一种气体注入机构及气相反应装置的制作方法

1.本发明涉及半导体器件及装置技术领域，特别涉及一种气体注入机构及气相反应装置。


背景技术：

2.反应腔室是半导体器件制程中至关重要的腔室，其中气相反应装置的反应腔室是由气体带入反应物及建立流场的。例如，对于通过气相反应生长材料的反应腔室，在进行工艺生长过程中，气体源物料的输送及生长反应后副产物的带走，是通过载气与反应物气体共同建立的反应腔室流场完成的。
3.在气流中承载材料生长基片的承载盘，在材料生长过程中通常是旋转的，而对于承载盘需要旋转的反应腔，由于承载盘的旋转，在承载盘外边缘附近的气流，气体除了有沿着反应腔主轴方向的流动速度，还有被承载盘拖拽形成的切向流动速度。切向流动速度的存在，会增大边缘流场气流的总速度，尤其是承载盘高速旋转的情况下，切向流动速度较大，会在承载盘边缘区域来流方向的流场中产生涡旋。气体涡旋会对腔体的使用带来多方面的负面影响：降低涡流区域及附近区域基片上生长材料的均匀性；降低腔体生长环境及生长工艺的稳定性等。
4.对于气体携带反应物的反应腔室，在进行实际的材料生长过程中，气流流场的分布与形态通常通过对如下三个整体工艺参数进行调整：反应腔工艺总气量、反应腔压力、承载盘转速。通过以上三个整体工艺调整参数的设定调整，可以在一定的方向和范围内抑制及消除上述气体涡旋；但如此的调整本身就对可用的工艺参数范围产生了限制。并且，这些整体工艺参数的调整以消除气体涡旋的过程中，往往会增大载气气体和源物料气体的用量，造成源物料使用效率降低，增加了物料耗用量和生长成本。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中气相反应装置存在的上述缺陷，本发明提供一种气体注入机构及气相反应装置，以解决上述一个或多个问题。
6.为了达到上述目的，本发明的第一方面，提供一种气体注入机构，用于气相反应装置，所述气体注入机构包括：
7.第一气体注入机构，用于输送第一气体，位于所述气体注入机构的中间区域，所述第一气体注入机构包括若干第一气体输送通道；
8.第二气体注入机构，用于输送第二气体，位于所述气体注入机构的外围区域，并且环绕所述第一气体注入机构；所述第二气体注入机构包括相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧配置为出气侧；所述第二气体注入机构包括若干第二气体输送通道，至少部分所述第二气体输送通道为旋转气流通道；
9.沿着所述旋转气流通道喷出的所述第二气体的气流速度的包括轴向分量和切向分量，所述切向分量与所述轴向分量的比例大于0，使得所述第二气体沿所述旋转气流通道
喷出形成旋转气流，且所述旋转气流的旋转方向与位于所述气相反应装置中和所述气体注入机构相对设置的承载盘在反应过程中的旋转方向一致。
10.可选地，在气相反应期间，所述第二气体的平均分子量大于等于所述第一气体的平均分子量。
11.可选地，所述第一气体为反应源气体和载气，用于反应生成目标产物，所述第二气体为吹扫气体、载气、反应源气体中的一种或多种，所述第二气体相互之间不发生反应，或者所述第二气体相互之间反应但不生成所述目标产物。
12.可选地，所述第二气体注入机构覆盖所述承载盘的边缘，且覆盖面积不超过所述承载盘面积的36％，或者所述第二气体注入机构位于所述承载盘的外侧。
13.可选地，所述第二气体输送通道排布成至少一个同心环形区域，同一同心环形区域中包含的各个所述旋转气流通道喷出的所述旋转气流的速度的所述切向分量与所述轴向分量的比例相同。
14.可选地，所述第二气体输送通道排布成多个同心环形区域，各同心环形区域喷出的所述旋转气流的速度的所述切向分量与所述轴向分量的比例相同，或者最外侧环形区域喷出的所述旋转气流的速度的所述切向分量与所述轴向分量的比例不小于最内侧环形区域喷出的所述旋转气流的速度的所述切向分量与所述轴向分量的比例，或者自所述同心环形区域的最内侧环形区域至最外侧环形区域，所述旋转气流的速度的所述切向分量与所述轴向分量的比例逐渐增大。
15.可选地，至少部分所述旋转气流通道喷出的所述旋转气流的速度还包括径向分量，其中所述切向分量与所述轴向分量的比例≥0.1，所述径向分量与所述轴向分量的比例≤0.5。
16.可选地，所述第二气体输送通道排布成多个同心环形区域，使喷出的所述旋转气流的速度包括所述径向分量的所述旋转气流通道位于最内侧环形区域之外的其余环形区域中。
17.可选地，除最内侧环形区域之外的其余各同心环形区域喷出的所述旋转气流的速度的所述径向分量与所述轴向分量的比例相同；或者最外侧环形区域喷出的所述旋转气流的速度的所述径向分量与所述轴向分量的比例不小于紧邻最内侧环形区域的次内侧环形区域喷出的所述旋转气流的速度的所述径向分量与所述轴向分量的比例；或者自所述同心环形区域的次内侧环形区域至最外侧环形区域，所述旋转气流的速度的所述径向分量与所述轴向分量的比例逐渐增大。
18.可选地，所述气相沉积装置包括至少一个隔离件，所述隔离件将所述第二气体注入机构分隔成相互独立的多个子区域，至少两个所述子区域中输送的所述第二气体被独立调控。
19.可选地，所述多个子区域为多个同心环形区域，最外侧子区域中通入的第二气体的流量不小于最内侧子区域中通入的第二气体的流量，和/或最外侧子区域中通入的第二气体的平均分子量不小于最内侧子区域中通入的第二气体的平均分子量。
20.可选地，所述多个子区域为多个同心环形区域，自最内侧子区域至最外侧子区域，通入第二气体的流量逐渐增大，和/或通入第二气体的平均分子量逐渐增大。
21.本发明的第二方面，提供一种气相反应装置，其包括：
22.反应腔室；
23.承载盘，设置在所述反应腔室中，所述承载盘在反应过程中的旋转速度≥200rpm；
24.气体注入机构，与所述承载盘相对设置，所述气体注入机构为本发明第一方面提供的气体注入机构。
25.如上所述，本发明的气体注入机构及气相反应装置，具有以下有益效果：
26.本发明的气体注入机构用于气相反应装置，包括位于中间区域用于输送第一气体的第一气体注入机构，以及位于外围区域环绕第一气体注入机构用于输送第二气体的第二气体注入机构，第二气体注入机构包括若干第二气体输送通道，至少部分第二气体输送通道为旋转气流通道，沿着旋转气流通道喷出的气流的速度包括轴向分量和切向分量，并且切向分量与轴向分量的比例大于0，因此形成旋转气流，并且旋转气流的方向与承载盘在反应过程中的旋转方向一致。由于所述旋转气流的速度具有切向分量，该切向分量具有切向的速度和动量，使得反应室内中间流场气流与边缘流场气流的相对速度减小，因此使得反应腔室内的流场在边缘区域的流动撞击混合及流线转向过程更平稳，由此抑制或完全消除反应腔室内涡流的产生，使得反应腔流场的层流特性更加稳定。同时也扩大了整体工艺参数，例如反应腔室的工艺总气量、反应腔室的压力、承载盘转速等的可使用范围。上述工艺参数的可使用范围的扩大进一步地能够帮助提高载气和源物料气体的利用率，因此能够有效降低材料生长的成本。同时还能够减少反应腔中承载盘上的生长材料中出现的颗粒缺陷，提高产品的良率。对于承载盘高转速旋转(转速在200rpm以上)的情况，上述效果尤为明显。
27.具有上述气体注入机构的气相反应装置能够减少、抑制气流涡旋的产生，获得均匀稳定的气体流场，从而扩大工艺参数的可设置范围，帮助提高载气和源物料气体的利用率，因此能够有效降低材料生长的成本。
附图说明
28.图1显示为本发明实施例提供的气体注入机构所在的气相反应装置的反应腔室的主视剖面示意图。
29.图2显示为本发明实施例的第一种气体注入机构的仰视示意图。
30.图3显示为图2所示的一可选实施例中气体注入机构的仰视示意图。
31.图4显示为图2所示的气体注入机构的第二气体注入机构的仰视示意图。
32.图5显示为图2所示的气体注入机构的第二气体注入机构的俯视视角的立体结构示意图。
33.图6显示为沿图4中的线h-h的侧视剖面示意图。
34.图7显示为图5所示的第二气体注入机构的径向a-a的剖视示意图，并且以俯视视角示出了第二气体注入机构的立体透视结构。
35.图8显示为本发明实施例的第一种气体注入机构中第二气体注入机构的变形，其中，采用局部透视的方式显示了第二气体注入机构中的管状通道。
36.图9显示为图8中p部分的局部放大图。
37.图10显示为图8所示的第二气体注入机构的径向剖视示意图，并且以俯视视角示出了第二气体注入机构的立体透视结构。
38.图11显示为本发明实施例的第二种气体注入机构中第二气体注入机构的俯视视角的立体结构示意图。
39.图12显示为第二气体注入机构沿图11所示的径向l0-l0的剖视示意图，并且以俯视视角示出了第二气体注入机构的立体透视结构。
