CN103060775B

CN103060775B - 用于cvd设备的多面漏斗型进气装置及cvd设备

Info

Publication number: CN103060775B
Application number: CN201310036037.5A
Authority: CN
Inventors: 王劼; 张立国; 范亚明; 张泽洪
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: CN103060775A

Abstract

本发明公开了一种用于CVD设备的多面漏斗型进气装置及CVD设备。该进气装置呈多面体形结构，包括呈环形分布的复数个漏斗瓶进气喷头，其中任一漏斗瓶进气喷头内均设有相互隔离的内层进气腔和外层进气腔，所述内层进气腔和外层进气腔分别与第一进气管和第二进气管连通。该CVD设备包括前述多面漏斗型进气装置。本发明能够将不同反应源气体分隔送入反应室中，使不同反应源到达衬底前就已充分混合，并且有效抑制预反应，同时，本发明还可使反应气体以一定角度，从一个小区域均匀扩散到一个大的区域之中，实现层流，为反应室提供均匀而且可以快速切换的供气。本发明可有效提高CVD设备外延生长的速度、质量以及原材料利用率。

Description

用于CVD设备的多面漏斗型进气装置及CVD设备

技术领域

本发明涉及一种半导体薄膜沉积设备，尤其涉及一种用于化学气相沉积（CVD）设备的多面漏斗型进气装置及CVD设备。

背景技术

化学气相沉积设备，是制备化合物半导体外延材料的核心设备，尤其在制备超晶格、量子阱等方面具有明显优势，已用于光电子产业的规模化工业生产，是现今信息产业化、国防高新化发展形势下，不可或缺的战略性高技术半导体设备。

CVD设备外延生长晶体材料时，各种源材料及运载气体通过不同管道进入反应室，其中，源材料为V族源气体和III族源气体，参与化学反应并且生成物中含有本源材料成分；运载气体为氮气、氢气及惰性气体等，本身不参加化学反应，只是携带反应源进入反应室中。V族和III族源气体在高温下极易发生预反应，生成不可分解的聚合物，在衬底表面沉积，影响结晶质量，因此二者必须被分隔送入反应室中进行CVD生长。但是CVD生长过程极复杂，涉及输运和多组分、多相的化学反应，通常有几十个化学反应发生，只有在衬底表面进行的化学反应，才可能生成结晶质量好的晶体。

目前，CVD设备的进气装置，基本上都可以实现将两种反应源分别送入反应室，但是由于气体混合和气体间的预反应是一对矛盾：当气体混合均匀时，气体间的预反应大；当气体间的预反应小时，则气体很难混合均匀。存在以下问题：两种反应源未到达衬底表面就已混合，在高温下发生预反应，影响晶体质量；两种反应源没有充分混合就已经到达衬底的表面，对材料生长的速度、结晶质量以及原材料利用率均有不利影响。因此，在保证气流场层流的情况下，提高CVD设备外延生长的速度、质量以及原材料利用率，必须解决上述问题。

有鉴于此，有必要提供一种能够保证气流场的均匀性要求，同时兼顾反应源气体混合充分、气体间预反应小的CVD进气装置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能够将不同反应源气体分隔送入反应室中，使不同反应源到达衬底前就已充分混合，并且预反应小的用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，藉以在保证气流场均匀性的同时，克服反应源气体混合和预反应这一对矛盾，提高CVD设备外延生长的速度、质量以及原材料利用率。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，其呈多面体形结构，并包括呈环形分布的复数个漏斗瓶进气喷头，其中任一漏斗瓶进气喷头内均设有相互隔离的内层进气腔和外层进气腔，所述内层进气腔和外层进气腔分别与第一进气管和第二进气管连通。

进一步的，所述漏斗瓶进气喷头包括瓶口和瓶身，所述瓶身一端为封闭端，另一端与所述瓶口的一端固定连接，所述瓶口的另一端为开口端，并且，所述第一进气管和第二进气管分别经所述瓶身的内层进气腔和外层进气腔与所述瓶口的内层进气腔和外层进气腔连通。

