專利名稱：用于化學(xué)氣相沉積工藝的噴淋頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于化學(xué)氣相沉積設(shè)備的噴淋頭。
背景技術(shù)：
MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)是在氣相外延生長(zhǎng)(VPE)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的ー種化學(xué)氣相外延沉積エ藝。它以III族、II族元素的有機(jī)化合物和V、VI族元素的氫化物等作為晶體生長(zhǎng)的源材料，以熱分解反應(yīng)方式在至于石墨盤(pán)的襯底上進(jìn)行沉積エ藝，生長(zhǎng)各種III-V族、II-VI族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。下面對(duì)現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積エ藝的原理進(jìn)行說(shuō)明。具體地，以MOCVD為例，請(qǐng)參考 圖I所示的現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積エ藝設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。手套箱10內(nèi)形成有相對(duì)設(shè)置的噴淋頭11和石墨盤(pán)12。所述噴淋頭11內(nèi)可以設(shè)置多個(gè)通孔，所述噴淋頭11用于提供反應(yīng)氣體。所述石墨盤(pán)12內(nèi)具有多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽內(nèi)對(duì)應(yīng)放置一片襯底121，所述襯底121的材質(zhì)通常為價(jià)格昂貴的藍(lán)寶石。所述石墨盤(pán)12的下方還形成有加熱單元13，所述加熱単元13對(duì)石墨盤(pán)12進(jìn)行加熱，石墨盤(pán)12受熱升溫，能夠以熱輻射和熱傳導(dǎo)方式對(duì)襯底121進(jìn)行加熱。由于襯底121放置在石墨盤(pán)12中，兩者接觸，因此石墨盤(pán)12對(duì)襯底121的加熱以熱傳導(dǎo)為主。在進(jìn)行MOCVDエ藝時(shí)，反應(yīng)氣體自噴淋頭11的通孔進(jìn)入石墨盤(pán)12上方的反應(yīng)區(qū)域(靠近襯底121的表面的位置)，所述襯底121由于加熱單元13的熱傳導(dǎo)加熱而具有一定的溫度，從而該溫度使得反應(yīng)氣體之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而在襯底121的表面沉積外延材料層。在MOCVDエ藝結(jié)束后，將襯底121從手套箱10中取出，對(duì)外延材料層的特性進(jìn)行測(cè)試。在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，在化學(xué)氣相沉積エ藝過(guò)程中，無(wú)法對(duì)噴淋頭下方的襯底的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(shí)施例解決的問(wèn)題是提供了化學(xué)氣相沉積エ藝的噴淋頭和改善化學(xué)氣相沉積エ藝均勻性的方法，在噴淋頭中設(shè)置窗ロ，能夠在化學(xué)氣相沉積エ藝過(guò)程中對(duì)噴淋頭下方的襯底的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種用于化學(xué)氣相沉積エ藝的噴淋頭，用于向村底提供反應(yīng)氣體，所述噴淋頭具有端ロ，所述端ロ具有與之對(duì)應(yīng)設(shè)置的窗ロ透明板，所述窗ロ透明板作為觀察通道或測(cè)試通道，通過(guò)所述窗ロ透明板對(duì)化學(xué)氣相沉積エ藝進(jìn)行監(jiān)控，所述窗ロ透明板與端ロ之間通有吹掃氣體，所述吹掃氣體用于防止反應(yīng)氣體在窗ロ透明板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理沉積?？蛇x地，所述吹掃氣體為氮?dú)?、氫氣或兩者的混合。[0010]可選地，所述噴淋頭上還具有通孔，所述窗ロ透明板與端ロ之間還通有反應(yīng)氣體，使得所述端ロ處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度與所述通孔處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度—致?？