專利名稱：狹縫式多氣體輸運噴頭結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種狹縫式多氣體輸運噴頭結構，尤其是涉及一種具有多氣體噴頭的狹縫式多氣體輸運噴頭結構。
背景技術：
III- V族半導體材料，如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)等，具有寬的直接帶隙、高的熱導率、化學穩(wěn)定性好等性質，廣泛地應用于微電子器件和光電子器件，如用于照明或背光源的半導體發(fā)光二極管(LED)，用于信息存儲和激光打印的藍紫光激光器(LD)以及紫外 (UV)探測器和高頻高功率的晶體管等，目前對III- V族半導體材料的研究與應用是全球半導體研究的前沿與熱點。在競爭日益激烈的III - V族半導體器件領域，商業(yè)化運行要求半導體設備能夠一次性在大尺寸以及多數(shù)量的襯底上進行III-V族半導體材料的生長，將產能最大化。目前典型的商業(yè)化半導體生產設備，比如金屬有機物化學氣相淀積系統(tǒng)(MOCVD)和氫化物氣相外延系統(tǒng)(HVPE)，其設計理念一直向著提高產能、降低成本的方向發(fā)展。目前市場上主流的商用半導體設備，比如金屬有機物化學氣相淀積系統(tǒng) (M0CVD),大部分都采用了垂直式反應腔設計，通過反應腔上方的噴頭將沉積所需要的III族和V族源氣體輸運進反應腔，垂直的氣流到達石墨基座后，在基座表面形成一層很薄的滯留層，在該滯留層內反應物通過擴散作用越過滯留層擴散至襯底表面，并在襯底表面成核、 進行薄膜生長，反應的副產物擴散回滯留層后，隨著主氣流被泵抽離反應腔，此類設計可以很好地保證薄膜沉積的均勻性以及可靠性?，F(xiàn)今，半導體設備中狹縫式多氣體輸運噴頭結構的設計面臨著產能規(guī)?；?、擴大狹縫式多氣體輸運噴頭結構容量的同時，控制氣體對流場、減少預反應的發(fā)生的問題，而傳統(tǒng)的HVPE系統(tǒng)無法解決此問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是針對上述背景技術存在的缺陷提供一種反應效率高、滿足商業(yè)化規(guī)模的要求的狹縫式多氣體輸運噴頭結構。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種狹縫式多氣體輸運噴頭結構，包括噴頭，所述噴頭上設有若干進氣管道、若干輔助氣路管道、第一勻氣孔板、第二勻氣孔板及導流板，所述進氣管道管壁與輔助氣路管道空間連通，所述第一勻氣孔板外側設有若干相互平行的進氣管道，所述第一勻氣孔板橫切相交進氣管道，所述第一勻氣孔板內側下面設有平行的第二勻氣孔板，第一勻氣孔板上與進氣管道橫切相交處開設有第一氣孔，所述第二勻氣孔板上開設有若干第二氣孔，第一勻氣孔板內側相鄰進氣管道之間設有與進氣管道平行的導流板， 所述導流板連接第一勻氣孔板及第二勻氣孔板后向下延伸。進一步地，所述第二氣孔分布比第一氣孔密集。進一步地，所述噴頭置于導流壁上，所述導流壁之間設有支撐底座，所述支撐底座上設置有基座，所述噴頭、導流壁及基座共同圍成一反應空間。進一步地，所述基座中部凸設有三角突起。進一步地，所述噴頭、導流壁及支撐底座的材質可為石英；基座的材質可為石墨、 碳化硅、石英或有碳化硅涂層的石墨。進一步地，所述導流板延伸向反應空間內，從而在基座的上部形成若干分割區(qū)。進一步，所述分割區(qū)的氣路依次設置為III族源氣體、隔離氣體、V族源氣體。進一步地，所述進氣管道與輔助氣路管道成一定角度設置。