專利名稱：一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器及反應(yīng)腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種用于化學(xué)氣相淀積的加熱裝置和一種與所述加熱裝置相配套的襯底 載盤，進(jìn)一步是指所述加熱裝置由若干單獨(dú)測(cè)控的扇形加熱單元組成，在所述扇形加熱單元 之間可以放置襯底載盤支撐或反應(yīng)腔頂蓋支撐。使用該加熱裝置和襯底載盤可以簡(jiǎn)化大型化 學(xué)氣相淀積反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，降低制造和使用大型化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器的成本。該加熱 裝置適用于加熱大直徑環(huán)形或圓形或由若干扇形單元組成的環(huán)形或圓形襯底載盤等優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相淀積通常需要在高溫下分解氣態(tài)反應(yīng)劑。襯底表面的溫度均勻性，可控性和準(zhǔn) 確性直接影響化學(xué)氣相淀積材料的均勻性，結(jié)構(gòu)，組成，及其光電特性等。為了提升質(zhì)量和 降低成本，化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，方法不斷改進(jìn)，反應(yīng)腔的尺寸也不斷擴(kuò)大， 對(duì)襯底表面的溫度均勻性，可控性和準(zhǔn)確性提出了越來越高的要求。
一種常用的化學(xué)氣相淀積加熱裝置和相配套的襯底載盤如圖1a所示，主要包括襯底載盤 106a，電阻加熱裝置126a,反應(yīng)器底盤113a，以及襯底載盤支撐140a。使用時(shí)，所述電 阻加熱裝置126a通過熱輻射加熱襯底載盤106a到設(shè)定的溫度。
為了獲得均勻的溫度分布，電阻加熱裝置126a通常由外中內(nèi)幾組環(huán)狀加熱區(qū)相套組成， 特別是外加熱區(qū)，由于沿徑向向外方向的散熱較強(qiáng)，使得外加熱區(qū)相對(duì)應(yīng)的電阻絲溫度可達(dá) 到1500。C 160CTC，大大縮短了外加熱區(qū)電阻絲的壽命。在不同的化學(xué)氣相淀積溫度下，由 于外中內(nèi)環(huán)形加熱區(qū)之間的相互干擾，使得三者間很難達(dá)到合理的功率匹配，在襯底載盤 106a表面難以形成均勻的溫度分布，達(dá)到設(shè)定溫度的時(shí)間較長(zhǎng)。隨著反應(yīng)腔尺寸和襯底載盤 106a直徑的不斷增加，所述電阻加熱裝置126a的功耗不同增加，使得對(duì)加熱過程的控制越 來越困難，制造和使用單一加熱裝置的成本也越來越高。
另一種常用的化學(xué)氣相淀積加熱裝置和相配套的襯底載盤如圖1b所示，主要包括襯底載 盤106b，射頻加熱裝置126b，反應(yīng)器底盤113b，以及襯底載盤支撐140b。使用時(shí)，所述射頻加熱裝置126b通過將射頻耦合到襯底載盤106b，由襯底載盤106b自身發(fā)熱加熱襯底 載盤106b到設(shè)定的溫度。
射頻耦合的加熱效率比電阻加熱效率低約50%，直徑約500mm的襯底載盤所消耗的射 頻功率已超過150KW。為了使射頻耦合加熱的襯底載盤106b有比較均勻的溫度分布，襯底 載盤106b必須有一定的厚度。隨著反應(yīng)腔尺寸和襯底載盤106b直徑的不斷增加，襯底載盤 106b的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，制造和使用成本也越來越高，通過單一射頻加熱裝置126b己難以 滿足大尺寸襯底載盤106b的加熱和控溫需求。
很顯然，通過單一加熱裝置無論是熱輻射加熱還是射頻耦合加熱大尺寸襯底載盤均存在 本質(zhì)性的缺陷，特別是當(dāng)反應(yīng)腔尺寸和襯底載盤直徑繼續(xù)增加時(shí)，低效率的射頻耦合加熱裝 置所要求的復(fù)雜襯底載盤結(jié)構(gòu)，由外中內(nèi)幾組環(huán)狀加熱區(qū)相套組成的輻射加熱裝置已無法滿 足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。由于各種配件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得大尺寸單一加熱裝置有制造和使用成本 高，維護(hù)維修困難，和控制過程復(fù)雜等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種克服現(xiàn)在化學(xué)氣相淀積使用單一加熱裝置和配套襯底載盤缺點(diǎn) 和不足的加熱裝置和配套襯底載盤，該加熱裝置和配套襯底載盤具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便， 和制造使用成本低等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種適用于化學(xué)氣相淀積的加熱裝置 和配套襯底載盤，該加熱裝置和配套襯底載盤能有效減少現(xiàn)有化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔內(nèi) 由于缺少剛性支撐而導(dǎo)致的襯底載盤在高溫下變形和化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔頂蓋在低壓 下變形的程度，從而消除所述變形對(duì)化學(xué)氣相淀積過程的影響，彌補(bǔ)常用化學(xué)氣相淀積反應(yīng) 器反應(yīng)腔在擴(kuò)大反應(yīng)腔尺寸時(shí)所受到的在結(jié)構(gòu)等方面的局限。