專利名稱：用于化學氣相沉積的進氣口元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學氣相沉積的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
化學氣相沉積包括導向含有化學物種的一種或多種氣體至通常為平坦晶片的基片表面上，使得反應(yīng)物種反應(yīng)并在表面上形成沉積。例如，化合物半導體可以通過半導體材料在晶體晶片上的外延生長來形成。第III-V族的半導體一般使用第III族的金屬源， 如鎵，銦，鋁以及它們的組合，與第V族元素源，如一種或多種氫化物或一種或多種第V族元素，如NH3、AsH3、或PH3,或銻有機金屬化合物如三甲基銻來形成。在該過程中，氣體在晶片表面，例如藍寶石晶片上相互反應(yīng)，以形成第III-V族化合物，其通式為InxGaYAlzNAAsBPcSbD，其中X + Y + Z =大約1，而A + B + C + D=大約 1，而每個X，Y, Ζ, A, B, C,和D可以位于(Tl。在某些實施例中，可以用鉍來取代一些或所有其它第III族的金屬。在某種方法中，通常稱為“鹵化物”或“氯化物”法，第三族金屬源為金屬的揮發(fā)性鹵化物，最普遍的氯化物為feCl2。在另一個方法中，通常稱為有機金屬化學氣相沉積或 “M0CVD”，第III族金屬源為第III族金屬的有機化合物，如金屬烷基?；瘜W氣相沉積中最廣泛使用的一種設(shè)備包括圓盤狀的晶片載體，安裝在反應(yīng)室內(nèi)用于繞著垂直軸旋轉(zhuǎn)。晶片固定在載體上，使得晶片表面在反應(yīng)室內(nèi)面朝上游方向。當載體繞著軸旋轉(zhuǎn)時，導向位于載體上游的進氣口元件處的反應(yīng)氣體至反應(yīng)室內(nèi)。氣流朝著載體和晶片下游地流過，理想地以層狀塞流的形式。隨著氣體接近旋轉(zhuǎn)載體，粘性阻力促使它們繞著軸旋轉(zhuǎn)，使得在接近載體表面的邊界區(qū)域處，氣流繞著軸并向外地流向載體的外圍。當氣流位于載體外部邊緣之上時，它們朝著位于載體之下的排氣口向下地流動。 該過程通常通過一系列不同的氣體組分，以及某些情況下不同的晶片溫度來實現(xiàn)，以沉積多層具有形成理想半導體裝置所需的不同組分的半導體。僅以示例說明，在發(fā)光二極管 ("LEDs")以及二極管激光器的形成中，多量子阱("MQW")結(jié)構(gòu)可以通過第III-V族半導體與不同比例的鎵和銦的沉積層來形成。每層都可能有幾十埃厚度，例如，幾個原子層。這種設(shè)備可以在載體表面以及晶片表面上提供穩(wěn)定且有序的氣流，使得載體上的所有晶片，以及每個晶片上的所有區(qū)域都受到大致均勻的條件。這樣可以反過來促進材料在晶片上的均勻沉積。這種均勻性十分重要，因為沉積在晶片上材料層的成分以及厚度的微小差異都會影響所產(chǎn)生裝置的性能。迄今為止，在用于這類裝置的進氣口元件的研究領(lǐng)域上已投入了大量的努力。進氣口元件通常具有進氣口，用于分散在活動的，氣體排放區(qū)域之上反應(yīng)氣體，該氣體排放區(qū)域大致與晶片載體的大小幾乎等同。某些進氣口元件運送第一反應(yīng)氣體，例如第V族氫化物的混合物，而其它的進氣口元件運送第二反應(yīng)氣體，例如金屬烷基以及載氣的混合物。這些進氣口的形成如平行延伸至旋轉(zhuǎn)軸的管，進氣口分布在進氣口元件的朝下表面或下游表面上。在對稱設(shè)置進氣口方面迄今為止已經(jīng)投入了大量的努力。第一氣體進氣口設(shè)置為關(guān)于晶片載體的旋轉(zhuǎn)軸徑向?qū)ΨQ，或具有至少兩個對稱的垂直平面，在旋轉(zhuǎn)軸處相互交錯。第二氣體進氣口設(shè)置為相似的對稱模式，與第一氣體進氣口穿插。進氣口元件通常包括復(fù)雜的通道結(jié)構(gòu)，用于驅(qū)趕氣體至管道進氣口處。此外，由于晶片通常保持在高溫下，例如約50(Γ1200 ，進氣口元件必須設(shè)有冷卻劑通道。該冷卻劑通道輸送循環(huán)水流或其它液體，并保持進氣口元件在相對較低的溫度下，以便限制或阻止氣體的過早反應(yīng)。如公開號為20060021574 Al的美國專利申請中所記載，該專利申請的內(nèi)容在此引入?yún)⒖歼M氣口元件可以設(shè)有額外的結(jié)構(gòu)，用于排放不含反應(yīng)物種的載氣流。當氣體位于進氣口元件附近時，載氣流使反應(yīng)氣流相互分隔。直到氣體遠離進氣口元件時才相互混合。此外，排放載氣流可以限制或阻止反應(yīng)氣體在離開進氣口元件時的再循環(huán)。因此，反應(yīng)氣體并不傾向于在進氣口元件上形成不理想的沉積。例如，在轉(zhuǎn)讓的公開號為20080173735 Al的美國申請中，該專利申請的內(nèi)容在此引入?yún)⒖纪ㄟ^提供刀片狀的擴散器來減少在進氣口元件附近排放氣體的再循環(huán)，該刀片狀擴散器從進氣口元件表面下游地突出，來引導氣流。通常，進氣口設(shè)置為在進氣口元件的整個活動區(qū)域上，例如，設(shè)置進氣口的整個區(qū)域，提供遠離進氣口元件的均勻氣流。在某些情況下，用于特定氣體的進氣口可以分隔成兩個或更多區(qū)域，例如，接近旋轉(zhuǎn)軸的第一區(qū)域，以及遠離旋轉(zhuǎn)軸的第二區(qū)域。這兩個區(qū)域具有兩個分開的氣體通道，使得第一氣體在兩個區(qū)域內(nèi)的流速可以得到單獨控制。例如，在一個普遍的結(jié)構(gòu)中，用于例如第V族氫化物的第一氣體進氣口，設(shè)置為覆蓋大多數(shù)的進氣口表面的排列，而用于例如第III族烷基的第二氣體進氣口，設(shè)置為一個或多個相對中心軸徑向延伸的窄帶。在這種系統(tǒng)中，遠離軸的帶的一部分將第二氣體提供至具有相對大面積的晶片載體的環(huán)狀部分。而接近軸的同一條帶的一部分將氣體提供至具有較小面積的晶片載體的環(huán)狀部分。為了在晶片載體的單元面積上提供等量的第二氣體，一般對第二氣體進氣口進行劃分區(qū)域，以沿著帶的單元長度上提供不同的第二氣體排放速率。