一種氧化物化學氣相沉積裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種氧化物化學氣相沉積裝置和方法，主要包括：載片筒、壓緊環、載片筒安裝環、底座、腔體外壁、加熱器、中心氣體管、加熱器安裝座、反應氣體進口、反應腔流道、底部流道、中心進氣口、尾氣口、尾氣整流孔。本發明專利技術通過流道的中心對稱設計，保證反應氣體流動的均勻性，提高沉積質量和均勻性，通過中心氣體管向載片筒內吹掃保護氣體，并與反應腔流道保持一定正壓差，阻止反應腔流道的氣體不流入載片筒內，保護加熱器不被反應氣體氧化。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體材料制備
，尤其是涉及氧化物化學氣相沉積裝置和方法。
技術介紹
目前的化學氣相沉積設備主要用于GaN、GaAs材料的生長工藝，而這些工藝不是氧化性氣氛，不會對設備的結構材質造成破壞。II-VI族氧化物例如ZnO也主要是通過化學氣相沉積設備獲得的，ZnO作為一種直接帶隙寬禁帶半導體材料，是繼GaN之后光電研究領域的又一熱門研究課題，有著廣闊的發展前景。由于ZnO材料的工藝需要用到氧氣，且是高溫下生長，如何防止設備上的零部件在高溫下被氧化而造成壽命減短或直接損壞，是需要迫切解決的問題。與其它化合物CVD外延生長不同，氧化物生長反應腔體中是氧化氛圍，在超高溫（1100℃以上）生長條件下，爐絲溫度會超過1400℃，甚至達到1700℃，導致爐絲會很快氧化而失效，另外也有可能引入氧化物雜質，一旦雜質擴散到反應氣體氛圍內，會引起有害摻雜，導致外延材料質量下降。因此，MOCVD方法高溫生長氧化物材料，其爐體的制作是非常困難的，要實現腔體內流場均勻，而且還要保證加熱部分不被氧化。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種氧化物化學氣相沉積裝置和方法，在金屬氧化物化學沉積設備中實現反應腔體流場的極致均勻性，并保證加熱器與反應室密封隔離，防氧化。本專利采用的技術方案是，一種氧化物化學氣相沉積裝置，主要包括：載片筒（1）、墊片（2）、壓緊環（3）、底座（6）、腔體外壁（7）、加熱器（8）、中心氣體管（12）、加熱器安裝座（9）、反應氣體進口（15）、反應腔流道（16）、底部流道（18）、中心進氣口(14)、尾氣口（13）、尾氣整流孔（17），其特征是壓緊環（3）通過墊片（2）把載片筒（1）壓緊固定在底座（6）上；反應腔流道（16）、尾氣整流孔（17）和底部流道（18）在結構上分別設置為軸中心對稱方式，反應氣體進口（15）通過反應腔流道（16）、尾氣整流孔（17）和底部流道（18）與尾氣口（13）連通，使反應氣體及其載氣從反應氣體進口（15）進入反應腔體經反應腔流道（16）、尾氣整流孔（17）和底部流道（18）從尾氣口（13）流出；中心氣體管（12）從底座（10）中心穿過伸入到載片筒（1）空腔中心內部，位于腔體的軸對稱中心，并且與底座（6）相互密封，通過中心進氣口（14）和中心氣體管（12）向載片筒（1）內吹掃保護氣體，并與反應腔流道（16）內氣體保持一定正壓差，阻止反應腔流道（16）的氣體不流入載片筒（1）內，保護加熱器（8）不被反應氣體氧化；腔體外壁（7）與底座（6）固定安裝。優選地，石墨筒（1）可以為設置為整體式，也可以設置為由兩節或多節石墨環組合形成，以便于制造和安裝。優選地，墊片（2）材質為石英等隔熱材料。優選地，在載片筒（1）和底座（6）之間設置石英隔熱環（4）和調節墊片（5），石英隔熱環（4）和調節墊片（5）材質為石英等隔熱材料，避免載片筒（1）高溫對設備造成損害，以及調整載片筒（1）安裝的水平和穩定。優選地，尾氣整流孔（17）設置為周向均勻分布8個以上，進一步減少抽氣口對反應腔流道（16）流場擾動，提高反應腔流道（16）流場的均勻性。