[實用新型]多重氣流金屬有機物化學氣相沉積設備的反應腔體

有效

• 申請號: 200820153029.3
• 申請日: 2008-09-12
• 公開（公告）號: CN201284372Y
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 甘志銀
• 申請（專利權）人: 甘志銀
• 主分類號: C23C16/18
• 分類號: C23C16/18;H01L21/00;H01L21/205
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所
• 代理人: 李 平

技術領域

本實用新型涉及一種化合物半導體外延生長用的氣相沉積設備，特別涉及一種多重氣流金屬有機物化學氣相沉積設備的反應腔體。

背景技術

金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)技術集精密機械、半導體材料、真空電子、流體力學、光學、化學、計算機多學科為一體，是一種自動化程度高、價格昂貴、技術集成度高的高端半導體材料、光電子專用設備。MOCVD是一種非平衡生長技術，其工作機理是通過源氣體傳輸，使得III族烷基化合物(如TMGa、TMIn、TMAl、二茂鎂等)與V族氫化物(如AsH3、PH3、NH3等)在反應腔內的襯底上進行熱裂解反應。就外延材料的生長速率比較適中，可較精確地控制膜厚。它的組分和生長速率均由各種不同成分的氣流和精確控制的源流量決定的。MOCVD作為化合物半導體材料外延生長的理想方法，具有質量高、穩定性好、重復性好、工藝靈活、能規模化量產等特點，已經成為業界生產半導體光電器件和微波器件的關鍵核心設備，具有廣闊的應用前景和產業化價值。

反應腔體是整個MOCVD設備最核心的部分，決定了整個設備的性能。而腔體的幾何結構和尺寸是影響沉積性能的首要因素，因為其直接影響氣體在腔體內的流動軌跡，以及反應氣體的輸運和擴散方式。研究機構及設備設計制造商一直在尋找一種更完善的氣體配送方案，現有反應腔體的典型氣體輸送方式要么是中心輻射式，如Aixtron設備，要么是垂直噴淋式，如ThomasSwan設備，中心輻射式的氣體配送需要配有稱底片快速旋轉的方式實現薄膜沉積的均勻，設備制造復雜，而且穩定性受到一定的局限。而噴淋式的氣體輸送由于所有的氣體輸送都采用垂直向下輸送，稱底上不能形成良好的水平層流狀態，生長的效果進一步的改善受到局限。

發明內容

本實用新型的目的是針對已有技術中存在的缺陷，提供了一種多重氣流金屬有機物化學氣相沉積設備的反應腔體。

本實用新型采用多路氣體輸送方法，通過中心輻射與垂直噴淋的結合，多重氣體濃度、流量的分配比調節，達到薄膜沉積的均勻性，既避免了稱底片高溫旋轉的復雜運動，又能保持稱底上要求的穩定的水平層流狀體，從而反映腔的穩定性大大增強。由于在生長工藝的設計中，有多路氣體的參數可供調節，生長薄膜的工藝靈活性比現有設備的氣體輸送方式顯得更加優越。

本實用新型主要包括：反應氣體A進氣管道1、反應氣體B進氣管道2、反應氣體C進氣管道3、反應氣體D進氣管道4、噴淋口8、噴淋冷卻腔6、噴淋冷卻液進口16、噴淋冷卻液出口15、載片盤10、襯底11、反應腔14、反應腔冷卻腔21、反應腔冷卻液進口18、反應腔冷卻液出口19、整流罩20、排氣口13、緩沖腔7、腔體外殼17、緩沖擋板5、支承軸9、加熱器12，其特征在于所述反應氣體A進氣管道1從反應腔14頂端接入，反應腔14的下方設有載片盤10，載片盤10的上部設有噴淋口8與噴淋冷卻腔6，反應氣體B進氣管道2，反應氣體C進氣管道3及反應氣體D的進氣管道4同軸包裹在反應氣體A進氣管道1的外壁上，反應氣體B進氣管道2出口位于反應氣體A出口上方，反應氣體C進氣管道3出口位于反應氣體B出口上方，反應氣體D的出口位于緩沖腔7頂部，其中心軸線的周邊，噴淋冷卻液進口16與噴淋冷卻液出口15安裝于反應腔14與緩沖腔7之間，加熱器12與反應腔14由整流罩20隔開，腔體外殼17內設有一層反應腔冷卻腔21，載片盤10下部設有加熱器12，排氣口13位于反應腔14的底部。

從中心進氣管道1、2、3流入反應腔14內形成水平徑向輻射流動的氣體A、B、C與從進氣口4流入從噴淋口8流出的垂直流動氣體D結合，通過不同管道的氣體種類與流量的分配，達到工藝可控的目的。參與反應的氣體A、B、C、D可以設置成不同種類、流量或流速、不同濃度以達到工藝的優化要求。

本實用新型的優點是反應腔具有水平方向的層流和豎直方向的噴淋相結合的氣流流場，既能使反應氣體混合均勻、減少預反應，增大了反應區域，又能減少噴淋氣體反彈回流造成局部湍流，從而形成良好的層流，同時又有效的抑制了反應室內的熱渦流，大大提高材料外延生長的均勻性、形成陡峭的界面均勻，也解決了腔體內附著顆粒的清洗問題。同時該反應腔體設計方案是具有可擴展性的。

附圖說明

圖1本實用新型的反應腔體的結構示意圖；

圖2本實用新型的實施例二的另一反應腔體的結構示意圖。