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1、(10)申请公布号 CN 103409730 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103409730 A *CN103409730A* (21)申请号 201310360260.5 (22)申请日 2013.08.16 C23C 16/455(2006.01) (71)申请人 光垒光电科技 （上海） 有限公司 地址 200050 上海市长宁区延安西路 889 号 1106B 室 (72)发明人 谭华强 黄允文 乔徽 林翔 苏育家 (74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 31237 代理人 郑玮 (54) 发明名称 MOCVD 设备的喷淋头及 MOC。
2、VD 设备 (57) 摘要 本发明提供了一种 MOCVD 设备的喷淋头， 包 括 ： III族源气体腔、 多个III族源气体管道、 冷却 腔和热壁板 ； 所述冷却腔位于所述 III 族源气体 腔和所述热壁板之间 ； 所述热壁板上设有多个通 孔， 所述 III 族源气体管道的一端设置于所述通 孔的内部， 所述 III 族源气体管道的另一端与所 述 III 族源气体腔连接 ； 其中， III 族源气体管道 穿过的通孔为第一通孔， 所述第一通孔的孔径沿 所述 III 族源气体管道延伸方向不唯一。在本发 明提供的 MOCVD 设备的喷淋头中， 通过调整热壁 板中第一通孔的形状， 使得热壁板的孔壁至少有。
3、 一部分远离III族源气体管道， 减少热壁板向III 族源气体管道辐射的热量， 由此降低 III 族源气 体管道中的III族源气体的温度， 减少III族源气 体的预分解， 从而提高设备的沉积效率。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103409730 A CN 103409730 A *CN103409730A* 1/1 页 2 1.一种MOCVD设备的喷淋头， 其特征在于， 包括 ： III族源气体腔、 多个III族源气体管 道、。
4、 冷却腔和热壁板 ； 所述冷却腔位于所述 III 族源气体腔和所述热壁板之间 ； 所述热壁板上设有多个通孔， 所述 III 族源气体管道的一端与所述 III 族源气体腔连 接， 所述 III 族源气体管道的另一端穿过所述冷却腔和所述热壁板的通孔 ； 其中， III 族源气体管道穿过的通孔为第一通孔， 所述第一通孔的孔径沿所述 III 族源 气体管道延伸方向不唯一。 2.如权利要求1所述的MOCVD设备的喷淋头， 其特征在于， 所述第一通孔的纵截面为梯 形， 所述梯形靠近 III 族源气体腔的底边比远离 III 族源气体腔的底边长 ； 或所述第一通孔的纵截面为梯形， 所述梯形靠近 III 族源气。
5、体腔的底边比远离 III 族 源气体腔的底边短 ； 或所述第一通孔的孔径中间小两端大。 3.如权利要求1至2任一项所述的MOCVD设备的喷淋头， 其特征在于， 还包括V族源气 体腔和多个 V 族源气体管道 ； 所述 V 族源气体腔位于所述冷却腔的远离 III 族源气体腔的一侧， 所述热壁板为构成 所述 V 族源气体腔的底板， 所述 V 族源气体管道为所述热壁板上的通孔。 4.如权利要求1至2任一项所述的MOCVD设备的喷淋头， 其特征在于， 还包括V族源气 体腔和多个 V 族源气体管道 ； 所述 V 族源气体腔位于所述 III 族源气体腔与所述冷却腔之间 ； 所述多个 V 族源气体管道的一端均。
6、与所述 V 族源气体腔连接， 所述 V 族源气体管道另 一端穿过所述冷却腔和所述热壁板。 5.如权利要求1至2任一项所述的MOCVD设备的喷淋头， 其特征在于， 还包括V族源气 体腔和多个 V 族源气体管道 ； 所述 V 族源气体腔位于所述 III 族源气体腔与所述冷却腔之间 ； 所述多个 V 族源气体管道的一端均与所述 V 族源气体腔连接， 所述 V 族源气体管道另 一端穿过所述冷却腔， 并到达所述热壁板与所述冷却腔的间隙。 6. 一种 MOCVD 设备， 其特征在于， 包括 ： 反应室、 托盘和如权利要求 1 至 5 中任一项所述的喷淋头 ； 所述托盘和所述喷淋头均位于所述反应室的内部且相。
