反應(yīng)氣體輸送裝置及化學(xué)氣相沉積或外延層生長(zhǎng)反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種在諸如基片等襯底上生長(zhǎng)外延層或進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在諸如基片等襯底上生長(zhǎng)外延層或進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的生產(chǎn)過(guò)程中，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。現(xiàn)有技術(shù)中，反應(yīng)器有各種各樣的設(shè)計(jì)，包括:水平式反應(yīng)器，該反應(yīng)器中，基片被安裝成與流入的反應(yīng)氣體成一定角度；行星式旋轉(zhuǎn)的水平式反應(yīng)器，該反應(yīng)器中，反應(yīng)氣體水平通過(guò)基片；以及垂直式反應(yīng)器，該反應(yīng)器中，當(dāng)反應(yīng)氣體向下注入到基片上時(shí)，基片被放置在反應(yīng)腔內(nèi)的基片承載架上并以相對(duì)較高的速度旋轉(zhuǎn)。該種高速旋轉(zhuǎn)的垂直式反應(yīng)器為商業(yè)上最重要的MOCVD反應(yīng)器之一。
[0003]垂直式反應(yīng)器中反應(yīng)氣體輸送裝置的結(jié)構(gòu)是最為重要的設(shè)計(jì)之一，外延生長(zhǎng)工藝或者化學(xué)氣相沉積工藝通常需要至少兩組反應(yīng)氣體，在實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)選地，反應(yīng)氣體在進(jìn)入反應(yīng)腔前不能混合，因此人們提出各種各樣的氣體噴淋頭設(shè)計(jì)來(lái)保證兩組反應(yīng)氣體在進(jìn)入反應(yīng)腔前保持相互隔離。此外，有效地對(duì)氣體噴淋頭進(jìn)行冷卻對(duì)反應(yīng)工藝也有很好的幫助，在很多應(yīng)用中采用包括水在內(nèi)的流體進(jìn)行冷卻。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，大部分氣體輸送裝置設(shè)計(jì)是采用氣體輸送管道實(shí)現(xiàn)對(duì)不同反應(yīng)氣體的輸送，將很多元件焊接加工在一起，不僅提高了加工制作難度，還會(huì)因?yàn)闅怏w輸送管道與不同氣體的間隔板間密封效果不好，增加氣體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)；在另一些設(shè)計(jì)中，提供了一種氣體輸送裝置，它通過(guò)將多個(gè)中空的長(zhǎng)形管狀的氣體分布元件肩并肩地并排、間隔地焊接而成，同時(shí)在長(zhǎng)形管狀氣體分布元件下方焊接有氣體擴(kuò)散器及冷卻管道等元件，但這些焊接元件極易導(dǎo)致漏水、漏氣，并且在加工焊接時(shí)，不能保證各個(gè)進(jìn)氣口元件的完全相同，因而，不能保證每一個(gè)氣體輸送裝置的形狀尺寸一致，此外，在一段工藝后，氣體輸送裝置容易變形，導(dǎo)致同一反應(yīng)腔內(nèi)的不同基片工藝效果出現(xiàn)不同。如果各個(gè)氣體輸送裝置在加工時(shí)不能保證加工參數(shù)完全相同，在放置到反應(yīng)器內(nèi)時(shí)，不同反應(yīng)器的加工工藝將會(huì)不同，這會(huì)嚴(yán)重影響不同反應(yīng)器內(nèi)基片加工的均一性，造成一批基片(反應(yīng)腔與腔之間)的處理結(jié)果不同。此外，在這些設(shè)計(jì)中，還存在著由于管狀氣體分布元件之間的氣體擴(kuò)散速度不同，而導(dǎo)致輸送到處理區(qū)域內(nèi)的氣體不均勻的問(wèn)題。
