專利名稱：金屬有機(jī)氣相沉積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)氣相沉積技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬有機(jī)氣相沉積裝置。
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor exposition，簡(jiǎn)稱CVD)是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)， 其通過(guò)化學(xué)氣相沉積裝置得以實(shí)現(xiàn)。具體地，CVD裝置通過(guò)進(jìn)氣裝置將反應(yīng)氣體通入反應(yīng)室中，并控制反應(yīng)室的壓強(qiáng)、溫度等反應(yīng)條件，使得反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)，從而完成沉積工藝步驟。為了沉積所需薄膜，一般需要向反應(yīng)室中通入多種不同的反應(yīng)氣體，且還需要向反應(yīng)室中通入載氣或吹掃氣體等其他非反應(yīng)氣體，因此在CVD裝置中需要設(shè)置多個(gè)進(jìn)氣裝置。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition,M0CVD) ^ 置主要用于氮化鎵、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅等III-V族，II-VI族化合物及合金的薄層單晶功能結(jié)構(gòu)材料的制備，隨著上述功能結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，MOCVD裝置已經(jīng)成為化學(xué)氣相沉積裝置的重要裝置之一。MOCVD —般以II族或III族金屬有機(jī)源和VI族或V族氫化物源等作為反應(yīng)氣體，用氫氣或氮?dú)庾鳛檩d氣，以熱分解反應(yīng)方式在基板上進(jìn)行氣相外延生長(zhǎng)，從而生長(zhǎng)各種II-VI化合物半導(dǎo)體、III-V族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。由于II族或III族金屬有機(jī)源和VI族或V族氫化物源的傳輸條件不同，因此需要通過(guò)不同的進(jìn)氣裝置分別將II族或III族金屬有機(jī)源和VI族或V族氫化物源傳輸至基板上方?，F(xiàn)有技術(shù)中的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置一般包括反應(yīng)腔；位于所述反應(yīng)腔頂部的噴淋組件，所述噴淋組件包括兩個(gè)進(jìn)氣裝置，所述兩個(gè)進(jìn)氣裝置分別將II族或III族金屬有機(jī)源和VI族或V族氫化物源傳輸至基板上方；與所述噴淋組件相對(duì)設(shè)置的基座，所述基座具有加熱單元，所述基座用于支撐和加熱基板。更多關(guān)于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置請(qǐng)參考公開號(hào)為US2009/0250004A1的美國(guó)專利。然而，以現(xiàn)有的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置所形成的薄膜存在不均勻，且形成薄膜速率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種金屬有機(jī)氣相沉積裝置，提高所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置形成的膜的均勻性，同時(shí)提高薄膜的形成速率。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種金屬有機(jī)氣相沉積裝置，包括一種金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，包括用于進(jìn)行金屬有機(jī)氣相沉積的反應(yīng)腔；
位于所述反應(yīng)腔底部的基座，所述基座用于承載待沉積基底；位于所述反應(yīng)腔頂部的噴淋組件，所述噴淋組件用于將反應(yīng)氣體分配至所述反應(yīng)腔內(nèi)，所述噴淋組件包括中心進(jìn)氣裝置和包圍所述中心進(jìn)氣裝置的外圍進(jìn)氣裝置，其中，所述中心進(jìn)氣裝置用于將第一氣體以第一通量分配至中心進(jìn)氣裝置與基座之間的區(qū)域，所述第一氣體為III族金屬有機(jī)源氣體、V族氫化物源氣體和載氣，其中，所述第一氣體中的III 族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體具有第一流量比，所述外圍進(jìn)氣裝置用于將第二氣體以第二通量分配至所述反應(yīng)腔的外圍區(qū)域，從而減弱第一氣體分配的熱對(duì)流渦旋，所述第二氣體為載氣、III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體，其中，所述第二氣體中的III 族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體具有第二流量比，且所述第二流量比與第一流量比不同?？