KR20030033062A - Gas inlet mechanism for cvd-method and device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 결정기판 상에 결정층을 증착하기 위한 방법에 관한 것이다. 적어도 두 개의 공정기체가 서로 별도로 가열된 서셉터(16) 위에 위치한 기체 유입 장치를 통해 반응기의 공정실(1) 내부로 유입된다. 상기 두 공정기체 중 제 1 공정기체는 중앙 출구용 개구부(3)를 구비한 중앙 공급라인(2)을 통해 흐르고 제 2 공정기체는 상기 중앙 공급라인에 대해 주변에 배치되어 있고 기체 침투 가능한 기체 방출링(6)에 의해 형성된 주변 출구용 개구부를 구비한 주변 공급라인을 통해 흐른다. 상기 기체 방출링(6)은 링형상의 대기실(8)을 에워싸고 있다. 본 발명은 상기 주변 출구용 개구부 영역에서 일어나는 기생증착을 방지하기 위해, 상기 중앙 출구용 개구부(3)를 에워싸고 있는 기체 유입 장치의 표면의 방사상 외측부 또는 상기 서셉터와 마주보고 있는 기체 방출링(6)의 단부(6′)는 절두원추형 또는 회전 가능한 쌍곡면 형상의, 대기실 후방벽(15)에 의해 형성된 기체 안내면을 따라 흐르는 상기 제 2 공정기체에 의해 냉각된다.The present invention relates in particular to a method for depositing a crystal layer on a crystal substrate. At least two process gases are introduced into the process chamber 1 of the reactor through a gas inlet device located above the susceptor 16 which is heated separately from each other. The first process gas of the two process gases flows through a central supply line (2) having an opening (3) for a central outlet and the second process gas is disposed about the central supply line and discharges gases that are permeable to the gas. It flows through the peripheral supply line with the opening for the peripheral outlet formed by the ring 6. The gas release ring 6 surrounds the ring shaped waiting room 8. The present invention provides a gas release ring facing the susceptor or radially outer side of the surface of the gas inlet device surrounding the central outlet opening 3 to prevent parasitic deposition occurring in the peripheral outlet opening region. The end 6 'of 6) is cooled by the second process gas flowing along the gas guide surface formed by the waiting room rear wall 15, in the form of a truncated cone or rotatable hyperboloid.
Description
본 발명은 가열된 서셉터(heated susceptor) 위에 위치한 기체 허용요소를 통해 적어도 두 개의 공정기체(process gases)가 서로 별도로 반응기의 공정실(process chamber) 내부로 유입되되, 그 중 제 1 공정기체는 중앙 출구용 개구부를 구비한 중앙 공급라인을 통해 흐르고 제 2 공정기체는 상기 중앙 공급라인에 대해 주변에 배치되어 있고 환상 대기실을 에워싸고 있는 기체 침투 가능한 기체 방출링에 의해 형성된 주변 출구용 개구부를 구비한 주변 공급라인을 통해 흐르는, 특히 결정기판 상에 결정층을 증착하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 결정기판 상에 결정층을 증착하기 위한 장치를 위한 기체 허용요소로서, 가열된 서셉터 위에서 두 개의 공정기체가 서로 별도로 반응기의 공정실(process chamber) 내부로 유입되도록 해주고, 그 중 제 1 공정기체를 위한 중앙 단부측 출구용 개구부를 갖춘 중앙 공급라인 및 이 중앙 공급라인에 대해 주변에 배치되며 상기 두 공정기체 중 환상 대기실을 에워싸고 있는 기체 침투 가능한 기체 방출링에 의해 형성된 제 2 공정기체를 위한 주변 출구용 개구부를 갖추고 있고 종방향 단면으로 중심축에 대해 평행하게 연장되지 않는 후방벽으로 인해 회전 가능한 대칭형의 상기 기체 허용요소의 자유 단부를 향해 갈수록 감소하는 방사상의 폭을 갖는 주변 공급라인을 구비하는 기체 허용요소에 관한 것이다.According to the present invention, at least two process gases are introduced into a process chamber of a reactor separately from each other through a gas allowance element positioned on a heated susceptor, wherein the first process gas is The second process gas flows through a central supply line with an opening for the central outlet and the second process gas has an opening for the peripheral outlet formed by a gas-permeable gas release ring disposed about the central supply line and surrounding the annular waiting room. A method for depositing a crystal layer, in particular on a crystal substrate, flowing through a peripheral supply line. In addition, the present invention provides a gas-tolerant element for an apparatus for depositing a crystal layer on a crystal substrate, which allows two process gases to flow into a process chamber of a reactor separately from each other on a heated susceptor. A central supply line having an opening for a central end side for the first process gas and a gas permeable gas release ring disposed about the central supply line and surrounding the annular waiting room of the two process gases; 2 with an opening for the peripheral outlet for the process gas and with a radial width decreasing toward the free end of the rotatable symmetrical gas permitting element due to the rear wall not extending parallel to the central axis in the longitudinal section; A gas permissive element having a peripheral supply line.
