旋转预混气的MOCVD上下盘匀气组件制造技术

本专利公开了一种在匀气盘内预先混气的匀气组件，包括：第一混气空腔，所述混气空腔中具有圆形截面的第一混气空间，所述第一混气空间中设置有第一喷嘴和第二喷嘴组；所述第一喷嘴沿着所述圆形的直径向内和向外两个方向喷射第一气体；所述第二喷嘴组包括多个沿着所述圆形半径设置的第二喷嘴，所述第二喷嘴沿着垂直于所述半径的方向喷射第二气体，形成旋转气流；第二混气空腔，一腔壁上设置有入口与所述第一混气空腔连通；另一腔壁上设置有出口与匀气组件外部连通；以及冷却层。通过采用上述技术方案，能够提高MOCVD反应气体混合的均匀程度，并且利用冷却层隔离所述匀气组件和周围环境，避免了混合气体在所述匀气组件中的预反应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属有机化学气相沉积中的化合物半导体薄膜沉积设备，特别涉及到制备氮化镓基、铝基半导体的有机金属化学气相沉积(MOCVD)设备的反应室关键进气匀气喷头结构。
技术介绍
金属有机气象化学沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD)设备，用于化合物半导体氮化镓、氮化铝、砷化镓、磷化铟、氧化锌等功能结构材料的制备。小型机(单片或三片)适用于半导体领域实验室设备；中大型机(三片或数十片机)适用于规模化工业生产，如LED照明上游芯片外延生产、紫外及深紫外芯片外延生产等。因此是目前化合物半导体外延材料生产和研究的关键设备，是当前生产半导体光电器件和微波器件材料的主要手段，应用领域广泛。MOCVD生长是一种非平衡生长技术，利用带有金属原子的如烷基类有机源反应物(MO源)和氢化物(如NH3等)通过氮气或氢气载气携带到反应室内，在一定压力、温度条件下，在基底上沉积外延生成化合物半导体薄膜。根据需制备的化合物半导体材料的不同工艺，设计出适合的反应室关键进气匀气喷头结构，一直是MOCVD设备设计的难题。该进气匀气喷头结构既具有针对性的制备一种化合物半导体新型用途材料的结构，又具有制备的所有化合物半导体材料的通用普遍适用结构。因此目前世界上主流的MOCVD系统如美国Veeco公司的MOCVD设备以及德国Aixtron的MOCVD设备，都在反应室关键进气匀气喷头结构做了大量研发工作，一些进气匀气喷头成熟结构及其专利被国外公司垄断。美国Veeco公司的MOCVD设备从三片到四十多片MOCVD设备有其系列化的典型“狭缝”式进气匀气喷头；德国Aixtron的MOCVD设备从小型机到大型机也有其系列化的典型“点阵”式进气匀气喷头。成熟的受专利保护的进气匀气喷头结构，使两家公司的MOCVD机台各自有不同的特点，外延工艺稳定可靠。适用于工业化生产。在现有技术中，国内外的MOCVD反应室关键进气匀气结构都是在进气匀气喷头内参与生长的气体不混合，而在承载衬底的托盘上混合。这能够减少气体的预反应，但是给反应气体的均匀混合带来了挑战，进而影响了MOCVD生产的质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种新型的预先混气MOCVD反应室进气匀气组件结构，可为MOCVD设备，包括但不限于铝基外延生长的MOCVD设备，提供一种在匀气盘内预先混气后从喷头喷出，并能减少反应气体到达基片(衬底)前的预反应的匀气盘。本专利采用以下技术方案实现上述目的：一种旋转预混气的MOCVD上下盘匀气组件，包括：第一混气空腔，所述混气空腔中具有圆形截面的第一混气空间，所述第一混气空间中设置有第一喷嘴和第二喷嘴组；所述第一喷嘴沿着所述圆形的直径向内和向外两个方向喷射第一气体；所述第二喷嘴组包括多个沿着所述圆形半径设置的第二喷嘴，所述第二喷嘴沿着垂直于所述半径的方向喷射第二气体，形成旋转气流；第二混气空腔，一腔壁上设置有入口与所述第一混气空腔连通；另一腔壁上设置有出口与匀气组件外部连通；冷却层，所述冷却层设置在所述第二混气空腔的所述另一腔壁上。优选地，所述冷却层设置在整个所述第二混气空腔的所述另一腔壁上。优选地，所述第二混气空腔的出口穿过所述冷却层设置。优选地，所述第一混气空腔和所述第二混气空腔之间设置有匀气屏，所述匀气屏上设置有多个匀气孔，所述匀气孔作为所述第一混气空腔的出口和第二混气空腔的入口。优选地，所述旋转预混气匀气组件还包括：第一进气槽和第二进气槽；所述第一进气槽的一端与所述第一进气管相连通，另一端与所述第一喷嘴连通；所述第二气槽的一端与所述第二进气管相连通，另一端与所述第二喷嘴组连通。优选地，所述第一进气槽呈十字形，包括两条交叉的直线型的气槽，交叉点与所述圆形的圆心重合；在所述第一进气槽的四个边上对应的位置分别设置有第一喷嘴。这四个喷嘴距离所述上顶盘的圆心距离相等，并且相互之间呈90度的夹角。优选地，所述第二进气槽包括四个沿着所述上顶盘半径设置的气槽，两个相邻的气槽之间形成90度的夹角；所述第一进气槽和第二进气槽在所述圆形上交错均匀分布，相邻的第一进气槽的气槽和第二进气槽的气槽之间呈45度夹角。