TW201600634A - 用於mocvd設備的進氣及冷卻裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明中用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，設有位於反應腔內頂部的噴淋頭，將有機金屬氣體的進氣導管穿設在隔離氣體的進氣口中，使隔離氣體能夠形成簾幕狀的氣流並環繞在輸送的有機金屬氣體週邊，從而將剛噴出的有機金屬氣體與氫化物氣體隔開，抑制兩者過早反應產生寄生顆粒；本發明還可以防止寄生顆粒形成在進氣裝置底面的進氣口附近；使輸送的有機金屬氣體與氫化物氣體在基座上及在各基片上都能夠均勻分布，保證薄膜生長品質，提升薄膜生長率。
Description
本發明涉及半導體製造設備，特別涉及一種用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置。
目前，在金屬有機化學氣相沉積法（以下簡稱MOCVD），將II或III族金屬有機化合物的氣體，與含IV或V族元素的氫化物氣體引入MOCVD設備的反應腔內，使兩者的混合氣體送到放置於反應腔內底部基座上的基片表面時，能夠在基片表面發生熱分解反應，從而外延生長形成化合物單晶薄膜。
如圖1、圖2所示，US2010/0143588A1提供的一種進氣裝置中，設有位於反應腔內頂部的氣體分布板，其包含多個平行延伸且交替分布的長形管狀氣體分布元件第一氣體分布元件、第二氣體分布元件。第一反應源氣體是第V族氫化物（氨氣NH3
）與載氣（氫氣H2
或氮氣N2
）的混合氣體，通過第一氣體分布元件的長條型進氣口輸送，形成長條形、窗簾狀的第一反應氣體氣流。第二反應源氣體是有機金屬氣體（MO，Metal-Organic）與載氣的混合氣體，有機金屬氣體例如是三甲基鎵（即(CH3
)3
Ga，簡稱TMG或TMGa，）、三甲基鋁（即[(CH3
)3
Al]2
，簡稱TMA或TMAl）等，通過第二氣體分布元件的一組進氣孔輸送，形成排狀第二反應氣體氣流。同時，還有一路載氣通過相鄰氣體分布的第一氣體分布元件和第二氣體分布元件之間的間隙輸送，形成間隔的窗簾狀氣流穿插在前述第一反應氣體的氣流和第二反應氣體的氣流之間。
如圖1、圖2、圖3所示，上述進氣裝置有以下的缺點：在該進氣裝置的邊緣，圓周上的不同位置具有不同的氣體混合狀態及氣體流量，容易形成渦流；而且，從進氣裝置噴出後兩種反應源氣體的分布區域是交替分布的長條型，非中心對稱，使得不同基片上或同一基片的不同位置上，特別是中心區域和邊緣區域之間兩種反應源氣體的分布不均勻，導致最終沉積形成的薄膜不均勻，影響產品品質。另外，該進氣裝置中難以避免兩種反應源氣體在到達基片表面之前過早反應形成GaN、AlN寄生顆粒的問題，寄生顆粒會附著在反應腔內污染設備，隨機落在基片上影響薄膜生長形態，使一部分有機金屬氣體耗費在生長寄生顆粒的過程，導致薄膜生長率下降。
US2009/0169744A1提供進氣裝置的一個實施例中，進氣裝置包括用來輸送在混合的氫化物氣體和載氣的第一氣體擴散腔，擴散腔底部包括第一氣體導管、用來輸送混合的有機金屬氣體和載氣第二氣體擴散腔，擴散腔底部包括第二氣體導管，兩者氣體導管排布成列，還包括用來輸送吹掃氣體（例如Ar、N2
、He等等）的第三氣體擴散腔，擴散腔底部上包括多個開口，這些開口排列成一行且排列在第一進氣導管和第二進氣導管之間，用於隔離兩種反應氣體第三氣體擴散腔下方還可以安裝一個冷卻夾套，使冷卻劑在冷卻夾套中流動，使進氣裝置的溫度保持在適當水準。
