用于mocvd设备的进气及冷却装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造设备，特别涉及一种用于MOCVD设备的进气及冷却装置。
【背景技术】
[0002] 目前，在金属有机化学气相沉积法（以下简称M0CVD)，将II或III族金属有机化 合物的气体，与含IV或V族元素的氢化物气体引入MOCVD设备的反应腔内，使两者的混合 气体送到放置于反应腔内底部基座上的基片表面时，能够在基片表面发生热分解反应，从 而外延生长形成化合物单晶薄膜。
[0003] 如图1、图2所示，US2010/0143588A1提供的一种进气装置中，设有位于反应腔内 顶部的气体分布板，其包含多个平行延伸且交替分布的长形管状气体分布兀件第一气体分 布元件、第二气体分布元件。第一反应源气体是第V族氢化物（氨气NH3)与载气（氢气 H2或氮气N2)的混合气体，通过第一气体分布元件的长条型进气口输送，形成长条形、窗帘 状的第一反应气体气流。第二反应源气体是有机金属气体（MO, Metal-Organic)与载气的 混合气体，有机金属气体例如是三甲基镓（即（CH3)3Ga,简称TMG或TMGa，）、三甲基铝（即 [(CH3) 3A1] 2，简称TM或TMAl)等，通过第二气体分布元件的一组进气孔输送，形成排状第 二反应气体气流。同时，还有一路载气通过相邻气体分布的第一气体分布兀件和第二气体 分布元件之间的间隙输送，形成间隔的窗帘状气流穿插在前述第一反应气体的气流和第二 反应气体的气流之间。
[0004] 如图1、图2、图3所示，上述进气装置有以下的缺点：在该进气装置的边缘，圆周上 的不同位置具有不同的气体混合状态及气体流量，容易形成涡流；而且，从进气装置喷出后 两种反应源气体的分布区域是交替分布的长条型，非中心对称，使得不同基片上或同一基 片的不同位置上，特别是中心区域和边缘区域之间两种反应源气体的分布不均匀，导致最 终沉积形成的薄膜不均匀，影响产品质量。另外，该进气装置中难以避免两种反应源气体在 到达基片表面之前过早反应形成GaN、AlN寄生颗粒的问题，寄生颗粒会附着在反应腔内污 染设备，随机落在基片上影响薄膜生长形态，使一部分有机金属气体耗费在生长寄生颗粒 的过程，导致薄膜生长率下降。
[0005] US2009/0169744A1提供进气装置的一个实施例中，进气装置包括用来输送在混合 的氢化物气体和载气的第一气体扩散腔，扩散腔底部包括第一气体导管、用来输送混合的 有机金属气体和载气第二气体扩散腔，扩散腔底部包括第二气体导管，两者气体导管排布 成列，还包括用来输送吹扫气体（例如Ar、N2、He等等）的第三气体扩散腔，扩散腔底部上 包括多个开口，这些开口排列成一行且排列在第一进气导管和第二进气导管之间，用于隔 离两种反应气体第三气体扩散腔下方还可以安装一个冷却夹套，使冷却剂在冷却夹套中流 动，使进气装置的温度保持在适当水平。
[0006] 然而，以上述第一实施例为例，该进气装置不仅结构复杂，而且该进气装置的底面 为平面，该平面上有很多区域没有气体流过，容易形成涡流扰乱寄生颗粒，致使寄生颗粒附 着在进气装置的底面难以去除。并且，第三气体扩散腔下表面的出口远离两种反应源气体 的输出位置，因而经由出口输送的吹扫气体难以起到隔开两种反应源气体或将附着寄生颗 粒去除的作用。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种用于MOCVD设备的进气及冷却装置，将有机金属气体与 氢化物气体隔开，抑制两者过早反应产生寄生颗粒；防止寄生颗粒形成在进气装置底面的 进气口附近；使输送的有机金属气体与氢化物气体在基座上及在各基片上都能够均匀分 布。
[0008] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种用于MOCVD设备的进气及冷却 装置，设有位于反应腔内顶部的喷淋头，其中包含：
[0009] 多个互相隔离的反应气体扩散腔，所述多个反应气体扩散腔包括多块隔板，其中 底部隔板上设置有多组气体导管，通过导管向反应腔通入反应气体，所述多组气体导管包 括：
[0010] -组第一进气导管，用来向MOCVD设备的反应腔内输送有机金属气体；
[0011] 一组第二进气导管，用来输送氢化物气体；所述有机金属气体和氢化物气体由该 喷淋头输送的载气携带至反应腔内底部的基片表面进行薄膜沉积反应；
