CN101914762B - 一种用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，该结构包括进气顶盘法兰和水冷匀气板，该进气顶盘法兰为一圆形金属盘状结构，中间为圆形凹坑，沿圆形凹坑径向用板条隔开，分为2n个扇形区，n为大于1的整数；该水冷匀气板分为有机源水冷匀气板和氢化物气体水冷匀气板，每一个扇形区对应一个水冷匀气板。利用本发明，可以使反应气体均匀的进入反应室内，使反应室内气体达到均匀生长的气流模式。

Description

一种用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构
技术领域
本发明涉及III-V族化合物半导体制作技术领域，特别涉及一种用于金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的进气喷头结构。
背景技术
金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)设备，用于化合物半导体氮化镓、砷化镓、磷化铟、氧化锌等功能结构材料的制备，尤其适合规模化工业生产，因此成为目前化合物半导体外延材料研究和生产的关键设备，是当前生产半导体光电器件和微波器件材料的主要手段，应用领域广泛。
MOCVD生长是一种非平衡生长技术，通过这种技术外延的材料其质量取决于反应气体通过MOCVD进气喷头后的气流输运状态和在衬底表面温场内的后续反应。如何实现有机金属源气体以及氢化物等气态反应物在反应室中形成合适的气流模式，MOCVD进气喷头的优化设计至关重要，因此进气喷头的设计是MOCVD设备的核心技术之一，也是需要不断创新和探索改进的技术问题。
目前常规的MOCVD设备进气喷头存在一定的不足和缺点，比如通过常规结构的进气喷头进入反应室的气体，尤其是有机源气体在衬托径向上分配不均匀，容易造成外延材料均匀性较差，而进气喷头上的氢化物气体进气区域面积与有机源进气区域面积相比差别很大，使得有机源和氢化物两种反应物在周向上的分布也很不均匀，为了使反应物在到达衬底前均匀混合并形成合适的层流模式，往往需要采用增大进气喷头与衬底之间的距离，以及提高衬底的旋转速度来增大对气流的离心力的方法，迫使反应物气流在到达衬底前均匀混合，从而获得均匀的外延材料。这种技术为调整外延材料的均匀性增加了困难，降低了原料的利用效率，高速旋转也使设备的技术难度加大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，以使反应气或载气通过这种进气喷头进入到金属有机物化学气相沉积设备反应室内时能够均匀混合。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，该结构包括进气顶盘法兰和水冷匀气板，该进气顶盘法兰为一圆形金属盘状结构，中间为圆形凹坑，沿圆形凹坑径向用板条隔开，分为2n个扇形区，n为大于1的整数；该水冷匀气板分为有机源水冷匀气板和氢化物气体水冷匀气板，每一个扇形区对应一个水冷匀气板。
上述方案中，所述有机源水冷匀气板与相应的进气顶盘法兰扇形区构成有机源进气腔室，所述氢化物气体水冷匀气板与相应的进气顶盘法兰扇形区构成氢化物气体进气腔室。
上述方案中，所述有机源进气腔室与所述氢化物气体进气腔室交错分布。
上述方案中，所述水冷匀气板由传热能力好的金属材料制作而成，冷却水从水冷匀气板内部或边缘封闭管路流过，带走热量，起到冷却的作用。
上述方案中，所述水冷匀气板上有均匀的狭缝或小孔连通进气腔室和反应室腔体，反应气或载气从这些狭缝或小孔喷入反应室腔体内。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1)、利用本发明提供的用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，可以使反应气体均匀的进入反应室内，使反应室内气体达到均匀生长的气流模式。
2)、本发明提供的用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，两种反应气体进口处有两层相邻水冷，减小两种反应气体的预反应和预沉积；
3)、本发明提供的用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，与常规MOCVD进气喷头相比，提高外延片的晶体均匀性，提高原料的利用效率，降低制作加工难度，减少维护次数。
附图说明
以下参考附图是对具体实施例的详细描述，将会更好地理解本发明的内容和特点，其中：
图1是本发明一个具体实施例的三维示意图；
图2是图1的上视图；
图3是图2的解剖图(移掉其中相邻两个水冷匀气板)；
图4是顶盘法兰三维示意图；
