CN103305809A - 一种温度连续可调的喷淋头 - Google Patents

一种温度连续可调的喷淋头 Download PDF

Info

Publication number
CN103305809A
CN103305809A CN201310258291XA CN201310258291A CN103305809A CN 103305809 A CN103305809 A CN 103305809A CN 201310258291X A CN201310258291X A CN 201310258291XA CN 201310258291 A CN201310258291 A CN 201310258291A CN 103305809 A CN103305809 A CN 103305809A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature adjustment
reaction chamber
temperature
adjustment dish
adjustment disk
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310258291XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103305809B (zh
Inventor
阮孟财
朱建军
边历峰
任昕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Original Assignee
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS filed Critical Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority to CN201310258291.XA priority Critical patent/CN103305809B/zh
Publication of CN103305809A publication Critical patent/CN103305809A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103305809B publication Critical patent/CN103305809B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

一种温度连续可调的喷淋头，用于进行金属有机化学沉积反应，包括：进气单元；反应室上盖；连接于进气单元和反应室上盖的喷淋管；其特征在于，还包括：调温盘组件，调温盘组件包括调温盘及分设两边的入口通道和出口通道，调温盘内设有供冷却介质流通的空腔，相对密封的空腔与入口通道和出口通道与空腔连通，调温盘上还对应喷淋管设有通孔，喷淋管穿插于通孔中，高温盘可上下移动连接于反应室上盖和进气单元之间；位移装置，用于调节调温盘组件上下移动。本发明可通过改变调温盘与反应室上盖的距离来调整反应室内顶端空间的温度，在生长HEMT器件、LED行业广泛应用，不仅可以解决反应室内温度梯度的有效控制问题，还能提高源的使用效率。

