CN101985742B - 用于化学气相沉积设备的气体喷射单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于化学气相沉积设备的气体喷射单元，该气体喷射单元通过使冷却剂流畅流动可以进行均匀地冷却，并且易于制造。该用于化学气相沉积设备的气体喷射单元尤其包括：气体分配壳体；冷却壳体，该冷却壳体位于所述气体分配壳体和执行沉积处理的处理室之间，并形成有用于引入冷却剂的的冷却剂入口和用于排放冷却剂的冷却剂出口；处理气体管，该处理气体管的一端通向所述气体分配壳体，该处理气体管的另一端通向所述处理室，该处理气体管贯穿所述冷却壳体；以及第一壁部，该第一壁部位于所述冷却壳体内，并将所述冷却壳体的内部分隔为中央通路和外围通路，该第一壁部形成有使所述中央通路与所述外围通路连通的通孔。
Description
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2009年7月28日在韩国专利局提交的申请号为10-2009-0068833的韩国专利申请的优先权，此处引用其全文作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及一种用于在半导体衬底上形成薄层的设备，更具体地说，涉及一种用于化学气相沉积设备的气体喷射单元。
背景技术
化学气相沉积设备是这样一种装置，该装置通过气体喷射单元向化学气相沉积设备的处理室中喷射处理气体而在放置在该处理室内的基座上的半导体衬底上沉积薄层。该气体喷射单元是用来向位于处理室内的衬底上均匀地喷射处理气体的设备。
当气体喷射单元变热到理想处理温度以上时，可能会在气体喷射单元内引起不期望的化学反应，并引发非计划的反应副产品沉积而吸附在气体喷射单元的内表面上。为了避免这种现象，采用冷却单元以将气体喷射单元保持在预定温度之下的问题。
相关技术中已知的冷却单元提出了在气体喷射单元内设置单独的冷却剂管，以提供冷却。然而，考虑到冷却剂管未穿过的区域不能被平稳冷却，并且很难密集地设置冷却水管，存在许多与这种已知技术相关的问题。此外，由于冷却水管占据过多空间，冷却水管自身也具有很大的局限性。
发明内容
冷却单元保持气体喷射单元的温度处于预定温度以下的温度。具有这种冷却单元的气体喷射单元能够被均匀冷却，并且很容易制造。
根据本发明的一个方面，用于化学气相沉积设备的气体喷射单元包括：气体分配壳体；冷却壳体，该冷却壳体位于所述气体分配壳体和执行沉积处理的处理室之间，并形成有用于引入冷却剂的冷却剂入口和用于排放冷却剂的冷却剂出口；处理气体管，该处理气体管的一端通向所述气体分配壳体，该处理气体管的另一端通向所述处理室，该处理气体管贯穿所述冷却壳体；以及第一壁部，该第一壁部位于所述冷却壳体内，并将所述冷却壳体的内部分隔为中央通路和外围通路，且形成有使所述中央通路与所述外围通路连通的通孔。
根据本发明的另一方面，化学气相沉积设备包括：处理室；基座，该基座位于所述处理室内，并且在基座上装载衬底；以及气体喷射单元，该气体喷射单元向所述处理室的内部喷射处理气体，该气体喷射单元包括：气体分配壳体；冷却壳体，该冷却壳体位于所述气体分配壳体和所述处理室之间，并形成有用于引入冷却剂的冷却剂入口和用于排放冷却剂的冷却剂出口；处理气体管，该处理气体管的一端通向所述气体分配壳体，该处理气体管的另一端通向所述处理室，该处理气体管贯穿所述冷却壳体；以及第一壁部，该第一壁部位于所述冷却壳体内，并将所述冷却壳体分隔为中央通路和外围通路，且形成有使所述中央通路与所述外围通路连通的通孔。
根据本发明的另一方面，用于化学气相沉积设备的气体喷射单元包括：第一室；第二室，该第二室位于所述第一室和执行沉积处理的处理室之间，并形成有用于引入冷却剂的冷却剂入口和用于排放冷却剂的冷却剂出口；圆形管，该圆形管位于所述第二室内，以将所述第二室的内部分隔为中央通路和外围通路；以及处理气体管，该处理气体管的一端通向所述第一室，该处理气体管的另一端通向所述处理室，其中该处理气体管穿过所述第二室，其中，所述圆形管形成有多个通孔。
