CN116657248A - 一种半导体材料制备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体材料制备系统，属于半导体制备技术领域，通过在炉腔内设置第一隔离板和第二隔离板将炉腔在前后方向上依次分隔为资源腔、缓冲腔和生长腔，有效避免了炉腔内热对流的发生，有利于对温区内温度的调控，实现各温区各自的均温性控制要求；通过特殊的镓舟结构，使得气体在经过镓舟腔时，过流面积是不断变化的，且，气体对镓液液面形成垂直冲击，极大的提高了金属镓与HCL气体的反应转化效率，能够极大的提高生产效率；采用特殊结构的镓源源管，确保了在进行正常供气时供气的稳定、持续，在生产结束时，能够对镓源气体进行泄放，确保生长的半导体材料在预定厚度，实现了快速冷却，进而提高了生产效率。

Description

一种半导体材料制备系统
技术领域
本发明属于半导体制造设备技术领域，具体涉及一种半导体材料制备系统。
背景技术
随着信息技术的快速发展，半导体产业已成为一个重要的战略性产业。近年来，第三代半导体材料已经成为了研究热点，相对于第一代和第二代半导体材料，第三代半导体具有更高的转换效率、更低的能量消耗、更高的工作温度、更高的频率等，这些优势使得第三代半导体材料被广泛应用于新型能源、环境保护、新型信息技术等领域。氮化稼作为第三代半导体材料的典型代表，其目前主流的生产方式是通过氢化物气相外延法（HVPE）来制备，由于这种制备方法具有生长速度快、成本低、生长的氮化镓（GaN）质量好等优点，其被认为是目前最有前景的制备自支撑氮化镓的方法。
目前，通过HVPE方式来制备氮化镓的设备分为立式和卧式两种。在卧式HVPE设备中，通常采用双温区（包括低温区和高温区）的设备进行生产，目前主流的方式是在反应腔室外设置若干个电阻加热器，而反应腔室内部的低温区与高温区一般是贯通的，容易导致温区间的热流传递，影响温度控制。此外，现有的卧式HVPE设备中，一般是将镓舟直接放置在氯化氢（HCL）的进气通道中，利用流动的HCL与镓舟中的金属镓反应生成GaCL气体，以用于在基片（衬底）上沉积进行半导体材料的外延生长，在此过程中，为了确保HCL与镓舟中的金属镓充分反应，减少不必要的氯化铵的产生，减少HCL的使用，通常需要控制HCL气体的流动速度（速度太快容易反应不充分），或者增加HCL气体与镓舟中的金属镓的接触面积，这就无形中降低了生产效率、增大了反应容器的体积，增加了成本。
有鉴于此，需要对现有技术进行改进，因此提出本发明。
发明内容
针对现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种半导体材料制备系统，目的是为了解决以上问题中的至少一个，在提高生产效率的同时提高生产质量。
为了实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种半导体材料制备系统，其包括壳体、进气端法兰结构、第一气源管线、第二气源管线、第三气源管线、镓舟结构、缓冲管、第一隔离板、第二隔离板、镓源源管、基板、尾气端法兰结构、尾气管线和真空泵，其中，壳体内部中空，壳体沿水平方向延伸设置，壳体的前后两端分别通过连接设置进气端法兰结构和尾气端法兰结构以将壳体内部形成前后封闭的炉腔，所述炉腔内设置有沿竖直方向且隔断所述炉腔的第一隔离板和第二隔离板，第一隔离板在前，第二隔离板在后，第一隔离板和第二隔离板将所述炉腔在前后方向上依次分隔为资源腔、缓冲腔和生长腔，资源腔内设置有镓舟结构和缓冲管，镓舟结构的前端与第一气源管线连通，镓舟结构的后端通过镓源源管连通至生长腔以用于为生长腔提供用于生长所述半导体材料的第一原料气，缓冲管的前端与第二气源管线连通，缓冲管的后端通过设置在第一隔离板上的第一气源孔与缓冲腔导通，资源腔的前端设置有与其连通的第三气源管线，第一隔离板上还设置有连通资源腔与缓冲腔的第二气源孔，来自于第二气源管线的气体通过缓冲管后经第一气源孔进入缓冲腔，来自于第三气源管线的气体在通过资源腔内位于镓舟结构和缓冲管外部的空间后经第二气源孔进入缓冲腔，缓冲腔通过设置在第二隔离板上的出气孔连通至生长腔以用于为生长腔提供用于生长所述半导体材料的第二原料气；所述资源腔和生长腔的外部分别设置有相互隔离开的第二加热器和第一加热器；所述生长腔内设置有基板，基板上形成有用于半导体材料生长的衬底，所述尾气端法兰结构上设置有尾气出口，尾气出口通过尾气管线与真空泵相连。
