一种MOCVD设备制造技术

本实用新型专利技术涉及MOCVD设备，使两种气体的喷孔均匀有间隔地交替分布在进气装置的底面，使两种气体进入反应区域后能有效混合，并容易控制气体均匀垂直地输送到衬底片表面上，来进行外延反应。衬底片的托盘采用高速旋转的结构，利用由此产生的泵效应能够把反应气体迅速地输送到衬底片的表面上，并且通过高速旋转的离心力还可以把反应后的气体迅速排出，实现了外延生长需要的条件。此外，反应区域的空间高度适合配置机械手，以便于实现对托盘的机械化传送，使得MOCVD设备适合自动化生产的要求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

—种MOCVD设备
本技术涉及半导体薄膜生长装置，尤其涉及一种MOCVD设备。
技术介绍
用于发光的晶体结构的GaN (氮化镓)材料必须在一定的温度，压力，化学气体组分条件下生长，MOCVD (金属有机化学气相沉积)反应器提供了这个生长过程所有必须满足的条件。目前比较通用的商业化的MOCVD设备主要有三种。如图I所示，是一种采用平行气流输送结构的MOCVD设备。MO源(即金属有机化合物)和其他化学气体(例如是氨气)分成两路，在图I中分别以实线(气体A)和虚线(气体B) 的箭头表示，被平行地输送到外延衬底片130 (例如蓝宝石外延片)的表面上，进行外延生长。若干衬底片130放在托盘121上，若干个托盘121环状分布在主盘120上。加热元件位于托盘121的下部。为了保证衬底片130上气体的均匀性以及托盘121加热的均匀性， 主盘120沿着自己的轴心旋转，同时每个衬底片托盘121还沿着各自的轴心旋转。这种结构的主盘120和托盘121 的旋转速度都比较低，一般小于IOOrpm (转/分钟)，衬底片130 上面的空间也比较小，以保证气体流场能够适合外延生长的条件，但是这种结构很难实现自动化操作。如图2所示，是一种采用垂直气流喷淋头结构的MOCVD设备。MO源和其他化学气体垂直地通过喷淋头210上开设的两组喷孔211和212，分别输送到外延衬底片230的表面上，进行外延生长。为了有效地将气体输送到外延生长的表面，喷淋头210距离外延衬底片230非常近,一般小于15mm (毫米)。若干衬底片230按照一定的规律放置在托盘220 上，若干加热元件240位于托盘220的下部。为了保证衬底片230上气体的均匀性以及托盘220加热的均匀性，托盘220沿着自己的轴心旋转。这种结构的旋转速度比较低，一般小于200rpm。喷淋头210结构的气体输送保证了气体输送的一致性，也有效地的保证了两种气体在外延衬底片230表面的充分混合。由于喷淋头210和托盘220距离近,一方面,气体可以有效地输送到衬底片230的表面，提高了气体的利用率。但另一方面，机械化传送托盘 220变得很难实现，无法满足自动化生产的要求。配合参见图3、图4所示，是一种采用垂直气流输送以及高速托盘旋转结构的 MOCVD设备。MO源和其他化学气体通过喷淋头310上两组若干平行交替分布的狭缝状通道 311和312 (为便于区分，在图4中对通道311和312用不同的填充效果来表示)送入反应区域内，垂直地输送到外延衬底片330的表面上，进行外延生长。为了有效地将气体输送到外延生长的表面，装载外延衬底片330的托盘320高速旋转,一般大于600rpm。若干衬底片 330按照一定的规律放在托盘320上，加热元件340位于托盘320的下部，来加热托盘320。 为了保证衬底片330上气体的均匀性以及托盘320加热的均匀性，托盘320沿着自己的轴心旋转。这种条件下喷淋头310下表面和外延生长表面有较大的距离(一般大于60mm)，这个比较大的距离可以方便的实现机械化传送托盘320，实现了自动化生产。由于距离比较大，托盘转速比较高，气体的消耗量也随之增大，提高了相应的生产成本。随着大规模生产的发展，MOCVD设备的反应腔体尺寸越来越大，每次生长的衬底片数量越来越多或者衬底片尺寸越来越大。如何适应这种发展趋势，提供一种合适的MOCVD 设备已经成为业界的一种挑战。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能够有效控制气体输送及混合的MOCVD设备。