TW201005198A - Plural gas distribution system, plural gas distribution showerhead apparatus, and semiconductor manufacturing plural gas distribution system - Google Patents
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
Description
201005198 六、發明說明: 【發明所屠之技術領域】 本發明係有關於一種複向氣體分配系統,特別是有 關於可同時傳遞分離氣體之一種氣體分配系統。 【先前技術】 III/V族半導體係用以製作如微波頻率積體電路之裝 置。舉例而言,微波頻率積體電路可為紅外線發光二極 美體、雷射二極體、太陽能電池。以砷化鎵(GaAs)之III/V 族半導體為例,砷化鎵係為砷與鎵兩元素之化合物。 為了形成半導體裝置中之ΠΙ/ν族半導體層,含有 III/V族元素之氣體係被釋放於具有一工件之一腔體之 中。藉由ΙΠ族元素與V族元素之間相互反應下,於工件 之上便可沉積形成一對應m/v族半導體。就半導體形成 方法過程中所加入腔體中之來源氣體而言,此來源氣體 對於最後產生之ΠΙ/ν族半導體裝置之均勻性、純度與結 ^ 構有相當重要的關聯性。 就用於將氣體傳遞之一腔體之習用系統中,此習用 系統包括了來源氣體之預混合。然而,習用系統之缺點 在於預混合之元素、預混合氣體傳遞至腔體之設備維修 上問題,這是因為預混合氣體會與傳遞系統之間產生反 應,並且預混合氣體會在傳遞系統中產生沉澱。再者, 部分氣體係無法進行預混合、造成揮發或其它問題。 另一習用系統是採用了依序方式而將複數氣體傳遞 之腔體。氣體傳遞系統供應一第一氣體,隨後再藉由氣 0503-A33811TWF/alexlin 3 201005198 體傳遞系統供應—第二氣體。氣體傳遞系統是可對於工 2進行迴轉’並且可依需求而重覆此製程,如此便可声 付所需之薄膜厚度。此習用系統之主要缺點在於工件‘ 雖然在工件之層結構中是需要-明顯濃度變 口到上述不均勻性的改良,但在此習用系統中之 乳體轉換方法是無法取得此明顯濃度變化。、 又一習用系統是採用了將一氣體傳遞至腔 =,並且將另—氣體傳遞至腔體中之另-部分。氣體 於工件進行迴轉。然而,此習用系統所 產生的溥肤具有不均勻、良率降低等問題。 =田如何能提出—種新穎的氣體分配系統而可針 广爾術中之問題提出解決實為重要的課題所 【發明内容】 參 -般而言’上述習用技術中所產生的問 ==:離氣體之-氣體分配系統及其技術上二憂 統。=:=:=複:氣_ 係用以容納複數氣體且排出複數氣體。淋浴頭传= 腔體,中。·淋浴頭包括具有至少兩分支管路之至;」 通道氣體傳遞管件,至少兩分支管路 夕 合之複數氣體排放進入腔體。 ’、1同時將未混 為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能 0503-A3381 lTWF/alexlin 4 201005198 更明顯易懂,下文特舉 作詳細說明如乂佳只施例,並配合所附圖示, 上’然其並非用以阳岳、' 本,明已以較佳實施例揭露如 用以限制本發明,任何孰羽 在不脫離本發明之於 H “此項技#者’ 因此本發明之保護範:了做更動與潤飾, 者為準。 _田視後附之申請專利範圍所界定 【實施方式】 以下將對於較佳實施例之製 明。然而,經由所列,、使用&出并細的祝 提牛 λ轭例可看出,此實施例所 徒供之許多可實施的發 定上下文中而予以上可在各式各樣變化之特 定方法$ Λ ;所提出特定實施例僅利用特 明之範圍造纽制。