備，包括一個圍繞中心基本上旋轉對稱設置的處理室，處理室有一個由設在水平面內的基座構成的底部、一個設在基座垂直上方的處理室頂蓋、一個在中心內在基座與處理室頂蓋之間延伸的、包括垂直疊置的進氣室的進氣機構，以及一個設在基座垂直下方用於加熱基座的加熱器，其中在基座上設有多個與進氣機構間隔設置的基片架用於承接要塗層的基片，其中最上面的進氣室緊鄰處理室頂蓋以及與一輸入管連接，該輸入管用於將氫化物與載氣一起引入處理室中，其中最下面的進氣室緊鄰基座以及與一輸入管連接，該輸入管用於將氫化物與載氣一起引入處理室中，其中至少一個設在最下面的進氣室與最上面的進氣室之間的中間進氣室與一輸入管連接，該輸入管用於將一種金屬有機化合物弓I入處理室中。除此之外，本發明還涉及這種用於在基片上沉積半導體層的設備的應用，其中，通過最上面的進氣室的出氣口和通過最下面的進氣室的出氣口，與載氣一起將一種氫化物， 例如NH3、PH3或AsH3,以及通過中間進氣室的出氣口將一種金屬有機化合物，例如TMGa、 TMIn或TMAl，引入藉助加熱器加熱的處理室內。DE 10 2004 009 130 Al介紹了一種MOCVD (金屬有機化合物化學氣相沉積)反
應器的進氣系統，其中工藝氣體通過三個在不同高度垂直疊置的進氣區引入處理室內。處理室環形地圍繞設置在處理室對稱中心的進氣機構延伸。為了在基片上沉積出III-V半導體層，通過最下面和最上面的進氣區分別引入形式上為氫化物的V成分。通過處於它們之間的中間進氣區，在處理室內引入形式上為金屬有機化合物的III成分。這三個疊置的進氣區構成朝處理室方向開口的進氣室。只有中間進氣室被一個由多孔材料製成的環形件封閉。這種環形件應起阻擋壓力的作用。所述基片環形地圍繞設在處理室中心的進氣機構分組。DE 10 2005 056 320 Al介紹了一種帶有進氣機構的CVD (化學氣相沉積)反應器，進氣機構形成兩個垂直疊置的進氣區。進氣機構被冷卻的下端側置入從下部被加熱的感受體的一個底部凹槽內。DE 101 53 463 Al同樣介紹了一種用於沉積III-V半導體層的、帶有一個設在處理室中心的進氣機構的MOCVD反應器。在這裡，V成分通過進氣機構下側的一個端側孔引入處理室內。III成分從設在上面的、被多孔環圍繞的進氣室流入處理室內。DE 100 64 941 Al介紹了一種類似的設備。在那裡，被多孔環圍繞的進氣室面朝中心方向的後側具有旋轉雙曲面的形狀，以便賦予從多孔壁流出的氣流一種確定的流動剖 採取本文開頭所述的DE 10 2004 009 130 Al介紹的措施，實現了初步提高 MOCVD反應器的效率。在那裡建議，V成分不僅直接在基座上方，而且還直接在處理室頂蓋下方引入處理室。基座從下面通常通過電阻加熱器或頂加熱器主動加熱，以便使基座表面達到要求的處理溫度，而處理室頂蓋通常不主動加熱，而是大多主動冷卻。基於此在流過氣體的處理室內部形成垂直的溫度梯度。
一般使用的原材料，亦即PH3、AsH3和NH3或TMGa、TMIn或TMAl，在不同溫度時分解為氣相。金屬有機成分的分解溫度明顯低於氫化物的分解溫度。前者在約170°C時便已經分解，而NH3的分解溫度則遠高於1500°C。但是安放有基片的基座表面上的處理溫度僅處於500°C至1200°C的範圍內。因此晶體生長基本上取決於所提供的III成分的量。在現有技術中普通的總壓為200mbar時，生長率在每小時2至3 μ m的範圍內。採用本文開頭介紹的設備沉積出用於製造高亮度發光二極體的垂直層狀結構。對於效率，亦即發光二極體的能量利用率重要的是發光二極體的p-n層結構沉積其上的表面的結晶品質。