[發明專利]化學氣相淀積材料生長設備的反應源進氣分配方法與裝置

有效

• 申請號: 200910030912.2
• 申請日: 2009-04-20
• 公開（公告）號: CN101519772A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 韓平;吳軍;王榮華;王琦;于樂;俞斐;趙紅;華雪梅;謝自力;修向前;張榮;鄭有炓
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及制備薄膜材料的CVD材料生長設備的反應源進氣分配方法與裝 置的優化設計，主要是通過讓分解溫度相差較大的反應源氣體分別經各自的輸運 通道單獨進入反應腔體，并對分解溫度較高的反應源氣體進行加熱預分解后，再 讓其與分解溫度較低的源氣體充分混合而進行反應，從而完成薄膜材料的外延生 長過程。

背景技術

用于薄膜材料的外延生長方法包括：化學氣相淀積(CVD)、電子回旋共振 等離子化學氣相淀積(ECR-MPCVD)、液相外延生長(LPE)、氣相外延生長 (VPE)、分子束外延生長(MBE)等。其中CVD生長技術屬最為常用的方法 之一，其特點是設備成本較低、生產批量大、薄膜均勻性好、易控制薄膜組分和 摻雜等。

在用CVD設備進行材料生長的過程中，通常是讓不同的反應源氣體在進入 反應腔之前先進行混合，然后再一起被引入反應腔中，在襯底表面附近，已混合 的反應氣體分子在生長溫度下分解、再經化學反應實現原子的重新結合，從而在 襯底上淀積出所需的薄膜材料。如果參與反應的反應源中，不同的源氣體分解溫 度相差較大，某一氣源的氣體分子在相對較低的溫度下就可以發生分解，而另一 氣源的氣體分子的分解需要較高的溫度，這種差異將導致在高溫的襯底表面附 近，分解溫度較低的源氣體已經充分分解，而分解溫度較高的源氣體卻還未能完 全分解，從而造成不同反應源氣體分子之間不能充分反應。這樣不但會降低反應 速率，減小氣源氣體的利用率，而且可能會影響外延薄膜材料的質量。因為分解 溫度較低的反應源氣體的最終分解產物可能會與分解溫度較高的反應源氣體的 中間產物反應而生成一些其它物質淀積到襯底上，或者分解溫度較低的反應源氣 體的最終分解產物處于過剩狀態而未完全反應即淀積到襯底上，這些都將嚴重降 低外延的薄膜材料的質量。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于CVD材料生長設備的反應源進氣分配方法與 裝置的優化設計，主要是通過讓分解溫度相差較大的反應源氣體分別經各自的輸 運通道單獨進入反應腔體，并對分解溫度較高的源氣體進行加熱預分解后，再讓 其預分解產物和分解溫度較低的源氣體在氣體混流區混合，在反應區完成化學反 應以進行薄膜材料的外延生長。

本發明的技術方案是：CVD材料生長設備的反應源進氣分配方法是讓分解溫 度相差較大的反應氣源經各自的輸運通道單獨地進入反應腔體，并對分解溫度較 高的源氣體進行加熱預分解后再讓其與分解溫度較低的反應源氣體充分混合后 在合適的溫度下進行反應以外延生長薄膜材料。對于分解溫度較高的反應源氣 體，在輸運至石墨反應腔進氣端前需對其進行加熱使其預分解，這個過程是通過 在導引氣體的細石英管周圍配置石墨管感應件、經射頻加熱的方法來實現的。細 的導引石英管分別把分解溫度較低的反應源氣體和已經預分解的分解溫度較高 的反應源氣體及其中間產物輸運到石墨反應腔的進氣端附近，然后再讓兩者充分 混合后在石墨反應腔中的被加熱的襯底表面進行反應并淀積。

CVD材料生長設備：反應腔加熱裝置采用射頻感應加熱器，射頻感應加熱 器的感應件為石墨腔，置石墨基座于其中以放置襯底，石墨腔位于石英管內以構 成石英管反應腔。分解溫度較低的反應源氣體和分解溫度較高的反應源氣體分別 通過石英管封口法蘭后經細石英管導入反應腔的進氣端附近；氣源氣體在經細石 英管的輸運過程中，導引分解溫度較高的源氣體的細石英管周圍配置石墨管以構 成感應件，用射頻感應加熱的方式對管中所通過的分解溫度較高的源氣體進行加 熱而使其預分解。

本發明方案的優點是：

1、提高薄膜材料外延生長過程中的生長速率。

2、提高反應源氣體的利用率以節省材料制備成本。

3、降低反應過程中的雜質淀積以提高外延薄膜的質量。

附圖說明

下圖是本發明的結構示意圖，

具體實施方式

如圖所示，此設計方案的實施過程主要如下所述：

CVD材料生長設備的反應源進氣分配的裝置：加熱裝置采用射頻感應加熱 器，射頻感應加熱器的感應件為石墨腔；石墨腔中配以石墨基座以放置襯底，石 墨腔位于石英管內；分解溫度較低的反應源氣體和分解溫度較高的反應源氣體分 別通過石英管封口法蘭后經細導引石英管導入反應腔的進氣端附近；導引分解溫 度較高的源氣體的細石英管周圍配置石墨管以構成感應件。