[实用新型]一种新型MOCVD反应装置

说明书

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种MOCVD新装置，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反应装置如附图9包括：控制系统1’、混气箱2’、 反应腔3’、传送箱4’、尾气处理系统5’，他们之间通过控制系统1’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设备特别是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

本实用新型目的公开了一种新的MOCVD反应装置，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。

本系统包括电控装置、混气装置、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、尾气处理装置，他们之间与传统MOCVD一样是通过电控装置实现相互导通。电控装置内设置有控制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。混气装置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。本实用新型创新点之一在于倒置圆柱形反应腔，及与倒置圆柱形反应腔匹配的传送腔与待送腔，他们与反应腔形状相同，并排列在同一直线上，待送腔的出口与反应腔的进口对应，反应腔的出口与传送腔的进口对应，待送腔用于放置等待垒晶的衬底基座，待送腔内的传送轴进口端高于出口端，并且出口端与反应腔内的轴等高，当打开待送腔出口端盖子及反应腔进口端盖子后传送基座随重力的作用，向反应腔传送。关闭反应腔进口端盖子开始垒晶反应，垒晶结束后打开传送腔进口端盖子，打开反应腔出口端盖子，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，便于传送式基座传送入传送腔，等待下一道工序，整个过程取代了传统机械手臂传送。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。

所述倒置圆柱形反应腔内设置了传送式基座、固定的传送轴、转动式喷淋盘、排气口、红外测温器等。本实用新型创新点之二在于反应腔内的传送式基座、固定的传送轴、转动式喷淋盘。

所述传送式基座上表面位于圆柱形反应腔的中间，因基座上部是圆弧型的反应腔，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，节约了原材料，如图8所示。