專利名稱：連通式多反應(yīng)室高溫有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)氣相化學(xué)淀積(CVD)或有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積(MOCVD)裝置的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積方法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，簡稱MOCVD)是上世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來的一種先進(jìn)的氣相外延技術(shù)，廣泛用于多種薄膜材料的制備。尤其在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，它和分子束外延(MBE)并列成為在化合物半導(dǎo)體薄膜的制備中占統(tǒng)治地位的手段。
現(xiàn)有的有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置(MOCVD)由提供反應(yīng)氣體和有機(jī)金屬源的氣路系統(tǒng)、反應(yīng)室、送樣機(jī)構(gòu)、輸運(yùn)管道系統(tǒng)、真空機(jī)組、尾氣處理和報警系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)等部分組成。MOCVD設(shè)備可用于大面積的薄膜生長，而且適用的材料范圍廣，因此，目前被廣泛用于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)。
通常，一臺MOCVD設(shè)備只配備一個反應(yīng)室，也就是說，一臺MOCVD設(shè)備只能用來生長同一種系列的薄膜材料。常見的有III-V族的AlGaAs/GaAs，GaAsP/GaAs等GaAs基系列，AlGaN/GaN，InGaN/GaN等GaN基系列，IV族的Si/Ge系列，II-VI族的ZnS和ZnSe系列等。近年來，寬禁帶半導(dǎo)體薄膜材料的研究成為非?；钴S的課題，如GaN、氧化鋅和碳化硅等。由于寬禁帶半導(dǎo)體材料的體單晶難以制備，價格十分昂貴，使得同質(zhì)外延的成本過高。從應(yīng)用的角度出發(fā)，需采用價格較低的異質(zhì)外延。由于不同系列材料的生長條件差別較大，同一個反應(yīng)室很難滿足不同材料生長的要求；而且在同一個反應(yīng)室中生長不同系列材料有可能會引起交叉污染。例如氧化鋅薄膜的外延生長溫度一般為600℃，碳化硅薄膜外延生長的溫度高達(dá)1400℃，兩者差別很大，同時氧化鋅生長中存在的氧是影響碳化硅生長的致命缺陷，而外延碳化硅用到的氫氣又是氧化鋅的還原劑，因而氧化鋅和碳化硅不可能在同一個反應(yīng)室內(nèi)生長。目前雖然也有某些裝置具有多個反應(yīng)室，一般都是各自孤立的系統(tǒng)，不同反應(yīng)室之間不能連通，不能生長混合多層膜。上述情況限制了用通常的MOCVD設(shè)備進(jìn)行異質(zhì)外延時的材料選擇范圍。另外，現(xiàn)有的MOCVD設(shè)備的基片加熱溫度最高只能達(dá)到1300℃，低于某些需高溫生長的材料，例如外延碳化硅所需要的溫度為1400℃。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中不足，拓展MOCVD設(shè)備的功能，使其能用來生長兩種及兩種以上異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
本發(fā)明的目的通過以下方式實現(xiàn)。
本發(fā)明的連通式多反應(yīng)室高溫有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置，包括現(xiàn)有技術(shù)中的氣路系統(tǒng)、反應(yīng)室、送樣機(jī)構(gòu)、輸運(yùn)管路系統(tǒng)、真空機(jī)組、尾氣處理和報警系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)，所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有樣品加熱機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述反應(yīng)室至少有兩個，每個反應(yīng)室分別設(shè)有送樣機(jī)構(gòu)或共用送樣機(jī)構(gòu)，每個反應(yīng)室分別與氣路系統(tǒng)、真空系統(tǒng)連通；反應(yīng)室與反應(yīng)室之間由輸運(yùn)管道連通，在該輸運(yùn)管道上還設(shè)置有能控制開啟、關(guān)閉的開關(guān)閥，例如插板閥等。所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置的樣品加熱機(jī)構(gòu)，由設(shè)置在基片托下方的石墨片的電阻加熱器及包圍在周圍的熱屏蔽罩構(gòu)成。