優選地，設置熱電偶（11）穿過底座（6）底部和中心氣體管（12）插入載片筒（1）的盲孔，熱電偶（11）與底座（6）接觸面相對密封，以便監測載片筒（1）的溫度。優選地，在底座（6）設置有驅動軸（10），用于驅動石墨筒（1）旋轉，傳動方式為齒輪傳動或同步帶傳動傳動方式。根據本專利技術氧化物化學氣相沉積裝置進行氧化物化學氣相沉積的方法，包括：通過中心進氣口（14）和中心氣體管（12）向載片筒（1）內吹掃保護氣體；反應氣體及其載氣從反應氣體進口（15）進入反應腔體經反應腔流道（16），尾氣整流孔（17）和底部流道（18）從尾氣口（13）流出；控制載片筒（1）內氣體與反應腔流道（16）內氣體保持一定正壓差，阻止反應腔流道（16）的氣體不流入載片筒（1）內；加熱器（8）升溫，使載片筒（1）表面達到設定溫度；反應氣體及載氣進行一系列物理化學反應在載片筒（1）上的襯底表面沉積所需薄膜。優選地，通過控制程序自動控制使加熱器腔體內部的壓力始終大于其外部壓力。優選地，保護氣體為不與加熱器發生化學反應的還原性氣體或惰性氣體。優選地，定期把爐體內通入還原性氣體，如氫氣，對載片筒（1）內和加熱器（8）上積累的氧化物進行還原反應以將其清除。本專利技術所有進入反應腔的氣體均以腔體中心為中心均勻分布，從整個流道呈中心對稱結構，可以較好的保證反應氣體流動的均勻性，提高沉積的質量和均勻性，通過設置中心氣體管向載片筒內吹掃保護氣體，并與反應腔流道內氣體保持一定正壓差，因此進入石墨筒內腔的保護氣體可以動態的隔離氧化性或者腐蝕性氣體進入，確保生產過程中加熱器或其他高溫零件不被氧化或者腐蝕。附圖說明圖1為本專利技術氧化物化學氣相沉積裝置的剖面示意圖。具體實施方式下面結合附圖進一步說明本專利技術的實施例，圖1是根據本專利技術的實施方式裝置的工作示意性圖示。應理解，本專利技術公開的圖1重點示意了根據本專利技術實施方式裝置的元部件，也就是說，圖1并不意在示意出本專利技術裝置中的每一個單獨的元部件。如圖1所示，一種氧化物化學氣相沉積裝置，主要包括：載片筒1、墊片2、壓緊環3、底座6、腔體外壁7、加熱器8、中心氣體管12、加熱器安裝座9、反應氣體進口15、反應腔流道16、底部流道18、中心進氣口14、尾氣口13、尾氣整流孔17，其特征是壓緊環3通過墊片2把載片筒1壓緊固定在底座6上；反應腔流道16、尾氣整流孔17和底部流道18在結構上分別設置為軸中心對稱方式，反應氣體進口15通過反應腔流道16、尾氣整流孔17和底部流道18與尾氣口13連通，使反應氣體及其載氣從反應氣體進口15進入反應腔體經反應腔流道16、尾氣整流孔17和底部流道18從尾氣口13流出；中心氣體管12從底座10中心穿過伸入到載片筒1空腔中心內部，位于腔體的軸對稱中心，并且與底座6相互密封，通過中心進氣口14和中心氣體管12向載片筒1內吹掃保護氣體，并與反應腔流道16內氣體保持一定正壓差，阻止反應腔流道16的氣體不流入載片筒1內，保護加熱器8不被反應氣體氧化；腔體外壁7與底座6固定安裝。優選地，石墨筒1可以為設置為整體式，也可以設置為由兩節或多節石墨環組合形成，以便于制造和安裝。優選地，墊片2材質為石英等隔熱材料。優選地，在載片筒1和底座6之間設置石英隔熱環4和調節墊片5，石英隔熱環4和調節墊片5材質為石英等隔熱材料，避免載片筒1高溫對設備造成損害，以及調整載片筒1安裝的水平和穩定。優選地，尾氣整流孔17設置為周向均勻分布8個以上，進一步減少抽氣口對反應腔流道16流場擾動，提高反應腔流道16流場的均勻性。優選地，設置熱電偶11穿過底座6底部和中心氣體管12插入載片筒1的盲孔，熱電偶11與底座6接觸面相對密封，以便監測載片筒1的溫度。優選地，在底座6設置有驅動軸10，用于驅動石墨筒1旋轉，傳動方式為齒輪傳動或同步帶傳動傳動方式。