肖使用,但並不會對於本發 e 戈明本:::將Γ特定上下文甲對於所列舉實施例提出 .,_ + 午上生成猫日日層之有機金屬化學氣 =,CVD)系統。這些實施例可應用在其它= 體製作δ又備(例如:敍刻哭炫 ^ xj°°熔爐、電漿反應器)及可受益 於-竭體分配系統及/或裝置之其它類似設備。 弟1圖係表示根據本發明之—實施例之—複向氣體 分配系統1〇〇之圖式。複向氣體分配系統1〇〇包括一腔 體102、-氣體輸入區域1〇4' —控制器⑽、一平台in 與:擔板。腔體iG2係可維持—真空且將工件11〇保持 在平口 112之上’並且可將氣體經由複數排氣孔⑴而 排出。再者’一淋浴頭108係設置於腔體102之中。淋 〇503-A338IlTWF/a]exlin 5 201005198 浴頭、1〇8係連接於氣體輸入區域1〇4,藉由氣體輸入區域 1—04以進给氣體至淋浴頭】〇8。淋浴頭1〇8係可經由氣體 官件116而同時接收來自於氣體輸入區域1〇4之多數氣 體。淋浴頭108更包括複數多通道氣體傳遞管件122。= 數機構118係可設置在適當的地方,藉由 = 胸數工件u。進行結構性支承、加熱與迴:構:另8 .:實施例中,腔體102係可用以握持複數工件11〇。複數 箭頭120係用以表示層流。然而,雖然在第}圖中表示 了流向工件110之層流120’但此層流可能會因為迴轉; 之工件110或其它因素而產生擾動。 氣體輪入區域104是可以設置在複向氣體分配系统 1⑼的内部’例如:來源氣體之瓶子、備用氣體源、連接 至-外部氣體分配區域之一閥系統、或其它類似物。另 :方面’氣體輸入區域104是可以設置在複向氣體分配 糸統100的外部。不論在任何例子中,多數氣體是 時地輸入淋浴頭108,並且在琳浴頭1〇8的作用下係可 體同時傳遞至腔體1G2中之各多通道氣體傳遞管 控制器106係可為任何適用的微處理器單元。押制 器1〇6包括一電腦,此電腦係可設置於複向氣體分=系 統100之内部或外部。在控制器1〇6之控制作用 二、 體係可經由連接件124而流入淋浴頭⑽。再者,控= 106亦可經由連接件124而對於工件11〇之㈤ ° 110之迴轉、腔體102之真空及/或泵送、或二二工二 件進行控制。 —一匕頦似物 0503-A33811TWF/alexlin 6 201005198 第2A、2B圖係表示具有 夕、, ⑵之複數淋浴頭·、说之通這氣體傳遞管件 頭208、258之功能係相同於/ 之圖式,這些林浴 先參閱圖,於第圖中之淋浴頭⑽。請 , 口 y、弟2八圖中所示係為沿著相同於第】 圖之剖面“a-a”下對於淋浴頭1〇8之一 1门於弟1 之剖面圖。淋浴頭208係為林浴頭1〇8 :::::切: .第2A圖所示之剖面圖係為經由第ι圖令之工二〇 j ㈣淋浴頭⑽、多通道氣體傳遞管件i22 = 式。於本實施例中,淋浴頭2 〇 8具有一 ° 兩通道氣體傳遞管件222之樣式)。妓、、,、_ 7工(列如. 兩通道氣體傳遞管件222’這^且兩3二包括9組 1 y、、且兩通迢氣體傳遞管件 2係用以做為-内分支管路分支管路…鱼库 路分支管路236。 丨刀文& 内2管路分支管路234係、可具有—第—氣體源, ,弟-氣體源係經由-氣體輪入區域所進給輸入(例如: 第1圖所7F之氣體輸人區域1Q4),並且利用内分支管路 ⑩分支管路234可對於腔體(未圖示)中之第—氣體進行排 放。此外,外分支管路分支管路236係可具有一第二氣 體源,此第二氣體源係經由一氣體輸入區域所進給輸 入,並且利用外分支管路分支管路236可對於腔體中之 第二氣體進行排放。再者,内分支管路分支管路234與 外分支管路分支管路236係將未混合之第一氣體、第二 氣體排放至腔體之中,並且較佳的方式係為對於内分支 官路氣體之流率與外分支管路氣體之流率進行個別的控 制。