專利名稱：快速清除殘余反應氣體的金屬有機物化學氣相沉積反應腔體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化合物半導體外延生長用的氣相沉積設備，特別涉及一種快速清除殘余反應氣體的金屬有機物化學氣相沉積反應腔體。
背景技術：
金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)技術集精密機械、半導體材料、真空電子、流體力學、光學、化學、計算機多學科為一體，是一種自動化程度高、價格昂貴、技術集成度高的高端半導體材料、光電子專用設備。MOCVD是一種非平衡生長技術，其工作機理是通過源氣體傳輸，使得III族烷基化合物(TMGa、TMIn, TMA1、二茂鎂等)與V族氫化物(AsH3、PH3、 NH3等)在反應腔內(nèi)的襯底上進行熱裂解反應。就外延材料的生長速率比較適中，可較精確地控制膜厚。它的組分和生長速率均由各種不同成分的氣流和精確控制的源流量決定的。 MOCVD作為化合物半導體材料外延生長的理想方法，具有質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、重復性好、工藝靈活、能規(guī)?；慨a(chǎn)等特點，已經(jīng)成為業(yè)界生產(chǎn)半導體光電器件和微波器件的關鍵核心設備，具有廣闊的應用前景和產(chǎn)業(yè)化價值。反應腔體是整個MOCVD設備最核心的部分，決定了整個設備的性能。而腔體的幾何結構和尺寸是影響沉積性能的首要因素，因為其直接影響氣體在腔體內(nèi)的流動行為， 以及反應氣體的輸運和擴散方式。隨著工業(yè)化生產(chǎn)的需要，整個反應腔的尺寸變得越來越大，如何通過復雜氣體流動的組合形成腔體的尺寸可擴展性，是腔體氣體流動設計的重點， 另外工藝生長過程中其容納的殘余氣體越來越多，從而使極薄層材料的生長變得越來越困難，于是生長不同層材料的過程中如何快速清除殘留在反應腔中的殘余反應氣體變得越來越關鍵。比如生長LED多量子阱層時，從上一工藝步進行到下一工藝步時，上一工藝步中沒有使用完的氣體就會進入下一工藝步中，從而造成層間界面成分的變化，嚴重的會造成下一層的組分發(fā)生變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術中存在的缺陷，提供一種快速清除殘余反應氣體的金屬有機物化學氣相沉積反應腔體。本發(fā)明包括反應腔進氣口 1、2、3、4、5，反映腔進氣管道6、上緩沖腔7、下緩沖腔8、緩沖擋板9、噴淋口 10、、載片臺11、加熱組件12、噴淋冷卻水進口 16、噴淋冷卻水出口 17、冷卻腔體沈、反映腔上部18、反映腔下部19、上部與下部的動密封處20、殘余氣體排放管路13與14、尾氣管路15、控制閥22、抽除尾氣的真空泵23，緩沖腔壓力檢測表21。其工作原理是氣體通過反映腔進氣口 1、2、4，經(jīng)過反應腔進氣管道6 可以在載片臺11上形成徑向輻射流，反應腔進氣口 3、5分別通過上緩沖腔7和下緩沖腔8 進入噴淋口 10形成直達載片臺11的垂直補償噴淋流，通過垂直噴淋流來補償徑向輻射流在載片臺11上的反應物的消耗，形成在載片臺11上反應物濃度均勻的層流。在緩沖擋板 9和噴淋上蓋M上分別開有小孔，并通過小孔焊接出殘余氣體排放管路13、14，殘余氣體排放管路14與尾氣管路15通過三通接口匯合后與抽除尾氣的真空泵23的進氣口連接。由于生產(chǎn)過程中反應腔要經(jīng)常開啟，即反應腔上部18會脫離反應腔下部19向上運動，故殘余氣體排放管路14采用波紋管進行體外連接。另外一種方案就是排氣管路設計為反映腔從下到上的通路，在反應腔上部與反應腔下部的動密封處20設計排放管路接口動密封25。