40.图13显示为图11所示的第二气体注入机构的仰视示意图。
41.图14显示为沿图13中的线h-h的侧视剖面示意图。
42.图15显示为沿图13中的线k-k的主视剖面示意图。
43.图16显示为本发明实施例的第二种气体注入机构中第二气体注入机构的变形，其中，采用局部透视的方式显示了第二气体注入机构中的管状通道。
44.图17显示为图16中p
′
部分的局部放大示意图。
45.图18显示为沿图16所示的c-c的正视剖面示意图。
46.图19显示为沿图16所示的第二气体注入机构径向剖视示意图，并且以俯视视角示出了第二气体注入机构的立体透视结构。
47.图20显示为本发明实施例具有相互独立的多个子区域的第二气体注入机构的俯视视角的结构示意图。
48.元件标号说明
49.100气体注入机构1024第一侧
50.101第一气体注入机构1025第二侧
51.1010第一气体输送通道1027(1027')环形沟槽
52.1010-1第一缝隙10271(10271')第一环形沟槽
53.1010-2第二缝隙10272(10272')第二环形沟槽
54.102(102'、102”、102”')第二气体注入机构10273(10273')第三环形沟槽
55.1020(1020'、1020”、1020”')第二气体输送通道103隔离件
56.1020
”‑
1管道110第一圆周
57.1026(1026'、1026"、1026”')旋转气流通道120第二圆周
58.1026-1(1026'-1)锥体状通道130第三圆周
59.1026-2(1026'-2、1026
”‑
2、1026”'-2)管状通道200反应腔室
60.1021第一子区域201承载盘
61.1022第二子区域300供气端
62.1023第三子区域301供气管路
具体实施方式
63.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
64.本实施例提供一种气体注入机构100，气体注入机构100用于图1所示的气相反应装置，气体注入机构100设置在气相反应装置的反应腔室200中，用于将反应气体输送到反应腔室200中，反应腔室200中设置有承载盘201，气体注入机构100与承载盘201相对设置。
气相反应装置例如可以是气相沉积装置，具体地，可以是化学气相沉积装置、物理气相沉积装置、等离子体增强气相沉积装置、金属有机物化学气相沉积(mocvd)装置等。本实施例以mocvd装置的气体注入机构为例进行说明。应该理解的是该装置仅仅是示例性的，本发明并不限于这一种装置。
65.如图1所示，本实施例的气相反应装置具有一反应腔室200，气相反应装置的反应腔室200的横截面一般为圆形或者类圆形结构，或者可以是矩形结构及其他本领域技术人员所公知的结构，在此不作赘述。反应腔室200可以是垂直方向进气的垂直流腔室，也可以是中心进气的水平流腔室。反应腔室200可以是气体注入机构100与承载盘201相对设置，且气体注入机构100位于上部、承载盘201位于下部的正置式腔室，也可以是气体注入机构100与承载盘201相对设置，且承载盘201位于上部、气体注入机构100位于下部的倒置式腔室。为了便于描述，本实施例以图1所示的反应腔室200的横截面为圆形，且气体注入机构100位于上部、承载盘201位于下部的正置式垂直流腔室为例对气体注入机构100进行说明。
66.参照图1和图2，反应腔室200中设置有用于承载待处理基片的承载盘201，所述承载盘201在气相反应期间绕旋转轴的旋转轴线a旋转。气体注入机构100与承载盘201相对设置，例如设置在反应腔室200的顶部，向反应腔室200内注入气体，承载盘201位于气体注入机构100的下方。本实施例提供的气体注入机构100整体上呈现圆盘状结构，包括输送第一气体的第一气体注入机构101以及输送第二气体的第二气体注入机构102。其中第一气体注入机构101位于气体注入机构100的中间区域，第二气体注入机构102位于气体注入机构100的外围区域，并且环绕第一气体注入机构101设置。该气相反应装置还包括供气端300和供气管路301，所述供气端300通过供气管路301与所述第一气体注入机构101和所述第二气体注入机构102连接，用于向第一气体注入机构101供应第一气体，向第二气体注入机构102供应第二气体。
67.同样参照图1所示，第二气体注入机构102具有相对设置的第一侧1024和第二侧1025，该第一侧1024为面向承载盘201的出气面。同样地，第一气体注入机构101也同样具有面向承载盘201的出气面。定义一主轴线b，该主轴线b与第一侧1024所在面(可以等效为圆盘状气体注入机构100的出气面)垂直且经过气体注入机构100出气面的几何中心，主轴线b与承载盘201的旋转轴线a可以平行，也可以不平行，优选地，主轴线b与承载盘201的旋转轴线a平行，优选地，主轴线b与旋转轴线a重合。
68.图2示出了气体注入机构100的仰视剖面示意图。应该理解的是，在本发明中，所说的“仰视”为沿着第一侧1024向第二侧1025方向观察的视图方向，“俯视”为沿着第二侧1025向第一侧1024方向观察的视图方向。
69.如图2所示，第一气体注入机构101包括若干第一气体输送通道1010，该第一气体输送通道1010分布在第一气体注入机构101中。在该实施例中，第一气体输送通道1010设置为缝隙状通道，该缝隙状通道沿同一方向延伸。在气相反应期间，第一气体为反应源气体和载气，用于反应生成目标产物。示例性地，对于iii-v族mocvd而言，第一气体为iii族金属有机源气体、v族氢化物源气体和载气。第一气体输送通道1010包括第一缝隙1010-1和第二缝隙1010-2，第一缝隙1010-1用于将iii族金属有机源气体和载气输送至气相反应区域，第二缝隙1010-2用于将v族氢化物源气体和载气输送至气相反应区域，从而提供iii族金属有机源气体和v族氢化物源气体在待处理基片上发生反应生成iii-v族化合物。
70.优选的，第一缝隙1010-1和第二缝隙1010-2交替排布在第一气体注入机构101中。优选的，交替排布的第一缝隙1010-1和第二缝隙1010-2之间还包括第三缝隙(未图示)，不含反应气体且不与反应气体反应的载气(或吹扫气体)由第三缝隙中流出。
71.在本实施例的另一可选实施例中，如图3所示，第一气体输送通道1010为孔型结构，例如可以是圆形孔、椭圆形孔、菱形孔等类似孔结构。这些孔可排布为同心圆环区域，或是条状间隔分布区域，或是几组孔交错分布，或是若干扇形区域等，本领域技术人员可以根据实际的工艺需求自行调整孔分布的形状、位置关系等，在此不作限定。
72.在本实施例的另一可选实施例中，第一气体输送通道还可以是缝隙状通道和孔型结构的组合，其中缝隙通道和孔型结构的分布、形状及位置关系，同样可以根据实际的工艺需要进行调整。
73.在本实施例中，自第一气体输送通道1010喷出的第一气体形成的气流方向与主轴线b平行，即，第一气体输送通道1010为垂直气流通道，形成的气流方向垂直朝向承载盘201。
74.同样参照图2和图3，本实施例中，第二气体注入机构102包括若干个第二气体输送通道1020，用于输送第二气体，该第二气体可以是吹扫气体、载气、反应源气体中的一种或多种，优选地，第二气体相互之间不发生反应或者相互之间反应但不生成目标产物。如果第二气体注入机构102通入参与反应的全部反应源，会造成不必要的生长(如在器壁上沉积)，而且浪费源气体，降低设备的维护周期，另外，还会有部分反应源进入内部气相反应区域，影响生长材料的均匀性。本实施例中第二气体输送通道1020通入的第二气体相互之间不发生反应或者相互之间反应但不生成目标产物，因此能够有效避免上述问题，提高生长材料的均匀性。示例性地，对于iii-v族mocvd而言，第二气体可以是v族氢化物源气体和载气、或吹扫气体。
75.如图4和图5所示，若干个第二气体输送通道1020可以任意方式分布在第二气体注入机构102中。本实施例中，至少部分第二气体输送通道1020为旋转气流通道1026，也即第二气体输送通道1020可以全部是旋转气流通道1026(第二气体沿着旋转气流通道1026喷出形成旋转气流)，还可以是类似第一气体输送通道1010的垂直气流通道(形成的气流方向垂直朝向承载盘)和旋转气流通道1026的组合。
76.沿着旋转气流通道1026喷出的第二气体的气流速度包括轴向分量和切向分量，即，沿图1所示的轴向和切向的分量。并且切向分量与轴向分量的比例大于0，使得第二气体沿着上述旋转气流通道1026喷出形成旋转气流，且所述旋转气流的方向与所述承载盘在反应过程中的旋转方向一致。