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型提供一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器，包含反應(yīng)腔，該反應(yīng)腔包括放置在所述反應(yīng) 腔底盤中央的加熱裝置；所述加熱裝置由若干扇形加熱單元組成，每個(gè)扇形加熱單元由各自 的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加熱過程和溫度控制，并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單元支撐 上；所述扇形加熱單元水平拼裝形成的環(huán)形加熱裝置上方放置有圓形或環(huán)形襯底載盤；所述 加熱單元通過熱輻射或射頻耦合加熱所述襯底載盤。
本實(shí)用新型還提供一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔，包含反應(yīng)腔頂蓋，反應(yīng)腔底盤，筒 狀反應(yīng)腔側(cè)壁，圓柱形頂蓋支撐，環(huán)形氣體擴(kuò)散盤，環(huán)形襯底載盤，襯底載盤支撐，放置在 所述環(huán)形襯底載盤下方、由若干扇形加熱單元組成、并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單元支撐上的加熱裝置，若干呈規(guī)則排列布置在襯底載盤上的襯底凹孔和襯底，和放置在所述反應(yīng)腔底盤的 排氣孔；所述圓柱形頂蓋支撐放置在所述反應(yīng)腔底盤的中央，所述圓柱形頂蓋支撐和所述反 應(yīng)腔的中心重合在一起；所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤下表面有若干通孔，所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤水平 放置在所述反應(yīng)腔上部靠近所述反應(yīng)腔頂蓋的下方，并與所述反應(yīng)腔頂蓋的下表面形成所述 反應(yīng)腔之上腔；所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤的上表面與所述反應(yīng)腔頂蓋的下表面之間的距離比所述 環(huán)形氣體擴(kuò)散盤的下表面與所述襯底載盤的上表面之間的距離短；所述氣體擴(kuò)散盤下表面呈 環(huán)形分布的通孔其徑向方向上的寬度不小于所述襯底載盤上同樣呈環(huán)形放置的襯底在徑向方 向上的寬度；所述各加熱單元之間形成加熱單元隔縫，所述加熱單元隔縫中放置有襯底載盤 支撐，所述襯底載盤支撐的頂部支撐到所述襯底載盤的下表面；所述扇形加熱單元分別由各 自的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。
本實(shí)用新型還提供一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔，包含反應(yīng)腔頂蓋，反應(yīng)腔底盤，筒 狀反應(yīng)腔側(cè)壁，圓柱形頂蓋支撐，環(huán)形襯底載盤，襯底載盤支撐，氣體引入盤，放置在所述 環(huán)形襯底載盤下方、由若干扇形加熱單元組成、并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單元支撐上的加熱裝 置，若干呈規(guī)則排列布置在襯底載盤上的襯底凹孔和襯底，和放置在所述反應(yīng)腔底盤的排氣 孔；所述圓柱形頂蓋支撐放置在所述反應(yīng)腔底盤的中央，所述圓柱形頂蓋支撐和所述反應(yīng)腔 的中心重合在一起；所述氣體引入盤放置在所述反應(yīng)腔頂部靠近反應(yīng)腔頂蓋的下側(cè)，所述氣
體引入盤的下表面有若干組互不相通的通孔，通過所述若干組通孔可以向所述反應(yīng)腔提供若 干股垂直向下的氣流；每一組所述通孔與獨(dú)立的供氣單元連接；所述氣體引入盤下表面呈環(huán) 形分布的通孔其徑向方向上的寬度不小于所述襯底載盤上同樣呈環(huán)形放置的襯底在徑向方向 上的寬度；所述各加熱單元之間形成加熱單元隔縫，所述加熱單元隔縫中放置有襯底載盤支 撐，所述襯底載盤支撐的頂部支撐到所述襯底載盤的下表面；所述扇形加熱單元分別有各自 的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。
根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器通常包含一種反應(yīng)腔，該反應(yīng)腔進(jìn)一步包括一種放置 在所述反應(yīng)腔底盤中心部位的加熱裝置。通常，所述加熱裝置由若干扇形加熱單元組成，每 個(gè)加熱單元由各自的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。所述扇形加熱 單元水平拼裝形成的環(huán)形加熱裝置上方放置有一種圓形或環(huán)形襯底載盤。所述加熱單元通過 熱輻射或射頻耦合加熱所述襯底載盤。
根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器通常包含一種反應(yīng)腔，該反應(yīng)腔進(jìn)一步包括一種放置在所述反應(yīng)腔底盤中心部位的加熱裝置。通常，所述加熱裝置由若干扇形加熱單元組成，每 個(gè)加熱單元由各自的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。所述扇形加熱