殘余氣體排放管路14與尾氣管路15通過三通接頭匯合成一條管路與抽除尾氣的真空泵23 的進氣口相連。在殘余氣體排放管路中安裝有一個控制閥22，當需要清除反應腔中的殘余氣體時即可打開此控制閥22，使殘余氣體通過殘余氣體排放管路13、14迅速排放出去。為了避免殘余氣體抽出對反應腔體內(nèi)流場的影響，在上緩沖腔7內(nèi)設置一個緩沖腔壓力檢測表21，通過在緩沖腔7內(nèi)的載氣的補充，保持緩沖腔內(nèi)的壓力不變，這樣在清除殘余氣體的同時，保證了載片臺11上的流場不變。這樣可以極大地清除上緩沖腔7、下緩沖腔8中存在的殘余反應氣體，防止其在載片臺11上發(fā)生反應，從而可提高界面的陡峭性。本發(fā)明的優(yōu)點是解決了現(xiàn)有的量產(chǎn)型氣相沉積反應腔體由于腔體增大而使其容納的殘余氣體無法快速清除的缺陷，此外利用氣相沉積反應腔體自身的抽氣真空泵和部分尾氣管路來排放殘余氣體，提高了設備的利用率，降低了設備成本。


圖1本發(fā)明的結構示意圖；圖2殘余氣體排放管路經(jīng)反應腔下部引入的結構示意圖。圖中1反應腔進氣口 反應氣體A、2反應腔進氣口 反應氣體B、3反應腔進氣口 反應氣體C、4反應腔進氣口 反應氣體D、5反應腔進氣口 反應氣體E、6反映腔進氣管道、 7上緩沖腔、8下緩沖腔、9緩沖擋板、10噴淋口、11載片臺、12加熱組件、13與14殘余氣體排放管路、15尾氣管路、16噴淋冷卻水入口、17噴淋冷卻水出口、18反應腔上部、19反映腔下部、20反應腔上部與下部的動密封處、21緩沖腔壓力檢測表、22控制閥、23抽除尾氣的真空泵、M噴淋上蓋、25排放管路接口動密封J6冷卻腔體。
具體實施例方式實施例一下面結合附圖進一步說明
具體實施例方式參見圖1，反映腔上部18內(nèi)設有上緩沖腔7、下緩沖腔8以及與噴淋冷卻水入口 17 與出口 18相連的冷卻腔體26。上緩沖腔7內(nèi)設有緩沖擋板9。反應氣體A對應反應腔進氣口 1、反應氣體B對應反映腔進氣口 2、反應氣體D對應反映腔進氣口 4，反應氣體A、B、D通過反應腔進氣管道6在載片臺11上形成徑向輻射流， 反應氣體A、反應氣體B、反應氣體D在載片臺11上方混合發(fā)生反應。反應氣體C對應反映腔進氣口 3、反應氣體E對應反應腔進氣口 5，分別通過上緩沖腔7與下緩沖腔8通過噴淋口 10形成直達載片臺11的垂直補償噴淋流。噴淋口 10的形狀為孔或縫隙，噴淋口 10的數(shù)量可以根據(jù)腔體的大小設計不同的數(shù)量，噴淋口 10的分布方式為圓周分布或陣列分布或散布，反應氣體C從反應腔進氣口 3進入上緩沖腔7，然后經(jīng)由噴淋口 10沿垂直方向流向載片臺11，通過垂直噴淋流來補償徑向輻射流在載片臺11上的反應物的消耗，形成在載片臺11上反應物濃度均勻的層流。在緩沖擋板7和噴淋上蓋M上分別開有小孔，并通過小孔焊接一根殘余氣體排放管路13，殘余氣體排放管路13、14與尾氣管路15通過三通接口匯合后與抽除尾氣的真空泵23的進氣口連接。由于生產(chǎn)過程中反應腔要經(jīng)常開啟，即反應腔上部蓋118會脫離反應腔下部19向上運動，故殘余氣體排放管路14采用波紋管進行體外連接。另外一種方案就是排氣管路設計為反應腔下部到反應腔上部的從下到上的通路，在反應腔上部與反應腔下部的動密封處20，設計一個排放管路接口動密封25。在殘余氣體排放管路中安裝有一個控制閥22，當需要清除反應腔中的殘余氣體時即可打開此控制閥22，使殘余氣體通過殘余氣體排放管路13、14迅速排放出去。為了避免殘余氣體抽出對反應腔體內(nèi)流場的影響，保證載片臺11上流場的穩(wěn)定，在排氣的同時對上緩沖腔7進行載氣的補充。在上緩沖腔7內(nèi)設置一個緩沖氣體壓力檢測表21，從控制上可以通過21來檢測緩沖腔內(nèi)的壓力，并通過PID(比例-積分-微分控制器)控制來調(diào)節(jié)控制閥22與補充載氣的流量，從而保證壓力和流量的穩(wěn)定。