然而，以上述第一實施例為例，該進氣裝置不僅結構複雜，而且該進氣裝置的底面為平面，該平面上有很多區域沒有氣體流過，容易形成渦流擾亂寄生顆粒，致使寄生顆粒附著在進氣裝置的底面難以去除。並且，第三氣體擴散腔下表面的出口遠離兩種反應源氣體的輸出位置，因而經由出口輸送的吹掃氣體難以起到隔開兩種反應源氣體或將附著寄生顆粒去除的作用。
本發明的目的是提供一種用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，將有機金屬氣體與氫化物氣體隔開，抑制兩者過早反應產生寄生顆粒；防止寄生顆粒形成在進氣裝置底面的進氣口附近；使輸送的有機金屬氣體與氫化物氣體在基座上及在各基片上都能夠均勻分布。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，設有位於反應腔內頂部的噴淋頭，其中包含：
多個互相隔離的反應氣體擴散腔，所述多個反應氣體擴散腔包括多塊隔板，其中位於底部的隔板上設置有多組氣體導管，通過導管向反應腔通入反應氣體，所述多組氣體導管包括：一組第一進氣導管，用來向MOCVD設備的反應腔內輸送有機金屬氣體；
一組第二進氣導管，用來輸送氫化物氣體；所述有機金屬氣體和氫化物氣體由該噴淋頭輸送的載氣攜帶至反應腔內底部的基片表面進行薄膜沉積反應；
所述多個反應氣體擴散腔下方還包括一個冷卻板，所述反應氣體擴散腔底部隔板與冷卻板之間構成隔離氣體擴散腔，所述冷卻板上包括：
一組第一進氣口，用來向所述反應腔內輸送隔離氣體；每個所述第一進氣導管分別穿設在與之相對應的一個第一進氣口之中，使第一進氣口輸送的隔離氣體所形成的簾幕狀氣流環繞在有機金屬氣體週邊，將剛噴出的有機金屬氣體與氫化物氣體隔開；以及，
一組第二進氣口，各自為下端口徑大於上端口徑的漏斗狀；
所述第一進氣口及第二進氣口的下端開口，在冷卻板的底面相互間隔且交替分布；每個所述第二進氣口和與之相對應的一個第二進氣導管連通，通過所述第二進氣口將氫化物氣體和載氣混合後的氣體向所述反應腔內輸送。
可選地，所述第一進氣導管單獨輸送有機金屬氣體，或者輸送有機金屬氣體和載氣的混合氣體；
所述第二進氣導管單獨輸送氫化物氣體，或者輸送氫化物氣體和載氣的混合氣體；
所述第一進氣口輸送的隔離氣體，是載氣或吹掃氣體或其混合氣體。
可選地，在所述多個互相隔離的反應氣體擴散腔內部，設置有第一隔板、第二隔板、第三隔板；
所述冷卻板與第三隔板之間形成的隔離氣體擴散腔，連通至開設在冷卻板上的所述第一進氣口和第二進氣口；
所述第三隔板與第二隔板之間形成的第二反應氣體擴散腔連通至第二導管，所述第二導管插入到對應的第二進氣口中，使第二進氣口的上端圍繞在第二進氣口的下端的週邊；
所述第二隔板與第一隔板之間形成的第一反應氣體擴散腔通道連通至第一導管，所述第一導管穿插在對應的第一進氣口中。
可選地，所述噴淋頭的冷卻板中，避開各進氣口及與之連通的各氣體通道的位置，設有供冷卻介質流通的管道。
可選地，所述第二進氣口的側壁設置有緩衝區，所述第二進氣導管連通所述第二反應氣體擴散腔將反應氣體通入所述緩衝區，反應氣體經過緩衝區後流入第二進氣口。可選地，所述第二導管的封閉的底端插入到第二進氣口內，通過開設在該第二導管側壁上的若干開孔來輸送氣體。
可選地，所述第一進氣口的下端位置低於穿設在其中的第一進氣導管的下端位置。
可選地，所述第二進氣口是側壁與豎直方向夾角恆定的錐形漏斗結構。
可選地，所述第二進氣口是雙錐形漏斗結構，包含側壁與豎直方向夾角為第一角度的上段，和側壁與豎直方向夾角為第二角度的下段，第一角度小於第二角度。
