專利名稱：有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及-—一種用于生長金屬氮化物的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝 置。
背景技術(shù)：
以氮化鎵(GaN)為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體材料具有優(yōu)良的光 學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)特性。該系列材料在高溫大功率微電子器件、藍(lán)綠和 紫色發(fā)光器件、信息顯示存儲和讀取、耐磨光學(xué)儀器、LED產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域 有著廣闊的應(yīng)用前景。III-V族化合物半導(dǎo)體材料主要的生長方法為有機(jī) 金屬化學(xué)氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,簡稱 MOCVD)，其為上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種氣相外延技術(shù)，廣泛地 用于多種薄膜材料的制備中。
如圖1所示，現(xiàn)有的MOCVD裝置10包括一控制系統(tǒng)11、 一氣體 混合系統(tǒng)12、 一傳送室13、 一反應(yīng)室14及一尾氣處理系統(tǒng)15。 一氣體 混合系統(tǒng)12、 一傳送室13、 一反應(yīng)室14、及一尾氣處理系統(tǒng)15通過控 制系統(tǒng)而相互導(dǎo)通。其中，控制系統(tǒng)11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，用以控制氣體 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)行外延配方。氣體混合系統(tǒng)12內(nèi)設(shè)置有各式氣動閥件， 電子式流量控制器、電子式壓力控制器，主要式控制載流氣體的種類流 量，各種原料氣體的開或關(guān)、流量大小、進(jìn)入反應(yīng)腔前壓力大小、各項 原料氣體的混合?？杉友b露點偵測器用以監(jiān)控載流氣體的純度，確保原 料不會受到水、氧污染。傳送室13用于將生長襯底，如藍(lán)寶石襯底 (Sapphire)等送入反應(yīng)室14內(nèi)。反應(yīng)室14設(shè)置有反應(yīng)室泵、氣體檢漏 儀、傳送室泵、反應(yīng)室管、反應(yīng)室冷卻器、過濾器、紅外線測溫器、壓 力計、節(jié)流閥、加熱用石墨承載盤、各類石英制品。反應(yīng)室內(nèi)還設(shè)有高熱加熱裝置，如高頻感應(yīng)加熱裝置，加熱襯底，使原料氣體分解，于襯 底上進(jìn)行化學(xué)氣相沉積而生長半導(dǎo)體材料層。尾氣處理系統(tǒng)15通常由淋 洗塔、酸性、堿性、毒性氣體收集裝置、集塵裝置和排氣淡化裝置組成， 以使反應(yīng)后排出裝置的有毒物質(zhì)濃度達(dá)到國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)以下。
在有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積過程中，氨、氮、氫等反應(yīng)氣體—以及有機(jī) 金屬物原料氣體，在氣體混合系統(tǒng)12成為混合氣體后進(jìn)入反應(yīng)室14。藍(lán)
寶石襯底由傳送室13進(jìn)入反應(yīng)室14。反應(yīng)室14內(nèi)的加熱裝置將襯底加 熱至約110(TC高溫，使得反應(yīng)氣體與原料氣體在襯底上進(jìn)行化學(xué)氣相沉 積而生成金屬氮化物的半導(dǎo)體層。其中，通入有機(jī)金屬Ga氣體，在襯底 上沉積GaN層，進(jìn)一步通過摻入有機(jī)金屬M(fèi)g、有機(jī)金屬A1氣體等而沉 積P型GaN層、N型GaN層。
然而，氣體氨必須在約110(TC高溫下才能分解出用于N離子，而氨 在高溫環(huán)境下具有強(qiáng)酸性，不僅容易損壞反應(yīng)室14內(nèi)貴金屬元件和加熱 絲，而且也容易損壞藍(lán)寶石襯底，從而造成生產(chǎn)設(shè)備及所制備半導(dǎo)體器 件性質(zhì)的不穩(wěn)定。所以一般藍(lán)寶石襯底的表面都要經(jīng)過碳化硅(SiC)處 理，但是此處理方法仍然存在著許多技術(shù)難度，且所需費(fèi)用較高。況且， 氨熱分解出的H離子與Mg結(jié)合，生成Mg-H錯合體(Complex)，使 Mg失去受體(P型化)特性而產(chǎn)生高阻抗的P型GaN層，損壞半導(dǎo)體層 性質(zhì)。因而需要在約40(TC氮?dú)夥障逻M(jìn)行活化處理，使Mg-H中脫氫。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種有機(jī)金 屬化學(xué)氣相沉積裝置。本實用新型提供的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置包 括一控制系統(tǒng)、 一氣體混合系統(tǒng)、 一傳送室、 一反應(yīng)室及一尾氣處理系 統(tǒng)，氣體混合系統(tǒng)、傳送室、尾氣處理系統(tǒng)分別與反應(yīng)室連通，其特征
在于此反應(yīng)室包括一前反應(yīng)室與一后反應(yīng)室，前反應(yīng)室為溫度保持在
