CN114797519B - 恒温液态源鼓泡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体外延设备领域内的一种恒温液态源鼓泡器，包括筒体、进气管、出气管、液体加注管以及换热盘管；筒体为密封的柱型筒体，进气管的一端自筒体的顶板进入并延伸至靠近筒体的底板处，液体加注管的一端自筒体的顶部进入筒体内，出气管的一端与筒体顶板上的通孔密封连接，换热盘管以螺旋的方式盘旋成柱形至于筒体内，换热盘管通过位于筒体外的进口和出口进行换热流体的循环流动，使筒体内的液体达到预设温度并保持。本发明通过换热盘管的换热流体持续流动使得筒体内的液体的温度能够保持在恒定的温度范围内，进而使得位于液体内的饱和气体的浓度稳定，提高了饱和气泡对液体的携带效率。

Description

恒温液态源鼓泡器

技术领域

本发明涉及半导体外延设备领域，具体地，涉及一种恒温液态源鼓泡器。

背景技术

鼓泡法一般是将精确计量的工艺气体或者惰性气体作为载气通入液态源内，形成含有液态源蒸汽的气泡，输出至工艺机台的方法。因液态源的输出量受载气的流量及携带效率影响，因此，载气气体流量与液态源的携带量二者之间的线性度，即携带效率决定了产品的品质高低。

现有技术中存在鼓泡器，例如公开号为CN205329209U的中国专利，公开了一种鼓泡器，包括一管本体，用于存放液体反应物；第一进气管插入所述管本体中，用于将气体通入所述管本体的液体反应物中，以进行起泡，形成含有反应物的饱和气体；废液管与所述管本体连接；还包括一第二进气管，一端与所述第一进气管的进气端连通，另一端与所述废液管连通，用于在第一进气管堵塞的情况下将气体由所述废液管通入所述管本体中；第一阀门设置在废液管上，位于管本体与第二进气管连接点之间，用于控制废液管的开闭；流量监控器与所述第一进气管连接，用于监控第一进气管的气体流量；阀门控制器与所述流量监控器以及第一阀门连接，用于在流量监控器监控的第一进气管的气体流量小于预设值的情况下，控制第一阀门开启。这种鼓泡器能够将氢气通入管本体后起泡，起泡后的三氯氢硅溶液通过排气管排出用于外延生长。但存在的不足是管体内的液体温度不稳定，即影响气泡效率，另外还存在气泡液体的携带量效率不佳的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种恒温液态源鼓泡器。

根据本发明提供的一种恒温液态源鼓泡器，包括筒体、进气管、出气管、液体加注管以及换热盘管；

所述筒体为密封的柱型筒体，所述进气管的一端自所述筒体的顶板进入并延伸至靠近所述筒体的底板处，位于所述筒体内的所述进气管的端口记为出气口，所述液体加注管的一端自所述筒体的顶部进入所述筒体内，所述出气管的一端与所述筒体顶板上的通孔密封连接，所述换热盘管以螺旋的方式盘旋成柱形至于所述筒体内，所述换热盘管通过位于所述筒体外的进口和出口进行换热流体的循环流动；

液体经所述液体加注管加入所述筒体内至预定高度，通过所述换热盘管内加热液体的循环流动使所述筒体内的液体达到预设温度并保持，气体通过所述进气管进入所述筒体内并经所述出气口形成气泡，气泡上移后经所述出气管排出并通入外部反应装置。

一些实施方式中，还包括液位检测器，所述液位检测器用于监测位于所述筒体内液体的液面与所述筒体的顶板内表面之间的距离。

一些实施方式中，还包括气泡分布器，所述气泡分布器包括中心盘和条板，沿所述中心盘的圆周方向均布有多个所述条板形成圆盘状，相邻两条所述条板之间设有狭缝，所述气泡分布器位于所述出气口上方，所述气泡分布器设有用于容置并供所述进气管与所述液体加注管进出的缺口；

液体经所述液体加注管加入所述筒体内至预定高度，所述出气口与所述气泡分布器位于液面之下，气体通过所述出气口进入所述筒体内并形成气泡，上移的气泡通过所述狭缝后沿所述筒体的径向方向扩散，扩散的气泡继续上移并通过所述出气管通入外部反应装置。

