CN106609362B - 用于半导体化学气相沉积反应器的平铺式喷头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于半导体化学气相沉积反应器的平铺式喷头。公开了由喷头平铺件阵列形成的半导体处理反应器的喷头。每个喷头平铺件具有可以在平铺件的中心区域中或可在整个平铺件上延伸的多个工艺气体孔。每个喷头平铺件可被定尺寸用于处理相应的基底或多个基底，或阵列可被定尺寸用于处理基底。排气区围绕工艺气体孔。排气区具有至少一个排气孔，并可包括排气狭槽、多个连接的排气狭槽或多个排气孔。排气区围绕喷头平铺件阵列，或排气区的相应部分围绕在每个喷头平铺件或一组喷头平铺件中的多个工艺气体孔。气体帷幕孔可以在排气区和喷头平铺件之一的工艺气体孔之间或邻近于平铺件的中心区域。

Description

用于半导体化学气相沉积反应器的平铺式喷头

相关申请的交叉引用

本申请是2011年8月31日提交的专利申请号为13/222,890的美国专利申请的部分继续和2011年8月31日提交的专利申请号13/222,840的美国专利申请的部分继续，且要求这两个美国专利申请的优先权利益，且这两个美国专利申请据此通过引用并入本文。

技术领域

本公开的领域涉及半导体处理和喷头反应器，特别涉及用于化学气相沉积反应器的喷头。

背景

在例如集成电路、太阳光伏电池和微机械加工的半导体晶圆处理中使用各种沉积和蚀刻工艺和工具。在半导体加工中使用的两种主要类型的反应器是在2003年KluwerAcademic Publishers的Daniel M.Dobkin和Michael K.Zuraw的“Principles ofChemical Vapor Deposition”中论述的管型反应器和喷头型反应器。

通常，化学气相沉积(CVD)喷头反应器在每室单个晶圆上操作，且因此与在单个负载中并行地处理很多晶圆的CVD管反应器相比，具有低得多的晶圆处理能力。在喷头反应器中，气体从喷头(可选地，莲蓬头)分配到晶圆。在管反应器中，气体分配到在船中的平行间隔开的一组晶圆，其中气体从在管的一端处的入口行进到在管的另一端处的排气口。喷头反应器常常以较高的沉积速率运行，以便为了商业可行性而提高处理能力。

管反应器和喷头反应器常常分别被称为热壁反应器设计和冷壁反应器设计，其中管反应器通常被操作为几乎等温的并且喷头反应器具有从反应器的一个部分到另一部分的大温度梯度。通常，对于等离子产生，与管反应器比较，喷头反应器是优选的，因为管型等离子体反应器在机械设计、颗粒控制、电气设计和晶圆处理上有困难。管反应器适合于需要良好的温度一致性和高温的工艺，例如多晶硅沉积。喷头反应器适合于包括各种材料的沉积和蚀刻的基于较低温度等离子体的工艺。

等离子体反应器常常使用金属喷头作为一个等离子体电极和与卡盘电连接的晶圆作为另一等离子体电极。喷头和晶圆被安装于其中的室的壁通常由于安全原因而保持接地电位。当与壁碰撞时，在等离子体中的电子将能量流失给室壁。与物理气相沉积(PVD)比较，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)常常在半导体处理中是优选的，因为通过PECVD沉积的薄膜共形地覆盖经处理的晶圆形貌，填充沟槽或孔，并具有极好的电特性和较低的缺陷密度。

集气室尺寸和直径、角度以及孔在喷头中的放置影响工艺气体的流动。通常，喷头具有与被处理的硅晶圆或基底大约相同或稍微大于其的直径，因为支撑晶圆或基底的卡盘是这样。多个气体集气室可布置在喷头中或之上的圆周环中，用于分配多种气体而没有在集气室中的混合。

