CN218321745U - 外延片反应室的喷淋结构及包括其的外延片反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种外延片反应室的喷淋结构及包括其的外延片反应装置，喷淋结构具有若干条形喷口，条形喷口分为宽度不同的第一喷口和第二喷口，第一喷口和第二喷口并排交替设置，第一喷口和第二喷口分别向外延片表面喷射不同的反应气体；托盘直径中与条形喷口的长度方向平行的一直径记为基准线，第一喷口的长度方向中线以及相邻第二喷口的长度方向中线分别记为第一喷口中线和第二喷口中线，基准线位于第一喷口中线和第二喷口中线之间。采用本实用新型提供的喷淋结构可以使得托盘中心区域内的气体迅速混合均匀，基本不再存在流场和浓度场的差异，外延片的厚度均匀性得到大幅提升。

Description

外延片反应室的喷淋结构及包括其的外延片反应装置

技术领域

本实用新型属于技术领域，涉及一种外延片反应室的喷淋结构及包括其的外延片反应装置。

背景技术

外延片是指用外延工艺在衬底表面生长薄膜所生片的单晶硅片。一般外延层厚度为2-20微米，作为衬底的单晶硅片厚度为610微米左右。外延生长技术发展于20世纪50年代末60年代初，为了制造高频大功率器件，需要减小集电极串联电阻。生长外延层有多种方法，但采用最多的是气相外延工艺，常使用高频感应炉加热，衬底置于包有碳化硅、玻璃态石墨或热分解石墨的高纯石墨加热体上，然后放进石英反应器中，也可采用红外辐照加热。为了克服外延工艺中的某些缺点，外延生长工艺已有很多新的进展：减压外延、低温外延、选择外延、抑制外延和分子束外延等。外延生长可分为多种，按照衬底和外延层的化学成分不同，可分为同质外延和异质外延；按照反应机理可分为利用化学反应的外延生长和利用物理反应的外延生长；按生长过程中的相变方式可分为气相外延、液相外延和固相外延等。

目前LED市场上外延片主要以2英寸和4英寸为主，6英寸乃至更大尺寸的外延技术尚不成熟，最主要原因之一就是大尺寸的外延片在生长过程中容易出现裂片、碎片现象，且外延片均匀性较差，产品良率低，这是大尺寸外延片在规模量产中棘手的问题。

在传统的半导体生产工艺中，大尺寸外延通常在水平式反应装置中进行，此类水平式反应装置拥有对称的喷淋结构以及较高的反应腔高度，通过托盘高速旋转形成吸泵效应，将喷淋结构喷射的反应气体均匀的“拉到”托盘上方，以此来形成均匀的流场和浓度场分布。

截止目前，有报道通过在中心区域进行气体吹扫来调节流场的均匀性，但气流并不稳定，非常敏感，导致反应气体气流很难控制，很难使得中心区域与其他区域的均一性，特别是对Al组分均匀性要求高的HEMT外延以及对波长均匀性要求高的Micro-LED外延，已远远无法达到要求。因此，亟需对现有的外延片反应装置的结构进行重新改进，已解决上述技术问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种外延片反应室的喷淋结构及包括其的外延片反应装置，使得中心区域内的气体迅速混合均匀，基本不再存在流场和浓度场的差异，使得外延片的厚度均匀性得到大幅提升。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种外延片反应室的喷淋结构，所述喷淋结构位于托盘上方，所述托盘上放置有外延片，所述喷淋结构具有若干条形喷口，所述条形喷口分为宽度不同的第一喷口和第二喷口，所述第一喷口和所述第二喷口并排交替设置，所述第一喷口和所述第二喷口分别向所述外延片表面喷射不同的反应气体；

所述托盘直径中与所述条形喷口的长度方向平行的一所述直径记为基准线，所述第一喷口的长度方向中线以及相邻所述第二喷口的长度方向中线分别记为第一喷口中线和第二喷口中线，所述基准线位于所述第一喷口中线和所述第二喷口中线之间，使得所述托盘的中心区域处于所述第一喷口和所述第二喷口的重叠喷射范围内。

