用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘。该进气顶盘包括：上层进气盘和下层匀气盘，下层匀气盘为三层台阶盘体，在上层进气盘和下层匀气盘之间形成三个独立的进气腔-第一进气腔、第二进气腔和第三进气腔，该三个进气腔彼此隔离密封。其中，该第一进气腔、第二进气腔和第三进气腔分别具有独立的进气通道和出气通道，由第三进气腔内通入的隔离气体将由第一进气腔通入的第一反应气体和第二进气腔通入的第二反应气体隔开。本发明可以降低两种或多种反应气体在到达衬底之前就相遇并进行反应的概率，大大提高外延材料的晶体质量。
【专利说明】用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜材料沉积设备【技术领域】，尤其涉及一种用于金属有机化合物化学气相沉积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposit1n，简称M0CVD)设备反应室的进气顶盘。
【背景技术】
[0002]MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposit1n，金属有机化合物化学气相沉积)设备，是化合物半导体外延材料研宄和生产的关键设备，特别适合化合物半导体功能结构材料的规模化工业生产，是其它半导体设备所无法替代的核心半导体设备，是当今世界上生产半导体光电器件和微波器件材料的主要手段，是当今信息产业发展、国防高新技术突破不可缺少的战略性高技术半导体设备。
[0003]用MOCVD设备外延生长化合物半导体薄膜材料，通常需要各种源材料气体以及携带气体。源材料包括III族、II族元素的有机化合物(MO源)和V、VI族元素的氢化物，是参与化学反应并且在生成物中含有本原料成分的材料；携带气体包括氮气、氢气及惰性气体等，这些气体只携带源材料进入反应室中，本身并不参加化学反应。
[0004]通常的源材料MO源和氢化物之间在高温下有强烈的预反应，如三甲基铝和氨气之间在高温下预反应强烈，反应后生成不能分解的聚合物。为了减少两者之间的预反应，需要将MO源和氢化物分开进入反应室，直到反应室中衬底附近才相遇并均匀混合，之后参加化学反应，由于反应非常复杂，通常有几十个反应，只有在衬底表面上参加反应的生成物才可能形成高质量的薄膜材料。
[0005]然而，目前用于金属有机化合物化学气相沉积设备的进气顶盘设计基本上都可以将两种反应气体分别送入反应室，但在未到达衬底附近时已经相遇并混合，在高温下产生预反应，之后预反应的生成物在衬底上沉积，对生成材料的晶体质量产生不利影响。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘，以尽可能的避免反应气体在到达衬底之前相遇和预反应。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]本发明用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘包括:上层进气盘I和下层匀气盘2，下层匀气盘2为三层台阶盘体，在上层进气盘I和下层匀气盘2之间形成三个独立的进气腔-第一进气腔3、第二进气腔4和第三进气腔5，该三个进气腔彼此隔离密封。其中，该第一进气腔3、第二进气腔4和第三进气腔5分别具有独立的进气通道和出气通道，由第三进气腔5内通入的隔离气体将由第一进气腔3通入的第一反应气体和第二进气腔4通入的第二反应气体隔开。
[0010](三)有益效果
[0011]从上述技术方案可以看出，本发明用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘具有以下有益效果:
[0012](I)通入隔离气体，可以降低两种反应气体在到达衬底之前就相遇并进行反应的概率，从而大大提尚外延材料的晶体质量；
[0013](2)通入气体细缝的分布更密集，可以提高外延材料的均匀性；