优选的，镓源源管包括依次相连的第一管段和第二管段，第一管段和第二管段的外径相同，第二管段的内径小于第一管段的内径，第一管段和第二管段之间的内部形成有过渡部，第一管段远离第二管段的一端为镓源源管的进气端，过渡部为由第一管段朝向第二管段逐渐缩口的锥形部，喷嘴结构通过过渡部坐放在镓源源管内，第二管段上分布设置有若干分散孔，分散孔用于将第一原料气引导至用于半导体材料生长的衬底上；所述喷嘴结构包括喷嘴座、滑动套、旋钮套和弹簧，喷嘴座的外侧形成有与所述过渡部相匹配的锥面，喷嘴座的内部形成有滑动腔，滑动腔内放置有滑动套和沿前后方向伸缩设置的弹簧，滑动腔的前端设置有旋钮套，旋钮套与喷嘴座的前端可拆卸的固定连接，滑动腔的后端形成有贯通至喷嘴座后端的滑动孔，所述滑动套包括沿前后方向依次设置的滑动头、喷嘴套和燕尾台，滑动头滑动设置在滑动腔内，滑动头的远离旋钮套的一侧设置所述弹簧，喷嘴套滑动设置在滑动孔内，滑动套通过其后端设置的燕尾台与喷嘴座的后端可分离的配合，并且其中，旋钮套的中部具有前后贯穿的通孔，滑动套的中部形成沿前后方向设置的与所述旋钮套的通孔相导通的流体孔，流体孔的后端通过燕尾台被封堵，喷嘴套上形成有与所述流体孔导通的喷口，当第一管段内的气压压力高于第二管段内的气压压力一定值时，也即喷嘴结构上下游的气体压差达到预定值时，喷嘴结构开启，喷口将来自于第一管段内的气体引导至第二管段内。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明的炉腔通过第一隔离板和第二隔离板分隔，在前后方向上依次分隔为资源腔、缓冲腔和生长腔，这样，用于生成并供应氯化镓气体的资源腔与用于半导体材料生长的生长腔相互分隔，使得设备的低温区与高温区之间能够被良好隔离，从而有效避免炉腔内热对流的发生，有利于对温区内温度的调控，实现各温区各自的均温性控制要求；
2、特殊的镓舟结构的设置，能够方便镓舟的安装、拆卸、更换和镓液补充，由于采用隔板与阻流板的形式，使得气体在经过镓舟腔时，过流面积是不断变化的，且，气体对镓液液面形成垂直冲击，这样能够极大的提高金属镓与HCL气体的反应转化效率，由于这种设置，HCL气体的注入速度可以大幅提高，因而能够提高生产效率；
3、镓源源管的设置方式以及其与镓舟结构的配合，确保了在进行正常供气时供气的稳定、持续，在生产结束时，能够对第一原料气即镓源气体进行泄放，确保生长的半导体材料在预定厚度；避免了特殊情况下NH3等窜动至镓舟结构；实现了快速冷却，进而提高了生产效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明所采用的半导体材料制备系统的主体结构示意图；
图2是图1所示镓舟结构的主视结构示意图；
图3是图2所示镓舟结构中的第一隔板的分布结构示意图；
图4是图2所示镓舟结构中的第二隔板的分布结构示意图；
图5是图1所示镓源源管的主视结构示意图；
图6是图5所示镓源源管中设置的法兰结构的主视结构示意图；
图7是图6所示喷嘴结构处于开启状态时的结构示意图；
图8是图6所示喷嘴结构中的滑动套的主视结构示意图；
图9是图6所示喷嘴结构的侧视结构示意图；
图10是图1所示第二隔离板的形状结构示意图；
其中，1-壳体，2-进气端法兰结构，3-第一气源管线，4-第二气源管线，5-第三气源管线，6-镓舟结构，7-缓冲管，8-第一隔离板，9-第二隔离板，10-镓源源管，11-基板，12-尾气端法兰结构，13-尾气管线，14-真空泵，15-生长腔，16-缓冲腔，17-资源腔，18-第一加热器，19-喷嘴结构，20-第二加热器，
61-进气腔，62-第一隔板，63-阻流板，64-第二隔板，65-管壳，66-第三隔板，67-出气腔，68-遮挡板，681-阻液板，69-金属镓液，
621-第一通孔，622-第二通孔，623-开口，641-气流口，642-连通通道，
