專利名稱：生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體薄膜外延生長(zhǎng)領(lǐng)域，特別是用于外延生長(zhǎng)氧化物半導(dǎo)體薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的反應(yīng)室結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明設(shè)計(jì)具有三路噴氣氣嘴和高速旋轉(zhuǎn)襯底的反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)更多種類反應(yīng)氣體原料的引入，既能夠有效避免氣體預(yù)反應(yīng)，又能夠保證薄膜的均勻性。由于氣體高速噴到襯底時(shí)才接觸反應(yīng)，故而提高了氣體反應(yīng)的效率和外延質(zhì)量。
背景技術(shù)：
MOCVD是半導(dǎo)體薄膜外延生長(zhǎng)領(lǐng)域非常關(guān)鍵的設(shè)備，不僅可以用于科學(xué)研究，而且特別是半導(dǎo)體器件規(guī)?；a(chǎn)所不可缺少的。MOCVD設(shè)備的生產(chǎn)和操作成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于分子束外延設(shè)備(MBE)，并且生長(zhǎng)速度快，效率高；比磁控濺射等物理沉積設(shè)備的外延膜晶體質(zhì)量好，而且可以實(shí)現(xiàn)多片同時(shí)生長(zhǎng)。目前，隨著半導(dǎo)體照明工程的啟動(dòng)，國(guó)內(nèi)光電子產(chǎn)業(yè)對(duì)MOCVD設(shè)備的需求越來(lái)越大。很多研究單位和企業(yè)用戶所使用的MOCVD設(shè)備大多都是國(guó)外的兩家主要公司(Veeco和Aixtron)提供。國(guó)內(nèi)目前還沒有MOCVD的商業(yè)產(chǎn)品出現(xiàn)，因此從我國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)的整體考慮和長(zhǎng)遠(yuǎn)持續(xù)性發(fā)展來(lái)看，擁有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MOCVD設(shè)備并積累MOCVD設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)的儲(chǔ)備是生死攸關(guān)的。而在MOCVD設(shè)備中，反應(yīng)室則是整個(gè)設(shè)備核心所在。另外，目前商業(yè)化MOCVD設(shè)備大多數(shù)都是用于滿足III-IV族半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)，然而并沒有專門用于氧化物半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)的MOCVD設(shè)備出售。但是隨著寬禁帶半導(dǎo)體材料的發(fā)展，出現(xiàn)了一些具有很好應(yīng)用前景的氧化物寬禁帶半導(dǎo)體材料，如氧化鋅(ZnO)，氧化鎂(MgO)，和氧化鋁(Al2O3)，并受到廣泛關(guān)注和研究。特別是ZnO，除了它和GaN相似的性質(zhì)外，更高的激子束縛能(60meV)，易解理，原料成本低和低的生長(zhǎng)溫度使其成為GaN材料的競(jìng)爭(zhēng)者在光電子領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。不同于III-V族半導(dǎo)體的材料，氧化物半導(dǎo)體外延用的金屬源和氧源有著強(qiáng)烈的預(yù)反應(yīng)，預(yù)反應(yīng)不僅會(huì)浪費(fèi)原料，降低外延質(zhì)量和效率，也會(huì)產(chǎn)生許多大分子污染物。然而原料的預(yù)混合卻有利于提高外延片的均勻性。這樣避免預(yù)反應(yīng)和提高均勻性便是在氧化物外延生長(zhǎng)中的矛盾，也是MOCVD反應(yīng)室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。另外，P型摻雜一直是寬禁帶半導(dǎo)體材料面臨的難點(diǎn)，然而實(shí)現(xiàn)P型摻雜又是其能否在光電子領(lǐng)域獲得應(yīng)用的前提。以GaN為例，其p型摻雜源可以和其金屬源進(jìn)行混合引入，因此用于GaN的MOCVD反應(yīng)室通常只有兩路氣體進(jìn)入，金屬源和氮源。但是對(duì)于氧化物，其p型摻雜源還在研究和嘗試中，有著更多的選擇性。