可選地，所述第二進氣口為多面體漏斗結構，所述第二進氣口的末端邊緣為多邊形，側壁設有多條棱。
與現有技術相比，本發明提供的用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其優點在於：
本發明中通過噴淋頭內間隔設置的隔板來形成氣體通道；將若干進氣口直接開設在冷卻板上，並使冷卻介質通道在其間橫向佈置，以減少整個設備的體積；各進氣口均勻分布，有效改善基座上及在各基片上氣體分布的均勻性，從而保證薄膜生長品質，提升薄膜生長率。
本發明中將有機金屬氣體的進氣導管穿設在隔離氣體的進氣口中，使隔離氣體能夠形成簾幕狀的氣流並環繞在有機金屬氣體週邊，從而將剛噴出的有機金屬氣體與氫化物氣體隔開，抑制兩者過早反應產生寄生顆粒。
本發明中通過擴大其中一些進氣口的末端口徑，例如形成漏斗狀，來增大噴淋頭底面被設置為進氣口的面積，利用進氣口的氣流吹走寄生顆粒，同時有效縮減噴淋頭底面寄生顆粒可能吸附的區域的面積。
本發明的優選實施例中通過將其中一些進氣口設計為上下兩段的側壁與豎直方向夾角不同的雙錐形漏斗結構，使靠近冷卻板底面的下段的夾角更大，以保證在冷卻板中同時開設進氣口與冷卻介質通道後的機械強度，並有效減少寄生顆粒可能吸附的區域的面積。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。
如圖4所示，本發明提供的進氣裝置是一種噴淋頭800，其設置在MOCVD（金屬有機化學氣相沉積）設備反應腔900內的頂部，通過設置的第一進氣導管810、第二進氣導管820、第一進氣口830，分別向反應腔900內輸送有機金屬氣體、氫化物氣體，和將兩者攜帶至基片920表面進行薄膜沉積反應的載氣，同時還通過由第一進氣口830輸送的載氣將有機金屬氣體和氫化物氣體相互隔開，以防止剛噴出的有機金屬氣體和氫化物氣體太早反應而在噴淋頭800底面的進氣口附近產生寄生顆粒。
如圖5所示，還設置有一組第二進氣口840，其與一組第一進氣口830各自的開口在噴淋頭800底面間隔交替、均勻分布。每一個第二進氣導管820連通至與之對應的一個第二進氣口840，使第二進氣口840的首端圍繞在第二進氣導管820的末端週邊，由第二進氣口840將氫化物氣體與載氣的混合氣體輸送至反應腔900。每一個第一進氣導管810穿設在與之對應的一個第一進氣口830中，則由第一進氣口830輸送的載氣形成簾幕狀的氣流，將由第一進氣導管810輸送的有機金屬氣體與由第二進氣導管820至第二進氣口840輸送的氫化物氣體隔開。噴淋頭底面上，在極(?)邊緣區域以內，每一個第一進氣口830被多個（如4個）均勻分布的第二進氣口840圍繞且與該多個第二進氣口840距離相等，同樣的每一個第二進氣口840也被多個均勻分布第一進氣口830圍繞且與該多個第一進氣口距離相等。
設各個進氣口的末端是位於噴淋頭800底面的一端，而各個進氣口的首端是位於噴淋頭800內連通至相應氣體通道的一端。本例中第一進氣導管810的末端外徑，小於環繞在其外側的第一進氣口830的末端內徑，且兩者都小於第二進氣口840的末端口徑。若第二進氣導管820的末端外徑小於第二進氣口840的首端內徑時，可以使第二進氣口840輸送的載氣包圍在第二進氣導管820輸送的氫化物氣體外並將兩者在第二進氣口840內混合後一起輸送至反應腔900；若第二進氣導管820的末端外徑等於第二進氣口840的首端內徑（即兩者緊密配合）時，可以使第二進氣導管820輸送的氫化物氣體和載氣的混合氣體直接經由第二進氣口840向反應腔900輸送。
