氣體通道及進氣裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種氣體通道及包括所述氣體通道的進氣裝置，所述氣體通道連通MOCVD的進氣裝置的氣體腔和進氣裝置下方的反應區域，使得所述氣體通道包括第一部分及與第一部分相連接的第二部分，氣體自氣體腔經過第一部分流向第二部分并且經過第二部分的出氣口流向所述反應區域，所述第二部分沿氣體流動方向，其截面尺寸增大。這種氣體通道具有的逐漸擴張的結構，能夠使得反應氣體自上方向下流動的路徑延長，并且降低了出氣口的氣體流速，從而提高了氣體的分解率和利用率。
【專利說明】氣體通道及進氣裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體設備【技術領域】，特別是一種氣體通道及進氣裝置。
【背景技術】
[0002]化學氣相沉積例如有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)工藝的基本生長過程是，將反應氣體從氣源通過進氣裝置引入反應腔室，利用以加熱器加熱的襯底引發化學反應，從而在基片上生成單晶或多晶薄膜。
[0003]現有技術的進氣裝置請參考圖1，所述進氣裝置包括氣體腔室I，氣體腔室I與放置于通孔3中的氣體通道2相連通，所述氣體通道2的進氣口為上端口 20，出氣口為下端口21，所述氣體通道2為圓柱狀，所述進氣口、出氣口以及氣體通道上平行于進氣口和出氣口各處的截面的直徑尺寸相同，如圖中所示，直徑D1=D2=D3。
[0004]為了在進氣裝置下方的托盤上形成均勻分布的氣流場，現有技術的進氣裝置采用數以萬計的分散的通孔3，每個通孔3中固定放置進氣管道2，大量的反應氣體通過這些進氣管道2流向下方的托盤和托盤上的襯底上。反應氣體通常包括NH3氣體和MO氣體，對于NH3氣體而言，比較難以分解，其分解時所需溫度較高，并且分解后的狀態無法穩定，現有技術為了保證反應的正常進行，通常通入過量的NH3氣體，在反應過程中，NH3的氣體流量是MO氣體的幾千倍甚至上萬倍，大量的NH3氣體未能參與反應就被抽走，其利用率偏低。
[0005]因此，有必要對現有的進氣裝置進行改進，以提高對反應氣體的利用率。`
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種氣體通道和進氣裝置，以解決現有技術中進氣裝置上對反應氣體的利用率低的問題。
[0007]為解決上述技術問題，本發明提供一種用于MOCVD工藝的氣體通道，所述氣體通道連通MOCVD的進氣裝置的氣體腔和進氣裝置下方的反應區域，所述氣體通道包括第一部分及與第一部分相連接的第二部分，氣體自氣體腔經過第一部分流向第二部分并且經過第二部分的出氣口流向所述反應區域，所述第二部分沿氣體流動方向，其截面尺寸增大。
[0008]相應的，本發明提供一種用于MOCVD工藝的進氣裝置，所述進氣裝置包括第一氣體腔和位于所述第一氣體腔下方的第二氣體腔，其中，所述第一氣體腔或第二氣體腔與所述氣體通道相連通，所述氣體通道用于將來自所述第一氣體腔或第二氣體腔中的氣體經過所述氣體通道的出氣口流向所述反應區域。
[0009]本發明提供的氣體通道及進氣裝置，使得所述氣體通道包括第一部分及與第一部分相連接的第二部分，氣體自氣體腔經過第一部分流向第二部分并且經過第二部分的出氣口流向所述反應區域，所述第二部分沿氣體流動方向，其截面尺寸增大。這種氣體通道具有的逐漸擴張的結構，能夠使得反應氣體自上方向下流動的路徑延長，并且降低了出氣口的氣體流速，從而提高了氣體的分解率和利用率。【專利附圖】
【附圖說明】
【具體實施方式】
