CN101265570B - 高温金属有机化学气相淀积反应器 - Google Patents
高温金属有机化学气相淀积反应器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101265570B CN101265570B CN200810025396XA CN200810025396A CN101265570B CN 101265570 B CN101265570 B CN 101265570B CN 200810025396X A CN200810025396X A CN 200810025396XA CN 200810025396 A CN200810025396 A CN 200810025396A CN 101265570 B CN101265570 B CN 101265570B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- reaction chamber
- gas
- inner cover
- metal organic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高温金属有机化学气相淀积反应器，包括壳体、反应室、送样室、真空装置、尾气处理装置以及操作控制装置，其特征在于：所述反应室为上底面小于下底面的锥桶形结构，包括多边形锥台式衬底托及套于衬底托外侧的内罩，所述内罩的倾角大于衬底托倾角3°～5°，形成反应气体通道，反应气体自下经气体通道由反应室顶部的出气口排出；沿衬底托的外缘斜面布置有复数个衬底铺设位，所述内罩上设有与监测点配合的光学窗口，供操作控制装置实时监控。本发明通过锥桶形结构的反应室，使送气方向与浮热方向基本一致，减少涡流产生，防止预反应的发生，提高了外延材料的质量和均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学气相淀积设备，具体涉及一种高温金属有机化学气相淀积(MOCVD)设备中的反应器。
背景技术
金属有机化学气相淀积方法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)是上世纪70年代发展起来的一种先进的气相外延技术，现已在I-V族Si/Ge系列、III-V族GaAs系列和GaN系列等光电子材料的生产中得到广泛应用，从材料质量和器件性能来看，还没有其它方法与之相比。
用金属有机化学气相淀积方法(MOCVD)生长薄膜材料，通常需要各种原材料和载带气体，原材料包括金属有机物MO源、气体源(如氨气)等，是参与化学反应并形成薄膜产物的原料成分；载带气体包括氢气、氮气等，这些气体只载带原材料进入反应室，本身不参与化学反应。
通常原材料金属有机物MO源和气体源之间在输运过程中受热温度升高而发生反应(预反应)，预反应产物为金属有机聚合物，预反应产物一方面会部分沉积在衬底表面引起薄膜局部多晶，薄膜材料质量下降，另一方面，预反应产物消耗了原材料的利用率。所以，通常将MO源和气体源隔离输运(内、中、外管)，到达衬底表面时才混合以减少预反应，如中国实用新型公开的一种可抑制化学气相沉积预反应的进气蓬头(CN200996045)，将蓬头本体分割成若干个相对独立的区域，仅由本体顶部通入的进气管向喷气口进气，从而形成相互独立的进气单元，避免原料气相互之间的接触。
然而，上述结构仅在送气时将原料气相互分开，在接近衬底时再合并，目前衬底通常为平行或垂直于气流方向，源气体流过衬底上方如果是平推流，源气体掠过衬底表面时间最短，但以目前平铺式的衬底来说，源气体在流过衬底上方时受热会上浮而发生涡流，源气体掠过衬底表面时间便将增加好几倍，预反应变得严重的多，且各处边界层厚度不一，质量传递速率不一，薄膜各处生长速度不一，影响薄膜晶体质量和均匀性。不同MO源预反应程度不一样，三甲基铝的预反应严重，砷烷和三甲基镓相对弱一些，MO源在衬底上方停留时间越长，预反应越严重，涡流的产生便是MO源反复在衬底上方流过，延长了停留时间。采用低压生长或加大衬底转速可减小表面涡流，但同时会影响薄膜生长机制，也难以控制。
对I-V族Si/Ge系列和III-V族GaAs系列材料来说，其生长温度在850℃以下，源气体流过衬底上方受热上浮不严重；而III-V族GaN系列材料生长温度在1000℃以上，源气体流过衬底上方受热上浮发生涡流就比较严重。
发明内容
本发明目的是提供一种适用于高温金属有机化学气相淀积的反应器，减少源气体在衬底上方的涡流和受热时间，提高生长晶体的质量和原材料利用率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高温金属有机化学气相淀积反应器，包括壳体、反应室、送样室、真空装置、尾气处理装置以及操作控制装置，所述反应室位于被抽真空的壳体内，用于淀积反应的衬底及为衬底加热的加热组件置于反应室内，所述反应室为上底面小于下底面的锥桶形结构，包括多边形锥台式衬底托及套于衬底托外侧的内罩，所述内罩内壁的倾角比衬底托外表面的倾角大3°～5°，两者间构成反应气体通道，反应气体自下经气体通道由反应室顶部的出气口排出；沿衬底托的外缘斜面布置有复数个衬底铺设位，所述内罩上设有与监测点配合的光学窗口，供操作控制装置实时监控。
