化學氣相沉積反應器的制作方法

專利名稱：化學氣相沉積反應器的制作方法
技術領域：
本發明總地涉及化學氣相沉積(CVD)反應器，例如用于III-V族半導體外延的CVD反應器。更特別地，本發明涉及被配置來提供低熱對流生長條件和高產量的CVD反應器。
背景技術：
III-V族化合物的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)是利用周期表III族有機金屬與周期表V族氫化物之間的化學反應的薄膜沉積工藝。III族有機金屬和V族氫化物的各種組合是可能的。
此工藝一般用于半導體器件例如發光二極管(LED)的制造。該工藝通常在化學氣相沉積(CVD)反應器中進行。CVD反應器設計在獲得半導體制造所需的高質量膜方面是關鍵因素。
通常，高質量膜沉積的氣流動力學優選層流。與對流不同，需要層流來實現高生長效率和均勻性。商業上可得到若干反應器設計以提供大規模即高產量的層生長條件。這些設計包括轉盤反應器(RDR)、行星式旋轉反應器(PRR)、以及緊耦合噴嘴(close-coupled showerhead，CCS)。
然而，這些現有反應器具有本質缺點，使得它們的總體滿意度降低，尤其對于高壓和/或高溫CVD工藝。這些現有反應器通常在低壓和較低溫度(例如30托和700℃)運轉良好。因此，它們通常適于生長GaAs、InP基化合物。
然而，當生長III族氮化物基化合物(例如GaN、AlN、InN、AlGaN、以及InGaN)時，有些因素在使用這些現有反應器時變得重要。與GaAs或InP基材料不同，III族氮化物優選地在顯著更高的壓強和溫度(通常大于500托且大于1000℃)生長。當在高壓強和溫度的條件下使用前述反應器設計時，大量熱對流自然地發生。這樣的熱對流不利地干擾生長工藝，從而降低效率和產量。
當氣體相(gas phase)為大多數氨時該情況變得更糟。在III族氮化物MOCVD工藝中氨通常用作氮源。氨比氫粘滯得多。當環境氣體含有高百分比的氨時，與用于GaAs或InP基MOCVD生長的環境氣體大多數是氫時的情況相比，更容易發生熱對流。熱對流對生長高質量的薄膜是有害的，因為反應氣體在生長腔中延長的存在時間導致發生難以控制的復雜化學反應。這自然導致生長效率的降低以及差的膜均勻性。
根據當前的實踐，為抑制不合需要的熱對流，通常利用大的氣體流速。在III族氮化物的生長中，這通過增加環境氣體流速實現，其中氣體通常為氨與氫或者氮的混合物。因此，導致氨的高消耗，尤其在高生長壓強的條件下。氨的高消耗導致相應的高成本。
氣體相的源化學藥品之間的反應是用于生長GaN的現有MOCVD工藝中的另一重要問題。此反應還發生在其他III族氮化物例如AlGaN和InGaN的生長中。氣體相反應通常是不期望的。然而，由于反應劇烈且迅速，所以它在III族氮化物MOCVD工藝中是不可避免的。
當III族烷基(alkyl)(例如三甲基鎵(trimethylgallium)、三甲基銦(trimethylindium)、三甲基鋁(trimethylaluminum))遇到氨時，反應幾乎立即發生，導致不期望的加合物(adduct)的形成。
通常，當這些反應發生在所有源氣體進入生長腔之后時，產生的加合物將參與實際的生長過程。然而，如果反應發生在之前或生長腔的氣體入口附近時，產生的加合物將有機會粘附到固體表面。如果發生這種情況，則粘附到表面的加合物將充當聚集中心(gathering center)且越來越多的加合物將因此趨于累積。該過程最終將耗盡源，從而使生長工藝不期望地在周期之間變化，和/或將阻塞氣體入口。
用于III族氮化物生長的有效反應器設計不避免氣體相反應，而是控制反應使得它不產生這些不期望的情形。
因為近年來對GaN基藍和綠LED的需求顯著增加，所以生產反應器(production reactor)的產量需求變得重要。提高產量的現有方法通常是建造更大的反應器。在目前可得到的商業反應器中，每個周期期間制造的晶片的數目已經從6個晶片增加到超過20個晶片，同時保持每天相同數目的周期。
然而，當反應器這樣擴大時，出現若干新的問題。因為熱對流在較大反應器內與在較小反應器內一樣嚴重(或者甚至更嚴重)，所以膜均勻性、以及晶片之間的一致性沒有任何好轉(并且可能差很多)。此外，在更高的生長壓強下，需要非常高的氣體流速來抑制熱對流。所需的氣流的量是如此之高，使得對氣體輸送系統需要改動和特別考慮。
另外，由于高溫要求，這樣的擴大的(更大的)反應器的更大機械部件自然處于更高的熱應力下，因而趨于過早地破裂。在幾乎全部反應器構造中，不銹鋼、石墨和石英是最經常使用的材料。由于所使用的金屬的氫化(使它們變得易碎)且由于在高溫下石墨通過氨的蝕刻，較大的金屬和石墨部件與較小的反應器的相應部件相比傾向于更快地破裂。較大的石英部件由于較高的熱應力也變得更易于破裂。
與大尺寸反應器相關的另一問題是難于保持高溫均勻性。厚度和成分均勻性能立即受到晶片承載器表面(wafer carrier surface)的溫度均勻性的影響。在大尺寸反應器中，溫度均勻性通過使用設計復雜的多區加熱配置來實現。由于前面提到的高熱應力和氨老化，加熱組件的可靠性通常較差。這些工藝矛盾和大規模硬件維護的問題對產量進而產品成本有巨大的影響。
現在參照圖1，示意性示出用于GaN外延的現有RDR反應器的示例。反應腔具有雙壁水冷圓筒(cylinder)11；流法蘭(flow flang)12，所有的反應或源氣體在該處分配或傳送到腔13中；旋轉組件14，其以每分鐘數百轉旋轉晶片承載器16；加熱器17組件，其在旋轉的晶片承載器16下面且被配置來加熱晶片10至所需的工藝溫度；通道18，其便于晶片承載器轉移進出腔13；以及排氣裝置19，其在腔13的底側的中央。外部驅動的心軸(spindle)21實現晶片承載器16的旋轉。晶片承載器16包括多個凹處(pocket)，其每個被配置來收納晶片10。
加熱器17包括兩組加熱元件。內組加熱元件41加熱晶片承載器17的中央部分，外組加熱元件42加熱晶片承載器16的外圍。因為加熱器17在腔13內，所以它暴露于反應氣體的有害影響下。
心軸在500和1000rpm之間旋轉晶片承載器。
如前所述，此設計在較低的壓強和溫度下運行良好，尤其當環境氣體為低粘性時。然而，當在大量氨的環境氣體中在高壓和高溫下生長GaN時，則發生熱對流且氣流傾向于不期望地為湍動的。
現在參照圖2，示出簡化的氣體流線(streamline)從而說明該湍流。清楚看出，隨著腔的尺寸和/或晶片承載器與腔的頂部之間的距離增加，湍流增加。當圖1的設計為了更高產量而擴大時，腔13以及晶片承載器16被放大以支承和收納更多晶片。
當環境氣體中存在湍流時，傾向于形成氣體再循環單元(recirculationcell)50。本領域技術人員將意識到，這樣的再循環是不期望的，因為它導致反應物濃度和溫度的不期望的變化。另外，這樣的再循環通常由于反應氣體的低效使用而導致降低的生長效率。
另外，在更大的反應器中需要更多的加熱區。這當然使這樣的更大的反應器的構建復雜化且增加了其成本。
現在參照圖3A和3B，可以容易地進行7″六凹處晶片承載器16a(其如圖3A所示地支承六個晶片)與12″二十凹處晶片承載器16b(其如圖3b所示地支承二十個晶片)之間的比較。每個凹處22支承單個2″圓晶片。從此比較可以清楚，反應器的這樣擴大以容納更多晶片大大增加了其尺寸特別是其體積。反應器尺寸上的增加導致不期望的熱對流的影響以及上述額外的構建復雜度。
鑒于前述，期望提供一種反應器，其不受不期望的熱對流效應的顯著影響且能夠容易和經濟地擴大從而增加產量。還期望提供一種反應器，其具有提高的生長效率(例如通過提供非常接近晶片生長區域的反應氣體混合以及通過確保反應氣體與生長區域的密切接觸)。還期望提供一種反應器，其中加熱器在其腔的外部，因此不受反應氣體的有害影響。

發明內容
盡管為了語法流暢所述設備和方法已經或將要通過功能性說明來描述，但是應清楚理解，除非根據35 USC 112明確表達，權利要求不應被理解為用“裝置”或“步驟”限制以任何方式必然地限定，而是在等價物的司法原則下符合權利要求提供的定義的意義和等價物的全部范圍，在權利要求根據35 USC 112明確表達的情況下，將符合35 USC 112規定的全部法定等價物。
本發明具體針對并減輕上述與現有技術有關的缺點。更特別地，根據一個方面，本發明包括化學氣相沉積反應器，其包括可轉動的晶片承載器，該晶片承載器與反應器的腔配合從而促進腔內反應氣體的層流。
根據另一方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括可旋轉的晶片承載器，該晶片承載器在其周邊被密封到所述反應器的腔從而促進所述腔內的層流。
