具有多個子反應器結構的金屬有機化學氣相沉積設備的製作方法
2023-06-07 04:40:16 1
專利名稱：具有多個子反應器結構的金屬有機化學氣相沉積設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體設備製造技術領域，特別是金屬有機物氣相沉積設備製造技術領域。
2.
背景技術：
金屬有機物化學氣相沉積(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition,簡稱MOCVD)方法，也稱為金屬有機物氣相外延(Organic Metal Vapor Phase Epitaxy,簡稱0MVPE)方法，是上世紀70年代發展起來的先進的外延方法。由於其可用於大面積薄膜的生長，應用材料範圍廣，因此被廣泛的應用於半導體薄膜材料和器件的生長和研究中。由於MOCVD設備的生長質量和生長速度適於進行大規模生產，尤其是II1-N族化合物材料的生產，具有壟斷地位。隨著MOCVD技術的發展和對發光二極體等半導體器件需求的增加，生產型MOCVD設備具有了越來越大的單次產量。增加MOCVD的批產量可以減小單片或者單器件的生長成本。美國的Vecco公司的採用TurboDisk技術的MOCVD設備可以一次生產多片2英寸的GaN基器件。德國的 Aixtron 公司的 Plant-DiskRotation 技術和 Close Coupled Shower-head技術的MOCVD設備可以一次生產42片2」的GaN基器件。但這兩個公司的反應室都是一個大反應器，上面有多個襯底。反應室越大，越容易產生氣體渦流，而且很難確保所有襯底溫度一樣。隨著MOCVD設備的擴大，相應的流場和溫度場的控制難度增加，材料生長的質量和一致性更加難以控制。而且隨著MOCVD設備的增大，反應室金屬機械結構和加熱器等部件的體積增大和故障增多，使MOCVD設備的使用壽命減少。
發明內容本發明的目的在於，針對現有的生產型MOCVD設備製造技術的不足和高批產量MOCVD設備需求，本專利提出了一種具有多個子反應器結構的MOCVD設備，該設備加工簡單，而且標準化很高。所生長的外延片均勻性很好。本發明的具有多個子反應器的MOCVD設備包括共用氣路101、壓強控制系統170、多個子反應器161和每個子反應器對應的子反應器分氣裝置111、子反應器勻氣罩121、子反應器襯底託盤131、子反應器加熱器141、子反應器旋轉軸151等部件等。其特徵在於每個反應室160包含至少兩個相同的子反應器161，通過子反應器分氣裝置111與共用氣路101連接，利用子反應器分氣裝置111從共用氣路101中得到生長氣體。由子反應器分氣裝置111控制通入各子反應器161的氣體流量，使各個子反應器161的反應氣體和載氣流量相同；每個子反應器161具有相同的子反應器加熱器141、子反應器旋轉軸151等以獲得同樣的外延生長條件；每個反應室160的多個子反應器161放入一共用真空系統中，具有共用的壓強控制系統170和尾氣處理裝置(未畫出)。反應室160中的每個子反應器161具有相同的結構，可以是立式子反應器，也可以是水平子反應器，但每個子反應器161的結構保持一致。所謂的「立式子反應器」，指的是在子反應器內的氣流是從上至下流動的；所謂的「水平子反應器」，指的是在子反應器內的氣流是從一側流向另一側，是水平方向流動的。通過增加反應器161的個數來增加MOCVD設備的規模，提高單次外延的產量。反應室160中的所有子反應器161中有相同的子反應器加熱器141，通過單獨控制得到相同的溫度，通過共用的壓強控制系統170可以得到相同的生長壓強。下面通過實施例及其附圖作進一步描述。
圖1:一個反應室和四個立式子反應器的MOCVD設備示意圖。圖2:—個反應室和兩個水平子反應器的MOCVD設備示意圖。
具體實施方式
實施方式一:圖1中101為共用氣路，111為子反應器分氣裝置，從共用氣路101中得到MOCVD外延所需要的各種氣氛，控制各種氣體的流量。121為子反應器勻氣罩，控制子反應器中的氣流狀態。131為子反應器襯底託盤，由子反應器旋轉軸151帶動旋轉。141為子反應器加熱器，控制MOCVD反應溫度。160為反應室，170為壓強控制系統，控制整個反應室160的壓強。在反應室中可以看到4個完全相同的立式子反應器161，通過對流場、溫場和各種反應氣體的流量的控制得到一致的外延薄膜或器件結構。在實際應用中，子反應器襯底託盤131可以承載3 7片2」襯底，每個子反應器161 一次可以生產7片2」外延片，整個MOCVD設備一次可以生產28片2」外延片。