CN103160814A - 反应室及其气流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应室及其气流控制方法。反应室包括：基座，用于在反应室内设置基片；控制单元，用于实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境，并根据所述反应环境控制反应室内的加工工艺；可移动导流环，设置在所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间；驱动单元，与所述可移动导流环连接，用于根据所述控制单元实时监测到的反应环境，使所述可移动导流环升降，并停止在适合所述加工工艺的位置，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度，以流导反应室内的气流。

Description

反应室及其气流控制方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体地说，涉及一种反应室及其气流控制方法。

背景技术

金属有机化合物化学气相沉淀（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。MOCVD技术是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生长都是在反应室中进行，反应气体通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。

MOCVD系统主要包括：用于供给Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物的源供给系统，输送反应气体的气体输送系统，反应室以及尾气处理系统等。反应室是源材料在衬底上进行外延生长的地方，对外延层厚度、组分的均匀性、异质结果梯度、本底杂质浓度以及外延膜产量具有较大影响。

类似地，在其它化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)技术中也会使用到类似MOCVD技术中的反应室，指高温下的气相反应，例如，金属卤化物、有机金属、碳氢化合物等的热分解，氢还原或使它的混合气体在高温下发生化学反应以析出金属、氧化物、碳化物等无机材料的方法。这种技术最初是作为涂层的手段而开发的，但目前，不只应用于耐热物质的涂层，而且应用于高纯度金属的精制、粉末合成、半导体薄膜等。

比如，在MOCVD技术中用到的反应室根据工艺的需求，通常可以划分为两路气流反应室、分离气路反应室、三路气流反应室，在两路气流反应室中，主气流流向与衬底表面平行，次气流流向与衬底表面垂直。而在分离气路反应室中，主气流在进入反应室之前，气源被分成两路。

下面对基片边缘部分进行处理进行简单描述。

如图1所示，为现有技术中反应室基座边缘位置处的反应气体流动示意图，该基座101可以是加热盘或者是普通的托盘，在该基座101上固定有待处理的基片（图中未示出）。如果反应室中没有设置导流环的话，该内壁102可以指反应室本身的内壁；如果反应室中设置有导流环的话，该内壁102则是指导流环壁，详细不再赘述。在基座101不断旋转的过程中，反应气体对基座101上基片的边缘部分进行化学处理。但是，由于基座101的高速旋转，使得在反应气体在基座101的边缘部分以很高的线性速度撞击内壁102，从而在该基座101的边缘部分和内壁102形成局部涡流如图1中虚线圆圈所圈示，从而影响对基片化学处理的均匀性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种反应室及其气流控制方法，用以改善现有技术中基片化学处理的均匀性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种反应室，该反应室包括：

基座，用于在反应室内设置基片；

控制单元，用于实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境，并根据所述反应环境控制反应室内的加工工艺；

可移动导流环，设置在所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间；

驱动单元，与所述可移动导流环连接，用于根据所述控制单元实时监测到的反应环境，使所述可移动导流环升降，并停止在适合所述加工工艺的位置，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度，以流导反应室内的气流。

优选地，在本发明的一实施例中，所述控制单元包括气体流量监测单元，用于实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的气体流量变化。

优选地，在本发明的一实施例中，所述控制单元还包括温度和沉积层厚度监测单元，分别用于根据监测到基片的沉积层厚度选择具有不同的反应气体的加工工艺和控制适合所述加工工艺的基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度。

优选地，在本发明的一实施例中，所述可移动导流环在靠近基座的托盘边缘的下端具有不同的厚度，其中第一高度处的厚度大于第二高度处的厚度，所述第一高度大于第二高度。

优选地，在本发明的一实施例中，所述可移动导流环包括若干个可独立控制以升降的子导流环，以使所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的形成任意的开度。

优选地，在本发明的一实施例中，所述可移动导流环包括的若干个子导流环具有不同的内径，以使可移动导流环呈台阶状。

优选地，在本发明的一实施例中，反应室还包括反应气体喷头，与所述托盘相对并向基座喷射反应气体。

优选地，在本发明的一实施例中，所述反应室适用于化学气相沉积或金属有机化合物化学气相沉淀。

为了解决上述技术问题，本发明又提供了一种反应室，其包括：

基座，用于在反应室内设置基片；

控制单元，用于实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境，并根据所述反应环境控制反应室内的加工工艺；