單元水平拼裝形成的環(huán)形加熱裝置上方放置有一種圓形或環(huán)形或由若干扇形襯底載盤單元組 成的圓形或環(huán)形襯底載盤。所述扇形加熱單元之間留有隔縫，所述隔縫中放置有襯底載盤支 撐。所述襯底載盤支撐的上部支撐到放置在所述加熱裝置上方的環(huán)形或圓形或由若干扇形單 元組成的襯底載盤的下表面，所述襯底載盤支撐可有效減少大尺寸襯底載盤在高溫下的變形, 同時(shí)可減少所述扇形加熱單元之間的相互干擾和影響。所述扇形加熱單元通過熱輻射或射頻 耦合加熱所述襯底載盤。
根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器通常包含一種反應(yīng)腔，該反應(yīng)腔進(jìn)一步包括一種放置
在所述反應(yīng)腔底盤中心部位的加熱裝置。通常，所述加熱裝置由若干扇形加熱單元組成，每 個(gè)加熱單元由各自的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。所述扇形加熱
單元水平拼裝形成的環(huán)形加熱裝置上方放置有一種由若干扇形襯底載盤單元組成的圓形或環(huán) 形襯底載盤。所述扇形加熱單元之間留有隔縫，所述隔縫中放置有反應(yīng)腔頂蓋支撐。所述反 應(yīng)腔頂蓋支撐的上部支撐到化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔頂蓋的下表面。所述反應(yīng)腔頂蓋支撐 可有效減少大尺寸反應(yīng)腔頂蓋在低壓下的變形，同時(shí)可減少所述扇形加熱單元之間的相互干 擾和影響。所述扇形加熱單元通過熱輻射或射頻耦合加熱所述襯底載盤。
通過參照附圖和參考本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案和應(yīng)用實(shí)例的詳細(xì)描述，本發(fā)明所述的目的， 優(yōu)點(diǎn)以及其它特性將會(huì)變得更加清晰。


圖1a:采用熱輻射加熱的化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔局部剖視圖
圖1b:常規(guī)采用射頻耦合加熱的化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔局部剖視圖
圖2: —種環(huán)形襯底載盤俯視圖
圖2a:沿著圖2中的X-X-X線的剖視圖 圖2b:沿著圖2a中的A-A線的剖視圖
圖2C: —種圓形襯底載盤俯視圖 圖3: —種環(huán)形襯底載盤俯視圖
圖3a:沿著圖3中的Q-Q-Q線的剖視圖圖3b:沿著圖3中的Y-Y線的剖視圖 圖3c:沿著圖3a中的B-B線的剖視圖
圖3d: —種圓形襯底載盤俯視圖
圖3e: —種由若干扇形襯底載盤單元組成的環(huán)形襯底載盤俯視圖
圖3f: —種由若干扇形襯底載盤單元組成的圓形襯底載盤俯視圖 圖4: 一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔頂部局部俯視圖
圖4a:沿著圖4中的R-R-R線的剖視圖
圖4b:沿著圖4中的P-P線的剖視圖
圖4c:沿著圖4a中的C-C線的剖視圖
圖4d:沿著圖4a中的D-D線的剖視圖
圖4e:另一種圓形襯底載盤俯視圖
圖5: —種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔頂部局部俯視圖
圖5a:沿著圖5中的H-H-H線的剖視圖
圖5b:沿著圖5中的J-J線的剖視圖
圖5c:沿著圖5a中的L-L線的剖視圖
圖5d:沿著圖5a中的K-K線的剖視圖
圖6:另一種化學(xué)氣相反應(yīng)器反應(yīng)腔頂部局部俯視圖
圖6a:沿著圖6中的0-0-0線的剖視圖
圖6b:沿著圖6中的S-S線的剖視圖
圖6c:沿著圖6a中的N-N線的剖視圖
圖6d:沿著圖6a中的M-M線的剖視圖
具體實(shí)施方式
本發(fā)明和本發(fā)明的各種加熱裝置實(shí)施方案可以通過以下優(yōu)選方案的描述得到充分理解， 以下優(yōu)選方案也可視為本發(fā)明權(quán)利要求的實(shí)例。顯然，應(yīng)該充分理解到由本發(fā)明權(quán)利要求所 定義的本發(fā)明所涵蓋的內(nèi)容要比以下描述的優(yōu)選實(shí)施方案更加廣泛。在不偏離本發(fā)明精神和 范圍的情況下，借助于平常的技能可以產(chǎn)生更多的經(jīng)過變更和修改的實(shí)施方案。所以，以下 描述的實(shí)施方案僅僅是為了舉例說明而不是用來局限由本發(fā)明權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的涵
8蓋范圍。
根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案， 一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔通常包含一種環(huán)形襯底載盤
206 (見圖2)，襯底載盤內(nèi)孔203b，和呈規(guī)則排列放置在襯底載盤206上的襯底凹孔和襯底 200。環(huán)形襯底載盤206通常放置在襯底載盤支撐240a和240b上，扇形加熱單元226a， 226b， 226c，和226d通常位于環(huán)形襯底載盤206下方，并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單元支撐227a， 227b， 227c，和227d上，加熱單元支撐則放置在反應(yīng)腔底盤213上，加熱單元內(nèi)側(cè)與內(nèi)襯 底載盤支撐240b形成內(nèi)隔層262b,加熱單元外側(cè)與外襯底載盤支撐240a形成外隔層262a。 各扇形加熱單元之間形成加熱單元隔縫260a， 260b， 260c和260d。(見圖2a和2b)