綜上所述，本發(fā)明通過在分割區(qū)中的III族和V族源氣體之間始終間隔一路隔離氣體，可有效防止發(fā)生預反應，提高反應效率；當噴頭長度增加時，增加對應的輔助氣路管道數(shù)量，通過調節(jié)氣體流量保證噴頭出口處氣流的濃度和速度均勻分布，從而滿足大規(guī)模生產設備的需要。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明一種實施例的結構示意圖。圖3為本發(fā)明另一種實施例的結構示意圖。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的特征、技術手段以及所達到的具體目的、功能，下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述。請參閱圖1及圖2，本發(fā)明狹縫式多氣體輸運噴頭結構包括噴頭1，噴頭1上設有若干進氣管道10、若干輔助氣路管道20、第一勻氣孔板30、第二勻氣孔板40及導流板50， 進氣管道10管壁與輔助氣路管道20空間連通，第一勻氣孔板30外側設有若干相互平行的進氣管道10，第一勻氣孔板30橫切相交進氣管道10，第一勻氣孔板30內側下面設有平行的第二勻氣孔板40，第一勻氣孔板30上與進氣管道10橫切相交處開設有第一氣孔31，第二勻氣孔板40上開設有若干第二氣孔41，第二氣孔41分布比第一氣孔31密集。第一勻氣孔板30內側相鄰進氣管道10之間設有與進氣管道10平行的導流板50，導流板50連接第一勻氣孔板30及第二勻氣孔板40后向下延伸，從而在基座4的上部形成若干分割區(qū)61。 進氣管道10水平間隔地排列于第一勻氣孔板30上，進氣管道10通過第一氣孔31及第二氣孔41與狹縫式多氣體輸運噴頭結構連通。請參閱圖2，噴頭1置于導流壁2上，兩導流壁2之間設有支撐底座3，支撐底座3 上設置有基座4，襯底5設置于基座4上，基座4中部凸設有三角突起41，三角突起41用以防止反應氣體產生中心渦流。噴頭1、導流壁2及基座4共同圍成一反應空間6，應空間 6的兩側還形成有一對排氣出口 7。噴頭1、導流壁2及支撐底座3的材質可為石英；基座 4的材質可為石墨、碳化硅、石英或有碳化硅涂層的石墨；襯底5的尺寸為四英寸，材料可為砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)、硅(Si )、碳化硅(SiC)、藍寶石(A1203)或者已經生長了一層氮化鎵基材料的藍寶石(GaN/A1203)。本發(fā)明狹縫式多氣體輸運噴頭結構在使用時，氣體由噴頭1的進氣管道10及輔助氣路管道20通入，水平的氣流進入進氣管道10后，從進氣管道10下面的第一勻氣孔板30
4溢出，水平流動的氣流從而被強制轉為垂直流動，并再次經過第二勻氣孔板40，保證各處氣流的濃度和流速一致，經過兩級勻氣孔板后，每個分割區(qū)61對應的氣路完全實現(xiàn)了水平進氣轉化為均勻的垂直氣流。不同氣路的分割區(qū)61的寬度可以進行調節(jié)，來滿足不同的出口速度控制要求，當分割區(qū)61寬度變寬之后，相應的第二勻氣孔板40上的第二氣孔41數(shù)量也會隨著增加，從而保證氣體流場的均勻性。為了保證薄膜沉積的均勻性，噴頭1的總長度的典型尺寸為2500-3000mm，噴頭1 的橫向寬度的典型尺寸為200-250mm ；進氣管道10內徑的典型尺寸為l_3mm、壁厚的典型尺寸為l_3mm ；輔助氣路管道20內徑的典型尺寸為l_3mm、壁厚的典型尺寸為l_3mm ；輔助氣路20之間間隔的典型尺寸為200-300mm ；每個分割區(qū)61的寬度的典型尺寸為0. 5_3mm ；導流板50的高度的典型尺寸為l_50mm、導流板50的厚度的典型尺寸為0. 5_3mm ；第一勻氣孔板30和第二勻氣孔板40之間距離的典型尺寸為l_3mm ；第一氣孔31及第二氣孔41的孔洞直徑的典型尺寸為0. 