CN202830169U

CN202830169U - 一种金属有机物化学气相沉积装置

Info

Publication number: CN202830169U
Application number: CN201220495096.XU
Authority: CN
Inventors: 周宁; 何乃明; 姜勇; 杜志游; 尹志尧
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Current assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2022-09-25

Abstract

本实用新型提供一种金属有机物化学气相沉积装置，所述化学气相反应沉积装置包括一个位于反应腔内的基座用于放置待处理基片，基座由下方的旋转轴带动高速转动。与基座相对的包括一个气体分布装置，气体分布装置包括多根平行的气体分布管道，气体分布管道下方包括导气部件，导气部件包括与所述气体分布管道位置对应的多个凹槽和向下突起部，所述多根气体分布管道分别通过多个导气槽与导气部件下表面的凹槽和向下突起部相连通。导气部件下表面的多个导气槽分别向下喷出第一和第二反应气体。所述导气槽之间具有相同的距离。

Description

一种金属有机物化学气相沉积装置

技术领域

本实用新型涉及金属有机物化学气相沉积（Metal OrganicChemical Vapor Deposition，简称MOCVD）装置，更具体地，涉及一种用于金属有机物化学气相沉积装置中的气体喷淋结构。

背景技术

金属有机物化学气相沉积是制备半导体薄膜器件的一种关键工艺，包括各种微电子器件、薄膜光伏电池、发光二极管，都离不开MOCVD工艺。MOCVD的基本生长过程是，将反应气体从气源引入反应腔室，利用以加热器加热的衬底引发化学反应，从而在基片上生成单晶或多晶薄膜。在MOCVD过程中，薄膜生长所需要的反应物依靠气体运输（流动和扩散）到达生长表面，在运输过程的同时还发生着化学反应，最终生长粒子通过吸附和表面反应，结合进薄膜晶格。

如图1所示的金属有机物化学气相沉积设备包括密封的反应腔100，反应腔内包括一个基座104，待加工的多片基片105位于基座上。基座下方包括旋转轴24，支撑并使基座高速旋转。一个加热器103位于基座下方围绕该旋转轴，加热并控制基座的温度。与基座相对的反应腔上方包括一个气体喷淋头101。气体喷淋头101包括第一气体通道通过气体管路43连接到第一气源，还包括第二气体通道通过管路44连接到第二气源42。第一气体通道和第二气体通道在面向基座的下表面上互相间隔排布，而且在气体喷淋头的下表面，还包括一个隔热板，在隔热板内第一气体通道和第二气体通道出气口之间包括多个冷却槽，该冷却槽通过冷却液管道51与冷却装置50相连通。在现有工艺中，水冷隔热板用于隔绝加热器产生的热量、抑制气体通道因剧烈的温度变化而引起的热变形，并且也可以防止气体由于高温提前分解。

气体喷淋头用于将不同的反应气体（比如第一反应气体和第二反应气体）送入反应腔室，业内已有的技术如CN101678497揭露了一种有多个气体导管构成的第一气体通道和第二气体通道，这种气体喷淋头要达到在下方基座上的气体均匀分布需要所有气体导管直径很小，比如毫米级的，这样小的尺寸加工难度大。在整个气体喷淋头上将要分布成千上万的气体导管。而且这些气体导管是与气体气体分布的板是焊接固定的，无法简单的拆卸，所以在长期使用中只要其中一个焊接点泄露，整个气体喷淋头就报废了，这些都造成气体喷淋头成本高昂。所以业界需要一种结构简单的气体喷淋头，不仅能降低成本而且保证气体在基座表面的均匀分布。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种金属有机物化学气相沉积装置，所述金属有机物沉积装置包括一个反应腔，反应腔内包括一个放置待处理基片的基座，所述基座设置在旋转轴上，使所述基座转速大于500转/分钟；一个气体分布器与所述基座相对并向所述基座供应气体，所述气体分布器包括多条平行排布的气体分布管道，所述气体分布管道包括第一气体分布管道和第二气体分布管道，分别于与第一反应气体源和第二反应气体源相连通，其中第一气体分布管道与第二气体分布管道交替排布；所述多条第一气体分布管道和第二气体分布管道下方还包括一个导气部件，所述导气部件下表面包括多个凹槽和向下突出部，所述多个凹槽与所述多个第一气体管道位置对应，所述凹槽内包括第一导气槽与所述多个第一气体分布管道连通，所述多个突出部与所述多个第二气体分布管道位置对应，所述突出部内包括多个第二导气槽与所述第二气体分布管道连通；所述第一气体分布管道与第二气体分布管道平行交替分布且具有相同的距离。

