反應腔室的製作方法
2023-05-21 07:47:26 1
專利名稱：反應腔室的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體沉積設備，特別是涉及一種反應腔室。
背景技術：
化學氣相澱積(Chemical Vapor Deposition,簡稱CVD)技術廣泛用於製備各種半導體薄膜器件，包括微電子晶片、發光二極體(LED)、太陽光伏電池等。化學氣相澱積的基本過程是，將源氣體從氣源引入反應器，氣體粒子通過輸運(對流和擴散)到達襯底表面，在高溫襯底上由於熱激發而發生化學反應，從而在晶片上沉積單晶或多晶薄膜。
現有技術的化學氣相澱積的反應腔室的結構如圖1所示，反應腔室100包括反應室110，用於放置襯底的託盤130，所述託盤130設置於所述反應室110內，噴淋頭120設置於所述託盤130的上方，用於向所述託盤130提供反應氣體，所述噴淋頭120與所述託盤130上表面之間的距離H不超過11mm。但是，現有技術的反應腔室100內的工藝的良率不佳，有待提聞。
因此，如何提供一種反應腔室，以提高化學氣相澱積工藝的良率，已成為本領域技術人員需要解決的技術難題。發明內容
現有技術的反應腔室存在反應腔室內的工藝良率不佳的問題，本發明提供一種能解決上述問題的反應腔室 。
本發明提供一種反應腔室，包括:
反應室；
託盤，設置於所述反應室內，所述託盤的上表面用於放置襯底；
噴淋頭，設置於所述反應室內，並位於所述託盤的上方；
所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的距離為15mm 100mm，所述噴淋頭向所述託盤噴射反應氣體以在所述噴淋頭與所述託盤上表面之間形成氣流，在所述氣流周圍設置氣流調整部件，以控制所述氣流為所述託盤供氣。
進一步的，所述氣流調整部件用於控制所述氣流以垂直方向為所述託盤供氣。
進一步的，所述氣流調整部件為噴氣部件，所述噴氣部件位於所述噴淋頭的外圍，所述噴氣部件噴射氣體，以在所述噴淋頭與所述託盤之間的氣流外圍形成氣幕環。
進一步的，所述噴氣部件噴射的氣體為反應氣體。
進一步的，所述噴氣部件噴射的氣體為非反應氣體。
進一步的，所述氣流調整部件為上擋板，所述上擋板圍繞設置在所述噴淋頭的外圍，所述上擋板的底部低於所述噴淋頭的下表面。
進一步的,所述上擋板的底部低於所述噴淋頭的下表面IOmm 40mm,且高出所述託盤的上表面。
進一步的，所述氣流調整部件為下擋板，所述下擋板圍繞設置在所述託盤的外圍，所述下擋板的頂部高於所述託盤上表面。進一步的,所述下擋板的頂部高於所述託盤上表面IOmm 30mm,且低於所述噴淋頭的下表面。進一步的，所述下擋板上具有排氣孔，所述排氣孔的中軸線高於所述託盤上表面1mm 10mnin進一步的，所述噴淋頭的下表面具有若干出氣孔，所述出氣孔在所述噴淋頭的下表面陣列排列。進一步的，所述反應腔室還包括加熱單元，所述加熱單元位於所述託盤的下方中央。進一步的，所述反應室還包括抽氣系統，所述抽氣系統使得所述噴淋頭與所述託盤之間的氣體從所述託盤的周圍排出。進一步的，所述抽氣系統設置包括與所述託盤與所述反應室側壁之間形成的排氣通道和位於反應室底部的排氣孔，所述排氣孔與所述排氣通道連通。與現有技術相比，本發明提供的反應腔室具有以下優點:1.在本發明的反應腔室中，所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的距離為15mm 100_，並在所述氣流周圍設置氣流調整部件，與現有技術相比，增加所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的距離，從而減小了所述噴淋頭受所述託盤熱輻射的影響，降低了所述噴淋頭表面的反應氣體的溫度，避免反應氣體在所述噴淋頭表面結合而形成顆粒物質，從而提高反應腔室內工藝反應良率；所述氣流調整部件可以控制所述氣流為所述託盤供氣，避免反應氣體無法到達所述託盤，使所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的氣流分布均勻，提高反應氣體的利用率。2.在本發明的反應腔室中，所述氣流調整部件用於控制所述氣流以垂直方向為所述託盤供氣，反應氣體自所述噴淋頭垂直流向所述託盤的上表面，然後沿所述託盤的上表面平行流動至所述託盤的邊緣，最後在所述託盤下方的抽氣系統的作用下，向所述託盤的邊緣下方排出，使得所述反應氣體可以到達所述託盤的上表面以進行反應，從而使得所述反應氣體利用率高；並且所述反應氣體在所述託盤上表面容易平行流動，因此更加容易形成層流的穩定結構，所述氣流的均勻性更好，形成的外延材料層的缺陷少，均勻度好。