이러한 유형의 기체 허용요소는 이미 공지되어 있고, 특히 MOCVD 공정을 위해 상기 공정기체를 원통형의 대칭인 공정실 내부로 유입시키는데 사용되며, 이 공정실을 통해 상기 공정기체가 방사상 방향으로 유동하여 상기 공정실을 에워싸고 있는 기체 방출링을 통해 다시 배출된다. 상기 기체 허용요소를 통해 유입되는 반응기체의 분해 생성물로 코팅되는 기판은 고주파에 의해 아래로부터 가열되는 서셉터 위에 유성 연동방식으로 배치된다. 상기 기체 허용요소 영역 또는 방사상의 외향 방향으로 상기 기체 허용요소와 바로 경계를 이루는 영역에서, 상기 공정실은 기체상태의 출발물질이 분해되는 허용영역을 구비하고 있다. 상기 방사상의 외향방향으로, 상기한 허용영역은 증착영역과 인접해 있고, 이 증착영역 내부에는 분해생성물이 기판을 향해 확산 및 응축되어 단일의 결정층이 형성된다.Gas allowance elements of this type are already known and are used to introduce the process gas into a cylindrical symmetric process chamber, in particular for MOCVD processes, through which the process gas flows in a radial direction so that the process gas flows into the process chamber. It is discharged again through the gas release ring surrounding the seal. The substrate coated with the decomposition product of the reactor gas flowing through the gas allowance element is disposed in a planetary peristaltic manner on the susceptor heated from below by high frequency. In the gas allowable element region or the region directly bordering the gas allowable element in the radially outward direction, the process chamber has an allowable region in which gaseous starting materials are decomposed. In the radial outward direction, the allowable region is adjacent to the deposition region, in which decomposition products diffuse and condense toward the substrate to form a single crystal layer.