蛇x地，所述噴淋頭應(yīng)用于MOCVDエ藝，所述反應(yīng)氣體為氨氣?？蛇x地，所述端ロ的面積為所述通孔面積的I 20倍?？蛇x地，所述窗ロ透明板用于使得原位測(cè)試裝置的光學(xué)信號(hào)通過(guò)，所述原位測(cè)試裝置用于測(cè)試的參數(shù)包括襯底上的外延材料層的生長(zhǎng)速率、厚度、粗糙度、組分、溫度、反射率、翹曲度中的ー個(gè)或多個(gè)。相應(yīng)地，本實(shí)用新型還提供一種改善化學(xué)氣相沉積エ藝的均勻性的方法，所述化 學(xué)氣相沉積エ藝?yán)镁哂卸衰?、通孔的噴淋頭進(jìn)行，且所述端ロ具有與之對(duì)應(yīng)設(shè)置的窗ロ透明板，所述窗ロ透明板作為觀察通道或測(cè)試通道，在進(jìn)行化學(xué)氣相沉積エ藝時(shí)，在所述窗ロ透明板和端ロ之間通入吹掃氣體和反應(yīng)氣體，所述端ロ處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度與通孔處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度一致?？蛇x地，所述噴淋頭應(yīng)用于MOCVDエ藝，所述吹掃氣體為氮?dú)?、氫氣或者兩者的混合，所述反?yīng)氣體為氨氣?？蛇x地，所述窗ロ透明板用于使得原位測(cè)試裝置的光學(xué)信號(hào)通過(guò)，所述原位測(cè)試裝置用于測(cè)試的參數(shù)包括襯底上的外延材料層的生長(zhǎng)速率、厚度、粗糙度、組分、溫度、反射率、翹曲度中的ー個(gè)或多個(gè)?？蛇x地，所述反應(yīng)氣體和吹掃氣體的流量可調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型在噴淋頭上設(shè)置窗ロ透明板，所述窗ロ透明板作為觀察通道或測(cè)試通道，這樣本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)所述窗ロ透明板對(duì)化學(xué)氣相沉積エ藝進(jìn)行監(jiān)控，為了防止反應(yīng)氣體經(jīng)過(guò)端ロ并且在窗ロ透明板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理沉積，本實(shí)用新型在端ロ與窗ロ透明板之間通入吹掃氣體，防止窗ロ透明板的光學(xué)透過(guò)率下降，從而保證觀察或測(cè)試的準(zhǔn)確度；進(jìn)ー步優(yōu)化地，所述端ロ與窗ロ透明板之間還通入了反應(yīng)氣體，從而使得在進(jìn)行化學(xué)氣相沉積エ藝時(shí)斷ロ處的氣體環(huán)境，所述端ロ處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度與所述通孔處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度一致，從而改善了噴淋頭表面的反應(yīng)氣體的分布的均勻性，提高了外延材料層的組分、厚度和性能的均勻性。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)的MOCVD裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的噴淋頭的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2沿AA線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積エ藝過(guò)程中，無(wú)法對(duì)噴淋頭下方的襯底的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，也就無(wú)法獲得襯底表面的翹曲變形的情況、襯底表面形成的外延材料層的厚度、組分、均勻性等情況。[0025]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的發(fā)明人提供一種用于化學(xué)氣相沉積エ藝的噴淋頭，用于向襯底提供反應(yīng)氣體，所述噴淋頭具有端ロ，所述端ロ具有與之對(duì)應(yīng)設(shè)置的窗ロ透明板，所述窗ロ透明板作為觀察通道或測(cè)試通道，通過(guò)所述窗ロ透明板對(duì)化學(xué)氣相沉積エ藝進(jìn)行監(jiān)控，所述窗ロ透明板與端ロ之間通有吹掃氣體，所述吹掃氣體用于防止反應(yīng)氣體在窗ロ透明板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理沉積。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。