圖1是現有技術中的反應腔室的示意圖；圖2是反應腔室內託盤上方氣流場分布不均勻的示意圖；圖3a-圖3b是本發明一實施方式的反應腔室的示意圖；圖4a-圖4b是本發明又一實施方式的反應腔室的示意圖；圖5a-圖5b是本發明另一實施方式的反應腔室的示意圖。
具體實施例方式現有技術的反應腔室中，所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的距離不超過11mm，反應腔室內的工藝的良率不佳，有待提高。發明人經過對現有技術反應腔室的深入研究發現，影響化學氣相澱積工藝良 率的原因之一是由於所述噴淋頭表面會形成顆粒物質，這些顆粒物質在反應過程中掉落在外延層上，從而影響了工藝的良率。發明人進一步研究發現，所述噴淋頭表面形成顆粒物質的原因是所述噴淋頭與所述託盤的間距過近，所述噴淋頭與所述託盤之間的反應氣體受到所述託盤加熱的影響以及噴淋頭表面被託盤熱輻射的影響，使得所述反應氣體會在噴淋頭表面結合，從而形成顆粒物質。因而，本申請發明人將所述噴淋頭與所述託盤之間的間距適當增大，能夠減小所述噴淋頭受所述託盤熱輻射的影響，降低了所述噴淋頭表面的反應氣體的溫度，有效減少噴淋頭表面的顆粒物質，所述噴淋頭與所述託盤之間的距離不能過大，一方面防止浪費所述反應氣體，另一方面也防止所述反應氣體無法到達所述託盤，從而保證所述反應氣體的利用率。
但如果僅僅增大了所述噴淋頭與所述託盤之間的間距，不僅會造成所述反應氣體的利用率降低，而且使得所述託盤上方氣流場分布不均勻，如圖2所示，在圖2中的反應腔室200中，反應腔室200包括反應室210，用於放置襯底的託盤230，所述託盤230設置於所述反應室210內，噴淋頭220設置於所述託盤130的上方，用於向所述託盤230提供反應氣體，所述噴淋頭220與所述託盤230上表面之間的距離H大於11mm。但是，所述託盤230上方的氣流240分布不均勻，使得反應氣體不能到達所述託盤230表面，從而影響所述反應氣體的利用率。所以，為了保證所述氣流的均勻性，在所述氣流周圍設置氣流調整部件，進一步的控制所述氣流以垂直或傾斜方向為所述託盤供氣。
有鑑於上述的研究，本發明提出一種可以提高化學氣相澱積工藝的良率的反應腔室，所述反應腔室包括反應室，託盤，設置於所述反應室內，所述託盤的上表面用於放置襯底，噴淋頭，設置於所述反應室內，並位於所述託盤的上方，所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的距離為15mm 100mm，所述噴淋頭向所述託盤噴射反應氣體以在所述噴淋頭與所述託盤上表面之間形成氣流，在所述氣流周圍設置氣流調整部件，以控制所述氣流為所述託盤供氣。
與現有技術反應腔室相比較，本發明的反應腔室中，增加所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的距離，從而減小了所述噴淋頭受所述託盤熱輻射的影響，降低了所述噴淋頭表面的反應氣體的溫度，避免反應氣體在所述噴淋頭表面結合而形成顆粒物質，從而提高反應腔室內工藝反應良率；同時設置了氣流調整部件，所述氣流調整部件可以控制所述氣流為所述託盤供氣，避免反應氣體無法到達所述託盤，使所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的氣流分布均勻，提 高反應氣體的利用率。
請參閱圖3a-圖3b，圖3a_圖3b是本發明一實施方式的反應腔室的示意圖，在本實施例中，所述氣流調整部件為噴氣部件350，所述噴氣部件350位於所述噴淋頭320的外圍，所述噴氣部件350噴射氣體，以在所述噴淋頭320與所述託盤330之間的氣流340外圍形成氣幕環351。
