[發明專利]一種用于金屬有機化學氣相沉積反應器的管道冷卻式氣體分布裝置

有效

• 申請號: 201310233117.X
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103334092A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 羅才旺;魏唯;陳特超;羅宏洋
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;李發軍

技術領域

本發明涉及一種用于化學氣相沉積的氣體分布裝置（噴淋頭），特別涉及一種管式冷卻的氣體噴淋頭。

背景技術

MOCVD（Metal?Organic?Chemical?Vapor?Deposition）設備，即金屬有機物化學氣相沉積，其在半導體產業尤其是在LED產業中具有不可替代性的作用，是特別關鍵的設備。該設備是突破產業發展瓶頸，提高產業水平的戰略性高技術半導體裝備。

MOCVD設備是一種集計算流體力學、熱力傳導、系統集成控制、化合物生長等各學科于一體，是一種高科技、新技術高度集中的設備；MOCVD的工作原理是使含有Ⅱ族或Ⅲ族元素的金屬有機物源（MO源）與含有Ⅵ族或Ⅴ族元素的氣體源在嚴格控制的條件下在晶片上反應，生長得到所需要的薄膜材料。一般金屬有機物源通過載氣輸運進入反應室，載氣可以為氫氣、氮氣、惰性氣體等不與反應物起化學反應的氣體，含有MO源的載氣稱為第一前體氣體；含有Ⅵ族或Ⅴ族元素的氣體源一般也混有一定比例的載氣，稱為第二前體氣體。

MOCVD在進行工藝時基片表面的溫度可達1200℃，基片托盤（載片盤）的溫度更高，氣體噴淋頭（噴淋頭）位于載片盤上方，并且與載片盤的距離很小（不超過80mm，部分型號的反應室距離只有10mm左右），因此其受輻射加熱的功率很大。而氣體噴淋頭只有在本身溫度較低、表面溫度場均勻的情況下才能具有滿足工藝的需要的性能。因為氣體噴淋頭溫度高于150℃會導致反應物源材料在氣體噴淋頭內部分解，降低源材料的利用率，并影響沉積薄膜質量。而氣體噴淋頭表面溫度場不均勻會導致載片盤表面溫度不均勻，從而導致基片表面沉積薄膜成分及膜厚不均勻，因此噴淋頭的冷卻系統設計是噴淋頭設計的一個重要組成部分。

目前，噴淋頭中普遍使用的冷卻液通道設計加工方式主要有以下兩種：1）在噴淋頭上打通孔，然后將通孔按要求連接進行分組焊接聯通形成冷卻管道。2）預先在組成噴淋頭的相應結構板上挖出構成冷卻液通道凹槽，然后使用真空擴散焊接、真空熔焊等方式將各結構板采用面對面的方式焊接起來，使預先加工的凹槽封閉，形成冷卻液通道，如中國專利申請CN201210118049.8公開了一種用于金屬有機化學氣相沉積反應器的斜入式氣體噴淋頭，其包括位于反應腔室上方的氣體噴射板，氣體連接板和氣體分布板；所述氣體連接板上設置有若干氣體接口及冷卻液接口，但該申請也存在焊縫在高溫條件下的可靠性問題及加工難度問題。

隨著MOCVD單批次生產規模的擴大，噴淋頭的尺寸也越來越大，因此打孔、分組焊接聯通形成冷卻液通道方式中深孔孔深與孔徑之比也越來越大，因此深孔加工的難度也越來越大，目前大尺寸噴淋頭中的冷卻液通道深孔的加工已經非常困難。并且MOCVD噴淋頭是一種對結構精度要求很高的零件，在當前尺寸下已經存在加工時廢品率很高的問題，目前從加工廠家獲得的數據來看，成品率只有1/3左右，因此MOCVD噴淋頭的加工費用一直居高不下。另外在MOCVD噴淋頭裝入設備，組成整機后，噴淋頭焊縫漏水會造成工件及加熱器損毀，從而導致MOCVD反應室毀壞，帶來巨大的經濟損失。預設冷卻液通道凹槽，然后使用面-面焊接形成冷卻液通道的方法也存在工藝復雜、加工廢品率高的問題，并且在工藝過程中由于噴淋頭上下兩面存在較大的溫差，因此噴淋頭內部也存在較大的應力，這對面-面焊接形成的面--面焊縫的密封可靠性是一個很大的挑戰，不利于MOCVD設備可靠性的提高。

發明內容

為了避免在加工噴淋頭冷卻液通道時出現難加工深孔，同時能降低噴淋頭結構板面-面焊接的要求，本發明旨在提供一種用于金屬有機化學氣相沉積反應器的管道冷卻式氣體分布裝置，該管式冷卻裝置密封性能好、密封的可靠性高，其密封可靠性不受MOCVD工藝過程中由于噴淋頭上下表面溫度差引起的應力的影響，從而降低了產品的廢品率，提高了生產效率。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：