根據另一方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括腔和設置在所述腔內的可旋轉的晶片承載器，配置該晶片承載器從而增強所述腔內的反應氣體的向外流動。
根據另一方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括可旋轉的晶片承載器和反應腔，所述反應腔的底部基本由所述晶片承載器定義。
根據另一方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括腔、設置在所述腔內的晶片承載器、以及設置在所述腔外的加熱器，該加熱器被配置來加熱該晶片承載器。
根據另一方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括多個腔、以及公共反應物氣體供應系統和公共氣體排放系統中的至少一種。
根據另一方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括晶片承載器，配置該晶片承載器使得反應物氣體基本不在該晶片承載器下面流動。
根據另一方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括腔、晶片承載器、基本位于該腔內中央的氣體入口、以及形成在該腔內完全在該晶片承載器的上表面之上從而增強通過該腔的層氣流的至少一個氣體出口。
本發明的這些以及其它優點將從下面的說明和附圖變得更加明顯。應理解，在權利要求的范圍內可做出所顯示和描述的具體結構的變化而不偏離本發明的精神。


通過參考下面作為權利要求中定義的本發明的示例給出的優選實施例的詳細描述，現在能更好地理解本發明及其各種實施例。應清楚理解，權利要求定義的本發明可比下面描述的示例性實施例更寬泛。
圖1是現有反應器的半示意性橫截面側視圖，示出反應氣體經流法蘭以分散方式被引入到其中，且示出氣體通過設置在晶片承載器下面的氣體出口被從腔排出；圖2是現有反應器的半示意性橫截面側視圖，示出腔內不期望的對流導致的反應氣體再循環，其中腔的頂部與晶片承載器之間較大的距離促進了該再循環；圖3A是配置來在反應器內支承六個晶片的晶片承載器的半示意性俯視圖；圖3B是配置來在反應器內支承二十個晶片的晶片承載器的半示意性俯視圖；圖4是根據本發明的反應器的半示意性橫截面側視圖，該反應器在腔的頂部與晶片承載器之間具有較小的距離，且具有相對于晶片承載器基本設置在中央的單個較小的氣體入口；圖5是根據本發明的圖4的反應器的供選配置的半示意性橫截面側視圖，其具有完全設置在晶片承載器的上表面之上且與環形擴散器流體連通從而增強層氣流的多個反應氣體出口，具有設置在晶片承載器與腔之間的密封器，且具有加熱器，其與加熱器氣體凈化器一起設置在腔的外部從而減輕反應氣體對加熱器的影響；圖6A是圖5的反應器的半示意性橫截面俯視圖，示出三凹處晶片承載器、晶片承載器與腔之間的密封器、擴散器、以及反應氣體出口；圖6B是圖5和6A的擴散器的半示意性透視側視圖，示出形成在其內表面和外表面的多個孔；圖7是圖5的反應器的供選配置的半示意性橫截面側視圖，其具有向載運氣體提供反應氣體的單獨的烷基入口和單獨的氨入口；圖8是圖5的反應器的供選配置的半示意性橫截面側視圖，其具有在烷基/載運氣體入口內基本設置在中央的氨入口；圖9是較大的、擴大了的RDR反應器的半示意性透視側視圖，其具有二十一個晶片的容量且具有多個反應氣體入口；以及圖10是反應器系統的半示意性透視側視圖，其具有三個較小的反應器(其每個具有七個晶片的容量使得總容量等于圖9的較大反應器的容量)，它們共享共同反應氣體供應系統和共同反應氣體排放系統。
具體實施例方式
在不偏離本發明的精神和范圍的情況下本領域技術人員可以進行很多變化和修改。因此，必須理解，所示實施例僅是為了示例目的而提出且不應理解為限制權利要求所定義的發明。例如，盡管權利要求的要素在下面以特定組合提出，但是必須清楚理解，本發明包括上面公開的要素的更少、更多或不同要素的其它組合，即使最初沒有以這樣的組合要求權利。
本說明書中用來描述本發明及其各種實施例的用語不僅要在它們一般定義的意義上理解，而且通過本說明書中的特殊定義包括超出一般定義的意義之外的結構、材料或行為。因此，如果一要素在本說明書的上下文中能被理解為包括多于一個含義，則其在權利要求中的使用必須理解為對于說明書和該用語本身所支持的所有可能含義而言是非特殊的。
因此，所附權利要求中的用語或要素的定義在本說明書中定義為不僅包括字面上表達的要素的組合，而且包括用于以基本相同的方式執行基本相同的功能從而獲得基本相同的結果的所有等價結構、材料或行為。因此，在該意義上預期，對所附權利要求中的要素的任何一個可進行兩個或更多要素的等價替換，或者單個要素可以替換權利要求中的兩個或更多要素。盡管要素可以描述為以特定組合起作用且甚至最初如此要求權利，但應清楚理解，來自所要求權利的組合的一個或更多要素在某些情況下可以從該組合中去除，且所要求權利的組合可以涉及子組合或者子組合的變化。
現在已知的或者以后做出的本領域技術人員認為的從要求權利的主題的非實質性改變清楚地預期為在權利要求范圍內是等價的。因此，本領域技術人員現在或以后公知的顯然的替代定義為在所定義要素的范圍內。
因此，權利要求將被理解為包括上面所明確示出和描述的、概念上等價的、可以顯然替代的以及本質上包括了本發明的實質思想的。
因此，下面參照附圖進行的詳細描述意圖作為本發明的當前優選實施例的說明而不是意圖代表可以構建或利用本發明的僅有形式。該說明結合所示實施例闡述了用于構建和操作本發明的步驟的功能和順序。然而，將理解，相同或等價的功能可以通過仍包括在本發明的精神內的不同實施例來完成。
根據一個方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括可旋轉的晶片承載器，該晶片承載器與反應器的腔配合從而促進腔內反應氣體的層流。
根據一個方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括可旋轉的晶片承載器，該晶片承載器在其周邊密封到反應器的腔從而促進腔內的層流。
根據一個方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括腔和設置在腔內的可旋轉的晶片承載器，配置該晶片承載器從而增強腔內反應氣體的向外流動。
根據一個方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括可旋轉的晶片承載器和反應腔，反應腔的底部基本由晶片承載器定義。
根據一個方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括腔、設置在腔內的晶片承載器、以及設置在腔外的加熱器，該加熱器被配置來加熱該晶片承載器。
根據一個方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括多個腔、以及公共反應物氣體供應系統和公共氣體排放系統中的至少一種。
根據一個方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括晶片承載器，配置該晶片承載器使得反應物氣體基本不在該晶片承載器下面流動。
根據一個方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括腔、晶片承載器、基本位于腔內中央的氣體入口、以及形成在腔內完全在晶片承載器的上表面之上從而增強通過腔的層氣流的至少一個氣體出口。
根據一個方面，本發明包括一種化學氣相沉積反應器，其包括腔、設置在腔內且與腔的一部分(例如頂部)配合從而定義流動通道(flow channel)的晶片承載器、以及用于旋轉晶片承載器的軸(shaft)。晶片承載器與腔的該部分之間的距離足夠小從而實現通過該流動通道的氣體的基本層流。
優選地，晶片承載器與腔的該部分之間的距離對于晶片承載器的旋轉導致的離心力而言足夠小從而實現腔內氣體的向外移動。優選地，晶片承載器與腔的該部分之間的距離足夠小使得反應氣體中反應物的實質部分(substantial portion)在離開腔之前接觸晶片的表面。優選地，晶片承載器與腔的該部分之間的距離足夠小使得反應氣體中反應物的大多數在離開腔之前接觸晶片的表面。優選地，晶片承載器與腔的該部分之間的距離足夠小從而減輕腔與晶片承載器之間的熱對流。
優選地，晶片承載器與腔的該部分之間的距離小于約2英寸。優選地，晶片承載器與腔的該部分之間的距離在約0.5英寸與約1.5英寸之間。優選地，晶片承載器與腔的該部分之間的距離為約0.75英寸。
優選地，氣體入口形成在晶片承載器之上且相對于晶片承載器基本在中央。