7、对设置 ； 所述喷淋头的热壁板位于邻近所述托盘的一侧。 权 利 要 求 书 CN 103409730 A 2 1/6 页 3 MOCVD 设备的喷淋头及 MOCVD 设备 技术领域 0001 本发明涉及化学气相沉积设备技术领域， 特别涉及一种 MOCVD 设备的喷淋头及 MOCVD 设备。 背景技术 0002 金属有机化合物化学气相沉积 （MOCVD） 工艺过程中， 含有不同反应源的 III 族源 气体和 V 族源气体分别通入 MOCVD 设备的反应腔内进行反应以在衬底上形成薄膜。 0003 光达光电设备科技 （嘉兴） 有限公司在其提出申请的一个未公开的中国专利申请 （申请号 ： 201210。
8、560614.6） 中揭露一种 MOCVD 设备。如图 1 所示， 所述 MOCVD 设备的反应腔 室一般包括反应室 1、 托盘 2 和喷淋头 3， 其中， 所述托盘 2 设置于所述反应室 1 的内部， 托 盘 2 用于放置衬底， 所述喷淋头 3 设置于所述托盘 2 的上方， 用于向所述托盘 2 提供反应气 体。喷淋头 3 中靠近所述托盘的一侧设置有热壁板 14， III 族源气体和 V 族源气体穿过所 述热壁板14达到所述托盘的表面。 MOCVD工艺过程中热壁板14吸热温度上升， 而所述热壁 板 14 与喷淋头 3 的其他结构之间不发生热传递。 0004 请继续参考图 1， 热壁板 14 上。
9、设置有多个通孔 17， III 族源气体管道 15 的一端设 置于所述通孔 17 的内部。III 族源气体管道 15 的直径略小于通孔 17 的孔径， 刚好插入热 壁板 14 的通孔 17 中。 0005 然而， 在 MOCVD 工艺过程中发现， 现有的 MOCVD 设备的沉积效率较低。 0006 为了提高 MOCVD 设备的沉积效率， 缩短工艺时间， 本领域技术人员一直在寻找导 致 MOCVD 设备沉积效率低的原因以及其解决方法。 发明内容 0007 本发明的目的在于提供一种 MOCVD 设备的喷淋头及 MOCVD 设备， 以解决现有的 MOCVD 设备沉积效率低的问题。 0008 为解决上。
10、述技术问题， 本发明提供一种MOCVD设备的喷淋头， 所述MOCVD设备的喷 淋头包括 ： III 族源气体腔、 多个 III 族源气体管道、 冷却腔和热壁板 ； 0009 所述冷却腔位于所述 III 族源气体腔和所述热壁板之间 ； 0010 所述热壁板上设有多个通孔， 所述 III 族源气体管道的一端与所述 III 族源气体 腔连接， 所述 III 族源气体管道的另一端穿过所述冷却腔和所述热壁板的通孔 ； 0011 其中， III 族源气体管道穿过的通孔为第一通孔， 所述第一通孔的孔径沿所述 III 族源气体管道延伸方向不唯一。 0012 可选的， 在所述的 MOCVD 设备的喷淋头中， 所。
11、述第一通孔的纵截面为梯形， 所述梯 形靠近 III 族源气体腔的底边比远离 III 族源气体腔的底边长 ； 0013 或所述第一通孔的纵截面为梯形， 所述梯形靠近 III 族源气体腔的底边比远离 III 族源气体腔的底边短 ； 0014 或所述第一通孔的孔径中间小两端大。 说 明 书 CN 103409730 A 3 2/6 页 4 0015 可选的， 在所述的 MOCVD 设备的喷淋头中， 还包括 V 族源气体腔和多个 V 族源气体 管道 ； 0016 所述 V 族源气体腔位于所述冷却腔的远离 III 族源气体腔的一侧， 所述热壁板为 构成所述 V 族源气体腔的底板， 所述 V 族源气体管道。
