专利名称：一种mocvd新系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种MOCVD新系统，属于MOCVD设备领域。
背景技术：
MOCVD 即 Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,中文名称金属有机化学气相沉积，是以III族、II族元素的有机化合物和v、vi族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III -V族、II -VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。传统MOCVD反应系统包括反应腔、用于输入反应气体的喷淋盘、设置于反应腔底部的加热基座、对基座进行加热的加热器、设置在反应腔底部用于排出反应副产物的排气ロ。MOCVD设备长期以来一直依赖进ロ，其价格昂贵，导致半导体光源价格拘于高位，不利推广，国内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。这就要求我们能自己掌握MOCVD设备特别是反应系统的设计与制造技木，实现光电子产业的ー个重大突破。LED磊晶的重要指标之一，就是其厚度和组分的均匀性，在MOCVD技术中，要生长出一定厚度，并组分均匀的大面积磊晶材料，基片各处的生长速度以及到达基片的反应物浓度应尽量均匀一致。
发明内容
本发明目的公开了ー种新的MOCVD系统，以便于用于LED芯片尤其是大尺寸LED芯片的制作，并节约了磊晶所用的原材料，提高磊晶均匀性，保证磊晶的质量。本发明的系统包括电控箱、混气箱、反应腔、传送箱、尾气处理系统，所述的反应腔包括了沟槽互通式转动载盘、与载盘匹配的带支架基座、旋转喷淋头、排气ロ等。本发明所说的沟槽互通式转动载盘如附图I所示，其包括了图形化部分1，磊晶衬底盛放处2，互通式沟槽3。图形化部分I其作为保护气体喷淋处，所谓的保护气体为用于保护反应气与载源气，防止在磊晶过程中反应气与载源气外溢及免受外界废气干扰，使反应气与载源气能充分反应，节约原料，提高磊晶质量，另外保护气体另ー个作用，作为载盘转动动力，图形化部分1，所述的图形化其主要目的增强保护气体对载盘圆周上的作用力，优选凹凸不平的图形；磊晶衬底盛放处2，用于放置磊晶衬底，其为凹形结构的凹槽，凹槽深度小于等于磊晶前衬底厚度，大于等于1/2磊晶后衬底厚度。用于防止载盘在转动过程中飞片；互通式沟槽3，每片磊晶衬底周围都布有沟槽，其用于将反应完的反应气体及载源气体及时排出反应区，沟槽设计使其在排放废气时不干扰衬底上正常磊晶反应，沟槽断面图如图2所示，沟槽为椭圆形，2x为椭圆长轴长，2y为短轴长，2z为沟槽开ロ宽，z < x < 2z,z < y < 2z, y < x，磊晶衬底直径为D，D 1/13 < z <D 2/13。图形化部分I与互通式沟槽3沟槽最低处在同一水平面上，或低于沟槽最低处，以更便于废气排放。沟槽互通式转动载盘背面如附图3、图5所示，其包括了凸起圆环4，与载盘同圆心，用于作为载盘旋转作用点。本发明所说的与载盘匹配的带支架基座如附图4、图5所示，其上面设置支柱5与凸起圆环4中心吻合,用于托起载盘,其是石墨载盘转动过程中卩隹ー阻力，与载盘以点接触，減少其与载盘的接触面，降低摩擦力，支柱5优选石墨材质，由于石墨极低的摩擦系数，以此更有效地降低支柱5与石墨载盘的摩擦力。基座背面带有电磁加热装置，使载盘在保护气及电磁辐射カ综合下对其的圆周作用力下顺利转动。