CN1796598A

CN1796598A - 金属有机物化学气相沉积设备反应室中的反烘烤沉积结构

Info

Publication number: CN1796598A
Application number: CN 200410101886
Authority: CN
Inventors: 刘祥林; 焦春美
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2024-12-30
Also published as: CN100510167C

Abstract

对于金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备，特别是生产型金属有机物化学气相沉积设备，在生长完材料后烘烤石墨基座的过程中，反应室内沉积物特别是石墨基座上的沉积物受热蒸发上升，上升到反应室天棚时，由于温度差石墨沉积物会受冷再次沉积在天棚上。这些天棚上的沉积物造成降低外延片质量，延长金属有机物化学气相沉积设备所需清洗和停机时间，以及浪费原材料等一系列不利影响。本发明提供一种反烘烤沉积结构，可以有效的避免由于烘烤石墨基座所造成的反应室天棚沉积。本发明减少了原材料在反应室天棚上的淀积，降低了原材料的损耗，并减少设备的停机时间，提高设备的使用效率。

Description

金属有机物化学气相沉积设备反应室中的反烘烤沉积结构

技术领域

本发明涉及到半导体设备制造领域，特别是涉及MOCVD设备中的反烘烤沉积结构。

背景技术

金属有机物化学气相沉积(MOCVD)自二十世纪六十年代首先提出以来，经过七十至八十年代的发展，九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料制备的核心生长技术，目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料和器件生产中得到广泛应用。同时金属有机物化学气相沉积(MOCVD)是制备氮化镓发光二极管和激光二极管外延片的主流方法，从生长的氮化镓外延片和器件的性能以及生产成本等主要指标来看，还没有其它方法能与之相比。

金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备原理是，不同原材料通过喷气口管道到达衬底，通常在200-2000摄氏度高温下(依不同材料要求而定)，进行反应，生长出所需要的薄膜材料。然而，如图1所示，原材料在衬底3上沉积的同时也会在反应室周壁和石墨基座4上沉积，为了提高材料的质量，在每炉薄膜材料生长完成后，必须在更高温度下烘烤石墨基座，使沉积在反应室周壁和石墨基座上的材料蒸发，随着氢气排出反应室。但是在烘烤过程中，势必会有少量的材料在蒸发上升过程中遇到反应室中的天棚1，由于天棚温度相对较低，温度较高的气体遇冷就会沉积在天棚上，产生沉积物2。这些沉积物会产生以下不利影响：(i)天棚上的淀积物2随时都可能脱落在衬底3上，降低材料质量；(ii)由于经常需要清洗天棚淀积物2，延长了设备的停机时间，降低了设备的使用时间；(iii)加速原材料在天棚上沉积，无效消耗原材料。原材料直接在反应室天棚沉积一般是很困难的，但一旦在反应室天棚上生长了一层沉积物，以后天棚上就很容易生长更多更厚的沉积物。这些沉积物是以消耗原材料为代价的。

发明内容

本发明的目的是阻止烘烤石墨基座过程中原材料在反应室天棚上的淀积，减少由此产生的淀积物、提高材料质量、以及降低原材料的损耗，减少设备的停机时间，提高设备的使用效率。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种金属有机物化学气相沉积设备反应室中的反烘烤沉积结构，含有反应室、反应室天棚、石墨基座；其所述反应室天棚，正对石墨基座的部分，有一缺口，缺口大于石墨基座的面积，缺口内设有磨边活动石英板，磨边活动石英板为一块或多块。

所述的反烘烤沉积结构，其所述磨边活动石英板为一块或多块，为一块时，在生长材料时，缺口上覆盖磨边活动石英板，烘烤石墨基座时，将磨边活动石英板拿开，使缺口与外部相通，石墨基座上的沉积物，受热蒸发上升，由缺口挥发，而不造成原材料在反应室天棚上的淀积；为多块时，在生长材料时，缺口上覆盖一块磨边活动石英板，烘烤石墨基座时，换另一块磨边活动石英板覆盖在缺口上或不放磨边活动石英板，使缺口与外部相通。

所述的反烘烤沉积结构，其适合于单片型金属有机物化学气相沉积设备。

所述的反烘烤沉积结构，含有反应室、反应室天棚、石墨基座；其在石墨基座与反应室天棚之间有一石英挡板，烘烤石墨基座时，石英挡板将石墨基座与反应室天棚隔开，避免原材料在反应室天棚上的淀积。

所述的反烘烤沉积结构，其所述石英挡板，为一块或多块，以可撤除的方式固置。

所述的反烘烤沉积结构，其所述石英挡板两侧下方与两根石英滑杆动连接，可以在石英滑杆上滑动；两根石英滑杆设在石墨基座与反应室天棚之间，在石墨基座上方两旁。

所述的反烘烤沉积结构，其所述石英挡板两侧，与反应室天棚下表面两侧的插槽相适配。

所述的反烘烤沉积结构，其所述烘烤石墨基座时，一块或多块石英挡板顺石英滑杆滑至石墨基座与反应室天棚之间，将石墨基座与反应室天棚隔开，避免原材料在反应室天棚上的淀积；在生长材料时，一块或多块石英挡板顺石英滑杆滑至石墨基座和天棚之间的区域之外，不影响材料的正常生长。

