金属有机化合物外延生长反应室及其排气装置、排气方法
【专利摘要】本发明提供了一种金属有机化合物外延生长反应室及其排气装置、排气方法，所述反应室包括一腔室，所述排气装置位于所述腔室的制程区域和排气区域之间，用于将制程冗余气体排出所述腔室，所述排气装置包括：第一排气环，其包括形成于其中的若干第一排气通道；位于所述第一排气环上方的第二排气环，其包括形成于其中的若干第二排气通道，其与所述若干第一排气通道相互流体连通；驱动装置，其连接于所述第一排气环和/或第二排气环，用于驱动所述第一排气环和/或第二排气环，以调整所述第一排气环和第二排气环在水平和/或竖直方向上的相对位置关系。本发明提供的排气装置能够精确快速有效地控制金属有机化合物外延生长反应室的制程冗余气体排放。
【专利说明】金属有机化合物外延生长反应室及其排气装置、排气方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学气相沉积的加工系统，尤其涉及一种金属有机化合物外延生长反应室及其排气装置、排气方法。
【背景技术】
[0002]MOCVD是金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical VaporDeposition)的英文缩写。MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。它以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II1-V族、I1-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。反应之后的制程冗余气体排放对于MOCVD装置意义重大，制程冗余气体排放的速度和/或流量直接影响着腔室内气压，因此间接地影响着MOCVD制程。
[0003]此外，在MOCVD制程领域，不同的制程往往需要不同的排气量。此外，MOCVD在制程中一般使用大量排气，而在腔室清洁(plasma clean)阶段往往采用较小的排气量。因此，MOCVD机台往往需要不同排气流量中切换。
[0004]因此，如何精确快速有效地控制金属有机化合物外延生长反应室的制程冗余气体排放是业内急待解决的问题之一。
【发明内容】
[0005]针对【背景技术】中的上述问题，本发明提出了一种用于金属有机化合物外延生长反应室的排气装置。
[0006]本发明第一方面提供了一种用于金属有机化合物外延生长反应室的排气装置，其中，所述反应室包括一腔室，所述排气装置位于所述腔室的制程区域和排气区域之间，用于将制程冗余气体排出所述腔室，其特征在于:所述排气装置包括:
[0007]第一排气环，其包括形成于其中的若干第一排气通道；
[0008]位于所述第一排气环上方的第二排气环，其包括形成于其中的若干第二排气通道，所述若干第一排气通道与所述若干第二排气通道相互流体连通；以及
[0009]驱动装置，其连接于所述第一排气环和/或第二排气环，用于驱动所述第一排气环和/或第二排气环，以调整所述第一排气环和第二排气环在水平和/或竖直方向上的相对位置关系。
[0010]进一步地，在某一位置下，所述第一排气通道和第二排气通道在竖直方向上至少
部分重叠。
[0011]进一步地，在所述驱动装置驱动作用下，所述第一排气环和/或第二排气环在各自水平面上可以作相对旋转。
[0012]进一步地，在所述驱动装置驱动作用下，所述第一排气环和/或第二排气环在竖直方向上可以作相对上下移动。[0013]进一步地，所述第二排气环包括一下表面，所述第一排气环包括一上表面，所述上表面和所述下表面相互贴合或相互间隔一距离。
[0014]进一步地，所述排气装置还包括一控制装置，其预设有制程冗余气体排放的预设速度和/或预设流量，用于检测所述反应室的制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量，并将制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量和预设速度和/或预设流量分别比较，并根据比较结果来控制所述第一排气环和/或第二排气环的相对旋转和/或相对上下移动。
[0015]进一步地，所述第一排气通道和第二排气通道包括孔或槽。
[0016]进一步地，所述第一排气环和所述第二排气环的材料包括不锈钢或铝合金或陶瓷。
[0017]进一步地，所述第一排气环和第二排气环的上下表面分别覆盖有阳极氧化层或钝
化处理层。
[0018]本发明第二方面提供了一种金属有机化合物外延生长反应室，其特征在于:所述反应室包括本发明第一方面所述的排气装置。
[0019]本发明第三方面提供了一种金属有机化合物外延生长反应室的排气方法，其中，所述反应室包括本发明第一方面所述的排气装置，其特征在于:所述排气方法包括:
[0020]在反应过程中，调节所述第一排气环和第二排气环在水平和/或竖直方向上的相对位置关系，以调节所述若干第一排气通道和所述若干第二排气通道的流体连通程度，以调整反应过程中制程冗余气体的排放的速度。
[0021]进一步地，所述 排气方法包括:调节所述第一排气环和/或第二排气环在竖直方向上的上下高度。
[0022]进一步地，所述排气方法包括:使所述第一排气环和/或第二排气环在各自平面上旋转或相对旋转。
[0023]进一步地，所述排气装置还包括一控制装置，其预设有制程冗余气体排放的预设速度和/或预设流量，其中，所述排气方法还包括如下步骤:
[0024]检测所述反应室的制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量，并将制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量和预设速度和/或预设流量分别比较，并根据比较结果来控制所述第一排气环和第二排气环的相对旋转和/或相对上下移动。
[0025]本发明提供的排气装置能够精确快速有效地控制金属有机化合物外延生长反应室的制程冗余气体排放。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是根据本发明的一个具体实施例的MOCVD机台的结构示意图；
[0027]图2是根据本发明的一个具体实施例的用于MOCVD机台的排气装置的结构细节放大图；
[0028]图3(a)至3(c)是根据本发明的一个具体实施例的用于MOCVD机台的排气装置的第一排气环和第二排气环在自水平面上进行相对旋转的示意图；
[0029]图4是根据本发明的另一具体实施例的用于MOCVD机台的排气装置的第一排气环竖直地上下移动的示意图；[0030]图5(a)至5(c)是根据本发明的另一具体实施例的用于MOCVD机台的排气装置的第一排气环的第一排气通道和第二排气环的第二排气通道相互重叠的示意图。
【具体实施方式】
[0031 ] 以下结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0032]图1是根据本发明的一个具体实施例的MOCVD机台的结构示意图，如图1所示，MOCVD机台100提供了一反应腔室114，在腔室114内设置了一基片支撑座106，其上放置有若干片基片W。基片支撑座106与一旋转轴108连接，该旋转轴108在制程中可以在其他驱动装置(未示出)的带动下高速旋转，因此基片支撑座106也在该旋转轴108的带动下高速旋转。基片支撑座106下还设置有加热装置110，其用于对基片支撑座106上放置的若干基片W进行加热以达到理想的制程温度(>1000°C)。腔室114内还设置有气体分布装置104。气体分布装置104通过相应管道连接有气体源102，使得反应气体可以通过气体源102经过气体分布装置104输送进腔室内部。
[0033]在腔室114的底部还设置有一排气装置116，其位于腔室104的制程区域P和排气区域E之间，该排气装置116耦合于一排气管道(未示出)，排气通道连接于真空泵112，以进一步地将制程冗余气体排出出腔室114。
[0034]图2是根据本发明的 一个具体实施例用于MOCVD机台的排气装置的结构细节放大图，如图2所示，所述排气装置116包括:第一排气环1161，位于所述第一排气环1161上方的第二排气环1162，其中，所述第一排气环1161和第二排气环1162之间定义了一排气空间
S。具体地，第一排气环1161包括形成于其中的若干第一排气通道1161a，若干第一排气通道1161a从第一排气环1161的上表面贯穿至其下表面,其中，该上表面接触于腔室114中的制程空间，该下表面接触于排气区域S。第二排气环1162包括形成于其中的若干第二排气通道1162a,若干第二排气通道1161a从第二排气环1162的上表面贯穿至其下表面,其中，该上表面接触于排气空间S。因此，制程冗余气体的排放路径应该是从第一排气环1161的若干第一排气通道1161a到排气空间S，从排气空间S到第二排气环1162的若干第二排气通道1162a，然后通过和排气装置116连接的真空泵112将制程冗余气体排出腔室114。
[0035]驱动装置(未示出)，其连接于所述第一排气环1161和/或第二排气环1162，用于驱动所述第一排气环1161和/或第二排气环1162，以调整所述第一排气环1161和第二排气环1162在水平和/或竖直方向上的相对位置关系。
[0036]示例性地，该制动装置可以通过气压或者电力等来工作。本领域技术人员应当理解，制动装置的功能结构在现有技术中已有多种硬件、软件或者软硬件结合的方式有多种成熟的应用，只要能够实现本发明的发明目的，能够驱动第一排气环1161和/或第二排气环1162进行在各自水平面上进行相对旋转和/或在竖直方向上进行相对上下移动都应适用于本发明。为简明起见，此处不再赘述。
[0037]进一步地，在某一位置下，所述第一排气通道1161a和第二排气通道1162a在竖直方向上至少部分重叠。