附图说明
通过参照详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其他特征以及优点将变得更加清楚，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的化学气相沉积设备的剖视图；
图2是根据本发明的一个实施方式的沿着图3中的线B-B’剖取的用于化学气相沉积设备的气体喷射单元的剖视图；
图3是根据本发明的一个实施方式的沿着图2中的线A-A’剖取的用于化学气相沉积设备的气体喷射单元的平面图；以及
图4A-4B分别是根据本发明的一个实施方式的用于化学气相沉积设备的气体喷射单元的图3的部分C和D的局部放大图。
具体实施方式
现在将参考附图更充分地描述本发明，附图示出了本发明的示例性实施方式。然而，本公开可以以不同的形式进行实施，并且不应解释为只限于本文所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本公开全面完整，并且向本领域技术人员充分地展示本发明的范围。在附图中，为了清楚显示，将层和区域的尺寸夸大。附图中的相同附图标记代表相同的部件。
图1是根据本发明的一个实施方式的化学气相沉积设备的示意性剖视图。本发明可以适用于其他各种化学气相沉积设备，例如传统的金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)设备。应理解，本公开的图1及其它附图重点示出了构成根据本发明的一个实施方式的化学气相沉积设备的元件。也就是说，这些附图并不意在示出化学气相沉积设备中的每一个单个元件。
如图1所示，盖100和处理室200彼此相联接，从而构成反应室，在该反应室中能够进行气相沉积。穿过盖100的上表面形成有第一气体供应管363、冷却剂供应管361和冷却剂排放管362。
穿过盖100的侧表面形成有惰性气体入口102，以向惰性气体室401供应惰性气体G2。穿过处理室200的侧表面还形成有气体出口201。
气体喷射单元300向放置在基座500上的衬底S喷射处理气体G1，该处理气体G1作为在衬底S上形成薄层的原材料。
惰性气体喷射单元400将来自惰性气体室401的惰性气体G2喷射到处理室200内，从而加速处理气体G1的排放。
如上所述，衬底S装载在基座500上，通过发生在处理室200内部的化学气相沉积处理而在衬底S上形成薄层。在基座500内还可以设置加热器(未示出)。
图2是根据本发明的一个实施方式的用于化学气相沉积设备的气体喷射单元300的示意性剖视图(沿着图3中线B-B’剖取)。
应注意，本公开的图2和其它附图一样，其首要目的在于描述本发明的多个实施方式，并非为了示出设备的每一个部件。尽管根据本发明的一个实施方式的用于化学气相沉积设备的气体喷射单元的实际结构可能更加复杂，但图2仅重点示出了根据本发明的一个实施方式的气体通路和冷却剂通路及其他相关部分。
如图2所示，根据本发明的一个实施方式的气体喷射单元300包括由侧壁311、底板312和第一板351构成的壳体。
第一壁部321、第二板332、第三板331、第一气体管341、第二气体管342、冷却剂供应管361以及冷却剂排放管362设置在壳体内。
侧壁311、第一板351以及第二板332构成第一气体分配壳体，在该第一气体分配壳体中形成第一气体分配空间397，使得第一气体通过第一气体供应管363供应，并被分配至多个第一气体管341而进入处理室200。
侧壁311、第二板332以及第三板331构成第二气体分配壳体，在该第二气体分配壳体中形成第二气体分配空间396，使得第二气体通过第二气体供应管(图2中未示出)供应，并被分配至多个第二气体管342而进入处理室200。
尽管图2只示出了两个气体分配空间(即，第一和第二气体分配空间397、396)，也可以例如根据所使用的化学气相沉积设备的类型和/或使用的气体种类而设置一个、三个或更多个气体分配空间或这些气体分配空间的任何组合。
