CN113897593B - 一种固态前驱体源存储升华器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固态前驱体源存储升华器，旨在解决固态前驱体源的挥发升华不稳定，固态前驱体源的利用率低的不足。该发明包括存储筒、安装在存储筒内的若干托盘、托盘依次上下堆叠在一起，托盘内设有若干周向间隔布设的分隔板，相邻两分隔板之间形成用于装载固态前驱体源的储料腔，分隔板上设有通气窗使相邻两储料腔连通，从而在托盘内形成一圈气道；一储料腔内设置隔离板，隔离板将该储料腔分成进气腔和出气腔，下一托盘上的出气腔与上一托盘上的进气腔连通，从而使所有托盘上的气道连通在一起形成通气流道；存储筒上设有载气进口和混合蒸汽出口，载气进口和混合蒸汽出口分别与通气流道的两端连通。

Description

一种固态前驱体源存储升华器

技术领域

本发明涉及化学气相沉积技术领域，更具体地说，它涉及一种固态前驱体源存储升华器。

背景技术

目前，在利用固态前驱体源作为气相沉积技术关键制程材料过程中，因气相沉积系统的工作特性决定了需要将固态前驱体源材料转化为气相输送进入系统的反应器腔室，进而获取目标元素的沉积。在现已普遍实施的方法中采用将整体源瓶放置于可以输送系统设备中，并在源瓶外部给予热能，通过瓶壁将热能传递至瓶内，间接对其内部的固态前驱体源进行加热，以满足气相沉积制程所需的固态前驱体源蒸汽的使用需求。在这个过程中已经出现多种此类源瓶，其具有储存固态前驱体源的腔体，能够在外部热量传入供给及特定压力条件下逐渐产生固态前驱体源蒸汽。鉴于此类技术需求，源瓶具有对热能的需求性，固态前驱体源经加热产生挥发，在载气流动下将来自固体前驱体源的蒸汽携带转移致需求系统中。

已知的众多种类的固态前驱体源的蒸汽压是普遍较低的，在现有实施的固态前驱体源蒸汽获取方法中，普遍是通过调整载气通量及外部热量给予强度来提供较为稳定的气相沉积制程所需的固态前驱体源蒸汽。这种方式所提供的固态前驱体源蒸汽浓度具有伴随时间的较强波动性，同样的具有伴随源瓶内固态前驱体源量的减少而降低蒸汽浓度的特性，这种不稳定性对于气相沉积制程是不利的。当源瓶内的固态前驱体源具有易板结的特性时，这种固态前驱体源蒸汽浓度的不稳定性会更为突出，同样的当源瓶内的固态前驱体源堆积层被载气流击穿后将会出现低阻力气流通道，大量载气选择低阻力气流通道逃逸，这将会导致固态前驱体源蒸汽浓度急剧降低，随着载气通量的增大，这种现象会越发严重。板结、低阻通道会严重影响源瓶内固态前驱体源的利用率，增加了设备停机的频次，这对气相沉积是很不利的。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供了一种固态前驱体源存储升华器，它能产生稳定浓度的固态前驱体源蒸汽，形成的固态前驱体源蒸汽与载气充分混合形成浓度稳定的混合蒸汽提供给气相沉积系统；在提供稳定浓度的固态前驱体源蒸汽的同时提高了固态前驱体源的利用率。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种固态前驱体源存储升华器，包括存储筒、安装在存储筒内的若干托盘、托盘依次上下堆叠在一起，托盘内设有若干周向间隔布设的分隔板，相邻两分隔板之间形成用于装载固态前驱体源的储料腔，分隔板上设有通气窗使相邻两储料腔连通，从而在托盘内形成一圈气道；一储料腔内设置隔离板，隔离板将该储料腔分成进气腔和出气腔，下一托盘上的出气腔与上一托盘上的进气腔连通，从而使所有托盘上的气道连通在一起形成通气流道；存储筒上设有载气进口和混合蒸汽出口，载气进口和混合蒸汽出口分别与通气流道的两端连通。