一些实施方式中，所述狭缝的宽度为气泡平均直径的1.2-1.8倍，所述狭缝的宽度自所述中心盘至所述条板的自由端处逐渐变大。

一些实施方式中，所述中心盘和所述条板上密布气孔，所述气孔的孔径为气泡平均直径的1.2-1.8倍。

一些实施方式中，所述气孔的密度自所述中心盘的中心至所述条板的自由端处变小。

一些实施方式中，还包括气体分布器，所述气体分布器安装于所述出气口上并连通，所述气体分布器是由金属粉末烧结而成的微孔结构体。

一些实施方式中，所述气体分布器上的气孔的平均孔径为10-100μm。

一些实施方式中，包括安全泄压阀，所述安全泄压阀安装于所述筒体上。

一些实施方式中，还包括预埋管，所述预埋管作为所述液体注入管的备用管。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过换热盘管的换热流体持续流动使得筒体内的液体的温度能够保持在恒定的温度范围内，进而使得位于液体内的饱和气体的浓度稳定，提高了饱和气泡对液体的携带效率。

2、本发明通过气泡分布器即提高了气泡的独立性，又提高了气泡的分布面积，从而提高了气泡将液体带离的效率。

3、本发明通过将气泡分布器上的气孔布设设计为中心密集、边缘稀疏的结构特点，使得自出气口处形成的气泡能够较快的通过气泡分离器分布器，进一步提高气泡带离液体的效率。

4、本发明通过气泡分布器的边缘与筒体的内壁之间保持一定的距离，使得直径偏大的气泡能够通过间隙继续上移，同时气泡分布器的边缘与筒体的内壁不相接触也可有效防止两者接触后使得部分气泡被滞留于夹角位置的问题。

5、本发明通过于进气管的出气口连通气泡分布器，提高液体中气泡的密度，同时进一步提高气泡的分布均匀性。

6、本发明通过设置相应的辅助装置，提高装置的操作便捷性、操作过程的安全性以及气泡的液体携带量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明正视结构示意图；

图2为本发明后视结构示意图；

图3为本发明气泡分布器的一种实施方式结构示意图；

图4为本发明气泡分布器上设置有气孔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种恒温液态源鼓泡器，如图1-2所示，包括筒体1、进气管2、出气管3、液体加注管4以及换热盘管5。筒体1为圆柱型的密封容器，优选的，筒体1的顶板与筒体1的筒身为分体结构，通过密封连接，便于维护。进气管2、出气管3以及液体加注管4均与筒体1的内腔连通，具体地，进气管2用于向筒体1内通入气体以形成气泡，进气管2的一端自筒体1的顶板进入筒体1内，且其端口靠近筒体1的底板，此处，将靠近筒体1底板的进气管2的端口记为出气口，相应地位于筒体1顶板外的进气管2的端口记为进气口。由于气泡向上移动至形成饱和气泡的距离一定，将出气口的位置靠近筒体1的底板，能够整体降低筒体1的高度，使得结构更加紧凑。出气管3的一端通过与筒体1上开设的通孔密封连接，筒体1内形成的饱和气泡自出气管3排出并通入外部反应装置。液体加注管4的一端通过筒体1的顶板延伸至筒体1内，其液体加注管4的端口优选靠近筒体1的底板处，使得通过液体加注管4加注液体时能够减少对上移气泡的影响。

于筒体1的内部设置换热盘管5，换热盘管5以螺旋方式自筒体1的底部向顶部方向盘旋设置于筒体1内，换热盘管5设有进口51和出口52，进口51和出口52均位于筒体1的外部，优选的，自筒体1顶板的内表面穿出后置于筒体1的顶板外。

本发明的工作原理为：即筒体1内的液面高度与筒体1的顶板内表面之间的距离能够使得饱和气泡自液体内逸出后能够与液面发生分离，以便顺利地通过出气管3通入外部反应装置内。换热流体自换热盘管5的进口51进入并经换热盘管5的出口52流出且持续循环流动，使得位于筒体1内的换热盘管5的主体部分与筒体1内的液体通过热交换而达到预定温度，直至筒体1内液体的温度与换热盘管5的温度相同后两者停止热交换，但此时，换热盘管5内的换热流体持续流动以使得筒体1内的液体的温度能够保持在恒定的温度范围内，进而使得位于液体内的饱和气体的浓度稳定，提高了饱和气泡对液体的携带效率。

优选的，筒体1内安装有液位传感器6，液位传感器6用于监测筒体1内的液体的液位高度。在液面上部空间压力稳定的情况下，液态源的液面越高，气泡带离液体的量越高。当注入液体液位过高时，液位传感器6发出警告，以便保证筒体1内的液体的压力稳定。

进一步的，为提高装置的操作便捷性、作业过程的安全性以及气泡的液体携带量，还设置有以下装置：

筒体1上安装有安全泄压阀10，安全泄压阀10安装于筒体1的顶板上，安全泄压阀10用于确保筒体1内的压力处于稳定状态，避免发生安全事故。

筒体1的底部连通有废液管11，废液管11用于排出筒体1内的液体，方便操作。

筒体1内还安装有预埋管12，预埋管12作为液体注入管4的备用管，当液体注入管4存在因堵塞等问题而无法顺畅加注液体时，可快速通过预埋管12进行液体的注入，确保作业过程的可持续性。