優選地，腔由圓筒定義。優選地，腔由圓筒定義，該圓筒具有定義該腔的頂部的一個基本平坦的壁且反應氣體入口基本位于該腔的該頂部的中央。然而，本領域技術人員將意識到，該腔可以供選地由任何其它所需要的幾何形狀定義。例如，該腔可以供選地由立方、盒、球、或者橢球來定義。
優選地，該化學氣相該晶片承載器被配置為繞其軸旋轉且反應氣體入口相對于晶片承載器的該軸基本共軸地設置。
優選地，反應氣體入口具有比腔的直徑的1/5小的直徑。優選地，反應氣體入口具有小于約2英寸的直徑。優選地，反應氣體入口具有在約0.25英寸和約1.5英寸之間的直徑。
因此，調節反應氣體入口的尺寸從而使反應氣體基本從晶片承載器的中心向其周邊以基本上導致反應氣體層流的方式流動。以這種方式，對流氣流被減少且反應效率被提高。
優選地，限制反應氣體在腔內基本水平地流動。優選地，限制反應氣體穿過通道基本水平地流動。優選地，至少部分通過旋轉的晶片承載器使反應氣體向外流動。
優選地，至少一個反應氣體出口形成在腔中晶片承載器之上。優選地，多個反應氣體出口形成在腔中完全在晶片承載器的上表面之上。增加反應氣體出口的數目通過促進反應氣體的徑向流動(通過提供用于從晶片承載器的中心到其周邊的氣體流動的更多直線路徑)而提高了反應氣體的層流，特別是在晶片承載器的周邊。完全在晶片承載器的上表面之上形成反應氣體出口減少了越過晶片承載器的邊緣流動的反應氣體導致的反應氣流中不期望的湍流。
因此，至少一個反應氣體出口優選形成在腔中晶片承載器之上且在腔的頂部之下。
化學氣相沉積反應器優選包括基本形成在腔內中心的反應氣體入口以及形成在腔內的至少一個反應氣體出口。晶片承載器設置在腔內氣體出口之下從而定義腔頂部與晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體經反應氣體入口流入腔，經流動通道流過腔，且經反應氣體出口流出腔。
環形擴散器優選接近晶片承載器的周邊設置且被配置從而增強從反應氣體入口至反應氣體出口的層流。晶片承載器設置在腔內氣體出口之下從而定義腔頂部與晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體經反應氣體入口流入腔中，經流動通道流過腔，且經反應氣體出口流出腔。
環形擴散器優選包括基本中空的環狀物(annulus)，其具有內表面和外表面，多個開口形成在內表面中，且多個開口形成在外表面中。內表面中的開口提高晶片承載器之上反應氣流的均勻性。
內表面中的開口優選配置為對穿過它的反應氣流產生足夠的限制從而提高晶片承載器之上的反應氣流的均勻性。
環形擴散器優選包括對加熱的氨引起的損壞有抵抗力的材料。例如，環形擴散器可以由SiC涂覆的石墨、SiC、石英、或鉬形成。
根據本發明的一個方面，環形密封器(seal)設置在晶片承載器與腔之間。配置環形密封器從而減少從反應氣體出口之外離開腔的反應氣流。環形密封器優選包括石墨、石英或SiC。
根據本發明的一個方面，加熱器組件設置在腔的外部且接近晶片承載器。加熱器可以是感應加熱器、輻射加熱器或任何其它所需類型的加熱器。優選地，配置加熱器凈化系統從而減少反應氣體與加熱器的接觸。
通常，配置氣流控制器從而控制經氣體入口引入到腔中的反應物氣體的量。
優選地配置晶片承載器從而支承至少三個2英寸圓晶片。然而，晶片承載器可以供選地配置為支承任何所需數目的晶片、任何所需尺寸的晶片、以及任何所需形狀的晶片。
根據本發明的一個方面，配置晶片承載器從而促進反應氣體由于離心力的向外流動。因此，晶片承載器優選地包括旋轉的晶片承載器。晶片承載器優選地配置為以大于約500rpm旋轉。晶片承載器配置為在約100rpm與約1500rpm之間旋轉。晶片承載器優選地配置為以約800rpm旋轉。
本發明的設備和方法可以用于形成晶片，各種不同的半導體器件可以由所述晶片形成。例如，所述晶片可用于形成LED由其制造的芯片(die)。
本發明示于圖1-10，其描繪了本發明的當前優選實施例。本發明涉及化學氣相沉積(CVD)反應器和適于增大的產量的集成多反應器系統。該反應器采用基本抑制熱對流的幾何構型、提供非常高的氣體速度從而避免加合物附著到表面的氣體注入方案、以及限制的生長區從而提高生長效率(通過減少源氣體消耗)。
對于高產量配置，可以集成所述反應器的多個單元。多單元配置中的每個反應器可以在尺寸上相對較小，使得機械構造可以簡單且可靠。所有反應器共享公共氣體輸送、排出和控制系統，從而成本類似于具有相同產量的較大傳統反應器。
產量擴大(scaling up)的思想相對于反應器設計是獨立的且還能應用于各種其它反應器設計。理論上，多少反應器可集成在一個系統中沒有限制。但作為實際情況，所集成的反應器的最大數目實質上受到如何配置氣體輸送系統的限制。反應器設計和該擴大思想也可以應用于各種不同材料的生長，因而包括但不限于III族氮化物、所有其它III-V族化合物、氧化物、氮化物、以及V族外延(epitaxy)。
現在參照圖4，反應器100具有位于反應器圓筒111的頂部且在中央的窄的氣體入口112。圓筒111為雙壁水冷式，類似于圖1所示的反應器。水的溫度可以變化從而控制腔113的溫度。由晶片承載器116和反應器100的頂部131定義的窄的氣體通道130將氣體向外導出。
形成在晶片承載器116中的凹處被配置來接收且支承晶片110，例如適用于LED的制造的2英寸晶片。
旋轉的晶片承載器116通過其離心力輔助氣體向外流動。旋轉的晶片承載器116優選在10與1500rpm之間旋轉。本領域技術人員將理解，晶片承載器116的更高轉速通常導致更大的離心力施加到反應氣體。
通過從中心引入氣體，迫使氣體基本水平地在窄通道130中流動，使生長工藝在某種程度上模擬水平反應器。本領域技術人員將理解，水平反應器的一個優點是其高的生長效率。這是因為在水平反應器中所有的反應物被限制到很窄的體積，因此使反應物在其與生長表面的接觸方面更有效。
優選地，反應氣體入口具有直徑尺寸A，其小于腔的直徑的1/5。優選地，反應氣體入口具有小于約2英寸的直徑。優選地，反應氣體入口具有約0.25英寸和約1.5英寸之間的直徑。
與利用額外氣流抑制垂直型反應器例如圖2所示的RDR中的熱對流不同，熱對流的抑制通過利用窄的流動通道130實現，從而迫使氣流沿所期望的方向。
晶片承載器116的上表面與腔111的頂部之間的距離指定為尺寸B。尺寸B優選小于約2英寸。尺寸B優選在約0.5英寸與約1.5英寸之間。尺寸B優選為約0.75英寸。
然而，公知地，耗盡效應(depletion effect)是水平反應器中的一個主要缺點。隨著載運氣體中的反應物從中心向旋轉盤的周邊行進，反應物的量沿途消耗，使得所沉積的薄膜在晶片上沿徑向變得越來越薄。
減小耗盡效應的一個現有方法是使用高的氣體流速從而減小沿徑向的濃度梯度。該方法的缺點是生長效率的固有降低。
根據本發明，通過利用較高的晶片承載器轉速，使得晶片承載器的旋轉產生的離心力提高晶片上方的氣體速度而沒有使用較高的氣體流速，來提高生長效率。
現在參照圖5，通過形成反應氣體出口使得它們完全在晶片承載器的上表面之上，可以減小氣流阻力從而產生更高程度的層流。通過完全在晶片承載器116的上表面之上形成氣體出口，提供用于反應氣體從氣體入口112至氣體出口119的更直接的路徑(因此更少扭曲)。本領域技術人員將理解，反應氣體的路徑越直接和越少扭曲，其流動將越少湍流(且更多層流)。
通過圍繞旋轉的晶片承載器116增加環形密封器132來橋接排放氣流的流動通道130，流動阻力被減小且層流顯著增強。這是因為在晶片承載器邊緣的氣流方向的改變被消除。環形密封器132可以由石英、石墨、SiC或適于反應器環境的其它耐用材料制成。
為了實現排放氣體的均勻泵送(pumping)(且因此更多的層流)，可以使用環形擴散器(diffuser)133(圖6A和6B中更好地示出)。環形擴散器133有效地使接近晶片承載器的周邊132的幾乎反應器的全部周邊成為一個基本連續的氣體出口。
加熱器117設置在腔(其為反應氣體在其中容易地流動的反應器部分)外。加熱器設置在晶片承載器116的下面。因為環形密封器132減少了晶片承載器116下面的反應氣流，所以加熱器基本上不暴露于反應氣體且因此基本上不因此而損壞。
優選地，設置加熱器凈化器146從而清除通過環形密封器132泄漏到晶片承載器下面的區域中的任何反應氣體。
現在參考圖6A，四個泵送口(pumping port)或氣體出口119與擴散器133流體連通。所有的氣體出口119優選連接到共同泵。
如上所述，環形密封器132橋跨晶片承載器116與腔111之間的間隙，從而促進反應氣體的層流。
現在參照圖6B，擴散器133包括多個內孔136和多個外孔137。本領域技術人員將理解，內孔136的數目越大，則內孔越近似單個連續的開口。當然，內孔越近似單個連續的開口，則通過腔的氣流越是層流。
擴散器133優選包括至少與氣體出口(例如，圖5A示出有四個氣體出口119)一樣多的外孔。
