專(zhuān)利名稱(chēng)：化學(xué)氣相沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，該設(shè)備通過(guò)內(nèi)部供應(yīng)反應(yīng)氣體來(lái)均 勻地并穩(wěn)定地在晶片的表面上生長(zhǎng)沉積層。
背景技術(shù)：
通常，化學(xué)氣相沉積(CVD)被用作在各種基底上生長(zhǎng)各種晶體層的重要 的方法。與液相沉積法相比，CVD對(duì)于生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體層是有利的；然而， CVD由于相對(duì)低的晶體生長(zhǎng)速率而不利。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在每個(gè)循環(huán)過(guò) 程中在多個(gè)基底上同時(shí)生長(zhǎng)層。
然而，在于多個(gè)基底上同時(shí)生長(zhǎng)層的情況下，基底應(yīng)當(dāng)被保持在相同的 溫度下并且暴露于相同的反應(yīng)氣流，以使在基底上生長(zhǎng)的層的質(zhì)量保持均勻。
可用于上述目的的方法的示例包括利用多個(gè)注射管沿基底產(chǎn)生均勻氣 流的方法；圍繞旋轉(zhuǎn)軸放射狀地布置多個(gè)基底并在旋轉(zhuǎn)同一軸上的全部基底 的方法(軌道運(yùn)行法(orbiting method));單獨(dú)旋轉(zhuǎn)多個(gè)基底的方法(單獨(dú)旋轉(zhuǎn) 法)。相關(guān)領(lǐng)域的這些方法可以一起或單獨(dú)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，即使工藝壓力在用于生長(zhǎng) 高溫沉積層的工藝條件下增加，所述設(shè)備也保持室內(nèi)的氣體密度在基本均勻 的狀態(tài)，并且防止強(qiáng)烈的氣相反應(yīng)，從而允許高質(zhì)量的氣相沉積。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，所述設(shè)備包括反 應(yīng)室，包括基座和反應(yīng)爐，在基座上裝載晶片，在反應(yīng)爐中用化學(xué)氣相沉積 處理晶片；氣體引入單元，設(shè)置在反應(yīng)室的外壁，以從反應(yīng)爐外部向反應(yīng)爐
5中心部分供應(yīng)反應(yīng)氣體；氣體排出單元，設(shè)置在反應(yīng)室的中心部分，以在反 或下面的外部。
所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括流控制單元，所述流控制單元設(shè)置在氣 體引入單元和氣體排出單元之間，以形成從氣體引入單元到氣體排出單元的
均勻的氣流。
所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力， 以沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)基座。
所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括加熱單元，所述加熱單元設(shè)置為接近基 座，以向基座供應(yīng)熱。
所述流控制單元可包括障壁構(gòu)件，設(shè)置在反應(yīng)爐的外部，以在反應(yīng)室 中限定反應(yīng)爐，并且在調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的壓力的同時(shí)，將從氣體引入單元供應(yīng) 的反應(yīng)氣體引入到反應(yīng)爐；至少一個(gè)氣體室，設(shè)置在反應(yīng)室的外壁和障壁構(gòu)氣體。
當(dāng)設(shè)置有多個(gè)氣體室時(shí)，所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括分隔多個(gè)氣體 室的至少一個(gè)分開(kāi)構(gòu)件。
所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括渦流防止單元，所述渦流防止單元設(shè)置 在反應(yīng)室中面對(duì)基座的一側(cè)，以使基座和反應(yīng)室之間的距離朝氣體引入單元 逐漸減小。
所述流控制單元可包括傾斜障壁，設(shè)置在反應(yīng)爐的外部以在反應(yīng)室中 限定反應(yīng)爐，并在調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的壓力的同時(shí)，將從氣體引入單元供應(yīng)的反 應(yīng)氣體引入到反應(yīng)爐中，傾斜障壁以預(yù)定角度傾斜；多個(gè)氣體室，設(shè)置在反 應(yīng)室的外壁和傾斜障壁之間，用于存儲(chǔ)從氣體引入單元供應(yīng)的反應(yīng)氣體，并 穿過(guò)傾斜障壁供應(yīng)反應(yīng)氣體；分隔氣體室的至少一個(gè)分開(kāi)構(gòu)件。
