专利名称：一种mocvd设备及其进气装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化学气相沉积设备，特别涉及到化学气相沉积设备中的进气装置。
背景技术：
化学气相沉积设备例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备是生产半导体光电器件的核心设备之一，其中MOCVD设备主要用来生产外延片，在外延片生产过程中，反应气体被导入反应腔并发生化学反应进而沉积或外延生长出晶体结构薄膜。目前MOCVD设备生产外延片主要存在的问题包括工艺稳定性差，生产产品良率过低，连续化生产过程不能实现有效的重复生产等。究其原因，主要为生产过程中的反应副产物会影响光学测量效果的准确性和稳定性，进而影响设备的稳定运行和工艺的稳定性。为克服上 述问题，目前MOCVD设备中常用的思路是减少反应副产物的生成，例如现有的一种方法通过加大载气(carrier gas)总量,减少紊流现象的出现进而减少副反应的进行，这样就能减少反应副产物的生成，避免或者延缓腔体环境的变化，但是这种办法会降低反应气体的实际利用率，导致生产效率下降。另一种可供选择的方案是改变腔体的设计模式，在反应副产物附着在腔体内时及时地去除掉反应副产物，例如通过离子轰击的办法去除反应副产物，但是该方案一方面增加了腔体设计的复杂度，另一方面可能会引入额外的化学气体改变晶体原有生长条件。
实用新型内容本实用新型提供一种适用于MOCVD设备的进气装置以及包含有该进气装置的MOCVD设备，以实现稳定的光学测量环境和稳定的工艺温场环境，降低腔体环境改变对生产带来的影响，提高炉次间的设备工艺稳定性。为了达到上述目的，本实用新型的一个技术方案是提供一种适用于MOCVD设备的进气装置，用于输送至少两种反应气体进入该MOCVD设备的反应腔中，所述进气装置的下表面上设有表面处理层。所述表面处理层为对进气装置下表面预先进行表面处理而得到的表面结构层；优选地，该表面处理层为耐100-700摄氏度高温及耐化学腐蚀的表面结构层。所述表面处理层为改变进气装置下表面光学特性的表面结构层。在一些不同实施例中，所述改变进气装置下表面光学特性的表面结构层为热处理层或化学处理层或结构处理层。在另一个优选的实施例中，所述改变腔体内壁表面光学特性的表面结构层为吸光涂层，特别地，该吸光涂层为吸收可见光和红外光的涂层。所述吸光涂层的厚度小于2毫米。可选地，所述吸光涂层是无机吸光涂层，或金属吸光涂层，或复合材料吸光涂层。可选地，所述进气装置为不锈钢喷淋头。[0014]所述进气装置下表面上设有多个释放反应气体的喷气口，所述表面处理层上还相应的设有多个和喷气口形状相匹配的开口。本实用新型的另一个技术方案是提供一种MOCVD设备，包括上述进气装置、反应腔、位于所述反应腔中的托盘、位于所述托盘下方的加热器、驱动所述托盘旋转的转轴，其中所述进气装置位于所述反应腔顶部。可选地，腔体内的侧壁还设有对该侧壁预先进行表面处理而得到的表面处理层。与现有技术相比，本实用新型中MOCVD设备的进气装置下表面设有表面处理层，进一步地，该表面处理层为对进气装置下表面预先进行表面处理而得到的耐高温(具体可以为100-700°C)及耐化学腐蚀的表面结构层，例如与实际生产后的附着层的性质相类似的吸光涂层，或者热处理层，或化学处理层，或结构处理层等，表面处理层的存在能够提高光学测量环境和反应腔内工艺温场环境的稳定性，使得MOCVD设备在连续运行情况下光学测量结果仍能保持较高的准确度和一致性，进而能够保证设备的稳定运行和炉次间的设备工艺稳定性，降低腔体环境改变对生产带来的影响，并提高生产的良品率，降低生产成本。
图1是本实用新型中MOCVD设备的总体结构示意图；图2是本实用新型中表面处理层位于进气装置的下表面时的示意图；图3是图2中表面处理层的开口与进气装置的喷气口对应布置的示意图。
具体实施方式
本申请发明人发现，传统MOCVD设备中进气装置的下表面一般未做有效处理，在生产外延片的过程中，随着生产的连续进行，在不同炉次之间，MOCVD设备内腔体的环境会不断发生变化，并表现出不 同的光学特性和温场环境特征，而外延片生产过程中需要根据光学测量结果来对生产过程进行有机调控，在光学测量效果的准确性和稳定性得不到保证的情况下，工艺的稳定性也会受到不利影响。具体地，在外延片生产过程中生成的反应副产物在原本光亮进气装置下表面会形成附着层，而该附着层会对反应腔内的热辐射产生影响，进气装置下表面对光的吸收能力也会发生变化，进而影响光学测试的准确性，例如托盘表面温度的真实性和准确性会受到影响；而且随着生产的连续进行，进气装置下表面的附着层对于腔内热能辐射的影响也会相应发生改变，光学测量结果可能会发生波动而难以稳定下来，进而影响后续的有机调控，导致工艺的稳定性下降。