为了实现上述目的，本技术一个实施例中提供的MOCVD设备，包括反应腔体、托盘、旋转轴和进气装置，其中所述托盘位于反应腔体内，该托盘用于放置至少一个衬底片；所述旋转轴与托盘直接接触，用以支撑托盘以及带动托盘旋转；所述进气装置位于托盘上方，该进气装置底面设有多个均匀分布的喷孔，用以输出至少两路反应气体至所述托盘的上表面，所述喷孔至少包括第一喷孔和第二喷孔，所述第一喷孔用以输出第一反应气体，所述第二喷孔用以输出第二反应气体。优选的实施例中，所述进气装置底面和托盘上表面之间的距离为30-70毫米。优选的实施例中，在进行衬底片表面的薄膜外延反应时，所述托盘处于旋转状态， 转速为100-1200转/分钟。进一步优选的实施例中，托盘的转速为600-1200转/分钟。优选的实施例中，相邻喷孔之间的距离为5-20毫米。优选的实施例中，所述第一喷孔和第二喷孔在进气装置底面交替地均匀排列，以使输出的第一反应气体和第二反应气体在托盘上方均匀混合。优选的实施例中，所述第一喷孔和第二喷孔排列成多列，任意一列中的各个喷孔是第一喷孔和第二喷孔中的一种喷孔 ，而该任意一列的相邻一列中的各个喷孔是第一喷孔和第二喷孔中的另一种喷孔；或者，所述第一喷孔和第二喷孔排列成多列，任意相邻俩列中的一列中的各个喷孔按照第一喷孔、第二喷孔的顺序交替排列，另一列中的各个喷孔按照第二喷孔、第一喷孔的顺序交替排列。优选的实施例中，所述MOCVD设备还包括机械手，该机械手支持径向伸缩、轴向转动和上下移动的三维运动，用以将托盘放入反应腔体内或者将托盘从反应腔体内取出。优选的实施例中，所述反应腔体侧壁设有用以将托盘放入反应腔体内或者将托盘从反应腔体内取出的开口 ；所述MOCVD设备还包括可移动挡板，用以在外延反应时关闭该开口，以及在外延反应停止后打开该开口。优选的实施例中，所述进气装置为喷淋头或者所述进气装置的一部分为喷淋头。优选的实施例中，所述进气装置中设有冷却结构，用以控制该进气装置的温度。与现有技术相比，本技术提出了一种MOCVD设备，其优点在于本技术中，在进气装置的底面设置均匀分布的喷孔，使得气体的均匀输送容易控制，反应气体进入反应区域以后可以有效地混合，并把气体垂直地输送到衬底片的表面上；而且，本技术放置衬底片的托盘与旋转轴直接接触，旋转轴能够带动托盘高速旋转，利用由此产生的泵效应能够把反应气体迅速地输送到衬底片的表面上，并且通过高速旋转的离心力还可以把反应后的气体迅速排出，实现了外延生长需要的条件。进一步地，通过设置进气装置底面和托盘上表面的距离提供反应区域的合适高度，适合两种反应气体的充分混合并能够有效地应用于外延生长；而且这个高度又便于实现对托盘的机械化传送，使得MOCVD设备适合自动化生产的要求。附图说明图I是现有一种平行气流输送的MOCVD设备的结构侧视示意图及其中托盘的俯视示意图；图2是现有垂直喷淋式的MOCVD设备的结构侧视示意图；图3是现有高速旋转式的MOCVD设备的结构侧视示意图；图4是现有高速旋转式的MOCVD设备中喷淋头的仰视示意图；图5是本技术实施例中MOCVD设备的结构侧视示意图；图图9是本技术实施例中MOCVD设备的进气装置中喷孔的四种分布方式示意图。具体实施方式如图5所示，本技术一个实施例提供的MOCVD设备中，主要包括反应腔体50、 进气装置10、用于放置若干衬底片30 (或称外延片)的托盘20、支持以及带动托盘20旋转的旋转轴60，其中托盘20位于反应腔体50内，托盘20用于放置至少一个衬底片30 ;旋转轴60与托盘20直接接触，用以支撑托盘20以及带动托盘20旋转；进气装置10位于托盘 20上方，进气装置10底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MOCVD设备，其特征在于，包括：反应腔体、托盘、旋转轴和进气装置，其中所述托盘位于所述反应腔体内，该托盘用于放置至少一个衬底片；所述旋转轴与托盘直接接触，用以支撑托盘以及带动托盘旋转；所述进气装置位于托盘上方，该进气装置底面设有多个均匀分布的喷孔，用以输出至少两路反应气体至所述托盘的上表面，所述喷孔至少包括第一喷孔和第二喷孔，所述第一喷孔用以输出第一反应气体，所述第二喷孔用以输出第二反应气体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈爱华，金小亮，张伟，吕青，施建新，陈凯辉，
申请(专利权)人：中晟光电设备上海有限公司，
类型：实用新型
国别省市：