專利名稱：一種mocvd設(shè)備及其進(jìn)氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化學(xué)氣相沉積設(shè)備，特別涉及到化學(xué)氣相沉積設(shè)備中的進(jìn)氣裝置。
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相沉積設(shè)備例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備是生產(chǎn)半導(dǎo)體光電器件的核心設(shè)備之一，其中MOCVD設(shè)備主要用來生產(chǎn)外延片，在外延片生產(chǎn)過程中，反應(yīng)氣體被導(dǎo)入反應(yīng)腔并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而沉積或外延生長出晶體結(jié)構(gòu)薄膜。目前MOCVD設(shè)備生產(chǎn)外延片主要存在的問題包括工藝穩(wěn)定性差，生產(chǎn)產(chǎn)品良率過低，連續(xù)化生產(chǎn)過程不能實(shí)現(xiàn)有效的重復(fù)生產(chǎn)等。究其原因，主要為生產(chǎn)過程中的反應(yīng)副產(chǎn)物會影響光學(xué)測量效果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和工藝的穩(wěn)定性。為克服上 述問題，目前MOCVD設(shè)備中常用的思路是減少反應(yīng)副產(chǎn)物的生成，例如現(xiàn)有的一種方法通過加大載氣(carrier gas)總量,減少紊流現(xiàn)象的出現(xiàn)進(jìn)而減少副反應(yīng)的進(jìn)行，這樣就能減少反應(yīng)副產(chǎn)物的生成，避免或者延緩腔體環(huán)境的變化，但是這種辦法會降低反應(yīng)氣體的實(shí)際利用率，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。另一種可供選擇的方案是改變腔體的設(shè)計(jì)模式，在反應(yīng)副產(chǎn)物附著在腔體內(nèi)時(shí)及時(shí)地去除掉反應(yīng)副產(chǎn)物，例如通過離子轟擊的辦法去除反應(yīng)副產(chǎn)物，但是該方案一方面增加了腔體設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，另一方面可能會引入額外的化學(xué)氣體改變晶體原有生長條件。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種適用于MOCVD設(shè)備的進(jìn)氣裝置以及包含有該進(jìn)氣裝置的MOCVD設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光學(xué)測量環(huán)境和穩(wěn)定的工藝溫場環(huán)境，降低腔體環(huán)境改變對生產(chǎn)帶來的影響，提高爐次間的設(shè)備工藝穩(wěn)定性。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種適用于MOCVD設(shè)備的進(jìn)氣裝置，用于輸送至少兩種反應(yīng)氣體進(jìn)入該MOCVD設(shè)備的反應(yīng)腔中，所述進(jìn)氣裝置的下表面上設(shè)有表面處理層。所述表面處理層為對進(jìn)氣裝置下表面預(yù)先進(jìn)行表面處理而得到的表面結(jié)構(gòu)層；優(yōu)選地，該表面處理層為耐100-700攝氏度高溫及耐化學(xué)腐蝕的表面結(jié)構(gòu)層。所述表面處理層為改變進(jìn)氣裝置下表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層。在一些不同實(shí)施例中，所述改變進(jìn)氣裝置下表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層為熱處理層或化學(xué)處理層或結(jié)構(gòu)處理層。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述改變腔體內(nèi)壁表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層為吸光涂層，特別地，該吸光涂層為吸收可見光和紅外光的涂層。所述吸光涂層的厚度小于2毫米。可選地，所述吸光涂層是無機(jī)吸光涂層，或金屬吸光涂層，或復(fù)合材料吸光涂層。可選地，所述進(jìn)氣裝置為不銹鋼噴淋頭。[0014]所述進(jìn)氣裝置下表面上設(shè)有多個(gè)釋放反應(yīng)氣體的噴氣口，所述表面處理層上還相應(yīng)的設(shè)有多個(gè)和噴氣口形狀相匹配的開口。