蛇x的，所述中心進(jìn)氣裝置的半徑大于基座半徑15 25mm?？蛇x的，所述中心進(jìn)氣裝置到所述基座的距離為20 30mm?？蛇x的，所述第二通量為第一通量的2 10倍。可選的，所述第二流量比大于9或小于1/9?？蛇x的，所述基座的旋轉(zhuǎn)速度為900RPM 1500RPM?？蛇x的，所述外圍進(jìn)氣裝置包括第三進(jìn)氣裝置和冷卻裝置。可選的，所述第三進(jìn)氣裝置包括若干子進(jìn)氣裝置?？蛇x的，所述若干子進(jìn)氣裝置分別將III族金屬有機(jī)源氣體和載氣，以及V族氫化物源氣體和載氣傳輸至反應(yīng)腔的外圍區(qū)域?？蛇x的，所述外圍進(jìn)氣裝置具有外圍進(jìn)氣口，所述外圍進(jìn)氣口位于與反應(yīng)腔相接觸的一側(cè)?？蛇x的，所述外圍進(jìn)氣口的數(shù)量為1 4個(gè)。可選的，所述III 族金屬有機(jī)源包括( (OK) 3、In (CH3) 3, Al (CH3) 3, Ga (C2H5) 3, Zn (C2H5)3氣體中的一種或多種?？蛇x的，所述V族氫化物源包括NH3、PH3、AsH3氣體中的一種或多種?？蛇x的，所述載氣為氮?dú)狻錃庵械囊环N或兩種?？蛇x的，所述中心進(jìn)氣裝置包括第一進(jìn)氣裝置、第二進(jìn)氣裝置和冷卻裝置?？蛇x的，所述第一進(jìn)氣裝置將III族金屬有機(jī)源氣體和載氣傳輸至中心進(jìn)氣裝置與基座之間的區(qū)域，所述第一進(jìn)氣裝置包括第一進(jìn)氣口。可選的，所述第二進(jìn)氣裝置將V族氫化物源氣體和載氣傳輸至中心進(jìn)氣裝置與基座之間的區(qū)域，所述第二進(jìn)氣裝置包括第二進(jìn)氣口。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例提供一種金屬有機(jī)氣相沉積裝置，通過(guò)在中心進(jìn)氣裝置外包圍外圍進(jìn)氣裝置，且所述外圍進(jìn)氣裝置用于將第二氣體以第二通量分配至所述反應(yīng)腔的外圍區(qū)域，能夠抑制反應(yīng)腔的外圍區(qū)域的熱對(duì)流；為了改善基座中心所形成的薄膜的均勻性，需要提高基座的轉(zhuǎn)速，然而當(dāng)基座轉(zhuǎn)速提高后，外圍區(qū)域的熱對(duì)流更為嚴(yán)重，導(dǎo)致基座邊緣區(qū)域所形成的薄膜的均勻性降低；因此在基座高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下，外圍進(jìn)氣裝置向反應(yīng)腔的外圍區(qū)域補(bǔ)充第二氣體能夠抑制反應(yīng)腔外圍區(qū)域的熱對(duì)流，使基座邊緣區(qū)域形成的薄膜的均勻度提高；進(jìn)而，使得所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置的基座在高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下，自基座中心區(qū)域至邊緣區(qū)域形成的薄膜整體均勻度提高。進(jìn)一步的，基座的旋轉(zhuǎn)速度為900RPM 1500RPM時(shí)，屬于高轉(zhuǎn)速狀態(tài)；基座的高轉(zhuǎn)速能夠減小第一氣體分配時(shí)熱對(duì)流渦旋的影響，使基座中心所形成的薄膜均勻性提高，從而以所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置在高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下自基座中心區(qū)域至邊緣區(qū)域形成的薄膜整體均勻度提高；同時(shí)，基座的高轉(zhuǎn)速使薄膜的形成速率也同時(shí)提高。進(jìn)一步的，所述第二通量為第一通量的2 10倍，使第二氣體能夠有效地抵沖第一氣體因受熱對(duì)流渦旋影響而在外圍區(qū)域向上的流動(dòng)，從而消除熱對(duì)流渦旋對(duì)于形成薄膜的均勻性的影響。進(jìn)一步的，所述中心進(jìn)氣裝置的半徑大于基座半徑15 25mm，使第二氣體的分配的位置恰好抵沖第一氣體因受熱對(duì)流渦旋影響而在外圍區(qū)域向上的流動(dòng)，從而消除熱對(duì)流渦旋，提高形成薄膜的均勻性。進(jìn)一步的，所述第二氣體為載氣、III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體，使第二氣體能夠參與反應(yīng)形成薄膜，從而修飾基座邊緣的待沉積基底表面形成的薄膜的不均勻性。


