專利名稱：一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在襯底上化學(xué)氣相沉積(CVD)的裝置，特別涉及一種大面積均勻沉積的氫化物氣相外延(HVPE)用的噴頭設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)于LED、LD、晶體管和集成電路的需求增加,沉積高質(zhì)量III族-氮化物薄膜的效率呈現(xiàn)出更大的重要性。氫化物氣相外延(HVPE)技術(shù)具有生長(zhǎng)速度快，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，非常適用于III族-氮化物半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)，比如氮化鎵(GaN)晶片的大批量生產(chǎn)。為了增加產(chǎn)量和生產(chǎn)能力，期望在較大的襯底和/或多個(gè)襯底即在較大面積沉積區(qū)域之上前驅(qū)物均勻混合。這些因素非常重要，由于它直接影響生產(chǎn)成本和產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。目前氫化物氣相外延(HVPE)用的噴頭結(jié)構(gòu)大多數(shù)為圓形結(jié)構(gòu)，在小尺寸襯底或少數(shù)襯底的生長(zhǎng)上具有一定優(yōu)勢(shì)。當(dāng)襯底尺寸變大或個(gè)數(shù)增多即大面積范圍沉積時(shí)，由于圓形噴頭的結(jié)構(gòu)限制，前驅(qū)物的混合不夠均勻，或者覆蓋面積過小，而不適合用于在大尺寸襯底或者多片襯底的同時(shí)生長(zhǎng)上，目前半導(dǎo)體生長(zhǎng)設(shè)備上的噴頭結(jié)構(gòu)在大尺寸/大沉積面積上的使用時(shí)具有嚴(yán)重局限性，現(xiàn)用噴頭因其前驅(qū)物及其混合氣體，在大面積襯底上沉積生長(zhǎng)晶體時(shí)的均勻性不佳及生產(chǎn)效率過低，所以對(duì)氫化物氣相外延(HVPE)用的噴頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)是十分有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目地在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種解決在較大的襯底或多片襯底的晶體生長(zhǎng)中，在大面積沉積區(qū)域提供前驅(qū)物混合氣體的均勻流場(chǎng)問題。本發(fā)明采用一種同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，使第一前驅(qū)物、第二前驅(qū)物、各種保護(hù)性氣體以及載氣在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)充分混合后形成大面積范圍的均勻流場(chǎng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種插線式燈頭座，通過以下的技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)
一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，包含有一個(gè)以上獨(dú)立的進(jìn)氣管道，進(jìn)氣管道上設(shè)有監(jiān)控調(diào)節(jié)進(jìn)氣流速和流量的控制器，控制器監(jiān)控管道內(nèi)氣體的流速、流量并調(diào)節(jié)使其均勻流場(chǎng)，噴頭底部設(shè)有出氣擋板，噴頭內(nèi)設(shè)有一個(gè)以上同心圓環(huán)，同心圓環(huán)為筒狀，噴頭內(nèi)中心設(shè)有一中心圓環(huán)，中心圓環(huán)外的同心圓環(huán)的外壁與內(nèi)壁頂端之間設(shè)有密封板，同心圓環(huán)的外壁與內(nèi)壁底端之間設(shè)有出氣擋板，同心圓環(huán)的外壁、內(nèi)壁、密封板與出氣擋板形成一立體的隔離區(qū)域，各同心圓環(huán)之間形成獨(dú)立腔體并且相互隔離，各同心圓環(huán)頂端的密封板上連接一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)氣管道，各同心圓環(huán)底端的出氣擋板上設(shè)有一個(gè)及以上的出氣孔，噴頭下面設(shè)有圓形反應(yīng)腔，各獨(dú)立的進(jìn)氣管道通入不同金屬源或氣體。在其中一些實(shí)施例中，所述同心圓環(huán)個(gè)數(shù)根據(jù)前驅(qū)物及保護(hù)性氣體數(shù)量同比設(shè)置。在其中一些實(shí)施例中，所述進(jìn)氣管道的數(shù)量由襯底片的大小或數(shù)量來決定。