公开号2010/0233879A1的美国专利申请公开了单晶圆多喷头多卡盘反应器。晶圆被移动到四个或五个不同的卡盘用于在每个卡盘处的薄膜的一部分的沉积。每个喷头引入其自身的随机不均匀性。使用几个卡盘达到随机不均匀性的平均数。

寻求在喷头反应器中的提高。本发明的目的是提高在喷头反应器中的处理能力。

概述

提高喷头反应器中的处理能力的目标用半导体处理喷头反应器的平铺式喷头(tiled showerhead)来满足。喷头“平铺件(tile)”是具有气体流出孔的阵列的喷头。喷头平铺件可以与标准喷头尺寸大约相同，或在尺寸上大于或小于标准喷头。平铺式喷头可构造为高达大于标准喷头的尺寸。一些平铺件可包括排气口和/或流体温度控制，而其它平铺件依赖于用于排气和/或流体温度控制的周围基础设施。喷头平铺件使平铺式喷头能够通过以模块化方式增加或减去喷头平铺件的重复副本来增大规模或减小规模。

平铺式喷头具有一起安装在规定区域中的喷头平铺件的阵列。每个喷头平铺件具有多个工艺气体孔。每个平铺件可被定尺寸用于处理相应的基底或多个基底，或整个阵列可被定尺寸用于处理遍及整个区域(areawise)的基底。平铺式喷头可用于半导体晶圆或类似基底的同时处理。

在一个实施方式中，每个喷头平铺件具有相邻于平铺件的中心区域的流体通路。流体通路可包括冷却集气室或连接到气体帷幕孔的排气通路。有时具有排气孔的排气区域围绕喷头平铺件的中心区域。

在另一实施方式中，每个喷头平铺件具有相邻于平铺件的中心区域的至少一个流体通路。流体通路可包括冷却集气室或连接到气体帷幕孔的气体通路，用于反应气体在相应尺寸的基底上的沉积。

附图简述

图1是根据本发明的示例性喷头平铺件的俯视图。

图2是由图1的喷头平铺件的阵列形成的平铺式喷头的俯视图。

图3是作为图1的喷头平铺件的可选实施方式的喷头平铺件的俯视图。

图4是由图3的喷头平铺件的阵列形成的、作为图2的平铺式喷头的可选实施方式的平铺式喷头的俯视图。

图5是作为图1和3的喷头平铺件的可选实施方式的喷头平铺件的俯视图。

图6是由图5的喷头平铺件形成的喷头平铺件的阵列的俯视图。

图7A是使用图6所示的阵列的、作为图2和4的平铺式喷头的可选实施方式的平铺式喷头的俯视图。

图7B是作为图2的平铺式喷头的可选实施方式的另一平铺式喷头的俯视图。

图8A是使用图6中所示的阵列的、作为图2、4和7A的平铺式喷头的可选实施方式的平铺式喷头的俯视图。

图8B是作为图4的平铺式喷头的可选实施方式的另一平铺式喷头的俯视图。

图9是适合于使用图2、4、7或8的平铺式喷头的包括喷头组件和气体分配导管的喷头固定装置的透视图。

图10是适合于使用图9的喷头固定装置的喷头反应器的入口或出口的透视图。

图11A是两个邻接的模块化喷头反应器的入口和出口的透视图。

图11B是具有多个基底的图11A的两个邻接的模块化喷头反应器的入口和出口的透视图。

图12是在模块化喷头反应器中连续地被处理的半导体基底的俯视图。

图13是在图10所示的类型的喷头反应器中被并行地处理的半导体基底的俯视图。

图14A是在图10中所示的类型的喷头反应器中被并行地处理的成组的半导体基底的俯视图。

图14B是在图10中所示的类型的喷头反应器中被并行地处理的成组的半导体基底的另一俯视图。

图14C是在图10中所示的类型的喷头反应器中被并行地处理的成组的半导体基底的附加的俯视图。

图15A-15G是在图1、3、5和6中所示的类型的喷头平铺件的阵列的例子。

详细描述

参考图1-9，示出根据本发明的喷头平铺件、平铺式喷头和喷头固定装置。平铺式喷头具有在模块化整个区域的布置中的喷头平铺件的阵列。平铺式喷头适合于在图10和11的喷头反应器中同时处理多个半导体晶圆时使用，从而与单晶圆喷头反应器比较提高晶圆处理能力。在图12-14中示出了半导体晶圆或在喷头反应器中正被处理的其它基底的例子。在图15A-15G中示出了平铺式喷头的另外的阵列的例子。