所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括渦流防止單元，所述渦流防止單元設(shè)置 在反應(yīng)室中面對(duì)基座的 一側(cè)，以使基座和反應(yīng)室之間的距離朝氣體？I入單元 逐漸減小。
所述流控制單元可包括多個(gè)氣體室，設(shè)置在反應(yīng)室中；至少一個(gè)分開(kāi) 構(gòu)件，分隔氣體室使得氣體室具有不同的長(zhǎng)度并且呈階梯狀；分開(kāi)障壁，設(shè) 置在氣體室的端部，以在調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的壓力的同時(shí)，將從氣體引入單元供
6應(yīng)的反應(yīng)氣體引入到反應(yīng)爐中，其中，氣體室設(shè)置在反應(yīng)室的外壁和分開(kāi)障氣體。
所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括渦流防止單元，所述渦流防止單元設(shè)置 在反應(yīng)室中面對(duì)基座的 一側(cè)，以使基座和反應(yīng)室之間的距離朝氣體引入單元
逐漸減小。
所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括多個(gè)平行引導(dǎo)構(gòu)件，所述多個(gè)平行引導(dǎo) 構(gòu)件沿基本水平的方向設(shè)置在分開(kāi)障壁上以引導(dǎo)反應(yīng)氣體的流動(dòng)。
所述氣體引入單元可包括與氣體室連通的多個(gè)氣體供應(yīng)線(xiàn)，用于將不同 氣體供應(yīng)到氣體室。
驅(qū)動(dòng)單元可包括從動(dòng)齒輪，形成在基座的外表面；主動(dòng)齒輪，與從動(dòng) 齒輪嚙合；旋轉(zhuǎn)電機(jī)，設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)齒輪的傳動(dòng)軸的端部，用于提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力。
所述化學(xué)氣相沉積設(shè)備還可包括軸，軸設(shè)置在基座的中心部分，用于轉(zhuǎn) 動(dòng)基座，所述軸在其中包括氣體排出單元，其中，驅(qū)動(dòng)單元包括從動(dòng)齒輪， 設(shè)置在基座處；主動(dòng)齒輪，與從動(dòng)齒輪嚙合；旋轉(zhuǎn)電機(jī)，設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)齒 輪的傳動(dòng)軸的端部。
氣體排出單元可包括排出孔，形成在反應(yīng)室的內(nèi)部的頂部或基座的中
心部分；排出線(xiàn)，與排出孔連通。


通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它方面、特征和 其它優(yōu)點(diǎn)將會(huì)被更清楚地理解，其中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意圖2是示出圖1的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的側(cè)面剖視圖3是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的示意圖4是示出圖3的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的側(cè)面剖視圖5是示出在本發(fā)明的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中會(huì)產(chǎn)生的渦流的示
意圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括在化學(xué)氣相沉積設(shè)備中的流控制單 元和渴流防止單元的視7圖7是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的包括在化學(xué)氣相沉積設(shè)備中的流控
制單元和渦流防止單元的視圖8是示出根據(jù)本發(fā)明另 一實(shí)施例的包括在化學(xué)氣相沉積設(shè)備中的流控 制單元的視圖9是示出包括圖7的渦流防止單元和圖8的流控制單元的化學(xué)氣相沉 積設(shè)備的視圖10是示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的包括在化學(xué)氣相沉積設(shè)備中的流 控制單元的視圖11是示出包括圖7的渦流防止單元和圖10的流控制單元的化學(xué)氣相 沉積設(shè)備的視圖12是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的添加到圖10的流控制單元的引導(dǎo)構(gòu)件 和循環(huán)線(xiàn)的^L圖13A至圖13E是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的障壁的
示例的視圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
