[发明专利]用于化学气相沉积工艺的喷淋头和改善工艺均匀性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学气相沉积(CVD)技术领域，特别涉及用于化学气相沉积设备的喷淋头和改善化学气相沉积工艺均匀性的方法。

背景技术

MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种化学气相外延沉积工艺。它以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的源材料，以热分解反应方式在至于石墨盘的衬底上进行沉积工艺，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。

下面对现有的化学气相沉积工艺的原理进行说明。具体地，以MOCVD为例，请参考图1所示的现有的化学气相沉积工艺设备的结构示意图。

手套箱10内形成有相对设置的喷淋头11和石墨盘12。所述喷淋头11内可以设置多个通孔，所述喷淋头11用于提供反应气体。所述石墨盘12内具有多个凹槽，每个凹槽内对应放置一片衬底121，所述衬底121的材质通常为价格昂贵的蓝宝石。所述石墨盘12的下方还形成有加热单元13，所述加热单元13对石墨盘12进行加热，石墨盘12受热升温，能够以热辐射和热传导方式对衬底121进行加热。由于衬底121放置在石墨盘12中，两者接触，因此石墨盘12对衬底121的加热以热传导为主。

在进行MOCVD工艺时，反应气体自喷淋头11的通孔进入石墨盘12上方的反应区域(靠近衬底121的表面的位置)，所述衬底121由于加热单元13的热传导加热而具有一定的温度，从而该温度使得反应气体之间进行化学反应，从而在衬底121的表面沉积外延材料层。在MOCVD工艺结束后，将衬底121从手套箱10中取出，对外延材料层的特性进行测试。

在实际中发现，在化学气相沉积工艺过程中，无法对喷淋头下方的衬底的情况进行实时监控。

发明内容

本发明实施例解决的问题是提供了化学气相沉积工艺的喷淋头和改善化学气相沉积工艺均匀性的方法，在喷淋头中设置窗口，能够在化学气相沉积工艺过程中对喷淋头下方的衬底的情况进行实时监控。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于化学气相沉积工艺的喷淋头，用于向衬底提供反应气体，所述喷淋头具有端口，所述端口具有与之对应设置的窗口透明板，所述窗口透明板作为观察通道或测试通道，通过所述窗口透明板对化学气相沉积工艺进行监控，所述窗口透明板与端口之间通有吹扫气体，所述吹扫气体用于防止反应气体在窗口透明板上发生化学反应或物理沉积。

可选地，所述吹扫气体为氮气、氢气或两者的混合。

可选地，所述喷淋头上还具有通孔，所述窗口透明板与端口之间还通有反应气体，使得所述端口处的反应气体的组分、流量密度与所述通孔处的反应气体的组分、流量密度一致。

可选地，所述喷淋头应用于MOCVD工艺，所述反应气体为氨气。

可选地，所述端口的面积为所述通孔面积的1～20倍。

可选地，所述窗口透明板用于使得原位测试装置的光学信号通过，所述原位测试装置用于测试的参数包括衬底上的外延材料层的生长速率、厚度、粗糙度、组分、温度、反射率、翘曲度中的一个或多个。

相应地，本发明还提供一种改善化学气相沉积工艺的均匀性的方法，所述化学气相沉积工艺利用具有端口、通孔的喷淋头进行，且所述端口具有与之对应设置的窗口透明板，所述窗口透明板作为观察通道或测试通道，在进行化学气相沉积工艺时，在所述窗口透明板和端口之间通入吹扫气体和反应气体，所述端口处的反应气体的组分、流量密度与通孔处的反应气体的组分、流量密度一致。

可选地，所述喷淋头应用于MOCVD工艺，所述吹扫气体为氮气、氢气或者两者的混合，所述反应气体为氨气。

可选地，所述窗口透明板用于使得原位测试装置的光学信号通过，所述原位测试装置用于测试的参数包括衬底上的外延材料层的生长速率、厚度、粗糙度、组分、温度、反射率、翘曲度中的一个或多个。

可选地，所述反应气体和吹扫气体的流量可调节。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在喷淋头上设置窗口透明板，所述窗口透明板作为观察通道或测试通道，这样本领域技术人员可以通过所述窗口透明板对化学气相沉积工艺进行监控，为了防止反应气体经过端口并且在窗口透明板上发生化学反应或物理沉积，本发明在端口与窗口透明板之间通入吹扫气体，防止窗口透明板的光学透过率下降，从而保证观察或测试的准确度；