[发明专利]热壁式金属有机物化学气相沉积喷淋装置及工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属有机物化学气相沉积设备，尤其是涉及金属有机物化学气相沉积设备的喷淋装置及其工艺方法。

技术背景

金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料、光电子器件制造专用设备。化学气相沉积设备作为化合物半导体材料外延生长的理想方法，具有质量高、稳定性好、重复性好、工艺灵活、能规模化量产等特点，已经成为业界生产半导体光电器件和微波器件的关键核心设备，具有广阔的应用前景和产业化价值。

在现有金属有机物化学气相沉积设备的喷淋装置和工艺中，一般采用循环冷却水对喷淋盘进行冷却。这种腔体有个缺点，就是由于喷淋的壁面是冷壁面，容易容易造成反应物气相反应的颗粒凝结沉积，造成污染，影响生长质量和生产效率。另外，现在金属有机物化学气相沉积设备用于半导体绿色照明产业，随着市场的竞争，对降低成本的要求越来越高，需要有方法提高源气的利用效率，更进一步提高外延的质量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种热壁式金属有机物化学气相沉积喷淋装置及工艺方法，就是先在喷淋中通入高温导热冷却液体，这样在冷却喷淋的同时，也可以使喷淋工作在比较高的温度，减少喷淋盘与载片盘之间的温差，减少浮升力，提高层流质量和降低颗粒污染程度，并提高生产效率和生长质量，另外，反应气体进入腔体之前，进行预加热到一定的温度，在通过喷淋后，可以继续保持一定的温度，进入喷淋，这样由于喷淋与载片盘之间的平均温度的提升，使得同样的腔体压力，所需的气体流量会减少，这样可以节省反应气体的使用量，降低外延的成本，同时也可以提高外延的速度，提高生产效率。本发明提出的金属有机物化学气相沉积喷淋装置，主要包括：喷淋、气体进口、气体输入缓冲腔、通气孔、喷淋盘，反应气体及载气通过气体进口进入气体输入缓冲腔，通过通气孔，进入反应腔进行一系列物理化学反应在载片盘上的衬底上沉积所需薄膜，其特征在于在所述喷淋盘和气体输入缓冲腔之间设置高温冷却腔，温度范围在100至400摄氏度，如200摄氏度或250摄氏度的高温冷却液由高温冷却液进口进入高温冷却腔对通过通气孔的气体进行加热，同时通过循环的液体带走反应中载片盘面高温辐射到喷淋的热量，对喷淋盘进行降温，但使喷淋的表面保持在热壁状态。在喷淋顶部设置低温冷却腔，温度范围在0至100摄氏度，如18摄氏度或30摄氏度的工业冷却水由低温冷却液进口进入低温冷却腔对高温喷淋进行隔离，防止比较高的喷淋温度影响喷淋周围装置可靠和安全性能。

可选地，所述金属有机物化学气相沉积喷淋装置可以有1个以上气体进口，进口可以设置为喷淋形式或中心进气方式或两者的混合，气体输入缓冲腔设置为1个或2个。

可选地，低温冷却腔可以设置为冷却流道形式或冷却管盘绕形式。

优选地，所述高温冷却液为沸点高于100摄氏度的高温液相导热油，比如Therminol66。

优选地，所述低温冷却液为工业冷却水，水沸点低，作为冷却液冷却效果好，且较为经济。

根据本发明金属有机物化学气相沉积设备喷淋装置进行金属有机物化学气相沉积的工艺方法，其特征在于包括以下步骤：（1）反应气体及载气进入喷淋之前先进行预加热，达到一定的温度；（2）通过气体进口或气体进口及气体输入缓冲腔向喷淋装置输入反应气体及载气，气体通过通气孔；（3）温度范围在100至400摄氏度，如200摄氏度或250摄氏度的高温冷却液由高温冷却液进口进入高温冷却腔对通过通气孔的气体进行加热，以提高反应效率，同时对喷淋盘进行降温，以避免载片盘上的高温辐射热量造成喷淋盘温度过高而变形或影响喷淋盘材料性能和可靠性；（4）温度范围在0至100摄氏度，如18摄氏度或30摄氏度的工业冷却水由低温冷却液进口进入低温冷却腔对喷淋进行隔离，防止高的喷淋温度影响喷淋周围装置可靠和安全性能；（5）反应气体及载气进入反应腔进行一系列物理化学反应在载片盘上的衬底上沉积所需薄膜。

优选地，步骤（1）中反应气体及载气在通过气体进口进入喷淋之前在喷淋外部加热至50至300摄氏度，如200摄氏度或250摄氏度，进一步提高反应效率。

可选地，步骤（2）中可以有1个以上气体进口，进口可以设置为喷淋形式或中心进气方式或两者的混合，进气缓冲腔可以是1个或者2个。

优选地，步骤（3）中所述高温冷却液为沸点高于100摄氏度的高温液相导热油，比如Therminol66。