CN107447205B - 一种高效沉积cvd装置 - Google Patents

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Abstract

一种高效沉积CVD装置，进气装置、衬底支撑结构和加热器在反应腔内自上至下平行排布，衬底水平置于衬底支撑结构的支撑面之上，进气装置上开设若干个导流槽，其中50％以上导流槽的中心线走向以入气口为原点地从三维角度看：具有垂直向下的分量和从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量，同时衬底托盘转动方向的分量为零；或者，具有垂直向下的分量和衬底托盘转动方向的分量，同时从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量为零；或者，同时具有垂直向下的分量、从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量和衬底托盘转动方向的分量。本发明效率较高，不容易产生涡旋等气流，可有效的抑制气相反应，大幅降低颗粒物等不良副产物的产生。

Description

一种高效沉积CVD装置
技术领域
本发明涉及一种化学气相沉积(CVD)设备，尤其是一种高效沉积CVD装置。
背景技术
CVD装置是一种用于薄膜生长的装置。在一个典型的CVD装置的设备反应腔内，通常包含前驱体(气体)喷淋装置、衬底、加热器和气体出口等。CVD装置的气场布局设计对于CVD装置的性能有关键性影响。
在现有一种CVD设备中，气体被水平的导入到反应腔，与衬底的表面平行流动，在通过衬底表面后通过出气口被抽走。在这种设备中衬底常常通过转动来帮助实现沉积物厚度更为均匀。这种气动布局从进气口到出气口有较远的距离，容易由于气相反应而生成一些颗粒物质，严重影响生长质量，这些颗粒物质在反应腔壁的附着也需要定期清理，影响产能和机器寿命。同时由于衬底和衬底上方的反应腔壁之间常常存在着温度的较大差异，气体在反应腔内会由于对流等效应而产生涡流，这也加重了气相反应等不利因素。
在现有另一种CVD结构中，气体被垂直的引入反应腔。由于衬底是水平放置的，所以气体开始时是垂直的奔向衬底。由于衬底和衬底托盘的阻碍，气体在向衬底行进的过程中会逐渐转向水平方向，最后通过出气口被排走。这种结构入射反应气体和衬底的表面较近，能够最为有效的到达衬底表面生长。但是其入射气流需要从完全垂直方向转为部分垂直部分水平方向，同时入射气体和反应完了的气体废物排泄路径相互干涉，导致了气流中许多涡旋的产生，气相反应较为剧烈。现有技术试图通过衬底托盘的高速旋转来引导气流在靠近衬底时转换为水平方向并最终被排出反应腔。这样可以减少涡旋气流等的产生，但是这种效果仅存在于一定的工艺区间。同时，这种结构通常要求入气口和衬底有较远的距离，这不利于有效利用反应气体，造成了浪费。
发明内容
为了克服现有的上述不足，本发明提供一种高效沉积CVD装置，其气场布局的入射气体和衬底距离较近，效率较高，入射气体的运动和衬底支撑结构的运动方向匹配，相互干涉较少，不容易产生涡旋等气流，入射气体和反应完了的出射气体干涉最小，可以实现非常流畅无涡旋的流场，可有效的抑制气相反应，大幅降低颗粒物等不良副产物的产生。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括反应室，反应室的内部是反应腔，反应室包括进气装置、衬底支撑结构和加热器，在反应室的上方和下方分别设有入气口和出气口，进气装置、衬底支撑结构和加热器安装在反应腔内，所述进气装置、衬底支撑结构和加热器在反应腔内自上至下平行排布，衬底水平置于衬底支撑结构的支撑面之上，进气装置上开设若干个导流槽，其中50％以上导流槽的中心线走向以入气口为原点地从三维角度看：具有垂直向下的分量和从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量，同时衬底托盘转动方向的分量为零；或者，具有垂直向下的分量和衬底托盘转动方向的分量，同时从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量为零；或者，同时具有垂直向下的分量、从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量和衬底托盘转动方向的分量；穿过该50％以上导流槽的反应气体在衬底托盘和进气装置所限定的空间中向外流出。