在本實施例的反應腔室300包括密閉的反應室310、噴淋頭320、託盤330、以及噴氣部件350，所述託盤330設置於所述反應室310內，所述託盤330的上表面用於放置襯底，所述噴淋頭320設置於所述反應室310內，並位於所述託盤330的上方，所述噴淋頭320可以通過進氣孔321通入反應氣體，在本實施例中所述進氣孔321位於所述噴淋頭320上方，但所述噴淋頭320並不限於通過進氣孔321通入反應氣體，還可以通過進氣管道等進氣部件通入反應氣體，並且，所述進氣孔321的位置、數量也不做具體限制，所述進氣孔321為一個或多個，還可以位於所述噴淋頭320的側壁，只要可以向所述噴淋頭320通入反應氣體即可。所述噴淋頭320可以通過出氣孔322輸出反應氣體，較佳的，若干出氣孔322位於所述噴淋頭320的下表面，所述出氣孔322在所述噴淋頭320的下表面陣列排列，可以為所述託盤330均勻地提供反應氣體。但所述噴淋頭320並不限於通過出氣孔322輸出反應氣體，還可以通過出氣管道等出氣部件通入反應氣體，並且，所述出氣孔322的位置、數量也不做具體限制，只要可以向所述託盤330輸出反應氣體即可。所述噴淋頭320向所述託盤330噴射反應氣體以在所述噴淋頭320與所述託盤330上表面之間形成氣流340。
所述噴淋頭320與所述託盤330上表面之間的距離H為15mm 100mm，可選的，所述噴淋頭320與所述託盤330上表面之間的距離H為20mm、30mm、40mm、50mm、80mm等，所述噴淋頭320與所述託盤330之間的間距較大，從而減小了所述噴淋頭320受所述託盤330熱輻射的影響，降低了所述噴淋頭320表面的反應氣體的溫度，避免反應氣體在所述噴淋頭320表面結合而形成顆粒物質，從而提高反應腔室300內工藝反應良率。但是，所述噴淋頭320與所述託盤330之間的距離不能過大，如果所述噴淋頭320與所述託盤330之間的距離過大，會浪費所述反應氣體，並且所述反應氣體可能無法到達所述託盤330，從而無法保證所述反應氣體的利用率，所以，所述噴淋頭320與所述託盤330上表面之間的距離H為15mm IOOmm較佳。
在本實施例中，所述氣流調整部件為噴氣部件350，所述噴氣部件350位於所述噴淋頭320的外圍，所述噴氣部件350噴射氣體，以在所述噴淋頭320與所述託盤330之間的氣流340外圍形成氣幕環351，以控制所述氣流340為所述託盤330供氣，較佳的，所述噴氣部件350控制所述氣流340以垂直方向為所述託盤330供氣，即所述反應氣體自所述噴淋頭320垂直流向所述託盤330的上表面(面向所述噴淋頭320的表面)，然後沿所述託盤330的上表面平行流動至所述託盤330的邊緣，最後向所述託盤330的邊緣下方排出，如圖3a中所述氣流340的流動方向，使得所述反應氣體可以到達所述託盤330的上表面以進行反應，從而提高所述反應氣體利用率；並且所述反應氣體在所述託盤330上表面容易平行流動，因此更加容易形成層流的穩定結構，所述氣流340的均勻性更好，形成的外延材料層的缺陷少，均勻度好。但所述反應氣體自所述噴淋頭320並不限於垂直流向所述託盤330的上表面，所述反應氣體自所述噴淋頭320亦可以傾斜方向流向所述託盤330的上表面，亦可以為所述託盤330供氣，亦在本發明的思想範圍之內。
其中，所述噴氣部 件350噴射的氣體可以為反應氣體，可以提高所述噴淋頭320邊緣區域反應氣體的濃度，從而補償所述託盤330邊緣由於溫度偏低造成的外延材料生長速度比所述託盤330中部的生長速度低的問題。此外，所述噴氣部件350噴射的氣體還可以為非反應氣體，所述噴氣部件350噴射非反應氣體可以節約成本。所述氣幕環351產生的氣壓可以限制所述氣流340的範圍和方向，使所述氣流340均勻分布於所述氣幕環351內，並以垂直或傾斜方向為所述託盤330供氣。所述噴氣部件350可以與所述噴淋頭320 —體製造形成，所述噴淋頭320向所述噴氣部件350提供噴射用氣體；所述噴氣部件350也可以為獨立於所述噴淋頭320的一個單獨部件，可以通過噴氣管道等噴射用氣體供氣部件向所述噴氣部件350提供噴射用氣體，並且噴射用氣體供氣部件的數量和位置不做具體限制，噴射用氣體供氣部件可以如所述進氣孔321從所述噴氣部件350上方提供噴射用氣體，也可以從所述噴氣部件350側面提供噴射用氣體。所述噴氣部件350位於所述噴淋頭320的外圍，其中，所述噴氣部件350可以位於所述噴淋頭320的側壁的一周，如圖3a所示，也可以位於所述噴淋頭320下表面邊緣的一周，如圖3b所示。