通過在上緩沖腔7內(nèi)的載氣的補充，保持緩沖腔內(nèi)的壓力不變，這樣在清除殘余氣體的同時，保證了載片臺11上的流場的不變。這樣可以極大地清除反應腔中存在的殘余反應氣體，從而可提高界面的陡峭性。當生長單層材料時，關閉控制閥21，反應氣體在載片臺11混合發(fā)生反應，多余的氣體則通過尾氣管路15由抽除尾氣的真空泵23抽走。當由生長某一種材料過渡到生長另一種材料時，由軟件自動實現(xiàn)快速打開控制閥21，反應氣體不經(jīng)過載片臺11，直接通過殘余氣體排放管路13、14由抽除尾氣的真空泵23抽走。實施例二實施例二與實施例一相同，所不同的是殘余氣體排放管路14通過反應腔下部19 引入，在反應腔上部18和反應腔下部19之間通過排放管路接口動密封25實現(xiàn)管路的連接，參見圖2。
權利要求
1.一種快速清除殘余反應氣體的金屬有機物化學氣相沉積反應腔體，包括反映腔進氣口、反應腔進氣管道、上緩沖腔、下緩沖腔、噴淋口、緩沖擋板、載片臺、加熱組件、殘余氣體排放管路、尾氣管路、控制閥、緩沖腔壓力檢測表、抽除尾氣的真空泵，反應腔進氣管道為多路進氣管道，緩沖腔設置在反應腔上部，緩沖腔內(nèi)設有緩沖擋板，一部分反應氣體經(jīng)反應腔進氣管道進入緩沖腔經(jīng)噴淋口流出，流出的方向與載片臺垂直，一部分反應氣體經(jīng)反應腔進氣管道直接進入反映腔，在載片臺上形成徑向流動，反應腔內(nèi)設有尾氣管路，其特征在于所述緩沖腔內(nèi)設有殘余氣體排氣管路，殘余氣體排放管路與反應腔的尾氣管路通過接頭匯合成一條管路與抽除尾氣的真空泵相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的快速清除殘余反應氣體的金屬有機物化學氣相沉積反應腔體，其特征在于所述殘余氣體排放管路中設有一控制閥。
3.根據(jù)權利要求1所述的快速清除殘余反應氣體的金屬有機物化學氣相沉積反應腔體，其特征在于所述上緩沖腔內(nèi)設置了一緩沖腔壓力檢測表。
4.根據(jù)權利要求1所述的快速清除殘余反應氣體的金屬有機物化學氣相沉積反應腔體，其特征在于所述反應腔進氣管道為多路進氣管道，一部分反應氣體經(jīng)反應腔進氣管道進入上緩沖腔與下緩沖腔經(jīng)噴淋口流出，流出的方向垂直載片臺，一部分反應氣體經(jīng)反應腔進氣管道直接進入反映腔，在載片臺上形成徑向流動。
5.根據(jù)權利要求1所述的快速清除殘余反應氣體的金屬有機物化學氣相沉積反應腔體，其特征在于所述殘余氣體排放管路經(jīng)反應腔下部引入，在反應腔下部與上部之間經(jīng)排氣管道接口動密封實現(xiàn)管路的連接。
全文摘要
快速清除殘余反應氣體的金屬有機物化學氣相沉積反應腔體，包括反應腔進氣口、反應腔進氣管道、上緩沖腔、下緩沖腔、噴淋口、載片臺、加熱組件、殘余氣體排放管路、尾氣管路、控制閥、緩沖腔壓力檢測表、真空泵，反應腔進氣管道為多路進氣管道，載片臺的上部設有反應氣體噴淋口。反應腔體內(nèi)設有尾氣管路，緩沖腔內(nèi)設有殘余氣體排氣管路，殘余氣體排放管路與反應腔的尾氣管路通過接頭匯合成一條管路與抽除尾氣的真空泵相連。本發(fā)明的優(yōu)點是能夠在氣相沉積反應腔體內(nèi)快速清除殘余氣體，利用氣相沉積反應腔體的抽氣真空泵和部分尾氣管路來排放殘余氣體，使得不同外延層薄膜之間的界面陡峭，提高設備的性能。
文檔編號C23C16/44GK102383106SQ20101027245
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權日2010年9月3日
發(fā)明者甘志銀 申請人:甘志銀