本發(fā)明涉及金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積中的化合物半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及到制備氮化鎵基、鋁基半導(dǎo)體的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備的反應(yīng)室關(guān)鍵進(jìn)氣勻氣噴頭結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

金屬有機(jī)氣象化學(xué)沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，簡(jiǎn)稱 MOCVD)設(shè)備，用于化合物半導(dǎo)體氮化鎵、氮化鋁、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅等功能結(jié)構(gòu)材料的制備。小型機(jī)(單片或三片)適用于半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室設(shè)備；中大型機(jī)(三片或數(shù)十片機(jī))適用于規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，如LED照明上游芯片外延生產(chǎn)、紫外及深紫外芯片外延生產(chǎn)等。因此是目前化合物半導(dǎo)體外延材料生產(chǎn)和研究的關(guān)鍵設(shè)備，是當(dāng)前生產(chǎn)半導(dǎo)體光電器件和微波器件材料的主要手段，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

MOCVD生長(zhǎng)是一種非平衡生長(zhǎng)技術(shù)，利用帶有金屬原子的如烷基類有機(jī)源反應(yīng)物(MO源)和氫化物(如NH₃等)通過(guò)氮?dú)饣驓錃廨d氣攜帶到反應(yīng)室內(nèi)，在一定壓力、溫度條件下，在基底上沉積外延生成化合物半導(dǎo)體薄膜。

根據(jù)需制備的化合物半導(dǎo)體材料的不同工藝，設(shè)計(jì)出適合的反應(yīng)室關(guān)鍵進(jìn)氣勻氣噴頭結(jié)構(gòu)，一直是MOCVD設(shè)備設(shè)計(jì)的難題。較為理想的進(jìn)氣勻氣噴頭結(jié)構(gòu)既具有針對(duì)性的制備一種化合物半導(dǎo)體新型用途材料的結(jié)構(gòu)，又具有制備的所有化合物半導(dǎo)體材料的通用普遍適用結(jié)構(gòu)。

因此，目前世界上主流的MOCVD系統(tǒng)如美國(guó)Veeco公司的MOCVD設(shè)備以及德國(guó)Aixtron的MOCVD設(shè)備，都在反應(yīng)室關(guān)鍵進(jìn)氣勻氣噴頭結(jié)構(gòu)做了大量研發(fā)工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種新型的MOCVD反應(yīng)室進(jìn)氣勻氣噴頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，可為MOCVD設(shè)備外延生長(zhǎng)提供一種減少反應(yīng)氣體到達(dá)基片(襯底)前的預(yù)反應(yīng)的勻氣盤。

為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本專利的一個(gè)方面提供了一種H型噴頭的MOCVD 勻氣上下盤組件，用于MOCVD設(shè)備，包括：進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口包括第一進(jìn)氣口與第一氣源連通、第二進(jìn)氣口與第二氣源連通，第三進(jìn)氣口與第三氣源連通；所述上下盤組件還包括腔室，所述腔室形成于上下盤組件內(nèi)部，包括與第一進(jìn)氣口連通的第一腔室、與第二進(jìn)氣口連通的第二腔室以及與第三進(jìn)氣口連通的第三腔室；所述第一腔室、第二腔室和第三腔室相互之間不連通；噴頭，所述噴頭設(shè)置在所述上下盤組件的外表面上，包括設(shè)置在第一種氣體噴頭區(qū)域的第一氣體噴頭，設(shè)置在第二種氣體噴頭區(qū)域的第二種氣體噴頭，設(shè)置在第三種氣體噴頭區(qū)域的第三種氣體噴頭；所述第一種氣體噴頭與第一腔室連通；所述第二種氣體噴頭與第二腔室連通；所述第三種氣體噴頭區(qū)域與第三腔室連通；所述第一種氣體噴頭區(qū)域設(shè)置在所述上下盤組件外表面靠外的部分，所述第二種氣體噴頭區(qū)域設(shè)置在上下盤組件外表面居中的部分，所述第三氣體噴頭區(qū)域設(shè)置在所述第一種氣體噴頭區(qū)域和第二種氣體噴頭區(qū)域之間，將所述第一種氣體噴頭區(qū)域和第二氣體種噴頭區(qū)域完全隔離。

