MOCVD系统及其清理方法与流程

文档序号:15576146发布日期:2018-09-29 05:33阅读:456来源:国知局

本发明涉及气相沉积领域,尤其涉及一种mocvd系统及其清理方法。



背景技术:

mocvd(metal-organicchemicalvapordeposition,金属有机化合物化学气相沉积)是在气相外延生长(vapourphaseepitaxy,vpe)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。mocvd是制备化合物半导体外延材料的核心设备,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,主要用于生长各种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,涵盖了所有常见半导体,有着非常广阔的市场前景。

目前,mocvd系统一般包括反应腔体及位于反应腔体上方的盖体,盖体上设置有喷淋用出源孔,金属有机化合物与氢化物等以一定的速度经过盖体而喷淋至反应腔体中。

现有技术中,盖体上设置小而密的微孔型出源孔,可以提高产品品质,且均匀性好,产量高,但是,随着生产时间的推延,反应产物或原料等容易堵塞出源孔,特别是当控温用的出源孔被堵塞时,将严重影响调温过程,从而影响外延生长过程。

因此,随着生产时间的推延,需要将盖体拆卸下来进行清理,而清理过程比较繁琐,时间比较漫长,而且,清理完后的盖体组装至反应腔体后又要经过很长一段时间的适应过程,在整个拆卸、重新组装及适应的周期里各种损失非常巨大,如何解决上述问题是本领域技术人员急需研究的课题。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种mocvd系统及其清理方法,其可以简化盖体清理过程,同时,提高mocvd系统使用效率。

为实现上述发明目的之一,本发明一实施方式提供一种mocvd系统,包括反应装置及加热装置,所述反应装置包括盖体,所述盖体上设置有喷淋用出源孔,所述盖体表面和/或所述出源孔内在反应过程中附着有堵塞物,所述加热装置加热所述盖体而使得所述堵塞物呈熔融状态。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述加热装置包括容纳热媒体的第一容纳腔,所述第一容纳腔与所述盖体之间通过加热循环管路连通,所述热媒体于所述加热循环管路内循环流动而加热所述盖体。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述mocvd系统还包括用于调控所述盖体反应温度的控温装置及控制单元,所述控温装置包括容纳控温媒体的第二容纳腔,所述第二容纳腔与所述盖体之间通过控温循环管路连通,所述控温媒体于所述控温循环管路内循环流动而调节所述盖体的温度,所述控制单元用于控制所述加热循环管路及所述控温循环管路之间的切换。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述加热循环管路包括连通所述第一容纳腔的第一输出加热管路、第一输入加热管路以及连通所述盖体的第二输出加热管路、第二输入加热管路,所述控温循环管路包括连通所述第二容纳腔的第一输出控温管路、第一输入控温管路以及连通所述盖体的第二输出控温管路、第二输入控温管路,所述第二输出加热管路与所述第二输出控温管路一体化为盖体输出管路,所述第二输入加热管路与所述第二输入控温管路一体化为盖体输入管路,所述mocvd系统还包括分别连接所述盖体输出管路及所述盖体输入管路的第一开关及第二开关,当所述mocvd系统处于反应过程时,所述控制单元控制所述第一开关连通所述第一输出控温管路,且所述第二开关连通所述第一输入控温管路,当所述mocvd系统处于清理过程时,所述控制单元控制所述第一开关连通所述第一输出加热管路,且所述第二开关连通所述第一输入加热管路。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述盖体包括第一盖体、第二盖体及位于所述第一盖体及所述第二盖体之间的隔热层,所述第二盖体包括所述出源孔,所述加热装置用于加热所述第二盖体。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述加热装置的加热范围为80℃~300℃,所述控温装置的控温范围为20℃~100℃。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述mocvd系统还包括清理装置,所述清理装置为吹式清理装置或吸式清理装置,所述吹式清理装置用于清理拆卸下来且堵塞物呈熔融状态的盖体,所述吸式清理装置用于清理保持在所述反应装置中且堵塞物呈熔融状态的盖体。

为实现上述发明目的之一,本发明一实施方式提供一种mocvd系统清理方法,所述mocvd系统包括盖体,所述盖体上设置有喷淋用出源孔,所述清理方法包括步骤:

加热所述盖体,使得所述盖体表面和/或所述出源孔内的堵塞物呈熔融状态;