[0014](3)上层进气盘和下层匀气盘之间可以采用非焊接的密封方式，方便拆卸，便于清洗。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为根据本发明实施例用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘的剖视示意图；
[0016]图2为图1所示进气顶盘的A-A向剖视图；
[0017]图3为图1所示进气顶盘的B-B向剖视图。
[0018]【主要元件】
[0019]1-上层进气盘；2-下层匀气盘
[0020]3-第一进气腔；4-第二进气腔；5-第三进气腔；
[0021]6-第一进气管；7-第二进气管；8-第三进气管；
[0022]9、10-对应第-进气腔的出气细缝；
[0023]11、12_对应第二进气腔的出气细缝；
[0024]13、14、15-对应第三进气腔的出气细缝；
[0025]16-冷却水道； 17-监测窗口。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0027]本发明在第一反应气体和第二反应气体之间通入隔离气体，以降低两种反应气体在到达衬底之如就相遇并进彳丁反应的概率，进而提尚外延材料的晶体质量。
[0028]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘。图1为根据本发明实施例用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘的剖视示意图。如图1所示，本实施例进气顶盘为封闭型壳体，包括上层进气盘I和下层匀气盘2。其中，下层匀气盘2为三层台阶盘体，在上层进气盘I和下层匀气盘2之间形成供气体进入的三个独立的进气腔，分别为第一进气腔3、第二进气腔4、第三进气腔5，进气腔之间彼此隔离密封。在上层进气盘I上安装有第一进气管6、第二进气管7和第三进气管8，分别与第一进气腔3、第二进气腔4和第三进气腔5连通。其中，第一进气管6用于外界向第一进气腔3供气。第一进气管7用于外界向第二进气腔4供气。第三进气管8用于外界向第三进气腔5供气。
[0029]如图2和图3所示，第一进气腔3和第二进气腔4为环形腔，并分别与下层匀气盘内平行贯穿的圆柱槽连通。其中，第一进气腔3对应的圆柱槽和第二进气腔4对应的圆柱槽位于高度上的不同位置。每一组圆柱槽下又设置有与反应室连通的平行出气细缝，第一进气腔3和第二进气腔4的出气细缝为相间排列，如:对应第一进气腔3有出气细缝9、10等，对应第二进气腔4有出气细缝11、12等。
[0030]请参照图1至图3，进气顶盘中央处还设置有贯穿进气顶盘的监测窗口 17，该监测窗口 17呈条状，通过其可以观察反应室内情况，或安装在位监测设备，用于温度、膜厚、翘曲度等实时监测。
[0031]第三进气腔5由相互连通的两半圆形腔构成，其下设计有与反应室直接连通的平行出气细缝，如出气细缝13、14、15等，这样，第一进气腔3的出气细缝9、10等和第二进气腔4的出气细缝11、12等之间又由第三进气腔5的出气细缝13、14、15等隔开。
[0032]有利地，进气顶盘的下层匀气盘2还设置有封闭的冷却水道16，在平行的出气细缝(第一进气腔3、第二进气腔4和第五进气腔5对应的出气细缝)之间盘绕，用于冷却进气顶盘。
[0033]可选地，上层进气盘I和下层匀气盘2为不锈钢材质。上层进气盘I和下层匀气盘2之间通过焊接密封、或者通过O形橡胶圈密封、或者通过无氧铜密封、或者通过其它金属密封。
[0034]有利地，第一进气腔3引入第一反应气体，第二进气腔4引入与第一反应气体发生反应的第二反应气体，第三进气腔5引入不与第一反应气体和第二反应气体发生反应的隔离气体。
[0035]可选地，隔离气体可以是:氢气，氮气，氩气或其它惰性气体中的一种，氢气、氮气、氩气和其它惰性气体中的至少两种气体的组合。
[0036]第一反应气体通过出气细缝9、10等进入反应室，第二反应气体通过出气细缝11、12等进入反应室，隔离气体通过出气细缝13、14、15等进入反应室，第一反应气体与第二反应气体被隔离气体在细缝出口端隔开，减少了两种反应气体到达衬底前的预反应，从而改善了外延材料的晶体质量和均匀性。