平铺式喷头可处理在各种喷头反应器中的多个基底。可在单室喷头反应器中使用具有平铺式喷头的单个固定装置以在室中以一个或一系列处理反应来处理多个基底。可在具有多个反应室的长线性喷头反应器中使用多个平铺式喷头(每个室具有相应的平铺式喷头)以在每个室中并行地和在相继的室中连续地处理多个基底。使用模块化反应器(每个具有带有相应的平铺式喷头的一个或多个室)的模块化喷头反应器可被组装以在每个室中并行地和在相继的室中连续地处理多个基底。相应的室具有以各种组合围绕室和/或使室与相邻室分离的物理壁、气体隔离壁和/或排气区。

分别在图1、3和5中所示的喷头平铺件100、300和500是正方形的并具有带有多个工艺气体孔的正方形中心区域。这样的正方形喷头平铺件适合于处理例如在某些类型的光伏太阳能电池中使用的正方形半导体晶圆，并且适合于处理直径小于或大约等于具有工艺气体孔的正方形中心区域的侧边的长度的圆形半导体晶圆。本领域中的技术人员可设计其它形状的喷头平铺件和在平铺件上的各种区域(例如六边形、矩形、多边形或圆形)。通过焊接来连接平铺件，且所以为焊缝提供很少数量的平铺件边界区域。可使用可选的连接(例如螺栓连接)。在这个方面，每个平铺件可由凸缘围绕，用于连接或用于冷却或用于排气。

参考图1，喷头平铺件100具有正方形中心区域2，其中多个工艺气体孔4由正方形环形区6围绕。正方形环形区6包括相邻于喷头平铺件100的中心区域2的两个流体通路8和10。正方形环形区6由具有多个排气孔14且以另一正方形环的形状的排气区12围绕。排气区12包括如可被容易设计的邻近的排气狭槽、多个连接的排气狭槽或各种形状或尺寸的多个孔。以又一正方形环的形状的凸缘16围绕排气区12。从中心区域2向外，喷头平铺件100因此具有工艺气体孔4的同心区、流体通路、排气孔14和凸缘16。

流体通路8和10在喷头平铺件100的实施方式中用于两个不同的目的，即在第一实施方式和第三实施方式中用于冷却和在第二实施方式和第三实施方式中用于提供气体帷幕。在第一实施方式中，两个流体通道8和10可连接以使冷却流体循环，其使喷头平铺件100冷却。

在第二实施方式中，两个流体通路8和10可连接到气体供应并通过喷头平铺件100的气体帷幕孔20提供隔离气体帷幕。气体帷幕孔20流动地连接到两个流体通路8和10。氢气适合作为气体帷幕的气体。在另一例子中，氮气适合作为气体帷幕的气体。可设计适合于气体帷幕的另外的气体。

在第三实施方式中，两个流体通路8和10中的每个充当冷却集气室，并在面向被处理的晶圆的喷头平铺件100的表面上是开着的。氢气或穿过流体通路8和10的其它气体通过从喷头平铺件100到冷却集气室中的气体的热传递而使喷头平铺件100冷却。氢气或其它气体从冷却集气室向外前进以形成气体帷幕。两个流体通路8和10中的每个因此向喷头平铺件100提供气体帷幕和冷却。