清理所述堵塞物。

作为本发明一实施方式的进一步改进,步骤“加热所述盖体,使得所述盖体表面和/或所述出源孔内的堵塞物呈熔融状态”具体包括:

检测所述mocvd系统的当前状态;

当当前状态为反应状态时,开启控温循环管路而将所述盖体温度调控至反应温度;

当当前状态为清理状态时,开启加热循环管路而使得所述盖体表面和/或所述出源孔内的堵塞物呈熔融状态。

作为本发明一实施方式的进一步改进,步骤“清理所述堵塞物”具体包括:

判断所述盖体的加热方式;

若所述盖体拆卸下来并通过加热箱或加热循环管路加热,则吹出堵塞物;

若所述盖体未拆卸并通过加热循环管路加热,则吸出堵塞物。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明一实施方式的mocvd系统通过加热装置使得堵塞物呈熔融状态,可以简化后续的堵塞物清理过程,从而提高mocvd系统使用效率。

附图说明

图1是本发明一实施方式的第一具体示例的mocvd系统示意图;

图2是本发明一实施方式的第二具体示例的mocvd系统示意图;

图3是本发明一实施方式的mocvd系统清理方法步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本申请的各个图示中,为了便于图示,结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大,因此,仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外,本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如,如果将图中的设备翻转,则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此,示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向),并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

参图1,本发明一实施方式提供一种mocvd系统100。

mocvd系统100包括反应装置及加热装置20。

反应装置包括反应腔体、盖体11等。

反应腔体用于进行外延生长过程。

盖体11上设置有喷淋用出源孔。

这里,盖体11为ccs(closecoupledshowerhead,近耦合喷淋头)盖体,但不以此为限。

盖体11表面和/或出源孔内在反应过程中附着有堵塞物。

这里,随着生产时间的推延,反应产物或原料等容易附着于盖体11表面或堵塞出源孔,这里,以堵塞物为镓铟合金为例,镓铟合金的熔点大约在150℃左右,但不以此为限。

另外,本实施方式主要针对的是出源孔内难以清理的堵塞物,但不以此为限,也可包含盖体11表面的堵塞物或附着物。

加热装置20加热盖体11而使得堵塞物呈熔融状态。

本实施方式的mocvd系统100通过加热装置20使得堵塞物呈熔融状态,可以简化后续的堵塞物清理过程,从而提高mocvd系统100使用效率。

下面,介绍本实施方式的mocvd系统100的几种具体示例。

继续参图1,在第一具体示例中,加热装置20a包括容纳热媒体a1的第一容纳腔21a,第一容纳腔21a与盖体11a之间通过加热循环管路s1连通,热媒体a1于加热循环管路s1内循环流动而加热盖体11a。

这里,盖体11a可形成循环通道以供热媒体a1流动。

热媒体a1为盐溶液,例如,热媒体a1为无机低熔点熔盐(如硝酸盐或其他盐类),但不以此为限。

实际操作时,可将导热熔盐(即热媒体a1)放入第一容纳腔21a内直接加热熔解,或者,先在第一容纳腔21a的外部进行导热熔盐的熔解,例如,在导热熔盐中加入少量水,并加热使导热熔盐熔解,当导热熔盐熔解到一定程度后,将导热熔盐放入第一容纳腔21a内并持续加热而使得导热熔盐逐步升温达到目标温度。

而后,当导热熔盐熔解到粘度足以在加热循环管路s1内循环时,通过循环泵控制导热熔盐在加热循环管路s1内循环,从而实现对盖体11a的加热。

需要说明的是,当导热熔盐在加热循环管路s1内循环时,可以持续加热导热熔盐而使得导热熔盐可以持续在加热循环管路s1内顺畅流动。

在本示例中,加热装置20a的加热范围为80℃~300℃,以使得镓铟合金堵塞物可以呈现熔融状态,但不以此为限,根据不同的堵塞物,可以选用不同的热媒体。

另外,当加热过程完成后,可将热媒体a1尽可能多地抽回第一容纳腔21a内,并且,当盖体11a的温度降至大约90℃以下时,用干净的热水循环流动而进一步清理盖体11a。

mocvd系统100a还包括用于调控盖体11a反应温度的控温装置30a。

控温装置30a主要用于调控盖体11a温度,例如,当盖体11a在反应过程中温度升高过多时,控温装置30a用于冷却盖体11a。

控温装置30a包括容纳控温媒体a2的第二容纳腔31a,第二容纳腔31a与盖体11a之间通过控温循环管路s2连通,控温媒体a2于控温循环管路s2内循环流动而调节盖体11a的温度。