在其中一些實(shí)施例中，所述同心圓環(huán)的中心圓環(huán)的出氣擋板上設(shè)有一個(gè)出氣孔(噴口)，外圈圓環(huán)的出氣擋板上設(shè)有逐漸真多的多個(gè)出氣孔(噴口)，出氣孔(噴口)的孔徑根據(jù)前驅(qū)物及保護(hù)性氣體的混合量調(diào)節(jié)大小。在其中一些實(shí)施例中，所述噴頭采用石英材質(zhì)，噴頭的出氣擋板上從出氣孔(噴口)噴出的氣體在圓形反應(yīng)腔內(nèi)均勻混合反應(yīng)。在其中一些實(shí)施例中，所述同心圓環(huán)噴頭中心部位的出氣孔(噴口)面積比外圍圓環(huán)的出氣孔(噴口)面積小。在其中一些實(shí)施例中，所述獨(dú)立的進(jìn)氣管道通入的不同氣源獨(dú)立管控，同心圓環(huán)內(nèi)的氣體隔離開來分別予以管控，彼此間不產(chǎn)生干擾。
在其中一些實(shí)施例中，所述同心圓環(huán)獨(dú)立腔體內(nèi)的氣體在出氣擋板內(nèi)均勻分布。在其中一些實(shí)施例中，所述圓形反應(yīng)腔的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的前驅(qū)物均勻混合，形成均勻的流場(chǎng)氣體。本發(fā)明采用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，通過噴頭的內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)，氣體從其噴口噴出后，在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)充分均勻混合后形成均勻的流場(chǎng)。本發(fā)明同心圓環(huán)型噴頭使用石英或各種高強(qiáng)度，且熱膨脹系數(shù)較低的材質(zhì)，因此在高溫下使用下不容易發(fā)生變形或損壞，并對(duì)設(shè)備、襯底生長(zhǎng)不產(chǎn)生影響。本發(fā)明的同心圓環(huán)整體結(jié)構(gòu)的噴頭特別適用于圓形反應(yīng)腔，從該噴頭噴出的混合氣體可在大面積范圍均勻地覆蓋在襯底盤上，使晶體在襯底上均勻生長(zhǎng)。由于同心圓環(huán)噴頭中心部位的噴口面積比外圍的噴口面積小，故采用獨(dú)立的進(jìn)氣管道設(shè)計(jì)，通過監(jiān)控調(diào)節(jié)進(jìn)氣的流速和流量，形成反應(yīng)區(qū)域內(nèi)均勻流場(chǎng)；各獨(dú)立管道可通入不同金屬源或氣體，可方便地進(jìn)行多金屬源的襯底生長(zhǎng)和工藝調(diào)試。噴頭底部的出氣擋板，使氣體出口為擋板式出氣孔，所噴出氣體均勻分布，利于在反應(yīng)區(qū)域形成更均勻的流場(chǎng)。本發(fā)明通過各路氣源彼此隔離并獨(dú)立管控，以及多個(gè)噴頭集成使用的方式，使前驅(qū)物以及各種氣體混合后形成大面積范圍的均勻流場(chǎng)并沉積在襯底表面，明顯改善大面積沉底的生長(zhǎng)晶體質(zhì)量，大幅提聞生廣效率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的剖面示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的仰視立體示意圖。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征、技術(shù)手段以及所達(dá)到的具體目的、功能，解析本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神，藉由以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的詳述得到進(jìn)一步的了解。