圖1是本發(fā)明金屬有機(jī)氣相沉積裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明金屬有機(jī)氣相沉積裝置的噴淋組件沿AA’方向上的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以現(xiàn)有的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置進(jìn)行薄膜沉積工藝時(shí)，基座的旋轉(zhuǎn)速率無(wú)法提高，處于小于500RPM的低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，薄膜的形成速率低，且在基座中心區(qū)域形成的薄膜不均勻。發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，造成基座在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，在中心區(qū)域形成的薄膜不均勻是由熱對(duì)流渦旋引起的，所述熱對(duì)流渦旋是由于噴淋組件和基座之間的溫度差，導(dǎo)致氣體發(fā)生熱對(duì)流形成渦旋，使反應(yīng)氣體自基座邊緣回落至基座中心區(qū)域，從而造成薄膜的不均勻?，F(xiàn)有的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置，噴淋組件到基座的距離根據(jù)具體工藝要求不同而有所不同，當(dāng)工藝要求噴淋組件到基座的距離小于20mm時(shí)，由于所述噴淋組件到基座的過(guò)小而難以在所述噴淋組件到基座之間的區(qū)域產(chǎn)生熱對(duì)流渦旋，因此基座中心區(qū)域的薄膜沉積均勻，基座可以以小于500RPM的低轉(zhuǎn)速狀態(tài)形成薄膜，然而，由于轉(zhuǎn)速低，薄膜的形成速率也相應(yīng)較低；當(dāng)噴淋組件到基座的距離大于20mm時(shí)，所述噴淋組件到基座的距離容易引起熱對(duì)流渦旋，反應(yīng)氣體會(huì)自基座邊緣區(qū)域回落至基座中心區(qū)域，從而使基座中心區(qū)域的薄膜沉積不均勻。為了提高金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置基座的轉(zhuǎn)速，從而使所形成的薄膜自基座中心至邊緣整體均勻，同時(shí)提高形成薄膜的速率，本發(fā)明的發(fā)明人提供了一種化學(xué)氣相沉積裝置，包括用于進(jìn)行金屬有機(jī)氣相沉積的反應(yīng)腔；位于所述反應(yīng)腔底部的基座，所述基座用于承載待沉積基底；
位于所述反應(yīng)腔頂部的噴淋組件，所述噴淋組件用于將反應(yīng)氣體分配至所述反應(yīng)腔內(nèi)，所述噴淋組件包括中心進(jìn)氣裝置和包圍所述中心進(jìn)氣裝置的外圍進(jìn)氣裝置，其中，所述中心進(jìn)氣裝置用于將第一氣體以第一通量分配至中心進(jìn)氣裝置與基座之間的區(qū)域，所述第一氣體為III族金屬有機(jī)源氣體、V族氫化物源氣體和載氣，所述外圍進(jìn)氣裝置用于將第二氣體以第二通量分配至所述反應(yīng)腔的外圍區(qū)域，從而減弱第一氣體分配的熱對(duì)流渦旋， 所述第二氣體為載氣和III族金屬有機(jī)源氣體或V族氫化物源氣體中的一種。本發(fā)明實(shí)施例提供一種金屬有機(jī)氣相沉積裝置，通過(guò)在中心進(jìn)氣裝置外包圍外圍進(jìn)氣裝置，且所述外圍進(jìn)氣裝置用于將第二氣體以第二通量分配至所述反應(yīng)腔的外圍區(qū)域，能夠抑制反應(yīng)腔的外圍區(qū)域的熱對(duì)流；為了改善基座中心所形成的薄膜的均勻性，需要提高基座的轉(zhuǎn)速，然而當(dāng)基座轉(zhuǎn)速提高后，外圍區(qū)域的熱對(duì)流更為嚴(yán)重，導(dǎo)致基座邊緣區(qū)域所形成的薄膜的均勻性降低；因此在基座高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下，外圍進(jìn)氣裝置向反應(yīng)腔的外圍區(qū)域補(bǔ)充第二氣體能夠抑制反應(yīng)腔外圍區(qū)域的熱對(duì)流，使基座邊緣區(qū)域形成的薄膜的均勻度提高；進(jìn)而，使得所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置的基座在高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下，自基座中心區(qū)域至邊緣區(qū)域形成的薄膜整體均勻度提高。另一方面，基座的高轉(zhuǎn)速還能使薄膜的形成速率提尚。進(jìn)一步的，所述第二氣體為載氣、III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體，使第二氣體能夠參與反應(yīng)形成薄膜，從而修飾基座邊緣的待沉積基底表面形成的薄膜的不均勻性。