JPH10158100A - 気相成長装置 - Google Patents
気相成長装置Info
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- JPH10158100A JPH10158100A JP31958196A JP31958196A JPH10158100A JP H10158100 A JPH10158100 A JP H10158100A JP 31958196 A JP31958196 A JP 31958196A JP 31958196 A JP31958196 A JP 31958196A JP H10158100 A JPH10158100 A JP H10158100A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来の縦型の気相成長装置においては、反応ガ
スの供給口がノズル状であったため、ノズル近傍での反
応ガスの分解反応が安定せず、また、反応ガスの供給口
と排出口の位置が非対称であるため、サセプタに載置し
た基板の堆積膜の膜厚や特性にバラツキが生ずるという
問題があった。 【解決手段】原料ガス導入口7とサセプタ4との間にガ
ス流路形成体20を設け、原料ガスをガス導入口7から
ガス流路形成体20の中央部に向けて導入し、ガス流路
形成体20で一旦放射状に拡散させた後、サセプタ4の
基板3載置面上をサセプタ4の中央部に向かって流すこ
とにより、ガスの流れが均一となり、その結果、堆積膜
の膜厚や特性のバラツキを小さくすることが出来た。
スの供給口がノズル状であったため、ノズル近傍での反
応ガスの分解反応が安定せず、また、反応ガスの供給口
と排出口の位置が非対称であるため、サセプタに載置し
た基板の堆積膜の膜厚や特性にバラツキが生ずるという
問題があった。 【解決手段】原料ガス導入口7とサセプタ4との間にガ
ス流路形成体20を設け、原料ガスをガス導入口7から
ガス流路形成体20の中央部に向けて導入し、ガス流路
形成体20で一旦放射状に拡散させた後、サセプタ4の
基板3載置面上をサセプタ4の中央部に向かって流すこ
とにより、ガスの流れが均一となり、その結果、堆積膜
の膜厚や特性のバラツキを小さくすることが出来た。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長法の一種
である有機金属化学気相成長法(MOCVD)を実施す
るための気相成長装置の改良に関する。
である有機金属化学気相成長法(MOCVD)を実施す
るための気相成長装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、MOCVD法は、異種基板上に
結晶成長が可能であることから、低価格の基板を用い、
安価で大量の結晶を供給することができる。図4は従来
の縦型気相成長装置の断面構造を示したもので、図にお
いて、1は反応容器、2は反応ガス吹き出し口、4は反
応容器内に設けられ半導体基板3を載置するためのサセ
プタ、5はサセプタ4を加熱するための加熱装置、7は
原料ガス導入口、6はサセプタ4を支持しかつ回転させ
るための駆動軸で、駆動モ−タ9と歯車機構8とにより
回転させる。10は原料ガスの排気口である。
結晶成長が可能であることから、低価格の基板を用い、
安価で大量の結晶を供給することができる。図4は従来
の縦型気相成長装置の断面構造を示したもので、図にお
いて、1は反応容器、2は反応ガス吹き出し口、4は反
応容器内に設けられ半導体基板3を載置するためのサセ
プタ、5はサセプタ4を加熱するための加熱装置、7は
原料ガス導入口、6はサセプタ4を支持しかつ回転させ
るための駆動軸で、駆動モ−タ9と歯車機構8とにより
回転させる。10は原料ガスの排気口である。
【0003】次に動作について説明する。前記反応容器
1内に設けられたサセプタ4は、該反応容器内に設けら
れた加熱装置5によって所定温度(500〜800℃)
に加熱される。この時原料ガス導入口から送られてきた
ガスはガス吹き出し口2からサセプタ4上に載置された
基板3上に達し、熱分解により前記基板3表面に半導体
結晶膜を成長させる。さらに原料ガスは反応容器1とサ
セプタ4との隙間11を通って排気口10より排気され
