CN103484836A

CN103484836A - 气相沉积装置

Info

Publication number: CN103484836A
Application number: CN201210192079.3A
Authority: CN
Inventors: 刘恒
Original assignee: Pinecone Material Inc Cayman Islands
Current assignee: Pinecone Material Inc Cayman Islands
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2014-01-01

Abstract

一种气相沉积装置，包括：一反应腔体，具有一供气装置；一管线系统，连接供气装置；以及，至少一反应物供应瓶，每一反应物供应瓶分别储存一反应物，至少一反应物供应瓶以一控温装置包覆，控温装置具有一输入端与一输出端，使得一调控流体流入第一输入端后再流出该输出端，维持控温装置内部装载调控流体。

Description

气相沉积装置

技术领域

本发明涉及一种气相沉积装置，且特别涉及一种气相沉积装置中的反应物装载系统。

背景技术

薄膜沉积广泛应用于各种物品的表面工艺中，例如珠宝、餐具、工具、模制品及半导体元件。通常金属、合金、陶瓷或半导体表面形成同质或异质成份的薄膜以改进例如耐磨、耐热及抗蚀性质。薄膜沉积技术一般被区分为两种类别，即物理气相沉积与化学气相沉积。

根据沉积技术及工艺参数不同，沉积的薄膜可具有单晶、多晶或非晶体的不同结构。单晶及/或多晶薄膜的形成对于半导体元件及集成电路制造是十分重要的磊晶（外延）层。举例来说，磊晶层可由半导体层构成且在磊晶层形成的同时进行掺杂，以防止氧及或碳杂质污染的条件（例如真空条件）下形成掺质分布。

在某些工艺中，金属有机化学气相沉积法（MOCVD）形成的磊晶层常用于制造发光二极管。金属有机化学气相沉积法形成的发光二极管的品质受到各种因素的影响，例如，反应腔体内的气体流动稳定度或均匀度、通过基板表面的气体流均匀度，及/或温度控制的精确度等等。这些参数的变化可能会影响形成的磊晶层的品质，也即影响以金属有机化学气相沉积法所形成的发光二极管的品质。

请参照图1，其所绘示为反应物供应系统，例如应用于一种有机金属化学气相沉积装置(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，以下简称MOCVD)。反应物供应系统150包括多组管线系统(piping system)112、多组流量控制系统114以及多组反应物装载系统130，在此图示上我们以一组为例作显示。其中，流量控制系统114中包括阀门(valve)可用来控制反应物122的流速，并经由管线系统112传递至一供气装置(图未绘示)。反应物装载系统130将反应物122保持在一固定的温度，例如20℃，其通过一水浴槽116内放置反应物供应瓶118(即俗称的MO瓶)，MO瓶118内承载反应物122，例如为NH₃、TMGa(Ga(CH₃)₃)、TMIn、TMAl,Cp2Mg,TEGa等其中一个。水浴槽116中的冷却液体120例如是以水50%、乙二醇50%(抗冻剂)的比例混合，其中水浴槽116中的冷却液体120会随时蒸发散逸而减少，使得温度维持效果降低，因此必须以人工的方式监测冷却液体120的水位变化，并适时的补充冷却液体120。

然而，如此方式，很有可能发生忘记补充冷却液体120而使得反应物122无法保持在固定的温度，造成MOCVD沉积效果不佳影响磊晶层的品质，或者芯片良率不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种气相沉积装置中的反应物装载系统，其利用一控温装置包覆于反应物供应瓶，并利用流动的调控流体以确保气相沉积装置于运作时，使反应物维持在预设温度。

为了达到上述目的，根据本发明所提出的一方案，提出一种气相沉积装置，包括：一反应腔体，具有一供气装置；一管线系统，连接供气装置；以及，至少一反应物供应瓶，每一该反应物供应瓶分别储存一反应物，该至少一反应物供应瓶以一控温装置包覆，控温装置具有一输入端与一输出端，使得一调控流体流入第一输入端后再流出输出端，维持反应物在一预设温度。

于一实施例中，还包括温度感测器，装设于管线系统或反应物供气瓶上，用以感测反应物的温度，产生一温度信号。于一实施例中，还包括：一流速控制器，根据温度信号控制调控流体流入输入端流速。

