多反应腔金属有机物化学气相沉积设备

摘要

一种多反应腔金属有机物化学气相沉积设备，包括：气体输运系统、反应腔、尾气处理系统、加热器、取送片机构，其特征在于设备具有两个或两个以上的反应腔，每个反应腔之间分别由气体输运系统实现相互连接，设备设有一个尾气处理装置，每个反应腔与尾气处理装置的连接，管路中设有一个控制阀，反应腔安装在手套箱里面，手套箱之间设有取送片机构，两端各设有一阀门，每一个反应腔都设有一加热器。本发明的优点是该设备具有多个反应腔体，能一次完成多种工艺制造，进行由一种生长工艺结束后切换到另一项生长工艺，节约加工的时间、能源，提高效率，又降低成本提高产品的质量。

权利要求

1.一种多反应腔金属有机物化学气相沉积设备，包括：气体输运系统、反应腔、尾气处理系统、加热器、取送片机构，尾气处理系统由控制阀、尾气管路、真空泵、尾气处理装置组成，其特征在于：设备具有两个或两个以上的反应腔，每个反应腔之间分别由气体输运系统实现相互连接，每个反应腔经连接管与尾气处理装置的入口连接，每个反应腔与尾气处理装置的连接管路中设有一个可调节流量的控制阀，反应腔安装在手套箱里面，手套箱与手套箱之间设有取送片机构，取送片机构两端各设有一阀门，每一个反应腔都设有一套独立的加热器，所述取送片机构为机械手，手套箱之间由取送片机构互相连接，石墨盘由机械手在手套箱之间转移，取送片机构两端均设有阀门，以保证取送片机构与手套箱的压力平衡及每一种生长工艺之间的切换。

说明书

多反应腔金属有机物化学气相沉积设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种半导体制造设备，特别涉及一种多反应腔金属有机物化学气相沉积设备。

背景技术

[0002] 金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical Deposition，简称MOCVD)是一种先进的气相外延技术，它集精密机械、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。其工作原理为反应气体通过载气携带经由气体输运系统带到反应腔，加热器为反应腔中的化学反应提供温度可靠的热边界条件，反应物在石墨盘上发生化学反应从而在晶圆片上沉积一层薄膜。薄膜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。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。

[0003] 目前市场上主流的MOCVD厂家主要有两家：德国的Aixtron和美国的VECCO。这两家的设备通常只有一个反应腔，不能同时进行多种工艺，由于生长不同层的薄膜时源的成分和流量不一样，所需的温度也不一样，这样当一种工艺完成后进行另一种工艺时，等待温度上升或下降的时间较长，从而造成较高的成本。例如，生长蓝光LED芯片材料时，所需的温度范围从200摄氏度到1300摄氏度，由于目前的加热器升降温速率一般都在几十度以内，如此大的温度范围使得不同工艺间的等待时间较长。

发明内容

[0004] 本发明针对已有技术中的不足，提出了一种新型的多反应腔金属有机物化学气相沉积设备，其能显著提高量产型MOCVD设备的生产效率。本发明包括：气体输运系统、反应腔、尾气处理装置、加热器、取送片机构，尾气处理系统由控制阀、尾气管路、真空泵、尾气处理装置组成，其特征在于：设备具有两个或两个以上的反应腔，每个反应腔之间分别由气体输运系统实现相互连接，所述设备设有一个尾气处理装置，每个反应腔经连接管与尾气处理装置的入口连接，每个反应腔与尾气处理装置的连接管路中设有一个可调节流量的控制阀，反应腔安装在手套箱里面，手套箱与手套箱之间设有取送片机构，取送片机构两端各设有一阀门，每一个反应腔都设有一套独立的加热器。

[0005] 每一个反应腔只做一种工艺，保持特定的流量和特定的温度。当第一种工艺完成后，利用取送片机构的机械手将石墨盘转移到第二个反应腔进行第二种工艺，此时第二个反应腔内的温度和源气体的流量已准备好，可以立即进行生长工艺。当第二种工艺完成后，再利用取送片机构的机械手将石墨盘转移到第三个反应腔进行第三种工艺，以此类推。

[0006] 本发明的优点是该设备具有多个反应腔体，能一次作业进行多种气相沉积工艺制造，根据不同的生长薄膜时源的成分和流量及温度，完成由一种生长工艺结束后进行另一项生长工艺的切换，既节约加工的时间、能源，提高了效率，又降低了生产成本提高产品的质量。