[0038]其中，可选地，在所述驱动装置驱动作用下，所述第一排气环1161和第二排气环1162在各自水平面上进行相对旋转和/或在竖直方向上可以作相对上下移动。
[0039]可选地，在所述驱动装置驱动作用下，所述第一排气环1161和/或第二排气环1162在竖直方向上可以作相对上下移动。
[0040]图3是根据本发明的一个具体实施例的用于MOCVD机台的排气装置116的第一排气环1161和第二排气环1162在各自水平面上进行相对旋转的示意图。
[0041]参见图3(a)，其示出了排气装置116的俯视图，由于第二排气环1162位于第一排气环1161上方，则俯视图中只示出了位于上方的第二排气环1162。其中，在第二排气环1162上设置有若干第二排气通道1162a,在第一排气环1161上设置有若干第一排气通道1161a (以虚线示出)。在附图3 (a)所示的状态中，第一排气通道1161a和第二排气通道1162a在竖直方向上毫不重叠。假设所述第一排气环1161和第二排气环1162在竖直方向上没有相对上下移动，则此时气体的制程冗余气体排放的速度和/或流量最低。
[0042]参见附图3(b)，第二排气环1162在图3(a)所示的基础上在其水平面上逆时针旋转了第一角度，使得位于其上的若干第二排气通道1162a和位于第一排气环1161上的若干第一排气通道1161a在竖直方向上有部分重叠。附图3(b)所示的状态较图3(a)所示的状态，其制程冗余气体排放的速度和/或流量有所提升。
[0043]参见附图3(c)，第二排气环1162在图3(b)所示的基础上继续在其水平面上逆时针了第二角度，使得若干第二排气通道1162a和位于第一排气环1161上的若干第一排气通道1161a在竖直方向上完全重叠。此时，其制程冗余气体排放的速度和/或流量是最大的。
[0044]需要说明的是，上述具体实施例仅描述了第二排气环1162按照逆时针方向进行旋转的情况，但是本领域人员应当理解:首先第一排气环1161和第二排气环1162均可以进行任何角度的逆时针旋转和顺时针旋转；其次，第一排气环1161和第二排气1162可以择一进行旋转，或者同时进行旋转。上述情况都应涵盖在本发明的保护范围之内，只要能够达到让第一排气环1161和第二排气1162达到相对旋转就能够实现本发明的发明目的。
`[0045]因此，本发明可以通过调节第一排气环1161和第二排气环1162的相对旋转来调节制程冗余气体排放的速度和/或流量。
[0046]根据本发明的又一具体实施例，第一排气环1161和第二排气环1162可以进一步地在竖直方向上进行相对上下移动。图4是根据本发明的另一具体实施例的用于MOCVD机台的排气装置的第一排气环竖直地上下移动的示意图。参见图4，第一排气环1161的原始位置以虚线示出(和图2的位置相同)。第一排气环1161在竖直方向上从上到下移动了距离山使得从图2所示的排气空间S增大到图4所示的排气空间S’。由于排气空间S’体积增大，制程冗余气体从第二排气环1162的第二排气通道1162a进入排气空间S’时需经过一段时间才能够从第一排气环1161中设置的第一排气通道1161a排出，并通过外部设置的真空泵抽离腔室114，因此制程冗余气体排放的速度和/或流量相较于图2所示的情况有所减小。
[0047]特别地，所述第二排气环1162包括一下表面，所述第一排气环1161包括一上表面，所述上表面和所述下表面相互贴合或相互间隔一距离。
[0048]图5是根据本发明的另个具体实施例的用于MOCVD机台的排气装置的第一排气环的第一排气通道和第二排气环的第二排气通道相互重叠的示意图，其中气体的流向是以粗箭头G示出。具体地，参见附图5(a)，制程冗余气体从腔室114进入到排气装置116的气体流向如箭头所不，由于第一排气通道1161a和第二排气通道1162a在竖直方向上有重叠,气体的流向并非是直线的，而应该是按照弯曲的路径来排出的，需要“拐弯”才能到达排气装置116外部。因此，当第一排气环1161和第二排气环1162的距离较大时，制程冗余气体有足够的空间“拐弯”，因此气体速度和/或流量较快。
[0049]参见图5(b)，当第一排气环1161和第二排气环1162的距离较小时，制程冗余气体没有足够的空间“拐弯”，因此制程冗余气体会在狭小的空间里完成“拐弯”的动作，总的来说气体速度和/或流量就较慢。
[0050]参见图5(c)，按照一种极端的情况，当第一排气环1161和第二排气环1162竖直方向上的距离为0，第一排气环1161的上表面和第二排气环1162的下表面相互贴合，因此相应的第一排气通道1161a和第二排气通道1162a有部分完全贴合在一起，两者的容量都变小。此时的气体速度和/或流量就最低。此时的排气气路G不用拐弯，而按照几乎竖直方向通过较窄的排气通道排出腔室外。