这里,控温媒体a2为水,但不以此为限。

在本示例中,控温装置30a的控温范围为20℃~100℃,较佳的,控温装置30a的控温范围为60℃~100℃。

可以看到,加热装置20a可调节的最高温度大于控温装置30a可调节的最高温度,加热装置20a及控温装置30a两者的运用场景不一样,作用也不同。

mocvd系统100a还包括控制单元,控制单元用于控制加热循环管路s1及控温循环管路s2之间的切换。

当mocvd系统100a处于反应过程(即处于外延生长过程)时,控制单元控制控温循环管路s2开启,且控制加热循环管路s1关闭,此时,控温装置30a调控盖体11a的反应温度;当mocvd系统100a处于清理过程(即盖体11a上累积的堵塞物达到一预设值或者mocvd系统100a的使用时长超过一预设时间等)时,控制单元控制加热循环管路s1开启,且控制控温循环管路s2关闭,此时,加热装置20a加热盖体11a而使得堵塞物呈熔融状态。

具体的,加热循环管路s1包括连通第一容纳腔21a的第一输出加热管路s11、第一输入加热管路s12以及连通盖体11a第二输出加热管路s13、第二输入加热管路s14。

控温循环管路s2包括连通第二容纳腔31a的第一输出控温管路s21、第一输入控温管路s22以及连通盖体11a的第二输出控温管路s23、第二输入控温管路s24。

第二输出加热管路s13与第二输出控温管路s23一体化为盖体输出管路s33,第二输入加热管路s14与第二输入控温管路s24一体化为盖体输入管路s44。

也就是说,加热循环管路s1及控温循环管路s2共用盖体11a的输入管路及输出管路。

mocvd系统100a还包括分别连接盖体输出管路s33及盖体输入管路s44的第一开关b1及第二开关b2。

当mocvd系统100a处于反应过程时,控制单元控制第一开关b1连通第一输出控温管路s21,且第二开关b2连通第一输入控温管路s22,此时,控温循环管路s2导通,当mocvd系统100a处于清理过程时,控制单元控制第一开关b1连通第一输出加热管路s11,且第二开关b2连通第一输入加热管路s12,此时,加热循环管路s1导通。

也就是说,控制单元根据mocvd系统100a的工作状态控制加热循环管路s1及控温循环管路s2之间的切换,当然,也可手动控制加热循环管路s1及控温循环管路s2之间的切换。

在本示例中,第一输出加热管路s11、第一输入加热管路s12以及盖体输出管路s33、盖体输入管路s44可为耐高温管路,以适应在该些管路中流动的高温热媒体a1。

第一输出控温管路s21及第一输入控温管路s22可为常规管路(即耐高温程度低于前述耐高温管路),但不以此为限,第一输出控温管路s21及第一输入控温管路s22也可为耐高温管路。

另外,该些管路均可为软管。

在本示例中,盖体11a包括第一盖体111a、第二盖体112a及位于第一盖体111a及第二盖体112a之间的隔热层113a。

这里,第一盖体111a位于第二盖体112a的上方,隔热层113a为隔热膜或隔热板等,隔热层113a可由聚酰亚胺或其他隔热材料制成,隔热层113a不仅需要避免热量从第二盖体112a处传导至第一盖体111a处,还要能耐高温(即适应加热装置20a在加热过程中传导的热量)。

具体的,第一盖体111a处设置有不耐高温的部件,例如反射率探头等。

第二盖体112a包括出源孔,加热装置20a用于加热第二盖体112a。

这里,第一盖体111a及第二盖体112a之间可形成一导通出源孔的腔体,反应物由腔体进入出源孔内,并进入反应腔室内。

如此,当第二盖体112a受热而使得堵塞物呈熔融状态时,第二盖体112a的热量不会传导至第一盖体111a处,从而避免不耐高温的部件受损。

在本示例中,mocvd系统100a还包括清理装置。

清理装置为吸式清理装置,当盖体11a处的堵塞物加热后呈熔融状态时,由于出源孔孔径太小(一般只有0.6mm),根据微孔吸附原理,堵塞物不会自行流出,此时无需拆卸盖体11a,直接通过吸式清理装置将熔融状态的堵塞物吸出即可,方便快捷,且盖体11a无需重新组装。