此外,外分支管路256之直徑係約為一工件之直徑 0503-A33811TWF/alexlin 7 201005198 的1/5為佳,内分支管路254之直徑係約為一工件之直徑 的1 /10為佳。 藉由第一分支管路與第二分支管路所產生之層流係 可提供了經由外分支管路236所排出一柱狀氣體,此外 分支管路236所排出柱狀氣體係圍繞在經由内分支管路 234所排出柱狀氣體之外側。外分支管路236之平均直徑 係約介於一工件之直徑的1/10至1/100之間。内分支管 * 路234之平均直徑係約介於外分支管路236之直徑的 Φ 1/10至3/4之間。 在一備用實施例中,複數兩通道氣體傳遞管件可包 括相互並置之兩通道:一第一分支管路與一第二分支管 路。直到流經第一分支管路之氣體與流經第二分支管路 之氣體被排放至腔體之前,流經第一分支管路之氣體與 流經第二分支管路之氣體係為相互獨立且不會相互混 合,並且第一分支管路之氣體流率與第二分支管路之氣 體流率係採用個別方式加以控制。 〇 於實施例之更多特定的例子中,藉由淋浴頭208之 操作係可產生一 III/V族薄膜(例如:砷化鎵(GaAs))。氣 體傳遞用之内分支管路234係可對於一氣體輸入區域(例 如:第1圖中之氣體輸入區域104)所進給輸入之一 III族 (例如:鎵氣體源)之氣體進行傳輸,並且藉由内分支管路 234係可對於腔體(未圖示)中之III族氣體進行排放。此 外,外分支管路236係可對於一氣體輸入區域所進給輸 入之一 V族氣體(例如:砷化氫)進行傳輸,並且可藉由 外分支管路236將V族氣體排放至腔體。再者,内分支 0503-A33811TWF/alexlin 8 201005198 管路234、外分支管路236係將未混合之V族氣體、ΙΠ 族氣體排放至腔體,籍此以提供一均勻砷化鎵薄膜。任 何熟習此項技藝者均可了解,其它的V族氣體(例如:磷 化氫)及III族氣體源中之用於提供鎵之三曱基鎵與三乙 基鎵之氣體源、用於鋁之三曱基鋁與三乙基鋁之氣體 源、用於銦之三曱基銦之氣體源、其它類似者均可被採 用。於半導體製程設備或其它設備型態之中,其它氣體 及氣體型態是可被使用於本發明之其它實施例。 φ 請參閱第2B圖,於第2B圖中所示係為沿著相同於 第1圖之剖面“a-a”下對於淋浴頭108之一實施例進行剖 切下之剖面圖。淋浴頭258係為淋浴頭108之一實施例。 於第2B圖中之淋浴頭258具有一星型樣式(例如:氣體 傳遞管件252之樣式)。於本實施例中,淋浴頭258之氣 體傳遞管件252之數目為25。複數氣體傳遞管件252係 為第1圖中之多通道氣體傳遞管件122之一實施例。各 氣體傳遞管件252包括一外分支管路256與一内分支管 ⑩ 路254。如第2A圖所示,直到流經外分支管路256之氣 體與流經内分支管路254之氣體被排放至腔體之前,流 經外分支管路256之氣體與流經内分支管路254之氣體 係為相互獨立且不會相互混合。任何氣體傳遞管件252 之實際數量與尺寸均可適用於淋浴頭258,具有其它樣式 之多通道氣體傳遞管件、具有其它形狀(例如:開端式錐 形、開端式杯形或其它類似形動)之多通道氣體傳遞管件 均可被採用。 第3A、3B圖係分別表示具有複數通道氣體傳遞管件 0503-A33811TWF/alexlin 9 201005198 之複數淋洛頭之實施例之圖式。 請先參閱第3A圖,於第^闽丄 於第!圖之剖面‘W,下對4=::係=:同 剖切下之剖面圖。於 、之一贯她例進行 四通道氣體傳遞管件322,第'之^頭3〇8包括複數 件包括複數四通道氣體傳遞管件圖St通道氣體傳遞管 管件功係設計為一十字型;^、322,各四通道氣體傳遞 则為多通道氣體傳遞;=被「,氣體傳遞管件 實施例。妒%如 22被S隔為四個部分的一
