CN104630747B - 一种mocvd设备的喷淋头 - Google Patents

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    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles

Abstract

本发明公开了一种MOCVD设备的喷淋头，包括将Zn源直接送进反应腔的Zn源管道，观察器以及辅助气体入口，所述喷淋头内腔顶部设有将所述辅助气体入口送入的气体进行折流过滤的折流机构，折流机构下设有若干漏斗形的送气管，各条送气管之间还包括冷却水管道。本发明的喷淋头，解决现有技术的喷淋头，反应物过早地受热反应，造成滤网阻塞的问题，并从结构上改进送气管道系统，让气体输送到基片表面前气流均匀无湍流，减少寄生反应和高温寄生沉积，提高薄膜生产效果。

Description

一种MOCVD设备的喷淋头
技术领域
本发明涉及金属化学气相淀积设备的技术领域，特指一种装置于MOCVD设备上的新型喷淋头。
背景技术
金属有机化合物化学气相沉积，即MOCVD(Metal-organic Chemical VaporDeposition),是制备化合物半导体薄膜的一项关键技术。它利用较易挥发的有机物如(C2H5)2Zn等作为较难挥发的金属原子的源反应物，通过载气携带到反应器内，与O2、H2O等辅助气体发生反应，在加热的基片上生成ZnO薄膜，用于微电子或光电器件。
其中，制备薄膜的重要指标之一，就是其厚度和组分的均匀性。在MOCVD技术中，要生产出厚度和组分均匀的大面积薄膜材料，就需要基片表面各处的生产速度，以及到达基片的反应物浓度应尽量均匀一致。要满足上述要求，则需要反应物在到达基片表面各处前混合均匀。而周边的流场、温度场和浓度场也应均匀分布，基片上方应处于层流区，无任何形式的涡流，新鲜的反应物才能同时抵达基片的上方各处。
MOCVD设备是采用金属有机化合物化学气相沉积的工艺来生产半导体的设备。该设备可运用于生产ZnO薄膜,也可生产GaN、GaAs薄膜。MOCVD机器一般包括：(1)源供给系统；(2)气体输运系统；(3)反应腔；(4)加热系统；(5)尾气处理系统；(6)控制系统；(7)晶片取放系统。
现有技术中的MOCVD设备，其喷淋头均采用多层滤网的层架式结构，该结构下的MOCVD机滤网容易发生阻塞，影响反应效果。滤网容易阻塞的原因是由于滤网靠近反应内腔所导致的，反应内腔温度较高，反应气体过早地在喷淋头设置的滤网与喷淋头顶部围绕而成的腔室中混合，发生反应，从而造成滤网阻塞，影响薄膜生产效果。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型MOCVD设备的喷淋头，解决现有技术的喷淋头，反应物过早地受热反应，造成滤网阻塞的问题，并从结构上改进送气管道系统，让气体输送到基片表面前气流均匀无湍流，减少寄生反应和高温寄生沉积，提高薄膜生产效果。
为了达到上述目的，给出一种MOCVD设备的喷淋头，包括将Zn源直接送进反应腔的Zn源管道，观察器以及辅助气体入口，所述喷淋头内腔顶部设有将所述辅助气体入口送入的气体进行折流过滤的折流机构，折流机构下设有若干漏斗形的送气管，各条送气管之间还包括冷却水管道。
本发明MOCVD设备的喷淋头，针对行业上MOCVD设备现存的缺陷，以及半导体行业对于MOCVD的需求，改进喷淋头的结构，抛弃了现有技术使用多层滤网的层架式结构，通过在喷淋头内腔顶部设有的折流机构，将送入的辅助气体进行折流过滤，再经过由冷却水管道环绕的漏斗形送气管，进行温度控制后，再让辅助气体进入反应腔与Zn源气体进行均匀混合，在到达基片上进行化学反应。本发明的喷淋头，让辅助气体输送到基片表面前，气流均匀无湍流，同时减少寄生反应和高温寄生沉积，解决现有技术的喷淋头，反应物过早地受热反应，造成滤网阻塞问题，从而提高薄膜生产效果。
作为本发明喷淋头的一种改进，所述折流机构为设于喷淋头内腔顶部向内水平延伸的折流环，折流环表面设有若干连续的凸环。辅助气体进入喷淋头后，经过折流环表面的凸环进行折流过滤、调整均匀后，再进入送气管。所述凸环的数量及大小，可根据实际辅助气体的流速，进行相应的调节。
在上述的基础上进一步改进，所述折流环为可拆卸式，以便调节及清洁之用，拆卸或更换。
作为本发明喷淋头的一种改进，所述喷淋头内腔顶壁也设有若干向内连续的凸环。使喷淋头内腔顶壁与上述折流环二者的连续凸环，形成上下折流的通道，加强对辅助气体的折流过滤效果。
作为本发明喷淋头的一种改进，所述送气管的两端为喇叭形开口设计，增强送气效果。开口大小可根据辅助气体流速进行调节。
在上述的基础上进一步改进，所述送气管设有单向阀门，以便对进入送气管的辅助气体进行温度的控制。具体地，所述辅助气体进入送气管道后，如辅助气体温度过高，可先闭合单向阀门，让辅助气体在送气管道内，送气管外的冷却水管道对辅助气体充分降温后，再打开单向阀门，向反应腔送入降温后的辅助气体，从而避免辅助气体由于温度过高，过早发生反应，造成阻塞。
在上述的基础上进一步改进，所述送气管形成为若干层连续的输气管道，并分布于喷淋头内腔侧壁，让辅助气体输送到基片表面前，做好充分均匀过滤。
在上述的基础上改进，所述送气管由金属材料制成，可优选采用钢质材料，让冷却效果更佳。
作为本发明喷淋头的一种改进，所述冷却水管道设于各条所述送气管之间形成的间隙内，并形成冷却水流循环的管道系统。一方面，在送气管之间形成的间隙内设置冷却水管道，增强喷淋头结构的紧凑性；另一方面，冷却水管道给送气管内的辅助气体，进行持续的温度控制，保持低温，避免辅助气体过早受热发生反应，造成阻塞。