参考图2，平铺式喷头200具有图1的喷头平铺件100的三乘三阵列28。以正方形环的形状的凸缘30围绕喷头平铺件100的阵列28。平铺式喷头200可用于处理多个半导体晶圆100。在一个例子中，被处理的半导体晶圆的数量等于在喷头平铺件的阵列中的喷头平铺件的数量。在这个例子中，有九个喷头平铺件100。因此，在一个例子中，平铺式喷头200可在适当的喷头反应器中同时处理例如以三乘三阵列的晶圆的九个半导体晶圆。在另一例子中，平铺式喷头200的每个平铺件100可处理多个半导体晶圆或基底。例如，阵列的一个平铺件可处理4、6或9个晶圆或基底或任何其它期望数量的晶圆或基底。在其中喷头200的每个平铺件100处理4个基底的例子中，36个基底由平铺式喷头200处理。在喷头200的每个平铺件100处理6个基底的情况下，54个基底由平铺式喷头200处理，而在喷头200的每个平铺件100处理9个基底的情况下，81个基底由平铺式喷头200处理。

参考图3和4，可通过将排气孔从喷头平铺件移动到平铺式喷头400来设计更紧凑的平铺式喷头400。在图3中，喷头平铺件300具有带有多个工艺气体孔34的正方形中心区域32。正方形中心区域32由包括相邻于喷头平铺件300的中心区域32的两个流体通路38和40的正方形环形区36围绕。喷头平铺件300缺乏喷头平铺件100的排气区，且因此比喷头平铺件100更紧凑。在喷头平铺件300的第一变形、第二变形和第三变形中，流体通路38和40执行类似的功能并被与喷头平铺件100的流体通路8和10类似地配置。

在图4中，平铺式喷头400具有图3的三乘三阵列48的喷头平铺件300。以正方形环的形状的气体帷幕区42围绕该阵列48的喷头平铺件300并具有多个气体帷幕孔50。以另一正方形环的形状并具有多个排气孔54的排气区52围绕气体帷幕区42和喷头平铺件300的阵列48。在变形中，排气区52包括如可容易设计的邻近的排气狭槽、多个连接的排气狭槽或各种形状或尺寸的多个孔。以又一正方形环的形状的凸缘56围绕排气区52。作为使用与喷头平铺件100相比更紧凑的喷头平铺件300的结果，平铺式喷头400比平铺式喷头200更紧凑。

被使用平铺式喷头400处理的三乘三阵列的晶圆可以比被使用平铺式喷头200处理的三乘三阵列的晶圆更紧凑。使用平铺式喷头400的喷头反应器可以比使用平铺式喷头200的喷头反应器更紧凑。

参考图5-8，可通过将喷头平铺件分组来设计平铺式喷头的另外的变形(例如平铺式喷头700和平铺式喷头800)。在图5中，喷头平铺件500具有多个工艺气体孔62。如所描绘的，喷头平铺件500缺乏气体帷幕孔或排气孔，且因此比具有气体帷幕孔和/或排气孔的喷头平铺件更紧凑。可使用具有气体帷幕孔、排气孔或这两者的喷头平铺件来设计具有分组的喷头平铺件的平铺式喷头的另外的变形。

在图6中，喷头平铺件500的二乘二阵列600被形成为分组的喷头平铺件。在图7A和8B中的平铺式喷头700和800中，以二乘二阵列的阵列600的喷头平铺件500来重复阵列600的喷头平铺件500。阵列的各种另外的阵列、分组的阵列、阵列的分组、分组的分组等可由本领域中的技术人员来设计。喷头平铺件500的阵列600可由如图7A中所示的周边排气区72和阵列间排气区74的组合围绕，或所有喷头平铺件500的阵列600可由如图8A中所示的周边排气区82围绕。在各种例子中，排气区使用如本领域中的技术人员可设计的多个排气孔、单个开口或狭槽、多个互连的开口或狭槽或用于排气的其它组合。在变形中，可添加围绕阵列600的气体隔离区。气体隔离区可以在排气区的一部分和气体帷幕孔中的至少一个气体帷幕孔之间，例如在排气区和喷头平铺件之一之间，在成组的喷头平铺件之间，在一组喷头平铺件和排气区的一部分之间，等等。在各种例子中，凸缘76、84、77或85或其它区可围绕排气区。

如图7B中所示，与在图2的喷头200中看到的相比，喷头701包括更少的单独喷头平铺件100。例如，在喷头中可使用四个平铺件501的阵列。每个平铺件100的中心正方形环形区可由排气区12围绕，且平铺件可具有如由虚线所表示的和如先前关于平铺件100讨论的流体通路8、10。

如图8B中所示，与在图3的喷头400中看到的相比，喷头801包括更少的单独喷头平铺件300。例如，在喷头中可使用四个平铺件503的阵列。平铺件300的阵列可由排气区52和气体帷幕区42围绕，并包括如由虚线所表示的和如先前关于平铺件300讨论的两个流体通路38和40。

参考图9，具有多个分支906的气体导管904将气体流提供到在喷头固定装置900中的喷头组件902。喷头组件902包括一个或多个集气室908和910及一个或多个扩散器板912以及喷头板914。喷头组件902可使用常规喷头或可使用图2、4、7或8的平铺式喷头之一。气体导管904的每个分支906将气体流提供到相应的喷头平铺件或成组的喷头平铺件。根据本公开，容易设计气体隔离帷幕和/或排气的导管。在变形中，每个喷头平铺件或每组喷头平铺件具有相应的气体分配线或多个气体分配线。

喷头组件902的变形根据以平铺件的喷头平铺件阵列的数量和布置而形成所需尺寸并进行配备。一个集气室或多个集气室对于气体的均匀分布应是足够大的。较大喷头平铺件阵列的较大喷头应具有更高的集气室、更多的集气室和/或更多的扩散器板。相反，在更小喷头平铺件阵列的中的更少数量的喷头平铺件的更小喷头可具有更短的集气室、更少的集气室和/或更少的扩散器板。

参考图10，喷头反应器1000可用于通过使用在一个或多个反应室的每个中的平铺式喷头200、400、700、800中的一个或多个或其变形来同时处理多个半导体晶圆或其它基底。一个或多个反应或处理室、隔离区、过渡区和/或其它区或区域由反应器壁1002、反应器底板1014和反应器盖1004围住。滚筒组件1008或其它运输机构移动晶圆或可以在晶圆或基底载体上的其它基底通过喷头反应器1000。如可被设计的加热单元1006(例如红外灯、电阻加热器、感应加热单元或其它热源)可加热晶圆或其它基底。

在平铺式喷头200、400、700、701、800或800中的每个喷头平铺件100、300或500及其变形将工艺气体分配到在喷头反应器1000中的相应的晶圆或多个晶圆或基底。在变形中，气体帷幕由如在平铺式喷头200中的喷头平铺件100的第二变形或第三变形或由平铺式喷头400或平铺式喷头700、701、800或801的例子提供。排气由在平铺式喷头200中的每个喷头平铺件100或由平铺式喷头400、700、701、800或801提供。

参考图11A——半导体晶圆1106或其它基底或参考图11B——多个晶圆或基底106可被在第一喷头反应器1102中处理且随后被在第二喷头反应器1104中处理。晶圆1106或多个晶圆1107可在正方向1108上移动并从第一喷头反应器1102的出口1118转移出，然后转移到第二喷头反应器1104的入口1120内。

在模块化喷头反应器中，第一喷头反应器1102是喷头反应器模块，而第二喷头反应器1104是另一喷头反应器模块，其可具有相同或不同的结构和特征。在模块化喷头反应器的一个实施方式中，第一喷头反应器和第二喷头反应器1102、1104是模块并在方向1110、1112上朝着彼此移动。第一喷头反应器1102的出口表面1114用适当的硬件和密封紧固到第二喷头反应器1104的入口表面1116。一个基底或多个基底可从第一喷头反应器1102直接传递到第二喷头反应器1104。

