專利名稱：用于金屬有機氣相沉積設(shè)備的進(jìn)氣噴頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造III-V族化合物半導(dǎo)體的裝置和方法，特別涉及到有機金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備的反應(yīng)室進(jìn)氣噴頭結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor D印osition 金屬有機物化學(xué)氣相沉積) 設(shè)備，適合化合物半導(dǎo)體氮化鎵、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅等功能結(jié)構(gòu)材料的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。通過MOCVD生長技術(shù)外延的材料其質(zhì)量取決于反應(yīng)氣體通過進(jìn)氣噴頭后的氣流輸運狀態(tài)和在襯底表面溫場內(nèi)的后續(xù)反應(yīng)，氣態(tài)反應(yīng)物要混合均勻但是不能提前發(fā)生分解化合反應(yīng)，要在襯底表面形成流速均一的層流模式，同時要克服高溫的擾動，實現(xiàn)均勻生長。多孔噴淋結(jié)構(gòu)是目前MOCVD反應(yīng)室進(jìn)氣噴頭主要采用的結(jié)構(gòu)方式，如采用沐浴頭結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣孔均勻密集分布，或采用多孔直線排列，不同反應(yīng)氣體相互間隔進(jìn)氣的噴頭結(jié)構(gòu)。如何實現(xiàn)有機金屬源氣體以及氨氣等氣態(tài)反應(yīng)物在反應(yīng)室中形成合適的氣流模式， MOCVD進(jìn)氣噴頭的優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。美國專利US2008/080044公開了一種與本發(fā)明類似的一種結(jié)構(gòu)噴頭，其特征是進(jìn)氣由一組螺旋通道構(gòu)成，該進(jìn)氣裝置包括用于第一前體氣體的第一螺旋氣體通道和用于第二前體氣體的第二螺旋氣體通道，每一條螺旋氣體通道具有用于將相應(yīng)前體氣體注入到前體混合區(qū)域中的注入孔，還有用于熱交換介質(zhì)的第三螺旋通道。國內(nèi)專利CN101122012A公開了一種大面積梳狀結(jié)構(gòu)的噴淋頭，主要結(jié)構(gòu)包括每一種源的進(jìn)氣總管，進(jìn)氣支管，支管的同側(cè)加工均勻布置的噴淋孔，兩種源的進(jìn)氣支管梳狀平行排布，進(jìn)氣總管從整體結(jié)構(gòu)兩側(cè)獨立送氣，通過支管小孔在反應(yīng)腔襯底上方均勻噴射。MOCVD 進(jìn)氣噴頭結(jié)構(gòu)上要保證反應(yīng)物在到達(dá)襯底前均勻混合并形成合適的層流模式，還要對于進(jìn)氣流量和進(jìn)氣速度的調(diào)節(jié)上有較好的靈活性，以便一旦出現(xiàn)晶體質(zhì)量和厚度不均勻的情況，容易調(diào)整均勻性。由于市場需求和降低制造成本的要求，MOCVD設(shè)備的生產(chǎn)能力還需要進(jìn)一步加大，這對于反應(yīng)室進(jìn)氣噴頭提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于金屬有機化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的進(jìn)氣噴頭結(jié)構(gòu)，反應(yīng)氣或載氣通過這種進(jìn)氣噴頭進(jìn)入到金屬有機氣相沉積設(shè)備反應(yīng)室內(nèi)