Xe例然而’在四通道氣體傳遞 所維持的氣體容量並不相同 22:之各通道 盆中'包括= 關係而維持之特定的氣體容量, 通、曾传關係之氣體容量。於本實施例中,各 不會與其它通道所發出之氣體相互混 f由這些通道係可將這些氣體輸送至腔體之中。再 ❹ 俜C“料之v族、111族與載流氣體h2 在四通道氣體傳遞管件322中進行流動。因此, 行傳Π中2:個以上的通道係可對於相同的氣體進 傳輸,或疋各通道可分別對於不同的氣體進行傳輪。 圖所示’於第3B圖中所示係為沿著=於 =圖^面‘W’下對於淋浴頭⑽之—實施例進行剖 管件^5:1_圖:淋浴頭358包括了複數五通道氣體傳遞 ^ 。各五通道氣體傳遞管件352係被區隔為一内分 =路353與-外分支管路354。内分支管路扮係被區 $ 3A圖所示之四通道氣體傳遞管 2)。在所採用之複數五通道氣體傳遞管件352,五通 〇5〇3-A33811TWF/alexlin 201005198 道中之各通道之間係為相互獨立的,並且藉由各通道可 將未混合之不同的氣體傳輸至腔體(未圖示)之中。因此, 一第一氣體係可對於流經複數五通道氣體傳遞管件352 之四種不同氣體進行圍繞。第一氣體係為一載流氣體, 並且當四種不同氣體經由五通道氣體傳遞管件352而發 出時,藉由載流氣體係可對於這四種不同氣體進行圍繞。 於所述之特定實施例中,載流氣體H2係流入外分支 管路354,並且藉由内分支管路353對於V族氣體、III 參 族氣體進行輸送。因此,一、二、三、四或五種氣體係 可同時發出而進入腔體,並且五種氣體中之各氣體之流 率係可獨立地進行控制,或是可對於相同氣體同時進行 控制。 第4圖係表示根據本發明之一實施例中之内含於淋 浴頭之氣體互連器與入口之圖式。淋浴頭400包括複數 兩通道氣體傳遞管件422(例如:第1圖中之多通道氣體 傳遞管件122,僅針對說明之目的而列舉)。氣體互連管 ⑩ 件401、402係與次氣體管件403之間相互連接,次氣體 管件403係依序經由氣體入口 438、439而連接至兩通道 氣體傳遞管件422。 第5圖係表示具有室擋板550之一複向氣體分配系 統500之一實施例之圖式。複向氣體分配系統500係類 似於第1圖中之複向氣體分配系統100。複向氣體分配系 統500包括一淋浴頭508,此淋浴頭508係為第1圖中之 淋浴頭108之一實施例。淋浴頭508包括複數多通道氣 體傳遞管件522,此多通道氣體傳遞管件522係為第1圖 0503-A3381 lTWF/alexlin 11 201005198 ❹ 中之多通道氣體傳遞管件122之—實施例。多通道氣體 傳遞官件522包括了用於傳遞三種不同氣體(件如:分別 位於分支管路5〇1、502、503之中的氣體i、2、3)之複 數通道。值得注意的是,分支管路5〇1、5〇2、5〇3可具 有不同的長度’也就是連接至工件51()是具有不同的距 離(例如:距離dl、d2)。藉由一控制器(例如圖中 之控制器106)係可對於由多通道氣體傳遞管件522所得 之距離進行可調整及/或可程式之控制。由一多通道氣體 傳遞管件至另一多通道氣體傳遞管件之連接至工件51〇 的距離是可改變而通過淋浴頭508。 在^複向氣體分配系統500中亦顯示出複數室擋板 550—’藉由複數室擋板55〇除了可將氣體導向於工件训 與複數排氣孔114而進行流動,並且藉由複數室擔板55〇 更可阻止氣體流人上腔體552與防止氣體再流入淋浴頭 508,如此便可防止氣體與氣體副產物對於淋浴 上腔體552造成污染。卢數宮择姑^ 、取Α木杈數至擋板55〇係以鄰接於各通 道氣體傳遞管件522而進行定位。 、第6圖係表示—複向氣體分配系統之—實施例之圖 式,其中,一淋浴頭包括一氣體傳遞管件。—上腔體6〇2 包,一淋浴頭608’此淋浴頭6〇8係為單一多通道氣體傳 =管件之-實施例。各通道係可對於—不同氣體進行傳 輸,或是利用多個通道對於相同的氣體進行傳輸。如所 施例中:、氣體傳遞管件包括一五通道氣體傳遞管 擋板655係將氣體導向於排 ’此五通减體傳遞管件係經由複數分支 出相互獨立之三種氣一 〇503-A33811TWF/alexlii 12 201005198 氣系統且將複數氣體進行汽氣,如此以避免這些氣體填 入於腔體602之上方或回流至淋浴頭6〇8之中。 第7 A、7 β圖係表示具有—同心圓淋浴頭7 0 8與複數 同心圓擔板755之-複向氣體分配系統之—實施例之圖 請先參閱第7Α圖中之淋浴頭谓,多通道氣體傳遞 官件722包括複數獨立同心圓分支管路7iq。複數獨立同 心圓分支管路7U)係可用以做為複數外分支管路。一内 分支管路7U包括了具有四通叙—分支管路。複數獨 =同^圓刀支纽71Ga、71Gb、71Ge係可將不同的氣體 輸送至腔體702。位於複數獨立心圓分支管路具有 複數小孔洞’這些小孔洞係位在複數環狀管件之工件 側氣體係可藉由這些小孔洞而流入複數同心圓撞板乃$ 之中(請參閱以下相關擋板之敘述)。 第7B圖所示,腔體702係用以收納同心圓淋浴頭 观。同心圓淋浴頭谓係用以將氣體分配至複數同心圓 擔板755之中,此複數同心圓擋板755係由同心圓淋浴 ❹頭708而向下延伸至工件751。在對於同心圓擔板755之 工件側進行巧妙的設計作用下,藉由此同心圓禮板755 之工件側的導引更可使得複數氣體均勻地繞著工件751 而進行流動。 雖:、、、;本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用 、f]本卷明,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明 神和範圍内,當可做更動與潤飾,因此本發明之保 遵觀圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 〇503-A33811TWF/alexl: 13 201005198 【圖式簡單說明j 第1圖係表示根據本發 一一 分配系統之圖式; ~~霄施例之一複向氣體 第2A、2B圖係表示具有兩斤 淋浴頭之實施例之圖式· "k道氣體傳遞管件之複數 弟3A、3B圖将公如主_ ❿ 五通道氣輯輕件與 圖式第4圖係表示内含於淋洛頭之氣kr器與Γ 口之 弟5圖係表示具有宮择 一實施例之圖式; 以之—複向氣體分配系統之 第6圖係表示一複向氣體分配系統之一實施例之圖 、〃中 淋冷頭包括一氣體傳遞管件,一腔體包括 一擋板;以及 。第7A、7B圖係表示具有―同心圓淋浴頭與複數同心 圓擋板之一複向氣體分配系統之一實施例之圖式。 【主要元件符號說明】 100〜複向氣體分配系統; 102、702〜腔體; 104〜氣體輸入區域; 106〜控制器; 108、208、258、308、358、400、508、608〜淋浴頭; 110、510、751〜工件; 112〜平台; 114〜排氣孔; 116〜氣體管件; 118〜機構; 120〜箭頭; 122〜多通道氣體傳遞管件; 124、126〜連接件; 0503-A3381 lTWF/alexlin 14 201005198 222〜兩通道氣體傳遞管件; 234、254、353〜内分支管路; 236、256、354〜外分支管路; 252〜氣體傳遞管件; 322〜四通道氣體傳遞管件; 352〜五通道氣體傳遞管件; 401、402〜氣體互連管件; 403〜次氣體管件; φ 422〜兩通道氣體傳遞管件; 438、439〜氣體入口; 5 0 0〜複向氣體分配糸統, 501、502、503〜分支管路; 522〜多通道氣體傳遞管件; 550〜室擋板; 552、602〜上腔體; 622〜五通道氣體傳遞管件; 〇 65 5〜擔板; 70 8〜同心圓淋冷頭, 710a、710b、710c〜同心圓分支管路; 711〜内分支管路; 755〜同心圓擔板; a-a〜剖面, dl、d2〜距離。 0503-A33811TWF/alexlin 15
