专利名称：化合物半导体制造用的水平反应炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造装置的反应炉，特别是涉及大面积的III-V族化合物半导体制造用的水平反应炉。
现有技术满足计算机、通信、多媒体等未来信息领域所必须的高速化、大容量化、广域化、个人化、智能化、图像化的化合物半导体元件，大部分是通过取向生长法制造的。
化合物半导体可以用作显示器用的发光二极管(LED)、光通信、CD/VD(激光唱片/录像盘)用的LD(激光唱片)、受光元件、高速计算机用元件、卫星通讯用元件等，可以推测今后可以用于移动通讯、高密度ODD(光学数字显示器)用的蓝色LD(激光二极管)、光计算机用元件等。彩色图像、图影及显示元件等所用的发光元件，可以把红色、绿色、蓝色的三色LED进行组合而实现全色显示。
其中，蓝色LED是采用具有约450nm左右发光波长的III-V族氮化物类半导体材料AlN、GaN和InN等制造的。在制造III-V族氮化物半导体时，通常使用有机金属化学气相淀积(MOCVD)装置，该装置分成水平反应炉及垂直反应炉两种形式。
采用MOCVD装置使III-V族化合物半导体取向薄膜生长时，作为III族原料，一般使用液态有机金属，通过输送气体(载气)将其供给反应炉。V族原料，主要是以气体状态直接地或通过输送气体进行稀释后供给反应炉。此时，为了得到质量好的取向薄膜生长，重要条件之一是控制基板上的反应气的流速，反应气的层流必须以与基板平行的方式形成。
为了得到这样的流动，由于垂直反应炉的喷射器部分和接受器之间非常近，故必须使放置基板的接受器以高速(数百～数千rpm)旋转。与此相反，水平反应炉，由于反应气的流动易于与基板平行地形成比较好的层流，因此，薄膜的厚度比采用垂直反应炉时要均匀，这是其优点。然而，难以实现大面积生长，这是其缺点。
涉及采用现有技术制造III-V族化合物半导体的文献，可以举出Nakamura等的美国专利5433169以及Crawley等的欧洲专利第0687749 A1号。
本发明拟解决的课题本发明的目的是提供一种既能实现水平反应炉层流又能提高制造大面积均匀薄膜的III-V族化合物半导体制造用的水平反应炉。
用于解决本课题的办法为了达到上述目的，本发明提供一种水平的反应炉，其特征在于，在该化合物半导体制造用水平反应炉中，设置有密闭的容器形状的反应炉外壳、位于所述反应炉外壳内部的接受器，该接受器上面有数个安放基板的基板放置部分、接受器加热装置、从上述接受器的中央下部供给V族气体的V族气体供应装置、对着上述接受器的上面中央从上部供给III族原料及输送气体的III族原料及输送气体供应装置以及用于把反应炉内的反应气体排出反应炉外的反应气体排出装置。
优选的是，所述III族原料及输送气体供应装置的出口应处于上述V族气体供应装置的出口相对应的位置。
另外，本发明的水平反应炉要求还包含在上述V族气体供应装置出口的上部形成一个使通过所述出口将供给的V族气体流动导向至半径方向外侧的V族气体流动的导向部分、从上述III族原料及输送气体供应装置出口形成隔离，使通过上述出口供应的III族原料及输送气体的流动导向半径方向外侧的III族原料及输送气体流动的导向部分。
上述III族原料及输送气体流动导向部分，优选是其顶点向着上侧形成圆锥形。
上述反应炉外壳的上板，从其中心愈往半径方向的外侧，高度愈低地形成倾斜。
另外，本发明的化合物半导体制造用水平反应炉还要求有在V族气体到达基板前加热V族气体的加热装置和使上述接受器旋转的接受器旋转装置。
附图的简单说明
图1是本发明反应炉的概略图。
图2是具有多个基板容纳部分的接受器的概略平面图。
本发明实施方案下面通过附图详细说明本发明。
图1是本发明实现的优选的大面积化合物半导体制造用水平反应炉的概略图。本发明的反应炉，在化合物半导体形成的反应工序中主要用于MOCVD(金属有机化合物气体淀积)工序，也可用于上述目的其他工序。
图1示出的反应炉1包括密闭的容器形状的反应炉外壳10、容纳数个形成半导体膜的基板60的接受器20、用于加热接受器20上基板60的接受器加热装置70、V族气体供应装置40、III族原料及输送气体的供应装置30以及从反应炉外壳10排出反应气C的反应气排出装置50。