這種層結構重要的材料是GaN。因為出自於經濟性的原因使用一種晶格常數與GaN不同的基片材料，亦即通常使用Al2O3，所以必須在基片上沉積緩衝層，為的是能在後者上晶格適配地沉積真正的有源層。沉積這種緩衝層首先需要直接在藍寶石基片上沉積一個GaN成核層。這在比較低的生長溫度(在500°C與600°C之間)下進行。然後在該比較薄的成核層上沉積一個典型為5 μ m厚的緩衝層，使應在上面沉積有源層的緩衝層表面有最佳的結晶特性。緩衝層表面質量取決於原材料在氣相內的V/III比以及氣相內的總壓。 這兩個值必須儘可能大。隨著總壓的增大氫化物在氣相內的分解率也升高。因此力求總壓處於大氣壓力的範圍內，以及力求氣相內氫化物亦即NH3的濃度儘可能高。同時出自於效率的原因，值得追求的是提高晶體生長率。如本文開頭所述的現有技術中說明的那樣，在MOCVD反應器中沉積緩衝層的過程時間或處理時間典型地約為兩個小時。增大TMGa(三甲基鎵)流量雖然能夠提高生長率，但是並不帶來期望的效果。也就是說，可以發現只是在氣相內TMGa濃度比較低的情況下，生長率才隨TMGa濃度線性上升。 從某一個TMGa濃度起出現飽和效應。這種飽和效應導致處理過程中材料利用率大幅降低。 即使更多地輸入原材料，材料的沉積塗層也只是小量地增加。但是提高氣相內的TMfei濃度不僅導致材料利用率降低，而且還導致氣相內各原材料之間均勻的氣相反應增多。此外還觀察到，為實現氫化物更高的分解率而將處理室內部的總壓提高到超過典型使用的200mbar，同樣導致原材料之間均勻的氣相反應增多。在這裡相關的均勻氣相反應，理解為氣相內部以金屬有機成分與氫化物之間生成加合物的方式的成核。成核的數量一方面取決於處理溫度，以及另一方面與原材料在500°C至700°C的臨界溫度範圍內的停留時間有關。此外成核的數量還取決於處理室內部並且尤其在氣相內晶核形成的前提條件。可以觀察到，晶核的形成不均衡地取決於氣相內的速度及溫度梯度。在如由上述現有技術所說明的進氣系統中，可形成高的溫度梯度並基於氣體分離邊緣也形成高的速度梯度。它們不巧位於這個範圍內，在該範圍內氣體溫度處於500°C與 700°C之間的臨界溫度範圍內。也就是說，為了避免在進氣機構內部預反應，原材料在引入處理室進口區之前必須被儘可能冷卻。本發明從通過實驗和理論分析獲得的認識出發，亦即採用迄今的反應器幾何結構，尤其採用迄今的進氣機構的構型，不可能通過進一步增加氣相中TMGa的濃度提高生長率，並且也不可能通過提高總壓改善晶體質量。本發明所要解決的技術問題在於，提供一些措施，採取這些措施可以通過增加供給III成分進一步提高生長率以及通過提高總壓改善晶體質量，與此同時不會發生在現有技術中觀察到的有害的成核。該技術問題通過在權利要求中說明的本發明解決，其中每項權利要求體現該技術問題的一種獨立的解決辦法。通過不僅在實踐上而且在理論上執行的多種優化試驗證明，修改進氣機構解決了上述技術問題。首先和主要規定，進氣室朝處理室方向被環形壁封閉。與現有技術不同，全部三個疊置的進氣室朝處理室方向均被透氣的環形壁封閉。但環形壁不是由多孔材料構成，而是具有緊密並列的出氣口。這是重要的，因為業已證明，儘管多孔壁使得進入處理室的氣體均勻化，但足多孔體的細小孔很快被堵塞。造成這種堵塞的原因在於多孔體內較高的溫度梯度和速度梯度。此外重要的是，疊置的構成環形壁的環形件有統一的外徑。因此從上面伸入處理室內的整個進氣機構有圓柱體的外形。沒有任何零件從圓柱體外周面伸出。因此環形壁無突起地伸入進氣室內。這用於將在從進氣機構排出的工藝氣體流中的速度梯度減小到最低程度。因此按本發明出氣口的邊緣形成外壁唯一的氣流分離邊緣。