CN117026204A - 一种深紫外mocvd设备反应室 - Google Patents

Abstract

本发明属于MOCVD设备反应室技术领域，具体涉及一种深紫外MOCVD设备反应室，包括顶盘、真空腔体、法兰底板、气体均匀性在线监测仪、第一进气口、第二进气口、混合空腔，所述顶盘真空腔体设置在顶盘与法兰底板之间，所述顶盘的底部设置有混合空腔，所述混合空腔设置在真空腔体内，所述气体均匀性在线监测仪穿过顶盘伸入混合空腔内，所述第一进气口、第二进气口分别与混合空腔相连通。本发明重新设计了MOCVD设备反应室中的顶盘组件，使工艺气体在小空间内的混合更为均匀，从而提升工艺气体在整个混合空腔中的混合均匀性。并且本发明设计了反应室中的反应腔室，增加了导流罩和尾气均气环设计，使反应室的流场更为均匀，增加薄膜生长的质量和均匀性。

Description

一种深紫外MOCVD设备反应室

技术领域

本发明属于MOCVD设备反应室技术领域，具体涉及一种深紫外MOCVD设备反应室。

背景技术

MOCVD(金属有机化学气相沉积)技术是一种在半导体制造中广泛应用的气相沉积技术，MOCVD技术的原理是将金属有机化合物和气体反应生成所需的材料，然后在衬底上沉积形成薄膜。这种技术具有高度的控制性和可重复性，可以制备出高质量的薄膜，因此在半导体制造中得到了广泛的应用。随着半导体技术的不断发展，MOCVD技术也不断得到改进和完善。例如，通过引入新的金属有机化合物和气体，可以制备出更复杂的材料结构，从而实现更高性能的半导体器件。

MOCVD设备主要由以下组成部分构成：顶盘组件：决定反应气体进入反应室的流场方式；反应室：用于放置衬底和生长薄膜的区域，内部有加热装置和气体进出口。气体供应系统：用于提供金属有机化合物、载气和反应气体等，通常包括气瓶、气体流量计、阀门和管路等。加热系统：用于提供反应室的加热，通常采用电阻加热或感应加热等方式。底座：用于支撑衬底，通常是一个旋转的平台，可使衬底均匀生长。控制系统：用于控制反应室温度、气体流量、反应时间等参数，通常采用计算机控制或PLC控制等方式。废气处理系统：用于处理反应产生的废气，通常包括废气净化器、排气管道和排气风机等。

其中顶盘组件是深紫外MOCVD设备的核心部件，直接决定了外延片生长的质量。现有的顶盘组件分为两种，一种是反应气体经过气体供应系统直接进入反应室中，在反应室中进行薄膜生长。另外一种是反应气体经过顶盘先经过混气和匀气后，进入反应室中进行薄膜生长。

深紫外MOCVD设备反应室中现有的顶盘组件无法使工艺气体得到充分混合，从而会影响薄膜生长的均匀性。深紫外MOCVD设备中，现有反应腔室的结构设计产生的流场无法使薄膜生长更为均匀。

发明内容

针对上述深紫外MOCVD设备中，现有反应腔室的结构设计产生的流场无法使薄膜生长更为均匀的技术问题，本发明提供了一种深紫外MOCVD设备反应室，在MOCVD反应室中，重新设计了顶盘组件结构和反应腔室结构，使得工艺气体之间的反应更均匀，增加MOCVD设备外延片生长中的薄膜质量和均匀性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种深紫外MOCVD设备反应室，包括顶盘、真空腔体、法兰底板、气体均匀性在线监测仪、第一进气口、第二进气口、混合空腔，所述顶盘真空腔体设置在顶盘与法兰底板之间，所述顶盘的底部设置有混合空腔，所述混合空腔设置在真空腔体内，所述气体均匀性在线监测仪穿过顶盘伸入混合空腔内，所述第一进气口、第二进气口分别安装在顶盘上，所述第一进气口、第二进气口均与混合空腔相连通。