本發(fā)明的化學(xué)氣相沉積設(shè)備可應(yīng)用到利用化學(xué)反應(yīng)用于在目標(biāo)(例如晶 片)上沉積薄層(膜)的任何化學(xué)氣相沉積設(shè)備。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的透視圖，圖2是示 出圖1的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的側(cè)面剖視圖。
如圖1和圖2所示，當(dāng)前實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括反應(yīng)室10、馬區(qū) 動(dòng)單元20、加熱單元30、氣體引入單元40、氣體排出單元50和流控制單元 60。
反應(yīng)室10包括具有預(yù)定尺寸的內(nèi)部空間作為反應(yīng)爐1，被引入的反應(yīng)氣 體和諸如晶片的沉積目標(biāo)之間在反應(yīng)爐1中發(fā)生化學(xué)氣相反應(yīng)，并且可在反 應(yīng)爐1的內(nèi)部設(shè)置絕緣材料以保護(hù)反應(yīng)爐1免受熱氣氛影響。
基座14設(shè)置在反應(yīng)室10的內(nèi)部，在基座14中形成有多個(gè)凹陷(pocket) 15，用于容納多個(gè)晶片2。即，基座14設(shè)置在反應(yīng)爐1處。
如圖2所示，基座14的外徑比反應(yīng)室10的外徑小?；?4由諸如石墨 的材料形成并且基座14具有盤(pán)形?？捎删哂信懦隹?1的中空管構(gòu)件形成結(jié)合到反應(yīng)室10的中心部的軸16。排出孔51形成氣體排出通道。
.驅(qū)動(dòng)單元20提供轉(zhuǎn)動(dòng)力，使得上面裝載有多個(gè)晶片2的基座14可不斷 地沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖2所示，驅(qū)動(dòng)單元20包括作為整體部件或分離結(jié)構(gòu)的在基座14的 外側(cè)底表面處的從動(dòng)齒輪21和與從動(dòng)齒輪21嚙合的主動(dòng)齒輪22。主動(dòng)齒輪 22結(jié)合到旋轉(zhuǎn)電機(jī)24的傳動(dòng)軸23的一端，旋轉(zhuǎn)電機(jī)24響應(yīng)施加的功率產(chǎn) 生轉(zhuǎn)動(dòng)力。
在圖4所示的另 一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元20可包括作為整體部件或分離結(jié) 構(gòu)的結(jié)合到軸16的從動(dòng)齒輪21a以及與從動(dòng)齒輪21a嚙合的主動(dòng)齒輪22a。 軸16可從基座14的底部沿垂直方向向下延伸。主動(dòng)齒輪22a可結(jié)合到旋轉(zhuǎn) 電機(jī)24a的傳動(dòng)軸23a的一端，旋轉(zhuǎn)電機(jī)24a響應(yīng)施加的功率產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力。
由于該結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)24或24a運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，上面裝載有晶片2的基 座14可由于嚙合的主動(dòng)齒4侖22(22a)和從動(dòng)齒4侖21(21a)而以大約5rpm至大 約50rpm的恒定速度沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
加熱單元30設(shè)置為接近上面裝載有晶片2的基座14的底部，向基座14 輻射熱以間接地加熱晶片2 。
加熱單元30可以是電加熱器、高頻感應(yīng)加熱器、紅外輻射加熱器和激光 加熱器中的一種。
溫度傳感器(未示出)可設(shè)置在反應(yīng)室10內(nèi)并且在接近基座14的外表面 或加熱單元30的位置處，以檢測(cè)反應(yīng)室10內(nèi)的溫度來(lái)調(diào)節(jié)加熱溫度。
為了產(chǎn)生從反應(yīng)室IO的外部向反應(yīng)室IO的內(nèi)部中心的氣流，氣體引入 單元40設(shè)置在反應(yīng)室IO的外壁18處以將氣體供應(yīng)到反應(yīng)室10。
氣體引入單元40包括用于供應(yīng)不同氣體的第一氣體引入單元41、第二 氣體引入單元42和第三氣體引入單元43。例如，第一反應(yīng)氣體可以通過(guò)第 一氣體引入單元41供應(yīng)，第二反應(yīng)氣體可通過(guò)第二氣體引入單元42和第三 氣體引入單元43供應(yīng)。
第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體可以不同或具有共同組分?？蛇x地，可通 過(guò)第一氣體引入單元41、第二氣體引入單元42和第三氣體引入單元43來(lái)供 應(yīng)相同的氣體，或者可通過(guò)第一氣體引入單元41、第二氣體引入單元42和 第三氣體引入單元43來(lái)分別供應(yīng)三種氣體。反應(yīng)氣體的種類(lèi)可根據(jù)將要形成 在目標(biāo)上的沉積層來(lái)變化。氣體排出單元50設(shè)置在反應(yīng)室10的中心部分，在氣體被從外部供應(yīng)到 反應(yīng)爐1的內(nèi)部中心的同時(shí)，氣體被用于在晶片2的表面上生長(zhǎng)層，然后，