附图说明

[0007] 图1具有三个反应腔的金属有机物化学气相沉积设备的本发明的结构示意图；

[0008] 图2反应腔的结构示意图。

[0009] 图中：1源气体、2气体输运管路、3取送片机构的阀门、4取送片机构、5取送片机构的阀门、6取送片机构与环境端相连接的阀门、7反应腔、8尾气处理装置、9真空泵、10控制阀、11尾气管路、12阀门、13阀门、14气源钢瓶、15反应腔上盖、16石墨盘、17加热器、18反应腔下盖、19整流罩、a手套箱、b手套箱、c手套箱。

具体实施方式

[0010] 下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

[0011] 参见图1，本发明的设备具有两个或两个以上的反应腔7，每个反应腔7之间分别由气体输运系统实现相互连接，本实施例的设备具有三个反应腔7。三个反应腔7分别安装在手套箱a、手套箱b、手套箱c内，每个反应腔7由反应腔上盖15、石墨盘16、加热器17、反应腔下盖18、整流罩19组成。反应腔上盖15和反应腔下盖18为可分离式，满足机械手从反应腔7中转移石墨盘16，整流罩19为石英结构，可以起到保温作用，从而提高热利用率，参见图2。尾气处理系统由控制阀10、尾气管路11、真空泵9、尾气处理装置8组成，源气体1从气源钢瓶14中通过载气携带经气体输运管路2到达反应腔7中，反应后的尾气通过阀
10、尾气管路11、真空泵9由尾气处理装置8进行处理。取送片机构4为机械手，手套箱a、手套箱b、手套箱c由取送片机构4互相连接，石墨盘16依靠机械手在手套箱之间运载转移，取送片机构4两端各设有一取送片机构的阀门3、取送片机构的阀门5，以保证取送片机构4与手套箱的压力平衡及每一种生长工艺之间的切换。石墨盘16从手套箱a转移到手套箱b的过程为：两个相邻手套箱a手套箱b由取送片机构4连接，先打开手套箱a与取送片机构之间的阀门3，使取送片机构4内的压力与手套箱a内的压力平衡，把石墨盘16经机械手转移到取送片机构4中，然后关闭此阀门3，接着开启取送片机构与手套箱b的阀门5，使取送片机构4内的压力与手套箱b内的压力平衡，再把石墨盘16经机械手转移到手套箱b内，最后关闭此阀门5。这样即使相邻两个手套箱内的压力不相等也不会影响整个石墨盘
16的转移过程，增加了工艺范围。手套箱b和手套箱c的转移过程以此类推，也通过取送片机构4完成石墨盘16的转移，最后与大气环境相连。

[0012] 由于大气环境进入手套箱可能会对设备造成污染，所以要对取送片机构4内的气体进行净化处理，其过程如下：开启取送片机构4与环境端相连接的阀门6，放入石墨盘16后关闭取送片机构4与环境端相连接的阀门6，打开阀门12，对取送片机构4进行抽真空，然后关闭阀12同时打开阀13，使取送片机构4与反应腔a相通，从而使其压力平衡，再关闭阀13打开阀12进行抽真空，如此循环几次，直到取送片机构4中的气体达到净化要求。

[0013] 本实施例在生长InGaN/GaN结构时，第一步是在1050摄氏度左右生长n型GaN，第二步是生长多量子阱层(垒层的生长温度为850摄氏度左右，阱层的生长温度在750摄氏度左右)，第三步是在850摄氏度左右生长p型GaN。首先在第一个反应腔a里面生长n型GaN，温度由加热器控制在1050摄氏度左右；接着将石墨盘7转移到第二个反应腔b生长多量子阱，这时第一个反应腔可以放置装载有新的晶圆片的石墨盘进行n型GaN的生长；最后再将第二个反应腔b中生长完多量子阱结构的石墨盘转移到第三个反应腔c进行p型GaN的生长，温度由加热器控制在850摄氏度左右。

[0014] 本实施例的设备设有一个尾气处理装置8，每个反应腔7经尾气管路11与尾气处理装置8的入口连接，在尾气管路11上共用一个真空泵9，每个反应腔7与尾气处理装置的连接管路中设有一个可调节流量的控制阀10，反应腔7都设有一套独立的加热器17。保持真空泵的抽速不变，只需通过调节其控制阀10的开度即可调节各个反应腔内的压力，使其满足不同的工艺要求。