[发明专利]一种MOCVD新反应系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种MOCVD新反应系统，属于MOCVD设备领域。 

背景技术

MOCVD即Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，中文名称金属有机化学气相沉积， 是以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源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，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。传统MOCVD反应系统如图9包括：控制系统、气体混合系统、传送箱、反应腔、尾气处理系统。他们之间通过控制系统实现相互导通。控制系统内设置有控制PLC、压力控制器、红外线光纤温度显示器、各项数字及模拟输出接收模块，用于控制气体混合系统内气动阀件开启及关闭、电子式流量控制器信号输出及接收、电子式压力控制器信号输出及接收，各项感测组件信号显示、警告信号显示及自动程序执行垒晶配方。气体混合系统内设置有各种气动阀件，电子式流量控制器、电子式压力控制器，主要控制载流气体的种类及流量，各种原料气体的开关、流量大小、进入反应腔前的压力大小、各项原料气体的混合。传送箱用于将需要垒晶的衬底通过机械手臂送入反应腔，垒晶完成后再用机械手臂送入传送箱。反应腔内设置有红外线测温仪、加热用石墨载盘、喷淋头、高温加热装置等。尾气处理系统包括淋洗塔、酸性、碱性、毒性气体收集装置、集尘装置和排气氮化装置组成，以使反应后排出装置的有毒物质浓度达到国家规定排放标准以下。MOCVD设备长期以来一直依赖进口，其价格昂贵，导致半导体光源价格拘于高位，不利推广，国内由于不掌握关键设备技术，反过来极大地制约了材料技术和器件性能的提高，制约了我国光电子产业的进一步发展，也成了发展我国高端光电子器件的瓶颈。这就要求我们能自己掌握MOCVD反应系统的设计与制造技术，实现光电子产业的一个重大突破。 

垒晶的重要指标之一，就是组分的均匀性，在MOCVD技术中，要生长出一定厚度，并组分均匀的大面积垒晶材料，基片各处的生长速度以及到达基片的反应物浓度应尽量均匀一致是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的公开了一种新的MOCVD反应系统，以便于用于大尺寸芯片的制作，并节约了垒晶所用的原材料，提高垒晶均匀性，保证垒晶的质量。 

本系统包括与传统MOCVD反应系统相同的控制系统、气体混合系统、尾气处理系统，在此基础上对反应腔及传送箱进行了改进，改成倒置圆柱形反应腔、与倒置圆柱形反应腔匹配的传送腔与待送腔，所述倒置圆柱形反应腔内的配置与传统反应腔区别在于，其反应基座为传送式基座、喷淋盘为旋转式喷淋盘，且配有与传送式基座匹配的固定的传送轴。

本发明所说的倒置圆柱形反应腔，左右两端带盖，实现与外界的隔绝与互通。基座位于圆柱形反应腔的中间，因基座上部是圆弧型的，气体束喷射到衬底后有反射，倒置圆柱形反应腔腔壁对其有抵挡，并回射到衬底上，如图8所示，与传统反应腔比，相对节约了原材料。

与倒置圆柱形反应腔匹配的传送腔与待送腔，其大小与倒置圆柱形反应腔等大，且在同一直线上分别为待送腔、反应腔、传送腔，待送腔内传送轴进口端水平高于出口端，待送腔内盛有待垒晶衬底片的基座，因重力的驱动传送至反应腔，发生垒晶反应，待送腔出口端轴与反应腔、传送腔的轴在同一水平。反应结束后打开传送腔的进口端的盖，然后打开反应腔出口端的盖，传送式基座在气体压力及电辐射力的作用下向传送腔传送，传送腔进口端固定轴与反应腔轴等高，出口端轴略低于进口端，便于传送式基座能进一步在重力作用下顺利完全传送入传送腔，等待下一道工序。

所述的倒置圆柱形反应腔其特征在于其腔体材料选自不锈钢、或石英，优选不锈钢，并且带有冷却液回路。腔体的内壁为石英或是高温陶瓷。

所述的冷却液优选水。

所述的传送式基座，待送腔、反应腔、传送腔对应的盖子开启、关闭在其同一垂直平面内完成。

所述的传送轴在待送腔及传送腔内进口端略高于出口端，且始终保持传送基座在传送过程中不与腔体内壁接触。在反应腔内传送轴两端等高，进口端与待送腔出口端等高，出口端与传送腔进口端等高。基座可在轴上沿轴实现各腔内的传送。垒晶完成后打开出口端，基座可直接把垒晶片传送至传送箱进行冷却等待下一道工序，待送箱内等待垒晶的衬底可直接传送至反应腔进行垒晶。

所述的传送式基座，其带有电磁加热装置，通过电磁辐射为衬底垒晶过程中提供热源。

所述的传送式基座优选石墨传送式基座。