TW201341586A - 具有遮擋板裝置的反應器 - Google Patents

Abstract

一種具有遮擋板裝置的反應器，包括：反應腔室，所述反應腔室包括位於側壁的開口和位於底部的基座，所述開口用於放入或取出基片，所述基座用於放置基片；位於所述反應腔室內的遮擋板裝置，所述遮擋板裝置圍繞基座上方的反應區域，且在基片放入反應腔室後或者在取出基片後遮罩所述開口；所述遮擋板裝置包括多個部件，且至少一個為可動部件，所述可動部件具有第一位置和第二位置，分別與開啟或關閉的所述開口相對應。採用本發明實施例的遮擋板裝置的反應器，在基片表面形成外延層時，流場和溫度場較為均勻，形成的外延層精確度和均勻性高。

Description

具有遮擋板裝置的反應器

本發明關於在基底上生長外延層的反應器，尤其涉及一種具有遮擋板裝置的反應器。

諸如半導體晶片的微電子元件通常採用下列方法製造，將半導體晶圓放入化學氣相沉積反應器的基底上，通過控制各反應物的流量、體積比等參數，在晶圓上生長外延層，待晶圓表面形成外延層後，再將所述晶圓切成各個半導體晶片。

請參考圖1，圖1為習知技術的化學氣相沉積反應器，包括：

反應腔室100，為化學氣相沉積提供反應平台；位於所述反應器側壁的開口101，所述開口101用於放入或取出基片(未圖示)；位於所述反應器100內的基座103，用於放置所述基片；位於所述基座103底部的加熱裝置105，用於加熱基片，提供化學氣相沉積所需的溫度；所述基座103和加熱裝置105安裝於支撐部件107上，可在支撐部件107的帶動下轉動；位於所述基座103上方的反應通道111，用於通入反應氣體。

由於化學氣相沉積過程中，反應氣體引入到反應腔室100後的工況和參數，例如材料黏性、密度、蒸發壓力、反應氣體的流動路徑、化學活性和/或溫度等，都會對生長在基片表面的外延層的品質產生重要的影響。為了優化形成的外延層的品質，需要對上述參數進行不斷的修正。

專利號為「6039811」的美國專利公開了一種用於生長外延層的反應器，在反應器側壁增加了冷卻室，用於在製造工藝完成之後冷卻 基片。專利號為「6086362」的美國專利公開了一種化學沉積室，通過與反應室連通的冷卻水管，保持反應室壁的溫度在一定理想的範圍內，控制基片表面生長外延層的均勻性。

儘管存在上述種種改進，但在基片表面形成外延層的反應器仍然有較大的改進空間，以形成精確的、均勻性好的外延層。

本發明解決的問題是提供一種具有遮擋板裝置的反應器，可以在基片表面形成精確的、均勻性好的外延層。

為解決上述問題，本發明的實施例提供了一種具有遮擋板裝置的反應器，包括：反應腔室，所述反應腔室包括位於側壁的開口和位於底部的基座，所述開口用於放入或取出基片，所述基座用於放置所述基片；位於所述反應腔室內的遮擋板裝置，所述遮擋板裝置圍繞所述基座上方的反應區域，且在基片放入反應腔室後或者在取出基片後遮罩所述開口；所述遮擋板裝置包括多個部件，且至少一個為可動部件，所述可動部件具有第一位置和第二位置，其中第一位置與開啟的所述開口相對應，使開口和基座之間形成基片移動的通路；其中所述遮擋板裝置內部設置有水槽，所述水槽包括位於一端的進水口和位於另一端的出水口，一冷卻裝置通過水管與所述水槽的進水口和出水口相連。

可選地，所述可動部件的特徵尺寸大於等於所述開口的寬度。

可選地，所述遮擋板裝置為圓柱形。

可選地，所述可動部件沿所述遮擋板裝置的軸線方向移動。

可選地，所述可動部件沿所述遮擋板裝置的圓周方向移動。

可選地，所述遮擋板裝置包括第一部件和第二部件，所述第一部件為可動部件，所述第二部件固定於所述反應腔室內。

可選地，所述第一部件與所述第二部件相接觸的邊緣、內壁或外壁具有第一定位部，所述第二部件與所述第一部件相對應處具有第二定位部，所述第一定位部和第二定位部相配合，用於第一部件在第一位置和第二位置間移動。

