CN202450155U - 化学气相沉积设备的反应腔室 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种化学气相沉积设备的反应腔室，包括：基座，所述基座用于放置衬底；至少两个喷淋头，与基座相对设置，所述喷淋头用于向所述衬底提供反应气体，每个喷淋头下方至少可以放置一个衬底。本实用新型解决了反应腔室中的大尺寸的喷淋头难以加工、大尺寸喷淋头的成本偏高的问题，并且与反应腔室内设置单一的喷淋头相比，本实用新型在反应腔室内设置两个以上喷淋头，能够改善衬底上的反应气体的分布的均匀度，提高了形成的外延层的均匀度。

Description

化学气相沉积设备的反应腔室

技术领域

本实用新型涉及化学气相沉积(CVD)技术领域，特别涉及化学气相沉积设备的反应腔室。

背景技术

MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延沉积工艺。它以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长的源材料，以热分解反应方式在基座上进行沉积工艺，生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。

下面对现有的沉积工艺的原理进行说明。具体地，以MOCVD为例，请参考图1所示的现有的沉积装置的结构示意图。

手套箱10内形成有相对设置的喷淋头11和基座12。所述喷淋头11内可以设置多个小孔，所述喷淋头11用于提供反应气体。所述基座12上通常放置多片衬底121，所述衬底121的材质通常为价格昂贵的蓝宝石。所述基座12的下方还形成有加热单元13，所述加热单元13对所述衬底121进行加热，使得所述衬底121表面的温度达到外延工艺需要的温度。

在进行MOCVD工艺时，反应气体自喷淋头11的小孔进入基座12上方的反应区域(靠近衬底121的表面的位置)，所述衬底121由于加热单元13的热辐射作用而具有一定的温度，从而该温度使得反应气体之间进行化学反应，从而在衬底121表面沉积外延层。

在实际中发现，随着衬底的尺寸不断增大、衬底的数目不断增多，喷淋头的尺寸越来越大，这使得喷淋头的加工变得困难，并且大尺寸的喷淋头的价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型实施例解决的问题是提供了一种化学气相沉积设备的反应腔室，解决了现有的化学气相沉积设备的反应腔室中的大尺寸喷淋头难以加工、成本昂贵的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种化学气相沉积设备的反应腔室，包括：

基座，所述基座用于放置衬底；

至少两个喷淋头，与基座相对设置，所述喷淋头用于向所述衬底提供反应气体，每个喷淋头下方至少可以放置一个衬底。

可选地，所述喷淋头公用一套气体源，反应气体自气体源经过气体管道进入喷淋头，在喷淋头和衬底之间混合。

可选地，所述喷淋头至少覆盖其下方放置的衬底。

可选地，还包括：气体出口，位于所述基座远离所述喷淋头的一侧，反应气体垂直流向衬底和基座，多余气体沿衬底和基座表面向基座外部，流向所述基座的远离衬底的一侧。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

在化学气相沉积设备的反应腔室内部设置至少两个喷淋头，解决了反应腔室中的大尺寸的喷淋头难以加工、大尺寸喷淋头的成本偏高的问题，并且与反应腔室内设置单一的喷淋头相比，本实用新型在反应腔室内设置两个以上喷淋头，能够改善衬底上的反应气体的分布的均匀度，提高形成的外延层的均匀度；

进一步优化地，所述喷淋头公用一套气体源，简化了反应腔室的结构；反应气体自气体源经过气体管道进入喷淋头，在喷淋头和衬底之间混合，避免可反应气体在进入喷淋头之前进行混合容易发生预反应的问题；

进一步优化地，在所述基座远离所述喷淋头的一侧设置气体出口，使得反应气体垂直流向衬底和基座，多余气体沿衬底和基座表面向基座外部，流向所述基座的远离衬底的一侧，从而避免位于基座边缘的衬底上的气体未到达衬底表面即被抽走，改善了化学气相沉积工艺的均匀度。

附图说明

图1是现有技术的MOCVD装置的结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例的化学气相沉积设备的反应腔室的结构示意图。

具体实施方式

现有技术由于化学气相沉积设备的反应腔室内只有一个喷淋头，随着基座上的衬底的尺寸不断增大、衬底上的衬底的数目不断增多，喷淋头的尺寸不断增大，这使得喷淋头加工和制造变得复杂。并且利用大尺寸的喷淋头无法均匀地将反应气体分配至衬底上，使得现有的化学气相沉积工艺形成的外延层的均匀度无法满足要求。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种化学气相沉积设备的反应腔室，包括：

基座，所述基座用于放置衬底；

至少两个喷淋头，与基座相对设置，所述喷淋头用于向所述衬底提供反应气体，每个喷淋头下方至少可以放置一个衬底。

作为一个实施例，本实用新型所述的化学气相沉积设备为MOCVD设备，当然，作为其他的实施例，所述化学气相沉积设备还可以为其他利用喷淋头结构的化学气相沉积设备。

下面结合具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

为了更好地说明本实用新型的技术方案，请结合图2所示的本实用新型一个实施例的化学气相沉积设备的反应腔室的结构示意图。反应腔室100内设置有基座101，所述基座101用于放置衬底102，所述基座101的材质为石墨或者SiC等，所述基座101下方设置有加热装置(未图示)，该加热装置可以通过热辐射方式对基座101和衬底102进行加热。所述衬底102的材质可以为蓝宝石、Si、SiC等材质。

作为一个实施例，所述反应腔室100内设置有三个喷淋头103。所述喷淋头103与基座101相对设置，所述喷淋头103用于向衬底102提供反应气体。所述喷淋头103下方可以放置一个或多个衬底102。