快门，设置在所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间；

驱动单元，与所述快门连接，用于根据所述控制单元实时监测到的反应环境，控制所述快门的口径变化，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度，以流导反应室内的气流。

为了解决上述技术问题，本发明再提供了一种反应室气流控制方法，该方法包括：

实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境；

根据实时监测到的反应环境，使所述可移动导流环的升降并停止在形成中的任意位置，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的任意开度，以流导反应室内的气流。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种反应室气流控制方法，该方法包括：

实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境，并根据所述反应环境控制反应室内的加工工艺；

根据实时监测到的反应环境，控制快门的口径变化，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度，以流导反应室内的气流。

与现有的方案相比，通过对反应室内的反应环境进行实时监测并根据监测到的反应环境，通过驱动单元实时控制可移动导流环升降，使得可移动导流环可停留在其行程的任意位置上，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的任意开度，以引导反应室内的气流。

附图说明

图1为现有技术中反应室基座边缘位置处的反应气体流动示意图；

图2为本发明实施例一的反应室结构示意图；

图3为本发明实施例二中反应室结构示意图；

图4为上述实施例中可移动导流环的一结构示意图；

图5为上述实施例中可移动导流环的另一结构示意图；

图6为上述实施例中可移动导流环的再一结构示意图；

图7为本发明上述实施例中反应室的气流控制方法流程示意图；

图8为上述图8方法的应用控制示意图之一；

图9为上述图8方法的应用控制示意图之二；

图10为上述图8方法的应用控制示意图之三；

图11为本发明实施例三的反应室结构示意图；

图12（a）-（c）为本发明实施例三的反应室结构中快门的口径状态变化示意图；

图13为本发明上述实施例中反应室的气流控制方法实施例二的流程示意图。

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明的下述实施例中，反应室可以适用于化学气相沉积CVD技术或金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD技术。通过对反应室内的反应环境进行实时监测并根据监测到的反应环境，通过驱动单元实时控制可移动导流环升降，使得可移动导流环可停留在其行程的任意位置上，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的任意开度，以引导反应室内的气流。

如图2所示，为本发明实施例一的反应室结构示意图，本实施例中，其具体可以包括：控制单元（图中未示出）、基座202、可移动导流环203、反应室的侧壁204、驱动单元205。其中：

基片设置在反应室的基座202上。所述基座202可以是直接如图2所示安装在旋转轴上，在完成材料沉积后从旋转轴上取下。其中基座上表面包括一个或多个固定放置基片的凹槽。所述基座202上还可以包括一个额外托盘（图中未示出），托盘在沉积过程中安放在所述基座202上，并在完成沉积过程后从基座202上移除托盘，托盘上包括一个或多个安放待加工基片的凹槽。

控制单元（图中未示出）用于实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境，并根据所述反应环境控制反应室内的加工工艺；本实施例中，所述控制单元（图中未示出）包括可以气体流量监测单元，用于实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的气体流量变化，该气体流量监测单元可以具体选用流量传感器。

进一步地，为了更为准确的控制开度变化，所述控制单元还可以包括温度和沉积层厚度监测单元，分别用于根据监测到基片的沉积层厚度选择具有不同的反应气体的加工工艺和控制适合所述加工工艺的基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度。其他反应环境可以包括反应室内的温度、基片的翘曲程度等，而监测这些反应环境的监测单元可以分别为温度传感器、翘曲传感器等。需要说明的是，本实施例中并不局限于传感器来监测反应环境，其他可替代部件也可以，详细不再赘述。

可移动导流环203设置在所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁204对应位置之间。具体地，为了根据不同的反应室反应环境，可以将可移动导流环203设置不同的内径，比如从上到下呈阶梯状，如直角阶梯状、斜角阶梯状、弧面阶梯状等。另外，内径从上到下可以依次增大、减小，详细不再赘述，只要可以对气流进行流导即可，避免反应气体在所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁204对应位置之间形成涡流即可。