工作时，固态前驱体源均匀装载在托盘上的储料腔中，挥发面积相对稳定。将固态前驱体源存储升华器放置到加热仓内，加热仓对升华器加热，使存储筒内产生固态前驱体源蒸汽。通过载气进口通入载气，固态前驱体源蒸汽与载气充分混合形成浓度稳定的混合蒸汽，混合蒸汽通过混合蒸汽出口接入气相沉积系统反应腔室实现固态前驱体源的稳定供给。固态前驱体源均匀装在不同的储料腔中，不易产生板结，与将所有固态前驱体源堆积在一起相比，有利于提高挥发效率，提高固态前驱体源的利用率。若干个储料腔是独立，用于均匀地装填固态前驱体源，这对于固态前驱体源特别是具有易板结特性的固态前驱体源的稳定挥发是有益的，不仅杜绝了传统气相沉积所采用的载气上穿固体前驱体源堆积层的易出现低阻通道形成，而且提供了相对稳定的固态前驱体挥发面积。托盘内形成一圈气道，所有托盘上的气道连通形成通气流道，气流路径长，使载气与固态前驱体源蒸汽充分混合，而且有利于减缓气流流速，提高固态前驱体源的挥发效率和利用率。

这种固态前驱体源存储升华器能产生稳定浓度的固态前驱体源蒸汽，形成的固态前驱体源蒸汽与载气充分混合形成浓度稳定的混合蒸汽提供给气相沉积系统；在提供稳定浓度的固态前驱体源蒸汽的同时提高了固态前驱体源的利用率。

作为优选，进气腔内安装通气管，通气管下端贯穿托盘，下一托盘上的出气腔与上一托盘上的进气腔通过通气管连通。

进气腔内安装通气管，防止装入通气腔内的固态前驱体源堵住连通上下托盘气道之间的通道。

作为优选，载气进口连接进气管，存储筒底部设有载气腔，进气管延伸到载气腔，最下方托盘内的进气腔与载气腔连通，最上方托盘内的出气腔与混合蒸汽出口连通。载气送到存储筒底部的载气腔后再向上输送，经通气流道与固态前驱体源蒸汽混合后形成的混合蒸汽从混合蒸汽出口接入气相沉积系统反应腔室实现固态前驱体源的稳定供给。

作为优选，托盘上设有安装管，进气管与安装管插装在一起。安装管的设置便于进气管的安装。

作为优选，相邻两分隔板上的两通气窗，一通气窗设置在一分隔板上靠近托盘中心的端部位置，另一通气窗设置在另一分隔板上远离托盘中心的端部位置。这种结构设置有利于延长气道的路径。

作为优选，分隔板径向布设。

作为优选，存储筒上端紧密连接端盖，载气进口和混合蒸汽出口均设置在端盖上，载气进口和混合蒸汽出口均连接控制阀门。控制阀门便于控制载气进口和混合蒸汽出口的通断。

作为优选，托盘包括盘体、定位环，定位环设置在盘体边缘，定位环外壁与存储筒内壁紧密贴合，分隔板和隔离板的上边缘均与定位环上边缘平齐。

作为优选，托盘上除设置有隔离板以外的其它储料腔中，间隔一个储料腔设置一个气流调节机构，气流调节机构安装在储料腔内；气流调节机构包括滑块、推拉杆、联动组件，装有气流调节机构的储料腔两侧的分隔板上均铰接有调节板，调节板铰接在通气窗边缘，通过调节板的转动调节通气窗的开口大小；滑块可滑动安装在储料腔中，推拉杆铰接在滑块和远离托盘中心的调节板上；联动组件铰接在两调节板之间；存储筒外和托盘对应安装有转动环，转动环上和滑块对应安装有可与滑块相互吸合的磁块；转动环转动使磁块吸合滑块移动，通过推拉杆和联动组件带动两调节板转动，使两分隔板上的通气窗同时开大或同时开小。

