CN216404592U - 反应装置及薄膜沉积设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种反应装置及薄膜沉积设备，反应装置包括反应部及连接到反应部的排出管路，反应部至少包括一个可供气体发生反应的反应室及与反应室连通的排出室，排出室包括连通至反应室的第一端及可对接排出管路的第二端，以通过排出室及排出管路将反应室内的气体排出。该排出室包括挡板，其设置于第一端以间隔反应室和排出室，挡板上开设有多个第一气孔，排出室通过第一气孔连通至反应室；以及至少一个均流板，其设置于第一端与所述第二端之间，均流板上开设有多个第二气孔；所述挡板对流体的阻力小于所述均流板对流体的阻力，以解决因排气而影响反应腔内气场的均匀性的技术问题。

Description

反应装置及薄膜沉积设备

技术领域

本申请涉及MOCVD设备领域，具体涉及一种反应装置及薄膜沉积设备。

背景技术

薄膜沉积技术是将稀释于载气中的金属有机化合物与V族或VI族元素的氢化物在被加热的外延衬底上进行分解并发生反应，利用反应后的生成物沉积到外延衬底上从而形成外延薄膜。当薄膜沉积在晶圆上时，应尽量减少反应器内颗粒的积聚。同时剩余的副产物气体可能对后续在晶圆上的沉积产生不利影响，因此现有技术中多利用排气泵将反应器内的反应气体及载气排出反应室外。

但是，利用排气泵与反应器内的排气管连通排气时，排气泵可能会造成在垂直于气流流通方向的方向上的吸力不均匀的情况，使得排气时产生气流收束现象，并且该气流收束可能会沿排气管向上游回溯，进而造成反应腔内的气场不均或出现紊流，降低薄膜沉积的精度。

发明内容

本申请提供一种反应装置及薄膜沉积设备，以解决排气时影响反应腔内气场均匀性的技术问题。

本申请提供一种反应装置包括反应部及连接到所述反应部的排出管路，所述反应部至少包括一个可供气体发生反应的反应室及与所述反应室连通的排出室，所述排出室包括连通至所述反应室的第一端及可对接所述排出管路的第二端，以通过所述排出室及所述排出管路将所述反应室内的气体排出；所述排出室包括：挡板，其设置于所述第一端以间隔所述反应室和所述排出室，所述挡板上开设有多个第一气孔，所述排出室通过所述第一气孔连通至所述反应室；以及至少一个均流板，其设置于所述第一端与所述第二端之间，所述均流板上开设有多个第二气孔；其中，所述挡板对流体的阻力小于所述均流板对流体的阻力。

可选的，每一所述均流板中所述第二气孔的流通面积总和为S1，所述第一气孔的流通面积总和为S3，则0＜S1/S3＜1。

可选的，所述排出室的第二端包括可连接所述排出管路的排出口，所述第二气孔的流通面积总和不小于所述排出口的流通面积总和；所述挡板与相邻的所述均流板之间的距离大于该所述均流板与所述第二端之间的距离。

可选的，所述排出室包括至少两个所述均流板，每一所述均流板中所述第二气孔的流通面积总和均为一固定值S1，每一所述均流板中所述第二气孔的数量为一固定值。

可选的，所述排出室包括至少两个所述均流板，沿所述第一端至所述第二端的方向，每一所述均流板中所述第二气孔的数量逐渐减小，且所述第二气孔的孔径逐渐增大。

可选的，所述排出室包括至少两个所述均流板，在沿所述第一端到所述第二端的方向上，所述均流板的第二气孔与相邻的另一所述均流板的第二气孔的位置错开设置。

可选的，所述挡板的表面的流体阻力系数小于所述均流板的表面的流体阻力系数；所述排出室自所述反应室的周缘延伸并呈环状设置，所述第一气孔以所述反应室为中心地环形阵列排布；所述第二气孔以所述反应室为中心地环形阵列排布。

可选的，所述反应室包括基座及至少一个反应腔，所述基座包括面向所述反应腔的第一表面，所述排出室设于所述基座的外周并沿垂直于所述第一表面的方向延伸设置，所述挡板与所述第一表面平齐；以垂直于所述第一表面的方向为第一方向，所述挡板到所述均流板的距离大于所述反应腔在所述第一方向上的最大尺寸。

可选的，所述反应装置还包括喷嘴，其至少部分延伸到所述反应室内，所述喷嘴包括至少一个进气通道，所述进气通道包括与所述反应室连通的进气口，以向所述反应室的内部流入反应气体；所述进气口的流通面积总和为S4，所述第一气孔的流通面积总和为S3，则0＜S4/S3≤1。