驱动单元205，与所述可移动导流环203连接，用于根据所述控制单元实时监测到的反应环境，使所述可移动导流环203升降并停止在适合所述加工工艺的位置，从而改变所述基座202的边缘部分与所述导流环203内壁之间的任意开度，以引导反应室内的气流。。

本实施例中，可以根据步进马达或伺服马达或气缸来控制驱动单元205，从而最终改变所述基座的边缘部分与所述导流环203内壁之间的任意开度，以流导反应室内的气流。对于本领域普通技术人员来说，可以根据本实施例的启发或者借助现有技术中的类似手段来实现对驱动单元205的控制，详细过程不再赘述。

驱动单元205可以为穿过反应室的顶壁与所述可移动导流环203连接，此时，可以通过密封部件200如可用波纹管或O型圈来对反应室进行真空密封。

如图3所示，为本发明实施例二中反应室结构示意图，本实施例中，与上述实施例一不同的是，反应室还可以包括：所述可移动导流环303在靠近基座的托盘边缘的下端具有不同的厚度，其中第一高度处的厚度h1大于第二高度处的厚度h2，所述第一高度大于第二高度。本实施中，反应室还可以包括反应气体喷头306，与上述述托盘相对并向基座喷射反应气体。

反应室包括的控制单元（图中未示出）、基座302、反应室的侧壁304、驱动单元305可参见上述图1实施例一的记载，详细不再赘述。

本实施例中，由于有上述可移动导流环303的存在，可以使气体在流动路线上均匀逐渐放大，避免气流两侧空间突变的结构造成湍流。

如图4所示，为上述实施例中可移动导流环的一结构示意图，可移动导流环可以包括若干个可独立控制以升降的子导流环413，以使所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的形成任意的开度。

所述可移动导流环包括的若干个子导流环具有不同的内径，以使可移动导流环呈台阶状。

本实施例中，虽然示意除了两个子导流环，但是本领域普通技术人员知悉，根据工艺需求，子导流环的数量可灵活设计，并不做具体限定。

如图5所示，为上述实施例中可移动导流环的另一结构示意图，该可移动导流环从上到下内壁直径不断增大，比如可以是台阶状的厚度变化，从内到外具有第一至第三台阶，其中相邻第一和第二台阶的阶梯面之间的过渡斜面与第二台阶面的夹角为α。本实施例中，为了确定不同的内壁直径，基座上表面到壳移动导流环的最小距离为b，基座侧面到移动导流环的水平距离为a。

如图6所示，为上述实施例中可移动导流环处于较高位置时可移动导流环内壁与基座602边缘的相对位置示意图。该可移动导流环向上移动造成基座上表面到壳移动导流环的最小距离为d，基座侧面到移动导流环的水平距离为c，两个间距都比图6中的a，b要大，与此同时，对基座边缘位置的气流影响最大的变成第二台阶和第三台阶之间的过渡斜面，该过渡斜面与第三台阶面的夹角为β。夹角α与β可以相同也可以不同，这些夹角的设计可以根据加工工艺的不同选择优化。

与上述图4不同的是，图5和图6中，在工艺上直接使导流环本体形成不同的内壁直径，从而便于基座的边缘部分与所述导流环203内壁之间的任意的开度的形成。

如图7所示，为本发明上述实施例中反应室的气流控制方法实施例一的流程示意图，其可以具体包括：

步骤701、实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境；

步骤702、根据实时监测到的反应环境，使所述可移动导流环的升降并停止在形成中的任意位置，基片从而改变所述基座的边缘部分与所述导流环203内壁之间的任意开度，以引导反应室内的气流。

如图8所示，为上述图7方法的应用控制示意图之一。如果仅监测气流的流量的话，如果监测到的气体流量小于设定的阈值的话，，因此，为了保证基片处理的均匀性，通过向下或向上移动可移动导流环203，从而减小基座202上基座的边缘部分和反应室的侧壁204对应位置之间的开度。

如图9所示，为上述图7方法的应用控制示意图之二。如果仅监测气流的流量的话，如果监测到的气体流量介于设定的两个阈值的话，因此，为了保证基片处理的均匀性，通过向下或向下移动可移动导流环203，从而增加或减小基座202上基座的边缘部分和反应室的侧壁204对应位置之间的开度

