金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体

摘要

金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，主要包括反应气体进气管道、反应气体缓冲腔、喷淋口、石墨舟、基座、基座支撑架、排气口和腔体外壳，所述反应气体A从反应腔体顶端接入，进入反应腔体后沿基座形成水平方向的层流扩散，反应气体B进气管道同轴包裹在反应气体A进气管道外表，伸入反应腔体后向水平方向沿伸，末端设有反应气体缓冲腔及竖直方向的喷淋口，基座安装在基座支撑架之上，排气口设置在反应腔体的底部，石墨舟嵌装在基座上。本发明的优点是缓冲腔的结构使反应气体进入反应腔后形成水平气流，减弱了竖直喷淋气流的反弹回流并减轻反应气体局部湍流，反应腔体设计具有可扩展性。

权利要求

1.一种金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，主要包括：反应气体A进气管道(1)、反应气体B进气管道(2)、反应气体缓冲腔(3或3’)、喷淋口(4)、石墨舟(5)、基座(6)、基座支撑架(7)、排气口(8)和腔体外壳(9)，其特征在于所述反应气体A进气管道(1)从反应腔体顶端接入，基座(6)设置在其下方，反应气体B进气管道(2)同轴包裹在反应气体A进气管道(1)外表，伸入反应腔体后向水平方向沿伸，反应气体B进气管道(2)的末端设有反应气体缓冲腔(3)及竖直方向的喷淋口(4)，喷淋口(4)到基座(6)上表面反应面的距离可以根据喷淋口的喷口分布以及气体流速进行选择从而使材料生长的厚度均匀，基座(6)安装在基座支撑架(7)之上，排气口(8)设置在反应腔体的底部，石墨舟(5)嵌装在基座(6)上。

2.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述反应气体B进气管道(2)末端的喷淋口(4)的分布是周分布。

3.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述反应气体B进气管道(2)末端的喷淋口(4)的分布是均匀分布。

4.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述反应气体B进气管道(2)末端的喷淋口(4)的分布是阵列分布。

5.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述反应气体B进气管道(2)末端的喷淋口(4)的分布是散布。

6.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述反应气体B进气管道(2)末端的喷淋口(4)为一组小孔喷淋嘴或者为一组管状的喷淋嘴或者为一组环状缝隙的喷淋嘴。

7.根据权利要求1所述的一种金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述反应气体缓冲腔(3)的末端为封闭结构或制成向下沿伸末端开口的反应气体缓冲腔(3’)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气相沉积设备，特别涉及一种金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体。

技术背景

金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical VaporDeposition，简称：MOCVD)技术集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料、光电子专用设备。MOCVD是一种非平衡生长技术，其工作机理是通过源气体传输，使得III族烷基化合物(TMGa、TMIn、TMAl、二茂镁等)与V族氢化物(AsH3、PH3、NH3等)在反应腔内的衬底上进行热裂解反应。使外延材料的生长速率比较适中，可较精确地控制膜厚。它的组分和生长速率均由各种不同成分的气流和精确控制的源流量决定的。MOCVD作为化合物半导体材料外延生长的理想方法，具有质量高、稳定性好、重复性好、工艺灵活、能规模化量产等特点，已经成为业界生产半导体光电器件和微波器件的关键核心设备，具有广阔的应用前景和产业化价值。

反应腔体是整个MOCVD设备最核心的部分，决定了整个设备的性能。而腔体的几何结构和尺寸是影响沉积性能的首要因素，因为其直接影响气体在腔体内的流动行为，以及反应气体的输运和扩散方式。

由于上述的背景，寻找一种更为优秀的气体配送方案是科研人员、设备设计制造人员一直在探索的课题。就目前现有的两种典型的设计来看，一种是行星式反应腔，另一种是喷淋式反应腔，两者都有各自的优点，但也有其腔体设计所固有的缺点。