一些p型摻雜源無(wú)法與金屬源和氧源進(jìn)行混合引入，這樣就要求必須設(shè)計(jì)一單獨(dú)的氣路以便滿足上述摻雜源的引入，并使其能夠與金屬源和氧源具有同等的相互接觸反應(yīng)的機(jī)會(huì)，否則金屬源和氧源的強(qiáng)烈反應(yīng)會(huì)極大的降低摻雜的水平?？紤]到預(yù)反應(yīng)和均勻性的矛盾，以及滿足多種摻雜源的引入，本發(fā)明設(shè)計(jì)了適合氧化物半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)的具有三路噴氣氣嘴的MOCVD反應(yīng)室結(jié)構(gòu)。這種反應(yīng)室結(jié)構(gòu)更為有效的避免了氣體的預(yù)反應(yīng)，同時(shí)能夠保證外延的均勻性，進(jìn)而提高原料利用率和材料質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，能夠有效避免氣體的預(yù)反應(yīng)和提高外延片的均勻性，并可以向反應(yīng)室內(nèi)輸送三種不同類反應(yīng)氣體以便滿足多種摻雜源的需要。其特點(diǎn)是(1)特殊設(shè)計(jì)的三路噴氣氣嘴結(jié)構(gòu)，可用于引入三種不同且無(wú)法預(yù)混合的氣體原料進(jìn)入反應(yīng)室進(jìn)行反應(yīng)，且氣體通過(guò)細(xì)的噴氣孔高速噴向襯底，三種氣體在到達(dá)襯底進(jìn)行混合反應(yīng)。這種設(shè)計(jì)增加了氣體有效反應(yīng)接觸面積，節(jié)省原料，在反應(yīng)原料種類多的情況下可以更為方便和安全進(jìn)行氣體引入，通過(guò)增加噴氣孔的個(gè)數(shù)可以滿足不同尺寸的單片或者多片外延生長(zhǎng)；(2)通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)襯底基座來(lái)改善薄膜的均勻性。這種反應(yīng)室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能有效地避免氣體預(yù)反應(yīng)，又能保證薄膜的均勻性，能夠更方便的增加反應(yīng)氣體種類，更有利于實(shí)現(xiàn)多種摻雜源的引入。
本發(fā)明一種生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一上罩機(jī)構(gòu)，該上罩機(jī)構(gòu)為一桶狀，在桶的底部中心開有一圓圓孔，在桶的側(cè)壁上開有一側(cè)側(cè)孔，該側(cè)壁的邊緣為上法蘭；
一下罩機(jī)構(gòu)，該下罩機(jī)構(gòu)為一管狀，該直徑與上罩機(jī)構(gòu)的直徑相同，該下罩機(jī)構(gòu)的上邊緣為一下法蘭，該上罩機(jī)構(gòu)、下罩機(jī)構(gòu)通過(guò)上上法蘭固接，在該下罩機(jī)構(gòu)的下面固接有一底座，該底座的中心有一通凹孔，在通凹孔的旁邊有一抽氣孔；一輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)包括一柱體，該柱體的中心開有一通通孔，在柱體的下面固接有一喇叭口，該柱體的直徑與上罩機(jī)構(gòu)的圓圓孔相同，并固定在圓圓孔內(nèi)；一三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)包括一固定座為圓筒形，該固定座有一大徑端和小徑端，該小徑端的直徑與上罩機(jī)構(gòu)的側(cè)側(cè)孔相同，該固定座的小徑端插入并固定在側(cè)側(cè)孔內(nèi)；一氣嘴座，該氣嘴座為一柱體，包括一大徑端和小徑端，該小徑端的直徑與固定座內(nèi)孔相同，該氣嘴座插入固定座內(nèi)孔固定，該氣嘴座的縱向開有三個(gè)通孔，該通孔為階梯狀，該通孔朝向內(nèi)端插接有三根氣體噴管，朝向外端插接有三根金屬管；一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括一旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸的一端與底座上的通凹孔配合，另一端固定一托盤，該托盤正對(duì)著輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的喇叭口。
其中下罩機(jī)構(gòu)上的下法蘭的平面上開有一圈凹槽，該凹槽內(nèi)放置密封材料。
其中輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的喇叭口為絕緣耐熱材料石英玻璃。
其中輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的通通孔的上端安裝有一氣嘴。