相比现有技术，本发明的一种高效沉积CVD装置，主要是针对CVD的气场布局做出了重大改进，本发明的入气口位于衬底的上方，由于50％以上导流槽具有的特殊三维形状，使穿过该50％以上导流槽的气体进入到反应腔时，不但有向下的方向分量，还有向外也就是向着出气口方向(亦指从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘的方向)和/或者向着衬底托盘转动的方向的分量。这种气场布局由于入射气体和衬底距离较近，效率较高；同时入射气体在向衬底运动的过程中，由于和衬底托盘的运动方向匹配，相互干涉较少，不容易产生涡旋等气流；由于入射气体同时包含往气体出口方向的分量，所以入射气体和反应完了的出射气体干涉最小，可以实现非常流畅无涡旋的流场。这种气场结构可以实现较小的气体入口到衬底托盘距离，同时反应窗口较大，并可有效的抑制气相反应，大幅降低颗粒物等不良副产物的产生。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例二的结构示意图。
图中，1、入气口，2、反应室，3、出气口，4、反应腔，5、加热器，6、衬底托盘，7、进气装置，8、导流槽，9、旋转轴。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。实施例一：
在图1所示的实施例中，一种高效沉积CVD装置，包括反应室2，反应室2的内部是反应腔4，反应室2包括进气装置7、衬底支撑结构和加热器5，在反应室2的上方和下方分别设有入气口1和出气口3，进气装置7、衬底支撑结构和加热器5安装在反应腔4内，所述进气装置7、衬底支撑结构和加热器5在反应腔4内自上至下平行排布，衬底水平置于衬底支撑结构的支撑面之上，进气装置7上开设若干个导流槽8，其中50％以上导流槽8的中心线走向以入气口1为原点地从三维角度看：具有垂直向下的分量和从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量，同时衬底托盘转动方向的分量为零；所述衬底支撑结构为衬底托盘6，衬底托盘6支撑于反应室2内；穿过该50％以上导流槽8的反应气体在衬底托盘6和进气装置7所限定的空间中向外流出。本实施例以及以下实施例中的反应气体是指入射气体、中间反应物和尾气的混合物。本方案可以有效的减少入射气体和出射气体之间由于流向不同的干扰，使得整体流场更为流畅，减少了气相反应的发生。
实施例二：
参见图2，本实施例区别于实施例一的结构仅在于，其中50％以上导流槽8的中心线走向从三维角度看：具有垂直向下的分量和衬底托盘转动方向的分量，同时从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量为零；所述衬底支撑结构由衬底托盘6和支撑衬底托盘6的旋转轴9构成，旋转轴9固定连接在衬底托盘6下方中部，并穿过反应室2与驱动机构连接。旋转轴9支撑衬底托盘6并以60到3000rpm的速度旋转。其中，旋转轴9既可以位于加热器5的中心部位，也可以是空心轴的结构，将整个加热器5设置在空心轴中。衬底托盘6的转动可以有效的提高沉积物的厚度均匀性，同时较高速度的旋转(通常为>300rpm)可以有效的将反应气体引向衬底，使得反应气体在靠近衬底托盘6处具有和衬底托盘6旋转相似的方向。本实施例中入射气体由于具有托盘旋转方向的分量，可以有效的减少和出射气体之间由于流向不同产生的干扰，使得整体流场更为流畅，减少了气相反应的发生。
实施例三：
第三个实施例具有和第二个实施例相同的基本结构。唯一的区别是，其中50％以上导流槽8的中心线走向从三维角度看：同时具有垂直向下的分量、从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量和衬底托盘转动方向的分量；这样可以有效的减少入射气体和出射气体之间由于流向不同的干扰，使得整体流场更为流畅，减少了气相反应的发生。
