用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤。該進氣頂盤包括：上層進氣盤和下層勻氣盤，下層勻氣盤為三層臺階盤體，在上層進氣盤和下層勻氣盤之間形成三個獨立的進氣腔-第一進氣腔、第二進氣腔和第三進氣腔，該三個進氣腔彼此隔離密封。其中，該第一進氣腔、第二進氣腔和第三進氣腔分別具有獨立的進氣通道和出氣通道，由第三進氣腔內通入的隔離氣體將由第一進氣腔通入的第一反應氣體和第二進氣腔通入的第二反應氣體隔開。本發明可以降低兩種或多種反應氣體在到達襯底之前就相遇并進行反應的概率，大大提高外延材料的晶體質量。
【專利說明】用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤
【技術領域】
[0001]本發明涉及薄膜材料沉積設備【技術領域】，尤其涉及一種用于金屬有機化合物化學氣相沉積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposit1n，簡稱M0CVD)設備反應室的進氣頂盤。
【背景技術】
[0002]MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposit1n，金屬有機化合物化學氣相沉積)設備，是化合物半導體外延材料研宄和生產的關鍵設備，特別適合化合物半導體功能結構材料的規模化工業生產，是其它半導體設備所無法替代的核心半導體設備，是當今世界上生產半導體光電器件和微波器件材料的主要手段，是當今信息產業發展、國防高新技術突破不可缺少的戰略性高技術半導體設備。
[0003]用MOCVD設備外延生長化合物半導體薄膜材料，通常需要各種源材料氣體以及攜帶氣體。源材料包括III族、II族元素的有機化合物(MO源)和V、VI族元素的氫化物，是參與化學反應并且在生成物中含有本原料成分的材料；攜帶氣體包括氮氣、氫氣及惰性氣體等，這些氣體只攜帶源材料進入反應室中，本身并不參加化學反應。
[0004]通常的源材料MO源和氫化物之間在高溫下有強烈的預反應，如三甲基鋁和氨氣之間在高溫下預反應強烈，反應后生成不能分解的聚合物。為了減少兩者之間的預反應，需要將MO源和氫化物分開進入反應室，直到反應室中襯底附近才相遇并均勻混合，之后參加化學反應，由于反應非常復雜，通常有幾十個反應，只有在襯底表面上參加反應的生成物才可能形成高質量的薄膜材料。
[0005]然而，目前用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備的進氣頂盤設計基本上都可以將兩種反應氣體分別送入反應室，但在未到達襯底附近時已經相遇并混合，在高溫下產生預反應，之后預反應的生成物在襯底上沉積，對生成材料的晶體質量產生不利影響。
【發明內容】
[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]鑒于上述技術問題，本發明提供了一種用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤，以盡可能的避免反應氣體在到達襯底之前相遇和預反應。
[0008]( 二 )技術方案
[0009]本發明用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤包括:上層進氣盤I和下層勻氣盤2，下層勻氣盤2為三層臺階盤體，在上層進氣盤I和下層勻氣盤2之間形成三個獨立的進氣腔-第一進氣腔3、第二進氣腔4和第三進氣腔5，該三個進氣腔彼此隔離密封。其中，該第一進氣腔3、第二進氣腔4和第三進氣腔5分別具有獨立的進氣通道和出氣通道，由第三進氣腔5內通入的隔離氣體將由第一進氣腔3通入的第一反應氣體和第二進氣腔4通入的第二反應氣體隔開。
[0010](三)有益效果
[0011]從上述技術方案可以看出，本發明用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤具有以下有益效果:
[0012](I)通入隔離氣體，可以降低兩種反應氣體在到達襯底之前就相遇并進行反應的概率，從而大大提尚外延材料的晶體質量；
[0013](2)通入氣體細縫的分布更密集，可以提高外延材料的均勻性；