공지된 장치에 있어서, 상기 제 2 공정기체는 상기 공정실의 중심 축방향으로 상기 주변 공급라인을 통과하게 된다. 사용되는 상기 제 2 공정기체는 예컨대, 캐리어 기체인 수소와 함께 TMG 또는 TMI이다. 상기 제 2 공정기체는 상기 환상 대기실의 실제 종모양으로 연장되는 후방벽에 의해 형성되는 전향벽(deflector wall)과 접촉하게 된다. 상기 기체 방출링은 빗형상의 슬롯을 구비하고 있고 이 슬롯을 통해 상기 기체가 상기 대기실로부터 예비 분해과정을 거치게 되는 상기 공정실의 허용영역 내부로 흐를 수 있다. 예컨대, 포스핀 또는 아르신과 같은 금속 수소화물은 상기 중앙 공급라인을 통해 캐리어 기체와 함께 상기 공정실로 유입된다. 상기 중앙 출구용 개구부는 상기 가열 서셉터에 인접 배치되어 있다. 이 중앙 출구용 개구부에서 나온 공정기체는 상기 가열 서셉터의 표면과 상기 기체 방출링의 자유단부의 단부면 사이의 간극을 통해 흐른다. 상기 가열 서셉터의 열방사로 인해, 상기 기체 허용요소의 단부면이 가열될 수도 있다. 당연한 결과에 따른 효과로서, 상기 공정실 내부로 돌출되어 있는 상기 기체 허용요소의 상기 부분을 형성하는 전체 석영체(entire quartz body)가 가열된다. 특히, 상기 기체 방출링의 자유단부와 연결되어 있는 대기실 부분 및/또는 상기 기체 방출링의 인접부는 상기 주변 공급라인을 통해 공급된 갈륨 또는 인듐의 금속 유기화합물이 분해되는 공정 도달온도 하에 있게 됨으로써 갈륨 비소화합물 또는 인듐 인화물이 상기 대기실 영역 또는 상기 기체 방출링에서 증착된다. 이들 기생 증착은 단점이 된다.In a known apparatus, the second process gas passes through the peripheral supply line in the central axial direction of the process chamber. The second process gas used is, for example, TMG or TMI with hydrogen as the carrier gas. The second process gas is brought into contact with a deflector wall formed by a rear wall extending in the actual bell shape of the annular waiting room. The gas release ring has a comb-shaped slot through which the gas can flow into the allowable area of the process chamber through which the gas is subjected to preliminary decomposition. For example, metal hydrides such as phosphine or arsine enter the process chamber along with a carrier gas through the central feed line. The central outlet opening is arranged adjacent to the heating susceptor. Process gas from this central outlet opening flows through the gap between the surface of the heating susceptor and the end face of the free end of the gas release ring. Due to the thermal radiation of the heating susceptor, the end face of the gas allowable element may be heated. As a natural consequence, the entire quartz body forming the part of the gas permissive element protruding into the process chamber is heated. In particular, the portion of the atmosphere chamber connected to the free end of the gas release ring and / or the adjoining portion of the gas release ring is at a process reaching temperature at which the metal organic compound of gallium or indium supplied through the peripheral supply line is decomposed. Arsenic compounds or indium phosphide are deposited in the atmosphere zone or in the gas release ring. These parasitic depositions are disadvantages.
갈륨 비소인화물 및/또는 인듐 인화물이 열 표면상에 증착되는 한편, 상기 중앙 공급라인을 에워싸고 있는 단부면의 외주부가 너무 차가우면, 비소 또는 인이 상기 외주부에 응축될 수도 있다. 이런 현상은 단점으로 작용한다.If gallium arsenide phosphide and / or indium phosphide are deposited on the thermal surface, while the outer circumference of the end face surrounding the central supply line is too cold, arsenic or phosphorus may condense on the outer circumference. This is a disadvantage.
본 발명은 한편으론 주변 출구용 개구부 영역에서의 기생증착을 방지하고 다른 한편으론 기체 허용요소의 단부면의 방사상 외주부상의 중앙 출구용 개구부를 통해 나오는 V 성분의 응축을 방지할 수 있는 수단을 제안하고자 하는 목적에 기초한 것이다.The present invention proposes on the one hand a means to prevent parasitic deposition in the opening area for peripheral outlets and on the other hand to prevent the condensation of the V component through the central outlet opening on the radial outer periphery of the end face of the gas permitting element. It is based on the intended purpose.