91-出气孔，
101-第一管段，102-过渡部，103-第二管段，104-分散孔，1011-泄放孔，
191-喷嘴座，192-滑动套，193-旋钮套，194-弹簧，195-锥面，
1921-滑动头，1922-喷嘴套，1923-燕尾台，1924-喷口。
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的一部分实施例，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的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至图10所示，本发明提供了一种半导体材料制备系统，其包括壳体1、进气端法兰结构2、第一气源管线3、第二气源管线4、第三气源管线5、镓舟结构6、缓冲管7、第一隔离板8、第二隔离板9、镓源源管10、基板11、尾气端法兰结构12、尾气管线13和真空泵14，其中，壳体1内部中空（例如为管状壳体），壳体1沿水平方向延伸设置，壳体1的前后两端（图1中以左侧进气端为前，右侧尾气端为后）分别通过连接设置进气端法兰结构2和尾气端法兰结构12以将壳体1内部形成前后封闭的炉腔，所述炉腔内设置有沿竖直方向且隔断所述炉腔的第一隔离板8和第二隔离板9，第一隔离板8在前，第二隔离板9在后，第一隔离板8和第二隔离板9将所述炉腔在前后方向上依次分隔为资源腔17、缓冲腔16和生长腔15，资源腔17内设置有镓舟结构6和缓冲管7，镓舟结构6的前端与第一气源管线3连通，镓舟结构6的后端通过镓源源管10连通至生长腔15以用于为生长腔15提供用于生长所述半导体材料的第一原料气（主要是GaCL气体），缓冲管7的前端与第二气源管线4连通，缓冲管7的后端通过设置在第一隔离板8上的第一气源孔与缓冲腔16导通，资源腔17的前端设置有与其连通的第三气源管线5，第一隔离板8上还设置有连通资源腔17与缓冲腔16的第二气源孔，来自于第二气源管线4的气体通过缓冲管7后经第一气源孔进入缓冲腔16，来自于第三气源管线5的气体在通过资源腔17内位于镓舟结构6和缓冲管7外部的空间后经第二气源孔进入缓冲腔16，缓冲腔16通过设置在第二隔离板9上的出气孔91连通至生长腔15以用于为生长腔15提供用于生长所述半导体材料的第二原料气（例如氨气与氮气的混合气体）；所述资源腔17和生长腔15的外部分别设置有相互隔离开的第二加热器20和第一加热器18；所述生长腔15内设置有基板11，基板11上形成有用于半导体材料生长的衬底，所述尾气端法兰结构12上设置有尾气出口，尾气出口通过尾气管线13与真空泵14相连。
需要说明的是，现有技术中，在利用卧式HVPE设备进行氮化镓等半导体材料的制备时，通常采用具有低温区和高温区的双温区设备，低温区的温度通常为850℃左右，主要用于发生金属Ga与HCl的反应，将液相Ga金属转变成气相的GaCl，然后被输运到用于生长的衬底区域，高温区域温度通常在1000~1100℃，主要用于发生GaCl与NH3的反应以在衬底上实现GaN晶体的外延生长。实际生产过程中，反应腔室内部的低温区与高温区一般是贯通的，这样能够方便各原料气进行平稳且充分的混合，然而，这也容易导致温区间的热流传递，从而影响对不同温区的温度控制，无法确保同一温区内的均温控制；同时，为了改善生长质量，通常需要加入载气例如氮气等，载气可以与原料气之间单独加入，然后引入至生长区域进行混合，也可以是与各原料气分别混合后再引入至生产区域混合，前一种方式容易导致混合不均匀，影响生长治疗，而后一种方式使得对原料气成分的调控复杂。本发明通过以上技术方案，首先，第一隔离板8和第二隔离板9的设置将炉腔在前后方向上依次分隔为资源腔17、缓冲腔16和生长腔15，第二加热器20设置在资源腔17外，第一加热器18设置在生长腔15外，这样，在第一隔离板8、第二隔离板9以及两者之间的缓冲腔16的作用下，资源腔17与生长腔15之间隔离效果大大提高，由于镓舟结构6设置在资源腔17内，而用于半导体材料生长的衬底设置在生长腔15内，因此低温区与高温区之间能够被良好隔离，从而有效避免热对流的发生，这样有利于对温区内温度的调控；其次，由于缓冲腔16的存在，其能够为部分原料气源的混合提供混合空间，这样，即使载气与原料气之间单独加入，也能够通过缓冲腔16将载气与部分原料气进行充分混合，提高了混合效果和效率，从而确保后续的生长质量。