77.在反应腔室200中，承载盘201通常是旋转的，该旋转使得承载盘201边缘附近的流场除了有沿着反应腔室200主轴方向的流动速度，还有被承载盘201拖拽形成的切向流动速度。切向流动速度会增大边缘流场气流的总速度，尤其是切向流动速度较大的情况下，会在承载盘201边缘区域来流方向的流场中产生涡旋，并且承载盘201旋转速度越快越容易产生涡旋。由于本发明的气体注入机构100在外围注入的旋转气流存在切向的速度和动量，并且旋转气流的旋转方向与承载盘201的旋转方向一致，由此可以使得边缘来流和内部注入流至承载盘边缘(并受承载盘拖拽)的气流的相对速度减小，流场在边缘区域的流动撞击混合及流线转向过程更加平稳，从而能够抑制或完全消除涡旋的产生。如果使旋转气流的方向
与承载盘201的旋转方向不一致，承载盘201边缘的气流与来流的相对速度变大，反而会加剧涡流。
78.可选实施例中，在气相反应期间，第二气体的平均分子量大于等于第一气体的平均分子量。如此，位于外围区域的气流相对于中间区域的气流具有更大的动量，使得反应腔室内的流场在边缘区域的流动撞击混合及流线转向过程更平稳，可以更好地获得稳定反应腔流场的效果。
79.可选实施例中，上述第二气体注入机构102位于承载盘201的外侧，在另一可选实施例中，由于采取上述可产生旋转气流的旋转气流通道1026，可使第二气体注入机构102覆盖承载盘201的边缘，并且覆盖面积不超过承载盘201面积的36％(即沿承载盘径向上未被覆盖区域的半径大于等于承载盘半径的80％)。相对于现有技术而言，在保证承载盘上有效生长区域生长均匀性的前提下，第二气体注入机构102覆盖承载盘的面积有所增加，可以减少反应源气体浪费，进一步提高反应源使用效率。
80.可选实施例中，第二气体输送通道1020分布在第二气体注入机构102中。可选地，至少部分第二气体输送通道1020在气体注入机构100的外围区域呈环形分布或者呈扇环形分布。
81.优选地，第二气体输送通道1020排布形成至少一个同心环形区域，优选地，第二气体输送通道1020排布形成多个同心环形区域，各同心环形区域中具有相同数量的第二气体输送通道1020，或者至少两个同心环形区域中，第二气体输送通道1020的数量不同，具体数量分布依据工艺需求而定；优选地，各同心环形区域的第二气体输送通道1020沿径向对齐排布，优选地，各同心环形区域的第二气体输送通道1020沿径向交错排布。优选地，同一同心环形区域中包含的各个旋转气流通道1026喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例相同。
82.以图4和图5所示的圆盘形气体注入机构100为例，第二气体输送通道1020沿圆周分布在第二气体注入机构102中。可选地，当第二气体输送通道1020沿圆周分布在第二气体注入机构102中时，可以沿一个圆周或者多个圆周分布在第二气体注入机构102中。当第二气体输送通道1020沿多个圆周分布在第二气体注入机构102中时，多个圆周为同心圆周或者非同心圆周。优选地，第二气体输送通道1020沿多个同心圆周分布在第二气体注入机构102中。如图4和图5所示，示例性示出了第二气体输送通道1020沿三个同心圆周——第一圆周110(相当于最内侧环形区域)、第二圆周120(相当于次内侧环形区域)及第三圆周130(相当于最外侧环形区域)——分布在第二气体注入机构102中，且至少一个圆周上包含旋转气流通道1026。当旋转气流通道1026分布于多个圆周上时，各圆周上的旋转气流通道1026的数量可以相同也可以不同。其中，第一圆周110中旋转气流通道1026喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例为x1，第二圆周120中旋转气流通道1026喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例为x2，第三圆周130中旋转气流通道1026喷出的旋转气流速度的切向分量与轴向分量的比例为x3。各同心环形区域喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例可以相同，即x1＝x2＝x3；优选地，最外侧环形区域(第三圆周130)喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例不小于最内侧环形区域(第一圆周110)喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例，即x3≥x1，或者自同心环形区域的最内侧环形区域(第一圆周110)至最外侧环形区域(第三圆周130)，旋转气流的速度的
切向分量与轴向分量的比例逐渐增大，即x1＜x2＜x3。当第二气体输送通道1020排布形成的同心环形区域超过三个时，依此类推，在此不再赘述。由此，可根据不同的反应腔室和工艺需求，对旋转气流通道1026喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例分布进行设计，使靠近中间区域(即第一气体注入机构101所在区域)的第一圆周110上的旋转气流通道1026喷出气流的气流速度方向与第一气体注入机构101(第一气体输送通道1010为垂直气流通道)喷出气流的气流速度方向之间的差别最小，减小对内部气相反应区域气流的影响，第二圆周120和第三圆周130上的旋转气流通道1026喷出气流的切向速度和动量逐渐增大以减小边缘区域的流动混合的撞击，从而提高整体气流的稳定性，同时能够帮助提高载气和源物料气体的利用率，因此能够有效降低材料生长的成本，同时还能够减少反应腔室200中承载盘201上的生长材料中出现的颗粒缺陷，提高产品的良率。
83.可选实施例中，至少部分旋转气流通道1026喷出的旋转气流的速度还包括径向分量，即沿图1所示的轴向、切向和径向的分量。其中切向分量与轴向分量的比例≥0.1，径向分量与轴向分量的比例≤0.5。对于不同构造比例和使用场景的反应腔室，引入上述气流速度包含径向分量的旋转气流可以进一步减小涡流。但径向分量不宜过大，否则会对内部气相反应区域的气流造成较大影响。
84.优选地，第二气体输送通道1020排布形成多个同心环形区域，同一同心环形区域中包含的各个旋转气流通道喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例相同。
85.优选地，包括径向分量的旋转气流通道1026不位于最靠近中间区域(即第一气体注入机构101所在区域)的环形区域，即位于最内侧环形区域之外的其余环形区域中，使得旋转气流通道1026喷出气流的气流速度方向与第一气体注入机构101喷出气流的气流速度方向之间的差别最小，从而在减小涡流的同时，减小对内部气相反应区域气流的影响。
86.同样以图4和图5所示的圆盘形气体注入机构100为例，示出了第二气体输送通道1020沿三个同心圆周——第一圆周110(相当于最内侧环形区域)、第二圆周120(相当于次内侧环形区域)及第三圆周130(相当于最外侧环形区域)——分布在第二气体注入机构102中，第一圆周110中旋转气流通道1026喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例为x1，径向分量与轴向分量的比例为y1，第二圆周120中旋转气流通道1026喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例为x2，径向分量与轴向分量的比例为y2，第三圆周130中旋转气流通道1026喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例为x3，径向分量与轴向分量的比例为y3。
87.优选地，包括径向分量的旋转气流通道1026可位于第二圆周120和/或第三圆周130上，但不位于第一圆周110上，即y1＝0，y2和y3中至少一者不为0。进一步优选地，除最内侧环形区域(第一圆周110)之外的其余各同心环形区域喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例相同，即y2＝y3；或者最外侧环形区域(第三圆周130)喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例不小于紧邻最内侧环形区域的次内侧环形区域(第二圆周120)喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例，即y3≥y2；或者自所述同心环形区域的次内侧环形区域(第二圆周120)至最外侧环形区域(第三圆周130)，所述旋转气流的速度的所述径向分量与所述轴向分量的比例逐渐增大，即y2＜y3。当第二气体输送通道1020排布形成的同心环形区域超过三个时，依此类推，在此不再赘述。由此，可根据不同的反应腔室和工艺需求，对旋转气流通道1026喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分
量的比例分布进行设计，在减小涡流的同时，减小对内部气相反应区域气流的影响。
88.可选实施例中，第二气体注入机构102输送的所述第二气体来自同一供气端，并使得第二气体注入机构102输送的气体被统一调控。
89.如图1所示，位于气体注入机构100的外部区域的第二气体注入机构102由供气端300通入同一种气体，因此由第二气体输送通道1020输送至反应腔室200中的第二气体的种类和组分均相同。需指出的是，上述同一种气体并非指单一气体种类，而是指由各个第二气体输送通道1020输送至反应腔室200中的气体相同，其可以是单一气体，也可以是混合气体。示例性地，对于iii-v族mocvd而言，所述第二气体可为v族氢化物源气体和载气、或吹扫气体。
90.在供气端300和第二气体注入机构102之间还设有控制单元(未图示)，如阀门、质量流量控制器、压力控制器等，所述控制单元对第二气体注入机构102的气体进行统一调控，由此使得第二气体注入机构102中输送的气体的种类和组分均相同。
91.可选实施例中，第二气体注入机构102被分隔成相互独立的多个子区域，至少两个子区域中输送的第二气体被独立调控。
92.如图20所示，仅示出了其中的第二气体注入机构102的俯视视角的结构示意图，第二气体注入机构102被至少一个隔离件103分隔成相互独立的多个子区域。可选实施例中，反应腔室200设有顶板(未图示)，该顶板覆于第二气体注入机构102的第二侧1025，顶板上设有若干隔离件103，隔离件103可以为顶板向第二气体注入机构102的第二侧1025方向凸出的棱，隔离件103位于第二气体注入机构102的第二侧1025和顶板之间。当顶板覆盖安装于第二气体注入机构102的第二侧1025上时，隔离件103将第二气体注入机构102中的第二气体输送通道1020划分在多个子区域中。可选实施例中，如图20所示，隔离件103可以形成为由第二气体注入机构102的第二侧1025向顶板方向凸出的棱。隔离件103位于第二气体注入机构102的第二侧1025和顶板之间。当顶板覆盖安装于第二气体注入机构102的第二侧1025上时，隔离件103将第二气体注入机构102中的第二气体输送通道1020划分在多个子区域中。
93.隔离件103可以沿第二气体注入机构102的周向以圆周形式分布，将第二气体注入机构102划分为至少两个同心环形的子区域。或者隔离件103沿气体注入机构100的中心至边缘的方向延伸形成在第二气体注入机构102中，将第二气体注入机构102划分为至少两个扇环形的子区域，优选地，至少两个扇环形的子区域的面积相同。
94.如图20所示，以圆形反应腔室200中的圆盘形气体注入机构100为例，隔离件103沿第二气体注入机构102的周向以圆周形式分布，隔离件103与第二气体注入机构102的侧壁将第二气体注入机构102划分为三个子区域：位于径向最内侧的第一子区域1021、位于第一子区域1021外侧的第二子区域1022，以及位于径向最外侧的第三子区域1023。在可选实施例中，上述第一子区域1021、第二子区域1022及第三子区域1023分别与独立的供气端300连通。示例性地，供气端300包括若干个不同气体源，各子区域分别与若干个不同气体源连接，气体源与各子区域之间设有控制单元(未图示)，如阀门、质量流量控制器、压力控制器等，控制单元分别单独控制进入各子区域中的气体，使通入第一子区域1021、第二子区域1022及第三子区域1023的气体的组成以及流量等参数可以相同也可以不同，并且上述各参数是可以分别独立控制的，由此可以单独控制通入第一子区域1021、第二子区域1022及第三子
区域1023的气体的流量或者组分等。由此增加了通过第二气体注入机构102通入反应腔室200的气体的控制多样性，获得更好的抑制或完全消除反应腔室涡旋气流的效果。
95.除了上述各子区域分别与若干个不同气体源连接的情形外，上述第一子区域1021与第二子区域1022也可以连接同一气体源，并被同一控制单元调控，而第三子区域1023连接另一气体源，被另一控制单元单独调控。另有其他类似组合，只要是使得子区域中的气体可被单独调控，在此不做赘述。
96.优选地，所述多个子区域为多个同心环形区域，调节最外侧子区域中通入气体的流量不小于最内侧子区域中通入气体的流量；或调节最外侧子区域中通入气体的平均分子量不小于最内侧子区域中通入气体的平均分子量；或调节最外侧子区域中通入气体的流量不小于最内侧子区域中通入气体的流量，且最外侧子区域中通入气体的平均分子量不小于最内侧子区域中通入气体的平均分子量。优选地，自最内侧子区域至最外侧子区域，调节通入气体的流量逐渐增大；或调节通入气体的平均分子量逐渐增大；或调节通入气体的流量及平均分子量均逐渐增大。优选地，自最内侧子区域至最外侧子区域，调节通入气体的流量逐渐增大且其中至少两个相邻的子区域中的气体的流量相同；或调节通入气体的平均分子量逐渐增大，且其中至少两个相邻的子区域中的气体的平均分子量相同；或调节通入气体的流量及平均分子量均逐渐增大，且其中至少两个相邻的子区域中的气体的流量相同且气体的平均分子量相同。
97.以图20所示为例，沿径向由内而外的方向，由第一子区域1021、第二子区域1022及第三子区域1023注入的第二气体的流量分别为f1、f2、f3，注入的第二气体的平均分子量分别为m1、m2、m3，其中，对每一子区域进行独立调控，使：f1≤f2≤f3，或者，m1≤m2≤m3，或者，f1≤f2≤f3且m1≤m2≤m3。
98.由于在反应腔室200中，越靠近内部区域，其气流需要通过精细分布来调节和匹配，因此上述第二气体注入机构102子区域被独立调控的设计能够减少旋转气流对内部区域气流的影响，由此有利于均衡注入反应腔室200的气体，提高气体的利用率。
99.以上仅以气体注入机构位于上部、承载盘位于下部的正置式垂直流腔室为例对气体注入机构进行了说明，应该理解的是在任意类型的反应腔室中，只要可能因为承载盘旋转产生涡旋的反应腔室中，均可采用本发明提供的气体注入机构以抑制或完全消除涡旋，均衡气流。
100.相应的，本发明的实施例还提供一种采用上述气体注入机构的气相反应装置，参照图1，该气相反应装置包括反应腔室200，承载盘201以及气体注入机构100。其中承载盘201设置在反应腔室200中，并且承载盘201在气相反应过程中是旋转的，其旋转速度大于等于200rpm。气体注入机构100与承载盘201相对设置。反应腔室200可以是垂直方向进气的垂直流腔室，也可以是中心进气的水平流腔室。具有上述气体注入机构的气相反应装置能够减少、抑制气流涡旋的产生，获得均匀稳定的气体流场，从而扩大工艺参数的可设置范围，帮助提高载气和源物料气体的利用率，因此能够有效降低材料生长的成本。
101.以上对本发明中的气体注入机构100及采用上述气体注入机构100的气相反应装置进行了阐述。在本发明实施例中，气体注入机构100中的第二气体注入机构102可以通过多种具体结构来实现，具体参见以下实施例。
102.实施例一
103.图4至图7示出了第一种气体注入机构100中第二气体注入机构102的结构。
104.第二气体注入机构102包括若干第二气体输送通道1020，至少部分所述第二气体输送通道1020为旋转气流通道1026。如图6和图7，分别示出了图4中的线h-h的侧视剖面图以及图5所示的径向a-a的剖视示意图，并且以俯视视角示出了第二气体注入机构的立体透视结构，以此来说明第二气体注入机构102中喷出上述气流速度具有切向分量和轴向分量的旋转气流的旋转气流通道1026的结构。如图6和图7所示，旋转气流通道1026包括自第二侧1025向第一侧1024贯通延伸的管状通道1026-2及与管状通道1026-2连通的锥体状通道1026-1。锥体状通道1026-1的锥顶与管状通道1026-2连通，锥体状通道1026-1的锥底位于第二气体注入机构102的第一侧，为出气面，并且所述出气面为非圆形出气面，例如可以是椭圆形、菱形、矩形、三角形、半圆形或多边形等。优选地，如图7所示，锥体状通道1026-1的锥底为椭圆形。
105.定义：经过锥体状通道1026-1的底面形心o点(锥体底面形心即为锥底的几何中心)的关于主轴线b的切向线为o点的切向线，经过锥体状通道1026-1的底面形心o点并平行于主轴线b的直线为o点的轴向线，底面形心o点所在切平面为经过底面形心o点的关于主轴线b的切平面，也即所述o点的切向线与所述o点的轴向线张成的平面。
106.锥体状通道1026-1的锥轴在其底面形心o点所在切平面上的投影与主轴线b之间具有角即锥体状通道1026-1的锥轴在其底面形心o点所在切平面上的投影相对于主轴线b可以是倾斜的，也可以是平行的；与所述锥体状通道1026-1连通的管状通道1026-2的管轴在所述锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面上的投影与主轴线b之间具有角即管状通道1026-2的管轴在所述底面形心o点所在切平面上的投影相对于主轴线b可以是倾斜的，也可以是平行的。但角和角中至少一个不为0，即如果锥体状通道1026-1的锥轴在其底面形心o点所在切平面上的投影平行于主轴线b则管状通道1026-2的管轴在所述锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面上的投影相对于主轴线b是倾斜的或者如果管状通道1026-2的管轴在所述锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面上的投影平行于主轴线b则锥体状通道1026-1的锥轴在其底面形心o点所在切平面上的投影相对于主轴线b是倾斜的或者管状通道1026-2的管轴在所述锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面上的投影相对于主轴线b是倾斜的同时锥体状通道1026-1的锥轴在其底面形心o点所在切平面上的投影相对于主轴线b也是倾斜的锥体状通道1026-1的锥轴和/或管状通道1026-2的管轴在锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面上的投影与主轴线b之间存在角度，也就意味着从通道喷出的气体的气流速度包括切向分量和轴向分量，如此形成旋转气流通道1026。
107.为了便于理解，本实施例以锥体状通道1026-1的锥轴及管状通道1026-2的管轴均位于所述锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面上为例，结合图4及图6所示，图6显示为沿图4中的线h-h的侧视剖面图，过线h-h的剖面即为图4中所标记之旋转气流通道1026之所述锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面。定义锥体状通道1026-1的锥体底面形心为o点(锥体底面形心即为锥底的几何中心)，锥顶为o1点，管状通道1026-2的管轴位于管状通道1026-2与锥体状通道1026-1连接处的端点为o2点，管状通道1026-2位于第二气体
注入机构102的第二侧1025的一端的几何中心为o3点，即o点与o1点的连线为锥体状通道1026-1的锥轴oo1，o2点和o3点的连线为管状通道1026-2的管轴o2o3，经过锥体状通道1026-1的底面形心o点并平行于主轴线b的直线为o点的轴向线on。此情形下，锥体状通道1026-1的锥轴oo1在其底面形心o点所在切平面上的投影即为锥体状通道1026-1的锥轴oo1本身，与所述锥体状通道1026-1连通的管状通道1026-2的管轴o2o3在所述锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面上的投影即为管状通道1026-2的管轴o2o3本身。此时，锥体状通道1026-1的锥轴oo1与on(on平行于主轴线b)之间具有角管状通道1026-2的管轴o2o3与o2n'(o2n'平行于主轴线b)之间具有角并且，角和角中至少一个不为0。
108.对于锥体状通道1026-1的锥轴及管状通道1026-2的管轴不位于所述锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面上的情形，不难理解，只要锥体状通道1026-1的锥轴和/或管状通道1026-2的管轴在锥体状通道1026-1的底面形心o点所在切平面上的投影与所述o点的轴向线(与主轴线b平行)之间存在角度(一般来说，就实际加工及应用而言，该角度不为90
°
)，就可以使从第二气体输送通道1020喷出气体的气流速度包括切向分量和轴向分量，则该第二气体输送通道1020形成为旋转气流通道1026。
109.外部供气端300提供的第二气体通过旋转气流通道1026流至反应腔室200内，在反应过程中，多个旋转气流通道1026在第二气体注入机构102第一侧1024的排布使得当所述第二气体从旋转气流通道1026喷出时形成旋转气流，旋转气流既具有轴向的速度和动量，也具有切向的速度和动量。
110.在本实施例中，旋转气流通道1026在第二气体注入机构上的排列使得旋转气流的旋转方向与位于气相反应装置中与气体注入机构100相对设置的承载盘201在反应过程中的旋转方向一致。
111.在本实施例中，可通过调整的角度来调整旋转气流速度的切向分量与轴向分量的比例。一般而言，越大，切向分量与轴向分量的比例越大，旋转气流的旋转特性更明显。
112.旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例不宜过大，否则会对内部区域气流造成较大影响，不利于均衡注入反应腔室200的气体。优选地，优选地，优选地，
113.优选地，角与角中至少一个不小于5
°
，使得产生的旋转气流效果更明显。
114.优选地，在每个旋转气流通道1026中，角与角的大小相同，并且管状通道1026-2的管轴和锥体状通道1026-1的锥轴相互平行或共线，更易于控制旋转气流的方向。
115.可选地，在第二气体注入机构102中，至少部分旋转气流通道1026至少具有以下特征中的一个：(1)上述角相同；(2)上述角相同；(3)锥体状通道1026-1的锥底的面积相同。也即各旋转气流通道1026可以为相同结构，也可以为不同结构，具体根据不同的反应腔室和工艺需求，对旋转气流通道1026进行设计，从而使承载盘201边缘附近气体流场中的涡流最小化。
116.需要指出的是，每个旋转气流通道1026并非限定于仅包含一个管状通道1026-2和一个锥体状通道1026-1，旋转气流通道1026可包含不限定数量的管状通道1026-2和锥体状
通道1026-1的组合，例如，两个管状通道1026-2连接一个锥体状通道1026-1，或者一个管状通道1026-2连接双锥体状通道1026-1。以一个管状通道1026-2连接双锥体状通道1026-1为例，双锥体状通道1026-1堆叠设置，管状通道1026-2连接第一锥体状通道的锥顶，第一锥体状通道连接第二锥体状通道，第二锥体状通道的锥底位于出气侧，此时底面形心o点即第二锥体状通道的底面形心。第一锥体状通道的锥轴在所述底面形心o点所在切平面上的投影与主轴线b之间具有角第二锥体状通道1026-1的锥轴在所述底面形心o点所在切平面上的投影与主轴线b之间具有角管状通道的管轴在所述底面形心o点所在切平面上的投影与主轴线b之间具有角只要和中至少一个不为0，均可形成旋转气流通道。
117.在本实施例中，第二气体输送通道1020分布在第二气体注入机构102中。可选地，至少部分第二气体输送通道1020在气体注入机构100的外围区域呈环形分布或者呈扇环形分布，优选地，第二气体输送通道1020排布形成一个同心环形区域；优选地，第二气体输送通道1020排布形成多个同心环形区域，各同心环形区域中具有相同数量的第二气体输送通道1020，或者至少两个同心环形区域中，第二气体输送通道1020的数量不同，具体数量分布依据工艺需求而定；优选地，各同心环形区域的第二气体输送通道1020沿径向对齐排布，优选地，各同心环形区域的第二气体输送通道1020沿径向交错排布；优选地，最外侧环形区域的面积不小于最内侧环形区域的面积；或者同心环形区域的面积由最内侧环形区域向最外侧环形区域逐渐增大；或者同心环形区域的面积由最内侧环形区域向最外侧环形区域逐渐增大，且其中至少两个相邻的环形区域中的面积相同。
118.以图4和图5所示的圆盘形气体注入机构100为例，第二气体输送通道1020沿圆周分布在第二气体注入机构102中。可选地，当第二气体输送通道1020沿圆周分布在第二气体注入机构102中时，可以沿一个圆周或者多个圆周分布在第二气体注入机构102中。