較佳的，所述反應腔室300還包括加熱單元360，所述加熱單元360位於所述託盤330的下方中央，以方便向所述託盤330加熱，但所述加熱單元360並不限於位於所述託盤330的下方中央，還可以位於所述託盤330的側邊，只要所述加熱單元360可以向所述託盤330加熱，亦在本發明的思想範圍之內。較佳的，所述反應室310還包括抽氣系統370，所述抽氣系統370使得所述噴淋頭320與所述託盤330之間的氣體從所述託盤330的周圍排出，以產生氣壓使所述反應氣體更容易到達所述託盤330。較佳的，所述抽氣系統370設置包括與所述託盤330與所述反應室310側壁之間形成的排氣通道371和位於反應室310底部的排氣孔372，所述排氣孔372與所述排氣通道371連通，以將所述噴淋頭320與所述託盤330之間的氣體從所述排氣孔372排出所述反應室310。但所述抽氣系統370並不限於上述結構，如所述排氣通道371還可以位於所述託盤330的下方中央，或所述排氣孔372位於所述反應室310側壁，亦可以使得所述噴淋頭320與所述託盤330之間的氣體從所述託盤330的周圍排出，亦在本發明的思想範圍之內。在本實施例中，所述反應腔室300可以用於MOCVD (金屬有機化合物化學氣相沉澱)、PECVD (等離子體增強化學氣相沉積)等化學氣相沉積設備，以提高工藝良率。請參閱圖4a_圖4b，圖4a_圖4b是本發明又一實施方式的反應腔室的示意圖。所述又一實施方式的反應腔室400與所述一實施方式的反應腔室300基本相同，其區別在於:所述氣流調整部件為 上擋板480，所述上擋板480圍繞設置在所述噴淋頭420的外圍，所述上擋板480的底部低於所述噴淋頭420的下表面。所述上擋板480位於所述噴淋頭420的外圍，其中，所述上擋板480可以位於所述噴淋頭420的側壁的一周，如圖4a所示，也可以位於所述噴淋頭420下表面邊緣的一周，如圖4b所示。在本實施例中，所述上擋板480位於所述噴淋頭420的外圍，所述上擋板480亦可以限制所述氣流440的範圍和方向，使所述氣流440在所述上擋板480內均勻分布，並以垂直或傾斜方向為所述託盤430供氣，從而達到提高反應氣體利用率的有益效果。較佳的，所述上擋板480的底部低於所述噴淋頭420的下表面IOmm 40mm,且高出所述託盤430的上表面,如所述上擋板480的底部低於所述噴淋頭420的下表面20mm、30mm等，但所述上擋板480的底部低於所述噴淋頭120的下表面的距離LI並不限於IOmm 40mm，所述上擋板480的底部低於所述噴淋頭420的下表面的距離LI越大，所述上擋板480限制所述氣流440的範圍和方向的效果越明顯。本實施例中的反應腔室400亦增加所述噴淋頭420與所述託盤430上表面之間的距離，從而提高反應腔室400內工藝反應良率，並且，所述上擋板480亦可以控制所述氣流440以垂直或傾斜方向為所述託盤430供氣，使所述噴淋420頭與所述託盤430上表面之間的氣流440分布均勻，提高反應氣體的利用率。請參閱圖5a_圖5b，圖5a_圖5b是本發明另一實施方式的反應腔室的示意圖。所述另一實施方式的反應腔室500與所述一實施方式的反應腔室300基本相同,其區別在於:所述氣流調整部件為下擋板590，所述下擋板590圍繞設置在所述託盤530的外圍，所述下擋板590的頂部高於所述託盤530上表面。在本實施例中，所述下擋板590位於所述託盤530的外圍，所述下擋板590亦可以限制所述氣流540的範圍和方向，使所述氣流540在所述下擋板590內均勻分布，並以垂直或傾斜方向為所述託盤530供氣，從而達到提高反應氣體利用率的有益效果。所述下擋板590位於所述託盤530的外圍，其中，所述下擋板590可以位於所述託盤530的側壁的一周，如圖5a所示，也可以位於所述託盤530上表面邊緣的一周，如圖5b所示。
較佳的,所述下擋板590的頂部高於所述託盤530上表面IOmm 30mm,且低於所述噴淋頭520的下表面,如所述下擋板590的頂部高於所述託盤530上表面15mm、20mm等，但所述下擋板590的頂部高於所述託盤530上表面的距離L2並不限於IOmm 40mm，所述下擋板590的頂部高於所述託盤530上表面的距離L2越大，所述下擋板590限制所述氣流540的範圍和方向的效果越明顯。較佳的，所述下擋板590上具有排氣孔591，所述排氣孔591靠近所述託盤530，優選的，所述排氣孔的中軸線高於所述託盤上表面的距離L3為Imm IOmm,如2m m、5mm、8mm等,可以使已經發生反應的所述反應氣體順利地從所述排氣孔591中排出，使所述沉積反應可以繼續進行。