本實(shí)用新型的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種MOCVD設(shè)備，包括上述進(jìn)氣裝置、反應(yīng)腔、位于所述反應(yīng)腔中的托盤、位于所述托盤下方的加熱器、驅(qū)動所述托盤旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，其中所述進(jìn)氣裝置位于所述反應(yīng)腔頂部。可選地，腔體內(nèi)的側(cè)壁還設(shè)有對該側(cè)壁預(yù)先進(jìn)行表面處理而得到的表面處理層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型中MOCVD設(shè)備的進(jìn)氣裝置下表面設(shè)有表面處理層，進(jìn)一步地，該表面處理層為對進(jìn)氣裝置下表面預(yù)先進(jìn)行表面處理而得到的耐高溫(具體可以為100-700°C)及耐化學(xué)腐蝕的表面結(jié)構(gòu)層，例如與實(shí)際生產(chǎn)后的附著層的性質(zhì)相類似的吸光涂層，或者熱處理層，或化學(xué)處理層，或結(jié)構(gòu)處理層等，表面處理層的存在能夠提高光學(xué)測量環(huán)境和反應(yīng)腔內(nèi)工藝溫場環(huán)境的穩(wěn)定性，使得MOCVD設(shè)備在連續(xù)運(yùn)行情況下光學(xué)測量結(jié)果仍能保持較高的準(zhǔn)確度和一致性，進(jìn)而能夠保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和爐次間的設(shè)備工藝穩(wěn)定性，降低腔體環(huán)境改變對生產(chǎn)帶來的影響，并提高生產(chǎn)的良品率，降低生產(chǎn)成本。

圖1是本實(shí)用新型中MOCVD設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型中表面處理層位于進(jìn)氣裝置的下表面時(shí)的示意圖；圖3是圖2中表面處理層的開口與進(jìn)氣裝置的噴氣口對應(yīng)布置的示意圖。
具體實(shí)施方式
本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)MOCVD設(shè)備中進(jìn)氣裝置的下表面一般未做有效處理，在生產(chǎn)外延片的過程中，隨著生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，在不同爐次之間，MOCVD設(shè)備內(nèi)腔體的環(huán)境會不斷發(fā)生變化，并表現(xiàn)出不 同的光學(xué)特性和溫場環(huán)境特征，而外延片生產(chǎn)過程中需要根據(jù)光學(xué)測量結(jié)果來對生產(chǎn)過程進(jìn)行有機(jī)調(diào)控，在光學(xué)測量效果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性得不到保證的情況下，工藝的穩(wěn)定性也會受到不利影響。具體地，在外延片生產(chǎn)過程中生成的反應(yīng)副產(chǎn)物在原本光亮進(jìn)氣裝置下表面會形成附著層，而該附著層會對反應(yīng)腔內(nèi)的熱輻射產(chǎn)生影響，進(jìn)氣裝置下表面對光的吸收能力也會發(fā)生變化，進(jìn)而影響光學(xué)測試的準(zhǔn)確性，例如托盤表面溫度的真實(shí)性和準(zhǔn)確性會受到影響；而且隨著生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，進(jìn)氣裝置下表面的附著層對于腔內(nèi)熱能輻射的影響也會相應(yīng)發(fā)生改變，光學(xué)測量結(jié)果可能會發(fā)生波動而難以穩(wěn)定下來，進(jìn)而影響后續(xù)的有機(jī)調(diào)控，導(dǎo)致工藝的穩(wěn)定性下降。因此，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光學(xué)測量環(huán)境和穩(wěn)定的工藝溫場環(huán)境是保證MOCVD設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和工藝穩(wěn)定性的最關(guān)鍵因素之一。此外，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的MOCVD設(shè)備中進(jìn)氣裝置下表面由于缺乏有效保護(hù)，在進(jìn)行維護(hù)(如化學(xué)液中浸泡清洗)時(shí)其表面容易受到破壞，從而在維護(hù)后再次使用時(shí)影響工藝的恢復(fù)和穩(wěn)定運(yùn)行。