氣體排出單元50將氣體(廢氣)排放到反應(yīng)室10的上面的外部或下面的外部。 如圖l和圖2所示，氣體排出單元50被構(gòu)造成通過(guò)反應(yīng)室IO的底部中 心部分來(lái)排放反應(yīng)氣體。為此，氣體排出單元50可包括形成在結(jié)合到基座 14的旋轉(zhuǎn)中心的軸16中的排出孔51以及設(shè)置在排出孑L 51的下端處的排出 線(xiàn)52。
在圖3和圖4所示的另一實(shí)施例中，氣體排出單元50可包括穿過(guò)反應(yīng)室 10的頂部中心部分形成的排出孔51a以及連接到排出孔51a的排出線(xiàn)52a。
因此，在從反應(yīng)爐1的外部供應(yīng)(即，穿過(guò)外壁18供應(yīng))的反應(yīng)氣體向反 應(yīng)室IO的中心流動(dòng)的同時(shí)，反應(yīng)氣體與晶片2的上表面(沉積表面)反應(yīng)以在 晶片2的表面上生長(zhǎng)層。隨后，反應(yīng)氣體(廢氣)通過(guò)設(shè)置在基座14底側(cè)的軸 16的排出孔51排;改到反應(yīng)室10的下面的外部，或通過(guò)設(shè)置在反應(yīng)室10的 頂側(cè)的排出孔51a排放到反應(yīng)室10的上面的外部。
流控制單元60用于產(chǎn)生從氣體？ 1入單元40到氣體排出單元50的均勻的 氣流。如圖2和圖4所示，流控制單元60包括氣體室和障壁構(gòu)件61。
氣體室具有預(yù)定的尺寸并形成在反應(yīng)室10的外壁18和障壁構(gòu)件61之 間。氣體室與氣體引入單元40連通，以暫時(shí)存儲(chǔ)反應(yīng)氣體并穿過(guò)障壁構(gòu)件 61將氣體供應(yīng)到反應(yīng)爐1。
可設(shè)置一個(gè)氣體室，或者如圖2和圖4所示，可以設(shè)置多個(gè)氣體室。
如圖2和圖4所示，化學(xué)氣相沉積設(shè)備可包括與第一氣體引入單元41 連通的第一氣體室11、與第二氣體引入單元42連通的第二氣體室12以及與 第三氣體引入單元43連通的第三氣體室13。
障壁構(gòu)件61垂直地設(shè)置并且朝反應(yīng)室10的中心與反應(yīng)室10的外壁 18(最外側(cè))隔開(kāi)預(yù)定距離。為此，由沿反應(yīng)室IO的外壁18的圓周連續(xù)地設(shè)置 并與外壁18隔離開(kāi)預(yù)定距離的圓筒構(gòu)件來(lái)構(gòu)造障壁構(gòu)件61。
障壁構(gòu)件61可由多孔體形成，從氣體引入單元40供應(yīng)的反應(yīng)氣體可穿 過(guò)多孔體自由地流動(dòng)。
多個(gè)氣體室11、 12和13可,皮分開(kāi)構(gòu)件64a和64b分開(kāi)。 當(dāng)反應(yīng)氣體從反應(yīng)室10的外側(cè)流向內(nèi)部中心時(shí)，如圖5所示，在反應(yīng)氣 體穿過(guò)其而被引入的反應(yīng)室10的周邊側(cè)會(huì)觀測(cè)到不均勻的氣流。這會(huì)由當(dāng)基座14裝載有晶片2并且被加熱單元30加熱到高溫時(shí)，基座 14的頂表面和反應(yīng)室10的頂板之間的熱對(duì)流引起。
由于熱對(duì)流，反應(yīng)氣流受到向上的浮力，因此反應(yīng)氣流的速率從反應(yīng)室 10的外部到中心逐漸加快。即，反應(yīng)氣體在反應(yīng)室10的周邊側(cè)的速率比在 反應(yīng)室10的中心的速率低，因此產(chǎn)生諸如渦流的不均勻氣流，從而導(dǎo)致在晶 片2的沉積表面上的不穩(wěn)定的反應(yīng)并且導(dǎo)致在晶片2上生長(zhǎng)不穩(wěn)定的層。
因此，為了將渦流的產(chǎn)生最小化，或?yàn)榱俗罱K消除渦流的可能性，可在 反應(yīng)室10中面對(duì)基座14的表面處以這樣的方式設(shè)置渦流防止單元70，即， 基座14和反應(yīng)室10之間的距離朝氣體引入單元40逐漸減小，如圖6和圖7 所示。
可通過(guò)4吏反應(yīng)室10的內(nèi)頂才反向基座14突出來(lái)形成渦流防止單元70,或 者通過(guò)將導(dǎo)熱率低的材料諸如石英可拆卸地附著到反應(yīng)室10的內(nèi)頂板來(lái)形 成渦流防止單元70。
如圖6所示，渦流防止單元70的與基座14面對(duì)的外表面可包括與基座 14的頂表面平行的水平表面71和與基座14的頂表面成預(yù)定角度的傾斜表面 72。在圖7中示出的另一實(shí)施例中，渦流防止單元70可包括具有預(yù)定曲率的 彎曲表面73。
在圖6和圖7中，標(biāo)號(hào)44表示第一氣體引入單元41(參照?qǐng)Dl)的氣體引 入孔；標(biāo)號(hào)45表示第二氣體引入單元42(參照?qǐng)Dl)的氣體引入孔；標(biāo)號(hào)46 表示第三氣體引入單元43(參照?qǐng)Dl)的氣體引入孔。
以相同的方式將氣體引入孔44、45和46應(yīng)用到圖8至圖11中示出的實(shí)施例。
如圖8和圖9所示，流控制單元60可包括以預(yù)定角度傾斜的傾斜障壁 62以及分開(kāi)構(gòu)件65a和65b,分開(kāi)構(gòu)件65a和65b ^皮構(gòu)造成將限定在傾斜障 壁62和外壁18之間的氣體室分為第一氣體室11、第二氣體室12和第三氣 體室13。這樣，流控制單元60可具有傾斜結(jié)構(gòu)。
傾斜障壁62傾斜并且向反應(yīng)室10的中心與反應(yīng)室10的外壁18隔開(kāi)預(yù) 定距離。為此，傾斜障壁62可由沿反應(yīng)室10的外壁18的圓周離開(kāi)外壁18 預(yù)定距離連續(xù)地設(shè)置的圓筒構(gòu)件來(lái)構(gòu)造。
與障壁構(gòu)件61相似，傾斜障壁62可由多孔體形成，從氣體引入單元40 供應(yīng)的反應(yīng)氣體可穿過(guò)多孔體自由流動(dòng)。
ii由于流控制單元60包括傾斜障壁62以及分開(kāi)構(gòu)件65a和65b，所以上 氣體室(例如，氣體室ll)比下氣體室(例如，氣體室13)長(zhǎng)。因此，在反應(yīng)爐1 中，冷的反應(yīng)氣體在反應(yīng)爐1的上側(cè)可比在反應(yīng)爐1的下側(cè)流得更遠(yuǎn)，因此， 能抑制熱對(duì)流并且可以使氣流穩(wěn)定并保持均勻。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，該化學(xué)氣相沉積 設(shè)備包括圖8中示出的傾斜障壁62、分開(kāi)構(gòu)件65a和65b以及氣體室11、 12和13;圖7中示出的渦流防止單元70。
通過(guò)將流控制單元60和渦流防止單元70以這樣的方式組合，反應(yīng)氣體 可在反應(yīng)爐1中更均勻地流動(dòng)。
在圖IO和圖11中示出的另一實(shí)施例中，多個(gè)氣體室ll、 12和13可在 反應(yīng)爐1的周邊側(cè)以階梯的方式形成，分開(kāi)障壁63a、 63b和63c可設(shè)置在氣 體室11、 12和13的端部以形成多階梯流控制單元60。
換言之，圖10的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的流控制單元60包括第一氣體室11、 比第一氣體室ll短并從第一氣體室ll縮進(jìn)的第二氣體室12和比第二氣體室 12短并從第二氣體室12縮進(jìn)的第三氣體室13。
此外，第一分開(kāi)障壁63a設(shè)置在第一氣體室11的與反應(yīng)爐1的內(nèi)部面對(duì) 的端部處，第二分開(kāi)障壁63b設(shè)置在第二氣體室12的與反應(yīng)爐1的內(nèi)部面對(duì) 的端部處，第三分開(kāi)障壁63c設(shè)置在第三氣體室13的與反應(yīng)爐1的內(nèi)部面對(duì) 的端部處。
氣體室11、 12和13 ;故分開(kāi)構(gòu)件66a和66b分隔。
由于上述流控制單元60的多階梯結(jié)構(gòu)，所以上氣體室(例如，氣體室11) 比下氣體室(例如，氣體室13)長(zhǎng)。因此，在反應(yīng)爐1中，冷的反應(yīng)氣體在反 應(yīng)爐1的上側(cè)可比在反應(yīng)爐1的下側(cè)流得更遠(yuǎn)，因此，能抑制熱對(duì)流并且可 以使氣流穩(wěn)定并保持均勻。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，該化學(xué)氣相沉積 設(shè)備包括圖10中示出的分開(kāi)障壁63a、 63b和63c、分開(kāi)構(gòu)件66a和66b以 及氣體室11、 12和13;圖7中示出的渦流防止單元70。
通過(guò)將流控制單元60和渦流防止單元70以這樣的方式組合，反應(yīng)氣體 可在反應(yīng)爐1中更均勻地流動(dòng)。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的添加到圖10的流控制單元的引導(dǎo)構(gòu)件 和循環(huán)線(xiàn)。
12參照?qǐng)D12，多個(gè)引導(dǎo)構(gòu)件67可沿氣流方向分別設(shè)置在分開(kāi)障壁63a、63b 和63c上，以向反應(yīng)爐1的內(nèi)側(cè)引導(dǎo)氣流。
由于引導(dǎo)構(gòu)件67以預(yù)定的長(zhǎng)度引導(dǎo)氣流，所以氣流可以均勻。沿著向下 的方向，引導(dǎo)構(gòu)件67的長(zhǎng)度會(huì)減小。
如圖12所示，循環(huán)線(xiàn)68可i殳置在氣體室11、 12和13的外部，以允許 冷卻劑沿反應(yīng)室10的外壁18流動(dòng)，來(lái)冷卻反應(yīng)室10。
障壁構(gòu)件61、傾斜障壁62以及分開(kāi)障壁63a、 63b和63c(在下文中，稱(chēng) 作障壁)是多孔的，使得反應(yīng)氣體能穿過(guò)障壁自由地流動(dòng)。障壁可由如圖13A 所示的具有多個(gè)細(xì)孔的多孔介質(zhì)M形成。