本發(fā)明提供一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，包含有一個(gè)以上獨(dú)立的進(jìn)氣管道1，獨(dú)立的進(jìn)氣管道I上設(shè)有監(jiān)控調(diào)節(jié)進(jìn)氣流速和流量的控制器，控制器監(jiān)控管道內(nèi)氣體的流速、流量并調(diào)節(jié)使其均勻流場(chǎng)，各種氣體隔離開來予以管控，噴頭4底部設(shè)有出氣擋板3，嗔頭4米用冋心圓環(huán)2結(jié)構(gòu)。參見附圖1，獨(dú)立進(jìn)氣管道，采用獨(dú)立的進(jìn)氣管道設(shè)計(jì)，通過監(jiān)控調(diào)節(jié)進(jìn)氣的流速和流量，形成在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成均勻的流場(chǎng)；同心圓環(huán)的整體結(jié)構(gòu)，使用這種結(jié)構(gòu)可使各種氣體隔離開來予以管控；出氣擋板，可使所噴出氣體均勻分布，以利反應(yīng)區(qū)域流場(chǎng)均勻。同心圓環(huán)2為筒狀，噴頭4內(nèi)中心設(shè)有一中心圓環(huán)，中心圓環(huán)外的同心圓環(huán)2的外壁與內(nèi)壁頂端之間設(shè)有密封板，同心圓環(huán)2的外壁與內(nèi)壁底端之間設(shè)有出氣擋板3，同心圓環(huán)2的外壁、內(nèi)壁、密封板與出氣擋板3形成一立體的隔離區(qū)域，各同心圓環(huán)2之間形成獨(dú)立腔體并且相互隔離，同心圓環(huán)2個(gè)數(shù)根據(jù)前驅(qū)物及保護(hù)性氣體數(shù)量同比設(shè)置，進(jìn)氣管道I的數(shù)量由襯底片的大小或數(shù)量來決定，各同心圓環(huán)2頂端的密封板上連接一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)氣管道1，各同心圓環(huán)2底端的出氣擋板3上設(shè)有一個(gè)及以上的出氣孔(噴口)，可以中心圓環(huán)的出氣擋板3上設(shè)有一個(gè)出氣孔(噴口)，外圈圓環(huán)的出氣擋板3上設(shè)有逐漸真多的多個(gè)出氣孔(噴口)，出氣孔(噴口)的孔徑根據(jù)前驅(qū)物及保護(hù)性氣體的混合量調(diào)節(jié)大小。噴頭4下面設(shè)有圓形反應(yīng)腔，噴頭4的出氣擋板3上從出氣孔(噴口)噴出的氣體在圓形反應(yīng)腔內(nèi)均勻混合反應(yīng)，參見附圖2，同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)提供多個(gè)彼此隔離的管道，使多種氣體通過噴口噴出后，在其下方區(qū)域混合反應(yīng)。噴頭4中心部位的中心圓環(huán)底部出氣孔(噴口)面積比外圍圓環(huán)的出氣孔(噴口)面積小，各獨(dú)立的進(jìn)氣管道I通入不同金屬源或氣體，獨(dú)立的進(jìn)氣管道I通入的不同氣體獨(dú)立管控，彼此間不產(chǎn)生干擾，各同心圓環(huán)2的氣體在出氣擋板3內(nèi)均勻分布，同心圓環(huán)2內(nèi)的氣體隔離開來分別予以管控，在圓形反應(yīng)腔的反應(yīng)區(qū)域提供均勻的前驅(qū)物混合，形成均勻的流場(chǎng)。實(shí)施例一
涉及化學(xué)氣相沉積(CVD)或者氫化物氣相外延(HVPE)的反應(yīng)都需要在高溫條件下進(jìn)行。所以噴頭材質(zhì)需要選擇高強(qiáng)度，不與反應(yīng)氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、熱膨脹系數(shù)較低的材質(zhì)，如石英制作噴頭。噴頭的管道最少為三個(gè)，即為金屬源、氮?dú)夂桶睔夤艿?。?dāng)不同的氣體通過同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)噴頭時(shí)，將它們隔離開來。在出口處的擋板式出氣孔，使所噴出氣體均勻分布，利于均勻混合，利于在反應(yīng)區(qū)域形成更均勻的流場(chǎng)。獨(dú)立的進(jìn)氣管道，便于監(jiān)控調(diào)節(jié)每個(gè)管道氣體的流速、流量，利于管控工藝，利于提高晶體質(zhì)量和生長(zhǎng)均勻性。同心圓環(huán)管道的數(shù)量可根據(jù)襯底片的大小或數(shù)量來決定，當(dāng)襯底尺寸較小或數(shù)量不多時(shí)，選用少量管道覆蓋襯底表面即可。