可選地，所述第一定位部為凸起，所述第二定位部為與所述凸起相對應的溝槽；或者所述第一定位部為溝槽，所述第二定位部為與所述溝槽相對應的凸起。

可選地，還包括：驅動裝置，所述驅動裝置與所述可動部件相連，用於驅動所述可動部件在第一位置和第二位置間移動。

可選地，所述遮擋板裝置的多個部件分別通過多個連接柱與反應腔室頂壁向連接。

可選地，所述冷卻裝置與所述遮擋板裝置內水槽連接的水管位於所述連接柱內。

可選地，所述水管為不銹鋼材質。

可選地，所述反應器應用於化學氣相沉積反應。

可選地，所述化學氣相沉積反應為金屬有機化合物化學氣相沉積反應。

可選地，還包括：驅動裝置，所述驅動裝置與所述可動部件相連，用於驅動所述可動部件移動，使所述多個部件具有不同高度的下邊沿。

與現有技術相比，本發明的實施例具有以下優點：

本發明的實施例中的遮擋板裝置包括多個部件，其中至少一個部件為可動部件，所述可動部件可以在第一位置和第二位置間移動，以遮罩反應腔室的開口，並通過所述可動部件的移動來靈活控制反應腔室內的流場分佈，使反應腔室內的流場均勻，採用本發明實施例的具有遮擋板 裝置的反應器在基片表面形成外延層，所述外延層的精確度和均勻性好。

進一步的，所述遮擋板裝置內部設置有水槽，通向所述水槽內注入冷卻劑，改善反應腔室內溫度場不均勻的情況。本發明的實施例中，各個部件包括可動部件內部均設置有獨立的水槽，調整所述反應腔室內的溫度場和冷卻基片所需要的時間變短，節省了工藝時間。

〔習知〕

100‧‧‧反應腔室

101‧‧‧開口

103‧‧‧基座

105‧‧‧加熱裝置

107‧‧‧支撐部件

111‧‧‧反應通道

〔本發明〕

200‧‧‧反應腔室

201‧‧‧開口

203‧‧‧基座

205‧‧‧加熱裝置

207‧‧‧支撐部件

209‧‧‧遮擋板裝置

2091‧‧‧可動部件

211‧‧‧反應氣體通道

301‧‧‧第一部件

301a‧‧‧第一定位部

302‧‧‧第二部件

302a‧‧‧第二定位部

303‧‧‧邊緣

401‧‧‧第一部件

401a‧‧‧第一定位部

402‧‧‧第二部件

402a‧‧‧第二定位部

圖1是習知技術的化學氣相沉積反應器的剖面結構示意圖；圖2是本發明實施例的具有遮擋板裝置的反應器的剖面結構示意圖；圖3至圖5是本發明實施例1的遮擋板裝置及各部件的結構示意圖；圖6至圖8是本發明實施例2的遮擋板裝置及各部件的結構示意圖。

正如先前技術所述，採用習知技術的化學氣相沉積反應器，在基片表面形成外延層時，所述外延層的精確度、均勻性有待進一步提高。

經過研究，發明人發現，反應腔室內流場和溫度場是否均勻，嚴重影響了後續在基片表面形成的外延層的精確度和均勻性。發明人發現，在反應通道和基座之間的區域設置一遮擋板裝置，所述遮擋板裝置圍繞所述基座上方的反應區域，並在基片放入反應腔室後或者在取出基片後，遮罩反應腔室的開口，可以較好的減小反應腔室內流場的擾動，利於形成表面均勻性好的外延層。

進一步的，發明人發現，所述遮擋板裝置可以包括多個部件，其中至少一個為可動部件，通過靈活的控制可動部件，達到遮罩反應腔室的開口的目的，並且可通過調整可動部件的位置，更好的控制反應腔室內的流場。

更進一步的，還可以在所述遮擋板裝置的各個部件中設置水 槽，達到控制反應腔室內的溫度場的目的，從而使得在基片表面形成的外延層更加精確、均勻。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