Description

一种温度连续可调的喷淋头
技术领域
本发明涉及金属有机化学气相沉积设备，具体涉及一种反应器上调温喷淋头。
背景技术
半导体材料在现今的科技发展中起到了举足轻重的作用。在半导体材料领域中，金属有机化学气相沉积(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)系统是利用金属有机化合物进行化学反应的气相沉积。一台MOCVD设备一般应具备四个基本系统，包括前驱体供应系统、反应器、控制系统、尾气处理系统，其中反应器是整个MOCVD过程的核心部分。在设计方面，MOCVD反应器主要由气体入口装置、反应室、托盘、加热器、废气排出口等部件组成。当系统运行时生长过程涉及输运和多组分、多相的化学反应，运载气体携带MO源和氢化物等反应剂进入反应室，随着气体流向加热的衬底，在衬底上发生反应，最后经出气口排出反应室。
MOCVD外延是一种非平衡状态下的生长，其外延层的生长速率和组分受到反应室温度、反应室压力、MO源浓度、反应时间、衬底表面状况、气流性质等各种因素的影响。在MOCVD过程中反应室内的传质与传热决定了气体流动状态，同时反应剂向衬底表面的输运、温度分布和气相反应进程，均影响外延层生长速度与组分的均匀性，也影响异质结构的界面组分梯度。另外，反应室内气流中颗粒的运动速度与温度梯度造成的热浮力密切相关。在存在温度梯度的区域，颗粒受热浮力的影响离开热表面向较冷管壁运动、使粒子偏离了流线，甚至当温度梯度大于250℃/cm时、热浮力可能成为作用于颗粒的主要作用力。在GaN薄膜的MOCVD生长中，衬底上需要约1300K的高温，而上壁面需要保持300～400K的常温，因此反应器内存在很大的温度梯度，它对薄膜沉积速率和生长均匀性具有重要影响。
鉴于此，控制反应室内的温度梯度是MOCVD设备中具有关键性的技术问题。本发明提供了反应器的附加部件，此部件不仅能控制反应室内的上部空间的温度、避免因在反应室与喷淋管的接触界面之间存在温度突变而产生具有突变性的温度梯度，而且还能提高喷淋管的温度、即提高源在进入反应室之前的温度、从而提高源的使用效率。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种温度连续可调的喷淋头，可以适当调节反应腔室中的温度梯度以提供MOCVD外延时较佳的工作环境。
为达到本发明目的，这种温度连续可调的喷淋头，包括：
进气单元，用于与输送外部反应气体并贮存反应气体；
反应室上盖，用于向反应室内导入反应气体；
连接于进气单元和反应室上盖的喷淋管；
尤其还包括：
调温盘组件，调温盘组件包括调温盘及分设两边的入口通道和出口通道，调温盘内设有供冷却介质流通的空腔，相对密封的空腔与入口通道和出口通道与空腔连通，调温盘上还对应喷淋管设有通孔，喷淋管穿插于通孔中，高温盘可上下移动连接于反应室上盖和进气单元之间；
位移装置，用于调节调温盘组件上下移动。通过位移装置将调温盘与反应室上盖的距离做适应的调节，可以达到反应室中衬底工作温度为较佳温度的目的。
优选地，所述调温盘的空腔包括外腔体和内腔体，其中外腔体分设于调温盘的两侧，分别与入口通道和出口通道连接，内腔体与外腔体内设有连接孔，所述喷淋管的通孔孔壁设于内腔体的区域内。通过单向的介质流通达到较佳的冷却降温效果。
优选地，所述内腔体与外腔体内所设的连接孔各有两个，分别设于入口通道和出口通道连接于外腔体位置的两侧。可以加强冷却介质进入内腔体时的紊流，使冷却效果更佳。
优选地，所述调温盘中的冷却介质是水或耐热油。可以针对不同的冷却效果先用廉价的水或耐热油。
优选地，所述位移装置包括电机和与之连接的丝杆，电机与反应腔顶部连接，丝杆另一端连接于调温盘上。或，
优选地，所述位移装置包括电机和与之连接的丝杆，电机与进气单元底部连接，丝杆另一端连接于调温盘上。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明提供的部件容易加工与使用；
2、冷却介质的种类可以随着具体的半导体材料生长条件的要求而选择。在需求低温的生长条件下可以用冷却水。相反，在高温的生长阶段下、耐热油可以被用来替代；
3、在使用过程中，可通过改变调温盘与反应室上盖的距离来调整反应室内顶端空间的温度；
本发明可以在生长HEMT器件、LED行业广泛应用，不仅可以解决反应室内温度梯度的有效控制问题，还能提高源的使用效率。
附图说明
图1为本发明实施例喷淋头的结构示意图。
图2为本发明实施例的调温盘组件的结构示意图。
图3为本发明实施例的调温盘组件的另一视角结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图用实施例进一步说明。其中，相同的标号始终表示相同部件。在附图中，为了清晰起见，可以夸大各部件的比例关系。在下面的描述中，为了避免公知结构和/或功能的不必要的详细描述所导致的本发明构思的混淆，可省略公知结构和/或功能的不必要的详细描述。如本实施例，喷淋头所对应装配的反应室结构与本发明关系并无很大关系，省略相应描述。
如图1所示，这种温度连续可调的喷淋头，包括：
进气单元11，用于与输送外部反应气体并贮存反应气体，在金属有机物化学气相沉积反应(MOCVD)中，气体有金属有机(III族)源气体、管路以及V族源气体，分别通过相应的通路通到进气单元11中，本实施例没有细化描述，相应地，需要各自对应的喷淋管10将它们输送到反应室中，图中可见，各喷淋管10的端部是与反应室上盖13连接的，即反应室上盖13和其下部对应的托盘(及衬底)组成一个环境比较简单的反应室条件。然而，由于托盘(未示出)底部的加热和反应环境的需要，整个反应室的温度比较高，决定了喷淋头也处于比较高的温度中，这势必给尚未输送到反应室中的反应气体加热到比较高的温度，使得反应不能正常进行，所以需要一套用于冷却降温的设置对其进行降温处理，本实施例中，调温盘组件起到这一作用。
