用于mocvd设备的进气及冷却装置的制造方法_2

文档序号:9430681阅读:来源:国知局
br>[0041] 图11是本发明所述装置中冷却板的第二进气口为多面体漏斗结构的示意图;
[0042] 图12是图11所示多面体漏斗结构的一个示例在A-A'向的剖视图;
[0043] 图13是图11所示多面体漏斗结构的另一个示例在B-B'向的剖视图。
[0044] 图14是本发明所述装置的冷却板上的进气口分布示意图;
[0045] 图15、图16是本发明中第二进气口为锥形漏斗结构时冷却板沿A-A'向和B-B'向 的不意图;
[0046] 图17、图18是本发明中第二进气口为双锥形漏斗结构时冷却板沿A-A'向和B-B' 向的不意图;
[0047] 图19是本发明中冷却板上进气口分布的一个具体示例的尺寸示意图;
[0048] 图20是本发明中第二进气口为双锥形漏斗结构时的一个具体示例的尺寸示意 图;
[0049] 图21是本发明中反应腔内的化学反应过程示意图;
【具体实施方式】
[0050] 如图4所示,本发明提供的进气装置是一种喷淋头800,其设置在M0CVD(金属有 机化学气相沉积)设备反应腔900内的顶部,通过设置的第一进气导管810、第二进气导管 820、第一进气口 830,分别向反应腔900内输送有机金属气体、氢化物气体,和将两者携带 至基片920表面进行薄膜沉积反应的载气,同时还通过由第一进气口 830输送的载气将有 机金属气体和氢化物气体相互隔开,以防止刚喷出的有机金属气体和氢化物气体太早反应 而在喷淋头800底面的进气口附近产生寄生颗粒。
[0051] 如图5所示,还设置有一组第二进气口 840,其与一组第一进气口 830各自的开口 在喷淋头800底面间隔交替、均匀分布。每一个第二进气导管820连通至与之对应的一个 第二进气口 840,使第二进气口 840的首端围绕在第二进气导管820的末端外围,由第二进 气口 840将氢化物气体与载气的混合气体输送至反应腔900。每一个第一进气导管810穿 设在与之对应的一个第一进气口 830中,则由第一进气口 830输送的载气形成帘幕状的气 流,将由第一进气导管810输送的有机金属气体与由第二进气导管820至第二进气口 840 输送的氢化物气体隔开。喷淋头底面上,在极边缘区域以内,每一个第一进气口 830被多个 (如4个)均匀分布的第二进气口 840围绕且与该多个第二进气口 840距离相等,同样的每 一个第二进气口 840也被多个均匀分布第一进气口 830围绕且与该多个第一进气口 830距 离相等。
[0052] 设各个进气口的末端是位于喷淋头800底面的一端,而各个进气口的首端是位于 喷淋头800内连通至相应气体通道的一端。本例中第一进气导管810的末端外径,小于环 绕在其外侧的第一进气口 830的末端内径,且两者都小于第二进气口 840的末端口径。若 第二进气导管820的末端外径小于第二进气口 840的首端内径时,可以使第二进气口 840 输送的载气包围在第二进气导管820输送的氢化物气体外并将两者在第二进气口 840内混 合后一起输送至反应腔900 ;若第二进气导管820的末端外径等于第二进气口 840的首端 内径(即两者紧密配合)时,可以使第二进气导管820输送的氢化物气体和载气的混合气 体直接经由第二进气口 840向反应腔900输送。
[0053] 而为了减少寄生颗粒在喷淋头800底面的积聚,在兼顾各路气体流量的前提下, 可以通过扩大各进气口末端的口径(例如扩大第二进气口 840和/或第一进气口 830),将 喷淋头800底面尽可能多的面积开设为进气口。因而,在喷淋头800底面的进气口处由于 有气体流动,寄生颗粒不容易附着;而喷淋头800底面除进气口外的其他面积被缩减,可以 有效减少寄生颗粒附着的影响。参见图6所示,优选的示例中,将第二进气口 840设计成末 端口径大于其首端口径的漏斗状。第一进气导管810、第二进气导管820、第一进气口 830 可以为首末端口径一致的直筒状。