所述的喷淋头与石墨载盘等大，并与石墨载盘上下对应平行，与载盘图形化部分I对应的喷淋头处所喷淋出的气体与石墨盘成非直角，这些气体为保护气体。其余部分喷淋的气体与载盘成直角。所有气体均直接喷淋于石墨载盘上，喷淋头外围出气ロ喷出的气体束对石墨载盘在水平方向上产生的是圆周方向的力，同时磊晶过程中电磁辐射加热对石墨载盘有一定的向上浮力，降低了石墨载盘与石墨基座接触点的摩擦力，经カ的有效合并，致使石墨载盘在圆周方向的力作用下围绕中心进行转动，同时保持喷淋头在喷淋过程中水平 面内匀速转动，方向与载盘转动的方向相反，促使载源气、反应气能在反应腔内充分混合。喷淋头及石墨载盘在磊晶过程中保持相反方向转动，使喷淋头所喷射出的气体能充分混合，均匀地在衬底上反应，提高了磊晶的均匀性，并节约了原材料。同时控制整个反应过程中喷淋头与石墨载盘旋转的速度总和在750-1250转/min之间。为保证保护气体对载盘在圆周上有作用力，所述保护气体与石墨载盘的角度，小于90 ° ,同时又不影响嘉晶质量，其角度必须大于a，a =arc tan
h
■ァ(h为石墨载盘与喷淋盘之间的垂直距离，r为石墨载盘衬底盛放处最外
围处的半径，r+a为该外围气体束到喷淋盘圆心的距离)，当外围气体束与石墨载盘的角度越接近a，外围气体束对载盘圆周上的作用カ越大，当外围气体束与载盘的角度小于或等于a时，角度越小与里面反应气体、载源气体相交的越多，影响磊晶的质量。所以外围气体束与石墨载盘的角度优选大于a，小于90°。为保证保护气体对载盘在圆周上的作用力平衡，保护气体各同一圆周上的气体束喷淋到载盘上也在与喷淋盘上气体出口对应的圆周上，并且同一圆周上的气体束与载盘的角度相同。
图I沟槽互通式转动载盘示意图 图2沟槽断面示意图 图3沟槽互通式转动载盘背面示意图 图4与载盘匹配的带支架基座示意图 图5转动载盘、带支架基座接触处4、5截面图 图6 2英寸衬底沟槽互通式载盘 图7喷淋头示意图
图8 4英寸、6英寸组合沟槽互通式载盘示意图
I为载盘图形化部分，2为磊晶衬底盛放处，3为互通式沟槽，4为凸起圆环，5为支起载盘的支柱，6为保护气体喷淋处，7为载源气体、反应气体喷淋处。
具体实施例方式本发明中的实施例仅用于对本发明进ー步解释，不得作为权利要求保护范围的限定。实施例I
如图6所示，用于放置两英寸衬底的载盘，包括图形化部分1，磊晶衬底放置处2，互通式沟槽3，与载盘平行的喷淋头如图7所示，包括与载盘图形化部分I对应的保护气体喷淋处6，及载源气体、反应气体喷淋处7。图形化部分I为均匀规则的凹凸图形，保证同一圆周上的保护气体喷淋到图形化部分所受的カ均一样，保护气体喷 淋处6同一圆周上的喷淋气体流量、流速，喷淋角度(气体束与载盘的角度)均一样，其角度小于90°，大于a，a =arch
tan 2^2]==.....Tf=.......T (h
外围处的半径，r+a为该外围气体束到喷淋盘圆心的距离)，并且喷淋到载盘上也在同一圆周上，同时喷淋头保持在喷淋过程中与载盘相反方向的转动，控制喷淋头的转速，保证喷淋头转速与载盘转速和在1000±100转/min。嘉晶衬底放置处凹槽深度小于等于嘉晶如衬底厚度，大于等于1/2磊晶后衬底厚度，各衬底放置处的凹槽深度相等，保证在反应过程中各衬底受热温度相等。互通式沟槽，其断面如图2所示，沟槽为椭圆形断面，长轴2x为I. 2cm,短轴2y为I. 0 Cm，开ロ宽2z为0. 9cm。图形化部分I不高于沟槽3的最低处。
实施例2
