MOCVD系统检漏技术

设备管理与维修2019翼9

（上

）MOCVD 系统检漏技术

宋健，张清旭

（化学与物理电源重点实验室，天津

300384）

摘要：介绍MOCVD 的基本原理和几种常见的检漏方法，探讨MOCVD 系统各部分的作用及其检漏技术，使工艺人员能够快速

有效的确定设备各部分漏率，辅助分析产品的缺陷，最后给出降低MOCVD 系统漏率的有效措施。关键词：MOCVD 系统；漏率检测；氦质谱检漏仪法中图分类号：TN305文献标识码：B DOI ：10.16621/jki.issn1001-0599.2019.09.531MOCVD 技术背景

保密工作杂志

百美图之MOCVD （Metal Organic Chemical Vapor Deposition ，金属有

机物化学气相沉积）是生长高质量半导体薄膜材料的技术。它是

1968年由美国洛克威尔公司的H.M.Manasevit 提出来的一种制

备化合物半导体薄层单晶的方法。20世纪80年代以来，得到了迅速的发展。MOCVD 设备在太阳能电池、发光二极管（LED ）、场

效应晶体管（FET ）、探测器、半导体激光器等多个领域有广泛应

用。MOCVD 技术涉及流体力学、反应动力学、传热学、光学、控制工程等领域，属于一门综合运用各个学科技术的高科技设备，

具有较高的学术研究价值。

目前全球市场上MOCVD 设备以美国Veeco 、德国Aixtron 为主。近年来，国产MOCVD 设备的研发也有了长足的进步，中微、中晟两家公司研发的国产MOCVD 设备，市场份额正在逐年扩大。虽然各家公司的设备结构有所不同，但MOCVD 设备的运行原理并没有本质上的差别。本研究基于砷化镓太阳能电池研究领域，该

MOCVD 系统使用的原材料为易燃、易爆、剧毒的气体氢化物及液

态金属有机化合物（MO 源），载气为超高纯的氢气、氮气混合气体。2当前主流漏率检测技术

目前，氦质谱检漏仪法是世界公认的最灵敏、能定位和定量测量漏孔漏率的一种优选方法。因此在各行业中得到了广泛的应用。如何正确的反映MOCVD 系统工作时的漏率值，并尽可能的降低漏率值，仍然是广大工艺人员和维护人员所关心的问题。另外，基于安全和设备本身的限制，氦质谱检漏仪法并不是万能的，MOCVD 系统部分分支机构需要结合静态升压法、静态降压法、氢气仪检漏法、气泡检漏法等方法进行检漏，只有当设备所有的分系统漏率都处于可接受的范围，才能保证设备安全、稳定的运行，才能保证生产出质量合格的产品。3MOCVD 系统原理及设备检漏技术简介

高草酸尿症

MOCVD 就是以金属有机物（如TMGa ，TMAl ，TMIn ，TEGa 等）和烷类（如AsH 3，PH 3，NH 3，SiH 4等）

为原料进行化学气相沉积，生长单晶薄膜的一种技术，以热分解反应方式在衬底上进行

气相外延。金属有机化合物大多是具有高蒸气压的液体，通过氢

气、氮气或者其他惰性气体作为载气，将其携带出与烷类混合，再共同进入反应室高温下发生反应。其技术基础是在一定温度下，金属有机物和烷类发生热分解，再在一定晶向的衬底表面上

吸附、化合、成核、生长。

因为MOCVD 生长使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和超薄层异质材料，因此在

MOCVD 系统中，通常要考虑系统密封性要好，在满足安全的前提下，尽量降低系统的漏率，避免引入外部杂质。除了系统的外

部漏率需要满足要求外，气动阀门还须具有较低的内部漏率。一

般来说，

MOCVD 系统是由气体输运系统、反应室和加热系统、尾气处理系统和控制系统等组成。

本论文的核心工作是对气体的输运系统、反应室和尾气排放

系统进行高等级的漏率检测。气体输运系统的作用为向反应室输送各种反应气体。该系统要能够精确的控制反应气体的浓度、流量、流速以及不同气体送入的时间和前后顺序，从而按设计好的方案生长特定组分和结构的外延层。气体输运系统包括氢气和氮气纯化供给系统、金属有机化合物供给系统、烷类供给系统以及多路阀门组。反应室包括双胶圈密封系统、喷淋系统、循环水系统。尾气排放系统

包括主排气管路、安全旁路、尾气收集管路。MOCVD 系统检漏主要是采用氦质谱检漏仪完成的。对于不能够使用氦质谱检漏仪的部件，则采用氢气探测仪、真空规压

力计等仪器间接测量漏率。氦质谱检漏仪采用ULVAC 公司的

北京质检总局

UL1000Fab 检漏仪，

该型号检漏仪灵敏度高，在最佳工作状态下，最小可检漏率Q min 约1.0伊10-13Pa ·m 3/s ，在具体检漏工作状态

下（不一定最佳），有效最小可检漏率Q e 约1.0伊10-10Pa ·m 3/s 。

氢气探测仪选用德尔格公司的X-AM5000型号的检测仪，该型号的探测仪对氢气分子的探测能达到PPM 量级。4MOCVD 系统各部分检漏技术研究

MOCVD 技术涉及多种学科专业知识，对设备部件的控制

精度要求很高，因此其构成非常复杂。MOCVD 系统主要包括反划线更正法

应室系统，加热系统、冷却系统、气体输运及尾气处理系统和控制系统等部分。检漏工作主要是针对

反应室系统、冷却水系统、气体输运系统、尾气排放系统来进行的。MOCVD 设备核心反应室一般在（0.003耀0.08）MPa 的低真

空范围运行，工艺气体多数为剧毒的氢化物，比如AsH 3气体的

半数致死浓度LC-50为（5耀50）美商网

伊10-6，PH 3气体的半数致死浓度LC-50为（11耀50）伊10-6，

这就意味着即使该气体轻微泄漏，一旦被人吸入即可致命；另外，进入反应室的气体一般为

99.9999%

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