熱化學氣相沉積反應器以及提高反應器中熱輻射率的方法
2023-05-26 23:49:21 2
專利名稱：熱化學氣相沉積反應器以及提高反應器中熱輻射率的方法
技術領域：
本發明涉及用於生產化合物半導體光電器件的熱化學氣相沉積反應器以及提高反應器中熱輻射率的方法。
背景技術：
熱化學氣相沉積反應器，尤其是金屬有機物化學氣相沉澱系統(以下簡稱M0CVD) 是用於生產半導體光電器件的最核心設備。在金屬有機物化學氣相沉澱(MOCVD)過程中，反應氣體從氣源被引入反應腔，使放置在反應腔內的外延片上外延生長形成晶格結構薄膜。Emissivity代表了物體表面的在一定溫度下向外輻射熱量的能力(數值在(Tl之間的係數)，稱為熱輻射率，通常越是光亮的物質(如拋光的銀)熱輻射率越低，相反就是越是毛糙、灰暗的物體熱輻射率數值越高。在上述外延生長的高溫化學反應過程中，MOCVD反應腔中的溫度非常高，通常達到1200° C左右，安裝在反應腔內的某些器件，如加熱電阻絲鉬Mo和反應腔內壁不鏽鋼 (stainless steel)，這些器件具有拋光的金屬表面，隨著長時間反應的進行，本來光亮的器件表面會積累一些沉積物，或者表面材料被氧化，這些原因都會造成器件的熱輻射率上升，比如反應腔內壁的熱輻射率本來是只有不到0. 1的，時間長了之後就變成大於0. 7 了， Mo加熱電阻絲的熱輻射率本來是0. 05，長時間運行後就變成大於0. 2 了，熱輻射率的變化會影響反應腔內的熱場分布，隨著時間的推移，加工效果越來越偏離理想值。
發明內容
本發明提供的一種對MOCVD反應腔中的器件進行表面處理以提高熱輻射率的方法，使反應腔中的器件表面在反應開始之前就達到穩定的熱輻射率，從而保證了加工的均一性和效果。為了達到上述目的，本發明提供一種對熱化學氣相沉積反應器中的器件進行表面處理以提高熱輻射率的方法，在進行反應之前，對反應腔中的器件預先進行表面處理，從而提高器件的熱輻射率數值使反應腔中器件表面相對未處理前的熱輻射數值提高3倍以上， 其中所述反應腔中的器件包括加熱電阻絲鉬Mo和反應腔內壁不鏽鋼。—種熱化學氣相沉積反應器，包括一個反應腔體，以及腔體內包圍的一個基盤，所述基盤包括上表面用於安裝待處理基片，下表面接受一個加熱器的熱輻射，其中所述反應腔體的內壁具有預處理內壁使反應腔體內壁的熱輻射率大於0. 5。所述加熱器的表面熱輻射率大於0. 2。所述加熱器的表面熱輻射率大於0. 3。所述反應腔內壁的表面熱輻射率大於0. 6。所述熱化學氣相沉積反應器是金屬有機物化學氣相沉積反應器。本發明使反應腔中的器件表面在反應開始之前就達到穩定的熱輻射率，從而保證了加工的均一性和效果。
圖1為運用本發明MOCVD反應器的結構示意圖。
具體實施例方式以下根據圖1，具體說明本發明的較佳實施例。本發明提供一種對熱化學氣相沉積反應器中的器件進行表面處理以提高熱輻射率的方法，在進行反應之前，對反應腔中的器件預先進行表面處理，改變器件表面的粗糙度或者器件表面的材料組成，使器件表面鈍化，從而提高器件的熱輻射率數值。所述熱化學氣相沉積反應器是金屬有機物化學氣相沉積反應器(M0CVD)。如圖1所示，MOCVD反應器包括反應腔100，反應腔內包括一個基盤104，基盤104 上表面放置待處理的基片105。基盤下方包括一個加熱器103，如鉬Mo材料的電阻絲，用來加熱基盤下表面，使得基盤上方的基片在反應過程中達到1200度左右的合適溫度。基盤由一個選擇軸M驅動旋轉。反應器還包括一個抽氣裝置106用來抽走反應完成後的反應氣體。反應器頂部包括一個氣體噴淋頭101，將來自氣源41經過氣體管道43到達氣體噴淋頭第一氣孔的第一反應氣體和來自氣源42經過氣體管道44到達氣體噴淋頭第二氣孔的第二反應氣體分別噴入反應腔內。氣體噴淋頭101還包括冷卻液50經過管道51將氣體噴淋頭內朝向反應區的熱量帶走以維持噴淋頭101表面的溫度。除了圖1所示的MOCVD反應腔結構也可以有其它結構，如反應氣體不是從上方氣體噴淋頭噴出而是從基片上水平流過的反應腔結構。也有利用等離子解離再過濾等離子體後流入反應腔的結構，這些結構都不影響本發明方法的實現，可以採用本發明方法來提高加工效果的均一性。在MOCVD反應腔中，主要是對加熱電阻絲鉬Mo和反應腔內壁不鏽鋼進行表面處理。所述的表面處理方法有很多種實現方式，以下具體列舉。實施例1
表面處理方法包含以下步驟 步驟1、對器件進行氧化處理； 步驟2、在器件表面包覆難熔金屬的可溶性鹽； 步驟3、將鹽和氧化物還原為金屬形式。實施例2
表面處理方法包含以下步驟 步驟1、對器件進行氧化處理； 步驟2、在器件表面包覆氧化鋁； 步驟3、加熱器件；
步驟4、在器件表面包覆難熔金屬的可溶性鹽； 步驟5、將鹽還原為金屬形式。實施例3