而為了減少寄生顆粒在噴淋頭800底面的積聚，在兼顧各路氣體流量的前提下，可以通過擴大各進氣口末端的口徑（例如擴大第二進氣口840和/或第一進氣口830），將噴淋頭800底面盡可能多的面積開設為進氣口。因而，在噴淋頭800底面的進氣口處由於有氣體流動，寄生顆粒不容易附著；而噴淋頭800底面除進氣口外的其他面積被縮減，可以有效減少寄生顆粒附著的影響。參見圖6所示，優選的示例中，將第二進氣口840設計成末端口徑大於其首端口徑的漏斗狀。第一進氣導管810、第二進氣導管820、第一進氣口830可以為首末端口徑一致的直筒狀。
如圖6、圖7所示，所述的噴淋頭800內部設有第一隔板851、第二隔板852、第三隔板853和冷卻板854，這些板在豎直方向間隔分布。本例中，第一隔板851最靠近噴淋頭800的頂部，而冷卻板854最靠近噴淋頭800的底部。在冷卻板854上直接開設所述的第一進氣口830第二進氣導管820和第二進氣口840第一進氣口830；還在所述的冷卻板854中避開各進氣口的位置設有橫向分布的冷卻介質管道850，使冷卻介質在管道850中流通，將噴淋頭800的溫度控制在合適的範圍。冷卻板854與第三隔板853之間形成的第三氣體通道，直接連通冷卻板854上的第一進氣口830和第二進氣口840以輸送載氣。第三隔板853與第二隔板852之間形成的第二氣體通道，連通至作為第二進氣導管820的第二導管821第二進氣導管820以輸送氫化物氣體；該第二導管821穿過第三氣體通道並且與該第三氣體通道互不導通，之後該第二導管821的末端插入到冷卻板854上的第二進氣口840中。第二隔板852與第一隔板851之間形成的第一氣體通道，經由第一導管811輸送有機金屬氣體；該第一導管811穿過第二氣體通道、第三隔板853和第三氣體通道而與之均不導通，所述第一導管811最後插入到所述第一進氣口830中作為第一進氣導管810。優選地，是使第一進氣口830的末端位置，比第一進氣導管810（第一導管811）的末端位置更低，即，第一進氣口830的末端對應冷卻板854的底面，而第一導管811的末端還沒有達到冷卻板854的底面，從而在第一進氣口830內的底部形成一個載氣與有機金屬氣體的混合區域。
如圖8、圖9所示，在噴淋頭800的第二實施例中，與上述第一實施例中的不同點在於，冷卻板854上每個第二導管821並不直接插入到第二進氣口840中，而是略有偏移。例如，第二進氣口840的首端附近設置有一個緩衝區855，本例中該緩衝區855為臺階狀，第二導管821向緩衝區855輸送氫化物氣體，以減少衝擊效應（impinging effect）。同時第一進氣口830第三氣體通道也將一路載氣連通至本例的緩衝區855，使載氣和第二導管821輸送的氫化物氣體在緩衝區855處或在第二進氣口840中混合後一同由第二進氣口840輸出。
如圖10所示，在噴淋頭800的第三實施例中，與上述第一實施例中的不同點在於，提供了另一種第二導管822。本例所述的第二導管822的頂端連通第二氣體通道，而該第二導管822的底端是封閉的，所述第二導管822底端插入到第二進氣口840內之後，通過開設在該第二導管822側壁上的若干開孔來輸送氫化物氣體，以減少衝擊效應。
上述第一到第三實施例中所用的冷卻板854中，第二進氣口840第二進氣導管820是角度恆定的錐形漏斗結構。該角度是指錐形漏斗結構的側壁與豎直方向的夾角。
