[實用新型]一種垂直噴淋式MOCVD反應器的出口系統

有效

• 申請號: 201220254460.3
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN202610321U
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 楊連喬;張建華;胡建正;李剛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本實用新型涉計一種半導體薄膜沉積設備，即一種垂直噴淋式MOCVD反應器的出口系統。目的是通過控制氣體在反應器內的流動路徑，獲得沿基片徑向的氣體流速、溫度和反應物濃度的均勻分布。

背景技術

金屬有機化學氣相沉積，即Metalorganic?Chemical?Vapor?Deposition(MOCVD),是制備化合物半導體薄膜的一項關鍵技術。以GaN外延生長為例，它利用載氣將較易揮發的有機金屬化合物如三甲基鎵Ga（CH₃）₃等金屬源帶入反應室，與NH₃發生化學反應，在加熱的基片上生成GaN薄膜，可用于半導體光電器件，如發光二極管（LED），太陽能電池等。MOCVD設備的主要核心技術在于反應室。

國際上著名的商業化MOCVD設備廠家均采用了獨特的反應室設計方案，進行了專利保護。AIXTRON公司的MOCVD以“行星式旋轉”技術為代表，有氣墊自轉、噴氣口等方面專利。該設備特有雙流水平自轉及公轉設計,?因生長過程中源材料逐漸消耗會引起徑向不均勻性，外延片自轉對改善均勻性具有重要作用。設備缺點在于反應室結構復雜，自轉石墨旋轉的一致性差，反應室頂棚參與淀積，需經常清洗，增加停機時間。THOMAS?SWAN公司的MOCVD反應室的最大特點是采用了專利保護的近耦合噴淋頭技術(CCS)，將有機源和氨氣通過網格狀緊密排列注入，襯底與噴頭的距離很短，這樣使有機源和氨氣只在襯底上方很短距離處才發生混合，從而大大減少有機源和氨氣的預反應。設備缺點之一在于中心處的生成物尾氣不能及時排除，導致基片沿徑向的厚度和雜質濃度存在不均性。?目前，上述不均勻性主要依靠托盤旋轉來解決，但這增加了設備的控制及保養的難度。VEECO公司的MOCVD設備以專利保護的“高速轉盤”技術而著稱，在獲得均勻的外延層和提高的生長速度方面有較強的優勢。其設備的優勢還表現在反應室結構簡單，便于清理維護以節省清理時間和費用。設備缺點在于原料利用效率低，反應室內的預反應較大不宜高溫生長含Al的化合物，不容易實現低濃度摻雜和低V/III比材料的生長等。

現有的商用MOCVD均采用托盤邊緣或中心集中出氣口的方式。現有的MOCVD反應器出口系統的專利中，“一種上進上出的垂直噴淋式MOCVD反應器”（專利號：CN201071403Y）采用噴淋式的反應器頂部出口在大盤不轉的情況下實現了單個晶片上方氣流的周期性重復。

發明內容

本實用新型的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統。本實用新型在無旋轉裝置情況下，保證晶片沿徑向的沉積均勻性。本實用新型與現有技術相比較，具有如下顯而易見的實質性特點和優點：

此反應器出口系統在充分利用垂直噴淋式反應器入口均勻性的基礎上，實現了噴淋頭中心處和邊緣處噴入的反應氣體尾氣流經距離的一致性，從而在無旋轉裝置的情況下保證了晶片沿徑向的沉積均勻性。另外，反應尾氣流經石墨盤的下表面，一方面減少了熱渦旋效應對反應氣流的負面影響，另一方面其對石墨盤的加熱也提高了熱利用效率。

為達到上述目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于：包括一個扁筒形反應室、噴淋頭、石墨大盤和晶片，其特征在于：1）所述噴淋頭安裝在反應室的頂蓋上，噴淋頭上周期性交錯排列著小穿孔而垂直插置的III族氣體管口和V族氣體管口，噴淋頭為水冷式噴淋頭，設有進水口和出水口；2）在所述反應室的內地上方水平安裝石墨大盤，在石墨大盤上周期性排列安置所述晶片，在石墨大盤上對應各晶片之間的間隙處，開有出氣小孔；3）在反應室的下底設有出氣口。

所述出氣位于反應室下底的周邊。

所述出氣位于反應室下底的中心處。

所述出氣小口周期性規則的分布于晶片間隙處。

所述出氣小口的形狀為圓形、方形、三角形或菱形。

所述出氣小口的數量包含但不限于晶片數量的整數倍。

所述出氣小口的長度大于等于石墨大盤的厚度。

所述出氣小口的尺寸及相互之間的距離包含但不限于可小至晶片間隙處以至被認為此處石墨大盤是多孔介質。

附圖說明

圖1?為每個晶片周圍有6個出氣小口的石墨大盤俯視圖

圖2為每個晶片周圍有3個出氣小口的石墨大盤俯視圖

圖3?為出氣口在周向的反應器的剖視圖

圖4?為出氣口在中心的反應器的剖視圖。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本實用新型的結構裝置和工作原理：