相应的，本申请还提供一种薄膜沉积设备，其包括反应装置，所述反应装置为上述任一项所述的反应装置。

本申请提供一种反应装置及薄膜沉积设备，该反应装置的反应室与排出管道之间设置排出室，并在排出室与反应室邻接的第一端设置挡板，与排出管道相接的第二端附近设置均流板。由于反应室内的气体需要通过排出管道提供的点状负压的带动排出反应室，该均流板可以将排出管道的点状负压转变成均匀的环状负压，使得反应室的气流进入排出室时，不会产生垂直于气流流向的压差，避免了在气流流入处的产生收束现象，进而避免对反应腔内的气流场的均匀性产生影响。同时，由于挡板对流体的阻力较小，对气流的影响也就较小，减小了逆流的产生，气流在经过阻力更大的均流板时，产生的逆流的气体将因为其上游设置的挡板的原因而停留在挡板和均流板之间空间内，因而能够进一步地减小气体逆流进腔室内的现象，以保证反应室内气场的均匀及稳定性，提高薄膜沉积的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的反应装置的结构示意图；

图2是本申请提供的反应装置的部分结构示意图；

图3是本申请提供的第一挡板与第二挡板的示意图；

图4是本申请提供的另一实施例中第二挡板的示意图。

附图标记说明：

100、反应室；110、反应腔；200、排出室；210、第一端；220、第二端；300、挡板；310、第一气孔；400、均流板；410、第二气孔；500、喷嘴；510、进气通道；511、进气口；600、泵体；700、基座；710、第一表面；720、旋转轴。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。

本申请提供一种反应装置及薄膜沉积设备，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

请参阅图1-图4，本申请提供一种薄膜沉积设备，其可以将稀释于载气中的金属有机化合物与V族或VI族元素的氢化物在被加热的外延衬底上进行分解并发生反应，利用反应后的生成物沉积到外延衬底上形成外延薄膜，本申请中薄膜沉积设备为CVD设备。该薄膜沉积设备包括壳体和反应装置，其中壳体相对于外部气密，可以利用真空泵将壳体内的气体排出，使得壳体内形成真空状态。反应装置置于壳体的内部，该反应装置包括反应部及可连接到所述反应部的排出管路(未标号)。该反应部包括反应室100、至少部分构成反应室100一部分的上盖组件，反应室100内开设有至少一个反应腔110，并且上述上盖组件覆盖反应腔110的上端，用以封闭反应腔110。

反应部还包括至少部分延伸到反应室100内的喷嘴500，喷嘴500安装于上盖组件中，以使得喷嘴500的下端部能够伸入反应腔110内部。反应室100包括基座700，基座700的第一表面面向反应腔110并且与喷嘴500相对设置，以利用基座700第一表面承载待镀膜的基片。此外，基座700的下方设置有加热装置，现有技术中加热装置可以是电阻加热装置或者射频加热装置，从而利用上述加热装置将基座700的上表面加热到工艺温度和清洁温度。

反应部还包括与反应室连通的排出室200，上述排出室200包括挡板300以及至少一个均流板400。其中，排出室200包括第一端210及第二端220，上述第一端210连通至反应腔110，第二端220可对接上述排出管路，以通过排出室200及排出管路将反应室100内的气体排出。排出室200的第二端间接连通至泵体600，以利用泵体600排出反应腔110内的反应气体和载气。

挡板300平行于基座的第一表面，并设置于排出室200的第一端210，以间隔反应室100和排出室200。挡板300上开设有多个第一气孔310，该排出室200通过第一气孔310连通至反应室100。均流板400至少设置一个，其设置于排出室200的第一端与第二端之间。优选地，该均流板400设置多个，该多个均流板400彼此平行设置，并邻近排出室200的第二端220设置。均流板400上开设有至少两个第二气孔410。其中，挡板300与其最邻近的均流板400之间的距离为L1，该均流板400与第二端220之间的距离为L2，则0＜L2/L1＜1。

反应腔110内的气体在泵体600的吸附力的作用下流动至排出室200的内部，由于挡板300设置于排出室200的第一端210，均流板400邻近排出室200的第二端220，因而气体在流动的过程中先流经第一气孔310，然后再流经第二气孔410，并经第二端220排出反应器。挡板300的下表面与最邻近的均流板400的上表面之间的距离为L1，定义挡板300的下表面与最邻近的均流板400的上表面之间的空间为预置空间，并且预置空间的长度为L1；该均流板400的下表面与第二端220之间的距离为L2，定义均流板400的下表面与第二端220之间的空间为束流空间，且束流空间的长度为L2。由于0＜L2/L1＜1，即，挡板300和均流板400之间的预置空间足够大，使得气体因均流板的阻力而在其附近产生的逆流能够留存在预置空间中，避免逆流逸散到反应腔110中，以保证反应室内气场的均匀及稳定性，提高薄膜沉积的精度。