60(TC — 110(TC范圍內(nèi)的恒溫室。前反應(yīng)室與氣體混合系統(tǒng)連接，前反應(yīng) 室、傳送室、尾氣處理系統(tǒng)分別與后反應(yīng)室連通。后反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置一電 磁感應(yīng)加熱裝置。
在此裝置中，由于在前反應(yīng)室中氨已預(yù)先分解，使得進(jìn)入后反應(yīng)室的混合氣體已去強(qiáng)酸性。因而，本有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置的優(yōu)點為
(1) 由于無強(qiáng)酸侵蝕，后反應(yīng)腔內(nèi)之加熱絲及其它貴重零件，無需頻 繁更換，而達(dá)到大幅降低成本需求。
(2) 藍(lán)寶石襯底不需加鍍碳化珪(SiC)隔絕強(qiáng)酸侵蝕，除降低成本之 外，也由于藍(lán)寶石襯底不易受損，更增加產(chǎn)品穩(wěn)定性和可控性。
(3) 無氨(NH3)高溫環(huán)境下，鎂原子與氫原子(Mg-H)不會形成鍵結(jié)，無
需高溫活化步驟，就可輕易獲得低阻抗之p型氮化鎵。

圖l所示為現(xiàn)有的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置方框示意圖；以及 圖2所示為本實用新型所提供的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置方框示 意圖。
具體實施方式
如圖2所示，本實用新型的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置20包括一控 制系統(tǒng)21、 一氣體混合系統(tǒng)22、 一傳送室23、 一前反應(yīng)室26、 一后反 應(yīng)室24、及一尾氣處理系統(tǒng)25。氣體混合系統(tǒng)22、 一傳送室23、 一前 反應(yīng)室26、 一后反應(yīng)室24、及一尾氣處理系統(tǒng)25之間在控制系統(tǒng)21控 制下依次連通。其中前反應(yīng)室26為恒溫室，優(yōu)選地溫度范圍為60(TC — IIOO'C。在后反應(yīng)室24中，設(shè)置有電磁感應(yīng)加熱裝置(圖未示)，通過 調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)加熱裝置中線圈的高度和頻率可控制其加熱的穩(wěn)定性。
在有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積過程中，氨、氮、氫等反應(yīng)氣體以及有機(jī) 金屬物原料氣體，在氣體混合系統(tǒng)22成為混合氣體后進(jìn)入前反應(yīng)室26。 在前反應(yīng)室26的溫度作用下預(yù)先分解氨，使混合氣體為非強(qiáng)酸性，并產(chǎn) 生N離子。而后將分解處理后的混合氣體通入后反應(yīng)室24。藍(lán)寶石襯底 由傳送室23進(jìn)入后反應(yīng)室24。在后反應(yīng)室24內(nèi)的加熱裝置的作用下加 熱藍(lán)寶石襯底，有機(jī)金屬物在其上熱分解出金屬離子與氣體中的N離子 結(jié)合，而生長出金屬氮化物薄膜。反應(yīng)后的廢氣經(jīng)尾氣處理系統(tǒng)25處理 后排出。本實用新型中使用的有機(jī)金屬物包括三甲基鎵(TMGa)、三甲基 鋁(TMA1)、三甲基銦()和二環(huán)戊基鎂(CP2Mg)。
權(quán)利要求1、一種有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置包括一控制系統(tǒng)、一氣體混合系統(tǒng)、一傳送室、一反應(yīng)室及一尾氣處理系統(tǒng)，氣體混合系統(tǒng)、傳送室、尾氣處理系統(tǒng)分別與反應(yīng)室連通，其特征在于此反應(yīng)室包括一前反應(yīng)室與一后反應(yīng)室，前反應(yīng)室為溫度保持在600℃-1100℃范圍內(nèi)的恒溫室。
2、 如權(quán)利要求l所述的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置，其特征在于， 前反應(yīng)室與氣體混合系統(tǒng)連接，前反應(yīng)室、傳送室、尾氣處理系統(tǒng)分別 與后反應(yīng)室連通。
3、 如權(quán)利要求1所述的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置，其特征在于， 后反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置一電磁感應(yīng)加熱裝置。
專利摘要為克服現(xiàn)有的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積中氨在高溫下對生產(chǎn)裝置及所制備器件的損壞，本實用新型提供一種有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積裝置，其包括一控制系統(tǒng)、一氣體混合系統(tǒng)、一傳送室、一反應(yīng)室及一尾氣處理系統(tǒng)，氣體混合系統(tǒng)、傳送室、尾氣處理系統(tǒng)分別與反應(yīng)室連通，其特征在于此反應(yīng)室包括一前反應(yīng)室與一后反應(yīng)室，前反應(yīng)室為溫度保持在600℃-1100℃范圍內(nèi)的恒溫室。
文檔編號C23C16/18GK201381361SQ20092015479
公開日2010年1月13日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者莊文榮 申請人:廈門市三安光電科技有限公司