上述技术方案中，所述某个面的倾角是指铅垂面与该面之间的夹角；所述反应室为锥桶形，即底面面积大于顶面面积，由锥台式的衬底托和衬底托外的内罩构成，衬底托呈多边形，每一侧面上设置了放置衬底的铺设位，所述内罩可以是多边形锥桶或是圆锥桶形，其倾角(斜度)要大于内侧衬底托的倾角(斜度)3°～5°，如此便可形成上部面积小于下部面积的通道，反应气体由此通道的下方通入，由于通道面积逐渐减小，气体流速逐渐加快，边界层厚度逐渐减薄，传质速率逐渐加大，对下游源浓度的衰减(部分已反应淀积)起到补偿作用，维持整个反应室沉积速率保持不变；更重要的是，由于气体受热膨胀，向上热浮，热浮方向与气体主流方向偏角小于内罩倾角，两者基本一致，从而不会形成大的涡流，有效减少预反应，使各处边界层厚度基本保持一致，质量传递速率各处均匀，提高了薄膜晶体质量和均匀性。所述内罩上开有光学窗口，即为直径3～5mm的小孔，开孔的目的是为了让光学监测信号穿过，小孔位置和数量根据监测点位置和数量需要而定，从而可实时监测薄膜生长速率和应力情况。
优选的技术方案是，所述衬底托为6～10边形的锥台式石墨托，其表面的倾角为3°～5°，沿每一倾斜面的延伸方向上，布有4～6层下凹式衬底铺设位，每一倾斜面上可叠放多个衬底，反应室容积的利用率高，易于实现产能机型的升级。
进一步的技术方案是，所述加热组件位于所述衬底托内，由复数个加热电阻丝构成，分别控制加热温度，从而使锥台的底部与顶部的受热温度一致，有利于薄膜晶体质量和均匀性。
上述技术方案中，所述内罩外套有遮盖所述光学窗口的外罩，该外罩的倾角大于内罩倾角，形成供防止光学窗口堵塞的光学窗口保护气体穿过的气流通道。光学窗口可实时监测薄膜生长速率和应力情况，为防止反应淀积物堵塞光学窗口，在内罩外设置外罩，外罩倾角大于内罩，高度以遮盖光学窗口为准；在内罩和外罩夹层内通入光学窗口保护气体(惰性气体)，由于外罩倾角大于石英内罩倾角，迫使惰性气体在上升过程中气压增加，以利于惰性气体穿过光学窗口(小孔)进入内外罩夹层，惰性气体量可调，保证穿过小孔且不影响源气体流动模式为准则。
上述技术方案中，所述衬底选自单晶Si、GaAs、SiC、GaN或蓝宝石中的一种。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明中反应室为锥桶形结构，套于衬底托外的内罩倾角大于衬底托的倾角，形成上部面积小于下部面积的通道，反应气体自下而上通入通道内，与气体受热膨胀的热浮方向基本一致，有效减少反应气体在衬底表面受热上浮引起的涡流流态，有效减少预反应，提高了外延材料的质量和均匀性；
2.由于本发明中反应室采用锥桶形结构，衬底托为6～10边形的锥台式，每一斜面上设置4～6层的下凹式衬底铺设位，使衬底可以在锥形多面体上叠放，提高了反应室容积的利用率；
3.由于衬底托可从6面放大到10面，在不改变衬底上方气体流动方式的情况下，容易实现到更大产能机型的升级；
4.由于加热组件由复数个加热电阻丝构成，分别控制加热温度，从而使衬底托上下部的受热温度一致，有利于提高淀积反应的质量与均匀性。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图(送样室、真空装置、尾气处理装置未画出)；
图2是图1中反应室的结构示意图。
其中：1、衬底设铺位；2、光学窗口；3、衬底托；4、内罩；5、外罩；6、不锈钢底座；7、密封圈；8、加热电阻丝；9、出气口；10、不锈钢夹套；11、石英支架；12、光学窗口保护气体；13、气体入口。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1、2所示，一种高温金属有机化学气相淀积反应器，包括壳体、反应室、送样室、真空装置、尾气处理装置以及操作控制装置，所述反应室位于被抽真空的壳体内，用于淀积反应的衬底及为衬底加热的加热组件置于反应室内，所述反应室为上底面小于下底面的锥桶形结构，包括8边形锥台式石墨衬底托3及套于衬底托外侧的内罩4，衬底托3的倾角α为3°，所述内罩4的倾角β大于衬底托3倾角3°，倾角为6°，形成上部面积小于下部面积的反应气体通道，反应气体自下经气体通道由反应室顶部的出气口9排出；沿衬底托3的外缘斜面的延伸方向上布置有4个2～4英寸下凹式衬底铺设位1，所述内罩4上设有与监测点配合的光学窗口2，该窗口为3～5mm的小孔，供光学监测信号穿过，以便操作控制装置实时监控；所述内罩4外套有遮盖所述光学窗口2的外罩5，该外罩5的倾角γ大于内罩4倾角，形成供防止光学窗口2堵塞的惰性气体穿过的气流通道；所述衬底选自单晶Si、GaAs、SiC、GaN或蓝宝石中的一种。
本实施例中，如图1所示，为32片MOCVD反应室结构，反应室壳体由不锈钢夹套10(水冷)和不锈钢底座6组成，不锈钢底座6上方承载反应室，不锈钢夹套10和不锈钢底座6通过Double O-ring密封圈7密封，石墨衬底托3的温度由内置4个加热电阻丝8分别控制，加热电阻丝8置于石英支架11之上，石英支架11起到隔热作用，温度测量由辐射温度计通过光学窗口2实现，石墨衬底托3表面最高温度控制在1200℃；如图2所示，32片衬底分4排叠放于石墨衬底托3衬底位1中，石墨衬底托3与石英内罩4(最大处)上部距离5mm，下部距离10mm，载气由气体入口13进入反应室，光学窗口保护气体12(惰性气体)采用氮气，由开孔2进入。
