金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋组件及其气体分配的控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋组件及其气体分配的控制方法，所述气体喷淋组件包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元，所述气体分配单元为一体成型的单层结构，所述气体分配单元包括间隔设置的A型气体分配腔，B型气体分配腔和C型气体分配腔，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，且所述间隔设置在水平面与垂直面截面皆为连续迂回截面。本发明专利技术使得可以调节两种反应气体的气体分配腔的数量，在单一反应单元内实现了多种材料生长。本发明专利技术分配单元为一体成型的单层结构，避免了多层、多点焊接的复杂加工，极大降低了制造成本。

【技术实现步骤摘要】
金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋组件及其气体分配的控制方法
本专利技术涉及半导体薄膜的制备设备及制备工艺领域，本专利技术尤其涉及一种金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋组件及其气体分配的控制方法。
技术介绍
化学气相沉积(Chemicalvapordeposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，其通过化学气相沉积装置得以实现。具体地，CVD装置通过进气装置将反应气体通入反应室中，并控制反应室的压强、温度等反应条件，使得反应气体发生反应，从而完成沉积工艺步骤。化学气相沉积包含很多种类，如等离子体气相沉积(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition,PECVD)、低压化学气相沉积(LowPressureChemicalVaporDeposition,LPCVD)以及金属有机化学气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition,MOCVD)等，各个CVD方法分别适用于不同种类的薄膜固体材料的制备。MOCVD主要用于氮化镓、砷化镓、磷化铟等III-V族化合物半导体及合金的薄层单晶功能结构材料的制备，随着上述功能结构材料的应用范围不断扩大，MOCVD装置已经成为化学气相沉积装置的重要装置之一。MOCVD—般以III族金属有机源和V族氢化物源等作为反应气体，用氢气或氮气作为载气，以热分解反应方式在基片上进行气相外延生长，从而生长各种III-V族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。由于III族金属有机源和V族氢化物源的传输条件不同，因此需要通过不同的进气装置分别将III族金属有机源和V族氢化物源传输至基片上方。现有技术中的MOCVD装置一般包括：反应腔；位于所述反应腔顶部的气体喷淋组件，所述气体喷淋组件包括两个进气装置，所述两个进气装置分别将III族金属有机源和V族氢化物源传输至基片上方，所述气体喷淋组件具有排气面，所述排气面上具有排气孔，用于排出所述III族金属有机源和V族氢化物源；与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述基座具有加热单元，所述基座用于支撑和加热基片。对于单层的气体喷淋组件，其具有一系列气体分配腔，所述气体分配腔包含A型气体分配腔和B型气体分配腔，所述A型、B型气体分配腔间隔设置，分别用于收容III族金属有机源和V族氢化物源，收容于所述A型、B型气体分配腔中的两种反应气体经由所述排气面进入所述反应腔内，因而在所述排气面下方的反应腔内形成了间隔分布的两种气体区域，即III族金属有机源区和V族氢化物区。在两种气体区域的接触面上，III族金属有机源区和V族氢化物源具有一定程度的混合，如果所述III族金属有机源包含A1等反应活性较高的金属元素，所述反应腔内的温度就可以使所述III族金属有机源与V族氢化物源发生反应。两种反应气体在到达基片前提前发生反应会造成反应气体的浪费，也会造成最终沉积得到的薄膜中活性较高的金属元素含量的降低。当所述气体喷淋组件内的所述气体分配腔的总数较少，沉积AlGaN等含A1的半导体薄膜材料时，由于所述两种气体区域的接触面较少，两种反应气体在反应腔内的混合相对较少，因此提前发生寄生反应而损失掉的所述III族金属有机源气体也较少，最终在基片上沉积得到的薄膜的A1含量较高。如申请号为CN201280001823.5的中国专利申请提供的这类气体喷淋组件，其供气的反应腔里可生长A1含量可高达85％AlGaN的薄膜。然而在金属有机气相化学外延成膜过程中，同时有要求所述两种反应气体在反应腔内的混合均匀性相对高的工艺步骤，如生长InGaN/GaN多量子阱。In的组份均匀性是基于GaN的LED器件最重要的指标之一。生长InGaN层时，两种反应气体在反应腔内必须充分混合，而当气体喷淋组件内的所述气体分配腔的总数较少时，充分混合难以实现，因此气体喷淋组件内的所述气体分配腔的总数必须增加。综上所述，在MOCVD反应腔内连续进行外延成膜时需要一种气体喷淋组件，使得当沉积反应前体活性较高的薄膜材料时，在保证某一工艺中成膜时掺杂物均一性的同时，又能在另一工艺成膜时避免所述反应前体在到达基片之前提前发生反应，从而提高沉积得到的薄膜中反应活性较高的金属元素，如铝的含量。进一步说明，即同一喷淋组件内的所述两种气体分配腔的数量在不同工艺步骤间可以调节。另外现有多种气体分配腔的喷淋组件为多层结构，加工为多点焊接，通常要成千上万个焊接点，如由德国的艾克斯特朗(Aixtron)公司申请的申请号为CN200880019034的中国专利所公开的包含多个结构化盘的气体喷淋组件，或公开号为US20110186228美国专利所公开的气体喷淋组件。其加工极其复杂、昂贵，而后续维护成本高。因此需要一种简单的、低成本的、但又能实现多种气体分配腔的气体喷淋组件，如单层一体成型的气体喷淋组件。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种金属有机化学气相沉积装置、气体喷淋头及其气体分配的控制方法，使得在不同的工艺步骤间可以通过调节同一喷淋组件内的两种气体分配腔的数量，控制两种反应气体的分配比例和在反应腔内的分布区域，避免在沉积反应前体活性较高的薄膜材料时反应气体在到达基片之前提前发生寄生反应，从而在单一反应单元内实现多种材料的生长。本专利技术的另一目的在于提供一种气体喷淋组件，其具有简单、能实现多种气体分配的优点，并能避免在利用现有技术制造多层气体喷淋组件时多层、多点焊接的复杂工艺，降低制造成本。一种金属有机化学气相沉积装置，包括反应腔、位于所述反应腔顶部的气体喷淋组件以及与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述基座可以相对所述气体喷淋组件旋转，所述气体喷淋组件包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元，所述气体分配单元为一体成型的单层结构，所述气体分配单元的边缘有一圆环形气体缓冲区，所述气体缓冲区与所述第三进气管路连通，用以收容所述第三气体，所述气体分配单元包括A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔，所述A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔间隔设置，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔内安装有板部件，所述板部件具有排气孔，用于排出所述第一气体，所述气体分配单元具有排气面，所述排气面上具有一体成型的排气孔，用于排出所述第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔的数量或所述B型气体分配腔的数量可调节。现有技术涉及的金属有机化学气相沉积装置中的气体喷淋组件只有用于分配III族金属有机源和V族氢化物源这两种反应气体的两条进气管路气体，和与之对应的A型、B型气体分配腔，因而无法调节气体的分配比例。而本专利技术在其基础上增添了所述第三进气管路和对应的所述C型气体分配腔，所述C型气体分配腔可以用于分配III族金属有机源、V族氢化物源和载气中的任何一种，因而所述A型、B型气体分配腔的数量是可以调节的，进而可以控制所述两种反应气体的分配比例。当沉积反应前体活性较高的薄膜材料时，所述两种反应气体在所述反应腔内的分布区域也可以通过在C型气体分配腔内通入载气来调节，这避免了所述两种反应气体在到达基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属有机化学气相沉积装置，包括反应腔、位于所述反应腔顶部的气体喷淋组件以及与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述基座可以相对所述气体喷淋组件旋转，其特征在于，所述气体喷淋组件包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元，所述气体分配单元为一体成型的单层结构，所述气体分配单元包括A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔，所述A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔间隔设置，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔内安装有板部件，所述板部件具有排气孔，用于排出所述第一气体，所述气体分配单元具有排气面，所述排气面上具有一体成型的排气孔，用于排出所述第二气体和第三气体。