其中所述基座转速大于600小于1200转/分钟。

第二反应气体包括金属有机物气体，第一反应气体为包括NH3，H2之一。

多个第一或第二导气槽在中心区域和两端区域具有不同的流量。所述不同流量的导气槽结构可以是：第一或第二导气槽的两端有多个通孔排列组成；或者第一或第二导气槽具有不同的开口宽度。

本实用新型另一实施例提供了一种金属有机物化学气相沉积装置，所述金属有机物沉积装置包括一个反应腔，反应腔内包括一个放置待处理基片的基座，所述基座设置在旋转轴上，使所述基座转速大于500转/分钟；一个气体分布器与所述基座相对并向所述基座供应气体，所述气体分布器包括多条平行排布的气体分布管道，所述气体分布管道包括第一气体分布管道和位于多条第一气体分布管道之间的多个间隙，所述多个第一气体分布管道与第一反应气体源连通，所述位于第一气体分布管道之间的多个间隙与第二反应气体源连通；所述气体分布器还包括一个导气部件，所述导气部件下表面包括多个凹槽和向下突出部，

所述多个突出部与所述多个第一气体分布管道位置对应，所述突出部内包括多个第二导气槽与所述第一气体分布管道连通；所述多个凹槽与所述多个间隙位置对应，所述凹槽内包括第二导气槽与所述多个间隙连通，所述第一导气槽与第二导气槽平行，交替分布且具有相同的距离L。

其中所述气体分布器下表面呈圆形，所述多条第一和第二导气槽从中心到边缘交替分布，所述圆形下表面包括一个中心线位于所述最中心处的第一与第二气体分布管道之间。其中所述中心线与第一导气槽的距离在0.3-0.7L之间。

本实用新型通过提供一种新型的气体分布器与下方的旋转轴配合能够以简单的结构使得在金属有机物沉积装置内的两种反应气体在基座上表面均匀混合，维护成本低而且加工效果好。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据现有技术的所述金属有机物化学气相沉积设备的结构示意图；

图2示出根据本实用新型的实施例的金属有机物化学气相沉积设备的结构示意图；

图3示出根据本实用新型的实施例的所述气体分布器中导气部件局部截面的结构示意图；

图4示出根据本实用新型的实施例的所述气体分布器中导气部件面向基座的下视图；

图5示出根据本实用新型的实施例的气体分布器中气体分布管道局部结构示意图；

图6示出根据本实用新型的实施例的气体分布器中气体分布管道纵截面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图2所示为本实用新型的实施例，其中的气体分布装置201与图1所示现技术中的气体喷淋头101不同。气体分布装置201包括一个气体分布层203，气体分布层203内包括多跟互相平行排布的气体分布管，气体分布层203中的多个气体分布管通过供气管路43,44分别与第一反应气体源41和第二反应气体源42相连通。

如图5所示为气体分布层203的俯视图，气体分布层203包括多个平行的导气管道64、65，所述多个导气管道64,65交替排布。导气管道64与供气管路44通过导气管道64两端的环形通路相连通，导气管道65与供气管路43通过导气管道65两端的环形通路相连通。如图6所示为气体分布层203的垂直截面图，其中第二导气管64位于第一导气管65上方。除了图5中所示的每中气体源通过交替排布的导气管64,65在整个平面上分布，也可以只有导气管65而无需导气管64，多条导气管65外壁之间的长条形间隙形成第二反应气源的流经通道。