，達(dá)到均勻混合，控制反應(yīng)氣體在生長室內(nèi)的預(yù)反應(yīng)，減少預(yù)沉積，提高外延片的晶體均勻性；與常規(guī)MOCVD進(jìn)氣噴頭相比，降低制作加工難度，減少維護次數(shù)；這種進(jìn)氣噴頭結(jié)構(gòu)容易擴展進(jìn)氣面積，從而提高M(jìn)OCVD的每爐產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供一種用于金屬有機氣相沉積設(shè)備的進(jìn)氣噴頭，包括多個進(jìn)氣管路；一上層板，該上層板為圓盤狀；一外殼體，該外殼體為圓筒狀，位于上層板的下面；一下層板，該下層板為圓盤狀，位于外殼體的下面；
氣體分配管路，位于下層板上面、外殼體內(nèi)部，多個進(jìn)氣管路穿過上層板與氣體分配管路相連通。


以下參考附圖是對具體實施例的詳細(xì)描述，將會更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容和特
；^^，I .圖1是本發(fā)明的一個具體實施例的三維俯視示意圖。圖2是圖1中沿A-A向的三維剖視圖。圖3是圖1是去掉上層板三維俯視圖。圖4是有機源分配管路與氫化物分配管路構(gòu)成單環(huán)叉指型氣體分配管路的三維俯視示意圖。圖5是下層板三維俯視圖。圖6是圖;3B-B向的局部三維剖視圖。圖7是下層板三維上視圖。圖8是本發(fā)明的另一個具體實施例的三維俯視示意圖(去掉上層板)。
具體實施例方式請參閱圖2、4所示，本發(fā)明提供一種用于金屬化學(xué)氣相沉積設(shè)備反應(yīng)室的進(jìn)氣噴淋頭，包括多個進(jìn)氣管路02。一上層板03，該上層板03為圓盤狀。一外殼體04，該外殼體04為圓筒狀，位于上層板03的下面。一下層板06，該下層板06為圓盤狀，位于外殼體04的下面。一氣體分配管路05，位于下層板06上面、外殼體04內(nèi)部，所述進(jìn)氣管路02穿過上層板03與氣體分配管路05相連通。其中氣體分配管路05分為有機源氣體分配管路和氫化物氣體分配管路。有機源氣體分配管路包括有機源進(jìn)氣管路22、有機源圓形分配總管路51和有機源徑向分配支管路52 ；，有機源進(jìn)氣管路22與有機源圓形分配總管路51形成連通，多個有機源徑向分配支管路52，與有機源圓形分配總管路51形成向外的放射狀連通。氫化物分配管路包括氫化物進(jìn)氣管路21、氫化物圓形分配總管路53和氫化物徑向分配支管路M ；氫化物進(jìn)氣管路21與氫化物圓形分配總管路53形成連通，多個氫化物徑向分配支管路54，與氫化物圓形分配總管路53形成向內(nèi)的放射狀連通。有機源圓形分配總管路51和氫化物圓形分配總管路53構(gòu)成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有機源徑向分配支管路52和氫化物徑向分配支管路M在徑向上成叉指狀交互排列。下層板06具有一些徑向凹槽或板條61，氣體分配管路05的徑向分配支管路平鋪于下層板06的凹槽或板條61的表面，下層板06的凹槽或板條61表面與氣體分配管路05 下表面融為一體。下層板凹槽或板條61有若干中心徑向狹縫或沿徑向排布的小孔62，所述的狹縫或小孔62與氣體分配管路05的支管路的中心線分布相對應(yīng)，并貫通氣體分配管路 05的支管路的管壁，氣體從氣體分配支管路經(jīng)過所述下層板06的狹縫或小孔62進(jìn)入到金屬有機氣相沉積設(shè)備反應(yīng)室內(nèi)。
