CN113445129A - 一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及GaN制备技术领域，且公开了一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，包括安装基板和沉积底座，所述安装基板的底部表面以其中心为圆心由内向外安装有多个用于隔离气体的环形导流圈，安装基板的底部表面中心处安装有混合导流圈，混合导流圈的内腔中心处安装有多个用于工艺气体导流的隔离圈，所述安装基板的底部表面中心处通过连接杆安装有混流挡板。该防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，未沉积的工艺气体呈辐射状扩散在工艺气体回流区内回流，隔离气体气膜层对未沉积的工艺气体进行引导回收，从而有效的降低工艺气体回流对设备表面产生腐蚀，降低或避免回流工艺气体对沉积的GaN材料成长的影响。
Description
技术领域
本发明涉及GaN制备相关技术领域，具体为一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构。
背景技术
GaN是第三代宽禁带半导体的典型代表，已被广泛应用于半导体照明、微波功率器件和电力电子器件等方面，展现出巨大的应用前景。用于氮化镓生长的最理想衬底自然是氮化镓单晶材料，这样的同质外延(即外延层和衬底是同一种材料)可以大大提高外延膜的晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。
GaN半导体材料的生长方法主要有金属有机物气相外延沉积法(MOCVD)、氢化物气相外延沉积法(HVPE)和气相反应(CAD)等方法。其中MOCVD是最常用的技术之一，具有晶体质量高、均匀性好、操作简单、容易控制等优点，HVPE法具有很高的生长速度，可达每小时几十甚至上百微米，十分适于生长厚膜GaN衬底，但由于生长速率快，外延薄膜容易产生裂纹，而且均匀性也有待提高。
通过金属有机物气相外延沉积法(MOCVD)、氢化物气相外延沉积法(HVPE)和气相反应(CAD)等方法在生产加工时均需要将工艺气体进行混合沉积，工艺气体在衬底基板上沉积，工艺气体不可避免的与衬底基板进行冲击，使得工艺气体产生回流，易对设备的上基板表面产生腐蚀现象，同时工艺气体的回流影响设备反应腔内的气流导向，影响GaN材料制备成长的质量，因此发明人设计了一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，解决上述技术问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，解决了气相延伸反应中的工艺气体回流影响GaN晶体成长质量的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，包括安装基板和沉积底座，所述安装基板的底部表面以其中心为圆心由内向外安装有多个用于隔离气体的环形导流圈，安装基板的底部表面中心处安装有混合导流圈，混合导流圈的内腔中心处安装有多个用于工艺气体导流的隔离圈，所述安装基板的底部表面中心处通过连接杆安装有混流挡板，环形导流圈和混合导流圈的底部端口处均设置有向外圈倾斜的环形引流坡；
所述安装基板的上表面中心处由内到外环形阵列开设有隔离气体导入接口，环形阵列设置的隔离气体导入接口的底部端口与相对应环形导流圈的内圈相连通，安装基板的上表面中心处开设有工艺气体导入接口，工艺气体导入接口的底部端口与相对应的隔离圈的内侧相连通；
所述沉积底座位于安装基板的正下方，沉积底座的顶部安装有沉积基板，沉积基板和沉积底座之间组成隔离气体回流通道。
优选的，相邻的两个所述环形导流圈之间组成隔离气体导流腔，混合导流圈和隔离圈之间组成工艺气体混合腔。
优选的，所述环形导流圈和混合导流圈的底部端口相平齐，混流挡板位于隔离圈端口的正下方。
优选的，所述隔离气体导流腔内的隔离气体通过相邻的两个两个环形导流圈端口处导出形成隔离气体气膜层。
优选的，所述工艺气体混合腔通过混合导流圈的端口处导出形成工艺气体沉积通道。
优选的，所述工艺气体沉积通道所导出的沉积气体冲击沉积基板形成辐射状的工艺气体回流区。
优选的，所述隔离气体气膜层与工艺气体回流区合流导入回流通道形成废气回收区，废气回收区将未沉积的工艺气体进行收集，避免未沉积工艺气体影响GaN材料的成长。
优选的，所述环形导流圈和混合导流圈与相对应的环形引流坡均为一体成型，相邻的环形导流圈内径差相等，保障隔离气体导流腔所导出的隔离气体气膜层能够稳定形成，使得隔离气体气膜层能够将回流的工艺气体引导回收。
优选的，所述环形引流坡的环形倾斜角度为锐角。
(三)有益效果
本发明提供了一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构。具备以下有益效果：
该防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，通过设置环形导流圈和混流圈相互配合，在设备使用时，隔离气体导入接口和工艺气体导入接口分别对隔离气体和工艺气体进行连通导流，隔离气体在隔离气体导流腔内流通，隔离气体通过环形引流坡的端口环形倾斜导出行测隔离气体气膜层，工艺气体通过混流挡板的阻挡在工艺气体混合腔内混合流通，最后通过混合导流圈的端口垂直导出，垂直导出的混合工艺气体在沉积基板上沉积，未沉积的工艺气体呈辐射状扩散在工艺气体回流区内回流，位于内圈的隔离气体气膜层对未沉积的工艺气体进行引导回收，从而有效的降低工艺气体回流对设备表面产生腐蚀，降低或避免回流工艺气体对沉积的GaN材料成长的影响。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明气流导向示意图。
