改進襯底氣流方向的hvpe反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種改進襯底氣流方向的HVPE反應(yīng)器，其特征在于，包括殼體，殼體的頂部設(shè)有主干，殼體內(nèi)設(shè)有基板座，主干的一側(cè)設(shè)有噴射管一、噴射管二，另一側(cè)設(shè)有進氣管二、進氣管三；基板座上設(shè)有基板；基板座中心設(shè)有進氣管一，進氣管一的上下兩端從基板座中露出，其中頂端設(shè)有噴射孔；基板座與殼體內(nèi)壁之間的間隙形成排氣口。本實用新型提供的反應(yīng)器生產(chǎn)時，內(nèi)部第一反應(yīng)氣體、第二反應(yīng)氣體分別從水平方向，垂直方向互相混合，可在大多數(shù)半導(dǎo)體基板上形成均勻的延伸結(jié)構(gòu)的薄膜。
【專利說明】改進襯底氣流方向的HVPE反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種通過對基板表面均勻地供應(yīng)氣體來生長薄膜的氫氣氣相生長(HVPE)反應(yīng)器，具體涉及一種提高注入整個反應(yīng)器內(nèi)部的氣體供應(yīng)和其均衡度，以完成更高水平的薄膜生長的HVPE反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]HVPE是化學(xué)氣相沉積設(shè)備的一種，在GaN的生長過程中由Ga和N的先驅(qū)的氣相變化和反應(yīng)，利用非平行生長方法的半導(dǎo)體工程設(shè)備。反應(yīng)器內(nèi)部注入II1-V族氣體，通過氣體的熱解和化學(xué)反應(yīng)，讓基板上生長氮化物后成膜。因為氮化物的生長效率非常高，生長速度非?？?，比別的生長方法相比較，保養(yǎng)費和生產(chǎn)成本低很多，因為反應(yīng)機理較簡單，所以維持間單。
[0003]如圖1，為現(xiàn)有HVPE反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括與外部隔離的石英管1，設(shè)于石英管I內(nèi)部用于固定基板S的基板座2，為了在基板S上形成薄膜而噴射氣體的氣體管。石英管I的兩面開口，為了使內(nèi)部真空密封，兩個開口分別都會以對接2個尺寸不同的法蘭F密封；氣體管包括3根噴射不同氣體的進氣管一 3、進氣管二 4、進氣管三5 ;根據(jù)生產(chǎn)需要在石英管I外側(cè)設(shè)置管型加熱器H。
[0004]在進氣管一 3中通入氮氣流通，使石英管I內(nèi)部產(chǎn)生恒定的氣體流動；在這氣體流動中，往進氣管二 4中通入氯化物氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的固體物6 ;然后在進氣管一 3中通入氨氣，完成生長。為了固體物6源的放入，進氣管二 4的管徑較其它兩根進氣管的管徑大(圖1中箭頭為氣體流動方向)。
[0005]上述反應(yīng)器存在以下問題:
[0006]因為石英管I的形狀為圓形，所以不適合使基板座2變?yōu)榭尚D(zhuǎn)的。為了替換導(dǎo)入在進氣管二 4內(nèi)部的固體物，先要分離石英管I裝有進氣管一側(cè)的法蘭F，再把射入在進氣管二 4內(nèi)部的固體物6取出。因為進氣管二 4在石英管I內(nèi)的端部位于其管徑中心，有一定的深度，所以為了流入的氣體和固體物6獨立地反應(yīng)，須要要把3根進氣管設(shè)置成較長的形狀，造成操作不易。而且，也造成生產(chǎn)所需要的氣體量有所增加，對生產(chǎn)成本造成影響；構(gòu)造上水平結(jié)構(gòu)的原因，形成隨著氣體流動方向，溫度上升，出現(xiàn)對流和擴散現(xiàn)象，通過進氣管一 3和進氣管二 4的氣體因為上述兩種現(xiàn)象，在基板S上前端和后端的固體物6和氨氣分離的氮氣的構(gòu)成比有差異，即基板S上薄膜生長層的固體物6和氮氣的比例不均勻，基板S內(nèi)部的氣體流向前端和后端的生長率會調(diào)換，多數(shù)的基板S都不能獲取均衡的特性。此外，對流和擴散現(xiàn)象妨礙層流現(xiàn)象，使已反應(yīng)的氣體不會生長在基板S上。水平結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器的基板座2的不均衡的溫度，使基板S上生長層上產(chǎn)生不均勻的現(xiàn)象。固定的基板S表面的氣體速度無法改變，制約最適合的生長條件，