如圖17、圖18所示，另一個示例的冷卻板854中，第二進氣口840第二進氣導管820是雙錐形漏斗結構860，即，上段861和下段862分別為角度恆定的錐形漏斗結構，且下段862的角度大於上段861的角度，而下段862末端的口徑大於上段861末端的口徑；下段862是指該第二進氣口840第二進氣導管820更靠近冷卻板854底面的部分，下段862的末端口徑就是該第二進氣口840第二進氣導管820的末端口徑；上段861則是更靠近冷卻板854頂面的部分，位於冷卻板854內部。該示例在冷卻板854開設第二進氣口840第二進氣導管820之後保證機械強度的同時，還能夠有效擴大冷卻板854底面開設為進氣口的面積，以減少寄生顆粒可能吸附的區域的面積。
如圖11、圖12所示，還有一個示例的冷卻板854中，為了擴大冷卻板854底面開設為進氣口的面積，將第二進氣口840第二進氣導管820設計為多面體漏斗結構823，即，第二進氣口840第二進氣導管820類似花瓣狀，在其側壁設有多條棱，末端邊緣為多邊形（而上述兩個示例中所示第二進氣口840第二進氣導管820中內壁光滑過渡，末端邊緣為圓形）。圖13中進一步示出了第二進氣口840第二進氣導管820為多面體漏斗結構823的冷卻板854，與底端封閉、側壁開孔輸氣的第二導管822組合的一種示例。
如圖14、圖15、圖16所示，在一個具體的應用（例如第二進氣口840第二進氣導管820為錐形漏斗結構）中，噴淋頭800的冷卻板854為厚度20mm、直徑460mm的圓形。在A-A’方向任意兩個第二進氣口840第二進氣導管820圓心到圓心之間的間距為28.3mm，在B-B’方向任意兩個第二進氣口840第二進氣導管820圓心到圓心之間的間距D為20mm。每四個第二進氣口840第二進氣導管820將一個第一進氣口830包圍在其中，使該第一進氣口830位於這些第二進氣口840第二進氣導管820的對角線交叉點，相鄰第二進氣口840第二進氣導管820的邊緣之間的最近距離為G-1
，第一進氣口830的邊緣到任意一個第二進氣口840第二進氣導管820的邊緣的最近距離為G-2
。
如圖19所示，將這四個第二進氣口840第二進氣導管820的圓心位置作為四角圍成的方形區域設為一單元區，則該單元區的邊長為間距D，面積S1=D2
。設第二進氣口840第二進氣導管820的末端口徑為Od-1
，第二進氣口840第二進氣導管820的首端口徑為Od-5
。設第一進氣口830的末端口徑為Od-2
，穿插在其中的第一導管811的外徑為Od-3
，第一導管811的內徑即第一進氣導管810的末端口徑為Od-4
。設一作業區的面積為，作業區與單元區的面積的比值S2/S1，表1、表2中列出了上述若干參數的一些示例。 【表1】【表2】
如圖17、圖18、圖20所示，在另一個具體應用（例如第二進氣口840第二進氣導管820為雙錐形漏斗結構860）中，冷卻板854的厚度為T；其中，與該冷卻板854頂面距離T-3
的區域為直筒狀，口徑（即第二進氣口840第二進氣導管820的首端口徑）為Od-5
；之後厚度T-2
的區域為上段，上段861的側壁與豎直方向的角度為θ，上段861的末端口徑為Od -x
；與該冷卻板854底面距離T-1
的區域為下段862，下段862的側壁與豎直方向的角度為2θ，下段862的末端口徑為Od-1
。各參數有如下的關係：；。
冷卻介質管道850橫向開設在第二進氣口840第二進氣導管820與第一進氣口830之間的冷卻板854中，各冷卻介質管道850的圓心到相鄰的第二進氣口840第二進氣導管820或第一進氣口830的中心軸的距離為7.07mm；各冷卻介質管道850的圓心與冷卻板854頂面的距離為T-4
