CN111349909A - 带有防护装置的反应腔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有防护装置的反应腔，包括：腔体和设置在腔体内的载板、喷淋装置及辅助装置；载板用于承载晶片；喷淋装置位于载板的上方；辅助装置位于载板的下方；腔体内还设置有防护装置，防护装置用于将载板的上方区域和下方区域分隔；和/或用于改变腔体内气体通道中气流的流动方向，以使气流经过薄膜生长区之外的区域，并限制薄膜生长区的气体与薄膜生长区之外的气体的交换。利用本发明，反应后的气体、副产品及其微粒由腔体上的排气口排出，从而对生长区之外的零部件进行防护，提高了产品的质量，同时提高了腔体内零部件的寿命，缩短了腔体内零部件的维护周期和维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及MOCVD设备，尤其涉及一种带有防护装置的反应腔。
背景技术
MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机物化学气相沉积)技术是以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晶体生长的反应气体，以热分解反应方式在衬底上进行外延沉积工艺，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外延材料层，其中晶体生长的区域为生长区。
从气相中析出的固体的形态主要有下列几种：在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒，在气体中生成粒子。因为MOCVD设备的反应腔中，晶体生长使用的源是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且在MOCVD设备进行工艺流程的反应过程中会产生副产品及其微粒，这些副产品及微粒的存在，不但影响产品质量、对反应腔造成污染、影响反应腔内零部件的寿命，还会影响后续的工艺流程。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有防护装置的反应腔，以解决现有技术中副产品和微粒容易对反应腔造成污染的问题，提高反应腔内零部件的寿命。
本发明提供了一种带有防护装置的反应腔，包括：腔体和设置在所述腔体内的载板、喷淋装置及辅助装置；
所述载板用于承载晶片；
所述喷淋装置位于所述载板的上方；
所述辅助装置位于载板下方，
其中，所述腔体内还设置有防护装置，所述防护装置用于将所述载板的上方区域和下方区域分隔；和/或用于改变腔体内气体通道中气流的流动方向，以使气流经过薄膜生长区之外的区域，并限制薄膜生长区的气体与薄膜生长区之外的气体的交换。
优选地，所述防护装置为环状板，与所述载板平行、具有间隙地设置在所述腔体内，且所述环状板将所述载板的上方区域与下方区域隔开。
优选地，所述防护装置包括横板和竖板；
所述横板、竖板均为环状，横板与所述载板平行，所述横板的内环与竖板相固定，所述横板与竖板相垂直且所述竖板分布于横板的两侧。
优选地，所述防护装置包括横板和竖板；
所述横板、竖板均为环状，所述横板与所述载板平行且具有间隙，所述竖板与横板相垂直且所述竖板固定在所述横板朝向所述载板的一侧面的中部。
优选地，还包括用于喷淋保护气体的第一喷淋管道，所述第一喷淋管道与腔体上的保护气体进气口相通，且所述第一喷淋管道位于所述喷淋装置的外侧上方。
优选地，所述辅助装置包括加热装置及冷却装置，所述加热装置位于所述载板下方；所述冷却装置位于所述加热装置下方；还包括用于喷淋保护气体的第二喷淋管道，所述第二喷淋管道与所述保护气体进气口相通，且所述第二喷淋管道均匀分布在所述冷却装置的下方。
优选地，所述喷淋装置上设置有第一通道，所述第一通道与腔体上的排气口相通。
优选地，所述第一通道设置在所述喷淋装置的外端。