所述的反烘烤沉积结构，其所述烘烤石墨基座时，将一块石英挡板顺插槽插入，将石墨基座与反应室天棚隔开，避免原材料在反应室天棚上的淀积；在生长材料时，将石英挡板顺插槽取出，不影响材料的正常生长。

所述的反烘烤沉积结构，其所述两根石英滑杆之间的距离大于石墨基座和天棚的尺寸，在生长材料时，石英滑杆不影响反应室内的气体和温度的分布。

所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：适合于多片型或单片型金属有机物化学气相沉积设备。

所述的反烘烤沉积结构，其所述反应室天棚、磨边活动板、挡板、滑杆和插槽，为石英、陶瓷、耐热金属或有加水冷夹层的不锈钢制成。

本发明具有以下优点：

(1)可以避免烘烤石墨时，反应室内沉积物特别是石墨基座上的沉积物，受热蒸发上升，沉积在天棚上。

(2)减少反应室天棚上的沉积物脱落而引发的材料质量下降几率。天棚上的沉积物迟早会脱落，掉在衬底上，影响材料生长。即使这些沉积物不“大块脱落”而是以“粉尘”形式脱落，也会降低外延材料的质量。

(3)反应室无需经常清洗，减少由于清洗反应室天棚而造成的停机时间。

(4)阻止原材料在反应室天棚上沉积，减少原材料浪费。反应室天棚一般是由石英或不锈钢等材料加工成而且表面光滑。如果没有在反应室天棚上生长一层缓冲层，那么很难在天棚上直接生长。只要在反应室天棚上生长了一层沉积物，以后天棚上就很容易生长更多更厚的沉积物，这些沉积物是以消耗原材料为代价的。本发明有效的避免了由于烘烤石墨基座所造成的反应室天棚沉积，在生长过程中就很难在天棚上直接生长，减少原材料浪费。

附图说明

图1为原材料在衬底上沉积的同时也会在反应室周壁和石墨基座上沉积的示意图。

图2是本发明第一实施例的示意图。

图3是本发明第二实施例的示意图。

图4是本发明第三实施例的示意图。

图5是本发明第四实施例的示意图

具体实施方式

本发明有以下两种实施方式：

(1)活动挡板式——在反应室内增加一块或多块活动石英挡板6。在生长材料时将活动石英挡板6移开或抽出反应室；而在烘烤石墨基座4时将活动石英挡板6置于石墨基座4和反应室天棚1之间，阻止石墨基座4上的挥发物沉积在天棚1上。

(2)活动天棚式——反应室天棚1是活动的，有一块或多块。如为多块反应室天棚，在生长材料时加上其中一块没有沉积物的反应室天棚1a；而在烘烤石墨基座4时加上另一块活动天棚1b，石墨基座4上的挥发物沉积在这块天棚1b上。在烘烤石墨基座4也可以不加活动天棚1b，敞开反应室，将石墨基座4上的沉积物挥发到反应室以外。

为了更好地说明本发明的意义，下面对所提到的词汇作进一步解释。

所说的“MOCVD”，是Metal-Organic Chemical Vapor Deposition的简称，中文译为“金属有机物化学气相沉积”。该设备还有另一名称为MOVPE，是Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy的简称，中文译为“金属有机物气相外延”。以上两者是同一实物，特此说明。

所说的“原材料”，指的是利用MOCVD设备和方法来生长薄膜材料所需要，且参与化学反应并且在生成物中含有本原料成分的材料。特别指的是金属有机物(MO源)和气体原料。

所说的“衬底”或“基片”，指的是生长薄膜材料所用的基底，薄膜材料在其上面生长。

所说的“反应室”，指的是生长薄膜材料所在的区域。因为用MOCVD生长薄膜材料基本是一个化学反应过程，其所在区域即为反应室。

所说的“反应室天棚”，指的是反应室中最上面的一个平面，如同房屋的天棚一样。

本发明一种金属有机物化学气相沉积设备反应室中的反烘烤沉积结构第一实施例的立体图，如图2所示。该结构就是在金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备中天棚1的下面安装可以活动的石英挡板6。在生长材料的时候，石英挡板6移到石墨基座4与天棚1之间区域以外；而在烘烤时，石英挡板6就移到天棚1下面，隔开天棚1与石墨基座4，这样在烘烤石墨基座4时所产生的沉积物就挥发沉积在石英挡板6上，而不是沉积在天棚1上。这样就可以减少反应室天棚上的淀积物脱落而引发的材料质量下降几率，或者减少由于清洗反应室天棚1而造成的停机时间，并降低原材料的无效消耗。石英挡板6的尺寸要大于天棚1的尺寸，这样才能更有效的避免天棚1上的沉积。石英挡板6的活动方式有多种，如在石墨基座4上方两旁有两根石英滑杆5，石英挡板6可以在石英滑杆5上滑动等。两根石英滑杆5之间的距离要大于石墨基座4和天棚1的尺寸，这样在生长材料时，石英挡板6和石英滑杆5不会影响反应室内的气体和温度的分布。而石英挡板6可以是一大石英板也可以是两个小石英板。