因此，实现稳定的光学测量环境和稳定的工艺温场环境是保证MOCVD设备稳定运行和工艺稳定性的最关键因素之一。此外，发明人还发现，传统的MOCVD设备中进气装置下表面由于缺乏有效保护，在进行维护(如化学液中浸泡清洗)时其表面容易受到破坏，从而在维护后再次使用时影响工艺的恢复和稳定运行。如图1所示，本实用新型一个实施例提供了一种适用于MOCVD设备的进气装置30，该进气装置30的下表面上设有表面处理层20，即进气装置面向托盘40的底面上设有表面处理层。具体实现时，可以通过预先对进气装置下表面进行合适有效的表面处理，例如增加涂层、热处理、化学处理或结构处理等，从而在进气装置的下表面形成表面处理层20。优选地，表面处理层20具有耐高温及耐化学腐蚀等稳定特性，从而能使MOCVD设备中反应腔10的腔内环境稳定地保持相应的特性，例如保持稳定的光学测量环境和稳定的工艺温场环境，有助于实现并保持工艺的稳定性。此外，在对进气装置进行维护时，由于表面处理层的存在，有效保护了进气装置，有利于后续再次使用时工艺的恢复和稳定运行。考虑到MOCVD设备运行的特点，本实施例中表面处理层20至少可以承受IOO0C _700°C范围内的高温。在具体实现时，进气装置可以是喷淋头或者其他输送反应气体进入反应腔的装置。相应地，进气装置的下表面设有多个释放不同反应气体的喷气口。以喷淋头为例进行说明，该进气装置30可以输送至少两种反应气体。优选地，本实施例中喷淋头30为不锈钢材质。在一种可选方案中，设于进气装置下表面上的表面处理层20为改变进气装置下表面光学特性的表面结构层。优选地，该改变进气装置下表面光学特性的表面结构层可以为吸光涂层，例如吸收可见光和红外光的涂层。在具体实现时，吸光涂层可以采用类似于反应副产物的材料。即，通过预先表面处理，在进气装置30的下表面进行涂敷以得到一层类似于反应副产物的吸光涂层，该吸光涂层起到与反应副产物类似的效果，例如减少热辐射和减少光反射。通过在进气装置下表面设有减少热辐射和减少光反射的吸光涂层，本实施例中的MOCVD设备的腔内环境相当于传统MOCVD设备经过实际生产后的腔内环境，由于吸光涂层的形态不会轻易发生改变，因此本实施例中MOCVD设备腔内环境(例如光学测量环境和工艺温场环境)稳定，经过多个炉次的连续生产后，光学测量效果仍能保持较高的准确性和一致性。可选地，该吸光涂层的材料可以是无机吸光涂层例如石英或碳化硅，或者是金属吸光涂层，或者复合材料吸光涂层。在具体应用时，吸光涂层的厚度小于2毫米，通常具体的厚度与材料成分相关。具体如何涂敷吸光涂层至进气装置下表面的表面处理技术已为现有技术所揭示，例如气相沉积法实现，此处不做详细介绍。除上述方案外，经由其他一些表面处理的办法包括热处理、化学处理或结构处理，可以在进气装置下表面上相应地形成热处理层、化学处理层或结构处理层等改变进气装置下表面光学特性的表面结构层。因此在其他一些可选的实施例中，MOCVD设备的进气装置下表面上设有的改变下表面光学特性的表面结构层可以是热处理层，化学处理层或结构处理层，进一步地，表面处理层20具有耐高温(例如100-70(TC)及耐化学腐蚀的特性。具体地，上述实施例中化学处理层或者热处理层或结构处理层，由在进气装置下表面上预先进行表面处理例如化学处理或热处理或结构处理得到，并能够起到隔离热场和维持热场稳定的效果；具体的化学处理或热处理或结构处理均已被现有技术所揭示，此处不再叙述。如图1所示，在另一个实施例中，本实用新型中还进一步提供一种MOCVD设备，本实施例提供的MOCVD设备，至少包括反应腔10、位于反应腔10中的托盘40、位于托盘40下方的加热器50、驱动托盘40旋转的转轴60，以及位于反应腔10顶部的进气装置30，其中进气装置可以是上述任意一个实施例中所描述的进气装置。不同的反应气体例如至少两种反应气体从进气装置30中输送至反应腔10，在托盘40上方附近发生化学反应从而生成外延材料层，在具体实 现时，进气装置30可以是喷淋头或其他形式，本实施例对此不作限定。[0033]本实施例中，进气装置30下表面设有表面处理层,例如吸收可见光和红外光的吸光涂层，进一步地，该表面处理层20耐高温及耐化学腐蚀，进气装置30下表面上的表面处理层2的形成能够保证腔体10内光学测量环境和反应腔内温场环境的稳定性，降低光学测量例如光学测温、反射率测量所受的影响，使得光学测量结果在MOCVD设备连续运行情况下仍能保持较高的准确度和一致性，实现MOCVD设备稳定的运行和炉次间的设备工艺稳定性。