所述扇形加熱單元226a， 226b， 226c和226d分別有各自的溫度測(cè)量和電源系流實(shí)現(xiàn) 獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。
由于每個(gè)扇形加熱單元尺寸小、功耗低，對(duì)每個(gè)扇形加熱單元上方所對(duì)應(yīng)的襯底載盤就 可以實(shí)現(xiàn)均勻快速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。整個(gè)襯底載盤可以通過控制各加熱單元來實(shí) 現(xiàn)均勻快速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。任何扇形加熱單元的失效并不影響其它單元的正常 工作，可以使損失降到最低。由于無需拆換整個(gè)加熱裝置，使得更換和調(diào)試扇形加熱單元的 過程簡(jiǎn)單，使用維護(hù)成本低。
根據(jù)圖2所示的本發(fā)明一種實(shí)施方案，另一種襯底載盤可以是中間無通孔的圓形襯底載 盤206x，和呈規(guī)則排列放置在襯底載盤206x上的襯底凹孔和襯底200x。(如圖2c所示)
根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案， 一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔通常包含一種環(huán)形襯底載 盤306 (見圖3)，襯底載盤內(nèi)孔303b，和呈規(guī)則排列放置在襯底載盤306上的襯底凹孔和 襯底300。環(huán)形襯底載盤306通常放置在襯底載盤支撐340a和340b上，扇形加熱單元326a， 326b，326c，和326d通常位于環(huán)形襯底載盤306下方，并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單元支撐327a， 327b， 327c,和327d上，加熱單元支撐則放置在反應(yīng)腔底盤313上，加熱單元內(nèi)側(cè)與內(nèi)襯 底載盤支撐340b形成內(nèi)隔層362b，加熱單元外側(cè)與外襯底載盤支撐340a形成外隔層362a。 各扇形加熱單元之間形成加熱單元隔縫360a， 360b， 360c和360d，每個(gè)加熱單元隔縫中放 置有襯底載盤支撐341a， 341b， 341c，和341d，襯底載盤支撐的頂部支撐到襯底載盤306 的下表面，以減少襯底載盤306在高溫下的變形，同時(shí)襯底載盤支撐可以減少各扇形加熱單 元之間的相互干擾和影響，提高每一個(gè)加熱單元本身的測(cè)控精度與能力。(見圖3a， 3b和3c)
所述扇形加熱單元326a， 326b， 326c和326d分別有各自的溫度測(cè)量和電源系流實(shí)現(xiàn) 獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。由于每個(gè)扇形加熱單元尺寸小、功耗低，對(duì)每個(gè)扇形加熱單元上方所對(duì)應(yīng)的襯底載盤就 可以實(shí)現(xiàn)均勻快速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。整個(gè)襯底載盤可以通過控制各扇形加熱單元 來實(shí)現(xiàn)均勻快速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。任何扇形加熱單元的失效并不影響其它單元的 正常工作，可以使損失降到最低。由于無需拆換整個(gè)加熱裝置，使得更換和調(diào)試扇形加熱單 元的過程簡(jiǎn)單，使用維護(hù)成本低。
根據(jù)圖3所示的本發(fā)明一種實(shí)施方案，另一種襯底載盤可以是中間無通孔的圓形襯底載
盤306x，和呈規(guī)則排列放置在襯底載盤306x上的襯底凹孔和襯底300x。(如圖3d所示)
根據(jù)圖3所示的本發(fā)明一種實(shí)施方案，另一種襯底載盤可以是由若干扇形襯底載盤單元， 306ay， 306by， 306cy和306dy，組成的中間有通孔303by的環(huán)形襯底載盤，各扇形襯底載 盤單元之間的接縫一般位于襯底載盤支撐的上方。各扇形襯底載盤單元上有呈規(guī)則排列的襯 底凹孔和襯底300y。(如圖3e所示)
根據(jù)圖3所示的本發(fā)明一種實(shí)施方案，另一種襯底載盤可以是由若干扇形襯底載盤單元， 306az， 306bz, 306cz和306dz，組成的中間無通孔的圓形襯底載盤，各扇形襯底載盤單元 之間的接縫一般位于襯底載盤支撐的上方。各扇形襯底載盤單元上有呈規(guī)則排列的襯底凹孔 和襯底300z。(如圖3f所示)
根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案， 一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔通常包含一種圓形反應(yīng)腔 頂蓋401 (見圖4)，所述反應(yīng)腔進(jìn)一步包含由若干扇形襯底載盤單元，406a， 406b， 406c 和406d，組成的環(huán)形襯底載盤，襯底載盤內(nèi)孔403b，和呈規(guī)則排列放置在襯底載盤406a， 406b, 406c和406d上的襯底凹孔和襯底400。扇形襯底載盤406a， 406b， 406c和406d 通常放置在襯底載盤支撐440a和440b上，扇形加熱單元426a， 426b， 426c，和426d通 常分別位于扇形襯底載盤406a， 406b， 406c和406d下方，并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單元支 撐427a， 427b， 427c，和427d上，加熱單元支撐則放置在反應(yīng)腔底盤413上，加熱單元 內(nèi)側(cè)與內(nèi)襯底載盤支撐440b形成內(nèi)隔層462b，加熱單元外側(cè)與外襯底載盤支撐440a形成 外隔層462a。