一种用于制备半导体材料的装置及方法与流程

本发明涉及属于半导体材料生产领域，尤其涉及一种用于制备半导体材料的装置及方法。

背景技术：

1、gan、sic、金刚石和zno等宽禁带半导体材料称为第三代半导体，它们具有击穿电压更大、介电常数更小、饱和电子漂移速率更高、导热性能更好、能隙更宽（eg≥2.3ev）等优异性能。

2、gan主要是指一种由人工合成的半导体材料，是第三代半导体材料的典型代表。gan具有化学性质更稳定、耐高温、耐腐蚀性的特点，是研制大功率、高温、高速和恶劣环境条件下工作的光电子器件的理想材料。

3、现有的合成gan纳米粒子方法主要有氨热法、金属有机化合物化学气相沉积法、高温热解法、胶体化学法等。其中，gan薄膜制备方法包含金属有机化合物化学气相沉积(mocvd)法、分子束外延法(mbe)、氢化物气相外延法(hvpe)等；纳米gan可以制作出各种形态的纳米gan，如纳米粉末，纳米线，纳米棒等等。比如溶胶凝胶法，化学气相沉积法，无机热熔法等

4、目前氢化物气相外延法多用于制备单晶材料，所利用的装置利用氮气作为载气。这类装置在转向制备半导体材料时，会导致大量氯化铵在管道内堆积，造成管道腐蚀和堵塞，影响制备多晶材料的效率。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术问题，本发明提供了一种用于制备半导体材料的装置及方法，克服了目前使用氢化物气相外延法的装置中有水和氧气，水和氧气会在高温下会发生反应产生杂质气体，氧气会发生氧化反应使得成品多晶gan变黑；且副产物氯化铵溶于水，会结块而堵塞管道；收集副产物氯化铵的效率低，使大量氯化铵在管道内堆积，造成管道腐蚀和堵塞的缺点，从而减少多晶gan中的杂质含量，并且使多晶gan可以长时间的生长，大大地提高了制备多晶gan效率，且本发明增大了反应气体的浓度，提升了反应的速度，从而更进一步提升制备多晶gan效率，且通过颗粒收集装置来收集副产物收集仓中残存的副产物氯化铵的颗粒，确保副产物氯化铵无残留，以免副产物氯化铵的颗粒腐蚀损坏副产物收集仓。