可選地，如圖13B所示，障壁可由板P形成，穿過(guò)板P形成內(nèi)徑相同或 內(nèi)徑不同的多個(gè)孔H以允許反應(yīng)氣體穿過(guò)障壁自由地流動(dòng)。
可選地，如圖13C和圖13D所示，障壁可由板P形成，穿過(guò)板P形成多 個(gè)水平狹縫Sl或垂直狹縫S2以允許反應(yīng)氣體穿過(guò)障壁自由地流動(dòng)。
可選地，如圖13E所示，障壁可由垂直桿Pl和以直角或預(yù)定角度與垂 直桿P1交叉的水平桿P2形成，在垂直桿P1和水平桿P2之間限定了具有預(yù) 定尺寸的空間S。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可在化學(xué)氣相沉積設(shè)備中執(zhí)行沉積如下。將諸如 晶片2的沉積目標(biāo)裝載到設(shè)置在反應(yīng)室10中的基座14的凹陷15中。
在裝載晶片2之后，將功率供應(yīng)到接近基座14設(shè)置的加熱單元30,然 后加熱單元30向基座14輻射熱，使得晶片2被加熱到大約700。C至大約1200 。C的溫度，并且反應(yīng)室10的內(nèi)部保持高溫狀態(tài)。
參照?qǐng)D2,旋轉(zhuǎn)電機(jī)24運(yùn)轉(zhuǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)與形成在基座14處的從動(dòng)齒輪21嚙 合的主動(dòng)齒輪22?？蛇x地，如圖4所示，旋轉(zhuǎn)電機(jī)24a運(yùn)轉(zhuǎn)以轉(zhuǎn)動(dòng)與設(shè)置在 基座14的軸16處的從動(dòng)齒輪21a嚙合的主動(dòng)齒輪22a。這樣，基座14沿一 個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
在這種狀態(tài)下，通過(guò)連接到反應(yīng)室IO的外壁18的氣體引入單元40供應(yīng) 反應(yīng)氣體。如圖1至圖4所示，供應(yīng)的反應(yīng)氣體暫時(shí)在反應(yīng)室10的外壁18 和隔開(kāi)外壁18預(yù)定距離的流控制單元60之間限定的氣體室11、 12和13停 留。然后，反應(yīng)氣體穿過(guò)由多孔體形成的障壁構(gòu)件61以層流的形式流至反應(yīng) 室10的內(nèi)部。
即，隨著反應(yīng)氣流穿過(guò)流控制單元60,反應(yīng)氣流變?yōu)閷恿?，從而可沿?br> 13反應(yīng)室IO的外部向反應(yīng)室10的中心的方向形成反應(yīng)氣體的層流。
這時(shí)，從反應(yīng)室10外側(cè)供應(yīng)的反應(yīng)氣體會(huì)受到由被加熱到高溫的基座
14的頂表面和反應(yīng)室10的頂一反之間的熱對(duì)流引起的向上的浮力，因此，反
應(yīng)氣流會(huì)變得不穩(wěn)定。
為了防止這種情況，如圖6和圖7所示，本發(fā)明的化學(xué)氣相沉積設(shè)備包 括在障壁構(gòu)件61和反應(yīng)室10的頂板之間的渦流防止單元70,以朝氣體引入 單元40逐漸減小基座14和反應(yīng)室10之間的距離，從而反應(yīng)氣流可以被穩(wěn)定 并保持均勻。
如圖8和圖9所示，流控制單元60可具有傾斜形狀，或如圖10和圖11 所示，流控制單元60可具有多階梯形狀，以允許冷的反應(yīng)氣體在反應(yīng)爐1的 上部?jī)?nèi)側(cè)比在反應(yīng)爐1的下部?jī)?nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)得更遠(yuǎn)。在這種情況下，可抑制熱對(duì) 流，并且反應(yīng)氣流可以;故穩(wěn)定并保持均勻。
通過(guò)設(shè)置在反應(yīng)室10的周邊側(cè)的流控制單元60供應(yīng)到反應(yīng)室IO的中心 部分的反應(yīng)氣體與晶片2的頂表面(沉積表面)反應(yīng)，以通過(guò)化學(xué)沉積在晶片2 的頂表面上均勻地生長(zhǎng)層。然后，將反應(yīng)氣體(廢氣)與副產(chǎn)物一起從反應(yīng)室 10的中心部分通過(guò)反應(yīng)室10的上側(cè)或下側(cè)排放到反應(yīng)室10的外部。
即，如圖1和圖2所示，在設(shè)置在基座14的底側(cè)的軸16由具有連接到 排出線(xiàn)52的排出孔51的中空管形成的情況下，廢氣通過(guò)排出孔51和排出線(xiàn) 52從反應(yīng)室10的中心部分排放到反應(yīng)室IO的下面的外部。
可選地，如圖3和圖4所示，在排出孔51a形成在反應(yīng)室IO的頂部中心 部分并連接到排出線(xiàn)52a的情況下，通過(guò)由加熱到高溫的基座14引起的強(qiáng)的 熱對(duì)流，廢氣通過(guò)排出孔51a和排出線(xiàn)52a乂人反應(yīng)室10的中心部分平穩(wěn)地排 放到反應(yīng)室10的上面的外部。
根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，即使工藝壓力在用于生長(zhǎng)高溫沉積層 的工藝條件下增加，室內(nèi)部的氣體強(qiáng)度也能保持在基本均勻的狀態(tài)。