[0015]下面將結合示意圖對本發明的氣體通道及進氣裝置進行更詳細的描述，其中表示了本發明的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明，而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發明的限制。
[0016]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發明由于不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規工作。
[0017]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0018]本發明的中心思想是，提供一種氣體通道，所述氣體通道包括第一部分及與第一部分相連接的第二部分，使得所述第二部分沿氣體流動方向，其截面尺寸增大，這種氣體通道具有的逐漸擴張的結構，能夠使得反應氣體自上方向下流動的路徑延長，并且降低了出氣口的氣體流速，從而提高了氣體的分解率和利用率。
[0019]請參考圖2，本發明提`供一種用于MOCVD工藝的氣體通道，所述氣體通道2連通MOCVD的進氣裝置的氣體腔和進氣裝置下方的反應區域，所述氣體通道2包括第一部分21及與第一部分21相連接的第二部分22，氣體自氣體腔經過第一部分21流向第二部分22并且經過第二部分22的出氣口 222流向所述反應區域，所述第二部分沿氣體流動方向，其截面尺寸增大。具體的，所述第一部分21沿氣體流動方向的截面尺寸不變，所述第二部分22沿氣體流動方向的截面尺寸逐漸增大，所述第二部分22呈現喇叭狀，出氣口 222位于喇叭狀的尺寸最大處；或者，所述第二部分22也可以是沿氣體流動方向呈階梯狀增大，但相比而言，前者能夠使得氣流更加穩定。
[0020]進一步的，對于所述的氣體通道2，所述氣體通道2可以為一氣體管；或者，可以是至少所述第二部分22形成于所述進氣裝置的一熱壁板中，即至少所述第二部分22為所述熱壁板中的通孔或通孔的一部分；還可以是，所述氣體通道2為氣體管和與所述氣體管相連通的通孔，所述通孔形成于所述進氣裝置的一熱壁板中，所述氣體管插入通孔中或與通孔的孔壁連接為一體。
[0021]結合上述氣體通道，本發明提供一種用于MOCVD工藝的進氣裝置，所述進氣裝置包括第一氣體腔和位于所述第一氣體腔下方的第二氣體腔，其中，所述第一氣體腔或第二氣體腔與如上所述的氣體通道相連通，用于將來自所述第一氣體腔或第二氣體腔中的氣體經過所述氣體通道的出氣口流出至反應區域。
[0022]下面給出本發明的三個優選實施例以對包含所述氣體通道的進氣裝置加以詳細說明。
[0023]請參考圖3，其為本發明的第一實施例的進氣裝置的結構示意圖，在本實施例中，所述進氣裝置從上到下依次為:第一氣體腔10、冷卻腔11及第二氣體腔12，所述進氣裝置朝向反應區域的一側具有熱壁板121。所述第一氣體腔10為III族氣體腔，通入有MO氣體，例如三甲基鎵等；所述冷卻腔11中通入有冷卻介質，例如可以是水，油或者氣體等；所述第二氣體腔12為V族氣體腔，通入有V族氣體，例如是氨氣(NH3)。上述第一氣體腔10、冷卻腔11及第二氣體腔12的排列設計是考慮到MO氣體與氨氣的分解溫度不同，MO氣體的分解溫度要低，故使得所述第一氣體腔10遠離所述熱壁板121 (在本實施例中為所述第二氣體腔12朝向反應區域的一側)，以使得所述第一氣體腔10受到來自具有加熱器的基座的熱輻射的影響變小，避免溫度過高，所述冷卻腔11設置在所述第一氣體腔10和第二氣體腔12之間，能夠進一步的控制所述第一氣體腔10的溫度。