其中三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的固定座與氣嘴座之間有一密封圈。
其中三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的氣嘴座開有的三個(gè)階梯通孔，其斷面為等腰三角排列。
其中旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的托盤用耐溫的石墨或者陶瓷材料制作。
其中三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的三根氣體噴管的外端為封閉狀，沿徑向開有一列噴孔，該噴孔的朝向?yàn)橥斜P的中心線。


為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖1是本發(fā)明的剖面圖；圖2是圖1中三路噴氣氣嘴局部剖面圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明一種生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一上罩機(jī)構(gòu)10，該上罩機(jī)構(gòu)10為一桶狀，在桶的底部中心開有一圓圓孔113，在桶的側(cè)壁11上開有一側(cè)側(cè)孔112，該側(cè)壁11的邊緣為上法蘭12；一下罩機(jī)構(gòu)20，該下罩機(jī)構(gòu)20為一管狀，該直徑與上罩機(jī)構(gòu)10的直徑相同，該下罩機(jī)構(gòu)20的上邊緣為一下法蘭21，該上罩機(jī)構(gòu)10、下罩機(jī)構(gòu)20通過(guò)上下法蘭12、21固接，在該下罩機(jī)構(gòu)20的下面固接有一底座23，該底座23的中心有一通孔232，在凹孔232的旁邊有一抽氣孔231，其中下罩機(jī)構(gòu)20上的下法蘭21的平面上開有一圈凹槽211，該凹槽211內(nèi)放置密封材料；一輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)30包括一柱體34，該柱體34的中心開有一通通孔341，在柱體34的下面固接有一喇叭口33，該柱體34的直徑與上罩機(jī)構(gòu)10的圓圓孔113相同，并固定在圓圓孔113內(nèi)，該輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)30上的喇叭口33為絕緣耐熱材料石英玻璃，該輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)30上的通通孔341的上端安裝有一氣嘴35；一三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)40包括一固定座41為圓筒形，該固定座41有一大徑端411和小徑端414，該小徑端414的直徑與上罩機(jī)構(gòu)10的側(cè)側(cè)孔112相同，該固定座41的小徑端414插入并固定在側(cè)側(cè)孔112內(nèi)；一氣嘴座42，該氣嘴座42為一柱體，包括一大徑端和小徑端，該小徑端的直徑與固定座41內(nèi)孔相同，該氣嘴座42插入固定座41內(nèi)孔固定，該氣嘴座42的縱向開有三個(gè)通孔422，該通孔422為階梯狀，該通孔422朝向內(nèi)端插接有三根氣體噴管47，朝向外端插接有三根金屬管43，該三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)40上的固定座41與氣嘴座42之間有一密封圈415，該三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)40上的氣嘴座42開有的三個(gè)階梯通孔422，其斷面為等腰三角排列；一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)50包括一旋轉(zhuǎn)軸51，該旋轉(zhuǎn)軸51的一端與底座23上的通凹孔232配合，另一端固定一托盤52，該托盤52正對(duì)著輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)30上的喇叭口33，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)50上的托盤52用耐溫的石墨或者陶瓷材料制作，該三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)40上的三根氣體噴管47的外端為封閉狀，沿徑向開有一列噴孔471，該噴孔471的朝向?yàn)橥斜P52的中心。