专利名称：Mocvd反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体芯片制造技术领域，具体涉及半导体芯片MOCVD反应设备。
背景技术：
MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)设备，即金属有机物化学气 相沉积设备，是化合物半导体外延材料研究和生产的关键设备，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。目前氮化镓材料已经在制备蓝光激光器和 半导体照明的发光二极管LED等方面已获得大规模应用，其中MOCVD系统是必不可少的关 键设备。除此之外，MOCVD系统也是研发世界先进水平的S、C、X、K和Q等波段的氮化镓大 功率电子器件和高压大功率固体开关器件、高端激光器件及效率可达40%以上的太阳电池 等光电子器件的不可或缺的基本手段。长期以来MOCVD设备依赖进口，价格昂贵，不仅耗费 大量财力而且导致半导体光源价格居于高位，不利推广，由于不掌握关键设备技术，反过来 极大地制约了材料技术和器件性能的提高，制约了我国光电子产业的进一步发展，也成了 发展我国高端光电子器件的瓶颈。更有甚者，即使进口也受到许多限制。这就要求我们能 自己掌握MOCVD设备特别是反应腔的设计与制造技术，从而密切配合器件设计和工艺技术 人员共同攻关，否则难有作为。所以一方面MOCVD设备的国产化本身对于我国光电子产业 的降低成本、推广半导体照明应用等至关紧要，另一方面，要制备高端光电子器件不掌握设 备制造技术就根本寸步难行。MOCVD的反应气体进入反应腔的方式一般分为喷淋头和层流 式(横式)两种。喷淋头的设计比较复杂，而层流式的喷头设计相对简单，在目前我国的加 工水平条件下，是一个更为实际的选择。目前国际上的MOCVD层流式的设计大致分为三种 方式①反应气体从反应腔的一端进入，从相对的另一端排出；②采用圆形反应腔时，从圆 周上的喷头将反应气体喷入，气体从圆心附近的排气孔排出；③同样是圆形反应腔，反应气 体从圆心附近的喷头喷入，从圆周附近的排气口排除。目前这几种反应腔设计都是只有在 层流气体的一面设置衬底托盘，而层流气体的两面是对称的，一方面减少了气体的利用率， 增加了尾气处理的难度；另一方面也浪费了装置的产能。中国发明专利申请CN1669117A公开了一种MOCVD反应设备，反应腔由圆形钟罩形 的石英材料组成，反应腔上端为气体导入口，侧壁上开有一个气体排出口，底部位置设置了 可升降、旋转的衬底托盘，将清洁基片置于托盘上。这样设计只利用了层流气体的一面，而 未利用到层流气体的另一面，减少了气体的利用率。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种涉及半导体芯片MOCVD反应 设备。具体涉及MOCVD反应器中的层流式MOCVD反应腔，该反应腔器能将层流气体双面充 分利用起来，同时减少了尾气处理的难度。
具体而言，本发明的MOCVD设备主要由气体导入口 1、反应腔2、气体排出口 3，三部 分组合而成。本发明MOCVD反应器包括两个基底托盘装置，相对平行设置于该反应腔的气 流两侧。在平行于反应气体层流的相对两面都各有一个完全相同的衬底托盘，加热组件支 撑与上下运动机构带动衬底托盘相对于反应腔都可以做上下运动。在反应时，两个衬底托 盘都与反应腔紧密相连，基片紧靠在层流反应气体的两侧。当反应气体在通过反应腔时，反 应气的上表面与上部衬底托盘中的基片接触形成生长材料薄膜，反应气的下表面与下部衬 底托盘中的基片接触形成生长材料薄膜，这样反应气体的两面就都被利用起来。在交换基 片时，两个衬底托盘可分别运动到其它位置，在真空或惰性气体的保护下，将长有薄膜的基 片移出；将在预处理室处理过的清洁基片放置到衬底托盘上。本发明的有益效果在于本发明MOCVD反应器在不影响MOCVD设备原有的衬底托盘、反应控制、气流分布的 情况下，将气体的利用率提高了一倍，同时也将生产效率提高了一倍。为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明进行详细地描述。需要 特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，显然本领域的普通技术人员可以根据本文 说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本 发明的范围内。
图1 本发明的MOCVD反应器的结构示意图。图2 本发明MOCVD反应器的反应腔部分的俯视示意图。
具体实施例方式实施例1示例性的MOCVD设备结构如图1-2所示，MOCVD设备主要由气体导入口 1、反应腔 2、气体排出口 3，三部分组合而成。反应器包括两个基底托盘装置，相对平行设置于该反应 腔的气流两侧，在平行于反应气体层流的相对两面都各有一个完全相同的衬底托盘。加热 组件支撑与上下运动机构4带动衬底托盘相对于反应腔都可以做上下运动。下部衬底托盘 与加热组件6下降到指定位置，上部衬底托盘与加热组件6上升到指定位置，对整个腔体2、 5抽真空，保证腔体中无残余气体和灰尘等的影响。在指定位置时，通过基板交换机构10， 将预处理后的基片7通过打开的插板阀8，从预处理室9放置到衬底托盘6上，加热组件支 撑与上下运动机构4将上下两部分的衬底托盘6都运动到反应腔两侧，加热组件支撑与上 下运动机构4的一部分通过橡胶0形圈与反应腔紧密接触，从而将反应腔2与腔体5其它部 分隔离。在反应时，两个衬底托盘6都与反应腔2紧密相连，基片7放置于衬底托盘6上， 使基片7紧靠在层流反应气体的两侧。加热基板，通过进料区口 1导入反应气体，在适当的 温度和反应气体的环境下开始在基片7上生长所需的薄膜。薄膜生长到所需厚度后，停止 加热、停止通入反应气体。将上下衬底托盘运动到交换样品的指定位置，取出生长好薄膜的 基片，放入预处理后的清洁基片，重复以上步骤完成新的基片7生成。
权利要求
1.一种MOCVD反应器，由气体导入口、反应腔和气体排出口三部分组合而成，包含一层 流式MOCVD反应腔，其特征在于，该反应器包括两个基底托盘装置，相对平行设置于该反应 腔的气流两侧。
2.根据权利1所述的MOCVD反应器，其中该MOCVD反应腔为横式反应腔，其一端设有气 体导入口，另一端设有气体排出口，反应气体从该气体导入口进入该MOCVD反应腔流动到 另一端从该气体排出口排出。
3.根据权利1所述的MOCVD反应器，其特征在于所述MOCVD反应腔适用于反应气体 从托盘中心向四周流动。
4.根据权利1所述的MOCVD反应器，其特征在于所述MOCVD反应腔适用于反应气体 从托盘四周向中心流动。
全文摘要
本发明公开了一种MOCVD反应设备中的反应器，由气体导入口、反应腔和气体排出口三部分组合而成，包含一层流式MOCVD反应腔，其特征在于，该反应器包括两个基底托盘装置，相对平行设置于该反应腔的气流两侧。该MOCVD反应腔其一端设有气体导入口，另一端设有气体排出口，反应气体从该气体导入口进入该MOCVD反应腔流动到另一端从该气体排出口排出。本发明在相同的加工情况下，将气体的利用率提高了一倍，同时也将生产效率提高了一倍。不仅可用于气流横向流动的横式反应腔，也可以用于气流由边缘向中心流动及中心向边缘流动的反应腔类型。
文档编号C23C16/18GK102127749SQ201010022879
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者刘晓萌, 莫晓亮, 陈国荣 申请人:复旦大学