[发明专利]MOCVD反应系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体薄膜沉积设备，尤其涉及一种MOCVD反应系统。

背景技术

众所周知，金属有机物化学气相沉积(MOCVD，Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法已广泛应用于制备发光二极管。MOCVD是制备化合物半导体薄膜的一项关键技术，它利用较易挥发的有机物，如Ga(CH₃)₃等作为较难挥发的金属原子的源反应物，与NH₃、AsH₃等氢化物发生反应，在加热的衬底上生成GaN、GaAs等薄膜，用于微电子或光电子器件。

现有的MOCVD反应系统包括：

反应腔；

喷淋盘，设置于所述反应腔的顶部，其上设置有进气口，所述进气口用于输入反应气体；

加热基座，位于所述反应腔的底部，置于一旋转轴上；

加热器，对所述加热基座进行加热；以及

出气口，设置在所述反应腔的底部，用于排出反应副产物。

在使用时，衬底置于所述加热基座上，所述加热基座可按中心旋转，工艺气体与金属有机化学物通过喷淋盘射入反应腔。

MOCVD外延成膜过程如下：

MO源和工艺气体在喷淋盘内混合并喷射注入到反应腔体，转移至衬底表面；

在沉积区域，高温导致源分解和其他气相反应，形成对膜生长和生成副产品有用的前驱物；

前驱物输运至衬底生长表面；

前驱物吸附在生长表面；

前驱物扩散到成膜点；

表面反应副产品从表面被吸走；

反应副产品运输到主气流区域，远离沉积区并从反应腔的出口流出。

利用MOCVD，可以形成P型和N型掺杂的同质和异质半导体外延层和本征半导体外延层，以及多量子阱有源层。采用喷淋盘可以使工艺气体有良好的温度均匀性并在衬底表面均匀分布，从而可获得膜厚与杂质分布均匀的外延层。

然而，现有的MOCVD反应系统没有喷淋盘温度控制系统，从而使得喷淋盘的温度不能得到有效控制。如果喷淋盘的温度太高(因喷淋盘与加热基座距离太近)，MO源和工艺气体在喷淋盘内混合会导致源分解和其他气相反应，反应生成物沉积在喷淋盘的内外表面，有时会剥离掉在衬底表面，形成灰尘颗粒，严重时还会造成喷淋盘的喷气孔堵塞；如果喷淋盘的温度太低，将使反应腔内衬底表面源分解和气相反应速率降低，造成MO源和工艺气体的极大浪费。

因此，有必要对现有的MOCVD反应系统进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MOCVD反应系统，以提高MOCVD沉积薄膜的质量，同时又减小工艺气体消耗。

为解决上述问题，本发明提出一种MOCVD反应系统，用于在衬底上淀积薄膜，该反应系统包括：

反应腔；

喷淋盘，设置于所述反应腔的顶部，包括一反应气体混合腔，所述喷淋盘的顶部设置有进气口，工艺气体及金属有机物源通过所述进气口进入所述反应气体混合腔，并进行混合；所述喷淋盘的底部设有多个通孔，混合后的工艺气体及金属有机物源通过所述通孔喷出；

加热基座，位于所述反应腔的底部，置于一旋转轴上，所述衬底置于所述加热基座上；

加热器，对所述加热基座进行加热；

出气口，设置在所述反应腔的底部，用于排出反应副产物；以及

温控装置，将所述喷淋盘的温度控制在40～400℃。

可选的，所述温控装置将所述喷淋盘的温度控制在150～200℃。

可选的，所述温控装置为热交换器。

可选的，所述热交换器包括：

液体温控腔，设置在所述喷淋盘的顶部，且所述液体温控腔的底部与所述喷淋盘的顶部共用，所述液体温控腔的一侧设有液体进口，另一侧设有液体出口；

热膨胀箱，提供循环液体；

电加热器，对所述循环液体进行加热；

离心泵，使所述加热后的循环液体从所述液体进口进入所述液体温控腔，通过所述液体温控腔的底部与所述喷淋盘进行热交换，并从所述液体出口流出，进入所述热膨胀箱。

可选的，所述加热后的循环液体的温度为40～400℃。

可选的，所述加热后的循环液体的温度为150～200℃。

可选的，所述循环液体为矿物油(Mineral Oil)、合成油(Synthetic Oil)、硅油(Silicone Oil)、乙二醇水溶液(glycol/water)、工艺冷却水(Process Cooling Water)中的一种或多种。