상기 목적은 하기 청구의 범위에서 특정되는 본 발명에 의해 달성된다. 청구항 1의 제안에 따르면, 대기실의 후방벽에 의해 형성된 기체 안내면이 절두원추체 또는 회전가능한 쌍곡면 형태를 가짐에 따라 서셉터와 마주보는 기체 방출링의 단부 및/또는 중앙 출구용 개구부를 에워싸고 있는 기체 허용요소의 단부측의 방사상의 외측부가 제 2 공정기체에 의해 냉각된다. 이 경우, 상기 주변 공급라인으로부터 공정실로 공급되는 기체의 흐름은, 상기 공정실 내부로 돌출되어 있는 기체 허용요소의, 상기 서셉터의 열방사에 의해 가열되는 후방벽에서 가열되는 방식으로, 기체 안내면에 의해 전향된다. 상기 공정에서 확산된 열은 상기 서셉터에 인접한 기체 방출링 또는 상기 대기실 영역을 냉각시킨다. 상기 기체 안내면의 형상은, 상기 기체 허용요소의 단부의 온도가 Ⅴ화합물의 증착온도에 의해 하부에서 그리고 Ⅲ-Ⅴ화합물의 증착온도에 의해 상부에서 경계가 정해지는 온도 윈도우(temperature window)내에서 유지되는 정도까지만 냉각현상이 일어나는 방식으로 선택될 수 있다. 다공성 기체 방출링으로 인해, 상기 대기실 내부의 압력은 상기 공정실의 압력보다 높은 수준에서 유지되는 것이 바람직하다. 더욱이, 다공성 기체 방출링을 사용하면, 빗형상의 기체 방출링에 비해 장점을 얻게 되어 상기 기체 방출링 뒤에서 기생증착을 촉진하는 어떠한 와류현상도 발생되지 않는다. 만약, 상기 기체 허용요소가 예컨대, 석영 프릿(quartz frit)으로 구성되면 공정기체가 상기 기체 방출링으로부터 균질화된 형태로 배출되고, 유동 프로파일의 최대흐름은 중심을 벗어나서 놓이게 되고 특히, 상기 기체 방출링의 자유 단부를 향해 오프셋된다. 종방향 단면에서 오목한 상기 기체 안내면의 곡률반경은 유동 파라미터와 정합된다. 보다 큰 용적 흐름의 경우, 상기 기체 안내면의 곡률반경은 적은 용적 흐름의 경우 보다 크게 선택된다. 이때, 상기 기체 안내면의 종방향 단면의 윤곽은 특히, 직선이기 때문에 전체 기체 안내면은 절두원추체의 형상을 갖는다. 상기 기체 안내면의 윤관이 온도 및 전체 유동체적과 같은 다양한 공정 파라미터에 정합될 수 있도록 하기 위해, 본 발명에 따라 상기 공정실 내부로 돌출되어 있는 기체 허용요소의 부분은 가교환부(exchangeable part)로 형성된다. 이것은 공급라인에 나사 결합될 수 있다. 상기 기체 허용요소의 부분은 상기 기체 방출링의 캐리어이기도 한 석영부가 바람직하다. 상기 기체 방출링은, 상기 대기실의 후방벽에 의해 형성되고 절두원추체 형상 또는 회전가능한 쌍곡면 형상으로 구성되며 어떠한 단(段)도 없이 공급라인과 위로 연결되는 구비한다. 상기 기체 안내면을 따라 박판방식(laminar fashion)으로 흐르는 기체의 흐름은 대류 냉각에 영향을 미친다. 또한, 상기 서셉터에 인접한 영역에 있는 상기 기체 방출링으로부터 흘러나오는 기체 흐름의 양이 증가함으로써 정화효과(purging effect)가 일어난다. 갈륨비소 화합물 증착공정의 경우, 상기 서셉터에 인접한 기체 허용요소의 부분의 온도는 약 200 ~ 400℃의 온도범위에서 유지된다.This object is achieved by the present invention as specified in the following claims. According to the proposal of claim 1, the gas guiding surface formed by the rear wall of the waiting room has a frustoconical or rotatable hyperbolic shape surrounding the end of the gas release ring facing the susceptor and / or the opening for the central outlet. The radial outer side on the end side of the gas allowable element is cooled by the second process gas. In this case, the flow of gas supplied from the peripheral supply line to the process chamber is heated in the manner of being heated at the rear wall heated by the thermal radiation of the susceptor of the gas allowable element protruding into the process chamber. Is turned by. The heat diffused in the process cools the gas release ring adjacent the susceptor or the waiting area. The shape of the gas guide surface is maintained in a temperature window in which the temperature at the end of the gas allowable element is bounded at the bottom by the deposition temperature of the compound V and at the top by the deposition temperature of the compound III-V. It can only be chosen in such a way that cooling occurs to a degree that is sufficient. Due to the porous gas release ring, the pressure inside the waiting room is preferably maintained at a higher level than the pressure in the process room. Moreover, the use of a porous gas release ring has advantages over the comb-shaped gas release ring so that no vortex phenomena which promote parasitic deposition behind the gas release ring occur. If the gas tolerant element consists of, for example, a quartz frit, the process gas is discharged in a homogenized form from the gas release ring, and the maximum flow profile flows out of the center, in particular the gas release ring. Is offset towards the free end of the. The radius of curvature of the gas guide surface concave in the longitudinal section is matched with the flow parameter. For larger volume flows, the radius of curvature of the gas guide surface is chosen to be larger than for small volume flows. At this