CN1176317A - 用于化学蒸气淀积反应器的气体喷射装置 - Google Patents

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Abstract

化学蒸气淀积反应器,包括独立的反应室和压力室。反应室包容在压力室中,将作业气体与压力室隔绝。还包括气体喷射装置,它对作业气体进行预热,并使扩散后的作业气体穿过反应室的底面,以大致垂直的方向喷射到反应室中。气体喷射装置还使氢气或其它适当的气体穿过反应室的底面,以垂直的方向喷射到反应室中。氢气或其它适当气体的气流使作业气体的气流转向为平行于晶片的顶面。这样,减小了作业气体引入长度和在反应室表面上的不利淀积。

Description

用于化学蒸气淀积反应 器的气体喷射装置
本申请是同一申请人于1996年8月7日提交的、系列号为08/693,721和代理登记号为M-4342 US的美国专利申请的后续申请；本申请还涉及到同一申请人于1996年8月7日提交的、系列号为08/694,001和代理登记号为M-3829 US的美国专利申请，其名称为“具有位于隔绝室中的热反应室的化学蒸气淀积反应器”。
本发明涉及到化学蒸气淀积反应室，更具体地，涉及到单晶片多腔室的化学蒸气淀积(以下简称CVD)系统。
在集成电路制造中面临的不断挑战是要将晶片维持在一个恒定和均匀的温度中，以使厚度和阻抗都均匀的各种薄层(例如，外延层，多晶硅层等)可以淀积在晶片上面。在一个通常的辐射加热的“热”壁CVD反应器中，晶片被放置到一个石英容器中。当容器和其中的晶片被设置在容器外面的加热灯所加热时，作业气体或称为反应气体被泵入到容器中，以便淀积到晶片上。
热壁CVD反应器，例如上面提到的那种，具有许多对其效率、可靠性和性能都有负面影响的局限性。对于单晶片的CVD装置，包括那些专门用于淀积外延层和多晶硅层的装置，生产率是一个重要的考虑因素。提高这类CVD装置生产率的最大障碍似乎在于，每个晶片加工之后都需要时间来清理腔室的壁。对辐射加热的石英CVD的腔室壁进行清理是必不可缺的，这是因为，作业气体不仅淀积在晶片上，而且还淀积在腔室壁上。在室壁上形成的生成膜吸收了由加热灯发出的一部分辐射能，因而升高了室壁的局部温度。其结果是，作业气体以更快的速度淀积在腔室壁上，从而产生“雪球”效应。因此在辐射加热的CVD反应室中，关键的是要使腔壁小心保持清洁。这就要求经常对室壁进行清蚀，有时甚至是每次加工之后都要清洗。在淀积了外延层之后，清理室壁通常要用2～3.5分钟；而当淀积了用于封闭硅晶片背面的多晶硅层之后，清理室壁的时间则长达1小时。这么长的时间是因为清洗剂相对于腔室热壁(该热壁被设计用来传热)的流速非常缓慢。由于热壁CVD装置的一个完整工作周期在5～10分钟之间，而壁的清理就占了工作周期的很大部分。
影响这类CVD反应器生产率的另一个因素是作业气体的淀积速度。针对淀积速度而优化设计的反应室可以将单晶片所需的淀积时间降低25％。
此外，加热灯的失效(以及相应的维护)，以及这类CVD装置的石英腔壁所需的湿洗都对其可靠性和工作时间造成不利的影响。应当注意，湿洗需要拆开CVD装置，以便将石英壁浸入到湿洗池中。
晶片的温度控制对于获得均匀的淀积层是必不可缺的。在上面所述的用灯加热的装置中，作业气体在室壁上的淀积可能发生在每一次加工的过程之中，因而会影响每次加工中的温度均匀性。因此，为防止由于作业气体在室壁上淀积的不均匀性而在每次加工晶片之后清洗室壁，可能是无效的。
由于晶片辐射性的变化，在整个晶片上实现恒定和均匀的温度也是难以做到的。由于晶片的辐射性一方面取决于晶片的表面材料，另一方面取决于温度，因而精确地校定一个反应器使晶片达到恒定和均匀的温度，可能是困难的。
优化的CVD装置应当能够在大气压以及低压下工作。低压操作要求反应器有一个能够承受低压工作环境下的物理应力的腔室，即要求有一个真空室。另一方面，晶片加工的优化设计可能要求具有很扁的形状的作业气体的流动通道。这种扁的形状有助于流过晶片的作业气体达到最大流速，同时减小了物质传递的边界层，从而优化了作业气体的流动特性。除了具有扁形状之外，优化设计的作业室通常还具有简单的非回旋状的表面，以便减少涡流和逆流，减少可能会促使室壁淀积的死点，以及使得用来清洗腔室壁的清洗气体能够迅速地到达室壁。遗憾的是，这种平顶的石英或石墨的反应室一般不易承受在其壁的两边的压力差。能够承受这种压力差的腔室通常是套锤形的，例如钟形，或者是球形结构。从而不仅破坏了作业气体在整个晶片表面上的最佳流动特性，而且还不利于对腔室壁进行有效清洗。另一措施是在腔室壁上设置增强构件。遗憾的是，这些构件阻碍了辐射能量向晶片的均匀传递。结果，为了提高结构整体性，适合于负压工作的单室的CVD设计通常牺牲了某些作业条件，例如作业气体的流动性或热均匀性。
本发明所提出的CVD反应器克服了上述的问题。根据本发明，一种化学蒸气淀积反应器，包括一个包含在压力容器中的反应室，这里的压力容器和反应室是为各自的预定目的而专门设计的。在一个实施例中，压力容器是钟罩形的，以便承受壁两侧的压力差，反应室中的压力与压力容器中的压力相等。反应室中容纳着待加工的晶片，且反应室自身又被完全容纳在压力容器中，于是反应室不必设计成能够承受其壁两侧的压力。相应地，反应室是为了优化反应室中的作业气体或称反应气体的流动特性，以及清洁气体和清洗气体的流动特性而专门设计的。在一些实施例中，反应室是平行板形状的，这样的反应室在垂直于晶片表面的方向上只有很小的高度尺寸。反应室基本上与压力容器相隔绝。这样，反应室中的作业气体就不能与压力容器的壁相接触。在一个实施例中，这种隔绝是通过在压力容器与反应室之间的一个空间中维持稍高于反应室中气压的气压而实现的。通过对该空间中的气体加以选择，使它既不会淀积在压力容器的壁上，也不会与壁相互反应。通过这种方式防止作业气体淀积在压力容器的壁上。
在某些实施例中，反应室近似于一个封闭着晶片的黑体空腔，从而能够通过测定反应室室壁的温度而确定出晶片的温度。
在某些实施例中，反应室是由位于压力容器外周上的射频感应线圈来加热的。由线圈产生的射频(RF)能量穿过压力容器的石英壁到达一个石墨加热元件(反应室)以加热晶片。甚至在某些实施例中，其中的反应室室壁上形成有很薄的一层硅层，射频能量也能够穿过这种石英壁。因此，向晶片的热传递不再与反应室室壁上淀积层的厚度相关。