转动环转动，安装在转动环上的磁块对滑块吸音，从而使滑块移动，滑块移动通过推拉杆带动调节板转动，调节板通过联动组件带动另一调节板转动，使两分隔板上的通气窗同时开大或同时开小，从而实现对气流流速的调节。当气流的流速太快时，固态前驱体源蒸汽浓度低，此时调节板转动使分隔板上的通气窗同时开小，降低气流的流速，为载气与固态前驱体源延长接触时长创造有利条件，从而增加固态前驱体源蒸汽浓度。当气流的流速太慢时，固态前驱体源蒸汽浓度高，此时调节板转动使分隔板上的通气窗同时开大，加快气流的流速，缩短载气与固态前驱体源接触时长，从而降低固态前驱体源蒸汽浓度。通过这种结构设置可实现对固态前驱体源蒸汽浓度的调节。

作为优选，联动组件包括连杆、过渡杆、调节杆，过渡杆与托盘铰接，过渡杆一端与连杆铰接，另一端与调节杆铰接，连杆铰接在一调节板上，调节杆铰接在另一调节板上。

推拉杆带动调节板转动，调节板通过连杆带动过渡杆转动，过渡杆通过调节杆带动另一调节板转动。这种联动组件结构简单，运行可靠。而且联动组件安装在储料腔中，在运行的过程中可对储料腔中装载的固态前驱体源进行拨动，避免固态前驱体源板结，增加固态前驱体源的挥发效率，提高固态前驱体源的利用率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）固态前驱体源存储升华器能产生稳定浓度的固态前驱体源蒸汽，形成的固态前驱体源蒸汽与载气充分混合形成浓度稳定的混合蒸汽提供给气相沉积系统；在提供稳定浓度的固态前驱体源蒸汽的同时提高了固态前驱体源的利用率；（2）存储筒内气流的流速能够调节，从而实现对固态前驱体源蒸汽浓度进行调节，调节的同时拨动固态前驱体源，避免固态前驱体源板结，增加固态前驱体源的挥发效率，提高固态前驱体源的利用率。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的端盖开启状态的结构示意图；

图3是本发明的爆炸图；

图4是本发明的剖视图；

图5是本发明的实施例1的托盘结构示意图；

图6是本发明的实施例2的托盘与存储筒连接的俯视图；

图中：1、存储筒，2、托盘，3、分隔板，4、储料腔，5、通气窗，6、隔离板，7、进气腔，8、出气腔，9、载气进口，10、混合蒸汽出口，11、通气管，12、格栅盖，13、进气管，14、载气腔，15、安装管，16、端盖，17、控制阀门，18、盘体，19、定位环，20、滑块，21、推拉杆，22、调节板，23、转动环，24、磁块，25、连杆，26、过渡杆，27、调节杆，28、滑道，29、齿圈，30、转轴，31、齿轮。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：一种固态前驱体源存储升华器（参见附图1至附图5），包括存储筒1、安装在存储筒内的若干托盘2、托盘依次上下堆叠在一起，托盘内设有若干周向间隔布设的分隔板3，相邻两分隔板之间形成用于装载固态前驱体源的储料腔4，分隔板上设有通气窗5使相邻两储料腔连通，从而在托盘内形成一圈气道；一储料腔内设置隔离板6，隔离板将该储料腔分成进气腔7和出气腔8，下一托盘上的出气腔与上一托盘上的进气腔连通，从而使所有托盘上的气道连通在一起形成通气流道；存储筒上设有载气进口9和混合蒸汽出口10，载气进口和混合蒸汽出口分别与通气流道的两端连通。

