一种喷淋装置 |
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| 申请号 | CN202311790875.1 | 申请日 | 2023-12-22 | 公开(公告)号 | CN117758361A | 公开(公告)日 | 2024-03-26 |
| 申请人 | 东莞市中镓半导体科技有限公司; | 发明人 | 王健辉; 卢敬权; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种喷淋装置，包括：设有绕流结构的原料舟；第一喷口，喷出在原料舟中形成的第三反应气体；第二喷口，喷出隔离气体；第三喷口，喷出第二反应气体；第二喷口和第三喷口依次套设于第一喷口外；第二喷口相对于第三喷口向上缩进，第一喷口相对于第二喷口向上缩进。通过在原料舟中设置绕流结构，使得通入原料舟的第一反应气体在原料舟中绕流，以更好地延长第一反应气体在原料舟内的流动时间，使其与原料舟内的原料充分反应生成第三反应气体，提高气体利用率；同心设置的多个喷口及其内缩，提高了混合气体的扩散均匀度，改进了反应气体的分布，从而有效降低了预反应的概率，达到调节膜厚分布的目的，进而能够确保单晶生长 质量 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种喷淋装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种喷淋装置技术领域背景技术[0002] 氢化物气相外延(Hydride vapor phase epitaxy，HVPE)一种半导体材料生长技术，主要用于制备III‑V族化合物半导体材料，如氮化镓单晶等。在制备过程中，通过金属与卤化物气体反应生成金属卤化物，然后与原料气体反应，在基底表面上沉积形成薄膜或晶体。 [0003] 目前，氢化物气相外延所用的反应器存在着各种问题，其中，由于反应压力、气体流量的参数难以把控，以及混合气体的扩散不够均匀等问题，导致预反应严重，预反应使得反应器喷头内壁上有沉积物，沉积物应力使得喷头容易崩裂，降低喷头寿命，因喷头崩裂掉落的沉积物以严重影响单晶质量。 发明内容[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种喷淋装置，解决现有技术中HVPE预反应严重，影响单晶质量的问题。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案： [0006] 一种喷淋装置，包括原料舟，所述原料舟内设有绕流结构；第一喷口，喷出在原料舟中形成的第三反应气体；第二喷口，喷出隔离气体；第三喷口，喷出第二反应气体；所述第二喷口和所述第三喷口依次套设于所述第一喷口外；所述第二喷口相对于所述第三喷口向上缩进，所述第一喷口相对于所述第二喷口向上缩进。 [0007] 可选地，所述原料舟设有用于通入第一反应气体的第一供气管路；所述绕流结构使所述第一反应气体在所述原料舟中绕流，并与原料舟中的原料反应生成第三反应气体。 [0008] 可选地，所述绕流结构包括一个或一个以上的第一隔板，所述第一隔板的顶部连接于所述原料舟的内壁顶部，所述第一隔板的底部与所述原料舟的内壁底部具有间隙，所述第一隔板的底部与所述原料舟的内壁底部的间隙宽度小于所述原料舟中的原料高度； [0009] 所述第一隔板在所述原料舟中形成的间隙构成供所述第一反应气体绕流的绕流通道。 [0010] 可选地，所述第一隔板为环形板，当所述环形板设有两个以上时，所有的所述环形板呈同心放置；或者， [0011] 所述第一隔板为平面板，当所述平面板设有两个以上时，所有的所述平面板呈平行放置。 [0012] 可选地，所述绕流结构还包括拱形导气结构，所述拱形导气结构包括外套筒，所述外套筒内设有空心杆状件，所述外套筒与所述空心杆状件之间的间隙构成气体引导通道，所述气体引导通道与所述绕流通道连通； [0013] 可选地，所述的喷淋装置，还包括第二供气管路，所述第二供气管路与所述气体引导通道连通。 [0014] 可选地，从所述第二供气管路通入第一反应气体，用于与自所述气体引导通道所流出的第三反应气体冲撞混合并调控混合气体中第一反应气体的含量；或，从所述第二供气管路通入非反应气体，用于与自所述气体引导通道所流出的第三反应气体冲撞混合并辅助第三反应气体的扩散。 [0015] 可选地，所述的喷淋装置，还包括匀气室；所述匀气室包括第一匀气分室、第二匀气分室及第三匀气分室；所述第一匀气分室、第二匀气分室及第三匀气分室分别与所述第一喷口、第二喷口及第三喷口相连通。 [0016] 可选地，所述第一匀气分室、第二匀气分室及第三匀气分室内设有将匀气室分隔形成两个或以上匀气腔的隔板，所述隔板上开设有导流孔或导流槽，所述导流孔或导流槽使相邻的匀气腔连通。 [0017] 可选地，所述第一匀气分室与所述气体引导通道连通，所述第二供气管路设于所述第一匀气分室；所述第二匀气分室设有用于通入隔离气体的第三供气管路；所述第三匀气分室设有用于通入第二反应气体的第四供气管路。 [0018] 可选地，所述第一喷口内设有导流杆，所述导流杆的端部呈锥形，所述导流杆的端部对应于所述第一喷口的喷出端设置或略高于所述第一喷口的喷出端。 [0019] 可选地，所述第二供气管路设于所述拱形导气结构的外套筒的顶部； [0020] 所述第二供气管路部分内嵌于所述空心杆状件； [0021] 所述导流杆的顶部设有由中空腔形成的匀气腔，所述匀气腔的腔壁设有连通所述第一喷口的通气孔，在原料舟中形成的第三反应气体经过拱形导气结构时，与从第二供气管路输入的气体冲撞混合，在经过匀气腔后再从第一喷口向外喷出。 [0022] 可选地，所述第一喷口的喷出端呈喇叭状，所述第一喷口的喷出端的直径沿气体的喷出方向递增； [0023] 所述第三供气管路有两条或以上，对称设置； [0024] 所述第四供气管路有两条或以上，对称设置。 [0025] 可选地，所述第一匀气分室、第二匀气分室和第三匀气分室均呈环状或柱状，且所述第一匀气分室、第二匀气分室和第三匀气分室的圆心重合。 [0026] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0027] 本发明提供了一种喷淋装置，通过在原料舟中设置绕流结构，使得通入原料舟的第一反应气体在原料舟中绕流，以更好地延长第一气体的在原料舟内的流动时间，使其与原料舟内的原料充分反应生成第三反应气体，提高气体利用率；同心设置的多个喷口及其内缩，提高了混合气体的扩散均匀度，改进了反应气体的分布，从而有效降低了预反应的概率，达到调节膜厚分布的目的，进而能够确保单晶生长质量。附图说明 [0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。 [0029] 图1为本发明提供的一种喷淋装置的结构示意图； [0030] 图2为本发明提供的一种喷淋装置的俯视图； [0031] 图3为本发明提供的一种喷淋装置以直线A‑A为剖线的剖面图； [0032] 图4为本发明提供的一种喷淋装置以直线B‑B为剖线的剖面图； [0033] 图5为本发明提供的一种喷淋装置以直线C‑C为剖线的剖面图； [0034] 图6为本发明提供的一种喷淋装置另一结构的内部示意图； [0035] 图7为本发明提供的一种喷淋装置的又一结构示意图； [0036] 图8为本发明提供的一种喷淋装置的俯视图； [0037] 图9为本发明提供的一种喷淋装置以直线D‑D为剖线的剖面图； [0038] 图10为图9中A部分的局部放大示意图。 [0039] 上述图中：10、原料舟；111、第一隔板；20、匀气室；21、第一匀气分室；211、第二隔板；2111、第一导流孔；22、第二匀气分室；221、第三隔板；2211、第二导流孔；23、第三匀气分室；231、第四隔板；2311、第三导流孔；24、拱形导气结构；241、外套筒；242、空心杆状件；31、第一喷口；311、导流杆；3111、中空腔；32、第二喷口；33、第三喷口；41、第一供气管路；42、第二供气管路；43/44、第三供气管路；45/46、第四供气管路。 具体实施方式[0040] 为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0041] 在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。 [0042] 此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。 [0043] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。 [0044] 请结合参考图1至图5，本发明实施例提供了一种喷淋装置，包括原料舟10，原料舟10设有用于通入第一反应气体的第一供气管路41；原料舟10内设有绕流结构，绕流结构使第一反应气体在原料舟10中绕流，并使第一反应气体与原料舟10中的原料反应生成第三反应气体。 [0045] 本发明中，通过在原料舟10中设置绕流结构，使得通入原料舟10的第一反应气体在原料舟10中绕流，以更好地延长第一反应气体在原料舟10内的流动时间，使其与原料舟10内的原料充分反应生成第三反应气体，提高气体利用率。 [0046] 具体地，绕流结构包括一个或一个以上的第一隔板111，第一隔板111的顶部连接于原料舟10的内壁顶部，第一隔板111的底部与原料舟10的内壁底部具有间隙，第一隔板111的底部与原料舟10的内壁底部的间隙宽度小于原料舟10中的原料高度，使得原料舟内的原料顶部越过第一隔板111的底部但不高于第一隔板111的顶部，第一隔板111在原料舟 10中排列形成的空隙构成供第一反应气体绕流的绕流通道。可以理解的是，前述的空隙可以是第一隔板111之间的空隙，也可以是第一隔板111与原料舟10内壁之间的空隙。 [0047] 在本实施例的其中一种实施方式中，第一隔板111为环形板，当环形板设有两个以上时，所有的环形板呈同心放置。 [0048] 在本实施方式中，环形板与原料舟10的内壁，或者环形板之间形成环状的绕流通道，第一反应气体在绕流通道中流动。 [0049] 在本实施例的另一种实施方式中，第一隔板111为平面板，当平面板设有两个以上时，所有的平面板呈平行放置。 [0050] 在本实施方式中，各平面板的形状及排布结构可以与原料舟10的内形状相匹配，以能够在各平面板排布结构的外轮廓与原料舟10的内壁之间形成一绕流通道，而每个平面板之间也形成另一形状的多个绕流通道。 [0051] 基于前述各实施方式，由于绕流结构中形成了多个绕流通道，第一反应气体在绕流通道中流动，能够充分地与原料舟内的原料反应生成第三反应气体，提高气体利用率。 [0052] 进一步地，本实施例中，绕流结构还包括拱形导气结构24，以及用于喷出第三反应气体的第一喷口31，拱形导气结构24包括外套筒241，外套筒241内设有空心杆状件242，外套筒241与空心杆状件242之间的间隙构成气体引导通道，气体引导通道与绕流通道连通，第一喷口31与气体引导通道连通。 [0053] 第一反应气体在原料舟10中绕流时，与原料舟10中的原料反应，形成第三反应气体；例如，当原料舟10中的原料为镓，第一反应气体为氯化氢时，氯化氢与镓反应形成第三反应气体氯化镓气体，该第三反应气体通过该拱形导气结构24进入第一匀气分室21。 [0054] 进一步地，在本实施例中，第三反应气体混有未与原料反应的第一反应气体。上述绕流结构能够降低第三反应气体中与未与原料反应的第一反应气体的比例。 [0055] 进一步地，本实施例中，喷淋装置还包括第二供气管路42，第二供气管路42与气体引导通道连通。 [0056] 本实施例的其中一种实施方式中，第二供气管路42通入第一反应气体，第一反应气体用于与自气体引导通道所流出的第三反应气体冲撞混合形成混合气体，还用于使两股气体充分混合，并调控混合气体中第一反应气体的含量；此外，前述的第一反应气体还能够使混合气体具有预设的气体组分，进而能够调节膜厚分布。 [0057] 本实施例的另一种实施方式中，从第二供气管路42通入非反应气体，非反应气体用于与自气体引导通道所流出的第三反应气体冲撞混合，并辅助第三反应气体的扩散。 [0058] 进一步地，本实施例中，第一喷口31内设有导流杆311，导流杆311的端部呈锥形，导流杆311的端部对应于第一喷口31的喷出端设置。 [0059] 具体地，第一喷口31的喷出端呈喇叭状，第一喷口31的喷出端的直径沿气体的喷出方向递增；或者，导流杆311的端部高于第一喷口的喷出端。 [0060] 该导流杆311具有导流的作用，使得从第一喷口31向外喷出的气体更为均匀，而导流杆311的端部呈锥形，与喇叭状的第一喷口31相配合，能够使向外喷出的气体能够趋于以一个连贯完整的形状向外喷出，有利于确保成膜质量。 [0061] 请参考图6，本实施例中，喷淋装置还包括匀气室20，匀气室包括第一匀气分室21、第二匀气分室22和第三匀气分室23；第一匀气分室21、第二匀气分室22和第三匀气分室23分别与第一喷口31、第二喷口32和第三喷口33相连通。 [0062] 本实施例通过改进匀气室以提供更高的气体流畅均匀性。 [0063] 第一匀气分室21、第二匀气分室22和第三匀气分室23内分别设有将每个匀气室分隔形成两个或以上匀气腔的隔板，隔板上开设有导流孔或导流槽，导流孔或导流槽使相邻的匀气腔连通。 [0064] 第一匀气分室21与气体引导通道连通，第二供气管路42设于第一匀气分室21。 [0065] 具体地，第一匀气分室21内设有第二隔板211，第二隔板211将第一匀气分室21分隔形成两个或以上的第一匀气腔，第二隔板211上开设有第一导流孔2111，第一导流孔2111使相邻的第一匀气腔连通。通过设置第二隔板211，使得第三反应气体需要从第一导流孔2111中通过，经过挤压后得以调节流速和气体压力，从而达到匀气的目的。 [0066] 请参考图5，本实施例中，第二匀气分室22设有用于通入隔离气体的第三供气管路43；请参考图4，第三匀气分室23设有用于通入第二反应气体的第四供气管路45。 [0067] 进一步地，第三供气管路43设有两条或以上，如管路44，所有的第三供气管路43/44关于中心对称。 [0068] 对称分布的供气管路有利于实现气体的均匀流动。 [0069] 请参考图6，第二匀气分室22设有第三隔板221，第三隔板221将第二匀气分室22分隔形成两个或以上的第二匀气腔，第三隔板221上开设有第二导流孔2211，第二导流孔2211使相邻的第二匀气腔连通。 [0070] 通过设置第三隔板221，使得隔离气体需要从第二导流孔2211中通过，经过挤压后得以调节流速和气体压力，从而达到匀气的目的。 [0071] 进一步地，第二喷口32与第二匀气分室22连通，经过匀气后的隔离气体从该第二喷口32向外喷出。 [0072] 请参考图4，基于前述实施例，本实施例中，第三匀气分室23开设有用于通入第二反应气体的第四供气管路45；示例地，当原料舟10中的原料为镓，第一反应气体为氯化氢时，该第二反应气体为氨气。 [0073] 进一步地，第四供气管路45设有两条或以上，如管路46，所有的第四供气管路45/46关于中心对称。 [0074] 请参考图6，第三匀气分室23设有第四隔板231，第四隔板231将第三匀气分室23分隔形成两个或以上的第三匀气腔，第四隔板231上开设有第三导流孔2311，第三导流孔2311使相邻的第三匀气腔连通； [0075] 通过设置第四隔板231，使得第二反应气体需要从第三导流孔2311中通过，经过挤压后得以调节流速和气体压力，从而达到匀气的目的。 [0076] 进一步地，本实施例中，第一匀气分室21、第二匀气分室22和第三匀气分室23为同心圆布置。具体地，第一匀气分室21、第二匀气分室22和第三匀气分室23均呈环状或柱状，且第一匀气分室21、第二匀气分室22和第三匀气分室23的圆心重合。 [0077] 在另一种实施例中，如图7‑10所示，该喷淋装置包括原料舟10、第二匀气分室22和第三匀气分室23，第二供气管路42，开设于拱形导气结构24的外套筒241的顶部，同时第一喷口31中导流杆311的顶部开设有由中空腔形成的匀气腔3111，匀气腔3111的腔壁开设有通气孔，该通气孔使得中空腔与第一喷口31连通；基于此，在原料舟10中形成的第三反应气体经过拱形导气结构24时，与从第二供气管路42输入的气体冲撞混合，在经过匀气腔3111后再从第一喷口31向外喷出。 [0078] 本实施中提供的喷淋装置结构更为简洁，能够更有效地达到匀气的目的。 [0079] 进一步地，第二喷口32和第三喷口33依次套设于第一喷口31外，第二喷口32相对于第三喷口33向上缩进，第一喷口31相对于第二喷口32向上缩进，从而有利于控制沉积，以及调节晶体生长时反应气体的浓度扩散分布。 [0080] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |
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