在另一些实施例中，一个接受器用来保持住晶片，位于该接受器下方的一些射频感应线圈对晶片和晶片附近的反应器元件进行加热。因此，当作业气体在进入反应室之前穿过这些元件时，作业气体即被预热。与采用冷气体进行淀积相比，采用预热过的气体能够获得更均匀的淀积。此外，通过一些独立的槽将作业气体，以及为作业气体在反应室中的流动进行导向的输送气体，喷射到反应室中。通过调整各类气体的流速，就可以更好地控制整个晶片上的淀积速度，以提高淀积的均匀性。
图1是根据本发明一个实施例的CVD反应器的横截面图，其中的接受器位于其下部位置，以便能够装载晶片。
图2是图1的CVD反应器在图1垂直方向中的横截面图，其中的接受器位于升高后的位置，以便加工晶片。
图3A和3B是根据本发明一些实施例的晶片接受器的横截面图。
图4是根据本发明的作业气体喷射装置的横截面图。
图5和图6是图1、图2反应器的相应元件25、26的顶视图。
图7是图4中扩散板28b的顶视图。
图8是表示图7的扩散板在外延厚度上的效果的曲线。
图9是反应器10的横截面图，表示了反应器中10的气体流型特征。
图10和图11表示的是，在根据本发明实施例所加工的晶片上，作为位置的函数的计算淀积率。
图12和13是曲线图，表示了在外延厚度上作业气体的流速变化的效果。
图14是根据本发明的另一个实施例的沿圆柱形反应器轴线的截面视图。
图15是沿图14反应器直径的横截面图。
在不同的附图中，采用相同的参考标号来表示相同或相似的元件。
下面结合在晶片上淀积外延层的实施例讨论本发明实施例的工作过程。然而应当理解，本发明的诸实施例也可应用于在晶片上淀积或生长出任何适当的材料，例如在一个晶片上分别生成多晶硅或氧化栅，也同样可实现本发明的优点。
现在参照图1和图2，图中相同的零件标以相同的标号。化学蒸气淀积(CVD)反应器10包括一个压力容器，它由钟形罩16和不锈钢的圆柱形外壳14构成，外壳14具有底板14a和侧壁14b。钟形罩16最好是由不透明石英制成并且可拆卸地装到外壳14上。侧壁14b固定安装到底板14a上并且安装到钟形罩16上，通过O形圈18与钟形罩16压力密封。底板14a上装有石英板20。由元件14和16形成的压力容器包围出空间12和34，空间可处在较低的压力下。
由最好是不透明石英制成的圆柱形内壳22位于由元件14和16形成的压力容器中，并且装在石英板20上。最好是由碳化硅制成的第一环形板24叠放在由石英制成的第二环形板25上，第二环形板25装在垫圈26上，垫圈26再装到内壳22上，正如图1所示那样。参照图2，环形板24，25和垫圈26各自具有一个或几个对准的开口，相应的一个或几个喷射管28和排放管30从这些开口中穿过(为简便起见，图中只示出了一个喷射管28和一个排放管30)。在环形板24、25和垫圈26上形成有另一些对准的开口，相应的另一个或几个喷射管31从这些开口中穿过。盘形盖32安装在第二环形板25的上表面上。盘形盖32最好是由石墨制成，并且在其外表面上涂有碳化硅的涂层。盘形盖与第二环形板25紧密接触。如图1所示，相互对准的开口14c和22a分别成形在外壳14和内壳22上，以便允许常规设计的机械手(未示出)将晶片送入反应器10的内部或从中取出。在开口14c内设有一个阀(未示出)，以便将反应器10的内部与反应器10的外部环境相互隔绝。
在钟形罩16的外表面上设有一些水冷的、铜质感应线圈36。线圈36的各圈之间由不导电的隔离体，例如石英、陶瓷或其它任何适当的材料、或是具有所需电气特征的一些材料的组合体，实现相互间的电绝缘。通过这种方式，线圈36之间不产生相互作用。这也减小了发生电弧或形成等离子体的倾向。扩压板38支承着铜线圈36，并且定形出由铜线圈36产生的射频电场的形状，这使反应器10的加热更为均匀。在优选实施例中，感应线圈36分为三组可独立控制的同心的加热区，以便能够均匀地加热晶片。当然，如果需要的话，也可以采用不同数量的受控加热区。铜线圈36的外部温度应当保持在铜线圈36的熔点以下。
最好是由石英制成的纵向管40有一个上端，上端连接到具有一些感应线圈44的圆形石英座42上；纵向管40还有一个下端，下端以通常方式与一个电控的提升电机(未示出)相连，电机使纵向管40和座42升起和下降。在某些实施例中，线圈44在结构上类似于线圈36。尽管必要时可采用不同数量的受控加热区，但线圈44最好分为三组可独立控制的同心的加热区，并且采用与上面针对线圈36所述的方式相同的方式进行线圈44之间的电绝缘。设在座42顶面上的碳化硅层46用作线圈44和圆形的石墨接受器50之间的导热体。
位于管40中的是一个可转动的石英纵轴48，轴48有一个上端，连接到放置待加工晶片52的接受器50上；轴48的下端以通常方式与一个电控的驱动电机(未示出)相连，电机使接受器50以及晶片52上升、下降以及转动。同心的管40和轴48通过位于座42中心处的圆孔穿过座42。
接受器50顶面的一部分是下凹的，这样，当晶片52放置在上面时，只有沿晶片52外缘的少量的一些点需要与接受器50紧密接触，因而减少了接受器50和晶片52之间的热传导。在某些实施例中，接受器50中成形有如图3A所示的盘形的凹腔；而在另一些实施例中，如图3B所示，接受器50的凹部最好具有倾斜向下直达平直凹面51c的斜壁51b。最好采用图3B所示的接受器，这是因为与图3A所示的盘形凹腔51a的接受器50相比，平直表面51c使得接受器50和晶片52之间的间隔更为均匀。
当晶片如图2所示放置到接受器50上时，晶片52的底面位于接受器50顶面上方大约3～5密耳处(注：1密耳等于0.001英寸)。晶片52的顶面应当与接受器50外缘50a的顶面大致平齐。例如，在某些实施例中，晶片52的顶面可与接受器50外缘50a的顶面相距±80密耳，并且可认为是大致平齐了。接受器50中成形有三个开口，三个石英的或碳化硅的销54从这些开口中伸出来，以便当需要时，将晶片52升离接受器50(为简便起见，图1中只示出了一个销54)。
通过使(未示出的)机械手穿过开口14c和22a，将晶片52放置在销54上。提升电机工作，以使轴48和接受器50上升。接受器将晶片52缓缓地升离销54，并且将晶片52支承在前面结合图3A，3B所述的凹部中。随着提升电机的继续运转，座42随着轴48和接受器50一起上升。以这种方式，晶片52、接受器50和座42被提升到图2所示的加工位置。
环形板24的顶面和接受器50外缘50a的顶面应当大致处在同一平面中。尽管可以预料这种共面会有某些差异，但目标是使这两个表面尽可能接近地处在同一平面中。以这种方式，盘形盖32、环形板24、接受器50和晶片52形成了一个平行板形状的反应室34a，它大体是一个黑体空腔，因而减小了晶片52上的温度梯度。腔室34a将晶片52加工时所用的作业气体或称反应气体与压力容器相隔离，同时使压力容器与反应室34a中的压力相等。在某些实施例中，采用文丘里型的系统，以便独立于晶片制造设备的洗涤压力而控制腔室34a中的压力，从而使得某些特殊类型的晶片加工可以重复进行，且无需改变洗涤压力或外部压力。文丘里装置将氮气喷入排放管(未示出)。当腔室34a中的压力变化时，调整对文丘里装置的氮气供给压力，以保持腔室34a中所要求的压力。
向(图1和图2所示的)沿钟形罩16外表面的感应线圈36提供电力，以及向设在座42中的感应线圈44提供电力，以将晶片52加热到所需温度。从线圈36发出的射频能量作用到盘形盖32，并且受到控制以便在整个盘形盖32上产生均匀的温度，由此从上方加热晶片52。以类似的方式，由座42中的线圈44发出的射频能量作用到接受器50，因此从下方加热晶片52。在一个实施例中，使用了以直线方式布置在钟形罩16外面周边附近的三个红外(IR)传感器(未示出)，以便通过钟形罩16上相应的三个透明石英窗口测定出紧靠晶片52上方的盘形盖部分的温度。在座42和碳化硅层46中可成形出三组对准的石英窗口(未示出)，这样就可以使用位于底板14a下面的另外的红外传感器，测定出紧靠晶片52下方的接受器50上那些部分的温度。从陆地公司(位于宾西法尼亚，布里斯托)可购得合适的红外传感器。尽管红外传感器是优选的，但使用其它的传感器也不超出本发明的范围。
由晶片52上方的这三个红外传感器所产生的表达晶片52上温度梯度的信息反馈给控制器(未示出)，根据这些信息控制器调整由线圈36的三个可独立控制的同心加热区各自所产生的射频电场。在某些实施例中，这个控制器可以是一台计算机。以类似的方式，(未示出的)控制器取用了由晶片52下方的那三个红外传感器所产生的表达晶片52上温度梯度的信息，以便调整由线圈44的三个可独立控制的加热区所产生的射频电场。通过这种方式，反应器10将晶片52保持于受控的和均匀的温度中。应当注意，在另外的一些实施例中，线圈36和44的可独立控制的同心加热区可由其他辐射能源所替代，例如传统的加热灯。
作业气体通过三个喷射管28被供入反应室34a(为简便起见，图2中只示出了一个喷射管)。在其它一些实施例中，反应器10所具有的这些喷射管28数量上可多些或少些。参见图4，它表示了一个喷射管28在垫圈26中的局部细节；再参见图5和图6，它们分别表示了元件25和26的横截面。每个喷射管28都连接于成形在垫圈26中的相应的喷射充气室28a。随着座42、盘形盖32和接受器50如上所述那样通过线圈36和44而被加热，最好是由石英制成的垫圈26也一同被加热。结果，通过作为加热源的垫圈26，流经喷射管28和垫圈26中充气室28a的作业气体在进入反应室34a之前就被加热了(通常在700℃～900℃)。因为作业气体已被预热，由于冷气体与晶片相接触所产生的种种问题，诸如材料在晶片52上的不均匀淀积，都得以克服，并且可获得更为均匀的淀积。
此外，充气室28a包括一个扩散板28b。在一个实施例中，如图7所示，扩散板28b具有8个直径0.04英寸的孔29。扩散板28b中的孔29的尺寸和数量可根据所需的气体流动特性而加以改变。如果减小孔29的尺寸，流过喷射管28和充气室28a的作业气体在经过槽28c和28d进入到反应室34a之前就可以更充分地扩散。其结果，作业气体在进入反应室34a之前更均匀地扩散在整个充气室中，因而能够更均匀地淀积到晶片上。另外，通过减少孔29的数量，可进一步促进通过扩散板28b的作业气体的扩散。当高速的作业气体沿垂直方向流过喷射管28进入充气室28a时，作业气体冲击扩散板28b的底面，并且当作业气体流过充气室28a进入反应室34a时，作业气体被减速和扩散。结果是在晶片的中心两侧产生更为均匀的外延淀积，如图8所示。图8还表示出：随着作业气体更充分地扩散，外延层厚度变得更为均匀。曲线60表示了扩散板的效果，该扩散板比曲线61的扩散板使作业气体扩散更充分。在图8中，对于与晶片52的外侧部分相应的两个槽(图5中的28d1和28d3)中的每一个槽来说，作业气体的流速都是20升/分；对于与晶片52的中间部分相应的那个槽(图5中的28d2)来说，作业气体的流速是33升/分，外侧部分和中间部分由图8中的虚线来划分。
在经过扩散板28b中的孔进入到充气室28a的上方后，作业气体流经相连的垂直槽28c和斜槽28d，以一个预定的角度流入到反应室34a中，该角度可加以选择，以使选定的材料最大程度地均匀淀积在晶片52上。在某些实施例中，槽28c和28d具有大约10密耳的宽度；而在另一些实施例中，槽28c和28d可由一些相邻的孔或其它适当的结构所替代。通常，槽28c和28d具有相同的形状，但是槽28d一般较宽。还应注意，如图5和图6所示，各个充气室28a和相应的槽28c、28d可具有由期望的特定作业气体的流动特性所要求的不同尺寸。槽长度的改变也就改变了槽所覆盖的晶片面积。为了均匀淀积，对槽的尺寸可进行优化。在所有这里的实施例中，对上述的那些孔和槽来说，目的是要产生足够的背压，使得被迫进入反应室34a的作业气体围绕着腔室34a的内周具有均匀的水平分布。
参照图9，在晶片52的加工过程中，氢气或其它任何适当的气体通过位于内壳22中相应钻孔内的三个喷射管31(为简便起见只示出了其中之一)而被泵入到反应室34a中。每个喷射管31通过孔31b连接于相应的充气室31a，孔31b成形在充气室31a的底面处。氢气或其它适当的气体在进入充气室31a后局部扩散并且被压入垂直通道31c，该通道成形在第二环板25中并具有大约0.04英寸的宽度。然后气体进入第一腔室31d，经过水平通道31e再进入第二腔室31f。然后气体从第二腔室31f经过环板24与盘形盖32之间的垂直间隙31g被压入反应室34a。在另外一些实施例中，间隙31g不是垂直的，而是以一个与水平呈小于90°的角度指向晶片。应当注意，元件31a～31g各自的精确尺寸可根据作业气体所要求的流动特性而加以改变。
氢气或其它适当气体的气流被夹在作业气体的气流和盘形盖32之间，使得从槽28d出来的作业气流产生翻转，正如图9所示，从而以平行于晶片52顶面的方式流过反应室34a。在图9中，作业气流以实线表示，而氢气气流(或其它适当气体的气流)则以虚线表示。于是作业气体以某一个预定角度进入到反应室中并产生翻转，从而在晶片52上的P1点处产生最大淀积。然后，作业气流均整为大致水平的气流，越过晶片52的顶面。通过调整从间隙31g发出的氢气或其它适当气体的气流流速，就可以使上述最大淀积点P1的位置相对于晶片52的表面移动，提高氢气(或其它适当气体)的流速就导致最大淀积点P1向槽28d方向移动。通过改变槽28d的角度也可以控制淀积模式。例如，图10和11表示的是在不同工作条件下作业气体作为晶片52上位置函数的计算淀积率，其中的各等值线表示相同的淀积率。在图10中，从间隙31g进入反应室34a的氢气的流速大约是10升/分，最大淀积发生在晶片52中心处的两个相邻区域P1，淀积率从晶片52的中心部位向晶片52的边缘逐渐降低。在图11中，从间隙31g进入反应室34a的氢气的流速大约是70升/分，在这种情况下，最大淀积发生在P2区，并且在整个晶片52上随着远离槽28d，淀积率逐渐降低。应当注意，图10和图11所示的淀积模式上的区别是由于氢气的不同流速而造成的；增加氢气的流速将使回流移向槽28d。另外，通过单独控制三个间隙31g各自的氢气流速，就可以使最大淀积点在三个不同区域中移动。
除了调整氢气流速外，也可以分别调整出自槽组28d中各个槽的作业气体的流速，以改变晶片52不同区域上的淀积率。例如，通过增加槽组28d中间那个槽的流速(即图5中的槽28d2)，同时使外侧的槽(即图5中的槽28d1和28d3)的流速保持不变，就可以提高晶片52中间部位的淀积率。类似地，增加外侧的槽28d1和28d3的流速，同时使中间槽28d2的流速保持不变，就可以提高晶片52外侧部位的淀积率。根据测出的实验数据，图12和图13表明：晶片中间和两侧部位上的硅外延生长层的厚度可通过对槽组28d的中间槽和两侧槽的作业气体的流速调整来完成。在图12中，槽组28d外侧槽中的每个槽中的作业气体的流速都被保持在20升/分，而在图13中，槽组28d的中间槽中的作业气体的流速被保持在30升/分。作业气体包括带有硅源的氢气(即，三氯氢硅、二氯甲硅烷或硅烷)，以及掺杂气体(即，乙硼烷，磷化氢或砷化氢)。在这两种情况中，接受器50被加热到1100℃，盘形盖被加热到1180℃，以便在200毫米直径的晶片上进行8分钟的外延淀积。
上面所述的紧凑的气体喷射装置能够使作业气体均匀地分布在晶片52的表面附近，在反应室34a中不需要很长的导入通道，因而使反应室34a中不需要很长的导入通道，因而使反应室34a更为紧凑，不会对所需的气体流动特征造成负面影响。还应注意，上述那些有助于气体进入反应室34a的元件，例如环形板25、垫圈26或喷射管28和31，都不伸入到反应室34a的产生淀积膜的加热部分中，因而就避免了在这些元件上产生不希望的淀积膜。此外，从喷射管31进入反应室34a的氢气减少了本应在晶片52上淀积的物质却淀积在盘形盖23的内表面上这种不希望的情况发生。在优选的实施例中，对气体的流速进行控制，因而最大淀积区的定位，即P1区或P2区的定位，克服了晶片52上任何缺少反应物的现象。以这种方式，通过晶片52的转动可在晶片52的整个表面上产生均匀的淀积。
这个气体喷射装置明显区别于传统的CVD反应器，例如可从“应用材料”公司或“ASM”公司获得的那些反应器。在那些反应器中，作业气体是以水平流动的方式从反应室的侧面导入的。因此，为了在整个反应室中实现均匀的气流分布，这些传统的装置就需要很长的导入通道，而且由于通道主要位于反应室加热区内，从而导致在反应室的内表面上发生不希望的额外淀积。另一方面，本发明的实施例使作业气体通过槽28d以某一预定的角度进入到反应室34a中。盘形盖32，以及出自间隙31g的氢气或其它适当气体的气流，使作业气体的气流转向为大致水平的方向。以这种方式，在晶片52的整个表面上确保了均匀的作业气流，同时也有利地减少了导入长度。
在加工时，驱动电机使晶片52转动，通常的转速是10～40转/分。现在再参照图2，图5和图6，作业气体通过流入到一些槽30b中而从反应室34a中排出。这些槽30b与排气室30a相通。每个排气室30a连接到相应的排放管30上。当然，在其它的一些实施例中，反应器10可采用不同的排气结构，包括采用较多或较少数量的排气室30a。对于腔室34的位于座42下方的其余部分，可使用例如氢气或氯化氢(HCl)气体来清除从反应室34a泄漏进去的作业气体。氢气可以与多种适当的作业气体兼容，而氯化氢气体则能够有效地去除掉作业气体在座42下方的腔室34表面上的淀积。
反应器10处理晶片时的温度可能超过1100℃。本申请人确信，从反应器10中取出晶片52时为了防止晶片滑脱，在机械手(未示出)通过开口14c和22a取出晶片52之前，应当以受控的和均匀的方式将晶片52冷却到大约750～950℃。由于反应器10的生产率受到将晶片52从大约1100℃或更高的温度冷却至800℃左右所需的时间的影响，因此最好是以均匀的方式尽可能快地将晶片52冷却。
晶片52在反应室34a中刚处理完时，盘形盖32、晶片52和接受器50都处在大致相同的温度下，即处在反应温度下。电力继续提供给线圈36，以使盘形盖32的温度保持于反应温度。驱动电机被启动，使得座42和接受器50分别朝着石英板20下降。当座42和接受器50离开盘形盖32下降时，晶片52开始冷却。由于热的辐射率或者说散失率从晶片52的中心沿径向朝着晶片的外周逐渐增加，因此，提供给线圈44的三个可独立控制的同心加热区的电力值也要加以控制，使得接受器50从它的外侧部位较之从它的中央部位传出更多的热，以补偿不均匀的热散失，从而有助于晶片52的均匀冷却。当晶片52的温度接近800℃左右时，滑脱问题就无关紧要了。当接受器50靠近腔室34的底部时，减小提供给线圈44的电力，并使接受器50与座42的碳化硅层46紧密接触。座42中成形有三个孔(未示出)，当接受器50与座42紧密接触时，销54滑入上述孔中。这样，当接受器50与碳化硅层46紧密接触时，晶片52就放置在接受器50上。
在这一冷却过程中，热量从晶片52传导到接受器50，再从接受器传导至座42的碳化硅层46。碳化硅层46将传来的热量传给在线圈44中循环的水。通过这种方式，晶片52可在1分钟内从大约1100℃的反应温度冷却至800℃左右。可以采用传统的控制规则，以确保按这样的方式对提供给线圈36和44的各个区域的电力加以控制：即使得在整个晶片上，从其中心到其外周，温度均匀地上升和下降，在加工时使晶片保持在恒定和均匀的温度下，以及均匀地冷却晶片。
当晶片温度达到800℃左右时，将接受器50升起一段充分的距离，以便嵌住销54并使它们从座42中相应的孔中升起来。然后转动接受器50，使得销54与座42中相应的孔不再对齐，然后将接受器降低使它与碳化硅层46紧密接触。如图1所示，销54的下端与座42的碳化硅46的顶面相配合，因而使晶片52升离接受器50。不能让接受器50的温度降到800℃以下。即便在重新装载晶片期间，盘形盖32仍保持在反应温度下。通过将反应器10的内部元件保持在预定的最小温度之上，就可以有益地减少了使这些元件重新回升到反应温度而所需的热量，因而节省了宝贵的时间和能源。
在优选实施例中，准备在反应器10中加工的晶片首先在一个预先清洁室(未示出)中进行初加工。通过预先清洁室中不到一分钟的处理就可以去除掉晶片表面上原有的氧化层。在某些实施例中，这一预先清洁室设计得能为两个反应器10提供晶片。预先清洁室可在较低的温度下工作，以便减少相应的热耗。清洁之后，晶片由机械手(未示出)从预先清洁室经过隔绝的输送室(未示出)被送至某一个反应器10。
这种单独的预先清洁室结构明显地不同于现有技术，在现有技术中，CVD反应器的反应室既用于清除晶片的氧化层，又用于晶片的加工-在晶片上淀积一层膜。在这种传统装置中清洁晶片时，反应室和晶片都被升到很高的温度，例如1160℃或更高。然后将氢气泵入到反应室中与晶片表面上的原有氧化层起反应，由此而去掉原有氧化层。然后再将温度降低到所需的作业温度。
通过提供单独的预先清洁室，本发明的实施例提高了生产率，这是因为反应室不再具有作为预先清洁室的双重功能，因而可以连续地处理晶片。此外，通过在低于1160℃的温度下进行预先清洁，本发明的实施例也降低了相应的热耗。当然，还应注意，本发明实施例的预先清洁室独立于反应室，因而不用于薄膜淀积，因此，可对预先清洁室进行优化设计，以便更好地清洁晶片。
预先清洁之后，机械手将晶片通过开口14c和22a送入到反应器10中，并将晶片放置到销54上且相对于接受器50同心的位置。在这一位置，晶片52大约在接受器50表面上方1/4英寸。回想一下，自以前的加工循环至此，此时的接受器50的温度应当是800℃左右。因此，晶片应受到来自接受器50的均匀的加热。为了减少滑动，晶片应在1.5秒内送入反应器10并放置在销54上的正确位置上。然后，如前所述，接受器50上升以便将晶片抬离销54，因而使晶片52的温度迅速地达到800℃左右。随着座42和接受器50朝着盘形盖32上升，对提供给线圈44的电力值以及由此而发出的射频能量进行控制，使得晶片52的各部分均匀地达到反应温度。
与传统的采用单一腔室即作为压力室又作为反应室的原有CVD反应器相比，双室结构的反应器10性能更为优异。在那些传统的CVD反应器中，腔室必须这样设计：不仅要达到能够承受外部大气压的低压环境，而且还要达到作业气体的理想流动条件。如前所述，为满足低压环境所需的设计措施不一定符合于作业气体的优化流动条件，因此，这种单室CVD反应器的设计要求作出某种不利的折衷设计。也就是说，具有非回转表面的一个扁平形状的腔室(即，这种腔室的垂直于晶片表面的尺寸很小)对于满足作业气体的优化流动条件是很理想的，但这种扁平结构若没有有效的强化结构则不能承受低压环境。另一方面，为能够承受低压环境不得不采用完全的球形腔室，但这种腔室又导致了不利的较宽的作业气体流动通道。如前面指出的，较宽的流动通道可能对作业气体在整个晶片上的流速和集中度的变化率都产生负面影响。总之，除了遇到上面提到的热壁问题外，传统的单室CVD反应器无法同时对低压引起的后果和作业气体的均匀流动作出优化设计。
于是，反应器10采用了两个单独的腔室，每一腔室是为其预定的目的而专门设计的。钟形罩16是为了承受非常低的低压的而优化设计的，不会对反应室34a中的气体流动特性产生负面影响。钟形罩16如图1和图2所示是拱顶结构，具有很高的结构力，因而能够承受其中的低压。在优选实施例中，钟形罩16的厚度约为10～20毫米，能够承受很高的真空，例如，1E-8乇以上。
承受低压的能力的加强改善了反应器10的性能。在真空中大大降低了等值线图的移位和变形。此外，在真空中处理晶片时，材料可在较低温度下淀积到晶片上，这有助于防止晶片滑脱，即沿着结晶硅片的晶格破碎。还有助于减少相应的热耗。
反应室34a整个包容在压力容器中并处在与压力容器相同的压力下。因此，反应室34a不必承受很大的内外压力差。因此，反应室34a不必是拱顶形状的，而是可以具有能使气体在整个晶片52上优化流动的几何形状。因此，当晶片52如前所述和如图2所示那样上升到加工位置时，反应室34a具有类似于薄饼那样的形状，以及由于具有很薄的流动通道，所以有利于气体实现以最大的气体流速穿过反应室34a。
本申请人确信，为了实现作业气体高速地流过晶片52，反应室34a的在晶片52与盘形盖32之间测定的高度可大约是1/2～3/8英寸。然而，其它的一些实施例为了特定的目的可具有不同的高度范围。具有较大高度的反应室需要较大的气流以保持所需的气流速度，并且有可能具有较慢的淀积率。而另一方面，具有较小高度的反应室可能造成耗尽层边缘消失，导致不均匀淀积。
将反应室中的作业气体与压力容器相隔绝具有一些优点。首先，避免了用来在晶片52上形成各种反应层的各作业气体进入到空间12中，因而不会淀积到钟形罩16的壁上。这样就不必经常清洁钟形罩16的内壁，因而节省了时间和作业成本。以及，由于作业气体不会淀积到钟形罩16的壁上，因此，对于那些采用加热灯而不是导线线圈36加热的实施例来说，在晶片加工期间，经过钟形罩壁的热传导的效率不会受到不利影响。
另外，反应室34a与压力容器相隔绝使得反应器10不仅能够在晶片52上产生出薄的外延膜，而且还可产生出厚的外延膜。如上所述，在晶片加工时，作业气体在传统CVD反应室的辐射热壁上会发生不利的淀积。当晶片上的淀积膜厚度大于100微米时，在热壁上会发生明显的淀积。淀积在石英壁上的硅会吸收从辐射热源发出的热。吸收的这些热进一步升高了石英壁的温度，因而又提高了硅在石英壁上的淀积速度。于是反应器壁上的淀积速度增加了，而晶片的温度，并由此使晶片上的淀积的局部速度降低了。与此相反，根据本发明，覆盖在盘形盖32内表面上的任何淀积层的厚度，都不影响穿过盘形盖的热传递，因此，即使在盘形盖32的内表面上有100微米厚的淀积层，也不会明显地影响到由导线线圈36经盘形盖32向晶片52的热传递。
在加工期间将晶片52放置在黑体腔室(即反应室34a)中还能够有利于精确测定晶片52的温度。由于晶片52迅速地达到与反应器壁的热平衡，通过测定反应器34a外壁的温度即可确定晶片52的温度。回想一下，反应器10的双室设计防止了作业气体在构成空间12的各表面上产生不希望的淀积。于是，与晶片52的热辐射不同，反应室34a的外壁在晶片52加工期间的热辐射是可以预先确定的。通过这种方式，可不依赖于晶片52的变化的热辐射而测定出晶片的温度，因而能够更精确地测定出晶片52的温度。这与传统CVD反应器试图直接测出晶片温度有显著的不同，晶体的温度会随着晶片上的材料淀积层而发生变化。
此外，与使用在其它CVD反应器中的其它反应室相比，这里的形状简单的反应室34a可便于进行迅速和简便的清洗。的确，本申请人业已发现，反应室34a可用氯化氢(HCl)在30秒内清洁完毕。相反，为了清洗通常的辐射加热CVD反应器的反应室，一般需要多达3分钟的时间。
应当注意，尽管上面描述和图示的实施例采用了射频加热线圈，但反应器10在其它一些实施例中也可以采用其它的加热装置，例如辐射加热装置，但仍然可以认识到上述发明的优点。
根据本发明的另一个实施例表示在图14和图15中。反应器100包括支承着圆柱形透明石英压力容器102的不锈钢架101(为简便起见只表示在图14中)。压力容器102包含低压环境室104。倒置的顶板106装在真室环境室104中，还装有由容器体102支承在容器周边上的底板107。顶板106和底板107最好是由石墨或碳化硅制成。在容器102和顶板106上分别设有对齐的开口108，以便允许一个或多个排气管110穿过；同时，在容器体102和顶板106上还分别设有对齐的开口112，以便允许一个或多个作业气体的喷射管114穿过。
提供一个用来使接受器115定位和转动的石墨的支承件，它包括与三个臂118相连的一个轴116。最好由石墨制成的接受器115装在三个臂118上并支承着晶片120。接受器115可具有由图14所示的凹部115a和中央开口，它还可以具有类似于图3A和3B所示接受器50的结构。在任一个实施例中，接受器115都使晶片120在反应器100中正确地对中，并且使向晶片120传热的波动最小化。轴116穿过容器102中的开口，并以传统方式经由固定在容器102上的套筒122传动连接到驱动电机121上，正如图15所示。驱动电机121可具有任何已知的适当结构，能够使支承件116在容器102中上升和下降，还能够使支承件116(以及相应的晶片120)转动，达到与CVD加工相适应的转速。
在一个实施例中，在容器102的内表面上设有石英层，以将不锈钢架101与从容器102下方的灯壳124发出的热相隔绝。在一个实施例中，灯壳124包括一些弧形的氩灯124a。灯124a没有灯丝，因此与灯丝型的灯相比，可以更经济地维持在工作状态。多个加热灯(未示出)在容器102的外面围绕其外周布置成三个可独立控制的区域，按已知的方式通过盘形板106间接地加热晶片120。这些布置在容器102外周的加热灯、连同灯壳124、辐射热的顶板106、底板107、以及接受器115，它们近似于一个黑体空腔，以均匀的方式加热晶片120。
在反应器100中按如下所述处理晶片120。首先，支承件116处于装载位置(未示出)，这样就可以通过机械手(它是已知结构的，因而为简便起见未示出)穿过容器102上的开口126将晶片120送入容器102。驱动电机121开始工作，以便将支承件116和晶片升到如图15所示的加工位置。到达加工位置后，顶板106、底板107、晶片120和接受器115在压力容器102中形成一个反应室128，如上所述，它近似于一个黑体空腔。
在晶片的加工过程中，作业气体通过适当的气体喷射装置(例如上面所述的这个或现有技术的几个装置)经一个或几个喷射管114(图14)被喷射到反应室128中。象反应器10中的反应室34a一样(见图1和图2)，反应室128具有由箭头133所示的很窄的高度，以保证作业气体在反应室128中的最佳流动特性。
向灯124a提供电力，以将晶片120间接加热到所需的反应温度。通过使用这些灯，由反应室128近似构成的黑体空腔能够在晶片120的整个表面上实现很均匀的温度。在某些实施例中，灯124a可以布置成多个可独立控制的加热区。在一个实施例中，每个灯124a被定为150～200千瓦，从而能够加热比晶片120的表面大得多的面积。通过这种方式，整个晶片120将处在加热区的最佳点上，使得在晶片外缘处的边缘效应的影响降到最低程度。
在加工时，用通常的装置将氢气或其它任何适当的气体通过空隙130压入到反应室128中，以防止作业气体从反应室128中泄漏和流进接受器115下方的区域中。
应当注意，反应室128完全包容在由压力容器102所确定的空间104中，并且与空间104相隔绝。这样，当晶片加工时在反应室128中流动的作业气体就不会与容器102相接触。于是通过提供单独的反应室128和压力室104，反应器100就具备了与前述反应器10相同的优点。一个特别重要的改进之处在于，压力容器102和反应室128可独立地设计，以便优化各自的预期功能。这样，压力容器102可在强度方面进行优化，以便承受低压；而反应室128则可对于用来对在晶片120上形成薄层的作业气体的流动特性方面进行优化设计。通过这种方式，反应器100实现了比现有技术反应器更优异的性能，现有技术的反应器只有单一腔室，它不仅必须用于承受低压，而且还必须优化气流特性。此外，本发明还避免了作业气体与压力室102的壁相接触，因而不会淀积在壁上。避免在压力容器102的壁上形成淀积膜也就节省了清洁时间，因而提高了晶片的生产率。
尽管已经描述和表示了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员显然可以理解，在本发明的范围内可以作出各种的变化和改进。因此，所附的权利要求包含了在本发明精神和范围内的所有的变化和改进。

Claims (21)

1.用于向加工晶片的反应室中喷射一种或多种作业气体的喷射装置，所述的气体喷射装置包括：
在所述反应室的底面的第一部分上成形的一个或多个第一槽；以及
在所述反应室的底面的第二部分上成形的一个或多个第二槽，所述的一个或多个第二槽位于一个或多个第一槽和反应室的侧壁之间；
其特征在于，第一气体穿过所述的一个或多个第二槽，沿着朝向晶片的方向被喷入到所述反应室中；所述的一种或多种作业气体穿过所述的一个或多个第一槽被喷入到所述反应室中，所述的第一气体用于使所述的一种或多种作业气体转向为基本平行于晶片表面的流型。
2.如权利要求1所述的气体喷射装置，其特征在于，所述的一个或多个第一槽以及所述的一个或多个第二槽成形在同一表面上。
3.如权利要求1所述的气体喷射装置，其特征在于，还包括一个位于所述第一槽附近的加热源，所述的一种或多种作业气体在进入反应室之前由该加热源进行预热。
4.如权利要求1所述的气体喷射装置，其特征在于，还包括位于所述一个或多个第一槽垂直方向上的一个或多个扩散板，所述的扩散板在所述的一种或多种作业气体进入反应室之前使所述的作业气体扩散。
5.如权利要求4所述的气体喷射装置，其特征在于，所述的一个或多个扩散板位于所述的一个或多个第一槽的下方。
6.如权利要求4所述的气体喷射装置，其特征在于，所述的一个或多个扩散板各自具有多个开孔。
7.如权利要求1所述的气体喷射装置，其特征在于，穿过两个或多个所述第一槽中每个槽的所述一种或多种作业气体，以独立于穿过所述两个或多个第一中其余槽的作业气体流速的流速，被喷射到反应室中。
8.如权利要求1所述的气体喷射装置，其特征在于，穿过两个或多个所述第二槽中每个槽的所述第一气体，以独立于穿过所述两个或多个所述第二槽中其余槽的第一气体流速的流速，被喷射到反应室中。
9.向加工晶片的反应室中喷射一种或多种作业气体的方法，包括以下步骤：
在所述反应室的底面中成形出一个或多个第一槽；
在所述反应室的另一底面中成形出一个或多个第二槽，所述的一个或多个第二槽位于所述一个或多个第一槽和反应室的一侧壁之间；
穿过所述的一个或多个第二槽，沿着朝向晶片的方向将第一气体喷入到所述反应室中；
穿过所述的一个或多个第一槽，将所述的一种或多种作业气体喷入到所述反应室中；以及
通过所述第一气体将所述的一种或多种作业气体转向为基本平行于所述晶片上表面的流型。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的一个或多个第二槽与所述的一个或多个第一槽成形在同一表面上。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在所述的一种或多种作业气体进入反应室之前，对作业气体进行预热的步骤。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在所述的一种或多种作业气体进入反应室之前，使作业气体扩散的步骤。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在所述的一个或多个第一槽中每个槽的垂直方向上成形出一个或多个第三槽的步骤，在所述的一种或多种作业气体进入反应室之前，所述的一个或多个第三槽使所述的作业气体扩散。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的一个或多个第三槽成形在一个或多个第一槽每个的下方。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括对穿过两个或多个第一槽中每个槽的所述一种或多种作业气体的流速进行调整的步骤。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括对穿过两个或多个第二槽中每个槽的所述第一气体的流速进行调整的步骤。
17.向加工晶片的反应室中喷射一种或多种作业气体的方法，包括以下步骤：
沿着朝向晶片的方向，将第一气体喷入到所述反应室中；
将一种或多种作业气体喷入到反应室中；以及
通过所述第一气体将所述的一种或多种作业气体转向为基本平行于晶片表面的流型。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括在所述的一种或多种作业气体进入反应室之前，使作业气体预热的步骤。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括在所述的一种或多种作业气体进入反应室之前，使作业气体扩散的步骤。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括对穿过两个或多个所述第一槽中每个槽的所述一种或多种作业气体的流速进行调整的步骤。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括对穿过两个或多个所述第二槽中每个槽的所述第一气体的流速进行调整的步骤。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100392276C (zh) * 2003-03-03 2008-06-04 梅西耶-布加蒂公司 整体垫片
CN107723790A (zh) * 2016-08-12 2018-02-23 上海新昇半导体科技有限公司 一种外延设备、设备制作方法及外延方法
CN110306171A (zh) * 2019-06-28 2019-10-08 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 一种改善气体分布的沉积室及mpcvd装置
CN112898049A (zh) * 2021-01-28 2021-06-04 赛瑞特科技(福建)有限公司 一种氮化硼涂层蒸发舟及其制备方法
CN112921298A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 福州大学 一种氮化硼涂层及其制备方法及产品

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5789309A (en) * 1996-12-30 1998-08-04 Memc Electronic Materials, Inc. Method and system for monocrystalline epitaxial deposition