本發(fā)明的連通式多反應(yīng)室高溫有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置，設(shè)置了多個反應(yīng)室，而且反應(yīng)室之間通過開關(guān)閥門控制開啟與關(guān)閉。當(dāng)閥門關(guān)閉時，每個反應(yīng)室均與相應(yīng)的管道和真空機(jī)組組成獨立的MOCVD系統(tǒng)。因此，不同反應(yīng)室內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)計可以按獨立的MOCVD系統(tǒng)對不同材料的不同要求來設(shè)計，從而可以分別用來生長性質(zhì)完全不同的薄膜材料。當(dāng)反應(yīng)室之間的閥門打開后，反應(yīng)室之間相互連通，通過共用的送樣機(jī)構(gòu)和機(jī)械手實現(xiàn)外延片在不同的反應(yīng)室之間的傳送，用于生長不同系列、有可能造成交叉污染的薄膜材料，及由這些材料組成的多層膜異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而克服了同一臺MOCVD設(shè)備只能用來生長同一種系列的薄膜材料的缺陷，拓展了MOCVD設(shè)備的使用功能。
本發(fā)明的連通式多反應(yīng)室高溫有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置，由于其樣品加熱器采用石墨片的電阻加熱方式，并且在加熱器及基片托周圍設(shè)置了熱屏蔽罩，大大提高了加熱溫度，現(xiàn)有的MOCVD中的基片溫度最高只能達(dá)到1300℃，而使用本發(fā)明的石墨片電阻加熱方式，其基片溫度最高可達(dá)到1600℃。從這方面講，也進(jìn)一步拓展了MOCVD設(shè)備的使用功能，例如外延碳化硅所需要的溫度為1400℃左右，就能夠方便地達(dá)到。這也就解決了在同一個MOCVD裝置中既生長氧化鋅又生長碳化硅及氧化鋅/碳化硅結(jié)構(gòu)材料的難題。
利用已建成的本發(fā)明所述的連通式雙反應(yīng)室高溫MOCVD裝置，在Si基片上進(jìn)行生長氧化鋅和碳化硅的試驗，其碳化硅基片的加熱溫度達(dá)到1400℃。該設(shè)備成功地在Si基片上生長出面積為1.5英寸，厚度為1微米的碳化硅薄膜，其X射線衍射僅出現(xiàn)碳化硅(111)峰，搖擺曲線半寬為2.6°；并且在此碳化硅薄膜上生長出面積為1.5英寸、僅有氧化鋅(002)衍射峰、其搖擺曲線半寬小于2°的氧化鋅薄膜(ZnO/SiC/Si)。由此可看出，本裝置完全達(dá)到外延碳化硅的使用要求。
下面通過實施例及其附圖作進(jìn)一步描述。


圖1是具有兩個反應(yīng)室的高溫有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明所述的在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置的樣品加熱機(jī)構(gòu)的實施例示意圖。
圖3是本發(fā)明所述的樣品加熱機(jī)構(gòu)中設(shè)置在基片托下方的石墨片的電阻加熱器的
具體實施例方式
圖1中，1為氣路系統(tǒng)，2為第一反應(yīng)室，4為樣品預(yù)置室，6為送樣機(jī)構(gòu)，7為尾氣處理和報警系統(tǒng)，9為真空機(jī)組，這六部分是現(xiàn)有MOCVD裝置中的常設(shè)機(jī)構(gòu)。它們由輸運(yùn)管路連通成一整體，分別由閥3、5、8、10控制。13為本發(fā)明增加的第二反應(yīng)室，該反應(yīng)室由管道與第一反應(yīng)室及氣路系統(tǒng)1、真空機(jī)組9連通，兩個反應(yīng)室之間由閥14控制開啟與關(guān)閉，閥12控制第二反應(yīng)室與真空機(jī)組的連通。在第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室內(nèi)分別設(shè)有樣品加熱機(jī)構(gòu)11。