作为较为优选的实施方案之一，所述第一进气管和第二进气管分别与所述瓶身的外侧壁和内侧壁固定连接。

作为较为优选的实施方案之一，该复数个漏斗瓶进气喷头的瓶口部依次固定连接形成封闭环形结构。

作为较佳的具体应用方案之一，所述瓶口与瓶身之间沿径向呈20°夹角。

作为较为优选的实施方案之一，所述第一进气管和第二进气管均部分穿设于所述瓶身内，且所述第一进气管和第二进气管朝向瓶身一端的一侧管壁上还分布有用于使第一进气管和第二进气管与瓶身内腔连通的豁口。

作为较佳的具体应用方案之一，所述豁口的两侧内壁之间呈90°夹角。

作为较为优选的实施方案之一，所述漏斗瓶进气喷头内设有用以将内层进气腔和外层进气腔隔离的分层挡板。

作为较为优选的实施方案之一，所述瓶口的内层进气腔和外层进气腔中还均安装有两块以上间隔设置的导流挡板。

本发明的另一目的在于提供一种CVD设备，它包括如上所述的多面漏斗型进气装置。

与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：

（1）能够使气体从一个较小区域均匀稳定地扩散到一个较大区域之中；

（2）能够获得自下而上的平行于衬底基片的多面环形层流（例如，十面环形层流）；

（3）能够将不同的反应源气体分隔送入反应室，完全消除预反应，通过通入隔离气体，可以实现反应气体与腔室接触，保护腔室；

（4）漏斗瓶进气喷头的内层通入一种反应源（如，V族源，包括NH₃等），更易于NH₃等的有效分解，提供更多的活性N源；多面漏斗型进气装置的外层通入惰性气体(如，N₂)或另一种反应源（如，V族气体），一方面下压后程气流，减薄边界层，另一方面阻挡了中层反应源（如，中层III族源，包括TMGa等）向外壁石英罩扩散，减少了壁面寄生反应；在内外层的气流的变化下，可以调节中层反应源（如，中层III族源）扩散到衬底表面的速率，从而调节薄膜沉积的均匀性。

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热点，其中：

图1是本发明实施例1的立体图；

图2是本发明实施例1的主视图；

图3是本发明实施例1的俯视图；

图4是本发明实施例1中V族或III族进气管的结构示意图；

图5是本发明实施例1中漏斗瓶进气喷头的结构示意图；

图6是图5所示漏斗瓶进气喷头的A-A向剖视图；

其中：1-III族进气管、2-V族进气管、3-分层挡板、4-漏斗瓶进气喷头、5-V族气体进气腔、6-III族气体进气腔、7-瓶口、8-瓶身、9-导流挡板。

具体实施方式

本发明的一个方面旨在提供一种用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，其包括多个结构相同、环绕中心连接呈多面体的漏斗瓶进气喷头，漏斗瓶进气喷头内部被一块分层档板完全隔离成内、外两层进气腔，该内、外层进气腔还分别与第一进气管和第二进气管连通。

以该多面漏斗型进气装置在III族-V族半导体器件生长工艺中的应用为例，前述内、外两层进气腔可分别作为V族气体进气腔、III族气体进气腔。

进一步的，前述漏斗瓶进气喷头可包括瓶身、瓶口两部分，其中，瓶身一端为封闭端，另一端与瓶口的一端固定连接，瓶口的另一端为开口端，并且第一进气管和第二进气管分别经瓶身的内层进气腔和外层进气腔与瓶口的内层进气腔和外层进气腔连通。

优选的，前述多个漏斗瓶进气喷头的瓶口部依次固定连接形成封闭环形结构。

作为较佳的具体应用例之一，前述所述瓶口与瓶身之间可沿径向呈20°夹角。

作为较为优选的实施方案之一，前述第一进气管（如，可作为V族进气管）和第二进气管（如，可作为III族进气管）可分别安装在瓶身的内、外两面侧壁上，负责输运V族、III族气体到瓶身内。

作为较为优选的实施方案之一，前述第一进气管和第二进气管均部分穿设于瓶身内，且第一进气管和第二进气管朝向瓶身一端的一侧管壁上还分布有用于使第一进气管和第二进气管与瓶身内腔连通的豁口。

优选的，前述第一进气管和第二进气管结构可完全相同，均为水平方向出口被封堵，气体从前述豁口处输送到瓶身内，便于气体充分扩散到瓶口。前述豁口的两侧内壁之间优选呈90°夹角。