还包括第一排气口、第一进气口分气板、水冷匀气盘、水冷套、石墨盘、导流罩、第二排气口、支撑轴、第二进气口分气板、尾气匀气环、反应腔室，所述第一进气口通过第一进气口分气板与混合空腔相连通，所述第二进气口通过第二进气口分气板与混合空腔相连通。

所述混合空腔通过水冷匀气盘与反应腔室相连通，所述水冷匀气盘的下方设置有水冷套，所述反应腔室通过真空腔体和法兰底板构成。

所述石墨盘设置在反应腔室内，所述石墨盘的底部与支撑轴固定连接。

所述第一排气口和第二排气口均设置在法兰底板的底部，所述第一排气口和第二排气口均与反应腔室相连通，所述第一排气口和第二排气口分别与真空泵连接。

所述导流罩设置在反应腔室内，所述导流罩沿圆周方向设置有均匀的孔。

所述第一排气口和第二排气口的上方均设置有尾气匀气环，所述导流罩放置在尾气匀气环上。

所述顶盘的底面分别设置有第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气孔和第二进气孔按列交替排布。

所述真空腔体和法兰底板的材料采用不锈钢。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明重新设计了MOCVD设备反应室中的顶盘组件，使工艺气体在小空间内的混合更为均匀，从而提升工艺气体在整个混合空腔中的混合均匀性。并且本发明设计了反应室中的反应腔室，增加了导流罩和尾气均气环设计，使反应室的流场更为均匀，增加薄膜生长的质量和均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明顶盘的结构示意图；

图3为本发明尾气匀气环的结构示意图；

图4为本发明导流罩的结构示意图。

其中：1为顶盘，2为真空腔体，3为法兰底板，4为第一排气口，5为气体均匀性在线监测仪，6为第一进气口，7为第二进气口，8为第一进气口分气板，9为水冷匀气盘，10为水冷套，11为石墨盘，12为导流罩，13为第二排气口，14为支撑轴，15为第二进气口分气板，16为尾气匀气环，17为第一进气孔，18为第二进气孔，A为混合空腔，B为反应腔室。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制；基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本实施例中，如图1所示，工艺气体中第一气体通过第一进气口6进入MOCVD设备系统的顶盘1，工艺气体中的第二气体通过第二进气口7进入顶盘1中，工艺气体中的第一气体和第二气体在混合空腔A中进行混合，同时气体均匀性在线监测仪5对混合空腔A中的气体混合程度进行监测，通过气体均匀性在线监测仪5的监测可以实时了解混合空腔A中的气体分布。

进一步，工艺气体进入顶盘1中，通过第一进气口分气板8和第二进气口分气板15进入混合空腔A中，工艺气体在混合空腔A中进行预混。MOCVD设备顶盘1进入混合空腔A中的第一进气孔17和第二进气孔18的排列如图2所示，呈现一列第一进气孔17、一列第二进气孔18的排列，第一进气孔17和第二进气孔18阵列循环布满整个顶盘1的底面。由于密密麻麻的工艺气体进气孔布满了整个MOCVD设备顶盘1的底面，使工艺气体在小空间内的混合更为均匀，从而提升工艺气体在整个混合空腔A中的混合均匀性。

进一步，经过混合空腔A混合的气体通过水冷均气盘9进入反应腔室B中，水冷匀气盘9的下方设置水冷套10，可防止工艺气体中的第一气体和第二气体在此空间的预反应。反应腔室B中由真空腔体2和法兰底板3构成，可用不锈钢材料，不锈钢材料中间可设置水冷。反应腔室B中的石墨盘11上放置外延片，石墨盘11的下方用支撑轴14进行支撑，同时支撑轴14可进行旋转运动，使工艺气体中的第一气体和第二气体在反应腔中进行更好的混合。第一排气口4和第二排气口13与真空泵连接，通过真空泵的运转，使反应腔室B到达工艺真空度。