[0024]所述第一氣體腔10設置有第一氣體通道101，所述第二氣體腔12設置有第二氣體通道122，分別用于將來自所述第一氣體腔10和第二氣體腔12中的氣體傳送至反應區域。具體的，如圖3所示，所述第一氣體通道101為包括第一部分1011和與所述第一部分1011相連通的第二部分1012的氣體通道，所述第一部分1011為氣體管，所述第二部分為1012形成于所述熱壁板121中的通孔，在本實施例中，所述第二部分1012為從所述熱壁板121朝向所述第二氣體腔12的一面向朝向反應區域的一面逐漸擴張的結構，所述第一部分1011貫穿所述冷卻腔11后與所述第二部分1012的上端連接為一體。所述第二氣體通道122為所述的第一部分和第二部分皆是形成于所述熱壁板121中的通孔的氣體通道。
[0025]本實施例中所述第一氣體通道101和第二氣體通道122分別采用了一種形式的氣體通道，由于所述氣體通道是具有喇叭狀結構，能夠使得反應氣體向反應區域流出時變得緩和，并使得氣體的利用率提高。考慮到通常氨氣的量比MO氣體的量多得多，因此在不同的工藝中，可以視情況僅保留所述第二氣體通道122，將所述第一氣體通道改為一氣體管。例如，所述第一氣體通道101為與所述第一氣體腔10相連通的第一氣體管，所述第一氣體管貫穿所述第二氣體腔12和所述熱壁板121，所述第一氣體管用于將來自第一氣體腔10的氣體通過所述第一氣體管的出氣口排出，所述第一氣體管位于熱壁板121中的一段可以是貫穿所述通孔(即第二氣體通道122)，且所述第一氣體管的管壁與所述通孔的孔壁之間有間隙，來自第二氣體腔12的氣體自所述間隙向下流出。優選的，為了提高氣體的利用率，減少預反應發生，所述第一氣體管的出氣口位于所述第二氣體通道122的出氣口的下方。
[0026]本實施例中，采用為如圖3所示的僅僅貫穿熱壁板121且上下兩端與所述熱壁板121齊平的結構。所述第一氣體通道101的第二部分1012還可以是一部分貫穿所述熱壁板121，另一部分可以延伸至第二氣體腔12中，甚至延伸至冷卻腔11中；并且出氣口也可以是超過熱壁板121的下表面。所述第二氣體通道122為所述形成于一熱壁板121中的氣體通道，即利用了熱壁板121中的通孔作 為所述第二氣體通道122，這樣不僅可以簡化整個進氣裝置的結構，也能夠降低制作難度。在其他可選的實施例中，還可以有其他結構。例如，所述第一氣體通道101的第二部分1012以及第一部分1011的一部分形成在所述熱壁板121中，所述第一部分1011的另一部分則至少向熱壁板121上方的腔室延伸(根據具體的設計，所述第一部分1011的另一部分可以穿過I個或多個腔室)。
[0027]下面請參考圖4，其為本發明第二實施例的進氣裝置的結構示意圖。本實施例與上一實施例的相同或相似的模塊米用相同的標號，并省略其說明。如圖4中,本實施例與上一實施例的區別在于，所述進氣裝置從上到下依次為:第一氣體腔10、第二氣體腔12及冷卻腔11，基于相同的原則，所述第一氣體腔10中通入MO氣體，所述第二氣體腔中12通入氨氣。所述冷卻腔11朝向反應區域的一側為熱壁板121。所述第一氣體腔10設置有第一氣體通道101，所述第二氣體腔12設置有第二氣體通道122，在本實施例中，所述第一氣體通道101為與所述第一氣體腔10相連通的第一氣體管，所述第一氣體管貫穿所述第二氣體腔
12、冷卻腔11和所述熱壁板121，所述第一氣體通道101用于將來自第一氣體腔10的氣體通過所述第一氣體管的出氣口排出。所述第二氣體通道122包括第一部分1221和與所述第一部分1221相連通的第二部分1222，所述第一部分1221為氣體管，所述第二部分1222為貫穿所述熱壁板121的通孔，所述第一部分1221貫穿所述冷卻腔11，在本實施例中，所述第二部分1222為從所述熱壁板121朝向所述冷卻腔11的一面向朝向反應區域的一面逐漸擴張的結構，還可以是所述第一部分1221的一部分及所述第二部分1222位于所述熱壁板121 中。