存储筒和托盘均呈圆形结构，托盘紧密套装在存储筒内。进气腔内安装通气管11，通气管竖向布设，通气管上端安装格栅盖12，通气管下端贯穿托盘，下一托盘上的出气腔与上一托盘上的进气腔通过通气管连通。载气进口连接进气管13，存储筒底部设有载气腔14，进气管延伸到载气腔，最下方托盘内的进气腔与载气腔连通，最上方托盘内的出气腔与混合蒸汽出口连通。托盘上设有安装管15，进气管与安装管插装在一起。安装管设置在托盘中部，分隔板径向布设。

相邻两分隔板上的两通气窗，一通气窗设置在一分隔板上靠近托盘中心的端部位置，另一通气窗设置在另一分隔板上远离托盘中心的端部位置。也就是说相邻两分隔板上的两通气窗相互远离，延长了气流路径。存储筒上端紧密连接端盖16，载气进口和混合蒸汽出口均设置在端盖上，载气进口和混合蒸汽出口均连接控制阀门17。托盘包括盘体18、定位环19，定位环设置在盘体边缘，定位环外壁与存储筒内壁紧密贴合，分隔板和隔离板的上边缘均与定位环上边缘平齐，下一托盘的定位环上边缘、分隔板上边缘、隔离板上边缘均与上一托盘的盘体下底面紧密贴合在一起。最上方的托盘的上端与端盖密封贴合。

分隔板径向一端与定位环连接，径向另一端和安装管之间设有间隙形成通气窗；或者，分隔板径向一端与安装管连接，径向另一端和定位环之间设有间隙形成通气窗。隔离板径向一端与定位环连接，径向另一端与安装管连接。

工作时，固态前驱体源均匀装载在托盘上的储料腔中，挥发面积相对稳定。将固态前驱体源存储升华器放置到加热仓内，加热仓对升华器加热，使存储筒内产生固态前驱体源蒸汽。通过载气进口通入载气，固态前驱体源蒸汽与载气充分混合形成浓度稳定的混合蒸汽，混合蒸汽通过混合蒸汽出口接入气相沉积系统反应腔室实现固态前驱体源的稳定供给。固态前驱体源均匀装在不同的储料腔中，不易产生板结，与将所有固态前驱体源堆积在一起相比，有利于提高挥发效率，提高固态前驱体源的利用率。若干个储料腔是独立，用于均匀地装填固态前驱体源，这对于固态前驱体源特别是具有易板结特性的固态前驱体源的稳定挥发是有益的，不仅杜绝了传统气相沉积所采用的载气上穿固体前驱体源堆积层的易出现低阻通道形成，而且提供了相对稳定的固态前驱体挥发面积。托盘内形成一圈气道，所有托盘上的气道连通形成通气流道，气流路径长，使载气与固态前驱体源蒸汽充分混合，而且有利于减缓气流流速，提高固态前驱体源的挥发效率和利用率。

实施例2：一种固态前驱体源存储升华器（参见附图6），其结构与实施例1相似，主要不同点在于本实施例中托盘上除设置有隔离板以外的其它储料腔中，间隔一个储料腔设置一个气流调节机构，气流调节机构安装在储料腔内；气流调节机构包括滑块20、推拉杆21、联动组件，装有气流调节机构的储料腔两侧的分隔板上均铰接有调节板22，调节板铰接在通气窗边缘，通过调节板的转动调节通气窗的开口大小；滑块可滑动安装在储料腔中，推拉杆铰接在滑块和远离托盘中心的调节板上；联动组件铰接在两调节板之间；存储筒外和托盘对应安装有转动环23，转动环上和滑块对应安装有可与滑块相互吸合的磁块24；转动环转动使磁块吸合滑块移动，通过推拉杆和联动组件带动两调节板转动，使两分隔板上的通气窗同时开大或同时开小。联动组件包括连杆25、过渡杆26、调节杆27，过渡杆与托盘铰接，过渡杆一端与连杆铰接，另一端与调节杆铰接，连杆铰接在一调节板上，调节杆铰接在另一调节板上。托盘上设有滑道28，滑块滑动安装在滑道上，转动环外壁上设有齿圈29，存储筒外安装转轴30，转轴上和齿圈适配安装齿轮31，齿轮与齿圈啮合。转轴由电机带动转动。滑道设置在定位环内壁上。过渡杆铰接在盘体上。混合蒸汽出口连接的气相沉积系统物料输送管路在近反应腔室处设置有流量计，可以监控混合蒸汽流速，进而可对气流的流速进行调整，以实现定量控制满足制程需求的固态前驱体源输送量调整需求。其它结构与实施例1相同。

