專利名稱：一種mocvd新反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MOCVD新反應(yīng)系統(tǒng)，屬于MOCVD設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
MOCVD 即 Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,中文名稱金屬有機化學氣相沉積，是以III族、II族元素的有機化合物和v、vi族元素的氫化物等作為晶體生長源材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進行氣相外延，生長各種II1-V族、I1- VI族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。傳統(tǒng)MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)如圖9包括:控制系統(tǒng)、氣體混合系統(tǒng)、傳送箱、反應(yīng)腔、尾氣處理系統(tǒng)。他們之間通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)相互導(dǎo)通?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)設(shè)置有控制PLC、壓力控制器、紅外線光纖溫度顯示器、各項數(shù)字及模擬輸出接收模塊，用于控制氣體混合系統(tǒng)內(nèi)氣動閥件開啟及關(guān)閉、電子式流量控制器信號輸出及接收、電子式壓力控制器信號輸出及接收，各項感測組件信號顯示、警告信號顯示及自動程序執(zhí)行壘晶配方。氣體混合系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有各種氣動閥件，電子式流量控制器、電子式壓力控制器，主要控制載流氣體的種類及流量，各種原料氣體的開關(guān)、流量大小、進入反應(yīng)腔前的壓力大小、各項原料氣體的混合。傳送箱用于將需要壘晶的襯底通過機械手臂送入反應(yīng)腔，壘晶完成后再用機械手臂送入傳送箱。反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置有紅外線測溫儀、加熱用石墨載盤、噴淋頭、高溫加熱裝置等。尾氣處理系統(tǒng)包括淋洗塔、酸性、堿性、毒性氣體收集裝置、集塵裝置和排氣氮化裝置組成，以使反應(yīng)后排出裝置的有毒物質(zhì)濃度達到國家規(guī)定排放標準以下。MOCVD設(shè)備長期以來一直依賴進口，其價格昂貴，導(dǎo)致半導(dǎo)體光源價格拘于高位，不利推廣，國內(nèi)由于不掌握關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)，反過來極大地制約了材料技術(shù)和器件性能的提高，制約了我國光電子產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，也成了發(fā)展我國高端光電子器件的瓶頸。這就要求我們能自己掌握MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計與制造技術(shù)，實現(xiàn)光電子產(chǎn)業(yè)的一個重大突破。
壘晶的重要指標之一，就 是組分的均勻性，在MOCVD技術(shù)中，要生長出一定厚度，并組分均勻的大面積壘晶材料，基片各處的生長速度以及到達基片的反應(yīng)物濃度應(yīng)盡量均勻一致是目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的公開了一種新的MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)，以便于用于大尺寸芯片的制作，并節(jié)約了壘晶所用的原材料，提高壘晶均勻性，保證壘晶的質(zhì)量。
本系統(tǒng)包括與傳統(tǒng)MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)相同的控制系統(tǒng)、氣體混合系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上對反應(yīng)腔及傳送箱進行了改進，改成倒置圓柱形反應(yīng)腔、與倒置圓柱形反應(yīng)腔匹配的傳送腔與待送腔，所述倒置圓柱形反應(yīng)腔內(nèi)的配置與傳統(tǒng)反應(yīng)腔區(qū)別在于，其反應(yīng)基座為傳送式基座、噴淋盤為旋轉(zhuǎn)式噴淋盤，且配有與傳送式基座匹配的固定的傳送軸。