119.当第二气体输送通道1020沿多个圆周分布在第二气体注入机构102中时，多个圆周为同心圆周或者非同心圆周。优选地，第二气体输送通道1020沿多个同心圆周分布在第二气体注入机构102中，例如，如图4和图5所示，示例性示出了第二气体输送通道1020沿三个同心圆周——第一圆周110、第二圆周120及第三圆周130——分布在第二气体注入机构102中。每个圆周上的第二气体输送通道1020的数量可以相同也可以不同，并且每一个圆周上的第二气体输送通道1020的尺寸可以相同也可以不同，至少一个圆周上包含旋转气流通道1026。当旋转气流通道1026分布于多个圆周上时，各圆周上的旋转气流通道1026的数量可以相同也可以不同。但无论各圆周上的旋转气流通道1026的数量是否相同，自同心环形区域的最内侧环形区域至最外侧环形区域(即自第一圆周110至第三圆周130)，旋转气流通道1026至少具有以下特征中的一个：(1)最外侧环形区域中锥底的面积不小于最内侧环形区域中锥底的面积；或者锥体状通道1026-1的锥底的面积逐渐增大；或者锥体状通道1026-1的锥底的面积逐渐增大，且其中至少两个相邻的环形区域中的锥体状通道的锥底的面积相同；(2)最外侧环形区域中角不小于最内侧环形区域中角或者角逐渐增大；或者角逐渐增大且其中至少两个相邻的环形区域中的角相同；(3)最外侧环形区域中角不小于最内侧环形区域中角或者角逐渐增大；或者角逐渐增大且其中至少两个相邻的环形区域中的相同。由此，通过和的设计来调整各环形区域喷出的旋转
气流的速度的切向分量与轴向分量的比例分布，使在靠近内部区域(即第一气体注入机构101)的第一圆周110上的旋转气流通道1026喷出气流的气流速度方向与第一气体注入机构101(第一气体输送通道1010为垂直气流通道)喷出气流的气流速度方向之间的差别最小，减小对内部气相反应区域气流的影响，第二圆周120和第三圆周130上的旋转气流通道1026喷出气流的切向速度和动量逐渐增大以减小边缘区域的流动混合的撞击，由此可以提高整体气流的稳定性，同时能够帮助提高载气和源物料气体的利用率，因此能够有效降低材料生长的成本，同时还能够减少反应腔室200中承载盘201上的生长材料中出现的颗粒缺陷，提高产品的良率。
120.需要说明的是，优选地，同一同心环形区域中包含的各个旋转气流通道的所述角相同。但有的情形下，为了在旋转气流中得到更好的空间分布，可能选择在同一同心环形区域中，各个旋转气流通道的角设置为不尽相同。当同一同心环形区域中包含的各个旋转气流通道的角不尽相同时，上述对不同同心环形区域的角进行比较时，各同心环形区域中的角为各自同心环形区域中各旋转气流通道1026的角的平均值。同样地，角的设计也是如此，在此不再赘述。
121.图8至图10显示了第一种气体注入机构100中第二气体注入机构102的变形，即第二气体注入机构102'，以此来说明其喷出气流的速度具有切向分量、轴向分量及径向分量的旋转气流通道1026'的结构。
122.如图8所示，本实施例的第二气体注入机构102'中的第二气体输送通道1020'包括旋转气流通道1026'，所述旋转气流通道1026'的结构与旋转气流通道1026类似，包括管状通道1026'-2及锥体状通道1026'-1，锥体状通道1026'-1的锥顶与管状通道1026'-2连通。同样地，定义经过所述锥体状通道1026'-1的底面形心o点的关于所述主轴线b的切平面为所述锥体状通道1026'-1的底面形心o点所在切平面。锥体状通道1026'-1的锥轴在其底面形心o点所在切平面上的投影与主轴线b之间具有角与锥体状通道1026'-1连通的管状通道1026'-2的管轴在锥体状通道1026'-1的底面形心o点所在切平面上的投影与主轴线b之间具有角并且角和角中至少一个不为0。旋转气流通道1026'与转气流通道1026的不同之处在于：至少部分旋转气流通道1026'的锥轴所在的垂面与锥体状通道1026'-1的底面形心所在的切平面之间具有角θ1，管轴所在的垂面与锥体状通道1026'-1的底面形心所在的切平面之间具有角θ2，并且角θ1和角θ2中至少一个不为0，由此使得至少部分旋转气流通道1026'喷出气体的气流速度包括切向分量、轴向分量和径向分量。
123.如图9所示，示出了图8中圆圈p部分的局部放大图。其中，定义锥体状通道1026'-1的锥体底面形心为o点，锥顶为o1点，管状通道1026'-2的管轴在管状通道1026'-2与锥体状通道1026'-1连接处的端点为o2点，管状通道1026'-2位于第二气体注入机构102'的第二侧1025的一端的几何中心为o3点，即o点与o1点的连线为锥体状通道1026'-1的锥轴oo1，o2点和o3点的连线为管状通道1026'-2的管轴o2o3，经过o点关于主轴线b的切平面为o点所在切平面p1，也即o点的切向线(在o点关于主轴线b的切向线)与o点的轴向线(经过o点与主轴线b平行的直线)张成的平面，锥轴oo1与o点的轴向线张成的平面为锥轴垂面p2；定义穿过o2点与切平面p1平行的平面为p3，管轴o2o3与o2点的轴向线(经过o2点与主轴线b平行的直线)张成的平面为管轴垂面p4。同样如图9所示，o点的切平面p1与锥轴垂面p2之间形成角θ
1，管轴垂面p4与平面p3之间形成角θ2，并且角θ1和角θ2中的至少一个不等于0
°
。如θ1＝0
°
且θ2＝0
°
，其结构即为图7所示的旋转气流通道1026(其锥轴及管轴均位于底面形心o点所在切平面上的情形，喷出气体的气流速度仅包括切向分量和轴向分量)。
124.优选地，角θ1和角θ2的大小相同，并且锥轴所在的垂面与管轴所在的垂面相对锥体状通道1026'-1的底面形心o点所在的切平面的偏斜方向一致。
125.旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例不宜过大，否则会对内部区域气流造成较大影响，不利于均衡注入反应腔室200的气体。优选地，0
°
≤θ1≤30
°
，0
°
≤θ2≤30
°
。
126.由此，形成的旋转气流通道1026'的结构如图10所示，即其中的管状通道1026'-2和/或锥体状通道1026'-1相对于该旋转气流通道1026的锥体状通道1026'-1的底面形心关于主轴线b的切平面(该处的切向线与轴向线张成的平面)是偏斜的。
127.由本实施例的上述旋转气流通道1026'注入的气体的气流速度不仅包括轴向分量和切向分量，还包括径向分量，对于不同构造比例和使用场景的反应腔室，引入上述气流速度包含径向分量的旋转气流可以进一步减小涡流。
128.一般而言，锥轴矢量的切向分量与轴向分量的比例为管轴矢量的切向分量与轴向分量的比例为锥轴矢量的径向分量与轴向分量的比例为管轴矢量的径向分量与轴向分量的比例为优选地，通过调节旋转气流通道1026'的θ1和θ2，使旋转气流速度的切向分量与轴向分量的比例≥0.1，径向分量与轴向分量的比例≤0.5，以减小涡流的同时减小对内部反应区域气流的影响。
129.优选地，第二气体输送通道1020排布成多个同心环形区域，最内侧环形区域中θ1＝0
°
且θ2＝0
°
，即最内侧环形区域喷出气流的气流速度不包括径向分量，旋转气流通道1026'仅位于最内侧环形区域之外的其余环形区域中。优选地，在除最内侧环形区域之外的其余各同心环形区域中，通过调节各同心环形区域中旋转气流通道1026'的θ1和θ2，使得其余各同心环形区域喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例相同；或者最外侧环形区域喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例不小于紧邻最内侧环形区域的次内侧环形区域喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例；或者自所述同心环形区域的次内侧环形区域至最外侧环形区域，旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例逐渐增大。
130.实施例二
131.图11至图15示出了第二种气体注入机构100中第二气体注入机构102”的结构。
132.如图11至图15所示，本实施例的第二气体注入机构102”中的第二气体输送通道1020”包括若干管道1020
”‑
1以及至少一个环形沟槽1027，其中，至少一个环形沟槽1027与多个管道1020
”‑
1连通以配合管道1020
”‑
1内的气体流出，环形沟槽1027的开口侧(即，远离管道1020
”‑