[0014](3)上層進氣盤和下層勻氣盤之間可以采用非焊接的密封方式，方便拆卸，便于清洗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為根據本發明實施例用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤的剖視示意圖；
[0016]圖2為圖1所示進氣頂盤的A-A向剖視圖；
[0017]圖3為圖1所示進氣頂盤的B-B向剖視圖。
[0018]【主要元件】
[0019]1-上層進氣盤；2-下層勻氣盤
[0020]3-第一進氣腔；4-第二進氣腔；5-第三進氣腔；
[0021]6-第一進氣管；7-第二進氣管；8-第三進氣管；
[0022]9、10-對應第-進氣腔的出氣細縫；
[0023]11、12_對應第二進氣腔的出氣細縫；
[0024]13、14、15-對應第三進氣腔的出氣細縫；
[0025]16-冷卻水道； 17-監測窗口。
【具體實施方式】
[0026]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明的保護范圍。
[0027]本發明在第一反應氣體和第二反應氣體之間通入隔離氣體，以降低兩種反應氣體在到達襯底之如就相遇并進彳丁反應的概率，進而提尚外延材料的晶體質量。
[0028]在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤。圖1為根據本發明實施例用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤的剖視示意圖。如圖1所示，本實施例進氣頂盤為封閉型殼體，包括上層進氣盤I和下層勻氣盤2。其中，下層勻氣盤2為三層臺階盤體，在上層進氣盤I和下層勻氣盤2之間形成供氣體進入的三個獨立的進氣腔，分別為第一進氣腔3、第二進氣腔4、第三進氣腔5，進氣腔之間彼此隔離密封。在上層進氣盤I上安裝有第一進氣管6、第二進氣管7和第三進氣管8，分別與第一進氣腔3、第二進氣腔4和第三進氣腔5連通。其中，第一進氣管6用于外界向第一進氣腔3供氣。第一進氣管7用于外界向第二進氣腔4供氣。第三進氣管8用于外界向第三進氣腔5供氣。
[0029]如圖2和圖3所示，第一進氣腔3和第二進氣腔4為環形腔，并分別與下層勻氣盤內平行貫穿的圓柱槽連通。其中，第一進氣腔3對應的圓柱槽和第二進氣腔4對應的圓柱槽位于高度上的不同位置。每一組圓柱槽下又設置有與反應室連通的平行出氣細縫，第一進氣腔3和第二進氣腔4的出氣細縫為相間排列，如:對應第一進氣腔3有出氣細縫9、10等，對應第二進氣腔4有出氣細縫11、12等。
[0030]請參照圖1至圖3，進氣頂盤中央處還設置有貫穿進氣頂盤的監測窗口 17，該監測窗口 17呈條狀，通過其可以觀察反應室內情況，或安裝在位監測設備，用于溫度、膜厚、翹曲度等實時監測。
[0031]第三進氣腔5由相互連通的兩半圓形腔構成，其下設計有與反應室直接連通的平行出氣細縫，如出氣細縫13、14、15等，這樣，第一進氣腔3的出氣細縫9、10等和第二進氣腔4的出氣細縫11、12等之間又由第三進氣腔5的出氣細縫13、14、15等隔開。
[0032]有利地，進氣頂盤的下層勻氣盤2還設置有封閉的冷卻水道16，在平行的出氣細縫(第一進氣腔3、第二進氣腔4和第五進氣腔5對應的出氣細縫)之間盤繞，用于冷卻進氣頂盤。
[0033]可選地，上層進氣盤I和下層勻氣盤2為不銹鋼材質。上層進氣盤I和下層勻氣盤2之間通過焊接密封、或者通過O形橡膠圈密封、或者通過無氧銅密封、或者通過其它金屬密封。
[0034]有利地，第一進氣腔3引入第一反應氣體，第二進氣腔4引入與第一反應氣體發生反應的第二反應氣體，第三進氣腔5引入不與第一反應氣體和第二反應氣體發生反應的隔離氣體。
[0035]可選地，隔離氣體可以是:氫氣，氮氣，氬氣或其它惰性氣體中的一種，氫氣、氮氣、氬氣和其它惰性氣體中的至少兩種氣體的組合。
[0036]第一反應氣體通過出氣細縫9、10等進入反應室，第二反應氣體通過出氣細縫11、12等進入反應室，隔離氣體通過出氣細縫13、14、15等進入反應室，第一反應氣體與第二反應氣體被隔離氣體在細縫出口端隔開，減少了兩種反應氣體到達襯底前的預反應，從而改善了外延材料的晶體質量和均勻性。