本發(fā)明所說的倒置圓柱形反應(yīng)腔，左右兩端帶蓋，實現(xiàn)與外界的隔絕與互通。基座位于圓柱形反應(yīng)腔的中間，因基座上部是圓弧型的，氣體束噴射到襯底后有反射，倒置圓柱形反應(yīng)腔腔壁對其有抵擋，并回射到襯底上，如圖8所示，與傳統(tǒng)反應(yīng)腔比，相對節(jié)約了原材料。與倒置圓柱形反應(yīng)腔匹配的傳送腔與待送腔，其大小與倒置圓柱形反應(yīng)腔等大，且在同一直線上分別為待送腔、反應(yīng)腔、傳送腔，待送腔內(nèi)傳送軸進口端水平高于出口端，待送腔內(nèi)盛有待壘晶襯底片的基座，因重力的驅(qū)動傳送至反應(yīng)腔，發(fā)生壘晶反應(yīng)，待送腔出口端軸與反應(yīng)腔、傳送腔的軸在同一水平。反應(yīng)結(jié)束后打開傳送腔的進口端的蓋，然后打開反應(yīng)腔出口端的蓋，傳送式基座在氣體壓力及電輻射力的作用下向傳送腔傳送，傳送腔進口端固定軸與反應(yīng)腔軸等高，出口端軸略低于進口端，便于傳送式基座能進一步在重力作用下順利完全傳送入傳送腔，等待下一道工序。
所述的倒置圓柱形反應(yīng)腔其特征在于其腔體材料選自不銹鋼、或石英，優(yōu)選不銹鋼，并且?guī)в欣鋮s液回路。腔體的內(nèi)壁為石英或是高溫陶瓷。
所述的冷卻液優(yōu)選水。
所述的傳送式基座，待送腔、反應(yīng)腔、傳送腔對應(yīng)的蓋子開啟、關(guān)閉在其同一垂直平面內(nèi)完成。
所述的傳送軸在待送腔及傳送腔內(nèi)進口端略高于出口端，且始終保持傳送基座在傳送過程中不與腔體內(nèi)壁接觸。在反應(yīng)腔內(nèi)傳送軸兩端等高，進口端與待送腔出口端等高，出口端與傳送腔進口端等高。基座可在軸上沿軸實現(xiàn)各腔內(nèi)的傳送。壘晶完成后打開出口端，基座可直接把壘晶片傳送至傳送箱進行冷卻等待下一道工序，待送箱內(nèi)等待壘晶的襯底可直接傳送至反應(yīng)腔進行壘晶。
所述的傳送式基座，其帶有電磁加熱裝置，通過電磁輻射為襯底壘晶過程中提供熱源。
所述的傳送式基座優(yōu)選石墨傳送式基座。
所述的石墨基座上有數(shù)個中間帶有凸起部件的凹槽，用于放置石墨載盤，石墨載盤其下面圓心部分有一個凹槽，放置石墨基座上凹槽的凸起上，使石墨載盤可在圓周方向外力的作用下圍繞中心旋轉(zhuǎn)。
所述的石墨載盤根據(jù)基座凹槽的大小匹配，其上面有均勻分布的凹槽，凹槽的大小跟壘晶襯底片大小匹配，用于盛載壘晶襯底片，每個石墨載盤盛載同一尺寸的壘晶襯底。
所述的旋轉(zhuǎn)式噴淋盤與石墨載盤等大，并與石墨載盤平行，噴淋盤上的出氣口成均勻密集排布，除圓心處出氣口其余的都不得與石墨載盤垂直；并在同一直徑上的氣體束噴淋到石墨載盤或襯底上也在同一直徑上，且同一直徑上相鄰氣體束出氣口之間的距離與噴淋到石墨載盤或襯底上的距離相等；且同一圓周上兩束相鄰的氣體束平行，并且噴淋到石墨載盤或襯底上也在同一圓周上；并且每一束氣體束都打在石墨載盤或襯底上。所以噴出的氣體束對石墨載盤在水平方向上產(chǎn)生的是圓周方向的力，另外石墨載盤下面中心凹槽與石墨基座是通過基座凹槽內(nèi)的凸起接觸，凸起起支架作用，同時壘晶過程中電磁輻射加熱對石墨載盤有一定的向上浮力，降低了石墨載盤與石墨基座接觸點的摩擦力，致使石墨載盤在圓周方向的力作用下圍繞中心進行旋轉(zhuǎn)，同時保持噴淋盤在噴淋過程中與石墨載盤圍繞同一直線旋轉(zhuǎn)，且方向相反，噴淋盤在噴淋過程中旋轉(zhuǎn)促使載源氣體與反應(yīng)氣體能在反應(yīng)腔內(nèi)充分混合，提高了原材料的利用率，節(jié)約了成本，同時石墨載盤在氣體束的作用下旋轉(zhuǎn)增加了壘晶的均勻性，使壘晶的質(zhì)量較傳統(tǒng)MOCVD有了質(zhì)的飛躍，同時解決了大尺寸襯底壘晶均勻性差的難題。
為使氣體束對石墨載盤在圓周方向上有作用力，并能在作用力下旋轉(zhuǎn)，噴淋盤上的出氣口除圓心處其余的角度，小于90° ,大于a，
權(quán)利要求
1.一種MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于本MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)把傳統(tǒng)的反應(yīng)腔、傳送箱改制成倒置圓柱形反應(yīng)腔、與倒置圓柱形反應(yīng)腔匹配的傳送腔與待送腔。
2.權(quán)利要求1所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于與倒置圓柱形反應(yīng)腔匹配的傳送腔與待送腔，與反應(yīng)腔大小、形狀相同，并排列在同一直線上，待送腔的出口與反應(yīng)腔的進口對應(yīng)，反應(yīng)腔的出口與傳送腔的進口對應(yīng)。
3.權(quán)利要求2所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于倒置圓柱形反應(yīng)腔、與倒置圓柱形反應(yīng)腔匹配的待送腔與傳送腔里面均設(shè)置有固定的傳送軸。