同时结合图2、图3，调温盘组件包括调温盘12及分设两边的入口通道123和出口通道124，调温盘12内设有供冷却介质流通的空腔，相对密封的空腔与入口通道123和出口通道124与空腔连通，冷却介质通过入口通道123进入调温盘12的空腔，并从出口通道124流出；调温盘12上还对应喷淋管10设有通孔121，喷淋管10穿插于通孔121中，调温盘12可上下移动连接于反应室上盖13和进气单元11之间；图中可见，所述调温盘12的空腔包括外腔体15和内腔体16，其中外腔体15分设于调温盘12的外周，外腔体15的两侧分别与入口通道123和出口通道124连接，内腔体16与外腔体15之间设有连接孔125、122，所述通孔121的孔壁设于内腔体16所处的区域内。冷却介质流通内腔16达到对插入通孔121的喷淋管10进行冷却降温的效果。另外，内腔体16与外腔体15内所设的连接孔125、122各有两个，分别设于入口通道123和出口通道124连接于外腔体15位置的两侧。可以加强冷却介质进入内腔体16时的紊流，使冷却效果更佳。
调温盘12的上下移动是通过位移装置来达到的。通过位移装置将调温盘12与反应室上盖13的距离做适应的调节，可以达到反应室中衬底工作温度为较佳温度的目的。位移装置包括电机和与之连接的丝杆，电机与进气单元11底部连接，丝杆另一端连接于调温盘12上。在其他实施例中，位移装置的电机也可以固定安装于反应腔顶部。
工作时，反应腔中的温度测试装置测量到托盘表面(或衬底)温度，与一预定值对比(该沉积反应所需温度)，如果高于预定值，需要进一步降低温度，则需要调节位移装置，使得调温盘12与反应室上盖13的距离d进一步缩短，反之，如果温度测试装置测量到托盘表面(或衬底)温度，比预定值对比低，需要进一步升高温度，则需要调节位移装置，使得调温盘12与反应室上盖13的距离d进一步加大，利用反应室内的温度梯度，调节调温盘12的高低来达到对托盘(衬底)表面温度调节的目的，本实施例的调节作用对于反应室中各衬底是统计调节的，而且利用温度梯度的特性可以达到更好的微调效果。
比如，在生长GaN成核层阶段中，生长温度需要保持在于480℃，冷却介质可以选用水，通过改变调温盘与反应室上盖之间的距离d来控制反应室内上端的温度不超过480℃。
或者，在生长GaN外延层阶段中，生长温度需要保持在于980℃，冷却介质选用耐热油，通过改变调温盘与反应室上盖之间的距离d来控制反应室内上端的温度不超过980℃，同时给在喷淋管内的所有金属有机(III族)源、气(V族)源和气流场气源进行预热处理。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例，并未限制本发明的范围。凡是包含于权利要求书中的精神及范畴内的修改及均等设置均包括在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种温度连续可调的喷淋头，用于进行金属有机化学沉积反应，包括：
进气单元，用于与输送外部反应气体并贮存反应气体；
反应室上盖，用于向反应室内导入反应气体；
连接于进气单元和反应室上盖的喷淋管；
其特征在于，还包括：
调温盘组件，调温盘组件包括调温盘及分设两边的入口通道和出口通道，调温盘内设有供冷却介质流通的空腔，相对密封的空腔与入口通道和出口通道与空腔连通，调温盘上还对应喷淋管设有通孔，喷淋管穿插于通孔中，高温盘可上下移动连接于反应室上盖和进气单元之间；
位移装置，用于调节调温盘组件上下移动。
2.根据权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，所述调温盘的空腔包括外腔体和内腔体，其中外腔体分设于调温盘的两侧，分别与入口通道和出口通道连接，内腔体与外腔体内设有连接孔，所述喷淋管的通孔孔壁设于内腔体的区域内。
3.根据权利要求2所述的喷淋头，其特征在于，所述内腔体与外腔体内所设的连接孔各有两个，分别设于入口通道和出口通道连接于外腔体位置的两侧。
4.根据权利要求3所述的喷淋头，其特征在于，所述调温盘中的冷却介质是水或耐热油。
5.根据权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，所述位移装置包括电机和与之连接的丝杆，电机与反应腔顶部连接，丝杆另一端连接于调温盘上。
6.根据权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，所述位移装置包括电机和与之连接的丝杆，电机与进气单元底部连接，丝杆另一端连接于调温盘上。
CN201310258291.XA 2013-06-26 2013-06-26 一种温度连续可调的喷淋头 Active CN103305809B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310258291.XA CN103305809B (zh) 2013-06-26 2013-06-26 一种温度连续可调的喷淋头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310258291.XA CN103305809B (zh) 2013-06-26 2013-06-26 一种温度连续可调的喷淋头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103305809A true CN103305809A (zh) 2013-09-18
CN103305809B CN103305809B (zh) 2016-08-10

