[实用新型]三重气流金属有机物化学气相沉积设备反应腔体

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气相沉积设备，特别涉及一种三重气流金属有机物化学气相沉积设备反应腔体。

背景技术

金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料、光电子专用设备。MOCVD是一种非平衡生长技术，其工作机理是通过源气体传输，使得III族烷基化合物(TMGa、TMIn、TMAl、二茂镁等)与V族氢化物(AsH₃、PH₃、NH₃等)在反应腔内的衬底上进行热裂解反应。就外延材料的生长速率比较适中，可较精确地控制膜厚。它的组分和生长速率均由各种不同成分的气流和精确控制的源流量决定的。MOCVD作为化合物半导体材料外延生长的理想方法，具有质量高、稳定性好、重复性好、工艺灵活、能规模化量产等特点，已经成为业界生产半导体光电器件和微波器件的关键核心设备，具有广阔的应用前景和产业化价值。

反应腔体是整个MOCVD设备最核心的部分，决定了整个设备的性能。而腔体的几何结构和尺寸是影响沉积性能的首要因素，因为其直接影响气体在腔体内的流动行为，以及反应气体的输运和扩散方式。

由于上述的背景，寻找一种更为优秀的气体配送方案是各个研究机构及设备设计制造商一直在探索的。现有的两种典型的设计，一种是行星式反应腔，另一种是喷淋式反应腔，两者都有各自的优点，但也有其腔体设计所固有的缺点。

发明内容

本实用新型的目的针对已有技术中存在的缺陷，本实用新型提供了一种三重气流金属有机物化学气相沉积设备反应腔体。

本实用新型的工作原理：反应气体A从中心进气管道进入反应腔后，在反应腔内沿水平方向径向流动。压气P从中心进气管的外层套管进入反应腔，位于反应气体A的上方沿水平方向径向流动。反应气体B从另一进气管道进入缓冲腔，然后经由喷淋口沿竖直方向进入反应腔，与反应气体A混合在衬底上方反应。由于水平气流的带动，大大减弱了竖直喷淋气流的反弹回流，同时压气P也能有效的抑制反应气体在反应腔内形成热涡流。

水平层流和竖直喷淋相结合的气流流场抑制了喷淋气体反弹回流造成的局部湍流，这样不仅提高了反应气体分布的均匀性、解决了颗粒附着的清洗问题，同时也使生长界面更加陡峭。

本实用新型主要包括：反应气体A进气管道(1)、压气P进气管道(2)、反应气体B进气管道(3)、喷淋口(4)、冷却腔(5)、载片盘(6)、反应腔(8)、排气口(9)、缓冲腔(10)、冷却液进口(11)、冷却液出口(12)、腔体外壳(13)、加热器(15)，其特征在于所述反应气体A进气管道(1)从反应腔(8)顶端接入，其下方设有载片盘(6)，载片盘(6)的上部设有喷淋口(4)与冷却腔(5)，压气P进气管道(2)与反应气体B的进气管道(3)同轴包裹在反应气体A进气管道(1)的外壁上，压气P进气管道(2)的出口位于反应气体A出口的上方，其出口的轴线与载片盘(6)平行，反应气体B的出口位于缓冲腔(10)的顶部，其中心轴线的周边，冷却液进口(11)与冷却液出口(12)穿过腔体外壳(13)，分别与冷却腔(5)的两端连接，冷却腔(5)安装于反应腔(8)与缓冲腔(10)之间，载片盘(6)下部设有加热器(15)，排气口(9)位于反应腔(8)的底部。本实用新型的优点是采用水平层流和竖直喷淋相结合的气流流场的反应腔体结构，抑制了喷淋气体反弹回流造成的局部湍流，提高了反应气体分布的均匀性、解决了颗粒附着的清洗问题，反应腔体的结构在保证高质量外延生长的前提下简化了反应腔体的结构和制造难度，并具有可扩展性。

附图说明

图1本实用新型的反应腔体结构1示意图；

图2本实用新型的反应腔体结构2示意图。

1反应气体A进气管道、2压气P进气管道、3反应气体B进气管道、4喷淋口、5冷却腔、6载片盘、7衬底、8反应腔、9排气口、10缓冲腔、11冷却液进口、12冷却液出口、13腔体外壳、14缓冲腔挡板、15加热器

具体实施方式

下面结合附图进一步说明实用新型的实施例：

参见图1，反应气体A进气管道1从反应腔8顶端接入，反应气体A从进气管道1进入反应腔8，沿水平方向径向流动。反应气体A进气管道1的出口下方安装有载片盘6，载片盘6的上表面设有衬底7，载片盘6的高度可根据材料外延生长工艺的要求上下调节，载片盘6可以制作为固定型方式或旋转型方式。压气P进气管道2与反应气体B的进气管道3同轴包裹在反应气体A进气管道1的外壁上，压气P进气管道2的出口位于反应气体A出口的上方，压气P进气管道2出口的轴线与载片盘6平行，压气P从中心进气管的外层套管进入反应腔，位于反应气体A的上方沿水平方向径向流动。反应气体B的出口位于缓冲腔10的顶部，即缓冲腔10中心轴线的周边，载片盘6的上部装有喷淋口4，喷淋口4垂直于载片盘6，喷淋口的形状为孔或缝隙，喷淋口的数量为20～200个，喷淋口为圆周分布或阵列分布或散布的，喷淋口与反应腔8的顶部平行或突出于反应腔8的顶部，反应气体B从反应气体B进气管道3进入缓冲腔，然后经由喷淋口4沿垂直方向进入反应腔8，与反应气体A在衬底7上方混合反应。缓冲腔10的中间根据设计要求可以设置一缓冲腔挡板14，以此来改变反应气体B进入喷淋口4的流动方式，参见图2。冷却腔5安装于反应腔8与缓冲腔10之间，冷却液进口11与冷却液出口12穿过腔体外壳13分别与冷却腔5的两端连接，载片盘6下部装有加热器15，加热器15为电阻加热方式或者采用射频感应加热器加热，排气口9设于反应腔8的底部。