CN1127581C - 自由浮动屏障与半导体工艺系统 - Google Patents

Abstract

CVD系统用保护屏障，它包括：机架组件，具有一地分开的端壁和于其间延伸的一对侧壁；一对相分开的喷射器屏障体，设于机架组件上，确定出此保护屏障与喷射器相邻的第一面，且于其间定出使试剂从喷射器流过保护屏障的喷射口；设于此机架上且与这对屏障体分开的另一对屏障体，确定出保护屏障的与该第一面相对的第二面，并于其间定出使试剂流过该屏障的出口；而各屏障体都由包括单元机架、多孔板、增压室与气体输送装置的单件底座形成。

Description

自由浮动屏障与半导体工艺系统

本文件是1998，11，3提交的美国专利申请系列No.09/185180的部分继续申请，它所公开的全部内容已综合于此供参考，而上述申请又是1998，1，16提交的美国专利申请系列No.09/008024的部分继续申请且其整个公开内容也综合于此供参考。

本发明一般涉及化学淀积系统用的保护屏障，具体则涉及到用于在加工设备上减少膜层淀积量的气体屏障。此外，本发明还涉及采用防护屏障和利用排气控制装置的半导体加工系统。

化学汽相淀积(CVD)系统已用来在基底例如半导体硅片上形成薄的均匀层或膜。在CVD工艺中，基底暴露于一或多种气体物质下，如硅烷、磷烷、乙硼烷、氧、臭氧等以及化学汽相如TEOS(四乙基原硅酸盐)、TMB(硼酸三甲酯)、TMPi(亚磷酸三甲酯)、TEB(硼酸三乙酯)、TEPo(磷酸三甲酯)等。将这些气体注入清洁的隔离反应室内，允许它们与其他气体和/或基底的表面混合与反应而生产出所需的膜。这种CVD系统通常采用喷射器，将气体物质直接输送到基底的表面上。排气系统从反应室中除去反应中未起反应的气体和所形成的粉末。随着时间的推移，膜层淀积于反应室的暴露表面上，构成了粒料污染源，它们有可能嵌埋于膜中或是损害膜的均一性。在包括半导体加工在内的许多应用中，膜的特性例如纯度与厚度的均一性，必须满足高质量标准的要求。为了保持薄膜质量和防止出现不能接受的缺陷程度，此反应室必须清洗，除去淀积上的膜层。

喷射口通常位于距基底表面不到1英寸处，由于喷射器与基底表面间的间隙限制，喷射器的表面和室的壁面会为反应中生成的物质涂层。为了减少在这种区域中的蓄积量，某些CVD系统包括有设在喷射器与排气口之前的屏障。这类屏障包括焊接在支承体上的多孔筛板。供气管将惰性气体如氮气输送到此支承体与筛板之间，氮气通过多孔筛板从屏障出来，减慢了加工过程中物质于屏障上积累的速率。

CVD的理想反应通常是在高温下发生，例如300～600℃，对于某种选择的过程，使基底与室加热到合适的温度。反应室的高温于多孔筛板中形成了热应力，经过一段时间会导致筛板弯曲。多孔筛板的热变形破坏了氮气能均匀地流过此筛板，使筛板的一些部分不能免于淀积物的积累。随着筛板为淀积物质涂层，使它可将氮气输送到反应室的能力进一步减弱，而要求除下和清洗或者更换此筛板。由于筛板实质上界定出反应室的上“壁”，变形的筛板也会干扰反应室中过程反应化合物的均一性与分布。通过除下筛板用于清洗或更换受损的筛板造成的延误费时费钱。最好能使筛板中的热变形最小甚或消除。也希望有筛板能将惰性气体均一地供给反应室。类似地，还希望有这样的屏障，其中的受损筛板表面能够快速和廉价的更换。

对于大气压力CVD(APCVD)工艺，在工艺过程中，由输送机载运基底输送通过一或多个反应室。这种反应室不是封闭室，而仅仅是在一列隔板之间位于喷射器之前的区域，这些隔板应用惰性气体例如氮气使此反应室与工艺过程路径的其余部分隔开。利用喷射器各侧上的排气孔从反应室中抽出来使用的气体和反应副产物。要是此排气是在低于将气体引入反应室时的流率下进行，则某些反应物可能从反应室逸出。为此，在先有技术系统中，排气的流率一般大于将气体注入室内的流率，使过剩的惰性气体从各反应室之间提供的阻止反应物气体选出的缓冲带的区域中抽入到反应室内。但从相邻的缓冲带抽入反应室内的气体在室的整个宽度上并非均一地计量，因而沿此室的宽度会形成不均一的气体-气体界面。于是需要有能有效防止反应物气体从反应室逸出而又不干扰反应的化学过程的屏障。由于气体是从排气口一侧上的喷射器之下以及此排气孔另一侧之上各反应室之间的缓冲区抽入到排气孔的，于是在相对的流体流之间便形成了反应物气体的循环。为此希望有效地从反应室排出反应物气体又能使室内气体循环量减至最小的屏障。

本发明的首要目的在于提供一种屏障组件保护CVD工艺过程中所用气体喷射器、室壁或排气孔等的暴露表面。

本发明的第二个目的在于提供一种屏障组件，它能在其持续使用期间让惰性气体均一地输送至其表面，得以允许使用光滑不畸变的表面形状。

本发明的第三个目的在于提供一种屏障组件，它能经受反应室中发生化学反应时所需的高温而不会使屏障组件有气体漏泄或变形或者会由表面释放出保护气体流。

本发明的第四个目的在于提供具有可卸下和可更换筛板的屏障组件。

本发明的第五个目的在于提供这样的屏障组件，它相对于引入到反应室内的环境气体提供了用于反应物气体和副产物的相分开的两个排气通道。

本发明的第六个目的在于提供这样的屏障组件，它形成了惰性气体缓冲区阻止反应物气体从反应室逸出。

本发明的第七个目的在于提供这样的屏障组件，它能使过量的惰性气体从反应室流出而不需将邻近的环境气体抽入反应室内来防止反应物气体从开放的APVCD系统的室中逸出。

本发明的第八个目的在于提供这样的屏障组件，它使得反应室内反应物气体的循环最小化同时能保护排气口通道表面。

本发明的第九个目的在于提供这样的屏障组件，它能允许设计出新的马弗炉，使APCVD工艺中的组件或室为缓冲组件隔绝，将过量的惰性气体从室中抽出而不是使过量的气体抽入到这种加工室中。

本发明的第十个也是更一般的目的在于提供这样的屏障组件，它的使用寿命延长了，同时减少了CVD系统的维修费用和作业时间，而且能够经济和有效地制造和保养。

本发明的第十一个目的在于提供这样的屏障组件，它能由具有连续式的便于可靠地插入片件或筛板的单元机架的底座构成。

概括地说，本发明提供了一种耐用的保护屏障，用来保护CVD设备不发生过量的膜层淀积，并能安全地使反应室与工艺过程路径的其余部分隔绝。此屏障包括的机架组件具有一对相分开的端壁和一对在端壁之间延伸而且安装于其上的侧壁。此机架组件载承的一批屏障体包括若干定位成用来保护由喷射器注入的反应物的喷射器屏障体以及与这种屏障体相分开的用来保护排出的反应物的旁路屏障体。各屏障体包括底座、由底座载承的多孔板、底座与多孔板之间的增压室、以及用来在可使气体通过多孔板扩散的流率下将惰性气体输送给增压室的气体输送装置。在本发明的一个方面，所述屏障体收集于机架组件之间，使得屏障体在不同的温度条件下能相对于机架组件自由地展开与收缩。在本发明的另一个方面，所述多孔板则由屏障体底座与端壁所限定，使得多孔板在不同的温度条件下能相对于此底座与端壁自由地膨胀与收缩，保持CVD膜所要求的精密几何结构。在本发明的又一方面，各旁路屏障体包括一出口，用来将惰性气体供给到屏障之下，在加工室的淀积区各侧形成惰性气体的缓冲区。本发明还包括APCVD系统，此系统具有多个处理室，每个室中有喷射器用来将试剂注入处理室和位于喷射器相对侧的排气口中。输送机将基底沿工艺路径输送通过处理室。有一批缓冲室将处理室与工艺路径的其余部分隔绝开。马弗炉包围着处理室、缓冲室以及输送机的工艺路径，同时包括旁路导管用与通入马弗炉的缓冲室。保护性屏障安装于处理室中，用来保护喷射器的表面和排气孔的入口。此保护性屏障包括与喷射器相邻的屏障体以及与喷射器屏障体相分开的旁路屏障体。此屏障包括在喷射器屏障体之间的入口和在旁路屏障体之间的出口，用来使试剂流过保护屏障。旁路屏障体各有一个充装了惰性气体的增压室和与增压室通连的底部出口，此底部出口用来将惰性气体输入到保护屏障之下以于喷射口的相对侧上形成缓冲阻挡层。此APCVD系统的构型的新颖之处在于此新的屏障能够从处理室内供应过量的惰性气体，而使得缓冲室内的所有气体流能通过旁路导管从马弗炉出来而不是抽入处理室的排气孔。

在本发明的新的实施例中，设置有气体分配系统保护用屏障，此屏障包括的机架组件具有一对相分开的端壁和在这对端壁之间延伸并安装于其上的一对侧壁。提供了为此机架组件载承的一批单元屏障体。每个单元屏障体是由单件底座形成，此底座有绕其周边形成的单元机架、为此单元机架所载承的多孔板、部分地为此底座与多孔板限定地增压室、以及用来在可使气体通过此多孔板扩散的流率下将惰性气体输送给增压室的气体输送装置。

根据下面结合附图所作的详细说明和后附的权利要求书，当可更清楚地理解本发明的其他目的与特点。

图1概示可装配本发明的新型保护屏障的先有技术(APVCD)工艺系统。

图2概示图1中CVD系统的处理组件或处理室，说明先有技术类型的气体屏障。

图3示明安装于处理组件中的本发明的保护屏障部分断开的示意图。

图4概示图3的屏障组件。

图5概示跨展到图3中屏障组件的喷射器出口与内排气孔之间表面上的预成形的多孔板。

图6是图3中屏障组件的端壁与内计量管的顶视平面图。

图7是图3中屏障组件的端壁的正视平面图。

图8是大致约图7中8-8线截取的横剖图。

图9是大致取自图7的圆圈9-9中的放大图。

图10是图3中屏障组件的喷射器段气体输送组件的端视图。

图11是大致取自图10的圆圈11-11中的放大图。

图12是图3中屏障组件的旁路段气体输送组件的端视图。

图13是大致取自图12的圆圈13-13中的放大图。

图14是依据本发明另一实施例的屏障组件的横剖图。

图15概示新的CVD系统加工用马弗炉，它能自缓冲组件排出过量的室中气体，同时通过应用此新的屏障能确保安全地密封处理气体。

图16是本发明又一实施例的屏障组件的横剖图。

图17a与17b分别是图16屏障组件的一个屏障体的端视图和大致取自圆圈17b-17b区域内的放大图。

图18a与18b概示图16中屏障组件的一个屏障体，同时示明插入此屏障体内的板。

图19a与19b分别是图16屏障组件的另一屏障体的端视图和大致取自圆圈19b-19b内区域中的放大图。

图20a是图16中屏障组件端壁内的前视平面图。

图20b是图20a的端壁外侧的前视平面图。

图21是图16中屏障组件的横剖图，示明装配于排气孔罩中的排气孔屏障组件。

图22a与22b分别是图16中屏障组件的侧壁之一和楔片密封件的端视图和大致取自圆圈22b-22b区域中的放大图。

图23概示依据本发明又一实施例包括凸缘的计量管。

图24a与24b概示一CVD系统的加工用马弗炉，它能自缓冲组件排出过量的空中气体，同时通过应用此新的屏障能确保安全地密封加工气体。

图25是顶视平面图，示明各种气体通过图24中CVD系统处理用马弗炉排出时的通道。

图26是屏障组件的一部分和喷射器的横剖图，示明了气体流。

图27是装配于排气孔罩中的屏障组件另一实施例的透视图。

图28是图27中屏障组件的分解图。

图29是图27中屏障组件的排气孔机架的透视图。

图30是图27中屏障组件的旁路屏障机架的透视图。

图31是图27中屏障组件的端壁之一的透视图。

下面详细参阅由附图阐明的本发明的最佳实施例。各个附图中以相同的标号注明相同的部件，注意图1与2。

图1概示一先有技术CVD处理系统10的剖面图，此系统中应用了本发明的保护屏障组件。正如本项技术中周知的，APCVD系统通常包括沿工艺路径设置的一或多个处理组件11。处理组件11的各部件示明于图2中。各处理组件11包括喷射器14，用来将化学试剂和其他气体物质注入直接在其下方的反应室或处理区16。在所示的例子中，CVD系统10如图1所示包括四个处理组件11，但应认识到，所用处理组件11的个数取决于具体工艺过程的约束条件。导管18将气体物质输送给喷射器14，后者通过不同的流道将气体输送给一个喷射口20。虽然图中并未示明，但各个口20是沿喷射器14的纵轴线作纵向延伸，将气体物质以层流形式输送给反应室16。基底22则由输送机24沿工艺路径输送。

整个工艺路径包围于马弗炉26中，为基底的运输与处理提供了清洁的无污染的环境。如图1所示，处理组件11由缓冲组件27分开，这些缓冲组件使处理组件11与其余的工艺路径分开。如图2所示，缓冲组件27包括许多从增压室主体30垂下的帘幕28，主体30用来将惰性气体如氮气输送到帘幕28之间。淀积的废产物包括未反应的气体通过与适当排气系统(未示明)连接的排气孔32从反应室16排出。室16的淀积区16与基底22由加热元件34保持于所需的反应温度。

随着基底通过各反应室11，喷入的物质相互反应同时/或者与基底22的上表面反应，形成薄而均一的层或膜。CVD工艺中所用的实际试剂部分地取决于所需膜层的类型与质量。在处理系统10的一种应用中，内口20通过喷射器14和一根导管18连接硅源试剂如TEOS、硅烷或乙硅烷以及氮，而当有需要时，再连接掺杂源试剂如TMPi、TMB、膦和/或乙硼烷。这种试剂通常随惰性载体气体如氮气供应。氧或氧与臭氧和氮的组合物是通过另一导管18与喷射器14输送到外20。纯净的氮气流通过另一导管18输送到中间分离口20，从氧化物质分开硅、硼与磷源试剂，直至气体趋近晶片表面。

下面描述本发明的屏障12的一种应用。具体地说，所示的屏障12是用来保护喷射器14的前面和排气孔32的入口。但应认识到，屏障12也可供其他应用，如保护处理组件的室壁或保护排气孔通道包括出口。此外，屏障12可以应用于在各种压力而不仅仅是大气压力下工作的CVD系统，例如亚大气(SA)的CVD或低压(LP)的CVD或是高压CVD系统。屏障12也可用于不同组成的而不仅是二氧化硅(SiO₂)或硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)系的薄膜淀积。本发明的主题内容不限于任何具体应用。

参看图3与4，本发明的屏障组件12定位于喷射器14和排气孔32之前，在此保护它们的表面不受薄膜淀积和可能污染物积累的影响。与先有技术的屏障不同，本发明的屏障组件12还更精确地确定了反应室淀积区16的边界。如下面更详细讨论到的，屏障12还阻止了试剂迁移到此屏障的旁路段外，将反应室的沉积区16限制于精确规定的区域。通过控制此淀积区的大小，本发明的屏障12更严格地控制了室内所发生的反应化学过程和气体流，由此便改进了沉积于基底上的薄膜的质量与均一性。

屏障12具有组件的单元式结构，一般包括分开的多个屏障体40。两个屏障体40a与40b相配合确定出屏障体12的后壁42，它与喷射器14的正面相对，围绕喷射器14的外边缘。这样的构型保证了喷射器14的前面与排气孔32的入口边缘50实质上都与反应副产物和未用到的试剂隔绝。屏障体40a与40b相分开而界定出用来使喷射器14喷入的试剂流过屏障12的此屏障的入口46。入口46的尺寸、形状和构型取决于处理系统10中所用具体喷射器14的喷射孔20。在此实施例中，入口46具有窄长的构型，大小可使其边缘正好位于最外的喷射口20之处，给喷射器14的正面提供最大的保护。但应认识到入口46的构型在本发明的范围内会有很大的变化。例如在本发明的另一些改型中，屏障体40a与40b可以组合成单一组件并由通过此单一组件形成的孔口确定出上述入口46。

屏障体40c与40d位于屏障体40a与40b之下并稍向外，屏障体40c与40d的内边缘48相互配合，确定出通向排气孔32的入口50的内排气通道116的首端，以从淀积区16除去处理过程中的气体。屏障体40c与40d相分开，在其间形成屏障组件12的出口58。出口58与入口46准直且显著地大于入口46。由于本发明的屏障12为反应室淀积区16提供了边界，出口58的宽度便基本上限定了淀积区。在所示实施例中，出口58宽约2.5英寸而入口宽为0.25英寸。但应认识到出口58的尺寸与构型可以根据具体应用的约束条件调节。

屏障体40与端壁62配合形成让保护气体引入的空间。端壁62也呈U形构型包围着喷射器14的前方。侧壁64由螺栓63或其他适当紧固件安装到端壁62上，由此将屏障12的各个部件固定到一起。在此最佳实施例中，屏障体40并非直接安装于端壁62上，而是如后面结合图7与8所述，允许在不同温度条件下膨胀或收缩。端壁62包括有外凸的榫65，可在安装侧壁时为端壁提供正确的对准与间距而便于屏障12的组装。用螺栓或其他类似紧固件将侧壁64固定到端壁62上而以屏障体40集合到这样的结构中时，能允许屏障体易于装配和卸下，这就提供了后面将详述的易于清洗和保养的组件式屏障体12。但在本发明的其他形式中，也可以采用不允许将屏障体12快速折卸的装置将此屏障固定安装成整体。

侧壁64向外与屏障体40a和40b分开，确定出用来将废气直接输送到排气孔32的排气口50。屏障体40c与40d的上延部分与侧壁64内部相分开，由此将进入排气口50的气体流道在各侧分成两段，这样做的目的将于下面详述。允许基底通过处理组件11输送的侧孔66也提供了使气体从处理组件11之外的缓冲组件27通过侧壁64的内边缘与屏障体40c和40d外部之间形成的排气通道68而到达排气口50的通道。代替采用侧壁64与屏障体40c和40d的上延部分之间的空隙来形成侧向排气通道68，应知可以由侧壁64中的孔口来提供这种侧向排气口。在本发明的另一实施例中，通过屏障体40c与40d引入的惰性气体可以上流到外排气通道68，通过孔口66进入缓冲区27。

屏障体40暴露的表面由惰性气体如氮、氩、氦或其他合适的气体的阻挡层保护免受化学试剂的影响。氮气通过阻止屏障体40与化学试剂流接触而使其上的薄膜淀积量减至最小。由于屏障体40a与40b基本一致而只是相互相对反向，就只详述屏障体40a，而此描述也同样适用于屏障体40b。屏障体40a包括多孔板或筛板76，它经弯曲或预成形为所需形状，如图5所示，使得板76离开屏障体40a的底座42而形成增压室78。这种多孔板的厚度最好为0.005～0.012英寸，例如0.008英寸。适合用来生产多孔板的材料包括不锈钢、Inconel或其他类似的合金。筛板的孔隙率约为10％～30％。

应用气体供应装置将惰性气体如氮气充填增压室78，其流率可使氮气透过多孔板76而于其前方形成氮气云。在所示的这一实施例中，有一或多根导管或计量管80定位于增压室78并通过端壁62与外部惰性气体源(未图示)连接，将惰性气体输入增压室内。计量管80的壁是多孔的，允许气体沿各个方向通过管壁均匀地扩散。这样，从计量管抽出气体时就不像先有技术系统那样，限于用导管壁上形成的离散的孔。用那种先有技术的系统时，于结实的管壁上钻出离散的孔使气体以高速从各个孔中排出，保持了离开薄的金属表面的很高的动量，在增压室内形成了局部的喷射气体流。这种局部的喷射气流造成了惰性气体在增压室内并沿着筛板的前面不均匀的分布，不利于保护免于在筛板上发生较快速淀积的缺陷，也不利于试剂在室内均匀分布和使沉积的膜均匀。采用本发明的计量管80，气体就能沿整个管长与周面均匀地扩散，让气体以均匀的速率充填整个增压室。这样，导管80就能无局部效应的以低速均匀地供气。能给出所需孔隙率的用于导管80的材料包括镍、不锈钢或碳化硅。计量管80虽然是较理想的，但应认识到，也可将管80代之以先有技术的在结实的管壁上形成有一列用来将惰性气体注入增压室内的孔的导管。

为了实现气体在增压室内均匀分布，计量管80或取组合形式的一批导管最好基本上沿增压室78的长度延伸。如图3具体所示，计量管80位于入口46的邻近，给淀积区提供大量的氮气。将氮气或其他惰性气体供给计量管80时的流率要保证增压室能有足够的气体连续充填，以在多孔板76的整个表面上提供满意的气体阻挡层或即气障。用于这里所述的APVCD处理组件中屏障体40a与40b的氮气的典型流率约为5～15标准升/分。

在最佳实施例中，屏障12具有容易和方便清洗与保养的组件式设计。如图6所示，计量管80插过端壁62中形成的孔口，经由设于此管80一端的安装件81固定就位。在计量管80与端壁62之间由C形的环式密封件82或其他适当的密封装置提供密封。气体经供气管83(图4)与接头84输送向端壁62。此气体流过端壁中形成的内通道(未图示)，通过管80的孔口85进到管内。在此实施例中，各屏障体40a与40b的计量管插过不同的一个端壁62。但在本发明的其他改型中，两个屏障体40a与40b的计量管可以插过同一端壁。将计量管80插过端壁易使计量管卸下而不用拆开一或两个端壁62或除去筛板76。这虽然能方便地除下通过端板62的端壁，但应知本发明的其他实施例也可以包括完全设于增压室78内或装附到端壁内侧上的导管，这就要求卸下端板62来除下导管。

CVD处理通常在高温下进行，常常是热到600℃。先有技术屏障中的筛板是暴露于这种高热的室中，而此屏障的后板则位于以连续氮气流冲装的增压室的后面。这样，后板就处于比筛板低的温度下。厚度越小，质量越低，温度越高时的筛板会使其与后板相比快速膨胀到较大的程度。由于筛板是直接焊接在后板上，这种热膨胀会促使筛板弯翘、弯卷或弯折。屏障的重复加热会导致筛板开裂。先有技术的屏障是在筛板上形成凹凸的印痕或是用其他方法来减少弯曲影响。但这类措施并未能完全解决弯曲问题。此外，筛板的变形与凹凸的印痕使反应室的几何结构畸变，干扰了室淀积区16中试剂的均匀分布。采用本发明的屏障12，由于它能自由浮动而不约束于其边缘处，便基本上消除了多孔板的弯曲问题。

在本发明的最佳实施例中，屏障体40a并不固定或焊接到端壁62上，同时多孔筛板76也不固定或焊接到屏障底座42或端壁62上。相反，此屏障体40a和多孔筛板76是这样地保持就位的，即可使屏障体40a和板76相对于端壁62和侧壁64的框架在不同温度条件下随此屏障体和板的膨胀与收缩而运动，因而不会形成可能导致弯翘、弯曲等的内压应力。端壁62的至少一个而最好是两个，其内部形成为能保持多孔板76的端部与屏障体的底座42的形状。如图7与9所示，端壁62中形成一与预弯曲的多孔板76的外形相对应的槽88。多孔板76的端部87便座落于槽88中，让槽88的壁部将板端保持就位。端壁62还包括依随屏障体40a的底座42形状的凹区89。屏障体40a座落于此凹区中而同端壁62连接。槽88的壁部与凹区89基本上密封了多孔板的端部，阻止了气体在板端周围流动。

槽88与凹区89的深度使得在接近室温下时，板76的端部与屏障体40a的底座42至槽88的闭合端部与凹区89之间有显著的间隙。在高的通常大于400℃作业温度下，多孔板76与底座42可以膨胀，导致板76的端部基本上填满槽88。形成于两个端壁62中的槽88和凹区89能容纳多孔板的膨胀，最小化或甚至消除多孔板的弯翘或弯曲。在本实施例中，多孔板76是由不锈钢形成，厚约0.008英寸，插入槽88中的长度约0.150英寸，槽88深约0.200英寸而宽约0.0085～0.010英寸。凹区89深约0.200英寸以容纳底座42的类似插入深度0.150英寸，且在宽度上大于底座42形状的公差范围为0.001～0.005英寸。

多孔板76的侧壁90与97由屏障体40a保持成可使板76相对于屏障体的底座42滑动。如图10所示，屏障体40a的底座42包括的弧形支承面91中形成有纵向延伸的槽孔92。多孔板76的侧边90滑动进入槽孔92中，而锁合销93则滑动进入侧边90与槽孔92侧壁间的空隙内。虽然销93将板76的侧边90保持于槽孔92中，但此销并不固定于板76或底座42上。当板76在高温条件下膨胀时，它的侧边可按顺时针走向绕销93转动，使此多孔板76可以膨胀而不形成最后会使其损伤或畸变的内应力。如图10与11所示，屏障体40a的底座42中还有一纵向通孔94同时从孔94向外延伸出一狭缝95。多孔板76的侧边97插过狭缝95进入孔94内，锁合销96插入孔94内使此侧边保持就位并能如上所述允许其在锁合销96周围膨胀。

屏障体40c和40d与屏障体40a和40b类似。由于屏障体40c和40d是一致的只是相互反向故仅仅说明屏障体40c，此说明也同样适用于屏障体40d。屏障体40c包括与其底座99分开的多孔板或筛板98，在筛板98与底座99之间形成一增压室100。由气源装置例如一或多个计量管102以惰性气体如氮气充装增压室。计量管102与上述计量管80基本一致。在此实施例中，各屏障体40c与40d的计量管102穿过不同的一个端壁62。但在有需要时，这两个屏障体的各自的计量管102也可安装于同一端壁62上。计量管102以气体充装增压室100，气体通过板98而于其前面形成气体云以抑制在其上有薄膜淀积。

与屏障体40a相同，屏障体40c设定于两端壁62之间，而多孔板98则设在底座99与端壁62之间，使此底座99与多孔板98能在此板于变化的温度条件下膨胀与收缩时可相对端壁62运动且相互运动。端壁62包括槽104，而多孔板98的端板即座落于其中(图7～8)。端壁62中还形成一凹区106其形状适于接纳屏障体40c的底座99的端部。槽104的壁部与凹区106将屏障体40c保持就位且防止气体从增压室100的端部漏泄。在多孔板98的边缘与底座99至槽104的底部与凹区106之间存在有间隙，允许多孔板98与底座99在不同温度条件下可以膨胀。如同上面相对于屏障体40a所述，多孔板98和底座99可以随温度升高而膨胀，使端板更深地进入槽104而使底座99的端部更深地进入凹区106。这样，端壁62的槽104和凹区106就将屏障体40c保持就位，同时允许屏障体40c与多孔板98在变化的温度条件下膨胀与收缩。

多孔板98的侧边也为屏障体40c的底座99保持成允许板98在膨胀与收缩时能相对底座99运动。如图12与13特别示明的，底座99包括用来保持多孔板98侧边的第一保持件108和第二保持件110。在此实施例中，保持件108和110是由形成于底座99中的纵向延伸的槽提供。多孔板98的侧边座落于槽108和110，它们在将该侧边保持就位的同时允许板98在可变的温度条件下膨胀和收缩。在本实施例中，槽108、110各深约0.10英寸和宽约0.010英寸。

借助端壁62中的槽与凹区和屏障体40a、40b的底座42的构型以及屏障体40c、40d的底座99的构型，多孔板76与98易于滑入所述底座中而所述屏障体易于插入所述端壁中。屏障组件12易于由下述方式组配成，即用少至四个螺栓将侧板64安装到端板62上，然后将四根计量管80与102各用一个接头81插入。即使是采用了氮气气障，在经过了长时间的处理后，仍可能在多孔板76和98的表面上形成某种膜层。当积累起的膜料开始干扰屏障12的工作时，易于拆卸屏障12来除下屏障体40进行清洗或是更换已被涂层的多孔板。在清洗用过的多孔板或屏障体40的同时，可以安装上新的或清洗过的多孔板76与98或是屏障体40来继续工作，以减少处理系统10闲置或停机的时间。屏障体40与多孔板76和98可以在清洗后稍晚的时间重新使用。多孔计量管80与102在需要清洗作为一个单元的其余部分时易从整个屏障体12上取下。

图14示明的屏障体12的实施例包括有用于将多孔板保持就位的不同类型的保持件90a。工作原理与业已描述过的将多孔板76装附到底座42(图10)上的相同，即由对开式联锁器构成可把多孔板获俘住而不约束多孔板侧边的几何结构。保持件90a的形状与用于屏障体40a的杆简单件93与96稍有不同。

此外，也可如图14所示，通过槽90b用与所述不同形状的槽和多孔板边缘将多孔板98装附到底座99上(图12)。

如图3所示，设在屏障体40a和40b与屏障体40c和40d之间的通道116，将未被用到的试剂与反应副产物直接输送到排气口50，能保证有效地从淀积区16除去处理用废气。这与先有技术的屏障不同，它们不把气体直接导引到受控路径中的排气孔，而仅仅在喷射器和排气孔入口暴露的表面之前提供一层惰性气体。通过多孔板76、98排出且覆盖住它们的氮气使多孔板与化学试剂流隔离开而抑制于多孔板表面的膜料淀积。将均匀提供的惰性气体设于各个多孔板的前方之后，通过允许多孔板能相对于屏障体和端板在变动的温度条件下运动，就避免了多孔板的弯翘、弯曲或其他形式的变形。这样，更均匀的惰性气体层由于减少了污染物在室内的积累和促进了试剂在室内的均匀分布而改进了所淀积的膜的质量。

应用本发明的屏障12，淀积区16则限制于正好在出口之下的基底的区域58。如图3与12所示，屏障体40c与40d各形成有通向排气孔入口50的双排气通道，还包括在此组件的底座99中形成的底部出口122。底部出口122导致惰性气体从增压室100通过底座99流到出口58附近处此屏障之下。基底22或输送机24促致此惰性气体流从底部出口122处分成以124标明的旁路封锁流和以126标明的旁路外向流。旁路封锁流124为屏障体40c与40d下的惰性气体提供了缓冲，阻止了试剂或反应副产物通过逸散到屏障12之下而离开淀积区16。旁路封锁流124将反应室隔绝，得以精确地控制淀积区的宽度和改进了处理性能。

旁路外向流126围绕屏障体40c、40d流动，通过外部旁路排气通道68到达排气口50。将惰性气体流导向排气口50保证了处理的废气经由通道116从淀积区16直接带到排气孔32，以便从系统10中抽出。同时也稀释了化学试剂浓度和提高了易于除去副产物的速度。旁路外向流还在缓冲组件27与反应室淀积区16之间提供了阻挡层，有效地使反应室与处理组件11的上、下游区的状态隔绝。

本发明的屏障12在反应室的相对两侧上形成了缓冲气体区。惰性气体流是在这样的流率下输送给增压室100，此流率高到足以使旁路封锁流124和旁路外向流126以及通过多孔板98保持为恒定流率的气流，以保证在淀积区的各侧形成所需的缓冲区。利用这种分路封锁流124和分路外向流126，就能精确和均匀地控制淀积区的边界和处理用的气体流，使所有的气体供给到反应室内并于其中计流，产生高质量的膜层。

对于图1与2所示的先有技术系统例，排气孔32的排气流率大于将气体供给于处理组件11的反应室区域中的流率，因而由增压室30供给的或来自缓冲组件27的惰性气体可以抽入反应室内，形成防止试剂进入屏蔽区的气障。采用这种系统的问题是，缓冲气体一般是通过侧边孔口66以不均匀分布的形式提供并抽入到上述室区内，沿着室的边缘形成试剂的不均匀分布，这就破坏了淀积于基底22上的膜层的均匀性。从缓冲组件27流入的气体流和从反应室内的喷射器14到排气孔32的处理废气在这两种气体之间形成了大的静止袋，使试剂与反应副产物在其中循环。循环的气体干扰了在整个淀积区16内精确控制反应化学过程的能力。这类由于先有技术处理系统带来的问题已由本发明的屏障解决。

对于先有技术屏障，循环流产生于排气入口到排气孔32与输送机24的上表面或基底22之间的较大区域中。应用本发明的屏障，旁路封锁流124以及屏障体40c和40d的流线形有效地使气流会合处的试剂的循环量减至最小，保证了试剂能有效地通过排气孔32排出。在图3所示实施例中，旁路段屏障体40c与40d定位成实际上有效地截止了图2所示先有技术屏障中出现的大的循环量。

利用本发明的屏障12，由屏障体40供给的惰性气体确保了试剂与反应副产物将可靠地保持于淀积区16中。应用这种新的屏障12，在气体不论是以低于或高于排气口的流率引入反应室，都能实现封闭目的。因此惰性气体能够经孔口66流入或流出处理组件11，而先有技术则必须通过孔口66从缓冲组件27抽入气体来形成封闭。没有为排气孔32收容的气体流入处理组件11之间的缓冲组件27，通过与缓冲组件27连接的旁通导管130而从马弗炉移出到一独立控制的如图15所示新设计的马弗炉中的排气孔。由于试剂是安全地包含于反应室中而直接输出到排气口50与排气孔32，经旁通阀排出的气体便是氮气。不会有试剂或副产物带到旁通导管130的。利用旁通导管130从处理组件11抽出过量的惰性气体，就可以由处理室内的几何结构来供应和控制流入其中的所有气体，从而能更有效地使于室内淀积到晶片上的处理结果与各种外部干扰隔绝，这样就不会像开放的APCVD系统那样出现不均一性。

从以上所述可知，本发明提供的屏障12能用来改进反应室内试剂的均一性、更好地控制反应化学过程的驻留时间和精确地控制反应室16与淀积区的几何结构，从而能提高淀积膜的质量。屏障12能够经受变动的温度条件而不损伤其各个部件或使它们变形，这样就不会降低屏障在作业中的有效性。屏障12是组件式的，便于快速装卸进行维修或清洗。屏障12包括计量管80、102用来以较均的分布将惰性气体输送给增压室，能改进试剂在淀积区16中的均一性。这种屏障可用来在反应室的相对侧上形成阻挡层或缓冲区，能阻止试剂从室中逸出并允许将缓冲气体均匀分布地供给到马弗炉26内。应知本发明并不限于包括有上述各个特点的所示实施例的那种屏障12。相反，应该认为仅仅包括了这里所述的某些特点的屏障也是在本发明的范围之内。