反应炉外壳10是图1所示的密闭的容器形状，其内部容纳接受器20。反应炉外壳10的上板12与接受器20的上面22一起，具有使反应气C形成层流流动的功能，并覆盖上述接受器20的整个上面22。另外，在反应炉外壳10的上板12中央，形成一个与反应炉外壳10内部相通的III族原料及输送气体供应装置30的出口，以使III族原料及输送气体供入反应炉1内。在反应炉外壳10的侧面具有使形成半导体膜而残留的反应气C排至外部的反应气排出口55，在接受器20的外侧面和反应炉外壳10侧面之间形成反应气可以流通的通路。
反应炉外壳10的下部面，一方面把反应炉外壳10的内部与外部隔断使保持密封状态，另一方面具有使V族气体A导向反应炉1内的V族气体供应管41和接受器20旋转的旋转部分25。
如图2所示，在接受器20的上面，备有可以容纳多个半导体生长形成用基板60的多个基板容纳部分65，基板容纳部分65沿着接受器20的四周配置。另外，在接受器20中，在接受器20的中央形成用于供应V族气体A的V族气体供应装置40的出口。
用于使接受器20旋转的接受器旋转部分25，优选从接受器20的下面向下延长而形成。另外，接受器20和旋转部分25也可以形成独立的部件。旋转部分25可采用其他的驱动源使其旋转，通过该旋转部分25及接受器20的旋转，在离接受器20中心相同距离的圆周方向容纳的多个基板60，可分别进行均质的薄膜生长。另外，在接受器旋转部分25的内侧空间设置用于加热接受器座20的加热器电线、温度气体传感器等。
V族气体供应装置40，是把V族气体A从反应炉1的外部气体供应源导向反应炉外壳10的V族气体供应管41而构成的，其出口贯穿接受器20的中央延长至上面22，形成通过它把V族气体A喷射至上部。通过接受器20的中央供给的V族气体A，与III族原料及输送气体B混合，然后，沿着反应炉外壳10的上板12的内表面和接受器上面22之间形成的反应气体流动通路沿着半径方向的外侧以形成反应气体C的层流而流动。
III族原料及输送气体供应装置30，是由III族原料及输送气体供应管31构成，该供应管31把来自反应炉1外部的III族原料及输送气体供应源的原料气导至反应炉外壳10内部，其出口在反应炉外壳10的上板12上形成，通过它供应的III族原料及输送气体B，与V族气体供应装置供应的V族气体A，在到达基板60前互相混合，形成反应气C。
优选的是，上述III族原料及输送气体供应装置30的出口是对着接受器20中央形成的上述V族气体供应装置40的出口位置。从反应炉1中央的上部及下部分别供应的III族原料及V族气体A，一边形成层流流动一边互相接触及混合，从接受器20的中央向半径方向的外侧形成均匀的层流而进行流动，因此，在接受器上面22沿圆周方向容纳的全部基板20，同时形成均匀的薄膜。
另外，如图1所示，反应炉外壳10的上板12，除中央的III族原料及输送气体供应装置30的出口部分外的其余部分，从反应炉外壳10的中心部分愈往半径方向的外侧愈向低倾斜。通过这样的构成，由于气体从中央往半径方向外侧流动，可以抑制由于热引起的往上面浮起的现象。另外，由于从反应炉1中央愈往半径方向的外侧剖面面积愈小，具有可防止因半径方向的外侧更易于产生反应气C的消耗而使气体浓度减少的效果。
更优选的是，如图1所示，在上述III族原料及输送气体供应装置30的出口，形成III族原料及输送气体的喷射器部分34，其具有以均匀间隔形成的许多孔的圆柱形出口，由此可以防止气体涡流，形成更稳定的层流。
为了最大限度地抑制通过来自接受器20的热而在反应炉外壳10的上板12上形成的某些副产物的附着，上板20可用水冷套管90的冷却水加以冷却。另外，在反应炉外壳10的上板12上还可以设置用于检测基板60温度的高温测定传感器导入部分。
更优选的是，在上述V族气体供应装置40的出口上部设置流动导向部分45，使通过该出口供应的V族气体A的流动导向半径方向的外侧。流动导向部分45是由与接受器20的中心轴同轴的圆柱形容器构成的，其中包括导向罩44、与V族气体供应装置40的出口连通的下面48，以及，在导向罩44和下面48之间具有均匀的间隔贯穿多个孔的喷射器部分46的侧面形成的。由此，V族气体A在近似垂直的方向喷射时，可防止因与从上部喷射的III族原料及输送气体B碰撞，而发生的涡流。
即，V族气体A通过上述流动导向部分45的导向罩44的内面流动方向导至侧面，通过在侧面形成的喷射器部分46引导至半径方向的外侧。此时，喷射器部分46，从上述出口喷射出的V族气体A与上述圆柱形容器的内壁碰撞而产生的涡流，通过许多孔对着基板60平行喷射，使形成稳定的层流。
