[发明专利]多级喷淋头设计

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施方式大体上涉及衬底上的化学气相沉积（CVD）所用的设备与方法，且尤其涉及一种喷淋头组件，所述喷淋头组件由紧固在一起的多个板所制成，所述多个板用于递送多个前驱物通过所述板而不至于使多个前驱物在离开所述喷淋头前混合。

背景技术

III-V族膜在开发与制造各种半导体元件上日益重要，这些半导体元件是诸如短波长发光二极管（LED）、激光二极管（LD），以及包括高功率、高频率、高温晶体管及集成电路的电子装置。例如，短波长（例如蓝/绿光至紫外光）的LED是通过使用III族氮化物半导体材料氮化镓（GaN）所制造。已观察到，相较于使用非氮化物半导体材料（诸如II-VI族材料）制造的短波长LED，使用GaN制造的短波长LED可提供显著更高的效能与更长的操作寿命。

已用于沉积III族氮化物（诸如GaN）的一种方法是金属有机化学气相沉积（MOCVD）。此化学气相沉积方法通常是在具有温控环境的反应器中执行，以确保第一前驱物气体的稳定度，所述第一前驱物气体含有至少一种来自III族的元素，诸如镓（Ga）。第二前驱物气体（诸如氨（NH₃））提供形成III族氮化物所需的氮。所述两种前驱物气体注入反应器内的处理区，在该处所述两种前驱物气体混合并且朝向处理区中被加热的衬底移动。载气可用于帮助前驱物气体朝衬底输送。前驱物在被加热的衬底的表面处反应而在衬底表面上形成III族氮化物层，诸如GaN。膜的品质部分取决于沉积的均匀度，而沉积的均匀度进而取决于前驱物于遍及衬底上的均匀温度下在整个衬底上的均匀混合。

多个衬底可排列在衬底载体上，且每一个衬底可具有一直径，所述直径范围从50mm至100mm或更大。在更大型衬底和/或更多衬底上以及较大沉积区域上均匀混合前驱物是增加产率及产量所期望的。这些因子是重要的，因为这些因子直接影响生产电子元件的成本，因而影响设备制造商在市场上的竞争力。

前驱物气体与热硬体部件的交互作用经常可见于LED或LD形成反应器的处理区中，所述交互作用通常引发前驱物裂解并且沉积在这些热表面上。一般而言，热反应器表面是由来自用于加热衬底的热源的辐射所形成。前驱物材料在热表面上的沉积在发生于前驱物分配部件（诸如气体分配装置）中或所述部件上时会特别有问题。前驱物分配部件上的沉积随时间影响流动分配的均匀性。因此，气体分配装置可在沉积工艺期间冷却，从而减少MOCVD前驱物或HVPE前驱物被加热到一温度的可能性，所述温度引发这些前驱物裂解且影响气体分配装置性能。

当期望的沉积面积增加，传统的气体分配装置（配置成递送多种处理气体给衬底）的尺寸与复杂度增加，造成制造与输送成本显著增加。例如，在多个前驱物气体分配装置中，多个歧管与气体通路可形成于许多大型板中，这些大型板随后堆迭并且永久地附接以形成多个前驱物气体分配装置。当气体分配装置增加至覆盖1平方米以上的沉积区域且气体分配通路数在数量上超过5000个时，制造这些装置的复杂度与成本急剧增加。因此需要一种改良的气体分配装置，以提供后续沉积于更大型衬底与更大的沉积区域上的膜的改良的均匀度，同时减少气体分配装置的复杂度与制造成本。

发明内容

本发明的一个实施方式中，一种喷淋头组件包含：第一板；第二板，耦接所述第一板以形成气体歧管；第三板，耦接所述第二板并且具有一或多个温度控制通道，所述一或多个温度控制通道配置在所述第三板中；以及第四板，配置在所述第二板与所述第三板之间。所述第三板具有多个第一气体通路以及多个第二气体通路，所述气体通路被形成为穿过所述第三板。所述第四板具有多个通道，所述通道形成于所述第四板中并且流体连通式耦接所述第三板中的所述多个第二气体通路，且所述第四板具有多个气体通路，所述气体通路形成为穿过所述第四板并且将所述气体歧管流体连通式耦接所述第三板中的所述多个第一气体通路。