專利名稱：用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的扇形進(jìn)氣噴頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積 設(shè)備的扇形進(jìn)氣噴頭。
背景技術(shù)：
MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)設(shè)備，即金屬有機(jī)物化學(xué)氣 相沉積設(shè)備，是化合物半導(dǎo)體外延材料研究和生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，特別適合化合物半導(dǎo)體功 能結(jié)構(gòu)材料的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，是其它半導(dǎo)體設(shè)備所無法替代的核心半導(dǎo)體設(shè)備，是當(dāng)今 世界上生產(chǎn)半導(dǎo)體光電器件和微波器件材料的主要手段，是當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展、國防高新 技術(shù)突破不可缺少的戰(zhàn)略性高技術(shù)半導(dǎo)體設(shè)備。用金屬有機(jī)物化學(xué)沉積(MOCVD)設(shè)備生長薄膜材料，通常需要各種源材料以及攜 帶氣體。源材料包括金屬有機(jī)物(MO)和氣體源，是參與化學(xué)反應(yīng)并且在生成物中含有本原 料成分的材料，攜帶氣體包括氮?dú)?、氫氣及惰性氣體等，這些氣體只攜帶原材料進(jìn)入反應(yīng)室 中，本身并不參加化學(xué)反應(yīng)。通常的原材料MO源和氣體源之間在高溫下有強(qiáng)烈的預(yù)反應(yīng)，如三甲基鋁和氨氣 之間在高溫下預(yù)反應(yīng)強(qiáng)烈，反應(yīng)后生成不能分解的聚合物。為了減少兩者之間的預(yù)反應(yīng)，通 常將MO源和氣體源分開進(jìn)而反應(yīng)室，直到反應(yīng)室中襯底附近才相遇，之后參加化學(xué)反應(yīng)， 由于反應(yīng)非常復(fù)雜，通常有幾十個(gè)反應(yīng)，只有在襯底上參加反應(yīng)的生成物才可能形成高質(zhì) 量的薄膜材料。目前用于氣相沉積設(shè)備的噴頭設(shè)計(jì)基本上都可以將兩種反應(yīng)氣源分別送入反應(yīng) 室，但在未到達(dá)襯底時(shí)已經(jīng)相遇并混合，在高溫下產(chǎn)生預(yù)反應(yīng)，之后預(yù)反應(yīng)的生成物在襯底 上沉積，影響晶體質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述問題提出本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的扇形進(jìn)氣噴頭，包括封閉型 的外殼體，該外殼體包括上層板、中層板和下層板，在上層板與中層板之間形成供氣體進(jìn)入 的進(jìn)氣腔室，在中層板和下層板之間形成冷卻腔室，其中進(jìn)氣腔室被分隔成彼此隔離的多 個(gè)扇形區(qū)域，對于每一個(gè)扇形區(qū)域，在中層板與下層板之間固定有多個(gè)導(dǎo)熱的細(xì)管，細(xì)管在 外殼體的高度方向上延伸過冷卻腔室，且細(xì)管的開口端與進(jìn)氣腔室連通，細(xì)管的出口端朝 向鄰近的襯底表面；且進(jìn)氣腔室的至少兩個(gè)扇形區(qū)域引入彼此不同的反應(yīng)氣體。可選地，扇形進(jìn)氣噴頭還包括設(shè)置在冷卻腔室上的進(jìn)水管和出水管，冷卻水從進(jìn) 水管進(jìn)入冷卻腔室，再經(jīng)過出水管流出冷卻腔室。所述細(xì)管可以為不銹鋼細(xì)管。進(jìn)一步可 選地，不銹鋼細(xì)管的內(nèi)徑在0. 2mm至3mm之間，不銹鋼細(xì)管之間的距離在0. 5mm至IOmm之 間，且不銹鋼細(xì)管的管壁厚度在0. 5mm至2mm之間?？