一种垂直喷淋式MOCVD反应器的出口系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种垂直喷淋式MOCVD反应器出口系统。该反应器进口采用垂直喷淋式来保证进气的均匀性，出口系统由石墨大盘上晶片间隙处有规则排列的许多小出口组成，反应尾气经由小出口到达石墨盘下方后经由石墨盘下表面到达反应器的周向或中心处的总出口。此反应器出口系统在充分利用垂直喷淋式反应器入口均匀性的基础上，实现了喷淋头中心处和边缘处喷入的反应气体尾气流经距离的一致性，从而在无旋转装置的情况下保证了基片沿径向的沉积均匀性。另外，反应尾气流经石墨盘的下表面，一方面减少了热涡旋效应对反应气流的负面影响，另一方面其对石墨盘的加热也提高了热利用效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉计一种半导体薄膜沉积设备，即一种垂直喷淋式MOCVD反应器的出口系统。目的是 通过控制气体在反应器内的流动路径，获得沿基片径向的气体流速、温度和反应物浓度的均匀分布。
技术介绍
金属有机化学气相沉积，即Metalorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD),是制备化合物半导体薄膜的一项关键技术。以GaN外延生长为例，它利用载气将较易挥发的有机金属化合物如三甲基镓Ga (CH3) 3等金属源带入反应室，与NH3发生化学反应，在加热的基片上生成GaN薄膜，可用于半导体光电器件，如发光二极管(LED)，太阳能电池等。MOCVD设备的主要核心技术在于反应室。国际上著名的商业化MOCVD设备厂家均采用了独特的反应室设计方案，进行了专利保护。AIXTR0N公司的MOCVD以“行星式旋转”技术为代表，有气垫自转、喷气口等方面专利。该设备特有双流水平自转及公转设计，因生长过程中源材料逐渐消耗会引起径向不均匀性，外延片自转对改善均匀性具有重要作用。设备缺点在于反应室结构复杂，自转石墨旋转的一致性差，反应室顶棚参与淀积，需经常清洗，增加停机时间。THOMAS SffAN公司的MOCVD反应室的最大特点是采用了专利保护的近耦合喷淋头技术(CCS)，将有机源和氨气通过网格状紧密排列注入，衬底与喷头的距离很短，这样使有机源和氨气只在衬底上方很短距离处才发生混合，从而大大减少有机源和氨气的预反应。设备缺点之一在于中心处的生成物尾气不能及时排除，导致基片沿径向的厚度和杂质浓度存在不均性。目前，上述不均匀性主要依靠托盘旋转来解决，但这增加了设备的控制及保养的难度。VEECO公司的MOCVD设备以专利保护的“高速转盘”技术而著称，在获得均匀的外延层和提高的生长速度方面有较强的优势。其设备的优势还表现在反应室结构简单，便于清理维护以节省清理时间和费用。设备缺点在于原料利用效率低，反应室内的预反应较大不宜高温生长含Al的化合物，不容易实现低浓度掺杂和低V/III比材料的生长等。现有的商用MOCVD均采用托盘边缘或中心集中出气口的方式。现有的MOCVD反应器出口系统的专利中，“一种上进上出的垂直喷淋式MOCVD反应器”(专利号CN201071403Y)采用喷淋式的反应器顶部出口在大盘不转的情况下实现了单个晶片上方气流的周期性重复。
技术实现思路
本技术的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种垂直喷淋式MOCVD反应器出口系统。本技术在无旋转装置情况下，保证晶片沿径向的沉积均匀性。本技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点此反应器出口系统在充分利用垂直喷淋式反应器入口均匀性的基础上，实现了喷淋头中心处和边缘处喷入的反应气体尾气流经距离的一致性，从而在无旋转装置的情况下保证了晶片沿径向的沉积均匀性。另外，反应尾气流经石墨盘的下表面，一方面减少了热涡旋效应对反应气流的负面影响，另一方面其对石墨盘的加热也提高了热利用效率。为达到上述目的，本技术采用下述技术方案一种垂直喷淋式MOCVD反应器出口系统，其特征在于包括一个扁筒形反应室、喷淋头、石墨大盘和晶片，其特征在于1)所述喷淋头安装在反应室的顶盖上，喷淋头上周期性交错排列着小穿孔而垂直插置的III族气体管口和V族气体管口，喷淋头为水冷式喷淋头，设有进水口和出水口 ；2)在所述反应室的内地上方水平安装石墨大盘，在石墨大盘上周期性排列安置所述晶片，在石墨大盘上对应各晶片之间的间隙处，开有出气小孔；3)在反应室的下底设有出气口。所述出气位于反应室下底的周边。所述出气位于反应室下底的中心处。所述出气小口周期性规则的分布于晶片间隙处。