US6596086B1 (en) 1998-04-28 2003-07-22 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Apparatus for thin film growth
US6225601B1 (en) * 1998-07-13 2001-05-01 Applied Komatsu Technology, Inc. Heating a substrate support in a substrate handling chamber
US6410090B1 (en) 1998-09-29 2002-06-25 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for forming insitu boron doped polycrystalline and amorphous silicon films
JP3745959B2 (ja) * 2000-12-28 2006-02-15 セイコーエプソン株式会社 シリコン薄膜パターンの形成方法
JP5025609B2 (ja) * 2003-09-04 2012-09-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ 真空処理装置
US7335277B2 (en) 2003-09-08 2008-02-26 Hitachi High-Technologies Corporation Vacuum processing apparatus
DE102004029466A1 (de) * 2004-06-18 2006-01-05 Leybold Optics Gmbh Medieninjektor
JP5202839B2 (ja) * 2006-12-25 2013-06-05 東京エレクトロン株式会社 成膜装置および成膜方法
JP2008192642A (ja) * 2007-01-31 2008-08-21 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置
JPWO2009057185A1 (ja) * 2007-10-29 2011-03-10 株式会社島津製作所 Ｃｖｄ装置
JP2013197401A (ja) * 2012-03-21 2013-09-30 Ulvac Japan Ltd ロードロックチャンバ
CN104962878B (zh) * 2015-06-12 2017-10-20 北京中科优唯科技有限公司 双喷头mocvd反应室
JP6562546B2 (ja) * 2015-07-14 2019-08-21 昭和電工株式会社 ウェハ支持台、ウェハ支持体、化学気相成長装置
CN110079786A (zh) * 2019-06-03 2019-08-02 杭州睿清环保科技有限公司 用于制备大面积金刚石薄膜的热壁热丝cvd的装置
DE102021125463A1 (de) 2021-09-30 2023-03-30 Heliatek Gmbh Verfahren zum indirekten thermischen Erwärmen eines Substrats

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3772659D1 (de) * 1986-06-28 1991-10-10 Ulvac Corp Verfahren und vorrichtung zum beschichten unter anwendung einer cvd-beschichtungstechnik.
US5167716A (en) * 1990-09-28 1992-12-01 Gasonics, Inc. Method and apparatus for batch processing a semiconductor wafer
JP2763222B2 (ja) * 1991-12-13 1998-06-11 三菱電機株式会社 化学気相成長方法ならびにそのための化学気相成長処理システムおよび化学気相成長装置
US5551982A (en) * 1994-03-31 1996-09-03 Applied Materials, Inc. Semiconductor wafer process chamber with susceptor back coating

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100392276C (zh) * 2003-03-03 2008-06-04 梅西耶-布加蒂公司 整体垫片
CN107723790A (zh) * 2016-08-12 2018-02-23 上海新昇半导体科技有限公司 一种外延设备、设备制作方法及外延方法
CN107723790B (zh) * 2016-08-12 2020-07-07 上海新昇半导体科技有限公司 一种外延设备、设备制作方法及外延方法
CN110306171A (zh) * 2019-06-28 2019-10-08 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 一种改善气体分布的沉积室及mpcvd装置
CN110306171B (zh) * 2019-06-28 2023-09-08 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 一种改善气体分布的沉积室及mpcvd装置
CN112898049A (zh) * 2021-01-28 2021-06-04 赛瑞特科技(福建)有限公司 一种氮化硼涂层蒸发舟及其制备方法
CN112921298A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 福州大学 一种氮化硼涂层及其制备方法及产品

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