專利名稱：用于半導體材料氣相淀積生長系統的氮源離化方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于CVD、 M0CVD、 HVPE以及MBE等半導體材料生長系統的新型氮 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量。
具體實施方式
包括以下幾步-
1、 首先根據半導體生長系統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、 電源的大小根據生長系統要求。我們設計的典型的感應系統包括SY型射頻 功率源、SP-II型射頻匹配器系統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量。本發明MOCVD系統設計的半導體材料 生長系統的新型氮源離化裝置。MOCVD的氮源在射頻電源離化下產生的輝光放電現象。
權利要求
1、用于半導體材料氣相淀積生長系統的氮源離化方法，其特征是在CVD、MOCVD、HVPE以及MBE等半導體材料生長系統中采用外加射頻場的方式對氮源進行離化。
2、 根據權利要求1所述的半導體材料氣相淀積生長系統的氮源離化方法，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、 根據權利要求1所述的半導體材料氣相淀積生長系統的氮源離化方法，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生等離子體。
4、 半導體材料氣相淀積生長系統的氮源離化裝置，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、 根據權利要求4所述的半導體材料氣相淀積生長系統的氮源離化裝置，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、 根據權利要求4所述的半導體材料氣相淀積生長系統的氮源離化裝置，其特 征是在石英外罩(3)內設有石英整流罩(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，斜面最低端與石英整流罩下端面平齊。
7、 根據權利要求4所述的半導體材料氣相淀積生長系統的氮源離化裝置，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的氮源離化方法，在CVD、MOCVD、HVPE以及MBE等半導體材料生長系統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 優先權日2008年1月29日
發明者修向前, 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