time, the contour of the longitudinal section of the gas guide surface is particularly straight, so that the entire gas guide surface has the shape of a truncated cone. In order to be able to match the lubrication pipe of the gas guide surface to various process parameters such as temperature and total flow volume, the part of the gas permissive element protruding into the process chamber according to the present invention is formed as an exchangeable part. do. It can be screwed into the supply line. The portion of the gas allowable element is preferably a quartz portion which is also a carrier of the gas release ring. The gas release ring is formed by the rear wall of the waiting room and is configured in the shape of a truncated cone or rotatable hyperbolic shape and is connected upwardly with the supply line without any step. The flow of gas flowing in a laminar fashion along the gas guide surface affects convective cooling. In addition, a purging effect occurs by increasing the amount of gas flow flowing out of the gas release ring in the region adjacent to the susceptor. In the case of a gallium arsenide compound deposition process, the temperature of the portion of the gas permissive element adjacent to the susceptor is maintained in a temperature range of about 200-400 ° C.
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention.
도 1은 기체 허용요소의 제 1 실시예를 도시한 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a gas permissive element.
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절취한 횡단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절취한 횡단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 1.
도 4는 도 1의 선 Ⅳ-Ⅳ을 따라 절취한 횡단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 1.
도 5는 도 1에 따른 기체 허용요소의 제 2 실시예를 도시한 종단면도이다.FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of the gas permitting element according to FIG. 1; FIG.
도 6 내지 도 9는 서로 상이하게 구성된 가교환부들을 구비한 전환세트(conversion set)를 도시한 도면이다.6 to 9 show a conversion set having provisional exchange parts configured differently from each other.
도 1 내지 도 5에 도시된 실시예는 MOCVD 반응기의 개요를 나타낸 것이다. 공정실은 참조부호 1로 표시된다. 상기 공정실(1)은 베이스(1′) 및 천정(1″)을 구비한다. 상기 베이스(1′)는 고주파에 의해 아래로부터 가열되며 흑연(graphite)으로 구성되는 서셉터(16)의 표면이다. 상기 기체 허용요소는 원통형으로 대칭을 이루고 있는 상기 공정실(1)의 중앙에 위치한다. 이 기체 허용요소는 중앙 출구용 개구부(3)에서 외향 개방 연장되는 중앙 공급라인(2)을 구비한다.이 중앙 출구용 개구부는 상기 기체 허용요소의 단부측 체임버에 놓여 있다. 상기 단부측은 석영체(quartz body)(14)와 연결되어 있다. 상기 석영체(14)는 축방향으로 주변 공급라인(4)으로부터 흐르는 기체를 위한 기체 안내면(15)을 형성하는 절두원추형상의 벽을 구비하고 있다. 상기 주변 공급라인(4)으로부터 흐르는 기체는 상기 공정실의 천정(1″)과 공정실의 베이스(1´) 사이에 배치되는 환상 대기실(8)과 상기 기체 안내면(15)에 의해 형성되는 후방벽 내부로 유동한다.1 to 5 show an overview of the MOCVD reactor. The process room is indicated by reference numeral 1. The process chamber 1 has a base 1 'and a ceiling 1 ". The base 1 'is the surface of the susceptor 16 which is heated from below by high frequency and made of graphite. The gas permissive element is located in the center of the process chamber 1 which is cylindrically symmetrical. The gas allowable element has a central supply line 2 which extends outwardly from the opening 3 for the central outlet. The opening for the central outlet lies in an end side chamber of the gas allowable element. The end side is connected with a quartz body 14. The quartz body 14 has a truncated cone-shaped wall which forms a gas guide surface 15 for gas flowing from the peripheral supply line 4 in the axial direction. The gas flowing from the peripheral supply line 4 is formed by the annular waiting room 8 and the gas guide surface 15 disposed between the ceiling 1 ″ of the process chamber and the base 1 ′ of the process chamber. Flow inside the barrier.