图5是有机源气体水冷匀气极三维示意图；
图6是氢化物反应气体水冷匀气板三维示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种用于金属有机物化学沉积设备的反应室进气喷头，包括进气顶盘法兰、水冷匀气板，其中进气顶盘法兰分为若干个扇形区，水冷匀气板分为有机源水冷匀气板和氢化物水冷匀气板，有机源水冷匀气板与进气顶盘法兰相应扇形区构成有机源进气腔室，氢化物水冷匀气板与进气顶盘法兰相应扇形区构成氢化物进气腔室。冷却水从水冷匀气板内部或边缘封闭管路流过，带走热量，起到冷却的作用，水冷匀气板上有均匀的狭缝或小孔连通进气腔室和反应室腔体，气体从这些狭缝或小孔喷入反应室腔体内。气体通过这种进气喷头进入到反应室内均匀混合，提高外延片的均匀性，消除反应气体在生长室内的预反应，改善晶体质量。
图1是本发明一个具体实施例的三维示意图，图2是图1的上视图，反应气体或载气通过进气喷头01上的一组进气管路05进入进气喷头内，进气喷头01主要包括进气顶盘法兰02、有机源水冷匀气板03、和氢化物气体水冷匀气板04。图3是图2的解剖图，移去其中相邻的一个有机源水冷匀气板03和一个氢化物气体水冷匀气板04。图4是进气顶盘法兰02三维示意图，进气顶盘法兰为一圆形金属盘状结构21，中间为圆形凹坑，沿圆形凹坑径向用板条22隔开，分为2n(n为大于1的整数)个扇形区，其个数和扇形圆心角度数以产生合适的混合气体的气流模式以及MOCVD反应室直径大小来决定。在本具体实施例里面n取4，即共分为8个扇形区域，其中有机源进气腔室扇形区23为4个，沿周向均布，扇形圆心角度数为6°，氢化物气体进气腔室扇形区24为4个，沿周向均布，扇形圆心角度数为84°。每一个扇形区对应一个水冷匀气板，水冷匀气板边缘与构成扇形区的肋板、顶盘法兰边缘可以严密固定在一起，里面形成一定体积的空腔。有机源水冷匀气板03与进气顶盘法兰扇形区23构成有机源进气腔室，氢化物气体水冷匀气板04与进气顶盘法兰扇形区24构成氢化物气体进气腔室。图5是有机源水冷匀气板03的三维示意图，有机源水冷匀气板03边缘为水冷管路31，水冷管路31围绕里面是多孔不锈钢板32，多孔不锈钢板32上的小孔均匀分布。小孔直径和孔间距以产生合适的气流模式以及MOCVD反应室直径大小来决定，在本具体实施例中小孔直径为1.5mm，孔间距1.5mm。图6是氢化物气体水冷匀气板04的三维示意图，氢化物气体水冷匀气板04为一个扇形板，与氢化物气体进气腔室扇形区24边缘尺寸相对应，本具体实施例中氢化物气体水冷匀气板04扇形圆心角度数为84°。氢化物气体水冷匀气板04包括进水管路41，出水管路42，内嵌的冷却水管路43，以及进气狭缝44组成，本具体实施例中狭缝平行于扇形的径向边，在中间相交，因此每一条都呈角度为84°的锐角形状，狭缝与狭缝彼此平行；为了使进入反应室的气流更加均匀和平稳，需要采用合适的狭缝宽度和狭缝与狭缝间距，以及在水冷匀气板上面可以再加上一层匀气网，本具体实施例中狭缝宽度为1mm，间距为10mm。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，其特征在于，该结构包括进气顶盘法兰和水冷匀气板，该进气顶盘法兰为一圆形金属盘状结构，中间为圆形凹坑，沿圆形凹坑径向用板条隔开，分为2n个扇形区，n为大于1的整数；该水冷匀气板分为有机源水冷匀气板和氢化物气体水冷匀气板，每一个扇形区对应一个水冷匀气板，其中有机源水冷匀气板为多孔板，氢化物气体水冷匀气板为具有多条狭缝的扇形板并内嵌冷却水管路；
其中，冷却水从水冷匀气板内部或边缘封闭管路流过，有机源水冷匀气板边缘为水冷管路；水冷匀气板边缘与构成扇形区的肋板、顶盘法兰边缘严密固定在一起，里面形成一定体积的空腔；有机源水冷匀气板与相应的进气顶盘法兰扇形区构成有机源进气腔室，氢化物气体水冷匀气板与相应的进气顶盘法兰扇形区构成氢化物气体进气腔室。
2.根据权利要求1所述的用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，其特征在于，所述有机源进气腔室与所述氢化物气体进气腔室交错分布。
3.根据权利要求1所述的用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，其特征在于，所述水冷匀气板由传热能力好的金属材料制作而成，冷却水从水冷匀气板内部或边缘封闭管路流过，带走热量，起到冷却的作用。
4.根据权利要求1所述的用于金属有机物化学气相沉积设备的进气喷头结构，其特征在于，所述水冷匀气板上有均匀的狭缝或小孔连通进气腔室和反应室腔体，反应气或载气从这些狭缝或小孔喷入反应室腔体内。
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