蛇x地，多個(gè)扇形區(qū)域被分成引入第一反應(yīng)氣體的第一扇形區(qū)域、引入適于與第一反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)的第二反應(yīng)氣體的第二扇形區(qū)域和引入不與第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)的隔離氣體的第三扇形區(qū)域，第一扇形區(qū)域與第二扇形區(qū)域被第三扇形區(qū) 域在進(jìn)氣腔室中間隔開。這樣，第一扇形區(qū)域通入第一反應(yīng)氣體，第二扇形區(qū)域通入第二反 應(yīng)氣體，第三扇形區(qū)域通入隔離氣體，反應(yīng)氣體被隔離氣體隔離，通過控制襯底旋轉(zhuǎn)速度， 可以進(jìn)行原子層模式外延生長。所述隔離氣體可選自氫氣，氮?dú)猓瑲鍤饣蚱渌栊詺怏w中 的一種，氫氣、氮?dú)?、氬氣和其它惰性氣體中的一種的至少兩種氣體的組合?；蚩蛇x地，多個(gè)扇形區(qū)域被分成引入第一反應(yīng)氣體的第一扇形區(qū)域、引入適于與 第一反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)的第二反應(yīng)氣體的第二扇形區(qū)域?？蛇x地，進(jìn)氣腔室被均分成2η個(gè)扇形區(qū)域，η為小于13的整數(shù)。每個(gè)扇形區(qū)域的 扇形圓心角的度數(shù)可在0-180度之間。本發(fā)明具有如下至少一種優(yōu)點(diǎn)1)能夠?qū)⒉煌姆磻?yīng)原材料分別送入反應(yīng)室，通過通入隔離氣體，可以實(shí)現(xiàn)原子 層模式外延生長，完全消除預(yù)反應(yīng)，大大提高晶體質(zhì)量；2)能夠?qū)⒉煌姆磻?yīng)原材料分別送入反應(yīng)室，通過襯底高速旋轉(zhuǎn)，使反應(yīng)的原材 料充分混合均勻，實(shí)現(xiàn)普通的外延生長模式；3)只有一層進(jìn)氣室，相對于其它雙層進(jìn)氣室來說加工簡單，成品率高，可以降低制 造成本；4)噴氣口的分布可以更密集，從而提高均勻性；5)該噴頭適用于常壓和低壓生長技術(shù)。


圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的剖視示意圖；圖2為圖1去掉上層板之后的上視圖，其中示例性地示出了 8個(gè)扇形區(qū)域。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。在說明 書中，相同或相似的附圖標(biāo)號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發(fā)明實(shí)施方式的 說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。根據(jù)本發(fā)明的用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的扇形進(jìn)氣噴頭，包括封閉型的外 殼體1，該外殼體包括上層板2、中層板3和下層板4，在上層板與中層板之間形成供氣體進(jìn) 入的進(jìn)氣腔室5，在中層板和下層板之間形成冷卻腔室6。其中進(jìn)氣腔室5被分隔成彼此 隔離的多個(gè)扇形區(qū)域，對于每一個(gè)扇形區(qū)域，在中層板與下層板之間固定有多個(gè)導(dǎo)熱的細(xì) 管7，細(xì)管在外殼體的高度方向上延伸過冷卻腔室，且細(xì)管的開口端與進(jìn)氣腔室連通，細(xì)管 的出口端朝向鄰近的襯底14表面；且進(jìn)氣腔室的至少兩個(gè)扇形區(qū)域引入彼此不同的反應(yīng) 氣體。扇形進(jìn)氣噴頭還包括設(shè)置在冷卻腔室上的進(jìn)水管9和出水管10，冷卻水從進(jìn)水 管進(jìn)入冷卻腔室，再經(jīng)過出水管流出冷卻腔室。細(xì)管7為不銹鋼細(xì)管，當(dāng)然也可以為其它適合的材料制成的細(xì)管。不銹鋼細(xì)管的 內(nèi)徑在0. 2mm至3mm之間，不銹鋼細(xì)管之間的距離在0. 5mm至IOmm之間，且不銹鋼細(xì)管的管壁厚度在0. 5mm至2mm之間。如圖2中所示，多個(gè)扇形區(qū)域被分成引入第一反應(yīng)氣體的第一扇形區(qū)域11、引入 適于與第一反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)的第二反應(yīng)氣體的第二扇形區(qū)域12和引入不與第一反應(yīng)氣 體和第二反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)的隔離氣體的第三扇形區(qū)域13，第一扇形區(qū)域與第二扇形區(qū)域 被第三扇形區(qū)域在進(jìn)氣腔室中間隔開。