4.權(quán)利要求3所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于待送腔、傳送腔內(nèi)傳送軸，在進口端蓋處高于出口端蓋處；反應(yīng)腔內(nèi)傳送軸水平放置，待送腔出口端的傳送軸、傳送腔進口端的傳送軸與反應(yīng)腔內(nèi)的傳送軸在同一水平上。
5.權(quán)利要求1所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于倒置圓柱形反應(yīng)腔內(nèi)基座為與反應(yīng)腔匹配的傳送式基座，傳送式基座通過反應(yīng)腔、待送腔、傳送腔內(nèi)的傳送軸，實現(xiàn)在反應(yīng)腔、待送腔、傳送腔內(nèi)傳送；用于噴淋氣體的噴淋盤為旋轉(zhuǎn)式噴淋盤。
6.權(quán)利要求5所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于傳送式基座背面帶有電磁加熱裝置，對壘晶襯底實現(xiàn)電磁輻射加熱。
7.權(quán)利要求5所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于傳送式基座正面中間帶有凸起部件的圓形凹槽，用于放置石墨載盤，石墨載盤其下面圓心部分有一個凹槽，放置石墨基座上凹槽的凸起上，使石墨載盤可在圓周方向外力 的作用下圍繞中心旋轉(zhuǎn)。
8.權(quán)利要求7所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于石墨載盤根據(jù)傳送式基座圓形凹槽的大小匹配，其上面有均勻分布的凹槽，凹槽的大小跟壘晶襯底片大小匹配，用于盛載壘晶襯底片。
9.權(quán)利要求5所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于旋轉(zhuǎn)式噴淋盤與石墨載盤等大，并與石墨載盤平行，噴淋盤出氣口均勻密布于噴淋盤上，噴出的氣體束除圓心處，其余的都不與石墨載盤垂直，在壘晶過程中噴淋盤處于水平方向上旋轉(zhuǎn)。
10.權(quán)利要求9所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，壘晶過程中旋轉(zhuǎn)噴淋盤與石墨載盤為繞同一直線旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動的方向相反。
11.權(quán)利要求9所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，在同一直徑上的氣體束噴淋到石墨載盤或襯底上也在同一直徑上，且同一直徑上相鄰氣體束出氣口之間的距離與噴淋到石墨載盤或襯底上的距離相等；同一圓周上的氣體束噴淋到石墨載盤或襯底上也在同一圓周上，且相鄰兩束氣體束平行；并且每一束氣體束都打在石墨載盤或襯底上。
12.權(quán)利要求9-11所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，氣體束與石墨載盤或襯底的角度除圓心處，小于90 ° ,大于a，a =arc tanIl云。
13.權(quán)利要求12所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，氣體束與石墨載盤或襯底的角度除圓 、 h心處，大于或等于& , ^ =arc tan- I> \f 2
14.權(quán)利要求13所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，氣體束與石墨載盤或襯底的角度除圓 心處，等于
15.權(quán)利要求7-14所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，石墨載盤表面除凹槽部位，其它部位均有凹形或凸形或凹凸形圖形 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MOCVD新反應(yīng)系統(tǒng)，本系統(tǒng)是從結(jié)構(gòu)上對傳統(tǒng)MOCVD進行了改進，把傳統(tǒng)的反應(yīng)腔及傳送箱改成了倒置圓柱形反應(yīng)腔、與倒置圓柱形反應(yīng)腔匹配的傳送腔跟待送腔，并對反應(yīng)腔內(nèi)核心技術(shù)進行了改進，使其不但節(jié)約了壘晶所用的原料，更改善了MOCVD壘晶的均勻性，提高了壘晶質(zhì)量，并且解決了傳統(tǒng)MOCVD制備芯片尺寸及產(chǎn)率低、良率低的局限性。
文檔編號C23C16/44GK103205731SQ20121007435
公開日2013年7月17日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者孫明, 莊文榮 申請人:江蘇漢萊科技有限公司