各加熱單元之間形成加熱單元隔縫460a， 460b， 460c和460d,每個(gè)加熱單 元隔縫中放置有反應(yīng)腔頂蓋支撐441a， 441b， 441c,和441d，反應(yīng)腔頂蓋支撐的頂部支撐 到反應(yīng)腔頂蓋401的下表面，以減少反應(yīng)腔頂蓋在低壓下的變形，可以簡(jiǎn)化大尺寸頂蓋設(shè)計(jì)， 也可以避免因大尺寸頂蓋變形對(duì)化學(xué)氣相淀積過程的影響，同時(shí)反應(yīng)腔頂蓋支撐可以減少各 加熱單元之間的相互干擾和影響，提高每一個(gè)加熱單元本身的測(cè)控精度與能力。(見圖4a， 4b， 4c，禾口4d)所述扇形加熱單元426a， 426b, 426c和426d分別有各自的溫度測(cè)量和電源系流實(shí)現(xiàn) 獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。
由于每個(gè)加熱單元尺寸小、功耗低，對(duì)每個(gè)加熱單元上方所對(duì)應(yīng)的襯底載盤就可以實(shí)現(xiàn) 均勻快速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。整個(gè)襯底載盤可以通過控制各加熱單元來實(shí)現(xiàn)均勻快 速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。任何加熱單元的失效并不影響其它單元的正常工作，可以使 損失降到最低。由于無需拆換整個(gè)加熱裝置，使得更換和調(diào)試加熱單元的過程簡(jiǎn)單，使用維 護(hù)成本低。
根據(jù)圖4所示的本發(fā)明一種實(shí)施方案，另一種襯底載盤可以是由若干扇形襯底載盤單元， 406ay， 406by， 406cy和406dy，組成的中間無通孔的圓形襯底載盤，各扇形襯底載盤單元 之間的接縫一般位于襯底載盤支撐的上方。各扇形襯底載盤單元上有呈規(guī)則排列的襯底凹孔 和襯底400y。(如圖4e所示)
根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案， 一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔通常包含一種圓形反應(yīng)腔 頂蓋501 (見圖5)，所述反應(yīng)腔進(jìn)一步包含一種反應(yīng)腔頂蓋501， 一種反應(yīng)腔底盤513， 一 種筒狀反應(yīng)腔側(cè)壁511， 一種圓柱形頂蓋支撐502， 一種環(huán)形氣體擴(kuò)散盤504， 一種環(huán)形襯 底載盤506,襯底載盤內(nèi)孔503b， 一種襯底載盤支撐540a和540b， 一種放置在所述環(huán)形襯 底載盤下方，由若千扇形加熱單元526a， 526b， 526c,和526d組成，并放置在相對(duì)應(yīng)的加 熱單元支撐527a， 527b， 527c，和527d上的加熱裝置，若干呈規(guī)則排列放置在襯底載盤 506上的襯底凹孔和襯底500,和一種放置在所述反應(yīng)腔底盤的排氣孔509b。
所述圓柱形頂蓋支撐502 —般放置在所述反應(yīng)腔底盤513的中心部位，所述圓柱形頂蓋 支撐502和所述圓柱形反應(yīng)腔522的圓心通常重合在一起(同心圓放置方式)。所述圓柱形 頂蓋支撐502的頂部支撐到所述反應(yīng)腔頂蓋501內(nèi)側(cè)的中央部位可有效減輕所述反應(yīng)腔頂蓋 501在低壓下的變形，簡(jiǎn)化所述反應(yīng)腔頂蓋501的設(shè)計(jì)，降低所述反應(yīng)腔頂蓋501的制造與 使用成本，使得所述圓柱形反應(yīng)腔522可以通過增加反應(yīng)腔直徑來增加每次可以淀積的襯底 數(shù)量或襯底面積。
所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤504下表面有若干通孔，所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤504通常水平放置在 所述圓柱形反應(yīng)腔522上部靠近所述反應(yīng)腔頂蓋501的下方，并與所述反應(yīng)腔頂蓋501的下 表面形成所述圓柱形反應(yīng)腔522之上腔520。所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤504的上表面與所述反應(yīng) 腔頂蓋501的下表面之間的距離通常比所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤504的下表面與所述襯底載盤 506的上表面之間的距離短，以便于所述上腔520內(nèi)的徑向氣流能處于層流狀態(tài)。所述氣體擴(kuò)散盤504下表面呈環(huán)形分布的通孔其徑向方向上的寬度一般不小于所述襯底載盤506上同 樣呈環(huán)形放置的襯底500在徑向方向上的寬度，使得由所述通孔上垂直下流的氣體能均勻完 整地覆蓋全部襯底500的表面。
所述扇形加熱單元內(nèi)側(cè)與內(nèi)襯底載盤支撐540b形成內(nèi)隔層562b，所述扇形加熱單元外 側(cè)與外襯底載盤支撐540a形成外隔層562a。各加熱單元之間形成加熱單元隔縫560a， 560b, 560c和560d，每個(gè)加熱單元隔縫中放置有襯底載盤支撐541a， 541b， 541c，和541d，襯 底載盤支撐的頂部支撐到襯底載盤的下表面，以減少襯底載盤在高溫下的變形，同時(shí)襯底載 盤支撐可以減少各加熱單元之間的相互干擾和影響，提高每一個(gè)加熱單元本身的測(cè)控精度與 能力。(見圖5a， 5b， 5c，和5d)