参考图12-14，示出了用于处理在喷头反应器中的一个或多个半导体晶圆或其它基底的各种并行和连续处理布置。在图12中，晶圆1202、1204和1206或其它基底被在喷头反应器1000或其变形中连续地处理。每个处理区1210、1212、1214由如周边保护区1216和基底间保护区1218或单独的周边保护区1220提供的保护区围绕，其中每个保护区提供气体隔离帷幕、排气或这两者。每个晶圆1202在正方向1224上沿着从反应器的入口到反应器的出口的路径1222从一个处理区1210移动到另一处理区1212。

在图13中，两个晶圆1302和1304或其它基底被处理并在正方向1308、1310上沿着路径1306并行地移动穿过喷头反应器1000或其变形。反应器的尺寸和喷头的尺寸或布置相应地形成。

在图14A中，多个晶圆1402或其它基底被处理并在正方向1408上沿着路径1410并行地移动穿过喷头反应器1000或其变形。多个晶圆1402被示为平铺件的阵列，其被分组，使得平铺件阵列是成组的平铺件的阵列。一组晶圆1406是四组晶圆1404的阵列。每组1404具有四个晶圆1402。在一个例子中，在组1406中的16个晶圆1402中的每个与在平铺式喷头700或800中的喷头平铺件500中的相应喷头平铺件相关，用于当晶圆位于在喷头反应器1000内部的平铺式喷头700或800之下时进行处理。在另一例子中，较大组1406的每组晶圆1404与在平铺式喷头701或801中的喷头平铺件100或300中的相应喷头平铺件相关，用于当晶圆位于在喷头反应器1000内部的平铺式喷头701或801之下时进行处理。喷头平铺件的尺寸和形状根据要处理的晶圆的尺寸、形状和/或数量而改变。因此只需要四个喷头平铺件100或300以处理16个基底1402。作为例子，在组1406中的16个晶圆1402在平铺式喷头700、701、800或801之下的反应或处理区中被处理之后，晶圆移动到随后的反应或处理区，并在应用相似或不同的气体和条件的另一平铺式喷头之下被进一步处理。

在图14b中，多个晶圆1403或其它基底被处理并在正方向1408上沿着路径1410并行地移动穿过喷头反应器1000或相应地形成所需尺寸的其变形。多个晶圆1403被示为平铺件阵列，其被分组使得平铺件阵列是成组的平铺件的阵列。一组晶圆1409是四组晶圆1407的阵列。每组1407具有六个晶圆1403。在一个例子中，在组1407中的24个晶圆1403中的每个与在平铺式喷头(未示出)中的喷头平铺件500中的相应喷头平铺件相关，用于当晶圆位于在喷头反应器1000内部的平铺式喷头之下时进行处理。在另一例子中，较大组1409的每组晶圆1407与在平铺式喷头701或801中的喷头平铺件100或300中的相应喷头平铺件相关，用于当晶圆位于在喷头反应器1000内部的平铺式喷头701或801之下时进行处理。喷头平铺件的尺寸和形状根据要处理的晶圆的尺寸、形状和/或数量而改变。作为例子，在组1409中的24个晶圆1403在平铺式喷头701或801之下的反应或处理区中被处理之后，晶圆被移动到随后的反应或处理区，并在应用相似或不同的气体和条件的另一平铺式喷头之下被进一步处理。

在图14c中，多个晶圆1411或其它基底被处理并在正方向1408上沿着路径1410并行地移动穿过喷头反应器1000或相应地形成所需尺寸的其变形。多个晶圆1411被示为平铺件阵列，其被分组使得平铺件阵列是成组的平铺件的阵列。一组晶圆1415是四组晶圆1413的阵列。每组1413具有九个晶圆1403。在一个例子中，在组1415中的36个晶圆1411中的每个与在平铺式喷头(未示出)中的喷头平铺件中的相应喷头平铺件相关，用于当晶圆位于在喷头反应器1000内部的平铺式喷头之下时进行处理。在另一例子中，较大组1415的每组晶圆1413与在平铺式喷头701或801中的喷头平铺件500中的相应喷头平铺件相关，用于当晶圆位于在喷头反应器1000内部的平铺式喷头701或801之下时进行处理。喷头平铺件的尺寸和形状根据要处理的晶圆的尺寸、形状和/或数量而尺寸不同。作为例子，在组1415中的36个晶圆1411在平铺式喷头701或801之下的反应或处理区中被处理之后，晶圆被移动到随后的反应或处理区，并在应用相似或不同的气体和条件的另一平铺式喷头之下被进一步处理。