例如，可以在接近軸的進氣口處提供具有相對低濃度第二氣體的氣體混合物，而在遠離軸的進氣口處可以提供更濃的氣體混合物。這種劃分區(qū)域增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。盡管有上述的改進，更進一步的改進則更為理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供了一種化學氣相沉積的反應(yīng)器。本發(fā)明的反應(yīng)器理想地包括具有上游和下游方向的反應(yīng)室，并理想地包括載體支撐件，用于在反應(yīng)室內(nèi)的載體位置上支撐晶片載體，以圍繞沿著上游以及下游方向延伸的軸旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明該方面的反應(yīng)器優(yōu)選地具有安裝在載體位置上游處反應(yīng)室的進氣口元件，進氣口元件具有沿著X和Y水平方向延伸的氣體分布表面，該X和Y水平方向相互垂直并垂直于下游方向。
進氣口元件理想地具有多個長形的進氣口，用于排放氣體至反應(yīng)室內(nèi)，長形的進氣口相互平行地延伸并在X水平方向上穿過氣體分布表面。長形的進氣口理想地在整個反應(yīng)器中間平面的Y-方向上延伸，并可以在氣體分布表面的主要部分上延伸。例如，長形的進氣口可以大致覆蓋整個氣體分布表面，或可以覆蓋接近等于晶片載體面積的面積。該長形的進氣口優(yōu)選地包括多個第一進氣口，用于排放第一反應(yīng)氣體，并包括多個第二進氣口， 用于排放第二反應(yīng)氣體，第一進氣口在Y水平方向上相互間隔設(shè)置，而第二氣體進氣口在Y 水平方向上相互間隔并與第一氣體進氣口穿插。進氣口可以設(shè)置為并非相對于沿著X水平方向延伸的反應(yīng)器中間平面成對稱模式，該模式可以不相對于這種中間平面對稱。也就是說，對于任何位于正Y距離至X方向中間平面的第一進氣口，便設(shè)置有位于相應(yīng)的負Y距離至X方向中間平面相反側(cè)的第二進氣本發(fā)明的其它方面提供了氣相沉積的方法以及在氣相沉積反應(yīng)器內(nèi)使用的進氣口元件。


圖1為本發(fā)明一個實施例中的沉積裝置的剖視圖； 圖2為圖1設(shè)備中使用部件的平面示意圖3為沿著圖2線3-3方向的剖視圖； 圖4為圖2和3中元件某種結(jié)構(gòu)的部分剖切透視示意圖； 圖5為圖4中結(jié)構(gòu)的一部分的放大比例的部分剖切示意圖； 圖6與圖5相似，但展示了圖4結(jié)構(gòu)中的另一部分；
圖7，8和9展示了圖廣6中設(shè)備所獲得的晶片載體上的氣體分布的示意圖； 圖10與圖4相似，但展示了根據(jù)本發(fā)明進一步實施例的設(shè)備的部分； 圖11與圖4相似，但展示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的設(shè)備的部分； 圖12與圖2相似，但展示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的設(shè)備的部分； 圖13為本發(fā)明進一步實施例中所使用的部件的剖視示意圖； 圖14，15和16為本發(fā)明進一步實施例所使用的部件的剖視示意圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明實施例的反應(yīng)器(圖1)包括反應(yīng)室10，其具有包含內(nèi)表面11的壁，該內(nèi)表面大致以圍繞中心軸16旋轉(zhuǎn)的表面形式存在。反應(yīng)器的壁可以包括臨近反應(yīng)器末端上游部分的錐形部分13，并可以包括可移動的環(huán)狀部分17。主軸12安裝在反應(yīng)室內(nèi)用于繞著軸16旋轉(zhuǎn)。圓盤狀的晶片載體14安裝在主軸上。晶片載體14設(shè)置為支撐一個或多個基體，例如晶片18，使得晶片表面20沿著軸朝向上游方向U。在系統(tǒng)處于運作條件時，可移動壁部分17形成一個繞著晶片載體14延伸的遮板。該遮板可以軸向移動以打開用于負載或卸載系統(tǒng)的通道。晶片載體14通?？刹鹦兜匕惭b在主軸上，使得系統(tǒng)可以通過卸下晶片載體而卸載，并通過插入一個新的晶片載體而重新負載。加熱器15，例如為反應(yīng)器內(nèi)的電阻加熱器，用于加熱晶片載體以及晶片。同樣，排氣系統(tǒng)19與反應(yīng)室末端的下游連接。
該設(shè)備的上述特征與紐約威科儀器有限公司銷售的商標為“TurboDisc”以及 "Ganzilla"的反應(yīng)器所使用的設(shè)備相似。進氣口元件22設(shè)置在反應(yīng)室末端的上游部分。進氣口元件的下游表面M朝著晶片載體以及晶片面向下游方向。進氣口元件與第一反應(yīng)氣體源30連接，該第一反應(yīng)氣體源例如為第V族氫化物，并通常與如N2或H2的載體混合。進氣口元件同樣與第二反應(yīng)氣體源 26連接，該第二反應(yīng)氣體源例如為金屬烷基，并同樣與載體混合。此外，進氣口元件與如N2 或H2的載體源32連接，該載體源不摻入任何反應(yīng)氣體，進氣口元件并且與冷卻劑循環(huán)裝置 33相連。如在圖2和3中所示，進氣口元件22包括頂板40，該頂板包括面朝下的表面42以及從下游表面42下游突出的環(huán)形岐管44。岐管44被內(nèi)部擋板46 (圖2)細分為第一氣體部分48以及第二氣體部分50。第一氣體部分48以及第二氣體部分50通常位于中間平面 52的相對側(cè)，該中間平面延伸穿過并包括反應(yīng)器的軸16。第一氣體部分48與第一反應(yīng)氣體源30相連，而第二氣體部分50與第二反應(yīng)氣體源沈相連(圖1)。這些連接可以通過向下延伸穿過頂板40的鉆孔實現(xiàn)。一個環(huán)形的冷卻劑通道設(shè)置在氣體岐管48的下游處。該冷卻劑通道細分為位于中間平面52 —側(cè)的冷卻劑入口部分54，以及位于中間平面52相反側(cè)的冷卻劑出口部分56.