[0005]因此，業(yè)內(nèi)亟需一種能在均勻提供反應(yīng)氣體的同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定性好的反應(yīng)氣體輸送裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的之一在于提供一種反應(yīng)氣體輸送裝置，其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，加工制作簡(jiǎn)單，并且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工藝處理后不會(huì)發(fā)生變形、能有效避免反應(yīng)氣體在進(jìn)入處理區(qū)域前發(fā)生氣體泄漏、冷卻水泄漏，同時(shí)，能保證反應(yīng)氣體進(jìn)入處理區(qū)域的速率均勻可控，保證每一反應(yīng)腔內(nèi)的不同基片的工藝處理、反應(yīng)腔與反應(yīng)腔之間的基片工藝處理的均一性。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種反應(yīng)氣體輸送裝置，用于化學(xué)氣相沉積或外延層生長(zhǎng)反應(yīng)器，包括:從上往下依次設(shè)置的一頂板、一隔離板和一氣體輸送板，所述頂板與所述隔離板相互間隔而于二者之間形成第一氣體擴(kuò)散區(qū)域，所述隔離板和所述氣體輸送板相互間隔而于二者之間形成第二氣體擴(kuò)散區(qū)域；
[0008]所述氣體輸送板為一體形成之板體，其包括一上表面，所述上表面上沿某一水平方向上開(kāi)設(shè)有相互平行排列的多個(gè)縱長(zhǎng)形第一氣體擴(kuò)散槽和多個(gè)縱長(zhǎng)形第二氣體擴(kuò)散槽，并且每一所述第一氣體擴(kuò)散槽和每一所述第二氣體擴(kuò)散槽相互間隔排列設(shè)置，所述每一第一氣體擴(kuò)散槽下方還開(kāi)設(shè)連接有一縱長(zhǎng)形第一氣體出氣通道并且二者相連通，所述每一第二氣體擴(kuò)散槽下方還開(kāi)設(shè)連接有一縱長(zhǎng)形第二氣體出氣通道并且二者相連通；所述每一第一氣體擴(kuò)散槽和與之相鄰的每一第二氣體擴(kuò)散槽之間向下延伸設(shè)置有一縱長(zhǎng)形的氣體導(dǎo)流條；所述每一縱長(zhǎng)形的氣體導(dǎo)流條內(nèi)部設(shè)置有一縱長(zhǎng)形的冷卻管道，所述每一縱長(zhǎng)形的氣體導(dǎo)流條的下表面設(shè)有具一定弧度的弧形或設(shè)為尖錐形；
[0009]所述每一第一氣體擴(kuò)散槽上還進(jìn)一步連接設(shè)置有至少一根與所述第一氣體擴(kuò)散區(qū)域相連通的第一氣體輸送管。
[0010]進(jìn)一步的，所述每一縱長(zhǎng)形第一氣體出氣通道與所述每一縱長(zhǎng)形第二氣體出氣通道相互平行排列，并且相互間隔排列設(shè)置。
[0011]進(jìn)一步的，所述縱長(zhǎng)形第一氣體出氣通道為一縱長(zhǎng)形的縫隙通道。
[0012]進(jìn)一步的，所述縱長(zhǎng)形第二氣體出氣通道為一縱長(zhǎng)形的縫隙通道。
[0013]進(jìn)一步的，所述縱長(zhǎng)形第一氣體出氣通道包括若干個(gè)孔通道，所述若干個(gè)孔通道整體上構(gòu)成一縱長(zhǎng)形的出氣通道。
[0014]進(jìn)一步的，所述縱長(zhǎng)形第二氣體出氣通道包括若干個(gè)孔通道，所述若干個(gè)孔通道整體上構(gòu)成一縱長(zhǎng)形的出氣通道。
[0015]進(jìn)一步的，所述每一縱長(zhǎng)形的氣體導(dǎo)流條位于每一縱長(zhǎng)形第一氣體出氣通道和每一縱長(zhǎng)形第二氣體出氣通道之間。
[0016]進(jìn)一步的，所述縱長(zhǎng)形的氣體導(dǎo)流條的下表面為向反應(yīng)氣體工藝處理區(qū)域凸出的弧形表面。
[0017]進(jìn)一步的，所述縱長(zhǎng)形的氣體導(dǎo)流條的下表面為向反應(yīng)氣體工藝處理區(qū)域凹陷的弧形表面。