传统的外延片反应室的条形喷口以基准线为中心呈对称分布，即基准线与第一喷口或第二喷口的中线对齐，在这种喷淋结构下，反应气体向下喷射时，在气体下行过程中的气体浓度场分布基本没有变化，直到达到托盘中心区域仍然保持一致，即中心区域处的气体只有正对上方喷口的单一种类气体及单一扩散浓度，因此当反应气体到达外延片表面时，其他区域由于托盘旋转，在高速旋转形成的吸泵效应的作用下，不同的反应气体会迅速混合均匀，但是中心区域由于只对应了单一反应气体，因此即便托盘旋转也会导致气体混合不均匀，进而形成流场和浓度场的差异。基于此，本实用新型摒弃了传统的对称式喷淋结构，提出采用非对称的喷淋结构，以解决中心区域流场均匀性问题，满足了大尺寸外延片的生产需求。具体而言，将条形喷口错位设置，使得基准线处于第一喷口中线和第二喷口中线之间，由此可以确保托盘的中心区域处于第一喷口和第二喷口的重叠喷射范围内，在反应气体的下行过程中，中心区域也能够参与浓度场的混合过程中，即中心区域不单对应上方喷口的单一气体及扩散的浓度，托盘表面中心区域和其他区域一样可以覆盖多种反应气体，再通过托盘旋转，使得中心区域内的气体迅速混合均匀，基本不再存在流场和浓度场的差异，使得大尺寸的外延片(尤其针对直径大于等于8英寸的外延片)的厚度均匀性得到大幅提升，最终制备得到的外延片的厚度均匀性小于等于3％。

需要说明的是，本实用新型限定的“所述基准线位于所述第一喷口中线和所述第二喷口中线之间”，是指将第一喷口中线和第二喷口中线向托盘表面投影，基准线位于第一喷口中线的投影和第二喷口中线的投影之间。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一喷口的宽度大于所述第二喷口的宽度，所述第一喷口用于喷射五族源反应气体，所述第二喷口用于喷射三族源反应气体。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一喷口的宽度为5～10mm，例如可以是5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、 9.5mm或10mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述第二喷口的宽度为0.5～5mm，例如可以是0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、 2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

在本实用新型中，第一喷口和第二喷口交替排列，致密均匀的分布在整个喷淋结构中，以使五族源反应气体和三族源反应气体在外延片上方充分均匀混合。托盘表面水平放置若干外延片，托盘沿其自身的中心轴旋转，托盘下方有固定的加热件，在托盘旋转过程中，加热件固定不动，通过托盘旋转提高了不同外延片之间的加热均匀性，同时随着旋转过程产生的离心力带动反应气体之间产生气体流动，进一步提高了五族源反应气体和三族源反应气体的混匀程度。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一喷口和相邻所述第二喷口之间的交界线与所述基准线对齐。

在本实用新型中，喷淋结构可拆卸固定于反应装置的内腔顶部，喷淋结构至少包括位于托盘上方的喷盘，喷盘靠近托盘的一侧表面开设有第一喷口和第二喷口。反应气体通过喷盘注入反应装置的腔体内，为了防止气流流速过快进入内腔后形成湍流而影响沉积的均匀度，本实用新型可选地对喷盘的直径进行调整，通过改变喷盘的直径可以更好地调节由第一喷口和第二喷口喷出的反应气体的流速，进而调节第一层的生长速度与均匀度，以改善外延片的厚度均一性。

需要说明的是，不同喷口之间可以相对隔绝，也即喷盘内设置有若干独立的输气通道，每一喷口对应一输气通道，可以分别向不同的输气通道引入不同的反应气体，从而对每一喷口的反应气体浓度、流速和流量进行独立控制，也便于在喷盘内对反应气体进行二次分配，最后通过各自的喷口相互交叉并均匀喷射至外延片的上方，配合外延片旋转实现充分混合，完成沉积反应，不仅能有效提高沉积厚度的均一性，还能控制反应气体的消耗量，降低外延片的生产成本。

可选地，本实用新型在喷盘内还可以设置若干冷却通道，每一所述输气通道对应一所述冷却通道，向冷却通道内通入冷却液，通过冷却液直接控制输气通道内的反应气体温度，使得由喷口喷出的反应气体温度保持稳定，保证反应气体在合适的温度下进入反应装置内腔，不会发生分解、沉积和凝结等不适宜的预先反应。通过冷却通道配合输气通道，可以实现沉积反应的气体浓度场和气体温度场的均匀分布，进而提高外延片的质量和成品率，减少了反应气体消耗，降低了外延片的生产成本，适合于大规模的工业生产。

