[發明專利]一種實現MOCVD噴淋均勻性的裝置及應用

無效

• 申請號: 201110362542.X
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102352493A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 龔岳俊;張瑜
• 申請（專利權）人: 上海卓銳材料科技有限公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本發明涉及一種MOCVD技術，尤其是一種實現MOCVD噴淋均勻性的裝置及應用。

背景技術

“均勻性”是金屬有機物化學氣相沉積(Metal-Organic??Chemical?Vapor?Deposition簡稱MOCVD)系統核心技術指標之一，均勻性控制直接關系到材料外延生長質量的優劣，它包括流速均勻、組份均勻、溫度均勻三個方面：

“流速均勻性”要求在端蓋噴射面上噴射氣體的流速具有較好的一致性，這就要求氣體在到達噴射面前，在噴淋頭內部就已經形成單向、均勻、穩定的流場。

“組份均勻性”要求向反應室內噴射的各種組份混合均勻，但通常反應室內部流場環境會導致組份的波動，因此控制噴淋頭輸運氣體的溫度與組份非常關鍵，要求反應氣體在到達基片前盡量不發生反應，而到達基片后能夠混合均勻，并發生化學反應。

“溫度均勻性”要求反應氣體在到達基片前，在反應室內部同一高度水平面保持溫度均勻，這樣才能保證不同基片的外延生長環境幾乎相同，同時，基于抑制寄生反應的考慮，要控制腔室內溫場的梯度分布，盡可能形成薄的熱邊界層。

以上三種均勻性指標相互牽連，相互制約，若流速不一致，進入反應室后等體積的組份不可能很均勻；而溫度不均勻則可能導致局部區域寄生反應弱，而其他區域寄生反應強，在到達襯底同一高度的平面內，氣體組份不但不均勻，而且還衍生出其他物質。

綜上分析不難看出，MOCVD噴淋頭裝置的結構設計必須緊扣“三個均勻性”指標的實現。因此，主流MOCVD設備的開發商無不在噴淋頭裝置的結構設計上持續改進，不斷升級。而每一代新產品的出現很大程度上都圍繞提高“三個均勻性”指標提出的。中國專利文獻CN201099698Y公開的“三重氣流金屬有機物氣相沉積設備反應腔體”提出的“穿管分層焊接、均勻分布”的方法(見圖1所示)，從根本上解決了A族與B族氣體的相互隔離，且較好的實現了流速與組份的均勻性；獨立連續的水冷層為兩種氣體的均勻冷卻提供了最優的解決方案。但由于這種穿管熔焊技術只有少數加工商能夠完成，價格極其昂貴，嚴重阻礙了國內該技術對MOCVD開發應用的推廣。

此外，中國專利文獻CN101122012A公開的《用于金屬有機物化學氣相淀積設備的大面積梳狀噴淋頭》(見圖2)，介紹了一種大面積梳狀形式的噴淋頭，可實現A族與B族氣體分別從噴淋頭整體結構兩側獨立送氣，并在反應腔襯底方均勻噴射，其實現的方法：采用總管進氣，支管送氣，兩類氣源支管交錯排列，并在同側加工均勻布置的噴淋孔。該結構盡管實現獨立送氣，但氣體從總管接口到達每個支管末端一定存在壓力不均，使得從各支管小孔噴出氣體的流速不均，影響流場的均勻性，另外，該結構很難增加獨立的水冷層，因此未知其如何解決溫度均勻這一問題。

發明內容

本發明的目的：旨在實現“三個均勻性”目標，提出一種既能理想地實現MOCVD噴淋均勻性的裝置和裝置，同時也克服現有技術中存在的結構復雜、加工難度大、使用效果難以保持穩定的缺陷。

這種實現MOCVD噴淋均勻性的裝置，其特征在于：其特征在于：通過微孔設計布局在噴淋頭中構建分別用于同時輸送A族氣體、B族氣體和冷卻水三種流體的兩層或三層獨立空間孔道，使每一層獨立空間孔道延伸至噴淋頭體表面構成與外部供氣源和冷卻水分別連接的接口；同時，通過分別設計在A族氣體輸送孔道和B族氣體輸送孔道內底部設置的通達噴淋頭底面的微孔通道，構成能充分實現“流速均勻”、“組分均勻”、“溫度均勻”的MOCVD噴淋出口的噴射面。

所述的A族氣體輸送孔道、B族氣體輸送孔道呈平行、間隔狀態設于噴淋頭的上部塊體內，所述的冷卻水輸送孔道設于噴淋頭下部塊體內，構成水平+水平上層進氣、下層過水的兩層結構模式；同時，將所述的冷卻水輸送孔道穿插設置在所述A族氣體輸送孔道、B族氣體輸送孔道向下延伸的每相鄰兩組微孔通道之間，實現對相鄰微孔通道內的過流氣體的溫度調控。

所述的B族氣體輸送孔道呈平行狀態設于噴淋頭的上部塊體內，所述的冷卻水輸送孔道設于噴淋頭下部塊體內，并且所述的A族氣體輸送孔道直接貫穿噴淋頭塊體上下，構成一種“垂直+水平”進氣和水平進水結構模式。