る。ここで膜の成長中は駆動軸6の回転によりサセプタ
4を回転させ、回転方向での結晶成長の均一性を図って
いる。
1内に設けられたサセプタ4は、該反応容器内に設けら
れた加熱装置5によって所定温度(500〜800℃)
に加熱される。この時原料ガス導入口から送られてきた
ガスはガス吹き出し口2からサセプタ4上に載置された
基板3上に達し、熱分解により前記基板3表面に半導体
結晶膜を成長させる。さらに原料ガスは反応容器1とサ
セプタ4との隙間11を通って排気口10より排気され
る。ここで膜の成長中は駆動軸6の回転によりサセプタ
4を回転させ、回転方向での結晶成長の均一性を図って
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の縦型気相成長装
置は以上のように構成されており、ガスの吹き出し口2
がサセプタの中央にあるため、吹き出し口の近傍ではガ
スの流れは均一であるが、サセプタの外周部では均一な
流れを得ることが難しく、またガスの排気口10の位置
がサセプタ4に対して非対称であるため、サセプタの径
が大きい場合あるいは薄い堆積膜を必要とする場合等に
おいてはガスの流れの不均一が原因となって堆積膜の厚
さにバラツキが生ずることがあった。さらに導入ガスの
吹き出し口2はノズル状になっているため、吹き出し口
近傍では原料の分解反応が安定せず、堆積膜中でのキャ
リア濃度までバラツキが生ずるという問題があった。本
発明は半導体堆積膜の成長中に反応容器内での原料ガス
の流れを対称かつ均一にすると共に、原料ガスの分解を
サセプタ上で安定化させ、サセプタの広い領域内で半導
体膜の膜厚やキャリア濃度のバラツキを小さくすること
を目的とする。
置は以上のように構成されており、ガスの吹き出し口2
がサセプタの中央にあるため、吹き出し口の近傍ではガ
スの流れは均一であるが、サセプタの外周部では均一な
流れを得ることが難しく、またガスの排気口10の位置
がサセプタ4に対して非対称であるため、サセプタの径
が大きい場合あるいは薄い堆積膜を必要とする場合等に
おいてはガスの流れの不均一が原因となって堆積膜の厚
さにバラツキが生ずることがあった。さらに導入ガスの
吹き出し口2はノズル状になっているため、吹き出し口
近傍では原料の分解反応が安定せず、堆積膜中でのキャ
リア濃度までバラツキが生ずるという問題があった。本
発明は半導体堆積膜の成長中に反応容器内での原料ガス
の流れを対称かつ均一にすると共に、原料ガスの分解を
サセプタ上で安定化させ、サセプタの広い領域内で半導
体膜の膜厚やキャリア濃度のバラツキを小さくすること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明による気
相成長装置はパンケ−キ型の縦型気相成長装置におい
て、反応ガスはサセプタの基板搭載面のほぼ中央部から
供給すると共に、サセプタ基板搭載面の上方に流路形成
体を設け、これによって原料ガスをサセプタの外周方向
に一旦広げた後、基板表面上に一様に流し、反応容器の
ほぼ中央部から排気することを特徴とする。
相成長装置はパンケ−キ型の縦型気相成長装置におい
て、反応ガスはサセプタの基板搭載面のほぼ中央部から
供給すると共に、サセプタ基板搭載面の上方に流路形成
体を設け、これによって原料ガスをサセプタの外周方向
に一旦広げた後、基板表面上に一様に流し、反応容器の
ほぼ中央部から排気することを特徴とする。
【0006】請求項2の発明による気相成長装置は請求
項1の発明において、サセプタ表面と流路形成体との間
に形成される空間と、サセプタ裏面と反応容器の間の空
間との気圧のバランスを調整するガス供給口を反応容器
に設けたことを特徴とする。
項1の発明において、サセプタ表面と流路形成体との間
に形成される空間と、サセプタ裏面と反応容器の間の空
間との気圧のバランスを調整するガス供給口を反応容器
に設けたことを特徴とする。
【0007】
【実施例】以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。
る。
【0008】(実施例1)本実施例に係る方法の1例を
図1に示す。なお、以下の図面において、従来法による
図4と同一構成部品については同一符号を付してその詳