本實施例中，兩個反應(yīng)室共用送樣機(jī)構(gòu)。因此，連通二者的輸運(yùn)管路與送樣機(jī)構(gòu)同軸線，以便于樣品送到第二反應(yīng)室內(nèi)。實際應(yīng)用中也可以在第二反應(yīng)室的另側(cè)再增設(shè)樣品預(yù)置室及送樣機(jī)構(gòu)。
圖2中，15是放置樣品的基片托，其固定方式與現(xiàn)有技術(shù)相同。18是石墨片構(gòu)成的電阻加熱片，該加熱片上固連有兩導(dǎo)體并分別引出反應(yīng)室外，其端部設(shè)有與電源接通的外接口17。由于石墨片能耐高溫，所以近處的基片托15的溫度最高可達(dá)到1600℃，以滿足不同使用要求的需要。16是包圍在周圍的圓環(huán)形熱屏蔽罩，該熱屏蔽罩有利于放置在基片托上的樣品的保溫。
參見圖3，所述電阻加熱器中的石墨電阻加熱片設(shè)計成多道同心圓形，方便加工，也節(jié)省原材料。
權(quán)利要求
1.連通式多反應(yīng)室高溫有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置，包括現(xiàn)有技術(shù)中的氣路系統(tǒng)、反應(yīng)室、送樣機(jī)構(gòu)、輸運(yùn)管路系統(tǒng)、真空機(jī)組、尾氣處理和報警系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)，所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有樣品加熱機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述反應(yīng)室至少有兩個，每個反應(yīng)室分別設(shè)有送樣機(jī)構(gòu)，每個反應(yīng)室分別與氣路系統(tǒng)、真空系統(tǒng)連通；反應(yīng)室與反應(yīng)室之間由輸運(yùn)管道連通，在該輸運(yùn)管道上設(shè)置有能控制開啟、關(guān)閉的開關(guān)閥。
2.如權(quán)利要求1所述的連通式多反應(yīng)室高溫有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于，所述反應(yīng)室至少有兩個，每個反應(yīng)室共用送樣機(jī)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的連通式多反應(yīng)室高溫有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于，所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置的樣品加熱機(jī)構(gòu)，由設(shè)置在基片托下方的石墨片的電阻加熱器及包圍在周圍的熱屏蔽罩構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及化學(xué)氣相化學(xué)淀積或有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積裝置的改進(jìn)。該裝置包括現(xiàn)有技術(shù)中的氣路系統(tǒng)、反應(yīng)室、送樣機(jī)構(gòu)、輸運(yùn)管路系統(tǒng)、真空機(jī)組、尾氣處理和報警系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)，所述反應(yīng)室至少有兩個，每個反應(yīng)室分別設(shè)有送樣機(jī)構(gòu)或共用送樣機(jī)構(gòu)，每個反應(yīng)室分別與氣路系統(tǒng)、真空系統(tǒng)連通；反應(yīng)室與反應(yīng)室之間由輸運(yùn)管道連通，在該輸運(yùn)管道上設(shè)置有能控制開啟、關(guān)閉的開關(guān)閥。其樣品加熱器采用石墨片的電阻加熱方式，并且在加熱器及基片托周圍設(shè)置了熱屏蔽罩，大大提高了加熱溫度。本發(fā)明的不同反應(yīng)室內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)計可以按獨立的MOCVD系統(tǒng)對不同材料的不同要求來設(shè)計，克服了同一臺MOCVD設(shè)備只能用來生長同一種系列的薄膜材料的缺陷，拓展了MOCVD設(shè)備的使用功能。
文檔編號C23C16/455GK1657650SQ20041006587
公開日2005年8月24日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者傅竹西, 李曉光, 王秋來, 劉世闖 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 沈陽市超高真空應(yīng)用技術(shù)研究所