[0054] 如图6、图7所示,所述的喷淋头800内部设有第一隔板851、第二隔板852、第三 隔板853和冷却板854,这些板在坚直方向间隔分布。本例中,第一隔板851最靠近喷淋头 800的顶部,而冷却板854最靠近喷淋头800的底部。在冷却板854上直接开设所述的第一 进气口 830和第二进气口 840 ;还在所述的冷却板854中避开各进气口的位置设有横向分 布的冷却介质管道850,使冷却介质在管道850中流通,将喷淋头800的温度控制在合适的 范围。冷却板854与第三隔板853之间形成的第三气体通道,直接连通冷却板854上的第 一进气口 830和第二进气口 840以输送载气。第三隔板853与第二隔板852之间形成的第 二气体通道,连通至作为第二进气导管820的第二导管821以输送氢化物气体;该第二导管 821穿过第三气体通道并且与该第三气体通道互不导通,之后该第二导管821的末端插入 到冷却板854上的第二进气口 840中。第二隔板852与第一隔板851之间形成的第一气体 通道,经由第一导管811输送有机金属气体;该第一导管811穿过第二气体通道、第三隔板 853和第三气体通道而与之均不导通,所述第一导管811最后插入到所述第一进气口 830中 作为第一进气导管810。优选地,是使第一进气口 830的末端位置,比第一进气导管810 (第 一导管811)的末端位置更低,即,第一进气口 830的末端对应冷却板854的底面,而第一导 管811的末端还没有达到冷却板854的底面,从而在第一进气口 830内的底部形成一个载 气与有机金属气体的混合区域。
[0055] 如图8、图9所示,在喷淋头800的第二实施例中,与上述第一实施例中的不同点在 于,冷却板854上每个第二导管821并不直接插入到第二进气口 840中,而是略有偏移。例 如,第二进气口 840的首端附近设置有一个缓冲区855,本例中该缓冲区855为台阶状,第 二导管821向缓冲区855输送氢化物气体,以减少冲击效应(impinging effect)。同时第 一进气口 830第三气体通道也将一路载气连通至本例的缓冲区855,使载气和第二导管821 输送的氢化物气体在缓冲区855处或在第二进气口 840中混合后一同由第二进气口 840输 出。
[0056] 如图10所示,在喷淋头800的第三实施例中,与上述第一实施例中的不同点在于, 提供了另一种第二导管822。本例所述的第二导管822的顶端连通第二气体通道,而该第二 导管822的底端是封闭的,所述第二导管822底端插入到第二进气口 840内之后,通过开设 在该第二导管822侧壁上的若干开孔来输送氢化物气体,以减少冲击效应。
[0057] 上述第一到第三实施例中所用的冷却板854中,第二进气口 840是角度恒定的锥 形漏斗结构。该角度是指锥形漏斗结构的侧壁与坚直方向的夹角。
[0058] 如图17、图18所示,另一个示例的冷却板854中,第二进气口 840是双锥形漏斗结 构860,即,上段861和下段862分别为角度恒定的锥形漏斗结构,且下段862的角度大于 上段861的角度,而下段862末端的口径大于上段861末端的口径;下段862是指该第二进 气口 840更靠近冷却板854底面的部分,下段862的末端口径就是该第二进气口 840的末 端口径;上段861则是更靠近冷却板854顶面的部分,位于冷却板854内部。该示例在冷却 板854开设第二进气口 840之后保证机械强度的同时,还能够有效扩大冷却板854底面开 设为进气口的面积,以减少寄生颗粒可能吸附的区域的面积。
[0059] 如图11、图12所示,还有一个示例的冷却板854中,为了扩大冷却板854底面开设 为进气口的面积,将第二进气口 840设计为多面体漏斗结构823,即,第二进气口 840类似花 瓣状,在其侧壁设有多条棱,末端边缘为多边形(而上述两个示例中所示第二进气口 840中 内壁光滑过渡,末端边缘为圆形)。图13中进一步示出了第二进气口 840为多面体漏斗结 构823的冷却板854,与底端封闭、侧壁开孔输气的第二导管822组合的一种示例。
[0060] 如图14、图15、图16所示,在一个具体的应用(例如第二进气口 840为锥形漏斗 结构)中,喷淋头800的冷却板854为厚度20mm、直径460mm的圆形。在A-A'方向任意两 个第二进气口 840圆心到圆心之间的间距为28. 3mm,在B-B'方向任意两个第二进气口 840 圆心到圆心之间的间距D为20mm。每四个第二进气口 840将一个第一进气口 830包围在其 中,使该第一进气口 830位于这些第二进气口 840的对角线交叉点,相邻第二进气口 840的 边缘之间的最近距离为G i,第一进气口 830的边缘到任意一个第二进气口 840的边缘的最 近距离为G 2。
[0061] 如图19所示,将这四个第二进气口 840的圆心位置作为四角围成的方形区域设为 一单元区,则该单元区的边长为间距D,面积SI = D2。设第二进气口 840的末端口径为Od i, 第二进气口 840的首端口径为Od 5。设第一进气口 830的末端口径为Od 2,穿插在其中的第 一导管811的外
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