[发明专利]一种温度连续可调的喷淋头

说明书

技术领域

本发明涉及金属有机化学气相沉积设备，具体涉及一种反应器上调温喷淋头。

背景技术

半导体材料在现今的科技发展中起到了举足轻重的作用。在半导体材料领域中，金属有机化学气相沉积(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)系统是利用金属有机化合物进行化学反应的气相沉积。一台MOCVD设备一般应具备四个基本系统，包括前驱体供应系统、反应器、控制系统、尾气处理系统，其中反应器是整个MOCVD过程的核心部分。在设计方面，MOCVD反应器主要由气体入口装置、反应室、托盘、加热器、废气排出口等部件组成。当系统运行时生长过程涉及输运和多组分、多相的化学反应，运载气体携带MO源和氢化物等反应剂进入反应室，随着气体流向加热的衬底，在衬底上发生反应，最后经出气口排出反应室。

MOCVD外延是一种非平衡状态下的生长，其外延层的生长速率和组分受到反应室温度、反应室压力、MO源浓度、反应时间、衬底表面状况、气流性质等各种因素的影响。在MOCVD过程中反应室内的传质与传热决定了气体流动状态，同时反应剂向衬底表面的输运、温度分布和气相反应进程，均影响外延层生长速度与组分的均匀性，也影响异质结构的界面组分梯度。另外，反应室内气流中颗粒的运动速度与温度梯度造成的热浮力密切相关。在存在温度梯度的区域，颗粒受热浮力的影响离开热表面向较冷管壁运动、使粒子偏离了流线，甚至当温度梯度大于250℃/cm时、热浮力可能成为作用于颗粒的主要作用力。在GaN薄膜的MOCVD生长中，衬底上需要约1300K的高温，而上壁面需要保持300～400K的常温，因此反应器内存在很大的温度梯度，它对薄膜沉积速率和生长均匀性具有重要影响。

鉴于此，控制反应室内的温度梯度是MOCVD设备中具有关键性的技术问题。本发明提供了反应器的附加部件，此部件不仅能控制反应室内的上部空间的温度、避免因在反应室与喷淋管的接触界面之间存在温度突变而产生具有突变性的温度梯度，而且还能提高喷淋管的温度、即提高源在进入反应室之前的温度、从而提高源的使用效率。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种温度连续可调的喷淋头，可以适当调节反应腔室中的温度梯度以提供MOCVD外延时较佳的工作环境。

为达到本发明目的，这种温度连续可调的喷淋头，包括：

进气单元，用于与输送外部反应气体并贮存反应气体；

反应室上盖，用于向反应室内导入反应气体；

连接于进气单元和反应室上盖的喷淋管；

尤其还包括：

调温盘组件，调温盘组件包括调温盘及分设两边的入口通道和出口通道，调温盘内设有供冷却介质流通的空腔，相对密封的空腔与入口通道和出口通道与空腔连通，调温盘上还对应喷淋管设有通孔，喷淋管穿插于通孔中，高温盘可上下移动连接于反应室上盖和进气单元之间；

位移装置，用于调节调温盘组件上下移动。通过位移装置将调温盘与反应室上盖的距离做适应的调节，可以达到反应室中衬底工作温度为较佳温度的目的。

优选地，所述调温盘的空腔包括外腔体和内腔体，其中外腔体分设于调温盘的两侧，分别与入口通道和出口通道连接，内腔体与外腔体内设有连接孔，所述喷淋管的通孔孔壁设于内腔体的区域内。通过单向的介质流通达到较佳的冷却降温效果。

优选地，所述内腔体与外腔体内所设的连接孔各有两个，分别设于入口通道和出口通道连接于外腔体位置的两侧。可以加强冷却介质进入内腔体时的紊流，使冷却效果更佳。

优选地，所述调温盘中的冷却介质是水或耐热油。可以针对不同的冷却效果先用廉价的水或耐热油。

优选地，所述位移装置包括电机和与之连接的丝杆，电机与反应腔顶部连接，丝杆另一端连接于调温盘上。或，

优选地，所述位移装置包括电机和与之连接的丝杆，电机与进气单元底部连接，丝杆另一端连接于调温盘上。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明提供的部件容易加工与使用；

2、冷却介质的种类可以随着具体的半导体材料生长条件的要求而选择。在需求低温的生长条件下可以用冷却水。相反，在高温的生长阶段下、耐热油可以被用来替代；

3、在使用过程中，可通过改变调温盘与反应室上盖的距离来调整反应室内顶端空间的温度；

本发明可以在生长HEMT器件、LED行业广泛应用，不仅可以解决反应室内温度梯度的有效控制问题，还能提高源的使用效率。

附图说明