第二方面，本实用新型提供了一种外延片反应装置，所述外延片反应装置包括喷淋室和位于所述喷淋室下方的反应室，所述喷淋室内设置有第一方面所述的喷淋结构，所述反应室内设置有托盘。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述喷淋室的直径小于所述反应室的直径，所述喷淋室通过曲面侧壁对接所述反应室。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述托盘外周设置有侧环，所述侧环靠近所述托盘的一端外周为环形弧面，所述环形弧面与所述曲面侧壁的位置对应，所述环形弧面与所述曲面侧壁之间形成环形的流线型排气通道。

在反应过程中，多余的反应气体会从托盘外周排出，而托盘中心区域的反应气体将经过最长的流动路线才能由反应腔排出，而目前采用的反应装置的内腔形状多棱角，对气体流通会产生阻碍作用；此外，气流运行到托盘下方区域时还会因流道放大而形成扰流。以上这些因素都会影响气体快速顺利排出，使得反应气体在托盘表面形成严重滞留。为了解决这一技术问题，本实用新型在托盘外周设置了侧环，通过侧环与反应室内腔之间形成流线型排气通道，曲线流道可以降低气流扰动，帮助气体尽快排出；同时侧环的存在也能有效阻止气流进入托盘下方，防止气体聚积在托盘下方无法排出。在此基础上，结合本实用新型提供的喷淋结构，使得托盘中心处的气体得到充分混合和快速疏排，利用托盘的旋转，提升了托盘中心区域和其他区域的流场和浓度场的均匀性。

此外，在本实用新型中，由于侧环靠托盘的一端外周为环形弧面，使得侧环与托盘之间具有间隔，该间隔将侧环与托盘之间的温度差隔离，避免托盘外周的散热。具体地，托盘下方设有加热件，而排气通道的气体是未加热的，侧环与托盘之间的间隔，可避免托盘在加热过程中与排气通道接触，避免或减少托盘在加热过程中外周的散热。从而减少或避免外延生长过程中的边缘效应，提高外延生长的均匀性。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述环形弧面的曲率与所述曲面侧壁的曲率相同。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述侧环的顶端与所述托盘表面平齐。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述托盘上放置有外延片，所述托盘下方设置有加热件。

需要说明的是，为了进一步提高外延片厚度的均一性，除了在装置结构上做出改进外，还可以对外延层生长时的气体流量、托盘与喷口的距离高度、托盘的旋转速率等工艺参数进行研究，通过调整以上工艺参数配合本实用新型提供的装置结构，可以进一步减小不同区域内的外延片的气流差异，从而改善了外延片的翘曲程度，减少中心位置外延片和边缘位置外延片的厚度差异，提高片间均匀性。

例如，为了控制气体的混合效果，需要严格控制托盘的转速，配合本实用新型提供的反应装置，其所采用的托盘转速优选为5000～1000r/min，其原因在于，当托盘转速足够高时，反应气体获得充分的动能，在接触到外延片表面时，在离心力的作用下会被迅速铺满外延片整个表面，而不会造成反应气体滞留在托盘中心区域，造成中心区域的反应气体浓度明显高于外周区域的反应气体浓度，采用较高的托盘转速，也有利于在外延片表面取得较均匀的浓度、速度和温度边界层。但是，托盘转速也不能过高，由于托盘高速旋转会产生离心力，许多未充分反应或未来得及反应的气体会在告诉旋转的离心力作用下直接被甩到托盘外周并由排气通道直接排出，导致反应气体的消耗量增大，极大地增大了外延片的生产成本。

本实用新型所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本实用新型不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