此外，通過(guò)連接到反應(yīng)室外部的氣體？ 1入單元供應(yīng)到反應(yīng)室的周邊側(cè)的 反應(yīng)氣體暫時(shí)地存儲(chǔ)在流控制單元中，然后反應(yīng)氣體供應(yīng)到反應(yīng)室的中心部 分，從而防止在氣體引入單元附近產(chǎn)生由加熱到高溫的基座表面的熱對(duì)流《1 起的渦流或?qū)a(chǎn)生的渦流最小化。此外，廢氣可從反應(yīng)室向反應(yīng)室的上面的 外部或下面的外部排放。因此，可提高氣流的均勻性，并且可防止在反應(yīng)室 內(nèi)的強(qiáng)烈的氣相反應(yīng)。因此，可制造上面均勻地生長(zhǎng)有層的高質(zhì)量沉積晶片。
14雖然已經(jīng)結(jié)合示例性實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)該理解，在不脫離如權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以 進(jìn)行纟f改和變化。
權(quán)利要求
1、一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括反應(yīng)室，包括基座和反應(yīng)爐，在基座上裝載晶片，在反應(yīng)爐中用化學(xué)氣相沉積處理晶片；氣體引入單元，設(shè)置在反應(yīng)室的外壁，以從反應(yīng)爐外部向反應(yīng)爐中心部分供應(yīng)反應(yīng)氣體；氣體排出單元，設(shè)置在反應(yīng)室的中心部分，以在反應(yīng)氣體被用于在反應(yīng)爐中的反應(yīng)之后將反應(yīng)氣體排放到反應(yīng)室的上面的外部或下面的外部。
2、 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，還包括流控制單元，所述流 控制單元設(shè)置在氣體引入單元和氣體排出單元之間，以形成從氣體引入單元 到氣體排出單元的均勻的氣流。
3、 如權(quán)利要求2所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，還包括驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng) 單元提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力以沿 一 個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)基座。
4、 如權(quán)利要求2所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，還包括加熱單元，所述加熱 單元設(shè)置為接近基座以向基座供應(yīng)熱。
5、 如權(quán)利要求2所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，流控制單元包括 障壁構(gòu)件，設(shè)置在反應(yīng)爐的外部，以在反應(yīng)室中限定反應(yīng)爐，并在調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的壓力的同時(shí)，將從氣體《1入單元供應(yīng)的反應(yīng)氣體引入到反應(yīng)爐中； 至少一個(gè)氣體室，設(shè)置在反應(yīng)室的外壁和障壁構(gòu)件之間，以存儲(chǔ)從氣體 引入單元供應(yīng)的反應(yīng)氣體并穿過(guò)障壁構(gòu)件供應(yīng)反應(yīng)氣體。
6、 如權(quán)利要求5所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，當(dāng)設(shè)置多個(gè)氣體室時(shí)， 化學(xué)氣相沉積設(shè)備還包括分隔多個(gè)氣體室的至少 一個(gè)分開(kāi)構(gòu)件。
7、 如權(quán)利要求5所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，還包括渴流防止單元，所述 渦流防止單元設(shè)置在反應(yīng)室中面對(duì)基座的一側(cè)，以使基座和反應(yīng)室之間的距 離朝氣體引入單元逐漸減'J 、。
8、 如權(quán)利要求2所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，流控制單元包括 傾斜障壁，設(shè)置在反應(yīng)爐的外部，以在反應(yīng)室中限定反應(yīng)爐，并在調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的壓力的同時(shí)，將從氣體^ 1入單元供應(yīng)的反應(yīng)氣體引入到反應(yīng)爐中， 傾斜障壁以預(yù)定角度傾斜；多個(gè)氣體室，設(shè)置在反應(yīng)室的外壁和傾斜障壁之間，用于存儲(chǔ)從氣體引入單元供應(yīng)的反應(yīng)氣體，并穿過(guò)傾斜障壁供應(yīng)反應(yīng)氣體； 分隔氣體室的至少 一個(gè)分開(kāi)構(gòu)件。
