[发明专利]MOCVD反应腔及工艺设备

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种MOCVD反应腔及工艺设备。

背景技术

金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，以下简称：MOCVD)技术是在1968年由美国洛克威尔公司的Manasevit等人提出来的用于制备化合物半导体薄片单晶的一项新技术。

MOCVD技术是在气相外延生长(Vapor Phase Epitaxy，以下简称：VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。该MOCVD技术以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。在MOCVD反应腔中，MOCVD生长机构及其复杂生长过程涉及输运和多组分、多相的化学反应。图1为MOCVD生长过程示意图，如图1所示，氢气作为载气携带MO源和氢化物等反应剂进入反应腔，随着气体流向热基座上加热的衬底，气体的温度逐渐升高，在气相中可能会发生如下气相反应：金属有机化合物与非金属氢化物或有机化合物之间形成加合物，当温度进一步升高时MO源和氢化物及加合物逐步加热分解甚至气相成核。气相中反应品种扩散至衬底表面后首先吸附到表面，然后吸附的品种会在表面迁移并继续发生反应，最终并入晶格形成外延层。衬底表面反应的副产物从生长表面脱附即：解吸，并通过扩散，再回到主气流，被载气带出反应室。

目前，MOCVD反应腔通常采用感应线圈加热方式对放置衬底的托盘进行加热。MOCVD反应腔包括腔体和位于腔体内部的多个托盘，每个托盘上可放置多个衬底，腔体的外部设置有外部加热线圈，腔体内部的中心位置设置有用于向腔体内部通入反应气体的中央进气装置，中央进气装置的外侧设置有内部加热线圈，外部加热线圈和内部加热线圈共同对托盘进行加热。

但是，当采用感应线圈加热方式时，内部加热线圈通入中频交流电(1KHZ～20KHZ)后产生的磁场对中央进气装置产生加热的作用，使中央进气装置中的工艺气体产生预反应，对工艺产生不良影响。为了避免这个问题，技术人员考虑在内部线圈与进气装置之间添加磁场屏蔽层，该磁场屏蔽层需使用高磁导率材料制成，例如软铁、硅钢、坡莫合金等，可独立安装也可与进气装置一体安装。但是，(1)由于中央进气装置外围存在电感线圈和磁场屏蔽层使反应气体流向反应区的过程中受到阻碍，增加预反应发生，不易获得稳定的反应气体流场从而难以生产质量较好的沉积薄膜。(2)内部加热线圈的存在使得加热托盘的径向温度均匀性提高，但是内外线圈独立控制给反应腔内部的温度精确控制带来难度，工程上不易实现温度的准确控制，难以满足工艺需求。

发明内容

本发明提供一种MOCVD反应腔及工艺设备，针对MOCVD立式多层托盘电感加热的特点，一方面使反应气体从中央进气装置到反应区形成稳定的气体流场；另一方面独立控制外部加热装置及内部加热装置的功率，相互补偿调节托盘温度，精确控制腔体内部温度和提高加热托盘温度的均匀性。

为实现上述目的，本发明提供了一种MOCVD反应腔，包括：腔体、托盘、中央进气装置、外部加热装置和内部加热装置，所述中央进气装置位于所述腔体内部的中间位置，所述托盘位于所述腔体内部且设置于所述中央进气装置的周围，所述外部加热装置位于所述腔体的外部，所述内部加热装置位于所述中央进气装置的内部；

所述托盘，用于承载衬底；

所述中央进气装置，用于向所述腔体通入反应气体；

所述外部加热装置，用于对所述托盘进行加热；

所述内部加热装置，用于对所述托盘进行加热。

可选地，所述中央进气装置包括外壁和内壁，所述内壁围成一内部空间，所述内部加热装置位于所述内壁围成的内部空间之中，所述外壁和内壁之间形成有进气通道，所述外壁上开设有若干进气口，所述进气通道内的反应气体通过所述进气口进入所述腔体。

可选地，所述外壁为筒状结构，所述内壁为筒状结构。

可选地，所述进气口包括：通孔或者狭缝。

可选地，所述内壁与所述内部加热装置之间设置有冷却系统，所述冷却系统用于对所述进气通道内的反应气体进行冷却。