以及，一种气体反应设备，其特征在于，所述气体反应设备包括：匀气组件，所述匀气组件如上述任一项所述；反应腔室，所述反应腔室与所述气盘的混气空腔出口联通；衬底托盘，所述衬底托盘承接所述混气空腔输出的混合气体。通过采用上述技术方案，能够在MOCVD反应气体进行反应之前将用于反应的气体在所述匀气组件中进行混合，提高了气体混合的均匀程度，并且利用冷却层隔离所述匀气组件和周围环境，避免了混合气体在所述匀气组件中的预反应。附图说明以下参考附图是对具体实施例的详细描述，将会更好地理解本专利技术的内容和特点，其中：图1是本专利技术具体实施例中旋转预混的MOCVD上下盘匀气组件的组装结构示意图；图2是本专利技术具体实施例中旋转预混的MOCVD上下盘匀气组件中匀气上盘的示意图。图3是本专利技术具体实施例中旋转预混的MOCVD上下盘匀气组件中匀气下盘的示意图。图4是本专利技术具体实施例中旋转预混的MOCVD上下盘匀气组件的装配示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明，需要指出的是，该具体实施方式仅仅是对本专利优选技术方案的举例，并不能理解为对本专利保护范围的限制。实施例一本具体实施方式中提供了一种匀气组件，其结构如图1所示。所述匀气组件包括上顶盘10和下盘20。其中图2示出了上顶盘10的结构，图3示出了下盘20的结构。上顶盘和下盘组装在一起形成本具体实施方式的匀气组件主体。如图2所示，所述上顶盘呈法兰状。在所述上顶盘的上表面设置有进气管。以从气源向所述上顶盘内部供应气体。所述进气管优选地包括第一进气管、第二进气管和第三进气管，每个气管的一端与所述气盘相连通另一端与气源相连通。藉此，所述第一进气管、第二进气管和第三进气管分别独立地与第一气源、第二气源和第三气源相连，向所述匀气组件供给第一气体、第二气体和第三气体。所述上盘的下表面设置有匀气腔室21，所述匀气腔室提供所述第一气体、第二气体的第一混气空间，所述匀气腔室与所述第一进气管和第二进气管相连通，提供来自于第一进气管、第二进气管的第一气体、第二气体相混合的空间。所述第一混气空间呈向下开口的圆槽，所述槽壁自所述上顶盘10的底面向下延伸预定的长度，所述槽的封闭端即为上述上顶盘的底面的一部分。所述圆槽与所述上顶盘同心设置。所述上盘内部设置有第一进气槽和第二进气槽，所述第一进气槽、和第二进气槽均位于所述上盘的盘体内部。所述第一进气槽的一端与所述第一进气管相连通，另一端与所述第一混气空间相连通；所述第二气槽的一端与所述第二进气管相连通，另一端与所述第二混气空间相连通。通过设置所述第一进气槽和第二进气槽能够缓冲供给到所述上顶盘中的气体，使得在所述第一进气槽和第二进气槽中的气体能够相对均匀地供应，并且便于在所述第一混气空间内的多个位置设置多个喷嘴，且保持喷嘴喷射气体的均匀性。如图2所示，所述第一进气槽呈十字形，包括两条交叉的直线型的气槽，交叉点与所述上盘的圆心重合。在所述第一进气槽的四个边上对应的位置分别设置有第一喷嘴102。这四个喷嘴距离所述上顶盘的圆心距离相等，并且相互之间呈90度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转预混气的MOCVD上下盘匀气组件，其特征在于，包括：第一混气空腔，所述混气空腔中具有圆形截面的第一混气空间，所述第一混气空间中设置有第一喷嘴和第二喷嘴组；所述第一喷嘴沿着所述圆形的半径向内和向外两个方向喷射第一气体；所述第二喷嘴组包括多个沿着所述圆形半径设置的第二喷嘴，所述第二喷嘴沿着垂直于所述半径的方向喷射第二气体，形成旋转气流；第二混气空腔，一腔壁上设置有入口与所述第一混气空腔连通；另一腔壁上设置有出口与匀气组件外部连通；冷却层，所述冷却层设置在所述第二混气空腔的所述另一腔壁上。

【技术特征摘要】
1.一种旋转预混气的MOCVD上下盘匀气组件，其特征在于，包括：第一混气空腔，所述混气空腔中具有圆形截面的第一混气空间，所述第一混气空间中设置有第一喷嘴和第二喷嘴组；所述第一喷嘴沿着所述圆形的半径向内和向外两个方向喷射第一气体；所述第二喷嘴组包括多个沿着所述圆形半径设置的第二喷嘴，所述第二喷嘴沿着垂直于所述半径的方向喷射第二气体，形成旋转气流；第二混气空腔，一腔壁上设置有入口与所述第一混气空腔连通；另一腔壁上设置有出口与匀气组件外部连通；冷却层，所述冷却层设置在所述第二混气空腔的所述另一腔壁上。2.根据权利要求1所述的一种旋转预混气的MOCVD上下盘匀气组件，其特征在于，所述冷却层设置在整个所述第二混气空腔的所述另一腔壁上。3.根据权利要求1或2所述的旋转预混气的MOCVD上下盘匀气组件，其特征在于，所述第二混气空腔的出口穿过所述冷却层设置。4.根据权利要求1所述的旋转预混气的MOCVD上下盘匀气组件，其特征在于，所述第一混气空腔和所述第二混气空腔之间设置有匀气屏，所述匀气屏上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁勇，曾一平，王军喜，段瑞飞，李晋闽，李辉，
申请(专利权)人：北京中科优唯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11