传统的外延片反应室的条形喷口以基准线为中心呈对称分布，即基准线与第一喷口或第二喷口的中线对齐，在这种喷淋结构下，反应气体向下喷射时，在气体下行过程中的气体浓度场分布基本没有变化，直到达到托盘中心区域仍然保持一致，即中心区域处的气体只有正对上方喷口的单一种类气体及单一扩散浓度，因此当反应气体到达外延片表面时，其他区域由于托盘旋转，在高速旋转形成的吸泵效应的作用下，不同的反应气体会迅速混合均匀，但是中心区域由于只对应了单一反应气体，因此即便托盘旋转也会导致气体混合不均匀，进而形成流场和浓度场的差异。基于此，本实用新型摒弃了传统的对称式喷淋结构，提出采用非对称的喷淋结构，以解决中心区域流场均匀性问题，满足了大尺寸外延片的生产需求。具体而言，将条形喷口错位设置，使得基准线处于第一喷口中线和第二喷口中线之间，由此可以确保托盘的中心区域处于第一喷口和第二喷口的重叠喷射范围内，在反应气体的下行过程中，中心区域也能够参与浓度场的混合过程中，即中心区域不单对应上方喷口的单一气体及扩散的浓度，托盘表面中心区域和其他区域一样可以覆盖多种反应气体，再通过托盘旋转，使得中心区域内的气体迅速混合均匀，基本不再存在流场和浓度场的差异，使得大尺寸的外延片(尤其针对直径大于等于8英寸的外延片)的厚度均匀性得到大幅提升，最终制备得到的外延片的厚度均匀性小于等于3％。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的外延片反应装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的喷淋结构的俯视图；

图3为本实用新型对比例提供的外延片反应装置的结构示意图；

图4为本实用新型对比例提供的喷淋结构的俯视图；

图5为本实用新型对比例提供的外延片的厚度特征谱图；

图6为本实用新型实施例提供的外延片的厚度特征谱图；

其中，1-喷淋室；2-反应室；3-侧环；4-排气通道；5-托盘；6-喷淋结构； 7-第二喷口；8-第一喷口；9-基准线。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

传统尺寸的外延片可以通过避开中心区域放置而达到流场的均匀性，但是当外延片尺寸急剧增大时，势必要用到中心区域，但传统的外延片反应装置会出现中心区域气体混合不充分，流场分布不均匀的问题，由此导致托盘5表面形成流场和浓度场的差异；另一方面，由于气流是螺旋向下的，托盘5中心区域的气体较其他区域难被排出，不可避免出现中心的流动比其他区域慢而形成滞留。最终表现为托盘5中心区域的反应气体浓度与其他区域不一致，进而影响制备得到的外延片的厚度均一性。因此，当前的外延片反应装置已无法满足生产要求。

至少为了解决上述技术问题，在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种外延片反应室2的喷淋结构6，所述喷淋结构6位于托盘5上方，所述托盘5上放置有外延片，所述喷淋结构6具有若干条形喷口，所述条形喷口分为宽度不同的第一喷口8和第二喷口7，所述第一喷口8和所述第二喷口7并排交替设置，所述第一喷口8和所述第二喷口7分别向所述外延片表面喷射不同的反应气体；

所述托盘5直径中与所述条形喷口的长度方向平行的一所述直径记为基准线9，所述第一喷口8的长度方向中线以及相邻所述第二喷口7的长度方向中线分别记为第一喷口8中线和第二喷口7中线，所述基准线9位于所述第一喷口8 中线和所述第二喷口7中线之间，使得所述托盘5的中心区域处于所述第一喷口8和所述第二喷口7的重叠喷射范围内。

传统的外延片反应室2的条形喷口以基准线9为中心呈对称分布，即基准线9与第一喷口8或第二喷口7的中线对齐，在这种喷淋结构6下，反应气体向下喷射时，在气体下行过程中的气体浓度场分布基本没有变化，直到达到托盘5中心区域仍然保持一致，即中心区域处的气体只有正对上方喷口的单一种类气体及单一扩散浓度，因此当反应气体到达外延片表面时，其他区域由于托盘5旋转，在高速旋转形成的吸泵效应的作用下，不同的反应气体会迅速混合均匀，但是中心区域由于只对应了单一反应气体，因此即便托盘5旋转也会导致气体混合不均匀，进而形成流场和浓度场的差异。基于此，本实用新型摒弃了传统的对称式喷淋结构6，提出采用非对称的喷淋结构6，以解决中心区域流场均匀性问题，满足了大尺寸外延片的生产需求。具体而言，将条形喷口错位设置，使得基准线9处于第一喷口8中线和第二喷口7中线之间，由此可以确保托盘5的中心区域处于第一喷口8和第二喷口7的重叠喷射范围内，在反应气体的下行过程中，中心区域也能够参与浓度场的混合过程中，即中心区域不单对应上方喷口的单一气体及扩散的浓度，托盘5表面中心区域和其他区域一样可以覆盖多种反应气体，再通过托盘5旋转，使得中心区域内的气体迅速混合均匀，基本不再存在流场和浓度场的差异，使得大尺寸的外延片(尤其针对直径大于等于8英寸的外延片)的厚度均匀性得到大幅提升，最终制备得到的外延片的厚度均匀性小于等于3％。