优选地，所述冷却装置上设置有多个保护气体通道，多个保护气体通道均匀分布在所述冷却装置上。
优选地，还包括衬板，所述衬板为半环状板，固定在所述腔体的底壁上，且围绕所述冷却装置。
优选地，还包括内衬板，设置在所述衬板的内侧，且高度低于所述衬板；
所述内衬板包括本体和多个连接部，所述本体为半环状板，各所述连接部均为平板，所述连接部相互间隔地设置在所述本体的底部，使安装后的内衬板与所述腔体的底壁之间留有间隙。
优选地，所述腔体外部的工艺气体进气通道和保护气体进气通道中均设置有进气阀；
所述腔体外部的排气通道中设置有排气阀；
所述腔体外部的排气通道还与真空泵相连。
本发明提供的带有防护装置的反应腔通过设置防护装置从而将载板上下区域分隔或改变腔体内气流的流动方向，首先对反应气体的外围路径进行了规范，限制了薄膜生长区的气体与薄膜生长区之外的气体的交换，减少了反应气体外溢引起的寄生反应，其次使反应后的气体、副产品及其微粒在气流作用下排出腔体，对生长区之外的零部件进行防护，提高了腔体内零部件的寿命，缩短了腔体内零部件的维护周期和维护成本。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的带有防护装置的反应腔的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的带有防护装置的反应腔的工作状态图；
图3为本发明实施例一提供的带有防护装置的反应腔中衬板的一个侧面的示意图；
图4为本发明实施例二提供的带有防护装置的反应腔的结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的带有防护装置的反应腔的工作状态图；
图6为本发明实施例三提供的带有防护装置的反应腔的结构示意图；
图7为本发明实施例三提供的带有防护装置的反应腔的工作状态图。
附图标记说明：
1-腔体2-载板3-喷淋装置4-加热装置5-冷却装置6-排气口7a-防护装置7b-防护装置7c-防护装置8-第一喷淋管道9-第二喷淋管道10-第一通道11-第二通道12-衬板121-本体122-连接部13-排气口
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
实施例一
如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种带有防护装置的反应腔，其包括腔体1和设置在腔体1内的载板2、喷淋装置3和辅助装置。加热装置4和冷却装置5。载板2用于承载晶片；喷淋装置3位于载板2的上方；辅助装置位于载板2的下方，该辅助装置可以包括加热装置4和冷却装置5，加热装置4位于载板2的下方；冷却装置5位于加热装置4的下方。
其中，喷淋装置3用于向腔体1内通入反应气体(图中未示出通入反应气体的通道或入口)，加热装置4可以是加热灯管。载板2上放置有晶片并置于喷淋装置3和加热灯管之间，反应气体进入腔体1后在特定的温度和压力环境下，均匀的在生长区内的晶片上进行化学气相沉积。
腔体1内还设置有防护装置7a，防护装置7a用于将载板2的上方区域和下方区域隔离；和/或用于改变腔体内气体通道中气流的流动方向，以使气流经过薄膜生长区之外的区域，并限制薄膜生长区的气体与薄膜生长区之外的气体的交换。
上述的防护装置7a具体可以是环状板，参照图1所示，与载板2平行、具有间隙地设置在腔体1内，可以将环状板设置在腔体1的内侧壁上，也可以是将环状板设置在腔体1内的其他部件上，且环状板将载板2的上方区域与下方区域隔开。载板2的上方区域为生长区，下方区域为加热区。
进入腔体1内的各种气体(包括反应气体和保护气体)，在高低压的作用下，在防护装置7a、冷却装置5(具体可以是冷却板)、喷淋装置3等形成的环隙影响下，形成气流流场。载板2将腔体1内分割为生长区和加热区上下两部分，气流在载板2侧面相通。上述生长区指的是在图中竖直方向上喷淋装置3与载板2之间的区域。反应气体进入生长区后，大部分被防护装置7a限制在此区域内，在通入保护气体的作用下，反应后的气体、副产品及其微粒由排气口6排出。在喷淋装置3上方的腔体1上设置排气口6，同时可以在腔体1的底壁上设置排气口13。本实施例优选地在喷淋装置3上设置有第一通道10，该第一通道10与腔体1上的排气口6相通。上述反应后的气体、副产品及其微粒经由该第一通道10从喷淋装置3上方的排气口6排出。该第一通道10优选地设置在喷淋装置3的外端，从而避开喷淋装置3上的反应气体入口。