請參考圖2，本發明實施例的具有遮擋板裝置的反應器包括：反應腔室200，所述反應腔室200包括位於側壁的開口201和位於底部的基座203，所述開口201用於放入或取出基片(未圖示)，所述基座203用於放置所述基片；位於所述反應腔室200內的遮擋板裝置209，所述遮擋板裝置209圍繞所述基座203上方的反應區域，且在基片放入反應腔室200後或者在取出基片後遮罩所述開口201，所述遮擋板裝置209包括多個部件，且至少一個為可動部件2091，所述可動部件2091具有第一位置(未標示)和第二位置(未標示)，分別與開啟或關閉的所述開口201相對應，其中，所述第一位置與開啟的所述開口201相對應，使開口201和基座203之間形成基片移動的通路；所述遮擋板裝置209內部設置有水槽(未圖示)，所述水槽包括位於一端的進水口(未圖示)和位於另一端的出水口(未圖示)，一冷卻裝置(未圖示)通過水管與所述水槽的進水口和出水口相連；分別與所述遮擋板裝置209的多個部件相連的多個連接柱(未圖示)，所述連接柱與反應腔室200頂壁連接；位於所述基座203上方的反應腔室200頂壁的反應氣體通道211，用於通入反應氣體，以在基片表面形成外延層。

其中，所述反應腔室200用於為在基片表面生長外延層提供反應平台。所述反應腔室200由不銹鋼材料製成，所述反應腔室200的形 狀為圓柱形，其具有環形側壁、圓形頂壁和圓形底壁。所述圓柱形的反應腔室200的直徑大於基片的直徑，利於後續放置基片進行沉積工藝。所述反應腔室200的側壁具有開口201，為了便於放入或取出基片，所述開口201的寬度(平行於基座203表面方向)大於基片的直徑，小於等於反應腔室200的直徑。所述開口201的高度(垂直與基座203表面方向)大於基片的厚度，小於等於反應腔室200的高度。

需要說明的是，為了使形成的外延層的品質好，在所述基片表面生長外延層時，所述反應腔室200內為真空環境。

需要說明的是，為了便於在基片表面形成外延層時產生的廢氣排出，所述反應腔室200底部還具有排氣口(未圖示)，通過排氣裝置(未圖示)例如抽氣泵將反應腔室200內的廢氣抽出。

所述基座203位於反應腔室200內的底部，用於放置基片。所述基座203表面具有固定件(未圖示)，用於固定基片於基座203表面。所述基座203安裝於支撐部件207上。考慮到基片表面生長外延層需要在一定的溫度下進行，因此，所述基座203的底部還具有加熱裝置205，用於加熱基座203表面的基片。

發明人發現，勻速旋轉的基片有利於減小流場和溫度場不均勻對外延層造成的影響，因此，本發明的實施例中，所述支撐部件207為支承心軸，所述基座203和加熱裝置205的圓心與所述支撐部件207的軸心在同一條直線上，在支撐部件207的帶動下，所述基座203勻速轉動。避免了由於加熱裝置205局部溫度的不均勻，而導致的基片表面生長的外延層精確度降低或不均勻。

所述遮擋板裝置209用於降低反應腔室內流場的擾動，並改變反應氣體的流動方向，避免進入到反應腔室200的反應氣體還未來得及反應，則被排氣裝置由排氣口抽出。所述遮擋板裝置209位於所述反應腔 室200內，圍繞所述基座203上方的反應區域，且在基片放入反應腔室200後或者在取出基片後遮罩所述開口201。

發明人發現，如果遮擋板裝置209為一個整體，通過整體的移動來遮罩所述開口201，不僅需要動力更大的驅動裝置來驅動所述遮擋板裝置209，而且控制反應腔室200內的流場和溫度場的方式不夠靈活，在基片表面形成外延層的精確度和均勻性有待提高，並且，反應結束後冷卻所述基片的時間也較長。