进一步，如图3、图4所示，导流罩12放置于反应腔室B中，同时导流罩12放置于尾气匀气环16上，进入反应腔室B中的工艺气体通过导流罩12、尾气匀气环16、经过第一排气口4与第二排气口13由真空泵抽入尾排中。导流罩12可以使工艺气体更多的汇集于石墨盘11周边的空间中，提升工艺气体的反应效率。同时导流罩12圆周方向设置均匀的孔，使导流罩12内部的流场更为均匀。真空腔室2有两个抽气口，分别是第一排气口4和第二排气口13，在第一排气口4和第二排气口上方设置尾气匀气环16，通过设置尾气匀气环16均匀性的设置使真空泵在抽真空的过程中，使反应腔室B的流场更为均匀。通过导流罩12和尾气匀气环16的组合设置，从而使整个反应腔室B的流场更为均匀。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种深紫外MOCVD设备反应室，其特征在于：包括顶盘(1)、真空腔体(2)、法兰底板(3)、气体均匀性在线监测仪(5)、第一进气口(6)、第二进气口(7)、混合空腔(A)，所述顶盘真空腔体(2)设置在顶盘(1)与法兰底板(3)之间，所述顶盘(1)的底部设置有混合空腔(A)，所述混合空腔(A)设置在真空腔体(2)内，所述气体均匀性在线监测仪(5)穿过顶盘(1)伸入混合空腔(A)内，所述第一进气口(6)、第二进气口(7)分别安装在顶盘(1)上，所述第一进气口(6)、第二进气口(7)均与混合空腔(A)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种深紫外MOCVD设备反应室，其特征在于：还包括第一排气口(4)、第一进气口分气板(8)、水冷匀气盘(9)、水冷套(10)、石墨盘(11)、导流罩(12)、第二排气口(13)、支撑轴(14)、第二进气口分气板(15)、尾气匀气环(16)、反应腔室(B)，所述第一进气口分气板(8)和第二进气口分气板(15)设置在顶盘(1)内，所述第一进气口(6)通过第一进气口分气板(8)与混合空腔(A)相连通，所述第二进气口(7)通过第二进气口分气板(15)与混合空腔(A)相连通。

3.根据权利要求2所述的一种深紫外MOCVD设备反应室，其特征在于：所述混合空腔(A)通过水冷匀气盘(9)与反应腔室(B)相连通，所述水冷匀气盘(9)的下方设置有水冷套(10)，所述反应腔室(B)通过真空腔体(2)和法兰底板(3)构成。

4.根据权利要求2所述的一种深紫外MOCVD设备反应室，其特征在于：所述石墨盘(11)设置在反应腔室(B)内，所述石墨盘(11)的底部与支撑轴(14)固定连接。

5.根据权利要求2所述的一种深紫外MOCVD设备反应室，其特征在于：所述第一排气口(4)和第二排气口(13)均设置在法兰底板(3)的底部，所述第一排气口(4)和第二排气口(13)均与反应腔室(B)相连通，所述第一排气口(4)和第二排气口(13)分别与真空泵连接。

6.根据权利要求2所述的一种深紫外MOCVD设备反应室，其特征在于：所述导流罩(12)设置在反应腔室(B)内，所述导流罩(12)沿圆周方向设置有均匀的孔。

7.根据权利要求2所述的一种深紫外MOCVD设备反应室，其特征在于：所述第一排气口(4)和第二排气口(13)的上方均设置有尾气匀气环(16)，所述导流罩(12)放置在尾气匀气环(16)上。

8.根据权利要求2所述的一种深紫外MOCVD设备反应室，其特征在于：所述顶盘(1)的底面分别设置有第一进气孔(17)和第二进气孔(18)，所述第一进气孔(17)和第二进气孔(18)按列交替排布。

9.根据权利要求1所述的一种深紫外MOCVD设备反应室，其特征在于：所述真空腔体(2)和法兰底板(3)的材料采用不锈钢。