CN111020693B - 一种碳化硅外延生长设备的进气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳化硅外延生长设备的进气装置，包括进气装置主体，进气装置主体的前部设置有混合腔、后部设置有冷却腔；混合腔的前侧设置有进气管、后侧设置有多根出气管，出气管穿过所述冷却腔；还包括插接在进气装置主体前部并与冷却腔连通的冷却液入口管和冷却液出口管，以及多根穿设在进气装置主体上、下部的吹扫管；所述进气装置主体的后部穿过碳化硅外延生长设备的过渡区域。该进气装置可抑制反应气体的预反应。

Description

一种碳化硅外延生长设备的进气装置
技术领域
本发明涉及碳化硅外延生长技术领域，尤其涉及一种碳化硅外延生长设备的进气装置。
背景技术
碳化硅外延生长是指在碳化硅衬底上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。生长外延层的方法有多种，其中最常用的是气相外延工艺，具体是把衬底放在反应室内加热，并通入含硅反应气体进行高温反应，使含硅反应气体还原或热分解，所产生的硅原子在衬底硅表面上外延生长。
一般的碳化硅外延生长设备，如图4所示，包括机壳1'，机壳的内部空间为反应室2'，反应室的上下侧设置有保温层3'，下侧保温层的上下两侧分别设置有托盘4'和加热器7'，反应室2'的左侧设置有进气装置5'，右侧设置有排气装置6'。工作时，从进气装置5'向反应室2'送入反应气体（载气氢气、碳源、硅源以及掺杂气体等）进行反应，反应后的尾气由排气装置6'排出。
其中，进气装置5'包括混合腔5.1'，连接在混合腔左侧的进气管5.2'，多根连接在混合腔右侧的出气管5.3'，以及设置在混合腔上下两侧的吹扫管5.4'。工作时，把载气氢气、碳源、硅源以及掺杂气体等从进气管5.2'输入，这些气体会在混合腔5.1'中混合后从各出气管5.3'中均有地送入反应室2'中，同时，从吹扫管5.4'输送吹扫气，在气流的上下侧形成吹扫气层。
由于托盘4'左侧的过渡区域S较大，出气管5.3'出口与托盘4'之间具有比较远的距离，在工作过程中，该过渡区域S处的温度很高，使反应气体在到达衬底片90前就产生了预反应，从而形成预反应颗粒，这些预反应颗粒会沉降到衬底片90上造成外延层的缺陷；此外，预反应消耗了部分反应气体，使反应气体不能得到有效利用。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种碳化硅外延生长设备的进气装置，可抑制反应气体的预反应。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种碳化硅外延生长设备的进气装置，包括进气装置主体，进气装置主体的前部设置有混合腔、后部设置有冷却腔；混合腔的前侧设置有进气管、后侧设置有多根出气管，出气管穿过所述冷却腔；
还包括插接在进气装置主体前部并与冷却腔连通的冷却液入口管和冷却液出口管，以及多根穿设在进气装置主体上、下部的吹扫管；
所述进气装置主体的后部穿过碳化硅外延生长设备的过渡区域。
所述的碳化硅外延生长设备的进气装置中，所述混合腔内设置有一块隔板，隔板把混合腔分隔为前后两个区域，隔板上均匀排布有多个连通孔。
所述的碳化硅外延生长设备的进气装置中，所述隔板上正对所述进气管的位置设置有撞击锥。
所述的碳化硅外延生长设备的进气装置中，所述出气管呈矩阵分布。
所述的碳化硅外延生长设备的进气装置中，所述进气装置主体的上部和下部的吹扫管均沿宽度方向直线排布。
所述的碳化硅外延生长设备的进气装置中，所述进气装置主体包括主体部、前封盖和后封盖，所述混合腔由主体部与前封盖围成，所述冷却腔由主体部与后封盖围成。
所述的碳化硅外延生长设备的进气装置中，所述主体部与前封盖之间、主体部与后封盖之间均设置有密封垫层。