擴散器133優選由石墨、SiC涂覆的石墨、固體SiC、石英、鉬、或耐熱氨的其它材料制成。本領域技術人員將理解多種材料是合適的。
擴散器133中的孔的尺寸可以制得足夠小從而對氣流產生稍微的限制，使得能夠實現至排氣口的更均勻的分布。然而，孔尺寸不應制得如此小以致可能發生堵塞，因為反應產物包括可能粘附到或凝結在擴散器孔上的氣體和固體顆粒。
現在參照圖7和8，可以修改反應物氣體注入配置從而改善氣體相反應。根據這些修改的配置，如圖7所示烷基(alkyl)和氨在被引入到反應腔中之前大部分分開，如圖8所示在進入反應腔之前完全分開。在這兩種情況中，反應物恰在到達晶片所處的生長區之前混合。氣體相反應僅發生在氣體參與生長過程之前很短的時間內。
特別參照圖7，烷基入口141與氨入口142分開。烷基入口141和氨入口142恰在這些氣體進入腔111之前向載運氣體入口112提供反應氣體。
特別參照圖8，烷基入口141與圖7中幾乎相同地向載運入口112提供反應氣體。氨入口151包括設置在載運入口112內的管。氨入口優選在載運入口112內基本同心地設置。然而，本領域技術人員將理解，烷基入口141、氨入口151、以及載運入口112的各種其它配置同樣適合。
管嘴(nozzle)161傾向于均勻地分散氨越過晶片承載器116從而提供增強的反應效率。
圖7和圖8的反應氣體入口配置減少了反應氣體接觸晶片之前不期望的氣體相反應。
如上所述，圖5、7和8所示的反應器配置的優點在于加熱器117上的不利沉積的顯著減少。加熱器組件可以是輻射加熱器或射頻(RF)感應加熱器。通過在反應器111的下部提供加熱器凈化器146，可以有效地防止反應氣體進入加熱器區域。因此，通過環形密封器132泄漏的任何反應氣體從加熱器區域被快速清除，使得由其引起的加熱器117的損壞被減輕。
根據一個方面，本發明包括擴大金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)系統等的產量的方法。與通過增加反應腔的尺寸來擴大MOCVD反應器的現有嘗試不同，本發明集成數個較小的反應器模塊從而實現相同的晶片產量。
現在參照圖9，示出二十一個晶片的反應器900。由于反應器900的大尺寸，氣體通常通過多個口901-903引入從而提供其均勻分布。氣流控制器902便于控制向腔提供的反應氣體的量和反應氣體的成分的量。
氣體供應系統940向口901-903提供反應氣體。氣體排放系統950從反應器111移除用過的反應氣體。
現在參照圖10，示出本發明的集成三腔反應器。每個腔951-953是較小的腔，每個定義例如七晶片反應器。所有反應器共享相同的氣體入口系統960和氣體排放系統970。
圖9的配置和圖10的配置都產生相同的二十一晶片產量。然而，如圖10所示，與圖9所示反應器相比，本發明具有顯著優點。較小的反應器具有更好的硬件可靠性，特別是對于III族氮化物生長，因為較小的機械部件在高溫下具有較低的熱應力。
另外，用較小的反應器更好地實現生長一致性，因為與在較大的反應器中相比，維持溫度和流體動力學要容易得多。另外，由于較小反應器的構建與較大反應器相比簡單得多，所以較小反應器的維護簡單得多且耗費更少時間。因此，較小反應器通常具有更多正常運行時間以及更少頻率和更便宜的部件維修。
所有這些因素導致小反應器的低得多的擁有成本，因為實際晶片產量較高且維護成本較低。由于建造反應器的成本僅是整個MOCVD系統的大約2-5％，所以在系統中增加多個反應器不會顯著增加總成本。本發明的效益比附加反應器的成本大得多。
應理解，這里描述且圖中示出的用于化學氣相沉積的示例性方法和設備僅代表本發明的當前優選實施例。實際上，可以對這些實施例進行各種修改和增加而不偏離本發明的精神和范圍。例如，應理解，本發明的設備和方法可以用于與金屬有機化學氣相沉積不同的應用。事實上，本發明可適于與半導體器件的制造完全無關的應用。
因此，這些和其它修改和增加對本領域技術人員而言是顯而易見的且可以被實施從而使本發明適用于各種不同的應用。
權利要求
1.一種化學氣相沉積反應器，其包括可旋轉的晶片承載器，該晶片承載器與所述反應器的腔配合從而促進所述腔內反應氣體的層流。
2.一種化學氣相沉積反應器，其包括可旋轉的晶片承載器，該晶片承載器在其周邊密封至所述反應器的腔，使得所述腔內的層流被促進。
3.一種化學氣相沉積反應器，其包括腔和設置在所述腔內的可旋轉的晶片承載器，配置該晶片承載器從而增強所述腔內反應氣體的向外流動。
4.一種化學氣相沉積反應器，其包括可旋轉的晶片承載器和反應腔，所述反應腔的底部基本由所述晶片承載器定義。
5.一種化學氣相沉積反應器，其包括腔、設置在所述腔內的晶片承載器、以及設置在所述腔外的加熱器，該加熱器被配置來加熱該晶片承載器。
6.一種化學氣相沉積反應器，其包括多個腔、以及公共反應物氣體供應系統和公共氣體排放系統中的至少一種。
7.一種化學氣相沉積反應器，其包括晶片承載器，該晶片承載器被配置為使得反應物氣體基本不在該晶片承載器下面流動。
8.一種化學氣相沉積反應器，其包括腔、晶片承載器、在該腔內基本在中心地定位的氣體入口、以及形成在該腔內完全在該晶片承載器的上表面之上從而增強通過該腔的層氣流的至少一個氣體出口。
9.一種用于化學氣相沉積的方法，其包括導通反應物氣體通過反應器腔，使得該反應氣體中的反應物的大部分在離開該腔之前接觸晶片的表面。
10.一種用于化學氣相沉積的方法，其包括導通反應氣體經形成在腔與軸驅動的晶片承載器之間的通道通過該反應器腔，其中該腔與該晶片承載器之間的距離足夠小從而減少該腔與該晶片承載器之間的熱對流。
11.一種用于化學氣相沉積的方法，其包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流。
12.一種用于化學氣相沉積的方法，其包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流，該徑向層流至少部分通過旋轉的晶片承載器實現。
13.一種用于化學氣相沉積的方法，其包括通過離心力至少部分地實現反應器內反應氣體的基本徑向流動。
14.一種用于化學氣相沉積的方法，其包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流，該徑向層流部分通過在該腔內基本在中心地設置的氣體入口和在該腔內基本在周邊地設置的至少一個氣體出口來實現且部分通過晶片承載器的旋轉來實現。
15.一種用于化學氣相沉積的方法，其包括通過經中心定位的反應氣體入口向反應器的腔提供反應氣體且通過經完全設置在晶片承載器的上表面之上的至少一個位于周邊的反應氣體出口從所述腔排出反應氣體，在所述反應器內實現基本徑向的層流。
16.一種用于化學氣相沉積的方法，其包括向多個腔提供來自公共氣體供應源的反應物氣體。
17.一種用于化學氣相沉積的方法，其包括經公共氣體排放系統從腔移除氣體。
18.一種用于化學氣相沉積反應器的方法，其包括在晶片承載器之上流動反應物氣體而基本不在該晶片承載器之下流動反應物氣體。
19.一種用于化學氣相沉積反應器的方法，其包括流動反應氣體經過腔且離開形成在該腔內完全在晶片承載器的上表面之上的氣體出口，使得層氣流被增強。
20.一種化學氣相沉積反應器，包括腔；晶片承載器，其設置在該腔內且與該腔的一部分配合從而定義流動通道；軸，其用于旋轉該晶片承載器，且其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離足夠小從而基本實現經過該流動通道的氣體的層流。
21.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離對于該晶片承載器的旋轉引起的離心力而言足夠小從而實現該通道內氣體的向外移動。
22.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中反應氣體包括反應物且該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離足夠小從而該反應氣體中所述反應物的實質部分在離開該腔之前接觸晶片的表面。
23.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中反應氣體包括反應物且該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離足夠小從而該反應氣體中所述反應物的大部分在離開該腔之前接觸晶片的表面。
24.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離足夠小從而減少該腔與該晶片承載器之間的熱對流。
25.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離小于約2英寸。