这里以图1所示为例进行简要说明，参见图1，第一气源管线3用于单独注入HCL气体，第二气源管线4用于单独注入NH3气体，第三气源管线5用于单独注入N2气体，其中，N2气体作为载气而被注入，在生产过程中，N2气体与NH3气体能够在缓冲腔16处混合，在混合之后再从第二隔离板9的出气孔91进入至生长腔15内，因此，NH3气体在进入生长腔15前已经与载气进行了充分混合，在载气的携带作用下，能够确保NH3气体、气相的GaCl与载气在生产区域能够充分的均匀分散在彼此中，使原料的供给比与生长的晶体的组成比之间呈线性关系，从而改善晶体组成的可控制性。当然，可以理解的是，这里仅仅涉及的是一个示例，实际生产过程中，第二气源管线4、第三气源管线5中所输入的气体也可以是其它气体，可以是原料气也可以是载气，例如氢气、氧气、氯气、氩气，等等。另外，在本发明的示例中，第一气源管线3用于单独注入HCL气体以与金属Ga进行反应生成气相的GaCl，所注入的HCL气体中可以引入载气，也可以不引入。
为了更好的实现本发明的目的，所述镓舟结构6采用为两端开口的管状结构，以前端为入口端，后端为出口端，这样，如图1至图2所示，镓舟结构6跨接在进气端法兰结构2与第一隔离板8之间，镓舟结构6的入口端形成有进气腔61，进气腔61与第一气源管线3连通，镓舟结构6的出口端形成有出气腔67，出气腔67与镓源源管10的进气端相连通，在进气腔61与出气腔67之间形成有用于盛放金属镓液69的镓舟腔，进气腔61、镓舟腔和出气腔67之间流体连通，并且其中，气体在镓舟腔内的流动为变速流动。通过这样的方式，镓舟结构6直接成为了进气管路的一部分，不同于以往的将镓舟放置在HCL的进气通道中的方式，镓舟结构6两端跨接，能够方便镓舟的安装定位和拆卸；此外，镓舟腔的特殊设置方式能够确保气体在镓舟腔内的流动为变速流动，从而能够增加气体与镓舟结构内的镓液在接触时的扰动，从而提高GaCL的生成率，减少HCL的使用。
在一个具体的实施例中，如图1至图4所示，镓舟结构6包括管壳65，所述进气腔61、镓舟腔和出气腔67均位于管壳65内，进气腔61与镓舟腔之间通过第一隔板62进行部分的隔断，如图3所示，第一隔板62沿管壳65的径向截面横跨管壳65而设置，仅在其顶部形成有用于实现进气腔61与镓舟腔之间流体连通的开口623（需要说明的是，附图中的开口的形状仅仅是示意性的，可以是任意形状的开口），镓舟腔和出气腔67之间通过第三隔板66进行部分的隔断，同样的，第三隔板66沿管壳65的径向截面横跨管壳65而设置，仅在其顶部形成有用于实现镓舟腔与出气腔67之间流体连通的连通口（对应于开口623），金属镓液69被盛放在第一隔板62和第三隔板66之间；此外，管壳65内的顶部还设置有多个沿竖直方向设置的阻流板63，各阻流板63的底部均高于金属镓液69的液面，且各阻流板63的底部与金属镓液69的液面之间的距离不同，阻流板63用于改变镓舟腔内气体在不同位置处的流速。
示例性的，以仅设置一个阻流板63为例，可参见图2（仅看最左侧的靠近第一隔板62的阻流板63），阻流板63为临近第一隔板62而设置，阻流板63固定在管壳65内的顶部，且遮挡在开口623处，阻流板63与第一隔板62之间形成间隙，这种间隙的距离X1可以很小，例如可以使得阻流板63与第一隔板62之间过流面积小于开口623处的过流面积，这样，气体在进入镓舟腔内时，过流面积发生了改变，根据流量流速关系Q=S*v，Q为流量，S为过流面积，v为流体流速，在同一流体通道中，Q为常量，因此，随着过流面积S的变小，气体的流速增大，且由于采用第一隔板62与阻流板63之间形成间隙的这种方式，气体在进入镓舟腔时是垂直向下吹扫的，气体的流速增大也就表明其动能增大，通过调整阻流板63与金属镓液69的液面距离，使得增大流速后的气体撞击在金属镓液69的液面上，从而促进金属镓液69与进入的HCL气体进行高效的反应；显然，当设置多个阻流板63时，可以通过调整不同位置处的过流面积而实现这种流速转变。
