專利名稱：一種垂直噴淋式mocvd反應器的出口系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉計一種半導體薄膜沉積設備，即一種垂直噴淋式MOCVD反應器的出口系統。目的是 通過控制氣體在反應器內的流動路徑，獲得沿基片徑向的氣體流速、溫度和反應物濃度的均勻分布。
背景技術：
金屬有機化學氣相沉積，即Metalorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD),是制備化合物半導體薄膜的一項關鍵技術。以GaN外延生長為例，它利用載氣將較易揮發的有機金屬化合物如三甲基鎵Ga (CH3) 3等金屬源帶入反應室，與NH3發生化學反應，在加熱的基片上生成GaN薄膜，可用于半導體光電器件，如發光二極管(LED)，太陽能電池等。MOCVD設備的主要核心技術在于反應室。國際上著名的商業化MOCVD設備廠家均采用了獨特的反應室設計方案，進行了專利保護。AIXTR0N公司的MOCVD以“行星式旋轉”技術為代表，有氣墊自轉、噴氣口等方面專利。該設備特有雙流水平自轉及公轉設計，因生長過程中源材料逐漸消耗會引起徑向不均勻性，外延片自轉對改善均勻性具有重要作用。設備缺點在于反應室結構復雜，自轉石墨旋轉的一致性差，反應室頂棚參與淀積，需經常清洗，增加停機時間。THOMAS SffAN公司的MOCVD反應室的最大特點是采用了專利保護的近耦合噴淋頭技術(CCS)，將有機源和氨氣通過網格狀緊密排列注入，襯底與噴頭的距離很短，這樣使有機源和氨氣只在襯底上方很短距離處才發生混合，從而大大減少有機源和氨氣的預反應。設備缺點之一在于中心處的生成物尾氣不能及時排除，導致基片沿徑向的厚度和雜質濃度存在不均性。目前，上述不均勻性主要依靠托盤旋轉來解決，但這增加了設備的控制及保養的難度。VEECO公司的MOCVD設備以專利保護的“高速轉盤”技術而著稱，在獲得均勻的外延層和提高的生長速度方面有較強的優勢。其設備的優勢還表現在反應室結構簡單，便于清理維護以節省清理時間和費用。設備缺點在于原料利用效率低，反應室內的預反應較大不宜高溫生長含Al的化合物，不容易實現低濃度摻雜和低V/III比材料的生長等。現有的商用MOCVD均采用托盤邊緣或中心集中出氣口的方式。現有的MOCVD反應器出口系統的專利中，“一種上進上出的垂直噴淋式MOCVD反應器”(專利號CN201071403Y)采用噴淋式的反應器頂部出口在大盤不轉的情況下實現了單個晶片上方氣流的周期性重復。
發明內容本實用新型的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統。本實用新型在無旋轉裝置情況下，保證晶片沿徑向的沉積均勻性。本實用新型與現有技術相比較，具有如下顯而易見的實質性特點和優點此反應器出口系統在充分利用垂直噴淋式反應器入口均勻性的基礎上，實現了噴淋頭中心處和邊緣處噴入的反應氣體尾氣流經距離的一致性，從而在無旋轉裝置的情況下保證了晶片沿徑向的沉積均勻性。另外，反應尾氣流經石墨盤的下表面，一方面減少了熱渦旋效應對反應氣流的負面影響，另一方面其對石墨盤的加熱也提高了熱利用效率。為達到上述目的，本實用新型采用下述技術方案一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于包括一個扁筒形反應室、噴淋頭、石墨大盤和晶片，其特征在于1)所述噴淋頭安裝在反應室的頂蓋上，噴淋頭上周期性交錯排列著小穿孔而垂直插置的III族氣體管口和V族氣體管口，噴淋頭為水冷式噴淋頭，設有進水口和出水口 ；2)在所述反應室的內地上方水平安裝石墨大盤，在石墨大盤上周期性排列安置所述晶片，在石墨大盤上對應各晶片之間的間隙處，開有出氣小孔；3)在反應室的下底設有出氣口。所述出氣位于反應室下底的周邊。所述出氣位于反應室下底的中心處。所述出氣小口周期性規則的分布于晶片間隙處。所述出氣小口的形狀為圓形、方形、三角形或菱形。所述出氣小口的數量包含但不限于晶片數量的整數倍。所述出氣小口的長度大于等于石墨大盤的厚度。所述出氣小口的尺寸及相互之間的距離包含但不限于可小至晶片間隙處以至被認為此處石墨大盤是多孔介質。
圖I為每個晶片周圍有6個出氣小口的石墨大盤俯視圖圖2為每個晶片周圍有3個出氣小口的石墨大盤俯視圖圖3為出氣口在周向的反應器的剖視圖圖4為出氣口在中心的反應器的剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型的結構裝置和工作原理實施例一參見圖f 4，本垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于包括一個扁筒形反應室、噴淋頭、石墨大盤和晶片，其特征在于1)所述噴淋頭安裝在反應室的頂蓋上，噴淋頭上周期性交錯排列著小穿孔而垂直插置III族氣體管口和V族氣體管口，噴淋頭為水冷式噴淋頭，設有進水口和出水口 ；2)在所述反應室的內地上方水平安裝石墨大盤，在石墨大盤上周期性排列安置所述晶片，在石墨大盤上對應各晶片之間的間隙處，開有出氣小孔；3)在反應室的下底設有出氣口。