[发明专利]具有多个子反应器结构的金属有机化学气相沉积设备

说明书

1技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，特别是金属有机物气相沉积设备制造技术领域。 

2.技术背景

金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)方法，也称为金属有机物气相外延(Organic Metal Vapor Phase Epitaxy，简称OMVPE)方法，是上世纪70年代发展起来的先进的外延方法。由于其可用于大面积薄膜的生长，应用材料范围广，因此被广泛的应用于半导体薄膜材料和器件的生长和研究中。由于MOCVD设备的生长质量和生长速度适于进行大规模生产，尤其是III-N族化合物材料的生产，具有垄断地位。 

随着MOCVD技术的发展和对发光二极管等半导体器件需求的增加，生产型MOCVD设备具有了越来越大的单次产量。增加MOCVD的批产量可以减小单片或者单器件的生长成本。美国的Vecco公司的采用TurboDisk技术的MOCVD设备可以一次生产多片2英寸的GaN基器件。德国的Aixtron公司的Plant-DiskRotation技术和Close Coupled Shower-head技术的MOCVD设备可以一次生产42片2″的GaN基器件。 

但这两个公司的反应室都是一个大反应器，上面有多个衬底。反应室越大，越容易产生气体涡流，而且很难确保所有衬底温度一样。随着MOCVD设备的扩大，相应的流场和温度场的控制难度增加，材料生长的质量和一致性更加难以控制。而且随着MOCVD设备的增大，反应室金属机械结构和加热器等部件的体积增大和故障增多，使MOCVD设备的使用寿命减少。 

3发明内容

本发明的目的在于，针对现有的生产型MOCVD设备制造技术的不足和高批产量MOCVD设备需求，本专利提出了一种具有多个子反应器结构的MOCVD设备，该设备加工简单，而且标准化很高。所生长的外延片均匀性很好， 

本发明的具有多个子反应器的MOCVD设备包括共用气路101、共用真空系统170、多个子反应器161和每个子反应器对应的分气装置111、匀气罩121、衬底托盘131、加热器141、衬底旋转机构151等部件等。 

其特征在于每个反应室160包含至少两个相同的子反应器，通过分气装置111与共用气路101连接，利用分气装置从共用气路中得到生长气体。由分气装置控制通入各子反应器的气体流量，使各个子反应器的反应气体和载气流量相同；每个子反应器具有相同的加热器141、衬底旋转机构151等以获得同样的外延生长条件；每个反应室的多个子反应器放入一共用真空系统中，具有共用的压强控制系统170和尾气处理装置(未画出)。 

反应室中的每个反应器具有相同的结构，可以是立式反应器，也可以是水平反应器，但每个子反应室的结构保持一致。通过增加反应器的个数来增大多反应器MOCVD设备的规模，提高单次外延的产量。反应室中的所有子反应器中有相同的加热器，通过单独控制得到相同的温场，通过共用的压力控制系统可以得到相同的生长压力。 

本发明所述的多反应器MOCVD设备的多个子反应器可以同时进行外延，也可以分别进行外延。 

下面通过实施例极其附图作进一步描述 

附图说明：

图1：具有一个反应室和四个立式子反应器的MOCVD设备示意图。 

图2：是具有一个反应室和两个水平子反应器的MOCVD设备示意图。 

图3：是具有两个反应室，每个反应室中有两个水平子反应器的MOCVD设备示意图。 

图4：是具有两个反应室，每个反应室中有四个立式子反应器的MOCVD设备示意图。 

具体实施方式

实施方式一：单反应室，多立式子反应器。 

图1中101为共用气路，111为分气装置，从气路中得到MOCVD外延所需要的各种气氛，控制各中气体的流量。121为子反应器匀气罩，控制子反应器中的气流状态。131为衬底托盘，由旋转轴151带动进行转动。141为加热器，控制MOCVD反应温度。160为反应室，压强控制系统从170接入反应室，从而控制整个反应室的压强。在反应室中可以看到4个完全相同的立式子反应器，通过对流场、温场和各种反应气体的流量的控制得到一致的外延薄膜或器件结构。