为了更好的实现本发明的目的，如图1至图4所示，本实施例在设置第一隔板62和第三隔板66的基础上，还设置有多个第二隔板64，第二隔板64沿管壳65的径向截面横跨管壳65而设置，各第二隔板64的顶部与管壳65之间形成气流口641，各第二隔板64的底部与管壳65之间形成连通通道642，所述气流口641使对应的第二隔板64的前后两侧在顶部连通，所述连通通道642使对应的第二隔板64的前后两侧在底部连通（这样设置，镓舟腔的上部是流体导通的，镓舟腔内的底部也是流体导通的，当上部的气体因流速的改变而对金属镓液69的液面形成不同的冲击时，由于金属镓液69比气体的流动性要弱得多，金属镓液69的液面波动不会太大，同时，由于连通通道642的设置，能够使第二隔板64的前后两侧的金属镓液69产生相互流动，进一步稳定液面，使金属镓液69的液面基本维持稳定），各第二隔板64的顶部均高于金属镓液69的液面，第一隔板62、第二隔板64和第三隔板66中的每一隔板处均对应设置有阻流板63，各阻流板63和与其对应隔板之间的间距不同，例如图2中示出的X1、X2、 X3、X4、X5……等等。这样的设置方式，是为了确保在镓舟腔内存在多处过流面积的改变，使得气体的流速相应改变，促进金属镓液69与进入的HCL气体进行高效的反应。由于都采用竖直设置的隔板，因此，改变速度后的气流都是朝向金属镓液69的液面而运动的，同时，由于第二隔板64的底部与管壳65之间形成连通通道642，因此，不同的气体流速作用下，整个镓舟腔内的金属镓液69的液面是基本保持稳定的，不会因为局部气流过快的吹扫而使镓液分布不均，导致将镓液大量吹出的情况。
为了更好的实现本发明的目的，第一隔板62上还设置有第一通孔621和第二通孔622，第一通孔621和第二通孔622均是沿着炉腔的前后方向而设置，第一通孔621和第二通孔622连通进气腔61和镓舟腔，第一通孔621和第二通孔622位于同一水平位置，在正常生产时，第一通孔621和第二通孔622均通过堵头封堵，在需要添加金属镓液69时，将第一通孔621和第二通孔622处的堵头均取下，将第一通孔621和第二通孔622中的其中一个用于金属镓液69的添加，将第一通孔621和第二通孔622中的另一个用于金属镓液69的溢流观察。如此设置，是为了方便镓液的添加，由于本发明中的镓舟结构6的镓舟腔内设置了多个隔板，通常，这些隔板是与管壳65一体成型或者固定连接成一体的，不同于以往的镓舟方式，因此，本发明设置了特殊镓液添加方式。
为了更好的实现本发明的目的，出气腔67内还设置有遮挡板68和阻液板681，遮挡板68遮挡在镓源源管10的前端，遮挡板68的顶部与管壳65内的顶部相连，阻液板681位于遮挡板68的前端，阻液板681的底部与管壳65内的底部相连，遮挡板68和阻液板681为交错设置，阻液板681的顶部位于出气腔67的中部以下。出气腔67的设置是为了对即将进入生长腔15的气体进行缓冲，确保气流的稳定，同时起到防止未反应的镓液排出的作用，对于少量被冲出的镓液，可以与尚未反应的HCL气体继续反应，提高HCL的转化率。
为了更好的实现本发明的目的，镓源源管10内设置有喷嘴结构19，喷嘴结构19用于当其上下游的气体压差达到预定值时才开启。
较佳的，本实施例采用的镓源源管10包括依次相连的第一管段101和第二管段103，第一管段101和第二管段103的外径相同，第二管段103的内径小于第一管段101的内径，第一管段101和第二管段103之间的内部形成有过渡部102，第一管段101远离第二管段103的一端为镓源源管10的进气端，过渡部102为由第一管段101朝向第二管段103逐渐缩口的锥形部，喷嘴结构19通过过渡部102坐放在镓源源管10内，第二管段103上分布设置有若干分散孔104，分散孔104用于将第一原料气（例如GaCL气体）引导至用于半导体材料生长的衬底上；所述喷嘴结构19包括喷嘴座191、滑动套192、旋钮套193和弹簧194，喷嘴座191的外侧形成有与所述过渡部102相匹配的锥面195，喷嘴座191的内部形成有滑动腔，滑动腔内放置有滑动套192和沿前后方向伸缩设置的弹簧194，滑动腔的前端设置有旋钮套193