【技术特征摘要】
1.一种金属有机化学气相沉积装置，包括反应腔、位于所述反应腔顶部的气体喷淋组件以及与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述基座可以相对所述气体喷淋组件旋转，其特征在于，所述气体喷淋组件包括第一进气管路、第二进气管路和第三进气管路，用于分别将第一气体、第二气体和第三气体传输至气体分配单元，所述气体分配单元为一体成型的单层结构，所述气体分配单元的边缘有一圆环形气体缓冲区，所述气体缓冲区与所述第三进气管路连通，用以收容所述第三气体，所述气体分配单元包括A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔，所述A型气体分配腔、B型气体分配腔和C型气体分配腔间隔设置，分别用于分配所述第一气体、第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔内安装有板部件，所述板部件具有排气孔，用于排出所述第一气体，所述气体分配单元具有排气面，所述排气面上具有一体成型的排气孔，用于排出所述第二气体和第三气体，所述A型气体分配腔的数量或所述B型气体分配腔的数量可调节。2.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述气体分配单元远离基座的面具有圆形凹部，所述圆形凹部与所述第一进气管路连通，用以传输所述第一气体至所述A型气体分配腔。3.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述气体分配单元的中心有一环形槽道，所述环形槽道与所述B型气体分配腔连接，且与所述第二进气管路连通，用以传输所述第二气体至所述B型气体分配腔，所述环形槽道与所述A型、C型气体分配腔连接处有一隔板，用以隔绝所述第一、第二气体进入所述C型气体分配腔。4.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述气体缓冲区通过一狭缝与所述C型气体分配腔连通，所述第三气体经由所述狭缝进入所述C型气体分配腔。5.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述第一进气管路接IIIA族金属有机源，所述第二进气管路接VA族氢化物源，所述第三进气管路接VA族氢化物源或载气。6.如权利要求1所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述第一进气管路中接VA族氢化物源，所述第二进气管路接IIIA族金属有机源，所述第三进气管路接IIIA族金属有机源或载气。7.如权利要求5或6中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述IIIA族金属有机源包括气体Ga(CH3)3、In(CH3)3、Al(CH3)3、Ga(C2H5)3中的一种或多种。8.如权利要求5或6中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述VA族氢化物源包括气体NH3、PH3、AsH3中的一种或多种。9.如权利要求5或6中任一项所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述载气包括气体N2、H2、Ar中的一种或多种。10.如权利要求9所述的金属有机化学气相沉积装置，其特征在于，所述第一、第二及第三进气管路均设置有气体流量计，用以控制所述第一、第二和第三进气管路中气体的流量。11.如权利要求10...

【专利技术属性】
技术研发人员：马悦，萨尔瓦多，奚明，
申请(专利权)人：理想晶延半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31