如图10所示，为上述图7方法的应用控制示意图之三。如果仅监测气流的流量的话，如果监测到的气体流量大于设定的最大阈值的话，因此，为了保证基片处理的均匀性，通过向上移动可移动导流环203，从而增加基座202上基座的边缘部分和反应室的侧壁204对应位置之间的开度。

如图11所示，为本发明实施例三的反应室结构示意图，本实施例中，反应室，包括快门1108，设置在所述基座1102与反应室的侧壁对应位置之间。

反应室包括的控制单元（图中未示出）、基座1102、反应室的侧壁1104、驱动单元1105等可参见上述图1实施例一的记载，详细不再赘述。

本实施例中，由于有快门1108的存在，使得通过控制快门的口径变化，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度，以流导反应室内的气流。

如图12（a）-（c）所示，为本发明实施例三的反应室结构中快门的口径状态变化示意图，快门包括若干个活动挡片1118，通过控制活动挡片1118的旋转角度，从而根据气体流量控制快门的口径大小，比如气体流量由小变大，则口径如12（a）-（c）依次增大。

如图13所示，为本发明上述实施例中反应室的气流控制方法实施例二的流程示意图，其可以具体包括：

步骤1301、实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境，并根据所述反应环境控制反应室内的加工工艺；

步骤1302、根据实时监测到的反应环境，控制快门的口径变化，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度，以流导反应室内的气流。

利用快门控制开度的原理类似于利用可移动导流环控制开度的原理，在此不再赘述。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种反应室，其特征在于，包括：

基座，用于在反应室内设置基片；

控制单元，用于实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境，并根据所述反应环境控制反应室内的加工工艺；

可移动导流环，设置在所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间；

驱动单元，与所述可移动导流环连接，用于根据所述控制单元实时监测到的反应环境，使所述可移动导流环升降，并停止在适合所述加工工艺的位置，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度，以流导反应室内的气流。

2.根据权利要求1所述的反应室，其特征在于，所述控制单元包括气体流量监测单元，用于实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的气体流量变化。

3.根据权利要求2所述的反应室，其特征在于，所述控制单元还包括温度和沉积层厚度监测单元，分别用于根据监测到基片的沉积层厚度选择具有不同的反应气体的加工工艺和控制适合所述加工工艺的基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度。

4.根据权利要求1所述的反应室，其特征在于，所述可移动导流环在靠近基座的托盘边缘的下端具有不同的厚度，其中第一高度处的厚度大于第二高度处的厚度，所述第一高度大于第二高度。

5.根据权利要求1所述的反应室，其特征在于，所述可移动导流环包括若干个可独立控制以升降的子导流环，以使所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的形成任意的开度。

6.根据权利要求5所述的反应室，其特征在于，所述可移动导流环包括的若干个子导流环具有不同的内径，以使可移动导流环呈台阶状。

7.根据权利要求4所述的反应室，其特征在于，还包括反应气体喷头，与所述托盘相对并向基座喷射反应气体。

8.根据权利要求1至7任意所述的反应室，其特征在于，所述反应室适用于化学气相沉积或金属有机化合物化学气相沉淀。

9.一种反应室，其特征在于，包括：

基座，用于在反应室内设置基片；

控制单元，用于实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境，并根据所述反应环境控制反应室内的加工工艺；

快门，设置在所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间；

驱动单元，与所述快门连接，用于根据所述控制单元实时监测到的反应环境，控制所述快门的口径变化，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度，以流导反应室内的气流。

10.一种反应室的气流控制方法，其特征在于，包括：

实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境；

根据实时监测到的反应环境，使所述可移动导流环的升降并停止在形成中的任意位置，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的任意开度，以流导反应室内的气流。

11.一种反应室的气流控制方法，其特征在于，包括：

实时监测对基片进行处理过程中所述反应室内的反应环境，并根据所述反应环境控制反应室内的加工工艺；

根据实时监测到的反应环境，控制快门的口径变化，从而改变所述基座的边缘部分与所述反应室的侧壁对应位置之间的开度，以流导反应室内的气流。

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