冷卻劑入口以及出口部分通過延伸穿過岐管部分48和50的導管(未圖示)與冷卻劑循環(huán)設(shè)備33相連(圖1)。氣體分布板60設(shè)置在頂板40的下游處，使得板60和40相互配合地確定位于它們之間的氣體分布室62。該氣體分布室62與載氣源32 (圖1)相連，但不與岐管的第一或第二氣體部分相連。如圖4所示，板60由多個相互平行延伸的長形管狀氣體分布元件64和66形成。 該長形元件64和66的伸長方向可以隨意稱為"+X"方向。這個方向與上游和下游方向垂直，并與反應(yīng)室的軸16 (圖1)垂直。該長形元件在"+Y"方向相互抵消，該"+Y"方向同樣與軸16以及+X方向垂直。與軸16垂直的方向包括X和Y方向，稱為“水平方向”，因為軸16通常(雖然并非絕對)在正常重力的參考平面垂直延伸。同樣，與軸垂直的平面也在此稱為水平平面。因此，頂板40以及分布板60沿著水平平面延伸。同樣，在普通的直角坐標系當中，在水平方向上與+X方向相反的水平方向在此稱為-X方向，而與+Y方向相反的方向在此稱為-Y 方向。與軸16平行的上游以及下游方向U和D，構(gòu)成直角坐標系中的第三或Z方向。管狀元件64在此稱為第一氣體分布元件。如在圖5中所示，每個第一氣體分布元件包括一個大致矩形的管狀主體。該管狀主體具有固體上游壁68，固體側(cè)壁70以及下游壁72。壁68，70和72相互配合地確定內(nèi)部鉆孔74。下游壁72具有以延伸穿過壁的長形狹槽76形式存在的開口。槽76沿著第一氣體元件64縱向地(沿著X方向)延伸。一個長形的擴散器78安裝在下游壁72上，并沿著第一氣體分布元件64縱向延伸。擴散器78大致以三角柱的形式存在。擴散器由兩個部分80形成，每個部分包括在擴散器內(nèi)縱向，例如，在X方向上延伸的通道82。部分80背對背地安裝在管狀元件的下游壁 72上。擴散器80作為整體來說以長形三角柱的形式存在。擴散器的寬度以及大小隨著下游方向D的距離遠離管狀元件而減小。
一個通道或額外的進氣口 84從管狀元件處延伸穿過擴散器78至遠離管狀元件的擴散器的邊緣，例如，擴散器下游邊緣處。通道或進氣口 84以擴散器的兩個背對背的三角部分80所確定的長形狹槽的形式存在。通道84與狹槽76相通，并因此沿著第一氣體分布元件64的長度與管狀元件的內(nèi)部鉆孔74相通。元件66，在此稱為第二氣體分布元件，每個第二氣體分布元件(圖6)除了在其下游壁86上具有沿著元件長度延伸的一系列孔88，而并非第一氣體分布元件的狹槽76之外， 與第一氣體元件64 —樣。同樣，每個第二氣體分布元件的擴散器90具有一系列較小的管狀氣體進氣道92，在圖6中，每個管狀進氣道都可見地延伸穿過擴散器并與孔88相通。每個通道或進氣道92在擴散器90的下游邊緣處都打開。再次說明，每個管狀元件具有上游壁96以及側(cè)壁94，使得下游壁86與其它壁94和96相互配合來確定在元件內(nèi)縱向延伸的內(nèi)部鉆孔98。再次說明，每個擴散器具有同樣縱向延伸的冷卻劑通道100，多個獨立的進氣口 92沿著元件66的長度設(shè)置，相互配合地確定長形的進氣口。因此，如在本發(fā)明中所使用的， 對長形進氣口的指代應(yīng)該理解為包括長形的單一狹槽，例如元件64的狹槽76，以及包括由設(shè)置成排的多個單獨進氣口形成的長形進氣口。如圖4所示，第一和第二氣體分布元件64和66肩并肩地設(shè)置，并通過焊接102相互機械地連接，該焊接102在相互臨近元件的側(cè)壁94和70之間延伸。元件的上游壁94和 68相互配合地確定板60的上游表面，而下游壁72和86相互配合地確定板的下游表面。焊接102只有設(shè)置在沿著元件長度的間距位置。因此，狹槽狀進氣口開口 104，在此稱為“底部”進氣口，從其上游表面延伸穿過板至其下游表面，位于臨近的氣體分布元件64和66之間。氣體分布板60的上游表面面對著板60與頂板40之間的間隙62。如圖2和3所示，復(fù)合板60安裝在岐管44處，并在整個被岐管所包圍的圓形區(qū)域上延伸。因此板60整完全地占據(jù)了圓形區(qū)域，該圓形區(qū)域在此稱為活動的，或進氣口元件的氣體排放區(qū)域。該圓形區(qū)域與軸16同軸。第一氣體分布元件64以及第二氣體分布元件 66在X水平方向，例如平行于同樣沿X軸方向延伸的中間平面108的方向延伸。第一和第二氣體分布元件64和66在第一氣體部分48和第二氣體部分50之間自然地延伸，并機械地例如通過焊接與相互連接。然而，第一氣體分布元件64的內(nèi)部鉆孔只與第一氣體部分48 連通，而第二氣體分布元件66的內(nèi)部鉆孔只與第二氣體部分50連通。包括在擴散器78，90內(nèi)的冷卻劑通道82，100 (圖5和6)在兩個端部處都打開，并與冷卻劑入口部分討和冷卻劑出口部分56相連(圖3)。如圖2所示，每個獨立的氣體分布元件64和66在垂直于X方向中間平面52上沿 X方向延伸。由獨立的氣體分布元件確定的長形進氣口同樣在中間平面52上延伸。在這個實施例中，每個氣體分布元件，以及由每個氣體分布元件確定的長形進氣口在大致地整個進氣口元件的活動氣體分布區(qū)域的跨度上延伸。第一和第二氣體分布元件64和66并非相對于沿著X方向延伸的中間平面108對稱設(shè)置。此外，第一和第二氣體分布元件64，66相對于中間平面108設(shè)置為反對稱或負對稱。也就是說，對于每個相對中間平面108處設(shè)置為正向或+Y距離的第一氣體分布元件64，都具有設(shè)置在相對中間平面108處的相應(yīng)-Y距離的第二氣體分布元件66。