[发明专利]化学气相生长装置

说明书

一种用于在衬底上生长薄膜的化学气相生长装置，包括：一个控温的恒温下部加热元件，该下部加热元件包括多个载体盘在其上面，其中，每个载体盘在其上面还包括多个用于薄膜沉积的衬底；多个隔板，该隔板设置在所述下部加热元件上方以定义多个子反应室；每个子反应室上方并设置一个上部加热元件，每个上部加热元件是由多个控温的恒温上部加热单元所构成，该上部加热元件被设置在所述下部加热元件的上方，两者之间的间隙即为每个子反应室的高温反应区；进气装置，该进气装置被安装在每个子反应室中以将至少一种前驱体提供到所述子反应室中；以及安装在所述化学气相生长装置中以排出气体的出气装置。

技术领域

本发明涉及化学气相生长装置，具体地，涉及具有多个子反应室的化学气相生长装置，每个子反应室具有一个控温上部加热元件和与其他子反应室共用的控温下部加热元件，其中，每个控温上部加热元件包括多个控温的恒温上部加热单元。控温下部加热元件用于提供用于膜生长的衬底温度，并且每个子反应室中的控温上部加热元件与控温下部加热元件一起在每个独立子反应室中形成3D(径向和横向)温度分布。

背景技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)装置通常用于制造不同类型的材料，例如绝缘体、导体和半导体。CVD装置已被用于制造各种消费电子产品、光学装置和各种功能的工业元件。在2017年，全球功率IC产业年产值约为350亿美元，MEMS产业约为130亿美元，并且光电产业(包括LED发光二极管和照明器)约为210亿美元。CVD生长技术的主要优势在于其可用于批量生产高品质薄膜的适用性和多样性，从而大大降低了制造成本，并因此带来了工业的繁荣。

化学气相沉积为一种用于制造薄膜的方法，其中，将前驱体和/或载流气体馈入反应室中，在气流中进行气相化学反应，再经由扩散机制穿过热边界层到达生长界面，进行气/固相间的表面化学反应，进而在衬底上形成薄膜。对于CVD薄膜生长，温度毫无疑问为最重要的生长参数之一。为了制造高质量的薄膜，在常规CVD的薄膜制程中衬底温度必须要够高，以满足前驱体的热裂解的需求，并且同时必须满足沉积温度的需求，亦即足以克服表面化学反应的障碍的沉积温度。然而，太高或太低的温度皆会损害沉积薄膜的品质。因为这将导致产生大量的结构、点缺陷和/或造成沉积薄膜的分解。显然，在常规CVD系统中单一衬底温度必须同时满足上述两者不同的需求并非易事。目前，有几种可用于材料生长的主要CVD技术，包括(1)冷壁式CVD系统(Cold-Wall CVD system,CWCVD)，(2)热壁式CVD系统(Hot-Wall CVD system,HWCVD)，(3)热梯度CVD系统(Temperature Gradient CVD system,TGCVD)，以及(4)多子反应室CVD系统(Multiple sub-chamber CVD system,MSCVD)。

当沉积多元化合物时，必须使用多种前驱体。通常，这些前驱体具有不同的热裂解温度，且各自合适的裂解温度范围不太可能彼此完美地重叠，在很多的情况下还具有显着温度需求差异。例如,用于SiGe二元化合物的SiH₄和GeH₄的裂解温度需求分别是1150℃和830℃；用于SiC二元化合物的SiH₄和C₃H₈的裂解温度需求分别是的1150℃和900℃；以及用于InGaN三元化合物的Ga(CH₃)₃和In(CH₃)₃的裂解温度需求分别是的937℃和500℃。对于这些薄膜材料生长，仅仅配备衬底温度的CVD反应器显然不能满足各种前驱体的不同裂解需求，更遑论满足多元化合物表面化学反应的最适温度需求。这无可避免地导致生长窗口变窄，并且往往无法获得这些材料的最佳薄膜质量。