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)是該MOCVD反應(yīng)室具有三路噴氣氣嘴結(jié)構(gòu)，這樣的氣嘴結(jié)構(gòu)能夠使得反應(yīng)氣體從氣體噴管47的噴孔471高速噴向襯底托盤52上的襯底，在襯底上匯合進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)襯底托盤52由旋轉(zhuǎn)軸51帶動(dòng)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。這樣有效的避免了氣體的預(yù)反應(yīng)，提高了氣體反應(yīng)效率，并能夠保證外延片的均勻性。本發(fā)明生長(zhǎng)氧化物半導(dǎo)體薄膜用的MOCVD反應(yīng)室結(jié)構(gòu)考慮了生長(zhǎng)氧化物薄膜氣相預(yù)反應(yīng)強(qiáng)烈的特殊性，設(shè)計(jì)了能夠有效避免反應(yīng)氣體預(yù)反應(yīng)的三路噴氣氣嘴結(jié)構(gòu)，并通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)襯底基座來(lái)改善薄膜的均勻性，并可同時(shí)引入三種不同且無(wú)法預(yù)混合的氣體原料進(jìn)入反應(yīng)室進(jìn)行反應(yīng)。這種設(shè)計(jì)增加了氣體有效反應(yīng)接觸面積，節(jié)省原料，在反應(yīng)原料種類多的情況下可以更為方便和安全進(jìn)行氣體引入，通過(guò)增加噴氣孔的個(gè)數(shù)可以滿足不同尺寸的單片或者多片外延生長(zhǎng)。因此本發(fā)明用于生長(zhǎng)氧化物半導(dǎo)體薄膜的MOCVD反應(yīng)室結(jié)構(gòu)既能夠保證薄膜的均勻性，又能有效地避免氣體預(yù)反應(yīng)，能夠更方便的增加反應(yīng)氣體種類，更有利于實(shí)現(xiàn)多種摻雜源的引入。
實(shí)施例請(qǐng)?jiān)賲㈤喐綀D1和圖2，本發(fā)明用于生長(zhǎng)氧化物薄膜的MOCVD反應(yīng)室結(jié)構(gòu)主要包括(1)上罩機(jī)構(gòu)10，材料為金屬材料，一般為不銹鋼，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該上罩機(jī)構(gòu)10為一桶形，上部是圓弧狀，在圓弧邊緣延伸出一定長(zhǎng)度的側(cè)壁11，在上罩機(jī)構(gòu)10的底部的中心及側(cè)壁11上分別開有側(cè)孔112和圓孔113；底部的圓孔113用于焊接輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)30上的柱體34，側(cè)孔112用于焊接三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)40上的固定座41。該側(cè)壁11可以由提升機(jī)構(gòu)提起一定的高度，以便裝入和取出放在襯底托盤52上的襯底100。該上罩機(jī)構(gòu)10的側(cè)壁11的邊緣為上法蘭12，通過(guò)該上法蘭12和下罩機(jī)構(gòu)20上的下法蘭21進(jìn)行壓配密封。
(2)上罩機(jī)構(gòu)10上的上法蘭12為一環(huán)形，環(huán)形截面為矩形。該上罩機(jī)構(gòu)10上的上法蘭12與下罩機(jī)構(gòu)20上的下法蘭21相配合，用來(lái)壓緊放置在下法蘭21凹槽211中的密封材料，進(jìn)而將上罩機(jī)構(gòu)10上的上法蘭12和下罩機(jī)構(gòu)20進(jìn)行密封。
(3)下罩機(jī)構(gòu)20的下法蘭21，材料為金屬材料，一般為不銹鋼，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該下罩機(jī)構(gòu)20的下法蘭21為一環(huán)形，環(huán)形截面為矩形，在環(huán)形的端面中部開有一個(gè)用于放置密封材料的凹槽211。
(4)下罩機(jī)構(gòu)20，材料為金屬材料，一般為不銹鋼，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該下罩機(jī)構(gòu)20的下部與底座23焊接。
(5)底座23，材料為金屬材料，一般為不銹鋼，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該底座23為一圓盤狀，在偏離圓心的一側(cè)開有一抽氣孔231，圓心中部也開有一通凹孔232用于安裝旋轉(zhuǎn)軸51。該底座23與反應(yīng)室下桶22進(jìn)行焊接連接。通過(guò)外接氣泵到抽氣孔231處，可以對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行抽真空和控制一定的反應(yīng)壓力。