該邊緣在此僅沿直或圓的區段延伸。因此邊緣的輪廓線無拐點地延伸。出氣口構成窗體。它們基本上具有恆定的開口面積，該開口面積在環形件從內壁到外壁的整個材料厚度上保持恆定。因此，該窗體具有直線延伸的窗框。開口面積的絕對尺寸具有一個最佳的範圍。最佳的是，出氣口的面積處於2mm2至6mm2之間的範圍內。此外最佳的是，出氣口設計為細長的。 在此，縫隙寬度可以在0. 2mm至1.5mm之間。與處理室的頂蓋或底部相鄰的環形壁出氣口優選具有比中間環形壁的出氣口更大的縫隙寬度。中間環形壁的出氣口的縫隙寬度優選約為 0.3mm，而外側環形壁的出氣口的縫隙寬度優選約為1mm。不同的環形壁其長寬比也可以是不同的。寬度與長度之比基本上取決於待引入處理室中的工藝氣體的摩爾質量/分鐘。若使用々勸3或？!13，則寬度/長度之比大約為0.3。當使用NH3時約為0.2。對於純載氣(氫氣或氮氣)或溶解在載氣中的金屬有機物成分，縫隙寬度與縫隙長度之比在0. 05至0. 2之間的範圍內。優選對於氫氣約為0. 05而對於氮氣約為0. 2。出氣口原則上可以具有正方形或圓形的橫截面。但業已證明，可對該橫截面進行優化。開口面積的長寬比應處於2至6之間，或3至5之間的範圍內，從而形成細長的開口橫截面。也有利的是，開口面積具有大於3的長寬比。理論分析、建模計算和實驗業已證實，在這些前提條件下將氣體從處理室向進氣室的回流減至最少。氣體沿流動方向直線流過的出氣口優選均勻地分布在環形件的表面上。工藝氣體優選沿徑向直線地流經這些出氣口，使得工藝氣體不會經過轉向。這些出氣口具有無拐點的輪廓。在工藝上重要的還有開口面積的之和。它應處於環形壁外側總面積的15%至50%之間的範圍內。但孔隙率，即開口面積之和與總面積之間的比例也與使用的工藝氣體有關。氫化物應通過最上面的出氣口和最下面的出氣口引入處理室中。若由此引入AsH3或PH3，則使用孔隙率約為25%的環形壁。該環形壁分別在上方和下方在大約15%的處理室高度上延伸。在使用NH3時，上部或下部環形壁的孔隙率優選約為40%。這兩個環形壁分別在大約20%的處理室高度上延伸。中間區在剩餘的處理室高度上延伸，通過該中間區將金屬有機化合物以及載氣引入處理室中。若載氣是氫氣，則孔隙率優選為15%。中間環形區在大約70%的反應器高度上延伸。若使用氮氣作為載氣，則孔隙率約為40%。中間環形區在大約60%的反應器高度上延伸。此外有利的是，細長的出氣口垂直地相互重疊。以此方式形成伯努利屏障。因此有效地避免了渦流並且由此避免了沿垂直方向隨之產生的速度梯度。此外有利的是，細長的出氣口以20°至60°，優選30°至45°的角度傾斜於垂直線延伸。縫隙相互優選以魚刺狀的形式延伸。由此避免了所謂連續垂直的伯努利泵。兩個相鄰出氣口的距離選擇為小於出氣口的長度。該距離優選在0.5mm至2mm之間。縫隙寬度最佳為大約1mm。進氣區也就是環形表面的高度分配優選這樣對稱地進行，使得上部和下部進氣區具有相同的高度。用於環形件的材料可以是石英或者石墨。各進氣室如現有技術那樣由圓盤狀的水平隔板相互分隔開。這種圓盤狀水平隔板的外部輪廓沿圓弧線延伸。環形件優選支承在水平隔板的邊緣上。在一種優選設計方案中，進氣機構與形成進氣室頂蓋的蓋板固定連接。若打開蓋板，就隨之將進氣機構從處理室中取出。進氣機構面朝基座的端側優選位於設置在基座中央的凹槽內。配屬於最下部的進氣室的端側優選被冷卻。為此，構成該端側的盤狀水平隔板具有可流過冷卻劑的冷卻劑腔。這樣確定進氣機構端側進入的凹槽的深度，使得最下部的水平隔板的上壁與基座的上側齊平。最上部的進氣室也由一個沿垂直方向延伸的最上部的盤狀體界定。