在本申请的具体的实施方式中，挡板300对流体的阻力小于均流板400对流体的阻力。由此挡板300对流体的阻力较小，对气流的影响也就较小，减小了逆流的产生，同时气流在经过阻力更大的均流板400时，产生的逆流的气体将因为其上游设置的挡板300的原因而停留在挡板300和均流板400之间空间内，因而能够进一步地减小气体逆流进腔室内的现象，以保证反应室内气场的均匀及稳定性，提高薄膜沉积的精度。

具体的，每一均流板400中第二气孔410的流通面积总和为S1，同时第一气孔310的流通面积总和为S3，则0＜S1/S3＜1，即挡板300的气体流通面积大于均流板400的气体流通面积，从而使得挡板300对流体的阻力小于均流板400对流体的阻力。在较佳的实施方式中，该第一气孔310的流通面积S3不小于该第二气孔410的流通面积S1的4倍，该流通面积的差异可以体现在第一气孔310具有更大的孔径和/或更多的数量。在其他实施例中，该挡板300的自身的表面流体阻力系数小于该均流板的表面流体阻力系数。具体地，该挡板300可以是与均流板400同材质，但是该挡板300经过更严苛的表面抛光处理；也可以该挡板300和均流板400选用流体阻力系数差异的不同材质。

进一步的，喷嘴500包括至少一个进气通道510，进气通道510包括连通至反应腔110的进气口511，用于向反应腔110内输送反应气体与载气；进气口511的流通面积总和为S4，则0＜S4/S3≤1。即，通过限定第一气孔310的流通面积不小于进气口511的流通面积，可以避免挡板300处气体发生“拥堵”，进一步避免气体逆流至腔体110。

本申请的具体实施例中束流空间内设置有三个均流板400，因而将束流空间分成了三个腔室，上述相邻的腔室通过第二气孔410连通。在本申请具体的实施方式中，泵体600与上述排出管路连接，排出室的第二端设有排出口，排出管路通过该排出口与排出室连通。当泵体600产生吸力时，与泵体600间接连通的最下游的束流腔室的气流场最不均匀，泵体的负压中心位于该排出口位置，从而位于其邻近的上游均流板的第二气孔的气流流量从接近该排出口位置到远离该排出口位置递减。对于更上游的束流腔室而言，其负压源从原先的排出口变为了多个第二气流孔，其负压源的负压分布比下级的束流腔室更为均匀。经过该三个均流板400的层层作用，对于预置空间而言其负压源则变为了其邻近的均流板的第二气流孔，且该第二气流孔的提供的负压基本一致。从而，该均流板400可以将排出管道的点状负压转变成均匀的环状负压，使得反应室的气流进入排出室时，不会产生垂直于气流流向的压差，避免了在气流流入处的产生收束现象，进而避免对反应腔110内的气流场的均匀性产生影响。

更具体的实施例中，排出室200包括两个以上均流板400，每一均流板400中第二气孔410的流通面积总和均为一固定值S1。进一步的，每一均流板400中第二气孔410的数量为一固定值。由于每一均流板400中第二气孔410的流通面积总和以及第二气孔410的数量均为固定值，因而每一均流板400中第二气孔410的孔径基本一致。因而既能够减小气体逆流，也便于均流板400加工成型，降低加工成本。在其他实施方式中，沿第一端210至第二端220的方向，每一均流板400中第二气孔410也可以以数量逐渐减小，同时第二气孔410的孔径逐渐增大的方式设置。在保持单个均流板400的流通面积不变的情况下，减小单个均流板400上第二气孔410的数量，并同时增加第二气孔410的孔径。限定越靠近负压源的均流板400上的第二气孔410的数量较小，第二气孔410的孔径较大，能够更好地利用多个均流板400均匀泵体600的吸力，提高反应腔110内气场的均匀性。同时，气体由上游流动至下游的过程中，均流板400上第二气孔410的数量逐渐减小，从而实现对气流的收束，便于利用排出管道将气体排出。

进一步的，当排出室200包括至少两个均流板400时，相邻的两个均流板400中，其中一个均流板400的第二气孔410能被另一个均流板400未开设第二气孔410的区域完全覆盖，即相邻均流板400上的第二气孔410错位设置，可以更进一步地分散泵体600的吸力。此外，当腔室内的气体向上游逆流时，错位开设的第二气孔410可以进一步减小气流逆向时流经的第二气孔410的数量，从而削弱逆流的气流量，保持反应腔110内气流场的均匀性。