以蓝宝石衬底为例，利用上述32片机MOCVD用于生长高质量氮化镓薄膜，32片蓝宝石衬底分四排叠放于石墨衬底托3的衬底铺设位1中，通过加热电阻丝8将温度升高到1000～1100度，MO源和载气由气体入口13进入反应室，MO源为三甲基镓，载气为氢气和氮气混合气体，比例为3∶1，气流总量25～30slm，气体在石墨托表面流速为0.075～0.08m/s，三甲基镓流量为60～120sccm，生长2小时，氮化镓薄膜厚度为8～10μm，薄膜生长速度由光学窗口2测量，得到的氮化镓薄膜表面平整、晶体质量高，X光衍射半宽为220arcsec，厚度均匀性好，片内厚度均方差小于2％。
Claims (5)
1. 一种高温金属有机化学气相淀积反应器，包括壳体、反应室、送样室、真空装置、尾气处理装置以及操作控制装置，所述反应室位于被抽真空的壳体内，用于淀积反应的衬底及为衬底加热的加热组件置于反应室内，其特征在于：所述反应室为上底面小于下底面的锥桶形结构，包括多边形锥台式衬底托(3)及套于衬底托(3)外侧的内罩(4)，所述内罩内壁的倾角比衬底托(3)外表面的倾角大3°～5°，两者间构成反应气体通道，反应气体自下经气体通道由反应室顶部的出气口(9)排出；沿衬底托(3)的外缘斜面布置有复数个衬底铺设位(1)，所述内罩(4)上设有与监测点配合的光学窗口(2)，供操作控制装置实时监控。
2. 根据权利要求1所述的高温金属有机化学气相淀积反应器，其特征在于：所述衬底托(3)为6～10边形的锥台式石墨托，其表面的倾角为3°～5°，沿每一倾斜面的延伸方向上，布有4～6层下凹式衬底铺设位(1)。
3. 根据权利要求1所述的高温金属有机化学气相淀积反应器，其特征在于：所述内罩(4)外套有遮盖所述光学窗口(2)的外罩(5)，该外罩(5)的倾角大于内罩(4)倾角，形成供防止光学窗口(2)堵塞的光学窗口保护气体(12)穿过的气流通道。
4. 根据权利要求1或2所述的高温金属有机化学气相淀积反应器，其特征在于：所述加热组件位于所述衬底托(3)内，由复数个加热电阻丝(8)构成，分别控制加热温度。
5. 根据权利要求1所述的高温金属有机化学气相淀积反应器，其特征在于：所述衬底选自单晶Si、GaAs、SiC、GaN或蓝宝石中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810025396XA CN101265570B (zh) | 2008-04-30 | 2008-04-30 | 高温金属有机化学气相淀积反应器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810025396XA CN101265570B (zh) | 2008-04-30 | 2008-04-30 | 高温金属有机化学气相淀积反应器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101265570A CN101265570A (zh) | 2008-09-17 |
| CN101265570B true CN101265570B (zh) | 2011-05-11 |
Family
ID=39988255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200810025396XA Expired - Fee Related CN101265570B (zh) | 2008-04-30 | 2008-04-30 | 高温金属有机化学气相淀积反应器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101265570B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102312199B (zh) * | 2010-06-30 | 2013-10-02 | 上方能源技术(杭州)有限公司 | 一种扫描镀膜装置及扫描镀膜组件 |
| CN102400110B (zh) * | 2011-12-06 | 2013-06-05 | 山东国晶新材料有限公司 | 一种气相沉积用导流防尘控气盘及气相沉积炉内洁净生产的方法 |
| CN103160814B (zh) * | 2013-03-07 | 2015-04-08 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | 反应室及其气流控制方法 |
| CN111254490A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-09 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 外延气体注入单元及外延反应器 |
| CN111826718B (zh) * | 2020-07-15 | 2023-06-27 | 南昌大学 | 一种圆桶形对称多片碳化硅外延生长反应管结构 |
| CN114134484B (zh) * | 2021-11-28 | 2023-11-21 | 西北工业大学 | 化学气相渗透法制备纤维增强复合材料的涡流辅助系统及方法 |
| CN117187785B (zh) * | 2023-11-08 | 2024-02-23 | 新美光(苏州)半导体科技有限公司 | 一种化学气相沉积装置及方法 |
-
2008