26.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離在約0.5英寸與約1.5英寸之間。
27.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離為約0.75英寸。
28.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括氣體入口，其形成在該晶片承載器之上且相對于該晶片承載器基本在中心。
29.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該腔由圓筒定義。
30.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該腔由圓筒定義，該圓筒具有定義該腔的頂部的其一個基本平坦的壁，且反應氣體入口基本位于該腔的所述頂部的中心。
31.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶體承載器配置為繞其軸旋轉；且反應氣體入口相對于該晶片承載器的所述軸基本共軸地設置。
32.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中反應氣體入口具有比該腔的直徑的1/5小的直徑。
33.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中反應氣體入口具有小于約2英寸的直徑。
34.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中反應氣體入口具有約0.25英寸與約1.5英寸之間的直徑。
35.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中反應氣體被限制為在該腔內基本水平地流動。
36.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中反應氣體被限制為通過所述通道基本水平地流動。
37.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中至少部分地通過旋轉的晶片承載器使反應氣體向外流動。
38.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括形成在該腔中在晶片承載器之上的至少一個反應氣體出口。
39.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括形成在該腔中在晶片承載器之上且在該腔的頂部之下的至少一個反應氣體出口。
40.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括反應氣體入口，其在該腔內基本在中心地形成；至少一個反應氣體出口，其形成在該腔中，且其中該晶片承載器設置在該腔內在該氣體出口之下從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔。
41.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括反應氣體入口，其在該腔內基本在中心地形成；至少一個反應氣體出口，其形成在該腔中；環形擴散器，其接近該晶片承載器的周邊設置且被配置從而增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流，且其中該晶片承載器設置在該腔內在該氣體出口之下從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔。
42.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括反應氣體入口，其在該腔內基本在中心地形成；多個反應氣體出口，其形成在該腔中；環形擴散器，其接近該晶片承載器的周邊設置且被配置從而增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流，該環形擴散器包括基本中空的環狀物，其具有內表面和外表面；形成在該內表面中的多個開口；形成在該外表面中的多個開口，且其中該內表面中的開口提高該晶片承載器之上的反應氣流的均勻性；且其中該晶片承載器設置在該腔內在該氣體出口之下從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流人該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔。
43.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括反應氣體入口，其在該腔內基本在中心地形成；多個反應氣體出口，其形成在該腔中在晶片承載器之上；環形擴散器，其接近該晶片承載器的周邊設置且被配置從而增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流，該環形擴散器包括基本中空的環狀物，其具有內表面和外表面；形成在該內表面中的多個開口；形成在該外表面中的多個開口，其中該內表面中的開口被配置來對通過它的反應氣流產生足夠的限制從而提高該晶片承載器之上的反應氣流的均勻性；且其中該晶片承載器設置在該腔內在該氣體出口之下從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔。
44.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括反應氣體入口，其在該腔內基本在中心地形成；多個反應氣體出口，其形成在該腔中在晶片承載器之上；環形擴散器，其接近該晶片承載器的周邊設置且被配置從而增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流，該環形擴散器包括對加熱的氨導致的退化有抵抗力的材料；且其中該晶片承載器設置在該腔內在該氣體出口之下從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔。
45.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括反應氣體入口，其在該腔內基本在中心地形成；多個反應氣體出口，其形成在該腔中在晶片承載器之上；環形擴散器，其接近該晶片承載器的周邊設置且被配置從而增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流，該環形擴散器包括石墨、SiC涂覆的石墨、SiC、石英、或鉬中的至少一種；且其中該晶片承載器設置在該腔內在該氣體出口之下從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔。
46.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括設置在該晶片承載器與該腔中間的密封器，該密封器被配置來減少從該反應氣體出口之外離開該腔的反應氣流。
47.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括設置在該晶片承載器與該腔中間的環形密封器，該環形密封器被配置來減少從該反應氣體出口之外離開該腔的反應氣流。
48.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括設置在該晶片承載器與該腔中間的環形密封器，該環形密封器被配置來減少從該反應氣體出口之外離開該腔的反應氣流，該環形密封器包括石墨、石英和SiC中的至少一種。
49.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括設置在該腔的外部且接近該晶片承載器的加熱器組件。
50.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括設置在該腔的外部且接近該晶片承載器的感應加熱器組件。
51.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括設置在該腔的外部且接近該晶片承載器的輻射加熱器組件。
52.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括加熱器組件，其設置在該腔的外部且接近該晶片承載器；以及加熱器凈化系統，其被配置來減少反應氣體與該加熱器的接觸。
53.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括氣流控制器，其被配置來控制經該氣體入口引入該腔中的反應物氣體的量。
54.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括載運氣體入口，其與反應氣體入口流體連通；烷基入口，其與該載運氣體入口流體連通；以及氨入口，其與該載運氣體入口流體連通。
55.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括載運氣體入口，其與反應氣體入口流體連通；烷基入口，其與該載運氣體入口流體連通；氨入口，其與該載運氣體入口流體連通；且其中該烷基入口與該氨入口接近該腔設置從而增強烷基和氨在它們被引入該腔中之前的分離。
56.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括烷基入口，其與反應氣體入口流體連通；氨導管，其穿過該反應氣體入口；且其中氨導管被配置來保持烷基與氨在它們被引入該腔中之前的分離。
57.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括烷基入口，其與反應氣體入口流體連通；氨導管，其穿過該反應氣體入口從而定義內部氨流體導管和外部烷基流體導管；且其中該內部氨導管和該外部烷基導管被配置來保持烷基和氨在它們被引入該腔中之前的分離。
58.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括氨入口，其與反應氣體入口流體連通；烷基導管，其穿過該反應氣體入口從而定義內部烷基流體導管和外部氨流體導管；且其中該內部烷基導管和外部氨導管被配置來保持烷基與氨在它們被引入該腔中之前的分離。
59.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括外部管，其與反應氣體入口流體連通；內部管，其至少部分地設置在該外部管內且與該反應氣體入口流體連通；且其中該外部管與該內部管被配置來增強烷基與氨在它們被引入該腔中之前的分離。
60.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，還包括外部管，其與反應氣體入口流體連通；內部管，其至少部分地設置在該外部管內且與該反應氣體入口流體連通；且其中該外部管和該內部管相對于彼此基本同心地配置，從而增強烷基與氨在它們被引入該腔中之前的分離且從而增強烷基與氨在它們被引入該腔中之后的混合。
61.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器被配置來支承至少三個2英寸圓晶片；且還包括多個氣體入口，每個氣體入口被配置從而通常向該晶片承載器的不同部分提供反應氣體。
62.如權利要求20所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器被配置來支承至少三個2英寸圓晶片；還包括多個氣體入口，每個氣體入口被配置從而一般向該晶片承載器的不同部分提供反應氣體；以及氣流控制器，其被配置來控制經每個氣體入口引入到該腔中的反應物氣體的量。
63.一種用于化學氣相沉積的方法，該方法包括提供容納晶片承載器的腔；用心軸旋轉該晶片承載器；基本實現在該腔的一部分與該晶片承載器之間的氣體的層流。
64.如權利要求63所述的方法，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離對于該晶片承載器的旋轉引起的離心力而言足夠小從而實現該通道內氣體的向外移動。
65.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體包括反應物且該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離足夠小使得該反應氣體中該反應物的實質部分在離開該腔之前接觸晶片的表面。
66.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體包括反應物且該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離足夠小使得該反應氣體中該反應物的大部分在離開該腔之前接觸晶片的表面。
67.如權利要求63所述的方法，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離足夠小從而減少該腔與該晶片承載器之間的熱對流。
68.如權利要求63所述的方法，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離小于約2英寸。
69.如權利要求63所述的方法，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離在約0.5英寸與約1.5英寸之間。
70.如權利要求63所述的方法，其中該晶片承載器與該腔的所述部分之間的距離為約0.75英寸。
71.如權利要求63所述的方法，還包括氣體入口，其在該晶片承載器之上且相對于該晶片承載器基本在中心地形成。
72.如權利要求63所述的方法，其中該腔由圓筒定義。
73.如權利要求63所述的方法，其中該腔由圓筒定義，該圓筒具有定義該腔的頂部的其一個基本平坦的壁，且反應氣體入口形成在該腔的該頂部的基本中心處。
74.如權利要求63所述的方法，還包括經反應氣體入口將氣體引入該腔中，該反應氣體入口相對于該晶片承載器的軸基本共軸地設置。
75.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體經氣體入口被引入該腔中，該氣體入口具有比該腔的直徑的1/5小的直徑。
76.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體經氣體入口被引入該腔中，該氣體入口具有小于約2英寸的直徑。
77.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體經氣體入口被引入該腔中，該氣體入口具有約0.25英寸與約1.5英寸之間的直徑。
78.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體被限制為基本水平地流動。
79.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體被限制為通過通道基本水平地流動，該通道通過該腔與晶片承載器的配合來定義。
80.如權利要求63所述的方法，其中至少部分地通過旋轉的晶片承載器使反應氣體向外流動。
81.如權利要求63所述的方法，其中至少一反應氣體經形成在該腔中在晶片承載器之上的出口流出該腔。
82.如權利要求63所述的方法，其中至少一個反應氣體出口形成在該腔中在晶片承載器之上且在該腔的頂部之下。
83.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體入口在該腔內基本在中心地形成；至少一個反應氣體出口形成在該腔中；且該晶片承載器設置在該腔內在該氣體出口之下從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔。
84.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體入口在該腔內基本在中心地形成；多個反應氣體出口形成在該腔中；該晶片承載器設置在該腔內在該氣體出口之下從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得該反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔；且接近該晶片承載器的周邊設置的環形擴散器增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流。
85.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體入口在該腔內基本在中心地形成；多個反應氣體出口形成在該腔中；該晶片承載器設置在該腔內在該氣體出口之下從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得該反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔；接近該晶片承載器的周邊設置的環形擴散器增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流，該環形擴散器包括基本中空的環狀物，其具有內表面和外表面；形成在該內表面中的多個開口；形成在該內表面中的多個開口；且其中該內表面中的開口提高該晶片承載器之上的反應氣流的均勻性。