以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參考圖1 和圖2，其中，圖1為本實(shí)施例金屬有機(jī)氣相沉積裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1所示金屬有機(jī)氣相沉積裝置的噴淋組件在AA’方向上的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，包括用于進(jìn)行金屬有機(jī)氣相沉積的反應(yīng)腔100 ；位于所述反應(yīng)腔100底部的基座101，所述基座101用于承載待沉積基底102。位于所述反應(yīng)腔100頂部的噴淋組件103，所述噴淋組件103用于將反應(yīng)氣體分配至所述反應(yīng)腔100內(nèi)，所述噴淋組件103包括中心進(jìn)氣裝置110和包圍所述中心進(jìn)氣裝置 110的外圍進(jìn)氣裝置111，其中，所述中心進(jìn)氣裝置110用于將第一氣體以第一通量分配至中心進(jìn)氣裝置110與基座101之間的區(qū)域，所述第一氣體為III族金屬有機(jī)源氣體、V族氫化物源氣體和載氣，其中，所述第一氣體中的III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體具有第一流量比，所述外圍進(jìn)氣裝置用于將第二氣體以第二通量分配至所述反應(yīng)腔的外圍區(qū)域，從而減弱第一氣體分配的熱對(duì)流渦旋，所述第二氣體為載氣、III族金屬有機(jī)源氣體和 V族氫化物源氣體，其中，所述第二氣體中的III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體具有第二流量比，且所述第二流量比與第一流量比不同。具體地，所述噴淋組件103可以為圓盤形、矩形及其他本領(lǐng)域技術(shù)人員所共知的結(jié)構(gòu)，在此不作贅述，本實(shí)施例中，所中心進(jìn)氣裝置110和基座101均為圓盤形，所述外圍進(jìn)氣裝置111為包圍中心進(jìn)氣裝置110的圓環(huán)形。所述外圍進(jìn)氣裝置111包括第三進(jìn)氣裝置113和外圍進(jìn)氣口 120，所述第三進(jìn)氣裝置113用于將第二氣體以第二通量分配至所述反應(yīng)腔的外圍區(qū)域，所述外圍進(jìn)氣口 120位于與反應(yīng)腔100相接觸的一側(cè)，所述外圍進(jìn)氣口 120為一個(gè)或多個(gè)，用于輸送第二氣體進(jìn)入第三進(jìn)氣裝置113，使第二氣體能夠均勻分散于第三進(jìn)氣裝置113中。在本實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖1和圖2，所述第三進(jìn)氣裝置113為單一整體的氣體腔，載氣、III族金屬有機(jī)源氣體和 V族氫化物源氣體被傳輸至第三進(jìn)氣裝置113后被配置到反應(yīng)腔100的外圍區(qū)，由于第二流量比大于9或小于1/9，因此在第三進(jìn)氣裝置113中以III族金屬有機(jī)源氣體或以V族氫化物源氣體為主體，能夠節(jié)約裝置的材料，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，所述第三進(jìn)氣裝置113包括若干子進(jìn)氣裝置，所述若干子進(jìn)氣裝置分別將III族金屬有機(jī)源氣體和載氣、V族氫化物源氣體和載氣傳輸至反應(yīng)腔100的外圍區(qū)域，能夠防止III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體在第三進(jìn)氣裝置113內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，堵塞噴淋口，并造成浪費(fèi)。所述外圍進(jìn)氣口 120的數(shù)量較佳的為1 4個(gè)，使第二氣體能夠均勻分散于第三進(jìn)氣裝置113中。在本實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖1和圖2，當(dāng)?shù)谌M(jìn)氣裝置113為單一整體的氣體腔時(shí)， III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體分別通過(guò)獨(dú)立的送氣管道輸送，再通過(guò)支路管道通過(guò)4個(gè)外圍進(jìn)氣口 120傳輸進(jìn)第三進(jìn)氣裝置113。