[发明专利]气相外延装置和气相外延方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体生产技术领域，特别是涉及一种气相外延装置和气相外延方法。

背景技术

化学气相外延(CVD或VPE)技术广泛用于制备各种半导体薄膜器件，包括微电子芯片、发光二极管(LED)、太阳光伏电池等。化学气相外延的基本过程是，将源气体从气源引入反应器，气体粒子通过输运(对流和扩散)到达衬底表面，在高温衬底上由于热激发而发生化学反应，从而在晶片上沉积单晶或多晶薄膜。

在化学气相外延薄膜制备中，一个主要的困难是如何实现薄膜厚度和组分的均匀。生长出厚度和组分均匀的薄膜材料，最关键的是到达衬底各点的反应物浓度应尽量保持均匀一致。而由于气体进口和出口的位置差异，流动的边界层效应，以及气相的化学反应消耗，到达衬底各点的反应物浓度存在本质的不均匀。目前采用的各种方法，都只能尽量减少、而不能完全避免浓度的不均匀性。

原子层外延技术是化学气相外延的一种延伸，它是将待镀的晶片轮流接触不同的反应气体，通过表面化学吸附，使待镀的外延膜以单原子膜形式每次只生长一层。原子层外延技术可以完全避免气相寄生反应，只发生表面反应，在一个周期内只生长一层原子或分子，从而可以精确地控制薄膜生长厚度。因此对于要求精确控制薄膜厚度和组分的LED结构，特别是InGaN，AlGaN等异质结生长具有重要意义。

在生长LED异质结中面临的一个重要问题是，作为LED发光层的InGaN量子阱的生长温度与NH3的分解温度不匹配。InN的生长温度约为900K，而NH3的分解温度需要1300K。因此，很难获得合适的In和N的薄膜组分，而且量子阱的厚度也很难控制。

现有的化学气相外延反应器，如中国专利CN200910027837.4，介绍了一种多喷淋头式CVD反应器，其特点是采用多个喷淋头，可以提供快速的尾气出口。但该设计的尾气出口位于反应器的上方，当反应后的尾气离开喷淋头，向上移动时，容易沉积在垂直喷淋头的外侧壁面，因此存在掉渣的危险。

现有的原子层外延反应器，CN101313086A公开了一种可以同时实现CVD和ALD的化学气相沉积装置，其实现的方法为空间分隔方式，即将托盘上方空间分隔成不同的隔间，通入不同的反应气体，利用托盘扇区的旋转扫描，使待镀的晶片交替地暴露在不同的气体环境下，实现薄膜的CVD或ALD的生长。这种方法的主要问题是，随着托盘上各点逐渐远离旋转中心，线速度逐渐加快，而外圆部分的扇区面积也大大于内圆部分，使得靠近托盘外缘的晶片比靠近中心的晶片接触更多的反应气体(或反应气体驻留时间变长)，从而造成无论是CVD或ALD方式生长，反应浓度强烈地受转速和旋转中心距离的影响，从中心到边缘发生不均匀。

因此，如何提高源气体的均匀度，提高半导体加工的产品质量，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种气相外延装置，该气相外延装置能有效提高源气体的均匀度，提高半导体加工的产品质量。本发明的另一目的是提供一种应用上述气相外延装置的气相外延方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种气相外延装置，包括反应腔和设于所述反应腔内部的若干反应气体喷淋头、所述若干反应气体喷淋头位置对应的若干托盘，以及驱动所述托盘的动力轴，所述动力轴包括公转轴和若干自转轴，所述自转轴与所述托盘的一一对应；各所述托盘与各所述自转轴连接，或交替地与所述公转轴和各所述自转轴连接。

优选地，还包括与所述公转轴固定连接的分度盘，各所述托盘通过所述分度盘与所述公转轴连接。

优选地，所述托盘和所述自转轴一者具有卡槽，另一者具有定位键，所述卡槽与所述定位键相互配合或分离。

优选地，所述分度盘和所述托盘一者具有凹槽，另一者具有固定键，所述固定键与所述凹槽相互配合或分离。

优选地，还包括分别环绕各所述反应气体喷淋头的环形气道，该环形气道的进气口与所述反应气体喷淋头的底部位置对应。

优选地，还包括设于所述反应腔外部的第一真空泵，该第一真空泵与所述环形气道的出气口连通。

优选地，各所述反应气体喷淋头均具有独立的气源。

优选地，相邻所述反应气体喷淋头之间设有惰性气体喷淋头。

优选地，所述反应腔包括第一流通口和第二流通口，所述第一连通口为惰性气体入口，所述第二流通口为尾气出口。

优选地，还包括设于所述反应腔外部的第二真空泵，该第二真空泵与所述尾气出口连通。

本发明还提供一种气相外延方法，包括以下步骤：

各托盘在与之固定连接的自转轴的驱动下旋转预定时间；