喷淋头以及气相沉积设备制造技术

本发明专利技术公开了一种喷淋头以及气相沉积设备。所述喷淋头包括：喷淋头体，所述喷淋头体具有多个气体腔和冷却腔；其中，所述冷却腔位于所述气体腔下方，所述每个气体腔皆具有多个气体管道贯穿所述冷却腔和所述喷淋头体的下表面；所述喷淋头还包括设置在喷淋头体下方的热壁板；从而使得喷淋头表面的温度不至于过低；通过设置与喷淋头主体间隔设置的热壁板，能够吸收由加热器产生的热量，且减少所述喷淋头冷却腔对热壁板的冷却，使得热壁板的下表面温度升高至大于等于350℃，使得在下表面沉积的材料层致密不易掉落，从而减少污染，此外，气体腔的气体管道贯穿冷却腔，能够保证气体在到达反应腔室之前处于较为稳定的状态，不易发生预反应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体设备，特别是一种喷淋头以及气相沉积设备。
技术介绍
化学气相沉积例如有机金属化学气相沉积(MOCVD)工艺的基本生长过程是，将反应气体从气源引入反应腔室，利用以加热器加热的衬底引发化学反应，从而在基片上生成单晶薄膜。在进行MOCVD工艺过程中，薄膜生长所需要的反应物依靠气体运输(例如流动和扩散)到达生长表面，在运输过程的同时还发生着化学反应，最终生长粒子通过吸附和表面反应，结合进薄膜晶格。在现有工艺中，通常是由喷淋头(showerhead)来提供相应的反应气体，为了防止位于喷淋头下方的加热器产生的热量对喷淋头及反应气体的影响，一般气体喷淋头都设有一个位于其下方的冷却腔。如图1所示，喷淋头I包括III族源腔10、氨气腔11和冷却腔12这三个层叠的腔室，III族源腔10、氨气腔11中的III族物质和氨气气体通过气体管道101、111分别穿过冷却腔12进入反应腔(未图示)中反应。冷却腔12中通入冷却水，以控制喷淋头表面的温度。然而，虽然所述冷却腔能够起到对喷淋头及反应气体进行控温的目的，但是由于水的沸点在100°c，即便考虑到反应腔室内的环境，也不会有太大差异，因此，喷淋头的表面将维持在较低的温度(相比反应温度)，这会使得反应产物在喷淋头的下表面沉积并形成疏松的沉积物，该沉积物容易掉落，形成污染。因此，如何保证喷淋头表面的温度处于一个合适的范围，是一个十分重要的问题。
技术实现思路
·本专利技术的目的在于提供一种喷淋头以及气相沉积设备，以解决现有技术中喷淋头表面温度过低的问题，减少喷淋头头表面形成的疏松沉积形成的污染。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种喷淋头，包括:喷淋头体，所述喷淋头体具有至少两个气体腔和冷却腔；其中，所述冷却腔位于所述气体腔下方，所述每个气体腔皆具有多个气体管道贯穿所述冷却腔和所述喷淋头体的下表面；还包括一热壁板，所述热壁板间隔设置于所述喷淋头体的下方，所述间隔使得所述热壁板在进行MOCVD工艺过程中下表面的温度大于等于350°C，所述热壁板具有多个用于气体腔的气体管道穿过的通孔，至少一个气体腔的气体管道穿过所述通孔延伸到所述热壁板下方。本专利技术还提供一种包括如上所述的喷淋头的气相沉积设备。本专利技术提供的喷淋头以及气相沉积设备，在喷淋头体的下方设置有与喷淋头主体间隔设置的热壁板，一方面该热壁板能够吸收由加热器产生的热量，另一方面，由于该热壁板与喷淋头主体之间间隔设置，减少了所述喷淋头的冷却腔对热壁板的冷却，使得热壁板的下表面温度能够升高至大于等于350°C，使得在热壁板下表面沉积的材料层致密不易掉落，从而减少污染，此外，气体腔的气体管道贯穿冷却腔，能够保证气体在到达反应腔室之前处于较为稳定的状态，不易发生预反应。因此，本专利技术提供的喷淋头能够很大程度上提高形成的膜层的质量。附图说明图1为现有技术的喷淋头的结构示意图；图2为本专利技术一实施例的喷淋头的结构示意图；图3为对图2所示实施例的热壁板改进后的结构示意图；图4为本专利技术实施例改进的喷淋头的结构示意图；图5为本专利技术另一实施例的喷淋头的结构示意图。具体实施例方式由
技术介绍
