CN218756027U - 一种气相沉积设备的气体组件及气相沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气相沉积设备的气体组件及气相沉积设备。本实用新型的气相沉积设备的气体组件包括：第一腔室、载气腔室和第二腔室。第一进气口设置于所述第一腔室顶部，且在第一腔室中设置筛子板，可有助于不易扩散的二族和/或三族源气体在第一腔室中均匀分布，同时，使得筛子板边缘筛子孔孔径大于中心筛子孔孔径，可进一步有助于二族和/或三族源气体的均匀扩散；载气进气口和第二进气口分别为设置于载气腔室和第二腔室侧壁上部的环形开口，可使得载气和进入第二腔室的四族、五族、六族源气体由各自气体腔室的四周均匀地进入腔室，从而提高腔室内气体的均匀性。
Description
技术领域
本实用新型涉及晶体生长设备技术领域，具体涉及一种气相沉积设备的气体组件及气相沉积设备。
背景技术
有机金属化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)工艺是半导体单晶生长的一种普遍方案，其基本生长过程是，将反应气体从气源引入反应腔室，利用以加热器加热的衬底引发化学反应，从而在基片上生成单晶或多晶薄膜。
在现有的半导体晶体外延沉积工艺中，通常是由MOCVD设备的喷淋头(showerhead)来提供相应的反应气体。喷淋头具有III族源气体扩散腔和V族源气体扩散腔，用于分别向MOCVD设备的反应腔中提供III族源气体和V族源气体，并在进入反应腔后，在所述喷淋头下方的加热衬底表面发生反应，并在衬底上形成GaN薄膜。但现有设备易在沉积前发生预反应，且易出现沉积不均匀。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气相沉积设备的气体组件及气相沉积设备。
一种气相沉积设备的气体组件，至少包括：
第一腔室，可供二族和/或三族源气体传输，包括第一进气口、位于第一进气口下方的筛子板和位于该第一腔室下方的第一出口板，所述筛子板上设置有多个筛子孔，所述第一气体出口板上设置有多个开孔且每个开孔都连接有一第一出气管道；
其中，所述第一进气口设置于所述第一腔室顶部。
优选的，所述筛子板边缘筛子孔孔径大于中心处筛子孔的孔径。
优选的，所述气相沉积设备的气体组件，还包括载气腔室和第二腔室；
所述载气腔室，包括载气进气口和位于该载气腔室下方的载气出口板，所述载气出口板上设置有多个开孔且每个开孔都连接有一载气出气管道；
所述第二腔室，可供四族、五族、六族源气体中至少一种源气体传输，包括第二进气口和位于该第二腔室下方的第二出口板，所述第二气体出口板上设置有多个开孔且每个开孔都连接有一第二出气管道；
其中，所述载气进气口为设置于所述载气腔室侧壁上部的环形开口，所述第二进气口为设置于所述第二腔室侧壁上部的环形开口。
优选的，所述载气进气口和第二进气口分别位于各自腔室上部1/3处。
优选的，所述第一进气口连接有第一进气管；所述载气进气口连接有载气进气管；所述第二进气口连接有第二进气管。
优选的，所述第一进气管、所述载气进气管、所述第二进气管为流线型。
优选的，所述第一出气管道、所述载气出气管道、所述第二出气管道管径依次增大，且在所述第二出口板下方有重合部分，并在该重合部分呈同心圆环状。
优选的，由所述第一出气管道、所述载气出气管道、所述第二出气管道组成的管道组件的排列方式包括：圆周式排列、阵列式排列。
优选的，所述第一出气管道、所述载气出气管道、所述第二出气管道位于第二腔室下方的部分长度相同。
一种气相沉积设备，其特征在于：包括：
反应室、托盘和如上所述的气相沉积设备的气体组件；
所述托盘用于固定待沉积衬底。
本实用新型的有益效果：第一进气口设置于所述第一腔室顶部，且在第一腔室中设置筛子板，可有助于不易扩散的二族和/或三族源气体在第一腔室中均匀分布，同时，使得筛子板边缘筛子孔孔径大于中心筛子孔孔径，可进一步有助于二族和/或三族源气体的均匀扩散；载气进气口和第二进气口分别为设置于载气腔室和第二腔室侧壁上部的环形开口，可使得载气和进入第二腔室的四族、五族、六族源气体由各自气体腔室的四周均匀地进入腔室，从而提高腔室内气体的均匀性。