(6)輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)30，該輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)30包括一柱體34，該柱體34的下端固接有一喇叭口33，在柱體34的的上端有一氣嘴35。輔氣從柱體34上的氣嘴35處引入，通過(guò)該喇叭口33壓向襯底，這樣可以抑制反應(yīng)氣體的上浮，有利于氣體的反應(yīng)，和減少反應(yīng)大分子污染物的二次沉積。
(7)喇叭口33，材料為絕緣非金屬材料，一般為石英玻璃，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該喇叭口33為一圓環(huán)狀。該喇叭口33與柱體34固接。
(8)柱體34，材料為金屬材料，一般為不銹鋼，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該柱體34中部開有一通孔341，在柱體34的上端有一氣嘴35，該氣嘴35用來(lái)將輔氣引入反應(yīng)室。該柱體34為一圓柱狀，該柱體34插入到上罩機(jī)構(gòu)10上的圓孔113內(nèi)，在其內(nèi)外側(cè)的接觸圓周處進(jìn)行焊接密封。
(9)固定座41，材料為金屬材料，一般為不銹鋼，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該固定座41為一有臺(tái)階外徑的圓筒狀，圓筒的小徑端插入到側(cè)壁11上的側(cè)孔112中，然后在內(nèi)側(cè)和外側(cè)接觸圓周處焊接，保證該固定座41和上罩機(jī)構(gòu)10的側(cè)壁11內(nèi)外密封。
(10)氣嘴座42，材料為金屬材料，一般為不銹鋼，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該氣嘴座42為一圓柱狀。在該氣嘴座42的徑向沿中心線方向開有三個(gè)相同的通孔422，每個(gè)通孔422的內(nèi)徑分為三段，三個(gè)通孔422在截面圖上呈等腰三角形排列，左右兩個(gè)通道在水平方向，中部通道開在左右兩個(gè)通道中心線的垂直中心線上。該氣嘴座42插入并固定在固定座41上的圓孔內(nèi)，該氣嘴座42與固定座41焊接。這樣該氣嘴座42可以與固定座41進(jìn)行固定連接并密封。
(11)金屬管43，材料為金屬材料，一般為不銹鋼，所用個(gè)數(shù)為3個(gè)。該金屬管43為一管狀，插入到氣嘴座42外側(cè)的通孔422中，并在外側(cè)將其與氣嘴座42進(jìn)行焊接進(jìn)而將金屬管43與氣嘴座42密封，金屬管43的另一端可以焊接CVR接頭來(lái)引入反應(yīng)氣體。
(12)氣體噴管47，材料為耐熱非金屬材料，一般為石英玻璃，所用個(gè)數(shù)為3個(gè)。該氣體噴管47為一管狀，管內(nèi)徑與氣嘴座42中部通孔422直徑相同，一端開口，另一端封死，在封死的一端垂直與管中心線的方向上開有一排細(xì)的噴孔471，這些噴孔471在同一條直線上。該氣體噴管47具開口的一端插入到氣嘴座42上的通孔422中。在截面圖上看，三根氣體噴管47的噴氣孔軸線在托盤52上交匯為一條直線，即左側(cè)氣體噴管47的噴孔471軸線向右下傾斜，右側(cè)氣體噴管47的噴孔471軸線向左下傾斜，中部氣體噴管47的噴孔471垂直向下。反應(yīng)三路氣體就是從這些噴氣孔中高速噴向托盤52上的襯底100，在到達(dá)襯底100時(shí)三路氣體接觸發(fā)生發(fā)應(yīng)，這樣有效的減少了氣體之間的預(yù)反應(yīng)。由于氣體在到達(dá)襯底100時(shí)才接觸反應(yīng)，進(jìn)而提高了氣體反應(yīng)效率和節(jié)省原料。
(13)旋轉(zhuǎn)軸51，材料為金屬材料，一般不銹鋼或者金屬鉬，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該旋轉(zhuǎn)軸51為一桿狀，截面為圓形。該旋轉(zhuǎn)軸51上部與襯底托盤52固定，下部通過(guò)連接機(jī)構(gòu)與電機(jī)相連(未圖示)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)該旋轉(zhuǎn)軸51的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)可調(diào)，進(jìn)而該旋轉(zhuǎn)軸51可以帶動(dòng)襯底托盤52一起高速旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的襯底托盤52帶動(dòng)上面的襯底100進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可以改善外延的均勻性。
