专利名称：多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种化合物半导体外延生长用的气相沉积设备，特别涉及一种多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体。
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m族烷基化合
物(如TMGa、 TMIn、 TMA1、 二茂镁等)与V族氢化物(如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，己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轨迹，以及反应气体的输运和扩散方式。研究机构及设备设计制造商一直在寻找一种更完善的气体配送方案，现有反应腔体的典型气体输送方式要么是中心辐射式，如Aixtron设备，要么是垂直喷淋式，如ThomasSwan设备，中心辐射式的气体配送需要配有称底片快速旋转的方式实现薄膜沉积的均匀，设备制造复杂，而且稳定性受到一定的局限。而喷淋式的气体输送由于所有的气体输送都采用垂直向下输送，称底上不能形成良好的水
平层流状态，生长的效果难一步的改善受到局限。
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发明内容
本实用新型的目的是针对己有技术中存在的缺陷，提供了一种多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体。
本实用新型采用多路气体输送方法，通过中心辐射与垂直喷淋的结合，多重气体浓度、流量的分配比调节，达到薄膜沉积的均匀性，既避免了称底片高温旋转的复杂运动，又能保持称底上要求的稳定的水平层流状体，从而反映腔的稳定性大大增强。由于在生长工艺的设计中，有多路气体的参数可供调节，生长薄膜的工艺灵活性比现有设备的气体输送方式显得更加优越。
本实用新型主要包括:^k应气体A进气管道1、反应气体B进气管道2、反应气体C进气管道3、反应气体D进气管道4、喷淋口8、喷淋冷却腔6、喷淋冷却液进口 16、喷淋冷却液出口15、载片盘IO、衬底ll、反应腔14、反应腔冷却腔21、反应腔冷却液进口 18、反应腔冷却液出口 19、整流罩20、排气口 13、缓冲腔7、腔体外壳17、缓冲挡板5、支承轴9、加热器12，其特征在于所述反应气体A进气管道1从反应腔14顶端接入，反应腔14的下方设有载片盘10，载片盘10的上部设有喷淋口 8与喷淋冷却腔6，反应气体B进气管道2，反应气体C进气管道3及反应气体D的进气管道4同轴包裹在反应气体A进气管道1的外壁上，反应气体B进气管道2出口位于反应气体A出口上方，反应气体C进气管道3出口位于反应气体B出口上方，反应气体D的出口位于缓冲腔7顶部，其中心轴线的周边，喷淋冷却液进口 16与喷淋冷却液出口 15安装于反应腔14与缓冲腔7之间，加热器12与反应腔14由整流罩20隔开，腔体外壳17内设有一层反应腔冷却腔21，载片盘10下部设有加热器12，排气口 13位于反应腔14的底部。
从中心进气管道1、 2、 3流入反应腔14内形成水平径向辐射流动的气体A、 B、 C与从进气口 4流入从喷淋口 8流出的垂直流动气体D结合，通过不同管道的气体种类与流量的分配，达到工艺可控的目的。参与反应的气体A、 B、 C、 D可以设置成不同种类、流量或流速、不同浓度以达到工艺的优化要求。
本实用新型的优点是反应腔具有水平方向的层流和竖直方向的喷淋相结合的气流流场，既能使反应气体混合均匀、减少预反应，增大了反应区域，又能减少喷淋气体反弹回流造成局部湍流，从而形成良好的层流，同时又有效的抑制了反应室内的热;呙流，大大提高材料外延生长的均匀性、形成陡峭的界面均匀，也解决了腔体内附着颗粒的清洗问题。同时该反应腔体设计方案是具有可扩展性的。
图l本实用新型的反应腔体的结构示意图2本实用新型的实施例二的另一反应腔体的结构示意图。
1反应气体A进气管道、2反应气体B进气管道、3反应气体C进气管道、4反应气体D进气管道、5缓冲挡板、6喷淋冷却腔、7缓冲腔、8喷淋口、 9支承轴、IO载片盘、ll衬底、12加热器、13排气口、 14反应腔、15喷淋冷却液出口、 16喷淋冷却液进口、 17腔体外壳、18反应腔冷却液进口、19反应腔冷却液出口、 20整流罩、21反应腔冷却腔具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例实施例一
参见图1，反应气体A从进气管道1进入反应腔14，沿水平方向径向流动。反应气体进气管道1的出口下方安装有载片盘10，载片盘10的上部设有喷淋口8与喷淋冷却腔6，载片盘10与喷淋口 8之间的距离可以调节，载片盘10的上表面设有衬底11 ，载片盘10根据支撑轴9制作为固定式或旋转式。反应气体B进气管道2，反应气体C进气管道3及反应气体D的进气管道4同轴包裹在反应气体A进气管道1的外壁上，反应气体B的进气管道2出口位于反应气体A出口上方，反应气体C的进气管道3出口位于反应气体B出口上方。反应气体B从进气管道2即中心进气管道中层套管进入反应腔14，位于衬底11的上方沿水平方向流动。反应气体C从进气管道3即中心进气管道外层套管进入反应腔14，位于反应气体B出口上方沿水平方向流动。反应气体A进气管道1、反应气体B进气管道2、反应气体C进气管道3的出口部分管道为水平状，出口为鸟嘴形状。反应气体D的出口位于缓冲腔7的顶部，即缓冲腔7中心轴线的周边，喷林口 8垂直于载片盘10，喷林口的幵》状为孔或缝隙，喷林口的数量根据工艺的需要设计为一定的数量，喷林口 8的分布方式为圆周分布或阵,列分布或散布或根据工艺要求采用特别的分布，
