專(zhuān)利名稱(chēng)：用于均勻出氣的氣體分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于化學(xué)氣相淀積設(shè)備的進(jìn)氣段的氣體分配裝置，特別涉及一 種用于均勻出氣的氣體分配器。
背景技術(shù)：
用化學(xué)氣相淀積(簡(jiǎn)稱(chēng)CVD)方法淀積薄膜材料，通常需要各種原材料和載入氣 體，原材料包括參與化學(xué)反應(yīng)并形成薄膜產(chǎn)物的原料成分(通常也為氣體形態(tài))；載氣包括 各種攜帶原材料的氣體，如氫氣、氮?dú)獾龋@些載氣只載入原材料進(jìn)入反應(yīng)室，本身并不參 與化學(xué)反應(yīng)。薄膜制備的重要指標(biāo)之一就是其厚度、摻雜濃度和組分的均勻性。要生長(zhǎng)出厚度、 摻雜濃度和組分均勻的薄膜材料，根據(jù)CVD技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理可以知必須在基片上方提供 一個(gè)厚度薄而均勻的反應(yīng)物濃度邊界層，使足夠量的反應(yīng)粒子能夠通過(guò)擴(kuò)散，源源不斷地 到達(dá)基片表面各點(diǎn)。因?yàn)樵谏L(zhǎng)過(guò)程中只有輸運(yùn)到基片各部位的反應(yīng)粒子及摻雜粒子速率 都相等時(shí)，才能滿足薄膜的組分、濃度和厚度均勻性的要求。反應(yīng)物濃度邊界層強(qiáng)烈地受氣 體流動(dòng)的影響，因此若要獲得厚度薄而均勻的濃度邊界層，前提條件就是基片上方要維持 一個(gè)厚度薄而均勻的速度邊界層。這就嚴(yán)格要求到達(dá)基片上方的反應(yīng)物的速度必須均勻一 致，速度邊界層的流場(chǎng)應(yīng)保持為均勻平行層流，避免任何波動(dòng)、湍流和對(duì)流渦旋。為保證上述穩(wěn)定的邊界層厚度，人們?cè)O(shè)計(jì)了不同的CVD反應(yīng)器。根據(jù)進(jìn)入反應(yīng)器 的反應(yīng)氣體和載氣組成的氣流相對(duì)于基片的流動(dòng)方向，可以把CVD反應(yīng)器分為兩大類(lèi)主 氣流平行于基片方向的水平式反應(yīng)器和主氣流垂直于基片方向的垂直式反應(yīng)器。在水平式反應(yīng)器中，反應(yīng)氣體從基片一側(cè)流向另一側(cè)，這種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是 存在嚴(yán)重的反應(yīng)物耗盡和熱對(duì)流渦旋等問(wèn)題，容易造成薄膜厚度的前后不均勻性，需要用 復(fù)雜的方法加以克服。在垂直式反應(yīng)器中，氣體從基片的上方進(jìn)入并折轉(zhuǎn)90度橫穿基片，然后從反應(yīng) 器側(cè)面或底部排出。當(dāng)基片高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體的粘性力產(chǎn)生一種泵效應(yīng)，由于粘性的作用， 靠近基片表面的一層氣體隨同轉(zhuǎn)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力的作用下，氣體不斷地沿徑向被拋 向基片的外緣。與此同時(shí)，基片上方的氣體沿軸向注入基片表面以補(bǔ)充失去的氣體。這種 泵效應(yīng)能夠抵消熱對(duì)流產(chǎn)生的渦旋，得到基片上方均勻的邊界層厚度，從而使基片上方各 點(diǎn)得到較均勻的反應(yīng)物濃度供給。垂直式反應(yīng)器的改進(jìn)形式是垂直噴淋式反應(yīng)器，反應(yīng)氣 體通過(guò)托盤(pán)上方許多密排的小噴管直接噴向基片，從而使到達(dá)基片上方各點(diǎn)的反應(yīng)氣體濃 度基本相同。反應(yīng)氣體再通過(guò)濃度擴(kuò)散穿過(guò)邊界層到達(dá)基片表面。利用旋轉(zhuǎn)能夠得到基片 上方較均勻的邊界層厚度，從獲得較高質(zhì)量的薄膜生長(zhǎng)。由于從基片正上方噴入的反應(yīng)氣 體都必須流到托盤(pán)邊緣，再由排布在反應(yīng)器側(cè)面或下部的出口排出，在托盤(pán)中心處噴入的 反應(yīng)氣體和在托盤(pán)邊緣處的反應(yīng)氣體流經(jīng)的距離明顯不同。中心處的生成物尾氣不能及時(shí) 排出，導(dǎo)致基片沿徑向的厚度和摻雜濃度仍存在不均勻。隨著大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，人們迫切需要增加CVD設(shè)備的裝片量來(lái)降低生產(chǎn)成本，這就要求CVD反應(yīng)器增加每次裝片的容量來(lái)適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)。然而，從CVD技術(shù)的特點(diǎn) 來(lái)看，反應(yīng)器的裝片容量不可能無(wú)限地增加。對(duì)尤其是對(duì)于傳統(tǒng)垂直式反應(yīng)器和垂直噴淋 式反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，只有擴(kuò)大裝片基座的直徑才能滿足裝片量增加的要求，但氣體是從中心位 置進(jìn)入反應(yīng)室的，這就造成了沿徑向分布的不均勻越來(lái)越嚴(yán)重，而且增大直徑后均勻溫度 場(chǎng)的設(shè)計(jì)要求也增加許多，從而造成CVD反應(yīng)器氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布不均勻，難以滿足薄 膜生長(zhǎng)的需求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種用于均勻出氣的氣體分配器，其可為反應(yīng)室提供均勻 一致的進(jìn)氣，保證化學(xué)氣相淀積設(shè)備進(jìn)氣的均勻性和一致性，利于薄膜的均勻生長(zhǎng)，從而克 服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于所述氣體分配器包括相互連通的 至少一路進(jìn)氣管和二個(gè)以上密閉氣體分配腔，所述進(jìn)氣管和氣體分配腔沿氣流運(yùn)行方向依 次固定連接，相鄰兩個(gè)氣體分配腔之間藉一連接壁相互間隔，且所述連接壁面上分布一個(gè) 以上配氣孔。進(jìn)一步地講所述相鄰兩個(gè)氣體分配腔之間通過(guò)復(fù)數(shù)個(gè)焊點(diǎn)相互焊接固定。所述配氣孔的孔徑小于進(jìn)氣管的管徑。同一連接壁面上分布有復(fù)數(shù)個(gè)孔徑相同的配氣孔，而分布在任意兩個(gè)連接壁面上 的配氣孔孔徑相異。分布在同一連接壁面上的復(fù)數(shù)個(gè)配氣孔和分布在相鄰連接壁面的復(fù)數(shù)個(gè)配氣孔 在氣流運(yùn)行方向上呈交錯(cuò)分布狀態(tài)。各連接壁上的配氣孔孔徑沿氣流運(yùn)行方向依次減小。所述各氣體分配腔的長(zhǎng)度沿氣流運(yùn)行方向依次減小。所述進(jìn)氣管和氣體分配腔沿水平方向依次排布。所述進(jìn)氣管和氣體分配腔按由下到上的順序沿豎直方向依次排布。所述氣體分配腔具有環(huán)形或多邊形橫截面?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)中的諸多不足，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和實(shí)踐，利用流體在管道 中流動(dòng)時(shí)遇壁均化及在不同管腔內(nèi)管阻不同的特性，將復(fù)雜的流體分布問(wèn)題轉(zhuǎn)換成機(jī)械加 工問(wèn)題，并通過(guò)簡(jiǎn)單機(jī)械加工的方法得到本發(fā)明的氣體分配器，從而解決了 CVD反應(yīng)器進(jìn) 氣分布不均勻的問(wèn)題，進(jìn)而保證了薄膜生長(zhǎng)的均勻性。該氣體分配器的工作原理如下反應(yīng)氣體和載氣通過(guò)進(jìn)氣管進(jìn)入第一層氣體分配腔中，并經(jīng)分布在用于分隔第 一、二層氣體分配腔的第一連接壁面上的若干配氣孔通向第二層氣體分配腔；優(yōu)選的，上述 配氣孔的孔徑小于進(jìn)氣管管徑，以增大出口管阻，抑制氣體從近進(jìn)口區(qū)域流出；進(jìn)一步地， 沿著氣流運(yùn)行方向，各層分配腔的長(zhǎng)度逐漸減小，即，第一層分配腔的長(zhǎng)度在各分配腔中是 最大的，增大流道截面積，目的是較小流道內(nèi)的流動(dòng)管阻，使氣流更快的從近進(jìn)口區(qū)域擴(kuò)展 至遠(yuǎn)進(jìn)口區(qū)域；經(jīng)上述過(guò)程，即完成一次均勻化。