1-2. 5mm。請參閱圖1及圖2，在此實施例中，分割區(qū)61對應的氣路以中軸線鏡像對稱分布氣體源，依次設置為III族源氣體、隔離氣體、V族源氣體，III族源氣體一般為III族金屬元素 (Al、Ga或h)的鹵化物；隔離氣體一般為氫氣(H2)、氮氣(N2)、惰性氣體或者三者中某兩種或者三種氣體的混合氣體；V族源氣體一般為氨氣(NH3)。本實施例采用噴頭1中的兩路輸運III族源氣體，III族源氣體典型的流量為lO-lOOOsccm，此氣路同時也摻入一定量的隔離氣體，摻入的隔離氣體典型流量為10-5000SCCm，III族源氣體與隔離氣體的混合氣體從噴頭1噴出，即圖1中標注的A氣體；采用另外兩路氣路輸運V族源氣體，V族源氣體的典型流量為100-5000Sccm，此氣路同時也摻入一定量的隔離氣體，摻入的隔離氣體典型值為 10-5000sccm, V族源氣體與隔離氣體混合后從噴頭1噴出，即圖1中的C氣體；在III族和V 族源氣體之間的氣路為隔離氣體，即圖1中的B氣體，以隔開A氣體和C氣體從而防止在噴口處發(fā)生預反應而造成不期望的沉積。氣體在兩襯底5上方的空間均勻混合，輸運至基座 4的三角突起41，中心部位的氣流被引導為向兩側水平流動，三角突起41減少了中心渦流產生的可能，水平的氣流通過基座4時形成很薄的滯留層，氣相反應物在此滯留層中通過擴散作用到達襯底5表面，外延生長出氮化鎵基材料，反應的副產物從襯底5的表面擴散到滯留層，并隨著主氣流剩迅速從反應空間6兩側的排氣出口 7被抽走，保證了反薄膜沉積的均勻性。同時，應空間6與中中軸線呈鏡像對稱，左右對稱的襯底5所處的生長條件完全一致，可以外延生長高質量的氮化鎵晶體，通過設計不同長度的噴頭1，可以同時對五十個兩英寸襯底進行沉積，滿足商業(yè)化規(guī)模的要求。請參閱圖3，在此實施例中，本實施例采用噴頭中的五路輸運III族源氣體，III族源氣體典型的流量為10-1000SCCm，此氣路同時也摻入一定量的隔離氣，摻入的載氣典型流量為10-5000SCCm，III族源氣體與隔離氣的混合氣體從噴頭1噴出，即圖2中標注的A氣體； 采用另外兩路氣路輸運V族源氣體，V族源氣體的典型流量為100-5000sCCm，此氣路同時也摻入一定量的隔離氣，摻入的隔離氣典型值為10-5000sCCm，V族源氣體與載氣混合后從噴頭1噴出，即圖2中的C氣體；在III族和V族源氣體之間的氣路通入載氣做為隔離氣體， 即圖2中標注的B氣體，以隔開A氣體和C氣體從而防止發(fā)生預反應而造成不期望的沉積。 反應氣體在襯底5上方的混合均勻后輸運至基座4，主氣流在泵的作用下被引導為向兩側水平流動，水平的氣流通過基座4時形成很薄的滯留層，氣相反應物在此滯留層中通過擴
5散作用到達襯底5表面，外延生長出氮化鎵基材料，反應的副產物再從襯底5表面擴散，并隨著主氣流剩迅速從反應腔兩側的排氣出口 7被抽走。在本實施例中，噴頭1左右兩側靠近導流壁的氣路設置為隔離氣體，即B氣體，這是為了保持導流壁2的清潔，如果在導流壁2上發(fā)生了不期望的沉積會造成基座4表面的溫度發(fā)生偏移，會對工藝的穩(wěn)定性造成影響；在本實施例中襯底5的尺寸為四英寸，通過密集分布的、III族氣體-隔離氣體-V族氣體相互間隔的狹縫式噴頭設計，減小反應空間6 的高度，提高混合的均勻性，到達基座4的表面后混合氣體的水平流動距離很短，保證了襯底沉積的均勻性；同時輔助氣路和勻氣孔板的設計保證了流場的均勻性，通過設計不同長度的狹縫式多種氣體輸運噴頭，可以同時對25個四英寸的襯底進行沉積，滿足商業(yè)化的要求。綜上所述，本發(fā)明本發(fā)明通過在分割區(qū)61中的III族和V族源氣體之間始終間隔一路隔離氣體，可有效防止在噴口 1處發(fā)生預反應，提高反應效率。噴頭1的長度增加時，增加對應的輔助氣路管道20的數(shù)量，通過調節(jié)氣體流量保證噴頭1出口處氣流的濃度和速度均勻分布，從而滿足大規(guī)模生產設備的需要。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說， 在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求為準，并涵蓋其合法均等物。