作为一个实施例，所述喷淋头103下方放置3个衬底102，所述三个衬底102排布成等边三角形，所述喷淋头103至少覆盖其下方放置的三个衬底102，以提高喷淋头103边缘的气体分布的均匀度，提高衬底102上的形成的外延层的均匀度。在其他的实施例中，当衬底的尺寸较大(比如超过6英寸)，可以一个喷淋头对应放置一片或三片衬底，从而尽可能减小喷淋头的尺寸，降低喷淋头的制作难度；当衬底的尺寸较小(比如不超过6英寸)，则可以一个喷淋头对应放置多片衬底，从而尽量提高沉积的效率，提高MOCVD设备的产能。

请继续参考图2，作为可选的实施例，所述喷淋头103的尺寸相同，便于集成化加工，所述喷淋头103可以呈等边三角形排布在基座101上方。作为其他的实施例，所述喷淋头103也可以有设置不同的尺寸，比如在基座中心设置一个大尺寸的喷淋头，在该大尺寸的喷淋头的周围设置一圈小尺寸的喷淋头，这样可以提高反应腔室的利用率。

本实用新型所述的喷淋头103可以共用一套气体源，也可以每一个喷淋头对应设置一套气体源。本实用新型所述的气体源与化学气相沉积工艺要形成的材料层有关系。作为一个实施例，所述化学沉积设备为MOCVD设备，要形成的外延层可以为GaN、GaInN、GaAlN等材料。因此，所述气体源应能至少提供III族气体和V族气体。对应地，所述气体源包括第一气体源106和第二气体源107，其中所述第一气体源106用于提供III族气体；所述第二气体源107用于提供V族气体。当然，根据工艺的需要，所述气体源中还可以设置吹扫气体(例如包括氮气、氢气、氨气中的一种或多种)或清洁气体(包括氮气、氢气、惰性气体中的一种或多种)或载体气体(包括氮气、氢气、氨气中的一种或多种)，此时需要设置能够提供上述吹扫气体、清洁气体或载体气体的气体源即可。

为了提高气体源的利用率，简化MOCVD设备的布局，作为优选的实施例，所述喷淋头103共用一套气体源。请继续参考图3，所述第一气体源106通过第一气体管路104相连接，III族气体经过第一气体管路104直接进入喷淋头103；所述第二气体源107通过第二气体管路105与喷淋头103相连接，V族气体经过第二气体管路105直接进入喷淋头，III族气体和V族气体在喷淋头103与衬底102之间混合并发生化学反应，在衬底102上形成外延层。由于III族气体和V族气体在通过喷淋头103以后在喷淋头103和衬底102之间混合，与III族气体和V族气体先混合再通过喷淋头进入衬底上方容易造成预反应相比，本实用新型实施例可有效解决预反应的问题，提高形成的外延层的质量。

作为可选的实施例，所述反应腔室100上还设置有气体出口108，气体出口108与泵相连接，通过泵的抽气作用将化学气相沉积工艺过程中的多余气体(包括未发生化学反应的气体、副反应废气、多余的载体气体、清洁气体等)排出。

所述气体出口108的位置可以灵活设置。作为本实用新型的一个实施例，所述气体出口108可以设置在衬底102上方的反应腔室100上，即气体出口108的位置高于衬底102所在的平面。但是考虑到若气体出口108设置在衬底102上方，位于基座101边缘的衬底102上方的气体可能没有到达衬底102的表面即被抽走，从而影响化学气相沉积工艺的均匀度。

作为优选的实施例，所述气体出口108设置在所述基座101远离所述喷淋头103的一侧，即气体出口108的位置至少与衬底102所在的平面持平或气体出口108的位置比衬底102所在的平面低，这样，反应气体自喷淋头103垂直流向衬底102和基座101的表面，在衬底102和基座101的表面形成平稳的气流分布，多余气体沿衬底102和基座101表面向基座101外部，流向所述基座101的远离衬底102的一侧，

综上，本实用新型通过在化学气相沉积设备的反应腔室内部设置至少两个喷淋头，解决了反应腔室中的大尺寸的喷淋头难以加工、大尺寸喷淋头的成本偏高的问题，并且与反应腔室内设置单一的喷淋头相比，本实用新型在反应腔室内设置两个以上喷淋头，能够改善衬底上的反应气体的分布的均匀度，提高形成的外延层的均匀度；

进一步优化地，所述喷淋头公用一套气体源，简化了反应腔室的结构；反应气体自气体源经过气体管道进入喷淋头，在喷淋头和衬底之间混合，避免可反应气体在进入喷淋头之前进行混合容易发生预反应的问题；

进一步优化地，在所述基座远离所述喷淋头的一侧设置气体出口，使得反应气体垂直流向衬底和基座，多余气体沿衬底和基座表面向基座外部，流向所述基座的远离衬底的一侧，从而避免位于基座边缘的衬底上的气体未到达衬底表面即被抽走，改善了化学气相沉积工艺的均匀度。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (4)

1.一种化学气相沉积设备的反应腔室，其特征在于，包括：

基座，所述基座用于放置衬底；

至少两个喷淋头，与基座相对设置，所述喷淋头用于向所述衬底提供反应气体，每个喷淋头下方至少可以放置一个衬底。

2.如权利要求1所述的化学气相沉积设备的反应腔室，其特征在于，所述喷淋头公用一套气体源，反应气体自气体源经过气体管道进入喷淋头，在喷淋头和衬底之间混合。

3.如权利要求1所述的化学气相沉积设备的反应腔室，其特征在于，所述喷淋头至少覆盖其下方放置的衬底。

4.如权利要求1所述的化学气相沉积设备的反应腔室，其特征在于，还包括：气体出口，位于所述基座远离所述喷淋头的一侧，反应气体垂直流向衬底和基座，多余气体沿衬底和基座表面向基座外部，流向所述基座的远离衬底的一侧。

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