(14)襯底托盤52，材料為絕緣材料，一般為石磨或者陶瓷，所用個(gè)數(shù)為1個(gè)。該襯底托盤52為一圓餅狀，上平面內(nèi)圓心中部開有一定深度的圓槽，用于放置外延襯底100，圓槽內(nèi)徑和所用襯底100外徑一致。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下本發(fā)明生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)具有能夠有效避免氣體預(yù)反應(yīng)的三路噴氣氣嘴結(jié)構(gòu)。請(qǐng)結(jié)合參閱圖1和圖2，其具體實(shí)施操作過(guò)程如下在使用本發(fā)明前，首先將三根金屬管43外端焊接氣嘴，并通過(guò)氣嘴連接三種氣體氣路，如有機(jī)金屬源，氧源和氮源，以便向反應(yīng)室內(nèi)引入反應(yīng)氣體；其次是將氣嘴35與輔氣氣路進(jìn)行連接，將旋轉(zhuǎn)軸51的下部和電機(jī)系統(tǒng)相連，最后在抽氣孔231外接抽氣泵(未圖示)。然后將上罩機(jī)構(gòu)10通過(guò)提升機(jī)構(gòu)(未圖示)提起到一定高度，把準(zhǔn)備好的外延襯底100放置在托盤52上。放置好襯底100之后，通過(guò)提升機(jī)構(gòu)將上罩機(jī)構(gòu)10放下使得上法蘭12和下法蘭21彼此壓緊放置在凹槽211中的密封材料，進(jìn)而使得整個(gè)反應(yīng)室(該反應(yīng)室為上罩機(jī)構(gòu)10和下罩機(jī)構(gòu)20之內(nèi))與外界隔離。打開與抽氣孔231相連的抽氣泵對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行抽真空，維持在外延生長(zhǎng)要求的真空度，之后啟動(dòng)與旋轉(zhuǎn)軸51相連的電機(jī)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸51和上面的托盤52一起高速旋轉(zhuǎn)。這樣放置在托盤52上的襯底100也會(huì)被帶動(dòng)和托盤52一起高速旋轉(zhuǎn)。然后打開輔氣氣路使得一定流量的輔氣從氣嘴35內(nèi)沿喇叭口33吹向襯底100。這時(shí)可以打開和金屬管43外接的氣路，引入反應(yīng)氣體。根據(jù)外延的需要，可以選擇打開與三路中的兩路或者三路。反應(yīng)氣體經(jīng)由金屬管43，氣嘴座42的通孔422到達(dá)氣體噴管47，從其細(xì)小的噴氣孔471高速噴向托盤52上的襯底100。由于三路氣體噴管的噴氣孔471都朝向襯底100的中心，則三種反應(yīng)氣體便在襯底100上匯合進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)外延生長(zhǎng)。由于噴氣孔和襯底的距離短，噴氣速度快，三路氣體交匯接觸面積大的特點(diǎn)，這樣的三路噴氣氣嘴結(jié)構(gòu)增加了氣體有效反應(yīng)接觸面積，節(jié)省原料，有效的避免了氣體之間強(qiáng)烈的預(yù)反應(yīng)。同時(shí)襯底托盤52的高速旋轉(zhuǎn)可保證外延片的均勻性。這樣很好的解決了預(yù)反應(yīng)強(qiáng)烈和均勻性的矛盾。
因此本發(fā)明生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)考慮了生長(zhǎng)氧化物薄膜氣相預(yù)反應(yīng)強(qiáng)烈的特殊性，和改善均勻性的矛盾，設(shè)計(jì)了能夠有效避免反應(yīng)氣體預(yù)反應(yīng)的三路噴氣氣嘴結(jié)構(gòu)，并通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)襯底基座來(lái)保證薄膜的均勻性。該反應(yīng)室的核心是特殊設(shè)計(jì)的三路噴氣氣嘴結(jié)構(gòu)，可用于引入三種不同且無(wú)法預(yù)混合的氣體原料進(jìn)入反應(yīng)室進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)原料種類多的情況下可以更為方便和安全進(jìn)行氣體引入，通過(guò)增加噴氣孔的個(gè)數(shù)可以滿足不同尺寸的單片或者多片外延生長(zhǎng)。這種反應(yīng)室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既能夠保證薄膜的均勻性，又能有效地避免氣體預(yù)反應(yīng)，可更方便的增加反應(yīng)氣體種類，更有利于實(shí)現(xiàn)多種摻雜源的引入。
權(quán)利要求
