专利名称：快速清除残余反应气体的金属有机物化学气相沉积反应腔体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化合物半导体外延生长用的气相沉积设备，特别涉及一种快速清除残余反应气体的金属有机物化学气相沉积反应腔体。
背景技术：
金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料、光电子专用设备。MOCVD是一种非平衡生长技术，其工作机理是通过源气体传输，使得III族烷基化合物(TMGa、TMIn, TMA1、二茂镁等)与V族氢化物(AsH3、PH3、 NH3等)在反应腔内的衬底上进行热裂解反应。就外延材料的生长速率比较适中，可较精确地控制膜厚。它的组分和生长速率均由各种不同成分的气流和精确控制的源流量决定的。 MOCVD作为化合物半导体材料外延生长的理想方法，具有质量高、稳定性好、重复性好、工艺灵活、能规模化量产等特点，已经成为业界生产半导体光电器件和微波器件的关键核心设备，具有广阔的应用前景和产业化价值。反应腔体是整个MOCVD设备最核心的部分，决定了整个设备的性能。而腔体的几何结构和尺寸是影响沉积性能的首要因素，因为其直接影响气体在腔体内的流动行为， 以及反应气体的输运和扩散方式。随着工业化生产的需要，整个反应腔的尺寸变得越来越大，如何通过复杂气体流动的组合形成腔体的尺寸可扩展性，是腔体气体流动设计的重点， 另外工艺生长过程中其容纳的残余气体越来越多，从而使极薄层材料的生长变得越来越困难，于是生长不同层材料的过程中如何快速清除残留在反应腔中的残余反应气体变得越来越关键。比如生长LED多量子阱层时，从上一工艺步进行到下一工艺步时，上一工艺步中没有使用完的气体就会进入下一工艺步中，从而造成层间界面成分的变化，严重的会造成下一层的组分发生变化。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种快速清除残余反应气体的金属有机物化学气相沉积反应腔体。本发明包括反应腔进气口 1、2、3、4、5，反映腔进气管道6、上缓冲腔7、下缓冲腔8、缓冲挡板9、喷淋口 10、、载片台11、加热组件12、喷淋冷却水进口 16、喷淋冷却水出口 17、冷却腔体沈、反映腔上部18、反映腔下部19、上部与下部的动密封处20、残余气体排放管路13与14、尾气管路15、控制阀22、抽除尾气的真空泵23，缓冲腔压力检测表21。其工作原理是气体通过反映腔进气口 1、2、4，经过反应腔进气管道6 可以在载片台11上形成径向辐射流，反应腔进气口 3、5分别通过上缓冲腔7和下缓冲腔8 进入喷淋口 10形成直达载片台11的垂直补偿喷淋流，通过垂直喷淋流来补偿径向辐射流在载片台11上的反应物的消耗，形成在载片台11上反应物浓度均勻的层流。在缓冲挡板 9和喷淋上盖M上分别开有小孔，并通过小孔焊接出残余气体排放管路13、14，残余气体排放管路14与尾气管路15通过三通接口汇合后与抽除尾气的真空泵23的进气口连接。由于生产过程中反应腔要经常开启，即反应腔上部18会脱离反应腔下部19向上运动，故残余气体排放管路14采用波纹管进行体外连接。另外一种方案就是排气管路设计为反映腔从下到上的通路，在反应腔上部与反应腔下部的动密封处20设计排放管路接口动密封25。残余气体排放管路14与尾气管路15通过三通接头汇合成一条管路与抽除尾气的真空泵23 的进气口相连。在残余气体排放管路中安装有一个控制阀22，当需要清除反应腔中的残余气体时即可打开此控制阀22，使残余气体通过残余气体排放管路13、14迅速排放出去。为了避免残余气体抽出对反应腔体内流场的影响，在上缓冲腔7内设置一个缓冲腔压力检测表21，通过在缓冲腔7内的载气的补充，保持缓冲腔内的压力不变，这样在清除残余气体的同时，保证了载片台11上的流场不变。这样可以极大地清除上缓冲腔7、下缓冲腔8中存在的残余反应气体，防止其在载片台11上发生反应，从而可提高界面的陡峭性。本发明的优点是解决了现有的量产型气相沉积反应腔体由于腔体增大而使其容纳的残余气体无法快速清除的缺陷，此外利用气相沉积反应腔体自身的抽气真空泵和部分尾气管路来排放残余气体，提高了设备的利用率，降低了设备成本。
图1本发明的结构示意图；图2残余气体排放管路经反应腔下部引入的结构示意图。图中1反应腔进气口 反应气体A、2反应腔进气口 反应气体B、3反应腔进气口 反应气体C、4反应腔进气口 反应气体D、5反应腔进气口 反应气体E、6反映腔进气管道、 7上缓冲腔、8下缓冲腔、9缓冲挡板、10喷淋口、11载片台、12加热组件、13与14残余气体排放管路、15尾气管路、16喷淋冷却水入口、17喷淋冷却水出口、18反应腔上部、19反映腔下部、20反应腔上部与下部的动密封处、21缓冲腔压力检测表、22控制阀、23抽除尾气的真空泵、M喷淋上盖、25排放管路接口动密封J6冷却腔体。
具体实施例方式实施例一下面结合附图进一步说明