喷林口 8与反应腔14的顶部平行或突出于反应腔14的顶部，反应气体D从反应气体D进气管道4进入缓冲腔7，然后经由喷林口 8沿垂直方向进入反应腔14，与反应气体A、反应气体B和反应气体C在衬底11上方混合反应。喷淋冷却腔6安装于反应腔14与缓冲腔7之间，喷淋冷却液进口 16与喷淋冷却液出口 15穿过腔体外壳17分别与喷淋冷却腔6的两端连接。反应冷却腔21安装在腔体外壳17里面，反应腔冷却液进口 18与反应腔冷却液出口19分别安装于腔体外壳17下部和上部与反应腔冷却腔21连接。整流罩20安装与反应腔14与加热器12之间，整流罩20上设有小孔便于加热器冷却气体排出。载片盘10下部装有加热器12，加热器12为电阻加热器或者采用身寸频感应加热器，排气口 13设于反应腔14的底部。
从中心进气管道1、 2、 3流入反应腔14内形成水平径向辐射流动的气体A、 B、 C与从进气口 4流入从喷淋口 8流出的垂直流动的气体D结合，
通过不同管道的气体种类与流量的分配，达到工艺可控的目的。参与反应的气体A、 B、 C、 D可以设置成不同种类、流量或流速、不同浓度以达到工艺的优化要求。
根据反应气体的种类、反应需要和某种反应气体的利用率要求，反应气体A和反应气体C可设为同种气体或不同种气体，或同种气体但浓度不同，反应气体B和反应气体D可设为同种气体或不同种气体，或同种气体但、浓度不同。反应气体A和反应气体C对反应气体B进行包围以充分混合，达到工艺调节的目的，可提高反应气体B的利用率，也可减少预反应，增大反应区域。实施例二
实施例二与实施例一相同，所不同的是缓冲腔7的中间根据设计要求可以设置一缓冲挡板5，以此来改变反应气体D进入喷林口 8的流动方式，达到喷淋流速均匀的目的，参见图2。
权利要求1. 一种多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，主要包括反应气体A进气管道(1)、反应气体B进气管道(2)、反应气体C进气管道(3)、反应气体D进气管道(4)、喷淋口(8)、喷淋冷却腔(6)、喷淋冷却液进口(16)、喷淋冷却液出口(15)、载片盘(10)、衬底(11)、反应腔(14)、反应腔冷却腔(21)、反应腔冷却液进口(18)、反应腔冷却液出口(19)、整流罩(20)、排气口(13)、缓冲腔(7)、腔体外壳(17)、缓冲挡板(5)、支承轴(9)、加热器(12)，其特征在于所述反应气体A进气管道(1)从反应腔(14)顶端接入，反应腔(14)的下方设有载片盘(10)，载片盘(10)的上部设有喷淋口(8)与喷淋冷却腔(6)，反应气体B进气管道(2)，反应气体C进气管道(3)及反应气体D的进气管道(4)同轴包裹在反应气体A进气管道(1)的外壁上，反应气体B进气管道(2)出口位于反应气体A出口上方，反应气体C进气管道(3)出口位于反应气体B出口上方，反应气体D的出口位于缓冲腔(7)顶部，其中心轴线的周边，喷淋冷却液进口(16)与喷淋冷却液出口(15)安装于反应腔(14)与缓冲腔(7)之间，加热器(12)与反应腔(14)由整流罩(20)隔开，腔体外壳(17)内设有一层反应腔冷却腔(21)，载片盘(10)下部设有加热器(12)，排气口(13)位于反应腔(14)的底部。
2. 根据权利要求1'所述的多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应腔 体，其特征在于所述缓冲腔(7)'的中间设有缓冲挡板(5)。
3. 根据权利要求1所述的多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应月空2体，其特征在于所述喷林口 (8)垂直于载片盘(10)，喷林口 (8)的 形状为孔或缝隙，其分布方式为圆周分布或阵列分布或散布，喷林口 (8) 与反应腔(14)的顶部平行或突出于反应腔(14)的顶部。
4. 根据权利要求1所述的多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应腔 体，其特征在于所述可调节与喷淋口之间距离的载片盘(10)的上表面设 有衬底(11)，载片盘(10)根据支撑轴(9)设置为固定型式或旋转型式。
5. 根据权利要求1所述的多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应腔 体，其特征在于所述加热器(12)为电阻加热或射频感应加热。
6. 根据权利要求.1所述的多重气体金属有机化合物化学气相沉积设备的反 应腔体，其特征在于所述反应气体A进气管道(1)、反应气体B进气管 道(2)、反应气体C迷气管道'(3)的出口部分管道为水平状，出口为鸟 嘴形状。
专利摘要一种多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，主要包括三路径向反应气体进气管道、喷淋口、喷淋冷却腔、载片盘、反应腔、反应腔冷却腔、加热器、整流罩。其特征为多路反应气体进气管道从反应腔顶端接入，反应腔上部设有喷淋口与喷淋冷却腔，下方设有载片盘，水平方向的气体层流和竖直方向的喷淋气体相结合形成气流流场，载片盘下部设有加热器与排气口。本实用新型的优点是反应腔具有水平方向的层流和竖直方向的喷淋相结合的气流流场，既能使反应气体混合均匀又能减少喷淋气体反弹回流造成局部湍流，同时又有效的抑制了反应室内的热涡流，提高材料外延生长的均匀性，解决了腔体内附着颗粒的清洗问题。
文档编号C23C16/18GK201284372SQ200820153029
公开日2009年8月5日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者甘志银 申请人:甘志银