如果不对第二气体分配空间396进行充分冷却，第二气体分配空间396将只能承受从基座500(见图1)传递来的辐射热量的直接加热。
如图2中所示，根据本发明的一个实施方式，冷却通路沿着形成在第二气体分配空间396下方的外围通路391、中央通路393以及另一外围通路395设置在冷却剂供应管361和冷却剂排放管362之间。
气体喷射单元300的底板312与处理室200的空间直接接触，在该处理室200中在半导体衬底S上形成薄层。底板312、第三板331以及侧壁311构成冷却壳体，该冷却壳体中形成沿着通路391、393、395的冷却通路。
侧壁311可以与底板312一起整体地形成，也可以设置成与底板312相联接的单独部件。或者，侧壁311可以与惰性气体喷射单元400一起整体地形成。
第一壁部321将冷却通路分隔开，冷却剂通过该冷却通路流入中央通路393和外围通路391、395。第一壁部321可以形成为圆形管或者环形，并且可以位于底板312和第三板331之间。也就是说，中央通路393(其为冷却通路的中央部分)形成在第一壁部321的内侧，且外围通路391、395(其为冷却通路的外围部分)形成在第一壁部321的外侧。第一壁部321可以与底板312一起整体地形成，或者作为不与底板312成一体的单独部件。
通常可以使用冷却水作为冷却剂，但是其它类似流体例如冷却油也可以用作冷却剂。
现在参考图3和4A至4B，可以穿过第一壁部321形成多个第一通孔392和多个第二通孔394，以提供中央通路393与外围通路391之间以及中央通路393和第二外围通路395之间的连接通路。
第一气体管341(见图2)穿过第二板332和底板312安装成使得第一气体管341的一端通向第一气体分配空间397，而另一端通向处理室200。第二气体管342穿过第三板331和底板312安装成使得第二气体管342的一端通向第二气体分配空间396，而另一端通向处理室200。
从而，流过第一气体管341和第二气体管342的气体相对于冷却剂通路密封，这样气体不会泄漏到中央通路393中。另外，由流过中央通路393的冷却剂冷却第一气体管341和第二气体管342。
冷却剂供应管361和冷却剂排放管362联接到第三板331。冷却剂通过冷却剂供应管361的冷却剂入口361a供应至第一外围通路391，并通过第一壁部321的第一通孔392(见图4)引入中央通路393中。引入中央通路393中的冷却剂通过第二通孔394(见图4)输送到第二外围通路395。输送到第二外围通路395的冷却剂通过冷却剂排放管362的冷却剂出口362a排放到外面。
图3是根据本发明的一个实施方式的用于化学气相沉积设备的气体喷射单元的剖视图(沿着图2中的A-A’方向剖取)。如图3所示，从冷却剂供应管361引入的冷却剂将通过多个第一通孔392(从图3中容易看出，以虚线表示冷却剂在第一壁部321的侧壁之间流过第一通孔392)流动到位于中部的中央通路393。在位于图3中部的冷却通路393中的冷却剂接着通过第二通孔394流出到外围通路395中，并通过排放管362排出去。
现在参考图4A和4B，图4A和4B是根据本发明的一个实施方式的用于化学气相沉积设备的气体喷射单元的图3的部分C和D的局部放大图。虚线圆361、362分别表示在冷却剂供应管361、362的位置均投影在底部上时冷却剂供应管361、362的形状。尽管冷却剂管361、362的形状以圆形示出，但是根据本发明的实施方式的形状并不局限于此。其它形状例如椭圆、矩形、六边形等也可以用于冷却剂的供应/排放管和/或气体的供应/排放管。
返回来参考图3，冷却剂从冷却剂供应管361引入到第一外围通路391(另见图2)。多个第一气体管341和多个第二气体管342密集地定位在中央通路393的区域中，并且管341、342的密度可以高到足以对冷却剂产生流动阻力，从而使得一部分冷却剂可以流回到第一外围通路391。设置第二壁部(或防护壁)370(见图3中部的左右两侧)以分隔第一外围通路391和第二外围通路395，从而第二壁部370可以防止冷却剂流回第一外围通路391。
