一種mocvd設(shè)備的進氣裝置及mocvd設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MOCVD設(shè)備的進氣裝置及MOCVD設(shè)備，進氣裝置內(nèi)部設(shè)有相互隔離的第一腔體和第二腔體；第一腔體沿進氣裝置的直徑方向設(shè)置，在第一腔體上豎向設(shè)有多個第一氣體進氣管，第二腔體位于第一腔體兩側(cè)，第二腔體內(nèi)橫向設(shè)有第二氣體進氣管道，第二氣體進氣管道貫穿進氣裝置側(cè)壁，第二氣體進氣管道的管壁上設(shè)有多個噴孔；第二腔體上豎向設(shè)有多個第三氣體進氣管，第二氣體與第三氣體在第二腔體內(nèi)混合后向下移動，進氣裝置的底面為第一過濾網(wǎng)，第一氣體、第二氣體和第三氣體穿過第一過濾網(wǎng)向下流動。本發(fā)明進氣裝置的氣體管道架構(gòu)簡潔，進氣易控制，降低了設(shè)備制造成本及難度，提高了氣體均勻性以及薄膜生長的均勻性和穩(wěn)定性。
【專利說明】—種MOCVD設(shè)備的進氣裝置及MOCVD設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種MOCVD設(shè)備的進氣裝置及MOCVD設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n)即金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積，是制備化合物半導(dǎo)體薄膜的一項關(guān)鍵技術(shù)。MOCVD設(shè)備是研發(fā)世界先進水平的S、C、X、K和Q等波段的氮化鎵大功率電子器件和高壓大功率固體開關(guān)器件、高端激光器件及效率可達(dá)40%以上的太陽電池等光電子器件不可或缺的。它利用較易揮發(fā)的有機物作為較難揮發(fā)的金屬原子的源反應(yīng)物，通過載氣攜帶到反應(yīng)器內(nèi)，在適當(dāng)?shù)臍鈮?、溫度等條件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在加熱的襯底基片上外延生長出薄膜。
[0003]MOCVD設(shè)備中進氣裝置的結(jié)構(gòu)是影響整個設(shè)備制造成本和薄膜淀積質(zhì)量的重要因素，而且MOCVD設(shè)備成本高低的關(guān)鍵在于氣路的成本?，F(xiàn)有技術(shù)中MOCVD設(shè)備進氣裝置為多層結(jié)構(gòu)，氣體管道架構(gòu)復(fù)雜，進氣口繁多，進氣不易控制，不同的氣體經(jīng)各自進氣口直接進入至反應(yīng)室，在沒有充分混合之前就已經(jīng)到達(dá)襯底表面，且在反應(yīng)室上方會產(chǎn)生較大的渦流，反應(yīng)室內(nèi)氣體流跡復(fù)雜，對薄膜生長的速度、均勻性、結(jié)晶質(zhì)量以及原材料利用率產(chǎn)生不利影響，薄膜厚度和均勻性不好調(diào)整，而且該設(shè)備體積較大，導(dǎo)致制作成本及難度增大。每個進氣口都需用單獨的質(zhì)量流量控制計進行控制，成本較高。因此，一種制造成本低且可提高薄膜淀積均勻性的進氣裝置將會引起很大程度地關(guān)注。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于為了解決以上的不足，設(shè)計了一種MOCVD設(shè)備的進氣裝置及MOCVD設(shè)備。該進氣裝置的氣路結(jié)構(gòu)簡潔，在提高薄膜淀積均勻性的同時，降低了制作成本和體積。