—種用于金屬有機氣相沉積設(shè)備的進(jìn)氣噴頭，其中該以環(huán)狀叉指結(jié)構(gòu)排列的氣體分配管路05的數(shù)量為一個或一個以上。下面結(jié)合實施例并對照附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1是本發(fā)明一個具體實施例的三維俯視示意圖，反應(yīng)氣體或載氣通過進(jìn)氣噴頭01上的一組進(jìn)氣管路02進(jìn)入進(jìn)氣噴頭內(nèi)，圖2是圖1中沿A-A向的三維剖視圖，進(jìn)氣噴頭01主要包括上層板03、外殼體04、 下層板06和氣體分配管路05，上層板03、外殼體04、下層板06構(gòu)成一個腔體，氣體分配管路05，位于所述的腔體內(nèi)。圖3是圖1去掉上層板三維俯視圖，可以更加清晰的看到氣體分配管路05。圖4是有機源分配管路與氫化物分配管路構(gòu)成單環(huán)叉指型氣體分配管路的三維俯視示意圖，有機源分配管路由有機源圓形分配總管路51和有機源徑向分配支管路52 (本實施例中共十個沿圓周均等排列的有機源徑向分配支管路5 構(gòu)成，多個有機源徑向分配支管路52，與有機源圓形分配總管路51形成向外的放射狀連通。適當(dāng)增加氣體徑向分配支管路，有助于進(jìn)入反應(yīng)室氣流的均勻性。氣體由有機源進(jìn)氣管路22 (本實施例中共四個有機源進(jìn)氣管路22，多個進(jìn)氣管路有助于提高氣體壓力、流量的穩(wěn)定性和均勻性)中流入有機源圓形分配總管路51，再由有機源圓形分配總管路51流入有機源徑向分配支管路52。 氫化物分配管路由氫化物圓形分配總管路53和氫化物徑向分配支管路54(本實施例中共十個沿圓周均等排列的氫化物徑向分配支管路54)構(gòu)成，多個氫化物徑向分配支管路M， 與氫化物圓形分配總管路53形成向內(nèi)的放射狀連通。氣體由氫化物進(jìn)氣管路21 (本實施例中共六個氫化物進(jìn)氣管路21)中流入氫化物圓形分配總管路53，再由氫化物圓形分配總管路53流入氫化物徑向分配支管路54。有機源徑向分配支管路52和氫化物徑向分配支管路M呈叉指狀均勻排布于下層板06之上。如圖5所示，本實施例中下層板06上有沿圓周均等分布的20根板條61，每根板條61與一支有機源徑向分配支管路52或一支氫化物徑向分配支管路M相對應(yīng)，板條61上表面與分配管路管壁外表面焊接融為一體。下層板06每根板條61上開有狹縫62，也可以做成噴射小孔，如圖6(沿圖;3B-B向的局部三維剖視圖) 所示狹縫62將有機源或氫化物徑向分配支管路52或M與反應(yīng)室連通，反應(yīng)物氣體將通過狹縫62均勻噴射入反應(yīng)室內(nèi)。每一路有機源徑向分配支管路52和氫化物徑向分配支管路 54對應(yīng)一條狹縫62。下層板三維上視圖如圖7所示，狹縫62在徑向呈楔形，以使反應(yīng)氣體在徑向上進(jìn)入反應(yīng)室的氣流濃度分布相同。圖8是本發(fā)明的另一個具體實施例，其反應(yīng)氣體分配管路07由內(nèi)分配管路72和外分配管路71構(gòu)成雙環(huán)形叉指結(jié)構(gòu)排列的氣體分配管路，拓展反應(yīng)室尺寸，提高M(jìn)OCVD設(shè)備單爐產(chǎn)能。同時相對應(yīng)的，襯底基托08可以為雙環(huán)形，反應(yīng)后的氣流可以從襯底基托中心和環(huán)與環(huán)之間的空隙排除，減小反應(yīng)氣體在襯底表面輸運過程的干擾，以提高氣流的均勻性。描述的具體實施例中的勻氣噴頭還包括冷卻水管路，至少包括一個進(jìn)水管和一個出水管(附圖中未示出)，冷卻水從進(jìn)水管進(jìn)入所述的封閉腔體內(nèi)，氣體分配管路05浸泡于冷卻水中，冷卻水從出水管流出。本發(fā)明的優(yōu)點在于，本發(fā)明所述的進(jìn)氣噴頭可以使反應(yīng)氣體均勻的進(jìn)入反應(yīng)室內(nèi)，有機源和氫化物反應(yīng)物在周向上交叉分布，混合均勻，徑向上根據(jù)小孔或狹縫的結(jié)構(gòu)達(dá)到分布量的調(diào)節(jié)，使反應(yīng)室內(nèi)氣體達(dá)到均勻生長的氣流模式，同時可以避免嚴(yán)重的預(yù)反應(yīng)； 本發(fā)明所述的進(jìn)氣噴頭在調(diào)節(jié)氣體的進(jìn)氣流量方面具有較高的靈活性；本發(fā)明所述的進(jìn)氣噴頭相比常規(guī)的進(jìn)氣噴頭加工難度小、維護簡單；本發(fā)明所述的進(jìn)氣噴頭比常規(guī)的進(jìn)氣噴頭相比更容易向大尺寸MOCVD設(shè)備擴展，從而提高每爐的產(chǎn)能，降低成本。