1的一侧)为面向承载盘201的出气侧。该环形沟槽1027可以是锥形槽、梯形槽、矩形槽、弧形槽及多边形槽中的任意一种，即环形沟槽1027在第二气体注入机构102”的厚度方向上的截面形状为锥形、梯形、矩形、弧形及多边形中的任意一种。优选地，同一第二气体注入机构102”中，环形沟槽1027为相同截面形状的沟槽。如图12所示，管道1020
”‑
1自第二气体注入机构102”的第二侧1025向第一侧1024延伸。
133.如图11所示，若干管道1020
”‑
1可以以任意方式分布在第二气体注入机构102”中，
例如可以呈环形分布或者呈扇环形分布。优选地，管道1020
”‑
1呈环形分布，更优选地，可以沿多个同心环形区域分布。各个同心环形区域中的管道1020
”‑
1数量相同；或者，最外侧环形区域中的管道1020
”‑
1的数量大于最内侧环形区域中的管道1020
”‑
1的数量；或者，自多个同心环形区域的最内侧的环形区域至最外侧的环形区域，管道1020
”‑
1数量逐渐增加；或者自多个同心环形区域的最内侧环形区域至最外侧环形区域，管道1020
”‑
1数量逐渐增加，且其中至少两个相邻的环形区域中的管道1020
”‑
1数量相同。管道1020
”‑
1的具体数量分布依据工艺需求而定。示例性地，如图11所示，管道1020
”‑
1沿三个同心环形区域分布，包括内侧环形区域、中间环形区域及外侧环形区域，分别对应的管道1020
”‑
1数量为n1、n2、n3，其中，n1＝n2＝n3；或者n3＞n1，n1≤n2≤n3。
134.如图12所示，环形沟槽1027的数量可以是一个也可以是多个。
135.当环形沟槽1027的数量为一个时，该环形沟槽1027与第二气体注入机构102”中的所有管道1020
”‑
1连通，管道1020
”‑
1可呈一个环形区域分布，也可沿多个同心环形区域分布。
136.优选地，如图12所示，环形沟槽1027的数量为多个，并且形成为多个同心环形沟槽1027，管道1020
”‑
1沿多个同心环形区域分布，多个同心环形沟槽1027中的每一个与至少一个同心环形区域对应设置，使得每一个同心环形沟槽1027与对应的同心环形区域中的管道1020
”‑
1连通。在可选实施例中，环形沟槽1027的数量与同心环形区域的数量相同，多个环形沟槽1027中的每一个均与一个同心环形区域对应设置，即，环形沟槽1027与同心圆形区域一一对应。每一个环形沟槽1027均与与其对应的同心环形区域上分布的管道1020
”‑
1连通，与每一个环形沟槽1027对应的每一个同心环形区域上分布的管道1020
”‑
1呈至少一个环形分布。在其他可选实施例中，环形沟槽1027的数量与同心环形区域的数量也可以不同，例如环形沟槽1027的数量为多个且小于同心环形区域的数量，多个环形沟槽1027中的每一个与多个同心环形区域中的至少一个对应设置，使得每一个同心环形沟槽1027与对应的同心环形区域中的管道1020
”‑
1连通，例如，多个同心环形区域中至少有两个相邻的同心环形区域与多个环形沟槽1027中的一个相对应连通，其余同心环形区域与其余的环形沟槽1027一一对应连通。
137.定义：每个管道1020
”‑
1的管轴在管道1020
”‑
1与环形沟槽1027连接处的端点为o1点，经过所述o1点的关于主轴线b的切平面为该管道的o1点所在切平面。在本实施例中，至少部分第二气体输送通道1020”为旋转气流通道1026"，以下将所述旋转气流通道1026"中的管道称示为管状通道1026
”‑
2。所述旋转气流通道1026"中的管状通道1026
”‑
2的管轴在其对应的o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间具有角所述角不为0，从而使得从所述第二气体注入机构102”流出的气体形成旋转气流，所述旋转气流的气流速度包括轴向分量和切向分量，且所述旋转气流的旋转方向与承载盘201在反应过程中的旋转方向一致。
138.为了便于理解，本实施例以管状通道1026
”‑
2的管轴位于该管状通道的o1点所在切平面上为例，结合图13及图14所示，图14显示为沿图13中的线h-h的侧视剖面图，过线h-h的剖面即为图13中中间一个管状通道1026
”‑
2的o1点所在切平面。
139.如图14所示，定义旋转气流通道1026"中的管状通道1026
”‑
2的管轴在管状通道1026
”‑
2与环形沟槽1027连接处的端点为o1点(即所述管轴的下端点)，管状通道1026
”‑
2的管轴位于第二气体注入机构102”的第二侧1025的一端的几何中心为o3点(即所述管轴的上
端点)，管状通道1026
”‑
2的管轴即为o1o3。此情形下，管状通道1026
”‑
2的管轴o1o3在其o1点所在切平面上的投影即为管轴o1o3本身，此时，管状通道1026"-2的管轴o1o3与主轴线b(可参考图14所示的与主轴线b平行的直线o3b')之间具有一角角不为0。即，旋转气流通道1026"中的管状通道1026"-2相对于主轴线b是倾斜的。可选地，第二气体注入机构102”中的管状通道1020
”‑
1可以全部是相对主轴线b倾斜的管状通道1026"-2；也可以是部分是与主轴线b相互平行的，部分是相对主轴线b倾斜的管状通道1026"-2。相对主轴线b倾斜的管状通道1026"-2使得从第二气体注入机构102”流出的气体的气流速度包括轴向分量和切向分量，从而形成旋转气流，并且该旋转气流的旋转方向与承载盘201在反应过程中的旋转方向一致。
140.对于管状通道1026
”‑
2的管轴不位于其o1点所在切平面上的情形，不难理解，只要管状通道1026
”‑
2的管轴在其o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间存在角度，就可以使从第二气体输送通道1020”喷出的气体的气流速度包括轴向分量和切向分量，从而形成旋转气流。
141.本实施例中，可通过调整角来调整旋转气流速度的切向分量与轴向分量的比例。一般而言，越大，切向分量与轴向分量的比例越大，旋转气流的旋转特性更明显。但旋转气流速度的切向分量与轴向分量的比例不宜过大，否则会对内部区域气流造成较大影响，不利于均衡注入反应腔室200的气体。优选地，
142.本实施例中，相对主轴线b倾斜的管状通道1026"-2中，至少部分管状通道1026"-2的管轴在其o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间的角是相同的。当第二气体注入机构102”包括多个同心环形沟槽1027，管状通道1026"-2沿多个同心环形区域分布，且多个同心环形沟槽1027与多个同心环形区域一一对应时，优选地，沿同一个同心环形区域分布的管状通道1026"-2的管轴在其o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间的角相同。优选地，各同心环形区域分布的管状通道1026"-2的管轴在其o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间的角均相同。优选地，最外侧环形区域中的管状通道1026"-2的管轴在其o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间的角不小于最内侧环形区域中的管状通道1026"-2的管轴在其o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间的角优选地，自多个同心环形区域的最内侧环形区域至最外侧环形区域，管状通道1026"-2的管轴在其o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间的角逐渐增加，或者角逐渐增加且其中至少两个相邻的环形区域中的角相同。示例性地，如图11所示，管状通道1026"-2沿三个同心环形区域分布，包括内侧环形区域、中间环形区域及外侧环形区域，对应的管状通道1026"-2的管轴在其o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间的角分别为其中，或者或者者
143.需要说明的是，优选地，同一同心环形区域中包含的各个旋转气流通道的所述角相同。但有的情形下，为了在旋转气流中得到更好的空间分布，可能选择在同一同心环形区域中，各个旋转气流通道的角设置为不尽相同。当同一同心环形区域中包含的各个旋转气流通道的角不尽相同时，上述对不同同心环形区域的角进行比较时，各同心环形区域中的角为各自同心环形区域中各旋转气流通道1026"的角的平均值。
144.据此，可以根据不同的反应腔室和工艺需求，对第二气体注入机构102”中第二气体输送通道1020”的具体结构(例如角)进行设计，来调整各环形区域喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例分布，如各同心环形区域喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例相同，或者最外侧环形区域喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例不小于最内侧环形区域喷出的旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例，或者自同心环形区域的最内侧环形区域至最外侧环形区域，旋转气流的速度的切向分量与轴向分量的比例逐渐增大，从而使承载盘201边缘附近气体流场中的涡流最小化，并减小对内部气相反应区域气流的影响，提高整体气流的稳定性。
145.优选地，环形沟槽1027的数量为多个，并且形成为多个同心环形沟槽1027时，各个同心环形沟槽1027的开口宽度相同，或者最外侧环形沟槽1027的开口宽度大于最内侧环形沟槽1027的开口宽度；或者各个同心环形沟槽1027的开口宽度由最内侧环形沟槽1027至最外侧环形沟槽1027逐渐增加；或者各个同心环形沟槽1027的开口宽度由最内侧环形沟槽1027至最外侧环形沟槽1027逐渐增加，且其中至少两个相邻的环形沟槽1027的开口宽度相同；或者最外侧环形沟槽1027的开口面积大于最内侧环形沟槽1027的开口面积，或者各个同心环形沟槽1027的开口面积由最内侧环形沟槽1027至最外侧环形沟槽1027逐渐增加；或者各个同心环形沟槽1027的开口面积由最内侧环形沟槽1027至最外侧环形沟槽1027逐渐增加，且其中至少两个相邻的环形沟槽1027的开口面积相同。
146.示例性地，如图12和15所示，管道1020
”‑
1沿三个同心环形区域分布，环形沟槽1027由内至外包括三个同心环形沟槽：第一环形沟槽10271、第二环形沟槽10272及第三环形沟槽10273。上述第一环形沟槽10271、第二环形沟槽10272及第三环形沟槽10273与三个同心环形区域一一对应，分别与同心环形区域中的管道1020
”‑
1相连通。可选地，多个同心环形沟槽1027由内至外(例如图15所示的自第一环形沟槽10271至第三环形沟槽10273，分别对应的沟槽开口宽度为d1、d2、d3，分别对应的沟槽开口面积为s1、s2、s3)，环形沟槽1027的开口宽度相同，例如图15中d1＝d2＝d3；或者环形沟槽1027的开口宽度d3＞d1，d1≤d2≤d3；或者环形沟槽1027的开口面积s3＞s1，s1≤s2≤s3。
147.环形沟槽1027的具体结构依据工艺需求而定，如此，有利于在工艺生长过程中，结合角环形沟槽1027的开口宽度、环形沟槽1027的开口面积及材料生长特性，对旋转气流进行进一步优化。
148.图16至图19显示了第二种气体注入机构100中第二气体注入机构102”的变形，即第二气体注入机构102”'，以此来说明其喷出气流的速度具有切向分量、轴向分量及径向分量的旋转气流通道1026”'的结构。
149.参照图16至图19，在本实施例中，第二气体注入机构102”'中的至少部分第二气体输送通道1020”'为旋转气流通道1026”'，所述旋转气流通道1026”'的结构与转气流通道1026”类似，包括管状通道1026”'-2及环形沟槽1027'，管状通道1026”'-2的管轴在其o1点所在切平面上的投影与主轴线b之间具有角角不为0，从而使得从所述旋转气流通道1026”'中喷出气体的气流速度包括切向分量。旋转气流通道1026”'与转气流通道1026”的不同之处在于：从所述旋转气流通道1026”'中喷出气体的气流速度还包括径向分量。具体地，如图17，示出了图16中p'部分的局部放大图。其中至少部分旋转气流通道1026”'的管轴o1o3所在的垂面与o1点所在的切平面之间具有角θ，其中，o1点为管状通道1026”'-2的管轴
在管状通道1026”'-2与环形沟槽1027'连接处的端点(即管轴的下端点)，o3点为管状通道1026”'-2的管轴的另一端点，位于第二气体注入机构102”'的第二侧1025的一端的几何中心(即管轴的上端点)，过o1点且平行于主轴线b的直线为o1点的轴向线o1o'。管状通道1026”'-2的管轴o1o3所在的垂面为管轴o1o3与轴向线o1o'张成的平面；经过o1点的关于主轴线b的切平面为该管状通道1026”'-2的o1点所在切平面，也即o1点的切向线(在o1点关于主轴线b的切向线)与轴向线o1o'张成的平面。
150.参照图18，同时参照图19，环形沟槽1027'与出气侧所在的面形成第一交线和第二交线。以图19中的第三环形沟槽10273'为例，该第三环形沟槽10273'与出气侧所在的面形成第一交线l1和第二交线l2，定义同时通过所述主轴线b和轴向线o1o'的平面为p0面(沿图16中c-c线的剖面)。其中，第一交线l1与p0面具有第一交点m点，第二交线l2与所述p0面具有第二交点n点，o1m与o1n之间形成角γ。角γ的角平分线为o1q，o1q与轴向线o1o'之间形成角δ，其中，角δ及角θ中至少一个不为0。其中，o1m与o1o'之间形成角γi，o1n与o1o'之间形成角γo，δ的大小即为角γi与角γo之间的差值δγ的一半。优选地，角δ与角θ的大小相同，管状通道1026”'-2和环形沟槽1027'相对于o1点所在的切平面均是偏斜的，且二者的偏斜方向一致，即，角平分线o1q靠近承载盘201的一端与管轴靠近承载盘201的一端均以相同的方向朝远离或靠近主轴线的方向偏斜，例如，二者均以相同的方向朝远离主轴线b的方向偏斜。特别地，当δ＝0，且θ＝0时，即为图12所示的结构(其管状通道的管轴及环形沟槽的角平分线均位于o1点所在切平面上的情形，喷出气体的气流速度仅包括切向分量和轴向分量)。
151.由本实施例的上述倾斜的管状通道1026”'-2和环形沟槽1027'注入的气体的气流速度不仅包括轴向分量和切向分量，还包括径向分量，对于不同构造比例和使用场景的反应腔室，引入上述气流速度包含径向分量的旋转气流可以进一步减小涡流。
152.一般而言，管轴矢量的切向分量与轴向分量的比例为管轴矢量的径向分量与轴向分量的比例为环形沟槽角平分线o1q矢量的径向分量与轴向分量的比例为tanδ。优选地，通过调节旋转气流通道1026”'的θ和δ，使气流速度的切向分量与轴向分量的比例≥0.1，径向分量与轴向分量的比例≤0.5，以减小涡流的同时减小对内部反应区域气流的影响。
153.优选地，第二气体输送通道1020”'排布成多个同心环形区域，最内侧环形区域中θ＝0
°
且δ＝0
°
，即，使喷出旋转气流的速度包括径向分量的旋转气流通道1026”'不位于最靠近所述中间区域的环形区域，即旋转气流通道1026”'仅位于最内侧环形区域之外的其余环形区域中。优选地，在除最内侧环形区域之外的其余各同心环形区域中，通过调节各同心环形区域中旋转气流通道1026”'的θ和δ，使得其余各同心环形区域喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例相同；或者最外侧环形区域喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例不小于紧邻最内侧环形区域的次内侧环形区域喷出的旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例；或者自所述同心环形区域的次内侧环形区域至最外侧环形区域，旋转气流的速度的径向分量与轴向分量的比例逐渐增大。
154.实施例三
155.本实施例提供一种气体注入机构，该气体注入机构用于气相反应装置，例如可以
用于气相沉积装置。同样如图1所示，该气相反应装置同样包括反应腔室200，气体注入机构100与承载盘201相对设置，用于将反应气体输送到反应腔室200中。本实施例中，气体注入机构100中的第二气体注入机构102包括若干第二气体输送通道1020，所述第二气体输送通道1020可以全部是实施例一至实施例二中的任意一种旋转气流通道的结构，可以是实施例一至实施例二中的任意旋转气流通道的组合，也可以是垂直气流通道和实施例一至实施例二中的任意一种或多种旋转气流通道的组合。第二气体输送通道的具体类型，可以依照不同的气相沉积装置、使用场景和工艺需求而定。
156.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。