所述出气小口的形状为圆形、方形、三角形或菱形。所述出气小口的数量包含但不限于晶片数量的整数倍。所述出气小口的长度大于等于石墨大盘的厚度。所述出气小口的尺寸及相互之间的距离包含但不限于可小至晶片间隙处以至被认为此处石墨大盘是多孔介质。附图说明图I为每个晶片周围有6个出气小口的石墨大盘俯视图图2为每个晶片周围有3个出气小口的石墨大盘俯视图图3为出气口在周向的反应器的剖视图图4为出气口在中心的反应器的剖视图。具体实施方式以下结合附图进一步说明本技术的结构装置和工作原理实施例一参见图f 4，本垂直喷淋式MOCVD反应器出口系统，其特征在于包括一个扁筒形反应室、喷淋头、石墨大盘和晶片，其特征在于1)所述喷淋头安装在反应室的顶盖上，喷淋头上周期性交错排列着小穿孔而垂直插置III族气体管口和V族气体管口，喷淋头为水冷式喷淋头，设有进水口和出水口 ；2)在所述反应室的内地上方水平安装石墨大盘，在石墨大盘上周期性排列安置所述晶片，在石墨大盘上对应各晶片之间的间隙处，开有出气小孔；3)在反应室的下底设有出气口。实施例二 参加图I、图2、图3，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下I) 所述出气位于反应室下底的周边。2) 所述出气小口周期性规则的分布于晶片间隙处。3) 所述出气小口的形状为圆形、方形、三角形或菱形。4) 所述出气小口的数量包含但不限于晶片数量的整数倍。5) 所述出气小口的长度大于等于石墨大盘的厚度。6) 所述出气小口的尺寸及相互之间的距离包含但不限于可小至晶片间隙处以至被认为此处石墨大盘是多孔介质。实施例三参见图I,图2,图4,本实施例与实施例二基本相同,特例之处是所述出气位于反应室下底的中心处。工作原理如图3所示，以氢气或氮气或氢氮混合气体为金属有机源的载气通过总进口进入III族气体喷管3喷入反应室9，V族气体经由喷管4喷入反应室9。反应气体在晶片6附近混合并受热发生化学反应在晶片6上沉积。反应尾气从位于石墨大盘5上晶片6间隙处均匀排布的出口小管7流出经由石墨盘5下表面流至图2所示的周向出口 8或图4所示的 中心出口 8。如图I所示，出口小管7均匀的排列于石墨大盘5上晶片的间隙处。因此，在整个石墨盘上方的流动状态，都是围绕单个晶片的周期性重复，与垂直喷淋式的入口均匀性相结合，可消除反应物浓度沿径向的大范围变化。另外，反应尾气流经石墨盘的下表面到达出口，一方面减少了热涡旋效应对气流的负面影响，另一方面其对石墨盘的加热效应也提高了热的总体利用效率。出气小口的形状及数量包含但不限于图I、图2所示。为降低寄生反应，喷淋头采用了水冷冷却，冷却水经由冷却水入口 I进入喷淋头，经由冷却水出口 2流出喷淋头。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直喷淋式MOCVD反应器出口系统，包括一个扁筒形反应室（9）、喷淋头（10）、石墨大盘（5）和晶片（6），其特征在于：1）所述喷淋头（10）安装在反应室（9）的顶盖上，喷淋头（10）上周期性交错排列着小穿孔而垂直插置的III族气体管口（3）和V族气体管口（4），喷淋头（10）为水冷式喷淋头，设有进水口（1）和出水口（2）；2）在所述反应室（9）的内底上方水平安装石墨大盘（5），在石墨大盘（5）上周期性排列安置所述晶片（6），在石墨大盘（5）上对应各晶片（6）之间的间隙处，开有出气小孔（7）；3）在反应室（9）的下底设有出气口（9）。

【技术特征摘要】
1.一种垂直喷淋式MOCVD反应器出口系统，包括一个扁筒形反应室(9)、喷淋头(10)、石墨大盘(5)和晶片(6)，其特征在于 1)所述喷淋头(10)安装在反应室(9)的顶盖上，喷淋头(10)上周期性交错排列着小穿孔而垂直插置的III族气体管口(3)和V族气体管口(4)，喷淋头(10)为水冷式喷淋头，设有进水口(I)和出水口(2)； 2)在所述反应室(9)的内底上方水平安装石墨大盘(5)，在石墨大盘(5)上周期性排列安置所述晶片(6)，在石墨大盘(5)上对应各晶片(6)之间的间隙处，开有出气小孔(7); 3)在反应室(9)的下底设有出气口(9)。2.根据权利要求I所述的一种垂直喷淋式MOCVD反应器出口系统，其特征在于所述出气(8)位于反应室(9)下底的周边。3.根据权利要求I所述的一种垂直喷淋式MOCVD反应器出口系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨连乔，张建华，胡建正，李刚，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：实用新型
国别省市：