[實(shí)用新型]一種化學(xué)氣相淀積外延設(shè)備用的進(jìn)氣裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920222264.6
• 申請(qǐng)日: 2009-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201626981U
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱建軍;王海;史永生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C23C16/455
• 分類(lèi)號(hào): C23C16/455
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周?chē)?guó)城

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及化學(xué)氣相沉積技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種化學(xué)氣相淀積外延設(shè)備用的進(jìn)氣裝置。

背景技術(shù)

化學(xué)氣相沉積技術(shù)(Chemical?Vapor?phase?Deposition，CVD)是一種重要的半導(dǎo)體材料外延生長(zhǎng)沉積技術(shù)，其原理是將要沉積的金屬或非金屬的揮發(fā)性化合物在加熱的襯底上分解或還原，從而在襯底的表面上析出金屬、金屬以及化合物半導(dǎo)體等。CVD的研制和生產(chǎn)是應(yīng)低維半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)材料外延生長(zhǎng)的需要而發(fā)展起來(lái)的。它主要通過(guò)把揮發(fā)性的化合物與其它組分的源(主要是氫化物)輸送入反應(yīng)室進(jìn)行混合并發(fā)生氣相化學(xué)反應(yīng)和表面反應(yīng)的途徑在襯底上生長(zhǎng)固體薄膜材料。

金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積(Metal?organic?chemical?vapor?phase?deposition，MOCVD)是在CVD的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型汽相外延生長(zhǎng)技術(shù)。它采用III族、II族元素的有機(jī)化合物和V族元素的氫化物等作為晶體生長(zhǎng)原料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行汽相外延，生長(zhǎng)各種III-V族、II-VI族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄膜層單晶材料。一般的MOCVD設(shè)備都由源供給系統(tǒng)、氣體輸運(yùn)和流量控制系統(tǒng)、反應(yīng)室及溫度控制系統(tǒng)、尾氣處理和安全防護(hù)及毒氣報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成。與常規(guī)的CVD相比，MOCVD具有一系列優(yōu)點(diǎn)。比如適用范圍廣泛，幾乎可以生長(zhǎng)所有化合物及合金半導(dǎo)體；非常適合于生長(zhǎng)各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料；可以生長(zhǎng)超薄外延層，并能獲得很陡的界面結(jié)構(gòu)；生長(zhǎng)易于控制；可以生長(zhǎng)純度很高的材料；外延層大面積均勻性良好；可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

MOCVD的發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)改變?cè)礆怏w的供給方式或基片的懸浮與轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)大面積、大批量、高均勻性和陡峭的過(guò)渡界面層的計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)。

1968年，美國(guó)洛克威爾公司的H.M.Manasevit等年首先提出了一種制備化合物半導(dǎo)體薄層單晶膜的方法，即MOCVD方法。MOCVD已有近30年的應(yīng)用歷史，其性能已經(jīng)得到不斷改進(jìn)和完善。MOCVD近年來(lái)取得的最大進(jìn)步是運(yùn)用流體力學(xué)的原理實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)過(guò)程中的基片旋轉(zhuǎn)，從而大大改進(jìn)了生長(zhǎng)的均勻性。主要是參照了鹵化物、氫化物汽相外延技術(shù)的研究成果，將外延生長(zhǎng)控制在質(zhì)量輸運(yùn)條件下來(lái)進(jìn)行，控制氣流為層流，保持穩(wěn)定的邊界層。為此采用了高流速、低壓、基座旋轉(zhuǎn)等技術(shù)，并對(duì)反應(yīng)室和基座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。

荷蘭Nijmegen大學(xué)的Suchtelen等人設(shè)計(jì)了一種高效、高均勻性、低壓脈沖MOCVD反應(yīng)器。它由常規(guī)MOCVD設(shè)備上配置快速電磁閥門(mén)和真空泵組成。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是將源氣體周期性引入反應(yīng)室。當(dāng)氣體進(jìn)入反應(yīng)室后，反應(yīng)室的壓強(qiáng)會(huì)突然增大，出現(xiàn)一個(gè)尖峰，這是一種溫度平衡現(xiàn)象。每一周期的過(guò)程是：首先對(duì)氣體混合室抽真空，并通過(guò)源氣體砷烷(AsH3)、三甲基鎵(TMG)等同時(shí)對(duì)反應(yīng)室抽真空，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使混合氣體進(jìn)入，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后排出廢氣，生長(zhǎng)周期結(jié)束。在每一周期中，化學(xué)組分能任意選取，生長(zhǎng)厚度從1～30原子層任意調(diào)整。由于在生長(zhǎng)過(guò)程中，源氣體分子只通過(guò)擴(kuò)散到達(dá)襯底表面，并不相對(duì)襯底流動(dòng)。所以克服了傳統(tǒng)連續(xù)反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣體″耗盡效應(yīng)″。這種反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是，提高了外延層組分和厚度的均勻性；高效率地使用源氣體；能生長(zhǎng)原子級(jí)突變界面外延層；整個(gè)過(guò)程可用計(jì)算機(jī)控制批量生產(chǎn)。

此外，法國(guó)應(yīng)用物理電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室的P.M.Frijlink設(shè)計(jì)了一種多功能大尺寸的MOCVD反應(yīng)器，可制作大面積、大批量化學(xué)組分和厚度極均勻的高純外延層。該反應(yīng)器的特征是，利用氫氣流將主襯底支持器和7個(gè)子襯底支持器懸浮和轉(zhuǎn)動(dòng)新技術(shù)，使襯底支持器上的7片2英寸基片作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，避免了襯底和外延系統(tǒng)之間的任何物理接觸。該反應(yīng)器忽略邊緣效應(yīng)，2英寸GaAs外延層厚度和摻雜均勻性＜±1％，實(shí)現(xiàn)了高二維電子氣遷移率的均勻外延生長(zhǎng)，1.5K下可獲得720000cm2/V.s的遷移率。

用于薄膜外延的CVD設(shè)備主要有水平式和垂直式兩大類(lèi)。如果半導(dǎo)體薄膜材料的均勻性比較差，則宜采用垂直式反應(yīng)器。垂直式反應(yīng)器主要由進(jìn)氣蓬頭、襯底托、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、加熱元件、真空系統(tǒng)等部分組成。MOCVD的發(fā)展趨勢(shì)是提高生產(chǎn)的大批量，和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，而大批量生產(chǎn)所要解決的一個(gè)問(wèn)題就是半導(dǎo)體薄膜材料的均勻性，包括組分均勻性和厚度均勻性。