86.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體入口在該腔內基本在中心地形成；多個反應氣體出口形成在該腔中在晶片承載器之上；該晶片承載器設置在該腔中從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔；接近該晶片承載器的周邊設置的環形擴散器增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流，該環形擴散器包括基本中空的環狀物，其具有內表面和外表面；形成在該內表面中的多個開口；形成在該內表面中的多個開口；且其中該內表面中的開口被配置來對通過它的反應氣流產生足夠的限制從而提高該晶片承載器之上反應氣流的均勻性。
87.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體入口在該腔內基本在中心地形成；多個反應氣體出口形成在該腔中在晶片承載器之上；該晶片承載器設置在該腔內從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔；且接近該晶片承載器的周邊設置的環形擴散器增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流，該環形擴散器包括對加熱了的氨引起的退化具有抵抗力的材料。
88.如權利要求63所述的方法，其中反應氣體入口在該腔內基本在中心地形成；多個反應氣體出口形成在該腔中在晶片承載器之上；該晶片承載器設置在該腔內從而定義該腔的頂部與該晶片承載器之間的流動通道，使得反應氣體通過該反應氣體入口流入該腔，經該流動通道流過該腔，且經該反應氣體出口流出該腔；且接近該晶片承載器的周邊設置的環形擴散器增強從該反應氣體入口到該反應氣體出口的層流，該環形擴散器包括石墨、SiC涂覆的石墨、SiC、石英、或鉬中的至少一種。
89.如權利要求63所述的方法，還包括通過該晶片承載器支承多個晶片；以及通過設置在該晶片承載器與該腔之間的密封器，減少從該反應氣體出口之外離開該腔的反應氣流。
90.如權利要求63所述的方法，還包括通過該晶片承載器支承多個晶片；以及通過設置在該晶片承載器與該腔之間的環形密封器，減少從該反應氣體出口之外離開該腔的反應氣流。
91.如權利要求63所述的方法，還包括通過該晶片承載器支承多個晶片；以及通過設置在該晶片承載器與該腔之間的環形密封器，減少從該反應氣體出口之外離開該腔的反應氣流，該環形密封器被配置，該環形密封器包括石墨、石英和SiC中的至少一種。
92.如權利要求63所述的方法，還包括通過設置在該腔的外部且接近該晶片承載器的加熱器組件加熱設置在該腔內的至少一個晶片。
93.如權利要求63所述的方法，還包括通過設置在該腔的外部且接近該晶片承載器的感應加熱器組件加熱設置在該腔內的至少一個晶片。
94.如權利要求63所述的方法，還包括通過設置在該腔的外部且接近該晶片承載器的輻射加熱器組件加熱設置在該腔內的至少一個晶片。
95.如權利要求63所述的方法，還包括通過設置在該腔的外部且接近該晶片承載器的加熱器組件加熱設置在該腔內的至少一個晶片；以及通過加熱器凈化系統減少反應氣體與該加熱器的接觸。
96.如權利要求63所述的方法，還包括通過氣流控制器控制引入該腔中的反應物氣體的量。
97.如權利要求63所述的方法，還包括通過與反應氣體入口流體連通的載運氣體入口向該腔提供載運氣體；通過與該載運氣體入口流體連通的烷基入口向該腔提供烷基；以及通過與該載運氣體入口流體連通的氨入口向該腔提供氨。
98.如權利要求63所述的方法，還包括通過與反應氣體入口流體連通的載運氣體入口向該腔提供載運氣體；通過與該載運氣體入口流體連通的烷基入口向該腔提供烷基；通過與該載運氣體入口流體連通的氨入口向該腔提供氨；且其中該烷基入口和該氨入口接近該腔設置從而增強烷基和氨在它們被引入該腔中之前的分離。
99.如權利要求63所述的方法，還包括通過與反應氣體入口流體連通的烷基導管向該腔提供烷基；通過穿過該反應氣體入口的氨導管向該腔提供氨；且其中該氨導管被配置來保持烷基與氨在它們被引入該腔中之前的分離。
100.如權利要求63所述的方法，還包括通過與反應氣體入口流體連通的烷基導管向該腔提供烷基；通過穿過該反應氣體入口的氨導管向該腔提供氨；且其中該內部氨導管和該外部烷基導管被配置來保持烷基與氨在它們被引入該腔中之前的分離。
101.如權利要求63所述的方法，還包括通過與反應氣體入口流體連通的烷基導管向該腔提供烷基；通過穿過該反應氣體入口的氨導管向該腔提供氨；且其中該內部烷基導管和該外部氨導管被配置來保持烷基與氨在它們被引入該腔中之前的分離。
102.如權利要求63所述的方法，還包括通過外部管向該腔提供第一氣體；通過至少部分地設置在該外部管內的內部管向該腔提供第二氣體；且其中該外部管和該內部管被配置來增強第一和第二氣體在它們被引入該腔中之前的分離。
103.如權利要求63所述的方法，還包括通過外部管向該腔提供第一氣體；通過至少部分地設置在該外部管內的內部管向該腔提供第二氣體；且其中該外部管和該內部管相對于彼此基本同心地配置，從而增強烷基與氨在它們被引入該腔中之前的分離且從而增強烷基與氨在它們被引入該腔中之后的混合。
104.一種化學氣相沉積反應器，包括腔；以及晶片承載器，其設置在該腔內，該晶片承載器被配置來促進反應氣體由于離心力的向外流動。
105.如權利要求104所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器包括旋轉的晶片承載器。
106.如權利要求104所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器被配置來優選地以大于約500rpm旋轉。
107.如權利要求104所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器被配置來在約100rpm與約1500rpm之間旋轉。
108.如權利要求104所述的化學氣相沉積反應器，其中該晶片承載器被配置來以約800rpm旋轉。
109.如權利要求104所述的化學氣相沉積反應器，其中配置氣體供應從而維持該反應氣體彼此分離直到該氣體處于該腔的內部。
110.如權利要求104所述的化學氣相沉積反應器，還包括外部流體導管，其被配置來向該腔提供至少一種反應氣體；至少一個內部流體導管，其設置在該外部流體導管內且被配置來向該腔提供至少另一種反應氣體；且其中該內部和外部流體導管促進該反應氣體的分離。
111.如權利要求104所述的化學氣相沉積反應器，還包括外部流體導管，其被配置來向該腔提供至少一種反應氣體；至少一個內部流體導管，其同心地設置在該外部流體導管內且被配置來向該腔提供至少另一種反應氣體；且其中該內部和外部流體導管促進該反應氣體的分離。
112.一種用于化學氣相沉積的方法，該方法包括提供反應腔；提供設置在該腔內的晶片承載器；旋轉該晶片承載器從而促進反應氣體由于離心力的向外流動。
113.如權利要求112所述的方法，其中旋轉該晶片承載器包括以大于約500rpm旋轉該晶片承載器。
114.如權利要求112所述的方法，其中旋轉該晶片承載器包括在約100rpm與約1500rpm之間旋轉該晶片承載器。
115.如權利要求112所述的方法，其中旋轉該晶片承載器包括以約800rpm旋轉該晶片承載器。
116.如權利要求112所述的方法，其中維持反應氣體彼此分離直到該氣體處于所述腔的內部。
117.如權利要求112所述的方法，還包括通過外部流體導管向該腔輸送第一反應氣體；通過設置在該外部流體導管內的至少一個內部流體導管向該腔輸送第二反應氣體；且其中該內部和外部流體導管促進該反應氣體的分離。
118.如權利要求112所述的方法，還包括通過外部流體導管向該腔輸送第一反應氣體；通過設置在該外部流體導管內的至少一個內部流體導管向該腔輸送第二反應氣體；且其中該內部和外部流體導管相對于彼此基本同心且促進該反應氣體的分離。
119.一種化學氣相沉積反應器，包括反應器腔，其被配置來容納至少一個晶片；以及加熱器，其設置在該腔的外部且被配置來加熱所述晶片。
120.如權利要求119所述的化學氣相沉積反應器，還包括被配置來支承至少一個晶片的晶片承載器。
121.如權利要求119所述的化學氣相沉積反應器，還包括被配置來在該腔內旋轉且支承多個晶片的晶片承載器。
122.如權利要求119所述的化學氣相沉積反應器，還包括定義該腔的底部且被配置來在該腔內旋轉并支承多個晶片的晶片承載器。