當(dāng)選用大尺寸襯底或增加襯底數(shù)量時(shí)，可增加管道數(shù)量，以便使均勻流暢覆蓋所有襯底表面。同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)的噴頭尤其適合大尺寸襯底或者多數(shù)量襯底的生長(zhǎng)，其圓形的噴口設(shè)計(jì)使混合氣體在襯底上方形成大范圍的均勻流場(chǎng)分布，不會(huì)因?yàn)橐r底尺寸過大或者襯底數(shù)量過多而導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)不均勻，利于大規(guī)模生產(chǎn)。實(shí)施例二
涉及化學(xué)氣相沉積(CVD)或者氫化物氣相外延(HVPE)的反應(yīng)都需要在高溫條件下進(jìn)行。所以噴頭材質(zhì)需要選擇高強(qiáng)度，不與反應(yīng)氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，且熱膨脹系數(shù)較低的材質(zhì)，譬如石英做噴頭。噴頭采用獨(dú)立管道設(shè)計(jì)，對(duì)通入的不同氣體獨(dú)立管控，彼此間不產(chǎn)生干擾。同心圓環(huán)與獨(dú)立進(jìn)氣管道的設(shè)計(jì)，對(duì)所通入的多種金屬源或氣體，可以方便地進(jìn)行工藝調(diào)試。同心圓環(huán)的隔離結(jié)構(gòu)將不同氣體隔離開來，出口處的擋板式出氣孔使所噴出氣體均勻分布，利于均勻混合，利于在反應(yīng)區(qū)域形成更均勻的流場(chǎng)。獨(dú)立的進(jìn)氣管道，便于調(diào)節(jié)每個(gè)管道的氣體的流速、流量，利于管控工藝，利于提高晶體質(zhì)量和生長(zhǎng)均勻性。同心圓環(huán)管道的數(shù)量可根據(jù)襯底片大小或其數(shù)量決定，當(dāng)襯底尺寸較小或者襯底數(shù)量不多時(shí)，選用少量管道覆蓋襯底表面即可。當(dāng)選用大尺寸襯底或者增加襯底數(shù)量時(shí)，可增加管道數(shù)量，以便使均勻流暢覆蓋所有襯底表面。同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)的噴頭尤其適合大尺寸襯底或者多數(shù)量襯底的生長(zhǎng)，其圓形的噴口設(shè)計(jì)使混合氣體在襯底上方形成大范圍的均勻流場(chǎng)分布，不會(huì)因?yàn)橐r底尺寸過大或者襯底數(shù)量過多而導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)不均勻，利于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明可以在較大的襯底和較大的沉積區(qū)域之上提供均勻的前驅(qū)物混合，采用 噴頭整體同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)，通過各路氣源彼此隔離且各自獨(dú)立監(jiān)控進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及多個(gè)噴頭集成使用的方式，使前驅(qū)物以及各種氣體混合后形成大面積范圍的均勻流場(chǎng)并沉積在襯底表面，明顯改善大面積沉底的生長(zhǎng)晶體質(zhì)量，提高生產(chǎn)出來的外延片的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)III族-氮化物半導(dǎo)體晶片的大批量生產(chǎn)，大幅提高生產(chǎn)效率。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的部分實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，包含有一個(gè)以上獨(dú)立的進(jìn)氣管道，其特征在于，所述進(jìn)氣管道上設(shè)有監(jiān)控調(diào)節(jié)進(jìn)氣流速和流量的控制器，所述控制器監(jiān)控管道內(nèi)氣體的流速、流量并調(diào)節(jié)使其均勻流場(chǎng)，所述噴頭底部設(shè)有出氣擋板，所述噴頭內(nèi)設(shè)有一個(gè)以上同心圓環(huán)，同心圓環(huán)為筒狀,噴頭內(nèi)中心設(shè)有一中心圓環(huán)，中心圓環(huán)外的同心圓環(huán)的外壁與內(nèi)壁頂