改善MOCVD反应工艺的部件及改善方法技术

本发明专利技术公开了一种改善MOCVD反应工艺的部件及改善方法，改善机理是在MOCVD反应腔内的不锈钢部件主体表面涂覆一层致密的保护膜，所述保护膜成分全部为MOCVD沉积工艺过程中所需气体的元素组成，或者不会与MOCVD反应气体反应的成分。保护膜的成分包括由铝、镓、镁中的至少一种及氮、氧中的至少一种构成的化合物或者为不与MOCVD工艺中的气体反应的其他化学特性稳定的材料。所述保护膜不会在MOCVD工艺中与反应气体反应或者给MOCVD反应腔增加污染物，因而缩短MOCVD生产工艺的初始化工艺时间，提高MOCVD设备的生产效率。保护膜具有疏松度为零的致密组织，保护膜的厚度范围为1纳米-0.5毫米。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改善MOCVD反应工艺的
，尤其涉及通过改善MOCVD设备内部的反应部件特性提高反应工艺的

技术介绍
随着半导体技术的不断发展，金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)得到越来越广泛的应用。MOCVD是制备氮化镓LED和功率器件外延材料的核心关键设备。其外延生长工艺在MOCVD反应腔室内进行，由于MOCVD生长时其托盘温度会高达上千度，所以整个反应腔和上方的气体喷淋头组件大多采用不锈钢制成才能耐受这个高温。MOCVD生长工艺中需要使用二茂镁(CP2Mg)气体，此种气体极易与不锈钢表面的游离铁离子发生反应，使得不锈钢表面的铁离子会随着反应气体到达下方基片并在氮化镓LED结构中形成深能级，最终会对利用MOCVD工艺形成的LED的发光性能造成重大影响，此外，二茂镁与不锈钢表面的反应如果不能达到饱和状态，则通向MOCVD反应腔内的二茂镁气体会在不锈钢的部件上大量消耗，不能达到设计的p型掺杂浓度，影响LED器件性能。现有技术中，解决上述问题的常用方法是持续向MOCVD反应腔内通入二茂镁(CP2Mg)气体并将反应腔暴露大气，直至其与不锈钢表面的反应达到饱和，但这一过程通常需要持续很长时间，如几周甚至超过一个月，在此过程中不仅会浪费时间和大量的二茂镁气体，还因为工艺的不稳定，造成MOCVD生长的LED外延片合格率降低，影响MOCVD设备的产能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种改善MOCVD反应工艺的部件，
包括不锈钢主体，所述不锈钢主体表面涂覆一层保护膜，所述保护膜的成分包括由铝、镓、镁中的至少一种及氮、氧中的至少一种构成的化合物,或者不与MOCVD工艺中的气体反应的其他材料，所述保护膜具有疏松度为零的致密组织。优选的，所述保护膜的厚度范围为1纳米-0.5毫米。优选的，所述部件为MOCVD反应腔内与反应气体接触的部件，包括气体喷淋头组件、反应腔侧壁及升降环。优选的，所述气体喷淋头组件包括上盖板、气体分配板和水冷板，所述气体分配板上设置多组气体输送管道，所述气体分配板，上盖板和水冷板涂覆保护膜后组装为气体喷淋头组件。优选的，所述不与MOCVD工艺中的气体反应的保护膜为特氟龙等化学特性稳定的材质。优选的，所述保护膜的成分为氮化镓、氮化铝、氮化镁、氧化镓、氧化铝、氧化镁中的一种或几种。进一步的，本专利技术还提供了一种改善MOCVD反应工艺的方法，包括下列步骤：提供一等离子体保护膜镀膜装置，所述保护膜镀膜装置包括一真空腔室；在所述真空腔室内固定一待镀膜工艺部件，所述待镀膜工艺部件为MOCVD反应腔内可能与反应气体接触的工艺部件；所述待镀膜工艺部件在等离子体保护膜镀膜装置内涂覆一层疏松度为零的致密保护膜，所述保护膜的成分包括由铝、镓、镁中的至少一种及氮、氧中的至少一种构成的化合物,或者不与MOCVD工艺中的气体反应的其他材料；将所述镀膜后的工艺部件安装到MOCVD反应腔内进行MOCVD工艺，所述工艺部件的保护膜保护不锈钢主体不与MOCVD反应腔内的反应气体反应。优选的，所述待镀膜工艺部件在等离子体保护膜镀膜装置内镀膜的步骤包括：在所述真空腔室内放置固态原材料；将所述待镀膜工艺部件置于所述真空腔室，配置使得所述工艺部件表面
面对所述真空腔室中的源材料；蒸发或溅射所述源材料于所述待镀膜工艺部件表面；注入包含反应气体和非反应气体于所述真空腔室中；激发所述反应气体和非反应气体并维持等离子体于所述待镀膜工艺部件表面，使得所述被离子化的反应气体和非反应气体的离子在所述待镀膜工艺部件表面上撞击并与所述源材料化学反应，从而在所述气体喷淋头的至少部分表面上形成致密保护膜，其中，所述保护膜包括来自源材料的原子和来自所述反应气体成份的原子。优选的，所述源材料包括固态的铝、镓、镁、氮化镓、氮化铝、氮化镁、氧化镓、氧化镁或氧化铝中的一种或几种。优选的，激发所述反应气体和非反应气体为等离子体的装置为等离子发生器。优选的，激发所述反应气体和非反应气体为等离子体的方式为微波或射频。优选的，所述待镀膜工艺部件包括气体喷淋头组件、反应腔侧壁及升降环。优选的，所述待镀膜工艺部件为气体喷淋头组件，所述气体喷淋头组件包括一气体分配板，一上盖板和一水冷板，所述气体分配板，上盖板和水冷板分别放置在所述等离子体保护膜镀膜装置涂覆保护膜后再组装为气体喷淋头组件。优选的，所述等离子体保护膜镀膜装置可在所述工艺部件表面涂覆厚度为1纳米-0.5毫米的保护膜。本专利技术在将所述工艺部件装配到MOCVD反应腔内前即在不锈钢主体表面涂覆一层致密的保护膜，且所述保护膜成分全部为MOCVD沉积工艺过程中所需气体的元素，或者不与MOCVD工艺中的气体反应的其他材料，以此保证保护膜不会在MOCVD工艺中与反应气体反应或者给MOCVD反应腔增加污染物。采用上述技术可以保证通正常MOCVD生产工艺中，通入MOCVD反应腔内的二茂镁气体无法与不锈钢表面接触，有效地阻止了MOCVD反应气体与不锈钢表面游离铁离子所能发生的反应，从而避免了现有MOCVD生产工艺初期所
存在的不锈钢表面的铁离子随反应气体到达下方基片并在氮化镓LED结构中形成深能级的可能性。同时避免了现有技术中需要在MOCVD反应腔内长期持续通入二茂镁气体造成的浪费和对设备产能的降低。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施方式所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出一种MOCVD反应器结构示意图；图2示出了根据本专利技术的一个具体实施例的等离子体保护膜镀膜装置；图3示出了根据本专利技术的另一个具体实施例的等离子体保护膜镀膜装置。图4a示出本专利技术所制备的带保护膜的工艺部件；图4b示出沉积在不锈钢表面的氧化镁涂层表面形貌；图4c示出沉积在不锈钢表面的氧化镁涂层的断面组织形貌。具体实施方式图1示出一种MOCVD反应器结构示意图。如图1所示，金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器包括一个由反应腔壁51围成的反应腔50，反应腔内包括一个托盘14，多个待外延生长的基片放置在托盘14上，托盘14下方中心有一个旋转轴10驱动托盘在反应过程中高速旋转。托盘14下方还包括一个加热器12加热托盘14达到合适的高温，这个高温通常在1000度左右，以适应氮化镓(GaN)晶体材料的结晶生长。反应腔50内与托盘相对的是气体喷淋头组件20，气体喷淋头组件20包括上盖板21、气体分配板22和冷却板23，气体分配板22用于将不同的反应气体通过气体输送管道(图中未示出)输送到反应腔内进行沉积工艺反应。冷却板23内包括若干冷却液通道25，用于冷却高温托盘的热辐射造成气体喷淋头组件的异常高温和形变，并确保气
体喷淋头内反应气体温度的一致性。反应腔侧壁内侧设置一升降环31，用于提供一个对称的反应腔环境。由于氮化镓MOCVD生长需要上千度的高温，所以整个反应腔侧壁51、升降环31及气体喷淋头组件20通常采用不锈钢材料，由于MOCVD反应工艺中同时需要通入二茂镁(CP2Mg)气体，这种气体极易与不锈钢表面的游离铁离子发生反应，使得不锈钢表面的铁离子会随着反应气体到达下方基片并在氮化镓LED结构中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善MOCVD反应工艺的部件，包括一不锈钢主体，其特征在于：所述不锈钢主体表面涂覆一层保护膜，所述保护膜的成分包括由铝、镓、镁中的至少一种及氮、氧中的至少一种构成的化合物,或者不与MOCVD工艺中的气体反应的其他材料，所述保护膜具有疏松度为零的致密组织。