該最上部的盤狀體朝向下的壁與處理室頂蓋朝向下的壁齊平。通過按現有技術的進氣機構可以在總壓為200mbar時達到最大為50slm(slm :Standardlitre per minute ；標準狀態下以L/min計的流量)的氣體總流量，而通過修改過的進氣機構幾何形狀可以實現 IOOslm的氣體總流量以及400mbar或更大的處理室壓力。業已證實，當環形壁具有35mm至 50mm，優選大約40mm的較小直徑時，可以進一步提高總流量和總壓。此外若這樣設計進氣室，使得其垂直高度大幅度地隨著與中心的徑向間距而增加，則能夠在以大於250slm氣體總流量的運行中實現SOOmbar的總壓。在此，處理室可以具有大於600mm的直徑。因此，按本發明設備的處理室優選具有500mm至700mm之間的直徑。在此，處理室的高度處於25mm 至30mm的範圍內。以下參照附圖闡述本發明的實施例。在附圖中

圖1是剖切按本發明第一種實施例的MOCVD反應器的對角線剖面圖，其中，為了一目了然以直接闡述本發明的思想，不必要的細節被省去或僅粗略地示意性示出；圖2示出按圖1的設備的進氣機構的放大圖；圖3示出按圖1的進氣機構在進氣室區域內的另一放大局部區域；圖4示出圖3中區域IV的放大圖；圖5以按圖1的視圖示出按第二種實施例的進氣機構。真正的處理室1位於一個真空密封並且與真空泵相連的未示出的外殼中。為了一目了然，在圖1中示出了縮小直徑的處理室，以便能夠更加清楚地示出進氣機構4結構上的細節。處理室1的底部2'由一個石英或者石墨製成的基座2構成。在此是指直徑在 500mm至700mm之間的板狀體。在該圓盤狀板的中央具有凹槽28，在第一種實施例中，該凹槽具有約60mm至IOOmm的內徑。繞著該中央凹槽，環形地繞著中心11布置有多個基片架 5，它們分別被置入凹槽中，構造為圓盤狀並且由氣體流旋轉地驅動。關於這種布置參照DE 10 2004 009 130A1 的附圖 3。由石墨或者石英構成的處理室頂蓋3在基座2上方延伸，該處理室頂蓋3以其面朝基座2的下側形成處理室的頂蓋壁3'。處理室頂蓋3的外徑基本上與基座2的外徑一致。相互平行延伸的板件2、3的間距(定義出處理室的高度)約為30mm。在處理室頂蓋3的中央有一個開口，進氣機構4通過該開口伸入處理室1中。處理室頂蓋3可由進氣機構4支承。進氣機構4伸入處理室1中的圓柱體形區段的直徑與凹槽28的直徑一致。進氣機構4的端面21位於凹槽28內部，即與凹槽底部相對置。處理室1的沿徑向直接連接在圓柱體形進氣機構4的外壁上的區域構成進氣區，從進氣機構4的透氣圓柱周向壁流出的工藝氣體在該進氣區中引入處理室。工藝氣體在此沿徑向流過處理室 1，其中，由載氣輸送的組III和組V的化合物或組II和組VI的化合物高溫分解。分解的產物在置放於基片架5上的基片上沉積形成塗層。剩餘氣體沿徑向通過用附圖標記7表示的排氣區排出處理室1。進氣機構4伸入處理室1的圓柱體形區段具有三個垂直疊置的進氣室8、9、10。疊置的進氣室8、9、10彼此間通過沿水平面延伸的盤狀水平隔板12、13分隔開。進氣機構4 的端面21構成最下面的水平隔板，該端面具有可流過冷卻劑的冷卻劑腔18。最上面的進氣室8的上壁29同樣由一塊水平隔板構成。後者沿徑向延長至處理室頂蓋3。最上面的進氣室8藉助輸入管40與載氣源和氫化物源連接。載氣可以是氫氣、氮氣或一種惰性氣體。氫化物可以是4勸31!13或優選是NH3。這種氣體混合物經過輸入管14 流入進氣室8中。進氣室8朝向處理室1被環形壁包圍。構成該壁的環形件22可由石英或者由石墨製成，並且支承在水平隔板12的外邊緣上。