MOCVD设备的制作方法

本发明涉及半导体，尤其是半导体外延薄膜气相沉积技术，具体地，涉及一种新型的mocvd(金属有机化学气相沉积)设备。

背景技术：

1、目前，mocvd(金属有机化学气相沉积)是半导体化合物材料制备的关键技术之一，一般以iii族、ii族元素的有机化合物和v、vi族元素的氢化物等作为外延薄膜生长的源材料，通过化学反应的方式在衬底上进行气相沉积，生长各种iii-v族、ii-vi族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。mocvd被广泛应用于包括半导体器件、光学器件、气敏元件、超导薄膜材料、铁电/铁磁薄膜、高介电材料等多种薄膜材料的制备，mocvd设备是半导体行业上游必须用到的重要设备。

2、目前市场上常用的mocvd反应室主要包括行星式反应室、立式近耦合喷淋反应室、以及立式高速旋转盘式反应室等。这些类型的mocvd反应室的特点是待沉积的衬底都是水平地放置在水平盘上，反应气体进入反应室在水平放置的衬底上沉积获得产物。以德国aixtron行星式反应室为例，反应室内设置有能够旋转的石墨基座，石墨基座呈圆盘状，若干个衬底构成一组，多个衬底组圆周地均匀设置在石墨基座上，石墨基座能够公转，同时每个衬底组自转，ⅲ族和ⅴ族反应剂从上盖中央进入，通过格栅沿石墨基座和天棚之间的环形空间呈辐射状向外缘水平流动，利用自转加公转获得了每片衬底表面均匀的生长速度。

3、由于半导体薄膜沉积对反应气体的温度场、速度场、浓度场均有较高要求，而且随着对半导体芯片性能要求的提高，多场均匀性的要求仍在不断提高。同时，半导体行业对大面积、高产能、高质量的薄膜沉积设备的需求非常迫切。现有反应室结构的局限性在于难以提高产能，这是因为，为提高产能需要增大反应室的尺寸，而随着反应室尺寸的增大，温度场、速度场、浓度场的均匀性会随之下降，要达到较高产能具有非常大的困难。

4、首先，目前传统的mocvd反应室的基座尺寸的增大会对温度均匀性提出挑战。在反应室内，需要保持稳定的高温环境以促进外延薄膜生长，当圆盘形基座尺寸增大时，反应室内的温度分布变得越来越不均匀，从而导致生长过程中的温度梯度增加。因此，外延生长均匀性对基座尺寸较为敏感，在较小的基座上，外延薄膜的生长相对容易实现均匀，而当基座尺寸增大时，外延薄膜在基座表面的分布变得更加复杂，这可能导致不均匀的沉积厚度和材料组分分布，从而影响器件的性能和一致性。

5、其次，mocvd薄膜生长过程中，对气体组分控制的要求也非常高，气体的成分和流动均匀性对薄膜生长过程中的反应速率和物质输运起着重要作用。基座尺寸增大导致中心进气的气流在基座不同直径处的分布均匀性差异越来越大，从而影响材料生长过程中的气氛控制，这可能导致生长材料质量的不一致性，进而影响器件性能。

6、总之，对于现有的mocvd设备，通过增大基座尺寸可以提高mocvd设备的产能，但是伴随着流动均匀性、温度均匀性、气体组分控制等问题，因此，所获得产能增长是有限的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，提供一种新型的mocvd设备。本发明的目的可能为多个，但并不意在解决所有问题、达到所有目的，只要解决其中一个技术问题就达到了本发明的目的。