新的实施例

图16～23示明了本发明的屏障112的另一实施例。如图16所示，屏障体140a～140d具有不同于上述实施例的称之为“框架结构”的结构。各个屏障体140a～140d包括由单件材料形成的底座并具有围绕底座周边的连续单元机架。此屏障体还包括由其单元机架承载的至少一块多孔板、在底座与多孔板之间的增压室、以及用来将惰性气体在可使此气体通过多孔板扩散的流率下输送的气体输送装置。这种屏障体由于其底座和载承多孔板的单元机架是由单件形成而称之为“单元”屏障体。这样，多孔板的密封便是由一个部件实现；而在前述实施例中则是用三个部件来密封多孔板的，即带有附属机构如锁合销的底座以及两个端壁。在前述实施例中，多孔板是由底座载承，但在本实施例中，底座139包括的连续单元机架141具有端部142和143且载承此多孔板的。多孔板为屏障体的连续单元机架141俘获，而屏障体又为一端壁所俘获。于是多孔板可相对于屏障体自由地胀缩，而屏障体又可相对屏障112的端壁和机架组件自由地胀缩。此屏障组件及其部件是由金属合金制成，如不锈钢和市售的合金例如Haynes214、Inconel和Kovar等。此外，该屏障组件和至少它的一个部件可由未决的美国专利申请系列No.08/823655所描述的氧化工艺处理，此申请中所述内容已综合于此供参考。这种氧化处理使部件不易侵蚀和能使污染减至最少。此屏障组件最好由不锈钢部件和氧化的Haynes214部件组合而成。最好是把氧化的Haynes214材料用作在晶片处理路径之内且暴露于约350℃以上的部件，如旁路屏障体140c与140d。

本实施例的屏障体将更细致地参考图17～19加以说明。图17a中示明一屏障体140c的横剖面。屏障体140c在形状与功能上与前述屏障体40c类似。与前述屏障体40c与40d相同，屏障体140c与140d位于屏障体140a与140b之下并稍稍向外。屏障体140c与140d两者的内边缘相配合，确定出引向排气孔32的排气孔50的内排气通道116的始端。屏障体140c与140d相分开并于其间形成屏障组件的出口58。由于屏障体140c和140d除相互反向外基本一致，下面只详述一个屏障体140c。

屏障体140c包括多孔板或筛板198，它弯曲或预成形为所需形状。屏状体的多孔板与底座139相分开而形成增压室100，它接收来自供气装置如前述计量管的气体。板198厚约0.005～0.012英寸，典型的值为0.008英寸。如图所示，屏障体140c不再是由只是一个底座形成而是由包括一连续单元框架141c的底座139形成。在此实施例中，单元框架141c包括相分开的端部142和143以及在这两个端部间沿纵向延伸的顶部144和底部146。这样，底座139包括连续单元框架141c和在此底座各端的端部142与143，而这些端部在其端头确定出屏障体140c的周边。多孔板198不是刚性装附的而是保持成能相对屏障体运动。此板198是由形成于单元框架141c中纵向延伸的槽或狭缝145以及上述端部142和143所保持。板198通过一个端部插入槽145内，板的侧边与端边座定于槽中，保持其边缘就位并允许板胀缩。这样，多孔板便沿其整个长度与端边保持于框架中，而不是像前述实施例那样仅仅沿其端部。虽然前述实施例对先有技术有着显著的改进，但此新的实施例则是最佳实施例。框架结构易于插入多孔板并提供了更结实的屏障体，同时将多孔板密封于单个单元框架部件内而能减少总的部件数与组装的复杂性。换言之，此多孔板现在是由单一部件即连续单元框架密封，而不是像前述实施例那样用到多个部件。

参看图17a与17b来更详细地说明槽145。槽145基本上依循多块板198的形状。多孔板198的尺寸使得在接近室温的温度下，在板198的边界与单元框架中槽的边界间存在有间隙。在通常大于400℃的高的作业温度下，板198可以膨胀而使其侧边与端部充填槽145。

多孔板198按图18a与18b所示插入。特别有利的是此板易插入机架端142或143的一端，然后如图1 8a所示沿单元框架的顶部144和底部146中的槽滑动，进入单元机架相对端部中的槽内。图18b表明的是多孔板的全插入位置，这样，多孔板便沿其整个周边定位，但并非固定式定位而可自由地胀缩，由此能使弯翘的趋势最小化。此外，这种多孔板易于取下和再插入而便于维修和更换。

图19a与19b示明了此新实施例的另一种屏障体140b。此屏障体140b在形状与功能上与早先所述的障障体40b类似。与先前所述的屏障体40a和40b相同，屏障体140a与140b相互配合限定出屏障组件的后壁，此后壁位于喷射器的前面，包围喷射器的外边缘。由于屏障体140a与140b除相互反向外基本一致，下面只详述屏障体140b。屏障体140b包括弯曲的或预成形为所需形状的多孔板或筛板。此板与屏障体140b的底座分开而形成增压室78，增压室接收供气装置如计量管80所供给的气体。如同前述的实施例，多孔板176的厚度最好为0.005～0.012英寸，例如为0.008英寸。

也还与以前所示明的相同，屏障体140b不由只是一个底座形成，现在的底座138还包括一连续的单元机架151。在此实施例中，单元机架151包括相分开的端部152与153以及在这两端间沿纵向延伸的顶部154和底部156。这样，此底座138包括连续的单元机架151和在底座各端的端部152和153，而这两个端部确定出了屏障体140b在其各端的周边。

多孔板176载承于单元机架中形成的沿纵向延伸的槽或狭缝155。槽155更详细地示明于图19a与19b中。此槽基本上依循板176的形状。板176插入单元机架151中形成的槽151内，与图18所示类似，板176插过单元机架151的一个端部，沿顶部和底部而进入相对的一个端部。此槽一直延伸到通过一或两个端部用以接纳板176。结果，此板便沿其整个长度与端部保持于机架中而不是像前述实施例那样仅仅沿其端部保持。虽然先前所述实施例对先有技术作出了显著改进，但这一新的实施例则是最佳实施例。这种机架结构易于插入多孔板和提供较强的屏障体，也简化了屏障的组装和减少了部件数。机架151提高了屏障组件的刚度。槽155的尺寸使得在接近室温的温度下时在板176的周边与机架中槽的边界之间存在间隙。在通常高于400℃的高作业温度下，多孔板176能够膨胀而使其端部基本上充填槽155，同时多孔板与槽两者的尺寸可使围绕此机架内多孔板周边的间隙允许板在其间膨胀而不使板或屏障体变形。板与屏障体保持轮廓形状其结果也就保持了屏障组件所需的气流特征。

在本发明的另一实施例中，在屏障体140c与140d的底座的底部中存在有底部出口筛板160。在此实施例中，筛板160是用来代替以前所述的底部出口58。最好，此底部出口筛板160是类似于板176和198的多孔板。具体地说，底部出口筛板160位于底座139的底部中且沿屏障体140c的至少部分长度延伸。最好是使底部出口筛板160沿屏障体的整个长度延伸，但这要根据在此区域中所需惰性气体的外流量而定。底部出口筛板160的设置能使惰性气体通过它流到它下面的区域。

在此实施例中，底部出口筛板160经由单元机架141装设于底座上。这样，在此实施例中，底座的底面并不与前述实施例那样基本上是实心的而有出口58，而是基本上为敞开的，具有为连续单元机架141确定的周边。在此实施例中，机架141之中形成有用来接纳和安置出口底部筛板160和第二槽175。于是，当底部出口筛板160插入底座的底部内并由机架141载承时，此底部便为筛板160“封闭”。单元机架141中的槽175同前述的槽145与155基本类似，即槽175经形成为部分地通过筛板160的边部以接纳和置牢筛板160的长边。端部142和143的至少一个而最好是两个具有完全通过壁部的槽175，以使筛板160能滑动通过端部进入到单元机架141的边部和相对端部内。

底部出口筛板160使惰性气体从增压室100通过底座到达与底部出口筛板160相邻的屏障之下，这就在屏障体140c与160d之下区域中提供了惰性气体的缓冲层，基本上防止了试剂与反应副产物离开沉积区16。此外，本发明人发现，在遇到较高的流率时，这一底部出口筛板实施例优于前述那种出口的实施例。此筛板能更好地防止邻区中特别是在高流率下的再循环。

特别有利的是，要使这些多孔板的孔隙度可以改变，例如在情形可时，可使增压室100中通过底部筛板160流出的和通过上部筛板190流出的气体量能按照某个希望的比例。这就是说，多孔板178、196和160中任何一个的孔隙度可以选择成用来实现惰性气体进入它们相邻区域中的某种分流(或质量流率)，而在室中提供适当的流动平衡和整个表面区上的计量均匀。这些板的孔隙度能选择成来调节其邻区中的流率。具体地说，这些板的孔隙度是≤50％而最好是约5～50％，在最佳实施例中，底部出口筛板160的孔隙度大于其他板178与196的孔隙度。例如，可把孔隙度作这样的选择，对于屏障体140a与140b的筛板176为9％，对于屏障体140c与140d中的筛板198为5％，对于屏障体140c与140d中的底部出口筛板160为35％。

再一个有利之处是本发明的另一实施例提供了采用至少一个通风套。参看图16，通风套180与181示明于屏障组件112的横剖图中。套180与181最好是细长的部件。通风套设在排气孔32的排气孔50内。通风套为排气口50的壁部提供了围道，在气体通过排气孔50和自排气孔32出来时使其再循环减至最少。气体再循环的最少化也就使在此区中淀积物的积累减至最少。

在排气口50中最好采用两个通风套，一个通风套180与排气口50的外壁邻近称为外通风套，另一个通风套181与排气口50的外壁邻近称为内通风套。这两个通风套可以部分地或基本上沿排气口的高度延伸，它们的高度可相等或不等，以适合排气口50的具体几何结构而使由此排气口到通风组件的过渡段流线型化。这两个通风套可以沿通风口50的基本全长或部分长度纵向地延伸。在此最佳实施例中，此通风套的一或两个基本上是沿排气口50的全长延伸。

通风套180与181可用多种方式固定，例如可以用焊接或螺栓等固定到排气口的壁上，但最好不作刚性固定而是以类似前述的“自由浮动”方式固定，具体如参看图16所示的安装方式。外通风套180最好通过将其一端插入侧壁164中开设的槽或狭缝180a内而安装。槽180a沿侧壁164的长度纵向地延伸。槽180a的宽度使它能牢靠地保持住通风套180而其插入深度能允许套于高的操作温度下膨胀。本发明除能允许部件随温度胀缩而使弯翘与弯曲最小化外，还易于卸下和更换这种通风套。内通风套181可以用类似的方式安装，例如用屏障机架138中形成的槽装设或用螺栓紧固到屏障机架138上。

前面所述的框架结构实施例也提供了用来对端壁162进行方便的连接。端壁162示明于图20a和20b中，其中分别示明了此端壁的内表面与外表面。在最佳实施例中，屏障体140a～140d并不固定或焊接到端壁162上，同时多孔板176、198与160也不固定或焊接到单元机架或端壁162上。相反，这些屏障体与多孔板保持成能相互相对以及相对于屏障组件和端壁运动。具体地说，此端壁162的至少一个而最好是两个的内部所取的形状可以将单元机架141和151的端部142、143和152、153保持住。

如图20a所示，此端壁162的内表面188包括依随单元机架端部形状的凹区。具体地说，内表面188中有依随单元机架141的端部142与143形状的凹区189和依随单元机架151的端部152与153形状的凹区190。注意在此图中只示明了一个端壁162而相对端类似。屏障体140a～140d设定于其各相应的凹区189与190中以将屏障体连接到端壁162上。凹区189与190的壁部基本上密封了屏障体的端部，由此阻止了气体围绕屏障体的端部流动。由于这些多孔板是设定于单元机架中，在此实施例中，端壁162只需俘获单元机架的端部，因而此端壁只包含凹区189与190。在前述的实施例中，多孔板也俘获于端壁62中形成的槽88内。

为能允许屏障体自由膨胀，端壁162中的凹区189与190所具的深度可使在接近室温的温度下于单元机架的端部至凹区189与190的封闭端之间存在有间隙。在高的操作温度(通常大于400℃)下，单元机架与其端部可以膨胀，使得此单元机架141与152的端部142与152分别基本上充填凹区189与190。单元机架141与151的端部142与152具有约0.150英寸的插入深度，而凹区189与190具有约0.200英寸的深度以接纳端部的插入深度同时允许膨胀。

特别有利的是本发明还提供了“自由浮动”的计量管。如前所述，计量管是用来将惰性气体输入各增压室中。计量管的一端通过一个端壁中的通孔与气源连接。此计量管另一端则封闭。计量管的封闭端设于端壁162中。具体地说，端壁162包括形成于其内表面上的至少一个凹坑191，如图20a所示。凹坑191接纳计量管的封闭端。此计量管的封闭端准直地配合于凹坑191中，凹坑191的深度使此计量管可自由胀缩且仍可靠地位于凹坑191内。在此典型的实施例中有四个凹坑191，各端壁162上两个，与四个计量管相对应，各个屏障体140a～140d的增压室中各设置一个计量管。

两相对端壁162中之一的外表面193如图20b所示。端壁162接纳进入气体用的终止于图20a所示端壁191的两个计量管。如图所示，气体通过供气管183输送到端壁162。气体流过端壁中形成的内通道，进入计量管80和/或102。在此端壁162上，计量管经通孔167插入其内。这样就易于撤下计量管。计量管通过上述凹坑191保持于相对的端部上。端壁162还包括外突的榫166，这种榫在把侧壁接附上时，通过提供对端壁的正确对准与间距，有助于屏障的组装。

为了可靠地将屏障组件112装附到室上，本发明的一个实施例提供了采用可卸下的密封装置。具体地说，采用通风壁垫片194来提供侧壁164对图16与21所示通风罩165的密封。特别重要的是，垫片194并非刚性地接附因而易于卸下和更换。具体地说，此密封件垫片194最好由金属合金如不锈钢等形成，且弯曲或预成形成使此垫片能配合到侧壁164与通风罩165之间。

垫片密封件194如图22更详细的所示安装于侧壁164之上。具体地说，在侧壁164中形成了槽195，且最好是使槽195基本上沿侧壁164的长度延伸。槽195所成的形状基本上依循此垫片密封件194的一部份。特别有利的是，此垫片密封件194只是从侧壁164的一端插入槽195内直至完全插入。垫片密封件在侧壁164与通风罩165之间提供密封。

为了给各个增压室提供惰性气体，使用了计量管80与102。计量管的另一种实施例示明于图23。在图23中，计量管200利用了在其一端处的凸缘202。凸缘202包括密封区203与圆形的凹区204。凹区204是增压室区。这就是说，凹区204包含一批围绕凹区204相分开的孔206。孔206用来输送从进气管183与接头184接收的气体，在此将气体绕凹区的周边分配而进到计量管200之中。计量管可以由金属或金属合金或陶瓷材料如氧化铝、镍、不锈钢、铝或碳化硅等制成，但以不锈钢最好。

图16～23所示屏障的另一实施例示明于图27～31。屏障体240a～240d具有上述这种“机架结构”。各屏障240a～240d包括的相应底座246a～246d是由单件材料形成，具有各自的端部机架247a～247d。屏障体240c与240d包括连接件248c与248d将机架247c与247d的端部连接。各屏障体与连接件包括有的沟槽249沿它们的边缘纵作向延伸并与端部机架247中形成的槽250对准。屏障体240a与240b纳置下至少一个多孔板251，它通过槽250并沿着沟槽249滑动，在底座与多孔板251之间形成增压室252。气体输送装置253在可使惰性气体通过多孔板扩散的流率下将此气体输送给增压室。屏障体240c与240d置纳下两个多孔板256、257，它们通过槽250沿沟槽249滑动，形成增压室258。气体输送装置259在可使惰性气体通过多孔板256、257扩散的速率下将气体输送到增压室258。屏障体组件俘获在端壁262形成的凹座261内，如图31所示。这样，多孔板可以相对于屏障体自由地胀缩，而屏障体又可相对端壁自由地胀缩。此屏障组件及其部件是由金属合金制成，如不锈钢和市售的合金例如Haynes214、Inconel和Kovar等。此外，该屏障组件和其至少一个部件可以用1999，6，29颁发的美国专利No.5916378中所述的氧化工艺处理此项专利中所述的整体内容已综合于此供参考。这种氧化处理使部件不易受侵蚀，使污染减至最少。此屏障组件最好由不锈钢部件和氧化的Haynes214部件组合而成。紧好将氧化的Haynes214材料用作处于晶片处理路径中和暴露于温度高于约350℃下的部件，例如用作旁路屏障体240c与240d。

屏障体240a与240b包括的通风屏障部263向上延伸到排气口内壁的邻近。侧壁264在两端壁262之间延伸且以它们的端部合适地固定到端壁的侧边上，由此形成一将屏障体240a～240d保持于凹区253中的机架。各个侧壁包括的通风屏障部266向上延伸到排气口的外壁邻近。侧壁264沿着屏障体240c与240d的侧边配合。所述通风屏障部263、266所取形状在屏障体240a、240c与240b、240d间的排气口或间隙与此排气口之间形成一光滑的过渡区。这种光滑的轮廓使流过排气口的废气的紊流减至最少。