所述隔離氣體選自氫氣，氮?dú)猓瑲鍤饣蚱渌栊詺?體中的一種，氫氣、氮?dú)?、氬氣和其它惰性氣體中的一種的至少兩種氣體的組合。盡管沒有示出，但是多個(gè)扇形區(qū)域可以被分成引入第一反應(yīng)氣體的第一扇形區(qū) 域、引入適于與第一反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)的第二反應(yīng)氣體的第二扇形區(qū)域。需要指出的是，第一扇形區(qū)域、第二扇形區(qū)域、第三扇形區(qū)域均可以設(shè)置為包括若 干個(gè)扇形區(qū)域，也可以設(shè)置為僅包括一個(gè)扇形區(qū)域。有利地，進(jìn)氣腔室被均分成2η個(gè)扇形區(qū)域，η為小于13的整數(shù)。每個(gè)扇形區(qū)域的 扇形圓心角的度數(shù)在0-180度之間。本發(fā)明的扇形進(jìn)氣噴頭可以實(shí)現(xiàn)兩種生長模式一是將不同的原材料分別送入反 應(yīng)室，并且用隔離氣體將容易參加預(yù)反應(yīng)的原材料徹底分開，通過襯底旋轉(zhuǎn)，使不同反應(yīng)原 材料交替到達(dá)襯底，最終實(shí)現(xiàn)原子層模式的外延生長；二是將不同的原材料分別送入反應(yīng) 室，通過襯底高速旋轉(zhuǎn)，使不同的原材料充分混合均勻，之后到達(dá)襯底進(jìn)行反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn) 普通模式的外延生長。具體地對于原子層模式外延生長例如如圖1和圖2中所示，第一路反應(yīng)原材料從對應(yīng)的氣管8進(jìn)入第一扇形區(qū)域 11再經(jīng)過第一扇形區(qū)域11的細(xì)不銹鋼管到達(dá)襯底表面，第二路反應(yīng)原材料從對應(yīng)的氣管 8進(jìn)入第二扇形區(qū)域12再經(jīng)過第二扇形區(qū)域12的細(xì)不銹鋼管到達(dá)襯底表面，隔離氣體從 對應(yīng)的氣管8進(jìn)入第三扇形區(qū)域13再經(jīng)過第三扇形區(qū)域13的細(xì)不銹鋼管到達(dá)襯底表面， 通過控制襯底14旋轉(zhuǎn)速度，兩路原材料交替到達(dá)襯底表面并反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)原子層模式外延生 長。對于普通模式外延生長例如，第一路反應(yīng)原材料從對應(yīng)的氣管8進(jìn)入扇形區(qū)域11和12再經(jīng)過相應(yīng)扇形 區(qū)域的細(xì)不銹鋼管到達(dá)襯底表面，第二路反應(yīng)原材料從對應(yīng)的氣管8進(jìn)入扇形區(qū)域13再經(jīng) 過扇形區(qū)域13的細(xì)不銹鋼管到達(dá)襯底表面，通過襯底14高速旋轉(zhuǎn)可以進(jìn)行普通模式外延 生長。另外，本發(fā)明的用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的扇形進(jìn)氣噴頭的噴氣口可用于生長氮化鎵、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅、碳化硅等材料的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行變化，本發(fā)明的范圍由 所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