例如，第一氣體分布元件6 位于離中間平面108的+ 距離。第二氣體分布元件66a位于相對中間平面相同幅度的相應(yīng)負距離_Ya。每個氣體分布元件的距離可以測量至由該元件確定的進氣口的縱向中心線，例如，狹槽狀進氣口 84的縱向中心線(圖6)，或排孔92(圖6)的縱向中心線。在圖2中，為了清楚地說明，省略了在氣體分布元件之間的間隙或底部進氣口 104。在運作中，第一反應(yīng)氣體例如氨氣或其它第V族氫化物與一種或多種載氣，例如 H2,隊或兩者的混合氣體通過歧管的第一氣體部分48提供，并穿過第一氣體分布元件64的縱向鉆孔74 (圖5)。第一反應(yīng)氣體如一系列長形，窗簾狀的氣流111 (圖4)從由第一氣體分布元件64以及與其相連的擴散器78確定的進氣口 84處流出。相似地，第二反應(yīng)氣體， 例如金屬烷基與載氣混合，通過歧管的第二氣體部分50 (圖2)提供，并穿過第二氣體分布元件66的內(nèi)部鉆孔98 (圖6)。第二氣體因此如排狀氣流113 (圖4)，從由第二氣體分布元件以及與其相連的擴散器確定的進氣口 92處流出。排狀氣流113在第一氣體氣流111之間穿插。載氣，例如H2, N2或它們的混合物，被導向至載氣間隙62，并穿過由構(gòu)成板的氣體分布元件64和66之間確定的間隙或底部進氣口 104。載氣如窗簾狀氣流115地流出，穿插在每個第一反應(yīng)氣體氣流111以及鄰近的第二反應(yīng)氣體的排氣流113之間。氣流下游地穿過晶片載體14以及晶片18的附近，通過晶片載體以及晶片的旋轉(zhuǎn)運動卷入旋轉(zhuǎn)氣流。第一和第二反應(yīng)氣體在晶片表面處相互反應(yīng)，以形成如第III-V族半導體的沉積。第一和第二反應(yīng)氣體在處于進氣口元件附近時保持大致的相互分離，并以大致層狀，有序的氣流形式從進氣口元件處下游地流動。這種行為由幾方面原因引起。擴散器90 和76確定了它們之間的大致V形通道，這種通道設(shè)置在底部進氣口 104的下游位置。該通道隨著離底部進氣口 104的下游距離增加而在Y水平方向上逐漸拓寬。這樣有利于載氣流 115以有序的方式擴散，使得大致層狀載氣氣流在擴散器76和90的下游邊緣處占主導地位。第一和第二反應(yīng)氣流111和113在擴散器的邊緣下游處引導至流動體系中，并傾向于以相似的有序?qū)恿餍问搅鲃?。此外，載氣流115在第一反應(yīng)氣流111以及第二反應(yīng)氣流113之間提供大致完全的阻隔。換種方式說，一個處于水平平面，與上游至下游軸16垂直的路徑，從其中一道第二反應(yīng)氣流113延伸至鄰近的第一反應(yīng)氣流111的將攔截其中一道載氣流115。這對處于水平平面上的任何曲線都是如此，該水平平面限制在進氣口元件的活動區(qū)域內(nèi)，例如，存在進氣口的區(qū)域。這種在第一和第二反應(yīng)氣流之間的大致完全阻隔使氣體之間的過早反應(yīng)最小化。第一和第二氣流并非相對在X方向延伸的中間平面108對稱設(shè)置。如果晶片載體以及晶片為靜止的，這樣會導致晶片載體以及晶片不均勻地暴露在第一和第二反應(yīng)氣體中，例如，如圖7所示，在晶片載體14上標有記號120，用于指向X方向，在圖7中為向右。如果晶片載體保持在這個方向上，以暗條紋展示的區(qū)域?qū)乐氐厥艿降谝环磻?yīng)氣體影響，而以亮條紋展示的區(qū)域?qū)乐氐厥艿降诙磻?yīng)氣體影響。相同的影響模式在圖8中展示， 但晶片載體14繞著中心軸16轉(zhuǎn)了 180°，使得標記120指向相反方向或-X方向。在圖8中的亮和暗條紋的模式與圖7中的模式相反。因此，隨著晶片載體旋轉(zhuǎn)，在晶片載體一個方向上嚴重暴露于第一氣體的區(qū)域?qū)⒃诰d體的相反方向上嚴重暴露于第二氣體。隨著晶片載體的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，這種暴露模式變得均勻，如圖9所示。在這種設(shè)置中，每單元長度的長形第一氣體分布元件64 (圖2)提供第一氣體至晶片載體上相同大小的區(qū)域。同樣地，每單元長度的長形第二氣體分布元件66 (圖2)提供第二氣體至晶片載體上相同大小的區(qū)域。因此，如果所有第一氣體分布元件64沿其整個長度的每個單元長度設(shè)置為提供相同流速的第一氣體，而所有第二氣體分布元件66沿其整個長度的每個單元長度設(shè)置為提供相同流速的第二氣體，這樣，在晶片載體上便可以提供均勻流量的第一和第二氣體。在每個單元長度上的第一氣體流量理想地在每個長形狹槽84 (圖5)的整個長度上為均勻的。同樣，在每個由成排離散進氣道92 (圖6)確定的長形進氣口的整個長度上，第二氣體的流速理想地為均勻的。這樣就不需要在第一進氣口的多個區(qū)域或第二進氣口的多個區(qū)域中提供每個長度的不同流速氣流，或不同濃度的第一或第二氣體。這樣大大地簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及運作。此外，這種簡化不需要一般用于提供整齊排列進氣口的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。為了確保沿著每個進氣口元件64或66長度的均勻氣流，與穿過進氣口 84和92的鉆孔的流動阻力相比，沿著元件長度穿過鉆孔74或98的流體阻力理想地應(yīng)該比較小。在圖7和8中的影響模式應(yīng)理解為為了說明的原理圖模式。