- 2008-04-30 CN CN200810025396XA patent/CN101265570B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101265570A (zh) | 2008-09-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101265570B (zh) | 高温金属有机化学气相淀积反应器 | |
| US8409351B2 (en) | Production of bulk silicon carbide with hot-filament chemical vapor deposition | |
| CN111621851B (zh) | 碳化硅晶体的生长装置及生长方法 | |
| CN101611472B (zh) | 气体处理系统 | |
| CN100414004C (zh) | 通过气相淀积制备单晶的设备和方法 | |
| US6281098B1 (en) | Process for Polycrystalline film silicon growth | |
| CN102597307B (zh) | Cvd方法和cvd反应器 | |
| CN100482857C (zh) | 用于在半导体衬底上外延淀积膜的系统和方法 | |
| US6039812A (en) | Device for epitaxially growing objects and method for such a growth | |
| US8491720B2 (en) | HVPE precursor source hardware | |
| CN1392595A (zh) | 化学汽相淀积设备和化学汽相淀积方法 | |
| CN111424319B (zh) | 一种大尺寸公斤级碳化硅单晶的制备方法 | |
| CN109896515A (zh) | 覆碳化钽的碳材料和其制造方法、半导体单晶制造装置用构件 | |
| CN1965390A (zh) | 气相生长装置 | |
| CN103014667B (zh) | 化学气相沉积装置 | |
| KR20190042537A (ko) | 식각 특성이 향상된 화학기상증착 실리콘 카바이드 벌크 | |
| EP0164928A2 (en) | Vertical hot wall CVD reactor | |
| CN205556772U (zh) | 一种化学气相沉积炉用石墨沉积装置 | |
| CN103221586A (zh) | 在金属氮化物生长模板层上形成块状iii族氮化物材料的方法以及由所述方法形成的结构体 | |
| JPH01125923A (ja) | 気相成長装置 | |
| RU2394117C2 (ru) | Cvd-реактор и способ синтеза гетероэпитаксиальных пленок карбида кремния на кремнии | |
| CN102234792A (zh) | 悬喷式mocvd反应器 | |
| JP2015198213A (ja) | エピタキシャル炭化珪素ウェハの製造方法及びそれに用いる炭化珪素単結晶基板のホルダー | |
| CN105420686A (zh) | 一种化学气相沉积炉用石墨沉积装置 | |
| CN200996045Y (zh) | 一种可抑制化学气相沉积预反应的进气蓬头 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SUZHOU NANOJOIN PHOTONICS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SUZHOU NAJING OPTICAL CO., LTD. Effective date: 20120323 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 215123 SUZHOU, JIANGSU PROVINCE TO: 215021 SUZHOU, JIANGSU PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120323 Address after: 215021 Suzhou, Jiangsu Province, Suzhou Industrial Park, Hong Dong Road, No. 388 Patentee after: Suzhou Nanojoin Photonics Co., Ltd. Address before: 215123 Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province, if the waterway No. 398, No. Patentee before: Suzhou Najing Optical Co., Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110511 Termination date: 20190430 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |