CN105779970B - 气体喷淋头和沉积装置 - Google Patents
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Abstract
一种气体喷淋头和沉积装置，气体喷淋头包括：具有相对的上表面和下表面的冷却板，冷却板包括中心区和外围区，外围区包括若干冷却管道区；每一冷却管道区内具有一组冷却管道，一组冷却管道包括自冷却板中心至边缘平行排列的多个弧型管道段，每个弧形管道段均位于不同半径的同心圆上；多个弧形管道段与相邻的弧形管道段之间包括多个连接部，连接部之间具有多个通气槽，通气槽沿着相邻弧形管道段的侧壁贯穿冷却板，通气槽位于不同半径的同心圆上；在一个冷却管道区内，同一半径的同心圆上的多个通气槽构成的一组通气槽随着半径的变大连通到第一气体输出口和第二气体输出口；中心区包括多个贯穿冷却板的进气口。采用所述气体喷淋头能够改善成膜质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种气体喷淋头和沉积装置。
背景技术
化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，其通过化学气相沉积装置得以实现。具体地，CVD装置通过进气装置将反应气体通入反应室中，并控制反应室的压强、温度等反应条件，使得反应气体发生反应，从而完成沉积工艺步骤。
金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)装置主要用于III-V族化合物、II-VI族化合物或合金的薄层单晶功能结构材料的制备，例如氮化镓、砷化镓、磷化铟、氧化锌等。随着所述功能结构材料的应用范围不断扩大，金属有机化学气相沉积装置已经成为一种重要的化学气相沉积装置。金属有机化学气相沉积一般以II族或III族金属有机源、以及VI族或V族氢化物源作为反应气体，用氢气或氮气作为载气，以热分解反应方式在基板上进行气相外延生长，从而生长各种II-VI化合物半导体、III-V族化合物半导体、以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
然而，以现有的金属有机化学气相沉积装置形成的薄膜质量不佳，因此需要通过改进金属有机化学气相沉积装置，来促进装置的成膜质量。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种气体喷淋头和沉积装置，采用所述气体喷淋头的相沉积装置成膜质量改善。
为解决上述问题，本发明提供一种气体喷淋头，包括：气体分布板，所述气体分布板包括第一气体输出口和第二气体输出口，所述第一气体输出口用于输出第一气体，所述第二气体输出口用于输出第二气体；冷却板，所述冷却板具有相对的上表面和下表面，所述冷却板包括中心区、以及包围所述中心区的外围区，所述外围区包括若干冷却管道区，若干冷却管道区包围所述中心区并均匀分布；位于所述冷却板外围区内的多个冷却管道区，每一冷却管道区内具有一组冷却管道，一组所述冷却管道包括自冷却板中心至边缘平行排列的多个弧型管道段，每个弧形管道段均位于不同半径的同心圆上，且每个弧形管道段两端均与相邻的弧形管道段相连通，使得冷却液能够在各个弧形管道段内流通；所述多个弧形管道段与相邻的弧形管道段之间包括多个连接部，所述连接部之间具有多个通气槽，所述通气槽沿着相邻弧形管道段的侧壁贯穿所述冷却板上表面到达下表面，所述通气槽位于不同半径的同心圆上；在一个冷却管道区内，位于同一半径的同心圆上的多个通气槽构成一组通气槽，随着半径的变大，不同组通气槽分别交替连通到所述第一气体输出口和第二气体输出口；所述中心区的包括多个进气口，所述多个进气口贯穿所述冷却板中心区。
可选的，所述冷却板的形状为圆形；所述中心区的形状为圆形；所述外围区的形状为环形；所述冷却管道区的形状为重合于外围区的部分扇形，所述扇形的弧边与所述冷却板的边缘重合。
可选的，在若干冷却管道区内，位于同一同心圆半径的弧形管道段构成圆形；若干冷却管道区内的若干弧形管道段构成若干圈半径不同的同心圆。
可选的，在若干冷却管道区内，位于同一同心圆半径的通气槽构成圆形；若干冷却管道区内的若干通气槽构成若干同心圆。
可选的，在相邻冷却管道区内，位于同一半径的通气槽能够分别与第一气体输出口和第二气体输出口连通、同时与第一气体输出口连通或同时与第二气体输出口连通。
可选的，自冷却板中心至边缘，所述弧形管道段的长度增大。
可选的，所述冷却板的直径为450毫米～550毫米。
可选的，所述冷却板的外围区还包括器件区，所述器件区内具有若干器件通道，所述器件通道贯通所述冷却板。
可选的，所述冷却管道区的数量大于或等于2个。
可选的，所述通气槽的顶部形状为条形。
可选的，位于不同同心圆半径上的相邻两组通气槽顶部的条形宽度相同或不同。
可选的，位于不同同心圆半径上的相邻两组通气槽之间距离为8毫米～12毫米。