。表3、表4中列出了上述若干參數的一些示例。 【表3】
【表4】
如圖4所示，上述各例提供的噴淋頭800，位於MOCVD設備反應腔900內的頂部；所述反應腔900內的底部設置有用來承載基片920的基座910，其能夠繞中心軸旋轉；該基座910下方還設有基片920的加熱器930；通過加熱器可以使基座910上的基片溫度達到合適的生長晶體的溫度，典型的如大於600℃，甚至大於1000℃。 MOCVD設備還設置有抽氣裝置，將反應後的廢氣排出反應腔進行處理或再利用。
所述基片常用的有：磷化鎵（GaP）、磷化銦（InP）、矽（Si）、碳化矽（SiC）及藍寶石（Sapphire，Al2
O3
）等等。通常所生長的主要為III-V族化合物半導體薄膜，其中通過第一進氣口輸送用來提供Ⅲ族元素來源的有機金屬氣體，常用的有：三甲基鎵（TMGa）、三甲基鋁（TMAl）、三甲基銦（TMIn）等等。通過第二進氣口輸送用來提供V族元素來源的氫化物氣體，常用的有氨氣（NH3
）、砷化氫（AsH3
）、磷化氫（PH3
）、及乙矽烷 (Si2
H6
)等等。可能還在所輸入的氣體中混有作為n型摻雜源的甲矽烷（SiH4
)，或作為p型摻雜源的二茂鎂（CP2
Mg)，等等。通過第一、第二進氣口輸送的載氣，常用的有：氫氣（H2
）、氮氣（N2
）等等。
或者，在另一種應用結構中，通過第一進氣導管來輸送有機金屬氣體與載氣的混合氣體，通過第二進氣導管來輸送有機金屬氣體與氫化物氣體的混合氣體。通過第一進氣口輸送並形成簾幕狀氣流，用以將前兩路氣體隔開的隔離氣體，不僅可以使用載氣，還可以使用Ar或He等等吹掃氣體（purge gas），或者吹掃氣體與載氣的混合氣體，或者其他能夠有效隔開有機金屬氣體與氫化物氣體同時又不會影響反應腔內工藝處理的輔助氣體。
如圖21所示，以三甲基鎵TMGa為例，分析反應腔內的化學反應過程。在反應腔內靠近進氣口處（100℃左右時），通過與NH3
反應TMGa迅速耗盡變成加合物；隨著氣體向下噴射，加合物遇熱（在約500℃左右時）又重新分解使TMGa濃度升高；進而在更靠近高溫的基片處（溫度約900K以上時），TMGa則幾乎全部熱解為一甲基鎵MMGa，由MMGa作為GaN薄膜生長中Ga原子的主要來源。位於基片表面的氣體形成邊界層，該邊界層的厚度δ有一個優選值δ0
，例如δ0
=10mm，δ0
一般與金屬有機氣體的種類擴散、溫度梯度、氣體流速等。通常是希望邊界層的厚度δ能夠小於該優選值δ0
，以保證能具有高的薄膜生長率；否則薄膜生長率會降低而生成的寄生顆粒將增加。
現有渦輪式（turbo disk type）的MOCVD設備中需要消耗的反應氣體更多，氣體流速高，並且必須使承載基片的基座高速旋轉（＞1000rpm），來減少邊界層的厚度δ，及使氣體能夠在基片上均勻分布。本發明在渦輪式的MOCVD設備中使用上述各實施例描述的噴淋頭後，不需要使基座高速旋轉，也能保證有具有高的薄膜生長率和氣體均勻分布狀態。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的專利範圍來限定。
800‧‧‧噴淋頭
810‧‧‧第一進氣導管
811‧‧‧第一導管
820‧‧‧第二進氣導管
821、822‧‧‧第二導管
823‧‧‧多面體漏斗結構
830‧‧‧第一進氣口
840‧‧‧第二進氣口
850‧‧‧冷卻介質管道
851‧‧‧第一隔板
852‧‧‧第二隔板
853‧‧‧第三隔板
854‧‧‧冷卻板
855‧‧‧緩衝區