表面處理方法包含以下步驟
步驟1、在空氣氛圍中以725°C的溫度對器件加熱5分鐘；
4步驟2、在器件表面包覆氧化鋁；
步驟3、在吐氛圍中以1650°C的溫度對器件加熱5分鐘； 步驟4、將器件浸入鎢酸銨溶液；
步驟5、在吐氛圍中以1000°C的溫度對器件加熱10分鐘。實施例4
表面處理方法包含以下步驟
步驟1、將待處理的器件放入點燃等離子的反應腔中利用等離子對器件表面進行腐
蝕；
所述的等離子為惰性氣體，或者H2,或者N2 ； 步驟2、將處理後的器件取出清洗。腐蝕的時間和等離子濃度等決定了處理後的器件最終的表面熱輻射率參數。實施例5
表面處理方法包含以下步驟
步驟1、將待處理的器件放入腐蝕性溶液如鹽酸溶液中處理； 步驟2、將處理後的器件取出清洗。實施例6
表面處理方法包含以下步驟
在器件表面鍍一層具有高穩定性熱輻射率的材料。比如可以用等離子濺鍍一層粗糙的陶瓷材料在反應腔內壁，陶瓷材料只要是不會被反應氣體在反應溫度下腐蝕的就可以，比如氧化鋁Al2O3等。其它各種提高器件表面熱輻射率的方法還有很多，如專利US6825021或者 US4126489等均有記載，所以在此不再贅述。利用本發明的方法對反應腔中的器件表面預先進行鈍化處理，使得不鏽鋼內壁表面的熱輻射率從反應一開始就穩定在了 0. 5或以上如0. 6,0. 7等，加熱電阻絲Mo表面的熱輻射率從反應一開始就穩定在了 0. 2或以上如0. 3，這樣無論經過多久都能保證不會因為器件表面熱輻射率的改變而影響加工均一性和效果。即使反應器運行時間很久，器件表面有腐蝕或汙染物沉積後仍然能保持與原有器件相近的熱輻射率表面。這樣就減少了器件清洗或更換的次數，同時也能夠長時間保持MOCVD在運行過程中內部溫度的穩定分布。上述預處理後的熱輻射率參數可以根據每個反應腔不同的設計需要選擇。經過預處理後器件的表面熱輻射率參數要與現有技術中未經處理但是長時間運行後的器件表面熱輻射參數相當或者更大。比如原有鉬材料的熱輻射率為0. 05的經過運行後其表面熱輻射參數增長為 0.2，所以採用本發明方法經過預處理後，表面熱輻射參數變大為原來4倍以上就能獲得本發明所需要的穩定加工環境的效果。同樣未經處理的反應器內壁不鏽鋼材料的熱輻射率也從0. 1擴大到0. 7，熱輻射參數變大為原來的7倍，採用本發明方法也需要使該參書擴大為原有的7倍。當然上述參數變化的舉例僅說明最佳情況下，但是即使只擴大為原來表面熱輻射參數的4倍以下如3倍，仍然能對現有技術的熱漂移現象進行顯著的改善，雖不是最佳效果也遠好於現有技術。本發明除了能夠應用於MOCVD反應腔也可以應用於其它需要高溫加熱的高溫化學氣相沉積反應腔(Thermal CVD)用來沉積S^2或者金屬氧化物如氧化鈦，氧化鋁等。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種對熱化學氣相沉積反應器中的器件進行表面處理以提高熱輻射率的方法，其特徵在於，在進行反應之前，對反應腔中的器件預先進行表面處理，從而提高器件的熱輻射率數值使反應腔中器件表面相對未處理前的熱輻射數值提高3倍以上，其中所述反應腔中的器件包括加熱電阻絲鉬Mo和反應腔內壁不鏽鋼。
2.一種熱化學氣相沉積反應器，包括一個反應腔體(100)，以及腔體內包圍的一個基盤(104)，所述基盤包括上表面用於安裝待處理基片(105)，下表面接受一個加熱器(103) 的熱輻射，其中所述反應腔體的內壁具有預處理內壁使反應腔體內壁的熱輻射率大於0.5。
3.根據權利要求2所述的熱化學氣相沉積反應器，其特徵在於，其中所述加熱器的表面熱輻射率大於0.2。
4.根據權利要求2所述的熱化學氣相沉積反應器，其特徵在於，其中所述加熱器的表面熱輻射率大於0.3。
5.根據權利要求2所述的熱化學氣相沉積反應器，其特徵在於，其中所述反應腔內壁的表面熱輻射率大於0.6。
6.根據權利要求2所述的熱化學氣相沉積反應器，其特徵在於，其中所述熱化學氣相沉積反應器是金屬有機物化學氣相沉積反應器。
全文摘要
一種熱化學氣相沉積反應器以及提高反應器中熱輻射率的方法，在進行反應之前，對反應腔中的器件預先進行表面處理，改變器件表面的粗糙度或者器件表面的材料組成，使器件表面鈍化，從而提高器件的熱輻射率數值。本發明使反應腔中的器件表面在反應開始之前就達到穩定的熱輻射率，從而保證了加工的均一性和效果。
文檔編號C23C16/46GK102409318SQ20111040371
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者杜志遊 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司