細説明は省略する。図1について、MOCVD法により
GaAs基板上にGaAs膜をエピタキシャル成長させ
る場合を例に取り説明する。図1において、図示しない
ガス供給装置より反応容器1の中央上部に設けたガス導
入口7を経て、水素ガスをキャリアとしてトリメチルガ
リウム(TMG)とアルシン(AsH3 )を供給した。
複数枚の基板3を載置したサセプタ4は、RF加熱装置
5により600℃に加熱され、図示しない熱電対によっ
て制御されている。20は本発明の特徴である流路形成
体で、支持腕状の、または多数の貫通孔を設けた流路形
成体受け21により反応容器1に固定されている。サセ
プタ4の中央には吸気のための孔が設けられており、サ
セプタ駆動軸6の中心部に設けた排気口10につながっ
ている。サセプタ4は駆動モ−タ9により駆動軸6を介
して回転出来るように構成されている。また反応容器1
と流路形成体20とのクリアランスL1 は5〜30mm
の値とした。
図1に示す。なお、以下の図面において、従来法による
図4と同一構成部品については同一符号を付してその詳
細説明は省略する。図1について、MOCVD法により
GaAs基板上にGaAs膜をエピタキシャル成長させ
る場合を例に取り説明する。図1において、図示しない
ガス供給装置より反応容器1の中央上部に設けたガス導
入口7を経て、水素ガスをキャリアとしてトリメチルガ
リウム(TMG)とアルシン(AsH3 )を供給した。
複数枚の基板3を載置したサセプタ4は、RF加熱装置
5により600℃に加熱され、図示しない熱電対によっ
て制御されている。20は本発明の特徴である流路形成
体で、支持腕状の、または多数の貫通孔を設けた流路形
成体受け21により反応容器1に固定されている。サセ
プタ4の中央には吸気のための孔が設けられており、サ
セプタ駆動軸6の中心部に設けた排気口10につながっ
ている。サセプタ4は駆動モ−タ9により駆動軸6を介
して回転出来るように構成されている。また反応容器1
と流路形成体20とのクリアランスL1 は5〜30mm
の値とした。
【0009】ガス導入口7を介して導入されたガスは、
流路形成体20により径方向に均一に広げられ、流路形
成体20の裏面とサセプタ4の面で囲まれたガス流路内
を、サセプタ4の外周側からサセプタ4の中央排気口1
0に向かって流れる。流路形成体20は、原料ガスがサ
セプタ4の基板載置面上を均一に流れるように、図1に
示す如く、上面が平滑で裏面中央が窪んでいる。即ち断
面形状が外周部が厚く、中心に向かって薄くなるような
形状になっている。
流路形成体20により径方向に均一に広げられ、流路形
成体20の裏面とサセプタ4の面で囲まれたガス流路内
を、サセプタ4の外周側からサセプタ4の中央排気口1
0に向かって流れる。流路形成体20は、原料ガスがサ
セプタ4の基板載置面上を均一に流れるように、図1に
示す如く、上面が平滑で裏面中央が窪んでいる。即ち断
面形状が外周部が厚く、中心に向かって薄くなるような
形状になっている。
【0010】図1において反応容器1とサセプタ4との
間には隙間25が存在するために、この隙間25を通し
て原料ガスがサセプタ4の裏側のデッドスペ−ス26に
流れ込み、サセプタ面上のガスの流れの均一性を乱す恐
れがある。これを防止するために反応容器1の内周部に
遮蔽板22を設けると共に、反応容器1の台座1aに設
けたガス導入口23からパ−ジガスをデッドスペ−ス2
6内に導入し、駆動軸6に設けたパ−ジガス排出孔24
より排気する。パ−ジガスの圧力を調整することによ
り、原料ガスがデッドスペ−ス27内に流れ込むことが
なく、サセプタ4の表面上の原料ガスの流れを均一に保
つ事が出来る。
間には隙間25が存在するために、この隙間25を通し
て原料ガスがサセプタ4の裏側のデッドスペ−ス26に
流れ込み、サセプタ面上のガスの流れの均一性を乱す恐
れがある。これを防止するために反応容器1の内周部に
遮蔽板22を設けると共に、反応容器1の台座1aに設
けたガス導入口23からパ−ジガスをデッドスペ−ス2
6内に導入し、駆動軸6に設けたパ−ジガス排出孔24
より排気する。パ−ジガスの圧力を調整することによ
り、原料ガスがデッドスペ−ス27内に流れ込むことが
なく、サセプタ4の表面上の原料ガスの流れを均一に保
つ事が出来る。