第二層氣體分配腔通過(guò)若干焊點(diǎn)與第一層 氣體分配腔焊接在一起，在用于分隔第二、三層氣體分配腔的第二連接壁面上也分布有若4干配氣孔，優(yōu)選的，該等配氣孔的孔徑小于第二連接壁面上的配氣孔孔徑，以再次增大出口 管阻；分布于第一、二連接壁面上的配氣孔可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要沿氣流運(yùn)行方向相對(duì)設(shè) 置或錯(cuò)位設(shè)置，但目的均在于通過(guò)流體的遇壁擴(kuò)散效應(yīng)，使進(jìn)入下一層氣體分配腔的氣流 分布更加均勻；后續(xù)各氣體分配腔、各連接壁上的配氣孔可參照上述結(jié)構(gòu)設(shè)置；如此反復(fù)， 經(jīng)過(guò)多層氣體分配腔后(層數(shù)越多均勻度越高)，氣體分配器中的反應(yīng)氣體和載氣通過(guò)配 氣孔直接或間接的輸運(yùn)到基片上方。以此保證到達(dá)樣品表面的氣體流速的一致，從而在樣 品表面形成均一的邊界層，保證了生長(zhǎng)的薄膜均勻性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于該氣體分配器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，便 于組裝維護(hù)，成本低廉，并可為反應(yīng)室提供均勻一致的進(jìn)氣，保證化學(xué)氣相淀積設(shè)備進(jìn)氣的 均勻性和一致性，利于薄膜的均勻生長(zhǎng)。
圖1是實(shí)施例1中用于均勻出氣的氣體分配器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例2中用于均勻出氣的氣體分配器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1該均勻出氣的氣體分配器主要應(yīng)用在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)器 中，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，即，由一根1/4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣管1和三層氣體分配腔2、3、4垂直焊接組 成，相鄰氣體分配腔之間設(shè)置有若干焊點(diǎn)5。上述各氣體分配腔的內(nèi)切圓半徑均為150mm， 且第一 三層氣體分配腔2、3、4的腔體高度分別為20mm、15mm、10mm。設(shè)置于第一、二層氣 體分配腔2、3之間的第一層連接壁面上均勻分布20個(gè)配氣孔6，孔徑為4mm ；設(shè)置于第二、 三層氣體分配腔之間的第二層連接壁面上均勻分布30個(gè)配氣孔7，孔徑2mm ；第三層連接壁 面上50個(gè)配氣孔8，孔徑1mm。在氣流運(yùn)行方向上，第一、二、三層連接壁面上的配氣孔依次 交錯(cuò)排列。藉本實(shí)施例的氣體分配器，一股進(jìn)氣流經(jīng)過(guò)該氣體分配器后，在整個(gè)進(jìn)氣環(huán)面上 所測(cè)得的氣體流速分配的不均勻性小于0. 48%，保證了大區(qū)域范圍內(nèi)噴射到每個(gè)基片上的 反應(yīng)氣體的高度均勻性，滿足了材料生長(zhǎng)的穩(wěn)定性要求。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例均勻出氣的氣體分配器的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1類(lèi)似，但 其主要由一根進(jìn)氣管1和三層氣體分配腔2、3、4沿水平方向焊接組成，相鄰氣體分配腔之 間設(shè)置有若干焊點(diǎn)5。上述各氣體分配腔的口徑一致，但第一 三層氣體分配腔2、3、4的 腔體長(zhǎng)度依次減小。設(shè)置于第一、二層氣體分配腔2、3之間的第一層連接壁面上分布若干 配氣孔6 ；設(shè)置于第二、三層氣體分配腔之間的第二層連接壁面上分布若干配氣孔7 ；第三 層連接壁面上分布若干配氣孔8 ；且配氣孔6 8的孔徑依次減小。并且，在氣流運(yùn)行方向 上，第一、二、三層連接壁面上的配氣孔6、7、8依次交錯(cuò)排列。同樣的，該氣體分配器可保證 大區(qū)域范圍內(nèi)噴射到每個(gè)基片上的反應(yīng)氣體的高度均勻性，滿足材料生長(zhǎng)的穩(wěn)定性要求。