為了更好地說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，請(qǐng)結(jié)合圖2所示的本實(shí)用新型一個(gè)實(shí) 施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的噴淋頭。本實(shí)施例僅以MOCVD設(shè)備的噴淋頭為例，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，在實(shí)際中，本實(shí)用新型的噴淋頭還可以應(yīng)用于其他的需要利用噴淋頭的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。如圖2所示，噴淋頭100上形成有多個(gè)通孔101以及端ロ 102，噴淋頭100的ー側(cè)朝向石墨盤(pán)(未圖示)和襯底，所述噴淋頭100的另ー側(cè)與反應(yīng)氣體管路相連接，所述通孔101用于通入反應(yīng)氣體。所述通孔101形狀、尺寸和排布與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不作詳細(xì)的說(shuō)明。請(qǐng)結(jié)合圖3所示，圖3為圖2沿AA的剖面結(jié)構(gòu)示意圖,端ロ 102包括形成在噴淋頭100內(nèi)的端ロ開(kāi)ロ以及向噴淋頭100的遠(yuǎn)離石墨盤(pán)200 —側(cè)的端ロ延伸部。參考圖3并結(jié)合圖2，端ロ開(kāi)ロ貫穿噴淋頭100，所述端ロ開(kāi)ロ與通孔101平行。所述端ロ延伸部用于支撐和固定窗ロ透明板103。作為ー個(gè)實(shí)施例,所述端ロ延伸部可以與噴淋頭100結(jié)合為一體，即采用一體化成型的方式加工而成，這樣簡(jiǎn)化噴淋頭100的制作流程；作為本實(shí)用新型的又ー實(shí)施例，所述端ロ延伸部還可以與噴淋頭100分別制作，然后利用螺絲螺母等連接在一起。所述端ロ延伸部的材質(zhì)可以與噴淋頭100相同或不同，本實(shí)施例中，所述端ロ延伸部的材質(zhì)與噴淋頭100的材質(zhì)相同。所述端ロ延伸部與窗ロ透明板103相連接，作為ー個(gè)實(shí)施例，所述端ロ延伸部通過(guò)環(huán)形法蘭109與端ロ延伸部相連接。為了保證光學(xué)信號(hào)能夠通過(guò)窗ロ透明板103，窗ロ透明板103的材質(zhì)應(yīng)為透明耐熱材質(zhì)，比如所述窗ロ透明板103的材質(zhì)可以為藍(lán)寶石、石英等。所述窗ロ透明板103可以作為觀察或測(cè)試通道。作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述窗ロ透明板103作為觀察通道，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)該窗ロ透明板103作為觀察通道，通過(guò)該窗ロ透明板103對(duì)化學(xué)氣相沉積エ藝進(jìn)行監(jiān)控，觀察石墨盤(pán)200上放置的襯底(未圖示)的翹曲變形等情況。作為可選的實(shí)施例，所述窗ロ透明板103還具有與之相對(duì)應(yīng)的頂蓋，在需要觀察的時(shí)候，該頂蓋打開(kāi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以透過(guò)窗ロ透明板103對(duì)襯底進(jìn)行觀察，在不需要觀察的時(shí)候，頂蓋可以關(guān)閉。作為本實(shí)用新型的又ー實(shí)施例，所述窗ロ透明板103作為測(cè)試通道，通過(guò)所述窗ロ透明板103對(duì)化學(xué)氣相沉積エ藝進(jìn)行監(jiān)控，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將利用該窗ロ透明板作為測(cè)試信號(hào)的通道，對(duì)襯底上形成的外延材料層的生長(zhǎng)速率、厚度、粗糙度、均勻度、組分、翹曲度、反射率和溫度等參數(shù)中的ー個(gè)或多個(gè)進(jìn)行測(cè)試。所述測(cè)試信號(hào)可以為光學(xué)信號(hào)。由于在噴淋頭100中設(shè)置端ロ 102，所述端ロ 102的面積(本實(shí)用新型中所述的端ロ的面積是指端ロ的位于噴淋頭內(nèi)的端ロ開(kāi)ロ的面積)不宣過(guò)大，以免影響整個(gè)噴淋頭的氣流分布。作為ー個(gè)實(shí)施例，所述端ロ 102的面積應(yīng)為通孔101的面積的I 20倍，例如所述端ロ 102的面積可以為通孔101的面積的3倍、5倍、10倍甚至20倍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行具體的選擇和設(shè)置。