【0011】更に、サセプタ4の表面上の反応ガスの流
れを均一に保つための条件として反応容器1の中心軸と
流路形成体20の中心軸とを出来るだけ一致させること
が重要であり、これは流路形成体受け21の位置調整に
よって達成される。反応容器1と流路形成体20の中心
軸のズレ(同軸度)は反応容器の直径が200mm以下
の場合は0.5mm以下、200mm以上の場合には
1.0mm以下にすることが望ましい。また、流路形成
体20の裏面とサセプタ4との間隔L2 は20〜60m
mであり、かつ、上述したようにL2 の値はサセプタ4
の外周部から中心に向かって大きくなっている。
れを均一に保つための条件として反応容器1の中心軸と
流路形成体20の中心軸とを出来るだけ一致させること
が重要であり、これは流路形成体受け21の位置調整に
よって達成される。反応容器1と流路形成体20の中心
軸のズレ(同軸度)は反応容器の直径が200mm以下
の場合は0.5mm以下、200mm以上の場合には
1.0mm以下にすることが望ましい。また、流路形成
体20の裏面とサセプタ4との間隔L2 は20〜60m
mであり、かつ、上述したようにL2 の値はサセプタ4
の外周部から中心に向かって大きくなっている。
【0012】上述した如き装置によってGaAs膜をエ
ピタキシアル成長させた結果、サセプタ面上の原料ガス
の流れを極めて均一にすることが出来、その結果、従来
基板面内の膜厚均一性が±1.5%であったものが±
1.0%以内に納めることが出来た。また、同一サセプ
タ上の基板8枚の膜厚のバラツキも±2.1%から±
1.6%に改善された。
ピタキシアル成長させた結果、サセプタ面上の原料ガス
の流れを極めて均一にすることが出来、その結果、従来
基板面内の膜厚均一性が±1.5%であったものが±
1.0%以内に納めることが出来た。また、同一サセプ
タ上の基板8枚の膜厚のバラツキも±2.1%から±
1.6%に改善された。
【0013】図2に第1実施例の変形例を示す。図1に
おいては反応容器1の上面部は反応容器台座1aにほぼ
平行であったが、図2においては反応容器1の断面形状
は半球形または半楕円形あるいは両者を組み合わせた形
状をしており、流路形成体20もこれと相似の形状をし
ている。図2の例は特に反応容器が大型の場合に容易に
反応ガスを均一に流すことが出来る点で有利である。
おいては反応容器1の上面部は反応容器台座1aにほぼ
平行であったが、図2においては反応容器1の断面形状
は半球形または半楕円形あるいは両者を組み合わせた形
状をしており、流路形成体20もこれと相似の形状をし
ている。図2の例は特に反応容器が大型の場合に容易に
反応ガスを均一に流すことが出来る点で有利である。
【0014】(実施例2)図3に本発明による第2実施
例を示す。第1実施例では基板はサセプタ4の上面に載
置されていたが、本実施例では基板はサセプタ4の下面
に取り付けたいわゆるフェイスダウン方式を用いてい
る。このため、基板3はサセプタ4に設けた図示してい
ない複数個の爪によってサセプタに固定されている。フ
ェイスダウン方式の場合は基板上に埃等が付着しないと
いう利点がある。フェイスダウン方式の本実施例では流
路形成体20も実施例1とは反対方向に設けられ、ま
た、サセプタ4と流路形成体20とは独立に回転出来る
ようになっている。すなわち駆動モ−タ9’によってサ
セプタ駆動軸6を、駆動モ−タ9によって流路形成体駆
動軸27をそれぞれ回転制御する。
例を示す。第1実施例では基板はサセプタ4の上面に載
置されていたが、本実施例では基板はサセプタ4の下面
に取り付けたいわゆるフェイスダウン方式を用いてい
る。このため、基板3はサセプタ4に設けた図示してい
ない複数個の爪によってサセプタに固定されている。フ
ェイスダウン方式の場合は基板上に埃等が付着しないと
いう利点がある。フェイスダウン方式の本実施例では流
路形成体20も実施例1とは反対方向に設けられ、ま
た、サセプタ4と流路形成体20とは独立に回転出来る
ようになっている。すなわち駆動モ−タ9’によってサ
セプタ駆動軸6を、駆動モ−タ9によって流路形成体駆
動軸27をそれぞれ回転制御する。
【0015】原料ガスは反応容器の下部円筒部1bに設
けた導入口より流路形成体20の回転軸27に沿って供