經過進一步研究，發明人發現，可以將所述遮擋板裝置209設計為多個部件，且至少一個為可動部件2091，所述可動部件2091具有第一位置和第二位置，分別與開啟或關閉的所述開口201相對應。為使所述可動部件2091能夠較好的遮罩所述開口201，所述可動部件2091的特徵尺寸大於等於所述開口的寬度。根據所述可動部件2091的移動方向，可以分以下兩個實施例進行說明：

實施例1

請參考圖3至圖5，圖3至圖5分別示出了本發明實施例1的遮擋板裝置的整體結構示意圖、及各部件的結構示意圖。本發明的實施例1中的可動部件沿所述遮擋板裝置的軸線方向運動。

請參考圖3，圖3為本發明實施例的遮擋板裝置的立體結構示意圖。所述遮擋板裝置為圓柱形。所述遮擋板裝置包括第一部件301和第二部件302，所述第一部件301為可動部件，所述第二部件302固定於所述反應腔室(未圖示)內。

考慮到如果第一部件301與第二部件302相接觸的邊緣303為平面時，所述第一部件301和第二部件302之間難免存在縫隙，所述縫隙會對反應腔室內的流場產生擾動，不利於形成均勻性和精確性好的外延層，因此在本發明的一個實施例中，所述第一部件301與所述第二部件302 相接觸的邊緣303具有第一定位部(未標示)，所述第二部件302與所述第一部件301相對應處具有第二定位部(未標示)，所述第一定位部301和第二定位部302相配合，即可實現第一部件301在第一位置(未圖示)和第二位置(未圖示)間移動。

請結合參考圖4和圖5，以第一部件301與所述第二部件302相接觸的邊緣303具有第一定位部301a(圖4所示)，所述第二部件302與所述第一部件301相接觸的邊緣(未標示)具有第二定位部302a(圖5所示)為例進行示範性說明。所述可動部件301沿所述遮擋板裝置的軸線方向移動。

在本發明的實施例中，所述第一定位部301a為溝槽，所述第二定位部302a為與所述溝槽相對應的凸起，所述凸起在所述溝槽內移動，實現所述第一部件301在第一位置和第二位置間的移動。

需要說明的是，在本發明的其他實施例中，也可以：所述第一定位部301a為凸起，所述第二定位部302a為與所述凸起相對應的溝槽，在此不再贅述。

實施例2

請參考圖6至圖8，圖6至圖8分別示出了本發明實施例2的遮擋板裝置的整體結構示意圖、及各部件的結構示意圖。所述可動部件沿所述遮擋板裝置的圓周方向移動。

所述遮擋板裝置包括第一部件401和第二部件402，所述第一部件401為可動部件，所述第二部件402固定於所述反應腔室(未圖示)內。所述第一部件401沿所述第二部件402內圓周方向移動，以實現第一位置(未標示)和第二位置(未標示)間的移動。

請參考圖7，所述第一部件401的外壁具有第一定位部401a，所述第一定位部401a為溝槽。

請參考圖8，所述第二部件402的內壁具有第二定位部402a，所述第二定位部402a為凸起，且其位置與所述第一定位部401a(圖7所示)的位置相配合，以確保第一部件401在第一位置和第二位置間移動。

需要說明的是，在本發明的其他實施例中，還可以為：所述第一定位部401a為凸起，所述第二定位部402a為溝槽，只要所述凸起和溝槽能夠相互配合即可，在此不再贅述。

需要說明的是，在本發明的其他實施例中，還可以為：所述第一部件的內壁具有第一定位部，所述第二部件的外壁具有第二定位部，所述第一定位部和第二定位部的位置相對應，所述第一部件沿所述第二部件的外圓周方向移動。

需要說明的是，在本發明的其他實施例中，所述遮擋板裝置還可以具有三個或者更多部件，其中一個或兩個可移動部件通過上下或圓周方向移動達到一個開啟位置，產生一個通道使基片能過通過該通道從基座上移出/移入反應器。這兩個可移動部件移動到關閉位置時與其他部件構成完整的遮擋板裝置環繞反應區域。其餘一個或多個部件也可以設置驅動裝置，使之能夠移動，通過對各個部件不同高度的調節可以補償由於其他原因產生的氣流不均。比如一個部件位置較高，氣體通過該部件下邊沿與基座間的間隙流入下方排氣裝置(圖中未示出)，另一個部件位置較抵，兩者形成不同的阻力的氣流通道，通過這樣的設置可以實現氣流在不同區域的調節，使反應腔室內的流場和溫度場均勻，以形成精確度和表面均勻性好的外延層。