气体分布层203下方为导气层205，导气层下方包括多个交替排布的凹槽和突出部。如图3所示为导气层内具体结构，气体分布层中的第一导气管65管壁下方开有导气槽45，导气槽45贯穿导气层205中的突出部使第一反应气体从导气管65沿着导气槽45向下喷射。导气层中的凹槽中包括导气槽46与上方的第二导气管64相连通，使得第二反应气体从第二导气管64沿着导气槽46向下喷射。第二反应气体也可以是从多条导气管65侧壁之间的间隙通过导气槽46向下连通到导气层的凹槽中。图4为气体分布装置下表面的视图。如图3和4所示本实用新型包括一个对称轴200，位于最内侧导气槽45、46之间。多个第一导气管64和临近的第二导气管65之间具有相同的距离L，与之相应配置的多个导气槽45、46在导气层下表面也具有相同的距离。

气体分布层203除了由第一导气管65和第二导气管64组成外，也可以只包括第一导气管65，第二反应气体可以穿过多根第二导气管65之间的缝隙到达导气槽46。反之亦然，可以只有第二导气管64，第一反应气体可以穿过多根平行的第二导气管64之间的缝隙到达导气槽45。

当第一反应气源41供应第一反应气体，第一反应气体通过气体供应管路43到达气体分布管65，最后在导气层的突出部沿导气槽45向下喷射。第二反应气体供应第二反应气体，通过供应管路44到达气体分布管64，最后通过导气槽46向下喷射。第二反应气体向下沿着导气部件下表面的凹槽扩散，在扩散中降低气压，同时第二反应气体的气流向左右两侧扩散并与从两侧导气槽45喷射下来的第一反应气体发生混合后到达下方的基片表面。所述凹槽除了图中所述的是三角形截面的结构也可以是其它形状，如梯形或者椭圆形等，只要能实现第二反应气体向下流的过程中扩散减压的具体结构都属于本实用新型范围。

其中第一反应气体为氢化气体如H2，NH3等还包括载流气体N2等。第二反应气体为MO金属有机物气体如Ga（CH3）3以及部分载流气体。

虽然第一反应气体与第二反应气体会在喷出后发生混合，但是由于每个导气槽45、46与第一、第二气体分布管道之间位置对应，存在距离L，而L足够大所以反应气体到达基座上表面时仍然没有完全混合，气体分布的浓度仍然呈现两种气体浓度高低交替的带状分布。但是由于下方基座是在旋转轴上高速旋转的，所以这一带状的不均匀气体分布在在高速旋转中得到大幅度改善。但是基座中心区域由于旋转的线速度小所以气体混合远不如边缘区域，所以混合效果很差。这一结果会导致中心区域气相沉积的速率下降，中心区域和边缘区域的沉积速率相差可以大于6%，甚至能达到11%。这样大的差距会导致中心区域的基片在加工完成后基本无法达到加工标准。现有技术为了解决这一问题在中心区域设置特殊的气体喷射结构，如在中心添加辅助的喷气口，或者设置最中心的第一反应气体导气槽和第二反应气体导气槽间距不同，同时需要配合在中心区域和边缘区域调节不同的气体流量和种类。这样做虽然能达到沉积速率在整个基座上更均一的目的，但是气体分布的机构增加了复杂度，同时调试工艺时也增加了复杂度，两者均增加了成本。发明人研究发现在转速大于500转/分钟小于1500转/分钟，特别是大于在600转/分钟小于1200转/分钟时即使导气槽45、46具有均一的间距L，在不需要对中心部分喷气装置做额外设置的情况下仍然能达到中心区域和边缘区域具有类似的沉积速率，沉积速率的差距可以控制在6%以下，比如5.5%甚至能达到3.4%。

如图4所示的喷气槽平行线排布也可以是连续的折线型的或者其它曲线形式的，只要相邻导气槽平行且保持一定的距离L均能实现本实用新型的发明目的。所述最内侧的导气槽45、46之间具有L的距离，对称轴200可以在离导气槽45之间0.3L-0.7L之间，具体参数可以根据设计需要调整。