所述扇形加熱單元526a， 526b， 526c和526d分別有各自的溫度測(cè)量和電源系流實(shí)現(xiàn) 獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。
由于每個(gè)加熱單元尺寸小、功耗低，對(duì)每個(gè)加熱單元上方所對(duì)應(yīng)的襯底載盤就可以實(shí)現(xiàn) 均勻快速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。整個(gè)襯底載盤可以通過控制各加熱單元來實(shí)現(xiàn)均勻快 速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。任何加熱單元的失效并不影響其它單元的正常工作，可以使 損失降到最低。由于無需拆換整個(gè)加熱裝置，使得更換和調(diào)試加熱單元的過程簡(jiǎn)單，使用維 護(hù)成本低。
使用根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔(如圖5a所示)進(jìn)行 化學(xué)氣相淀積的一種應(yīng)用實(shí)例可如下所述。 一股主要包含V族反應(yīng)劑，如NH3，的氣流和另 一股主要包含III族反應(yīng)劑，如TMGa， TMAI和TMIn,的氣流分別從所述圓柱形反應(yīng)腔522 的側(cè)壁中部，并位于所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤504和所述環(huán)形襯底載盤506之間的環(huán)形氣體噴嘴 沿徑向由外向內(nèi)方向?qū)氲剿鰣A柱形反應(yīng)腔522中。另一股主要包含惰性氣體，如Ar，或 載氣，如H2， N2，或V族反應(yīng)劑，如NH3，或lll族反應(yīng)劑，如TMGa， TMAI和TMIn，或 它們的混合物從所述圓柱形反應(yīng)腔522的側(cè)壁上部，并位于所述反應(yīng)腔頂蓋501下表面和所 述氣體擴(kuò)散盤504上表面之間的環(huán)形氣體引入環(huán)沿徑向由外向內(nèi)方向引入到所述上腔520 內(nèi)，所述上腔520內(nèi)的氣體再經(jīng)由所述氣體擴(kuò)散盤504上的通孔以垂直于所述襯底載盤506 表面的方向進(jìn)入到所述圓柱形反應(yīng)腔522內(nèi)，所形成的垂直氣流覆蓋整個(gè)所述襯底載盤506 的表面。
由所述環(huán)形氣體噴嘴徑向進(jìn)入所述圓柱形反應(yīng)腔522的氣體可能會(huì)由于不同的氣體密 度，不同的氣體流速，和不同的氣體溫度在所述圓柱形反應(yīng)腔522上方外側(cè)或所述環(huán)形氣體
12擴(kuò)散盤504下方外側(cè)形成環(huán)形渦流。經(jīng)所述通孔垂直向下的氣流可有效防阻所述環(huán)形渦流的 形成。如圖5a所示，在垂直氣流作用下，沿徑向由外向內(nèi)的氣流可以保持其層流狀態(tài)，直到 經(jīng)所述襯底載盤內(nèi)孔503b排出所述反應(yīng)腔522。垂直氣流和徑向氣流相互交叉，并在所述環(huán) 形襯底載盤506附近相遇混合，減少了不同反應(yīng)劑之間發(fā)生氣相反應(yīng)的時(shí)間，可以提高氣相 反應(yīng)的效率和氣相淀積的質(zhì)量。
當(dāng)氣流由外圓周沿徑向向內(nèi)方向流動(dòng)時(shí)，圓周截面積不斷減少，氣流速度不斷加快，反 應(yīng)劑的質(zhì)量密度也不斷增加。其中，不斷增加的氣流速度使界面層的厚度沿徑向向內(nèi)方向不 斷減少，由氣相擴(kuò)散到襯底表面的反應(yīng)劑會(huì)隨之增加。氣流速度和反應(yīng)劑質(zhì)量密度沿徑向向 內(nèi)方向的增加(又稱為氣流會(huì)聚效應(yīng))共同補(bǔ)償了由于反應(yīng)劑耗盡效應(yīng)所引起的化學(xué)氣相淀積 速度的下降。所述m族反應(yīng)劑沿徑向由外向內(nèi)方向流動(dòng)所發(fā)生的耗盡效應(yīng)被氣流會(huì)聚效應(yīng)所 補(bǔ)償，所以無需旋轉(zhuǎn)襯底500和域襯底載盤506也能獲得均勻的化學(xué)氣相淀積，可簡(jiǎn)化所述 襯底載盤506的設(shè)計(jì)和降低所述圓柱形反應(yīng)腔的制造和使用成本。由圖5a所示，由于所述 氣體導(dǎo)入裝置均水平放置在所述圓柱形反應(yīng)腔的側(cè)壁，從而可簡(jiǎn)化所述反應(yīng)腔頂蓋501的設(shè) 計(jì)，并降低其制造和使用成本。此外，由于所述反應(yīng)腔頂蓋501無任何氣體導(dǎo)入裝置，每次 化學(xué)氣相淀積后都可以對(duì)所述反應(yīng)腔頂蓋501內(nèi)側(cè)進(jìn)行徹底的清理，從而確保化學(xué)氣相淀積 過程的重復(fù)性，再現(xiàn)性和一致性。
根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案， 一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔通常包含一種圓形反應(yīng)腔 頂蓋601 (見圖6)，所述反應(yīng)腔進(jìn)一步包含一種反應(yīng)腔頂蓋601 ， 一種反應(yīng)腔底盤613， 一 種筒狀反應(yīng)腔側(cè)壁611， 一種圓柱形頂蓋支撐602， 一種環(huán)形襯底載盤606，襯底載盤內(nèi)孔 603b， 一種襯底載盤支撐640a和640b， 一種氣體引入盤604， 一種放置在所述環(huán)形襯底載 盤下方，由若干扇形加熱單元626a， 626b, 626c，和626d組成，并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單 元支撐627a， 627b， 627c，和627d上的加熱裝置，若干呈規(guī)則排列放置在襯底載盤606 上的襯底凹孔和襯底600，和一種放置在所述反應(yīng)腔底盤的排氣孔609a， 609b。