[0007]另一方面，為了生長數(shù)量更多的基板S，要在大面積形成恒定溫度，為此需要很長的加熱管H。一般來說，一張以上的基板S很難被使用，因其厚度，均勻性等品質(zhì)方面有不好的傾向。尤其是反應(yīng)氣體的效率低，厚膜的生長經(jīng)濟性低下，3根進氣管和基板座2之間有一定距離，導(dǎo)致產(chǎn)生對生長毫無用處的氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生很多副產(chǎn)品，對后處理產(chǎn)生一定的難度。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型是為了解決現(xiàn)有HVPE反應(yīng)器中存在的對流和擴散現(xiàn)象，導(dǎo)致基板S上的反應(yīng)不均勻的問題。
[0009]為了解決上述問題，本實用新型提供了一種改進襯底氣流方向的HVPE反應(yīng)器，其特征在于，包括殼體，殼體的頂部設(shè)有主干，殼體內(nèi)設(shè)有基板座，主干的一側(cè)設(shè)有噴射管一、噴射管二，另一側(cè)設(shè)有進氣管二、進氣管三；基板座上設(shè)有基板；基板座中心設(shè)有進氣管一，進氣管一的上下兩端從基板座中露出，其中頂端設(shè)有噴射孔；基板座與殼體內(nèi)壁之間的間隙形成排氣口。
[0010]優(yōu)選地，從所述進氣管一噴射孔的開孔方向為:從該孔流出的氣體向水平面流動。
[0011]優(yōu)選地，所述噴射管一、噴射管二和進氣管二、進氣管三分別位于噴射板中心的兩側(cè)，且一字排開，噴射管二和進氣管二更靠近噴射板中心。
[0012]進一步地，所述噴射管二、進氣管二穿過主干設(shè)于殼體內(nèi)的端部設(shè)有比其自身管徑大的噴射板。
[0013]本實用新型提供的反應(yīng)器內(nèi)部空間有可容納多塊基板的基板座，也有從外部供應(yīng)的反應(yīng)氣體供入內(nèi)部空間的噴射裝置，使從進氣管一通入的第一反應(yīng)氣體供應(yīng)部分，從進氣管二通入的形成其他第二反應(yīng)氣體供應(yīng)部分。而第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體是各有獨立的滯留空間，這兩種氣體從各自的滯留空間流入反應(yīng)器內(nèi)部時，第一反應(yīng)氣體通過水平方向，第二反應(yīng)氣體通過垂直方向互相混合。這種方式混合的氣體在內(nèi)部的基板上生長，生長完的反應(yīng)氣體和副產(chǎn)品通過排氣口排到外部。
[0014]本實用新型改善了氣體流動方向，在整個基板座上形成層流，通過這種層流，該HVPE反應(yīng)器用于生產(chǎn)氮化鎵的方式，可在大多數(shù)半導(dǎo)體基板上形成均勻的延伸結(jié)構(gòu)的薄膜。采用本實用新型提供的HVPE反應(yīng)器，即使薄膜制作用反應(yīng)器的面積變大，氣體也可以供應(yīng)所有范圍，提高外徑厚度的均勻性，可實現(xiàn)反應(yīng)器的大型化，簡化制作工藝，減少工程氣體工程附屬物，可提高薄膜制造的可行性，生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有HVPE反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本實用新型提供的一種改進襯底氣流方向的HVPE反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本實用新型工作時的示意圖；
[0018]圖4為本實用新型安裝在HVPE設(shè)備中的示意圖。

【具體實施方式】
[0019]為使本實用新型更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0020]實施例