第一实施例是针对多片型金属有机物化学气相沉积设备。图2所示的是在烘烤石墨时的状况，石英挡板6处在天棚1下面，隔开了天棚和石墨基座4。烘烤石墨基座4完毕后，就可以把石英挡板6沿着石英滑杆5滑到石墨基座4和天棚1之间的区域之外，不影响材料的正常生长。

由于本实施例是一个石英挡板6，在材料生长时，需要将石英挡板6滑到一侧，所以需要有较大的反应室。

第二实施例也是针对多片型金属有机物化学气相沉积设备，不同的是有两个石英挡板6a、6b。图3所示的是石英挡板6正在滑动的情况。在生长材料的时候，两个石英挡板6a、6b可以分别滑到两侧，所以反应室可以相对小一些。

第三实施例是针对单片型金属有机物化学气相沉积设备的。对于单片设备，原材料和载气不能垂直喷向衬底，而是从侧面流向衬底，如图4所示。天棚1中间有一缺口，缺口大小和石墨基座尺寸相同。7是密封性较好的磨边活动石英板，两块磨边活动石英板7a、7b替换使用。在烘烤石墨基座4时用一块磨边活动石英板7b盖在缺口上(也可以不盖，将天棚敞开)，而在烘烤完毕进行材料生长时，换用另一块磨边活动石英板7a盖在缺口上，这样也避免了原材料在天棚1上的沉积。

第四实施例也是针对单片型金属有机物化学气相沉积设备的。在烘烤石墨基座4时用一块石英挡板6插在天棚1和石墨基座4之间，阻止石墨基座4上的挥发物在天棚1上沉积。而在烘烤完毕进行材料生长前，将石英挡板6从反应室中抽出。

上述的石英部件如：反应室天棚、磨边活动石英板、石英挡板、石英滑杆、石英插槽等可以用石英制成，也可以由陶瓷(如氧化铝、氧化镁、氮化硼、碳化硅、碳化硼等)、耐热金属(如钼、钨、钽)、不锈钢(有加水冷夹层)制成。如果反应室生长温度小于600摄氏度的情况下，也可以直接用不锈钢制成。

Claims

1、一种金属有机物化学气相沉积设备反应室中的反烘烤沉积结构，含有反应室、反应室天棚、石墨基座；其特征在于：所述反应室天棚，正对石墨基座的部分，有一缺口，缺口大于石墨基座的面积，缺口内设有磨边活动板，磨边活动板为一块或多块。

2、根据权利要求1所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：所述磨边活动板为一块或多块，为一块时，在生长材料时，缺口上覆盖磨边活动板，烘烤石墨基座时，将磨边活动板拿开，使缺口与外部相通，石墨基座上的沉积物，受热蒸发上升，由缺口挥发，而不造成原材料在反应室天棚上的淀积；为多块时，在生长材料时，缺口上覆盖一块磨边活动板，烘烤石墨基座时，换另一块磨边活动板覆盖在缺口上或不放磨边活动板，使缺口与外部相通。

3、根据权利要求1所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：适合于单片型金属有机物化学气相沉积设备。

4、根据权利要求1所述的反烘烤沉积结构，含有反应室、反应室天棚、石墨基座；其特征在于：在石墨基座与反应室天棚之间有一挡板，烘烤石墨基座时，挡板将石墨基座与反应室天棚隔开，避免原材料在反应室天棚上的淀积。

5、根据权利要求4所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：所述挡板，为一块或多块，以可撤除的方式固置。

6、根据权利要求4所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：所述挡板两侧下方与两根滑杆动连接，可以在滑杆上滑动；两根滑杆设在石墨基座与反应室天棚之间，在石墨基座上方两旁。

7、根据权利要求4所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：所述挡板两侧，与反应室天棚下表面两侧的插槽相适配。

8、根据权利要求4、5或6所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：所述烘烤石墨基座时，一块或多块挡板顺滑杆滑至石墨基座与反应室天棚之间，将石墨基座与反应室天棚隔开，避免原材料在反应室天棚上的淀积；在生长材料时，一块或多块挡板顺滑杆滑至石墨基座和天棚之间的区域之外，不影响材料的正常生长。

9、根据权利要求4、5或7所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：所述烘烤石墨基座时，将一块挡板顺插槽插入，将石墨基座与反应室天棚隔开，避免原材料在反应室天棚上的淀积；在生长材料时，将挡板顺插槽取出，不影响材料的正常生长。

10、根据权利要求6所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：所述两根滑杆之间的距离大于石墨基座和天棚的尺寸，在生长材料时，滑杆不影响反应室内的气体和温度的分布。

11、根据权利要求4、5、6或7所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：适合于多片型或单片型金属有机物化学气相沉积设备。

12、根据权利要求1、2、4、5、6、7或10所述的反烘烤沉积结构，其特征在于：所述反应室天棚、磨边活动板、挡板、滑杆和插槽，为石英、陶瓷、耐热金属或有加水冷夹层的不锈钢制成。