優(yōu)選地，上下盤組件包括上下設(shè)置的上盤和下盤，所述上盤與下盤上下布置，所述上盤和所述下盤之間采用金屬密封，上盤和下盤接觸面為密封面；通過(guò)對(duì)在上盤和下盤之間形成所述腔室。

優(yōu)選地，上下盤組件呈圓盤狀，底面為圓形，所述第一種氣體噴頭區(qū)域位于上下盤組件底面上，包括兩個(gè)沿著所述圓形直徑對(duì)稱設(shè)置的子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域的邊界包括與所述圓形同心的圓弧，以及連接圓弧兩端的線段。

優(yōu)選地，所述第二種氣體噴頭區(qū)域包括兩個(gè)沿著所述直徑對(duì)稱設(shè)置的子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域的形狀包括與所述直徑平行的帶狀區(qū)域。

優(yōu)選地，所述第三種氣體噴頭區(qū)域包括位于所述第二種氣體噴頭區(qū)域的兩個(gè)子區(qū)域之間的區(qū)域。

優(yōu)選地，上下盤組件還包括水冷裝置，所述水冷裝置靠近所述第一種氣體噴頭區(qū)域、第二種氣體噴頭區(qū)域設(shè)置。

優(yōu)選地，所述水冷裝置遠(yuǎn)離所述第三種氣體噴頭區(qū)域設(shè)置。

優(yōu)選地，所述水冷裝置設(shè)置在多個(gè)所述第一種氣體噴頭之間，以及，所述水冷裝置還設(shè)置在多個(gè)所述第二氣體噴頭之間。

優(yōu)選地，所述第二種氣體噴頭區(qū)域的每個(gè)帶狀子區(qū)域的邊界上設(shè)置有垂直于上下盤組件底面的壁。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，合理利用了所述氣盤底部的空間，首先能夠設(shè)置隔離氣的噴口減小預(yù)反應(yīng)，其次，在整個(gè)氣盤的直徑方向氣體都能夠均勻供給，從而避免了在MOCVD托盤上出現(xiàn)不均勻生長(zhǎng)的情況。

附圖說(shuō)明

以下附圖是對(duì)本專利具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，將有助于更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容和特點(diǎn)，其中：

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例中H型噴頭的MOCVD勻氣下盤的正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例中H型噴頭的MOCVD勻氣下盤的反面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例中H型噴頭的MOCVD勻氣上下盤組合件的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。需要指出的是，該具體實(shí)施方式僅僅是對(duì)本專利優(yōu)選技術(shù)方案的舉例，并不能理解為對(duì)本專利保護(hù)范圍的限制。

圖1示出了本發(fā)明具體實(shí)施方式中一種氣相沉積反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，如圖1 所示，所述氣相沉積設(shè)備包括氣盤和托盤40，所述托盤40上設(shè)置有襯底30，所述托盤上還包括轉(zhuǎn)軸，用于驅(qū)動(dòng)所述托盤旋轉(zhuǎn)。當(dāng)不同組分的氣體混合而成的混合氣體噴射到所述托盤40上時(shí)，在所述托盤旋轉(zhuǎn)的作用下，所述混合氣體均勻混合從而在所述襯底30上反應(yīng)并沉積成所需要的材料。

所述氣盤與所述托盤40相對(duì)，用于向所述托盤供給混合氣體，所述氣盤可形成為適于供給混合氣體的結(jié)構(gòu)，可以是一體成型的也可以是通過(guò)各種組件組合而成的。