[0021]如圖2所示，為本實用新型提供的一種改進襯底氣流方向的HVPE反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括殼體11，殼體11的頂部安裝一塊主干7，主干7的一側(cè)插入安裝噴射管一 8、噴射管二 9，另一側(cè)插入安裝進氣管二 4、進氣管三5。噴射管一 8、噴射管二 9和進氣管二 4、進氣管三5分別位于主干7中心的兩側(cè)，且一字排開，噴射管二 9和進氣管二 4更靠近主干7中心。噴射管二 9、進氣管二 4穿過主干7設(shè)于殼體11內(nèi)的端部安裝一個比其自身管徑大的噴射板。殼體11內(nèi)設(shè)有一塊基板座2，基板座2上放2塊基板S，分別位于基板座2中心的兩側(cè)，一塊位于噴射管一 8、噴射管二 9下方，另一塊位于進氣管二 4、進氣管三5下方。基板座2中心安裝一根進氣管一 3，進氣管一 3的上下兩端從基板座2中露出，進氣管一 3的頂端開多個噴射孔12，噴射孔12的方向為:從進氣管一 3噴射孔12流出的氣體向水平面流動?；遄?與殼體11內(nèi)壁內(nèi)壁之間的間隙形成排氣口 10。
[0022]本實用新型用于生產(chǎn)GaN時，具體工藝流程如下(如圖3所示，箭頭為氣體流動方向):
[0023]從進氣管一 3通入的第一反應(yīng)氣體在基板座2的中央部分水平方向噴射,與主干7內(nèi)側(cè)頂部貫通，并與主干7保留一定的距離安置(氣體可噴射在周圍的距離)。從進氣管二 4通入的第二反應(yīng)氣體從基板座2的上方垂直向下噴射,使第二反應(yīng)氣體在基板座2的下方流動，完成生長的氣體從排氣口 10排出。
[0024]進氣管一 3位于基板座2內(nèi)的管段內(nèi)部形成第一空間I，顯然，進氣管一 3與第一空間I連通；進氣管二 4的噴射板與主干7與噴射板上側(cè)形成的第二空間II是相通的，即進氣管二 4噴射板的噴射區(qū)設(shè)置在第二空間II內(nèi)。
[0025]從噴射管二 9通入的氣體通過噴射板噴在基板座2上方，從噴射管一 8內(nèi)噴射出的氣體因噴射管二 9噴射板的噴射方向無法逆流，從而與第一反應(yīng)氣體反應(yīng)，并且在基板S上形成均勻的膜。
[0026]本實用新型提供的HVPE反應(yīng)器安裝在HVPE設(shè)備中的示意圖如圖4所示，將上述反應(yīng)器R安裝在HVPE設(shè)備A內(nèi)，在反應(yīng)器R的周圍設(shè)有加熱器H。
【權(quán)利要求】
1.一種改進襯底氣流方向的反應(yīng)器，其特征在于，包括殼體(11),殼體(11)的頂部設(shè)有主干(7),殼體(11)內(nèi)設(shè)有基板座(2),主干(7)的一側(cè)設(shè)有噴射管一(日)、噴射管二(9),^ 一側(cè)設(shè)有進氣管二( 4 )、進氣管三(5 )；基板座(2 )上設(shè)有基板(8 )；基板座(2 )中心設(shè)有進氣管一(3),進氣管一(3)的上下兩端從基板座(2)中露出，其中頂端設(shè)有噴射孔(12):基板座(2 )與殼體(11)內(nèi)壁之間的間隙形成排氣0(1(0。
2.如權(quán)利要求1所述的改進襯底氣流方向的反應(yīng)器，其特征在于，從所述進氣管一(3)噴射孔(12)的開孔方向為:從該噴射孔流出的氣體向水平面流動。
3.如權(quán)利要求1所述的改進襯底氣流方向的反應(yīng)器，其特征在于，所述噴射管一(已)、噴射管二(9)和進氣管二 “)、進氣管三(5)分別位于噴射板(7)中心的兩側(cè)，且一字排開，噴射管二( 9 )和進氣管二( 4 )更靠近噴射板(7 )中心。
4.如權(quán)利要求3所述的改進襯底氣流方向的反應(yīng)器，其特征在于，所述噴射管二(幻、進氣管二(4)穿過主干(7)設(shè)于殼體(11)內(nèi)的端部設(shè)有比其自身管徑大的噴射板。
【文檔編號】C23C16/34GK204138764SQ201420439183
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】許楨, 金施耐, 金東植 申請人:上海世山科技有限公司, 上海正帆科技有限公司