權利要求
1.一種狹縫式多氣體輸運噴頭結構，包括噴頭(1 )，其特征在于所述噴頭(1)上設有若干進氣管道(10)、若干輔助氣路管道(20)、第一勻氣孔板(30)、第二勻氣孔板(40)及導流板(50)，所述進氣管道(10)管壁與輔助氣路管道(20)空間連通，所述第一勻氣孔板(30) 外側設有若干相互平行的進氣管道(10)，所述第一勻氣孔板(30)橫切相交進氣管道(10)， 所述第一勻氣孔板(30)內側下面設有平行的第二勻氣孔板(40)，第一勻氣孔板(30)上與進氣管道(10)橫切相交處開設有第一氣孔(31)，所述第二勻氣孔板(40)上開設有若干第二氣孔(41)，第一勻氣孔板(30)內側相鄰進氣管道(10)之間設有與進氣管道(10)平行的導流板(50)，所述導流板(50)連接第一勻氣孔板(30)及第二勻氣孔板(40)后向下延伸。
2.根據(jù)權利要求1所述的狹縫式多氣體輸運噴頭結構，其特征在于所述第二氣孔 (41)分布比第一氣孔(31)密集。
3.根據(jù)權利要求1所述的狹縫式多氣體輸運噴頭結構，其特征在于所述噴頭(1)置于導流壁(2)上，所述導流壁(2)之間設有支撐底座(3)，所述支撐底座(3)上設置有基座(4)， 所述噴頭(1)、導流壁(2)及基座(4)共同圍成一反應空間(5)。
4.根據(jù)權利要求4所述的狹縫式多氣體輸運噴頭結構，其特征在于所述基座(4)中部凸設有三角突起(41)。
5.根據(jù)權利要求4所述的狹縫式多氣體輸運噴頭結構，其特征在于所述噴頭(1)、導流壁(2)及支撐底座(3)的材質為石英；基座(4)的材質為石墨、碳化硅、石英或有碳化硅涂層的石墨。
6.根據(jù)權利要求4所述的狹縫式多氣體輸運噴頭結構，其特征在于所述導流板(50) 延伸向反應空間(5 )內，從而在基座(4 )的上部形成若干分割區(qū)(61)。
7.根據(jù)權利要求7所述的狹縫式多氣體輸運噴頭結構，其特征在于所述分割區(qū)(61) 的氣路依次設置為III族源氣體、隔離氣體、V族源氣體。
8.根據(jù)權利要求1所述的狹縫式多氣體輸運噴頭結構，其特征在于所述進氣管道 (10)與輔助氣路管道(20)成一定角度設置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種狹縫式多氣體輸運噴頭結構，包括噴頭，噴頭上設有若干進氣管道、若干輔助氣路管道、第一勻氣孔板、第二勻氣孔板及導流板，進氣管道管壁與輔助氣路管道空間連通，第一勻氣孔板外側設有若干相互平行的進氣管道，第一勻氣孔板內側相鄰進氣管道之間設有與進氣管道平行的導流板，所述導流板連接第一勻氣孔板及第二勻氣孔板后向下延伸。本發(fā)明能有效減少預反應的發(fā)生，提高反應效率，且當噴頭的長度增加時，增加對應的輔助氣路管道的數(shù)量，實現(xiàn)氣流的濃度和速度均勻分布，從而滿足大規(guī)模生產設備的需要。
文檔編號C30B25/14GK102154691SQ20111014224
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權日2011年5月30日
發(fā)明者劉鵬, 孫永健, 張國義, 李 燮, 袁志鵬, 趙紅軍, 陸羽 申請人:東莞市中鎵半導體科技有限公司