2、本发明提出一种用于制备半导体材料的方法，包括以下步骤：

3、浓度增加模块处理从进气通道进入的气体来增加气体的浓度；

4、通过上法兰盘组件将气体通入反应腔室，气体包括氢化物、氮气、氨气；

5、氢化物通过载气氮气的传输进入半导体反应腔中，在低温区与镓舟中熔融的金属镓发生反应；

6、通过载气氮气的作用将生成的挥发性镓化合物带入高温反应区，在衬底的表面与氨气反应生成多晶gan和副产物氯化铵；

7、通过副产物收集仓和最少两台真空泵分别来降低装置内的水和氧气的含量，和对副产物氯化铵进行收集。

8、通过颗粒收集装置来收集副产物收集仓中残存的副产物氯化铵的颗粒。

9、进一步地，通过其中的一台真空泵把装置内抽为极限真空状态来降低装置内的水和氧气的含量；通过另外一台真空泵提供的负压，将副产物氯化铵进行收集。

10、进一步地，副产物收集仓还包括冷阱，通过冷阱将副产物氯化铵更快速地进行收集。

11、本发明还提出一种通过氢化物气相外延法负压制备高质量多晶gan的装置，其特征在于，包括气体浓度增加单元，导入单元，反应单元，后续处理单元，颗粒收集单元；

12、气体浓度增加单元包括：浓度增加模块，浓度增加模块用于增加气体浓度；

13、导入单元包括上法兰盘组件，导入单元用于通过上法兰盘组件将气体通入反应腔室；

14、反应单元包括半导体反应腔、镓舟、半导体生长组件、支架，反应单元用于通过发生化学反应最终生成多晶gan；

15、后续处理单元包括下法兰盘组件、副产物收集仓、真空泵，后续处理单元用于通过最少为两台真空泵分别来降低装置内的水和氧气的含量，和对副产物氯化铵进行收集。

16、颗粒收集单元包括颗粒收集装置，颗粒收集装置用于收集副产物收集仓中残存的副产物氯化铵的颗粒。

17、进一步地，上法兰盘组件开有进气口用于将气体通入半导体反应腔内和密封半导体反应腔的上端面。

18、进一步地，浓度增加模块与上法兰盘组件的进气口相连，且浓度增加模块上有进气通道用于将气体通入浓度增加模块中。

19、进一步地，下法兰盘组件用于密封半导体反应腔的下端面并和副产物收集仓相连。

20、进一步地，副产物收集仓与真空泵利用管道连接。

21、进一步地，半导体反应腔包括半导体制备内衬与半导体制备外衬，半导体制备内衬用于支撑镓舟结构；半导体制备外衬用于保持半导体反应腔内密封。

22、进一步地，反应单元还包括导流组件、半导体生长组件、支架，支架是反应单元的支撑件，导流组件包括第一管道和两个第二管道，第一管道内壁的两侧对称设有若干第一通孔，两个第二管道分别朝靠近第一管道的内壁上设有位于同侧第一通孔数量相等的第二通孔，半导体生长组件包括第一半导体衬底、托盘和连接圈，第一半导体衬底位于第一管道下方，且第一半导体衬底设置在托盘上，托盘设置在半导体反应腔的内壁上，第一半导体衬底设置有至少两个连接杆，连接杆的端部通过连接圈连接，且第一管道外周壁与连接圈内周壁接触，在每个连接杆上设有与第二通孔数量相等的第二半导体衬底，每个第二半导体衬底位于第一通孔和第二通孔之间，第一管道内设置有第一分流部件，第二管道内设置有第二分流部件。

23、进一步地，第一分流部件包括在第一管道内壁两侧交错设置的若干第一导流块，第一导流块的数量与第一通孔数量相等，且两侧的第一通孔均交错设置，第一导流块呈水滴状，第一导流块的弧形部朝相近的第一通孔方向靠近，第一导流块的弧形部与第一通孔之间预留有距离，第一导流块的尖端部朝向上法兰盘组件方向。

24、进一步地，第二分流部件包括在第二管道内设置的第二导流块，第二导流块的数量与第二通孔的数量相等，且第二导流块呈水滴状，第二导流块的弧形部朝相近的第二通孔方向靠近，第二导流块的弧形部与第二通孔之间预留有距离，第二导流块的尖端部朝向上法兰盘组件方向。

25、进一步地，其特征在于，第一通孔和第二通孔均朝导流壳弧形部流动的气体方向倾斜设置。

26、进一步地，反应单元还包括半导体生长组件、支架，半导体生长组件用来盛放反应物质，支架是反应单元的支撑件。

27、进一步地，通过其中的一台真空泵把装置内抽为极限真空状态来降低装置内的水和氧气的含量；通过另外一台真空泵提供的负压，对副产物氯化铵进行收集。

28、进一步地，副产物收集仓还包括冷阱，通过冷阱对副产物氯化铵快速地进行收集。

29、本发明提供一种用于制备半导体材料的装置及方法，通过上法兰盘组件将气体通入反应腔室，气体包括氢化物、氮气、氨气；氢化物通过载气氮气的传输进入半导体反应腔中，在低温区与镓舟中熔融的金属镓发生反应；通过载气氮气的作用将生成的挥发性镓化合物带入高温反应区，在衬底的表面与氨气反应生成多晶gan和副产物氯化铵；通过副产物收集仓和最少两台真空泵分别来降低装置内的水和氧气的含量，和对副产物氯化铵进行收集；克服了目前使用氢化物气相外延法的装置中有水和氧气，水和氧气会在高温下会发生反应产生杂质气体；氧气会发生氧化反应，使得成品多晶gan变黑；副产物氯化铵溶于水，会结块，会堵塞管道；收集副产物氯化铵的效率低，使大量氯化铵在管道内堆积造成管道腐蚀和堵塞的缺点，可以减少生成的多晶gan中的杂质含量，并且使多晶gan可以长时间的生长，大大地提高了制备多晶gan效率，另外通过的副产物收集仓的冷阱可以将副产物氯化铵更快速地进行收集，更进一步地提高了制备多晶gan的效率，且本发明增大了反应气体的浓度，提升了反应的速度，从而更进一步提升制备多晶gan效率，且通过颗粒收集装置来收集副产物收集仓中残存的副产物氯化铵的颗粒，确保副产物氯化铵无残留，以免副产物氯化铵的颗粒腐蚀损坏副产物收集仓。