需要说明的是，本实用新型限定的“所述基准线9位于所述第一喷口8中线和所述第二喷口7中线之间”，是指将第一喷口8中线和第二喷口7中线向托盘5表面投影，基准线9位于第一喷口8中线的投影和第二喷口7中线的投影之间。

进一步地，所述第一喷口8的宽度大于所述第二喷口7的宽度，所述第一喷口8用于喷射五族源反应气体，所述第二喷口7用于喷射三族源反应气体。

进一步地，所述第一喷口8的宽度为5～10mm。

所述第二喷口7的宽度为0.5～5mm。

在本实用新型中，第一喷口8和第二喷口7交替排列，致密均匀的分布在整个喷淋结构6中，以使五族源反应气体和三族源反应气体在外延片上方充分均匀混合。托盘5表面水平放置若干外延片，托盘5沿其自身的中心轴旋转，托盘5下方有固定的加热件，在托盘5旋转过程中，加热件固定不动，通过托盘5旋转提高了不同外延片之间的加热均匀性，同时随着旋转过程产生的离心力带动反应气体之间产生气体流动，进一步提高了五族源反应气体和三族源反应气体的混匀程度。

进一步地，所述第一喷口8和相邻所述第二喷口7之间的交界线与所述基准线9对齐。

在本实用新型中，喷淋结构6可拆卸固定于反应装置的内腔顶部，喷淋结构6至少包括位于托盘5上方的喷盘，喷盘靠近托盘5的一侧表面开设有第一喷口8和第二喷口7。反应气体通过喷盘注入反应装置的腔体内，为了防止气流流速过快进入内腔后形成湍流而影响沉积的均匀度，本实用新型可选地对喷盘的直径进行调整，通过改变喷盘的直径可以更好地调节由第一喷口8和第二喷口7喷出的反应气体的流速，进而调节第一层的生长速度与均匀度，以改善外延片的厚度均一性。

需要说明的是，不同喷口之间可以相对隔绝，也即喷盘内设置有若干独立的输气通道，每一喷口对应一输气通道，可以分别向不同的输气通道引入不同的反应气体，从而对每一喷口的反应气体浓度、流速和流量进行独立控制，也便于在喷盘内对反应气体进行二次分配，最后通过各自的喷口相互交叉并均匀喷射至外延片的上方，配合外延片旋转实现充分混合，完成沉积反应，不仅能有效提高沉积厚度的均一性，还能控制反应气体的消耗量，降低外延片的生产成本。

可选地，本实用新型在喷盘内还可以设置若干冷却通道，每一所述输气通道对应一所述冷却通道，向冷却通道内通入冷却液，通过冷却液直接控制输气通道内的反应气体温度，使得由喷口喷出的反应气体温度保持稳定，保证反应气体在合适的温度下进入反应装置内腔，不会发生分解、沉积和凝结等不适宜的预先反应。通过冷却通道配合输气通道，可以实现沉积反应的气体浓度场和气体温度场的均匀分布，进而提高外延片的质量和成品率，减少了反应气体消耗，降低了外延片的生产成本，适合于大规模的工业生产。

在另一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种外延片反应装置，所述外延片反应装置包括喷淋室1和位于所述喷淋室1下方的反应室2，所述喷淋室 1内设置有第一方面所述的喷淋结构6，所述反应室2内设置有托盘5。

进一步地，所述喷淋室1的直径小于所述反应室2的直径，所述喷淋室1 通过曲面侧壁对接所述反应室2。

进一步地，所述托盘5外周设置有侧环3，所述侧环3靠近所述托盘5的一端外周为环形弧面，所述环形弧面与所述曲面侧壁的位置对应，所述环形弧面与所述曲面侧壁之间形成环形的流线型排气通道4。

