金属有机化学气相沉积装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种金属有机化学气相沉积装置，包括反应腔、设置于所述反应腔顶部的气体喷淋组件，和与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述反应腔的顶壁上设置有至少一个光学透窗，所述气体喷淋组件上与所述光学透窗相对设置有通孔，所述通孔的面积远大于所述气体喷淋组件的排气孔的面积，所述光学透窗的边缘设置有进气通路，用以向所述通孔内通入吹扫气体，所述吹扫气体与所述通孔相邻的所述排气孔排出的气体相同。本实用新型提供的金属有机化学气相沉积装置能在所述气体喷淋组件下方产生均匀的反应气体的气流场，使得能沉积得到性质和厚度均一的薄膜，提高了产品的良率。
【专利说明】金属有机化学气相沉积装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体外延生长设备领域，尤其涉及一种金属有机化学气相沉积 装直。
【背景技术】
[0002]金属有机化学气相沉积(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)通常以III族金属有机源和V族氢化物源作为反应气体，用氢气、氮气或氩气作为载气，以热分解反应方式在基片上进行气相外延生长，从而生长各种II1-V族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料，如氮化镓GaN、砷化镓GaAs、磷化铟InP等。
[0003]现有技术中的MOCVD装置一般包括:反应腔、位于所述反应腔顶部的气体喷淋组件，和与所述气体喷淋组件相对设置的基座。所述气体喷淋组件包括两个进气管路和气体分配单元，所述两个进气管路分别将III族金属有机源和V族氢化物源传输至气体分配单元，所述气体分配单元具有排气面，所述排气面上具有排气孔，用于排出所述III族金属有机源和V族氢化物源。所述基座用于支撑和加热衬底，由所述气体喷淋组件排出的所述III族金属有机源和V族氢化物源到达所述基片后发生反应，生成II1-V族化合物半导体。
[0004]在外延生长工艺过程中，为了得到具有良好光电性质的高质量薄膜，要求对衬底温度进行精确的控制，这又需要对所述衬底温度进行准确测量。所述衬底温度是通过测量所述衬底表面的热辐射强度的方法得到的。通常在所述反应腔顶壁上设置有光学透窗，在所述反应腔外设置有热辐射强度测量装置，用于测量透过所述光学透窗的所述衬底表面的热辐射的强度，从而测得所述衬底温度。但是，所述反应腔内的所述III族金属有机源气体和所述V族氢化物源气体接触后会发生寄生反应，生成固态的加合物，所述加合物会以疏松薄膜或微颗粒的形态吸附于所述反应腔内壁或所述气体喷淋组件上，尤其是当所述加合物向所述光学透窗运动并吸附于所述光学透窗的下表面时，会对所述光学透窗造成遮挡。随着工艺过程的持续，所述加合物对所述光学透窗的遮挡会越来越严重，使得能透过所述光学透窗的热辐射强度逐渐减少，最终造成所述衬底温度的测量值远小于其真实值。
[0005]在现有技术中，为了消除所述遮挡的影响，人们在所述光学透窗边缘设置进气通路，并通入吹扫气体，用所述吹扫气体分子撞击反应气体分子，改变其运动方向，使其不会到达所述光学透窗并在所述光学透窗下表面生成所述加合物。通常吹扫气体由氮气等分子量相对较大的气体构成，气体的分子量越大，气体分子的动量也越大，因而在气体分子撞击所述反应气体分子后能有效的改变其运动方向，使其不再向所述光学透窗下表面运动。但是以氮气作为吹扫气体会改变所述气体喷淋组件下方的气流场，使得所述气体分布变得很不均匀，在所述衬底表面与所述光学透窗相对的位置上具有大量氮气而缺少反应气体，因而不能进行有效的沉积反应，形成缺陷，造成沉积得到的薄膜的厚度和性质不均，降低了产品的良率。
【发明内容】
[0006]现有技术利用氮气等分子量较大的气体作为吹扫气体用以清除扩散到所述光学透窗下的反应气体分子，所述氮气会改变所述气体喷淋组件下方均匀的反应气体的气流场，使得所述衬底表面与所述光学透窗相对的位置上因缺少反应气体而不能进行有效的沉积反应，影响了沉积得到的薄膜的厚度和性质的均一性，降低了产品的良率。
[0007]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能在所述气体喷淋组件下方产生均匀的反应气体的气流场的金属有机化学气相沉积装置。
[0008]一种金属有机化学气相沉积装置，包括反应腔、设置于所述反应腔顶部的气体喷淋组件，和与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述反应腔的顶壁上设置有至少一个光学透窗，所述气体喷淋组件上与所述光学透窗相对设置有通孔，所述通孔的面积远大于所述气体喷淋组件的排气孔的面积，所述光学透窗的边缘设置有进气通路，用以向所述通孔内通入吹扫气体，所述吹扫气体与所述通孔相邻的所述排气孔排出的气体相同。