中所记载的内容可知，现有技术的喷淋头存在表面温度过低的问题。专利技术人考虑到，喷淋头体由于其内部的冷却结构存在必然影响其温度处于较低的范围，这会使得在喷淋头体下表面沉积的材料层疏松，容易脱落形成污染颗粒，而若要减少材料层脱落的几率， 需要使得材料层变得致密，那就需要使其温度升高至足够的温度。因此在喷淋头体下方设置一热源将能够解决这一问题，为了简化设备，并充分利用现有设备的条件，专利技术人在喷淋头体下方设置了一热壁板。进一步的，专利技术人经过研究，如果热壁板的温度不能达到一定的温度，热壁板的表面仍然不能形成致密的材料层。由此，经过专利技术人进一步研究，可以通过调节喷淋头本体与热壁板之间的间隙，来调节热壁板的表面的温度，使其大于等于350°C。当热壁板的表面的温度大于等于350°C时就能形成致密的材料层。专利技术人有鉴于上述研究，提出本专利技术。请参考图2，本专利技术提供一种喷淋头，用于MOCVD工艺，包括:喷淋头体2，所述喷淋头体2具有至少两个气体腔和冷却腔22，在本实施例中，所述气体腔为III族源腔20、氨气(順3)腔21，二者层叠于所述喷淋头体2中；所述冷却腔22位于所述气体腔的下方，所述III族源腔20和氨气腔21皆具有多个气体管道201、211贯穿所述冷却腔22和所述喷淋头体2的下表面；优选的，所述冷却腔22中注有冷却水，用于控制喷淋头表面的温度。此外，本专利技术的喷淋头还包括一热壁板3，所述热壁板3间隔设置于所述喷淋头体2的下方，通过设置所述间隔，使得所述热壁板3下表面的温度达到或超过350°C。从而使得在整个喷淋头的下表面(即所述热壁板3的朝向加热器的一侧的表面)形成致密的材料层，减少污染的产生。优选的，将所述热壁板3与所述喷淋头体2之间的距离设置在2mm以上，如此，所述喷淋头体2中的冷却腔22对热壁板3的冷却能力较少到足够小，从而能够保证所述热壁板3下表面的温度达到或超过350°C;当然，所述距离也可以小于2mm，只要能够使得所述热壁板3下表面的温度达到或超过350°C。为了减少所述热壁板3与所述喷淋头体2之间的相互影响，所述热壁板3与所述喷淋头体2之间设置有隔热垫块4，通过所述隔热垫块4连接所述热壁板3与所述喷淋头体2，防止冷却的喷淋头体2与热壁板3在边缘处接触，而引起的热壁板3的表面温度不均匀，从而不会影响反应区的气流场或热场分布。所述热壁板3的下表面温度应控制小于等于800°C，过高的热壁板3的下表面温度会使得喷淋头引入的反应气体在进入反应腔之前因温度过高发生预分解，而影响喷淋沉积效率。这种设计在于利用热壁板3吸收位于喷淋头下方且相对设置的加热器散发出的热量，那么热壁板3将会保持在一定的温度范围，这一温度范围大于经冷却后的喷淋头体2的温度，由于这种情况下，在喷淋头下表面形成的材料层是附着在所述热壁板3上，而热壁板3的温度较高，所以形成的材料层将会较为致密，能够较好的减少材料层脱落。本专利技术中热壁板3采用耐高温材料制成，例如可以为石墨、钨、钥、钽、铌、钒、铬、钛或锆中的一种或多种。所述热壁板3具有多个通孔30，所述通孔用于使得III族源腔20的气体管道201和/或氨气腔21的气体管道211穿过所述热壁板3。本专利技术中，至少一个气体腔的气体管道穿过所述通孔30延伸到所述热壁板3的下方。如图2所示，本实施例中III族源腔20的气体管道201穿过所述通孔30，而氨气腔21的气体管道211则延伸至位于喷淋头体2下表面与热壁板3之间的区域中。由于氨气通常较难分解且具有较高的分解温度，将所述氨气腔21的气体管道211延伸至位于喷淋头体2下表面与热壁板3之间的区域，可以使得氨气反应气体在所述区域中先受热进行热分解，在再进入热壁板3下方的反应区域中，有利于氨气的分解，提高沉积效率。考虑到受热后的膨胀情况，本实施例做了进一步的改进，请参考图3，所述通孔30的孔径大于所述气体管道的直径，优选的，所述通孔30自热壁板3的中心向四周逐渐增大，如此，在热膨胀等情况下，可以补偿所述热壁板上通孔从中心向四周逐渐增加的位移量。所述通孔30的孔径与气体管道的直径的差异可由其材料本身的膨胀差异进行设定。请参考图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷淋头，用于MOCVD工艺，包括：喷淋头体，所述喷淋头体具有至少两个气体腔和冷却腔；其中，所述冷却腔位于所述气体腔下方，所述每个气体腔皆具有多个气体管道贯穿所述冷却腔和所述喷淋头体的下表面；其特征在于，还包括一热壁板，所述热壁板间隔设置于所述喷淋头体的下方，所述间隔使得所述热壁板在进行MOCVD工艺过程中下表面的温度大于等于350℃，所述热壁板具有多个用于气体腔的气体管道穿过的通孔，至少一个气体腔的气体管道穿过所述通孔延伸到所述热壁板下方。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶芷飞，
申请(专利权)人：光垒光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：