可选的，一组所述冷却管道还包括：一个输入口、一个输出口、在输入口与弧形管道段之间进行连通的输入管道段、以及在输出口与弧形管道段之间进行连通的输出管道段。
可选的，所述进气口用于通过第三气体，所述第三气体包括惰性气体。
可选的，所述冷却板的下表面包括若干平行排列的凸棱，相邻凸棱之间具有若干凹槽，若干凸棱构成若干不同半径的同心圆。
可选的，位于相邻两圈同心圆上的通气槽的一端分别位于所述凸棱顶部和凹槽底部。
可选的，所述凸棱顶部到所述冷却板上表面的距离为20毫米～30毫米；所述凹槽底部到所述冷却板上表面的距离为8毫米～12毫米。
可选的，所述气体分布板包括：位于所述冷却板上表面的第一气体腔、以及位于第一气体腔表面的第二气体腔。
可选的，还包括：位于所述第一气体腔内的第一管道，所述第一管道与第一气体输出口连接；贯穿所述第一气体腔的若干第二管道，所述若干第二管道在第二气体输出口与通气槽之间进行连通。
相应的，本发明还提供一种沉积装置，包括：反应腔；位于反应腔底部的基座，所述基座适于绕中心轴旋转，所述基座包括晶圆区，所述基座的晶圆区表面用于放置晶圆；位于反应腔底部的排气通道；上述任一项所述的气体喷淋头，所述冷却板的下表面与所述基座表面相对。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的气体喷淋头中，冷却板包括中心区以及包围所述中心区的若干冷却管道区；每一冷却管道区内具有一组冷却管道，一组所述冷却管道包括自冷却板中心至边缘平行排列的多个弧型管道段，每个弧形管道段均位于不同半径的同心圆上。相邻的弧形管道段之间的连接部内具有多个通气槽，所述通气槽连通冷却板的上表面和下表面。由于若干弧形管道段呈不同半径的同心圆排列，因此，位于弧形管道段之间的通气槽也呈不同半径的同心圆排列，且同一半径的同心圆上的多个通气槽构成一组通气槽。而且，随着半径的变大，不同组通气槽分别交替连通到所述第一气体输出口或第二气体输出口，即位于不同半径同心圆上的多组通气槽自冷却板中心至边缘，能够依次交替输出第一气体和第二气体。由于所述多组通气槽呈不同半径的同心圆排列，从而能够避免在冷却板的边缘产生通气槽长度差异的问题；而且，相邻两组通气槽分别输出第一气体和第二气体，因此所输出的第一气体和第二气体的流量均衡，能够避免在冷却板的边缘区域输出的第一气体和第二气体流量不均衡的问题，从而抑制所输出的气体在反应腔内产生涡流，保证了形成于晶圆表面的薄膜厚度均匀；减少了附着于反应腔内壁表面的副产物，减少了所形成的薄膜内的杂质，提高了薄膜质量。
进一步，所述通气槽的顶部形状为条形，自冷却板中心至边缘，所述通气槽顶部的条形长度增大，使得位于同一半径同心圆上的通气槽能够适应所在半径同心圆的周长，以使不同冷却管道区内位于同一半径同心圆上的通气槽能够构成圆形。
进一步，所述通气槽的顶部形状为条形，且位于不同同心圆半径上的相邻两组通气槽顶部的条形宽度相同或不同。由于位于相邻两组位于不同半径同心圆上的通气槽用于分别输出第一气体和第二气体，为了使所输出的第一气体和第二气体的流量能够适应所进行的成膜反应，所述第一气体和第二气体的流量不同，因此，需要使不同同心圆半径上的相邻两组通气槽宽度能够与第一气体和第二气体的流量比例相关联，以提高第一气体和第二气体的利用率，并提高所形成的薄膜质量。
进一步，所述中心区的包括多个进气口，所述多个进气口贯穿所述冷却板中心区，且所述进气口用于通过第三气体，所述第三气体包括惰性气体。所述第三气体不参与第一气体和第二气体的成膜反应，而自冷却板中心区输出的第三气体能够自用于承载晶圆的基座中心表面向外围表面运动，从而能够推动外围区所沿不同半径同心圆所输出的第一气体和第二气体能够在晶圆表面相互混合，以便所述第一气体和第二气体能够在晶圆表面进行成膜反应。而且，由于在所述基座表面具有第三气体推动，因此能够克服放置于基座表面的晶圆突出与基座表面的问题，能够避免气体沿基座表面和晶圆表面运动时的不稳定现象，从而能够提高晶圆表面的成膜质量。
本发明的沉积装置中，包括上述气体喷淋头，而气体喷淋头的冷却板下表面与用于放置晶圆的基座相对，使得由冷区板下表面向基座输出第一气体和第二气体。由于所述基座能够绕中心轴旋转，而晶圆放置于所述基座的晶圆区表面，从而，通过旋转所述基座，能够使冷却板下表面所输出的第一气体和第二气体在晶圆表面发生反应并成膜。由于冷却管道的弧形管道段、以及位于弧形管道段之间连接部内的通气槽均呈若干不同半径同心圆分布，从而能够避免在冷却板的边缘发生通气槽长度不一致的问题，保证了子啊冷却板下表面的边缘所输出的第一气体和第二气体的流量均衡，使得第一气体和第二气体能够充分地在晶圆表面混合，避免部分区域第一气体或第二气体过多的问题，避免在反应腔内发生涡流，保证了晶圆表面的成膜质量，所形成的薄膜厚度均匀，薄膜内的杂质减少，并且提高的第一气体和第二气体的利用率，较少浪费。
附图说明
图1是本发明实施例的一种喷淋头的俯视结构示意图；
图2是采用图1所示的喷淋头的金属有机化学气相沉积装置的剖面结构示意图；
图3至图7是本发明实施例的气体喷淋头的结构示意图；
图8是本实施例沉积装置的剖面结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，以现有的金属有机化学气相沉积装置形成的薄膜质量不佳。
经过研究发现，请参考图1和图2，图1是本发明实施例的一种喷淋头的俯视结构示意图，图2是采用图1所示的喷淋头的金属有机化学气相沉积装置的剖面结构示意图。
所述喷淋头包括：位于反应腔室顶部的喷淋面板100，所述喷淋面板100包括第一喷淋口101、第二喷淋口102和间隔喷淋口103，所述第一喷淋口101、第二喷淋口102和间隔喷淋口103均为条形，所述第一喷淋口101和第二喷淋口102依次间隔设置，且相邻第一喷淋口101和第二喷淋口102之间具有隔离喷淋口103；所述第一喷淋口101用于输出第一反应气体；所述第二喷淋口102用于输出第二反应气体，所述隔离喷淋口103用于输出隔离气体。其中，所述第一反应气体包括NH3、H2、N2中的一种或多种；所述第二反应气体包括TMG、TMA的一种或两种；所述隔离气体能够为惰性气体，例如Ar。
然而，由于所述喷淋面板100为圆形，而所述第一喷淋口101、第二喷淋口102和间隔喷淋口103均为条形，因此，所述第一喷淋口101、第二喷淋口102和间隔喷淋口103的长度不一致。由于相邻第一喷淋口101和第二喷淋口102在喷淋面板100的边缘区域具有长度差异，如区域A所示，导致所述喷淋面板的边缘区域所第一气体和第二气体的输出量不一致，继而容易使所述喷淋面板100边缘所述出的气体在反应腔室内产生涡流，尤其是在所述喷淋面板101边缘所对应的反应腔室边缘区域内容易产生涡流。
所产生的涡流容易导致反应腔室内气流分布不稳定，反应气体容易沿涡流回落至反应晶圆表面，继而导致所形成于若干反应晶圆表面的薄膜厚度不均匀。
而且，所述涡流容易激起反应副产物，并进一步带动所述反应副产物附着于反应腔室的内壁表面，而附着于反应腔室内壁上的反应副产物容易随气流回落至反应晶圆表面，对所形成的薄膜造成污染，则所形成的薄膜质量变差。
此外，由于所述喷淋面板边缘的第一喷淋口101和第二喷淋口102具有长度差异，致使所述喷淋面板边缘输出的第一气体和第二气体流量存在差异，则所述第一气体和第二气体容易生成额外的副产物，例如由TMA和NH3生成的加合物(adduct)CH3Al:NH3，或者如低聚物(oligomar)[(CH3)2AlNH2]3。由于所述第一气体和第二气体容易生成额外的副产物，从而导致对所述第一气体或第二气体造成不必要的浪费。
为了解决上述问题，本发明提供一种气体喷淋头和沉积装置。在所述气体喷淋头中，冷却板包括中心区以及包围所述中心区的若干冷却管道区；每一冷却管道区内具有一组冷却管道，一组所述冷却管道包括自冷却板中心至边缘平行排列的多个弧型管道段，每个弧形管道段均位于不同半径的同心圆上。相邻的弧形管道段之间的连接部内具有多个通气槽，所述通气槽连通冷却板的上表面和下表面。由于若干弧形管道段呈不同半径的同心圆排列，因此，位于弧形管道段之间的通气槽也呈不同半径的同心圆排列，且同一半径的同心圆上的多个通气槽构成一组通气槽。而且，随着半径的变大，不同组通气槽分别交替连通到所述第一气体输出口或第二气体输出口，即位于不同半径同心圆上的多组通气槽自冷却板中心至边缘，能够依次交替输出第一气体和第二气体。由于所述多组通气槽呈不同半径的同心圆排列，从而能够避免在冷却板的边缘产生通气槽长度差异的问题；而且，相邻两组通气槽分别输出第一气体和第二气体，因此所输出的第一气体和第二气体的流量均衡，能够避免在冷却板的边缘区域输出的第一气体和第二气体流量不均衡的问题，从而抑制所输出的气体在反应腔内产生涡流，保证了形成于晶圆表面的薄膜厚度均匀；减少了附着于反应腔内壁表面的副产物，减少了所形成的薄膜内的杂质，提高了薄膜质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图3至图7是本发明实施例的气体喷淋头的结构示意图。
请参考图3和图4，图3是气体喷淋头的部分剖面结构示意图，图4是气体喷淋头中的冷却板的立体结构示意图。
所述气体喷淋头包括：
气体分布板200，所述气体分布板200包括第一气体输出口201和第二气体输出口202，所述第一气体输出口201用于输出第一气体，所述第二气体输出口202用于输出第二气体；
冷却板300，所述冷却板300具有相对的上表面310和下表面320，所述冷却板300包括中心区301、以及包围所述中心区301的外围区，所述外围区包括若干冷却管道区302，若干冷却管道区302包围所述中心区301并均匀分布；
位于所述冷却板300外围区内的多个冷却管道区302，每一冷却管道区302内具有一组冷却管道，一组所述冷却管道包括自冷却板300中心至边缘平行排列的多个弧型管道段330，每个弧形管道段330均位于不同半径的同心圆上，且每个弧形管道段330两端均与相邻的弧形管道段330相连通，使得冷却液能够在各个弧形管道段330内流通；