根據本專利技術氧化物化學氣相沉積裝置進行氧化物化學氣相沉積的方法，包括：通過中心進氣口14和中心氣體管12向載片筒1內吹掃保護氣體；反應氣體及其載氣從反應氣體進口15進入反應腔體經反應腔流道16，尾氣整流孔17和底部流道18從尾氣口13流出；控制載片筒1內氣體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氧化物化學氣相沉積裝置，主要包括：載片筒（1）、墊片（2）、壓緊環（3）、底座（6）、腔體外壁（7）、加熱器（8）、中心氣體管（12）、加熱器安裝座（9）、反應氣體進口（15）、反應腔流道（16）、底部流道（18）、中心進氣口?(14)、尾氣口（13）、尾氣整流孔（17），其特征是壓緊環（3）通過墊片（2）把載片筒（1）壓緊固定在底座（6）上；反應腔流道（16）、尾氣整流孔（17）和底部流道（18）在結構上分別設置為軸中心對稱方式，反應氣體進口（15）通過反應腔流道（16）、尾氣整流孔（17）和底部流道（18）與尾氣口（13）連通，使反應氣體及其載氣從反應氣體進口（15）進入反應腔體經反應腔流道（16）、尾氣整流孔（17）和底部流道（18）從尾氣口（13）流出；中心氣體管（12）從底座（10）中心穿過伸入到載片筒（1）空腔中心內部，位于腔體的軸對稱中心，并且與底座（6）相互密封，通過中心進氣口（14）和中心氣體管（12）向載片筒（1）內吹掃保護氣體，并與反應腔流道（16）內氣體保持一定正壓差，阻止反應腔流道（16）的氣體不流入載片筒（1）內，保護加熱器（8）不被反應氣體氧化；腔體外壁（7）與底座（6）固定安裝。...

【技術特征摘要】
1.一種氧化物化學氣相沉積裝置，主要包括：載片筒（1）、墊片（2）、壓緊環（3）、底座（6）、腔體外壁（7）、加熱器（8）、中心氣體管（12）、加熱器安裝座（9）、反應氣體進口（15）、反應腔流道（16）、底部流道（18）、中心進氣口(14)、尾氣口（13）、尾氣整流孔（17），其特征是壓緊環（3）通過墊片（2）把載片筒（1）壓緊固定在底座（6）上；反應腔流道（16）、尾氣整流孔（17）和底部流道（18）在結構上分別設置為軸中心對稱方式，反應氣體進口（15）通過反應腔流道（16）、尾氣整流孔（17）和底部流道（18）與尾氣口（13）連通，使反應氣體及其載氣從反應氣體進口（15）進入反應腔體經反應腔流道（16）、尾氣整流孔（17）和底部流道（18）從尾氣口（13）流出；中心氣體管（12）從底座（10）中心穿過伸入到載片筒（1）空腔中心內部，位于腔體的軸對稱中心，并且與底座（6）相互密封，通過中心進氣口（14）和中心氣體管（12）向載片筒（1）內吹掃保護氣體，并與反應腔流道（16）內氣體保持一定正壓差，阻止反應腔流道（16）的氣體不流入載片筒（1）內，保護加熱器（8）不被反應氣體氧化；腔體外壁（7）與底座（6）固定安裝。2.如權利要求1所述的氧化物化學氣相沉積裝置，其特征在于所述石墨筒（1）可以為設置為整體式，也可以設置為由兩節或多節石墨環組合形成。3.如權利要求1所述的氧化物化學氣相沉積裝置，其特征在于所述墊片（2）材質為石英等隔熱材料。4.如權利要求1所述的氧化物化學氣相沉積裝置，其特征在于在載片筒（1）和底座（6）之間設置石英隔熱環（4）和調節墊片（5），石英隔熱環（4）和調節墊片（5）材質為石英等隔熱材料，避免載片筒（1）高溫對設備造成損害，以及調整載片筒（1）安裝的水平和穩定。5.如權利要求1所述的氧化物化學氣相沉積...

【專利技術屬性】
技術研發人員：甘志銀，王亮，沈橋，劉勝，
申請(專利權)人：廣東昭信半導體裝備制造有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44