[0005]本發(fā)明的一種MOCVD設(shè)備的進氣裝置所采取的技術(shù)方案是:一種MOCVD設(shè)備的進氣裝置，所述進氣裝置內(nèi)部設(shè)有相互隔離的第一腔體和第二腔體；所述第一腔體沿進氣裝置的直徑方向設(shè)置，在第一腔體上豎向設(shè)有多個第一氣體進氣管，第一氣體進氣管的進氣端凸出于進氣裝置頂部，從各第一氣體進氣管流入的氣體進入第一腔體內(nèi)混合；所述第二腔體位于第一腔體兩側(cè)，第二腔體內(nèi)橫向設(shè)有第二氣體進氣管道，所述第二氣體進氣管道貫穿進氣裝置側(cè)壁，第二進氣管道的一端為進氣端，另一端為閉合端，且閉合端靠近進氣裝置中心處設(shè)置，第二氣體進氣管道的管壁上設(shè)有多個噴孔；還包括豎向設(shè)于第二腔體上的多個第三氣體進氣管，第三氣體進氣管的進氣端凸出于進氣裝置頂部；第二氣體與第三氣體在第二腔體內(nèi)混合并向下流動；所述進氣裝置的底面為第一過濾網(wǎng)，第一氣體、第二氣體和第三氣體穿過所述第一過濾網(wǎng)向下流動。
[0006]優(yōu)選的，所述第一氣體為MO(金屬有機化合物)源，所述第二氣體為(Ar)氬源，所述第三氣體為(O)氧源。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0008]本發(fā)明進氣裝置的管道架構(gòu)簡潔，通過在進氣裝置中心直徑方向上設(shè)置第一腔體，使得多個第一氣體進氣管通過第一腔體相連通，使第一氣體在進入進氣裝置下方的反應(yīng)室時混合更加均勻，保證了第一氣體進入反應(yīng)室時的連續(xù)性和氣流的穩(wěn)定性。避免了傳統(tǒng)設(shè)備中多個第一氣體進氣管道直通入反應(yīng)室上方而帶來的各路氣流在反應(yīng)室內(nèi)混合所造成氣場的不穩(wěn)定和第一氣體進氣管故障率的提高。而且如此設(shè)計對于反應(yīng)室來說具有更大的進氣口，克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中氣體進入反應(yīng)室時進氣口較小導(dǎo)致渦流現(xiàn)象出現(xiàn)。在第一氣體進氣的控制方面，可以使第一氣體進氣管使用同一質(zhì)量流量控制計進行控制，使質(zhì)量流量控制計的使用數(shù)量明顯減少，降低了整個進氣裝置的成本和不同質(zhì)量流量控制計自身的誤差引起的氣體濃度差異。
[0009]本發(fā)明的第二氣體進氣管道采用與第一腔體呈一定夾角的側(cè)壁進氣方式，并在第二腔體上豎向均勻設(shè)置第三氣體進氣管，減少了在進氣裝置不同區(qū)域上第三氣體濃度的差異，而且第二氣體和第三氣體在第二腔體混合后進入反應(yīng)室，提高了氣體均勻性，使氣體能夠充分反應(yīng)以保證薄膜淀積的均勻性。同時第一腔體和第二腔體相互隔離，在提高氣體均勻性的基礎(chǔ)上，有效地避免了氣體進入反應(yīng)室之前的預(yù)反應(yīng)，使薄膜的沉積均勻性大大提高。進氣裝置底部的過濾網(wǎng)使進入反應(yīng)室的氣體流跡更加光滑和順暢，在極大程度上提高了薄膜生長的均勻性和穩(wěn)定性。
[0010]本發(fā)明進氣裝置的氣路布局合理，使進氣裝置的空間得以有效利用，大大減小了進氣裝置的體積，同時降低了 MOCVD設(shè)備的復(fù)雜度和制造難度，使進氣能夠更好地控制，設(shè)備可操作性更強，使MOCVD設(shè)備從出廠到大規(guī)模生產(chǎn)的調(diào)試周期大大縮短。
[0011]優(yōu)選的，所述第一腔體由至少兩段單排直列的條狀型腔體組成，各條狀型腔體的底部相互連通。
[0012]同一條狀型腔體或者與進氣裝置的中心呈中心對稱的兩個條狀型腔體上的進氣管之間可使用同一質(zhì)量流量控制計，不僅使進氣裝置整個范圍內(nèi)氣體的分布更加均勻，而且大大減少了質(zhì)量流量控制計的數(shù)量，降低了制作成本。