12、为所述热壁板上的通孔。 0017 可选的， 在所述的 MOCVD 设备的喷淋头中， 还包括 V 族源气体腔和多个 V 族源气体 管道 ； 0018 所述 V 族源气体腔位于所述 III 族源气体腔与所述冷却腔之间 ； 0019 所述多个 V 族源气体管道的一端均与所述 V 族源气体腔连接， 所述 V 族源气体管 道另一端穿过所述冷却腔和所述热壁板。 0020 可选的， 在所述的 MOCVD 设备的喷淋头中， 还包括 V 族源气体腔和多个 V 族源气体 管道 ； 0021 所述 V 族源气体腔位于所述 III 族源气体腔与所述冷却腔之间 ； 0022 所述多个 V 族源气体管道的一端均与所述 V。
13、 族源气体腔连接， 所述 V 族源气体管 道另一端穿过所述冷却腔， 并到达所述热壁板与所述冷却腔的间隙。 0023 本发明还提供一种 MOCVD 设备， 所述 MOCVD 设备包括 ： 反应室、 托盘和如上所述的 喷淋头 ； 0024 所述托盘和所述喷淋头均位于所述反应室的内部且相对设置 ； 0025 所述喷淋头的热壁板位于邻近所述托盘的一侧。 0026 发明人发现， 造成现有的 MOCVD 设备沉积效率低的原因在于， MOCVD 工艺过程中， 当 III 族源气体通过热壁板上的通孔时， 由于热壁板吸热升温， 热壁板会向通孔内的所述 III族源气体管道辐射热量， 使得III族源气体的温度升高。。
14、 由于III族源气体的分解温度 比较低， III 族源气体温度升高之后就会分解， 使得到达反应区的 III 族源气体浓度降低， 沉积效率降低。在本发明提供的 MOCVD 设备的喷淋头中， 通过调整热壁板中第一通孔的形 状， 使得热壁板的孔壁至少有一部分远离III族源气体管道， 减少热壁板向III族源气体管 道辐射的热量， 由此降低 III 族源气体管道中的 III 族源气体的温度， 减少 III 族源气体的 预分解， 从而提高设备的沉积效率。 附图说明 0027 图 1 是现有的 MOCVD 设备的反应腔室的结构示意图 ； 0028 图 2 是本发明实施例一的 MOCVD 设备的喷淋头的结构示。
15、意图 ； 0029 图 3 是本发明实施例一的通孔结构示意图 ； 0030 图 4 是本发明实施例一的通孔的结构示意图 ； 0031 图 5 是本发明实施例一的通孔的结构示意图 ； 0032 图 6 是本发明实施例一的通孔的结构示意图 ； 0033 图 7 是本发明实施例二的 MOCVD 设备的喷淋头的结构示意图。 具体实施方式 0034 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的MOCVD设备的喷淋头及MOCVD设备作 进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书， 本发明的优点和特征将更清楚。需说明的 说 明 书 CN 103409730 A 4 3/6 页 5 是， 附图均采用非常简化的形式且均。
16、使用非精准的比例， 仅用以方便、 明晰地辅助说明本发 明实施例的目的。 0035 发明人经过研究发现， 造成现有的 MOCVD 设备沉积效率低下的原因在于， III 族源 气体管道 15 与热壁板 14 的孔壁虽有间隙但非常靠近， 当 III 族源气体沿着 III 族源气体 管道 15 通过热壁板 14 上的通孔 17 时， 由于热壁板 14 吸热升温， 热壁板 14 向通孔 17 内的 所述 III 族源气体管道 15 辐射热量， 使得 III 族源气体的温度升高。由于 III 族源气体的 分解温度比较低， III 族源气体温度升高之后就会分解， 使得到达托盘 2 表面的 III 族源气 体。
17、浓度降低， 沉积效率降低。 0036 综上， 造成现有的 MOCVD 设备沉积效率低的原因在于， III 族源气体由于受热过快 分解， 降低了托盘表面的反应气体的浓度， 导致 MOCVD 设备的沉积效率降低。为了解决上述 问题， 本申请提出了如下技术方案 ： 0037 【实施例一】 0038 请参考图2， 其为本发明实施例一的MOCVD设备的喷淋头的结构示意图。 如图2所 示， 所述 MOCVD 设备的喷淋头 20 包括 ： III 族源气体腔 21、 多个 III 族源气体管道 25、 冷却 腔 23 和热壁板 24 ； 所述冷却腔 23 位于所述 III 族源气体腔 21 和所述热壁板 2。
