本实用新型专利技术公开了一种制备半导体外延片的MOCVD反应装置，包括进气口和反应室，反应室上方设有顶盖，进气口竖向贯穿于顶盖，反应室的侧壁向内凹陷形成内凹环形结构；反应室下方设有可轴向旋转的衬底承载座，衬底承载座的外径小于腔体的内径，衬底承载座与腔体结构内壁之间的空隙形成为排气通道；衬底承载座侧壁与其上边沿的连接处呈倒圆角结构，其与腔体结构的内壁形成Y形漏斗结构。本实用新型专利技术极大地抑制了反应室的气体向上翻滚形成的涡流，提高了高速旋转的衬底承载座附近气场的稳定性；倒圆角流线型设计缩小并优化了承载座与腔体内壁间的距离,使得由反应室进入排气通道中的气体不易向上翻滚,进一步提高了反应室气流的稳定性和薄膜生长的均匀性。
【技术实现步骤摘要】
—种制备半导体外延片的MOCVD反应装置
本技术属于半导体制造设备
，具体涉及一种制备半导体外延片的MOCVD反应装置。
技术介绍
MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n)即金属有机化合物化学气相沉积，是制备化合物半导体薄膜的一项关键技术。MOCVD设备是研发世界先进水平的S、C、X、K和Q等波段的氮化镓大功率电子器件和高压大功率固体开关器件、高端激光器件及效率可达40%以上的太阳电池等光电子器件不可或缺的。它利用较易挥发的有机物(例如(CH3)3Ga)作为较难挥发的金属原子的源反应物，通过载气携带到反应器内，在适当的气压、温度等条件下(与NH3)发生化学反应，在加热的衬底基片上外延生长出(GaN)薄膜。制备出的薄膜厚度和组分的均匀性是评判薄膜质量的重要指标之一。要生长出厚度和组分均匀的大面积薄膜材料，衬底基片各处的生长速度以及到达基片的反应物浓度应尽量均匀一致。这就要求基片表面各处生长速度以及到达基片的反应物浓度应尽量均匀一致。如此就必须要求基片表面附近存在均匀的气体流场、温度场和反应物浓度场分布，基片上方应尽量处于层流区，无任何形式的涡流，新通入的反应物应能够同时到达基片上方各点。 现有技术的MOCVD反应装置基本为桶状结构，其内部设有基座，半导体衬底放置在高速旋转的基座上，通过不断进气抽气的动态平衡等方式来确保基片外延厚度的均匀性。但在基座高速旋转产生的泵效应的作用下气流会发生涡流，这种泵效应是流体的黏性力和旋转产生的离心力共同作用的结果，由于流体的黏性，靠近基座表面的一层气体跟随基座一起转动，在离心力的作用下气体被沿着径向甩到基座边缘，同时基座上方的气体沿轴向流入基座表面边界层进行补充。又由于基座温度较高，产生热浮力效应，温度梯度使得气流往上翻滚形成旋涡。由于泵效应以及热浮力效应所产生的其反应腔内的气流不稳定现象会很明显，气流会在反应腔的上方靠近反应腔内壁处产生较大的涡流；其次，在高速旋转的基座附近气流流迹复杂，气流上下波动使制备高质量薄膜的条件破坏，影响了薄膜的均匀生长，使得薄膜的均匀性以及沉积速率减低，且易引进杂物。
技术实现思路
本技术的目的在于为了解决以上的不足，设计了一种制备半导体外延片的MOCVD反应装置，该装置可减小MOCVD反应室内的气体涡流，提高薄膜淀积的稳定性和均匀性。 为了实现本技术目的所采取的技术方案是:一种制备半导体外延片的MOCVD反应装置，所述反应装置为腔体结构，包括进气口、反应室和排气通道，所述反应室下方设有可轴向旋转的衬底承载座，衬底承载座底部设有加热装置，所述反应室上方设有顶盖，所述进气口竖向贯穿于所述顶盖，所述反应室的侧壁向内凹陷形成内凹环形结构；所述衬底承载座的外径小于所述腔体结构的内径，衬底承载座与腔体结构内壁之间的空隙形成为所述排气通道，排气通道与反应室连通；衬底承载座的侧壁与其上边沿的连接处呈倒圆角结构，所述倒圆角结构与腔体结构的内壁形成Y形漏斗结构。 与现有技术相比，本技术的有益效果在于: I ,MOCVD反应过程中流体的黏性力和衬底承载座旋转产生的离心力使得在承载座上方的气体会沿轴向流入承载座表面边界层进行补充，形成向下的气流，由于承载座温度高产生的热浮力效应使得气流易往上翻滚形成涡流。本技术的MOCVD反应装置中反应室侧壁向内凹陷形成内凹环形结构，使气流在腔壁附近均匀流动，极大地减小了反应室的气体向上翻滚形成的涡流，热流在上升过程中与凹进的壁面碰撞，上升速度减缓，最终使得原本在壁面两侧的大规模涡流变小，使其仅集中在反应室内凹环形内壁的最顶部与顶盖之间的狭小范围内，由于顶盖进气口的存在，使得此狭小范围为半封闭结构，因此产生的小规模涡流对旋转衬底承载座附近的流场的影响可忽略，提高了高速旋转的衬底承载座附近气场的稳定性。 2、衬底承载座的侧壁肩部采用倒圆角流线型设计，其与腔体结构内壁形成Y形漏斗形结构，该设计缩小并优化了高速旋转的衬底承载座与腔体内壁之间的距离，使得排气通道中气体的流线更加光滑，使气体不易向上翻滚，进一步保证衬底承载座附近的气体流场不受干扰，且使废气很顺畅地从衬底承载座两侧的排气通道流出至外界的废气处理系统。