所述端ロ 102的位置、通孔101的大小、數(shù)目和分布不限于本實(shí)施例所示，在實(shí)際中可以根據(jù)需要進(jìn)行具體的選擇和設(shè)置。由于在噴淋頭上設(shè)置了端ロ 102，來(lái)自通孔101的反應(yīng)氣體可能會(huì)擴(kuò)散至端ロ 102內(nèi)，并且在窗ロ透明板103上物理沉積或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后沉積于窗ロ透明板103上，這會(huì)造成窗ロ透明板103的光學(xué)透過(guò)率下降，因而會(huì)影響觀察或測(cè)試的準(zhǔn)確度。因此，作為本實(shí)用新型的可選的實(shí)施例，在所述窗ロ透明板103與端ロ 102之間通入吹掃氣體，所述吹掃氣體用于防止噴淋頭100與石墨盤(pán)200之間的反應(yīng)氣體進(jìn)入端ロ102。所述吹掃氣體可以為氮?dú)?、氫氣或兩者的混合。?qǐng)參考圖3，氮?dú)庾缘谝粴怏w源1081經(jīng)過(guò)第一管路1081流入端ロ 102的端ロ延伸部，并且經(jīng)過(guò)端ロ延伸部流向噴淋頭100的端ロ開(kāi)ロ，氫氣自第二氣體源1082經(jīng)過(guò)第二管路1092流向端ロ 102的端ロ延伸部，并且經(jīng)過(guò)端ロ延伸部流向噴淋頭100的端ロ開(kāi)ロ。作為進(jìn)ー步優(yōu)化的實(shí)施例，所述第一管路1081和第二管路1082上還可以設(shè)置氣體流量/ 壓カ檢測(cè)單元和對(duì)應(yīng)的氣體流量控制單元，用于對(duì)流向端ロ 102的吹掃氣體的流量和組成進(jìn)行控制。所述氣體流量/壓カ檢測(cè)單元可以為質(zhì)量流量控制器(MFC)和/或壓カ控制器(PC)。在實(shí)際中，根據(jù)需要，為了簡(jiǎn)化MOCVD的氣體系統(tǒng)，可以僅有設(shè)置單一的氮?dú)饣驓錃獾臍怏w源，通過(guò)氣體管道，向端ロ 102提供氮?dú)饣驓錃?。由于噴淋頭100上設(shè)置了端ロ 102，且端ロ 102中通入了吹掃氣體，吹掃氣體的材質(zhì)與通孔101中的反應(yīng)氣體的材質(zhì)不同，這樣會(huì)造成噴淋頭100的朝向石墨盤(pán)200的ー側(cè)的端ロ 102和通孔101處的反應(yīng)氣體的分布不均勻，從而可能會(huì)造成石墨盤(pán)200上的濃度分布不均勻，最終導(dǎo)致石墨盤(pán)200上放置的襯底上形成的外延材料層的厚度不均勻，也會(huì)導(dǎo)致外延材料層的組分不均勻而無(wú)法滿足應(yīng)用的要求。為了解決上述問(wèn)題，發(fā)明人提出在端ロ 102中額外通入反應(yīng)氣體，以彌補(bǔ)端ロ 102處的反應(yīng)氣體的濃度不均勻的問(wèn)題。以形成金屬氮化物的MOCVDエ藝為例，通常需要氨氣和MO源的混合作為反應(yīng)氣體，并且氨氣的含量通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MO源的含量(氨氣與MO源的摩爾比大于1000 I)，對(duì)石墨盤(pán)200上方的化學(xué)反應(yīng)的氣體環(huán)境影響較大。因此，本實(shí)用新型額外在端ロ 102中通入了氨氣，以彌補(bǔ)端ロ 102中的氨氣的分布不均勻的問(wèn)題。結(jié)合圖3，氨氣自第三氣體源1083經(jīng)過(guò)第三管路1093流向端ロ 102。作為可選的實(shí)施例，所述第三管路1093上還可以設(shè)置氣體流量/壓カ檢測(cè)單元和對(duì)應(yīng)的氣體流量控制單元，用于對(duì)流向端ロ 102的反應(yīng)氣體的流量和組成進(jìn)行控制。所述氣體流量/壓カ檢測(cè)單元可以為質(zhì)量流量控制器(MFC)和/或壓カ控制器(PC)。由于在端ロ 102中額外通入了氨氣，從而對(duì)端ロ102處的反應(yīng)氣體進(jìn)行補(bǔ)充，使得整個(gè)噴淋頭的氣體分布更加均勻，使得所述端ロ處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度與所述通孔處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度一致。請(qǐng)繼續(xù)參考圖3，所述窗ロ透明板103用于原位測(cè)試裝置107的光學(xué)測(cè)試信號(hào)，光學(xué)信號(hào)經(jīng)過(guò)窗ロ透明板103和端ロ照射到放置于石墨盤(pán)200上的襯底表面，對(duì)襯底表面的外延材料層的特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。