[0037]至此，已經結合附圖對本發明實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發明進氣頂盤有了清楚的認識。
[0038]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換，例如:圓柱形槽和出氣細縫的個數可以根據需要進行調整；冷卻水道的位置和個數也可以根據需要進行調整；在不設置監測窗口的情況下，第三進氣腔還可以為環形腔或圓柱形腔；第一進氣腔、第二進氣腔和第三進氣腔的位置和順序可以根據需要進行調整，而不局限于上述實施例中的位置和順序；出氣細縫的位置和形狀可以根據需要進行調整，只要能連通相應的進氣腔和反應室即可。
[0039]綜上所述，本發明提供一種用于金屬有機化合物化學氣相沉積設備反應室的進氣頂盤，其通過隔離氣體將第一反應氣體和第二反應氣體隔離開，從而降低了多種反應氣體在到達襯底之前相遇并進行反應的概率，從而提高了外延材料的晶體質量，具有極高的推廣應用價值。
[0040]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種進氣頂盤，其特征在于，用于向一反應室供氣，包括:上層進氣盤(1)和下層勻氣盤(2),所述下層勻氣盤(2)為三層臺階盤體，在所述上層進氣盤(1)和下層勻氣盤(2)之間形成三個獨立的進氣腔-第一進氣腔(3^第二進氣腔(4)和第三進氣腔(5),該三個進氣腔彼此隔離密封； 其中，該第一進氣腔(3^第二進氣腔(4)和第三進氣腔(5)分別具有獨立的進氣通道和出氣通道，由第三進氣腔(5)內通入的隔離氣體將由第一進氣腔(3)通入的第一反應氣體和第二進氣腔(4)通入的第二反應氣體隔開。
2.根據權利要求1所述的進氣頂盤，其特征在于，所述進氣通道包括設置于所述上層進氣盤上的: 第一進氣管(6),用于向第一進氣腔(3)進氣； 第一進氣管(7),用于向第二進氣腔(4)進氣； 第三進氣管(8),用于向第三進氣腔(5)進氣。
3.根據權利要求1所述的進氣頂盤，其特征在于，所述第一進氣腔(3)和第二進氣腔(4)分別與下層勻氣盤內平行貫穿的圓柱槽連通； 其中，第一進氣腔(3)對應的圓柱槽和第二進氣腔(4)對應的圓柱槽位于高度上的不同位置，且每一圓柱槽下又設置有與反應室連通的出氣細縫；其中，第一進氣腔(3)和第二進氣腔(4)對應的出氣細縫為相間排列。
4.根據權利要求3所述的進氣頂盤，其特征在于，所述第一進氣腔(3)和第二進氣腔(4)均為環形腔。
5.根據權利要求3所述的進氣頂盤，其特征在于，所述第三進氣腔(5)通過出氣細縫與反應室直接連通，且相鄰的第一進氣腔⑶和第二進氣腔⑷對應的出氣細縫由第三進氣腔(5)對應的出氣細縫隔開。
6.根據權利要求5所述的進氣頂盤，其特征在于，所述第三進氣腔室(5)為圓柱形腔、圓環形腔。
7.根據權利要求5所述的進氣頂盤，其特征在于，所述第三進氣腔室(5)由相互連通的兩半圓形腔構成； 所述進氣頂盤中央處還設置有貫穿所述進氣頂盤的條狀的監測窗口(17)。
8.根據權利要求5所述的進氣頂盤，其特征在于，所述下層勻氣盤(2)內設置有封閉的冷卻水道，該冷卻水道在第一進氣腔(3^第二進氣腔(4)和第三進氣腔(5)對應的出氣細縫之間盤繞。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的進氣頂盤，其特征在于，所述上層進氣盤(1)和下層勻氣盤(2)均由不銹鋼材料制備； 所述上層進氣盤(1)和下層勻氣盤(2)之間通過以下方式其中之一密封:焊接密封、通過0形橡膠圈密封、通過無氧銅密封。
10.根據權利要求1至8中任一項所述的進氣頂盤，其特征在于，所述隔離氣體為以下氣體中的一種氣體或兩種組成的混合氣體:氫氣，氮氣或惰性氣體。
【文檔編號】C23C16/455GK104498905SQ201510002676
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月5日 優先權日:2015年1月5日
【發明者】王曉亮, 殷海波, 肖紅領, 姜麗娟, 馮春 申請人:中國科學院半導體研究所