在實際應(yīng)用中，下游流動的氣體本身卷入繞軸的旋轉(zhuǎn)運動中。氣體的旋轉(zhuǎn)運動傾向于在晶片載體的任何給定旋轉(zhuǎn)位置上使氣體的暴露模式比圖7和8中展示的更為均勻。上述的結(jié)構(gòu)以及運作方式可以在任何需要尺寸的反應(yīng)室內(nèi)應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)可以按比例擴大為相對較大的尺寸，例如，反應(yīng)室具有大約600mm或更大的晶片載體，以及具有幾乎相等或更大直徑的活動，氣體排放區(qū)域的進氣口元件。此外，進氣口元件可以很快地進行裝配。上述結(jié)構(gòu)的不同變化以及不同組合都可以進行應(yīng)用。在上述結(jié)構(gòu)的一個變化中， 第一氣體分布元件64可以用于提供載氣流，而底部進氣口 104可以用于提供第一反應(yīng)氣流，而第二氣體分布元件可以用于提供第二反應(yīng)氣體。在另一個變化中，可以使用多于兩種反應(yīng)氣體。例如，氣體分布元件可以包括大致相互平行的第一，第二以及第三氣體分布元件。在圖10中的另一個變化中，氣體分布板沈0以及進氣口元件的頂板240之間的氣體間隙沈2與第一反應(yīng)氣體源相連，例如，氨氣，使得從板的氣體分布元件之間的底部進氣口 204流出的氣流為第一反應(yīng)氣流111。在這個實施例中，所有構(gòu)成板260的氣體分布元件 266如上述第二氣體分布元件66的一樣地進行設(shè)置。因此，第二反應(yīng)氣流113從位于所有擴散器邊緣的額外進氣口 274處流出。 在其它的變化實施例中，所有的進氣口元件設(shè)置為狹縫狀進氣口，例如在上述第一氣體分布元件64中所使用的。即使在第一和第二氣體之間沒有使用載氣來進行分離，在擴散器的末端、在由擴散器推動的第一反應(yīng)氣體111的流暢流層之內(nèi)，注入第二反應(yīng)氣體 113，很好地防止了氣體的再循環(huán)和進氣口元件上不受歡迎的副產(chǎn)物的沉積。
在其它實施例中(圖11)，每個氣體分布元件包括管狀主體觀6，該管狀主體286確定了在其下游表面以打開的成排孔287形式存在的長形進氣口。每個長形的氣體分布元件具有兩個擴散器觀8，安裝在管狀主體的下游表面處，使得兩個擴散器位于長形進氣口的相對側(cè)。再次說明，氣體分布元件相互連接但又相互間隔，以致可以確定底部進氣口四0。在該實施例中，由氣體分布元件中成排的孔287確定的進氣口，以及底部進氣口 290朝著管狀主體286下游表面的反應(yīng)器打開，使得所有進氣口的開口位于同一平面上。
在這種結(jié)構(gòu)中，擴散器288位于由氣體分布元件確定的每個進氣口觀7以及鄰近的底部進氣口 290之間。再次說明，在頂板240以及由氣體分布元件形成的復(fù)合板之間的氣體間隙292與第一氣體源連接。然而，氣體分布元件與第二氣體源相連，使得第一氣流111 從底部進氣口 290流出，第二氣流113從由氣體分布元件確定的進氣口 287流出。同樣在這個實施例中，擴散器提供的流暢層流防止了再循環(huán)以及沉積的形成。同樣在該實施例中， 擴散器理想地設(shè)有冷卻劑通道觀9。在另一個變化中，由氣體分布元件確定的某些或所有長形進氣口可以為狹槽而不是成排的孔。再次說明，除了第一和第二氣體，氣體還可以包括載氣。在另一個實施例中，可以忽略安裝在氣體分布板下游表面上的擴散器。且在另一個實施例中，除了在進氣口處之外，在復(fù)合板下游表面上可以提供一個多孔篩網(wǎng)。在另一個是實施例中(圖12)，管狀氣體分布元件360肩并肩地以相互鄰接的方式進行安裝，并通過例如焊接固定在一起。在這種結(jié)構(gòu)中，沒有底部進氣口延伸穿過由氣體分布元件366形成的氣體分布板。一個多孔的篩網(wǎng)300從板360處朝下游方向安裝，而不同的氣體分布進氣口的進氣口 364具有下游延伸穿過篩網(wǎng)的短管。導入載氣至復(fù)合板360以及篩網(wǎng)300之間的間隙363， 使得載氣流動穿過篩網(wǎng)并圍繞著從進氣口 362流出的每股反應(yīng)氣流。冷卻劑通道367可以安裝在每個氣體分布元件的底部表面上。在上述討論的實施例中，氣體分布板由分開的相互連接的長形氣體分布元件形成。然而，該氣體分布板同樣可以如以上所述的由一個或多個確定長形進氣口的單個板形成。在上述的實施例中，該長形的進氣口為伸直的。然而，這并非必要的。例如在圖13 的實施例中，由實線代表的每個長形的第一進氣口 464，以鋸齒模式延伸。因此，每個這種進氣口大致在X方向延伸，而在Y方向上具有輕微的偏離。由虛線代表的長形的第二進氣口 466，以相似的鋸齒模式延伸。底部進氣口(未圖示)可以同樣具有相似的鋸齒結(jié)構(gòu)。同樣在這種結(jié)構(gòu)中，第一和第二進氣口相互大致平行地延伸。然而，每個長形的進氣口仍然大致在X方向延伸。換句話說，進氣口在X方向上任何實質(zhì)的范圍Ex，該進氣口在Y方向上的實質(zhì)范圍Ey與Ex相比較小。在另一個變化中(圖 14)，長形的進氣口 564以及566以弧形而非直線形式存在。再次說明，進氣口大致在X方向上延伸。在上述的實施例中，每個長形的進氣口在沿其整個長度的每個單元長度上提供相同流速的反應(yīng)氣體。在一個變化中，每單元長度上氣體沿著長形進氣口的長度漸進變化。這在當特定的長形氣體分布元件只在一個末端接受到氣體混合物，并沿著其長度流動具有明顯阻力時，便會發(fā)生這種情況。圖15大概地展示了從這種長形進氣口流出的第一反應(yīng)氣體的影響模式601a。在這種情況下，從特定進氣口而來的反應(yīng)氣體的大量流速在沿著進氣口長度的X方向上逐漸減少。因此，受這種氣體影響的晶片載體的面積寬度如圖示地在X方向上減少。在圖15的結(jié)構(gòu)中，第二反應(yīng)氣體進氣口 606具有在-X方向上減少的大量流速。晶片載體的繞軸旋轉(zhuǎn)將會抵消影響模式的差異。例如，在晶片載體旋轉(zhuǎn)一個半圈的時候，與影響模式601a中的部分603相一致的晶片部分將與部分605相一致。而在另一個結(jié)構(gòu)中，第一氣體進氣口的交替可以具有大量流速，因此而來的影響模式在X的相反方向減少。第二氣體進氣口可以具有相似的設(shè)置。在上述的實施例中，第一和第二進氣口設(shè)置為相同數(shù)量并在Y方向上設(shè)置為1 :1 的交替順序。然而，這并非必要的。例如，在每對第二進氣口之間可以提供2，3個或更多長形的第一進氣口。同樣，沒有必要將長形的進氣口設(shè)置成相對X方向延伸的中間平面的非對稱結(jié)構(gòu)。與這種結(jié)構(gòu)相偏離，可以使用包括一種對稱設(shè)置。同樣，在上述的實施例中，確定長形進氣口的板包括長形的管狀氣體分布元件。然而，長形的進氣口可以通過其它結(jié)構(gòu)提供，例如，具有與進氣口相連的合適氣體分布通道或腔的一個或多個單一的板。根據(jù)本發(fā)明另一個實施例(16)的一種化學氣相沉積的設(shè)備包括反應(yīng)室710，該反應(yīng)室大致以繞著中心軸716旋轉(zhuǎn)的空心主體的形式存在。如上述的圖1的實施例中，該設(shè)備包括一個例如主軸(未圖示)的支撐，適應(yīng)于支撐晶片載體(未圖示)，用于繞著中心軸716 旋轉(zhuǎn)。在該實施例中，進氣口元件722確定了由圖16中實線表示的第一氣體進氣口，以及由虛線表示的第二進氣口 766。第一進氣口與例如包括第III族元素的氣體混合物的第一反應(yīng)氣體源相連，而第二進氣口與和第一氣體反應(yīng)，例如為包括第V族元素氣體混合物的第二氣體源相連。進氣口同樣包括第三氣體進氣口 768，由圖16中的虛線表示。第三進氣口與載體源連接，該載體源在反應(yīng)室內(nèi)主導的條件下大致不與第一和第二氣體反應(yīng)。只在氣體分布表面區(qū)域內(nèi)延伸的第一進氣口具有離中心軸716的第一半徑禮。換句話說，第一氣體出口從中心軸延伸至第一半徑R1，第二氣體出口從中心軸處延伸至第二半徑&處，第三進氣口延伸至半徑民，半徑民比第一和第二半徑要大，并因此大于R1和&。 在特定的實施例中，半徑R3等于或稍微小于處于氣體分布表面的反應(yīng)室的內(nèi)徑。第一和第二半徑R1和&可以將近等于晶片載體的半徑。在運作中，從第一和第二進氣口流出的氣體下游地(在圖16中為沿著軸716朝著觀眾的方向)流向晶片載體，并參與化學氣相沉積反應(yīng)或在晶片上的其它處理。在第一和第二半徑R1和&的區(qū)域內(nèi)，從第三進氣口處流出的載氣下游地穿過第一和第二氣流之間，并如上所述地從進氣口元件至晶片的距離的至少一部分保持這些氣流之間的分離。在被第一和第二進氣口所覆蓋的區(qū)域之外的間隔區(qū)域G中，從第三進氣口流出的載氣形成一個窗簾，使第一和第二反應(yīng)氣體與反應(yīng)室壁710保持隔離。這樣使在反應(yīng)室壁上反應(yīng)產(chǎn)物的沉積達到最小化。特別地，氣體的再循環(huán)可以發(fā)生在反應(yīng)室的上游末端，此處進氣口元件722與反應(yīng)器壁結(jié)合。在圖16的設(shè)置中，任何再循環(huán)氣體可以基本由載氣組成， 因此不會在反應(yīng)器壁以及進氣口元件上形成沉積。此外，在間隔區(qū)域G中省略第一和第二進氣口減少了第一和第二反應(yīng)氣體的總流量以保持定量的反應(yīng)物流向晶片載體。換句話說，如果在間隔區(qū)域G處具有第一和第二反應(yīng)氣體，它們會繞著晶片載體的外部穿過，而不會撞進到晶片上。避免這種浪費將減少在該方法中使用的反應(yīng)氣體的成本，并減少廢棄反應(yīng)氣體的排放。圖16中的設(shè)置可以進行變化，例如，第一和第二半徑禮和&可以相互不同。這些半徑可以相當于或大于第三半徑。在這種構(gòu)造中，鄰近反應(yīng)器壁的窗簾狀氣體包括載氣以及僅僅其中一種反應(yīng)氣體。這種窗簾狀氣體可以有效地抑制反應(yīng)室壁上的沉積。沒有必要在第一和第二進氣口之間提供第三進氣口。例如，第三進氣口可以只設(shè)置在間隔區(qū)域G中。 同樣，圖16中展示的進氣口設(shè)置為平行排狀，但也可以使用其它構(gòu)造。例如，第一進氣口可以以“場”或連續(xù)區(qū)域的形式存在，而第二進氣口可以以一個或多個徑向排的形式存在。在不偏離本發(fā)明的情況下可以使用上述特征的變化以及組合，上述的優(yōu)選實施例應(yīng)理解為用于說明，而并非對本發(fā)明的限制。工業(yè)實用性
本申請可以應(yīng)用于，例如半導體裝置的制造。
權(quán)利要求