在另一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谌M(jìn)氣裝置113包括第一子進(jìn)氣裝置和第二子進(jìn)氣裝置時(shí)，III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體分別通過(guò)獨(dú)立的送氣管道輸送，再由支路管道輸送到外圍進(jìn)氣口，III族金屬有機(jī)源氣體傳輸進(jìn)第一子進(jìn)氣裝置，V族氫化物源氣體傳輸進(jìn)第二子進(jìn)氣裝置，所述第一子進(jìn)氣裝置和第二子進(jìn)氣裝置分別包括1 2個(gè)外圍進(jìn)氣 Π 120。所述第二氣體為載氣、III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體，從而第二氣體能夠參與薄膜形成的反應(yīng)，在對(duì)沖抵消自基座101邊緣向上流動(dòng)的第一氣體的同時(shí)，修飾基座101邊緣區(qū)域的待沉積基底102表面的不均勻。所述第二氣體的第二流量比大于9或小于1/9，使第二氣體中以III族金屬有機(jī)源氣體或V族氫化物源氣體為主體，使第二氣體不會(huì)使第二氣體影響到第一氣體的反應(yīng)。所述第一氣體的第一流量比由金屬有機(jī)氣相沉積的具體工藝所決定。請(qǐng)參考圖2，所述中心進(jìn)氣裝置110包括第一進(jìn)氣裝置130和第二進(jìn)氣裝置131。所述第一進(jìn)氣裝置130將III族金屬有機(jī)源氣體和載氣分配至中心進(jìn)氣裝置110 與基座101之間的區(qū)域，所述第二進(jìn)氣裝置131將V族氫化物源氣體和載氣分配至所述反應(yīng)腔100的外圍區(qū)域，所述第一進(jìn)氣裝置130和第二進(jìn)氣裝置131相互獨(dú)立隔離；III族金屬有機(jī)源氣體和載氣、V族氫化物源氣體和載氣分別通過(guò)第一送氣管道133和第二送氣管道134分別輸送進(jìn)第一進(jìn)氣裝置130和第二進(jìn)氣裝置131。在本實(shí)施例中，所述第一進(jìn)氣裝置130和第二進(jìn)氣裝置131分別為若干扇形結(jié)構(gòu)， 且相互間隔形成圓盤狀；所述III族金屬有機(jī)源氣體和載氣通過(guò)第一進(jìn)氣裝置130內(nèi)的擴(kuò)散裝置將所述氣體擴(kuò)散入各扇形第一進(jìn)氣裝置130，V族氫化物源氣體和載氣通過(guò)第二進(jìn)氣裝置131內(nèi)的擴(kuò)散裝置將所述氣體擴(kuò)散入各扇形第二進(jìn)氣裝置131 ；此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際的工藝要求自行調(diào)整第一進(jìn)氣裝置130和第二進(jìn)氣裝置131的形狀、結(jié)構(gòu)以及位置關(guān)系，在此不應(yīng)過(guò)于限定。在本實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖2，第一進(jìn)氣裝置130和第二進(jìn)氣裝置131分別為2組扇形結(jié)構(gòu)，且相互間隔形成圓盤狀，能夠使氣體反應(yīng)更為均勻，使形成的薄膜均勻性提高。本實(shí)施例所述中心進(jìn)氣裝置110到所述基座101的距離的范圍為20 40mm，如前文所述，當(dāng)所述中心進(jìn)氣裝置110到所述基座101的距離的范圍為20 40mm時(shí)，容易引起熱對(duì)流渦旋使基座101中心區(qū)域的待沉積基底102表面的薄膜沉積不均勻，需提高基座101 的轉(zhuǎn)速至大于900RPM以消除熱對(duì)流渦旋的影響，同時(shí)，外圍進(jìn)氣裝置111配置的第二氣體可以修飾基座101邊緣區(qū)域的待沉積基底102表面的沉積薄膜的均勻性，使基座101自中心至邊緣表面的待沉積基底102表面形成的薄膜均勻；因此，當(dāng)中心進(jìn)氣裝置110到所述基座101的距離的范圍為20 40mm時(shí)，可以采用基座101的轉(zhuǎn)速大于900RPM的高轉(zhuǎn)速進(jìn)行沉積工藝，提高薄膜沉積均勻性的同時(shí)，提高薄膜的生長(zhǎng)速率。本實(shí)施例所述基座101的轉(zhuǎn)速范圍為900RPM 1500RPM，較佳的為900RPM 1200RPM,當(dāng)基座101的轉(zhuǎn)速大于900RPM時(shí)，熱對(duì)流渦旋引起的基座101中心區(qū)域的待沉積基底102表面的薄膜沉積的不均勻得以消除，且當(dāng)基座轉(zhuǎn)速大于1000RPM時(shí)，待沉積基底 102表面的薄膜沉積的速率提高。所述中心進(jìn)氣裝置110的半徑大于基座101半徑15 25mm，當(dāng)中心進(jìn)氣裝置110 的半徑大于基座101半徑15 25mm時(shí)，外圍進(jìn)氣裝置111分配的第二氣體能夠與第一氣體對(duì)沖而抵消，其中，所述第一氣體在中心進(jìn)氣裝置110與基座101邊緣區(qū)域之間，受中心進(jìn)氣裝置110與基座101之間的熱對(duì)流，以及基座101的高轉(zhuǎn)速的影響自基座101邊緣而向上流動(dòng)。