Family

ID=49131518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310258291.XA Active CN103305809B (zh) 2013-06-26 2013-06-26 一种温度连续可调的喷淋头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103305809B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105088335A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 理想能源设备(上海)有限公司 一种生长石墨烯薄膜的装置及其生长方法
CN117219541A (zh) * 2023-09-11 2023-12-12 拓荆科技(上海)有限公司 喷淋盘温控装置、温控方法以及半导体镀膜设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1830072A (zh) * 2003-09-03 2006-09-06 东京毅力科创株式会社 气体处理装置和散热方法
CN101914761A (zh) * 2010-08-16 2010-12-15 华晟光电设备(香港)有限公司 用于mocvd反应腔中反应气体输送与均匀分布控制的装置
CN102242351A (zh) * 2010-05-12 2011-11-16 塔工程有限公司 喷头及用于制造具有该喷头的半导体基板的装置
CN102433551A (zh) * 2011-12-31 2012-05-02 汉能科技有限公司 一种反应腔室喷淋系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1830072A (zh) * 2003-09-03 2006-09-06 东京毅力科创株式会社 气体处理装置和散热方法
CN102242351A (zh) * 2010-05-12 2011-11-16 塔工程有限公司 喷头及用于制造具有该喷头的半导体基板的装置
CN101914761A (zh) * 2010-08-16 2010-12-15 华晟光电设备(香港)有限公司 用于mocvd反应腔中反应气体输送与均匀分布控制的装置
CN102433551A (zh) * 2011-12-31 2012-05-02 汉能科技有限公司 一种反应腔室喷淋系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105088335A (zh) * 2014-05-09 2015-11-25 理想能源设备(上海)有限公司 一种生长石墨烯薄膜的装置及其生长方法
CN105088335B (zh) * 2014-05-09 2018-01-05 理想能源设备(上海)有限公司 一种生长石墨烯薄膜的装置及其生长方法
CN117219541A (zh) * 2023-09-11 2023-12-12 拓荆科技(上海)有限公司 喷淋盘温控装置、温控方法以及半导体镀膜设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN103305809B (zh) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9396909B2 (en) Gas dispersion apparatus
CN1265432C (zh) 具有可移动的百叶窗挡板的反应器
CN101191202B (zh) 金属有机物化学气相沉积设备反应腔的加热系统
TWI582263B (zh) 氣體輸送系統與氣體輸送系統的使用方法
CN201284372Y (zh) 多重气流金属有机物化学气相沉积设备的反应腔体
CN103443325A (zh) 用于原子层沉积的设备与工艺
CN104471678B (zh) 用于输送工艺气体至基板的方法和设备
CN115354303B (zh) 反应腔装置
CN103305809A (zh) 一种温度连续可调的喷淋头
CN102560429B (zh) 金属有机气相沉积装置
CN101298693A (zh) 一种用于mocvd系统的双层气流石英整流罩反应室装置
US10745824B2 (en) Film forming apparatus
US20150361582A1 (en) Gas Flow Flange For A Rotating Disk Reactor For Chemical Vapor Deposition
CN103160814B (zh) 反应室及其气流控制方法
US20170338135A1 (en) Thermal coupled quartz dome heat sink
CN103451621B (zh) Mocvd反应腔及工艺设备
CN105986244A (zh) 一种化学气相沉积装置及其清洁方法
CN105648425B (zh) 一种化学气相沉积装置及其温控方法
CN204676149U (zh) 一种用于对mocvd气体喷淋头进行预处理的反应器
CN105986243B (zh) 一种mocvd反应器的处理方法
CN105463577A (zh) Iii族氮化物晶体的制造方法及制造装置
CN103320852A (zh) 用于外延沉积的反应腔
CN102747420A (zh) 用于多晶铸锭炉的热交换台及其通气管径变化方法
CN105420693A (zh) 用于mocvd反应器中的加热装置
CN105695952A (zh) 热壁式金属有机物化学气相沉积喷淋装置及工艺方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant