CN116145249A - 一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist‑CVD设备包括：连接的雾化颗粒生成装置和反应装置，雾化颗粒生成装置和反应装置呈竖直结构设置；雾化颗粒生成装置包括高压气体发生室和多个前驱溶液储存腔室，反应装置包括反应腔室；其中，高压气体发生室内存储有高压气体或设置有气体增压设备以提供高压气体；前驱溶液储存腔室用于存储前驱溶液；高压气体进入第一管路后与进入第一管路的前驱溶液接触，前驱溶液在高压气体作用下进行雾化得到雾化颗粒，雾化颗粒通过第一管路进入反应腔室内反应生长得到半导体薄膜。本发明的Mist‑CVD设备避免了水平结构Mist‑CVD设备在薄膜成型过程中出现的薄膜均匀性不足的问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料设备技术领域，具体涉及一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备。
背景技术
功率半导体在当下时点具有核心地位。
氧化物半导体薄膜外延生长的技术，包括分子束外延(MBE)、金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)和氢化物气相外延(HVPE)等。此类技术虽然适用于具有高均匀性的氧化物半导体外延薄膜的制造，但是这些技术通常设备价格昂贵、能耗高且生长工艺复杂。间接的增加了材料的制备成本，且大面积外延薄膜材料的结晶质量有待提高。因此，雾化化学气相沉积(Mist-CVD)作为一种廉价低成本，可用于大尺寸生长氧化物半导体薄膜的外延生长技术对于氧化物半导体薄膜生长与器件工艺的发展有着十分重要的意义。
但是，目前的Mist-CVD设备多使用超声波进行前驱溶液的雾化，且雾化源单一，这对雾化颗粒产生的速度与输运过程有较高要求，阻碍了Mist-CVD设备的发展与应用。此外，由于目前Mist-CVD设备多为水平结构，在薄膜成型过程中易出现薄膜均匀性不足的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，包括：连接的雾化颗粒生成装置和反应装置，所述雾化颗粒生成装置和所述反应装置呈竖直结构设置；
所述雾化颗粒生成装置包括高压气体发生室和多个前驱溶液储存腔室，所述反应装置包括反应腔室；
其中，所述高压气体发生室通过第一管路与所述反应腔室连通，所述多个前驱溶液储存腔室均可独立通断的与所述第一管路连通；
所述高压气体发生室内存储有高压气体或设置有气体增压设备以提供高压气体；所述前驱溶液储存腔室用于存储前驱溶液；
所述高压气体进入所述第一管路后与进入所述第一管路的前驱溶液接触，所述前驱溶液在所述高压气体作用下进行雾化得到雾化颗粒，所述雾化颗粒通过所述第一管路进入所述反应腔室内反应生长得到半导体薄膜。
在本发明的一个实施例中，所述雾化颗粒生成装置还包括多个第二管路和多个通断阀门，其中，
所述多个前驱溶液储存腔室分别通过所述第二管路与所述第一管路连通；
所述多个通断阀门对应安装在所述第二管路上。
在本发明的一个实施例中，每个所述前驱溶液储存腔室上均设置有连通所述前驱溶液储存腔室的补液口，通过所述补液口连接补液装置。
在本发明的一个实施例中，在所述反应腔室内与所述第一管路的连接处设置有通断阀门。
在本发明的一个实施例中，所述反应腔室位于所述高压气体发生室的下方或上方。
在本发明的一个实施例中，所述反应腔室内设置有可转动的衬底托盘，所述衬底托盘朝向所述高压气体发生室的一侧。
在本发明的一个实施例中，所述反应装置还包括功率可调的加热模块，所述加热模块围设在所述反应腔室的外周，且位于所述衬底托盘的安装位置处。
在本发明的一个实施例中，所述反应装置还包括抽气设备，所述抽气设备通过所述反应腔室上设置的排气口与所述反应腔室连通，所述排气口位于远离所述高压气体发生室的一侧。
在本发明的一个实施例中，所述前驱溶液储存腔室和所述高压气体发生室的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体，所有所述前驱溶液储存腔室的排列方式包括环形排列、扇形排列或者星形排列。
在本发明的一个实施例中，所述前驱溶液储存腔室、所述高压气体发生室和所述反应腔室的材料包括耐腐蚀钢、石英、石墨或者玻璃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，采用高压气体雾化可以短时间内提供大量所需的雾化颗粒且无需过多管路进行输运，可以完美解决目前Mist-CVD设备存在的问题，另外，多个前驱溶液储存腔室均可独立通断控制，可以使每路雾化气体独立进入反应腔室。其次，本发明中雾化颗粒生成装置和反应装置呈竖直结构设置，避免了水平结构Mist-CVD设备在薄膜成型过程中出现的薄膜均匀性不足的问题。
2.本发明的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，在实现多雾化源的同时，还能兼容液体源和/或气体源的同时使用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备的结构示意图。
图标：1-雾化颗粒生成装置；2-第一前驱溶液储存腔室；21-补液口；3-高压气体发生室；31-第一管路；32-第二管路；4-第二前驱溶液储存腔室；5-反应装置；7-衬底托盘；6-加热模块；8-通断阀门；9-抽气设备；10-反应腔室。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
实施例一
请结合参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备的结构示意图；图2是本发明实施例提供的另一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备的结构示意图。
本实施例提供了一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，包括连接的雾化颗粒生成装置1和反应装置5，雾化颗粒生成装置1和反应装置5呈竖直结构设置。
可选地，雾化颗粒生成装置1位于反应装置5上方如图1所示，或者是雾化颗粒生成装置1位于反应装置5下方，如图2所示。
在一个可选地实施方式中，雾化颗粒生成装置1包括高压气体发生室3和多个前驱溶液储存腔室，反应装置5包括反应腔室10。其中，高压气体发生室3通过第一管路31与反应腔室10连通，多个前驱溶液储存腔室均可独立通断的与第一管路31连通。
示例性地，前驱溶液储存腔室例如可以是2个，即图1和图2中的第一前驱溶液储存腔室2和第二前驱溶液储存腔室4。
具体地，高压气体发生室3内存储有高压气体或设置有气体增压设备以提供高压气体，可选地，高压气体发生室可以连接至高压气瓶，或连接至气体增压设备，以获得足够的高压气体。前驱溶液储存腔室用于存储前驱溶液。
在Mist-CVD设备工作时，高压气体进入第一管路31后与进入第一管路31的前驱溶液接触，前驱溶液在高压气体作用下进行雾化得到雾化颗粒，雾化颗粒通过第一管路31进入反应腔室10内反应生长得到半导体薄膜。
在本实施例中，采用高压气体雾化可以短时间内提供大量所需的雾化颗粒且无需过多管路进行输运。
在一个可选地实施方式中，雾化颗粒生成装置1还包括多个第二管路32和多个通断阀门，其中，多个前驱溶液储存腔室分别通过第二管路32与第一管路31连通；多个通断阀门对应安装在第二管路32上。
在本实施例中，通过在每个前驱溶液储存腔室与高压气体发生室3连通管路上设置通断阀门可选择溶液混合的通断。利用高压气体将前驱溶液撕裂雾化形成雾化颗粒，高压气体夹带雾化颗粒组成雾化气体，进入后部的外延反应腔室10中。通过控制前驱溶液储存腔室的关合与高压气体发生室3中载气的气流量实现不同溶液浓度均匀雾化。
可选地，通断阀门可以为编程的电控和手动操纵，例如为电磁阀，由此可以自动控制前驱溶液储存腔室以及高压气体发生室3的通断，另外通断阀门还可以为其它可以控制通断的阀门或者开关，例如球阀等。
需要说明的是，在前驱溶液储存腔室中也可直接使用气体源直接通入高压气体反应室进行实验探索。
在一个可选地实施方式中，每个前驱溶液储存腔室上均设置有连通前驱溶液储存腔室的补液口21，通过补液口21连接补液装置，可通过补液装置为前驱溶液储存腔室补充溶液，即补液装置通过补液口连通前驱溶液储存腔室，补液装置可以将溶液通过该补液口补入至前驱溶液储存腔室内，由此可以实现补液功能，补液装置可以为注射泵、补液泵或者蠕动泵等等。
在一个可选地实施方式中，在反应腔室10内与第一管路31的连接处设置有通断阀门8，通过通断阀门8实现反应腔室10的开启和闭合。
现有Mist-CVD设备多为水平结构，对于水平结构的设备由于衬底片前后沉积的雾化颗粒量不同，会导致薄膜成膜均匀性较差。因此，本实施例的反应腔室10使用垂直结构设计，如图1和图2所示，反应腔室10位于高压气体发生室3的下方或上方。
在一个可选地实施方式中，反应腔室10内设置有可转动的衬底托盘7，衬底托盘7朝向高压气体发生室3的一侧。
在本实施例中，衬底托盘7用于承托衬底片，即衬底片可置于衬底托盘7，衬底托盘7可以一定速度进行转动，例如通过电机驱动转动，衬底托盘7可用耐腐蚀钢、石英、玻璃、石墨等材料。