端之間設(shè)有密封板，同心圓環(huán)的外壁與內(nèi)壁底端之間設(shè)有出氣擋板，同心圓環(huán)的外壁、內(nèi)壁、密封板與出氣擋板形成一立體的隔離區(qū)域，各同心圓環(huán)之間形成獨(dú)立腔體并且相互隔離，各同心圓環(huán)頂端的密封板上連接一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)氣管道，各同心圓環(huán)底端的出氣擋板上設(shè)有一個(gè)及以上的出氣孔，所述噴頭下面設(shè)有圓形反應(yīng)腔，各獨(dú)立的進(jìn)氣管道通入不同金屬源或氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述進(jìn)氣管道的數(shù)量由襯底片的大小或數(shù)量來決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述同心圓環(huán)個(gè)數(shù)根據(jù)前驅(qū)物及保護(hù)性氣體數(shù)量同比設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述同心圓環(huán)的中心圓環(huán)的出氣擋板上設(shè)有一個(gè)出氣孔，外圈圓環(huán)的出氣擋板上設(shè)有逐漸真多的多個(gè)出氣孔，出氣孔的孔徑根據(jù)前驅(qū)物及保護(hù)性氣體的混合量調(diào)節(jié)大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述噴頭采用石英材質(zhì)，所述噴頭的出氣擋板上從出氣孔噴出的氣體在圓形反應(yīng)腔內(nèi)均勻混合反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述同心圓環(huán)噴頭中心部位的出氣孔面積比外圍圓環(huán)的出氣孔面積小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述獨(dú)立的進(jìn)氣管道通入的不同氣源獨(dú)立管控，所述同心圓環(huán)內(nèi)的氣體隔離開來分別予以管控，彼此間不產(chǎn)生干擾。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述同心圓環(huán)獨(dú)立腔體內(nèi)的氣體在出氣擋板內(nèi)均勻分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圓形反應(yīng)腔的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的前驅(qū)物均勻混合，形成均勻的流場(chǎng)氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種材料氣相外延用同心圓環(huán)噴頭結(jié)構(gòu)，解決在較大的襯底或多片襯底的晶體生長(zhǎng)中，在大面積沉積區(qū)域提供前驅(qū)物混合氣體的均勻流場(chǎng)問題。本發(fā)明包含有一個(gè)以上獨(dú)立的進(jìn)氣管道，進(jìn)氣管道上設(shè)有監(jiān)控調(diào)節(jié)進(jìn)氣流速和流量的控制器，噴頭底部設(shè)有出氣擋板，噴頭內(nèi)設(shè)有一個(gè)以上同心圓環(huán)，各同心圓環(huán)之間形成獨(dú)立腔體并且相互隔離，各同心圓環(huán)頂端連接一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)氣管道，各同心圓環(huán)底端的出氣擋板上設(shè)有一個(gè)及以上的出氣孔。本發(fā)明通過各路氣源彼此隔離并獨(dú)立管控，以及多個(gè)噴頭集成使用的方式，明顯改善大面積沉底的生長(zhǎng)晶體質(zhì)量，大幅提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)C30B25/14GK103014846SQ201310012478
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者張俊業(yè), 劉鵬, 畢綠燕, 趙紅軍, 袁志鵬, 張國(guó)義, 童玉珍 申請(qǐng)人:東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司, 北京大學(xué)