상기 환상 대기실(8)은 석영 프릿(quartz frit)으로 제조되는 다공성 기체 방출링(6)에 의해 에워싸여 있다. 상기 주변 공급라인(4)을 통해 흐르는 제 2 공정기체는 균질의 유동 프로파일(homogenized flow profile) 형태로 상기 기체 방출링을 통해 나올 수 있다.The annular waiting room 8 is surrounded by a porous gas release ring 6 made of quartz frit. The second process gas flowing through the peripheral feed line 4 may exit the gas release ring in the form of a homogenized flow profile.
상기 대기실(8)의 상류 측에는, 다수의 통로 개구부(9)를 구비한 환상 스로틀(annular throttle)(7)이 배치되어 있다. 상기 환상 스로틀(7)의 상류 측에는, 두 개의 기체 공급라인(5,5′)이 참조부호 13 및 13′으로 각각 표시되는 위치에서 외향 개방 연장되도록 해주는 혼합실이 배치되어 있다.On the upstream side of the waiting room 8, an annular throttle 7 having a plurality of passage openings 9 is arranged. On the upstream side of the annular throttle 7, a mixing chamber is arranged which allows the two gas supply lines 5, 5 'to extend outwardly at positions indicated by reference numerals 13 and 13', respectively.
증가된 두께로 인해, 도 5에 도시된 환상 스로틀(7)은 보다 큰 감속 작용(throttling action)을 갖는다.Due to the increased thickness, the annular throttle 7 shown in FIG. 5 has a larger throttling action.
도 6 내지 도 9에 도시된 가교환부(14)는 나사 연결부(12)에 의해, 상기 중앙 공급라인(2) 및 상기 주변 공급라인(4)을 형성하는 상기 기체 허용요소의 상부에 나사 결합될 수 있다. 상기 공정실의 천정(1″)을 형성하는 플레이트를 지지하고 있는 너트(11) 역시 상기 기체 허용요소의 상부에 나사 결합된다. 상기 기체 방출링(6)의 하부(6′)는 상기 가교환부(14)의 가장자리부(10)에 의해 형성되는 얇은 벽으로 된 방사상의 환상 돌기부위에 놓여있다. 상기 기체 방출링(6)의 상부는 상기 플레이트 또는 공정실의 천정(1˝) 상에서 지지된다.6 to 9 can be screwed on top of the gas allowable element forming the central supply line 2 and the peripheral supply line 4 by means of a screw connection 12. Can be. The nut 11 supporting the plate forming the ceiling 1 ″ of the process chamber is also screwed on top of the gas allowable element. The lower part 6 ′ of the gas release ring 6 rests on a thin walled radial annular protrusion formed by the edge 10 of the provisional exchange part 14. The upper part of the gas release ring 6 is supported on the ceiling of the plate or process chamber.