2、本发明的目的还在于提供一种mocvd设备，具有改善的温度均匀性、气体流动均匀性和/或气体浓度均匀性。

3、本发明的目的还在于提供一种mocvd设备，能够提高半导体器件的沉积质量。

4、本发明的目的还在于提供一种mocvd设备，使用该设备能够增大产能，或者说能够在获得高质量、高性能的沉积产品的同时也易于加大产能。

5、为达到上述目的或目的之一，本发明的技术解决方案如下：

6、一种mocvd设备，所述mocvd设备包括：

7、反应腔壳，用于提供供反应气体发生化学反应的环境；

8、进气口和排气口，分别用于向反应腔壳内供应反应气体和从反应腔壳内排出气体；以及

9、内筒，设置在反应腔壳内，并且内筒与反应腔壳之间形成反应气体通道，

10、其中，所述反应气体通道沿反应气体的行进方向具有大致相同的横截面。

11、根据本发明的一个优选实施例，所述反应气体通道呈大致环形。

12、根据本发明的一个优选实施例，所述内筒呈大致圆筒形，并且所述反应腔壳的内壁面呈大致圆筒形；

13、所述内筒同轴地设置在反应腔壳内。

14、根据本发明的一个优选实施例，所述内筒的垂直于内筒的纵向轴线的截面呈正多边形，使得所述内筒形成多棱柱；所述反应腔壳的内壁面的垂直于反应腔壳的纵向轴线的截面呈正多边形，使得所述反应腔壳的内壁面形成多棱柱；

15、所述内筒同轴地设置在反应腔壳内。

16、根据本发明的一个优选实施例，所述mocvd设备被配置为使得内筒和反应腔壳之间能够相对旋转。

17、根据本发明的一个优选实施例，所述内筒被配置为能够围绕内筒的纵向轴线旋转，并且所述反应腔壳被配置为在mocvd设备的工作过程中保持静止；或者

18、所述反应腔壳的至少一部分被配置为能够围绕反应腔壳的纵向轴线旋转，并且所述内筒被配置为在mocvd设备的工作过程中保持静止；或者

19、所述反应腔壳的至少一部分和所述内筒被配置为能够同时旋转，但内筒和反应腔壳的旋转方向或旋转速度不同。

20、根据本发明的一个优选实施例，所述进气口上设置有进气元件，所述进气元件被配置为引导反应气体进入反应气体通道并沿反应气体通道流向排气口。

21、根据本发明的一个优选实施例，所述进气元件的出气口为纵长出气口，所述出气口位于反应气体通道内并沿内筒的纵向轴线方向延伸；或者

22、所述进气元件的数量为多个，多个进气元件的出气口位于反应气体通道内，并且多个进气元件沿内筒的纵向轴线方向均匀分布。

23、根据本发明的一个优选实施例，所述反应腔壳上设置有进气元件、排气元件和分隔元件；所述进气元件和排气元件穿过反应腔壳的腔壁伸入反应气体通道内；所述分隔元件位于反应气体通道内、进气元件和排气元件之间。

24、根据本发明的一个优选实施例，所述内筒的外周上设置有用于安装衬底的安装位；和/或

25、所述反应腔壳的内侧设置有用于安装衬底的安装位。

26、根据本发明的mocvd设备，反应腔壳内设置有内筒，在内筒和反应腔壳之间形成反应气体通道，基于内筒和反应腔壳的内壁面的形状，容易得到横截面不变的反应气体通道，因此，通过进气口供应到反应气体通道内的反应气体，能够保持均匀的速度场和浓度场，而且加热元件在内筒或反应腔壳的腔壁内周向的布局也容易获得均匀的温度场，因此，本发明的mocvd设备具有改善的温度均匀性、气体流动均匀性和/或气体浓度均匀性，由此能够提高半导体器件的沉积质量。更重要地，内筒和反应腔壳同轴地布置，可以容易地通过增大设备的轴向和径向尺寸(可承载衬底的面积被增大)而实现产能的增大，并且这种设备尺寸的增大对反应腔壳内气体的速度场、浓度场和温度场均匀性基本没有影响，可以很好地解决目前半导体行业外延设备大规模生产受到限制的问题。因此，本发明的mocvd设备能够增大产能，并能同时保证沉积产品的高质量和高性能。