一种化学气相沉积装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种化学气相沉积装置及方法，包括外腔体、运动托盘、内腔体、排气腔体、托盘凹槽、晶片承载区、加热装置、供气管道、第一排气管道和第二排气管道；若干个独立的内腔体中通入相同或不同反应前体气体或惰性气体，通过内腔体与托盘上表面之间的毛细间隙密封，使内腔体压强始终高于外腔体压强；每个内腔体独立进气和排气、独立加热和冷却；通过控制运动托盘连续或分度旋转，使得分设于运动托盘上表面各个晶片承载区上的晶片，能够轮流接受不同内腔体中喷头所喷出的反应前体，实现薄膜的连续化学气相沉积或周期性的原子层沉积。本发明专利技术能够隔离不同的反应前体，实现快速的升降温和气体切换，有助于提高半导体薄膜生长的良率和产率。

A chemical vapor deposition device and method

The invention provides a chemical vapor deposition device and method, which comprises an outer chamber, a moving tray, an inner chamber, an exhaust chamber, a tray groove, a wafer bearing area, a heating device, a gas supply pipe, a first exhaust pipe and a second exhaust pipe; a plurality of independent inner chambers are provided with the same or different reaction precursor gas or inert gas, which is passed between the inner chamber and the upper surface of the tray The inner chamber pressure is always higher than that of the outer chamber; each inner chamber is independently charged with air and exhaust, heated and cooled independently; by controlling the continuous or indexing rotation of the moving tray, the chips distributed on the bearing areas of each chip on the upper surface of the moving tray can receive the reaction precursors ejected by the nozzles in different inner chambers in turn, so as to realize the continuity of the film Learn from vapor deposition or periodic atomic layer deposition. The invention can isolate different reaction precursors, realize rapid rise and fall and gas switching, and help to improve the yield and yield of semiconductor film growth.

【技术实现步骤摘要】
一种化学气相沉积装置及方法
本专利技术属于半导体设备
，具体涉及一种化学气相沉积装置及方法。
技术介绍
化学气相沉积CVD是制备半导体薄膜器件，包括太阳能薄膜电池、蓝紫光LED、大功率电力电子器件以及二维材料的关键工艺。CVD反应器是实现上述工艺的关键设备。目前的CVD生长，大都是将较易挥发的反应前体通过氢气或氮气等载气携带到反应腔内，利用高温或等离子体激活化学反应，实现薄膜沉积，生长满足器件要求的薄膜异质结。为了获得均匀的薄膜组分、厚度，以及较高的生长速率，现有的薄膜生长工艺大都需要将晶片加热到高温，并且精确控制晶片温度的均匀性。对于某些化学键较强的物质，如AlN，还需进一步提高生长温度，同时降低压强，以便减少气相寄生反应，增加表面迁移率，促进单晶生长。对于某些化学键较弱且较易挥发的物质，如InN，则需适当降低生长温度，同时增大压强。而当生长AlGaN、InGaN、AlInGaN等三元和四元合金时，由于AlN、GaN、InN合适的生长温度和压强各不相同，因此很难满足不同的化合物优化生长的要求。除了要求精确的温度和压强控制外，薄膜生长还需要精确控制晶片上方的反应前体浓度，以便获得均匀的薄膜生长。此外，还需快速升温和降温，快速切换反应前体，以便获得陡峭的层结界面。