[0009]本实用新型提供的金属有机化学气相沉积装置的有益效果为:与现有技术相比，本实用新型中的吹扫气体不是氮气等分子量较大的气体，而是与所述通孔相邻的所述排气孔排出的气体相同，所述排气孔和所述通孔排出的同一种气体在所述气体喷淋组件和所述基座之间能形成均匀的气流场，这使得所述衬底上的沉积反应均匀稳定，不会使得所述衬底在与所述光学透窗或所述通孔相对的位置上因反应气体不足而造成缺陷，因而能沉积得到性质和厚度均一的化合物半导体薄膜，提高了产品的良率。
[0010]此外，由于本实用新型中的吹扫气体与所述通孔相邻的所述排气孔排出的气体相同，所述吹扫气体包含一种反应气体，即第一反应气体，可以在所述通孔内形成第一反应气体气氛，当所述气体喷淋组件排出的第二反应气体扩散到所述通孔下方并进入所述通孔时,会与所述吹扫气体中的所述第一反应气体发生寄生反应并生成加合物,而所述加合物相对于所述第二反应气体更容易被所述吹扫气体清除。所述第二反应气体在向所述光学透窗扩散的过程中会被逐步反应消耗掉，在所述光学透窗的下表面所述第二反应气体的浓度很低，寄生反应不活跃，因而不会有加合物的沉积。因此本实用新型还可以更有效的避免所述加合物沉积于所述光学透窗上。
[0011]优选的，所述通孔靠近所述光学透窗的一端设置有一环形管路，所述环形管路与所述进气通路连通，用以收容所述吹扫气体，所述环形管路的外表面具有多个第二排气孔，用以将所述吹扫气体排入所述通孔内。
[0012]优选的，所述排气孔包括A型排气孔和B型排气孔，所述A型排气孔用于排出含III族金属有机源气体，所述B型排气孔用于排出含V族氢化物源气体，所述吹扫气体为含III族金属有机源气体或含V族氢化物源气体。
[0013]优选的，所述通孔与所述B型排气孔相邻，所述吹扫气体的组分与所述B型排气孔排出的气体的组分相同；进一步优选的，所述V族氢化物源为氨气，所述吹扫气体为分子量较大的气体和氨气的混合气体。由于气流中分子量较大的气体分子的动量也较大，更容易通过撞击扩散到所述通孔内的所述III族金属有机源气体分子改变其运动方向，起到更好的吹扫作用。更进一步优选的，所述吹扫气体为氮气和氨气的混合气体。
[0014]优选的，所述吹扫气体中的氨气极大过量。极大过量的氨气与进入所述通孔的所述III族金属有机源气体相遇，并通过寄生反应将所述III族金属有机源气体完全消耗掉，使得所述光学透窗下方的III族金属有机源气体浓度极小，不足以生成大量的加合物，因而更好的解决了所述加合物沉积到所述光学透窗下表面的问题。
[0015]优选的，所述第二排气孔在所述环形管路的外表面上散乱分布，用以使所述第二排气孔排出的所述吹扫气体的气流方向呈多样化分布。所述吹扫气流的方向呈多样化分布有利于所述吹扫气体充满所述通孔，从而更有效的清除所述第二反应气体或所述加合物。
[0016]优选的，所述光学透窗的材质为石英玻璃。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型提供的金属有机化学气相沉积装置的优选的实施方式的结构示意图。
[0018]图2为本实用新型优选的实施方式中环形管路126的仰视图。
[0019]图3为本实用新型优选的实施方式中，气体喷淋组件靠近基座的面的示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。在下述的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
[0021]图1为本实用新型提供的金属有机化学气相沉积装置的优选的实施方式的结构示意图。参照图1，所述金属有机化学气相沉积装置包括反应腔100、设置于所述反应腔100顶部的气体喷淋组件120，和与所述气体喷淋组件120相对设置的基座130，所述气体喷淋组件包括第一进气管路121、第二进气管路122和气体分配单元123，所述第一、第二进气管路分别用以向所述气体分配单元123传输第一、第二反应气体，所述基座130用以承载基片140。所述反应腔100的顶壁上设置有至少一个光学透窗110，所述气体喷淋组件120上与所述光学透窗110相对设置有通孔125，所述通孔125的面积远大于所述气体喷淋组件120的排气孔(图中未示)的面积，所述光学透窗110的边缘设置有进气通路111，用以向所述通孔125内通入吹扫气体，所述吹扫气体与所述通孔125相邻的所述排气孔排出的气体相同。
[0022]与现有技术相比，本实用新型中的吹扫气体不是氮气等分子量较大的气体，而是与所述通孔125相邻的所述排气孔排出的气体相同，所述排气孔和所述通孔125排出的同一种气体在所述气体喷淋组件120和所述基座130之间能形成均匀的气流场，这使得所述衬底140上的沉积反应均匀稳定，不会使得所述衬底140在与所述光学透窗110或通孔125相对的位置上因反应气体不足而造成缺陷，因而可以沉积得到性质和厚度均一的化合物半导体薄I旲，提闻了广品的良率。
[0023]此外，由于本实用新型中的吹扫气体与所述通孔125相邻的所述排气孔排出的气体相同，所述吹扫气体包含一种反应气体，即第一反应气体，可以在所述通孔125内形成第一反应气体气氛，当所述气体喷淋组件120排出的第二反应气体扩散到所述通孔125下方并进入所述通孔125时，会与所述吹扫气体中的所述第一反应气体发生寄生反应并生成加合物，而所述加合物相对于所述第二反应气体更容易被所述吹扫气体清除。所述第二反应气体在向所述光学透窗Iio扩散的过程中会被逐步反应消耗掉,在所述光学透窗110的下表面所述第二反应气体的浓度很低，寄生反应不活跃，因而不会有加合物的沉积。因此本实用新型还可以更有效的避免所述加合物沉积于所述光学透窗110上。