第二壁部370允许从冷却剂供应管361引入的冷却剂分散到全部第一外围通路391(但不进入第二外围通路395)，冷却剂从第一外围通路391通过第一通孔392流入中央通路393。接着冷却剂通过第二通孔394(但不通过第一通孔392)从第一冷却剂通路393流出到第二外围通路395，以通过第二外围通路395排到外部。冷却剂流动方向和流动通路在图3中以虚线表示，以便于更好地理解。
冷却剂经过第一通孔392(见图3和图4)并且被引入中央通路393(见图2和图3)。被引入中央通路393的冷却剂使第一气体管341和第二气体管342冷却。接着冷却剂经过第二通孔394(见图3和图4)，然后被引入第二外围通路395，然后通过冷却剂排放管362排到外部。
如图3所示，第二壁部370的两个部分可以定位在彼此之间成180°的角度θ的两个位置处。也就是说，图3所示的第二壁部370的两个部分可以分别安装在与冷却剂入口361a成正90°(+90°)的位置和与冷却剂入口361a成负90°(-90°)的位置。换言之，第二壁部370可以设置将冷却剂入口361a和冷却剂出口362a之间的外围通路平均分成两半的位置处。
然而，角度θ不限于180°。然而，实验结果表明，当图3所示的第二壁部370的两个部分之间的角度θ是180°时，冷却剂流动比θ是60°时更流畅。
根据本发明的实施方式，第一通孔392和第二通孔394的数量大约可以是180，但在本公开的附图中并没有示出全部180个通孔。同样地，根据本发明的实施方式，气体管341、342的数量可以是30000或更多，但在图3中并没有全部示出。应容易理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以形成其它数量的第一和第二通孔392、394和气体管341、342。
第一通孔392和第二通孔394可以通过在第一壁部321的侧表面钻孔而形成，且每个孔具有大约7毫米的直径。应容易理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以钻其它尺寸直径的孔。
为了使冷却剂流动流畅，第一通孔392和第二通孔394可以相对于中央通路393的中心成放射状形成。
冷却壳体的内部被第一壁部321分隔为外围通路391、395和中央通路393，通过第二壁部(或防护壁)370将冷却壳体的内部分隔为第一外围通路391和第二外围通路395而形成均匀流畅的冷却剂流。也就是说，由于冷却剂被均匀地从第一外围通路391通过以放射状设置的第一通孔392引入到中央通路393，因此形成均匀的冷却剂流。
根据本发明的实施方式，不需要另外将冷却剂管的其他零件安装在气体喷射单元上，冷却剂可在其中流动的冷却壳体安装成使得气体管穿过冷却壳体。这使得根据本发明实施方式的具有冷却单元的气体喷射单元300的制造比另外将冷却剂管安装在气体喷射机构上的这种气体喷射机构的传统制造方式更加容易。
此外，冷却壳体的内部被第一壁部321分隔为外围通路391、395和中央通路393，并且通过第二壁部(或防护壁)370将冷却通路分隔为第一外围通路391和第二外围通路395而形成完全均匀流畅的冷却剂流。而且，第二壁部370设置成防止冷却剂绕过中央通路393流动，而是直接通过外围通路391至395而排出。
尽管已经参照本发明的附图具体示出并描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员应理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式进行形式和细节上的各种修改。因而，对本发明实施方式的进一步修改也不能脱离本发明的技术范围。
Claims (11)
1.一种用于化学气相沉积设备的气体喷射单元，该气体喷射单元包括：
气体分配壳体；
冷却壳体，该冷却壳体位于所述气体分配壳体和执行沉积处理的处理室之间，其中该冷却壳体形成有用于引入冷却剂的冷却剂入口和用于排放冷却剂的冷却剂出口；
