CN111304630A - 一种预热型喷淋组件 - Google Patents

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刘子优
肖藴章
陈炳安
钟国仿
张灿
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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    • C23C16/45568—Porous nozzles

Abstract

本发明涉及半导体CVD领域，具体涉及一种预热型喷淋组件，用于反应源气体进气至反应腔室，所述预热型喷淋组件包括喷淋顶盖，设置于喷淋顶盖下方的至少一个喷淋层，其中，所述喷淋层包括喷淋板腔室，喷淋板腔室的上方连接有用于进气的进气管路，所述进气管路上设置有管路加热组件，喷淋板腔室下方设置有出气孔贯穿至反应腔室，所述出气孔的流阻大于进气管路的流阻。本发明所提供的预热型喷淋组件，利用单独分层的喷淋层，可分别对反应源气体进气，且利用管路加热组件对反应源气体在进入喷淋板腔室前便开始进行预热，反应源气体在到达反应腔室前不会混合发生预反应，保证在反应腔室中可充分反应，可提高反应源气体的分解利用率，提高工艺速率。

Description

一种预热型喷淋组件
技术领域
本发明涉及半导体CVD领域，具体涉及一种预热型喷淋组件。
背景技术
目前，CVD(化学气相沉积)技术具有可以按照任意比例组成人工合成材料；精确控制到原子级的薄膜而又可以制成各种薄膜结构材料；可以制成大面积均匀薄膜材料，容易形成产业化；可以生长超纯的材料；以及灵活的气体源路控制等优点。
在薄膜材料制备中，通常需要将多种反应气体原料进行混合反应，但因气体对应分解温度不同，由同一喷淋组件进入至反应腔室中时，不能有效分解利用，未能充分发生化学反应的气体不仅增加了原料成本，同时还会增喷淋组件维护的频率、难度和成本，因此如何提高反应气体原料的利用率成为业界亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可提高反应源气体的利用率的预热型喷淋组件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种预热型喷淋组件，用于反应源气体进气至反应腔室，包括喷淋顶盖，设置于喷淋顶盖下方的至少一个喷淋层，其中，所述喷淋层包括喷淋板腔室，喷淋板腔室的上方连接有用于进气的进气管路，所述进气管路上设置有管路加热组件，喷淋板腔室下方设置有出气孔贯穿至反应腔室，所述出气孔的流阻大于进气管路的流阻。
本发明的更进一步优选方案是：所述进气管路设置有两个，两个进气管路穿过喷淋板腔室的侧壁对称设置，进气管路蛇形迂回排列于喷淋板腔室的上端，所述进气管路上均匀分布有分气孔。
本发明的更进一步优选方案是：所述分气孔设置在进气管路的两侧。
本发明的更进一步优选方案是：所述管路加热组件包括管路加热器及温控器。
本发明的更进一步优选方案是：所述进气管路的材质为石墨。
本发明的更进一步优选方案是：所述喷淋层包括上层喷淋板、中层喷淋板及下层喷淋板，所述上层喷淋板设置有上层出气管，上层出气管贯穿中层喷淋板和下层喷淋板至反应腔室，所述中层喷淋板设置有中层出气管，中层出气管贯穿下层喷淋板至反应腔室，所述下层喷淋板设置有连接至反应腔室的下层出气管。
本发明的更进一步优选方案是：所述上层出气管、中层出气管及下层出气管呈阵列分布。
本发明的更进一步优选方案是：所述喷淋层设置有两层。
本发明所提供的预热型喷淋组件，利用单独分层的喷淋层，可分别对反应源气体进气，且利用管路加热组件对反应源气体在进入喷淋板腔室前便开始进行预热，反应源气体在到达反应腔室前不会混合发生预反应，保证在反应腔室中可充分反应，提高反应源气体的分解利用率，使工艺速率提高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例预热型喷淋组件的剖面图；
图2为本发明实施例预热型喷淋组件拆分示意图；
图3为本发明实施例无喷淋顶盖的结构示意图；
图4为本发明进气管路结构示意图；
图5为本发明实施例上层喷淋板反应源气体出气流向示意图；
图6为本发明实施例中层喷淋板反应源气体出气流向示意图；
图7为本发明喷淋组件底部示意图；
图中：喷淋顶盖1；进气管路2，分气孔20；上层喷淋板3；管路加热组件4；中层喷淋板5；下层喷淋板6；上层出气管7；中层出气管8；A表示上层喷淋板的出气口；B表示中层喷淋板的出气口；C表示下层喷淋板的出气口。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1-4所示，本发明提供一种预热型喷淋组件，可应用但不局限于化学气相沉积或外延生长氮化硅、氧化硅、碳化硅、氮化硼、氮化镓、氮化铝、砷化镓、磷化铟、氧化镓、氧化锌等半导体领域用材料中，在化学气相沉积反应源气体进气至反应腔室，可对反应源气体进行预热。所述预热型喷淋组件包括喷淋顶盖1，设置于喷淋顶盖1下方的至少一个喷淋层，其中，所述喷淋层包括喷淋板腔室，喷淋板腔室的上方连接有用于进气的进气管路2，所述进气管路2上设置有管路加热组件4，喷淋板腔室下方设置有出气孔贯穿至反应腔室，所述出气孔的流阻大于进气管路2的流阻，以保证反应源气体能均匀的从喷淋层的出气口排出进入反应腔室。利用管路加热组件4对反应源气体进行预热，提高其分解利用率，同时反应源气体单独分层进入反应腔室中，在到达反应腔室前不会混合发生预反应。
具体的，结合图1-3，在本发明中，管路加热组件4设置在喷淋腔体外，可对该喷淋层单独进行温度控制，针对像氨气等温度需求较高的气体，在进入喷淋板腔室前，便开始进行预热，以提高其分解利用率。所述管路加热组件4包括管路加热器及温控器，使用管路加热器进行加热及温控器控温。针对多个喷淋层的反应源气体单独控温。
进一步结合图4，进气管路2均匀充分分布在喷淋板腔室的上方，其中进气管路2设置有两个，两个进气管路2穿过喷淋板腔室的侧壁对称并列设置，进气管路2蛇形迂回排列于喷淋板腔室的上端，进气管路2上均匀分布有分气孔20，保证反应源气体可充分分布在喷淋板腔室内。更优选的，分气孔20沿着进气管路2的轴向，设置在进气管路2的两侧。反应源气体自进气管路2两侧的分气孔20匀速分散到喷淋板腔室的上层空间。进气管路2的材质为耐高温导热材料，所选择的材质优选为石墨。
进入喷淋板腔室的反应源气体自出气孔进入至反应腔室进行薄膜沉积。
结合图1-7，在本发明的一个实施例中，所述喷淋层设置有三层，包括上层喷淋板3、中层喷淋板5及下层喷淋板6，所述上层喷淋板3设置有上层出气管7，上层出气管7贯穿中层喷淋板5和下层喷淋板6至反应腔室，所述中层喷淋板5设置有中层出气管8，中层出气管8贯穿下层喷淋板6至反应腔室，所述下层喷淋板6设置有连接至反应腔室的下层出气管。此实施例可适用于三种反应源气体进行的薄膜沉积，分别经由上层喷淋板3、中层喷淋板5及下层喷淋板6的三种反应源气体在分别进入反应腔室后进行反应，由于反应源气体经预热，工艺速率提高。
在此实施例中，结合图7，图7中A表示上层喷淋板3的出气口；B表示中层喷淋板5的出气口；C表示下层喷淋板6的出气口。所述上层出气管7、中层出气管8及下层出气管呈阵列分布，三种反应源气体进入反应腔室内时是按列分布，在其他实施例中也可使用三角分布或其他不同的分布方式。因在上方的喷淋层的出气管所需的长度越长，因此对应可降低出气管的内径，以降低出气过程中的热损。
如在碳化硅(SiC)薄膜沉积中，在上层喷淋板3通入反应源气体三氯氢硅(SiHCl3)和氩气(Ar)的混合气，控制温度在150℃左右；在中层喷淋5板中通入乙烯(C2H4)，控温在500℃；在下层喷淋板6通入氩气(Ar)为吹扫气体或补充气体，控温在400℃左右，上述反应源气体经上层喷淋板3、中层喷淋板5及下层喷淋板6进入至反应腔室中，可充分反应制得碳化硅薄膜，工艺速率提高。
在其他实施例中，所述的喷淋层可以设置为两层或者四层或更多，在此不做限定。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应认为是本说明书记载的范围。