在反应过程中，多余的反应气体会从托盘5外周排出，而托盘5中心区域的反应气体将经过最长的流动路线才能由反应腔排出，而目前采用的反应装置的内腔形状多棱角，对气体流通会产生阻碍作用；此外，气流运行到托盘5下方区域时还会因流道放大而形成扰流。以上这些因素都会影响气体快速顺利排出，使得反应气体在托盘5表面形成严重滞留。为了解决这一技术问题，本实用新型在托盘5外周设置了侧环3，通过侧环3与反应室2内腔之间形成流线型排气通道4，曲线流道可以降低气流扰动，帮助气体尽快排出；同时侧环3的存在也能有效阻止气流进入托盘5下方，防止气体聚积在托盘5下方无法排出。在此基础上，结合本实用新型提供的喷淋结构6，使得托盘5中心处的气体得到充分混合和快速疏排，利用托盘5的旋转，提升了托盘5中心区域和其他区域的流场和浓度场的均匀性。

此外，在本实用新型中，由于侧环3靠托盘5的一端外周为环形弧面，使得侧环3与托盘5之间具有间隔，该间隔将侧环3与托盘5之间的温度差隔离，避免托盘5外周的散热。具体地，托盘5下方设有加热件，而排气通道4的气体是未加热的，侧环3与托盘5之间的间隔，可避免托盘5在加热过程中与排气通道4接触，避免或减少托盘5在加热过程中外周的散热。从而减少或避免外延生长过程中的边缘效应，提高外延生长的均匀性。

进一步地，所述环形弧面的曲率与所述曲面侧壁的曲率相同。

进一步地，所述侧环3的顶端与所述托盘5表面平齐。

进一步地，所述托盘5上放置有外延片，所述托盘5下方设置有加热件。

需要说明的是，为了进一步提高外延片厚度的均一性，除了在装置结构上做出改进外，还可以对外延层生长时的气体流量、托盘5与喷口的距离高度、托盘5的旋转速率等工艺参数进行研究，通过调整以上工艺参数配合本实用新型提供的装置结构，可以进一步减小不同区域内的外延片的气流差异，从而改善了外延片的翘曲程度，减少中心位置外延片和边缘位置外延片的厚度差异，提高片间均匀性。

例如，为了控制气体的混合效果，需要严格控制托盘5的转速，配合本实用新型提供的反应装置，其所采用的托盘5转速优选为5000～1000r/min，其原因在于，当托盘5转速足够高时，反应气体获得充分的动能，在接触到外延片表面时，在离心力的作用下会被迅速铺满外延片整个表面，而不会造成反应气体滞留在托盘5中心区域，造成中心区域的反应气体浓度明显高于外周区域的反应气体浓度，采用较高的托盘5转速，也有利于在外延片表面取得较均匀的浓度、速度和温度边界层。但是，托盘5转速也不能过高，由于托盘5高速旋转会产生离心力，许多未充分反应或未来得及反应的气体会在告诉旋转的离心力作用下直接被甩到托盘5外周并由排气通道4直接排出，导致反应气体的消耗量增大，极大地增大了外延片的生产成本。

实施例

本对比例提供了一种外延片反应装置，如图1所示，所述外延片反应装置包括喷淋室1和位于所述喷淋室1下方的反应室2，所述喷淋室1的直径小于所述反应室2的直径，所述喷淋室1通过曲面侧壁对接所述反应室2。

所述反应室2内设置有托盘5，所述托盘5上放置有外延片，所述托盘5下方设置有加热件。

所述喷淋室1内设置有喷淋结构6，喷淋结构6具有若干条形喷口，所述第一喷口8和所述第二喷口7并排交替设置，所述第一喷口8的宽度大于所述第二喷口7的宽度，所述第一喷口8和第二喷口7分别向外延片表面喷射五族源反应气体和三族源反应气体。所述托盘5直径中与所述条形喷口的长度方向平行的一所述直径记为基准线9，第一喷口8和相邻第二喷口7之间的交界线与所述基准线9对齐(如图2所示)。

