專利名稱：用于半導體材料氣相淀積生長系統(tǒng)的氮源離化方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于CVD、 M0CVD、 HVPE以及MBE等半導體材料生長系統(tǒng)的新型氮 源離化裝置。為提高氨氣分子分解效率，在CVD、 M0CVD等氮化物半導體生長設備的 源進氣口安裝射頻電源的平行板電容器或圓柱形電容器。采用外加射頻場的方式離化 氨氣，射頻放電模式為電容耦合式，即經(jīng)由功率匹配器，把高頻電流加到兩塊平行平 板電極上，通過平行電容板間的電場加速電子，離化氣體分子，從而在平行板中產(chǎn)生 等離子體。該射頻電容器可在室溫條件下用于離化分解不易被熱分解的氮源，如氮化 物半導體材料生長過程中作為氮源之一的氮氣分解；需要低溫生長的半導體材料的氨
氣分解等。使用該裝置可以獲得分解率更大的氮離子，從而獲得更好的材料生長質(zhì)量。
具體實施方式
包括以下幾步-
1、 首先根據(jù)半導體生長系統(tǒng)的氮源進氣結構和源氣體流量大小設計不同電容板大 小、間距；電感線圈直徑等的射頻感應電容或電感線圈。
2、 采用外加射頻場的方式離化氮源的氮氣或氨氣，射頻放電模式可以采用電容耦 合式或電感耦合式，即經(jīng)由功率匹配器，把高頻電流加到兩塊平行平板或電感電極上， 通過平行電容板間的電場加速電子，或感應線圈離化氣體分子，從而產(chǎn)生離子體。
3、 電源輸入輸出反應腔采用O圈密封。
4、 電源的大小根據(jù)生長系統(tǒng)要求。我們設計的典型的感應系統(tǒng)包括SY型射頻 功率源、SP-II型射頻匹配器系統(tǒng)以及平行板電容器三部分，其中SY型射頻功率源和 SP-II型射頻匹配器由中國科學院微電子中心提供，功率源的頻率為13.56 MHz，最大 輸出功率為500W。具體設計圖見

圖1所示。
為提高氮氣或氨氣分子分解效率，在CVD、 MOCVD等氮化物半導體生長設備的源 進氣口安裝射頻電源的平行板電容、圓柱形電容或電感，采用外加射頻場的方式離化 氮氣或氨氣，射頻放電模式為電容耦合或電感耦合式，即經(jīng)由功率匹配器，把高頻電 流加到兩塊平行平板，圓柱電容或電感電極上，通過平行電容板間或電感的電場加速 電子，離化氣體分子，從而在平行板或電感中產(chǎn)生等離子體。該射頻電容器可在室溫 條件下用于離化分解不易被熱分解的氮源，如氮化物半導體材料生長過程中作為氮源 之一的氮氣分解；需要低溫生長的半導體材料的氨氣分解等。使用該裝置可以獲得分 解率更大的氮離子，從而獲得更好的生長質(zhì)量。本發(fā)明MOCVD系統(tǒng)設計的半導體材料 生長系統(tǒng)的新型氮源離化裝置。MOCVD的氮源在射頻電源離化下產(chǎn)生的輝光放電現(xiàn)象。
權利要求
1、用于半導體材料氣相淀積生長系統(tǒng)的氮源離化方法，其特征是在CVD、MOCVD、HVPE以及MBE等半導體材料生長系統(tǒng)中采用外加射頻場的方式對氮源進行離化。
2、 根據(jù)權利要求1所述的半導體材料氣相淀積生長系統(tǒng)的氮源離化方法，其特 征是通過在在CVD、 MOCVD等氮化物半導體生長設備的源進氣口安裝射頻電源的電容 或電感線圈進行離化。
3、 根據(jù)權利要求1所述的半導體材料氣相淀積生長系統(tǒng)的氮源離化方法，其特 征是采用將高頻電流加到兩塊平行平板、柱狀電容或電感線圈的電極上，通過平行電 容板間、柱狀電容或電感線圈對其包圍的氣路進行高頻電場的施加；加速電子，離化 氣體分子，從而在平行板、柱狀電容或電感線圈中產(chǎn)生等離子體。
4、 半導體材料氣相淀積生長系統(tǒng)的氮源離化裝置，其特征是包括金屬法蘭(1)、 冷卻水管路(2)、石英外罩(3)、石英整流罩(5)、金屬蓋(6)、平等板電容器(7)、 熱電偶(8)、石墨(9)、抽氣孔(10)、射頻匹配器(11)、射頻功率源(12)、進氣 口的(13)構成，金屬法蘭(1)和金屬蓋(6)裝在石英外罩(3)的兩端，石英外 罩(3)上還裝有抽氣孔(10)，石英外罩內(nèi)設有石墨(9)生長臺和熱電偶(8)，金 屬蓋(6)上設有進氣口的(13)，另在包圍進氣口 (13)氣路上或生長平臺的氣路上 設有電容或電感耦合元件，設射頻匹配器(11)和射頻功率源(12);將射頻功率源(12)輸出連接至射頻匹配器(11)后再接電容或電感耦合元件。
5、 根據(jù)權利要求4所述的半導體材料氣相淀積生長系統(tǒng)的氮源離化裝置，其特 征是同時電容和電感耦合元件，在包圍進氣口 (13)氣路上設有電容并在生長平臺的 氣路上設有電感耦合元件，電感耦合元件旁側設有冷卻水管路(2)。
6、 根據(jù)權利要求4所述的半導體材料氣相淀積生長系統(tǒng)的氮源離化裝置，其特 征是在石英外罩(3)內(nèi)設有石英整流罩(5)、尤其是設置長方形石英整流罩，反應 氣體通過金屬法蘭上的進氣口輸入石英整流罩，基座設有放置襯底的斜面，所述斜面 設置在石英整流罩內(nèi)，斜面最低端與石英整流罩下端面平齊。
7、 根據(jù)權利要求4所述的半導體材料氣相淀積生長系統(tǒng)的氮源離化裝置，其特 征是耦合式元件是平行板電容器(7)或圓柱電容器。
全文摘要
用于半導體材料氣相淀積生長系統(tǒng)的氮源離化方法，在CVD、MOCVD、HVPE以及MBE等半導體材料生長系統(tǒng)中采用外加射頻場的方式對氮源進行離化。采用高頻電流加到電容或電感線圈的電極上，通過平行電容板間或電感線圈對其包圍的氣路進行高頻電場的施加；加速電子，離化氣體分子，從而產(chǎn)生等離子體。裝置包括金屬法蘭(1)、冷卻水管路(2)、石英外罩(3)、石英整流罩(5)、金屬蓋(6)、平等板電容器(7)、熱電偶(8)、石墨(9)、抽氣孔(10)、射頻匹配器(11)、射頻功率源(12)、進氣口的(13)構成，金屬法蘭(1)和金屬蓋(6)裝在石英外罩(3)的兩端，在包圍進氣口(13)氣路上或生長平臺的氣路上設有電容或電感耦合元件。
文檔編號C30B29/38GK101307485SQ20081001887
公開日2008年11月19日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權日2008年1月29日
發(fā)明者修向前, 斌 劉, 崔旭高, 榮 張, 毅 施, 謝自力, 紅 趙, 鄭有炓, 鵬 陳, 陶志闊, 平 韓 申請人:南京大學