参考图15A-15G，平铺式喷头200、400、700、701、800或801的另外的实施方式使用各种阵列的各种形状的喷头平铺件。图15A示出正方形形状162的二乘二正方形阵列160。图15B示出正方形形状166的四乘四正方形阵列164。图15C示出正方形形状170的一乘四或四乘一矩形阵列168。宽度等于一的矩形阵列也被称为线性阵列。图15D示出正方形形状174的二乘四或四乘二矩形阵列172。图15E示出圆形形状178的三角形阵列176，其具有120度旋转对称性。图15F示出圆形形状182的六边形或蜂窝形阵列180，其具有60度、120度和180度旋转对称性。图15G示出六边形形状186的六边形或蜂窝形阵列184，其具有120度旋转对称性。正方形阵列具有90度和180度旋转对称性。容易设计另外的阵列。喷头平铺件可在有或没有在平铺件或成组的平铺件之间的空间的情况下和在有或没有凸缘的情况下被排列。

再次参考描绘喷头平铺件、平铺式喷头和平铺式喷头固定装置的图1-9、描绘喷头反应器的图10-11、描绘被并行和/或连续地处理的基底的图12-14和描绘关于对喷头平铺件进行平铺的阵列的图15A-15G，可认识到平铺式喷头和单室、多室、线性和模块化喷头反应器的全方位的变化和组合。平铺式喷头并行地处理并排的晶圆或其它基底。可在同一室中的同一喷头之下和/或在另一室中的另一喷头之下应用连续的处理。

在长线性反应器中，不管是否被设计为单个反应器或具有多个模块的模块化反应器，一系列喷头都被沿着在一个或多个室中的反应器的长度放置。每个室被加宽以处理并排的晶圆(如从一个室到另一室的任何通路)。每个平铺式喷头将工艺气体引导到相应的基底。排气通道或端口从基底引导排气流。气体隔离帷幕可由从这样配备有气体隔离孔的平铺式喷头发出的气体流来提供。反应器的盖可集成有气体导管、可集成有喷头固定装置或可与其分离。

标准单晶圆喷头反应器通常具有冷壁或热壁类型。冷壁反应器具有未被明确地加热的壁，并可由于各种工艺气体的反应而经历颗粒在冷壁上的冷凝。热壁反应器具有被明确地加热的壁，并可经历在已加热的壁上的反应。

相比之下，“零”或无壁反应器具有没有物理壁的室，并替代地具有由气体流产生的壁(例如气体隔离帷幕)。“零”壁反应器具有冷壁和热壁反应器的很多或所有益处而具有任一壁的较少的缺点或没有任一壁的缺点。在隔离区之外的物理壁防止来自大气的污染物(即防止气体从沉积区的外部到达)，并允许总压力控制。因此，“零”壁反应器确实具有物理壁，但在反应器内的反应或沉积室由具有气体隔离帷幕或其它气体流的隔离区来界定。排气区将气体从基底排出，使得污染物(例如砷或其它处理残留物或副产物)不传递到在处理区之外的其它晶圆。在工艺气体流、排气流和气体隔离帷幕流当中应用压力平衡。可在“零”壁喷头反应器中使用具有排气流和/或气体隔离帷幕流的供应的平铺式喷头的例子。