[0012] 多个所述反应气体扩散腔下方还包括一块冷却板，所述反应气体扩散腔包括位于 底部隔板与冷却板之间的隔尚气体扩散腔，所述冷却板上包括：
[0013] 一组第一进气口，用来向所述反应腔内输送隔离气体；每个所述第一进气导管分 别穿设在与之相对应的一个第一进气口之中，使第一进气口输送的隔离气体所形成的帘幕 状气流环绕在有机金属气体外围，将刚喷出的有机金属气体与氢化物气体隔开；以及，
[0014] 一组第二进气口，各自为下端口径大于上端口径的漏斗状；
[0015] 所述第一进气口及第二进气口的下端开口，在冷却板的底面相互间隔且交替分 布；每个所述第二进气口和与之相对应的一个第二进气导管连通，通过所述第二进气口将 氢化物气体和载气混合后的气体向所述反应腔内输送。
[0016] 可选地，所述第一进气导管单独输送有机金属气体，或者输送有机金属气体和载 气的混合气体；
[0017] 所述第二进气导管单独输送氢化物气体，或者输送氢化物气体和载气的混合气 体；
[0018] 所述第一进气口输送的隔离气体，是载气或吹扫气体或其混合气体。
[0019] 可选地，在所述喷淋头内部，多个互相隔离的反应气体扩散腔的多块隔板包括有 第一隔板、第二隔板、第三隔板；
[0020] 所述冷却板与第三隔板之间形成的隔离气体扩散腔，连通至开设在冷却板上的所 述第一进气口和第二进气口；
[0021] 所述第三隔板与第二隔板之间形成的第二反应气体扩散腔连通至第二进气导管， 所述第二进气导管插入到对应的第二进气口中，使第二进气口的上端围绕在第二进气导管 的下端的外围；
[0022] 所述第二隔板与第一隔板之间形成的第一反应气体扩散腔连通至第一进气导管， 所述第一进气导管穿插在对应的第一进气口中。
[0023] 可选地，所述喷淋头的冷却板中，避开各进气口及与之连通的各气体通道的位置， 设有供冷却介质流通的管道。
[0024] 可选地，所述第二进气口的侧壁设置有缓冲区，所述第二进气导管连通所述第二 反应气体扩散腔将反应气体通入所述缓冲区，反应气体经过缓冲区后流入第二进气口。
[0025] 可选地，所述第二进气导管的封闭的底端插入到第二进气口内，在该第二进气导 管侧壁上开设有若干开孔用来输送反应气体。
[0026] 可选地，所述第一进气口的下端位置低于穿设在其中的第一进气导管的下端位 置。
[0027] 可选地，所述第二进气口是侧壁与坚直方向夹角恒定的锥形漏斗结构。
[0028] 可选地，所述第二进气口是双锥形漏斗结构，包含侧壁与坚直方向夹角为第一角 度的上段，和侧壁与坚直方向夹角为第二角度的下段，第一角度小于第二角度。
[0029] 可选地，所述第二进气口为多面体漏斗结构，所述第二进气口的末端边缘为多边 形，侧壁设有多条棱。
[0030] 与现有技术相比，本发明提供的用于MOCVD设备的进气及冷却装置，其优点在于：
[0031] 本发明中通过喷淋头内间隔设置的隔板来形成气体通道；将若干进气口直接开设 在冷却板上，并使冷却介质通道在其间横向布置，以减少整个设备的体积；各进气口均匀分 布，有效改善基座上及在各基片上气体分布的均匀性，从而保证薄膜生长质量，提升薄膜生 长率。
[0032] 本发明中将有机金属气体的进气导管穿设在隔离气体的进气口中，使隔离气体能 够形成帘幕状的气流并环绕在有机金属气体外围，从而将刚喷出的有机金属气体与氢化物 气体隔开，抑制两者过早反应产生寄生颗粒。
[0033] 本发明中通过扩大其中一些进气口的末端口径，例如形成漏斗状，来增大喷淋头 底面被设置为进气口的面积，利用进气口的气流吹走寄生颗粒，同时有效缩减喷淋头底面 寄生颗粒可能吸附的区域的面积。
[0034] 本发明的优选实施例中通过将其中一些进气口设计为上下两段的侧壁与坚直方 向夹角不同的双锥形漏斗结构，使靠近冷却板底面的下段的夹角更大，以保证在冷却板中 同时开设进气口与冷却介质通道后的机械强度，并有效减少寄生颗粒可能吸附的区域的面 积。
【附图说明】
[0035] 图1、图2及图3是现有第一种进气装置气体分布效果的侧视图及俯视图；
[0036] 图4是设置本发明所述进气及冷却装置的MOCVD设备的结构示意图；
[0037] 图5是本发明所述进气及冷却装置的进气口分布的示意图；
[0038] 图6、图7是本发明所述装置在第一实施例中的A-A'向和B-B'向的剖视图；
[0039] 图8、图9是本发明所述装置在第二实施例中的C-C'向和B-B'向的剖视图；
[0040] 图10是本发明所述装置在第三实施例中的B-B'向的剖视图；<