本實施例中的反應腔室500亦增加所述噴淋頭520與所述託盤530上表面之間的距離，從而提高反應腔室500內工藝反應良率，並且，所述下擋板590亦可以控制所述氣流540以垂直或傾斜方向為所述託盤530供氣，使所述噴淋520頭與所述託盤530上表面之間的氣流540分布均勻，提高反應氣體的利用率。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。
權利要求
1.一種反應腔室，其特徵在於:包括: 反應室； 託盤，設置於所述反應室內，所述託盤的上表面用於放置襯底； 噴淋頭，設置於所述反應室內，並位於所述託盤的上方； 所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的距離為15mm 100mm，所述噴淋頭向所述託盤噴射反應氣體以在所述噴淋頭與所述託盤上表面之間形成氣流，在所述氣流周圍設置氣流調整部件，以控制所述氣流為所述託盤供氣。
2.如權利要求1所述的反應腔室，其特徵在於:所述氣流調整部件用於控制所述氣流以垂直方向為所述託盤供氣。
3.如權利要求1所述的反應腔室，其特徵在於:所述氣流調整部件為噴氣部件，所述噴氣部件位於所述噴淋頭的外圍，所述噴氣部件噴射氣體，以在所述噴淋頭與所述託盤之間的氣流外圍形成氣幕環。
4.如權利要求3所述的反應腔室，其特徵在於:所述噴氣部件噴射的氣體為反應氣體。
5.如權利要求3所述的反應腔室，其特徵在於:所述噴氣部件噴射的氣體為非反應氣體。
6.如權利要求1所述的反應腔室，其特徵在於:所述氣流調整部件為上擋板，所述上擋板圍繞設置在所述噴淋頭的外圍，所述上擋板的底部低於所述噴淋頭的下表面。
7.如權利要求6所述的反應腔室，其特徵在於:所述上擋板的底部低於所述噴淋頭的下表面IOmm 40mm,且高出所述託盤的上表面。
8.如權利要求1所述的反應腔室，其特徵在於:所述氣流調整部件為下擋板，所述下擋板圍繞設置在所述託盤的外圍，所述下擋板的頂部高於所述託盤上表面。
9.如權利要求8所述的反應腔室，其特徵在於:所述下擋板的頂部高於所述託盤上表面IOmm 30mm,且低於所述噴淋頭的下表面。
10.如權利要求8所述的反應腔室，其特徵在於:所述下擋板上具有排氣孔，所述排氣孔的中軸線高於所述託盤上表面Imm 10mm。
11.如權利要求ι- ο中任意一項所述的反應腔室，其特徵在於:所述噴淋頭的下表面具有若干出氣孔，所述出氣孔在所述噴淋頭的下表面陣列排列。
12.如權利要求1-10中任意一項所述的反應腔室，其特徵在於:所述反應腔室還包括加熱單元，所述加熱單元位於所述託盤的下方。
13.如權利要求1-10中任意一項所述的反應腔室，其特徵在於:所述反應室還包括抽氣系統，所述抽氣系統使得所述噴淋頭與所述託盤之間的氣體從所述託盤的周圍排出。
14.如權利要求1-10中任意一項所述的反應腔室，其特徵在於:所述抽氣系統設置包括與所述託盤與所述反應室側壁之間形成的排氣通道和位於反應室底部的排氣孔，所述排氣孔與所述排氣通道連通。
全文摘要
本發明涉及一種反應腔室，所述反應腔室包括反應室；託盤，設置於所述反應室內；噴淋頭，設置於所述反應室內，並位於所述託盤的上方；所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的距離為15mm～100mm，所述噴淋頭向所述託盤噴射反應氣體以在所述噴淋頭與所述託盤上表面之間形成氣流，在所述氣流周圍設置氣流調整部件。所述反應腔室增加了所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的距離，避免反應氣體在所述噴淋頭表面結合而形成顆粒物質，從而提高反應腔室內工藝反應良率；並且所述氣流調整部件可以控制所述氣流以垂直或傾斜方向為所述託盤供氣，使所述噴淋頭與所述託盤上表面之間的氣流分布均勻，提高反應氣體的利用率。
文檔編號C23C16/458GK103215562SQ201310147790
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月25日 優先權日2013年4月25日
發明者蘇育家 申請人:光壘光電科技(上海)有限公司