所述多个弧形管道段330与相邻的弧形管道段330之间包括多个连接部，所述连接部之间具有多个通气槽332，所述通气槽332沿着相邻弧形管道段330的侧壁贯穿所述冷却板300上表面310到达下表面320，所述通气槽332位于不同半径的同心圆上；
在一个冷却管道区302内，位于同一半径的同心圆上的多个通气槽332构成一组通气槽332，随着半径的变大，不同组通气槽332分别交替连通到所述第一气体输出口201和第二气体输出口202；
所述中心区301的包括多个进气口304，所述多个进气口304贯穿所述冷却板300中心区301。
以下将对上述气体喷淋头进行详细说明。
所述气体喷淋头用于作为化学气相沉积装置的喷淋装置。本实施例中，所述气体喷淋头作为金属有机化学气相沉积装置的喷淋装置。在其它实施例中，所述气体喷淋头还能够用于作为其它化学气相沉积装置的喷淋装置，例如低压化学气相沉积装置、等离子体增强化学气相沉积装置等。
由所述气体分布板200输出的第一气体和第二气体通过所述冷却板朝向化学气相沉积装置中的基座输出，以便在置于基座上的晶圆表面形成薄膜。本实施例中，所述基座能够绕中心轴旋转，以使第一气体和第二气体能够在晶圆表面充分混合，因此所述基座的形状为圆形，而所述气体喷淋头的形状与基座的形状相对应，所述气体喷淋头的形状也为圆形，即所述气体分布板200和冷却板300为圆形。在其它实施例中，所述气体喷淋头朝向基座的形状还能够为正方形、多边形、或任意能够配合化学气相沉积装置的形状。
具体的，由于不同组通气槽332分别交替连通到所述第一气体输出口201和第二气体输出口202，因此由不同组的通气槽332分别交替输出第一气体和第二气体。又由于所述通气槽332贯穿冷却板，且位于不同半径的同心圆上，因此，所述第一气体和第二气体以不同半径的同心圆形状，沿所述冷却板300的半径方向交替输出，因此，即使沿中心轴旋转所述气体喷淋头，所述第一气体和第二气体依旧呈不同半径的同心圆形状输出，由此无法通过旋转所述气体喷淋头使第一气体和第二气体混合，因此，需要使所述基座沿中心轴旋转，以带动第一气体和第二气体能够在基座表面的晶圆上充分混合。因此，所述气体喷淋头的形状与基座的形状保持一致，呈圆形。
所述冷却板300的直径为450毫米～550毫米；在本实施例中，所述冷却板300的直径为500毫米。所述冷却板300的厚度为20毫米～30毫米，在本实施例中，所述冷却板300的厚度为25毫米。
在本实施例中，由于所述气体喷淋头作为金属有机化学气相沉积装置的喷淋装置，因此，所述第一气体包括三族元素或五族元素；所述第二气体为含氮气体、含氢气体、含氧气体中的一种或多种；含有三族元素的气体和含有五族元素的气体、与所述含氮气体、含氢气体或含氧气体能够在高温环境下发生反应，并形成金属有机材料薄膜。在本实施例中，所述第一气体包括三甲基铝(TMA)或三甲基镓(TMG)；所述第二气体包括氨气、氮气或氢气。
本实施例中的冷却板300为圆形，且所述中心区301的形状为圆形；所述外围区的形状为环形；所述冷却管道区302的形状为重合于外围区的部分扇形，所述扇形的弧边与所述冷却板300的边缘重合。
在所述中心区301内，具有若干贯穿所述冷却板的进气口304，所述进气口304用于通过第三气体，所述第三气体用于促进所述第一气体和第二气体的混合。在本实施例中，所述第三气体包括惰性气体，所述惰性气体能够为氩气或氦气。而且，由于所述中心区301对应基座的中心区域，而基座的中心区域包括旋转中心轴，基座中心区域表面无法成膜，因此，在基座中心区域表面不会放置晶圆，因此，所述中心区301输出第三气体不会对晶圆表面的成膜造成影响。在本实施例中，所述中心区301的下表面320相对于外围区的下表面320凹陷。
由于所述第三气体自冷却板300的中心区301向基座输出，随着基座的旋转，所述第三气体能够被所述基座带动，在基座和晶圆表面沿所述基座的半径方向，自基座中心向外流动；由于所述呈不同半径同心圆分布的通气槽332沿所述冷却板半径方向交替输出第一气体和第二气体，因此，在基座表面自中心向外流动的第三气体能够使包围中心区301输出的第一气体和第二气体沿基座半径方向相互混合，从而使第一气体和第二气体能够在晶圆表面充分混合并成膜。
请继续参考图4，图4示出了冷却板300的上表面310。所述冷却板300内的冷却管道区302内具有冷却管道以及用于输出第一气体和第二气体的通气槽332。由于所述通气槽332需要贯穿所述冷却板300，因此所述通气槽332的分布形状需要配合所述冷却管道的排布形状。
所述冷却管道区302的数量大于或等于2个。在本实施例中，所述冷却管道区302的数量为2个～4个。在一实施例中，如图4所示，所述冷却管道区302的数量为2个。在另一实施例中，如图5所示，所述冷却管道区302的数量为3个，图5是所述是具有3个冷却管道区302的冷却板300上表面310的俯视结构示意图。