具体实施例方式参见图1，反映腔上部18内设有上缓冲腔7、下缓冲腔8以及与喷淋冷却水入口 17 与出口 18相连的冷却腔体26。上缓冲腔7内设有缓冲挡板9。反应气体A对应反应腔进气口 1、反应气体B对应反映腔进气口 2、反应气体D对应反映腔进气口 4，反应气体A、B、D通过反应腔进气管道6在载片台11上形成径向辐射流， 反应气体A、反应气体B、反应气体D在载片台11上方混合发生反应。反应气体C对应反映腔进气口 3、反应气体E对应反应腔进气口 5，分别通过上缓冲腔7与下缓冲腔8通过喷淋口 10形成直达载片台11的垂直补偿喷淋流。喷淋口 10的形状为孔或缝隙，喷淋口 10的数量可以根据腔体的大小设计不同的数量，喷淋口 10的分布方式为圆周分布或阵列分布或散布，反应气体C从反应腔进气口 3进入上缓冲腔7，然后经由喷淋口 10沿垂直方向流向载片台11，通过垂直喷淋流来补偿径向辐射流在载片台11上的反应物的消耗，形成在载片台11上反应物浓度均勻的层流。在缓冲挡板7和喷淋上盖M上分别开有小孔，并通过小孔焊接一根残余气体排放管路13，残余气体排放管路13、14与尾气管路15通过三通接口汇合后与抽除尾气的真空泵23的进气口连接。由于生产过程中反应腔要经常开启，即反应腔上部盖118会脱离反应腔下部19向上运动，故残余气体排放管路14采用波纹管进行体外连接。另外一种方案就是排气管路设计为反应腔下部到反应腔上部的从下到上的通路，在反应腔上部与反应腔下部的动密封处20，设计一个排放管路接口动密封25。在残余气体排放管路中安装有一个控制阀22，当需要清除反应腔中的残余气体时即可打开此控制阀22，使残余气体通过残余气体排放管路13、14迅速排放出去。为了避免残余气体抽出对反应腔体内流场的影响，保证载片台11上流场的稳定，在排气的同时对上缓冲腔7进行载气的补充。在上缓冲腔7内设置一个缓冲气体压力检测表21，从控制上可以通过21来检测缓冲腔内的压力，并通过PID(比例-积分-微分控制器)控制来调节控制阀22与补充载气的流量，从而保证压力和流量的稳定。通过在上缓冲腔7内的载气的补充，保持缓冲腔内的压力不变，这样在清除残余气体的同时，保证了载片台11上的流场的不变。这样可以极大地清除反应腔中存在的残余反应气体，从而可提高界面的陡峭性。当生长单层材料时，关闭控制阀21，反应气体在载片台11混合发生反应，多余的气体则通过尾气管路15由抽除尾气的真空泵23抽走。当由生长某一种材料过渡到生长另一种材料时，由软件自动实现快速打开控制阀21，反应气体不经过载片台11，直接通过残余气体排放管路13、14由抽除尾气的真空泵23抽走。实施例二实施例二与实施例一相同，所不同的是残余气体排放管路14通过反应腔下部19 引入，在反应腔上部18和反应腔下部19之间通过排放管路接口动密封25实现管路的连接，参见图2。
权利要求
1.一种快速清除残余反应气体的金属有机物化学气相沉积反应腔体，包括反映腔进气口、反应腔进气管道、上缓冲腔、下缓冲腔、喷淋口、缓冲挡板、载片台、加热组件、残余气体排放管路、尾气管路、控制阀、缓冲腔压力检测表、抽除尾气的真空泵，反应腔进气管道为多路进气管道，缓冲腔设置在反应腔上部，缓冲腔内设有缓冲挡板，一部分反应气体经反应腔进气管道进入缓冲腔经喷淋口流出，流出的方向与载片台垂直，一部分反应气体经反应腔进气管道直接进入反映腔，在载片台上形成径向流动，反应腔内设有尾气管路，其特征在于所述缓冲腔内设有残余气体排气管路，残余气体排放管路与反应腔的尾气管路通过接头汇合成一条管路与抽除尾气的真空泵相连。
2.根据权利要求1所述的快速清除残余反应气体的金属有机物化学气相沉积反应腔体，其特征在于所述残余气体排放管路中设有一控制阀。
3.根据权利要求1所述的快速清除残余反应气体的金属有机物化学气相沉积反应腔体，其特征在于所述上缓冲腔内设置了一缓冲腔压力检测表。
4.根据权利要求1所述的快速清除残余反应气体的金属有机物化学气相沉积反应腔体，其特征在于所述反应腔进气管道为多路进气管道，一部分反应气体经反应腔进气管道进入上缓冲腔与下缓冲腔经喷淋口流出，流出的方向垂直载片台，一部分反应气体经反应腔进气管道直接进入反映腔，在载片台上形成径向流动。
5.根据权利要求1所述的快速清除残余反应气体的金属有机物化学气相沉积反应腔体，其特征在于所述残余气体排放管路经反应腔下部引入，在反应腔下部与上部之间经排气管道接口动密封实现管路的连接。
全文摘要
快速清除残余反应气体的金属有机物化学气相沉积反应腔体，包括反应腔进气口、反应腔进气管道、上缓冲腔、下缓冲腔、喷淋口、载片台、加热组件、残余气体排放管路、尾气管路、控制阀、缓冲腔压力检测表、真空泵，反应腔进气管道为多路进气管道，载片台的上部设有反应气体喷淋口。反应腔体内设有尾气管路，缓冲腔内设有残余气体排气管路，残余气体排放管路与反应腔的尾气管路通过接头汇合成一条管路与抽除尾气的真空泵相连。本发明的优点是能够在气相沉积反应腔体内快速清除残余气体，利用气相沉积反应腔体的抽气真空泵和部分尾气管路来排放残余气体，使得不同外延层薄膜之间的界面陡峭，提高设备的性能。
文档编号C23C16/44GK102383106SQ20101027245
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者甘志银 申请人:甘志银