所述第二通量為第一通量的2 10倍，使第二氣體能夠完全對(duì)沖抵消自基座101 邊緣向上流動(dòng)的第一氣體，并對(duì)基座101邊緣區(qū)域的待沉積基底102表面的薄膜進(jìn)行修飾， 所述第一通量與具體的金屬有機(jī)氣相沉積工藝以及基座101的半徑有關(guān)。本實(shí)施例中，所述反應(yīng)腔100的材料為不銹鋼。所述基座101包括支撐座104和加熱單元105，所述支撐座104用于支撐一個(gè)或多個(gè)待沉積基底102，所述加熱單元105在所述支撐座104下方，用于加熱待沉積基底102。所述支撐座104的材料為石墨，較佳的，可在所述石墨表面設(shè)置SiC層，使得支撐座具有耐高溫、抗氧化和耐酸堿鹽及有機(jī)試劑等特性，物理化學(xué)性能更穩(wěn)定。所述加熱單元105可以集成于支撐座104內(nèi)，可以是射頻加熱器、紅外輻射加熱器或電阻加熱器等，可根據(jù)反應(yīng)腔100的尺寸和材料進(jìn)行不同的選擇。采用在射頻加熱器時(shí)， 支撐座104被射頻線圈通過(guò)誘導(dǎo)耦合加熱，這種加熱形式在大型的反應(yīng)腔100中經(jīng)常采用， 但是通常系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜。為了避免系統(tǒng)的復(fù)雜性，在稍小的反應(yīng)腔100中，通常采用紅外輻射加熱器，商鎢燈產(chǎn)生的熱能被轉(zhuǎn)化為紅外輻射能，支撐座吸收這種紅外輻射能并將其轉(zhuǎn)化回?zé)崮堋２捎秒娮杓訜崞?，則通過(guò)電阻絲的發(fā)熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)支撐座104的加熱。所述III 族金屬有機(jī)源氣體包括( (CH3)3Un (CH3) 3、A1 (CH3) 3Wa(C2H5) 3、&1 (C2H5)3 氣體中的一種或多種；所述V族氫化物源氣體包括NH3、PH3、AsH3氣體中的一種或多種；所述III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體受熱分解后，在反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，從而在待沉積基底102表面形成薄膜。所述載氣為氮?dú)?、氫氣、惰性氣體中的一種或多種，所述載氣用于分散參與反應(yīng)的氣體，使其在反應(yīng)腔100內(nèi)的配置與反應(yīng)較為均勻且穩(wěn)定。所述中心進(jìn)氣裝置110和外圍進(jìn)氣裝置111均具有噴淋口(未示出)，設(shè)置于與基座101相對(duì)的一側(cè)，所述噴淋口用于將氣體分散分配至反應(yīng)腔100內(nèi)，所述噴淋口可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的任意形狀，例如若干圓孔或若干槽孔等，在此不作贅述，在本實(shí)施例中，所述噴淋口為若干圓孔。所述中心進(jìn)氣裝置110和外圍進(jìn)氣裝置111內(nèi)還包括冷卻裝置132，所述冷卻裝置 132用于冷卻III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體，使所述氣體達(dá)到分解溫度，所述冷卻裝置132與所述第一進(jìn)氣裝置130、第二進(jìn)氣裝置131以及第三進(jìn)氣裝置113重疊設(shè)置；所述冷卻裝置132具有冷卻通道，用以通入冷卻氣體或者冷卻液體。具體地，所述冷卻裝置132可以采用水冷冷卻，也可以采用風(fēng)冷冷卻，其對(duì)應(yīng)的具體結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的，故在此不再贅述。此外，冷卻裝置132還會(huì)使得噴淋組件處于較低的溫度， 延長(zhǎng)了噴淋組件的使用壽命。所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置還包括由溫度傳感器和氣壓傳感器組成的檢測(cè)裝置 (未示出)；其分別連接各溫度傳感器和氣壓傳感器的控制裝置(未示出)。所述氣壓傳感器可以為一個(gè)，設(shè)置在所述中心進(jìn)氣裝置110與基座101之間的區(qū)域，將檢測(cè)到的中心進(jìn)氣裝置110與基座101之間的區(qū)域的當(dāng)前氣壓發(fā)送給控制裝置，控制裝置分析得到當(dāng)前氣壓和薄膜沉積反應(yīng)所需的氣壓之差，進(jìn)而控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)腔100 的氣壓調(diào)整，直至使中心進(jìn)氣裝置110與基座101之間的區(qū)域的當(dāng)前氣壓等于薄膜沉積反應(yīng)所需的氣壓。