1.一種生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一上罩機(jī)構(gòu)，該上罩機(jī)構(gòu)為一桶狀，在桶的底部中心開有一圓圓孔，在桶的側(cè)壁上開有一側(cè)側(cè)孔，該側(cè)壁的邊緣為上法蘭；一下罩機(jī)構(gòu)，該下罩機(jī)構(gòu)為一管狀，該直徑與上罩機(jī)構(gòu)的直徑相同，該下罩機(jī)構(gòu)的上邊緣為一下法蘭，該上罩機(jī)構(gòu)、下罩機(jī)構(gòu)通過(guò)上下法蘭固接，在該下罩機(jī)構(gòu)的下面固接有一底座，該底座的中心有一通凹孔，在通凹孔的旁邊有一抽氣孔；一輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)包括一柱體，該柱體的中心開有一通通孔，在柱體的下面固接有一喇叭口，該柱體的直徑與上罩機(jī)構(gòu)的圓圓孔相同，并固定在圓圓孔內(nèi)；一三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)包括一固定座為圓筒形，該固定座有一大徑端和小徑端，該小徑端的直徑與上罩機(jī)構(gòu)的側(cè)側(cè)孔相同，該固定座的小徑端插入并固定在側(cè)側(cè)孔內(nèi)；一氣嘴座，該氣嘴座為一柱體，包括一大徑端和小徑端，該小徑端的直徑與固定座內(nèi)孔相同，該氣嘴座插入固定座內(nèi)孔固定，該氣嘴座的縱向開有三個(gè)通孔，該通孔為階梯狀，該通孔朝向內(nèi)端插接有三根氣體噴管，朝向外端插接有三根金屬管；一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括一旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸的一端與底座上的通凹孔配合，另一端固定一托盤，該托盤正對(duì)著輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的喇叭口。
2.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中下罩機(jī)構(gòu)上的下法蘭的平面上開有一圈凹槽，該凹槽內(nèi)放置密封材料。
3.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的喇叭口為絕緣耐熱材料石英玻璃。
4.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的通通孔的上端安裝有一氣嘴。
5.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的固定座與氣嘴座之間有一密封圈。
6.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的氣嘴座開有的三個(gè)階梯通孔，其斷面為等腰三角排列。
7.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的托盤用耐溫的石墨或者陶瓷材料制作。
8.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的三根氣體噴管的外端為封閉狀，沿徑向開有一列噴孔，該噴孔的朝向?yàn)橥斜P的中心線。
全文摘要
一種生長(zhǎng)氧化物薄膜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，包括一上罩機(jī)構(gòu)為一桶狀，底部開有一圓孔，側(cè)壁上開有一側(cè)孔；一下罩機(jī)構(gòu)為一管狀，該上罩機(jī)構(gòu)、下罩機(jī)構(gòu)固接；一輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)包括一柱體，下面固接有一喇叭口；一三路噴氣氣嘴機(jī)構(gòu)包括一固定座為圓筒形，該固定座的小徑端插入并固定在側(cè)孔內(nèi)；一氣嘴座為一柱體，包括一大徑端和小徑端，該小徑端的直徑與固定座內(nèi)孔相同，該氣嘴座插入固定座內(nèi)孔固定，該氣嘴座的縱向開有三個(gè)通孔，該通孔為階梯狀，該通孔朝向內(nèi)端插接有三根氣體噴管，朝向外端插接有三根金屬管；一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括一旋轉(zhuǎn)軸，該旋轉(zhuǎn)軸的一端與底座上的通凹孔配合，另一端固定一托盤，該托盤正對(duì)著輔氣氣嘴機(jī)構(gòu)上的喇叭口。
文檔編號(hào)C23C16/40GK1832111SQ20051005417
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月9日
發(fā)明者叢光偉, 劉祥林, 董向蕓, 魏宏源, 王占國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所