所述的碳化硅外延生长设备的进气装置中，所述进气装置主体滑动穿设在碳化硅外延生长设备的机壳上，其前后位置可调。
所述的碳化硅外延生长设备的进气装置中，还包括两根设置在机壳前侧并沿前后方向延伸的滑轨，所述进气装置主体底部的前侧分别通过滑块与两根滑轨滑动连接，滑块通过锁定螺丝锁定在滑轨上。
所述的碳化硅外延生长设备的进气装置中，每根滑轨固定在一个支架上；每个支架包括一根与滑轨平行的枕梁，以及连接在枕梁底部的三角支撑板；枕梁和三角支撑板均与机壳固连，滑轨固定在枕梁上。
有益效果：
本发明提供的一种碳化硅外延生长设备的进气装置，由于进气装置主体的后部穿过碳化硅外延生长设备的过渡区域， 使出气管的出口与衬底片之间的距离小，且通过冷却腔中的冷却液可对出气管中的反应气体进行冷却，避免其在出气管中发生预反应，因此，可抑制预反应的发生，大大地减少预反应颗粒的产生，从而保证外延层的质量，并使反应气体得到有效利用。
附图说明
图1为本发明提供的碳化硅外延生长设备的进气装置的结构示意图。
图2为本发明提供的碳化硅外延生长设备的进气装置的立体图。
图3为本发明提供的碳化硅外延生长设备的进气装置中，进气装置主体的主体部的结构示意图。
图4为现有的碳化硅外延生长设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
为了方便描述，本文中，后是指气流吹送的方向，即图1中的右侧，前与后反向。
请参阅图1-3，本发明提供的一种碳化硅外延生长设备的进气装置，包括进气装置主体1，进气装置主体1的前部设置有混合腔2、后部设置有冷却腔3；混合腔2的前侧设置有进气管4、后侧设置有多根出气管5，出气管5穿过冷却腔3；
还包括插接在进气装置主体1前部并与冷却腔3连通的冷却液入口管6和冷却液出口管7，以及多根穿设在进气装置主体1上、下部的吹扫管8；
进气装置主体1的后部穿过碳化硅外延生长设备的过渡区域S。
工作时，把载气氢气、碳源、硅源以及掺杂气体等反应气体从进气管4输入，吹送气从吹扫管8输入，冷却液从冷却液入口管6输入并从冷却液出口管7输出，反应气体在混合腔2中混合均匀后从各出气管5均匀流出，冷却液对出气管5进行冷却；
由于进气装置主体1的后部穿过碳化硅外延生长设备的过渡区域S， 使出气管5的出口与衬底片90之间的距离小，且通过冷却腔3中的冷却液可对出气管5中的反应气体进行冷却，避免其在出气管5中发生预反应，因此，可抑制预反应的发生，大大地减少预反应颗粒的产生，从而保证外延层的质量，并使反应气体得到有效利用。
在一些优选的实施方式中，见图1，混合腔2内设置有一块隔板9，隔板9把混合腔2分隔为前后两个区域，隔板9上均匀排布有多个连通孔。反应气体从前侧区域穿过连通孔到达后侧区域的过程中，可更充分地混合，从而使各种气体混合得更加均匀。
进一步的，隔板9上正对进气管4的位置设置有撞击锥9.1。反应气体从进气管4喷入后直接撞击在撞击锥9.1上，从而以扩散状反弹形成乱流，从而在混合腔2的前侧区域进行了一次混合，再在穿过连通孔时进行二次混合，混合得更均匀。
在本实施例中，见图3，出气管5呈矩阵分布：从上到下分多排设置，每排沿宽度方向均匀地设置多根。有利于提高气流平稳性，使衬底片90所在区域的气流为层流而非湍流或紊流，从而提高外延层的质量。
进一步的，见图2，进气装置主体1的上部和下部的吹扫管8均沿宽度方向直线排布。
在一些实施方式中，见图1、2，进气装置主体1包括主体部1.1、前封盖1.2和后封盖1.3，混合腔2由主体部1.1与前封盖1.2围成，冷却腔5由主体部1.1与后封盖1.3围成。采用该结构，易于加工，把主体部1.1、前封盖1.2和后封盖1.3分别加工后再装配到一起即可。
