金属有机物化学气相沉积设备反应腔的加热系统

摘要

一种金属有机物化学气相沉积设备反应腔的加热系统，主要包括反应气体进气管道、石墨圆片、石墨舟、基座、石英罩、加热器、冷却介质进排气管道、反应室，所述反应气体进气管道末端设有缓冲腔、喷淋口，喷淋口与基座之间形成一个反应室，基座的内层为石英罩，石英罩与基座之间形成一个空腔，空腔通过进排气管道与冷却源连接，石英罩内装有高频感应加热器，石墨舟、石墨圆片直接嵌套在基座上。本发明的优点是采用高频感应加热的方式及基座和石英罩组成的双层结构，实现快速加热而均匀加热，有效提高反应气体的利用效率，避免预反应的发生。

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应腔的加热系统，特别涉及一种金属有机物化学气相沉积设备反应腔的加热系统。

技术背景

金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)技术集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料、光电子专用设备。工作温度在1000℃左右，生长速度约每小时几百纳米，位错密度在10⁷cm^-2以下。它不同于液相外延技术MOCVD是一种非平衡生长技术，其工作机理是通过源气体传输，使得III族烷基化合物(TMGa、TMIn、TMAl、二茂镁)与V族氢化物(AsH₃、PH₃、NH₃)在反应室的衬底上进行热裂解反应。就外延材料的生长速率比较适中，可较精确地控制膜厚。特点是设备反应管壁的温度远远低于内部加热的衬底温度，使得热管壁反应消耗降低。它的组分和生长速率均由各种不同成分的气流和精确控制的源流量决定的。MOCVD作为化合物半导体材料外延生长的理想方法，具有质量高、稳定性好、重复性好、工艺灵活、能规模化量产等特点，已经成为业界生产半导体光电器件和微波器件的关键核心设备，具有广阔的应用前景和产业化价值。

反应腔体是整个MOCVD设备最核心的部分，决定了整个设备的性能。而腔体加热系统是影响沉积性能的重要因素，其加热的均匀性以及加热器的升温与降温速度直接影响着外延沉积的均匀性和生长界面的陡峭性。

由上述的背景可知，寻找一种加热均匀，并且能够快速升温和快速降温的MOCVD加热系统是十分有必要的，因为它直接关系着外延沉积的质量。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的问题提供一种金属有机物化学气相沉积设备反应腔的加热系统。本发明主要包括：反应气体A进气管道(1)，反应气体B进气管道(2)，反应气体A预加热石墨圆片(13)，石墨舟(11)，基座(4)，石英罩(9)，高频感应加热器(10)，石英罩(9)中心的通气管(8)，冷却介质排气管(6)，反应室(5)，其特征在于所述反应气体A进气管道(1)、气体B进气管道(2)设置于加热系统顶部，反应气体B进气管道末端设有缓冲腔(12)、缓冲腔(12)的底部设有喷淋口(3)，喷淋口(3)的下方为基座(4)，基座(4)采用高温时低热导率的材料氮化硼、熔凝石英、氨化铝或陶瓷材料制成。喷淋口(3)与基座(4)之间形成一个反应室(5)，基座(4)的内层为石英罩(9)，石英罩(9)采用高温时低导热率的材料氮化硼、熔凝石英、氨化铝或陶瓷材料制成。石英罩(9)与基座(4)之间形成一个空腔，空腔通过石英罩的中心管(8)和排气管(6)与外界冷却源连接，空腔中通入冷却介质，从而形成一个冷却通道，冷却介质从基座(4)下方流过，从而实现快速降温。石英罩内装有高频感应加热器(10)，石墨舟(11)和采用高热导率耐高温的材料制成的反应气体A预加热石墨圆片(13)直接嵌套在基座(4)上，石墨圆片(13)设于气体A的出口处，对气体A进行预裂解。

本发明的优点是采用高频感应加热器加热的方式及基座和石英罩组成的双层结构，从而实现对石墨舟和石墨圆片的快速而均匀地加热，有效提高反应气体的利用效率，同时也避免预反应的发生。空腔中通入冷却介质，从而实现快速升温与快速降温。提高了外延沉积的质量。

附图说明

图1本发明的结构示意图。

1反应气体A进气管道、2反应气体B进气管道、3喷淋口、4基座、5反应室、6冷却介质排气管、7反应室气体排气管、8冷却气体进气管、9石英罩、10高频感应加热器、11石墨舟、12缓冲腔、13反应气体A预加热石墨圆片

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：参见图1

加热系统的主要结构如图1所示，1为反应气体A的进气管，2为反应气体B的进气管，反应气体A进气管道1、气体B进气管道2设置于加热系统顶部，反应气体A进气管道1、反应气体B进气管道2，反应气体B进气管道末端设有一缓冲腔12，缓冲腔12的底部设有喷淋口3，喷淋口3的下方为基座4，基座4采用高温时低热导率的材料氮化硼、熔凝石英、氨化铝或陶瓷材料制成。喷淋口3与基座4之间形成一个反应室5，基座4的内层为石英罩9，石英罩9采用高温时低导热率的材料氮化硼、熔凝石英、氨化铝或陶瓷材料制成。石墨舟11和采用高热导率耐高温的材料制成的反应气体A预加热石墨圆片13直接嵌套在基座4上，石墨舟11用于承载半导体晶片，反应气体A预加热石墨圆片13设于气体A的出口处，用于预裂解反应气体A以提高反应气体的利用率，当高频感应加热器10开始加热时，由于石墨热导率比较高，石墨舟11和反应气体A预加热石墨圆片13可以快速升温以达到反应温度，而基座4采用的是低热导率的材料，其升温很慢，所以反应主要集中在石墨舟表面，提高了反应的效率。

基座4的下面是石英罩9，石英罩9与基座4之间形成一个空腔，空腔通过石英罩的中心管8和排气管6与外界冷却源连接，冷却介质从内石英罩9下面的冷却气体进气管8通入，接着在排气管6处被抽出。在反应腔需要降温的时候，该冷却通道可以起到快速冷却的作用，冷却介质的流向与反应气体的流向大致相同，都是沿径向向外流动，可以起到平衡基座4侧壁内外压强的作用，石英罩内装有高频感应加热器。