環形件22具有緊密相鄰的、縱向縫形狀的出氣口 25，這些出氣口傾斜地延伸。這些相互平行延伸的出氣口 25構成一個由(許多)腹板隔斷的環狀開口。在最上面的進氣室8的下方具有一個高度約為兩倍的進氣室9，該進氣室9與輸入管15連接。該輸入管15與載氣源和金屬有機原始材料源連接。金屬有機原始材料可以是 TMGa、TMIn或TMA1。TMAl與載氣一起通過輸入管15輸入進氣室9。該進氣室9也由一個環形件23包圍，該環形件的壁具有作為出氣口的傾斜的縱向縫。在此，多排由腹板隔斷的出氣口 25疊置，其中，各出氣口不僅垂直疊置，還在水平方向上重疊。該出氣口 25的大小與上部環形件22的出氣口 25的大小一致。但中間環形件23的出氣口的傾角與上部環形件22和下部環形件24的出氣口 25的傾角方向相反。藉助另一個水平隔板13將中間進氣室9與下部進氣室分隔開。下部進氣室10與輸入管16連接。輸入管16也與載氣源和氫化物源連接。載氣和由此輸送的氫化物通過輸入管16輸入進氣室10內並且通過與上部環形件22的出氣口構造相同的出氣口 25從下部環形件24流出進入處理室中。在此，水平隔板26面朝進氣室10的壁基本上與基座2的上表面2'平齊。圖4以上部環形件22為例示出出氣口 25的構造和布置，這些出氣口也同樣設置在中間環形件23和下部環形件24中。出氣口 25具有長孔的形狀，該長孔具有沿縱向L彼此平行地直線延伸的邊緣區段。出氣口的長度L在2mm至20mm的範圍內。出氣口 25的寬度W在0.2mm至1.5mm的範圍內。業已證實有利的是，L/W之比大於3或在3至5的範圍內。兩個並排出氣口 25的定點間距D選擇為，使得將兩個相鄰出氣口 25的兩個縱向側分開的隔板的寬度處於寬度W的數量級或大約相當於寬度W的大小。出氣口 25的窄邊沿倒圓的輪廓線並且尤其沿圓弧線延伸。出氣口 25沿徑向直線地延伸。上述表面輪廓由兩個相對置的半圓和連接兩個半圓的相對置的直線構成。在此，半圓的直徑相當於出氣口的寬度W。每個出氣口 25以不變的橫截面積和不變的外周輪廓延伸穿過每個環形件22、23、24 的整個材料厚度。開口 25例如可通過雷射切割產生。因此出氣口 25的壁25'直線地延伸。總的來說，大量的出氣口 25均勻地分布在進氣機構4圓柱體形區段的整個周向面上。所有疊置的環形件22、23、24具有相同的內徑和外徑。由出氣口 25形成的開口的總面積大約相當於圓柱體形區段外周總面積(即環形件22、23、24的外周面)的20%至50%。為了確保在進氣室8、9、10內部起始物質即AsH3、PH3> NH3> TMGa, TMIn和TMAl不發生不期望的預分解，進氣機構4伸入處理室1的區段不僅在端面21的區域內(藉助通過冷卻通道19、20流入冷卻劑腔18中的冷卻劑)被冷卻，而且也藉助布置在最上面的進氣室 8上方的冷卻劑腔17進行冷卻。冷卻劑腔17也由冷卻劑流過。對處理室1的加熱從下部藉助用附圖標記27表示並且僅示意性示出的加熱器進行。該加熱器可以具有大量螺旋狀設置的匝圈，這些匝圈由IR加熱器或電阻加熱器構成。 基座2通過照射或渦流被加熱。處理室1內的工藝氣體同樣被加熱。通過熱傳遞和熱輻射， 處理室頂蓋3也被加熱。輸入管14、15和16橫向於處理室1的延伸方向延伸，即沿垂直方向彼此共軸地延伸。它們通過未示出的管道與如上所述的供氣系統的氣體源連接。在供氣系統中可以調節流速。為了在Al2O3基片上沉積出GaN緩衝層，這樣加熱基座2，使得基片6的表面達到約 1200°C的溫度。在總壓為400mbar時，總共有多於IOOslm的工藝氣體從進氣機構4流入處理室1。以大於2. 5mmol/min並且不超過3. 