而所述冷却管道区302的数量越多，所述冷却管道区302内的冷却管道长度越短，则在所述冷却管道内通入冷却液之后，所述冷却液流经的路径越短，冷却液的温度差异较小，则所述冷却液对冷却板300的冷却更为均匀。
在本实施例中，在两个相邻的冷却管道区302之间，还包括器件区，在所述器件区内具有若干器件通道305，所述器件通道305贯通所述冷却板，且所述器件通道305沿所述冷却板300的半径方向排列。所述器件通道内用于设置传感器，所述传感器能够为温度传感器、压力传感器等；所述传感器用于监控通过所述冷却板300的气体温度、压力等参数，以便对工艺制程进行调节、检测和监控。
在每一个冷却管道区302内，包括沿冷却板300半径方向平行排列的若干弧形管道段330，若干弧形管道段330位于不同半径的同心圆上；而每个弧形管道段330的两端分别与相邻两个弧形管道段330的一端连接，使得若干弧形管道段沿冷却板300的半径方向呈“S”形排列，从而在每一冷却管道区内构成一组贯通的冷却管道303(如图5所示)，即一根贯通的冷却管道。
而且，由于所述冷却管道区302为中心区301以外的部分扇形区域，因此，在一个冷却管道区302内，若干弧形管道段330的长度沿冷却板300半径方向由内向外逐渐增大，使若干弧形管道段330的长度能够适应所述部分扇形区域的形状，使得弧形管道段330能够充分分布于冷却板300内，以便对冷却板300的温度控制均匀。
此外，一组所述冷却管道303还包括：一个输入口333、一个输出口334、在输入口333与弧形管道段330之间进行连通的输入管道段、以及在输出口334与弧形管道段330之间进行连通的输出管道段。在本实施例中，所述输入口333通过输入管道段与最内圈的弧形管道段330连接，所述输出口334通过输出管道段与最外圈的弧形管道段连接，使得冷却液自输入口333流入最内圈的弧形管道段330，沿冷却板300半径方向向外经过各弧形管道段330，呈“S”形流至最外圈的弧形管道段330，并经由输出管道段流出输出口334。由于所述输出管道段与最外圈的弧形管道段330连接，所述输出管道段的长度较短，则不会使升温的冷却液造成冷却板300温度提高。
在本实施例中，所述一组所述冷却管道303呈“S”形排列的沟槽结构，所述沟槽结构的底部构成冷却板300的下表面320，而所述沟槽结构的顶部由覆盖层通过焊接封闭，以便在沟槽结构内部沟槽封闭的管道。所述覆盖层沟槽所述冷却板300的上表面310；所述覆盖层的材料能够为合金材料。所述沟槽结构的深度为8毫米～12毫米；在本实施例中，所述沟槽结构的深度为10毫米。
在一组冷却管道303中，相邻两个弧形管道段330之间具有若干连接部331(如图5所示)，所述连接部用于连接若干弧形管道段，使得弧形管道段330能够相互连接成为整体，以构成冷却板300的外围区302。而相邻两个连接部331之间能够构成通气槽332，使得所述通气槽332位于相邻互相管道段330之间，并贯通所述冷却板，使所述通气槽332能够通过第一气体和第二气体。
在本实施例中，所述通气槽332的顶部形状为条形。所述通气槽332顶部的条形宽度为0.8毫米～1.2毫米；在本实施例中，所述通气槽332顶部的条形宽度为1毫米。位于不同同心圆半径上的相邻两组通气槽332之间距离为8毫米～12毫米；在本实施例中，相邻两组通气槽332之间距离为10毫米。
所述通气槽332顶部的条形宽度决定了所述通气槽332输出的气体量，因此，通过调整所述通气槽332顶部的条形宽度，能够对所述通气槽332输出的第一气体流量或第二气体流量进行调整，使所述第一气体流量或第二气体流量能够适应工艺制程。
相邻两组通气槽332之间距离决定了所输出的第一气体和第二气体之间的距离；两组通气槽332之间的距离不宜过小，否则第一气体和第二气体会在距离基座表面距离较大的位置即发生混合，则会影响晶圆表面的成膜质量；而两组通气槽332之间的距离不宜过大，否则第一气体好第二气体在晶圆表面难以充分混合。因此，在本实施例中，相邻两组通气槽332之间距离为8毫米～12毫米时，尤其是10毫米时，能够使第一气体和第二气体恰好在晶圆表面充分发生混合，能够提高成膜质量及均匀性。
由于所述冷却管道区302为中心区301以外的部分扇形区域，在一个冷却管道区302内，为了使每一组通气槽332能够适应所述部分扇形区域不同半径的弧形长度，沿所述冷却板300半径方向自中心至边缘，所述通气槽332顶部的条形长度逐渐增大，使得所述通气槽332能够充分分布于所述冷却板300内，使得第一气体和第二气体能够自所述冷却板300均匀输出、并充分分布于基座上方。
而且，在一个冷却管道区302内，相邻两组通气槽332分别用于输出第一气体和第二气体，而在工艺制程中，所述第一气体和第二气体的流量能够相同或不同。为了使所述通气槽332适应工艺制程中的气体流量，位于不同同心圆半径上的相邻两组通气槽332顶部的条形宽度能够相同或不同；具体的，当第一气体和第二气体流量相同，相邻两组通气槽332顶部的条形宽度相同；当第一气体和第二气体流量不同，相邻两组通气槽332顶部的条形宽度不同。