[0028]如圖4所示，所述第一氣體通道101插入所述第二氣體通道122中，且所述第一氣體通道101的管壁與所述第二氣體通道122管壁和孔壁之間有間隙，來自第二氣體腔12的氣體自所述間隙向下流出。為了提高氣體的利用率，優選的，所述第一氣體通道101的出氣口低于所述第二氣體通道的出氣口。本實施例中采用第一氣體通道101插入所述第二氣體通道122中的結構，能夠降低制作難度，同時也能夠使得反應氣體在熱壁板121上的沉積不容易造成氣體通道的堵塞。
[0029]請參考圖5，其為本發明第三實施例的進氣裝置的結構示意圖。本實施例與第一實施例的相同或相似的模塊采用相同`的標號，并省略其說明。本實施例與上述多個實施例的區別在于，所述進氣裝置從上到下依次為:第一氣體腔10、吹掃氣體腔13、冷卻腔11及第二氣體腔12。基于相同的原則，所述第一氣體腔10中通入有MO氣體，所述第二氣體腔12中通入有氨氣，所述吹掃氣體腔13中通入有吹掃氣體，例如可以是氮氣、氫氣或者二者的混合氣，以保持進氣裝置整體的整潔。所述第一氣體腔10設置有第一氣體通道101，所述第二氣體腔12設置有第二氣體通道122，所述吹掃氣體腔13設置有吹掃氣體通道131。所述氣體通道可以應用于所述第一氣體通道101、第二氣體通道122及吹掃氣體通道131中的至少一個，以提聞相應氣體的利用率。
[0030]請參考圖5，在本實施例中，所述第一氣體通道101為第一氣體管，貫穿所述吹掃氣體腔13、冷卻腔11及第二氣體腔12到達所述反應區域；所述吹掃氣體通道131為包括第一部分1311和第二部分1312的氣體通道，所述第一部分1311為氣體管，貫穿所述冷卻腔11和第二氣體腔12，所述第二部分1312為貫穿所述熱壁板121的通孔；所述第二氣體通道122為第一部分和第二部分皆形成在所述熱壁板121中的結構，且所述第一部分和第二部分相連接形成通孔。為了降低制作難度，優選的，可以將所述第一氣體通道101分別設置于所述吹掃氣體通道131和第二氣體通道122中，且與所述吹掃氣體通道131和第二氣體通道122之間不接觸，以使得吹掃氣體和氨氣氣體通過。在本實施例中，由于引入了吹掃氣體，使得MO氣體和氨氣在熱壁板121下表面的預反應大大減少，能夠有效的減少對襯底上成膜的影響，并且使得每個氣體通道被堵塞的幾率大大降低。為了進一步的降低預反應發生的情況，還可以使得所述第一氣體通道101的出氣口低于所述吹掃氣體通道131和第二氣體通道122的出氣口。
[0031]在上述實施例中，提及到所述氣體通道為第一部分是氣體管，第二部分是熱壁板中的通孔這樣的結構，這種結構的連接方式有多種，但是應要保證第一部分與第二部分之間的連接處的氣體不會泄露。作為一個實施例，所述第一部分的管徑小于所述第二部分的(最小)直徑，所述第一部分直接插入在所述第二部分中，在所述第一部分與第二部分的連接處可以設置一圈密封環，所述密封環例如可以是金屬，或者是其他耐熱材質。作為又一實施例，所述第一部分是與所述第二部分的側壁連接為一體，或者所述第一部分與所述熱壁板一體成型。
[0032]上述幾個實施例當能夠表達本發明的主要思想，在實際生產中應當依據對相應氣體的利用率情況而加以適應性調整，例如V族氣體的分解利用率比III族低，而V族氣體的用量通常要比III族氣體的量多，因此，使得V族氣體流過所述氣體通道夠提高V族氣體的利用率，降低MOCVD工藝的成本。可選的，所述氣體通道中還可以通入載體氣體，例如與V族氣體共同流向反應區域。所述載體氣體可以為氮氣、氫氣或兩者的混合，具體可根據相應工藝進行選擇。