5mmol/min的TMGa流速工作。在這些工藝條件下，在基片或之前在該基片上沉積出的成核層上沉積GaN。在此，通過將NH3用作V成分，達到了每小時6 μ m或者更多的生長率。環形件22、23、24的出氣面積由於前述措施而被優化，使得在該處僅出現最小程度的溫度和速度梯度。氣流分離邊緣被減至最小，在氣流分離邊緣上可能形成渦流或其它影響氣體流均勻性的效應。出氣口 25基本上橢圓形延伸的邊緣構成唯一的氣流分離邊緣。 儘管不僅是環形件22、23、24直接相鄰，而且在處理室頂蓋3下方也具有原則上允許成核的溫度條件，但成核還是通過出氣口 25的幾何形狀和布置被有效地抑制。圖5示出進氣機構4的幾何形狀的另一改善方案，通過該改善方案進一步擴大了生長率與TMGa流量呈線性關係的區域，並且由此提升了反應器的效率。圖5示出的進氣機構4的圓柱體形區段具有縮小的直徑，即大約40mm。與圖1至圖3示出的進氣機構4不同，進氣室8、9、10的水平壁在此是拱曲的。進氣室8、9、10的高度在此沿徑向從中心11向環形件22、23、24連續增加。高度的增加是不成比例的，因此在進氣室8、9、10內沿徑向的氣體速度基本上恆定。形成出氣口 25的切縫的設計、其在進氣室8、9、10壁上的布置和其間距與需要通過各進氣區引入處理室中的工藝氣體有關。切縫優選相對於垂直線傾斜30°至45°的角度。由此可以製造出15%至50%的孔隙率(開口之和與總面積之比)。與進氣區的垂直高度相關聯地根據工藝氣體的摩爾質量/分鐘設置孔隙率。當使用AsH3或PH3作為氫化物時， 上部進氣室8和下部進氣室10的壁的孔隙率約為25%。在此，進氣室8、10的高度約為處理室高度的15%。在使用NH3時，進氣室8、10的壁的孔隙率約為40%。這時各進氣室在處理室垂直高度的20%上延伸。當使用氫氣作為載氣時，用於金屬有機化合物的中間進氣區 9具有15%的孔隙率並且在總排出面積的70%上延伸。若使用氮氣作為載氣，則中間進氣區9的壁的孔隙率應大約為40%。這時中間進氣室9的環形總面積在總排出面積的60% 上延伸。
相對於垂直疊置的進氣室8、9、10，切縫應呈魚刺狀重疊布置。因此它們應該交替地沿另一個方向傾斜。切縫的寬度/長度之比也與摩爾質量/分鐘有關。在使用AsH3或PH3時，寬度/ 長度之比大約為0. 3，在使用NH3時大約為0. 2，在使用氫氣時大約為0. 05並且在使用氮氣時大約為0.2。各切縫之間的距離通常為1mm。對稱地分配進氣區在處理室中的高度。在所述實施例中，進氣室8、9、10是敞開的空腔。尤其是由於進氣室壁的彎曲走向，可能在這些空腔中形成主要呈拋物線狀的流動剖面。在未示出的實施例中，可以在進氣室8、9、10中在環形壁22、23、24上遊設置流動屏障。這種流動屏障可由多孔件、格柵等構成。這些附加的流動屏障使流動剖面更均勻並且防止形成射流。所有公開的特徵(本身)對本發明均很重要。對此，在本申請的公開文本中也包含了配屬的/附帶的優先權文本(在先申請文件副本)的全部公開內容，同時也將這些文本的目的、特徵寫入本申請的權利要求書中。
權利要求
1.一種用於沉積塗層、尤其是半導體層的設備，包括一個圍繞中心(11)基本上旋轉對稱設置的處理室(1)，該處理室具有一個由設在水平面內的基座(2)構成的底部， 一個設在所述基座(2)垂直上方的處理室頂蓋(3)，一個在中心(11)處在所述基座(2)與處理室頂蓋(3)之間延伸的進氣機構(4)，該進氣機構(4)包括垂直疊置的進氣室(8、9、10)，以及一個設在所述基座(2)垂直下方用於加熱基座(2)的加熱器(27)， 