当然,清理装置也可为吹式清理装置,此时可将盖体11a拆卸下来,利用吹式清理装置从上往下将堵塞物吹出。

可以理解的,吹式清理装置主要用于清理拆卸下来且堵塞物呈熔融状态的盖体11a,吸式清理装置主要用于清理保持在反应装置中且堵塞物呈熔融状态的盖体11a,但不以此为限,可根据实际情况而定。

参图2,为本实施方式第二具体示例的示意图。

为了描述方便,相同或相似的部件采用相同的名称,且采用相似的标号。

加热装置20b包括容纳热媒体a1’的第一容纳腔21b,第一容纳腔21b与盖体11b之间通过加热循环管路s1’连通,热媒体a1’于加热循环管路s1’内循环流动而加热盖体11b。

这里,当盖体11b需要清理时,可先将盖体11b拆卸下来,并将盖体11b与加热装置20b通过加热循环管路s1’连通,而后通过加热装置20b加热而使得盖体11b处的堵塞物呈熔融状态。

盖体11b与加热装置20b可通过加热循环管路s1’直接连接,即此时盖体11b与加热装置20b之间始终保持连通状态,或者,加热循环管路s1’上设置有开关以控制加热循环管路s1’的开闭。

需要说明的是,本示例的盖体11b直接拆卸下来再进行加热,因此,盖体11b本身无需做结构上的改变(例如像第一示例中增加隔热层等等)。

在本示例中,mocvd系统100a还包括清理装置。

清理装置为吹式清理装置,此时,利用吹式清理装置将拆卸下来的盖体11b中的呈熔融状态的堵塞物从上往下吹出。

当然,清理装置也可为吸式清理装置,可以根据实际情况而定。

在本示例中,加热装置20b也可为加热箱,例如氮气炉,此时,可直接将盖体11b拆卸下来并投入加热箱中加热,当盖体11b处的堵塞物呈熔融状态时,利用清理装置清理堵塞物。

本示例的mocvd系统100b的其他说明可以参考第一具体示例,在此不再赘述。

需要说明的是,当mocvd系统100生产一段时间并需要进行维护时,可同时进行盖体11上的其他附着物的刮除操作及盖体11堵塞物的清理操作,同时维护提高效率,且可保证mocvd系统100长期安全生产。

参图3,本发明一实施方式还提供一种mocvd系统清理方法,结合上述mocvd系统100的说明,mocvd系统100包括盖体11,盖体11上设置有喷淋用出源孔,清理方法包括步骤:

加热盖体11,使得盖体11表面和/或出源孔内的堵塞物呈熔融状态;

清理堵塞物。

本实施方式的mocvd系统100通过加热过程而使得堵塞物呈熔融状态,可以简化后续的堵塞物清理过程,从而提高mocvd系统100使用效率。

其中,步骤“加热盖体11,使得盖体11表面和/或出源孔内的堵塞物呈熔融状态”具体包括:

检测mocvd系统100的当前状态;

当当前状态为反应状态时,开启控温循环管路而将盖体温度调控至反应温度;

当当前状态为清理状态时,开启加热循环管路而使得盖体表面和/或出源孔内的堵塞物呈熔融状态。

这里,参考第一具体示例,“反应状态”是指mocvd系统100处于外延生长过程中,此时,通过控温循环管路调控盖体11a反应温度。

“清理状态”是指盖体11上累积的堵塞物达到一预设值或者mocvd系统100的使用时长超过一预设时间等,此时,通过加热循环管路加热盖体11而使得堵塞物呈熔融状态。

控温循环管路及加热循环管路可控制切换。

另外,步骤“清理堵塞物”具体包括:

判断盖体11的加热方式;

若盖体11拆卸下来并通过加热箱或加热循环管路加热,则吹出堵塞物;

若盖体11未拆卸并通过加热循环管路加热,则吸出堵塞物。

也就是说,吹出堵塞物的清理过程主要用于清理拆卸下来且堵塞物呈熔融状态的盖体11,吸出堵塞物的清理过程主要用于清理保持在反应装置中且堵塞物呈熔融状态的盖体11,但不以此为限,可根据实际情况而定。

本实施方式的mocvd系统清理方法的其他说明可以参考上述mocvd系统100的说明,在此不再赘述。

应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

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