实施例2

本实施例2是在实施1的基础上形成，通过于进气管的进气口上方设置气泡分布器，通过气泡分布器提高于液体中的分布面积以及气泡的独立性，提升气泡将液体带离的效率。具体地：

如图1-3所示，于出气口的上方设置有气泡分布器7，气泡分布器7主要由中心盘71和条板72组成，中心盘71优选为圆盘形结构，沿中心盘71的圆周方向上均布有多个条板72，条板72呈辐射状的连接于中心盘71上形成盘形结构，相邻两条条板72之间形成狭缝720，狭缝720用于使气泡通过，优选的，狭缝720的宽度是气泡平均直径的1.2-1.8倍，即狭缝720基本上是允许单个气泡通过，此处所谓基本上允许单个气泡通过是指：由于自出气口的气流进入液体后形成的气泡的直径并不完全形同，小于平均直径的气泡中存在两个一起通过狭缝720的情况，但为少数，为此是说基本上保证单个气泡通过。气泡分布器7优选通过连接杆8悬浮于出气口的上方，较为适宜的连接方式是连接杆8的一端与中心盘51的上表面连接，连杆8的另一端用与筒体1的顶板连接，使得气泡分布器7悬浮于出气口的上方。

本实施例的工作原理为：通过液体注入管4将液体注入至筒体1内至预设高度，即筒体1内的液面高度与筒体1的顶板内表面之间的距离能够使得饱和气泡自液体内逸出后能够与液面发生分离，以便顺利地通过出气管3通入外部反应装置内。氢气自进气管2的进气口通入后，气体自出气口进入液体内而形成气泡，由于气泡的形成是连续的，且移动方向相对固定，使得液体中的气泡区域相对集中，而在出气口的上方设置气泡分布器7后，上移的气泡被中心盘71阻挡后述筒体1的径向方向扩散，扩散的气泡通过狭缝720后继续上移并通过出气管3通入外部反应装置，且狭缝720能够促使相对集中的气泡由中心盘71的区域向外围扩散，使得气泡于液体中的分布更加均匀，且通过对狭缝720的宽度的设置，使得大部分的粘连的气泡通过狭缝720时被分离为单独的气泡，粘连的气泡被分离后增大了液体中的气泡的总面积，使得气泡上移形成饱和气泡时所携带的液体量整体上得以增加，并且被分离为单个气泡形成的饱和气泡相对粘连的气泡形成的饱和气泡在气体压力作用下上移速度得以提高，从而切实提高了气泡将液体带离的效率。

优选的，狭缝720的宽度设计为渐变结构，其渐变的规律是自中心盘71处向着条板72的自由端依次递增，通过依次递增的变化规律，使得处于中心盘71远端的狭缝720的板间宽度较大，而较大的宽度使得板间压力变小，进而能够方便气泡的快速通过，提高气泡的移动速率，提高效率。此处所谓条板72的自由端是指不与中心盘71连接的一端。

进一步地，由于自出气口形成的气泡直径并非完全相同，为防止直径偏大的气泡无法通过气孔继续上移，条板72的自由端边缘与筒体1的内壁之间保持一定的距离，使得直径偏大的气泡能够通过条板72与筒体1内壁之间的间隙继续上移，同时条板72的端部与筒体1的内壁不相接触也可有效防止两者接触后会使得部分气泡被滞留于夹角位置，从而影响气泡的流量。

实施例3

本实施例3是在实施例2的基础上形成，通过于中心盘和\或条板上设置气孔，提高气泡于液体中的分布均匀度，同时提高了气泡的上移速率，进一步提升气泡将液体带离的效率。具体地：

如图1-4所示，气泡分布器7的中心盘71和条板72上可单独设置气孔721，即中心盘71上单独设置气孔721，或者条板72上单独设置气孔721，优选的，中心盘71与条板72上均设置有气孔721，气孔721用于使得气泡通过，且气孔721的孔径同样设置为气泡平均直径的1.2-1.8倍，使得气孔721亦是基本上保持允许单个气泡通过，提高气泡的分离效果，提升气泡携带液体的量。

进一步地，气孔721的布设呈中心密集、边缘稀疏的特点，使得自出气口处形成的气泡以最快的速度通过狭缝720与气孔721，保证气泡能够较快地被分离且继续上移，进一步提高气泡带离液体的效率。特别优选的，自中心盘71的中心向着条板72的自由端出的气孔721的密度依次递减。