以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种固态前驱体源存储升华器，其特征是，包括存储筒、安装在存储筒内的若干托盘、托盘依次上下堆叠在一起，托盘内设有若干周向间隔布设的分隔板，相邻两分隔板之间形成用于装载固态前驱体源的储料腔，分隔板上设有通气窗使相邻两储料腔连通，从而在托盘内形成一圈气道；一储料腔内设置隔离板，隔离板将该储料腔分成进气腔和出气腔，下一托盘上的出气腔与上一托盘上的进气腔连通，从而使所有托盘上的气道连通在一起形成通气流道；存储筒上设有载气进口和混合蒸汽出口，载气进口和混合蒸汽出口分别与通气流道的两端连通；相邻两分隔板上的两通气窗，一通气窗设置在一分隔板上靠近托盘中心的端部位置，另一通气窗设置在另一分隔板上远离托盘中心的端部位置；托盘上除设置有隔离板以外的其它储料腔中，间隔一个储料腔设置一个气流调节机构，气流调节机构安装在储料腔内；气流调节机构包括滑块、推拉杆、联动组件，装有气流调节机构的储料腔两侧的分隔板上均铰接有调节板，调节板铰接在通气窗边缘，通过调节板的转动调节通气窗的开口大小；滑块可滑动安装在储料腔中，推拉杆铰接在滑块和远离托盘中心的调节板上；联动组件铰接在两调节板之间；存储筒外和托盘对应安装有转动环，转动环上和滑块对应安装有可与滑块相互吸合的磁块；转动环转动使磁块吸合滑块移动，通过推拉杆和联动组件带动两调节板转动，使两分隔板上的通气窗同时开大或同时开小。

2.根据权利要求1所述的一种固态前驱体源存储升华器，其特征是，进气腔内安装通气管，通气管下端贯穿托盘，下一托盘上的出气腔与上一托盘上的进气腔通过通气管连通。

3.根据权利要求1所述的一种固态前驱体源存储升华器，其特征是，载气进口连接进气管，存储筒底部设有载气腔，进气管延伸到载气腔，最下方托盘内的进气腔与载气腔连通，最上方托盘内的出气腔与混合蒸汽出口连通。

4.根据权利要求3所述的一种固态前驱体源存储升华器，其特征是，托盘上设有安装管，进气管与安装管插装在一起。

5.根据权利要求1所述的一种固态前驱体源存储升华器，其特征是，分隔板径向布设。

6.根据权利要求1所述的一种固态前驱体源存储升华器，其特征是，存储筒上端紧密连接端盖，载气进口和混合蒸汽出口均设置在端盖上，载气进口和混合蒸汽出口均连接控制阀门。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种固态前驱体源存储升华器，其特征是，托盘包括盘体、定位环，定位环设置在盘体边缘，定位环外壁与存储筒内壁紧密贴合，分隔板和隔离板的上边缘均与定位环上边缘平齐。

8.根据权利要求1所述的一种固态前驱体源存储升华器，其特征是，联动组件包括连杆、过渡杆、调节杆，过渡杆与托盘铰接，过渡杆一端与连杆铰接，另一端与调节杆铰接，连杆铰接在一调节板上，调节杆铰接在另一调节板上。