[发明专利]金属有机化合物化学气相沉积方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及化学气相沉积技术领域，特别涉及一种金属有机化合物化学气相沉积方法及其装置。

背景技术

化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，其通过化学气相沉积装置得以实现。具体地，CVD装置通过进气装置将反应气体通入反应室中，并控制反应室的气压、温度等反应条件，使得反应气体发生反应，从而完成沉积工艺步骤。为了沉积所需薄膜，一般需要向反应室中通入多种不同的反应气体，且还需要向反应室中通入载气或吹扫气体等其他非反应气体，因此在CVD装置中需要设置多个进气装置。

金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)装置主要用于氮化镓、砷化镓、磷化铟、氧化锌等III-V族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶功能结构材料的制备，随着上述功能结构材料的应用范围不断扩大，MOCVD装置已经成为化学气相沉积装置的重要装置之一。MOCVD一般以II族或III族金属有机源和VI族或V族氢化物源等作为反应气体，用氢气或氮气作为载气，以热分解反应方式在基片上进行气相外延生长，从而生长各种II-VI化合物半导体、III-V族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。由于II族或III族金属有机源和VI族或V族氢化物源的传输条件不同，因此需要通过不同的进气装置分别将II族或III族金属有机源和VI族或V族氢化物源传输至基片上方。

现有技术中的MOCVD装置一般包括：

反应腔；

位于所述反应腔顶部的喷淋组件，所述喷淋组件包括两个进气装置，所述两个进气装置分别将II族或III族金属有机源和VI族或V族氢化物源传输至基片上方；

与所述喷淋组件相对设置的基座，所述基座具有加热单元，所述基座用于支撑和加热基片。

所述喷淋组件根据所提供的反应气体的气流相对基片的流动方向的不同，分为垂直式和水平式。如中国专利ZL200580011014所揭示的水平式喷淋组件，其使得反应气体的气流沿平行于基片的水平方向流动，台湾专利TW201030179A1所揭示的垂直式喷淋组件，其使得反应气体的气流沿垂直于基片的竖直方向流动。

但是水平式喷淋组件存在反应物浓度的沿程损耗、热对流涡旋和侧壁效应，容易造成基片沿横向和纵向的厚度和浓度不均匀；垂直式喷淋组件存在反应后的尾气不能及时排出，从而沿径向浓度不均匀，造成基片沿径向的厚度和浓度的波动。

参见美国专利公开号为：US7709398B2，该专利提供了一种利用其之一被预处理的两处理气体来沉积半导体层的方法和设备。参考图1所示，所述设备具有：设置于反应器1中的处理室2，所述处理室2具有用于至少一个衬底5的衬底座4；用于将衬底座4加热到处理温度的加热设备13；气体入口构件3，所述气体入口构件3与衬底座4相对设置，用于将第一反应气体(如：III族金属有机源)引入处理室2，所述气体入口构件3具有多个用于排出第一反应气体的第一开口6，所述第一开口6设置分布在与衬底座4相对设置的气体入口构件3的表面上；预处理设备9，是用于预处理待引入所述处理室2中的第二反应气体(如：V族氢化物源)的设备，所述预处理设备9以这样一种方式被设置于所述衬底座4的边缘，使得所述第二反应气体平行于所述衬底座表面20在所述衬底座4的上方，且相对于所述第一反应气体流动的方向11横向地流动。

上述技术中，III族金属有机源沿垂直基片的竖直方向流动，V族氢化物源沿平行于基片的水平方向流动，且III族金属有机源在基片上表面对应的整个水平面上都有分布，V族氢化物源也在基片上表面对应的整个水平面上都有分布，从而可以在衬底上形成连续的扩散边界层。

但是两种反应气体在到达衬底外延生长表面之前，III族金属有机源必须穿过整个V族氢化物源，而由于V族氢化物源是过量反应物，因此V族氢化物源分子会阻止非常多的III族金属有机源和载气到达衬底表面，从而导致两种气体提前发生反应，最终降低III族金属有机源的使用效率，造成材料的浪费，而金属有机源材料的价格是很昂贵的，这必然就造成了生产成本的提高。同时也降低了薄膜的沉积速率。

因此，在金属有机化合物化学气相沉积过程中，如何避免两种反应气体的提前反应且提高反应速率就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容