例如，在本具體實(shí)施方式中出于方便制造與維修的目的，通過(guò)多個(gè)部件組裝而成所述氣盤。其中的所述氣盤包括上氣盤10和下氣盤20。在本具體實(shí)施方式中，所述氣盤分別引入和排出不同成分的氣體，不同成分的氣體在所述氣盤中并不相互混合。例如可以包括第一種氣體、第二種氣體和第三種氣體，其中所述第一種氣體和第二種氣體是用于實(shí)現(xiàn)MOCVD反應(yīng)的氣體，第三種氣體不參與所述 MOCVD反應(yīng)而是起到隔離氣體的作用。所述上盤10與下盤20上下布置，所述上盤和所述下盤之間采用金屬密封，上盤和下盤接觸面為密封面。通過(guò)對(duì)在上盤和下盤之間腔室的劃分形成三個(gè)獨(dú)立的氣體腔室。所述氣體腔室包括第一腔室、第二腔室和第三腔室分別用于容納所述第一種氣體、第二種氣體和第三種氣體，所述第一腔室、第二腔室和第三腔室之間相互不連通。

如圖2所示，其中所述上盤10設(shè)置為法蘭狀，在所述上盤上設(shè)置有進(jìn)氣管道，所述進(jìn)氣管道包括第一進(jìn)氣管道，第二進(jìn)氣管道和第三進(jìn)氣管道。所述第一進(jìn)氣管道、第二進(jìn)氣管道和第三進(jìn)氣管道分別向所述氣盤供給第一種氣體、第二種氣體和第三種氣體。

如圖2所示，其中，所述第一進(jìn)氣管道、第二進(jìn)氣管道和第三進(jìn)氣管道都設(shè)置于所述上盤的上表面，所述第一進(jìn)氣管道、第二進(jìn)氣管道和第三進(jìn)氣管道的一端分別與第一氣源、第二氣源和第三氣源連通，向所述氣盤中供給不同的氣體。所述第一進(jìn)氣管道、第二進(jìn)氣管道和第三進(jìn)氣管道的另一端分別與所述第一腔室、第二腔室和第三腔室連通，用于將所述第一種氣體、第二種氣體和第三種氣體輸送到所述氣盤中。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一腔室、第二腔室和第三腔室中還設(shè)置有勻氣裝置，例如包括但不限于勻氣網(wǎng)等結(jié)構(gòu)，以便在相應(yīng)腔室內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣體的勻氣從而便于后續(xù)在MOCVD腔室中反應(yīng)。

如圖3所示，所述下盤上設(shè)置有噴頭，所述噴頭與所述托盤相對(duì)。所述噴頭優(yōu)選包括設(shè)置在所述下盤下表面上的第一種氣體噴口區(qū)21、第二種氣體噴口區(qū) 22和第三種氣體噴口區(qū)23。向所述托盤噴射相關(guān)的第一種氣體、第二種氣體和第三種氣體，以進(jìn)行相關(guān)的MOCVD反應(yīng)。其中，所述第一種氣體噴口區(qū)域與所述第一腔室連通、所述第二種氣體噴口區(qū)域與所述第二腔室連通、所述第三種氣體噴口區(qū)域與所述第三種氣體噴口區(qū)域連通。由于所述第一腔室、第二腔室和第三腔室分別供給第一種氣體、第二種氣體和第三種氣體，因而所述一氣體噴口區(qū) 21、第二種氣體噴口區(qū)22和第三種氣體噴口區(qū)23分別相應(yīng)地噴射第一種氣體、第二種氣體和第三種氣體。

如圖3所示，所述第一種氣體噴口區(qū)域21形成在所述下盤的下表面上，所述第一種氣體噴口區(qū)域包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的區(qū)域，兩個(gè)所述子區(qū)域分開(kāi)地設(shè)置，每一個(gè)子區(qū)域的邊界包括與所述圓形下盤下表面同心的圓弧，以及連接圓弧兩端的線段。兩個(gè)子區(qū)域分別沿著所述下盤外表面的直徑對(duì)稱地設(shè)置從而形成兩個(gè)近似于半圓的形狀。第一種氣體噴口在所述第一種氣體噴口區(qū)域21中均勻設(shè)置，所述第一種氣體噴口中噴射用于MOCVD反應(yīng)的第一種氣體。例如MO源氣體。