如上所述，多孔板251、256与257是插过槽250并沿着沟槽249的。多孔板的端边座落于槽内而其侧边设于沟槽内，这就允许多孔板胀缩。屏障体的结构易于板的插入，也提供了更结实的屏障体，将多孔板密封于单一的单元机架部分内，由此减少了总的部件数和装配的复杂性。换言之，这时的多孔板是由单一部件即连续单元机架密封，而不像先前所述实施例那样由多个部件密封。在通常大于400℃的高操作温度下，多孔板可以膨胀致其端部基本上装填到相应的槽249内，而此多孔板与槽的尺寸能使此多孔板的周边在机架内的间隙允许此板在其间膨胀而不使多孔板或屏障体变形。多孔板与屏障体保持它们轮廓形状的结果也使屏障组件保持了它所需的流通性质。

特别有利的是，可以改变多孔板的孔隙度，例如使其能实现从增压室252、258按某种所需比例让气体流出。这就是说，可将多孔板251、256和257中任何一个的孔隙度选择成来实现惰性气体以某种分流形式(或质量流率)进到多孔板的相邻区，以在反应室中提供适当的流率平衡和整个表面区上的计量均一。可以选择多孔板的孔隙度来调节其相邻区的流率。具体地说，多孔板的孔隙度一般≤50％而更好是从约5％至50％。

如上所述，端壁262的内表面包括有凹区261依随屏障体240a～240d的机架的端部形状。具体地说，上述内表面具有依循屏障体240a～240d端部形状的凹区。注意，图31中所示的只是一个端壁262，但其相对的一端是类似的。屏障体240a～240d座落于其各相应的凹区261内与端壁262连接。凹区的壁部基本上密封屏障体的端部，由此阻止了气体在屏障体端部周围流动。既然多孔板是设定于单元机架内，端壁262便仅仅是俘获单元机架的端部，此端壁也就只包含凹区。

为了能让屏障体自由膨胀，端壁262中的凹区261所具有的深度使得在接近室温的温度下，在屏障体的端部与凹曲的封闭端之间存在间隙。在通常大于400℃的高的操作温度下，屏障体可以膨胀，使之基本上充填凹区。

如前所述，采用了计量管将惰性气体输送给各增压室。计量管的一端经过一端壁上所含的通孔与气源连接。计量管的另一端是封闭的。计量管的这一封闭端置于在内表面上形成有至少一个凹坑(未图示)的端壁262上。此凹坑接纳计量管的封闭端。凹坑的深度能使计量管自由地胀缩同时牢靠地保持于屏障体的机架内。在此典型的实施例内共有四个凹坑，每个端壁262上两个，对应于四根计量管，每个屏障体240a～240d的增压室中各一个。气体通过供气管268输送给端壁262，流过端壁中形成的内通道，进入计量管253。在此端壁上，计量管经过通孔插入端壁262内。这样就容易取下计量管。计量管的相对端则由凹坑保持。

在本发明的另一实施例中提供了新设计的马弗炉。此马弗炉的设计如前述图15所示，而与排气通道在一起时更详细地示明于图24a、24b与25。马弗炉26包括至少一个为相邻的几个缓冲组件127所包围的处理组件111。此典型的实施例表明有四个处理组件111和五个缓冲组件127，但应认识到可以采用任意个数的处理组件和缓冲组件，且应根据马弗炉与反应器的设计而变化，在马弗炉26的一端有加载区29而在其另一端有卸载区31。加载区29构造成能接纳晶片和集成电路进行处理。通常采用自动加载机构(未图示)将晶片放到马弗炉26的加载区29中。晶片由输送装置输送通过马弗炉。此输送装置最好是马达驱动的金属丝网带，但可以采用任何适当的输送装置。晶片通过马弗炉26，在处理组件之下对晶片处理，然后通过卸载区31从马弗炉26中出来。

加载区29与卸载区31最好应用一批帘幕。具体地说，在此最佳实施例中，加载区29包括三个帘幕33，即外加载帘幕33C、中央加载帘幕33B和内加载帘幕33A。类似地，卸载区31包括三个帘幕35，即内卸载帘幕35A、中央卸载帘幕35B和外卸载帘幕35C。外加载与卸载帘幕33C、35C分别位于马弗炉26端部处的加载和卸载区。内加载和卸载帘幕33A与35A则分别在各区中与处理组件11相邻。中央加载与卸载帘幕33B和35B分别位于内和外加载与卸载帘幕之间。帘幕用来使处理组件同马弗炉的其余部分以及同外部环境隔绝。这一系统是暴露于外部环境之下便于装卸晶片基底于马弗炉中进行处理，暴露于外部环境下易将污染物引到系统中。为了防止污染此加载与卸载区和帮助使室中的处理组件与外部环境分开，本发明的帘幕33与35提供了用惰性气体最好是氮气进行的清洗。尽管此典型的实施例表明的是在各个区有三个帘幕，但应知也可采用其他个数的帘幕，且帘幕在加载区和卸载区中的个数可以不同。

如图24a与24b所示，加载与卸载帘幕33和35一般包括增压室体37，它有两个增压段，即上增压段39和下增压段41。增压室体37为细长形，依纵向沿马弗炉长度延伸且随马弗炉27和处理组件11的长度延伸。上增压段39接收通过气体入口42的惰性气体。上增压段的下表面中形成有分配孔的阵列(未示明)，其中至少有一排孔分布到增压室体的全长上，当然也可以用多排孔将气流分布到增压室的整个表面上。惰性气体进入上增压段39再通过分配孔进入下增压段41。下增压段41的底面有窄长的槽。此槽沿下增压段41的长度延伸。惰性气体通过下增压段中的槽输送到槽下的区域。从此槽出来的气体形成片状式薄长帘幕。惰性气体的帘幕扫掠于其下通过的晶片表面以对其“冲洗”。这种惰性气体的帘幕还使处理室111同外部环境隔绝，同时能允许通过采用5～75s/m的不同流率使马弗炉内的压力调节至平衡。在最佳实施例中，内帘幕采用约5～10s/m的低流率，中央帘幕采用10～15s/m的流率而外帘幕采用30～60s/m的流率。

加载与卸载区分别通过排气口139和141独立地排气。排气口用来从内、中央和外帘幕排出绝大部分惰性气体。加载排气口139最好位于最接近加载区29入口这一侧的中央加载帘幕33B邻近。类似地，卸载排气口141最好位于最接近卸载区31出口这一侧的中央卸载帘幕35B。

特别有利的是，本发明是以计量形式于加载和卸载区排气。具体地说，排气口139与141包括两个细长的增压段143与145。特别参看一个排气口139，废气流被导引通过第一增压段143侧面形成的槽147。此废气然后通过第一增压段143上表面中计量孔的阵列(未图示)输送到第二增压段145。此计量孔阵列最好包括至少一排分布到增压室体全长上的孔，当然也可采用基本上延伸到第一增压段143上表面全长的矩形阵列中的多排孔将气流分布到此增压室体的整个表面上。然后，气体通过排气口139从第二增压段145输出。卸载排气141的情形与此相同。

特别有利的是，本发明提供了独立排气的缓冲组件127。具体地说，缓冲组件127位于处理组件邻近，处理组件111各侧有一个缓冲组件127。缓冲组件127是细长形，沿处理组件111的长度按纵向延伸，且一般与处理组件111有相同长度。缓冲组件包括细长的旁路导管131，此导管有位于其下部的两个窄长的挡板147和在挡板147之上的大型空腔149。两块挡板147相邻定位两分开于其间形成一槽148。槽148是细长的，延伸至旁路导管131的全宽。缓冲组件127接收未为排气孔32收纳的气体。过剩的惰性气体流入两处理组件111之间的缓冲组件127内，经由旁路导管131通过旁路排气141b从马弗炉排出。最外侧的缓冲组件也可接收从内加载和卸载帘幕流出的某些惰性气体，或是将未经由缓冲组件除去的气体从处理组件之间转送到加载区29或卸载区31以通过口139或141排出。旁路导管131与处理组件111的排气孔32相独立。本发明有助于将未直接排到排气口50和排气孔32的试剂封闭于反应室内。不会有试剂或副产物带到旁路导管131的。相反，通过底部出口筛板160输送的惰性气体中很大一部分是通过此旁路导管131排出。这种有目的地通过底部出口筛板160注入过量的惰性气体，使得超过经通道116与68所排出的惰性气体量由旁通导管131排出，能够稳定地控制室处理组件内的气流和有助于将反应气体封闭于沉积区16内。此种封闭提高了晶片上淀积的膜的均一性和减少了聚积于喷射器和屏障表面上的粉末。气体的这种有利的封闭形式概示于图26中，此图表明了由本发明的系统所实现的在一部分处理室111内反应气体和惰性气体的质量流。如此图所示，TEOS(一种反应气体)的质量分数表明于屏障组件的各个位置处。从图中可以看到，TEOS气体基本上包含在淀积区16并可以通过内排气通道116完全排出。