[0051]而当第一排气环1161和第二排气环1162的距离非常大，则第一排气通道1161a和第二排气通道1162a在竖直方向上的重叠可以忽略不及，因此，此时的气体速度和/或流量几乎不会受到任何影响。
[0052]需要说明的是，上述实施例仅描述了第一排气环1161竖直地向下移动的情况，但是本领域技术人员应当理解:首先，第一排气环1161和第二排气环1162能够竖直地向上和向下移动任何距离；其次，第一排气环1161和第二排气环1162能够择一地竖直上下移动，或者同时上下移动。上述情况都应涵盖在本发明的保护范围之内，只要能够达到让第一排气环1161和第二排气1162达到竖直地上下移动就能够实现本发明的发明目的。
[0053]进一步地，所述第一排气环1161和第二排气环1162在各自水平面上进行相对旋转和/或在竖直方向上进行相对上下移动，使得所述第一排气通道1161和第二排气通道1162在竖直方向上可以部分重叠、全部重叠或者完全不重叠的三种状态，还使得第一排气环1161和第二排气环1162之间的排气空间的体积增大或变小。
[0054]进一步地，所述第一排气环1161和第二排气环1162的相对旋转和/或相对上下移动根据制程冗余气体排放的速度和/或流量来调节。
[0055]进一步地，所述排气装置116还包括一控制装置(未示出)，其预设有制程冗余气体排放的预设速度和/或预设流量，用于检测所述金属有机化合物外延生长反应室的制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量，并将制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量和预设速度和/或预设流量分别比较，并根据比较结果来通过控制一排气环1161和第二排气环1162的相对旋转和/或相对上下移动。
[0056]进一步地，所述第一排气通道1161a和第二排气通道1162a示例性地包括孔或槽。
[0057]需要说明的是，在第一排气环1161上设置的第一排气通道1161a和在第二排气环1162上设置的第二排气通道1162a横切面积的形状可以多种多样，可以为圆形、椭圆形、三角形、多边形以及不对称形状等。只要上述排气通道能够使得气体通过相应的排气环，就能够达到本发明的发明目的，则应该包含在本发明的保护范围之内。
[0058]进一步地，所述第一排气环的材料包括不锈钢或铝合金或陶瓷，所述第二排气环的材料包括不锈钢或招合金或陶瓷。
[0059]进一步地，所述第一排气环1161和第二排气环1162的上下表面分别经过阳极氧化层或钝化处理后，在两者的上下表面分别覆盖有阳极氧化层或钝化处理层，可以避免副产品(by-product)粘附在排气装置表面，造成机构老化或者排气通道堵塞。[0060]本发明第二方面提供了一种金属有机化合物外延生长反应室，其典型地为图1所示的MOCVD机台100，其包括排气装置116，其进一步地包括第一排气环1161和第二排气环1162。其中，第一排气环1161上设置有若干第一排气通道1161a，第二排气环1162上设置有若干第二排气通道1162a。关于排气装置116的结构功能等已在前文进行了详细描述，为简明起见，此处不再赘述。
[0061]本发明第三方面提出了一种金属有机化合物外延生长反应室的排气方法，其中，所述金属有机化合物外延生长反应室本发明第一方面所述的排气装置116，所述排气方法包括:
[0062]在反应过程中，调节所述第一排气环1161和第二排气环1162在水平和/或竖直方向上的相对位置关系，以调节所述若干第一排气通道1161a和所述若干第二排气通道1162a的流体连通程度，以调整反应过程中制程冗余气体的排放的速度。
[0063]进一步地，所述方法包括:调节所述第一排气环1161和/或第二排气环1162在竖直方向上的上下高度。
[0064]进一步地，所述方法包括:使所述第一排气环1161和/或第二排气环1162在各自平面上旋转或相对旋转。
[0065]进一步地，所述排气装置116还包括一控制装置(未示出)，其预设有制程冗余气体排放的预设速度和/或预设流量，其中，所述排气方法还包括如下步骤:
[0066]检测所述金属有机化合物外延生长反应室的制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量，并将制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量和预设速度和/或预设流量分别比较，并根据比较结果来控制一排气环和第二排气环的相对旋转和/或相对上下移动。
[0067]需要说明的是，第一排气环1161和第二排气环1162可以仅执行在各自水平面上进行相对旋转，或者仅执行在竖直方向上进行相对上下移动，也可以同时进行相对旋转或相对上下移动。
[0068]需要说明的是，在MOCVD制程领域，不同的制程往往需要不同的排气量。此外，MOCVD在制程中一般使用大量排气,而在腔室清洁(plasma clean)阶段往往采用较小的排气量。本发明利用两个排气环，能够快速有效地实现排气量的调节。