所述溫度傳感器可以為多個(gè)，可以在第一進(jìn)氣裝置130、第二進(jìn)氣裝置131、外圍進(jìn)氣裝置111、冷卻裝置132和加熱單元105上分別設(shè)置一個(gè)溫度傳感器，分別用于檢測(cè)第一進(jìn)氣裝置130的當(dāng)前溫度、第二進(jìn)氣裝置131的當(dāng)前溫度、外圍進(jìn)氣裝置111的當(dāng)前溫度、冷卻裝置132的當(dāng)前溫度以及加熱單元105的當(dāng)前溫度，并將檢測(cè)得到的上述溫度發(fā)送給控制裝置，控制裝置通過(guò)分析調(diào)節(jié)各裝置溫度至所需溫度，從而可以更精確地控制薄膜沉積的過(guò)程。所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置還包括抽氣閥106，用于將反應(yīng)腔100內(nèi)反應(yīng)剩余的氣體排出。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供一種金屬有機(jī)氣相沉積裝置，通過(guò)在中心進(jìn)氣裝置外包圍外圍進(jìn)氣裝置，且所述外圍進(jìn)氣裝置用于將第二氣體以第二通量分配至所述反應(yīng)腔的外圍區(qū)域，能夠抑制反應(yīng)腔的外圍區(qū)域的熱對(duì)流；為了改善基座中心所形成的薄膜的均勻性，需要提高基座的轉(zhuǎn)速，然而當(dāng)基座轉(zhuǎn)速提高后，外圍區(qū)域的熱對(duì)流更為嚴(yán)重，導(dǎo)致基座邊緣區(qū)域所形成的薄膜的均勻性降低；因此在基座高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下，外圍進(jìn)氣裝置向反應(yīng)腔的外圍區(qū)域補(bǔ)充第二氣體能夠抑制反應(yīng)腔外圍區(qū)域的熱對(duì)流，使基座邊緣區(qū)域形成的薄膜的均勻度提高；進(jìn)而，使得所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置的基座在高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下，自基座中心區(qū)域至邊緣區(qū)域形成的薄膜整體均勻度提高。進(jìn)一步的，基座的旋轉(zhuǎn)速度為900RPM 1500RPM時(shí)，屬于高轉(zhuǎn)速狀態(tài)；基座的高轉(zhuǎn)速能夠減小第一氣體分配時(shí)熱對(duì)流渦旋的影響，使基座中心所形成的薄膜均勻性提高，從而以所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置在高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下自基座中心區(qū)域至邊緣區(qū)域形成的薄膜整體均勻度提高；同時(shí)，基座的高轉(zhuǎn)速使薄膜的形成速率也同時(shí)提高。進(jìn)一步的，所述第二通量為第一通量的2 10倍，使第二氣體能夠有效地抵沖第一氣體因受熱對(duì)流渦旋影響而在外圍區(qū)域向上的流動(dòng)，從而消除熱對(duì)流渦旋對(duì)于形成薄膜的均勻性的影響。進(jìn)一步的，所述中心進(jìn)氣裝置的半徑大于基座半徑，使第二氣體的分配的位置恰好抵沖第一氣體因受熱對(duì)流渦旋影響而在外圍區(qū)域向上的流動(dòng)，從而消除熱對(duì)流渦旋，提高形成薄膜的均勻性。進(jìn)一步的，所述第二氣體為載氣、III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體，使第二氣體能夠參與反應(yīng)形成薄膜，從而修飾基座邊緣的待沉積基底表面形成的薄膜的不均勻性。雖本發(fā)明實(shí)施例如上所述，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，包括用于進(jìn)行金屬有機(jī)氣相沉積的反應(yīng)腔；位于所述反應(yīng)腔底部的基座，所述基座用于承載待沉積基底；位于所述反應(yīng)腔頂部的噴淋組件，所述噴淋組件用于將反應(yīng)氣體分配至所述反應(yīng)腔內(nèi)，所述噴淋組件包括中心進(jìn)氣裝置和包圍所述中心進(jìn)氣裝置的外圍進(jìn)氣裝置，其中，所述中心進(jìn)氣裝置用于將第一氣體以第一通量分配至中心進(jìn)氣裝置與基座之間的區(qū)域，所述第一氣體為III族金屬有機(jī)源氣體、V族氫化物源氣體和載氣，其中，所述第一氣體中的III 族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體具有第一流量比，所述外圍進(jìn)氣裝置用于將第二氣體以第二通量分配至所述反應(yīng)腔的外圍區(qū)域，從而減弱第一氣體分配的熱對(duì)流渦旋，所述第二氣體為載氣、III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體，其中，所述第二氣體中的III 族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體具有第二流量比，且所述第二流量比與第一流量比不同。