[0018]進(jìn)一步的，所述向工藝處理區(qū)域凹陷的弧形表面與所述第一氣體出氣通道和第二氣體出氣通道的通道側(cè)面連接處為弧形。
[0019]進(jìn)一步的，所述每一縱長(zhǎng)形的氣體導(dǎo)流條兩側(cè)分別連接一縱長(zhǎng)形的子氣體導(dǎo)流條，所述氣體導(dǎo)流條與所述子氣體導(dǎo)流條相互平行并相互間隔一距離設(shè)置，二者之間形成一子氣體通道，所述子氣體通道與所述第一氣體出氣通道或第二氣體出氣通道在豎直的截面方向上呈一銳角。
[0020]進(jìn)一步的，所述第一氣體出氣通道為寬度小于第一氣體擴(kuò)散槽槽寬度的縱長(zhǎng)形的縫隙通道或直徑小于第一氣體擴(kuò)散槽槽寬度的若干孔通道；第二氣體出氣通道為寬度小于第二氣體擴(kuò)散槽槽寬度的縱長(zhǎng)形的縫隙通道或直徑小于第二氣體擴(kuò)散槽槽寬度的若干孔通道。
[0021]進(jìn)一步的，所述氣體輸送裝置至少包括邊緣區(qū)域和中心區(qū)域，位于所述邊緣區(qū)域內(nèi)的第一和第二氣體出氣通道的截面豎直長(zhǎng)度與位于所述中心區(qū)域內(nèi)的第一和第二氣體出氣通道的截面豎直長(zhǎng)度不相同或相同。
[0022]所述氣體輸送裝置至少包括邊緣區(qū)域和中心區(qū)域，所述邊緣區(qū)域和所述中心區(qū)域的第一氣體擴(kuò)散槽的槽凹陷深度大于所述中心區(qū)域的第一氣體擴(kuò)散槽的槽凹陷深度，所述第二氣體擴(kuò)散槽的槽凹陷深度大于所述中心區(qū)域的第二氣體擴(kuò)散槽的槽凹陷深度。
[0023]本發(fā)明的目的之二在于提供一種化學(xué)氣相沉積或外延層生長(zhǎng)反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括一反應(yīng)氣體輸送裝置，所述反應(yīng)氣體輸送裝置可以有效控制反應(yīng)氣體進(jìn)入處理區(qū)域的速率和均勻度，在進(jìn)入處理區(qū)域前可保證兩組氣體的互相隔離，同時(shí)能減少反應(yīng)氣體在反應(yīng)氣體輸送裝置的下表面發(fā)生沉積反應(yīng)，減少反應(yīng)腔的污染概率。
[0024]本發(fā)明的目的之三在于提供一種制作氣體輸送裝置的方法，所述方法包括下列步驟:
[0025]提供一具有一定厚度的板材用以制作氣體輸送板，該板材具有相對(duì)平行的上表面和下表面；
[0026]在所述板材上表面沿某一水平方向開(kāi)鑿制作相互平行且具有一定深度的縱長(zhǎng)形的第一氣體擴(kuò)散槽和縱長(zhǎng)形的第二氣體擴(kuò)散槽，所述第一氣體擴(kuò)散槽和所述第二氣體擴(kuò)散槽交替設(shè)置；在所述第一氣體擴(kuò)散槽的槽底開(kāi)鑿設(shè)置寬度小于第一氣體擴(kuò)散槽槽寬度的縱長(zhǎng)形的縫隙通道或直徑小于第一氣體擴(kuò)散槽槽寬度的若干孔通道，所述縫隙通道或所述孔通道構(gòu)成第一氣體出氣通道，在所述第二氣體擴(kuò)散槽的槽底開(kāi)鑿設(shè)置寬度小于第二氣體擴(kuò)散槽槽寬度的縱長(zhǎng)形的縫隙通道或直徑小于第二氣體擴(kuò)散槽槽寬度的若干孔通道，所述縫隙通道或所述孔通道構(gòu)成第二氣體出氣通道；所述每一第一出氣通道和所述每一第二氣體出氣通道之間的板材構(gòu)成縱長(zhǎng)形的氣體導(dǎo)流條；
[0027]在每一氣體導(dǎo)流條內(nèi)部開(kāi)鑿設(shè)置縱長(zhǎng)形的冷卻通道；設(shè)置氣體導(dǎo)流條的下表面為具有一定弧度的下表面或尖錐形下表面；
[0028]在制作完成的氣體輸送板上表面緊密固定一密封板，將所述密封板上對(duì)應(yīng)第二氣體擴(kuò)散槽的區(qū)域挖空設(shè)置，在所述密封板上對(duì)應(yīng)每一第一氣體擴(kuò)散槽的位置設(shè)置至少一輸送管插接口；
[0029]在所述氣體輸送板上方一定距離設(shè)置一隔離板，所述隔離板和所述氣體輸送板之間形成第二氣體擴(kuò)散區(qū)域，在所述隔離板上對(duì)應(yīng)每一輸送管插接口的位置設(shè)置一小孔，每個(gè)小孔