[0013]優(yōu)選的，所述第二進氣管道為多個，各第二進氣管道以進氣裝置中心為圓心，呈放射狀均勻分布。
[0014]優(yōu)選的，所述多個第三氣體進氣管呈環(huán)向均勻分布在進氣裝置上，所述第三氣體進氣管與進氣裝置中心的距離為0.03-0.lm。
[0015]優(yōu)選的，所述第二氣體進氣管道上的多個噴孔等距離排列，且相鄰噴孔的距離為0.04-0.09m。
[0016]優(yōu)選的，在所述第二氣體進氣管道的下方設(shè)有第二過濾網(wǎng)，第三氣體進氣管道的排氣端位于所述第二過濾網(wǎng)下方，第二氣體從所述噴孔中噴出后穿過第二過濾網(wǎng)向下流動，并在第二過濾網(wǎng)下方與第三氣體混合，混合后的氣體穿過所述第一過濾網(wǎng)向下移動。
[0017]第二氣體和第三氣體之間不會發(fā)生反應(yīng)，第二過濾網(wǎng)的增加使得第二氣體在不同區(qū)域的分布更加均勻，與第三氣體能夠更好的混合，使進氣裝置不同區(qū)域內(nèi)氣體組分的均勻性提高，使混合氣體在進入反應(yīng)室時能更充分的反應(yīng)。
[0018]優(yōu)選的，所述第二過濾網(wǎng)的孔徑小于所述第一過濾網(wǎng)的孔徑。
[0019]穿過第二過濾網(wǎng)的第二氣體的氣流更加均勻和穩(wěn)定。
[0020]優(yōu)選的，還包括分別設(shè)于第一氣體進氣管、第二氣體進氣管道和第三氣體進氣管道的進氣端處的質(zhì)量流量控制計。
[0021]以進氣裝置中心相互對稱的同一氣體進氣管可共同使用一個質(zhì)量流量控制計，使進氣更方便控制，且降低了進氣口的故障率。
[0022]本發(fā)明的MOCVD設(shè)備所采取的技術(shù)方案是:一種MOCVD設(shè)備，包括所述的進氣裝置，還包括反應(yīng)室、襯底承載座和位于襯底承載座下方的加熱裝置；所述進氣裝置位于反應(yīng)室上方，所述襯底承載座可旋轉(zhuǎn)地設(shè)于反應(yīng)室底部；氣體從所述第一過濾網(wǎng)噴出至反應(yīng)室內(nèi)進行反應(yīng)，在襯底承載座上形成薄膜。
[0023]本發(fā)明的MOCVD設(shè)備結(jié)構(gòu)簡潔，易操作，從進氣裝置進入反應(yīng)室的氣體均勻且流向穩(wěn)定，使淀積形成的薄膜均勻性提高，與現(xiàn)有技術(shù)相比制作成本大大降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的進氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明的進氣裝置的俯視圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的MOCVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0028]參照附圖1至附圖3所示，一種MOCVD設(shè)備的進氣裝置，所述進氣裝置內(nèi)部設(shè)有第一腔體I和第二腔體2，第一腔體I和第二腔體2相互隔離。第一腔體指的是MO (金屬有機物)源腔體，MO源腔體I沿進氣裝置的直徑方向設(shè)置且向下延伸至進氣裝置底部，MO源腔體可以是一個條狀型腔體，也可以由多個單排直列在進氣裝置直徑方向上的條狀型腔體11組成，且各條狀型腔體11的底部相互連通。在各條狀型腔體11上均勻設(shè)有多個豎向的第一氣體進氣管(即MO源進氣管111)，MO源進氣管的進氣端凸出于進氣裝置頂部，從各MO源進氣管111流入的氣體進入MO源腔I內(nèi)混合后向下移動。