[0037]至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明进气顶盘有了清楚的认识。
[0038]此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如:圆柱形槽和出气细缝的个数可以根据需要进行调整；冷却水道的位置和个数也可以根据需要进行调整；在不设置监测窗口的情况下，第三进气腔还可以为环形腔或圆柱形腔；第一进气腔、第二进气腔和第三进气腔的位置和顺序可以根据需要进行调整，而不局限于上述实施例中的位置和顺序；出气细缝的位置和形状可以根据需要进行调整，只要能连通相应的进气腔和反应室即可。
[0039]综上所述，本发明提供一种用于金属有机化合物化学气相沉积设备反应室的进气顶盘，其通过隔离气体将第一反应气体和第二反应气体隔离开，从而降低了多种反应气体在到达衬底之前相遇并进行反应的概率，从而提高了外延材料的晶体质量，具有极高的推广应用价值。
[0040]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种进气顶盘，其特征在于，用于向一反应室供气，包括:上层进气盘(1)和下层匀气盘(2),所述下层匀气盘(2)为三层台阶盘体，在所述上层进气盘(1)和下层匀气盘(2)之间形成三个独立的进气腔-第一进气腔(3^第二进气腔(4)和第三进气腔(5),该三个进气腔彼此隔离密封； 其中，该第一进气腔(3^第二进气腔(4)和第三进气腔(5)分别具有独立的进气通道和出气通道，由第三进气腔(5)内通入的隔离气体将由第一进气腔(3)通入的第一反应气体和第二进气腔(4)通入的第二反应气体隔开。
2.根据权利要求1所述的进气顶盘，其特征在于，所述进气通道包括设置于所述上层进气盘上的: 第一进气管(6),用于向第一进气腔(3)进气； 第一进气管(7),用于向第二进气腔(4)进气； 第三进气管(8),用于向第三进气腔(5)进气。
3.根据权利要求1所述的进气顶盘，其特征在于，所述第一进气腔(3)和第二进气腔(4)分别与下层匀气盘内平行贯穿的圆柱槽连通； 其中，第一进气腔(3)对应的圆柱槽和第二进气腔(4)对应的圆柱槽位于高度上的不同位置，且每一圆柱槽下又设置有与反应室连通的出气细缝；其中，第一进气腔(3)和第二进气腔(4)对应的出气细缝为相间排列。
4.根据权利要求3所述的进气顶盘，其特征在于，所述第一进气腔(3)和第二进气腔(4)均为环形腔。
5.根据权利要求3所述的进气顶盘，其特征在于，所述第三进气腔(5)通过出气细缝与反应室直接连通，且相邻的第一进气腔⑶和第二进气腔⑷对应的出气细缝由第三进气腔(5)对应的出气细缝隔开。
6.根据权利要求5所述的进气顶盘，其特征在于，所述第三进气腔室(5)为圆柱形腔、圆环形腔。
7.根据权利要求5所述的进气顶盘，其特征在于，所述第三进气腔室(5)由相互连通的两半圆形腔构成； 所述进气顶盘中央处还设置有贯穿所述进气顶盘的条状的监测窗口(17)。
8.根据权利要求5所述的进气顶盘，其特征在于，所述下层匀气盘(2)内设置有封闭的冷却水道，该冷却水道在第一进气腔(3^第二进气腔(4)和第三进气腔(5)对应的出气细缝之间盘绕。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的进气顶盘，其特征在于，所述上层进气盘(1)和下层匀气盘(2)均由不锈钢材料制备； 所述上层进气盘(1)和下层匀气盘(2)之间通过以下方式其中之一密封:焊接密封、通过0形橡胶圈密封、通过无氧铜密封。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的进气顶盘，其特征在于，所述隔离气体为以下气体中的一种气体或两种组成的混合气体:氢气，氮气或惰性气体。
【文档编号】C23C16/455GK104498905SQ201510002676
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月5日 优先权日:2015年1月5日
【发明者】王晓亮, 殷海波, 肖红领, 姜丽娟, 冯春 申请人:中国科学院半导体研究所