本发明专利技术设计涉及到半导体设备制造技术领域，特别是涉及金属有机物化学气相淀积（ＭＯＣＶＤ）设备中的多层流反应室结构。该结构有多层气流，包括至少一层原材料气流层，一层隔离气流层，或／和反应室天棚的控温装置。原材料气流层紧贴着衬底，其中原材料通过扩散等机制迁移到衬底表面参与材料生长。隔离气流层夹在原材料气流层和反应室天棚之间，减少原材料与反应室天棚之间的接触和淀积。另外，反应室天棚的控温装置，控制反应室天棚的温度，提高了隔离气流层的隔离效果。本发明专利技术减少了原材料在反应室天棚上的淀积，提高原料的使用效率和衬底上生长晶体的质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属有机物化学气相淀积(MOCVD)设备中的多层流反应室结构，涉及到半导体设备制造
技术介绍
“MOCVD”是Metal-Organic Chemical Vapor Deposition的简称，中文译为“金属有机物化学气相沉积”。该设备还有另一名称为MOVPE，是Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy的简称，中文译为“金属有机物气相外延”。以上两者是同一实物，特此说明。金属有机物化学气相淀积(MOCVD)自二十世纪六十年代首先提出以来，经过七十至八十年代的发展，九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料制备的核心生长技术，目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料和器件生产中得到广泛应用。同时金属有机物化学气相淀积(MOCVD)是制备氮化镓发光二极管和激光二极管外延片的主流方法，从生长的氮化镓外延片和器件的性能以及生产成本等主要指标来看，还没有其它方法能与之相比。用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)设备生长薄膜材料，通常需要各种原材料以及携带气体。原材料包括金属有机物(MO)和气体源，是参与化学反应并且在生成物中含有本原料成分的材料。携带气体包括氢气、氮气、惰性气体等，这些气体只携带原材料输送到反应室中，本身不参与化学反应，即使参与化学反应也不会在生成物中含有气体成分。通常的原材料金属有机物(MO)和气体源之间有强烈的预反应，如三甲基铝和氨气之间预反应非常剧烈。一般金属有机物(MO)是酸性物质，而气体源为碱性物质，两者物质之间有强烈的预反应生成不能分解的聚合物。为了减少两者之间的预反应，通常金属有机物(MO)和气体源分开进入反应室，直到反应室中衬底附近才汇合。如图1所示，金属有机物(MO)和气体源之间有一层隔板分开，直到反应室中衬底附近才汇合。当然，有些金属有机物(MO)与气体源之间没有预反应，或者预反应微弱，或者有预反应生产的聚合物还能分解，如砷化氢和三甲基镓之间就属于这种情况，此时金属有机物(MO)和气体源可以由一层气流进入反应室即可。参见图1。现有金属有机物化学气相淀积设备反应室喷气口A，由两个气体入口组成一是金属有机物MO源入口A1和气体原料入口A2。喷气口A喷出的原材料气体到达高温(通常生长温度为200-1700摄氏度)的反应室B中发生化学反应，在衬底3上生长出所需要的薄膜材料。然而，原材料除了在衬底3上淀积以外，还在反应室周壁上淀积，特别是在反应室天棚1上淀积，产生淀积物2。原材料在反应室天棚1上淀积会造成以下不利影响a)造成原材料不必要的消耗，降低了原料的使用效率；b)由于原材料的消耗，造成生长厚度不均匀；c)反应室天棚1上的淀积物2脱落在衬底3上，降低了材料的质量；d)由于经常需要清洗反应室B以及天棚淀积物2，延长了设备的停机时间，降低了设备的使用时间。
技术实现思路
本专利技术的目的是减少原材料在反应室天棚上淀积，以及减少由此产生的淀积物，提高原料的使用效率和衬底上生长晶体的质量。一种金属有机物化学气相淀积设备的多层流反应室结构，含有反应室、喷气口、石墨机座和取样口，其喷气口至少有两个气体入口，其一为隔离气入口，在原材料气体入口与反应室天棚之间，喷入的气体形成一“隔离气体层”，将原材料气体与反应室天棚隔开，减少原材料在反应室天棚上的淀积。所述的反应室结构，其还包括控温装置，在反应室天棚上方，使反应室天棚与衬底之间的温度一致，提高隔离气流层的隔离效果。所述的反应室结构，适合于金属有机物化学气相淀积设备以及一切需要避免气相预反应和热浮力的设备。所述的反应室结构，其所述隔离气，是氢气、氮气、氩气或其它惰性气体中的一种或多种气体混合。所述的反应室结构，其所述喷气口的原材料气体入口，至少为一个。所述的反应室结构，其所述喷气口，用于生长氮化镓、砷化镓、磷化铟、氧化锌、碳化硅等的金属有机物化学气相淀积设备。所述的反应室结构，其所述控温装置，为石墨加热控温装置、感应加热控温装置或电阻加热控温装置。本专利技术具有以下优点(1)减少原材料与反应室天棚之间的接触和淀积，提高了原材料的生长效率。理论上原材料的生长效率提高50％以上，而我们实验也证实了这一结论。(2)减少反应室天棚上的淀积物脱落而引发的材料质量下降几率。天棚上的淀积物迟早会脱落，掉在衬底上，影响材料生长。即使这些淀积物不“大块脱落”而是以“粉尘”形式脱落，也会降低外延材料的质量。(3)由于原材料不在反应室天棚上淀积，反应室无需经常清洗，减少由于清洗反应室天棚而造成的停机时间。附图说明图1常规的原料气体入口结构会在反应室天棚上产生淀积物；图2本专利技术带有隔离气流层和反应室天棚控温装置的多层流喷气口结构示意图；图3为本专利技术第一实施例的示意图； 图4为本专利技术第二实施例的示意图；图5为本专利技术第三实施例的示意图。具体实施例方式为了更好地了解本分明中“隔离气流层”和“反应室天棚的控温装置”的作用，以下从物理上做更深入的说明。(1)原材料在反应室内，除了在衬底上淀积生长所需要的物质外，还会在反应室周壁，特别是反应室天棚上淀积生长所不需要甚至有害的物质。(2)为了减少在反应室天棚上淀积，应该a)减少原材料向反应室天棚的供给；b)增加吸附在反应室天棚的原材料向气相中脱附速率。(3)在原材料气流层和反应室天棚之间增加一隔离气流层，有利于减少原材料向反应室天棚供给，因为原材料需经过一层“隔离区”才能到达反应室天棚。(4)一般情况下，衬底温度高于反应室天棚的温度，由于“热气上升”造成反应室内气体对流不可避免。如果提高反应室天棚的温度，使天棚的温度和衬底的温度相同或接近，反应室内气体如同在一个恒温的管道中流动，则反应室内上下气流层的对流可以大量减少，甚至完全没有对流。(5)接上面第(4)条，由于反应室内上下气流层的对流可以大量减少，上层隔离气流层就不会与下面的原材料气流层相混合，原材料必须通过“隔离区”才能到达反应室天棚上，因此反应室天棚得到的原材料数量很少。(6)再接上面第(4)条，由于提高了反应室天棚的温度，吸附在反应室天棚的原材料向气相中脱附的速率加快，温度越高，脱附越快。(7)因此，在原材料气流层和反应室天棚之间增加一隔离气流层，减少了原材料向反应室天棚的供给。提高反应室天棚温度，一方面增强了隔离气流层的作用，另一方面加速吸附在反应室天棚的原材料向气相中脱附。最终反应室天棚得到原材料的速度小于向气相中脱附的速度。这就是本专利技术的物理解释。为了更好地说明本专利技术的意义，下面对所提到的词汇作进一步解释。所说的“原材料”，指的是利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)设备和方法来生长薄膜材料所需要，且参与化学反应并且在生成物中含有本原料成分的材料。特别指的是金属有机物(MO源)和气体原料。所说的“携带气体”，指的是利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)设备和方法来生长薄膜材料时使用携带原材料的气体，这些气体本身不参与化学反应，即使参与化学反应也不会在生成物中含有气体成分。包括氢气、氮气、惰性气体等。所说的“金属有机物”或“MO源”，指的是金属有机化合物，如三甲基镓、三甲基铝，三甲基铟等。所说的“气体源”，指的是金属有机物化学气相淀积(MOCVD)常用的氢化物，如砷化氢砷烷、磷化氢磷烷、氮化氢氨气、硫化氢等。所说的“衬本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属有机物化学气相淀积设备的多层流反应室结构，含有反应室、喷气口、石墨机座和取样口，其特征在于，喷气口至少有两个气体入口，其一为隔离气入口，在原材料气体入口与反应室天棚之间，喷入的气体形成一“隔离气体层”，将原材料气体与反应室天棚隔开，减少原材料在反应室天棚上的淀积。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘祥林，焦春美，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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