其中，在所述基座(2)上設有多個與進氣機構(4)間隔設置的基片架(5)用於承接要塗層的基片(6)，其中，最上面的進氣室(8)緊鄰所述處理室頂蓋(3)以及與輸入管(14)連接，該輸入管(14)用於將氫化物與載氣一起引入處理室(1)中，其中，最下面的進氣室(10)緊鄰所述基座(2)以及與輸入管(16)連接，該輸入管(16) 用於將氫化物與載氣一起引入處理室(1)中，其中，至少一個設在最下面的進氣室(10)與最上面的進氣室(8)之間的中間進氣室 (9)與輸入管(15)連接，該輸入管(15)用於將金屬有機化合物引入處理室(1)中，其特徵為所述進氣室(8、9、10)朝處理室(1)方向被多個環形壁(22、23、24)封閉， 其中，所述多個環形壁(22、23、24)有許多緊密並列的出氣口(25)， 有統一的外徑，以及有基本上無凸起的、面朝所述處理室(1)的外壁。
2.按照權利要求1或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，為了將在從所述進氣機構 (4)排出的工藝氣體流中的速度梯度減小到最低程度，出氣口(25)的邊緣是外壁唯一的氣流分離邊緣以及無拐點地沿只有直段或圓段的輪廓線延伸。
3.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，所述出氣口(25)基本上沿直線以恆定的開口面積從相關環形壁(22、23、24)面朝所述進氣室(8、 9、10)的內壁向外壁延伸。
4.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，結構形狀基本上一致的出氣口的開口面積處於2mm2與5mm2之間的範圍內。
5.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，所述開口面積的長度(L)與寬度(W)之比處於2與6之間，優選地在3與5之間的範圍內，以及特別優選地約為4或大於4。
6.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，所述出氣口(25)開口面積之和在所述環形壁(22、23、24)外側總面積的15%與50%之間。
7.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，所述細長的出氣口(25)相對於垂直線傾斜30至60度之間的角地延伸。
8.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，一環形壁(23)的出氣口(25)排列成上下多排，其中，不同排的出氣口(25)沿垂直方向重疊。
9.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，兩個相鄰出氣口(25)的距離(D)選擇為，使這兩個相鄰的出氣口(25)沿垂直方向重疊以及重疊量約為1mm。
10.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，所述環形壁由石英或石墨製成的環形件(22、23、24)構成。
11.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，所述環形件(22、23、24)支靠在圓盤狀水平隔板(12、13、26)的邊緣上。
12.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，所述進氣機構(4)尤其有冷卻劑腔(18)的端側(21)置入所述基座(2)的一個中央凹槽內，使構成最下面的進氣室(10)朝端側(21)方向邊界的水平隔板(26)與基座(2)面朝處理室(1) 方向的表面(2')大體平齊。