于一实施例中，还包括：一循环系统，将输出端所输出的调控流体进行一热交换后，再传递至输入端。

于一实施例中，调控流体为一气体或一液体。

于一实施例中，还包括：一流量控制系统，控制反应物的流速，并且经由管线系统将反应物传递至供气装置进入反应腔体。于一实施例中，还包括一温度感测器设置于流量控制系统，以感测第一反应物的温度，产生一温度信号。

于一实施例中，控温装置为一第一缠绕线路包覆于反应物供应瓶。于一实施例中，控温装置还包括一第二缠绕线路与第一缠绕线路交错包覆于反应物供应瓶。

于一实施例中，至少一反应物供应瓶为多个供气瓶，对应该些供气瓶包覆的多个控温装置，以一共通输入线路同时连接到该些控温装置的对应多个输入端。

于一实施例中，至少一反应物供应瓶包括一第一供气瓶与一第二供气瓶，对应一第一控温装置与一第二控温装置，该第一控温装置具有一第一输入端与一第一输出端，第二控温装置具有一第二输入端与一第二输出端，其中第一输出端连接第二输入端。

于一实施例中，预设温度范围为摄氏4度到40度。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1所绘示为现有的气相沉积装置示意图；

图2绘示为本发明反应物装载系统的第一实施例；

图3绘示为本发明反应物装载系统的第二实施例；

图4A与图4B所绘示为控温装置的其他实施例；

图5A与图5B所绘示为多反应物的气相沉积装置示意图；

图6A与图6B所绘示为控温装置的其他实施例。

其中，附图标记

112：管线

114：流量控制系统

116：水浴槽

118：反应物供应瓶

120：冷却液体

122：反应物

130：反应物装载系统

200：反应腔体

202：供气装置

204a、204b：载具

206：承载盘

208：加热器

210：中心转轴

212：管线系统

214、314：流量控制系统

216、316：控温装置

218、318：反应物供应瓶

220、320：调控流体

222、322：反应物

228：流速控制器

330：循环系统

416、430、432：缠绕线路

418、428：反应物供应瓶

516、524、528、616、656、666：缠绕线路

518、618、658：第一反应物供应瓶

528、628、668：第二反应物供应瓶

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明提出一气相沉积装置，其利用一控温装置来装载调控流体并呈现一满载电位以包覆于反应物供应瓶，以确保气相沉积装置于运作时，反应物维持在固定的预设温度。

请参照图2，其绘示为本发明气相沉积装置及其反应物装载系统的第一实施例。在气相沉积装置中，密闭的反应腔体(reaction chamber)200内包括一承载盘(susceptor)206、多个载具(holder)(在此为示意图以204a、204b为例，实际上根据大小有多个设计，例如八个或十个)、加热器(heater)208、供气装置(shower head)202、以及中心转轴210。其中，载具204a、204b是位于承载盘206上，可将芯片(wafer)固定其上。再者，于反应腔体200中进行反应时，加热器208控制反应腔体200内的反应温度，中心转轴210旋转承载盘206，而供气装置202提供反应物，例如反应气体。因此，可使得生成物均匀地沉积于芯片上。

而在反应腔体200外的反应物供应系统包括管线系统212、流量控制系统214以及反应物装载系统230。其中，流量控制系统214中包括阀门可用来控制反应物222的流速，并经由管线系统212传递至供气装置202进入反应腔体200。

反应物装载系统230包括：一控温装置216、一调控流体220(例如，冷却液体、或者冷却气体)、一反应物供应瓶218、一反应物222。其中，该反应物供应瓶218以及控温装置216是以剖剖视的方式呈现。

根据本发明的第一实施例，反应物供应瓶218内部装载反应物222，再经由管线系统212传递至反应腔体200。再者，控温装置216具有一输入端(IN)与一输出端(OUT)。于气相沉积装置运作时，调控流体220不断地流入输入端(IN)后再由输出端(OUT)流出，维持该控温装置216内部装载调控流体220，在一实施例中反应物供应瓶218完全被控温装置216中的调控流体220所包覆，并呈现一满载电位，并且将反应物222保持在预设温度，例如范围在摄氏4度到40度，针对不同反应物提供不同预设温度。其中反应物222例如NH₃、TMGa(Ga(CH₃)₃)、TMIn、TMAl,Cp2Mg,TEGa等其中一个，上述反应物预设温度约落在摄氏4度到40度，其中每一个反应物对应活性不同，所预设温度不一定相同。。