如圖1所示，本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供了一種適用于MOCVD設(shè)備的進(jìn)氣裝置30，該進(jìn)氣裝置30的下表面上設(shè)有表面處理層20，即進(jìn)氣裝置面向托盤40的底面上設(shè)有表面處理層。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以通過預(yù)先對進(jìn)氣裝置下表面進(jìn)行合適有效的表面處理，例如增加涂層、熱處理、化學(xué)處理或結(jié)構(gòu)處理等，從而在進(jìn)氣裝置的下表面形成表面處理層20。優(yōu)選地，表面處理層20具有耐高溫及耐化學(xué)腐蝕等穩(wěn)定特性，從而能使MOCVD設(shè)備中反應(yīng)腔10的腔內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定地保持相應(yīng)的特性，例如保持穩(wěn)定的光學(xué)測量環(huán)境和穩(wěn)定的工藝溫場環(huán)境，有助于實(shí)現(xiàn)并保持工藝的穩(wěn)定性。此外，在對進(jìn)氣裝置進(jìn)行維護(hù)時(shí)，由于表面處理層的存在，有效保護(hù)了進(jìn)氣裝置，有利于后續(xù)再次使用時(shí)工藝的恢復(fù)和穩(wěn)定運(yùn)行?？紤]到MOCVD設(shè)備運(yùn)行的特點(diǎn)，本實(shí)施例中表面處理層20至少可以承受IOO0C _700°C范圍內(nèi)的高溫。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，進(jìn)氣裝置可以是噴淋頭或者其他輸送反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)腔的裝置。相應(yīng)地，進(jìn)氣裝置的下表面設(shè)有多個(gè)釋放不同反應(yīng)氣體的噴氣口。以噴淋頭為例進(jìn)行說明，該進(jìn)氣裝置30可以輸送至少兩種反應(yīng)氣體。優(yōu)選地，本實(shí)施例中噴淋頭30為不銹鋼材質(zhì)。在一種可選方案中，設(shè)于進(jìn)氣裝置下表面上的表面處理層20為改變進(jìn)氣裝置下表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層。優(yōu)選地，該改變進(jìn)氣裝置下表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層可以為吸光涂層，例如吸收可見光和紅外光的涂層。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，吸光涂層可以采用類似于反應(yīng)副產(chǎn)物的材料。即，通過預(yù)先表面處理，在進(jìn)氣裝置30的下表面進(jìn)行涂敷以得到一層類似于反應(yīng)副產(chǎn)物的吸光涂層，該吸光涂層起到與反應(yīng)副產(chǎn)物類似的效果，例如減少熱輻射和減少光反射。通過在進(jìn)氣裝置下表面設(shè)有減少熱輻射和減少光反射的吸光涂層，本實(shí)施例中的MOCVD設(shè)備的腔內(nèi)環(huán)境相當(dāng)于傳統(tǒng)MOCVD設(shè)備經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)后的腔內(nèi)環(huán)境，由于吸光涂層的形態(tài)不會輕易發(fā)生改變，因此本實(shí)施例中MOCVD設(shè)備腔內(nèi)環(huán)境(例如光學(xué)測量環(huán)境和工藝溫場環(huán)境)穩(wěn)定，經(jīng)過多個(gè)爐次的連續(xù)生產(chǎn)后，光學(xué)測量效果仍能保持較高的準(zhǔn)確性和一致性?？蛇x地，該吸光涂層的材料可以是無機(jī)吸光涂層例如石英或碳化硅，或者是金屬吸光涂層，或者復(fù)合材料吸光涂層。在具體應(yīng)用時(shí)，吸光涂層的厚度小于2毫米，通常具體的厚度與材料成分相關(guān)。具體如何涂敷吸光涂層至進(jìn)氣裝置下表面的表面處理技術(shù)已為現(xiàn)有技術(shù)所揭示，例如氣相沉積法實(shí)現(xiàn)，此處不做詳細(xì)介紹。除上述方案外，經(jīng)由其他一些表面處理的辦法包括熱處理、化學(xué)處理或結(jié)構(gòu)處理，可以在進(jìn)氣裝置下表面上相應(yīng)地形成熱處理層、化學(xué)處理層或結(jié)構(gòu)處理層等改變進(jìn)氣裝置下表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層。因此在其他一些可選的實(shí)施例中，MOCVD設(shè)備的進(jìn)氣裝置下表面上設(shè)有的改變下表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層可以是熱處理層，化學(xué)處理層或結(jié)構(gòu)處理層，進(jìn)一步地，表面處理層20具有耐高溫(例如100-70(TC)及耐化學(xué)腐蝕的特性。