附图说明
图1是本实用新型的气相沉积设备的气体组件剖面示意图。
图2是本实用新型管道阵列式排列示意图。
图3是本实用新型管道圆周式排列示意图。
图4是本实用新型的源气体由上方通入示意图。
图5是本实用新型的源气体渐扩型通入示意图。
图中标号说明：1、第一腔室；101、第一出口板；102、第一出气管道；103、筛子板；2、载气腔室；201、载气出口板；202、载气出气管道；3、第二腔室；301、第二出口板；302、第二出气管道；4、第一进气管；5、载气进气管；6、第二进气管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
如图1所示，本实用新型实施例提供的气相沉积设备的气体组件由上至下依次设置有：
第一腔室1，可供二族和/或三族源气体传输，包括第一进气口、位于第一进气口下方的筛子板103和位于该第一腔室1下方的第一出口板101，所述筛子板上设置有多个筛子孔，所述第一出口板101上设置有多个开孔且每个开孔都连接有一第一出气管道102；
载气腔室2，包括载气进气口和位于该载气腔室2下方的载气出口板201，所述载气出口板201上设置有多个开孔且每个开孔都连接有一载气出气管道202；
第二腔室3，可供四族、五族、六族源气体中至少一种源气体传输，包括第二进气口和位于该第二腔室3下方的第二出口板301，所述第二出口板301上设置有多个开孔且每个开孔都连接有一第二出气管道302；
其中，所述第一进气口设置于所述第一腔室1的顶部，所述载气进气口为设置于所述载气腔室2侧壁上部的环形开口，所述第二进气口为设置于所述第二腔室3侧壁上部的环形开口。
考虑到二族、三族源气体难以扩散的性质，筛子板103上的筛子孔可依据位置对孔径进行调整，如：位于筛子板103边缘处筛子孔的孔径大于中心处筛子孔的孔径，如此设置可使得二族、三族源气体能更顺利地扩散至边缘处。
在本实施例中，所述第一出气管道102、所述载气出气管道202、所述第二出气管道302管径依次增大，且在所述第二出口板301下方有重合部分，并在该重合部分呈同心圆环状。
作为优选的，所述第一出气管道102、载气出气管道202和第二出气管道302露出第二出口板301的长度相同，保证了反应源气体到达待沉积衬底表面的距离相同，提高了反应源气体的混合均匀性。
作为优选地，由所述第一出气管道102、载气出气管道202和第二出气管道302组成的管道组件规整的排列在衬底上方特定区域内会提供更好的气源分布、反应浓度以及生长晶元均匀性。其排列方式为阵列型、圆周型，如图2、图3所示。
基于上述实施例所提供的气相沉积设备的气体组件，本实施例中通过通入反应源气体来进一步说明所述气相沉积设备的气体组件的设计。以通入三族、载气和五族源气体为例，将三族源气体自第一进气口通入，将三族源气体引流到第一腔室1，经过筛子板103导流后进入第一出气管道102通至底部流出；将载气自载气进气口通入，将载气引流至载气腔室2，后进入载气出气管道202直到底部流出；将五族源气体自第二进气口通入，将五族源气体引流至第二腔室3，后进入第二出气管道302通至底部流出。本实施例提供的气相沉积设备的气体组件不同源气体自各自的进气口分别引流到各自的腔室，后进入各自出气管道一直通到底部流出，且位于中心的载气出气管道202用于运输载气，从而使得从管道中流出的三族源气体和五族源气体在管道口处相互隔开，避免了发生有机源的预反应，从而避免了石英出口处的寄生沉积。
作为单晶生长设备核心的喷淋头，其通常采用石英材质加工，而石英材质的加工技术冗余度低于常规金属，因此在设计喷淋头时还需考虑其加工难度。在本实施例中，所述第一出气管道102的管径R1、所述载气出气管道202的管径R2和所述第二出气管道302的管径R3可以通过需求进行调节，满足R1<R2<R3即可；如此设置保证了石英管加工技术冗余度。在一个可选的实施例中，所述第一出气管道102、所述载气出气管道202、所述第二出气管道302的管壁厚度为2mm。所述第一出气管道102的管径为5-8mm，所述载气出气管道202和所述第二出气管道302的管径依次增加3-4mm。