同时倒圆角流线型的设计便于制造过程中的脱模和成型。 本技术中反应室侧壁的内凹环形设计与衬底承载座肩部的倒圆角设计使衬底承载座附近具有稳定的气体流场，提高了薄膜生长的沉积速率和沉积均匀性。 优选的，所述内凹环形结构从反应室上下两端向中间的曲率逐渐增大。 优选的，所述Y形漏斗结构的中心轴线与水平面之间的夹角范围为30° _50°。 在该角度下，排气通道中的气体不容易反弹，气体流通更加顺畅，更容易从排气通道排出至外界废气处理系统，使其不会干扰衬底承载座附近的气体流场，进一步提高反应的稳定性和薄膜生长的均匀性。 优选的，所述衬底承载座侧壁与所述腔体结构内壁之间的距离为15_25mm。 倒圆角流线型设计减小了衬底承载座侧壁与腔体结构内壁之间的间距，从而使流体各质点平行于通道内壁，进行有规则地流动，不易出现喘流，使得外延片生长附近的气场更为稳定。同时该距离也直接影响到排气通道的大小，在此范围内废气的排放更加顺畅。 优选的，所述进气口包括相互间隔排列在顶盖上的MO(金属有机物)源进气口和氧源进气口。 优选的，所述氧源进气口呈倒漏斗状，所述MO源进气口为条缝状进气口。 如此设计使得氧源与MO源进入反应室时能充分混合，使反应更充分，提高薄膜组分的整体均匀性。 优选的，还包括与所述氧源进气口和MO源进气口连接的质量流量控制计。 优选的，所述排气通道的底部设有带通孔的底板，所述通孔均匀分布在所述底板上。 【附图说明】 图1是本技术MOCVD反应装置的结构示意图； 图2是图1中衬底承载座侧壁顶部与腔体结构内壁的放大图； 图3是图1对应的气体流向图。 【具体实施方式】 以下结合附图对本技术的【具体实施方式】做进一步说明: 参照附图1至附图3所示，一种制备半导体外延片的MOCVD反应装置，该反应装置呈腔体结构1，包括进气口、反应室2和排气通道。在反应室2下方设有可轴向旋转的衬底承载座4，衬底承载座4与腔体结构I同轴设置，衬底承载座4底部设有加热装置。反应室2上方设有顶盖3，所述进气口包括相互间隔排列在顶盖上的MO (金属有机物)源进气口 31和氧源进气口 32，且MO源进气口 31和氧源进气口 32垂直贯穿于顶盖3。所述氧源进气口32呈倒漏斗状，该进气口顶部为条缝状进口，进气口中部至底端进气口径逐渐增大。所述MO源进气口 31为条缝状进气口，MO源进气口 31和氧源进气口 32相互平行排列。在氧源进气口 32和MO源进气口 31上还连接有质量流量控制计(MFC)，用于控制进气的流量和速度。同一气体进气口可共同使用一个质量流量控制计。所述反应室2的侧壁向内凹陷形成内凹环形结构21，且内凹环形结构从反应室2上下两端向中间的曲率逐渐增大。衬底承载座4的外径小于所述腔体结构I的内径，衬底承载座4与腔体结构I内壁之间的空隙形成为排气通道5，排气通道5与反应室2连通。衬底承载座4侧壁与所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备半导体外延片的MOCVD反应装置，所述反应装置为腔体结构，包括进气口、反应室和排气通道，所述反应室下方设有可轴向旋转的衬底承载座，衬底承载座底部设有加热装置，其特征在于，所述反应室上方设有顶盖，所述进气口竖向贯穿于所述顶盖，所述反应室的侧壁向内凹陷形成内凹环形结构；所述衬底承载座的外径小于所述腔体结构的内径，衬底承载座与腔体结构内壁之间的空隙形成为所述排气通道，排气通道与反应室连通；衬底承载座的侧壁与其上边沿的连接处呈倒圆角结构，所述倒圆角结构与腔体结构的内壁形成Y形漏斗结构。
【技术特征摘要】
1.一种制备半导体外延片的MOCVD反应装置，所述反应装置为腔体结构，包括进气口、反应室和排气通道，所述反应室下方设有可轴向旋转的衬底承载座，衬底承载座底部设有加热装置，其特征在于，所述反应室上方设有顶盖，所述进气口竖向贯穿于所述顶盖，所述反应室的侧壁向内凹陷形成内凹环形结构；所述衬底承载座的外径小于所述腔体结构的内径，衬底承载座与腔体结构内壁之间的空隙形成为所述排气通道，排气通道与反应室连通；衬底承载座的侧壁与其上边沿的连接处呈倒圆角结构，所述倒圆角结构与腔体结构的内壁形成Y形漏斗结构。2.根据权利要求1所述的MOCVD反应装置，其特征在于，所述内凹环形结构从反应室上下两端向中间的曲率逐渐增大。3.根据权利要求1所述的MOCVD反应装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，李健，范冰丰，
申请(专利权)人：佛山市中山大学研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44
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