在本申请的具体的实施例中，每一均流板400中第二气孔410的流通面积总和均为一固定值S1，第二端220的排出口的流通面积为S2，则S1≥S2。通过限定单个均流板400的流通面积不小于第二端220的排出口的流通面积，可以减小第二端220的排气口的负压损耗，增大气流的排出效率，以保持反应腔110内气流场的稳定。

进一步的，本申请中第一气孔310以反应室为中心并环形阵列排布；同时，第二气孔410以所述反应室为中心并环形阵列排布。既能够增加第一气孔310与第二气孔410的开设数量，提高气体的排出效率；同时也便于第一气孔310与第二气孔410加工成型。

进一步的，设置于反应室100内的基座700包括面向反应腔110的第一表面710；其中，排出室200设于基座700的外周并垂直于所述第一表面延伸设置，挡板300与上述第一表面710平齐。更具体地，排出室200自所述反应室100的周缘延伸并呈围绕所述反应室100的环状设置。以垂直于所述第一表面的方向为第一方向，基座700可旋转设于反应室100内部，并包括沿第一方向延伸的旋转轴720，挡板300到均流板400的距离大于反应腔110在所述第一方向上的最大尺寸，以使的预置空间大于反应腔位于基座上方之外的“缓冲”空间，使得预置空间在理想状态下能完全吞吐该“缓冲”空间的气体，变相地延长了该“缓冲”空间，“缓冲”空间越长，其反应剩余气体的堆积现象对基座上方的工艺气体的反应的影响越小。另外，通过限定挡板300与基座700的第一表面710平齐，也可以使得反应室100内反应剩余气体能够平稳地流入排出室200内。

以上对本申请提供一种反应装置及薄膜沉积设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种反应装置，其特征在于，包括：

反应部及连接到所述反应部的排出管路，所述反应部至少包括一个可供气体发生反应的反应室及与所述反应室连通的排出室，所述排出室包括连通至所述反应室的第一端及可对接所述排出管路的第二端，以通过所述排出室及所述排出管路将所述反应室内的气体排出；

所述排出室包括：

挡板，其设置于所述第一端以间隔所述反应室和所述排出室，所述挡板上开设有多个第一气孔，所述排出室通过所述第一气孔连通至所述反应室；以及

至少一个均流板，其设置于所述第一端与所述第二端之间，所述均流板上开设有多个第二气孔；

其中，所述挡板对流体的阻力小于所述均流板对流体的阻力。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，每一所述均流板中所述第二气孔的流通面积总和为S1，所述第一气孔的流通面积总和为S3，则0＜S1/S3＜1。

3.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述排出室的第二端包括可连接所述排出管路的排出口，每一所述均流板中所述第二气孔的流通面积总和不小于所述排出口的流通面积总和；所述挡板与相邻的所述均流板之间的距离大于该所述均流板与所述第二端之间的距离。

4.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述排出室包括至少两个所述均流板，每一所述均流板中所述第二气孔的流通面积总和均为一固定值S1，每一所述均流板中所述第二气孔的数量为一固定值。

5.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述排出室包括至少两个所述均流板，沿所述第一端至所述第二端的方向，每一所述均流板中所述第二气孔的数量逐渐减小，且所述第二气孔的孔径逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述排出室包括至少两个所述均流板，在沿所述第一端到所述第二端的方向上，所述均流板的第二气孔与相邻的另一所述均流板的第二气孔的位置错开设置。

7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，

所述挡板的表面的流体阻力系数小于所述均流板的表面的流体阻力系数；

所述排出室自所述反应室的周缘延伸并呈环状设置，所述第一气孔以所述反应室为中心地环形阵列排布；所述第二气孔以所述反应室为中心地环形阵列排布。

8.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应室包括基座及至少一个反应腔，所述基座包括面向所述反应腔的第一表面，所述排出室设于所述基座的外周并沿垂直于所述第一表面的方向延伸设置，所述挡板与所述第一表面平齐；以垂直于所述第一表面的方向为第一方向，所述挡板到所述均流板的距离大于所述反应腔在所述第一方向上的最大尺寸。

9.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，还包括：

喷嘴，其至少部分延伸到所述反应室内，所述喷嘴包括至少一个进气通道，所述进气通道包括与所述反应室连通的进气口，以向所述反应室的内部流入反应气体；

所述进气口的流通面积总和为S4，所述第一气孔的流通面积总和为S3，则0＜S4/S3≤1。

10.一种薄膜沉积设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的反应装置。

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