[0029]第二腔體2位于MO源腔I兩側(cè)，第二腔體2內(nèi)橫向設(shè)有第二氣體進氣管道3，在本實施例中第二氣體進氣管道3為(氬源)Ar源進氣管道。Ar源進氣管道3為4個，4個Ar氬源進氣管道3以進氣裝置中心為圓心，呈放射狀均勻分布在進氣裝置內(nèi)部，4個Ar源進氣管道分別與條狀型第一腔體的排列方向呈45°或135°。4個Ar源進氣管道3之間相互連通。Ar源進氣管道3貫穿進氣裝置側(cè)壁，Ar源進氣管道的一端為進氣端31，另一端33為閉合端，且閉合端33靠近進氣裝置中心附近，在Ar源進氣管道3的管壁上距離進氣裝置中心距離為0.04,0.09,0.16米處均設(shè)有噴孔32。還包括多個豎向設(shè)置的第三氣體進氣管4，本實施例中第三氣體為氧源，氧源進氣管4豎向均勻分布在第二腔體上，即在MO源腔I的外腔壁和Ar源進氣管道3之間的區(qū)域以及相鄰的Ar源進氣管道3之間的區(qū)域內(nèi)。
[0030]本實施例中在距離進氣裝置中心0.04米，與進氣裝置直徑夾角為60°的方向存在氧源進氣管47和氧源進氣管48 ;在距離進氣裝置中心0.09米，與進氣裝置直徑夾角為45°、90°方向存在氧源進氣管44、氧源進氣管45和氧源進氣管46 ;在距離進氣裝置中心0.16米，與進氣裝置直徑夾角為36°、72°方向存在氧源進氣管40、氧源進氣管41、氧源進氣管42和氧源進氣管43。上述所列氧源進氣管的進氣端均位于進氣裝置頂部，氧源進氣管的排氣端位于第二腔體內(nèi)。
[0031]進氣裝置的底面為第一過濾網(wǎng)6，Ar源和氧源在第二腔體2內(nèi)混合后，經(jīng)第一過濾網(wǎng)6向下移動進入進氣裝置下方的反應(yīng)室。同時從各MO源進氣管111進入MO源腔I的MO源經(jīng)過第一過濾網(wǎng)6向下移動進入反應(yīng)室。
[0032]還可以在第二腔體2內(nèi)的Ar源進氣管道3下方設(shè)置第二過濾網(wǎng)，第二過濾網(wǎng)的孔徑小于所述第一過濾網(wǎng)的孔徑。氧源進氣管的排氣端位于第二過濾網(wǎng)下方，Ar源從所述Ar源進氣管道3的噴孔32中噴出后穿過第二過濾網(wǎng)向下流動，并在第二過濾網(wǎng)下方與氧源混合，混合后的氣體穿過所述第一過濾網(wǎng)向下移動。
[0033]還包括分別設(shè)于MO源進氣管lll、Ar源進氣管道3和氧源進氣管道4的進氣端處的質(zhì)量流量控制計。與進行裝置中心呈中心對稱的同一氣體進氣管可以使用同一個質(zhì)量流量控制計，減少了質(zhì)量流量控制計的使用成本和故障率。在進氣裝置頂部還設(shè)有觀察窗5，工藝人員可以透過觀察窗5即時監(jiān)測氣路內(nèi)部情況。
[0034]參照附圖3所示，一種包括上述進氣裝置的MOCVD設(shè)備，其包括反應(yīng)室7、襯底承載座8、加熱裝置和排氣通道。所述進氣裝置位于反應(yīng)室7上方，襯底承載座8位于反應(yīng)室7底部，且與反應(yīng)室7同軸設(shè)置。襯底承載座8底部設(shè)有轉(zhuǎn)軸，襯底承載座8在加熱裝置加熱下可高速旋轉(zhuǎn)。氣體從進氣裝置底部噴出至反應(yīng)室7內(nèi)進行反應(yīng)，在高速旋轉(zhuǎn)的襯底承載座上的襯底基片81上淀積形成薄膜。氣路的優(yōu)化設(shè)計使得氣體的流出更加均勻穩(wěn)定，有效抑制了反應(yīng)腔7內(nèi)渦流的形成，反應(yīng)后的氣體沿襯底承載座8的側(cè)壁向下流動從排氣通道底部排出至外界的廢氣處理系統(tǒng)。
[0035]根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
【權(quán)利要求】
