专利名称：有机金属化学气相沉积装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及-—一种用于生长金属氮化物的有机金属化学气相沉积装 置。
背景技术：
以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体材料具有优良的光 学、电学、热力学特性。该系列材料在高温大功率微电子器件、蓝绿和 紫色发光器件、信息显示存储和读取、耐磨光学仪器、LED产业等领域 有着广阔的应用前景。III-V族化合物半导体材料主要的生长方法为有机 金属化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,简称 MOCVD)，其为上世纪70年代发展起来的一种气相外延技术，广泛地 用于多种薄膜材料的制备中。
如图1所示，现有的MOCVD装置10包括一控制系统11、 一气体 混合系统12、 一传送室13、 一反应室14及一尾气处理系统15。 一气体 混合系统12、 一传送室13、 一反应室14、及一尾气处理系统15通过控 制系统而相互导通。其中，控制系统11内设置有控制PLC、压力控制器、 红外线光纤温度显示器、各项数字及模拟输出接收模块，用以控制气体 混合系统内气动阀件开启及关闭、电子式流量控制器信号输出及接收、 电子式压力控制器信号输出及接收，各项感测组件信号显示、警告信号 显示及自动程序执行外延配方。气体混合系统12内设置有各式气动阀件， 电子式流量控制器、电子式压力控制器，主要式控制载流气体的种类流 量，各种原料气体的开或关、流量大小、进入反应腔前压力大小、各项 原料气体的混合。可加装露点侦测器用以监控载流气体的纯度，确保原 料不会受到水、氧污染。传送室13用于将生长衬底，如蓝宝石衬底 (Sapphire)等送入反应室14内。反应室14设置有反应室泵、气体检漏 仪、传送室泵、反应室管、反应室冷却器、过滤器、红外线测温器、压 力计、节流阀、加热用石墨承载盘、各类石英制品。反应室内还设有高热加热装置，如高频感应加热装置，加热衬底，使原料气体分解，于衬 底上进行化学气相沉积而生长半导体材料层。尾气处理系统15通常由淋 洗塔、酸性、碱性、毒性气体收集装置、集尘装置和排气淡化装置组成， 以使反应后排出装置的有毒物质浓度达到国家规定排放标准以下。
在有机金属化学气相沉积过程中，氨、氮、氢等反应气体—以及有机 金属物原料气体，在气体混合系统12成为混合气体后进入反应室14。蓝
宝石衬底由传送室13进入反应室14。反应室14内的加热装置将衬底加 热至约110(TC高温，使得反应气体与原料气体在衬底上进行化学气相沉 积而生成金属氮化物的半导体层。其中，通入有机金属Ga气体，在衬底 上沉积GaN层，进一步通过掺入有机金属Mg、有机金属A1气体等而沉 积P型GaN层、N型GaN层。
然而，气体氨必须在约110(TC高温下才能分解出用于N离子，而氨 在高温环境下具有强酸性，不仅容易损坏反应室14内贵金属元件和加热 丝，而且也容易损坏蓝宝石衬底，从而造成生产设备及所制备半导体器 件性质的不稳定。所以一般蓝宝石衬底的表面都要经过碳化硅(SiC)处 理，但是此处理方法仍然存在着许多技术难度，且所需费用较高。况且， 氨热分解出的H离子与Mg结合，生成Mg-H错合体(Complex)，使 Mg失去受体(P型化)特性而产生高阻抗的P型GaN层，损坏半导体层 性质。因而需要在约40(TC氮气氛下进行活化处理，使Mg-H中脱氢。
发明内容
本实用新型的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种有机金 属化学气相沉积装置。本实用新型提供的有机金属化学气相沉积装置包 括一控制系统、 一气体混合系统、 一传送室、 一反应室及一尾气处理系 统，气体混合系统、传送室、尾气处理系统分别与反应室连通，其特征
在于此反应室包括一前反应室与一后反应室，前反应室为温度保持在
60(TC — 110(TC范围内的恒温室。前反应室与气体混合系统连接，前反应 室、传送室、尾气处理系统分别与后反应室连通。后反应室内设置一电 磁感应加热装置。
在此装置中，由于在前反应室中氨已预先分解，使得进入后反应室的混合气体已去强酸性。因而，本有机金属化学气相沉积装置的优点为
(1) 由于无强酸侵蚀，后反应腔内之加热丝及其它贵重零件，无需频 繁更换，而达到大幅降低成本需求。
(2) 蓝宝石衬底不需加镀碳化珪(SiC)隔绝强酸侵蚀，除降低成本之 外，也由于蓝宝石衬底不易受损，更增加产品稳定性和可控性。
(3) 无氨(NH3)高温环境下，镁原子与氢原子(Mg-H)不会形成键结，无
需高温活化步骤，就可轻易获得低阻抗之p型氮化镓。
图l所示为现有的有机金属化学气相沉积装置方框示意图；以及 图2所示为本实用新型所提供的有机金属化学气相沉积装置方框示 意图。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型的有机金属化学气相沉积装置20包括一控 制系统21、 一气体混合系统22、 一传送室23、 一前反应室26、 一后反 应室24、及一尾气处理系统25。气体混合系统22、 一传送室23、 一前 反应室26、 一后反应室24、及一尾气处理系统25之间在控制系统21控 制下依次连通。其中前反应室26为恒温室，优选地温度范围为60(TC — IIOO'C。在后反应室24中，设置有电磁感应加热装置(图未示)，通过 调节电磁感应加热装置中线圈的高度和频率可控制其加热的稳定性。
在有机金属化学气相沉积过程中，氨、氮、氢等反应气体以及有机 金属物原料气体，在气体混合系统22成为混合气体后进入前反应室26。 在前反应室26的温度作用下预先分解氨，使混合气体为非强酸性，并产 生N离子。而后将分解处理后的混合气体通入后反应室24。蓝宝石衬底 由传送室23进入后反应室24。在后反应室24内的加热装置的作用下加 热蓝宝石衬底，有机金属物在其上热分解出金属离子与气体中的N离子 结合，而生长出金属氮化物薄膜。反应后的废气经尾气处理系统25处理 后排出。本实用新型中使用的有机金属物包括三甲基镓(TMGa)、三甲基 铝(TMA1)、三甲基铟()和二环戊基镁(CP2Mg)。
权利要求1、一种有机金属化学气相沉积装置包括一控制系统、一气体混合系统、一传送室、一反应室及一尾气处理系统，气体混合系统、传送室、尾气处理系统分别与反应室连通，其特征在于此反应室包括一前反应室与一后反应室，前反应室为温度保持在600℃-1100℃范围内的恒温室。
2、 如权利要求l所述的有机金属化学气相沉积装置，其特征在于， 前反应室与气体混合系统连接，前反应室、传送室、尾气处理系统分别 与后反应室连通。
3、 如权利要求1所述的有机金属化学气相沉积装置，其特征在于， 后反应室内设置一电磁感应加热装置。
专利摘要为克服现有的有机金属化学气相沉积中氨在高温下对生产装置及所制备器件的损坏，本实用新型提供一种有机金属化学气相沉积装置，其包括一控制系统、一气体混合系统、一传送室、一反应室及一尾气处理系统，气体混合系统、传送室、尾气处理系统分别与反应室连通，其特征在于此反应室包括一前反应室与一后反应室，前反应室为温度保持在600℃-1100℃范围内的恒温室。
文档编号C23C16/18GK201381361SQ20092015479
公开日2010年1月13日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者庄文荣 申请人:厦门市三安光电科技有限公司