綜上，本實(shí)用新型在噴淋頭上設(shè)置窗ロ透明板，所述窗ロ透明板作為觀察通道或測(cè)試通道，這樣本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)所述窗ロ透明板對(duì)化學(xué)氣相沉積エ藝進(jìn)行監(jiān)控，為了防止反應(yīng)氣體經(jīng)過(guò)端ロ并且在窗ロ透明板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理沉積，本實(shí)用新型在端ロ與窗ロ透明板之間通入吹掃氣體，防止窗ロ透明板的光學(xué)透過(guò)率下降，從而保證觀察或測(cè)試的準(zhǔn)確度；進(jìn)ー步優(yōu)化地，所述端ロ與窗ロ透明板之間還通入了反應(yīng)氣體，從而使得在進(jìn)行化學(xué)氣相沉積エ藝時(shí)斷ロ處的氣體環(huán)境，所述端ロ處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度與所述通孔處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度一致，從而改善了噴淋頭表面的反應(yīng)氣體的分布的均勻性，提高了外延材料層的組分、厚度和性能的均勻性。雖然本實(shí)用新型己以較佳實(shí)施例披露如上，但本實(shí)用新型并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種用于化學(xué)氣相沉積工藝的噴淋頭，用于向襯底提供反應(yīng)氣體，其特征在于，所述噴淋頭具有端口，所述端口具有與之對(duì)應(yīng)設(shè)置的窗口透明板，所述窗口透明板作為觀察通道或測(cè)試通道，通過(guò)所述窗口透明板對(duì)化學(xué)氣相沉積工藝進(jìn)行監(jiān)控，所述窗口透明板與端口之間通有吹掃氣體，所述吹掃氣體用于防止反應(yīng)氣體在窗口透明板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理沉積。
2.如權(quán)利要求I所述的噴淋頭，其特征在于，所述吹掃氣體為氮?dú)?、氫氣或兩者的混入?ο
3.如權(quán)利要求I所述的噴淋頭，其特征在于，所述噴淋頭上還具有通孔，所述窗口透明板與端口之間還通有反應(yīng)氣體，使得所述端口處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度與所述通孔處的反應(yīng)氣體的組分、流量密度一致。
4.如權(quán)利要求3所述的噴淋頭，其特征在于，所述噴淋頭應(yīng)用于MOCVD工藝，所述反應(yīng)氣體為氨氣。
5.如權(quán)利要求3所述的噴淋頭，其特征在于，所述端口的面積為所述通孔面積的I 20倍。
6.如權(quán)利要求I所述的噴淋頭，其特征在于，所述窗口透明板用于使得原位測(cè)試裝置的光學(xué)信號(hào)通過(guò)，所述原位測(cè)試裝置用于測(cè)試的參數(shù)包括襯底上的外延材料層的生長(zhǎng)速率、厚度、粗糙度、組分、溫度、反射率、翹曲度中的一個(gè)或多個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于化學(xué)氣相沉積工藝的噴淋頭，所述噴淋頭用于向襯底提供反應(yīng)氣體，所述噴淋頭具有端口，所述端口具有與之對(duì)應(yīng)設(shè)置的窗口透明板，所述窗口透明板作為觀察通道或測(cè)試通道，通過(guò)所述窗口透明板對(duì)化學(xué)氣相沉積工藝進(jìn)行監(jiān)控，所述窗口透明板與端口之間通有吹掃氣體，所述吹掃氣體用于防止反應(yīng)氣體在窗口透明板上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理沉積。本實(shí)用新型使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在化學(xué)氣相沉積工藝過(guò)程中對(duì)噴淋頭下方的襯底的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
文檔編號(hào)C23C16/455GK202543326SQ20122017607
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者梁秉文 申請(qǐng)人:光達(dá)光電設(shè)備科技(嘉興)有限公司