前驱体缓冲装置及半导体外延生长用的前驱体供给装置的制作方法

1.本实用新型特别涉及一种前驱体缓冲装置及半导体外延生长用的前驱体供给装置，属于半导体生长技术领域。


背景技术：

2.前躯体是薄膜沉积工艺的重要原材料，应用于气相沉积(包括物理气相沉积、化学气相沉积及原子层沉积等)以形成符合半导体制造要求的各类薄膜层，前躯体作为半导体芯片制造的关键材料，其纯度和蒸气压稳定性直接影响成膜质量，尤其当使用固态前躯体时，随着气相沉积的进行固态前躯体的表面积减少，同时沟流现象加剧，造成前躯体的蒸气压不稳定，另外，载气携带固态前躯体至传送系统中难以被载气气流接近的区域，致使反应室中流入的固态前躯体持续稳定性差，特别在使用末期更加难以控制，致使气相沉积薄膜中组分不均匀，影响气相沉积工艺的稳定性，降低气相沉积薄膜的生长质量，导致前躯体更换周期减短，造成前躯体浪费，降低机台生长镓动率。
3.通常可将固态前躯体溶解在特定溶剂形成前躯体溶液改善蒸气压稳定性，例如目前广泛采用的tmin源和cp2mg源室温下为固态；cn1173072c公开了一种溶液镁源的制备方法，通过席夫碱液化cp2mg制备固态cp2mg源溶液。tw201734253a公开了通过固态tmin溶解到烃溶剂制备固态tmin源溶液；文献journal of crystal growth 124(1992)，journal of electronic materials，30(2001)等报道固态tmin源溶液和cp2mg源溶液应用于mocvd外延生长iii-v族半导体材料，鉴于固态前躯体源溶液更稳定的提取效率，国内市场开始使用固态tmin源溶液和cp2mg源溶液，随着产能提升的需求，气相沉积设备反应腔尺寸越来越大，需要更大的工艺流量设置，固态前躯体溶液存在溶剂被吹出源瓶进入沉积设备管道，甚至被携带进入反应室的风险，造成机台管道、反应室污染和沉积薄膜质量报废。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种前驱体缓冲装置及半导体外延生长用的前驱体供给装置，从而克服现有技术中的不足。
5.为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
6.本实用新型实施例提供了一种前驱体缓冲装置，包括：沿载气的输送方向依次连接设置的第二进气管、前驱体缓冲装置主体和第二出气管，
7.所述前驱体缓冲装置主体包括第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的至少一者，其中，所述第一缓冲机构包括第一缓冲腔室和固体填充物，所述固体填充物设置在所述第一缓冲腔室内，所述固体填充物能够吸附载气中的溶剂；所述第二缓冲机构包括第二缓冲腔室和隔离板，所述隔离板设置在载气于所述第二缓冲腔室内的输送路径上，所述隔离板具有可供载气穿过的孔隙结构和/或所述隔离板与第二缓冲腔室的腔壁之间具有可供载气绕过所述隔离板的缝隙；所述第三缓冲机构包括两个以上第三缓冲腔室，两个以上所述第三缓冲腔室之间相连通。
8.在一具体实施方式中，所述第一缓冲机构包括多个第一缓冲腔室，多个所述第一缓冲腔室沿载气的输送方向依次串连并连通，
9.或者，多个所述第一缓冲腔室并行排列设置，每一所述第一缓冲腔室的两端分别与所述第二进气管、第二出气管相连通，
10.或者，多个所述第一缓冲腔室被组合为多个第一缓冲腔室组，多个所述第一缓冲腔室组沿载气的输送方向依次串连并连通，其中，每一所述第一缓冲腔室组包括一个或多个第一缓冲腔室，且同一所述第一缓冲腔室组所包含的多个第一腔室之间并行排列设置。
11.在一具体实施方式中，所述第一缓冲腔室内还设置有所述隔离板；
12.在一具体实施方式中，所述第一缓冲腔室的形状包括球形、菱形、弧形中的任意一种。
13.在一具体实施方式中，所述第二缓冲机构包括多个第二缓冲腔室，多个所述第二缓冲腔室沿载气的输送方向依次串连并连通，
14.或者，多个所述第二缓冲腔室并行排列设置，每一所述第二缓冲腔室的两端分别与所述第二进气管、第二出气管相连通，
15.或者，多个所述第二缓冲腔室被组合为多个第二缓冲腔室组，多个所述第二缓冲腔室组沿载气的输送方向依次串连并连通，其中，每一所述第二缓冲腔室组包括一个或多个第二缓冲腔室，且同一所述第二缓冲腔室组所包含的多个第二腔室之间并行排列设置。
16.在一具体实施方式中，所述第二缓冲腔室的形状包括球形、菱形、弧形中的任意一种。
17.在一具体实施方式中，所述第二缓冲腔室内设置有多个隔离板，多个所述隔离板沿载气的输送方向依次间隔设置。
18.在一具体实施方式中，所述隔离板为平面板或非平面板，所述非平面板包括曲面板和/或v型板等，但不限于此。
19.在一具体实施方式中，所述第三缓冲机构包括多个第三缓冲腔室，多个所述第三缓冲腔室沿载气的输送方向依次串连并连通，
20.或者，多个所述第三缓冲腔室并行排列设置，每一所述第三缓冲腔室的两端分别与所述第二进气管、第二出气管相连通，
21.或者，多个所述第三缓冲腔室被组合为多个第三缓冲腔室组，多个所述第三缓冲腔室组沿载气的输送方向依次串连并连通，其中，每一所述第三缓冲腔室组包括一个或多个第三缓冲腔室，且同一所述第三缓冲腔室组所包含的多个第三腔室之间并行排列设置。
22.在一具体实施方式中，所述第三缓冲腔室的形状包括球形、菱形、弧形中的任意一种，但不限于此。
23.在一具体实施方式中，所述前驱体缓冲装置主体包括所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者沿载气的输送方向依次串连，或者，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者并行设置，且所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者分别与第二进气管、第二出气管连接。
24.在一具体实施方式中，所述前驱体缓冲装置主体包括所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构沿载气的输送
方向依次串连，或者，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构并行设置，且所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构分别与第二进气管、第二出气管连接，或者，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者并行设置，且并行设置的两者分别与第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的第三者、第二进气管或第二出气管串连。
25.本实用新型实施例还提供了一种半导体外延生长用的前驱体供给装置，包括：第一进气管、前驱体容器、第一出气管和所述的前驱体缓冲装置，
26.所述前驱体容器具有用于容置前驱体溶液的存储腔室，且所述前驱体容器具有加料口，所述第一进气管、第一出气管分别与所述存储腔室相连通，所述第一出气管还与所述第二进气管连接。
27.在一具体实施方式中，所述第一进气管上设置有第一控制阀，所述第一出气管上设置有第二控制阀，所述第二进气管上设置有第三控制阀，所述第二出气管上设置有第四控制阀。
28.在一具体实施方式中，所述第一出气管经一连接管与所述第二进气管连接并导通。
29.与现有技术相比，本实用新型的优点包括：
30.1)本实用新型实施例提供的一种前躯体缓冲装置，能够吸收载气中携带的溶剂，可提供持续稳定的前躯体蒸气到气相沉积设备，提高了外延生长工艺的稳定性；
31.2)本实用新型实施例提供的一种躯体缓冲装置，解决了固态前驱体溶液中的溶剂被大流量载气吹出前躯体容器而进入生长设备中的风险，降低了设备的报废率，同时，降低了生产成本。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术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技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1a是本实用新型实施例1中提供的一种前驱体缓冲装置的结构示意图；
34.图1b是本实用新型实施例1中提供的一种半导体外延生长用的前驱体供给装置的结构示意图；
35.图2是本实用新型实施例4中提供的一种前驱体缓冲装置的结构示意图；
36.图3是本实用新型实施例6中提供的一种前驱体缓冲装置的结构示意图；
37.图4是本实用新型实施例6中提供的一种前驱体缓冲装置的结构示意图。
具体实施方式
38.鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，应理解的，本实用新型实施例意在解释和说明一种半导体外延生长用的前驱体供给装置的结构组成，其中构成该半导体外延生长用的前驱体供给装置的各组成部件的材质、尺寸等可以根
据具体情况进行调整，在此不做具体的限定。
39.实施例1
40.请参参阅图1a，一种前驱体缓冲装置，包括前驱体缓冲装置主体16，所述前驱体缓冲装置主体16包括第一缓冲机构，所述第一缓冲机构包括第一缓冲腔室和固体填充物，所述固体填充物设置在所述第一缓冲腔室内，所述固体填充物能够吸附载气中的溶剂，需要说明的是，所述固体填充物能够吸附载气中的溶剂而不会吸附载气以及载气中的前驱体，或者，固体填充物对于载气以及载气中的前驱体的吸附量可以忽略不计，例如，所述固体填充物可以是硅胶、分子筛、活性炭等。
41.在本实施例中，所述第一缓冲机构可以包括一外壳，所述外壳围合形成所述的第一缓冲腔室，可以理解的，所述第一缓冲腔室的体积以及其中填充的固体填充物的量可以根据具体需求进行设置，在此不做具体的限定。
42.在本实施例中，所述第一缓冲腔室的形状包括球形、菱形、弧形中的任意一种。
43.在本实施例中，所述前躯体缓冲装置主体16还与第二进气管12和第二出气管13连接，所述第二进气管12和第二出气管13分别与所述第一缓冲腔室相连通，并且，所述第二进气管12还与第一出气管3连接，所述第二出气管13还与气相沉积设备等连接。
44.请参阅图1b，一种半导体外延生长用的前驱体供给装置，包括前驱体容器1、第一进气管2、第一出气管3以及前驱体缓冲装置，所述第一进气管2和第一出气管3分别与所述前驱体容器1连接，所述第一出气管3还与所述前驱体缓冲装置连接。
45.在本实施例中，所述前驱体容器1具有用于容置前驱体溶液的存储腔室，且所述前驱体容器1具有与所述存储腔室连通的加料口8，所述加料口8至少用于向所述前驱体容器1内补充前驱体溶液。
46.在本实施例中，所述前驱体容器1可以是钢瓶等容器，所述加料口8可以设置在所述前驱体容器1的顶部，所述前驱体溶液可以是三甲基铟(tmin)溶液源或二茂镁(cp2mg)溶液源等。
47.在本实施例中，所述第一进气管2和第一出气管3与前驱体容器1内部的存储腔室连通，其中，所述第一进气管2深入至前驱体容器1底部，所述第一出气管3深入至前驱体容器1靠近顶部的区域，以及，所述第一进气管2的上还设有第一控制阀4和第一接口6，所述第一出气管3上设有第二控制阀5和第二接口7，所述第一控制阀4、第二控制阀5分别用于调节所述第一进气管2、第一出气管3内的气体流量以及打开、关闭，所述第一接口6、第二接口7分别用于将第一进气管2、第一出气管3与载气供应设备、前躯体缓冲装置进行连接，需要说明的是，所述第一控制阀4、第二控制阀5可以是通过市购获得的流量阀等，所述第一接口6、第二接口7可以是能够实现密封连接的vcr接头等。
48.在本实施例中，所述前驱体缓冲装置用于避免自第一出气管3输出的载气中的溶剂进入下游的气相沉积设备中。
49.在本实施例中，所述第二进气管12的上设有第三控制阀14和第三接口10，所述第二出气管13上设置有第四控制阀15和第四接口11，所述第一出气管3通过第二接口7与连接管9连接，所述第二进气管12通过第三接口10与连接管9连接，所述第二出气管13通过第四接口11与气相沉积设备等连接，需要说明的是，所述第三接口10、第四接口11可以是能够实现密封连接的vcr接头等。
50.需要说明的是，所述第二进气管12当然还可以直接与所述第一出气管3连接，当然，所述第二进气管12、第一出气管3以及连接管9还可以是一体设置的。
51.本实施例提供的一种半导体外延生长用的前驱体供给装置在工作时，将前躯体容器1置于恒温水浴中，并打开所有的控制阀，高纯载气h2或n2等会经第一进气管2被输入至前躯体容器1中，在恒温水浴的作用下，载气携带三甲基铟(tmin)或二茂镁(cp2mg)蒸气从第一出气管3经连接管9、第二进气管12进入到前躯体缓冲装置主体16，前躯体缓冲装置主体16能够吸收载气携带的溶剂，被吸附后的载气携带三甲基铟(tmin)或二茂镁(cp2mg)蒸气从第二出气管13进入到气相沉积设备或生长设备的管路。
52.在本实施例中，由前躯体缓冲装置吸附载气中的溶剂(例如有机溶剂)，使载气携带高纯三甲基铟(tmin)或二茂镁(cp2mg)蒸气进入生长设备，降低了溶剂进入生长设备管路的风险。
53.实施例2
54.本实施例提供的一种前驱体缓冲装置的结构与实施例1中的一种前驱体缓冲装置的结构基本相同，不同之处在于：本实施例中的第一缓冲腔室内还设置有隔离板，所述隔离板设置在载气于所述第一缓冲腔室内的输送路径上，所述隔离板具有可供载气穿过的孔隙结构和/或所述隔离板与第一缓冲腔室的腔壁之间具有可供载气绕过所述隔离板的缝隙；当高纯h2或n2携带三甲基铟(tmin)或二茂镁(cp2mg)蒸气与隔离板接触时，所述隔离板延长载气在所述第一缓冲腔室内的输送路径，
55.在本实施例中，所述隔离板可以设置有多个，多个所述隔离板沿所述载气的输送方向依次间隔设置，当然，多个所述隔离板之间的间隙、隔离板的面积、厚度等可以根据具体情况进行调整，在此不做具体的限定。
56.在本实施例中，所述隔离板可以是平面板或非平面板，所述非平面板可以是曲面板和/或v型板等，所述隔离板可以是金属板等。
57.实施例3
58.本实施例提供的一种前驱体缓冲装置的结构与实施例1或实施例2中的一种前驱体缓冲装置的结构基本相同，不同之处在于：本实施例中的第一缓冲机构包括多个第一缓冲腔室，多个所述第一缓冲腔室沿载气的输送方向依次串连并连通，或者，多个所述第一缓冲腔室并行排列设置，每一所述第一缓冲腔室的两端分别与所述第二进气管、第二出气管相连通，或者，多个所述第一缓冲腔室被组合为多个第一缓冲腔室组，多个所述第一缓冲腔室组沿载气的输送方向依次串连并连通，其中，每一所述第一缓冲腔室组包括一个或多个第一缓冲腔室，且同一所述第一缓冲腔室组所包含的多个第一腔室之间并行排列设置。
59.需要说明的是，该多个第一缓冲腔室的尺寸等参数可以是相同的，也可以是不同的。
60.实施例4
61.请参阅图2，本实施例提供的一种前驱体缓冲装置的结构与实施例1中的一种前驱体缓冲装置的结构基本相同，不同之处在于：
62.本实施例中的前躯体缓冲装置主体16包括第二缓冲机构，所述第二缓冲机构包括第二缓冲腔室和隔离板，所述隔离板设置在载气于所述第二缓冲腔室内的输送路径上，所述隔离板具有可供载气穿过的孔隙结构和/或所述隔离板与第二缓冲腔室的腔壁之间具有
可供载气绕过所述隔离板的缝隙；当高纯h2或n2携带三甲基铟(tmin)或二茂镁(cp2mg)蒸气与隔离板接触时，所述隔离板延长载气在所述第二缓冲腔室内的输送路径，从而使载气中的溶剂能够与载气脱离，之后载气携带高纯三甲基铟(tmin)或二茂镁(cp2mg)蒸气进入到生长设备中。
63.在本实施例中，所述隔离板可以设置有多个，多个所述隔离板沿所述载气的输送方向依次间隔设置，当然，多个所述隔离板之间的间隙、隔离板的面积、厚度等可以根据具体情况进行调整，在此不做具体的限定。
64.在本实施例中，所述隔离板可以是平面板或非平面板，所述非平面板可以是曲面板和/或v型板等，所述隔离板可以是金属板等。
65.在本实施例中，所述第二缓冲腔室的形状包括球形、菱形、弧形中的任意一种。
66.实施例5
67.本实施例提供的一种前驱体缓冲装置的结构与实施例4中的一种前驱体缓冲装置的结构基本相同，不同之处在于：本实施例中的第二缓冲机构包括多个第二缓冲腔室，多个所述第二缓冲腔室沿载气的输送方向依次串连并连通，或者，多个所述第二缓冲腔室并行排列设置，每一所述第二缓冲腔室的两端分别与所述第二进气管、第二出气管相连通，或者，多个所述第二缓冲腔室被组合为多个第二缓冲腔室组，多个所述第二缓冲腔室组沿载气的输送方向依次串连并连通，其中，每一所述第二缓冲腔室组包括一个或多个第二缓冲腔室，且同一所述第二缓冲腔室组所包含的多个第二腔室之间并行排列设置。
68.实施例6
69.请参阅图3和图4，本实施例提供的一种前驱体缓冲装置的结构与实施例1中的一种前驱体缓冲装置的结构基本相同，不同之处在于：本实施例中的前躯体缓冲装置主体16包括第三缓冲机构，所述第三缓冲机构包括多个吸附管，所述吸附管内具有第三缓冲腔室，多个吸附管依次串连且该多个吸附管内的多个第三缓冲腔室之间依次连通，多个第三缓冲腔室增加了载气在第三缓冲机构内的输送路径和长度，从而使载气内携带的溶剂有充足的时间与载气分离，进而避免溶剂进入下游的外延生长设备中。
70.在本实施例中，高纯h2或n2携带三甲基铟(tmin)或二茂镁(cp2mg)蒸气依次通过多个吸附管，之后载气携带高纯三甲基铟(tmin)或二茂镁(cp2mg)蒸气进入到生长设备中。
71.在本实施例中，所述吸附管可以是菱形或弧形的吸附管等，所述弧形的吸附管的形状可以是v型、s型等，当然，多个所述吸附管可以是一体成型设置的。
72.实施例7
73.本实施例提供的一种前驱体缓冲装置的结构与实施例6中的一种前驱体缓冲装置的结构基本相同，不同之处在于：本实施例中的多个所述第三缓冲腔室并行排列设置，每一所述第三缓冲腔室的两端分别与所述第二进气管、第二出气管相连通，或者，多个所述第三缓冲腔室被组合为多个第三缓冲腔室组，多个所述第三缓冲腔室组沿载气的输送方向依次串连并连通，其中，每一所述第三缓冲腔室组包括一个或多个第三缓冲腔室，且同一所述第三缓冲腔室组所包含的多个第三腔室之间并行排列设置。
74.实施例8
75.本实施例提供的一种前驱体缓冲装置的结构与实施例1中的一种前驱体缓冲装置的结构基本相同，不同之处在于：本实施例中的所述前驱体缓冲装置主体包括所述第一缓
冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者沿载气的输送方向依次串连，或者，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者并行设置，且所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者分别与第二进气管、第二出气管连接。
76.实施例9
77.本实施例提供的一种前驱体缓冲装置的结构与实施例1中的一种前驱体缓冲装置的结构基本相同，不同之处在于：本实施例中的所述前驱体缓冲装置主体包括所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构沿载气的输送方向依次串连，或者，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构并行设置，且所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构分别与第二进气管、第二出气管连接，或者，所述第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的两者并行设置，且并行设置的两者分别与第一缓冲机构、第二缓冲机构和第三缓冲机构中的第三者、第二进气管或第二出气管串连。
78.本实用新型实施例提供的一种半导体外延生长用的前驱体供给装置，利用前躯体溶液源稳定的蒸汽压，使载气通过前端的前躯体容器和后端的前躯体缓冲装置，在前躯体溶液源稳定的蒸汽压的基础上，通过前躯体缓冲装置吸收载气中携带的溶剂，可提供持续稳定的前躯体蒸气到气相沉积设备，提高外延生长工艺的稳定性；同时，解决了溶剂被大流量载气吹出前躯体容器而进入生长设备中的风险，降低了设备的报废率，同时，降低了前躯体溶液源的更换周期，提高了生长镓动率。
79.本实用新型实施例提供的一种躯体缓冲装置，杜绝了前躯体溶液在大流量工艺条件下溶剂被载气吹出前驱体容器而进入沉积设备(或生长设备)管道，甚至被携带进入反应室的风险，在前躯体溶液稳定蒸气压和高使用周期的基础上，避免了机台管道和反应室污染而导致外延生长质量报废的问题。
80.显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
81.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
82.应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。