上述生长区中保护气体的通入可以通过如下方式实现：反应腔还包括用于喷淋保护气体的第一喷淋管道8，该第一喷淋管道8与腔体1上的保护气体进气口相通，且第一喷淋管道8位于喷淋装置3的外侧上方。从第一喷淋管道8喷入的保护气体进入到生长区，形成如图2所示的气流流场方向。
进一步地，该反应腔还包括用于喷淋保护气体的第二喷淋管道9，第二喷淋管道9与保护气体进气口相通，且第二喷淋管道9均匀分布在冷却装置5的下方。通过在冷却装置5的下方也通入保护气体，从而进一步增加了气体压力，形成多种气流走向，以对冷却装置5下方的反应气体和微粒进行吹扫。
优选地，在冷却装置5上设置有保护气体通道11，该保护气体的设置能够使冷却装置5下方通入的保护气体经过保护气体通道11进入到加热区，对加热装置4进行清扫。该保护气体通道11可以为多个，多个保护气体通道11均匀分布在冷却装置5上，使通入的保护气体能够全面地吹扫到各个加热灯管。
优选地，该反应腔还包括衬板14，该衬板为半环状板，固定在腔体1的底壁上，且围绕冷却装置5。衬板14以半环状设置，将冷却装置5围在其中。衬板14环绕冷却装置5设置，可以限制气流方向，使气流能够通过冷却装置5上设置的保护气体通道11，对加热区内进行吹扫。气体继续向上流动，从排气口6排出。优选地，如图3所示，反应腔还包括内衬板12，设置在衬板14的内侧，且高度低于衬板14；内衬板12包括本体121和多个连接部122，本体121为半环状板，各连接部122均为平板，连接部122相互间隔地设置在本体121的底部，使安装后的内衬板12与腔体1的底壁之间留有1-2mm的间隙。少量气流从内衬板12的底部流过，经过内衬板12与衬板14之间的间隙向上流动，极少量的气体通过衬板14的外侧到达排气口13排出。
加热区内的保护气体由下向上喷入，一部分经过冷却装置5上的保护气体通道11吹扫加热装置4，从加热装置4的四周向上排出，另一部分抵达内衬板12，在内衬板12与冷却装置5之间的间隙向上排出，有极少部分的气体从腔体1底部开设的排气口13排出。
优选地，腔体1外部的工艺气体进气通道和保护气体进气通道中具设置有进气阀，腔体1外部的排气通道中设置有排气阀，腔体1外部的排气通道还与真空泵相连。
反应气体通过喷淋装置3进入腔体1后，反应气体扩散到晶片表面继而吸附到晶片表面，然后发生反应(化学反应、迁移及并入晶格等)，反应后附加产物从晶片表面脱附及副产品从晶片释放，离开晶片表面。上述反应过程后的附加产物、副产品以及未参与反应的气体即是通过上述气流的流动带出至腔体1外部。
保护气体通过进气口进入腔体1内部后，一方面阻止生长区的未反应的气体、反应后的气体、副产品及其微粒向四周扩散，另一方面能携带它们离开腔体1。排气口6以及排气口13可以与腔体1外部的真空泵连接，反应后的气体、副产品及其微粒在腔体1内通过排气通道后经排气口6离开。进气通道和排气通道中可以设置进气阀和排气阀，通过真空泵、排气阀和进气阀构成闭环控制工艺气体、保护气体的进气、排气压力，来实现在不同压力的工艺气体下，气流流场的稳定性。
实施例二
如图4和图5所示，本发明实施例二提供了一种带有防护装置的反应腔，与实施例一的区别是防护装置的结构。本实施例中，防护装置7b包括横板和竖板；横板、竖板均为环状，横板与载板2平行，横板的内环与竖板相固定，横板与竖板相垂直且竖板分布于横板的两侧。
横板与竖板相垂直且竖板分布于横板的两侧，能够更大面积地遮挡喷淋装置3与载板2之间的间隙，避免生长区内的反应气体流入到加热区以及其他区域，气流的方向如图5所示。
实施例三