[0033]綜上所述，本發明提供的氣體通道及進氣裝置，所述氣體通道連通MOCVD的進氣裝置的氣體腔和進氣裝置下方的反應區域，所述氣體通道包括第一部分及與第一部分相連接的第二部分，氣體自氣體腔經過第一部分流向第二部分并且經過第二部分的出氣口流向所述反應區域，所述第二部分沿氣體流動方向，其截面尺寸增大。這種氣體通道具有的逐漸擴張的結構，能夠使得反應氣體自上方向下流動的路徑延長，并且降低了出氣口的氣體流速，從而提高了氣體的分解 率和利用率。
[0034]顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種用于MOCVD工藝的氣體通道，所述氣體通道連通MOCVD的進氣裝置的氣體腔和進氣裝置下方的反應區域，其特征在于，所述氣體通道包括第一部分及與第一部分相連接的第二部分，氣體自氣體腔經過第一部分流向第二部分并且經過第二部分的出氣口流向所述反應區域，所述第二部分沿氣體流動方向，其截面尺寸增大。
2.如權利要求1所述的氣體通道，其特征在于，所述第二部分沿氣體流動方向的截面尺寸逐漸增大，所述第二部分呈現喇叭狀，出氣口位于喇叭狀的尺寸最大處。
3.如權利要求1或2所述的氣體通道，其特征在于，所述第一部分沿氣體流動方向的截面尺寸不變。
4.如權利要求1或2所述的氣體通道，其特征在于，所述氣體通道為一氣體管。
5.如權利要求1或2所述的氣體通道，其特征在于，所述進氣裝置朝向反應區域的一側具有熱壁板，至少所述第二部分形成于一熱壁板中，所述第二部分為所述熱壁板的通孔或通孔的一部分。
6.如權利要求1或2所述的氣體通道，其特征在于，所述進氣裝置朝向反應區域的一側具有熱壁板，所述氣體通道包括氣體管和與所述氣體管相連通的通孔，所述通孔形成于熱壁板中，所述氣體管插入通孔中或與通孔的孔壁連接為一體。
7.如權利要求1所述的氣體通道，其特征在于，所述氣體腔用于通入V族氣體，所述氣體通道用于通入V族氣體。
8.一種用于MOCVD工藝的進氣裝置，其特征在于，所述進氣裝置包括第一氣體腔和位于所述第一氣體腔下方的第二氣體腔，其中，所述第一氣體腔或第二氣體腔與如權利要求1?7中任一項所述的氣體通道相連通，所述氣體通道用于將來自所述第一氣體腔或第二氣體腔中的氣體經過所述氣體通道流向所述反應區域。
9.如權利要求8所述的進氣 裝置，其特征在于，所述第二氣體腔與所述氣體通道相連通，所述第二氣體腔靠近反應區域的一側為熱壁板，所述氣體通道為形成于熱壁板中的通孔。
10.如權利要求9所述的進氣裝置，其特征在于，還包括:與所述第一氣體腔相連通的第一氣體管，所述第一氣體管貫穿第二氣體腔和所述熱壁板，所述第一氣體管用于將來自第一氣體腔的氣體通過所述第一氣體管的出氣口排出，第一氣體管位于熱壁板中的一段貫穿所述通孔，且所述第一氣體管的管壁與通孔的孔壁之間有間隙，來自第二氣體腔的氣體自所述間隙向下流出。
11.如權利要求9所述的進氣裝置，其特征在于，所述第一氣體管的出氣口位于所述氣體通道的出氣口的下方。
12.如權利要求9所述的進氣裝置，其特征在于，所述第一氣體腔通入III族氣體，所述第二氣體腔通入V族氣體，第二氣體腔與所述氣體通道相連通。
【文檔編號】C23C16/455GK103436860SQ201310360609
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】譚華強, 喬徽, 林翔, 蘇育家 申請人:光壘光電科技（上海）有限公司