本发明主要是针对CVD的气场布局做出了重大改进，主要是通过改进导流槽8的结构走向，通常在进气装置7上可以开设各种形状走向的导流槽8，但是只要其中50％以上导流槽8的中心线走向以入气口1为原点地从三维角度看满足以下设置：具有垂直向下的分量和从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量，同时衬底托盘转动方向的分量为零；或者，具有垂直向下的分量和衬底托盘转动方向的分量，同时从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量为零；或者，同时具有垂直向下的分量、从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量和衬底托盘转动方向的分量。这种气场布局由于入射气体和衬底距离较近，效率较高；同时入射气体在向衬底运动的过程中，由于和衬底托盘6的运动方向匹配，相互干涉较少，不容易产生涡旋等气流；由于入射气体同时包含往气体出口方向的分量，所以入射气体和反应完了的出射气体干涉最小，可以实现非常流畅无涡旋的流场。这种气场结构可以实现较小的气体入口到衬底托盘6距离，同时反应窗口较大，并可有效的抑制气相反应，大幅降低颗粒物等不良副产物的产生。本发明的实现过程，并不限定进气装置7的数量以及是单一气体进入还是混合气体进入，亦或是多种气体分别进入，均可以实现发明目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高效沉积CVD装置，包括反应室(2)，反应室(2)的内部是反应腔(4)，反应室(2)包括进气装置(7)、衬底支撑结构和加热器(5)，在反应室(2)的上方和下方分别设有入气口(1)和出气口(3)，进气装置(7)、衬底支撑结构和加热器(5)安装在反应腔(4)内，所述进气装置(7)、衬底支撑结构和加热器(5)在反应腔(4)内自上至下平行排布，衬底水平置于衬底支撑结构的支撑面之上，进气装置(7)上开设若干个导流槽(8)，其特征是：其中50％以上导流槽(8)的 中心线走向以入气口(1)为原点地从三维角度看：具有垂直向下的分量和衬底托盘转动方 向的分量，同时从衬底托盘中心指向衬底托盘外缘方向的分量为零；所述衬底支撑结构为衬底托盘(6)，并进一步的具有支撑衬底托盘(6)的旋转轴(9)，旋转轴(9)固定连接在衬底托盘(6)下方中部， 并穿过反应室(2)与驱动机构连接，衬底托盘(6)支撑于反应室(2)内；穿过该50％以上导流槽(8)的反应气体在衬底托盘(6)和进气装置(7)所限定的空间中向外流出。
2.根据权利要求1所述的一种高效沉积CVD装置，其特征是：所述的旋转轴(9)位于加热器(5)的中心部位；或者所述的旋转轴(9)为空心轴，整个加热器(5)设置于空心轴内。
3.一种高效沉积CVD装置，包括反应室(2)，反应室(2)的内部是反应腔(4)，反应室(2)包括进气装置(7)、衬底支撑结构和加热器(5)，在反应室(2)的上方和下方分别设有入气口(1)和出气口(3)，进气装置(7)、衬底支撑结构和加热器(5)安装在反应腔(4)内，所述进气装置(7)、衬底支撑结构和加热器(5)在反应腔(4)内自上至下平行排布，衬底水平置于衬底支撑结构的支撑面之上，进气装置(7)上开设若干个导流槽(8)，其特征是：其中50％以上导流槽(8)的 中心线走向以入气口(1)为原点地从三维角度看：同时具有垂直向下的分量、从衬底托盘中 心指向衬底托盘外缘方向的分量和衬底托盘转动方向的分量；所述衬底支撑结构为衬底托盘(6)，并进一步的具有支撑衬底托盘(6)的旋转轴(9)，旋转轴(9)固定连接在衬底托盘(6)下方中部， 并穿过反应室(2)与驱动机构连接，衬底托盘(6)支撑于反应室(2)内；穿过该50％以上导流槽(8)的反应气体在衬底托盘(6)和进气装置(7)所限定的空间中向外流出。
4.根据权利要求3所述的一种高效沉积CVD装置，其特征是：所述的旋转轴(9)位于加热器(5)的中心部位；或者所述的旋转轴(9)为空心轴，整个加热器(5)设置于空心轴内。
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