一種用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的扇形進(jìn)氣噴頭，包括封閉型的外殼體，該外殼體包括上層板、中層板和下層板，在上層板與中層板之間形成供氣體進(jìn)入的進(jìn)氣腔室，在中層板和下層板之間形成冷卻腔室，其中進(jìn)氣腔室被分隔成彼此隔離的多個(gè)扇形區(qū)域，對于每一個(gè)扇形區(qū)域，在中層板與下層板之間固定有多個(gè)導(dǎo)熱的細(xì)管，細(xì)管在外殼體的高度方向上延伸過冷卻腔室，且細(xì)管的開口端與進(jìn)氣腔室連通，細(xì)管的出口端朝向鄰近的襯底表面，且進(jìn)氣腔室的至少兩個(gè)扇形區(qū)域引入彼此不同的反應(yīng)氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的扇形進(jìn)氣噴頭，還包括設(shè)置在冷卻腔室上的進(jìn)水管和出水管，冷卻水從進(jìn)水管進(jìn)入冷卻腔室，再經(jīng)過出水管 流出冷卻腔室。
3.如權(quán)利要求2所述的扇形進(jìn)氣噴頭，其中所述細(xì)管為不銹鋼細(xì)管。
4.如權(quán)利要求3所述的扇形進(jìn)氣噴頭，其中不銹鋼細(xì)管的內(nèi)徑在0. 2mm至3mm之間，不銹鋼細(xì)管之間的距離在0. 5mm至IOmm之間， 且不銹鋼細(xì)管的管壁厚度在0. 5mm至2mm之間。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的扇形進(jìn)氣噴頭，其中多個(gè)扇形區(qū)域被分成引入第一反應(yīng)氣體的第一扇形區(qū)域、引入適于與第一反應(yīng)氣體發(fā) 生反應(yīng)的第二反應(yīng)氣體的第二扇形區(qū)域和引入不與第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體發(fā)生反 應(yīng)的隔離氣體的第三扇形區(qū)域，第一扇形區(qū)域與第二扇形區(qū)域被第三扇形區(qū)域在進(jìn)氣腔室 中間隔開。
6.如權(quán)利要求5所述的扇形進(jìn)氣噴頭，其中所述隔離氣體選自氫氣，氮?dú)?，氬氣或其它惰性氣體中的一種，氫氣、氮?dú)?、氬氣和?它惰性氣體中的一種的至少兩種氣體的組合。
7.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的扇形進(jìn)氣噴頭，其中多個(gè)扇形區(qū)域被分成引入第一反應(yīng)氣體的第一扇形區(qū)域、引入適于與第一反應(yīng)氣體發(fā) 生反應(yīng)的第二反應(yīng)氣體的第二扇形區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的扇形進(jìn)氣噴頭，其中進(jìn)氣腔室被均分成2η個(gè)扇形區(qū)域，η為小于13的整數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的扇形進(jìn)氣噴頭，其中每個(gè)扇形區(qū)域的扇形圓心角的度數(shù)在0-180度之間。
全文摘要
一種用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的扇形進(jìn)氣噴頭，包括封閉型外殼體，該外殼體包括上層板、中層板和下層板，在上層板與中層板之間形成供氣體進(jìn)入的進(jìn)氣腔室，在中層板和下層板之間形成冷卻腔室，進(jìn)氣腔室被分隔成彼此隔離的多個(gè)扇形區(qū)域。對于每一個(gè)扇形區(qū)域，在中層板與下層板之間固定有多個(gè)導(dǎo)熱的細(xì)管，細(xì)管在外殼體的高度方向上延伸過冷卻腔室，且細(xì)管的開口端與進(jìn)氣腔室連通，細(xì)管的出口端朝向鄰近的襯底表面；進(jìn)氣腔室的至少兩個(gè)扇形區(qū)域引入彼此不同的反應(yīng)氣體。本發(fā)明可以使不同的反應(yīng)氣體通過扇形區(qū)域均勻送入反應(yīng)室。通過控制襯底旋轉(zhuǎn)速度，可以減少預(yù)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的材料外延生長，也可以通過提高襯底轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)普通外延生長模式。
文檔編號C23C16/455GK101812673SQ201010033960
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者冉軍學(xué), 張露, 李晉閩, 殷海波, 王曉亮, 肖紅領(lǐng), 胡國新 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所