[发明专利]一体式气相沉积用喷淋头

说明书

技术领域

本发明涉及气相沉积领域，具体涉及一体式气相沉积用喷淋头。

背景技术

金属有机化学气相沉积法(MOCVD，Metal-organic Chemical Vapor Deposition)是在基板上成长半导体薄膜的一种方法。

MOCVD成长薄膜时，主要将载流气体(Carrier gas)通过有机金属反应源的容器时，将反应源的饱和蒸气带至反应腔中与其它反应气体混合，然后在被加热的基板上面发生化学反应促成薄膜的成长。一般而言，载流气体通常是氢气，但是也有些特殊情况下采用氮气(例如:成长氮化铟镓(InGaN)薄膜时)。常用的基板为砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、矽(Si)、碳化矽(SiC)及蓝宝石Sapphire，Al₂O₃)等等。而通常所成长的薄膜材料主要为三五族化合物半导体(例如:砷化镓(GaAs)、砷化镓铝(AlGaAs)、磷化铝铟镓(AlGaInP)、氮化铟镓(InGaN))或是二六族化合物半导体，这些半导体薄膜则是应用在光电元件(例如:发光二极体(LED)、雷射二极体(Laserdiode)及太阳能电池)及微电子元件(例如:异质接面双载子电晶体(HBT)及假晶式高电子迁移率电晶体(PHEMT))的制作。

因此，需要两种气体在加热的基板上发生反应，而又要避免两种气体在到达基板之前就发生反应。MOCVD系统的组件可大致分为:反应腔、气体控制及混合系统、反应源及废气处理系统。反应腔(ReactorChamber)主要是所有气体混合及发生反应的地方。喷淋头是反应腔中的重要部件，其作用是通过两套独立的管路将两种气体同时引导至基板的上方。让两种气体在基板的上方充分混合，而在基板上发生反应。

喷淋头(ShowerHead)是由两种气体导入部分、两种气体导出管路、以及导入气体冷却装置构成。由于基板处于被加热状态，其必然会影响到位于基板上方不远处的气体导出管路的导出口处的温度。如果导出口处的温度过高，则两种气体刚从导出口出来相遇后，就会发生化学反应，而不是在基板上再发生化学反应。因此需要对导入气体进行冷却降温，特别是要使得从导出口出来的两种气体的温度较低，不至于发生化学反应。

因此说，冷却装置是喷淋头中非常重要的一部分，位于外延片基板上部，目的是防止两种气体混合后提前反应，而希望通过冷却装置，使两种气体能够充分的冷却。

即，在基板上真空蒸镀(就是发生化学反应促进薄膜生长)之前，防止两种气体在喷淋头的底部(就是两种气体初遇之处)与基板之间的间隙处提前发生化学反应，故而需要对两种气体进行充分冷却。

如果气体在基板上方真空蒸镀前发生反应，就会产生杂质(碳灰会残留)，这些杂质残留在喷淋头上，会降低外延片(基板)的均匀性，从而降低产品质量，且会导致喷淋头的使用寿命缩短。并且，这样还会使得每次生产出来的外延片的性能不尽相同。

此外，现有技术中的喷淋头多是采用不锈钢材料来进行散热。不锈钢的散热性能较差。那么为什么不采用散热性能更好的材质进行生产呢?例如铜、青铜、黄铜、或铜合金的散热性能都要远远高于不锈钢。这是因为，现有技术中喷淋头的加工工艺决定了无法使用铜材，因为铜材的硬度比不锈钢低，现有的工艺是空心钢针管焊接，使用铜材无法满足其加工要求。

现有的制作方法主要的制作过程是:使用不锈钢材料进行加工制作，在不锈钢板上打孔后将各个出气导管插入孔内(出气导管是一个一个的空心钢针，数量相当庞大)，再用电焊的方式将导气管焊接在板上(由于没有空间供一个一个钢针单独进行点焊，因此焊接方法是将空心钢针插入到各个孔洞中，在孔洞边缘预先设置焊锡材料，然后将插入了钢针的喷淋头在高温下加热再冷却，让这些钢针统一一次性进行焊接。这样特别容易出现其中一两个空心钢针焊接不稳的情况。而出现了焊接不稳的钢针，即使检查到了，也无法修复，只能喷淋头整体报废)。此过程中，如果一个焊接点出现接触不密实的现象，就会使得整个设备无法正常使用。

因此在导气管焊接在不锈钢板上之后，还需要人工进行逐一检查，来判断焊点是否严密。这样一来，喷淋头的成品率很低，制作的速率就会大打折扣，并且设备的使用寿命也很短。

现有喷淋头的制作方法以及制作用材制(不锈钢为主)做出来的喷淋头，其工艺十分复杂，制作速度也十分低下，制作费用十分昂贵，从而使得设备的整体价格也居高不下，还需投入大量的人工费。使得机器的生产价格增加。

并且使用其他手段制作出来的设备也都存在制作速率慢，使用寿命短的缺陷。

发明内容