[实用新型]一种可抑制化学气相沉积预反应的进气蓬头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种化学气相沉积设备的部件，具体涉及一种可抑制化学气相沉积预反应的进气蓬头。

背景技术

金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)是一种中温的化学气相沉积技术，将要沉积的金属或非金属的挥发性化合物在加热的基体母材上分解或还原，而在母材的表面上析出金属或非金属。MOCVD的发展是半导体外延沉积的需要，它是把金属烷基化合物或配位化合物与其它组分(主要是氢化物)送入反应室，然后将反应气体在衬底表面混合，同时使得气流流过衬底时保持较好的层流状态，从而生长出性能优异的薄膜材料。

用于薄膜外延的化学气相沉积设备有水平式和垂直式两大类，如果原料之间的预反应比较严重，则宜采用垂直式反应器。垂直式反应器主要由进气蓬头、衬底托、转动系统、加热元件、真空系统等部分组成。现有技术中，为保证薄膜厚度均匀，通常在进气蓬头上均匀布置有复数个喷气筛孔，不同原料气相互交错、同时通入反应室内，使衬底上方气相组分尽量均匀，在到达衬底前充分混合。但是，这种结构的进气装置存在缺陷，由于原料气在输送过程中即相互混合，当接近高温衬底插时，受到辐射加热，原料气的温度升高，相互间更易发生化学反应，因而原料的预反应情况严重。预反应的后果是原料利用率低、薄膜质量差。

为了抑制预反应的发生，采用的方法主要有：(1)加大衬底托的转数，缩短原料气流向高温衬底托的时间，减小原料气在输运过程中的辐射受热时间，但增大转数会影响沉积反应的传质、传热边界层稳定，形成涡流，不利于薄膜生长。(2)采用间歇进气，如脉冲原子层外延(PALE)和增强迁移MOCVD(MEMOCVD)，通过阀门切换使不同原料气间歇通入，这样原料气在时间上错开，在接近衬底时不发生混合，抑制了预反应的发生。这种方法存在的问题是，由于管路阻力，部分气体滞流，滞后的那部分原料气仍然会发生预反应；为解决这个问题，有人在原料气切换间引入载气吹扫，但这样做便减小了薄膜沉积速率，降低了设备使用率。

发明内容

本实用新型目的是提供一种能够有效抑制化学气相沉积预反应的进气蓬头，通过对进气蓬头的改进，有效提高薄膜质量、改善薄膜的平整度，对膜厚实行控制。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种可抑制化学气相沉积预反应的进气蓬头，包括一本体，所述本体上设置有喷气口，本体边缘处设有冷却水入口和出水口，所述本体内设有冷却水容腔，本体底面均布有至少4条径向设置的由复数个喷气口组成的气道，对应于每一气道上方设有一个覆盖喷气口的罩体，对应每一罩体在本体顶面设有入气口，入气口经进气管连通至罩体与气道间的空腔内，构成入气通道；所述本体顶面对应于冷却水入口与出口分别设有与冷却水容腔连通的进水管及出水管，构成冷却水通道。

上述技术方案中，所述本体底面上均布的径向设置的气道将本体分割成若干个区域，如气道为4条时，即形成4个区域，以此类推；同时每一气道上方设置有罩体，形成对各个区域通入的原料气密封分隔，在实际使用过程中，将本体套设于垂直式反应器的入气口外套管上，外套管内设有内套管，内套管管口上套设有衬底托，衬底被铺设于衬底托上，衬底托的下方设有加热器，入气时，不同的原料气自不同区域的气道通入内套管，同时亦可用载气分隔(载气可为氩气、氮气、氢气等，由具体原料气决定)，衬底托转动时，衬底掠过其中一种原料气的区域时，衬底只接触该一种气体，转至下一区域时，衬底上方只有载气，原料气被赶走，再转至下一原料气区域时，前一种原料气已被载气驱除，不会与下一种原料接触，因此各种原料气在输运过程中各自分开、空间上不发生重合，抑制了预反应的产生；同时，所述冷却水容腔内通入自进水管进入的冷却水，对入气通道进行冷却，从而降低反应器入气口处的温度。

优选的技术方案是，所述本体底面上均布有8条径向设置的气道，每一气道由密布的复数个喷气口构成。

上述技术方案中，还包括一设置于本体上表面的上盖板，各入气管、进水管与出水管均穿透上盖板，上盖板与本体之间经沿其边缘布置的紧固件连接。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：

1、由于本实用新型的蓬头本体上的进气气道径向均布于本体底面上，并以罩体覆盖各喷气口，从而将本体分割成若干个相对独立的区域，仅由本体顶部通入的进气管向喷气口进气，从而形成相互独立的进气单元，避免了原料气相互之间的接触，不会发生预反应，从而提高了薄膜质量；另一方面，由于各原料气各自独立参与反应，可方便实现薄膜调制掺杂技术；