导气槽45、46也可以不是如图4所示的的连续的，为了调控气体在中心和边缘区域的流量，可以在部分区域设为断续的。比如要减小边缘区域的流量导气槽45、46在两端可以是多个导气孔串联成低流量的导气槽，中心是连续的导气槽。同样要减小中间部分气流也可以将中间部分由连续的槽改为断续的多个孔或较短的导气槽组合而成的低流量导气槽。所述低流量导气槽也可以是槽45、46具有不同的宽度。

本实用新型的多条导气管中任何一条损坏或泄漏后只要拆卸下来并更换即可，无需重新制造，而且下表面的导气槽开口可以较大可以容纳更大的误差不易损坏或变形，所以具有很高的可靠性。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims

1.一种金属有机物化学气相沉积装置，所述装置包括一个反应腔，反应腔内包括一个放置待处理基片的基座，所述基座设置在旋转轴上，使所述基座转速大于500转/分钟；

一个气体分布器与所述基座相对并向所述基座供应气体，所述气体分布器包括多条平行排布的气体分布管道，所述气体分布管道包括第一气体分布管道和第二气体分布管道，分别与第一反应气体源和第二反应气体源相连通，其中第一气体分布管道与第二气体分布管道交替排布；

所述多条第一气体分布管道和第二气体分布管道下方还包括一个导气部件，所述导气部件下表面包括多个凹槽和向下突出部；

所述多个凹槽与所述多个第一气体管道位置对应，所述凹槽内包括第一导气槽与所述多个第一气体分布管道连通；

所述多个突出部与所述多个第二气体分布管道位置对应，所述突出部内包括多个第二导气槽与所述第二气体分布管道连通；

所述第一气体分布管道与第二气体分布管道平行交替分布且具有相同的距离L。

2.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积装置，所述基座转速大于600转/分钟小于1200转/分钟。

3.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积装置，第二反应气源包括金属有机物气体，第一反应气源为包括NH3，H2之一。

4.根据权利要求1所述的金属有机物化学气相沉积装置，所述多个第一或第二导气槽在中心区域和两端区域具有不同的流量。

5.根据权利要求4所述的金属有机物化学气相沉积装置，所述第一或第二导气槽的两端有多个通孔排列组成。

6.根据权利要求4所述的金属有机物化学气相沉积装置，其中第一或第二导气槽具有不同的开口宽度。

7.一种金属有机物化学气相沉积装置，所述装置包括一个反应腔，反应腔内包括一个放置待处理基片的基座，所述基座设置在旋转轴上，使所述基座转速大于500转/分钟；

一个气体分布器与所述基座相对并向所述基座供应气体，所述气体分布器包括多条平行排布的气体分布管道，所述气体分布管道包括第一气体分布管道和位于多条第一气体分布管道之间的多个间隙，所述多个第一气体分布管道与第一反应气体源连通，所述位于第一气体分布管道之间的多个间隙与第二反应气体源连通；

所述气体分布器还包括一个导气部件，所述导气部件下表面包括多个凹槽和向下突出部；

所述多个突出部与所述多个第一气体分布管道位置对应，所述突出部内包括多个第一导气槽与所述第一气体分布管道连通；

所述多个凹槽与所述多个间隙位置对应，所述凹槽内包括第二导气槽与所述多个间隙连通；

所述第一导气槽与第二导气槽平行，交替分布且具有相同的距离L。

8.根据权利要求7所述的金属有机物化学气相沉积装置，所述多个第一或第二导气槽在中心区域和两端区域具有不同的流量。

9.根据权利要求1或7所述的金属有机物化学气相沉积装置，其中所述气体分布器下表面呈圆形，所述多条第一和第二导气槽从中心到边缘交替分布，所述圆形下表面包括一个中心线位于所述最中心处的第一与第二气体分布管道之间。

10.根据权利要求9所述的金属有机物化学气相沉积装置，其中所述中心线与第一导气槽的距离在0.3-0.7L之间。

11.根据权利要求7所述的金属有机物化学气相沉积装置，第二反应气源包括金属有机物气体，第一反应气源为包括NH3，H2之一。