，旋钮套193与喷嘴座191的前端可拆卸的固定（例如通过螺纹）连接，滑动腔的后端形成有贯通至喷嘴座191后端的滑动孔，所述滑动套192包括沿前后方向（图5至图8中以左侧为前）依次设置的滑动头1921、喷嘴套1922和燕尾台1923，滑动头1921滑动设置在滑动腔内，滑动头1921的远离旋钮套193的一侧设置所述弹簧194，喷嘴套1922滑动设置在滑动孔内，滑动套192通过其后端设置的燕尾台1923与喷嘴座191的后端可分离的配合（图6中，燕尾台1923与喷嘴座191的后端贴合，图7中，燕尾台1923与喷嘴座191的后端分离），并且其中，旋钮套193的中部具有前后贯穿的通孔，滑动套192的中部形成沿前后方向设置的与所述旋钮套193的通孔相导通的流体孔，流体孔的后端通过燕尾台1923被封堵，喷嘴套1922上形成有与所述流体孔导通的喷口1924，当第一管段101内的气压压力高于第二管段103内的气压压力一定值时，也即喷嘴结构19上下游的气体压差达到预定值时，喷嘴结构19开启，喷口1924将来自于第一管段101内的气体引导至第二管段103内。优选的，喷嘴套1922和燕尾台1923之间为可拆卸的连接。
通过以上设置，只有当喷嘴结构19上下游的气体压差达到预定值，才能够进行第一原料气的供气，在进行正常供气时，由于上游存在缓冲腔室例如出气腔67等，这样，在一定的正压下供气，能够确保供气的稳定、持续，而由于喷嘴结构19的特殊设置，当生产结束时，可通过调控压差，快速关闭喷嘴结构19，这样能够确保所生产的半导体材料的厚度等在预定的范围内；此外，在生产过程中，若存在供气不平衡，也即NH3或N2的供气压力过高，或者出现HCL气体断供等特殊情况时，能够及时自动的关闭喷嘴结构19，防止NH3、N2等窜入镓舟结构6内，导致NH3与金属镓或氯化镓在镓舟结构6内反应沉积；此外，在生产结束时，现有技术一般是通过自然冷却，这样的冷却速度较慢，也有通过NH3来冷却环境中的衬底的方式，这样的冷却速度较快且能够避免在冷却期间GaN层分解，但是NH3容易窜流至镓舟内，在实际生产过程中，往往镓舟结构6内的金属镓并不会一次就被消耗完，因此，待下一次生产时，该部分NH3容易与GaCL或金属镓提前反应而沉积，长此以往影响管路通畅，本发明通过喷嘴结构19的设置，当生产结束时，可直接采用NH3来进行冷却，此时喷嘴结构19处于关闭状态，防止了NH3等进入镓舟结构6内的可能。燕尾台1923的设置，能够提高喷嘴结构19的关闭效果。
需要进一步说明的是，为了确保生产时第一原料气与氨气充分混合，第二隔离板9上的出气孔91围绕镓源源管10而设置。更为优选的，靠近基板11一侧的出气孔91比远离基板11一侧的出气孔91的密度更大（图中未示出）。可选的，所述出气孔91处均连接设置有供气管线，各供气管线的出口围绕基板11上的用于半导体材料生长的衬底而设置。
优选的，尾气管线13上还连接有冷阱结构，冷阱结构与真空泵14之间连接有分离器，用于对形成的部分氯化铵颗粒进行分离，防止冷却时形成的氯化铵颗粒影响真空泵14的使用寿命。
优选的，喷嘴结构19上游侧的第一管段101上还设置有泄放孔1011，泄放孔1011通过泄放管线连接至壳体1外，泄放管线上设置有常关的控制阀，该控制阀与第一气源管线3上的供气阀门联动，使得，当第一气源管线3上的供气阀门关闭时，所述控制阀自动打开，所述泄放管线连接至壳体1外部的泄放容器，泄放容器用于对来自于第一管段101的第一原料气进行收集处理（附图中未示出）。这样设置的好处在于，在生产结束时，能够通过对喷嘴结构19上游的第一原料气进行泄放，及时的关闭喷嘴结构19，结束生长反应，从而确保生长的半导体材料在预定厚度。同时，对喷嘴结构19的关闭，也方便了后续进行注NH3等的冷却处理；利用本发明的技术方案在进行冷却时，可以在关闭第一气源管线3、第三气源管线5的情况下，利用第二气源管线4持续注入NH3，通过调控真空泵14对尾气的抽吸速度，将生长腔15内维持在正压环境下，这样，在高浓度持续流动的NH3的冷却作用下，可以提高对生长的半导体材料的冷却速度和成品质量。优选的，泄放容器内置入一定量的蒸馏水，通过蒸馏水对泄放出的GaCL气体进行快速的溶解收集处理。