当基底从一个处理区移动到另一处理区时，具有气体帷幕“壁”的隔离区允许没有机械门打开和关闭的机械上更简单的装置(尽管机械门等可被使用)。作为例子，沉积(例如外延沉积)可被在第一区中应用，而另一沉积被在第二区中应用，接着是在第二区中或在第三区中清洁，以及此外接着是在第四区或随后的区中蚀刻，其中处理区被隔离区分离。“一系列”基底载体可一个接一个地进行，其中基底被在每个处理区中并行地处理，且基底被在随后的处理区和随后的模块中连续地处理。

通过组合在平铺式喷头之下一组或阵列的基底的并行处理和穿过具有一个或多个另外的平铺式喷头的随后的处理区或模块的连续处理，与单基底喷头反应器比较或与连续处理的单基底宽喷头反应器比较，基底的处理能力得到极大地增加。针对在基底处理能力中的另外的提高，长线性喷头反应器或包括多个模块(每个模块使用一个或多个平铺式喷头)的模块化喷头反应器的多个例子可被水平或垂直地或水平和垂直地排列。

模块化喷头的优点之一是，非常大的基底可被在单个时间处理。例如，大面积P-N结可形成，然后被切割成较小的块，或用作大面板。由成组的平铺件阵列形成的模块化喷头将适合于处理大基底。另一优点是，每个喷头平铺件可处理多个基底。

Claims (13)

1.一种用于半导体处理反应器的喷头，包括：

喷头平铺件阵列，其中每个喷头平铺件具有在所述喷头平铺件的中心区域中的多个工艺气体孔以及边界，每个喷头平铺件的边界与至少一个其它喷头平铺件的边界接触并连接到所述至少一个其它喷头平铺件的边界，每个喷头平铺件具有至少一个流体通路，该流体通路与在所述喷头平铺件的所述中心区域中的工艺气体孔相邻，所述至少一个流体通路是被配置成循环冷却流体的冷却通路，或被配置成提供隔离气体帷幕的气体通路，所述阵列的每个喷头平铺件被定尺寸用于处理多个基底；以及

排气区，其围绕所述工艺气体孔并包括从所述喷头平铺件中的一个或多个的一个或多个中心区域延伸的表面，所述排气区具有在所述表面中的至少一个排气孔，

其中所述排气区是每个喷头平铺件的一部分，并围绕每个喷头平铺件的工艺气体孔，

其中，每个喷头平铺件具有位于所述排气区和所述多个工艺气体孔之间的第一气体帷幕孔和第二气体帷幕孔，其中所述第一气体帷幕孔和所述第二气体帷幕孔是分开的孔，并且平行地位于两侧。

2.如权利要求1所述的喷头，其中所述喷头平铺件阵列的每个喷头平铺件被定尺寸用于处理4、6或9个基底。

3.如权利要求1所述的喷头，其中所述排气区围绕所述喷头平铺件阵列。

4.如权利要求1所述的喷头，其中所述至少一个排气孔包括多个排气孔。

5.如权利要求1所述的喷头，还包括围绕所述排气区并具有从所述排气区表面延伸的表面的凸缘。

6.如权利要求1所述的喷头，其中每个喷头平铺件是正方形的、圆形的、矩形的或多边形的。

7.如权利要求1所述的喷头，其中每个喷头平铺件具有在所述排气区和所述多个工艺气体孔之间的至少一个气体帷幕孔。

8.如权利要求1所述的喷头，其中每个喷头平铺件包括至少一个气体帷幕孔。

9.如权利要求1所述的喷头，其中所述喷头平铺件阵列是正方形阵列。

10.如权利要求1所述的喷头，其中所述喷头平铺件阵列是矩形阵列。

11.如权利要求1所述的喷头，其中所述喷头平铺件阵列具有旋转对称性。

12.如权利要求1所述的喷头，其中每个喷头平铺件中的所述至少一个流体通路包括：位于所述喷头平铺件的所述中心区域的相对侧的至少两个流体通路。

13.如权利要求1所述的喷头，其中所述气体通路包括多个气体帷幕孔，用于提供隔离气体帷幕。

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