图中：1安装基板、2环形导流圈、3混合导流圈、4隔离圈、5隔离气体导入接口、6工艺气体导入接口、7混流挡板、8环形引流坡、9沉积底座、10沉积基板、11隔离气体回流通道、12隔离气体导流腔、13工艺气体混合腔、14隔离气体气膜层、15工艺气体沉积通道、16工艺气体回流区、17废气回收区。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，包括安装基板1和沉积底座9，安装基板1的底部表面以其中心为圆心由内向外安装有多个用于隔离气体的环形导流圈2，安装基板1的底部表面中心处安装有混合导流圈3，混合导流圈3的内腔中心处安装有多个用于工艺气体导流的隔离圈4，相邻的两个环形导流圈2之间组成隔离气体导流腔12，混合导流圈3和隔离圈4之间组成工艺气体混合腔13，隔离气体导流腔12内的隔离气体通过相邻的两个两个环形导流圈2端口处导出形成隔离气体气膜层14，安装基板1的底部表面中心处通过连接杆安装有混流挡板7，环形导流圈2和混合导流圈3的底部端口相平齐，混流挡板7位于隔离圈4端口的正下方，工艺气体混合腔13通过混合导流圈3的端口处导出形成工艺气体沉积通道15，工艺气体沉积通道15所导出的沉积气体冲击沉积基板10形成辐射状的工艺气体回流区16，隔离气体气膜层14与工艺气体回流区16合流导入回流通道11形成废气回收区17，废气回收区17将未沉积的工艺气体进行收集，避免未沉积工艺气体影响GaN材料的成长，环形导流圈2和混合导流圈3的底部端口处均设置有向外圈倾斜的环形引流坡8，环形引流坡8的环形倾斜角度为锐角，环形导流圈2和混合导流圈3与相对应的环形引流坡8均为一体成型，相邻的环形导流圈2内径差相等，保障隔离气体导流腔12所导出的隔离气体气膜层14能够稳定形成，使得隔离气体气膜层14能够将回流的工艺气体引导回收。
安装基板1的上表面中心处由内到外环形阵列开设有隔离气体导入接口5，环形阵列设置的隔离气体导入接口5的底部端口与相对应环形导流圈2的内圈相连通，安装基板1的上表面中心处开设有工艺气体导入接口6，工艺气体导入接口6的底部端口与相对应的隔离圈4的内侧相连通。
沉积底座9位于安装基板1的正下方，沉积底座9的顶部安装有沉积基板10，沉积基板10和沉积底座9之间组成隔离气体回流通道11。
综上可得，隔离气体导入接口5和工艺气体导入接口6分别对隔离气体和工艺气体进行连通导流，隔离气体在隔离气体导流腔12内流通，工艺气体通过混流挡板7的阻挡在工艺气体混合腔13内混合流通，最后通过混合导流圈3的端口垂直导出，垂直导出的混合工艺气体在沉积基板10上沉积，未沉积的工艺气体呈辐射状扩散在工艺气体回流区16内回流，位于内圈的隔离气体气膜层14对未沉积的工艺气体进行引导回收。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，包括安装基板和沉积底座，其特征在于：所述安装基板的底部表面以其中心为圆心由内向外安装有多个用于隔离气体的环形导流圈，安装基板的底部表面中心处安装有混合导流圈，混合导流圈的内腔中心处安装有多个用于工艺气体导流的隔离圈，所述安装基板的底部表面中心处通过连接杆安装有混流挡板，环形导流圈和混合导流圈的底部端口处均设置有向外圈倾斜的环形引流坡；
所述安装基板的上表面中心处由内到外环形阵列开设有隔离气体导入接口，环形阵列设置的隔离气体导入接口的底部端口与相对应环形导流圈的内圈相连通，安装基板的上表面中心处开设有工艺气体导入接口，工艺气体导入接口的底部端口与相对应的隔离圈的内侧相连通；
所述沉积底座位于安装基板的正下方，沉积底座的顶部安装有沉积基板，沉积基板和沉积底座之间组成隔离气体回流通道。
2.根据权利要求1所述的一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，其特征在于：相邻的两个所述环形导流圈之间组成隔离气体导流腔，混合导流圈和隔离圈之间组成工艺气体混合腔。
3.根据权利要求1所述的一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，其特征在于：所述环形导流圈和混合导流圈的底部端口相平齐，混流挡板位于隔离圈端口的正下方。
4.根据权利要求3所述的一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，其特征在于：所述隔离气体导流腔内的隔离气体通过相邻的两个两个环形导流圈端口处导出形成隔离气体气膜层。
5.根据权利要求3所述的一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，其特征在于：所述工艺气体混合腔通过混合导流圈的端口处导出形成工艺气体沉积通道。
6.根据权利要求5所述的一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，其特征在于：所述工艺气体沉积通道所导出的沉积气体冲击沉积基板形成辐射状的工艺气体回流区。
7.根据权利要求5所述的一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，其特征在于：所述隔离气体气膜层与工艺气体回流区合流导入回流通道形成废气回收区。
8.根据权利要求5所述的一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，其特征在于：所述环形导流圈和混合导流圈与相对应的环形引流坡均为一体成型，相邻的环形导流圈内径差相等。
9.根据权利要求5所述的一种防止工艺气体回流的气相外延反应腔结构，其特征在于：所述环形引流坡8的环形倾斜角度为锐角。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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