专利名称：Mocvd反应系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体薄膜沉积设备，尤其涉及一种MOCVD反应系统。
背景技术：
众所周知，金属有机物化学气相沉积(MOCVD，Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法已广泛应用于制备发光二极管。MOCVD是制备化合物半导体薄膜的一项关 键技术，它利用较易挥发的有机物，如(^a(CH3)3等作为较难挥发的金属原子的源反应物，与 NH3、AsH3等氢化物发生反应，在加热的衬底上生成GaN、GaAs等薄膜，用于微电子或光电子 器件。现有的MOCVD反应系统包括反应腔；喷淋盘，设置于所述反应腔的顶部，其上设置有进气口，所述进气口用于输入反应 气体；加热基座，位于所述反应腔的底部，置于一旋转轴上；加热器，对所述加热基座进行加热；以及出气口，设置在所述反应腔的底部，用于排出反应副产物。在使用时，衬底置于所述加热基座上，所述加热基座可按中心旋转，工艺气体与金 属有机化学物通过喷淋盘射入反应腔。MOCVD外延成膜过程如下MO源和工艺气体在喷淋盘内混合并喷射注入到反应腔体，转移至衬底表面；在沉积区域，高温导致源分解和其他气相反应，形成对膜生长和生成副产品有用 的前驱物；前驱物输运至衬底生长表面；前驱物吸附在生长表面；前驱物扩散到成膜点；表面反应副产品从表面被吸走；反应副产品运输到主气流区域，远离沉积区并从反应腔的出口流出。利用M0CVD，可以形成P型和N型掺杂的同质和异质半导体外延层和本征半导体外 延层，以及多量子阱有源层。采用喷淋盘可以使工艺气体有良好的温度均勻性并在衬底表 面均勻分布，从而可获得膜厚与杂质分布均勻的外延层。然而，现有的MOCVD反应系统没有喷淋盘温度控制系统，从而使得喷淋盘的温度 不能得到有效控制。如果喷淋盘的温度太高(因喷淋盘与加热基座距离太近)，MO源和工 艺气体在喷淋盘内混合会导致源分解和其他气相反应，反应生成物沉积在喷淋盘的内外表 面，有时会剥离掉在衬底表面，形成灰尘颗粒，严重时还会造成喷淋盘的喷气孔堵塞；如果 喷淋盘的温度太低，将使反应腔内衬底表面源分解和气相反应速率降低，造成MO源和工艺 气体的极大浪费。
因此，有必要对现有的MOCVD反应系统进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MOCVD反应系统，以提高MOCVD沉积薄膜的质量，同时 又减小工艺气体消耗。为解决上述问题，本发明提出一种MOCVD反应系统，用于在衬底上淀积薄膜，该反 应系统包括反应腔；喷淋盘，设置于所述反应腔的顶部，包括一反应气体混合腔，所述喷淋盘的顶部设 置有进气口，工艺气体及金属有机物源通过所述进气口进入所述反应气体混合腔，并进行 混合；所述喷淋盘的底部设有多个通孔，混合后的工艺气体及金属有机物源通过所述通孔 喷出；加热基座，位于所述反应腔的底部，置于一旋转轴上，所述衬底置于所述加热基座 上；加热器，对所述加热基座进行加热；出气口，设置在所述反应腔的底部，用于排出反应副产物；以及温控装置，将所述喷淋盘的温度控制在40 400°C。可选的，所述温控装置将所述喷淋盘的温度控制在150 200°C。可选的，所述温控装置为热交换器。可选的，所述热交换器包括液体温控腔，设置在所述喷淋盘的顶部，且所述液体温控腔的底部与所述喷淋盘 的顶部共用，所述液体温控腔的一侧设有液体进口，另一侧设有液体出口 ；热膨胀箱，提供循环液体；电加热器，对所述循环液体进行加热；离心泵，使所述加热后的循环液体从所述液体进口进入所述液体温控腔，通过所 述液体温控腔的底部与所述喷淋盘进行热交换，并从所述液体出口流出，进入所述热膨胀 箱。可选的，所述加热后的循环液体的温度为40 400°C。可选的，所述加热后的循环液体的温度为150 200°C。可选的，所述循环液体为矿物油(Mineral Oil)、合成油(Synthetic Oil)、硅油 (Silicone Oil)、乙二醇水溶液(glycol/water)、工艺冷却水(Process Cooling Water)中 的一种或多种。可选的，所述液体温控腔内的循环液体的压力为1 IOOpsig ；其中，psig中的 psi的含义为即磅力/平方英寸(pound per square inch)，psig中的g的指表压(gauge)， 即压力表显示的数值。可选的，所述液体温控腔内的循环液体的流量为10 1500gpm ；其中gpm的含义 为力口仓 / 分钟(gallon per minute)。可选的，所述热交换器还包括过滤器，所述过滤器在加热之前对所述热膨胀箱内 的控温液体进行过滤。
可选的，所述热交换器还包括控制面板，所述控制面板对所述电加热器的加热温 度进行设置。与现有技术相比，本发明提供的MOCVD反应系统包括反应腔、喷淋盘、加热基座、 加热器、出气口以及温控装置，所述温控装置将所述喷淋盘的温度进行有效控制，从而有利 于提高MOCVD沉积薄膜的质量，同时又减小工艺气体消耗。
图1为本发明实施例提供的MOCVD反应系统的结构示意图；图2为本发明实施例提供的喷淋盘的底部的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的MOCVD反应系统作进一步详细说明。 根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常 简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明的核心思想在于，提供一种MOCVD反应系统，该反应系统包括反应腔、喷淋 盘、加热基座、加热器、出气口以及温控装置，所述温控装置将所述喷淋盘的温度进行有效 控制，从而有利于提高MOCVD沉积薄膜的质量，同时又减小工艺气体消耗。