在若干冷却管道区302内，位于同一同心圆半径、且位于不同冷却管道区302内的弧形管道段330构成圆形；而若干冷却管道区302内的若干弧形管道段330构成若干圈半径不同的同心圆。
相应的，在若干冷却管道区302内，位于同一同心圆半径、且位于不同冷却管道区302内的通气槽332构成圆形；若干冷却管道区302内的若干通气槽332构成若干同心圆。
沿所述冷却板300半径方向，不同组通气槽332交替输出第一气体和第二气体，而多组通气槽位于不同半径的同心圆上，从而能够避免因冷却板300边缘的通气槽存在长度差异，而使得冷却板300边缘输出的第一气体和第二气体的流量不均衡的问题。从而，采用所述气体喷淋头构成的沉积装置中，能够抑制所输出的气体在反应腔内产生涡流，保证了形成于晶圆表面的薄膜厚度均匀。而且，由于反应腔内的涡流减少，能够避免在反应腔的内壁表面附着副产物，从而减少了随涡流回落至晶圆表面的副产物，减少了所形成的薄膜内的杂质，提高了薄膜质量。
在一实施例中，在相邻冷却管道区302内，位于同一半径的通气槽332能够分别与第一气体输出口201和第二气体输出口202连通；即相邻的冷却管道区302内，位于同一半径同心圆上的通气槽332能够分别输出第一气体和第二气体，有利于促进第一气体和第二气体在晶圆表面充分混合。
在另一实施例中，在相邻冷却管道区302内，位于同一半径的通气槽332能够同时与第一气体输出口201连通或同时与第二气体输出口202连接；即相邻的冷却管道区302内，位于同一半径同心圆上的通气槽332能够分别输出第一气体或第二气体。
请参考图6，图6是冷却板的局部剖面结构示意图。
所述冷却板300的下表面320包括若干平行排列的凸棱340，相邻凸棱340之间具有若干凹槽341，所述凸棱340顶部的形状呈圆形，若干凸棱340构成若干不同半径的同心圆。所述凸棱340顶部到所述冷却板300上表面310的距离为20毫米～30毫米；在本实施例中，所述凸棱340顶部到所述冷却板300上表面310的距离为25毫米。所述凹槽341底部到所述冷却板300上表面310的距离为8毫米～12毫米，即所述凸棱340顶部到凹槽341底部的距离为8毫米～22毫米；在本实施例中，所述凹槽341底部到所述冷却板300上表面310的距离为10毫米，即所述凸棱340顶部到凹槽341底部的距离为15毫米。
相邻两组通气槽332的一端分别位于所述凸棱340顶部和凹槽341底部，有利于使相邻两组通气槽332所输出的气体能够相互隔离。在本实施例中，由于两组通气槽332分别用于输出第一气体和第二气体，从而使得在距离基座表面距离相同的位置，第一气体和第二气体的流速不一致，由此能够避免第一气体和第二气体在距离基座表面距离相同的位置发生相互干扰，从而保证了所输出的第一气体和第二气体的气流稳定。
请参考图7，图7是气体喷淋头的剖面结构示意图。
所述气体分布板200包括：位于所述冷却板300上表面301的第一气体腔210、以及位于第一气体腔210表面的第二气体腔220。在本实施例中，所述第一气体腔210用于分布第一气体；所述第二气体腔220用于分布第二气体。
所述气体分布板200还包括：位于所述第一气体腔210内的第一管道211，所述第一管道211与第一气体输出口201连接；贯穿所述第一气体腔210的若干第二管道221，所述若干第二管道221在第二气体输出口202与通气槽332之间进行连通。
由于所述第一气体腔210位于所述冷却板300表面，因此所述第一气体输出口201直接与通气槽332对应连接。在本实施例中，每一根第一管道211与一个通气槽332连接，用于向所连接的通气槽332输送第一气体；每一根第二管道221与一个通气槽332连接，用于向所连接的通气槽332输送第二气体。在另一实施例中，所述第一气体腔210内还能够不具有所述第一管道211，并直接通过第一气体输出口201与所对应的通气槽332连通。
在一实施例中，所述气体分布板200还能够包括位于第二气体腔220表面的第三气体腔；贯穿所述第一气体腔210和第二气体腔220的若干第三管道(未标示)，所述若干第三管道在第三气体腔和进气口304之间进行连通。所述第三气体腔用于分布第三气体，本实施例中的第三气体为惰性气体；通过所述第三管道，能够向所述进气口304输送第三气体。