實施例二 參加圖I、圖2、圖3，本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下I) 所述出氣位于反應室下底的周邊。2) 所述出氣小口周期性規則的分布于晶片間隙處。3) 所述出氣小口的形狀為圓形、方形、三角形或菱形。4) 所述出氣小口的數量包含但不限于晶片數量的整數倍。[0029]5) 所述出氣小口的長度大于等于石墨大盤的厚度。6) 所述出氣小口的尺寸及相互之間的距離包含但不限于可小至晶片間隙處以至被認為此處石墨大盤是多孔介質。實施例三參見圖I,圖2,圖4,本實施例與實施例二基本相同,特例之處是所述出氣位于反應室下底的中心處。工作原理如圖3所示，以氫氣或氮氣或氫氮混合氣體為金屬有機源的載氣通過總進口進入III族氣體噴管3噴入反應室9，V族氣體經由噴管4噴入反應室9。反應氣體在晶片6附近混合并受熱發生化學反應在晶片6上沉積。反應尾氣從位于石墨大盤5上晶片6間隙處均勻排布的出口小管7流出經由石墨盤5下表面流至圖2所示的周向出口 8或圖4所示的 中心出口 8。如圖I所示，出口小管7均勻的排列于石墨大盤5上晶片的間隙處。因此，在整個石墨盤上方的流動狀態，都是圍繞單個晶片的周期性重復，與垂直噴淋式的入口均勻性相結合，可消除反應物濃度沿徑向的大范圍變化。另外，反應尾氣流經石墨盤的下表面到達出口，一方面減少了熱渦旋效應對氣流的負面影響，另一方面其對石墨盤的加熱效應也提高了熱的總體利用效率。出氣小口的形狀及數量包含但不限于圖I、圖2所示。為降低寄生反應，噴淋頭采用了水冷冷卻，冷卻水經由冷卻水入口 I進入噴淋頭，經由冷卻水出口 2流出噴淋頭。
權利要求1.一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，包括一個扁筒形反應室(9)、噴淋頭(10)、石墨大盤(5)和晶片(6)，其特征在于 1)所述噴淋頭(10)安裝在反應室(9)的頂蓋上，噴淋頭(10)上周期性交錯排列著小穿孔而垂直插置的III族氣體管口(3)和V族氣體管口(4)，噴淋頭(10)為水冷式噴淋頭，設有進水口(I)和出水口(2)； 2)在所述反應室(9)的內底上方水平安裝石墨大盤(5)，在石墨大盤(5)上周期性排列安置所述晶片(6)，在石墨大盤(5)上對應各晶片(6)之間的間隙處，開有出氣小孔(7); 3)在反應室(9)的下底設有出氣口(9)。
2.根據權利要求I所述的一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于所述出氣(8)位于反應室(9)下底的周邊。
3.根據權利要求I所述的一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于所述出氣(8)位于反應室(9)下底的中心處。
4.根據權利要求I所述的一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于所述出氣小口(7)周期性規則的分布于晶片(6)間隙處。
5.根據權利要求4所述的一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于所述出氣小口(7)的形狀為圓形、方形、三角形或菱形。
6.根據權利要求4所述的一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于所述出氣小口(7)的數量包含但不限于晶片(6)數量的整數倍。
7.根據權利要求4所述的一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于所述出氣小口(7)的長度大于等于石墨大盤(5)的厚度。
8.根據權利要求4所述的一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統，其特征在于所述出氣小口(7)的尺寸及相互之間的距離包含但不限于可小至晶片(6)間隙處以至被認為此處石墨大盤(5)是多孔介質。
專利摘要本實用新型公開了一種垂直噴淋式MOCVD反應器出口系統。該反應器進口采用垂直噴淋式來保證進氣的均勻性，出口系統由石墨大盤上晶片間隙處有規則排列的許多小出口組成，反應尾氣經由小出口到達石墨盤下方后經由石墨盤下表面到達反應器的周向或中心處的總出口。此反應器出口系統在充分利用垂直噴淋式反應器入口均勻性的基礎上，實現了噴淋頭中心處和邊緣處噴入的反應氣體尾氣流經距離的一致性，從而在無旋轉裝置的情況下保證了基片沿徑向的沉積均勻性。另外，反應尾氣流經石墨盤的下表面，一方面減少了熱渦旋效應對反應氣流的負面影響，另一方面其對石墨盤的加熱也提高了熱利用效率。
文檔編號C23C16/44GK202610321SQ201220254460
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者楊連喬, 張建華, 胡建正, 李剛 申請人:上海大學