请参考图1至图2，其中，图1为本发明实施例提供的MOCVD反应系统的结构示意 图，图2为本发明实施例提供的喷淋盘的底部的结构示意图，如图1至图2所示，本发明实 施例提供的MOCVD反应系统用于在衬底上淀积薄膜，该反应系统包括反应腔110;喷淋盘120，设置于所述反应腔110的顶部，包括一反应气体混合腔121，所述喷淋 盘120的顶部设置有进气口 122，工艺气体及金属有机物源通过所述进气口 122进入所述反 应气体混合腔121，并进行混合；所述喷淋盘120的底部设有多个通孔123，混合后的工艺气 体及金属有机物源通过所述通孔123喷出；加热基座130，位于所述反应腔110的底部，置于一旋转轴140上，所述衬底200置 于所述加热基座130上；加热器，对所述加热基座130进行加热；出气口 150，设置在所述反应腔110的底部，用于排出反应副产物；以及温控装置，将所述喷淋盘120的温度控制在40 400°C。其中，所述旋转轴140可旋转，从而带动所述加热基座130旋转，使所述衬底200 上的薄膜沉积得更均勻。进一步地，所述温控装置将所述喷淋盘120的温度控制在150 200°C。进一步地，所述温控装置为热交换器。进一步地，所述热交换器包括液体温控腔161，设置在所述喷淋盘120的顶部，且所述液体温控腔161的底部与 所述喷淋盘120的顶部共用，所述液体温控腔161的一侧设有液体进口 162，另一侧设有液 体出口 163 ；热膨胀箱，提供循环液体；
电加热器，对所述循环液体进行加热；离心泵，使所述加热后的循环液体从所述液体进口 162进入所述液体温控腔161， 通过所述液体温控腔161的底部与所述喷淋盘120进行热交换，并从所述液体出口 163流 出，进入所述热膨胀箱。进一步地，所述加热后的循环液体的温度为40 400°C。进一步地，所述加热后的循环液体的温度为150 200°C。进一步地，所述循环液体为矿物油、合成油、硅油、乙二醇水溶液、工艺冷却水中的 一种或多种。进一步地，所述液体温控腔161内的循环液体的压力为1 lOOpsig。进一步地，所述液体温控腔161内的循环液体的流量为10 1500gpm。进一步地，所述热交换器还包括过滤器，所述过滤器在加热之前对所述热膨胀箱 内的控温液体进行过滤。进一步地，所述热交换器还包括控制面板，所述控制面板对所述电加热器的加热
温度进行设置。综上所述，本发明提供了一种MOCVD反应系统，该反应系统包括反应腔、喷淋盘、 加热基座、加热器、出气口以及温控装置，所述温控装置将所述喷淋盘的温度进行有效控 制，从而有利于提高MOCVD沉积薄膜的质量，同时又减小工艺气体消耗。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神 和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之 内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种MOCVD反应系统，用于在衬底上淀积薄膜，其特征在于，包括反应腔；喷淋盘，设置于所述反应腔的顶部，包括一反应气体混合腔，所述喷淋盘的顶部设置有 进气口，工艺气体及金属有机物源通过所述进气口进入所述反应气体混合腔，并进行混合； 所述喷淋盘的底部设有多个通孔，混合后的工艺气体及金属有机物源通过所述通孔喷出；加热基座，位于所述反应腔的底部，置于一旋转轴上，所述半导体衬底置于所述加热基 座上；加热器，对所述加热基座进行加热；出气口，设置在所述反应腔的底部，用于排出反应副产物；以及温控装置，将所述喷淋盘的温度控制在40 400°C。
2.如权利要求1所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述温控装置将所述喷淋盘的温 度控制在150 200 0C ο
3.如权利要求1或2所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述温控装置为热交换器。
4.如权利要求3所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述热交换器包括液体温控腔，设置在所述喷淋盘的顶部，且所述液体温控腔的底部与所述喷淋盘的顶 部共用，所述液体温控腔的一侧设有液体进口，另一侧设有液体出口 ；热膨胀箱，提供循环液体；电加热器，对所述循环液体进行加热；离心泵，使所述加热后的循环液体从所述液体进口进入所述液体温控腔，通过所述液 体温控腔的底部与所述喷淋盘进行热交换，并从所述液体出口流出，进入所述热膨胀箱。
5.如权利要求4所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述加热后的循环液体的温度为40 400"C。
6.如权利要求5所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述加热后的循环液体的温度为 150 200°C。
7.如权利要求4所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述循环液体为矿物油、合成油、 硅油、乙二醇水溶液、工艺冷却水中的一种或多种。
8.如权利要求4所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述液体温控腔内的循环液体的 压力为1 lOOpsig。
9.如权利要求4所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述液体温控腔内的循环液体的 流量为10 1500gpm。
10.如权利要求4所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述热交换器还包括过滤器，所 述过滤器在加热之前对所述热膨胀箱内的控温液体进行过滤。
11.如权利要求4所述的MOCVD反应系统，其特征在于，所述热交换器还包括控制面板， 所述控制面板对所述电加热器的加热温度进行设置。
全文摘要
本发明公开了一种MOCVD反应系统，该反应系统包括反应腔、喷淋盘、加热基座、加热器、出气口以及温控装置，所述温控装置将所述喷淋盘的温度进行有效控制，从而有利于提高MOCVD沉积薄膜的质量，同时又减小工艺气体消耗。
文档编号C23C16/455GK102127757SQ201110008818
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者张汝京, 程蒙召, 肖德元, 饶青 申请人:映瑞光电科技(上海)有限公司