13.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，最上面的進氣室(8)的上壁(29)與所述處理室頂蓋(3)面朝處理室(1)方向的下側(3')大體平齊。
14.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，當所述處理室(1)的直徑在500至700mm之間的範圍內時，所述環形壁(22、23、24)統一的外徑約為 35 至 50mm。
15.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，當所述處理室(1)的直徑在500至700mm之間的範圍內時，該處理室(1)的高度約為25至30mm。
16.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，所述進氣室(8、9、10)的高度沿氣體流動方向增大。
17.按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述的設備，其特徵為，所述水平隔板(12、13、26)面朝進氣室(8、9、10)方向的表面呈光滑壁面地拱曲狀延伸。
18.一種按照前列諸權利要求中一項或多項所述的用於沉積半導體層的設備的應用， 其中，通過最上面的進氣室(8)的出氣口(25)和通過最下面的進氣室(10)的出氣口(25)， 連同載氣將氫化物，例如NH3、PH3或AsH3，引入藉助加熱器(27)加熱的處理室內，以及通過中間進氣室(9)的出氣口(25)將金屬有機化合物，例如TMGa、TMIn或TMA1，引入藉助加熱器(27)加熱的處理室內，其特徵為通過出氣口(25)引入處理室內的氣體的總流量大於 lOOslm，優選地大於250slm ；以及，在處理室內的總壓高於400mbar，優選地高於800mbar。
19.一種按照前列諸權利要求中一項或多項或尤其在此以後所述設備的應用，其特徵為氫化物是NH3，金屬有機化合物是TMGa，以及這樣運行所述加熱器(27)，使所述基座(2) 的表面溫度處於500°C與1200°C之間的範圍內。
全文摘要
本發明涉及一種用於沉積半導體層的設備，包括一個圍繞中心(11)基本上旋轉對稱設置的處理室(1)、一個基座(2)、一個處理室頂蓋(3)、一個包括垂直疊置的進氣室(8、9、10)的進氣機構(4)，以及一個設在基座(2)下方的加熱器(27)，其中，最上面的進氣室(8)緊鄰處理室頂蓋(3)以及與輸入管(14)連接，輸入管(14)用於將氫化物與載氣一起引入處理室(1)中，其中，最下面的進氣室(10)緊鄰基座(2)以及與輸入管(16)連接，輸入管(16)用於將氫化物與載氣一起引入處理室(1)中，其中，至少一個設在最下面的進氣室(10)與最上面的進氣室(8)之間的中間進氣室(9)與輸入管(15)連接，輸入管(15)用於將一種金屬有機化合物引入處理室(1)中。按本發明建議，進氣室(8、9、10)朝處理室(1)方向被環形壁(22、23、24)封閉，其中環形壁(22、23、24)有許多緊密並列的出氣口(25)，有統一的外徑，以及有基本上無凸起的、面朝處理室(1)的外壁。
文檔編號C30B25/14GK102325921SQ200980157298
公開日2012年1月18日 申請日期2009年12月18日 優先權日2008年12月23日
發明者D.布萊恩, O.肖恩 申請人:艾克斯特朗歐洲公司