很明显地，由于气相沉积装置运作时，反应物供应瓶218确实被调控流体220所包覆。因此，不需人工来持续监测，也可以将反应物222保持在固定的预设温度。其中我们可以设计一温度感测器(图未绘示)于管线系统212、流量控制系统214或反应物供气瓶218，用以感测反应物222的温度，产生一温度信号，作为温度调整参考依据。

例如，另一实施例搭配一流速控制器228，根据温度信号，以精准调整的控制调控流体220的流速，例如以20度为预设温度下，当温度超出20.5度时，温度信号为提供一速度加快信号于流速控制器228，使得流速控制器228加快输入或排出速度，因此温度能快速降温，当回到标准60度，温度信号控制则使流速控制器228恢复正常流速，来更加精确地将反应物保持在固定的预设温度。

请参照图3，其绘示为本发明的气相沉积装置及其反应物装载系统的第二实施例。而反应物装载系统350以外的设备如图2所述，因此不再赘述。

反应物装载系统包括：一控温装置316、一调控流体320、一反应物供应瓶318、一反应物322、循环系统330。其中，循环系统330可将调控流体320传递至控温装置316的输入端(IN)，并由控温装置316的输出端(OUT)传递至循环系统330进行热交换后再度传递至输入端(IN)，其中热交换可准确控制在一定温度范围，用以精准的控制控温装置316中调控流体320的温度，以达到精准的控制反应物322的固定的预设温度。

根据本发明的第二实施例，第二实施例的反应物装载系统还包括一温度感测器(未绘示)，安装于流量控制系统314中，用以检测管线312中反应物322的温度，并产生一温度信号T至循环系统330。一实施例中，温度感测器也可设计于管线系统212上或反应物供气瓶318，具有感测反应物322的温度，产生一温度信号T即可。

在一实施例中，循环系统330中还可包括流速控制器(未绘示)，以控制调控流体320在进行循环时的流速。举例来说，当管线312中反应物322的温度升高时，循环系统330内的流速控制器根据温度信号T，加快调控流体320的流速以降低反应物322的温度；反之，当管线312中反应物322的温度降低时，循环系统330内的流速控制器根据温度信号T，减低调控流体320的流速以升高反应物322的温度。

由以上说明可知，虽然图3的温度感测器是安装于流量控制系统314中。然而，在本领域的技术人员也可以将温度感测器安装于管线系统212上或者供气装置202上，以检测反应物322的温度。

请参照图4A与图4B，其所绘示为控温装置的其他实施例。如图4A所示，控温装置是为缠绕线路416包覆于反应物供应瓶418，缠绕线路416具有一输入端(IN)与一输出端(OUT)。当气相沉积装置运作时，调控流体不断地流入输入端(IN)并且由输出端(OUT)流出。于一实施例中，此缠绕线路416还可搭配上述循环系统或流速控制器来运作。

如图4B所示，控温装置是由二缠绕线路430、432包覆组合而成，并且包覆于反应物供应瓶428，控温装置具有二输入端(IN1、IN2)与二输出端(OUT1、OUT2)。当气相沉积装置运作时，调控流体不断地流入二输入端并且由二输出端流出。

当然，此二缠绕线路430、432还可装置搭配循环系统来运作，以还准确控制反应物的温度。举例来说，当管线中反应物的的温度在一预设温度范围时，根据温度信号T使得循环系统仅控制单一缠绕线路430中调控流体的流动；当管线中反应物的的温度在一预定温度范围以上时，循环系统则同时控制二缠绕线路430、432中调控流体的流动；当管线中反应物的的温度在一预定温度范围以下时，循环系统则降低调控流体在二缠绕线路430、432中流动。当然，循环系统中还可包括流速控制器，以还精准的维持反应物的预设温度。

