一种半导体材料制备系统技术方案

本发明专利技术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。进而提高了生产效率。进而提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体材料制备系统


[0001]本专利技术属于半导体制造设备
，具体涉及一种半导体材料制备系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]有鉴于此，需要对现有技术进行改进，因此提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的以上问题，本专利技术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。
[0006]为了实现以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案：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。
[0007]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。
[0008]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：1、本专利技术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
[0009]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部
分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1是本专利技术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
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壳体，2
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进气端法兰结构，3
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第一气源管线，4
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第二气源管线，5
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第三气源管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔焜，陈炎东，
申请(专利权)人：雅安宇焜芯材材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：