径为Od 3，第一导管811的内径即第一进气导管810的末端口径为Od 4。设 一作业区的面积为；
作业区与单元区的面积的比值S2/S1，表1、 表2中列出了上述若干参数的一些示例。
[0062] 表1单位mm
[0064] 表2单位mm
[0065]
[0066] 如图17、图18、图20所示，在另一个具体应用（例如第二进气口 840为双锥形漏 斗结构860)中，冷却板854的厚度为T ;其中，与该冷却板854顶面距离T 3的区域为直筒 状，口径（即第二进气口 840的首端口径）为Od 5 ;之后厚度T 2的区域为上段，上段861的 侧壁与坚直方向的角度为Θ，上段861的末端口径为Od x ;与该冷却板854底面距离T 1的 区域为下段862,下段862的侧壁与坚直方向的角度为2 Θ，下段862的末端口径为Od i。各 参数有如下的关系：.It 〇(i , ~ ，下^ ?訊仏f ~ ，T ; = _紐
[0067] 冷却介质管道850横向开设在第二进气口 840与第一进气口 830之间的冷却板 854中，各冷却介质管道850的圆心到相邻的第二进气口 840或第一进气口 830的中心轴的 距离为7. 07mm ;各冷却介质管道850的圆心与冷却板854顶面的距离为T 4。表3、表4中 列出了上述若干参数的一些示例。
[0068] 表 3 单位：mm
[0073] 如图4所示，上述各例提供的喷淋头800,位于MOCVD设备反应腔900内的顶部； 所述反应腔900内的底部设置有用来承载基片920的基座910,其能够绕中心轴旋转；该基 座910下方还设有基片920的加热器930 ;通过加热器可以使基座910上的基片温度达到 合适的生长晶体的温度，典型的如大于600°C，甚至大于1000°C。MOCVD设备还设置有抽气 装置，将反应后的尾气排出反应腔进行处理或再利用。
[0074] 所述基片常用的有：磷化镓（GaP)、磷化铟（InP)、硅（Si)、碳化硅（SiC)及蓝宝石 (Sapphire，Al2O3)等等。通常所生长的主要为III-V族化合物半导体薄膜，其中通过第一 进气口输送用来提供III族元素来源的有机金属气体，常用的有：三甲基镓（TMGa)、三甲基 铝（TMAl)、三甲基铟（TMIn)等等。通过第二进气口输送用来提供V族元素来源的氢化物气 体，常用的有氨气（NH3)、砷化氢（AsH3)、磷化氢（PH3)、及硅乙烷（Si 2H6)等等。可能还在所 输入的气体中混有作为η型掺杂源的硅烷（SiH4)，或作为p型掺杂源的二茂镁（CP2Mg)，等 等。通过第一、第二进气口输送的载气，常用的有：氢气（H2)、氮气（N2),等等。
[0075] 或者，在另一种应用结构中，通过第一进气导管来输送有机金属气体与载气的混 合气体，通过第二进气导管来输送有机金属气体与氢化物气体的混合气体。通过第一进气 口输送并形成帘幕状气流，用以将前两路气体隔开的隔离气体，不仅可以使用载气，还可以 使用Ar或He等等吹扫气体（purge gas)，或者吹扫气体与载气的混合气体，或者其他能够 有效隔开有机金属气体与氢化物气体同时又不会影响反应腔内工艺处理的辅助气体。
[0076] 如图21所示，以三甲基镓TMGa为例，分析反应腔内的化学反应过程。在反应腔内 靠近进气口处（KKTC左右时），通过与NH3反应TMGa迅速耗尽变成加合物；随着气体向下 喷射，加合物遇热（在约500°C左右时）又重新分解使TMGa浓度升高；进而在更靠近高温 的基片处（温度约900K以上时），TMGa则几乎全部热解为一甲基镓MMGa，由MMGa作为GaN 薄膜生长中Ga原子的主要来源。位于基片表面的气体形成边界层，该边界层的厚度δ有 一个优选值S。，例如δ。=1〇_，S。一般与金属有机气体的种类扩散、温度梯度、气体流 速等。通常是希望边界层的厚度δ能够小于该优选值δ。，以保证能具有高的薄膜生长率； 否则薄膜生长率会降低而生成的寄生颗粒将增加。
[0077] 现有润轮式（turbo disk type)的MOCVD设备中需要消耗的反应气体更多，气体流 速高，并且必须使承载基片的基座高速旋转OlOOOrpm)，来减少边界层的厚度δ，及使气 体能够在基片上均匀分布。本发明在涡轮式的MOCVD设备中使用上述各实施例描述的喷淋 头后，不需要使基座高速旋转，也能保证有具有高的薄膜生长率和气体均匀分布状态。
[0078] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1. 一种用于MOCVD设备的进气及冷却装置，其特征在于，设有位于反应腔内顶部的喷 淋头，其中包含： 多个互相隔离的反应气体扩散腔，多个所述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： 一组第一进气导管，用来向MOCVD设备的反应腔内输送有机金属气体； 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； 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离气体扩散腔，所述冷却板上包括： 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， 一组第二进气口，各自为下端口径大于上端口径的漏斗状； 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。2. 如权利要求1所述的进气及冷却装置，其特征在于， 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； 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； 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。3. 如权利要求1所述的进气及冷却装置，其特征在于， 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； 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； 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； 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。4. 如权利要求3所述的进气及冷却装置，其特征在于， 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。5. 如权利要求3所述的进气及冷却装置，其特征在于， 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。6. 如权利要求3所述的进气及冷却装置，其特征在于， 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。7. 如权利要求1所述的进气及冷却装置，其特征在于， 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。8. 如权利要求1或3所述的进气及冷却装置，其特征在于， 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。9. 如权利要求1或3所述的进气及冷却装置，其特征在于， 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。10. 如权利要求1或3所述的进气及冷却装置，其特征在于， 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。
【专利摘要】本发明中用于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，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输送的有机金属气体外围，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；本发明还可以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，保证薄膜生长质量，提升薄膜生长率。
【IPC分类】C23C16/455, C23C16/44
【公开号】CN105200395
【申请号】CN201410272606
【发明人】泷口治久
【申请人】中微半导体设备(上海)有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2014年6月18日