[发明专利]一种MOCVD设备新型喷淋头装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属有机化学气相沉积设备，尤其是一种MOCVD设备新型喷淋头装置。

背景技术

金属有机化学气相沉积设备(Metal Organic Chemical VaporDeposition，简称MOCVD)是制备高亮度发光二极管、大功率激光器和高电子迁移率晶体管等薄膜器件的关键工艺设备。组份均匀、厚度均匀、界面陡峭是薄膜生长的基本要求，提高薄膜生长的均匀性是MOCVD反应器持续改进的核心任务。一种主流的垂直式反应器采用喷淋头近距离喷射以达到提高均匀性，多片生长的目的。提高均匀性的一个主要方法就是改进喷淋头的结构，以实现多组份气体独立送气，接近衬底前充分混合，同时最大限度的减少寄生反应和喷淋头上的高温寄生沉积的目的。

一发明名称为《用于金属有机物化学气相淀积设备的大面积梳状喷淋头》(中国申请号：CN200710035447.2A，公开日：2008年2月13日)，介绍了一种大面积梳状形式的喷淋头，可实现III族与V族源气体分别从喷淋头整体结构两侧独立送气，并在反应腔衬底上方均匀喷射，其实现的方法：采用总管1、4进气，支管送气，两类气源支管3交错排列，并在同侧加工均匀布置的喷淋孔，这类装置可采用长方形整体结构，也可采用圆形整体结构，如图1所示。该发明的优点是：基本实现了送入两种源气体且使其在喷入反应室之前相互隔离，到达衬底上方反应时混合均匀；其缺点是：(1)以上发明尽管实现独立送气，但气体从总管接头处到达每个支管末端可能存在压力不均，使得从各支管小孔喷出气体的流速不均，最终导致衬底表面气流不均影响外延效果。(2)喷淋头要求气体喷出方向必须垂直于衬底表面，上述发明仅通过管壁钻孔的结构很难保证做到这一点。(3)尽管当前所有MOCVD喷淋头整体结构上均为两路气体分隔进气再混合，但不排除某些特殊方式下可能需要增加第三种甚至更多种独立进气气路，上述发明显然不支持这种情况。

另一篇发明名称为《Multi-GAS Straight Channel Showerhead》的美国专利(申请号：US2009/0098276A1，公开日：2009年4月16日)是目前MOCVD设备最通用的喷淋头形式，图2表达了它的结构特点，III族与V族源气体分别从进气口131和132进入喷淋头装置104的第一进气总通道144和第二进气总通道145，通过第一支路通道142和第二支路通道143，最终进入混合通道150，出气后向衬底喷射。该装置的特点是：(1)气体分配通道为水平分层直通道，与喷射室连接采用金属空心管，空心管与进气通道的连接处采用焊接，保证两路反应气体的独立输运；(2)喷射室内气路通道之间相间有与之平行的水冷通道，用以冷气喷射气体，提高温度均匀性。(3)喷淋装置底部的喷射孔相间水冷通道交错密集排列，其方案中提及在靠近反应壁处，喷射孔采用大孔或密集孔以防止边界流场不稳定，影响周边基片沉积的质量。(4)该专利还提出在喷淋装置底部打孔时分区域完成，即一个区域内只完成一种气体的喷射，区域划分的方法可采用径向分割或同心圆式分割。以上发明的优缺点在于：优点：基本实现了送入两种源气体且使其在喷入反应室之前相互隔离，到达衬底上方反应时混合均匀；缺点：(1)装置受水平式分层进气通道的限制，通道之间的连通只能采用金属空心管焊接，但喷射室的小孔成千上万，且数量随面积增加而迅速增加，要求穿管焊接的点太多，太密集，现有的焊接工艺很难保证其不变形且不漏气。一旦有漏气整体就报废。(2)水冷通道与气体通道相互平行，势必占据装置垂直于气流方向的喷射有效面积，降低了整个区域气流喷射的均匀性。(3)利用靠近反应壁处的大孔或密集孔提高喷射气体的流速，这部分气体包含有反应气体，势必造成反应气体耗气量增加，同时相间的水冷通道，难于保证周边流场的稳定性和均匀性。

发明内容

针对上述问题，本发明采用气路垂直分隔的设计思想，气流分隔完成后不同气体按各自通道交替间隔进气，实现了不同气体的隔离输送并最终在同一空间实现均匀混合，避免了焊接成千上万个密集金属空心管，采用简单加工工艺即可实现。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种MOCVD设备新型喷淋头装置，其特征在于，所述喷淋头装置包括一气体分配单元和一喷射室围设形成一密闭空间，其中：

所述气体分配单元包括一进气端面和若干进气分组隔板，所述进气端面包括若干气体通过区和若干气体阻挡区，所述进气分组隔板将所述进气端面按照不同进气组相互隔断；

所述喷射室包括一出气端面和若干出气隔板，所述出气端面上开设若干贯通出气孔，所述出气隔板分隔所述喷射室；