專利名稱：一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在襯底上化學氣相沉積(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)用的噴頭設計。
背景技術：
隨著對于LED、LD、晶體管和集成電路的需求增加,沉積高質量III族-氮化物薄膜的效率呈現出更大的重要性。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，比如氮化鎵(GaN)晶片的大批量生產。為了增加產量和生產能力，期望在較大的襯底和/或多個襯底即在較大面積沉積區域之上前驅物均勻混合。這些因素非常重要，由于它直接影響生產成本和產品在市場中的競爭力。目前氫化物氣相外延(HVPE)用的噴頭結構大多數為圓形結構，在小尺寸襯底或少數襯底的生長上具有一定優勢。當襯底尺寸變大或個數增多即大面積范圍沉積時，由于圓形噴頭的結構限制，前驅物的混合不夠均勻，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生長上，目前半導體生長設備上的噴頭結構在大尺寸/大沉積面積上的使用時具有嚴重局限性，現用噴頭因其前驅物及其混合氣體，在大面積襯底上沉積生長晶體時的均勻性不佳及生產效率過低，所以對氫化物氣相外延(HVPE)用的噴頭結構進行改進是十分有必要的。
發明內容
本發明的目地在于針對現有技術存在的不足，提供一種解決在較大的襯底或多片襯底的晶體生長中，在大面積沉積區域提供前驅物混合氣體的均勻流場問題。本發明采用一種同心圓環噴頭結構，使第一前驅物、第二前驅物、各種保護性氣體以及載氣在反應區域內充分混合后形成大面積范圍的均勻流場。為實現上述目的，本發明公開了一種插線式燈頭座，通過以下的技術方案加以實現
一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，包含有一個以上獨立的進氣管道，進氣管道上設有監控調節進氣流速和流量的控制器，控制器監控管道內氣體的流速、流量并調節使其均勻流場，噴頭底部設有出氣擋板，噴頭內設有一個以上同心圓環，同心圓環為筒狀，噴頭內中心設有一中心圓環，中心圓環外的同心圓環的外壁與內壁頂端之間設有密封板，同心圓環的外壁與內壁底端之間設有出氣擋板，同心圓環的外壁、內壁、密封板與出氣擋板形成一立體的隔離區域，各同心圓環之間形成獨立腔體并且相互隔離，各同心圓環頂端的密封板上連接一個獨立的進氣管道，各同心圓環底端的出氣擋板上設有一個及以上的出氣孔，噴頭下面設有圓形反應腔，各獨立的進氣管道通入不同金屬源或氣體。在其中一些實施例中，所述同心圓環個數根據前驅物及保護性氣體數量同比設置。在其中一些實施例中，所述進氣管道的數量由襯底片的大小或數量來決定。
在其中一些實施例中，所述同心圓環的中心圓環的出氣擋板上設有一個出氣孔(噴口)，外圈圓環的出氣擋板上設有逐漸真多的多個出氣孔(噴口)，出氣孔(噴口)的孔徑根據前驅物及保護性氣體的混合量調節大小。在其中一些實施例中，所述噴頭采用石英材質，噴頭的出氣擋板上從出氣孔(噴口)噴出的氣體在圓形反應腔內均勻混合反應。在其中一些實施例中，所述同心圓環噴頭中心部位的出氣孔(噴口)面積比外圍圓環的出氣孔(噴口)面積小。在其中一些實施例中，所述獨立的進氣管道通入的不同氣源獨立管控，同心圓環內的氣體隔離開來分別予以管控，彼此間不產生干擾。
在其中一些實施例中，所述同心圓環獨立腔體內的氣體在出氣擋板內均勻分布。在其中一些實施例中，所述圓形反應腔的反應區域內的前驅物均勻混合，形成均勻的流場氣體。本發明采用同心圓環噴頭結構，通過噴頭的內部管道結構，氣體從其噴口噴出后，在反應區域內充分均勻混合后形成均勻的流場。本發明同心圓環型噴頭使用石英或各種高強度，且熱膨脹系數較低的材質，因此在高溫下使用下不容易發生變形或損壞，并對設備、襯底生長不產生影響。本發明的同心圓環整體結構的噴頭特別適用于圓形反應腔，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。由于同心圓環噴頭中心部位的噴口面積比外圍的噴口面積小，故采用獨立的進氣管道設計，通過監控調節進氣的流速和流量，形成反應區域內均勻流場；各獨立管道可通入不同金屬源或氣體，可方便地進行多金屬源的襯底生長和工藝調試。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，利于在反應區域形成更均勻的流場。本發明通過各路氣源彼此隔離并獨立管控，以及多個噴頭集成使用的方式，使前驅物以及各種氣體混合后形成大面積范圍的均勻流場并沉積在襯底表面，明顯改善大面積沉底的生長晶體質量，大幅提聞生廣效率。
圖1為本發明實施例的剖面示意圖。圖2為本發明實施例的結構示意圖。圖3為本發明實施例的仰視立體示意圖。
具體實施例方式為能進一步了解本發明的特征、技術手段以及所達到的具體目的、功能，解析本發明的優點與精神，藉由以下結合附圖與具體實施方式
對本發明的詳述得到進一步的了解。本發明提供一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，包含有一個以上獨立的進氣管道1，獨立的進氣管道I上設有監控調節進氣流速和流量的控制器，控制器監控管道內氣體的流速、流量并調節使其均勻流場，各種氣體隔離開來予以管控，噴頭4底部設有出氣擋板3，嗔頭4米用冋心圓環2結構。參見附圖1，獨立進氣管道，采用獨立的進氣管道設計，通過監控調節進氣的流速和流量，形成在反應區域內形成均勻的流場；同心圓環的整體結構，使用這種結構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，以利反應區域流場均勻。同心圓環2為筒狀，噴頭4內中心設有一中心圓環，中心圓環外的同心圓環2的外壁與內壁頂端之間設有密封板，同心圓環2的外壁與內壁底端之間設有出氣擋板3，同心圓環2的外壁、內壁、密封板與出氣擋板3形成一立體的隔離區域，各同心圓環2之間形成獨立腔體并且相互隔離，同心圓環2個數根據前驅物及保護性氣體數量同比設置，進氣管道I的數量由襯底片的大小或數量來決定，各同心圓環2頂端的密封板上連接一個獨立的進氣管道1，各同心圓環2底端的出氣擋板3上設有一個及以上的出氣孔(噴口)，可以中心圓環的出氣擋板3上設有一個出氣孔(噴口)，外圈圓環的出氣擋板3上設有逐漸真多的多個出氣孔(噴口)，出氣孔(噴口)的孔徑根據前驅物及保護性氣體的混合量調節大小。噴頭4下面設有圓形反應腔，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腔內均勻混合反應，參見附圖2，同心圓環結構提供多個彼此隔離的管道，使多種氣體通過噴口噴出后，在其下方區域混合反應。噴頭4中心部位的中心圓環底部出氣孔(噴口)面積比外圍圓環的出氣孔(噴口)面積小，各獨立的進氣管道I通入不同金屬源或氣體，獨立的進氣管道I通入的不同氣體獨立管控，彼此間不產生干擾，各同心圓環2的氣體在出氣擋板3內均勻分布，同心圓環2內的氣體隔離開來分別予以管控，在圓形反應腔的反應區域提供均勻的前驅物混合，形成均勻的流場。實施例一
涉及化學氣相沉積(CVD)或者氫化物氣相外延(HVPE)的反應都需要在高溫條件下進行。所以噴頭材質需要選擇高強度，不與反應氣體產生化學反應、熱膨脹系數較低的材質，如石英制作噴頭。噴頭的管道最少為三個，即為金屬源、氮氣和氨氣管道。當不同的氣體通過同心圓環結構噴頭時，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，利于在反應區域形成更均勻的流場。獨立的進氣管道，便于監控調節每個管道氣體的流速、流量，利于管控工藝，利于提高晶體質量和生長均勻性。同心圓環管道的數量可根據襯底片的大小或數量來決定，當襯底尺寸較小或數量不多時，選用少量管道覆蓋襯底表面即可。當選用大尺寸襯底或增加襯底數量時，可增加管道數量，以便使均勻流暢覆蓋所有襯底表面。同心圓環結構的噴頭尤其適合大尺寸襯底或者多數量襯底的生長，其圓形的噴口設計使混合氣體在襯底上方形成大范圍的均勻流場分布，不會因為襯底尺寸過大或者襯底數量過多而導致晶體生長不均勻，利于大規模生產。實施例二
涉及化學氣相沉積(CVD)或者氫化物氣相外延(HVPE)的反應都需要在高溫條件下進行。所以噴頭材質需要選擇高強度，不與反應氣體產生化學反應，且熱膨脹系數較低的材質，譬如石英做噴頭。噴頭采用獨立管道設計，對通入的不同氣體獨立管控，彼此間不產生干擾。同心圓環與獨立進氣管道的設計，對所通入的多種金屬源或氣體，可以方便地進行工藝調試。同心圓環的隔離結構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，利于在反應區域形成更均勻的流場。獨立的進氣管道，便于調節每個管道的氣體的流速、流量，利于管控工藝，利于提高晶體質量和生長均勻性。同心圓環管道的數量可根據襯底片大小或其數量決定，當襯底尺寸較小或者襯底數量不多時，選用少量管道覆蓋襯底表面即可。當選用大尺寸襯底或者增加襯底數量時，可增加管道數量，以便使均勻流暢覆蓋所有襯底表面。同心圓環結構的噴頭尤其適合大尺寸襯底或者多數量襯底的生長，其圓形的噴口設計使混合氣體在襯底上方形成大范圍的均勻流場分布，不會因為襯底尺寸過大或者襯底數量過多而導致晶體生長不均勻，利于大規模生產。本發明可以在較大的襯底和較大的沉積區域之上提供均勻的前驅物混合，采用 噴頭整體同心圓環結構，通過各路氣源彼此隔離且各自獨立監控進行調節，以及多個噴頭集成使用的方式，使前驅物以及各種氣體混合后形成大面積范圍的均勻流場并沉積在襯底表面，明顯改善大面積沉底的生長晶體質量，提高生產出來的外延片的質量，從而實現III族-氮化物半導體晶片的大批量生產，大幅提高生產效率。以上所述實施例僅表達了本發明的部分實施方式，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，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，包含有一個以上獨立的進氣管道，其特征在于，所述進氣管道上設有監控調節進氣流速和流量的控制器，所述控制器監控管道內氣體的流速、流量并調節使其均勻流場，所述噴頭底部設有出氣擋板，所述噴頭內設有一個以上同心圓環，同心圓環為筒狀,噴頭內中心設有一中心圓環，中心圓環外的同心圓環的外壁與內壁頂端之間設有密封板，同心圓環的外壁與內壁底端之間設有出氣擋板，同心圓環的外壁、內壁、密封板與出氣擋板形成一立體的隔離區域，各同心圓環之間形成獨立腔體并且相互隔離，各同心圓環頂端的密封板上連接一個獨立的進氣管道，各同心圓環底端的出氣擋板上設有一個及以上的出氣孔，所述噴頭下面設有圓形反應腔，各獨立的進氣管道通入不同金屬源或氣體。
2.根據權利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，其特征在于，所述進氣管道的數量由襯底片的大小或數量來決定。
3.根據權利要求2所述的一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，其特征在于，所述同心圓環個數根據前驅物及保護性氣體數量同比設置。
4.根據權利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，其特征在于，所述同心圓環的中心圓環的出氣擋板上設有一個出氣孔，外圈圓環的出氣擋板上設有逐漸真多的多個出氣孔，出氣孔的孔徑根據前驅物及保護性氣體的混合量調節大小。
5.根據權利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，其特征在于，所述噴頭采用石英材質，所述噴頭的出氣擋板上從出氣孔噴出的氣體在圓形反應腔內均勻混合反應。
6.根據權利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，其特征在于，所述同心圓環噴頭中心部位的出氣孔面積比外圍圓環的出氣孔面積小。
7.根據權利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，其特征在于，所述獨立的進氣管道通入的不同氣源獨立管控，所述同心圓環內的氣體隔離開來分別予以管控，彼此間不產生干擾。
8.根據權利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，其特征在于，所述同心圓環獨立腔體內的氣體在出氣擋板內均勻分布。
9.根據權利要求1所述的一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，其特征在于，所述圓形反應腔的反應區域內的前驅物均勻混合，形成均勻的流場氣體。
全文摘要
本發明公開了一種材料氣相外延用同心圓環噴頭結構，解決在較大的襯底或多片襯底的晶體生長中，在大面積沉積區域提供前驅物混合氣體的均勻流場問題。本發明包含有一個以上獨立的進氣管道，進氣管道上設有監控調節進氣流速和流量的控制器，噴頭底部設有出氣擋板，噴頭內設有一個以上同心圓環，各同心圓環之間形成獨立腔體并且相互隔離，各同心圓環頂端連接一個獨立的進氣管道，各同心圓環底端的出氣擋板上設有一個及以上的出氣孔。本發明通過各路氣源彼此隔離并獨立管控，以及多個噴頭集成使用的方式，明顯改善大面積沉底的生長晶體質量，大幅提高生產效率。
文檔編號C30B25/14GK103014846SQ201310012478
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者張俊業, 劉鵬, 畢綠燕, 趙紅軍, 袁志鵬, 張國義, 童玉珍 申請人:東莞市中鎵半導體科技有限公司, 北京大學