实施例4

本实施例3是在实施例1-4任一实施例的基础上形成，通过于进气管的出气口连通气泡分布器，提高液体中气泡的密度，进一步提高气泡的分布均匀性。具体地：

气体分布器9安装于进气口上并连通，气体分布器9为微孔结构体，优选的，气体分布器9是由金属粉末烧结而成的柱形微孔结构体，气体分布器9上形成的气孔的平均孔径大小为0.5-1.5mm。由于气体分布器9是微孔结构体，气体自进气管2进入后，经气体分布器9进入液体形成的气泡为微小直径气泡，微小直径的气泡可大幅提高液体中的气泡密度，且圆柱形的气体分布器9上的气孔分布是沿圆周方向分布的，为此，自气体分布器9出来的气体形成的气泡是以气体分布器9为中心周向向外辐射的，使得气泡不再集中在一个或几个方向，相当于进行了初步的气泡的扩散。当初步扩散的气泡经气泡分布器7进一步分离并扩散后，使得液体中的气泡分布更加均匀，再进一步地提高了气泡带离液体的速率。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种恒温液态源鼓泡器，其特征在于，包括筒体（1）、进气管（2）、出气管（3）、液体加注管（4）以及换热盘管（5）；

所述筒体（1）为密封的柱型筒体，所述进气管（2）的一端自所述筒体（1）的顶板进入并延伸至靠近所述筒体（1）的底板处，位于所述筒体（1）内的所述进气管（2）的端口记为出气口，所述液体加注管（4）的一端自所述筒体（1）的顶部进入所述筒体（1）内，所述出气管（3）的一端与所述筒体（1）顶板上的通孔密封连接，所述换热盘管（5）以螺旋的方式盘旋成柱形置于所述筒体（1）内，所述换热盘管（5）通过位于所述筒体（1）外的进口（51）和出口（52）进行换热流体的循环流动；

液体经所述液体加注管（4）加入所述筒体（1）内至预定高度，通过所述换热盘管（5）内加热液体的循环流动使所述筒体（1）内的液体达到预设温度并保持，气体通过所述进气管（2）进入所述筒体（1）内并经所述出气口形成气泡，气泡上移后经所述出气管（3）排出并通入外部反应装置；

还包括气泡分布器（7），所述气泡分布器（7）包括中心盘（71）和条板（72），沿所述中心盘（71）的圆周方向均布有多个所述条板（72）形成圆盘状，相邻两条所述条板（72）之间设有狭缝（720），所述气泡分布器（7）位于所述出气口上方，所述气泡分布器（7）设有用于容置并供所述进气管（2）与所述液体加注管（4）进出的缺口（73）；

液体经所述液体加注管（4）加入所述筒体（1）内至预定高度，所述出气口与所述气泡分布器（7）位于液面之下，气体通过所述出气口进入所述筒体（1）内并形成气泡，上移的气泡通过所述狭缝（720）后沿所述筒体（1）的径向方向扩散，扩散的气泡继续上移并通过所述出气管（3）通入外部反应装置；

所述狭缝（720）的宽度为气泡平均直径的1.2-1.8倍，所述狭缝（720）基本上允许单个气泡通过，所述狭缝（720）的宽度自所述中心盘（71）至所述条板（72）的自由端处逐渐变大；

所述中心盘（71）和所述条板（72）上密布气孔（721），所述气孔（721）的孔径为气泡平均直径的1.2-1.8倍；所述气孔（721）基本上允许单个气泡通过；

所述气孔（721）的密度自所述中心盘（71）的中心至所述条板（72）的自由端处变小。

2.根据权利要求1所述的恒温液态源鼓泡器，其特征在于，还包括液位检测器（6），所述液位检测器（6）用于监测位于所述筒体（1）内液体的液面与所述筒体（1）的顶板内表面之间的距离。

3.根据权利要求1或2所述的恒温液态源鼓泡器，其特征在于，还包括气体分布器（9），所述气体分布器（9）安装于所述出气口上并连通，所述气体分布器（9）是由金属粉末烧结而成的微孔结构体。

4.根据权利要求3所述的恒温液态源鼓泡器，其特征在于，所述气体分布器（9）上的气孔的平均孔径为10-100μm。

5.根据权利要求1所述的恒温液态源鼓泡器，其特征在于，还包括安全泄压阀（10），所述安全泄压阀（10）安装于所述筒体（1）上。

6.根据权利要求1所述的恒温液态源鼓泡器，其特征在于，还包括预埋管（12），所述预埋管（12）作为所述液体加注管（4）的备用管。