18、4 之间 ； 所 述热壁板 24 上设有多个通孔， 所述 III 族源气体管道 25 的一端与所述 III 族源气体腔 21 连接， 所述 III 族源气体管道 25 的另一端穿过所述冷却腔 23 和所述热壁板 24 的第一通孔 27 ； 其中， III 族源气体管道穿过的通孔为第一通孔 27， 所述第一通孔 27 的孔径沿所述 III 族源气体管道 25 延伸方向不唯一。 0039 具体的， 所述 MOCVD 设备的喷淋头 20 的主体结构包括 III 族源气体腔 21、 冷却腔 23 和 V 族源气体腔 22， 其中， 冷却腔 23 位于 III 族源气体腔 21 和 V 族源气体腔 22。
19、 之间， 所述冷却腔室 23 中具有的冷却介质， 所述冷却介质在冷却腔室 23 内不断流动以冷却喷淋 头 20 的主体结构， 所述冷却介质可以是水、 油或者气体。III 族源气体腔 21 连接多个 III 族源气体管道 25， V 族源气体腔 22 连接多个 V 族源气体管道 26。 0040 所述主体结构的表面设置有热壁板 24， 所述热壁板 24 位于靠近 V 族源气体腔 22 的一侧。热壁板 24 通过可拆卸固定件固定在所述喷淋头 20 的表面， 可以通过机械方式从 所述喷淋头 20 的表面移除。所述热壁板 24 与所述主体结构之间不发生热传递， 因此所述 冷却腔室 23 不能冷却所述热。
20、壁板 24。 0041 热壁板 24 上设置有多个第一通孔 27， 所述第一通孔 27 的孔径沿所述 III 族源气 体管道 25 延伸方向不唯一。第一通孔 27 的最小孔径略大于 III 族源气体管道 25 的直径， III 族源气体管道 25 可以插入第一通孔 27 中。所述 III 族源气体管道 25 的一端与所述 III 族源气体腔 21 连接， 另一端依次穿过所述冷却腔 23 和所述热壁板 24 的第一通孔 27。 0042 请继续参考图2， 如图2所示， 所述V族源气体腔22位于所述冷却腔23中远离III 族源气体腔 21 的一侧， 所述 V 族源气体管道 26 的一端与所述 V 。
21、族源气体腔 22 连接， 另一 端穿过所述热壁板 24。优选的， 所述热壁板 24 为构成所述 V 族源气体腔 22 的底板， 热壁板 24 中设置有 V 族源气体通道， V 族源气体通道作为 V 族源气体管道 26。所述 V 族源气体通 道为所述热壁板 24 上的通孔， 可以是热壁板 24 的第一通孔 27， 也可以是热壁板 24 上的其 他通孔。 0043 请参考图 3， 其为本发明实施例一的通孔结构示意图。如图 3 所示， 所述第一通孔 说 明 书 CN 103409730 A 5 4/6 页 6 27 的纵截面形状可以是梯形， 所述梯形中靠近 III 族源气体腔的底边比远离 III 族。
22、源气体 腔的底边长， III 族源气体管道 25 非常容易插入所述第一通孔 27 中。可见， 第一通孔 27 的 最小孔径等于远离 III 族源气体腔的底边的长度。第一通孔 27 中只有最小孔径所在位置 的孔壁靠近 III 族源气体管道 25， 其他位置的孔壁都远离 III 族源气体管道 25。 0044 请参考图 4， 如图 4 所示， 所述第一通孔 27 的纵截面形状可以是梯形， 所述梯形中 靠近 III 族源气体腔的底边比远离 III 族源气体腔的底边短。可见， 第一通孔 27 的最小孔 径等于靠近III族源气体腔的底边的长度， 第一通孔27中只有最小孔径所在位置的孔壁靠 近 III 族。