如图8所示，4英寸、6英寸组合沟槽互通式载盘示意图，包括图形化部分1，磊晶衬底放置处2，互通式沟槽3，垒晶衬底放置处包括了 8个4英寸衬底放置处I个6英寸衬底放置处，与载盘平行的喷淋头如图7所示，包括与载盘图形化部分I对应的保护气体喷淋处6，及载源气体、反应气体喷淋处7。图形化部分I为均匀规则的凹凸图形，保证同一圆周上的保护气体喷淋到图形化部分所受的カ均一样，保护气体喷淋处6同一圆周上的喷淋气体流量、流速，喷淋角度(气体束与载盘的角度)均一样，其角度小于90°，大于a，a =arch
tan..............I.....j........^......(h
外围处的半径，r+a为该外围气体束到喷淋盘圆心的距离)，并且喷淋与载盘上也在同一圆周上，同时喷淋头保持在喷淋过程中与载盘相反方向的转动，控制喷淋头的转速，保证喷淋头转速与载盘转速和在1100±50转/min。嘉晶衬底放置处凹槽深度小于等于嘉晶如衬底厚度，大于等于1/2磊晶后衬底厚度，8个4英寸衬底放置处的凹槽深度相等。互通式沟槽，其断面如图2所示，沟槽为椭圆形断面，4英寸衬底周围的沟槽其长轴2x为3. 0 Cm，短轴2y为2. 8 cm，开ロ宽2z为2. Ocm ;6英寸衬底周围的沟槽其长轴2x为3. 6 Cm，短轴2y为2. 8Cm，开ロ宽2z为2. 6cm。图形化部分I不高于沟槽3的最低处。
权利要求
1.一种MOCVD系统,包括电控箱、混气箱、反应腔、传送箱、尾气处理系统,其特征在于反应腔内用于放置磊晶衬底的载盘为沟槽互通式转动载盘，包括了图形化部分(I )，磊晶衬底盛放处(2)，互通式沟槽(3)，磊晶衬底盛放处(2)为凹形凹槽，互通式沟槽(3)排列于磊晶衬底盛放处(2)周围。
2.权利要求I所述的系统，其特征在于互通式沟槽(3)截面为各种图形。
3.权利要求I所述的系统，其特征在于互通式沟槽(3)截面为椭圆形，2x为椭圆长轴长，2y为短轴长，2z为沟槽开口宽，z < X < 2z，z < y < 2z，y < x，磊晶衬底直径为D，D1/13 < z < D 2/13。
4.权利要求1-3所述的系统，其特征在于图形化部分(I)与互通式沟槽(3)沟槽最低处在同一水平面上，或低于沟槽最低处。
5.权利要求1-4所述的系统，其特征在于反应腔内进一步包括旋转式喷淋头，用于喷淋反应腔内所用到的气体，所述的喷淋头与石墨载盘等大，并与石墨载盘上下对应平行，与载盘图形化部分I对应的喷淋头处所喷淋出的气体为保护气体与石墨盘成非直角，其余部分喷淋的气体与载盘成直角。
6.权利要求5所述的系统，其特征在于与载盘图形化部分I对应的喷淋头处所喷淋出的保护气体与石墨载盘的角度小于90 ° ,大于arc tan
7.权利要求5所述的系统，其特征在于喷淋头与石墨载盘旋转的方向相反。
8.权利要求5所述的系统，其特征在于喷淋头与石墨载盘旋转的速度总和在750-1250转/min之间。
9.权利要求I所述的系统，其特征在于磊晶衬底盛放处(2)的沟槽深度小于等于磊晶如衬底厚度，大于等于1/2嘉晶后衬底厚度。
全文摘要
本发明公开了一种MOCVD新系统，该系统包括电控箱、混气箱、反应腔、传送箱、尾气处理系统，所述的反应腔包括了沟槽互通式转动载盘、与载盘匹配的带支架基座、旋转喷淋头、排气口等，从结构上对传统MOCVD进行了改进，使其不但节约了磊晶所用的原料，更改善了MOCVD磊晶的均匀性，提高了磊晶质量，并且解决了传统MOCVD制备芯片尺寸及产率低的局限性。
文档编号C23C16/44GK102766854SQ20121029176
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者孙明, 庄文荣 申请人:江苏汉莱科技有限公司