喷射至垂直下方的III族原料及输送气体B也通过上述流动导向部分45的导向罩44的外面，其方向沿着反应炉外壳10的上板12内侧，导向至半径方向的外侧，形成稳定的层流。因此，由于生成没有涡流的稳定的层流的反应气，在其作用下，有可能实现更均匀的薄膜生长。另外，由于在与基板60最大限度地相邻的地方生成反应气，在远离到达基板60前的地方生成反应气C，其副产物不会附着在反应炉外壳10的上部表面内侧，使产生的原料损失减少，这是其优点。
如图1所示，优选是上述流动导向部分45的导向罩44形成近似的圆锥形。从圆锥形状的上部喷射的III族原料及输送气体B，可防止与上述导向罩44产生碰撞而发生的涡流，流动方向自然地达到与基板60平行的方向。
接受器的加热装置70设置在接近下面对着容纳基板60的接受器下面24的接受器20的内部空间，由于要加热接受器20，所以，要同时加热在接受器20上面22的容纳的多个基板60。
优选的是，本发明的水平反应炉10还可以包含，在V族气体A到达基板60前把V族气体进行预热、进行热解的加热装置80。
在说明的实施例中，流动导向部分45，与导向罩44、下面48及供应管41形成一个整体，而喷射器部分46及导向罩44也可以以分离方式使用。如采用这样的结构，可以容易地把堆积副产物的导向罩44洗净。
表1是氮化镓(GaN)生长时，作为氮原料供给的氨，预热分解后供给和不预热分解供给的情况下，MOCVD装置反应炉中最佳生长条件和生长结果。实验所用的反应炉可以采用韩国专利0271831号记载的发明的装置。
把氨预热分解供给的场合，尽管供给较少量的原料，但成长速度仍然迅速。即，把氨进行预热分解后供给时，生长同样厚度的薄膜，其原料的用量减少，操作时间也可以缩短，这是其长处，从Hall测定结果可知，可生长更优良的薄膜。
表1MOCVD装置反应炉的最佳生长条件及生长结果
发明的效果本发明提供一种采用上述结构的化合物半导体制造用水平反应炉，其呈现反应气的层流并可以制造提高大面积均匀的薄膜的III-V族化合物半导体制造用反应炉。
权利要求
1.一种水平反应炉，其特征是，在化合物半导体制造用水平反应炉中，具有密闭的容器形状的反应炉外壳；位于上述反应炉外壳内部的接受器，该接受器上面具有多个容纳基板的基板容纳部分；接受器加热装置；从上述接受器的中央下部供给V族气体的V族气体供应装置；向着上述接受器上面的中央，从上部供给III族原料及输送气体的III族原料及输送气体供应装置以及把反应炉内的反应气排出反应炉外部的反应气排出装置。
2.权利要求1中所述的水平反应炉，其特征是，上述III族原料及输送气体的供应装置的出口是对应于上述V族气体供应装置的出口而形成的。
3.权利要求1或2中所述的水平反应炉，其特征是，还可以含有V族气体流动导向部分，其在上述V族气体供应装置的出口上部形成，并把通过上述出口供给的V族气体流动导向至半径方向的外侧。
4.权利要求1或2中所述的水平反应炉，其特征是，还可以含有III族原料及输送气体流动导向部分，其与上述III族原料及输送气体供应装置出口隔离而形成，通过上述出口把供给的III族原料及输送气体的流动导向至半径方向的外侧。
5.权利要求4中所述的水平反应炉，其特征是，上述III族原料及输送气体流动导向部分的顶点是向着上侧形成的圆锥形。
6.权利要求1或2中所述的水平反应炉，其特征是，上述反应炉外壳的上板，从其中心愈往半径方向的外侧，高度愈向低方面倾斜。
7.权利要求1或2中所述的水平反应炉，其特征是，还含有把V族气体到达基板前进行加热的V族气体加热装置。
8.权利要求1或2中所述的水平反应炉，其特征是，还含有使上述接受器旋转的接受器旋转装置。
9.权利要求1或2中所述的水平反应炉，其特征是，把上述III族原料及输送气体和上述V族气体，在到达上述基板前进行混合而成反应气体。
全文摘要
本发明涉及可以形成大面积均匀薄膜的化合物半导体制造用水平反应炉。在化合物半导体制造用水平反应炉中,含有密闭的容器形状的反应炉外壳和具有几个容纳基板的基板容纳部分的上面,所述上面包括:位于上述反应炉外壳内部的接受器、接受器加热装置、从该接受器的中央下部供给V族气体的V族气体供应装置、向着上述接受器上面的中央,从上部供给III族原料及输送气体的III族原料及输送气体供应装置以及把反应炉内的反应气排出反应炉外部的反应气排出装置。
文档编号C23C16/458GK1386898SQ02119870
公开日2002年12月25日 申请日期2002年5月17日 优先权日2001年5月17日
发明者朴根燮, 南承宰, 李喆鲁, 白秉峻 申请人:汉沃克有限公司