23、源气体管道 25， 其他位置的孔壁都远离 III 族源气体管道 25。 0045 请参考图 5 和图 6， 如图 5 和图 6 所示， 所述第一通孔 27 的孔径中间小两端大。可 见， 第一通孔 27 中只有中间位置的孔壁靠近 III 族源气体管道 25， 其他位置的孔壁都远离 III 族源气体管道 25。 0046 可见， 第一通孔 27 具有多个孔径， 其中最小孔径是固定值。第一通孔 27 中最小 孔径所在位置的孔壁靠近 III 族源气体管道 25， 其他位置的孔壁都远离 III 族源气体管道 25。第一通孔 27 的纵截面形状除了上述形状之外， 还可以有其他形状， 只要第一通孔 27 的。
24、 孔壁中至少有一部分能够远离 III 族源气体管道 25 即可。 0047 本实施例中， 所述冷却腔室 23 位于所述 III 族源气体腔室 21 和 V 族源气体腔室 22 之间。III 族源气体腔 21 内的 III 族源气体经由 III 族源气体管道 25 穿过冷却腔室 23 和热壁板 24 的第一通孔 27， 冷却腔 23 可以有效降低 III 族源气体的温度， 防止 III 族源 气体过快分解， 所述III族源气体为三甲基镓 （TMGa） 、 三甲基铟 （TMIn） 或三甲基铝 （TMAl） 。 所述 V 族源气体腔室 22 中的 V 族源气体经由所述 V 族源气体管道 26 穿过所。
25、述热壁板 24， 所述 V 族源气体为氨气 （NH3） 。 0048 为了避免III族源气体受热产生预分解， 本实施例通过调整第一通孔27的形状使 得第一通孔 27 的孔壁至少有一部分远离 III 族源气体管道 25， 以减少热壁板 24 向 III 族 源气体管道 25 内的 III 族源气体辐射热量， 从而降低 III 族源气体的温度。 0049 【实施例二】 0050 请参考图7， 其为本发明实施例二的MOCVD设备的喷淋头的结构示意图。 如图7所 示， 所述 MOCVD 设备的喷淋头 30 包括 ： III 族源气体腔 31、 多个 III 族源气体管道 35、 冷却 腔 33 和热壁。
26、板 34 ； 所述冷却腔 33 位于所述 III 族源气体腔 31 和所述热壁板 34 之间 ； 所 述热壁板 34 上设有多个通孔， 所述 III 族源气体管道 35 的一端与所述 III 族源气体腔 31 连接， 所述 III 族源气体管道 35 的另一端穿过所述冷却腔 33 和所述热壁板 34 的通孔 ； 其 中， III 族源气体管道穿过的通孔为第一通孔 37， 所述第一通孔 37 的孔径沿所述 III 族源 气体管道 35 延伸方向不唯一。 0051 具体的， 所述 MOCVD 设备的喷淋头 30 的主体结构包括 III 族源气体腔 31、 冷却腔 33 和 V 族源气体腔 32， 。
27、其中， V 族源气体腔 32 位于 III 族源气体腔 31 和冷却腔 33 之间。 III 族源气体腔 31 连接多个 III 族源气体管道 35， V 族源气体腔 32 连接多个 V 族源气体 管道 36。 0052 所述主体结构的表面进一步设置有热壁板 34， 所述热壁板 34 位于靠近冷却腔 33 的一侧， 所述热壁板 34 与所述冷却腔 33 之间具有间隙。所述 V 族源气体管道 36 的一端与 所述 V 族源气体腔 32 连接， 另一端可以经过所述冷却腔 33 到达所述热壁板 34 与所述冷却 说 明 书 CN 103409730 A 6 5/6 页 7 腔 33 的间隙区域， 也。
28、可以直接穿过所述冷却腔 33 和所述热壁板 34。热壁板 24 中设置有 V 族源气体通道， 所述 V 族源气体管道 36 通过 V 族源气体通道穿过热壁板 34。其中， 所述 V 族源气体通道为所述热壁板34上的通孔， 可以是热壁板34上的第一通孔37， 也可以是热壁 板 34 上的其他通孔。优选的， 为了对 V 族源气体进行预热， 所述 V 族源气体管道 36 中远离 所述 V 族源气体腔 32 的一端只到达所述冷却腔 33 与所述热壁板 34 的间隙， 且不穿过所述 热壁板 34。 0053 热壁板 34 上设置有多个第一通孔 37， 所述第一通孔 37 的孔径沿所述 III 族源气 体。