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于金屬有機氣相沉積設(shè)備的進(jìn)氣噴頭，包括多個進(jìn)氣管路；一上層板，該上層板為圓盤狀；一外殼體，該外殼體為圓筒狀，位于上層板的下面；一下層板，該下層板為圓盤狀，位于外殼體的下面；氣體分配管路，位于下層板上面、外殼體內(nèi)部，多個進(jìn)氣管路穿過上層板與氣體分配管路相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的用于金屬有機氣相沉積設(shè)備的進(jìn)氣噴頭，其中氣體分配管路分為有機源氣體分配管路和氫化物氣體分配管路。該有機源氣體分配管路包括有機源進(jìn)氣管路，有機源圓形分配總管路，與有機源進(jìn)氣管路形成連通，多個有機源徑向分配支管路，與有機源圓形分配總管路形成向外的放射狀連通；該氫化物分配管路包括氫化物進(jìn)氣管路，氫化物圓形分配總管路，與氫化物進(jìn)氣管路形成連通，氫化物徑向分配支管路，與氫化物圓形分配總管路形成向內(nèi)的放射狀連通；該有機源圓形分配總管路和氫化物圓形分配總管路構(gòu)成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有機源徑向分配支管路和氫化物徑向分配支管路在徑向上成叉指狀交互排列。
3.如權(quán)利要求1所述的用于金屬有機氣相沉積設(shè)備的進(jìn)氣噴頭，其中下層板具有多個徑向凹槽或板條，氣體分配管路的徑向分配支管路平鋪于下層板多個凹槽或板條表面，下層板的凹槽或板條表面與氣體分配支管路下表面融為一體。
4.如權(quán)利要求1或3所述的用于金屬有機氣相沉積設(shè)備的進(jìn)氣噴頭，其中下層板的凹槽或板條有多個中心徑向狹縫或沿徑向排布的小孔，所述的狹縫或小孔與氣體分配管路的支管路的中心線分布相對應(yīng)，并貫通氣體分配管路的支管路的管壁，氣體從氣體分配支管路經(jīng)過所述下層板的狹縫或小孔進(jìn)入到金屬有機氣相沉積設(shè)備反應(yīng)室內(nèi)。
5.如權(quán)利要求2所述的用于金屬有機氣相沉積設(shè)備的進(jìn)氣噴頭，其中該以環(huán)狀叉指結(jié)構(gòu)排列的氣體分配管路的數(shù)量為一個或一個以上。
全文摘要
一種用于金屬有機氣相沉積設(shè)備的進(jìn)氣噴頭，包括多個進(jìn)氣管路；一上層板，該上層板為圓盤狀；一外殼體，該外殼體為圓筒狀，位于上層板的下面；一下層板，該下層板為圓盤狀，位于外殼體的下面；氣體分配管路，位于下層板上面、外殼體內(nèi)部，多個進(jìn)氣管路穿過上層板與氣體分配管路相連通。本發(fā)明具有混合均勻，減少預(yù)沉積，提高外延片的晶體均勻性；與常規(guī)MOCVD進(jìn)氣噴頭相比，可以降低制作加工難度，減少維護次數(shù)；這種進(jìn)氣噴頭結(jié)構(gòu)容易擴展進(jìn)氣面積，從而提高M(jìn)OCVD的每爐產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C23C16/455GK102534559SQ20121002917
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者冉軍學(xué), 曾一平, 李晉閩, 梁勇, 王軍喜, 胡國新, 胡強 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所