进一步地，本实施例中除进气装置下表面上设有表面处理层20外(图2)，在反应腔10的内壁(例如侧壁12)上也可以设有表面处理层(图1)，侧壁上的表面处理层可以通过对腔体内的侧壁预先进行表面处理而得到，其形成、性质及作用等和进气装置下表面上的表面处理层基本相似，具体可以参见前述实施例中对进气装置下表面上表面处理层的描述。通过在侧壁设置表面处理层，可以更好地保持MOCVD设备腔内环境(例如光学测量环境和工艺温场环境)的稳定性。如图3所示，为了能够清楚地表示进气装置及表面处理层之间的对应关系，本申请一个实施例提供了表面处理层20 (例如吸光涂层)和进气装置30相分离后的示意图。由于进气装置30的下表面上设有多个释放不同反应气体的喷气口 31，因而该表面处理层上还相应的设有多个和喷气口 31形状相匹配的开口 21，以保证反应气体顺利进入反应腔中。综上所述，本实用新型提供的MOCVD设备在连续运行情况下，光学测量结果仍能保持较高的准确度和一致性，从而保证炉次间的设备工艺稳定性。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。凡是在原来的反应腔体内壁通过涂敷或者通过其他途径，形成具有稳定特性的表面处理层的反应腔的方案均在本方案的保护范围之内。在本领域技术人员阅读了上述 内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种适用于MOCVD设备的进气装置，用于输送至少两种反应气体进入该MOCVD设备的反应腔中，其特征在于，所述进气装置的下表面上设有表面处理层。
2.如权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述表面处理层为对进气装置下表面预先进行表面处理而得到的表面结构层。
3.如权利要求2所述的进气装置，其特征在于，所述表面处理层为耐高温及耐化学腐蚀的表面结构层，其中高温指100-700摄氏度。
4.如权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述表面处理层为改变进气装置下表面光学特性的表面结构层。
5.如权利要求4所述的进气装置，其特征在于，所述改变进气装置下表面光学特性的表面结构层为热处理层或化学处理层或结构处理层。
6.如权利要求4所述的进气装置，其特征在于，所述改变进气装置下表面光学特性的表面结构层为吸光涂层。
7.如权利要求6所述的进气装置，其特征在于，所述吸光涂层为吸收可见光和红外光的涂层。
8.如权利要求6所述的进气装置，其特征在于，所述吸光涂层是无机吸光涂层，或金属吸光涂层，或复合材料吸光涂层。
9.如权利要求6所述的进气装置，其特征在于，所述吸光涂层的厚度小于2毫米。
10.如权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述进气装置为不锈钢喷淋头。
11.如权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述进气装置下表面上设有多个释放反应气体的喷气口， 所述表面处理层上还相应的设有多个和喷气口形状相匹配的开口。
12.—种MOCVD设备，其特征在于，包括如权利要求1-11中任意一项所述的进气装置，以及反应腔、位于所述反应腔中的托盘、位于所述托盘下方的加热器、驱动所述托盘旋转的转轴，其中所述进气装置位于所述反应腔的顶部。
13.如权利要求12所述的MOCVD设备，其特征在于，所述腔体内的侧壁还设有对该侧壁预先进行表面处理而得到的表面处理层。
专利摘要本实用新型涉及一种MOCVD设备及其中的进气装置，通过在进气装置的下表面预先进行表面处理，形成耐高温及耐化学腐蚀的表面处理层，例如是与实际生产后的附着层的性质相类似的吸光涂层，或者热处理层，或化学处理层，或结构处理层等，这些表面处理层的形成能够提高光学测量环境和反应腔内温场环境的稳定性，使得MOCVD设备在连续运行情况下，光学测量结果仍能保持较高的准确度和一致性，进而能够实现MOCVD设备稳定的运行，保证炉次间的设备工艺稳定性，从而降低腔体环境改变对生产带来的影响，提高生产的良品率，降低生产成本。
文档编号C23C16/455GK203080063SQ20132003229
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月11日
发明者徐春阳, 陈凯辉, 金小亮, 马法君, 赵辉, 任立, 李淼, 王国斌, 巩前程, 金文彬, 施建新, 张伟 申请人:中晟光电设备(上海)有限公司