具體地，上述實(shí)施例中化學(xué)處理層或者熱處理層或結(jié)構(gòu)處理層，由在進(jìn)氣裝置下表面上預(yù)先進(jìn)行表面處理例如化學(xué)處理或熱處理或結(jié)構(gòu)處理得到，并能夠起到隔離熱場和維持熱場穩(wěn)定的效果；具體的化學(xué)處理或熱處理或結(jié)構(gòu)處理均已被現(xiàn)有技術(shù)所揭示，此處不再敘述。如圖1所示，在另一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型中還進(jìn)一步提供一種MOCVD設(shè)備，本實(shí)施例提供的MOCVD設(shè)備，至少包括反應(yīng)腔10、位于反應(yīng)腔10中的托盤40、位于托盤40下方的加熱器50、驅(qū)動托盤40旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸60，以及位于反應(yīng)腔10頂部的進(jìn)氣裝置30，其中進(jìn)氣裝置可以是上述任意一個(gè)實(shí)施例中所描述的進(jìn)氣裝置。不同的反應(yīng)氣體例如至少兩種反應(yīng)氣體從進(jìn)氣裝置30中輸送至反應(yīng)腔10，在托盤40上方附近發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而生成外延材料層，在具體實(shí) 現(xiàn)時(shí)，進(jìn)氣裝置30可以是噴淋頭或其他形式，本實(shí)施例對此不作限定。[0033]本實(shí)施例中，進(jìn)氣裝置30下表面設(shè)有表面處理層,例如吸收可見光和紅外光的吸光涂層，進(jìn)一步地，該表面處理層20耐高溫及耐化學(xué)腐蝕，進(jìn)氣裝置30下表面上的表面處理層2的形成能夠保證腔體10內(nèi)光學(xué)測量環(huán)境和反應(yīng)腔內(nèi)溫場環(huán)境的穩(wěn)定性，降低光學(xué)測量例如光學(xué)測溫、反射率測量所受的影響，使得光學(xué)測量結(jié)果在MOCVD設(shè)備連續(xù)運(yùn)行情況下仍能保持較高的準(zhǔn)確度和一致性，實(shí)現(xiàn)MOCVD設(shè)備穩(wěn)定的運(yùn)行和爐次間的設(shè)備工藝穩(wěn)定性。進(jìn)一步地，本實(shí)施例中除進(jìn)氣裝置下表面上設(shè)有表面處理層20外(圖2)，在反應(yīng)腔10的內(nèi)壁(例如側(cè)壁12)上也可以設(shè)有表面處理層(圖1)，側(cè)壁上的表面處理層可以通過對腔體內(nèi)的側(cè)壁預(yù)先進(jìn)行表面處理而得到，其形成、性質(zhì)及作用等和進(jìn)氣裝置下表面上的表面處理層基本相似，具體可以參見前述實(shí)施例中對進(jìn)氣裝置下表面上表面處理層的描述。通過在側(cè)壁設(shè)置表面處理層，可以更好地保持MOCVD設(shè)備腔內(nèi)環(huán)境(例如光學(xué)測量環(huán)境和工藝溫場環(huán)境)的穩(wěn)定性。如圖3所示，為了能夠清楚地表示進(jìn)氣裝置及表面處理層之間的對應(yīng)關(guān)系，本申請一個(gè)實(shí)施例提供了表面處理層20 (例如吸光涂層)和進(jìn)氣裝置30相分離后的示意圖。由于進(jìn)氣裝置30的下表面上設(shè)有多個(gè)釋放不同反應(yīng)氣體的噴氣口 31，因而該表面處理層上還相應(yīng)的設(shè)有多個(gè)和噴氣口 31形狀相匹配的開口 21，以保證反應(yīng)氣體順利進(jìn)入反應(yīng)腔中。綜上所述，本實(shí)用新型提供的MOCVD設(shè)備在連續(xù)運(yùn)行情況下，光學(xué)測量結(jié)果仍能保持較高的準(zhǔn)確度和一致性，從而保證爐次間的設(shè)備工藝穩(wěn)定性。盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實(shí)用新型的限制。凡是在原來的反應(yīng)腔體內(nèi)壁通過涂敷或者通過其他途徑，形成具有穩(wěn)定特性的表面處理層的反應(yīng)腔的方案均在本方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述 內(nèi)容后，對于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求1.一種適用于MOCVD設(shè)備的進(jìn)氣裝置，用于輸送至少兩種反應(yīng)氣體進(jìn)入該MOCVD設(shè)備的反應(yīng)腔中，其特征在于，所述進(jìn)氣裝置的下表面上設(shè)有表面處理層。