当然，本发明的反应物装载系统也可以应用于需要维持在相同温度的多个反应物供应瓶上。请参照图5A与图5B，其所绘示为反应物装载系统的其他实施例。如图5A所示，控温装置是为缠绕线路516，其利用并联的方式分别包覆于第一反应物供应瓶518以及第二反应物供应瓶528，缠绕线路516具有一输入端(IN)与一输出端(OUT)。当气相沉积装置运作时，调控流体不断地流入输入端(IN)并且由输出端(OUT)流出。或者，缠绕线路616还可搭配温度感测器以及循环系统来运作。

如图5B所示，控温装置是由二缠绕线路524、526分别并联包覆于第一反应物供应瓶518以及第二反应物供应瓶528，控温装置具有二输入端(IN1、IN2)与二输出端(OUT1、OUT2)。当气相沉积装置运作时，调控流体不断地流入二输入端并且由二输出端流出。当然，此二缠绕线路524、526还可搭配温度感测器以及循环系统来运作还可准确控制反应物的温度，而详细运作情形则不再赘述。

请参照图6A与图6B，其所绘示为反应物装载系统的其他实施例。如图6A所示，控温装置是为缠绕线路616以串联的方式依序包覆于第一反应物供应瓶618以及第二反应物供应瓶628，缠绕线路616具有一输入端(IN)与一输出端(OUT)。当气相沉积装置运作时，调控流体不断地流入输入端(IN)并且由输出端(OUT)流出。或者，缠绕线路616还可搭配温度感测器以及循环系统来运作。

如图6B所示，控温装置是由二缠绕线路656、666包覆组合而成，并且分别以串联的方式依序包覆于第一反应物供应瓶658以及第二反应物供应瓶668，控温装置具有二输入端(IN1、IN2)与二输出端(OUT1、OUT2)。当气相沉积装置运作时，调控流体不断地流入二输入端并且由二输出端流出。当然，此二缠绕线路656、666还可搭配温度感测器以及循环系统来运作还可准确控制反应物的温度，而详细运作情形则不再赘述。

由上述实施例可知，本发明的优点是提出一种气相沉积装置中的反应物装载系统，以其利用一控温装置包覆于反应物供应瓶，并且使调控流体在控温装置中流动，以确保气相沉积装置于运作时，反应物维持在固定的预设温度。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种气相沉积装置，其特征在于，包括：

一反应腔体，具有一供气装置；

一管线系统，连接该供气装置；以及

至少一反应物供应瓶，每一该反应物供应瓶分别储存一反应物，该至少一反应物供应瓶以一控温装置包覆，该控温装置具有一输入端与一输出端，使得一调控流体流入该输入端后再流出该输出端，维持该反应物在一预设温度。

2.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，还包括：

一温度感测器，装设于该管线系统或该反应物供气瓶上，用以感测该反应物的温度，产生一温度信号。

3.根据权利要求2所述的气相沉积装置，其特征在于，还包括：

一流速控制器，根据该温度信号控制该调控流体流入该输入端流速。

4.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，还包括：

一循环系统，将该输出端所输出的该调控流体进行一热交换后，再传递至该输入端。

5.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，该调控流体为一气体或一液体。

6.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，还包括：

一流量控制系统，控制该反应物的流速，并且经由该管线系统将该反应物传递至该供气装置进入该反应腔体。

7.根据权利要求6所述的气相沉积装置，其特征在于，还包括一温度感测器设置于该流量控制系统，以感测该反应物的温度，产生一温度信号。

8.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，该控温装置为一第一缠绕线路包覆于该反应物供应瓶。

9.根据权利要求8所述的气相沉积装置，其特征在于，该控温装置还包括一第二缠绕线路与该第一缠绕线路交错包覆于该反应物供应瓶。

10.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，该至少一反应物供应瓶为多个供气瓶，对应该些供气瓶包覆的多个控温装置，以一共通输入线路同时连接到该些控温装置的对应多个输入端。

11.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，该至少一反应物供应瓶包括一第一供气瓶与一第二供气瓶，对应一第一控温装置与一第二控温装置，该第一控温装置具有一第一输入端与一第一输出端，该第二控温装置具有一第二输入端与一第二输出端，其中第一输出端连接该第二输入端。

12.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，该预设温度范围为摄氏4度到40度。