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

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過對基板表面均勻地供應氣體來生長薄膜的氫氣氣相生長 (HVPE)反應器，具體涉及一種提高注入整個反應器內(nèi)部的氣體供應和其均衡度，以完成更 高水平的薄膜生長的HVPE反應器。

【背景技術】
[0002] HVPE是化學氣相沉積設備的一種，在GaN的生長過程中由Ga和N的先驅的氣相變 化和反應，利用非平行生長方法的半導體工程設備。反應器內(nèi)部注入III-V族氣體，通過氣 體的熱解和化學反應，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，因為反應機理較簡單，所以 維持間單。
[0003] 如圖1，為現(xiàn)有HVPE反應器的結構示意圖，包括與外部隔離的石英管1，設于石英 管1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1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1外側設置管型加熱器H。
[0004] 在進氣管一 3中通入氮氣流通，使石英管1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)生化學反應的固體物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] 上述反應器存在以下問題：
[0006] 因為石英管1的形狀為圓形，所以不適合使基板座2變?yōu)榭尚D的。為了替換導 入在進氣管二4內(nèi)部的固體物，先要分離石英管1裝有進氣管一側的法蘭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1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，須要要把3根進氣管設置成較 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；構造上水平結構的原因，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，使已反應的氣體不會生長在基板S上。水平結構的反 應器的基板座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，均勻性等品質方面有不好 的傾向。尤其是反應氣體的效率低，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，導致產(chǎn)生對生長毫無用處的氣體產(chǎn)生化學反應，產(chǎn)生很多副產(chǎn)品，對后處理產(chǎn)生 一定的難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有HVPE反應器中存在的對流和擴散現(xiàn)象，導致基板S上的反 應不均勻的問題。
[0009] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種改進襯底氣流方向的HVPE反應器，其特征 在于，包括殼體，殼體的頂部設有主干，殼體內(nèi)設有基板座，主干的一側設有噴射管一、噴射 管二，另一側設有進氣管二、進氣管三；基板座上設有基板；基板座中心設有進氣管一，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 偵牝且一字排開，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于殼體內(nèi)的端部設有比其自身管 徑大的噴射板。
[0013] 優(yōu)選地，所述噴射管一和噴射管二相互流通且各自噴氣。
[0014] 本發(fā)明提供的反應器內(nèi)部空間有可容納多塊基板的基板座，也有從外部供應的反 應氣體供入內(nèi)部空間的噴射裝置，使從進氣管一通入的第一反應氣體供應部分，從進氣管 二通入的形成其他第二反應氣體供應部分。而第一反應氣體和第二反應氣體是各有獨立的 滯留空間，這兩種氣體從各自的滯留空間流入反應器內(nèi)部時，第一反應氣體通過水平方向， 第二反應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 的反應氣體和副產(chǎn)品通過排氣口排到外部。
[0015] 本發(fā)明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 反應器用于生產(chǎn)氮化鎵的方式，可在大多數(shù)半導體基板上形成均勻的延伸結構的薄膜。采 用本發(fā)明提供的HVPE反應器，即使薄膜制作用反應器的面積變大，氣體也可以供應所有范 圍，提高外徑厚度的均勻性，可實現(xiàn)反應器的大型化，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】
[0016] 圖1為現(xiàn)有HVPE反應器的結構示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明提供的一種改進襯底氣流方向的HVPE反應器的結構示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明工作時的示意圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明安裝在HVPE設備中的示意圖。

【具體實施方式】
[0020] 為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0021] 實施例
[0022] 如圖2所示，為本發(fā)明提供的一種改進襯底氣流方向的HVPE反應器的結構示意 圖，包括殼體11，殼體11的頂部安裝一塊主干7,主干7的一側插入安裝噴射管一 8、噴射管 二9,另一側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，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，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的開孔方向為：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。
[0023] 本發(fā)明用于生產(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）：
[0024] 從進氣管一 3通入的第一反應氣體在基板座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通入的第二反應氣體從基板座2的上方垂直向下噴射，使第二反應氣體在基板座2的 下方流動，完成生長的氣體從排氣口 10排出。
[0025] 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)設置在第二空間II內(nèi)。
[0026] 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，從而與第一反應氣體反應，并且在基板S 上形成均勻的膜。
[0027] 本發(fā)明提供的HVPE反應器安裝在HVPE設備中的示意圖如圖4所示，將上述反應 器R安裝在HVPE設備A內(nèi)，在反應器R的周圍設有加熱器H。
【權利要求】
1. 一種改進襯底氣流方向的HVPE反應器，其特征在于，包括殼體（11)，殼體（11)的頂 部設有主干（7)，殼體（11)內(nèi)設有基板座（2)，主干（7)的一側設有噴射管一（8)、噴射管 二（9)，另一側設有進氣管二（4)、進氣管三（5);基板座⑵上設有基板⑶；基板座⑵中 心設有進氣管一（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口（10)。
2. 如權利要求1所述的改進襯底氣流方向的HVPE反應器，其特征在于，從所述進氣管 一（3)噴射孔（12)的開孔方向為：從該孔流出的氣體向水平面流動。
3. 如權利要求1所述的改進襯底氣流方向的HVPE反應器，其特征在于，所述噴射管一 (8) 、噴射管二（9)和進氣管二（4)、進氣管三（5)分別位于噴射板（7)中心的兩側，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. 如權利要求3所述的改進襯底氣流方向的HVPE反應器，其特征在于，所述噴射管二 (9) 、進氣管二（4)穿過主干（7)設于殼體（11)內(nèi)的端部設有比其自身管徑大的噴射板。
5. 如權利要求1所述的改進襯底氣流方向的HVPE反應器，其特征在于，所述噴射管一 (8)和噴射管二（9)相互流通且各自噴氣。
【文檔編號】C23C16/455GK104120408SQ201410382372
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權日: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