本实施例中，后封盖1.3上开设有供出气管5穿过的穿孔，出气管5与穿孔之间设置有密封圈，以免冷却液泄漏；所述进气管4一体设置在前封盖1.2上；主体部1.1、前封盖1.2和后封盖1.3上对应地设置有供吹扫管8穿过的穿孔（图3中示出了主体部1.1上的穿孔a）；主体部1.1和前封盖1.2上对应地开设有供冷却液入口管6和冷却液出口管7穿过的穿孔。
主体部1.1、前封盖1.2和后封盖1.3之间可通过焊接、螺钉连接等方式连接固定。本实施例中，是通过螺钉连接的；
进一步的，主体部1.1与前封盖1.2之间、主体部1.1与后封盖1.3之间均设置有密封垫层1.4，如图2所示。
在一些优选的实施方式中，见图1，进气装置主体1滑动穿设在碳化硅外延生长设备的机壳1'上，其前后位置可调。由于碳化硅外延生长设备会根据需要跟换托盘4'的，根据托盘4'可装载的衬底片90数量的不同，托盘4'的直径也不同，此处，对于不同尺寸的托盘4'，可适应性地调节进气装置主体1的前后距离，以保证部阻碍托盘4'的设置。
具体的，机壳1'上开设有与进气装置主体1相适配的安装孔，进气装置主体1穿设在该安装孔中，且进气装置主体1与该安装孔之间设置有密封圈，如图1所示。
进一步的，该碳化硅外延生长设备的进气装置，还包括两根设置在机壳1'前侧并沿前后方向延伸的滑轨10，进气装置主体1底部的前侧分别通过滑块11与两根滑轨10滑动连接，滑块11通过锁定螺丝11.1锁定在滑轨10上。滑轨10可对进气装置主体1起支撑作用和导向作用，避免进气装置主体1发生倾斜而与机壳1'刮擦；而使用锁定螺丝11.1进行锁定，方便进行位置调节。
进一步的，每根滑轨10固定在一个支架12上；每个支架12包括一根与滑轨10平行的枕梁12.1，以及连接在枕梁底部的三角支撑板12.2；枕梁12.1和三角支撑板12.2均与机壳1'固连，滑轨10固定在枕梁12.1上。该支架12的结构简单且结构强度较大，能够可靠地支撑进气装置主体1。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。

Claims (7)

1.一种碳化硅外延生长设备的进气装置，其特征在于，包括进气装置主体，进气装置主体的前部设置有混合腔、后部设置有冷却腔；混合腔的前侧设置有进气管、后侧设置有多根出气管，出气管穿过所述冷却腔；
还包括插接在进气装置主体前部并与冷却腔连通的冷却液入口管和冷却液出口管，以及多根穿设在进气装置主体上、下部的吹扫管；
所述进气装置主体的后部穿过碳化硅外延生长设备的过渡区域；
所述进气装置主体包括主体部、前封盖和后封盖，所述混合腔由主体部与前封盖围成，所述冷却腔由主体部与后封盖围成；
所述主体部与前封盖之间、主体部与后封盖之间均设置有密封垫层；
所述进气装置主体滑动穿设在碳化硅外延生长设备的机壳上，其前后位置可调；
所述进气装置主体与所述机壳之间设置有密封圈。
2.根据权利要求1所述的碳化硅外延生长设备的进气装置，其特征在于，所述混合腔内设置有一块隔板，隔板把混合腔分隔为前后两个区域，隔板上均匀排布有多个连通孔。
3.根据权利要求2所述的碳化硅外延生长设备的进气装置，其特征在于，所述隔板上正对所述进气管的位置设置有撞击锥。
4.根据权利要求1所述的碳化硅外延生长设备的进气装置，其特征在于，所述出气管呈矩阵分布。
5.根据权利要求1所述的碳化硅外延生长设备的进气装置，其特征在于，所述进气装置主体的上部和下部的吹扫管均沿宽度方向直线排布。
6.根据权利要求1所述的碳化硅外延生长设备的进气装置，其特征在于，还包括两根设置在机壳前侧并沿前后方向延伸的滑轨，所述进气装置主体底部的前侧分别通过滑块与两根滑轨滑动连接，滑块通过锁定螺丝锁定在滑轨上。
7.根据权利要求6所述的碳化硅外延生长设备的进气装置，其特征在于，每根滑轨固定在一个支架上；每个支架包括一根与滑轨平行的枕梁，以及连接在枕梁底部的三角支撑板；枕梁和三角支撑板均与机壳固连，滑轨固定在枕梁上。
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