综上，本实施例中，冷却板包括中心区以及包围所述中心区的若干冷却管道区；每一冷却管道区内具有一组冷却管道，一组所述冷却管道包括自冷却板中心至边缘平行排列的多个弧型管道段，每个弧形管道段均位于不同半径的同心圆上。相邻的弧形管道段之间的连接部内具有多个通气槽，所述通气槽连通冷却板的上表面和下表面。由于若干弧形管道段呈不同半径的同心圆排列，因此，位于弧形管道段之间的通气槽也呈不同半径的同心圆排列，且同一半径的同心圆上的多个通气槽构成一组通气槽。而且，随着半径的变大，不同组通气槽分别交替连通到所述第一气体输出口或第二气体输出口，即位于不同半径同心圆上的多组通气槽自冷却板中心至边缘，能够依次交替输出第一气体和第二气体。由于所述多组通气槽呈不同半径的同心圆排列，从而能够避免在冷却板的边缘产生通气槽长度差异的问题；而且，相邻两组通气槽分别输出第一气体和第二气体，因此所输出的第一气体和第二气体的流量均衡，能够避免在冷却板的边缘区域输出的第一气体和第二气体流量不均衡的问题，从而抑制所输出的气体在反应腔内产生涡流，保证了形成于晶圆表面的薄膜厚度均匀；减少了附着于反应腔内壁表面的副产物，减少了所形成的薄膜内的杂质，提高了薄膜质量。
相应的，本发明实施例还提供一种沉积装置，请参考图8，图8是本实施例沉积装置的剖面结构示意图。
所述沉积装置，包括：
反应腔400；
位于反应腔400底部的基座401，所述基座401适于绕中心轴旋转，所述基座401包括晶圆区410，所述基座401的晶圆区410表面用于放置晶圆；
位于反应腔400底部的排气通道402；
如图3至图7所述的气体喷淋头403，所述冷却板300的下表面与所述基座401表面相对。
以下将对沉积装置进行详细说明。
本实施例中，所述沉积装置为金属有机化学气相沉积装置。在其它实施例中，所述沉积装置还能够为其它化学气相沉积装置的喷淋装置，例如低压化学气相沉积装置、等离子体增强化学气相沉积装置等。
由所述气体分布板输出的第一气体和第二气体通过所述冷却板300朝向基座401输出，以便在置于基座401上的晶圆表面形成薄膜。本实施例中，所述基座401能够绕中心轴旋转，以使第一气体和第二气体能够在晶圆表面充分混合，因此所述基座401的形状为圆形，而所述气体喷淋头403的形状与基座401的形状相对应，所述气体喷淋头403的形状也为圆形，即所述气体分布板和冷却板300为圆形。在其它实施例中，所述气体喷淋头朝向基座的形状还能够为正方形、多边形、或任意能够配合化学气相沉积装置的形状。
具体的，由于不同组通气槽分别交替输出第一气体和第二气体，且所述通气槽332位于不同半径的同心圆上，所述第一气体和第二气体以不同半径的同心圆形状输入所述反应腔400内，因此，需要使所述基座401沿中心轴旋转，以带动第一气体和第二气体能够在基座401表面的晶圆上充分混合。因此，所述气体喷淋头403的形状与基座的形状保持一致，呈圆形。
所述冷却板300的中心区用于输出第三气体，所述第三气体用于促进所述第一气体和第二气体的混合。在本实施例中，所述第三气体包括惰性气体，所述惰性气体能够为氩气或氦气。冷却板300的中心区对应于基座401的中心区域，而基座的中心区域包括旋转中心轴，所述基座401的中心区域表面形成厚度均与内的薄膜，因此，在基座401的中心区域表面不会设置晶圆区410，因此，所述冷却板300中心区输出第三气体不会对晶圆表面的成膜质量造成影响。
由于所述第三气体自冷却板300的中心区向基座401输出，随着基座401的旋转，所述第三气体能够被所述基座401带动，在基座401和晶圆区410表面沿所述基座401的半径方向，自基座401中心向外流动；由于所述呈不同半径同心圆分布的通气槽沿所述冷却板300半径方向交替输出第一气体和第二气体，因此，在基座401表面自中心向外流动的第三气体能够使包围中心区301输出的第一气体和第二气体沿基座401半径方向相互混合，从而使第一气体和第二气体能够在晶圆表面充分混合并成膜。
而且，由于在所述基座401表面具有第三气体推动，因此能够克服放置于基座401表面的晶圆突出与基座401表面的问题，能够避免气体沿基座401表面和晶圆表面运动时出现的扰流等不稳定现象，从而能够提高晶圆表面的成膜质量。
综上，本实施例中，沉积装置包括上述气体喷淋头，而气体喷淋头的冷却板下表面与用于放置晶圆的基座相对，使得由冷区板下表面向基座输出第一气体和第二气体。由于所述基座能够绕中心轴旋转，而晶圆放置于所述基座的晶圆区表面，从而，通过旋转所述基座，能够使冷却板下表面所输出的第一气体和第二气体在晶圆表面发生反应并成膜。由于冷却管道的弧形管道段、以及位于弧形管道段之间连接部内的通气槽均呈若干不同半径同心圆分布，从而能够避免在冷却板的边缘发生通气槽长度不一致的问题，保证了子啊冷却板下表面的边缘所输出的第一气体和第二气体的流量均衡，使得第一气体和第二气体能够充分地在晶圆表面混合，避免部分区域第一气体或第二气体过多的问题，避免在反应腔内发生涡流，保证了晶圆表面的成膜质量，所形成的薄膜厚度均匀，薄膜内的杂质减少，并且提高的第一气体和第二气体的利用率，较少浪费。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (19)
1.一种气体喷淋头，其特征在于，包括：
气体分布板，所述气体分布板包括第一气体输出口和第二气体输出口，所述第一气体输出口用于输出第一气体，所述第二气体输出口用于输出第二气体；