Claims (8)

1.一种预热型喷淋组件，用于反应源气体进气至反应腔室，其特征在于，包括喷淋顶盖，设置于喷淋顶盖下方的至少一个喷淋层，其中，所述喷淋层包括喷淋板腔室，喷淋板腔室的上方连接有用于进气的进气管路，所述进气管路上设置有管路加热组件，喷淋板腔室下方设置有出气孔贯穿至反应腔室，所述出气孔的流阻大于进气管路的流阻。
2.根据权利要求1所述的预热型喷淋组件，其特征在于，所述进气管路设置有两个，两个进气管路穿过喷淋板腔室的侧壁对称设置，进气管路蛇形迂回排列于喷淋板腔室的上端，所述进气管路上均匀分布有分气孔。
3.根据权利要求2所述的预热型喷淋组件，其特征在于，所述分气孔设置在进气管路的两侧。
4.根据权利要求3所述的预热型喷淋组件，其特征在于，所述管路加热组件包括管路加热器及温控器。
5.根据权利要求4所述的预热型喷淋组件，其特征在于，所述进气管路的材质为石墨。
6.根据权利要求1或5所述的预热型喷淋组件，其特征在于，所述喷淋层包括上层喷淋板、中层喷淋板及下层喷淋板，所述上层喷淋板设置有上层出气管，上层出气管贯穿中层喷淋板和下层喷淋板至反应腔室，所述中层喷淋板设置有中层出气管，中层出气管贯穿下层喷淋板至反应腔室，所述下层喷淋板设置有连接至反应腔室的下层出气管。
7.根据权利要求6所述的预热型喷淋组件，其特征在于，所述上层出气管、中层出气管及下层出气管呈阵列分布。
8.根据权利要求1或5所述的预热型喷淋组件，其特征在于，所述喷淋层设置有两层。
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