需要說(shuō)明的是，上述氣體分配器可由金屬材料(如不銹鋼、鎢鉬等)或其它非金 屬材料制成；上述進(jìn)氣管可為一路或多路；上述氣體分配腔的形狀可以是環(huán)形、多邊形或 其他任何合適形態(tài)；上述配氣孔可為圓形、矩形或其它任何合適形狀；在同一層連接壁面 上的配氣孔的分布位置可以是均勻分布的，也可以是不均勻分布的，且配氣孔的數(shù)量密度是可調(diào)的。 因此，上述實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技 術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù) 本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于所述氣體分配器包括相互連通的至 少一路進(jìn)氣管和二個(gè)以上密閉氣體分配腔，所述進(jìn)氣管和氣體分配腔沿氣流運(yùn)行方向依次 固定連接，相鄰兩個(gè)氣體分配腔之間藉一連接壁相互間隔，且所述連接壁面上分布一個(gè)以 上配氣孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于所述相鄰兩個(gè)氣 體分配腔之間通過(guò)復(fù)數(shù)個(gè)焊點(diǎn)相互焊接固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于所述配氣孔的孔 徑小于進(jìn)氣管的管徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于同一連接壁面上 分布有復(fù)數(shù)個(gè)孔徑相同的配氣孔，而分布在任意兩個(gè)連接壁面上的配氣孔孔徑相異。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于分布在同一連接 壁面上的復(fù)數(shù)個(gè)配氣孔和分布在相鄰連接壁面的復(fù)數(shù)個(gè)配氣孔在氣流運(yùn)行方向上呈交錯(cuò) 分布狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于各連接壁上的配 氣孔孔徑沿氣流運(yùn)行方向依次減小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于所述各氣體分配 腔的長(zhǎng)度沿氣流運(yùn)行方向依次減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于所述進(jìn)氣管和氣 體分配腔沿水平方向依次排布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于所述進(jìn)氣管和氣 體分配腔按由下到上的順序沿豎直方向依次排布。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于均勻出氣的氣體分配器，其特征在于所述氣體分配腔 具有環(huán)形或多邊形橫截面。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于均勻出氣的氣體分配器，其一般設(shè)置在化學(xué)氣相淀積設(shè)備上的進(jìn)氣段，用來(lái)為反應(yīng)室提供均勻一致的進(jìn)氣。該氣體分配器包括相互連通的至少一路進(jìn)氣管和二個(gè)以上密閉氣體分配腔，所述進(jìn)氣管和氣體分配腔沿氣流運(yùn)行方向依次固定連接，相鄰兩個(gè)氣體分配腔之間藉一連接壁相互間隔，且所述連接壁面上分布一個(gè)以上配氣孔。通過(guò)調(diào)整各體分配腔的高度或長(zhǎng)度、各連接壁面上配氣孔的排布位置和孔徑大小，可使最終的出氣流速相等。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，便于組裝維護(hù)，成本低廉，可為反應(yīng)室提供均勻一致的進(jìn)氣，保證化學(xué)氣相淀積設(shè)備進(jìn)氣的均勻性和一致性，利于薄膜的均勻生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C23C16/455GK201826012SQ20102054750
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者張永紅, 朱建軍, 王國(guó)斌, 邱凱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所