1.一種化學氣相沉積反應(yīng)器，其特征在于，包括(a)具有上游和下游方向的反應(yīng)室；(b)載體支撐件，用于在反應(yīng)室內(nèi)的載體位置處支撐晶片載體，使載體能夠圍繞延伸于上游和下游方向的軸旋轉(zhuǎn)；(c)在載體位置的上游處安裝至反應(yīng)室的進氣口元件，所述進氣口元件具有沿著X和Y 水平方向延伸的氣體分布表面，所述X和Y水平方向相互垂直、且垂直于下游方向，所述進氣口元件具有多個長形進氣口，用于將氣體排入反應(yīng)室，所述長形進氣口相互平行地延伸， 并在X水平方向上穿過氣體分布表面，且穿過反應(yīng)器的Y方向中間平面延伸，所述長形進氣口包括多個用于排放第一反應(yīng)氣體的第一進氣口和多個用于排放第二反應(yīng)氣體的第二進氣口，所述第一進氣口在Y水平方向上相互間隔地設(shè)置，所述第二進氣口在Y水平方向上相互間隔地設(shè)置，并與第一進氣口穿插。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述長形進氣口設(shè)置為一種在進氣口元件的氣體分布表面的主要部分上延伸的模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述第一和第二進氣口設(shè)置為一種關(guān)于沿X水平方向上延伸的反應(yīng)器的中間平面不對稱的模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述第一和第二進氣口設(shè)置為關(guān)于沿 X水平方向延伸的中間平面成反對稱的模式，使得對于任何距X方向中間平面的一側(cè)為正 Y距離的第一進氣口，都在相應(yīng)的、距X方向中間平面的相對側(cè)為負Y距離處設(shè)置第二進氣
5.—種進氣口元件，其特征在于，具有氣體分布表面，所述氣體分布表朝向下游方向， 并在相互垂直且垂直于下游方向的X和Y水平方向上延伸，所述進氣口元件具有多個長形的進氣口，用于將氣體排放至反應(yīng)室內(nèi)，所述長形的進氣口在X水平方向上相互平行地延伸，所述長形的進氣口設(shè)置為在氣體分布表面的主要部分上延伸的模式，所述長形的進氣口包括多個用于排放第一氣體的第一進氣口，以及多個用于排放第二氣體的第二進氣口， 所述第一進氣口在Y水平方向上相互間隔設(shè)置，所述第二進氣口在Y水平方向上相互間隔設(shè)置，并與第一進氣口穿插。
6.一種用于化學氣相沉積反應(yīng)器的進氣口元件，其特征在于，包括一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有下游側(cè)，且界定了遠離下游側(cè)的下游方向，所述結(jié)構(gòu)在下游方向上形成了多個長形的底部進氣口，這些底部進氣口相互平行地沿著垂直于下游方向的X水平方向延伸，所述底部進氣口在垂直于X水平方向的Y水平方向上相互間隔，所述結(jié)構(gòu)還包括多個從底部出氣口向下游突出的長形擴散器，所述底部出氣口在底部進氣口之間沿X水平方向相互平行地延伸，所述擴散器逐漸變細，使得每個擴散器在Y水平方向上的尺寸沿下游方向逐漸降低、直到底部出氣口下游的邊緣處，至少其中一些擴散器在擴散器邊緣處具有帶開口的額外進氣
7.如權(quán)利要求6中所述的進氣口元件，其特征在于，每個擴散器包括至少一個在該擴散器內(nèi)沿X方向延伸的冷卻劑通道，且所述結(jié)構(gòu)包括與每個擴散器相連的、沿X方向延伸的氣體分布通道，所述氣體分布通道設(shè)置在冷卻劑通道的上游處，并與額外進氣口相通。
8.如權(quán)利要求7中所述的進氣口元件，其特征在于，每個擴散器具有兩個在Y方向上相互間隔設(shè)置的冷卻劑通道，以及一個或多個連接通道，所述連接通道從與擴散器相關(guān)聯(lián)的氣體分布通道處延伸至擴散器的額外進氣口的開口處，每個擴散器的連接通道延伸于該擴散器的兩個冷卻劑通道之間。
9.如權(quán)利要求7中所述的進氣口元件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括與每個擴散器相連的管狀元件，與每個擴散器相連的管狀元件界定了與該擴散器相關(guān)聯(lián)的氣體分布通道，并在結(jié)構(gòu)上支撐該擴散器，所述管狀元件在X方向上相互平行地延伸。
10.如權(quán)利要求9中所述的進氣口元件，其特征在于，所述底部進氣口在相鄰的管狀元件之間延伸。
11.如權(quán)利要求8中所述的進氣口元件，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)界定有活動區(qū)域，該活動區(qū)域包括底部進氣口和額外進氣口以及一個或多個從活動區(qū)域處水平偏移的岐管，至少其中一些管狀元件延伸至一個或多個岐管處。
12.一種用于化學氣相沉積反應(yīng)器的進氣口元件，其特征在于，包括多個長形元件，這些長形元件相互平行延伸并相互機械連接，使得所述長形元件合作界定了具有上游側(cè)和下游側(cè)的板，所述板具有位于相鄰長形元件之間的、從上游側(cè)延伸至下游側(cè)的底部進氣開口， 所述進氣口元件還包括一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)界定了位于板的上游處的一個或多個氣體間隙，并與底部進氣開口相通。
13.如權(quán)利要求12中所述的進氣口元件，其特征在于，至少其中一些長形元件為管狀， 每個管狀元件界定了一個或多個氣體分布通道。
14.如權(quán)利要求12中所述的進氣口元件，其特征在于，還包括與氣體分布通道相通的額外進氣口，所述額外進氣口開向板的下游側(cè)。