对比例

本对比例提供了一种外延片反应装置，如图3所示，所述外延片反应装置包括喷淋室1和位于所述喷淋室1下方的反应室2，所述喷淋室1的直径小于所述反应室2的直径，所述喷淋室1与所述反应室2通过倒圆台结构的连接段对接，喷淋室1端部与连接段端部的对接处，以及连接段端部与反应室2端部的对接处均具有尖锐的棱角。

所述反应室2内设置有托盘5，所述托盘5上放置有外延片，所述托盘5下方设置有加热件。

所述喷淋室1内设置有喷淋结构6，喷淋结构6具有若干条形喷口，所述第一喷口8和所述第二喷口7并排交替设置，所述第一喷口8的宽度大于所述第二喷口7的宽度，所述第一喷口8和第二喷口7分别向外延片表面喷射五族源反应气体和三族源反应气体。所述托盘5直径中与所述条形喷口的长度方向平行的一所述直径记为基准线9，第一喷口8的中线与所述基准线9对齐(如图4 所示)。

应用例

分别采用实施例和对比例提供的外延片反应装置在8英寸的蓝宝石衬底表面沉积形成GaN外延层，实施例和对比例采用相同的外延工艺条件，对制备得到的外延片的厚度均匀性进行测试。

其中，图5为采用对比例提供的外延片反应装置制备得到的外延片的厚度特征谱图，由图5可以看出，对比例制备得到的外延片的中心区域厚度过厚，这是中心区域处反应气体滞留造成的，此外，图5中的外延片整体厚度均匀性不佳，约为5.3％。而图6为本实用新型实施例提供的外延片反应装置制备得到的外延片的厚度特征谱图，由图6可以看出，外延片的整体厚度较为均匀，约为2.7％。因此，由图5和图6对比可以说明，采用本实用新型提供的反应装置制备得到的外延片的厚度均匀性得到了较大幅度的提升。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种外延片反应室的喷淋结构，所述喷淋结构位于托盘上方，所述托盘上放置有外延片，其特征在于，所述喷淋结构具有若干条形喷口，所述条形喷口分为宽度不同的第一喷口和第二喷口，所述第一喷口和所述第二喷口并排交替设置，所述第一喷口和所述第二喷口分别向所述外延片表面喷射不同的反应气体；

所述托盘直径中与所述条形喷口的长度方向平行的一所述直径记为基准线，所述第一喷口的长度方向中线以及相邻所述第二喷口的长度方向中线分别记为第一喷口中线和第二喷口中线，所述基准线位于所述第一喷口中线和所述第二喷口中线之间，使得所述托盘的中心区域处于所述第一喷口和所述第二喷口的重叠喷射范围内。

2.根据权利要求1所述的外延片反应室的喷淋结构，其特征在于，所述第一喷口的宽度大于所述第二喷口的宽度，所述第一喷口用于喷射五族源反应气体，所述第二喷口用于喷射三族源反应气体。

3.根据权利要求1所述的外延片反应室的喷淋结构，其特征在于，所述第一喷口的宽度为5～10mm；

所述第二喷口的宽度为0.5～5mm。

4.根据权利要求1所述的外延片反应室的喷淋结构，其特征在于，所述第一喷口和相邻所述第二喷口之间的交界线与所述基准线对齐。

5.一种外延片反应装置，其特征在于，所述外延片反应装置包括喷淋室和位于所述喷淋室下方的反应室，所述喷淋室内设置有权利要求1-4任一项所述的外延片反应室的喷淋结构，所述反应室内设置有托盘。

6.根据权利要求5所述的外延片反应装置，其特征在于，所述喷淋室的直径小于所述反应室的直径，所述喷淋室通过曲面侧壁对接所述反应室。

7.根据权利要求6所述的外延片反应装置，其特征在于，所述托盘外周设置有侧环，所述侧环靠近所述托盘的一端外周为环形弧面，所述环形弧面与所述曲面侧壁的位置对应，所述环形弧面与所述曲面侧壁之间形成环形的流线型排气通道。

8.根据权利要求7所述的外延片反应装置，其特征在于，所述环形弧面的曲率与所述曲面侧壁的曲率相同。

9.根据权利要求7所述的外延片反应装置，其特征在于，所述侧环的顶端与所述托盘表面平齐。

10.根据权利要求5所述的外延片反应装置，其特征在于，所述托盘上放置有外延片，所述托盘下方设置有加热件。

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