2.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述中心進(jìn)氣裝置的半徑大于基座半徑15 25mm。
3.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述中心進(jìn)氣裝置到所述基座的距離為20 30mm。
4.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述第二通量為第一通量的2 10倍。
5.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述第二流量比大于9或小于 1/9。
6.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述基座的旋轉(zhuǎn)速度為 900RPM 1500RPM。
7.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述外圍進(jìn)氣裝置包括第三進(jìn)氣裝置和冷卻裝置。
8.如權(quán)利要求7所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述第三進(jìn)氣裝置包括若干子進(jìn)氣裝置。
9.如權(quán)利要求8所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述若干子進(jìn)氣裝置分別將III族金屬有機(jī)源氣體和載氣，以及V族氫化物源氣體和載氣傳輸至反應(yīng)腔的外圍區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述外圍進(jìn)氣裝置具有外圍進(jìn)氣口，所述外圍進(jìn)氣口位于與反應(yīng)腔相接觸的一側(cè)。
11.如權(quán)利要求10所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述外圍進(jìn)氣口的數(shù)量為1 4個(gè)。
12.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述III族金屬有機(jī)源包括( (CH3) 3、In (CH3) 3、Al (CH3) 3、Ga (C2H5) 3、Zn (C2H5) 3 氣體中的一種或多種。
13.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述V族氫化物源包括 NH3、PH3、AsH3氣體中的一種或多種。
14.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述載氣為氮?dú)?、氫氣中的一種或兩種。
15.如權(quán)利要求1所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述中心進(jìn)氣裝置包括第一進(jìn)氣裝置、第二進(jìn)氣裝置和冷卻裝置。
16.如權(quán)利要求15所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述第一進(jìn)氣裝置將III 族金屬有機(jī)源氣體和載氣傳輸至中心進(jìn)氣裝置與基座之間的區(qū)域，所述第一進(jìn)氣裝置包括第一進(jìn)氣口。
17.如權(quán)利要求15所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置，其特征在于，所述第二進(jìn)氣裝置將V族氫化物源氣體和載氣傳輸至中心進(jìn)氣裝置與基座之間的區(qū)域，所述第二進(jìn)氣裝置包括第二進(jìn)氣口。
全文摘要
一種金屬有機(jī)氣相沉積裝置，包括反應(yīng)腔；位于所述反應(yīng)腔底部的基座；位于所述反應(yīng)腔頂部的噴淋組件，所述噴淋組件包括中心進(jìn)氣裝置和包圍所述中心進(jìn)氣裝置的外圍進(jìn)氣裝置，所述中心進(jìn)氣裝置將第一氣體以第一通量分配至中心進(jìn)氣裝置與基座之間的區(qū)域，所述外圍進(jìn)氣裝置將第二氣體以第二通量分配至所述反應(yīng)腔的外圍區(qū)域，所述第一氣體和第二氣體為載氣、III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體，所述第一氣體和第二氣體中的III族金屬有機(jī)源氣體和V族氫化物源氣體分別具有第一流量比和第二流量比，且所述第二流量比與第一流量比不同。所述金屬有機(jī)氣相沉積裝置能夠提高薄膜的均勻性及形成速率。
文檔編號(hào)C23C16/455GK102560429SQ20121006576
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者何乃明, 周寧, 范文遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司