15.如權(quán)利要求13中所述的進氣口元件，其特征在于，還包括沿著至少其中一些長形元件延伸、并從這些管狀元件處向下游突出的擴散器，至少一些額外進氣口延伸穿過所述擴散器。
16.如權(quán)利要求13中所述的進氣口元件，其特征在于，還包括一個或多個在管狀元件末端處與管狀元件連接、并與氣體分布通道相通的岐管。
17.一種化學氣相沉積反應(yīng)器，其特征在于，包括(a)具有上游和下游方向的反應(yīng)室；(b)載體支撐件，用于在反應(yīng)室內(nèi)的載體位置處支撐晶片載體，使載體能夠圍繞延伸于上游和下游方向的軸旋轉(zhuǎn)；(c)在載體位置的上游處安裝至反應(yīng)室的進氣口元件，所述進氣口元件具有沿著垂直于下游方向的水平方向延伸的氣體分布表面，所述進氣口元件具有多個長形進氣口，用于排放氣體至反應(yīng)室內(nèi)，所述長形進氣口在第一水平方向上相互平行地延伸，所述長形的進氣口包括多個用于排放第一反應(yīng)氣體的第一進氣口，和多個用于排放第二反應(yīng)氣體的第二進氣口，以及多個用于排放載氣的第三進氣口，所述載氣基本不含第一和第二反應(yīng)氣體，且基本不與第一和第二反應(yīng)氣體反應(yīng)，所述進氣口在垂直于第一水平方向的第二水平方向上相互間隔設(shè)置，并相互穿插，使得至少其中一些第一和第二進氣口構(gòu)成成對的相鄰進氣口， 且至少其中一些第三進氣口設(shè)置在至少其中一些成對的第一和第二進氣口之間。
18.如權(quán)利要求17中所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述第三進氣口設(shè)置在每一對相鄰的第一和第二進氣口之間。
19.如權(quán)利要求17中所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述進氣口元件包括在第一水平方向上延伸、并從第三進氣口向下游突出的長形擴散器，其中第一和第二進氣口設(shè)置在擴散器上。
20.一種化學氣相沉積的方法，其特征在于，包括以下步驟(a)保持晶片載體在反應(yīng)室內(nèi)支撐一個或多個晶片，使得晶片的表面朝向上游方向；(b)使晶片圍繞沿上游和下游方向延伸的軸旋轉(zhuǎn)；(c)從多個長形進氣口處朝著晶片載體沿下游方向排放多種氣體，所述長形進氣口在垂直于軸的第一水平方向上相互平行地延伸，這一排放步驟使得第一和第二反應(yīng)氣體從分開的長形進氣口排出，且使得基本不含第一和第二反應(yīng)氣體并基本不與第一和第二反應(yīng)氣體反應(yīng)的載氣從其它反應(yīng)進氣口排出，且使得至少其中一些載氣流從相鄰的第一和第二反應(yīng)氣體流之間排出。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一反應(yīng)氣體包括一種或多種第 III族金屬源，而第二反應(yīng)氣體包括一種或多種第V族元素源。
22.一種化學氣相沉積反應(yīng)器，其特征在于，包括(a)具有上游和下游方向的反應(yīng)室；(b)載體支撐件，用于在反應(yīng)室內(nèi)的載體位置處支撐晶片載體，使載體能夠圍繞延伸于上游和下游方向的軸旋轉(zhuǎn)；(c)在載體位置的上游處安裝至反應(yīng)室的進氣口元件，所述進氣口元件具有沿著垂直于下游方向的水平方向延伸的氣體分布表面，所述進氣口元件具有多個用于排放第一反應(yīng)氣體的第一進氣口，和多個用于排放第二反應(yīng)氣體的第二進氣口，以及多個用于排放基本不含第一和第二反應(yīng)氣體并基本不與第一和第二反應(yīng)氣體反應(yīng)的載氣的第三進氣口，所述第一、第二和第三進氣口分別延伸至距軸為第一、第二和第三徑向距離處，所述第三徑向距離大于所述第一和第二徑向距離的至少其中之一。
23.如權(quán)利要求22所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述第一和第二徑向距離大致相等。
24.一種化學氣相沉積的方法，其特征在于，包括(a)使支撐基片的圓盤狀支撐件繞軸旋轉(zhuǎn)，同時保持基片表面基本與軸垂直并面向沿軸的上游方向；且，在旋轉(zhuǎn)過程中，(b)將可相互反應(yīng)的第一和第二反應(yīng)氣體沿平行于軸的下游方向、朝著基片排放為第一和第二組氣流，該第一和第二組氣流分別延伸至距所述軸為第一和第二徑向距離處，與此同時，將基本不與第一和第二氣體反應(yīng)的第三氣體沿下游方向排放為第三組氣流，該第三組氣流延伸至距所述軸為第三徑向距離處，所述第三徑向距離大于所述第一和第二徑向距離的至少其中之一。
全文摘要
用于化學氣相沉積反應(yīng)器(10)的進氣口元件(22)由多個長形的管狀元件(64，65)構(gòu)成，該多個長形的管狀元件相互肩并肩地設(shè)置在一個垂直于反應(yīng)器上下游方向的平面上。所述管狀元件具有用于沿下游方向排放氣體的進氣口。晶片載體(14)繞著上游至下游的軸旋轉(zhuǎn)。氣體分布元件可以提供這樣的氣體分布模式氣體分布關(guān)于延伸穿過所述軸的中間平面(108)為非對稱。
文檔編號C23C16/455GK102308368SQ200980156161
公開日2012年1月4日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者博揚·米特洛維克, 米哈伊爾·貝魯索夫, 耿·莫伊 申請人:威科儀器有限公司