在一较佳的具体应用例中，前述第一进气管和第二进气管均可采用不锈钢细管，其管内径在6mm左右，管壁厚度在1mm左右。

作为较为优选的实施方案之一，前述漏斗瓶进气喷头内还可设有用以将内层进气腔和外层进气腔完全隔离的分层挡板。

作为较为优选的实施方案之一，前述瓶口处的每层腔室内还可采用两块以上导流挡板分为彼此隔离的至少三条通道，便于气流顺畅扩散。

前述分层挡板和导流挡板均可采用不锈钢隔板，但不限于此。

藉由本发明的技术方案，能够将不同反应气体（如，III族源和V族源气体）完全分隔送入反应室，有效抑制预反应，并且使气体以一定角度，从一个小区域均匀扩散到一个大的区域当中，实现层流，为反应室提供均匀而且可以快速切换的供气。

本发明的另一个方面旨在提供一种CVD设备，其包含前述的多面漏斗型进气装置。

作为较为优选的实施方案之一，可将前述多面漏斗型进气装置设于CVD设备的反应室底部，并使反应气流自下而上吹扫进入反应室。

下面将结合一较佳实施例及相应附图对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

参阅图1-图6，该用于CVD设备的多面漏斗型进气装置包括多个结构相同、环绕中心连接呈多面体形的漏斗瓶进气喷头4。其中，漏斗瓶进气喷头4包括瓶口7、瓶身8两部分。漏斗瓶进气喷头4内部被一块分层档板3完全隔离成内、外两层进气腔，其可以分别作为V族气体进气腔5、III族气体进气腔6。在瓶身8的内、外两面侧壁上，分别安装有负责输运V族、III族气体到瓶身内的V族进气管2、III族进气管1。V族进气管2、III族进气管1结构相同，均为水平方向出口被封堵，气体从进气管面朝下一侧90°豁口处输送到瓶身内，便于气体充分扩散到瓶口（见图4）。瓶口7处的每层腔室内又被两块导流挡板9分为彼此隔离的三条通道，便于气流顺畅扩散。

藉由前述设计，能够将III族源和Ⅴ族源气体完全分隔送入反应室，有效抑制预反应，并且使气体以一定角度，从一个小区域均匀扩散到一个大的区域当中，实现层流，为反应室提供均匀而且可以快速切换的供气。

需要指出的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，其特征在于，所述进气装置的横截面呈多面体形结构，其包括呈环形分布的复数个漏斗瓶进气喷头，其中任一漏斗瓶进气喷头内均设有相互隔离的内层进气腔和外层进气腔，所述内层进气腔和外层进气腔分别与第一进气管和第二进气管连通；

其中，所述漏斗瓶进气喷头包括瓶口和瓶身，所述瓶身一端为封闭端，所述瓶身另一端与所述瓶口的一端固定连接，所述瓶口的另一端为开口端，并且，所述第一进气管和第二进气管分别经所述瓶身的内层进气腔和外层进气腔与所述瓶口的内层进气腔和外层进气腔连通，所述漏斗瓶进气喷头的内层进气腔由所述瓶身部的内层进气腔与所述瓶口部的内层进气腔组成，所述漏斗瓶进气喷头的外层进气腔由所述瓶身部的外层进气腔与所述瓶口部的外层进气腔组成；

所述第一进气管和第二进气管均部分插入所述瓶身内，且所述第一进气管和第二进气管朝向瓶身一端的一侧管壁上还分布有用于使第一进气管和第二进气管与瓶身内腔连通的豁口。

2.根据权利要求1所述的用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，其特征在于，所述第一进气管和第二进气管分别与所述瓶身的内侧壁和外侧壁固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，其特征在于，该复数个漏斗瓶进气喷头的瓶口部依次固定连接形成封闭环形结构。

4.根据权利要求1所述的用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，其特征在于，所述瓶口与瓶身之间沿径向呈20°夹角。

5.根据权利要求1所述的用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，其特征在于，所述豁口的两侧内壁之间呈90°夹角。

6.根据权利要求1所述的用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，其特征在于，所述漏斗瓶进气喷头内设有用以将内层进气腔和外层进气腔隔离的分层挡板。

7.根据权利要求1或6所述的用于CVD设备的多面漏斗型进气装置，其特征在于，所述瓶口的内层进气腔和外层进气腔中还均安装有两块以上间隔设置的导流挡板，用以将所述瓶口的内层进气腔和外层进气腔分为彼此隔离的三条以上气流通道。

8.一种CVD设备，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的多面漏斗型进气装置。