29、管道 35 延伸方向不唯一。第一通孔 37 的最小孔径略大于 III 族源气体管道 35 的直径， III 族源气体管道 35 可以插入第一通孔 37 中。所述 III 族源气体管道 35 的一端与所述 III族源气体腔31连接， 另一端穿过所述V族源气体腔32、 所述冷却腔33和所述热壁板34 的第一通孔 37。 0054 第一通孔 37 具有多个孔径， 其中最小孔径是固定值。第一通孔 37 中最小孔径所 在位置的孔壁靠近 III 族源气体管道 35， 其他位置的孔壁都远离 III 族源气体管道 35。请 参考图 3 到图 6， 所述第一通孔 37 的纵截面形状可以是梯形或者中间小两端大。所。
30、述第一 通孔37并不限于上述形状， 还可以是其他形状， 只要第一通孔37的孔壁中有一部分远离第 一气体管道 35 即可。 0055 本实施例中， 所述冷却腔室 33 位于所述 III 族源气体腔室 31 和 V 族源气体腔室 32 的下面。所述 III 族气体腔室 31 中的 III 族源气体经由所述 III 族源气体管道 35 依次 穿过所述冷却腔 33 和所述热壁板 34， 所述 III 族源气体为 MO 气体。所述 V 族源气体腔室 32 中的 V 族源气体经由所述 V 族源气体管道 36 穿过冷却腔 33， 进入冷却腔 33 与热壁板 34 之间的间隙。由于所述热壁板 34 具有较高的。
31、温度， 使得所述 V 族源气体能够在所述间隙中 进行预热， 其中， 所述 V 族源气体为氨气 （NH3） 。 0056 为了避免III族源气体受热产生预分解， 本实施例通过调整第一通孔37的形状使 得第一通孔 37 的孔壁至少有一部分远离 III 族源气体管道 35， 以减少热壁板 34 向 III 族 源气体管道 35 内的 III 族源气体辐射热量， 从而降低 III 族源气体的温度。 0057 在本发明的另一实施例中， 本发明还提供了采用了上述 MOCVD 设备的喷淋头的 MOCVD设备， 所述MOCVD设备包括 ： 反应室、 托盘和上述MOCVD设备的喷淋头 ； 所述托盘和所 述喷淋头。
32、均位于所述反应室的内部且相对设置 ； 所述喷淋头的热壁板位于邻近所述托盘的 一侧。 0058 所述 III 族源气体腔室中的 III 族源气体经由所述 III 族源气体管道输送到所述 托盘的表面， 所述III族源气体可以为MO气体。 MO气体在输送过程中经过冷却腔室和热壁 板的通孔， 冷却腔可以有效降低 III 族源气体的温度， 防止 III 族源气体过快分解。所述 V 族源气体腔室中的 V 族源气体经由所述 V 族源气体管道输送到所述托盘的表面， 所述 V 族 源气体可以为氨气 （NH3） 。氨气反应之前需要进行预热， 所以在输送过程中一般不经过冷却 腔室。 0059 综上， 在本发明实施例。
33、提供的MOCVD设备的喷淋头及MOCVD设备中， 通过调整热壁 层的通孔形状以保证至少有一部分孔壁远离 III 族源气体管道， 从而减少了热壁层向 III 族源气体管道中的 III 族源气体辐射的热量， 避免 III 族源气体预分解， 由此， 从而提高 MOCVD 设备的沉积效率。 说 明 书 CN 103409730 A 7 6/6 页 8 0060 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述， 并非对本发明范围的任何限定， 本发 明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、 修饰， 均属于权利要求书的保护 范围。 说 明 书 CN 103409730 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103409730 A 9 2/2 页 10 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103409730 A 10 。