[发明专利]分体式气体喷淋组件及金属有机化学气相沉积装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制备设备领域，尤其涉及一种分体式气体喷淋组件及金属有机化学气相沉积装置。

背景技术

化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，其通过化学气相沉积装置得以实现。具体地，CVD装置通过进气装置将反应气体通入反应室中，并控制反应室的压强、温度等反应条件，使得反应气体发生反应，从而完成沉积工艺步骤。化学气相沉积包含很多种类，如等离子体气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)、低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)以及金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)等，各个CVD方法分别适用于不同种类的薄膜固体材料的制备。

MOCVD主要用于氮化镓、砷化镓、磷化铟等III-V族化合物半导体及合金的薄层单晶功能结构材料的制备，随着上述功能结构材料的应用范围不断扩大，MOCVD装置已经成为化学气相沉积装置的重要装置之一。MOCVD一般以III族金属有机源和V族氢化物源等作为反应气体，用氢气或氮气作为载气，以热分解反应方式在基片上进行气相外延生长，从而生长各种III-V族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。现有技术中的MOCVD装置一般包括：

反应腔，设置于所述反应腔外的手套箱和大气-特气缓冲室；

位于所述反应腔顶部的气体喷淋组件，所述气体喷淋组件包括两个进气管路和气体分配单元，所述两个进气管路分别将III族金属有机源和V族氢化物源传输至气体分配单元，所述气体分配单元具有排气面，所述排气面上具有排气孔，用于排出所述III族金属有机源和V族氢化物源；

与所述气体喷淋组件相对设置的基座，所述基座具有加热单元，所述基座用于支撑和加热基片，由所述气体喷淋组件排出的所述III族金属有机源和V族氢化物源到达所述基片后发生反应，生成III-V族化合物半导体。

通常，在MOCVD反应腔的外部设置有手套箱，所述手套箱内的气氛为高纯氮气。MOCVD反应腔内的所述III族金属有机源和V族氢化物源容易在反应腔内接触发生寄生反应，进而，在反应腔内壁或气体喷淋组件的温度较低的部位形成疏松薄膜，当所述疏松薄膜达到一定程度时，会产生大量微颗粒，并在沉积半导体器件薄膜时降落在薄膜表面，导致薄膜内缺陷密度增加，影响薄膜质量，使得产品的良率降低。此外，所述微颗粒吸附在所述排气孔的侧壁上这可能降低所述排气孔排出气体的速度。当所述排气面被所述疏松薄膜部分覆盖时，所述排气面的热辐射性能，如其热发射率也会发生改变，这会打破了所述反应腔内的热平衡，导致所述反应腔内温度的变化，最终影响工艺过程的稳定性。

因此所述气体喷淋组件的所述排气面必须定期做清洗，用以清除其上因寄生反应而沉积的所述疏松薄膜或吸附的所述微颗粒，才能进行正常的工艺反应过程。对于现有技术中的气体喷淋组件，由于至少有一种反应气体的排气孔是位于和所述气体分配单元一体成型的面上，即所述排气面具有与所述气体分配单元一体成型的结构，而这部分并不能被单独拆下来做处理，因此需要将所述气体喷淋组件从反应腔中整体拿出来，并放入烘烤箱中进行烘烤，或用别的手段进行清洗。但是由于所述气体喷淋组件尺度大，并包含大量的零部件，对所述气体喷淋组件进行整体拆卸并重新固定于所述反应腔顶部涉及的工序非常复杂，会浪费大量的时间和成本；而且在所述气体喷淋组件的拆卸和安装过程中会使所述反应腔长时间处于开放状态，破坏了其内部高纯度的氮气气氛，需要重新通入上述气体才能恢复进行沉积反应所需的气氛，这会使得设备系统需要较长的时间才能恢复到进行工艺反应所需的状态。

另外现有多种气体分配腔的气体喷淋组件为多层结构，加工为多点焊接，通常要成千上万个焊接点，如由德国的艾克斯特朗(Aixtron)公司申请的申请号为CN200880019034的中国专利所公开的包含多个结构化盘的气体喷淋组件，或公开号为US20110186228美国专利所公开的气体喷淋组件。其加工极其复杂、昂贵，而后续维护成本高。

因此需要一种简单的、低成本的、但又能实现多种气体分配腔的气体喷淋组件，所述气体喷淋组件具有完全可拆卸的排气面，使得能方便及时的对所述排气面进行拆卸并清洗，减小设备的维护成本。

发明内容