1.一種MOCVD設(shè)備的進氣裝置，其特征在于，所述進氣裝置內(nèi)部設(shè)有相互隔離的第一腔體和第二腔體； 所述第一腔體沿進氣裝置的直徑方向設(shè)置，在第一腔體上豎向設(shè)有多個第一氣體進氣管，第一氣體進氣管的進氣端凸出于進氣裝置頂部，從各第一氣體進氣管流入的氣體進入第一腔體內(nèi)混合； 所述第二腔體位于第一腔體兩側(cè)，第二腔體內(nèi)橫向設(shè)有第二氣體進氣管道，所述第二氣體進氣管道貫穿進氣裝置側(cè)壁，第二進氣管道的一端為進氣端，另一端為閉合端，且閉合端靠近進氣裝置中心處設(shè)置，第二氣體進氣管道的管壁上設(shè)有多個噴孔；還包括豎向設(shè)于第二腔體上的多個第三氣體進氣管，第三氣體進氣管的進氣端凸出于進氣裝置頂部；第二氣體與第三氣體在第二腔體內(nèi)混合并向下流動； 所述進氣裝置的底面為第一過濾網(wǎng)，第一氣體、第二氣體和第三氣體穿過所述第一過濾網(wǎng)向下流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進氣裝置，其特征在于，所述第一腔體由至少兩段單排直列的條狀型腔體組成，各條狀型腔體的底部相互連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進氣裝置，其特征在于，所述第二進氣管道為多個，各第二進氣管道以進氣裝置中心為圓心，呈放射狀均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進氣裝置，其特征在于，所述多個第三氣體進氣管呈環(huán)向均勻分布在進氣裝置上，所述第三氣體進氣管與進氣裝置中心的距離為0.03-0.lm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進氣裝置，其特征在于，所述第二氣體進氣管道上的多個噴孔等距離排列，且相鄰噴孔的距離為0.04-0.09m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進氣裝置，其特征在于，在所述第二氣體進氣管道的下方設(shè)有第二過濾網(wǎng)，第三氣體進氣管的排氣端位于所述第二過濾網(wǎng)下方，第二氣體從所述噴孔噴出后穿過第二過濾網(wǎng)向下流動，并在第二過濾網(wǎng)下方與第三氣體混合，混合后的氣體穿過所述第一過濾網(wǎng)向下移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的進氣裝置，其特征在于，所述第二過濾網(wǎng)的孔徑小于所述第一過濾網(wǎng)的孔徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進氣裝置，其特征在于，還包括分別設(shè)于第一氣體進氣管、第二氣體進氣管道和第三氣體進氣管的進氣端處的質(zhì)量流量控制計。
9.一種MOCVD設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求1至8任一項所述的進氣裝置，還包括反應(yīng)室、襯底承載座和位于襯底承載座下方的加熱裝置；所述進氣裝置位于反應(yīng)室上方，所述襯底承載座可旋轉(zhuǎn)地設(shè)于反應(yīng)室底部；氣體從所述第一過濾網(wǎng)噴出至反應(yīng)室內(nèi)進行反應(yīng)，在襯底承載座上形成薄膜。
【文檔編號】C23C16/455GK104264129SQ201410558174
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】王鋼, 吳飛飛, 李健, 范冰豐 申請人:佛山市中山大學(xué)研究院