給され、流路形成体20によって一旦径方向に流れが拡
散された後、流路形成体20とサセプタ4との間の流路
を流れ、流路形成体20の中央に設けた排気口10によ
り排気される。反応容器1とサセプタ4との空間はデッ
ドスペ−スになるため、反応容器1に設けたガスの導入
口23及び排出孔24により、パ−ジガスを供給・排気
出来るようになっている。さらにこのデッドスペ−ス内
に原料ガスが回り込むのを防ぐため、反応容器1の内部
に遮蔽板22が設けられている。
けた導入口より流路形成体20の回転軸27に沿って供
給され、流路形成体20によって一旦径方向に流れが拡
散された後、流路形成体20とサセプタ4との間の流路
を流れ、流路形成体20の中央に設けた排気口10によ
り排気される。反応容器1とサセプタ4との空間はデッ
ドスペ−スになるため、反応容器1に設けたガスの導入
口23及び排出孔24により、パ−ジガスを供給・排気
出来るようになっている。さらにこのデッドスペ−ス内
に原料ガスが回り込むのを防ぐため、反応容器1の内部
に遮蔽板22が設けられている。
【0016】サセプタ4の加熱は抵抗加熱方式、赤外線
ランプ加熱方式の何れも採用可能である。また、本実施
例の場合、サセプタ4並びに流路形成体20を独立に回
転制御するため、サセプタ4を大型化してもサセプタ4
の表面上の原料ガスの流れを均一にすることが容易とな
り、多数枚の基板の堆積処理が可能となる。
ランプ加熱方式の何れも採用可能である。また、本実施
例の場合、サセプタ4並びに流路形成体20を独立に回
転制御するため、サセプタ4を大型化してもサセプタ4
の表面上の原料ガスの流れを均一にすることが容易とな
り、多数枚の基板の堆積処理が可能となる。
【0017】本実施例による方法を用いて実施例2に記
載したと同一構造の膜を堆積させ、膜厚及びキャリア濃
度のバラツキについて従来法との比較を行ったところ、
面内の膜厚均一性については±1.5%から±1.2%
に、同一サセプタに搭載した16枚の基板についての面
間の膜厚のバラツキは±2.1%から±1.6%に、ま
た、基板16枚についてのキャリア濃度のバラツキは±
2.3%から±1.5%にそれぞれ改善出来た。
載したと同一構造の膜を堆積させ、膜厚及びキャリア濃
度のバラツキについて従来法との比較を行ったところ、
面内の膜厚均一性については±1.5%から±1.2%
に、同一サセプタに搭載した16枚の基板についての面
間の膜厚のバラツキは±2.1%から±1.6%に、ま
た、基板16枚についてのキャリア濃度のバラツキは±
2.3%から±1.5%にそれぞれ改善出来た。
【0018】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、原料ガスをサセプタのほぼ中心位置から供給
し、かつ、サセプタのほぼ中心位置から排気する構造と
し、流路形成体により原料ガスを一旦サセプタの直径方
向に広げた後、サセプタに搭載した基板表面上の原料ガ
スを均一に流れるようにした結果、基板の面内での堆積
膜厚の均一性及び複数の基板間での膜厚のバラツキが著
しく改善出来た。また、サセプタ用加熱装置に加えて、
流路形成体自体に加熱または冷却装置を付加し、サセプ
タの基板載置面の温度分布をサセプタの径方向で制御す
ることにより、キャリア濃度の均一性を向上することが
出来た。
よれば、原料ガスをサセプタのほぼ中心位置から供給
し、かつ、サセプタのほぼ中心位置から排気する構造と
し、流路形成体により原料ガスを一旦サセプタの直径方
向に広げた後、サセプタに搭載した基板表面上の原料ガ
スを均一に流れるようにした結果、基板の面内での堆積
膜厚の均一性及び複数の基板間での膜厚のバラツキが著
しく改善出来た。また、サセプタ用加熱装置に加えて、
流路形成体自体に加熱または冷却装置を付加し、サセプ
タの基板載置面の温度分布をサセプタの径方向で制御す
ることにより、キャリア濃度の均一性を向上することが
出来た。
【図1】本発明の第1実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の第1実施例の変形例である。
【図3】本発明の第2実施例を示す構成図である。
【図4】従来例による気相成長装置の構成図である。