도 6 내지 도9에 도시된 각각의 가교환부(14)는 그 직경 및 그 기체 안내면의 형상에 있어서 실제로 서로 다르다. 도 6, 도 7 및 도 9에 도시된 상기 가교환부의 안내면(15)은 실제로 회전가능한 쌍곡면 형태로 되어 있다. 도시된 종방향 단면에서 보면, 상기 기체 안내면(15)의 윤곽선은 오목한 형상을 취하고 있고, 이 기체 안내표면은 갑작스런 도약 이동없이 축방향으로 연장하는 상기 주변 공급라인(4)의 벽과 상부에서 연결됨으로써, 상기 기체 안내면(15)을 따라 와류현상이 일어나지 않는다. 상기 기체 방출링(6) 외부에 도시된 화살표들은 축방향의 기체유동 프로파일을 나타낸 것이다. 이러한 유동 프로파일의 최대분포는, 상기 공정실의 천정(1″)에 인접한 기체 방출링의 영역보다 상기 서셉터에 인접한 기체 방출링의 하부 단부(6′)에 더 근접하게 놓여있다는 것을 알 수 있다. 그 결과, 상기 서셉터에 인접한 영역과 그에 따른 가장자리부(10)는 대류현상에 의해 더 강하게 냉각된다. 모든 실시예에서, 상기 환상 대기실(8)의 폭(W)은 상기 공정실의천정(1″)에서 상기 서셉터(16)로 축방향으로 감에 따라 감소한다.Each provisional exchange portion 14 shown in Figs. 6 to 9 actually differs in terms of its diameter and the shape of its gas guide surface. The guide surface 15 of the provisional exchange part shown in FIGS. 6, 7 and 9 is in the form of an actually rotatable hyperbolic surface. In the longitudinal section shown, the contour of the gas guide surface 15 has a concave shape, which is connected at the top with the wall of the peripheral feed line 4 extending axially without sudden jump movement. As a result, no vortex phenomenon occurs along the gas guide surface 15. The arrows shown outside the gas release ring 6 show the gas flow profile in the axial direction. It can be seen that the maximum distribution of this flow profile lies closer to the lower end 6 'of the gas release ring adjacent to the susceptor than to the region of the gas release ring adjacent to the ceiling 1 ″ of the process chamber. . As a result, the area adjacent the susceptor and thus the edge 10 is cooled more strongly by convection. In all embodiments, the width W of the annular waiting chamber 8 decreases axially from the ceiling 1 ″ of the process chamber to the susceptor 16.
도 8에 도시된 실시예에서, 종방향 단면에서의 기체 안내면(15)의 윤곽선은 직선 형태를 취함에 따라, 상기 안내면(15)은 절두원추체 형상을 지닌다. 이러한 형상은 높은 체적 유동을 위해 선택된다.In the embodiment shown in FIG. 8, as the contour of the gas guide surface 15 in the longitudinal section takes a straight line, the guide surface 15 has a truncated cone shape. This shape is chosen for high volume flow.
상기 서셉터(16)는 고주파 가열수단(미도시)에 의해 아래로부터 가열된다. 상기 서셉터(16)는 상기 기체 허용요소의 석영체(14)를 가열시키는 열을 방사한다. 아르신 또는 포스핀 및 수소로 구성되는 제 1 공정기체는 상기 중앙 출구용 개구부(3)를 통해 흐른다. 상기 중앙 출구용 개구부(3)를 통해 나오는 아르신 또는 포스핀은 상기 석영체(14)와 상기 서셉터(16) 표면 사이의 간극에서 분해된다. 분해 생성물은 방사상 방향으로 전진 이동한다. 초기에 TMG 또는 TMI는 제 2 공정기체인 수소와 함께 상기 주변 공급라인(4)으로부터 상기 대기실(8) 내부로 흐른다. 축방향의 주변 공급라인(4)으로부터 나오는 기체는 상기 안내면(15)을 따라 박판방식으로 흐르고 이 과정에서 기체의 유동방향이 90°방향 전환된다. 상기 과정에서, 상기 기체는 상기 가장자리부(10) 위로 흐른다. 상기 주변 공급라인(4)으로부터 흐르는 기체는 예열되지 않고 오히려 실제로는 실온상태에 있기 때문에, 상기 석영체(14)에 대해 냉각작용을 한다. 상기 안내면(15)을 통해 열이 점유된다. 상기 기체의 흐름은 특히 상기 가교환부(14)의 재질두께가 가장 작은 위치에서, 즉 상기 가장자리부(10)의 영역에서 가장 큰 냉각작용을 갖는다. 따라서, 이 영역 및특히 상기 가장자리부(10)에 인접한 상기 기체 방출링의 하부 단부(6′)는, 상기 기체의 흐름에 의해 가장 강하게 냉각된다. 상기 공정실의 천정(1″)은 가열되지 않는다. 따라서, 상기 기체 방출링(6)의 하부단부 영역(6′)은, 기체 흐름의 냉각없이 상기 뜨거운 서셉터(16)에 가장 근접해 있기 때문에, 가장 뜨거워질 것이다. 그러나, 상기 주변 공급라인(4)으로부터 나오는 공정기체의 대류 냉각으로 인해, 상기 서셉터에 근접한 상기 기체 방출링(6)의 하부단부 영역(6′)은 상기 기체 방출링(6)의 나머지 영역의 온도에 실제 대응하는 온도에서 유지된다. 