冷却板，所述冷却板具有相对的上表面和下表面，所述冷却板包括中心区、以及包围所述中心区的外围区，所述外围区包括若干冷却管道区，若干冷却管道区包围所述中心区并均匀分布；
位于所述冷却板外围区内的多个冷却管道区，每一冷却管道区内具有一组冷却管道，一组所述冷却管道包括自冷却板中心至边缘平行排列的多个弧型管道段，每个弧形管道段均位于不同半径的同心圆上，且每个弧形管道段两端均与相邻的弧形管道段相连通，使得冷却液能够在各个弧形管道段内流通；
所述多个弧形管道段与相邻的弧形管道段之间包括多个连接部，所述连接部之间具有多个通气槽，所述通气槽沿着相邻弧形管道段的侧壁贯穿所述冷却板上表面到达下表面，所述通气槽位于不同半径的同心圆上；
在一个冷却管道区内，位于同一半径的同心圆上的多个通气槽构成一组通气槽，随着半径的变大，不同组通气槽分别交替连通到所述第一气体输出口和第二气体输出口；
所述中心区的包括多个进气口，所述多个进气口贯穿所述冷却板中心区。
2.如权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述冷却板的形状为圆形；所述中心区的形状为圆形；所述外围区的形状为环形；所述冷却管道区的形状为重合于外围区的部分扇形，所述扇形的弧边与所述冷却板的边缘重合。
3.如权利要求2所述的气体喷淋头，其特征在于，在若干冷却管道区内，位于同一同心圆半径的弧形管道段构成圆形；若干冷却管道区内的若干弧形管道段构成若干圈半径不同的同心圆。
4.如权利要求2所述的气体喷淋头，其特征在于，在若干冷却管道区内，位于同一同心圆半径的通气槽构成圆形；若干冷却管道区内的若干通气槽构成若干同心圆。
5.如权利要求4所述的气体喷淋头，其特征在于，在相邻冷却管道区内，位于同一半径的通气槽能够分别与第一气体输出口和第二气体输出口连通、同时与第一气体输出口连通或同时与第二气体输出口连通。
6.如权利要求2所述的气体喷淋头，其特征在于，自冷却板中心至边缘，所述弧形管道段的长度增大。
7.如权利要求2所述的气体喷淋头，其特征在于，所述冷却板的直径为450毫米～550毫米。
8.如权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述冷却板的外围区还包括器件区，所述器件区内具有若干器件通道，所述器件通道贯通所述冷却板。
9.如权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述冷却管道区的数量大于或等于2个。
10.如权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述通气槽的顶部形状为条形。
11.如权利要求10所述的气体喷淋头，其特征在于，位于不同同心圆半径上的相邻两组通气槽顶部的条形宽度相同或不同。
12.如权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，位于不同同心圆半径上的相邻两组通气槽之间距离为8毫米～12毫米。
13.如权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，一组所述冷却管道还包括：一个输入口、一个输出口、在输入口与弧形管道段之间进行连通的输入管道段、以及在输出口与弧形管道段之间进行连通的输出管道段。
14.如权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述进气口用于通过第三气体，所述第三气体包括惰性气体。
15.如权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述冷却板的下表面包括若干平行排列的凸棱，相邻凸棱之间具有若干凹槽，若干凸棱构成若干不同半径的同心圆。
16.如权利要求15所述的气体喷淋头，其特征在于，位于相邻两圈同心圆上的通气槽的一端分别位于所述凸棱顶部和凹槽底部。
17.如权利要求15所述的气体喷淋头，其特征在于，所述凸棱顶部到所述冷却板上表面的距离为20毫米～30毫米；所述凹槽底部到所述冷却板上表面的距离为8毫米～12毫米。
18.如权利要求1所述的气体喷淋头，其特征在于，所述气体分布板包括：位于所述冷却板上表面的第一气体腔、以及位于第一气体腔表面的第二气体腔，还包括：位于所述第一气体腔内的第一管道，所述第一管道与第一气体输出口连接；贯穿所述第一气体腔的若干第二管道，所述若干第二管道在第二气体输出口与通气槽之间进行连通。
19.一种沉积装置，包括：
反应腔；
位于反应腔底部的基座，所述基座适于绕中心轴旋转，所述基座包括晶圆区，所述基座的晶圆区表面用于放置晶圆；
位于反应腔底部的排气通道；
其特征在于，所述沉积装置还包括，如权利要求1至18任一项所述的气体喷淋头，所述冷却板的下表面与所述基座表面相对。
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