所述第三種氣體噴口區(qū)域23，也形成在所述下盤的下表面上，所述第三種氣體噴口區(qū)域與所述第一種氣體噴口區(qū)域相鄰設(shè)置。優(yōu)選地，所述第三種氣體噴口區(qū)域包括第一直線部分和第二直線部分，所述第一直線部分和所述第二直線部分相互平行地設(shè)置并彼此間隔開(kāi)預(yù)定的距離。當(dāng)所述下盤的下表面呈圓形時(shí)，所述第一直線部分和第二直線部分優(yōu)選地與所述圓形的直徑平行設(shè)置。所述第三噴口區(qū)域中均勻地設(shè)置有第三種氣體噴口，所述第三種氣體噴口與所述氣盤的第三腔室相連，以噴射第三種氣體。優(yōu)選地，在本具體實(shí)施方式中，所述噴射第三種氣體噴口噴射所述第三種氣體并不參與所述MOCVD反應(yīng)，所述第三種氣體可以是隔離氣體，例如H₂。通過(guò)噴射隔離氣體將所述第一種氣體和第二種氣體隔離開(kāi)來(lái)，從而避免所述第一種氣體和第二種氣體在接觸所述托盤上的襯底之前進(jìn)行預(yù)反應(yīng)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第三種氣體噴口區(qū)域中的第一直線部分和第二直線部分的中部對(duì)稱地向所述圓盤的中心傾斜預(yù)定的距離。即所述第三種氣體噴口區(qū)域形成為兩個(gè)相對(duì)于所述圓盤中心對(duì)稱的U形，即整體呈現(xiàn)大致H形的形狀。與之對(duì)應(yīng)的，在所述第一種氣體噴口區(qū)域21與所述U形的底部對(duì)應(yīng)的部分也相對(duì)于其他部分向所述圓心突出預(yù)定的距離，這樣就可以進(jìn)一步充分利用所述圓盤上的空間，保證第一種氣體供給的量更大，以便于滿足相關(guān)反應(yīng)的需要。由于所述托盤的中心通常不設(shè)置襯底，因而在所述下盤正中心周圍的預(yù)定區(qū)域也可以不設(shè)置噴口，即，所述U形的底部不封口。這樣就避免了氣體的浪費(fèi)以及增加不必要的加工成本。

所述第三種氣體噴口的外周設(shè)置有側(cè)壁，所述側(cè)壁沿著所述第三種氣體噴口區(qū)域的邊界設(shè)置，從所述底盤外表面向外延伸預(yù)定的距離，所述側(cè)邊優(yōu)選地垂直于所述底盤的下表面設(shè)置。通過(guò)設(shè)置所述側(cè)壁對(duì)其兩側(cè)噴口噴射出來(lái)的氣體具有導(dǎo)向作用，從而減小在所述底盤下方的一定距離內(nèi)不同氣體之間的混合，從而降低了反應(yīng)氣體的預(yù)反應(yīng)，提高了隔離的效果。

所述第二種氣體噴口區(qū)域22設(shè)置在所述設(shè)置在所述下盤的中部，即位于所述第三種氣體噴口區(qū)域靠?jī)?nèi)的邊界所圍出來(lái)的區(qū)域，即第三種氣體噴口區(qū)域的第一直線和第二直線之間的區(qū)域。所述第二種氣體噴口與所述第二腔室和第二進(jìn)氣管道相連，從而向外噴射第二種氣體，所述第二種氣體是用于MOCVD反應(yīng)的氣體，例如NH₃或者類似的反應(yīng)氣體。所述第二種氣體噴口區(qū)域包括多個(gè)第二種氣體噴口，所述多個(gè)第二種氣體噴口均勻地布置在所述第二種氣體噴口區(qū)域內(nèi)22。

這樣將第一種氣體噴口區(qū)域設(shè)置在所述第三種氣體噴口區(qū)域的外周面?zhèn)?，將所述第二種氣體噴口區(qū)域設(shè)置在所述第三種氣體噴口區(qū)域的內(nèi)周面，就便于將所述第一種氣體噴口區(qū)域和第二種氣體噴口區(qū)域中噴射反應(yīng)氣體在一定噴射距離內(nèi)隔離開(kāi)；減少了反應(yīng)氣體到達(dá)基片(襯底)前的預(yù)反應(yīng)。