在一个可选地实施方式中，反应装置5还包括功率可调的加热模块6，加热模块6围设在反应腔室10的外周，且位于衬底托盘7的安装位置处。
在本实施例中，加热模块6用于对衬底托盘7进行温度控制，其可以为电阻丝加热，也可以为通过射频加热。
可选地，加热模块6的加热温度范围为0℃-1500℃。
在一个可选地实施方式中，反应装置5还包括抽气设备9，抽气设备9通过反应腔室10上设置的排气口与反应腔室10连通，排气口位于远离高压气体发生室3的一侧。
在本实施例中，在反应的同时，通过接通抽气设备9，可以实现设备获得真空环境，并在反应过程中使气流均匀流经衬底片以达到薄膜的均匀生长的目的。
在一个可选地实施方式中，前驱溶液储存腔室的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体。可选地，所有前驱溶液储存腔室的排列方式包括环形排列、扇形排列或者星形排列。
在一个可选地实施方式中，高压气体发生室3的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体。
在一个可选地实施方式中，前驱溶液储存腔室、高压气体发生室3和反应腔室10的材料包括耐腐蚀钢、石英、石墨或者玻璃，可以适应腐蚀性环境。
本实施例的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，采用高压气体雾化可以短时间内提供大量所需的雾化颗粒且无需过多管路进行输运，可以完美解决目前Mist-CVD设备存在的问题，另外，多个前驱溶液储存腔室均可独立通断控制，可以使每路雾化气体独立进入反应腔室。其次，本发明中雾化颗粒生成装置和反应装置呈竖直结构设置，避免了水平结构Mist-CVD设备在薄膜成型过程中出现的薄膜均匀性不足的问题。其次，本实施例的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，在实现多雾化源的同时，还能兼容液体源和/或气体源的同时使用。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上，提供一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备用于半导体氧化物薄膜生长的方法，该方法以制备铝镓氧薄膜为例进行说明，该方法的步骤如下：
步骤1、使用乙酰丙酮镓作为前驱体原料，配置浓度为0.05mol/L的水溶液。使用乙酰丙酮铝作为前驱体原料，配置浓度为0.05mol/L的水溶液。
步骤2、打开抽气设备9开始对设备进行抽真空，以获得洁净度较高的反应环境。打开反应装置5中的加热模块6，以保持铝镓氧最佳生长温度不变。
步骤3、打开高压气体发生室3产生高压气体(以氮气为例)。将0.05mol/L的乙酰丙酮镓溶液置于第一前驱溶液储存腔室2中，将0.05mol/L的乙酰丙酮铝溶液置于第二前驱溶液储存腔室4中，打开第一前驱溶液储存腔室2、第二前驱溶液储存腔室4与高压气体发生室3的通断阀门。
步骤4、打开反应腔室10中与高压气体发生室3连接的通断阀门8，高压氮气将溶液撕裂雾化成小颗粒输送至衬底托盘7上放置的衬底片上，抽气设备9抽出多余气体，同时打开两个前驱溶液储存腔室的补液入口21，使用蠕动泵进行补液。
步骤5、衬底托盘7经加热后，其上放置的衬底片达到反应温度，且托盘按预设速度进行转动以均匀接触输运来的雾化颗粒在衬底上发生化学反应逐渐淀积生成铝镓氧薄膜。
步骤7、关闭抽气设备9，关闭高压气体发生室3与第一前驱溶液储存腔室2和第二前驱溶液储存腔室4的通断阀门，对反应腔室10进行充气。
步骤8、按上述过程进行反复操作，直到外延薄膜达到要求。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，包括：连接的雾化颗粒生成装置和反应装置，所述雾化颗粒生成装置和所述反应装置呈竖直结构设置；
所述雾化颗粒生成装置包括高压气体发生室和多个前驱溶液储存腔室，所述反应装置包括反应腔室；
其中，所述高压气体发生室通过第一管路与所述反应腔室连通，所述多个前驱溶液储存腔室均可独立通断的与所述第一管路连通；
所述高压气体发生室内存储有高压气体或设置有气体增压设备以提供高压气体；所述前驱溶液储存腔室用于存储前驱溶液；
所述高压气体进入所述第一管路后与进入所述第一管路的前驱溶液接触，所述前驱溶液在所述高压气体作用下进行雾化得到雾化颗粒，所述雾化颗粒通过所述第一管路进入所述反应腔室内反应生长得到半导体薄膜。