2.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述表面處理層為對進(jìn)氣裝置下表面預(yù)先進(jìn)行表面處理而得到的表面結(jié)構(gòu)層。
3.如權(quán)利要求2所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述表面處理層為耐高溫及耐化學(xué)腐蝕的表面結(jié)構(gòu)層，其中高溫指100-700攝氏度。
4.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述表面處理層為改變進(jìn)氣裝置下表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層。
5.如權(quán)利要求4所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述改變進(jìn)氣裝置下表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層為熱處理層或化學(xué)處理層或結(jié)構(gòu)處理層。
6.如權(quán)利要求4所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述改變進(jìn)氣裝置下表面光學(xué)特性的表面結(jié)構(gòu)層為吸光涂層。
7.如權(quán)利要求6所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述吸光涂層為吸收可見光和紅外光的涂層。
8.如權(quán)利要求6所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述吸光涂層是無機(jī)吸光涂層，或金屬吸光涂層，或復(fù)合材料吸光涂層。
9.如權(quán)利要求6所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述吸光涂層的厚度小于2毫米。
10.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣裝置為不銹鋼噴淋頭。
11.如權(quán)利要求1所述的進(jìn)氣裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣裝置下表面上設(shè)有多個(gè)釋放反應(yīng)氣體的噴氣口， 所述表面處理層上還相應(yīng)的設(shè)有多個(gè)和噴氣口形狀相匹配的開口。
12.—種MOCVD設(shè)備，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-11中任意一項(xiàng)所述的進(jìn)氣裝置，以及反應(yīng)腔、位于所述反應(yīng)腔中的托盤、位于所述托盤下方的加熱器、驅(qū)動所述托盤旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，其中所述進(jìn)氣裝置位于所述反應(yīng)腔的頂部。
13.如權(quán)利要求12所述的MOCVD設(shè)備，其特征在于，所述腔體內(nèi)的側(cè)壁還設(shè)有對該側(cè)壁預(yù)先進(jìn)行表面處理而得到的表面處理層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種MOCVD設(shè)備及其中的進(jìn)氣裝置，通過在進(jìn)氣裝置的下表面預(yù)先進(jìn)行表面處理，形成耐高溫及耐化學(xué)腐蝕的表面處理層，例如是與實(shí)際生產(chǎn)后的附著層的性質(zhì)相類似的吸光涂層，或者熱處理層，或化學(xué)處理層，或結(jié)構(gòu)處理層等，這些表面處理層的形成能夠提高光學(xué)測量環(huán)境和反應(yīng)腔內(nèi)溫場環(huán)境的穩(wěn)定性，使得MOCVD設(shè)備在連續(xù)運(yùn)行情況下，光學(xué)測量結(jié)果仍能保持較高的準(zhǔn)確度和一致性，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)MOCVD設(shè)備穩(wěn)定的運(yùn)行，保證爐次間的設(shè)備工藝穩(wěn)定性，從而降低腔體環(huán)境改變對生產(chǎn)帶來的影響，提高生產(chǎn)的良品率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C23C16/455GK203080063SQ20132003229
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者徐春陽, 陳凱輝, 金小亮, 馬法君, 趙輝, 任立, 李淼, 王國斌, 鞏前程, 金文彬, 施建新, 張偉 申請人:中晟光電設(shè)備(上海)有限公司