이 온도는 상기 서셉터(16)와 상기 석영체(14) 사이의 간극에서 형성되는 비소 또는 인의 응축 온도보다 높지만, Ⅲ-Ⅴ 화합물의 증착온도 보다는 낮다.The susceptor 16 is heated from below by high frequency heating means (not shown). The susceptor 16 radiates heat to heat the quartz body 14 of the gas allowable element. The first process gas consisting of arsine or phosphine and hydrogen flows through the central outlet opening 3. Arsine or phosphine exiting through the central outlet opening 3 decomposes in the gap between the quartz body 14 and the susceptor 16 surface. The degradation product moves forward in the radial direction. Initially, TMG or TMI flows from the peripheral supply line 4 into the waiting chamber 8 together with hydrogen, which is a second process gas. The gas exiting from the peripheral feed line 4 in the axial direction flows in a thin plate manner along the guide surface 15, in which the flow direction of the gas is turned 90 °. In the process, the gas flows over the edge 10. The gas flowing from the peripheral supply line 4 is not preheated, but rather is actually at room temperature, thus cooling the quartz body 14. Heat is occupied through the guide surface 15. The gas flow has the greatest cooling action in particular at the position where the material thickness of the temporary exchange part 14 is the smallest, ie in the region of the edge part 10. Thus, this region and in particular the lower end 6 ′ of the gas release ring adjacent the edge 10 are most strongly cooled by the gas flow. The ceiling 1 ″ of the process chamber is not heated. Thus, the lower end region 6 ′ of the gas release ring 6 will be the hottest since it is closest to the hot susceptor 16 without cooling the gas flow. However, due to convective cooling of the process gas coming from the peripheral supply line 4, the lower end region 6 ′ of the gas release ring 6 proximate to the susceptor is the remaining region of the gas release ring 6. Is maintained at a temperature corresponding to the actual temperature. This temperature is higher than the condensation temperature of arsenic or phosphorus formed in the gap between the susceptor 16 and the quartz body 14, but lower than the deposition temperature of the III-V compound.
기체 유동파라미터는 상기 기체 방출링이 가능한 한 멀리 그 축방향의 길이에 걸쳐 일정한 온도를 갖는 방식으로 설정되어야 한다.The gas flow parameter should be set in such a way that the gas release ring has a constant temperature over its axial length as far as possible.
상기 기체 안내면(15)의 프로파일은 상기 가교환부를 대체함으로써 상기 공정 파라미터에 정합된다.The profile of the gas guide surface 15 is matched to the process parameters by replacing the provisional exchange.
지금까지 개시된 모든 특징은 본 발명과 관련이 있다. 관련된/첨부된 우선권 서류(선출원서의 사본)의 개시 내용은 그 전체가 본 출원 명세서에 기재되어 있고, 일부는 본 출원 명세서의 특허 청구범위에 상기 우선권 서류의 특징들을 포함하고 있다.All features disclosed so far are relevant to the present invention. The disclosure of the relevant / attached priority document (copy of the prior application) is described in its entirety in this application, in part including the features of that priority document in the claims of this application.
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