所述圓柱形頂蓋支撐602 —般放置在所述反應(yīng)腔底盤613的中心部位，所述圓柱形頂蓋 支撐602和所述圓柱形反應(yīng)腔622的圓心通常重合在一起(同心圓放置方式)。所述圓柱形 頂蓋支撐602的頂部支撐到所述反應(yīng)腔頂蓋601內(nèi)側(cè)的中央部位可有效減輕所述反應(yīng)腔頂蓋 601在低壓下的變形，簡(jiǎn)化所述反應(yīng)腔頂蓋601的設(shè)計(jì)，降低所述反應(yīng)腔頂蓋601的制造與 使用成本，使得所述圓柱形反應(yīng)腔622可以通過增加反應(yīng)腔直徑來增加每次可以淀積的襯底 數(shù)量或襯底面積。
13所述氣體引入盤604放置在所述圓柱形反應(yīng)腔622頂部靠近反應(yīng)腔頂蓋601的下側(cè)，所 述氣體引入盤604的下表面有若干組互不相通的通孔，通過所述若干組通孔可以向所述圓柱 形反應(yīng)腔622提供若干股垂直向下的氣流。每一組所述通孔與獨(dú)立的供氣單元連接。所述氣 體引入盤604下表面呈環(huán)形分布的通孔其徑向方向上的寬度一般不小于所述襯底載盤606上 同樣呈環(huán)形放置的襯底600在徑向方向上的寬度，使得由所述通孔上垂直下流的氣體能均勻 完整地覆蓋全部襯底600的表面。
所述扇形加熱單元內(nèi)側(cè)與內(nèi)襯底載盤支撐640b形成內(nèi)隔層662b，所述扇形加熱單元外 側(cè)與外襯底載盤支撐640a形成外隔層662a。各加熱單元之間形成加熱單元隔縫660a， 660b， 660c和660d，每個(gè)加熱單元隔縫中放置有襯底載盤支撐641a， 641b， 641c，和641d,襯 底載盤支撐的頂部支撐到襯底載盤606的下表面，以減少襯底載盤606在高溫下的變形，同 時(shí)襯底載盤支撐可以減少各加熱單元之間的相互干擾和影響，提高每一個(gè)加熱單元本身的測(cè) 控精度與能力。(見圖6a， 6b， 6c和6d)
所述扇形加熱單元626a， 626b, 626c和626d分別有各自的溫度測(cè)量和電源系流實(shí)現(xiàn) 獨(dú)立的加熱過程和溫度控制。
由于每個(gè)加熱單元尺寸小、功耗低，對(duì)每個(gè)加熱單元上方所對(duì)應(yīng)的襯底載盤就可以實(shí)現(xiàn) 均勻快速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。整個(gè)襯底載盤可以通過控制各加熱單元來實(shí)現(xiàn)均勻快 速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制。任何加熱單元的失效并不影響其它單元的正常工作，可以使 損失降到最低。由于無需拆換整個(gè)加熱裝置，使得更換和調(diào)試加熱單元的過程簡(jiǎn)單，使用維 護(hù)成本低。
使用根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔(如圖6a所示)進(jìn)行 化學(xué)氣相淀積的一種應(yīng)用實(shí)例可如下所述。 一股主要包含V族反應(yīng)劑，如NHs，的氣流和另 一股主要包含川族反應(yīng)劑，如TMGa， TMAI和TMIn,的氣流分別由各自獨(dú)立的一組通孔沿 垂直于所述襯底載盤606表面方向向下引入到所述圓柱形反應(yīng)腔622內(nèi)。所述氣流均勻覆蓋 整個(gè)所述襯底載盤606，所以無須旋轉(zhuǎn)所述襯底600和/或襯底載盤606也能得到均勻的化學(xué) 氣相淀積，從而簡(jiǎn)化所述襯底載盤606的設(shè)計(jì)，降低所述圓柱形反應(yīng)腔622的制造和使用成 本。垂直向下的氣流本身能有效抑制熱對(duì)流，從而確保所述襯底載盤606表面上的氣流始終 處于層流狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明所述實(shí)施方案的一種適用于化學(xué)氣相淀積的加熱裝置，該加熱裝置通常由若 干扇形加熱單元組成，每個(gè)加熱單元由各自的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加熱過程和溫度控制；由于每個(gè)加熱單元尺寸小、功耗低，對(duì)每個(gè)加熱單元上方所對(duì)應(yīng)的襯底載盤就可 以實(shí)現(xiàn)均勻快速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制；整個(gè)襯底載盤可以通過控制各加熱單元來實(shí)現(xiàn)
均勻快速穩(wěn)定的加熱過程和溫度控制；任何加熱單元的失效并不影響其它單元的正常工作， 可以使損失降到最低。由于無需拆換整個(gè)加熱裝置，使得更換和調(diào)試加熱單元的過程簡(jiǎn)單， 使用維護(hù)成本低。
