[發明專利]一種化合物半導體大面積氣相外延用圓環形噴口分布方式

在審

• 申請號: 201410029034.3
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103789825A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 張俊業;劉鵬;左然;趙紅軍;魏武;張國義;童玉珍
• 申請（專利權）人: 東莞市中鎵半導體科技有限公司;北京大學
• 主分類號: C30B25/14
• 分類號: C30B25/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于制備半導體薄膜的氣相外延（VPE）裝置及方法，尤其是一種實現大面積均勻沉積的氫化物氣相外延（HVPE）裝置噴頭的噴口分布方式。

背景技術

氣相外延（VPE）技術廣泛用于制備半導體薄膜或厚膜，其中的氫化物氣相外延（HVPE）技術具有生長速度快、生產成本低等特點，非常適用于III族氮化物半導體材料生長，例如氮化鎵（GaN）厚膜的生長。為了大批量地生長高質量的氮化鎵厚膜，期望在HVPE反應室的較大襯底和/或更多襯底以及較大沉積區域之上的氣體前驅物均勻混合，但同時盡可能避免生長中強烈的寄生反應。這些因素非常重要，其直接影響生產電子器件的質量和成本，故而影響器件在市場中的競爭力。

在氣相外延（VPE）、氫化物氣相外延（HVPE）生長中，噴頭噴口的主要作用在于各種氣體的傳輸及隔離。然而此時，噴頭噴口的結構及其排布，對所噴出氣體的速度及分布、對各氣體的混合及反應區域所處位置、混合濃度及流場分布，都有著很大的影響。

目前氫化物氣相外延（HVPE）技術所使用的噴口結構大多數為同心圓結構，例如發明專利?CN?201310012478.1，公開了一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，通過各路氣源彼此隔離以及多個噴頭集成使用的方式，改善氣相外延的生長質量，提高生產效率。這種同心圓結構在小尺寸襯底或者小面積區域沉積上具有一定優勢，但是當襯底尺寸變大或者個數增多，即大面積區域沉積時，由于環形結構限制，襯底上前驅物的混合很難均勻，III族和V族前驅物將沿徑向呈周期性變化趨勢，而不是均勻混合。因此不適用于大尺寸襯底或者多片襯底的同時生長。所以對于氫化物氣相外延（HVPE）技術所使用的噴頭進行改進是十分必要的。

發明內容

本發明的主要目的是，設計一種噴頭噴口的新型排布結構，在較大的襯底和較大的沉積區域之上，既提供均勻的前驅物混合問題，同時又保持不同前驅物在噴口附近相互隔離而避免噴口污染，從而實現III族氮化物半導體材料的大批量生產并提高生產效率。為此，本發明噴頭噴口，提出一種具有同心圓環小噴口，各自獨立、交叉、密排結構，使從平面噴頭的各同心圓形小噴口噴出的第一前驅物（或III族氣體）、第二前驅物（或V族氣體）、惰性氣體（或氮氣）以及載氣，既保證在噴口附近被相互隔離，又確保一離開噴口附近進入襯底前方混合反應區便充分均勻混合，形成均勻濃度、流場。

本發明的HVPE裝置的噴頭結構特點包括：

1.?各自獨立的同心圓形噴口或含單孔圓形噴口，在噴頭上相互平行、交叉、密集排布；

2.?通常，同心圓噴口的內圓孔均為前驅物噴口，而其外環孔為惰性氣體噴口。外環孔所噴出的惰性氣體將不同前驅物氣體在噴口附近彼此有效隔離，以防止在噴口附近混合發生反應導致噴口污染；

3.?而同心圓形噴口的交叉、密集排布，加以通過流量調節分別控制各前驅物，可確保它們一離開各自噴口附近進入襯底前方反應區便充分混合形成均勻濃度、流場，以便在襯底表面生長均勻薄膜；

4.?噴頭各噴口的結構及設置可有以下幾種：①兩種前驅物噴口均為同心圓形噴口，使其平行、交叉、密集排布；②一種前驅物噴口為同心圓形噴口，另一種前驅物氣體為單一圓形噴口，使其平行、交叉、密集排布，這種情況，噴口面積偏小，可多密排、交叉排布；③多種前驅物情況，其中幾種前驅物噴口均為同心圓形噴口，而其余前驅物噴口均為單一圓形噴口，使它們按一定規則有序、平行、交叉、密集排布。

附圖說明

在圓形法蘭噴頭上，交叉、平行、密集排布，許多具有內圓孔和外環孔的同心圓形小噴口、或同心圓形與單圓孔形皆有的小噴口。所述噴口，可以是第一前驅物（如III族氣體）噴口、第二前驅物（如V族氣體）噴口和惰性氣體（如氮氣）噴口，也可以是有更多種前驅物或惰性氣體噴口。噴口直徑為mm量級。如附圖1、附圖2、附圖3所示。

?附圖1說明：

1.?附圖1（a）為第一種圓環形噴口排布方式示意圖，附圖1（b）為其局部放大圖；

2.?在圓形法蘭噴頭上，分別由第一前驅物同心圓形噴口陣列和第二前驅物同心圓形噴口陣列，沿橫向、縱向，均以交替、平行、相鄰交錯對應、密集排布；

3.?第一前驅物和第二前驅物分別由各自同心圓形噴口的內圓孔噴口噴出，惰性氣體則從其外環孔噴口噴出。

附圖2說明：

1.?附圖2（a）為第二種圓環形噴口排布方式示意圖，附圖2（b）為其局部放大圖；