通過增加反應室160中的子反應器161的個數和子反應器襯底託盤131的大小，可以進一步增加MOCVD設備的批產量。實施方式二:本實施方式，與實施方式一基本相同，都是在一個反應室160中含有多個子反應器161，不同點就是本實施方式中每個子反應器161都是水平子反應器，而實施方式一中每個子反應器都是立式子反應器。圖2中101為共用氣路，111為子反應器分氣裝置，從共用氣路中得到MOCVD外延所需要的各種氣氛，控制各種氣體的流量。121為子反應器勻氣罩，控制子反應器中的氣流狀態。131為子反應器襯底託盤，由子反應器旋轉軸151帶動轉動。141為子反應器加熱器，控制MOCVD反應溫度。160為反應室，170為壓強控制系統，控制整個反應室160的壓強。在反應室160中可以看到2個完全相同的水平子反應器161，通過對流場、溫場和各種反應氣體的流量的控制得到一致的外延薄膜或器件結構。在實際應用中，子反應器襯底託盤131可以承載3 7片2」襯底，每個子反應器一次可以生產7片2」外延片，整個MOCVD設備一次可以生產14片2」外延片。通過增加反應室160中的子反應器161的個數和子反應器襯底託盤131的大小，可以進一步增加MOCVD設備的批產量。
權利要求1.一種具有多個子反應器結構的金屬有機化學氣相沉積設備，其特徵在於，包括: 共用氣路(101)，所述共用氣路(101)包括MO源、氮氣、氨氣、氫氣氣路；反應室(160)，每個反應室包括多個子反應器(161)； 子反應器分氣裝置(111)，從所述共用氣路(101)得到子反應器(161)中MOCVD外延所需要的各種氣氛，控制各種氣體的流量； 壓強控制系統(170)，控制整個反應室(160)的壓強； 其中所述子反應器(161)包括: 子反應器勻氣罩(121)，控制子反應器中的氣流狀態； 子反應器旋轉軸(151)，帶動子反應器襯底託盤(131)旋轉； 子反應器襯底託盤(131)，由子反應器旋轉軸(151)帶動旋轉； 子反應器加熱器(141)，用來對子反應器襯底託盤(131)加熱。
2.如權利要求1所述的具有多個子反應器結構的金屬有機化學氣相沉積設備，其特徵在於，反應室(160)包括多個完全相同的子反應器(161)，這些子反應器(161)通過子反應器分氣裝置(111)與共用氣路(101)連接；通過對每個子反應器(161)的流場、溫場和各種反應氣體的流量控制得到一致的外延薄膜或器件結構。
3.如權利要求1所述的具有多個子反應器結構的金屬有機化學氣相沉積設備，其特徵在於，反應室(160)可以包含2個或2個以上的子反應器(161)。
4.如權利要求1所述的具有多個子反應器結構的金屬有機化學氣相沉積設備，其特徵在於，子反應器(161)是立式子反應器或是水平子反應器，但每個設備中的所有子反應器(161)的結構一致。
5.如權利要求1所述的具有多個子反應器結構的金屬有機化學氣相沉積設備，其特徵在於，多個子反應器(161)利用子反應器分氣裝置(111)從共用氣路(101)中得到生長氣體，利用子反應器分氣裝置(111)控制通入各子反應器(161)的氣體流量，使子反應器(161)的反應氣體和載氣的流量相同。
6.如權利要求1所述的具有多個子反應器結構的金屬有機化學氣相沉積設備，其特徵在於，多個子反應器(161)具有相同的子反應器加熱器(141)，通過單獨控制得到相同的溫度，加熱方式是電阻加熱、高頻加熱或是光輻射加熱。
7.如權利要求1所述的具有多個子反應器結構的金屬有機化學氣相沉積設備，其特徵在於，每個反應室(160)中的多個子反應器(161)共用一個壓強控制系統(170)，以得到相同的生長壓強。
專利摘要本發明是一種具有多個子反應器的金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)設備。該設備包括氣路裝置和多個子反應器。利用共用氣路設備和分氣裝置，至少兩套完全相同的MOCVD子反應器在相同的條件下同時生長以得到一致的外延薄膜或者器件結構。通過增加子反應器的個數而不是增加單個反應器的容量來提高MOCVD設備的批產量，克服了提高單個反應器容量引起的流場和溫場控制的困難，從而得到可以大規模生產的MOCVD設備。
文檔編號C23C16/44GK203159707SQ20122061056
公開日2013年8月28日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者劉祥林 申請人:劉祥林