權(quán)利要求1. 一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器，包含反應(yīng)腔，該反應(yīng)腔包括放置在所述反應(yīng)腔底盤中央的加熱裝置；其特征在于，所述加熱裝置由若干扇形加熱單元組成，每個(gè)扇形加熱單元由各自的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加熱過程和溫度控制，并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單元支撐上；所述扇形加熱單元水平拼裝形成的環(huán)形加熱裝置上方放置有圓形或環(huán)形襯底載盤；所述加熱單元通過熱輻射或射頻耦合加熱所述襯底載盤。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器，其特征在于，所述圓形或環(huán)形襯底載盤由 圓形或環(huán)形或由若干扇形襯底載盤單元組成；所述扇形加熱單元之間留有隔縫，所述隔 縫中放置有襯底載盤支撐；所述襯底載盤支撐的頂部支撐到放置在所述加熱裝置上方的 環(huán)形或圓形或由若干扇形單元組成的環(huán)形或圓形襯底載盤的下表面；所述扇形襯底載盤 單元之間的接縫位于襯底載盤支撐的上方。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器，其特征在于，所述圓形或環(huán)形襯底載盤由 若干扇形襯底載盤單元組成；所述扇形加熱單元之間留有隔縫，所述隔縫中放置有反應(yīng) 腔頂蓋支撐；所述反應(yīng)腔頂蓋支撐的頂部支撐到反應(yīng)腔頂蓋的下表面。
4.一種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔，包含反應(yīng)腔頂蓋，反應(yīng)腔底盤，筒狀反應(yīng)腔側(cè)壁，圓 柱形頂蓋支撐，環(huán)形氣體擴(kuò)散盤，環(huán)形襯底載盤，襯底載盤支撐，放置在所述環(huán)形襯底 載盤下方、由若干扇形加熱單元組成、并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單元支撐上的加熱裝置， 若干呈規(guī)則排列布置在襯底載盤上的襯底凹孔和襯底，和放置在所述反應(yīng)腔底盤的排氣 孔；其特征在于，所述圓柱形頂蓋支撐放置在所述反應(yīng)腔底盤的中央，所述圓柱形頂蓋 支撐和所述反應(yīng)腔的中心重合在一起；所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤下表面有若干通孔，所述環(huán) 形氣體擴(kuò)散盤水平放置在所述反應(yīng)腔上部靠近所述反應(yīng)腔頂蓋的下方，并與所述反應(yīng)腔 頂蓋的下表面形成所述反應(yīng)腔之上腔；所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤的上表面與所述反應(yīng)腔頂蓋 的下表面之間的距離比所述環(huán)形氣體擴(kuò)散盤的下表面與所述襯底載盤的上表面之間的 距離短；所述氣體擴(kuò)散盤下表面呈環(huán)形分布的通孔其徑向方向上的寬度不小于所述襯底 載盤上同樣呈環(huán)形放置的襯底在徑向方向上的寬度；所述各加熱單元之間形成加熱單元 隔縫，所述加熱單元隔縫中放置有襯底載盤支撐，所述襯底載盤支撐的頂部支撐到所述 襯底載盤的下表面；所述扇形加熱單元分別由各自的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加 熱過程和溫度控制。
5. —種化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔，包含反應(yīng)腔頂蓋，反應(yīng)腔底盤，筒狀反應(yīng)腔側(cè)壁，圓 柱形頂蓋支撐，環(huán)形襯底載盤，襯底載盤支撐，氣體引入盤，放置在所述環(huán)形襯底載盤下方、由若干扇形加熱單元組成、并放置在相對(duì)應(yīng)的加熱單元支撐上的加熱裝置，若干 呈規(guī)則排列布置在襯底載盤上的襯底凹孔和襯底，和放置在所述反應(yīng)腔底盤的排氣孔； 其特征在于，所述圓柱形頂蓋支撐放置在所述反應(yīng)腔底盤的中央，所述圓柱形頂蓋支撐 和所述反應(yīng)腔的中心重合在一起；所述氣體引入盤放置在所述反應(yīng)腔頂部靠近反應(yīng)腔頂 蓋的下側(cè)，所述氣體引入盤的下表面有若干組互不相通的通 L，通過所述若干組通孔可 以向所述反應(yīng)腔提供若干股垂直向下的氣流；每一組所述通孔與獨(dú)立的供氣單元連接； 所述氣體引入盤下表面呈環(huán)形分布的通孔其徑向方向上的寬度不小于所述襯底載盤上 同樣呈環(huán)形放置的襯底在徑向方向上的寬度；所述各加熱單元之間形成加熱單元隔縫， 所述加熱單元隔縫中放置有襯底載盤支撐，所述襯底載盤支撐的頂部支撐到所述襯底載 盤的下表面；所述扇形加熱單元分別有各自的溫度測(cè)量和電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的加熱過程 和溫度控制。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種用于化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器及其反應(yīng)腔。其中，加熱裝置由若干單獨(dú)測(cè)控的扇形加熱單元組成，在所述扇形加熱單元之間可以放置襯底載盤支撐或反應(yīng)腔頂蓋支撐。所述加熱裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作與維修方便，制造和使用成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于大直徑化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器反應(yīng)腔中加熱環(huán)形或圓形或由若干扇形襯底載盤單元組成的環(huán)形或圓形襯底載盤。
文檔編號(hào)C23C16/46GK201313935SQ20082013338
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者剛 李 申請(qǐng)人:剛 李