【技术特征摘要】
1.一种改善MOCVD反应工艺的部件，包括一不锈钢主体，其特征在于：所述不锈钢主体表面涂覆一层保护膜，所述保护膜的成分包括由铝、镓、镁中的至少一种及氮、氧中的至少一种构成的化合物,或者不与MOCVD工艺中的气体反应的其他材料，所述保护膜具有疏松度为零的致密组织。2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于：所述保护膜的厚度范围为1纳米-0.5毫米。3.根据权利要求1所述的部件，其特征在于：所述部件为MOCVD反应腔内与反应气体接触的部件，包括气体喷淋头组件、反应腔侧壁及升降环。4.根据权利要求3所述的部件，其特征在于：所述气体喷淋头组件包括上盖板、气体分配板和水冷板，所述气体分配板上设置多组气体输送管道，所述气体分配板，上盖板和水冷板涂覆保护膜后组装为气体喷淋头组件。5.根据权利要求1所述的部件，其特征在于：所述不与MOCVD工艺中的气体反应的保护膜为特氟龙等化学特性稳定的材质。6.根据权利要求1所述的部件，其特征在于：所述保护膜的成分为氮化镓、氮化铝、氮化镁、氧化镓、氧化铝、氧化镁中的一种或几种。7.一种改善MOCVD反应工艺的方法，其特征在于，包括下列步骤：提供一等离子体保护膜镀膜装置，所述保护膜镀膜装置包括一真空腔室；在所述真空腔室内固定一待镀膜工艺部件，所述待镀膜工艺部件为MOCVD反应腔内可能与反应气体接触的不锈钢工艺部件；所述待镀膜工艺部件在等离子体保护膜镀膜装置内涂覆一层疏松度为零的致密保护膜，所述保护膜的成分包括由铝、镓、镁中的至少一种及氮、氧中的至少一种构成的化合物,或者不与MOCVD工艺中的气体反应的其他材料；将所述镀膜后的工艺部件安装到MOCVD反应腔内进行MOCVD工艺，所述工艺部件的保护膜保护不锈钢主体...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺小明，郭世平，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31