2.根据权利要求1所述的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，所述雾化颗粒生成装置还包括多个第二管路和多个通断阀门，其中，
所述多个前驱溶液储存腔室分别通过所述第二管路与所述第一管路连通；
所述多个通断阀门对应安装在所述第二管路上。
3.根据权利要求1所述的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，每个所述前驱溶液储存腔室上均设置有连通所述前驱溶液储存腔室的补液口，通过所述补液口连接补液装置。
4.根据权利要求1所述的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，在所述反应腔室内与所述第一管路的连接处设置有通断阀门。
5.根据权利要求1所述的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，所述反应腔室位于所述高压气体发生室的下方或上方。
6.根据权利要求5所述的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，所述反应腔室内设置有可转动的衬底托盘，所述衬底托盘朝向所述高压气体发生室的一侧。
7.根据权利要求6所述的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，所述反应装置还包括功率可调的加热模块，所述加热模块围设在所述反应腔室的外周，且位于所述衬底托盘的安装位置处。
8.根据权利要求7所述的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，所述反应装置还包括抽气设备，所述抽气设备通过所述反应腔室上设置的排气口与所述反应腔室连通，所述排气口位于远离所述高压气体发生室的一侧。
9.根据权利要求1所述的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，所述前驱溶液储存腔室和所述高压气体发生室的形状包括立方体、圆柱体、半球体、或者球体，所有所述前驱溶液储存腔室的排列方式包括环形排列、扇形排列或者星形排列。
10.根据权利要求1所述的多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备，其特征在于，所述前驱溶液储存腔室、所述高压气体发生室和所述反应腔室的材料包括耐腐蚀钢、石英、石墨或者玻璃。
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|---|---|---|---|
| CN202211616685.3A CN116145249A (zh) | 2022-12-15 | 2022-12-15 | 一种多源高压气体雾化的垂直结构Mist-CVD设备 |
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| CN116145249A true CN116145249A (zh) | 2023-05-23 |
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| CN (1) | CN116145249A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116732494A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-09-12 | 重庆理工大学 | 一种立式雾化辅助cvd薄膜制备装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1754982A (zh) * | 2004-10-01 | 2006-04-05 | 尤泰克株式会社 | 溶液气化式cvd装置 |
| CN109056066A (zh) * | 2018-09-05 | 2018-12-21 | 南京大学 | 一种超声辅助雾相输运化学气相沉积生长氧化镓的系统 |
| CN114892270A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-08-12 | 西安电子科技大学 | 一种具有冷壁分时分步输运功能的多雾化源Mist-CVD设备 |
-
2022
- 2022-12-15 CN CN202211616685.3A patent/CN116145249A/zh active Pending
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