[0024]参照图1，在本实用新型优选的实施方式中，所述通孔125靠近所述光学透窗110的一端设置有一环形管路126，所述环形管路126与所述进气通路111连通，用以收容所述吹扫气体，所述环形管路126的外表面具有多个第二排气孔127，用以将所述吹扫气体排入所述通孔125内。
[0025]图2为本实用新型优选的实施方式中环形管路126的仰视图。参照图2，所述第二排气孔127在所述环形管路126的外表面上散乱分布，用以使所述第二排气孔127排出的所述吹扫气体的气流方向呈多样化分布。所述吹扫气流的方向呈多样化分布有利于所述吹扫气体充满所述通孔125，从而更有效的清除所述第二反应气体或所述加合物。
[0026]图3为本实用新型优选的实施方式中，气体喷淋组件120靠近基座130的面的示意图。参照图3，所述排气孔包括A型排气孔128和B型排气孔129，所述A型排气孔128用于排出含III族金属有机源气体，所述B型排气孔129用于排出含V族氢化物源气体，所述吹扫气体为含III族金属有机源气体或含V族氢化物源气体。在此优选的实施方式中，所述通孔125与所述B型排气孔129相邻，所述吹扫气体的组分与所述B型排气孔129排出的气体的组分相同，即所述吹扫气体为含V族氢化物源气体。
[0027]在本实用新型优选的实施方式中，所述V族氢化物源为氨气，所述吹扫气体为分子量较大的气体和氨气的混合气体。由于气流中分子量较大的气体分子的动量也较大，更容易通过撞击扩散到所述通孔内的III族金属有机源气体分子改变其运动方向，起到更好的吹扫作用。
[0028]在本实用新型优选的实施方式中，所述吹扫气体为氮气和氨气的混合气体。所述吹扫气体中的氨气极大过量，极大过量的氨气与进入所述通孔的所述III族金属有机源气体相遇，并通过寄生反应将所述III族金属有机源气体完全消耗掉，使得所述光学透窗下方的III族金属有机源气体浓度极小，不足以生成大量的加合物，因而更好的解决了所述加合物沉积到所述光学透窗下表面的问题。
[0029]在本实用新型优选的实施方式中，所述光学透窗的材质为石英玻璃。
[0030]虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种金属有机化学气相沉积装置，包括反应腔、设置于所述反应腔顶部的气体喷淋组件，和与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述反应腔的顶壁上设置有至少一个光学透窗，所述气体喷淋组件上与所述光学透窗相对设置有通孔，所述通孔的面积远大于所述气体喷淋组件的排气孔的面积，其特征在于，所述光学透窗的边缘设置有进气通路，用以向所述通孔内通入吹扫气体，所述吹扫气体与所述通孔相邻的所述排气孔排出的气体相同。
2.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述通孔靠近所述光学透窗的一端设置有一环形管路，所述环形管路与所述进气通路连通，用以收容所述吹扫气体，所述环形管路的外表面具有多个第二排气孔，用以将所述吹扫气体排入所述通孔内。
3.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述排气孔包括A型排气孔和B型排气孔，所述A型排气孔用于排出含III族金属有机源气体，所述B型排气孔用于排出含V族氢化物源气体，所述吹扫气体为含III族金属有机源气体或含V族氢化物源气体。
4.如权利要求3所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述通孔与所述B型排气孔相邻，所述吹扫气体的组分与所述B型排气孔排出的气体的组分相同。
5.如权利要求4所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述V族氢化物源为氨气，所述吹扫气体为分子量较大的气体和氨气的混合气体。
6.如权利要求5所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述吹扫气体为氮气和氨气的混合气体。
7.如权利要求5或6中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述吹扫气体中的氨气极大过量。
8.如权利要求2所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述第二排气孔在所述环形管路的外表面上散乱分布，用以使所述第二排气孔排出的所述吹扫气体的气流方向呈多样化分布。
9.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述光学透窗的材质为石英玻璃。
【文档编号】C23C16/18GK203382817SQ201320432957
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】胡兵 申请人:胡兵