860‧‧‧雙錐形漏斗結構
861‧‧‧上段
862‧‧‧下段
900‧‧‧反應腔
910‧‧‧基座
920‧‧‧基片
930‧‧‧加熱器
Od-1、Od-2、Od-4、Od -x‧‧‧末端口徑
Od-3‧‧‧外徑
Od-5‧‧‧首端口徑
T、T-2‧‧‧厚度
T-1、T-3、T-4‧‧‧距離
θ‧‧‧角度
δ0‧‧‧厚度
810‧‧‧第一進氣導管
811‧‧‧第一導管
820‧‧‧第二進氣導管
821、822‧‧‧第二導管
823‧‧‧多面體漏斗結構
830‧‧‧第一進氣口
840‧‧‧第二進氣口
850‧‧‧冷卻介質管道
851‧‧‧第一隔板
852‧‧‧第二隔板
853‧‧‧第三隔板
854‧‧‧冷卻板
855‧‧‧緩衝區
860‧‧‧雙錐形漏斗結構
861‧‧‧上段
862‧‧‧下段
900‧‧‧反應腔
910‧‧‧基座
920‧‧‧基片
930‧‧‧加熱器
Od-1、Od-2、Od-4、Od -x‧‧‧末端口徑
Od-3‧‧‧外徑
Od-5‧‧‧首端口徑
T、T-2‧‧‧厚度
T-1、T-3、T-4‧‧‧距離
θ‧‧‧角度
δ0‧‧‧厚度
圖1、圖2及圖3是現有第一種進氣裝置氣體分布效果的側視圖及俯視圖； 圖4是設置本發明所述進氣及冷卻裝置的MOCVD設備的結構示意圖； 圖5是本發明所述進氣及冷卻裝置的進氣口分布的示意圖； 圖6、圖7是本發明所述裝置在第一實施例中的A-A’向和B-B’向的剖視圖； 圖8、圖9是本發明所述裝置在第二實施例中的C-C’向和B-B’向的剖視圖； 圖10是本發明所述裝置在第三實施例中的B-B’ 向的剖視圖； 圖11是本發明所述裝置中冷卻板的第二進氣口為多面體漏斗結構的示意圖； 圖12是圖11所示多面體漏斗結構的一個示例在A-A’向的剖視圖； 圖13是圖11所示多面體漏斗結構的另一個示例在B-B’向的剖視圖。 圖14是本發明所述裝置的冷卻板上的進氣口分布示意圖； 圖15、圖16是本發明中第二進氣口為錐形漏斗結構時冷卻板沿A-A’向和B-B’向的示意圖； 圖17、圖18是本發明中第二進氣口為雙錐形漏斗結構時冷卻板沿A-A’向和B-B’向的示意圖； 圖19是本發明中冷卻板上進氣口分布的一個具體示例的尺寸示意圖； 圖20是本發明中第二進氣口為雙錐形漏斗結構時的一個具體示例的尺寸示意圖； 圖21是本發明中反應腔內的化學反應過程示意圖；
810‧‧‧第一進氣導管
811‧‧‧第一導管
820‧‧‧第二進氣導管
821‧‧‧第二導管
830‧‧‧第一進氣口
840‧‧‧第二進氣口
851‧‧‧第一隔板
852‧‧‧第二隔板
853‧‧‧第三隔板
854‧‧‧冷卻板
Claims (10)
- 一種用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，設有位於反應腔內頂部的噴淋頭，其中包含： 多個互相隔離的反應氣體擴散腔，所述多個反應氣體擴散腔包括多塊隔板，其中底部隔板上設置有多組氣體導管，通過導管向反應腔通入反應氣體，所述多組氣體導管包括： 一組第一進氣導管，用來向MOCVD設備的反應腔內輸送有機金屬氣體； 一組第二進氣導管，用來輸送氫化物氣體；所述有機金屬氣體和氫化物氣體由該噴淋頭輸送的載氣攜帶至反應腔內底部的基片表面進行薄膜沉積反應； 所述多個反應氣體擴散腔下方還包括一塊冷卻板，所述反應氣體擴散腔位於底部的隔板與冷卻板之間構成隔離氣體擴散腔，所述冷卻板上包括： 一組第一進氣口，用來向所述反應腔內輸送隔離氣體；每個所述第一進氣導管分別穿設在與之相對應的一個第一進氣口之中，使第一進氣口輸送的隔離氣體所形成的簾幕狀氣流環繞在有機金屬氣體週邊，將剛噴出的有機金屬氣體與氫化物氣體隔開；以及， 一組第二進氣口，各自為下端口徑大於上端口徑的漏斗狀； 所述第一進氣口及第二進氣口的下端開口，在冷卻板的底面相互間隔且交替分布；每個所述第二進氣口和與之相對應的一個第二進氣導管連通，通過所述第二進氣口將氫化物氣體和載氣混合後的氣體向所述反應腔內輸送。