如图6和图7所示，本发明实施例三提供了一种带有防护装置的反应腔，与实施例一的区别是防护装置的结构。本实施例中，防护装置7c包括横板和竖板；横板、竖板均为环状，横板与载板2平行且具有间隙，竖板与横板相垂直且竖板固定在横板朝向载板的一侧面的中部。
防护装置7c的这种结构，使横板能够尽量地延伸至贴近载板2，进一步防止气流向加热区流动，进一步避免生长区内的反应气体流入到加热区以及其他区域，气流的方向如图7所示。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种带有防护装置的反应腔，包括：腔体和设置在所述腔体内的载板、喷淋装置及辅助装置；
所述载板用于承载晶片；
所述喷淋装置位于所述载板的上方；
所述辅助装置位于载板下方，
其特征在于，
所述腔体内还设置有防护装置，所述防护装置用于将所述载板的上方区域和下方区域分隔；和/或用于改变腔体内气体通道中气流的流动方向，以使气流经过薄膜生长区之外的区域，并限制薄膜生长区的气体与薄膜生长区之外的气体的交换。
2.根据权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述防护装置为环状板，与所述载板平行、具有间隙地设置在所述腔体内，且所述环状板将所述载板的上方区域与下方区域隔开。
3.根据权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述防护装置包括横板和竖板；
所述横板、竖板均为环状，横板与所述载板平行，所述横板的内环与竖板相固定，所述横板与竖板相垂直且所述竖板分布于横板的两侧。
4.根据权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述防护装置包括横板和竖板；
所述横板、竖板均为环状，所述横板与所述载板平行且具有间隙，所述竖板与横板相垂直且所述竖板固定在所述横板朝向所述载板的一侧面的中部。
5.根据权利要求2-4任一项所述的反应腔，其特征在于，还包括用于喷淋保护气体的第一喷淋管道，所述第一喷淋管道与腔体上的保护气体进气口相通，且所述第一喷淋管道位于所述喷淋装置的外侧上方。
6.根据权利要求5所述的反应腔，其特征在于，所述辅助装置包括加热装置及冷却装置，所述加热装置位于所述载板下方；所述冷却装置位于所述加热装置下方；还包括用于喷淋保护气体的第二喷淋管道，所述第二喷淋管道与所述保护气体进气口相通，且所述第二喷淋管道均匀分布在所述冷却装置的下方。
7.根据权利要求6所述的反应腔，其特征在于，所述喷淋装置上设置有第一通道，所述第一通道与腔体上的排气口相通。
8.根据权利要求7所述的反应腔，其特征在于，所述第一通道设置在所述喷淋装置的外端。
9.根据权利要求7所述的反应腔，其特征在于，所述冷却装置上设置有多个保护气体通道，多个保护气体通道均匀分布在所述冷却装置上。
10.根据权利要求2-4任一项所述的反应腔，其特征在于，还包括衬板，所述衬板为半环状板，固定在所述腔体的底壁上，且围绕所述冷却装置。
11.根据权利要求10所述的反应腔，其特征在于，还包括内衬板，设置在所述衬板的内侧，且高度低于所述衬板；
所述内衬板包括本体和多个连接部，所述本体为半环状板，各所述连接部均为平板，所述连接部相互间隔地设置在所述本体的底部，使安装后的内衬板与所述腔体的底壁之间留有间隙。
12.根据权利要求1所述的反应腔，其特征在于，所述腔体外部的工艺气体进气通道和保护气体进气通道中均设置有进气阀；
所述腔体外部的排气通道中设置有排气阀；
所述腔体外部的排气通道还与真空泵相连。
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2018
- 2018-12-24 CN CN201811583844.8A patent/CN111349909A/zh active Pending
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