在一个优选的实施方式中，旋钮套193上与喷嘴座191相连接的连接端为螺纹端，远离喷嘴座191的一端的外轮廓为正六边形。这样设置的目的是为了方便对滑动套192、弹簧194等进行更换，正六边形的外轮廓是为了方便与六方扳手等工具进行配合。进一步优选的，旋钮套193中部贯穿的通孔的直径D大于滑动套192中部的流体孔的直径d。
需要说明的是，虽然本申请的实施例中是以镓液作为示例而描述的，但是，本领域技术人员应当理解的是，其还可以是其他的用于制备半导体材料的材料，例如Si、Zn、Se等等。
最后，还需要说明的是，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者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种半导体材料制备系统，其包括壳体（1）、进气端法兰结构（2）、第一气源管线（3）、第二气源管线（4）、第三气源管线（5）、镓舟结构（6）、缓冲管（7）、第一隔离板（8）、第二隔离板（9）、镓源源管（10）、基板（11）、尾气端法兰结构（12）、尾气管线（13）和真空泵（14），其特征在于，壳体（1）内部中空，壳体（1）沿水平方向延伸设置，壳体（1）的前后两端分别通过连接设置进气端法兰结构（2）和尾气端法兰结构（12）以将壳体（1）内部形成前后封闭的炉腔，所述炉腔内设置有沿竖直方向且隔断所述炉腔的第一隔离板（8）和第二隔离板（9），第一隔离板（8）在前，第二隔离板（9）在后，第一隔离板（8）和第二隔离板（9）将所述炉腔在前后方向上依次分隔为资源腔（17）、缓冲腔（16）和生长腔（15），资源腔（17）内设置有镓舟结构（6）和缓冲管（7），镓舟结构（6）的前端与第一气源管线（3）连通，镓舟结构（6）的后端通过镓源源管（10）连通至生长腔（15）以用于为生长腔（15）提供用于生长所述半导体材料的第一原料气，缓冲管（7）的前端与第二气源管线（4）连通，缓冲管（7）的后端通过设置在第一隔离板（8）上的第一气源孔与缓冲腔（16）导通，资源腔（17）的前端还设置有与其连通的第三气源管线（5），第一隔离板（8）上还设置有连通资源腔（17）与缓冲腔（16）的第二气源孔，来自于第二气源管线（4）的气体通过缓冲管（7）后经第一气源孔进入缓冲腔（16），来自于第三气源管线（5）的气体在通过资源腔（17）内位于镓舟结构（6）和缓冲管（7）外部的空间后经第二气源孔进入缓冲腔（16），缓冲腔（16）通过设置在第二隔离板（9）上的出气孔（91）连通至生长腔（15）以用于为生长腔（15）提供用于生长所述半导体材料的第二原料气；所述资源腔（17）和生长腔（15）的外部分别设置有相互隔离开的第二加热器（20）和第一加热器（18）；所述生长腔（15）内设置有基板（11），基板（11）上形成有用于半导体材料生长的衬底，所述尾气端法兰结构（12）上设置有尾气出口，尾气出口通过尾气管线（13）与真空泵（14）相连。
2.如权利要求1所述的一种半导体材料制备系统，其特征在于，所述镓舟结构（6）采用为两端开口的管状结构，所述镓舟结构（6）跨接在进气端法兰结构（2）与第一隔离板（8）之间，以前端为入口端，后端为出口端，镓舟结构（6）的入口端形成有进气腔（61），进气腔（61）与第一气源管线（3）连通，镓舟结构（6）的出口端形成有出气腔（67），出气腔（67）与镓源源管（10）的进气端相连通，在进气腔（61）与出气腔（67）之间形成有用于盛放金属镓液（69）的镓舟腔，进气腔（61）、镓舟腔和出气腔（67）之间流体连通，且，气体在镓舟腔内的流动为变速流动。
3.如权利要求2所述的一种半导体材料制备系统，其特征在于，所述镓舟结构（6）包括管壳（65），所述进气腔（61）、镓舟腔和出气腔（67）均位于管壳（65）内，进气腔（61）与镓舟腔之间通过第一隔板（62）进行部分的隔断，第一隔板（62）沿管壳（65）的径向截面横跨管壳（65）而设置，仅在其顶部形成有用于实现进气腔（61）与镓舟腔之间流体连通的开口（623），镓舟腔和出气腔（67）之间通过第三隔板（66）进行部分的隔断，第三隔板（66）沿管壳（65）的径向截面横跨管壳（65）而设置，仅在其顶部形成有用于实现镓舟腔与出气腔（67）之间流体连通的连通口，金属镓液（69）被盛放在第一隔板（62）和第三隔板（66）之间；管壳（65）内的顶部还设置有多个沿竖直方向设置的阻流板（63），各阻流板（63）的底部均高于镓舟腔内金属镓液（69）的液面，且各阻流板（63）的底部与金属镓液（69）的液面之间的距离不同，阻流板（63）用于改变镓舟腔内气体在不同位置处的流速。
