[发明专利]用于化学气相沉积设备中的气体墙结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学气相沉积设备，具体涉及一种用于化学气相淀积设备 中的气体墙结构。

背景技术

用化学气相淀积方法(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)淀积薄膜 材料，通常需要各种原材料和载入气体，原材料包括参与化学反应并形成薄膜 产物的原料成分；载气包括各种携带原材料的气体，如氢气、氮气等，这些载 气只载入原材料进入反应室，本身并不参与化学反应。

CVD薄膜淀积过程都包含以下步骤：(1)载气携带着反应物从反应器进口， 在反应室的壁面约束下流向反应器出口，此主气流流动受到温差、流道扩张、 基片旋转等引起的强烈影响；(2)主气流在基片上方形成平行于基片的三种边 界层；在边界层内反应物被加热，发生分解、置换等气相化学反应，生成反应 中间产物；(3)反应物或反应中间物通过对流和浓度扩散，穿透边界层到达基 片表面；(4)反应物在基片表面吸附，再通过表面扩散、结合入晶格等表面反应 步骤完成薄膜淀积；(5)反应物和反应副产物在表面解吸；(6)解吸后的反应 副产物再通过对流和浓度扩散，回到主气流，最终被带到反应室外。

在CVD反应过程中，表面化学反应速率通常远大于反应物输运速率，因此 薄膜的生长速率取决于分子量最大的反应物输运到表面的速率；另一方面，薄 膜生长的组分和厚度主要取决于基片上方的反应物浓度分布和温度分布，即无 论薄膜生长的速率还是质量，都强烈的受气体输运过程的影响，因此称生长为 输运过程控制的反应。要生长出厚度、掺杂浓度和组分均匀的薄膜材料，根据 CVD技术的反应机理可知：必须使达到基片的反应物浓度尽量均匀一致。但是， 随着气流在基片上方的流动，反应物的沿程损耗不可避免。为此，人们在反应 器上进行了特殊的设计，包括了在进气方式，反应室结构，出气方式等等。典 型的有，在水平式反应器中，通过抬高放置基片的石墨基座，使流道截面积变 窄，增大流速以减薄边界层，从而达到补偿后程的反应物的消耗；在垂直式反 应器中，通过托盘的高速旋转实现薄边界层来提高基片上方反应物的浓度均匀 性；因为传统的上进下出式结构的反应器中，从基片正上方喷入的反应气体必 须流到托盘边缘，再由排布在反应器侧面或下部的出口排出，在托盘中心处喷 入的反应气体和在托盘边缘处的反应气体流经的距离明显不同。中心处的生成 物尾气不能及时排出，导致基片沿径向的厚度和掺杂浓度仍存在不均匀。于是 有专家提出上进上出式结构，使反应尾气能从每个基片周围迅速的排出，从而 来提高生长的均匀度。

在CVD反应器中，壁面的作用通常是约束主气流，使其在高温基片上方反 应，沉积所需的薄膜，往往壁面上也不可避免的有寄生沉积。为此，如在金属 有机化学气相沉积(MOCVD)中，反应室壁面一般都需要水冷，使壁面保持在低 温，来减少寄生沉积的量。但是，实际上每次生长完毕后，壁面的沉积物仍然 会影响到下次的生长。特别是在生长复杂结构时，如发光二极管(LED)、激光 器(LD)等，需要引入化学活性高的Al源。其反应生成的大多为不可逆的加聚 物，形成的白色粉末会沉积在反应室壁面上。长期生长后留下的影响，即使经 过烘烤、化学腐蚀等处理，也不能完全消除，会危害生长的薄膜质量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于化学气相沉积设备中的气体墙结构，其可 有效防止壁面寄生沉积，并使薄膜的沉积更加均匀，从而克服现有技术中的不 足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于化学气相沉积设备中的气体墙结构，其特征在于：所述气体墙结 构包括外管和内管，内管设置在外管内腔中，且内管外壁和外管内壁之间留有 均匀间隙，该间隙与设置在外管上的一个以上进气口连通，所述内管上沿轴向 还分布复数个连通内管内腔和所述均匀间隙的气隙结构；

其中，每一气隙结构包括沿周向均匀分布的两个以上进气缝隙、一环形延 伸壁和一环形导流壁，所述延伸壁和导流壁沿进入该气隙结构的气流运动方向 依次分布在内管内腔中，所述延伸壁一端固定在内管内壁上，另一端盖过进气 缝隙，并与进气缝隙、内管内壁共同构成气流通道，所述导流壁为设置在内管 内壁上的环形倾斜面，该倾斜面自其靠近进气缝隙的一端起向内管中心处倾斜。

进一步地讲：

所述延伸壁另一端位于进气缝隙和导流壁之间。

所述进气口为一个，其设置在外管的中部。