123.如權利要求119所述的化學氣相沉積反應器，還包括晶片承載器，其定義該腔的底部且其被配置來在該腔內旋轉并支承多個晶片；以及環形密封器，其被配置來減少該晶片承載器與該腔的側部分之間的氣體流動。
124.一種用于化學氣相沉積的方法，該方法包括提供反應器腔，其容納至少一個晶片；以及通過設置在該腔的外部的加熱器加熱該晶片。
125.如權利要求124所述的方法，還包括用晶片承載器支承所述晶片。
126.如權利要求124所述的方法，還包括在該腔內旋轉晶片承載器。
127.如權利要求124所述的方法，還包括用晶片承載器定義該腔的底部，該晶片承載器被配置來在該腔內旋轉且支承多個晶片。
128.如權利要求124所述的方法，還包括用晶片承載器定義該腔的底部，該晶片承載器被配置來在該腔內旋轉且支承多個晶片；以及用環形密封器減少該晶片承載器與該腔的側部分之間的氣體的流動。
129.一種化學氣相沉積系統，包括多個反應器腔；公共氣體供應系統，其被配置來向所述腔提供反應氣體；以及公共氣體排放系統，其被配置來從所述腔去除氣體。
130.如權利要求129所述的化學氣相沉積系統，還包括設置在每個腔內的晶片承載器，所述晶片承載器被配置來每個支承少于十二個晶片。
131.一種用于化學氣相沉積的方法，該方法包括提供多個反應器腔；通過公共氣體供應系統向所述腔提供反應氣體；以及通過公共氣體排放系統從所述腔去除氣體。
132.如權利要求131所述的方法，還包括在設置于每個腔內的晶片承載器上支承少于十二個晶片。
133.一種晶片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括輸送反應氣體通過反應器腔使得該反應氣體中的反應物的大部分在離開該腔之前接觸晶片的表面。
134.一種晶片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括通過形成在反應器腔與晶片承載器之間的通道輸送反應氣體經過該腔，其中該腔與該晶片承載器之間的距離足夠小從而減少該腔與該晶片承載器之間的熱對流。
135.一種晶片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流。
136.一種晶片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流，該徑向的層流至少部分地通過在該腔內基本在中心地設置的氣體入口且通過在該腔內基本在周邊地設置的至少一個氣體出口來實現。
137.一種晶片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流，該徑向的層流至少部分地通過旋轉的晶片承載器實現。
138.一種晶片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器內通過離心力至少部分地實現反應氣體的基本徑向的流動。
139.一種晶片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括通過經在中心定位的反應氣體入口向反應器的腔提供反應氣體且通過經至少一個在周邊定位的反應氣體出口從該腔排放反應氣體，在該反應器內實現基本徑向的層流。
140.一種晶片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括維持至少兩種反應物氣體相對于彼此基本分離以及以基本混合所述氣體且提供其基本徑向的流動的方式將所述氣體引入到腔中。
141.一種晶片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括用設置在反應器腔外部的至少一個加熱器來加熱設置在該反應器腔內的至少一個晶片。
142.一種芯片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括輸送反應氣體通過反應器腔使得該反應氣體中的反應物的大部分在離開該腔之前接觸晶片的表面。
143.一種芯片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括通過形成在反應器腔與晶片承載器之間的通道輸送反應氣體經過該腔，其中該腔與該晶片承載器之間的距離足夠小從而減少該腔與該晶片承載器之間的熱對流。
144.一種芯片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流。
145.一種芯片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流，該徑向的層流至少部分地通過在該腔內基本在中心地設置的氣體入口且通過在該腔內基本在周邊地設置的至少一個氣體出口來實現。
146.一種芯片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流，該徑向的層流至少部分地通過旋轉的晶片承載器實現。
147.一種芯片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器內通過離心力至少部分地實現反應氣體的基本徑向的流動。
148.一種芯片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括通過經在中心定位的反應氣體入口向反應器的腔提供反應氣體且通過經至少一個在周邊定位的反應氣體出口從該腔排放反應氣體，在該反應器內實現基本徑向的層流。
149.一種芯片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括維持至少兩種反應物氣體相對于彼此基本分離以及以基本混合所述氣體且提供其基本徑向的流動的方式將所述氣體引入到腔中。
150.一種芯片，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括用設置在反應器腔外部的至少一個加熱器來加熱設置在該反應器腔內的至少一個晶片。
151.一種LED，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括輸送反應氣體通過反應器腔使得該反應氣體中的反應物的大部分在離開該腔之前接觸晶片的表面。
152.一種LED，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括通過形成在反應器腔與晶片承載器之間的通道輸送反應氣體經過該腔，其中該腔與該晶片承載器之間的距離足夠小從而減少該腔與該晶片承載器之間的熱對流。
153.一種LED，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流。
154.一種LED，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流，該徑向的層流至少部分地通過在該腔內基本在中心地設置的氣體入口且通過在該腔內基本在周邊地設置的至少一個氣體出口來實現。
155.一種LED，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器的腔內實現基本徑向的層流，該徑向的層流至少部分地通過旋轉的晶片承載器實現。
156.一種LED，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括在反應器內通過離心力至少部分地實現反應氣體的基本徑向的流動。
157.一種LED，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括通過經在中心定位的反應氣體入口向反應器的腔提供反應氣體且通過經至少一個在周邊定位的反應氣體出口從該腔排放反應氣體，在該反應器內實現基本徑向的層流。
158.一種LED，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括維持至少兩種反應物氣體相對于彼此基本分離以及以基本混合所述氣體且提供其基本徑向的流動的方式將所述氣體引入到腔中。
159.一種LED，其通過用于化學氣相沉積的方法制造，該方法包括用設置在反應器腔外部的至少一個加熱器來加熱設置在該反應器腔內的至少一個晶片。
160.一種用于化學氣相沉積的方法，包括用設置在反應器腔外部的至少一個加熱器來加熱設置在該反應器腔內的至少一個晶片。
全文摘要
本發明涉及一種化學氣相沉積反應器，其具有可旋轉的晶片承載器，該晶片承載器與所述反應器的腔配合從而促進所述腔內反應氣體的層流。該化學氣相沉積反應器可用于LED等的制造。
文檔編號C23C16/00GK101036215SQ200480026159
公開日2007年9月12日 申請日期2004年6月29日 優先權日2003年7月15日
發明者劉恒 申請人:布里奇勒科思股份有限公司