[发明专利]金属有机化合物的化学气相淀积设备

说明书

技术领域

本发明涉及金属有机化合物的化学气相淀积设备，并特别涉及用于形成氮化物半导体层的金属有机化合物的化学气相淀积设备。

背景技术

金属有机化合物的化学气相淀积(MOCVD)方法是典型的化学气相淀积工艺之一，其中III族有机金属在衬底的一个表面被蒸发然后热分解，并与V族气体起反应来形成薄膜。这样的方法能够控制薄膜厚度和成分，并且在生产率方面表现良好，以致于它被广泛地在制造半导体设备中用作薄膜形成技术。

用于该MOCVD方法的MOCVD设备包括一个腔室、配置在该腔室内的基座、和用于允许反应性气体在衬底表面流动的导管。在该MOCVD设备内，通过保持该衬底在该基座上、当使得该腔室成为减压状态时加热该衬底到适当的温度、并且通过导管引入有机金属气体到该衬底的表面来形成一层薄膜。在这时候，为了该形成的薄膜具有均匀的厚度，该MOCVD设备要求该反应性气体均匀地沿着该衬底的表面流动。为了这样做，各种各样的形状的导管已经被计划在该MOCVD设备内。

如传统的MOCVD设备，日本专利特开No.2-291113，例如，公开了具有用于引入反应性气体到衬底之上的引入管的化学气相淀积设备。该引入管具有：提供了一个基座在其中的一个样品保持腔室；具有沿着该衬底的宽度方向长而沿着该衬底的高度方向短且平的截面形状的一个瓶颈部分，并且该瓶颈部分从该衬底的一侧吹反应性气体于该衬底之上；以及导向装置部分，位于该衬底之上并且均匀地覆盖该衬底，在其顶部具有大约等于该瓶颈部分在宽度方向上的宽度的缺口，或朝着该反应性气体下游侧的方向递减的缺口，以便沿着该衬底的表面引导该反应性气体。该基座被固定到该样品保持腔室上，并保持该衬底在反应性气体流的下游侧。

此外，日本专利特开No.6-216030，例如，公开了具有用于引入反应性气体到衬底之上的气流道的化合物半导体化学气相淀积设备。该气流道具有一个锥体，其宽度在沿高度方向上从上游侧到下游侧递减。一基座被固定到该锥体的下部。

此外，日本专利特开平No.2-291114公开了一种化学气相淀积设备，其包括用于保持衬底的旋转基座、和用于引入反应性气体到该衬底的衬管(liner pipe)。该衬管的高度在用于引入反应性气体的整个通道上单调地递减。

该MOCVD设备被要求来提高薄膜形成效率。该基座尺寸扩大不仅能同步的加热多个衬底，而且使形成大直径的衬底成为可能，由此能提高薄膜形成效率。然而，基座的尺寸扩大增大了在该基座上游侧和下游侧之间的距离，导致在该基座的该上游侧和该下游侧之间的反应性气体条件(例如该反应性气体的浓度、温度等等)有显著地差异。结果，出现了形成的薄膜厚度不均匀的问题。同样地，常规意义上，它不可能在容许所形成的薄膜具有均匀厚度的同时提高薄膜形成效率。

发明内容

相应地，本发明的目的是要提供能在容许形成的薄膜具有均匀的薄膜厚度的同时提高薄膜形成效率的MOCVD设备。

根据本发明的MOCVD设备是用于通过使用反应性气体在衬底上形成薄膜的金属有机化合物化学气相淀积设备，并且包括：用于加热该衬底并且具有用于保持该衬底的保持表面的加热元件；和用于引入反应性气体到该衬底的气流道(flow channel)。具有被保持面对着该气流道的内部的保持表面的该加热元件是可旋转的。沿着反应性气体的流向的该气流道的高度从用于保持该衬底在该保持表面的位置的上游侧端部(lateral end)到该保持表面的任意的位置保持恒定，而从该任意的位置到下游侧是单调递减的。

在根据本发明该MOCVD设备中，从该任意的位置到该下游侧，反应性气体的反应速率是递增的。因此可以获得，沿着反应性气体的流向在保持表面的位置和反应气体的反应速率之间的大致线性关系。作为结果，通过旋转该加热元件，可以在该衬底上提供具有均匀厚度的薄膜。此外，不必使该加热元件的上游侧和下游侧的反应性气体反应的条件一致，因此可以扩大该加热元件的尺寸并提高薄膜形成效率。

注意在本申请的说明书中“气流道的高度”的意思是指：在垂直于该加热元件的保持表面的方向上的该气流道内部的空间的长度。

优选地，在该根据本发明MOCVD设备中，该气流道在高度上的单调递减终止于位于该衬底保持位置的下游侧端部向上2％的位置处的下游的一个位置处。