发明内容

本发明的目的针对已有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体。本发明主要包括：反应气体A进气管道(1)、反应气体B进气管道(2)、反应气体缓冲腔(3或3’)、喷淋口(4)、石墨舟(5)、基座(6)、基座支撑架(7)、排气口(8)和腔体外壳(9)，其特征在于所述反应气体A进气管道(1)采用从反应腔体顶端接入，基座(6)设置在其下方，使气体A进入反应腔体后沿基座(6)形成水平方向的层流扩散，反应气体B进气管道(2)同轴包裹在反应气体A进气管道(1)外表，伸入反应腔体后向水平方向沿伸，反应气体B进气管道(2)的末端设有反应气体缓冲腔(3)及竖直方向的喷淋口(4)，喷淋口(4)到基座(6)上表面的反应面的距离可以根据喷淋口的喷口分布以及气体流速进行选择，使材料生长的厚度均匀。反应气体B进气管道(2)末端的喷淋口(4)的分布是周分布或均匀分布或阵列分布或散布。反应气体B进气管道(2)末端的喷淋口(4)为一组小孔喷淋嘴或者为一组管状的喷淋嘴或者为一组环状缝隙的喷淋嘴。反应气体缓冲腔(3)的末端为封闭结构或制成向下沿伸末端开口的反应气体缓冲腔(3’)。基座(6)安装在基座支撑架(7)之上，排气口(8)设置在反应腔体的底部，石墨舟(5)嵌装在基座(6)上。
当反应气体A从中心进气管道进入反应腔后，从中心沿周向水平的向四周流动，反应气体B从另一进气管道进入缓冲腔，然后由缓冲腔下端的小孔喷淋下来，与反应气体A结合在基座的上方均匀的分布，由于水平气流的带动，大大减弱了竖直喷淋气流的反弹回流。
本发明的优点是喷淋口与反应面的距离可根据材料生长的厚度及其特性调节，缓冲腔的结构使反应气体进入反应腔后形成水平气流，减弱了竖直喷淋气流的反弹回流并减轻反应气体局部湍流，反应腔体设计具有可扩展性，反应腔体的尺寸可根据要求容易的改变，减低制造成本。

附图说明

图1本发明的反应腔体结构示意图；
图2本发明的缓冲腔末端开口的反应腔体结构示意图。
1反应气体A进气管道、2反应气体B进气管道、3反应气体缓冲腔、3’反应气体缓冲腔、4喷淋口、5石墨舟、6基座、7基座支撑架、8排气口、9腔体外壳

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：
参见图1，反应气体A进气管道1、反应气体B进气管道2、反应气体缓冲腔3或3’、喷淋口4、石墨舟5、基座6、基座支撑架7、排气口8和反应腔体外壳9，反应气体B从进气管道2进入到缓冲腔3或3’内，接着从喷淋口4喷出，石墨舟5直接嵌套在基座6上，反应后的废气从与废气处理装置连通的排气口8排出。反应气体缓冲腔3位于基座6的上方，根据材料生长的厚度及其特性，调节二者间的距离，以优化材料外延生长。
喷淋口4到基座6上表面的反应面的距离可以根据喷淋口的喷口分布以及气体流速进行选择，使材料生长的厚度均匀，在设计事例中距离是固定在优化设计的位置上，实际上在结构中可以加入调节机构来动态调节喷淋口4或基座6的上下位置来动态的调节距离，可以使反应腔能在不同的工艺状态下都能达到最佳优化状态。反应气体缓冲腔3下部的喷淋口4为一组小孔喷淋嘴或者为一组管状的喷淋嘴或者为一组环状缝隙的喷淋嘴。喷淋口的数量可以较多也可以较少，依气体流速而定；喷淋管的分布可以是周分布，均匀分布，也可以是阵列分布或散布的。
为了优化竖直喷淋气体的流动状态，反应气体缓冲腔的末端可以是封闭的，如图1所示。或缓冲腔的末端为开口结构3’，如图2所示。缓冲腔的末端开口的孔径根据设计反应气体的流量及压强确定。
由于该反应腔体设计方案可以在基底上形成良好的层流状态和均匀的反应气体分布，故基底可以不旋转或低速旋转。
衬底材料放置在石墨舟上，其所在基底的平面上的相当大的区域都能拥有极其均匀反应气体分布，不需要使用旋转或采用较低转速的基底和衬底就能均匀的外延生长。水平层流和竖直喷淋相结合的气流流场也大大减弱了喷淋气体反弹回流造成的局部湍流，这样不仅提高了反应气体分布的均匀性、解决了颗粒附着的清洗问题，同时也使生长界面更加陡峭。