大致呈“H＂形狀的23區(qū)域使其隔離出第一種氣體噴口區(qū)域、第二種氣體噴口區(qū)域，能夠均勻噴射反應(yīng)氣體的面積最大化，這樣，即便是靠近所述氣盤圓心的區(qū)域，也能夠有均勻并且充足的反應(yīng)氣體供給。

同時(shí)，由于第一種氣體噴口區(qū)域和第二種氣體噴口區(qū)域都能夠貫穿所述圓盤的直徑設(shè)置，因而可以保證所述圓盤從內(nèi)環(huán)到外環(huán)都具有充足且均勻的氣體供給，當(dāng)上述氣體供給到所述托盤的表面上時(shí)，在所述托盤的轉(zhuǎn)動(dòng)下，帶動(dòng)所述氣體均勻地混合，因而整個(gè)托盤的反應(yīng)區(qū)域都具有充分第一種氣體和第二種氣體，從而保證了在托盤的沉底上形成的化合物的質(zhì)量均勻穩(wěn)定。更進(jìn)一步地，當(dāng)需要第一種氣體和第二種氣體的的量相差懸殊時(shí)，所述呈狹長(zhǎng)“H＂形狀的區(qū)域能夠保證在MOCVD氣盤上隔離出的21區(qū)域面積與22區(qū)域面積之比能夠最大化，并且不影響在所述托盤表面氣體分布的均勻性尤其適用于兩種工藝氣體需要量相差懸殊的場(chǎng)合下進(jìn)行的外延生長(zhǎng)。

更進(jìn)一步地，所述氣盤中還設(shè)置有水冷夾層(圖中未示出)，所述水冷夾層設(shè)置在所述第一種氣體噴口和所述第二種氣體噴口的周圍，而在所述第三種氣體噴口的周圍并未設(shè)置所述水冷夾層。所述水冷夾層能夠降低所述第一種氣體噴口和所述第二種氣體噴口噴射出的氣體的溫度，從而進(jìn)一步避免所述氣體在到達(dá)所述托盤表面前的預(yù)反應(yīng)。而在所述第三種氣體噴口區(qū)域周圍不設(shè)置相關(guān)的水冷夾層能夠保證在所述第三種氣體噴口區(qū)域具有較小的占用尺寸的情況下具有足夠的噴口密度，從而在形成足夠隔離的氣簾時(shí)不過(guò)多占用所述底盤上設(shè)置第一種氣體噴口第二種氣體噴口的空間，而且有利于所述氣盤的制造加工，使得制造加工工藝簡(jiǎn)便。

采用上述氣盤的MOCVD設(shè)備在工作時(shí)，不同氣體從上盤10各個(gè)進(jìn)氣管12 進(jìn)入上下盤之間不同形狀的獨(dú)立空間，經(jīng)勻氣后，從兩個(gè)半圓分布的噴口251(例如MO源)、二個(gè)“一＂字的形狀分布的噴口252(例如NH₃)、“H”型分布的噴口 26(例如H₂)噴出，由于托盤40的旋轉(zhuǎn)，不同組分的氣體混合；噴射到下方托盤40與基片30(襯底)上。在高溫作用下，MO源和NH₃在基片30(襯底)上反應(yīng)沉積生成氮化物材料。同理，此結(jié)構(gòu)可以作為完成成砷化物、磷化物、氧化物等功能結(jié)構(gòu)材料制備的主要方法。

采用本具體實(shí)施方式的上述氣盤和MOCVD反應(yīng)設(shè)備可應(yīng)用于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積；以用于化合物半導(dǎo)體氮化鋁、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅等等功能結(jié)構(gòu)材料的制備。

本發(fā)明涉及的一些其它工藝條件為常規(guī)技術(shù)工藝，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的范疇，在此不再贅述。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)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(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)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)，對(duì)本專利所做的任何工藝氣體噴口分區(qū)變異及結(jié)構(gòu)其他修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。