处理气体管，该处理气体管的一端通向所述气体分配壳体，该处理气体管的另一端通向所述处理室，其中该处理气体管形成为穿过所述冷却壳体的一部分；以及
第一壁部，该第一壁部位于所述冷却壳体内，并将所述冷却壳体分隔为中央通路和外围通路，其中该第一壁部形成有用于在所述中央通路与所述外围通路之间提供通路的一个或更多个通孔，
其中，所述冷却剂入口和所述冷却剂出口形成在所述外围通路中，并且
所述气体喷射单元还包括第二壁部，该第二壁部位于所述外围通路中，以将所述外围通路的具有所述冷却剂入口的部分与所述外围通路的具有所述冷却剂出口的部分分隔开，从而防止从所述冷却剂入口引入到所述外围通路中的冷却剂没被引入所述中央通路中就被排放到所述冷却剂出口。
2.如权利要求1所述的气体喷射单元，其中，所述处理气体管穿过所述冷却壳体的所述中央通路。
3.如权利要求1所述的气体喷射单元，其中，所述一个或更多个通孔从所述中央通路的中心沿着径向方向形成。
4.如权利要求1所述的气体喷射单元，其中，所述第二壁部在所述冷却剂入口与所述冷却剂出口的中间部位设置在所述外围通路中。
5.一种化学气相沉积设备，该化学气相沉积设备包括：
处理室；
基座，该基座位于所述处理室内，并且在所述基座上能装载衬底；以及
气体喷射单元，该气体喷射单元向所述处理室的内部喷射处理气体，该气体喷射单元包括：
气体分配壳体；
冷却壳体，该冷却壳体位于所述气体分配壳体和所述处理室之间，其中该冷却壳体形成有用于引入冷却剂的冷却剂入口和用于排放冷却剂的冷却剂出口；
处理气体管，该处理气体管的一端通向所述气体分配壳体，该处理气体管的另一端通向所述处理室，其中该处理气体管形成为穿过所述冷却壳体的一部分；以及
第一壁部，该第一壁部位于所述冷却壳体内，并将所述冷却壳体分隔为中央通路和外围通路，其中该第一壁部形成有用于在所述中央通路与所述外围通路之间提供通路的一个或更多个通孔，
其中，所述冷却剂入口和所述冷却剂出口形成在所述外围通路中，并且
所述化学气相沉积设备还包括第二壁部，该第二壁部位于所述外围通路中，以将所述外围通路的具有所述冷却剂入口的部分与所述外围通路的具有所述冷却剂出口的部分分隔开，从而防止从所述冷却剂入口引入到所述外围通路中的冷却剂没被引入所述中央通路就被排放到所述冷却剂出口。
6.如权利要求5所述的化学气相沉积设备，其中，所述处理气体管穿过所述冷却壳体的所述中央通路。
7.如权利要求5所述的化学气相沉积设备，其中，所述一个或更多个通孔从所述中央通路的中心沿着径向方向形成。
8.如权利要求5所述的化学气相沉积设备，其中，所述第二壁部在所述冷却剂入口与所述冷却剂出口的中间部位设置在所述外围通路中。
9.一种用于化学气相沉积设备的气体喷射单元，该气体喷射单元包括：
第一室；
第二室，该第二室位于所述第一室和执行沉积处理的处理室之间，其中该第二室形成有用于引入冷却剂的冷却剂入口和用于排放冷却剂的冷却剂出口；
圆形管，该圆形管位于所述第二室内，以将所述第二室分隔为中央通路和外围通路；以及
处理气体管，该处理气体管的一端通向所述第一室，该处理气体管的另一端通向所述处理室，其中该处理气体管穿过所述第二室，
其中，所述圆形管形成有多个通孔，从而在所述中央通路与所述外围通路之间提供通路，
其中，所述冷却剂入口和所述冷却剂出口形成在所述外围通路中，并且
所述气体喷射单元还包括一个或更多个防护壁，所述一个或更多个防护壁位于所述外围通路中，以将所述外围通路的具有所述冷却剂入口的部分与所述外围通路的具有所述冷却剂出口的部分分隔开，从而防止从所述冷却剂入口引入到所述外围通路中的冷却剂没被引入所述中央通路就被排放到所述冷却剂出口。
10.如权利要求9所述的气体喷射单元，其中，所述处理气体管穿过所述中央通路。
11.如权利要求9所述的气体喷射单元，其中，所述防护壁在所述冷却剂入口与所述冷却剂出口的中间部位设置在所述外围通路中。
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