作为本发明喷淋头的实际应用，可应用于各种MOCVD设备。
附图说明
图1为本发明一种MOCVD设备的喷淋头应用于MOCVD设备上的横截面结构示意图；
图2为本发明一种MOCVD设备喷淋头的结构放大图；
图3为本发明一种MOCVD设备喷淋头的内部结构示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的一种MOCVD设备的喷淋头。
如图1所示MOCVD设备，包括喷淋头1、反应腔2、安装基片的操作盘3以及废气排出口4，其中，该喷淋头1包括将Zn源直接送进反应腔2的Zn源管道11，观察器12以及辅助气体入口13，所述喷淋头1内腔顶部设有将所述辅助气体入口13送入的气体进行折流过滤的折流机构，折流机构下设有若干漏斗形的送气管15，各条送气管15之间还包括冷却水管道16。
如图1及2所示，所述折流机构具体为，设于喷淋头1内腔顶部向内水平延伸的折流环14，折流环14表面设有若干连续的凸环141。辅助气体通过辅助气体入口13进入喷淋头1后，经过折流环14表面的凸环141进行折流过滤、调整均匀后，再进入送气管15。所述凸环141的数量及大小，可根据实际辅助气体的流速，进行相应的调节。
优选地，所述折流环14为可拆卸式，以便调节及清洁之用，拆卸或更换。
进一步地，如图3所示，所述喷淋头1内腔顶壁17也设有若干向内连续的凸环171。使喷淋头1内腔顶壁17与上述折流环14二者的连续凸环(141、171)，形成上下折流的通道，加强对辅助气体的折流过滤效果。
如图1及2所示，所述送气管15的两端为喇叭形开口设计，增强送气效果。开口大小可根据辅助气体流速进行调节。
优选地，所述送气管15设有单向阀门151，以便对进入送气管15的辅助气体进行降温控制，让送气管15外的冷却水管道16对辅助气体充分降温后，再送入反应腔2内。避免辅助气体由于温度过高，过早发生反应，造成阻塞。
优选地，所述送气管15形成为若干层连续的输气管道，并分布于喷淋头内腔侧壁，如图3所示。让辅助气体输送到基片表面前，做好充分均匀过滤。
优选地，所述送气管15由金属材料制成，可优选采用钢质材料，让冷却效果更佳。
如图1及2所示，所述冷却水管道16设于各条所述的送气管15之间形成的间隙内，并形成冷却水流循环的管道系统。一方面，在送气管15之间形成的间隙内设置冷却水管道16，增强喷淋头1结构的紧凑性；另一方面，冷却水管道16给送气管15内的辅助气体，进行持续的温度控制，保持低温，避免辅助气体过早受热发生反应，造成阻塞。
本发明MOCVD设备喷淋头的工作原理：
Zn源气体从喷淋头1的Zn源管道11直接送进反应腔2内，操作人员可通过观察器12检测整个反应过程。而辅助气体从辅助气体入口13进入，先经过设于喷淋头1内腔顶部向内水平延伸的折流环14进行折流过滤，让辅助气体过滤、调整均匀后，再进入送气管15；辅助气体在送气管15内受到单向阀门151的控制，使辅助气体经过送气管15外的冷却水管道16冷却降温后，在进入反应腔2内，与Zn源气体均匀混合，到达操作盘3的基片上，进行反应作业，生产薄膜。
本发明MOCVD设备的喷淋头，针对行业上MOCVD设备现存的缺陷，以及半导体行业对于MOCVD的需求，改进喷淋头的结构，抛弃了现有技术使用多层滤网的层架式结构，通过在喷淋头1内腔顶部设有的折流机构，将送入的辅助气体进行折流过滤，再经过由冷却水管道16环绕的漏斗形送气管15，进行温度控制后，再让辅助气体进入反应腔2与Zn源气体进行均匀混合，再到达基片上进行化学反应。本发明的喷淋头，让辅助气体输送到基片表面前气流均匀无湍流，同时减少寄生反应和高温寄生沉积，解决现有技术的喷淋头，反应物过早地受热反应，造成滤网阻塞问题，从而提高薄膜生产效果。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种MOCVD设备的喷淋头，包括将Zn源直接送进反应腔的Zn源管道，观察器以及辅助气体入口，其特征在于，所述喷淋头内腔顶部设有将所述辅助气体入口送入的气体进行折流过滤的折流机构，折流机构下设有若干漏斗形的送气管，各条送气管之间还包括冷却水管道；所述折流机构为设于喷淋头内腔顶部向内水平延伸的折流环，折流环表面设有若干连续的凸环。
2.根据权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，所述折流环为可拆卸式。
3.根据权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，所述喷淋头内腔顶壁也设有若干向内连续的凸环。
4.根据权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，所述送气管的两端为喇叭形开口。
5.根据权利要求4所述的喷淋头，其特征在于，所述送气管设有单向阀门。
6.根据权利要求5所述的喷淋头，其特征在于，所述送气管形成为若干层连续的输气管道，并分布于喷淋头内腔侧壁。
7.根据权利要求6所述的喷淋头，其特征在于，所述送气管由金属材料制成。
8.根据权利要求1所述的喷淋头，其特征在于，所述冷却水管道设于各条所述送气管之间形成的间隙内，并形成冷却水流循环的管道系统。
9.一种MOCVD设备，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的喷淋头。
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