由上述异质结生长工艺可知，现有的CVD反应器生长半导体薄膜，存在一系列问题。例如：1、化合物半导体需要两种以上的反应前体在晶片上方混合，如AlN的生长需要三甲基铝与氨气混合，因而存在严重的气相寄生反应，产生纳米粒子，使生长效率大大下降。纳米颗粒掉在薄膜上，将造成薄膜质量下降；沉积在侧壁和出口，将造成反应器污染。2、由于石墨盘和晶片的热惯性，将阻碍快速的温度切换，无法实现快速升温和降温。由于气体流动的阻力和惯性，以及反应腔和管道的气体滞留，无法实现快速的气体切换，难于获得陡峭界面，而且在不同外延层间容易造成交叉污染。3、在气体连续流动的条件下，由于晶片上各点距离反应室气体进口或出口总是存在差异，到达晶片各点的反应物本质上存在浓度不均，进而造成生长速率不均。而温度、压强、流量等参数轻微的波动就将引起生长速率的变化，即生长窗口窄，每一炉晶片和不同炉晶片之间的薄膜一致性难以保证，很大程度上依赖操作人员的经验积累。为了改进传统CVD反应器存在的问题，近年来发展了基于原子层外延ALD的各种脉冲生长方法，即让不同的反应前体分时段或分隔空间进入反应室，从而将反应前体的相互接触限制在表面。ALD技术能够抑制气相寄生反应，提高吸附原子的表面迁移率，生长温度可以低于常规CVD几百度，得到低位错密度和光滑表面的高质量外延层。但是，各种脉冲方法由于需要反复切换，不同的反应前体不能完全隔离，特别是需要的吹扫时间过长，通常是前体脉冲时间的几倍。因此各种脉冲生长方法存在生长速率低、气体残留、寄生反应、阀门易损耗等问题。专利CN101445955ACN101445955公开了一种反应前体分隔空间的化学气相沉积装置，将一个圆形托盘上方分为多个扇形进气区域，利用托盘旋转，使晶片轮流经过不同的扇形区域，接触不同的反应前体，目的是避免反应前体之间发生寄生反应，同时促进表面迁移，进而提高薄膜质量和生长速率。但是，随着旋转托盘的半径增大，托盘上各点的线速度也迅速增大，而扇形分隔区域的宽度也逐渐变宽，造成严重的从中心到边缘的流速不均和分隔区域不均，进而晶片接触反应气体的时间不同，不能很好地实现薄膜均匀生长。专利CN102181923A公开了另一种反应前体分隔空间的化学气相沉积装置，包括一个圆柱形反应腔、反应腔内设置多个喷头以及与喷头对应的多个小托盘。小托盘由动力轴驱动，可以绕反应腔公转或自转。利用公转小托盘可以轮流接受不同喷头喷出的反应前体，利用自转可以获得气流的均匀性。但是，该装置在小托盘公转过程中，喷头之间失去密封，造成不同反应前体发生混合和寄生反应；而且由于压强发生变化，不能提供稳定的生长环境。因此，如何改进现有的化合物半导体薄膜生长存在的生长温度高、生长窗口窄、生长速率低、气体消耗量大、寄生反应强烈、控制困难等缺点，是本领域技术人员目前需要解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种化学气相沉积装置及方法，该装置及方法能够有效避免薄膜生长中的气相寄生反应、交叉污染、生长速率低和薄膜生长一致性差等问题，能够隔离不同的反应前体，并实现快速的升降温和气体切换。本专利技术装置及方法有助于提高半导体薄膜的良率和产率。本专利技术的技术方案是：一种化学气相沉积装置，包括外腔体、运动托盘、若干内腔体、排气腔体、托盘凹槽、若干晶片承载区、转轴、加热装置、供气管道、第一排气管道和第二排气管道；所述运动托盘水平安装在外腔体内，运动托盘通过转轴与外腔体外部的驱动装置连接；所述运动托盘的上表面开有若干托盘凹槽，若干托盘凹槽沿着运动托盘中心轴均匀圆周分布在运动托盘的表面；所述晶片承载区为薄圆柱形，晶片承载区放置在托盘凹槽中；所述加热装置用于加热晶片承载区；所述内腔体为圆柱形底部敞口腔体；至少一根所述供气管道穿过外腔体壁面，供气管道的一端与内腔体的顶部连通，供气管道的另一端与供气端连接；所述排气腔体为环形底部敞口腔体，环绕安装在所对应的内腔体的周围；至少一根所述第一排气管道穿过外腔体壳体，第一排气管道的一端与排气腔体的顶部连接，第一排气管道的另一端与排气端连接；所述内腔体和排气腔体固定安装在运动托盘的上方，内腔体和排气腔体与晶片承载区对应安装；所述内腔体和排气腔体的底部与运动托盘的上表面之间具有间隙；所述内腔体的数量与晶片承载区数量相等；所述外腔体为圆柱形密闭腔体，外腔体壁面上设有若干的第二排气管道。上述方案中，若干加热装置安装在运动托盘的下方或上方，与晶片承载区一一对应，加热装置的数量与晶片承载区数量相等。上述方案中，所述晶片承载区的上表面设有一个或多个晶片凹槽，若干晶片凹槽沿着晶片承载区中心轴均匀圆周分布在晶片承载区的上表面。上述方案中，若干所述排气腔体与内腔体之间设有环形的第一底部凸缘；若干所述第一底部凸缘底面共面，第一底部凸缘底面与运动托盘的上表面之间具有间隙；若干所述排气腔体的底部外围设有环形的第二底部凸缘；若干第二底部凸缘底面共面，第二底部凸缘底面与运动托盘的上表面之间具有间隙。进一步的，所述第一底部凸缘和第二底部凸缘与运动托盘的上表面之间的间隙为1～5mm。上述方案中，还包括离化装置；若干所述离化装置与内腔体对应安装。一种化学气相沉积方法，还包括以下步骤：气体通入和排出：各个内腔体中通过供气管道持续通入反应气体或惰性气体，通过第一排气管道和第二排气管道持续排出气体；若干内腔体中能够分别间隔通入不同的反应前体；也能够通入反应前体和惰性气体的混合气体；也能够向间隔的内腔体中通入惰性气体；供气管道的进气过程和第一排气管道、第二排气管道的排气过程均为连续过程；运动托盘转动：运动托盘在驱动装置的驱动下，围绕外腔体中心轴线转动。进一步的，所述运动托盘围绕外腔体中心轴线所作转动为连续转动或分度转动；作分度转动时，运动托盘的初始位置为每一个内腔体在晶片承载区正上方，运动托盘进行分度转动使得晶片承载区到达内腔体的正下方，运动托盘停留1至数秒之后，运动托盘继续分度转动，晶片承载区到达下一个内腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学气相沉积装置，其特征在于，包括外腔体(1)、运动托盘(2)、若干内腔体(3)、排气腔体(4)、托盘凹槽(14)、若干晶片承载区(6)、转轴(8)、加热装置(9)、供气管道(10)、第一排气管道(11)和第二排气管道(12)；所述运动托盘(2)水平安装在外腔体(1)内，运动托盘(2)通过转轴(8)与外腔体(1)外部的驱动装置连接；所述运动托盘(2)的上表面开有若干托盘凹槽(14)，若干托盘凹槽(14)沿着运动托盘(2)中心轴均匀圆周分布在运动托盘(2)的表面；所述晶片承载区(6)为薄圆柱形，晶片承载区(6)放置在托盘凹槽(14)中；所述加热装置(9)用于加热晶片承载区(6)；所述内腔体(3)为圆柱形底部敞口腔体；至少一根所述供气管道(10)穿过外腔体(1)壁面，供气管道(10)的一端与内腔体(3)的顶部连通，供气管道(10)的另一端与供气端连接；所述排气腔体(4)为环形底部敞口腔体，环绕安装在所对应的内腔体(3)的周围；至少一根所述第一排气管道(11)穿过外腔体(1)壳体，第一排气管道(11)的一端与排气腔体(4)的顶部连接，第一排气管道(11)的另一端与排气端连接；所述内腔体(3)和排气腔体(4)固定安装在运动托盘(2)的上方，内腔体(3)和排气腔体(4)与晶片承载区(6)对应安装；所述内腔体(3)和排气腔体(4)的底部与运动托盘(2)的上表面之间具有间隙；所述内腔体(3)的数量与晶片承载区(6)数量相等；所述外腔体(1)为圆柱形密闭腔体，外腔体(1)壁面上设有若干的第二排气管道(12)。...

【技术特征摘要】
1.一种化学气相沉积装置，其特征在于，包括外腔体(1)、运动托盘(2)、若干内腔体(3)、排气腔体(4)、托盘凹槽(14)、若干晶片承载区(6)、转轴(8)、加热装置(9)、供气管道(10)、第一排气管道(11)和第二排气管道(12)；所述运动托盘(2)水平安装在外腔体(1)内，运动托盘(2)通过转轴(8)与外腔体(1)外部的驱动装置连接；所述运动托盘(2)的上表面开有若干托盘凹槽(14)，若干托盘凹槽(14)沿着运动托盘(2)中心轴均匀圆周分布在运动托盘(2)的表面；所述晶片承载区(6)为薄圆柱形，晶片承载区(6)放置在托盘凹槽(14)中；所述加热装置(9)用于加热晶片承载区(6)；所述内腔体(3)为圆柱形底部敞口腔体；至少一根所述供气管道(10)穿过外腔体(1)壁面，供气管道(10)的一端与内腔体(3)的顶部连通，供气管道(10)的另一端与供气端连接；所述排气腔体(4)为环形底部敞口腔体，环绕安装在所对应的内腔体(3)的周围；至少一根所述第一排气管道(11)穿过外腔体(1)壳体，第一排气管道(11)的一端与排气腔体(4)的顶部连接，第一排气管道(11)的另一端与排气端连接；所述内腔体(3)和排气腔体(4)固定安装在运动托盘(2)的上方，内腔体(3)和排气腔体(4)与晶片承载区(6)对应安装；所述内腔体(3)和排气腔体(4)的底部与运动托盘(2)的上表面之间具有间隙；所述内腔体(3)的数量与晶片承载区(6)数量相等；所述外腔体(1)为圆柱形密闭腔体，外腔体(1)壁面上设有若干的第二排气管道(12)。2.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，若干加热装置(9)安装在运动托盘(2)的下方或上方，与晶片承载区(6)一一对应，加热装置(9)的数量与晶片承载区(6)数量相等。3.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述晶片承载区(6)的上表面设有一个或多个晶片凹槽(13)，若干晶片凹槽(13)沿着晶片承载区(6)中心轴均匀圆周分布在晶片承载区(6)的上表面。4.根据权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，若干所述排气腔体(4)与内腔体(3)之间设有环形的第一底部凸缘(15)；若干所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：左然，陈景升，
申请(专利权)人：左然，陈景升，
类型：发明
国别省市：江苏,32