Claims (1)
- .201005198 七、申請專利範圍: 1. 一種複向氣體分配系統,包括: 一腔體,用以容納複數氣體且排出該等氣體; 一淋浴頭,設置於該腔體之中,該淋浴頭包括至少 一多通道氣體傳遞管件;以及 至少兩分支管路,設置於該至少一多通道氣體傳遞 管件之中,該至少兩分支管路係用以同時將未混合之該 等氣體排放進入該腔體。 m 2.如申請專利範圍第1項所述之複向氣體分配系 統,更包括至少一擋板,該至少一播板係鄰接於該至少 一多通道氣體傳遞管件。 3. 如申請專利範圍第1項所述之複向氣體分配系 統,其中,該至少兩分支管路包括一内分支管路與一外 分支管路,該内分支管路係由該外分支管路所圍繞,該 内分支管路係隔離於該外分支管路。 4. 如申請專利範圍第3項所述之複向氣體分配系 〇 統,其中,該内分支管路包括了一結構,該結構係用以 將該内分支管路之一内部區分為複數容積,該等容積之 各該容積係與該等容積之各其它該等容積是相互隔離 的。 5. 如申請專利範圍第4項所述之複向氣體分配系 統,其中,該内分支管路係由η個外分支管路所圍繞, 該η為一整數。 6. 如申請專利範圍第3項所述之複向氣體分配系 統,其中,該内分支管路係由η個外分支管路所圍繞, 0503-A33811TWF/alexlin 16 201005198 該η為一整數。 统,:中如申:專利範園f 3項所述之複向氣體分配夺 統’其中’該至少兩分岁瞢八 此糸 接擋板。 刀支吕路“支官路係具有一鄰 8.如申請專利範 統’更包括一控制器 台溫度、一平台迴轉 控制。 圍第1項所述之複向氣體分配系 ’該控制器係用以對於—或多個^ 、一室壓力與一氣體輸入區域進行參 矫争勹2明專利範圍第8項所述之複向氣體分配李 平台’該平台與該至少-多通道氣二ΐ =間的-距離係為可變的,該距離係由該控制二 .如申請專利範圍第9項所述之複向氣體分配系 、、先’其中,該至少一炙、S、妥广JSA /由' =彳通道耽體傳遞管件之-直徑係約 J於該平σ之一直徑的1/5。 統,Γφ如^專利範圍第9項所述之複向氣體分配系 〜至少—多通道氣體傳遞管件包括—出口孔, β亥出口孔之-直徑係約小於該平台之—直徑的_。 12. Μ請專利_第9項所述之複向氣體分配系 *·先,/、中,该平台係用以握持複數工件。 ^如申請專利範㈣9項所述之複向氣體分配系 、、先、、中,-距離dl係為一第一分支管路與該平α之間 的距離,—距離d2係為—第二分支管路與該平台之間的 距離,該距離di係不等於該距離d2。 14. 一種複向氣體分配淋浴頭裝置,包括: 0503-A33811TWF/alexli] 17 201005198 行流動,該η為一整數。 19. 一種半導體製造複向氣體分配系統,包括: 一控制器; 一氣體輸入區域,其中,該控制器係用以獨立地對 於該氣體輸入區域所流出之複數氣體中之各氣體的一氣 流進行控制; 一腔體,用以排出該等氣體; 一淋浴頭,設置於該腔體之中以用以收容該等氣 φ 體,該淋浴頭包括至少一多通道氣體傳遞管件,該等氣 體中之一第一氣體與一第二氣體係同時被傳遞且未混合 而至該腔體中之至少一工件;以及 一平台,用以握持該至少一工件。 20. 如申請專利範圍第19項所述之半導體製造複向 氣體分配系統,更包括至少一擋板,該擋板係位於該腔0503-A33811TWF/alexlin 19
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