4.如权利要求3所述的一种半导体材料制备系统，其特征在于，在第一隔板（62）和第三隔板（66）之间还设置有多个第二隔板（64），第二隔板（64）沿管壳（65）的径向截面横跨管壳（65）而设置，第二隔板（64）的顶部与管壳（65）之间形成气流口（641），第二隔板（64）的底部与管壳（65）之间形成连通通道（642），所述连通通道（642）使对应的第二隔板（64）的前后两侧连通，各第二隔板（64）的顶部均高于金属镓液（69）的液面，第一隔板（62）、第二隔板（64）和第三隔板（66）中的每一隔板处均对应设置有阻流板（63），各阻流板（63）和与其对应隔板之间的间距不同。
5.如权利要求1所述的一种半导体材料制备系统，其特征在于，所述的镓源源管（10）包括依次相连的第一管段（101）和第二管段（103），第一管段（101）和第二管段（103）的外径相同，第二管段（103）的内径小于第一管段（101）的内径，第一管段（101）和第二管段（103）之间的内部形成有过渡部（102），第一管段（101）远离第二管段（103）的一端为镓源源管（10）的进气端，过渡部（102）为由第一管段（101）朝向第二管段（103）逐渐缩口的锥形部，喷嘴结构（19）通过过渡部（102）坐放在镓源源管（10）内，第二管段（103）上分布设置有若干分散孔（104），分散孔（104）用于将第一原料气引导至用于半导体材料生长的衬底上，所述喷嘴结构（19）能够实现从资源腔（17）朝向生长腔（15）的单向开启。
6.如权利要求5所述的一种半导体材料制备系统，其特征在于，所述喷嘴结构（19）包括喷嘴座（191）、滑动套（192）、旋钮套（193）和弹簧（194），喷嘴座（191）的外侧形成有与所述过渡部（102）相匹配的锥面（195），喷嘴座（191）的内部形成有滑动腔，滑动腔内放置有滑动套（192）和沿前后方向伸缩设置的弹簧（194），滑动腔的前端设置有旋钮套（193），旋钮套（193）与喷嘴座（191）的前端可拆卸的固定连接，滑动腔的后端形成有贯通至喷嘴座（191）后端的滑动孔，所述滑动套（192）包括沿前后方向依次设置的滑动头（1921）、喷嘴套（1922）和燕尾台（1923），滑动头（1921）滑动设置在滑动腔内，滑动头（1921）的远离旋钮套（193）的一侧设置所述弹簧（194），喷嘴套（1922）滑动设置在滑动孔内，滑动套（192）通过其后端设置的燕尾台（1923）与喷嘴座（191）的后端可分离的配合，并且其中，旋钮套（193）的中部具有前后贯穿的通孔，滑动套（192）的中部形成沿前后方向设置的与所述旋钮套（193）的通孔相导通的流体孔，流体孔的后端通过燕尾台（1923）被封堵，喷嘴套（1922）上形成有与所述流体孔导通的喷口（1924），当第一管段（101）内的气压压力高于第二管段（103）内的气压压力一定值时，也即喷嘴结构（19）上下游的气体压差达到预定值时，喷嘴结构（19）开启，喷口（1924）将来自于第一管段（101）内的气体引导至第二管段（103）内。
7.如权利要求5所述的一种半导体材料制备系统，其特征在于，喷嘴结构（19）上游侧的第一管段（101）上还设置有泄放孔（1011），泄放孔（1011）通过泄放管线连接至壳体（1）外，泄放管线上设置有常关的控制阀，所述控制阀与第一气源管线（3）上的供气阀门联动，使得，当第一气源管线（3）上的供气阀门关闭时，所述控制阀自动打开，所述泄放管线连接至壳体（1）外部的泄放容器，泄放容器用于对来自于第一管段（101）的第一原料气进行收集处理。
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