9、 如權(quán)利要求8所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，還包括渦流防止單元，所述 渦流防止單元設(shè)置在反應(yīng)室中面對(duì)基座的一側(cè)，以使基座和反應(yīng)室之間的距 離朝氣體引入單元逐漸減小。
10、 如權(quán)利要求2所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，流控制單元包括 多個(gè)氣體室，設(shè)置在反應(yīng)室中；至少一個(gè)分開(kāi)構(gòu)件，分隔氣體室使得氣體室具有不同的長(zhǎng)度并且呈階梯狀；分開(kāi)障壁，設(shè)置在氣體室的端部，以在調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的壓力的同時(shí)，將 從氣體引入單元供應(yīng)的反應(yīng)氣體引入到反應(yīng)爐中，其中，氣體室設(shè)置在反應(yīng)室的外壁和分開(kāi)障壁之間，用于存儲(chǔ)從氣體引 入單元供應(yīng)的反應(yīng)氣體并穿過(guò)分開(kāi)障壁供應(yīng)反應(yīng)氣體。
11、 如權(quán)利要求IO所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，還包括渦流防止單元，所 述渦流防止單元i殳置在反應(yīng)室中面對(duì)基座的一側(cè)，以4吏基座和反應(yīng)室之間的 距離朝氣體51入單元逐漸減小。
12、 如權(quán)利要求10所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，還包括多個(gè)平行引導(dǎo)構(gòu)件， 所述多個(gè)平行引導(dǎo)構(gòu)件沿水平方向設(shè)置在分開(kāi)障壁上以引導(dǎo)反應(yīng)氣體的流 動(dòng)。
13、 如權(quán)利要求6所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，氣體引入單元包括 與氣體室連通的多個(gè)氣體供應(yīng)線(xiàn)，用于將不同氣體供應(yīng)到氣體室。
14、 如權(quán)利要求3所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，驅(qū)動(dòng)單元包括 從動(dòng)齒輪，形成在基座的外表面；主動(dòng)齒輪，與從動(dòng)齒輪嚙合；旋轉(zhuǎn)電機(jī)，設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)齒輪的傳動(dòng)軸的端部以提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力。
15、 如權(quán)利要求3所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，還包括設(shè)置在基座的中心 部分的軸以轉(zhuǎn)動(dòng)基座，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元包括從動(dòng)齒輪，設(shè)置在基座處；主動(dòng)齒輪，與從動(dòng)齒輪嚙合；旋轉(zhuǎn)電機(jī)，設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)齒輪的傳動(dòng)軸的端部。
16、如權(quán)利要求2所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其中，氣體排出單元包括排出孔，形成在反應(yīng)室的內(nèi)部的頂部或基座的中心部分；排出線(xiàn)，與排出孔連通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備。所述設(shè)備包括反應(yīng)室、氣體引入單元和氣體排出單元。氣體室包括基座和反應(yīng)爐，在基座上裝載晶片，在反應(yīng)爐中用化學(xué)氣相沉積處理晶片。氣體引入單元設(shè)置在反應(yīng)室的外壁，以從反應(yīng)爐外部向反應(yīng)爐中心部分供應(yīng)反應(yīng)氣體。氣體排出單元設(shè)置在反應(yīng)室的中心部分，以在反應(yīng)氣體被用于在反應(yīng)爐中的反應(yīng)之后將反應(yīng)氣體排放到反應(yīng)室的上面的外部或下面的外部。因此，即使當(dāng)增加工藝壓力以生長(zhǎng)高溫沉積層時(shí)，室內(nèi)的氣體強(qiáng)度也可保持在基本均勻的狀態(tài)。
文檔編號(hào)C23C16/455GK101469411SQ20081017634
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者劉相德, 李元申, 沈智慧, 洪鐘波, 金昶成 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社