上述旁路系统更详细地示明于图24b和图25中。旁路导管131沿马弗炉的全长将各个缓冲组件127一起连接到旁路通风孔133内。各旁路排气孔133沿旁路导管131的各端定位。旁路导管131的空腔部149在导管131的各端敞开，形成进入旁路排气孔133的通道。从空腔149流出的气体进入位于旁路导管131各端的旁路通风孔133。经由大的旁路导管131和旁路排气孔133分别从缓冲组件127排出气体，有助于均衡压力和从缓冲组件127中除去过剩的惰性气体，使得室处理组件111内的临界化合物气体流的干扰最小。先有的技术系统来使这一区域排气易使气体滞留于此区域中并于其中再循环。这样就会在此系统中造成污染问题甚至有膜层沉积，也就会增加为除去这一区域中形成的沉积物所需的保养工作和停机时间。本发明通过用清洁惰性气体连续地冲洗整个晶片基底的处理路径而使上述种种问题减至最少。另一个优点是，利用旁路导管131从处理组件抽出过剩的惰性气体就可以借助各室中的几何结构来供给和控制处理室内的所有气体流，同时能更有效地使处理室杜绝那种会在开放的APVCD系统中出现的外部干扰或不均匀性，这样就有助于在晶片上淀积更均匀的膜。

在最佳实施例中，各屏障组件和相关的处理室111是分开排气的。具体地说，排气口是将气体排入室的排气增压系统151中。室排气增压系统151与各个处理室111连接，但与旁路排气口141b以及加载与卸载排气口139和141相分开。通过这种实质上的分开从而能独立地控制，本发明就可允许有从处理室111到排气孔32的气体的恒定质量流。废气的流率最好控制到近似为40～60s/m通过排气孔32的基本上稳定的流率，虽则其他流率也可适应于不同的处理应用。保持基本恒定的流率能提高于半导体晶片淀积处理的可控性。具体地说，改进了晶片表面上淀积的膜料层的厚度和一致性。此外，由于流率可以更好地控制和较为恒定，也就提高了工艺过程的可重复性。对工艺过程与气流率的干扰减至最少。最后，延长了整个系统的寿命。

图25是示明排气系统中气流路径的示意性底视平面图，具体示明了通过旁路排气口的气流以及加载与卸载的排气流。为醒目起见，省除了通过室增压系统排气口的气流。图25中的箭头A与B表明惰性气体的气流，具体地说，来自底部出口筛板160以及来自室处理组件壁部与排气罩壳165之间的部分惰性气体从屏障组件出来，进入缓冲组件127和旁路导管131中。这样，仅仅是惰性气体通过旁路系统输送。此惰性气体输入旁路导管131，在此以基本相等的部分流向旁路导管131的各端同时进入导管131各端处的旁路排气孔133，如箭头A与B所示。

在此最佳实施例中，来自内加载帘幕33A和内卸载帘幕35A的一部分气体也流入最外面的旁路导管131，如箭头C所示。流向加载排气口139和卸载排气口141的气体的余剩部分各由箭头D表示。来自一个帘幕的惰性气体的这种双向流有助于使处理室同加载与卸载区隔绝。利用不同的流道，来自中央加载帘幕33B和中央卸载帘幕35B的气体最好以一个方向流向加载口139和卸载口141，分别如箭头E所示。来自外加载帘幕33C与外卸载帘幕35C的气体也是双向的，而以其一部分通过它们各自的排气口139与141排出，如箭头F所示，而其余的部分则流向入口与出口，如箭头G所示。惰性气体的这种流路控制允许“清扫”或“冲洗”晶片表面，更重要的是，本发明的系统允许操作者选择所需的气流路径方向。

此外，本系统可以利用一种流量控制系统来控制处理室内的气流。具体地说，可以由气流控制装置来控制旁路排气孔，以提供从旁路排气孔和旁路组件排出的基本恒定的气流。此外，可以由气流控制装置来控制室排气增压系统，以使从室排气增压系统和处理室排出基本恒定的气流。

从以上所述可知，本发明提供的屏障12可以用来改进反应室中试剂的均匀性、更好地控制反应化学过程的滞留时间和精密地控制反应室16和淀积区的几何结构，由此能提高淀积膜的质量。屏障12能够承受变化的温度条件而不损伤或变形其部件，从而不会影响屏障作业的有效性。屏障12是组件式的，可以便捷地组装与拆卸进行清洗与保养。屏障12包括计量管80、102，它们以更均匀的分布将惰性气体输送给增压室，改进了试剂在淀积区16内的均匀性。所述屏障被用来在反应室的相对侧形成阻挡层或缓冲区，防止了试剂逸出反应室交允许于马弗炉26内提供均匀分布的缓冲气体。应该认识到本发明不局限于包括了这里所述各个特点的图示实施例屏障12。相反，需知只包括这里所述特点中的某些的屏障也在本发明的范围之内。

重要的是应注意到，尽管已在一起描述了新实施例的种种特点，但它的各个特点可以独立地和/或结合在新实施例之前所述实施例的特点。

本发明上面描述的具体实施例是出于说明和描述目的提出的。它们并非是穷尽或限制本发明到所公开的精确形式，显然根据上面所述是可以有许多改进和变更形式的。所选择和所描述的实施例是为了最好地说明本发明的原理及其实际应用，以使内行的人能以适合期望的具体用途的各种改进形式来应用本发明及各个实施例。本发明的范围应由后附权利要求书及其等效内容确定。

Claims (10)

1.化学蒸气淀积系统用的保护屏障，此屏障包括：

机架组件，它有一对相分开的端壁和在这对端壁间延伸并安装于端壁之上的一对侧壁；

第一与第二喷射器屏障体，它们为上述机架组件载承，并定位成限定出所述保护屏障的与喷射器相邻的第一表面，这两个喷射器屏障体相分开而在其间确定出用来使试剂从此喷射器流过所述保护屏障的喷射口；

第一与第二另外的屏障体，它们为上述机架组件载承，且此另外的屏障体与前述喷射器屏障体相分开，同时定位成限定出所述保护屏障的与前述第一表面相对的第二表面，且在其间确定出用来使试剂流过所述保护屏障的出口，所述另外的屏障体与所述这对侧壁中相关的一个邻接；

所述喷射器屏障体和所述另外的屏障体的每个都由单件底座形成，比底座具有围绕其周边的连续的单元机架、为此连续的单元机架承载的多孔板、部分地限定在此底座与多孔板之间的增压室、以及在可使惰性气体通过所述多孔板扩散的流率下将此气体输送到此增压室的气体输送装置；

各所述喷射器屏障体和各所述侧壁包括排气孔屏障部分，其向上延伸并在之间限定一排气口。

2.如权利要求1所述的保护屏障，其中所述另外的屏障体各包括底部出口筛板，此筛板由所述单元机架载承并与此机架的所述增压室连接，用来使惰性气体流过所述另外的屏障体以在上述第二表面下形成惰性气体阻挡区。

3.如权利要求1所述的保护屏障，其中所述喷射器屏障体和所述另外的屏障体各有相分开的端部，而所述端壁形成为能与所述喷射器和另外的屏障体端部匹配，而将所述喷射器和另外的屏障体保持于所述机架组件中。

4.如权利要求3所述的保护屏障，其中上述端壁中形成有凹区，凹区的构型可与所述喷射器和另外的屏障体的端部匹配，而所述喷射器和另外的屏障体的端部便座落于此凹区中，所述喷射器和另外的屏障体的上述端部当此喷射器和另外的屏障体在变化的温度条件下胀缩时可于上述凹座中活动。

5.如权利要求1或4所述的保护屏障，其中所述多孔板为所述连续的单元机架固定，可使此多孔板在变化的温度条件下胀缩时仍能相对于此连续的单元机架运动。

6.如权利要求5所述的保护屏障，其中所述连续的单元机架之中形成有槽，而所述多孔板座落于此槽中，并且多孔板在变化温度下胀缩时仍能于此槽中运动。

7.如权利要求1所述的保护屏障，其中所述气体输送装置是设于上述增压室中的计量管，此计量管具有至少一个多孔壁用来使所述气体通过此多孔壁扩散进入该增压室内。

8.如权利要求1所述的保护屏障，其中所述气体输送装置是设于上述增压室中的导管，此导管通过所述这对端壁之一，同时是从其外部安装到所述端壁的一个之上。

9.如权利要求1所述的保护屏障，其中所述侧壁包括有为此屏障体组件所载承的可动的壁部垫片，此垫片在此屏障体组件与外部排气道壁之间提供密封。

10.组合式化学蒸气淀积系统，此系统包括：

多个处理室，其中各有用来将试剂喷入所述处理室的喷射器以及位于此喷射器相对侧上的排气孔；

输送装置，用来沿处理路径将基质运送通过上述处理室；

多个缓冲组件，用来使所述处理室与该处理路径的其余部分分开；

马弗炉(muffle)它包围这些处理室、缓冲组件以及所述输送装置的处理路径；以及

权利要求1所述的保护屏障，它安装在所述处理室之中，用来保护所述喷射点的表面和所述排气孔的入口。

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