- 如申請專利範圍第1項之用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其中所述第一進氣導管單獨輸送有機金屬氣體，或者輸送有機金屬氣體和載氣的混合氣體； 所述第二進氣導管單獨輸送氫化物氣體，或者輸送氫化物氣體和載氣的混合氣體； 所述第一進氣口輸送的隔離氣體，是載氣或吹掃氣體或其混合氣體。
- 如申請專利範圍第1項之用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其中在所述噴淋頭內部，多個互相隔離的反應氣體擴散腔的多塊隔板包括有第一隔板、第二隔板、第三隔板； 所述冷卻板與第三隔板之間形成的隔離氣體擴散腔，連通至開設在冷卻板上的所述第一進氣口和第二進氣口； 所述第三隔板與第二隔板之間形成的第二反應氣體擴散腔連通至第二進氣導管，所述第二導管插入到對應的第二進氣口中，使第二進氣口的上端圍繞在第二導管的下端的週邊； 所述第二隔板與第一隔板之間形成的第一反應氣體擴散腔連通至第一進氣導管，所述第一進氣導管穿插在對應的第一進氣口中。
- 如申請專利範圍第3項之用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其中所述噴淋頭的冷卻板中，避開各進氣口及與之連通的各氣體通道的位置，設有供冷卻介質流通的管道。
- 如申請專利範圍第3項之用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其中所述第二進氣口的側壁設置有緩衝區，所述第二進氣導管連通所述第二反應氣體擴散腔將反應氣體通入所述緩衝區，反應氣體經過緩衝區後流入第二進氣口。
- 如申請專利範圍第3項之用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其中所述第二導管的封閉的底端插入到第進氣口內，在該第二導管側壁上開設有若干開孔用來輸送反應氣體。
- 如申請專利範圍第1項之用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其中所述第一進氣口的下端位置低於穿設在其中的第一進氣導管的下端位置。
- 如申請專利範圍第1項或第3項所述的用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其中所述第二進氣口是側壁與豎直方向夾角恆定的錐形漏斗結構。
- 如申請專利範圍第1項或第3項所述的用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其中所述第二進氣口是雙錐形漏斗結構，包含側壁與豎直方向夾角為第一角度的上段，和側壁與豎直方向夾角為第二角度的下段，第一角度小於第二角度。
- 如申請專利範圍第1項或第3項所述的用於MOCVD設備的進氣及冷卻裝置，其中所述第二進氣口為多面體漏斗結構，所述第二進氣口的末端邊緣為多邊形，側壁設有多條棱。
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