1 反応容器 2 ガス吹き出し口 3 基板 4 サセプタ 5 加熱装置 6 駆動軸 7 ガス導入口 8 ギヤ 9 駆動モ−タ 10 排気口 20 流路形成体 21 流路形成体受け 22 遮蔽板 23 パ−ジガス導入口 24 パ−ジガス排出口 27 流路形成体駆動軸
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/205 H01L 21/205
Claims (2)
- 【請求項1】 反応容器と、該反応容器内に設けられた
基板を保持するサセプタと、該反応容器内に原料ガスを
供給するガス導入口と、反応容器内で不要になったガス
を排気する排気口を有する縦型(パンケ−キ型)反応炉
において、前記ガス導入口とサセプタとの間にガス流路
形成体が設けられており、ガス導入口から流路形成体中
央部に向けて導入される原料ガスを流路形成体で一旦放
射状に拡散させてから、サセプタの基板載置面上をサセ
プタ中央部に向かって導くように構成したことを特徴と
する気相成長装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の気相成長装置であっ
て、サセプタ表面と流路形成体の間に形成される空間
と、サセプタ裏面と反応容器の間の空間との気圧のバラ
ンスを調整するガス供給口を反応容器に設けたことを特
徴とする気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31958196A JPH10158100A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31958196A JPH10158100A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10158100A true JPH10158100A (ja) | 1998-06-16 |
Family
ID=18111872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31958196A Pending JPH10158100A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10158100A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001019590A (ja) * | 1999-07-06 | 2001-01-23 | Sony Corp | 気相成長装置 |
| JP2003076946A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-14 | Toppan Forms Co Ltd | Rf−idの検査システム |
| CN115522259A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-27 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 喷淋结构、反应装置、外延片、其制备方法及用途 |
-
1996
- 1996-11-29 JP JP31958196A patent/JPH10158100A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001019590A (ja) * | 1999-07-06 | 2001-01-23 | Sony Corp | 気相成長装置 |
| JP2003076946A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-14 | Toppan Forms Co Ltd | Rf−idの検査システム |
| CN115522259A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-27 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 喷淋结构、反应装置、外延片、其制备方法及用途 |
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