[0069]尽管本发明的内容已经通过 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发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种用于金属有机化合物外延生长反应室的排气装置，其中，所述反应室包括一腔室，所述排气装置位于所述腔室的制程区域和排气区域之间，用于将制程冗余气体排出所述腔室，其特征在于:所述排气装置包括: 第一排气环，其包括形成于其中的若干第一排气通道； 位于所述第一排气环上方的第二排气环，其包括形成于其中的若干第二排气通道，所述若干第一排气通道与所述若干第二排气通道相互流体连通；以及 驱动装置，其连接于所述第一排气环和/或第二排气环，用于驱动所述第一排气环和/或第二排气环，以调整所述第一排气环和第二排气环在水平和/或竖直方向上的相对位置关系。
2.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于:在某一位置下，所述第一排气通道和第二排气通道在竖直方向上至少部分重叠。
3.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于:在所述驱动装置驱动作用下，所述第一排气环和/或第二排气环在各自水平面上可以作相对旋转。
4.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于:在所述驱动装置驱动作用下，所述第一排气环和/或第二排气环在竖直方向上可以作相对上下移动。
5.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，所述第二排气环包括一下表面，所述第一排气环包括一上表面，所述上表面和所述下表面相互贴合或相互间隔一距离。
6.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于:所述排气装置还包括一控制装置，其预设有制程冗余气体排放的预设速度和/或预设流量，用于检测所述反应室的制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量，并将制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量和预设速度和/或预设流量分别比较，并根据比较结果来控制所述第一排气环和/或第二排气环的相对旋转和/或相对上下移动。
7.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于:所述第一排气通道和第二排气通道包括孔或槽。
8.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于:所述第一排气环和所述第二排气环的材料包括不锈钢或招合金或陶瓷。
9.根据权利要求8所述的排气装置，其特征在于:所述第一排气环和第二排气环的上下表面分别覆盖有阳极氧化层或钝化处理层。
10.一种金属有机化合物外延生长反应室，其特征在于:所述反应室包括如权利要求1至9任一项所述的排气装置。
11.一种金属有机化合物外延生长反应室的排气方法，其中，所述反应室包括如权利要求I至9任一项所述的排气装置，其特征在于:所述排气方法包括: 在反应过程中，调节所述第一排气环和第二排气环在水平和/或竖直方向上的相对位置关系，以调节所述若干第一排气通道和所述若干第二排气通道的流体连通程度，以调整反应过程中制程冗余气体的排放的速度。
12.根据权利要求11所述的排气方法，其特征在于:所述排气方法包括:调节所述第一排气环和/或第二排气环在竖直方向上的上下高度。
13.根据权利要求11所述的排气方法，其特征在于:所述排气方法包括:使所述第一排气环和/或第二排气环在各自平面上旋转或相对旋转。
14.根据权利要求12或13所述的排气方法，其特征在于:所述排气装置还包括一控制装置，其预设有制程冗余气体排放的预设速度和/或预设流量，其中，所述排气方法还包括如下步骤: 检测所述反应室的制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量，并将制程冗余气体排放的当前速度和/或当前流量和预设速度和/或预设流量分别比较，并根据比较结果来控制所述第一排气环和第二·排气环的相对旋转和/或相对上下移动。
【文档编号】C30B25/10GK103572371SQ201210259873
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月25日 优先权日:2012年7月25日
【发明者】杜志游, 姜勇 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司