在一个可选的实施例中，如图4所示，位于第一腔室1的顶部的第一进气口处连接有一第一空心管道，该第一空心管道为第一进气管；所述载气进气口位于距离载气腔室2顶端1/3处的侧壁上，且载气进气口外部包裹有一底部与所述载气腔室2侧壁闭合的第二空心管道，该第二空心管道为载气进气管；所述第二进气口位于距离第二腔室3顶端1/3处的侧壁上，且第二进气口外部包裹有一底部与所述第二腔室3侧壁闭合的第三空心管道，该第三空心管道为第二进气管；其中，第一进气管、载气进气管、第二进气管的管径依次增大，于第一腔室1上方呈同心圆状。
在本实施例中，以三族源、载气和五族源气体为例，三族源气体由第一进气管导入，从第一腔室1顶部的第一进气口进入第一腔室1；载气由载气进气管导入，并由载气腔室2侧壁上的环形开口进入载气腔室2；五族源气体由第二进气管导入，并由第二腔室3侧壁上的环形开口进入第二腔室3。
在一个可选的实施例中，如图5所示，第一进气管4、载气进气管5、第二进气管6为流线型设计，有利于源气体在各自腔室中的扩散，提供更好的气源分布。
在上述实施例的基础上，本实用新型实施例还提供了一种气相沉积设备，其包括：
反应室、托盘和如上述实施例中所提供的气相沉积设备的气体组件；
其中，托盘用于固定待沉积衬底。
作为优选地，在本实施例中，所述气相沉积设备的气体组件的出气方向与所述待沉积衬底表面垂直。
以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种气相沉积设备的气体组件，其特征在于：至少包括：
第一腔室，可供二族和/或三族源气体传输，包括第一进气口、位于第一进气口下方的筛子板和位于该第一腔室下方的第一出口板，所述筛子板上设置有多个筛子孔，所述第一出口板上设置有多个开孔且每个开孔都连接有一第一出气管道；
其中，所述第一进气口设置于所述第一腔室顶部。
2.根据权利要求1所述的气相沉积设备的气体组件，其特征在于：所述筛子板边缘筛子孔孔径大于中心处筛子孔的孔径。
3.根据权利要求1所述的气相沉积设备的气体组件，其特征在于：还包括载气腔室和第二腔室；
所述载气腔室，包括载气进气口和位于该载气腔室下方的载气出口板，所述载气出口板上设置有多个开孔且每个开孔都连接有一载气出气管道；
所述第二腔室，可供四族、五族、六族源气体中至少一种源气体传输，包括第二进气口和位于该第二腔室下方的第二出口板，所述第二出口板上设置有多个开孔且每个开孔都连接有一第二出气管道；
其中，所述载气进气口为设置于所述载气腔室侧壁上部的环形开口，所述第二进气口为设置于所述第二腔室侧壁上部的环形开口。
4.根据权利要求3所述的气相沉积设备的气体组件，其特征在于：所述载气进气口和第二进气口分别位于各自腔室上部1/3处。
5.根据权利要求3所述的气相沉积设备的气体组件，其特征在于：所述第一进气口连接有第一进气管；所述载气进气口连接有载气进气管；所述第二进气口连接有第二进气管。
6.根据权利要求5所述的气相沉积设备的气体组件，其特征在于：所述第一进气管、所述载气进气管、所述第二进气管为流线型。
7.根据权利要求3所述的气相沉积设备的气体组件，其特征在于：所述第一出气管道、所述载气出气管道、所述第二出气管道管径依次增大，且在所述第二出口板下方有重合部分，并在该重合部分呈同心圆环状。
8.根据权利要求3所述的气相沉积设备的气体组件，其特征在于：由所述第一出气管道、所述载气出气管道、所述第二出气管道组成的管道组件的排列方式包括：圆周式排列、阵列式排列。
9.根据权利要求3所述的气相沉积设备的气体组件，其特征在于：所述第一出气管道、所述载气出气管道、所述第二出气管道位于第二腔室下方的部分长度相同。
10.一种气相沉积设备，其特征在于：包括：
反应室、托盘和如权利要求1-9任意一项所述的气相沉积设备的气体组件；
所述托盘用于固定待沉积衬底。
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