在本發明的實施例中，以實施例1為例進行詳細說明。請繼續參考圖2，所述水槽用於降低反應腔室200的溫度，所述水槽位於所述遮擋板裝置209的內部，所述水槽包括位於一端的進水口和位於另一端的出水口。為了較好的控制反應腔室200內的溫度場，所述遮擋板裝置209的 各個部件內部均設置有水槽(未圖示)，使調整所述反應腔室200內的溫度場和冷卻基片所需要的時間變短，節省了工藝時間。相應的，所述可動部件2091內部也設置有水槽。為控制在反應過程中反應腔室200內的溫度場，可以根據需要控制遮擋板裝置209內水槽的水流量，以獲得可控的溫度，進而改變反應腔室200內的溫度場，最終獲得均勻性和精確度高的外延層。

在晶面表面形成外延層後，對所述基片進行冷卻，本發明實施例的具有遮擋板裝置209的反應器還包括：冷卻裝置，所述冷卻裝置通過水管與所述水槽的進水口和出水口相連。並且，為了防止生銹，並滿足實際工況要求，所述水管為不銹鋼材質。

所述連接柱用於連接遮擋板裝置209的多個部件和反應腔室200頂壁。其中，所述可動部件2091通過可動連接柱(未圖示)與反應腔室200的頂壁相連接。所述可動連接柱可以做垂直方向的運動或沿遮擋板裝置209邊沿方向的運動，比如沿遮擋板裝置209的軸線方向向上運動或沿遮擋板裝置209的圓周方向運動，從而產生能夠讓基片移入或移出反應腔室200的通路。

由於反應產生的化合物如GaN顆粒只大量存在於反應腔室底部，在反應腔室200頂部較少，所以本發明中遮擋板裝置209與反應腔室200頂壁相連的結構不會在反應腔室200內形成污染物積累的點，減少了後續清洗和維護的難度。在反應過程中所述遮擋板裝置209圍繞所述基片，遮擋板裝置的下邊沿與基片的上表面在近似高度，或者略低於基片上表面。在反應結束後可動部件2091被可動連接柱帶動上升使得所述開口201被打開，形成一個基片移動的通路。遮擋板裝置209的上邊沿與反應氣體通道211出口位於接近的水準高度，遮擋板裝置209上邊沿到反應腔室200頂壁之間還存在空隙以容納可移動部件2091向上運動的空間。通過這樣的 遮擋板裝置209設置可以使反應氣體儘量地向下流向基片表面，減少氣體浪費。

在本發明的實施例中，所述連接柱為空心，所述冷卻裝置與所述遮擋板裝置209內水槽連接的水管位於所述連接柱內，這樣連接柱不僅實現了對遮擋板裝置209位置的固定，還提供了冷卻管道。比如每個部件包括兩根連接柱，通過兩根連接柱與反應腔室200頂壁相連，其中一根連接柱包含一根進水管道，另一根連接柱中包含出水管道。所述進水管道與出水管道與外部的冷卻裝置相連通。所述進水口也可以通過獨立的水管與反應腔室200內壁相固定，管道內的水與外部冷卻裝置相連通。

考慮到所述可動部件2091在第一位置和第二位置間移動需要動力，所述具有遮擋板裝置209的反應器還包括：驅動裝置(未圖示)，所述驅動裝置通過連接柱與所述可動部件2091相連，用於驅動所述可動部件2091在第一位置和第二位置間移動，使所述多個部件具有不同高度的下邊沿。

需要說明的是，本發明實施例的反應器主要應用於化學氣相沉積反應中，尤其是金屬有機化合物化學氣相沉積反應中，在此不再贅述。

綜上，本發明的實施例中的遮擋板裝置包括多個部件，其中至少一個部件為可動部件，所述可動部件可以在第一位置和第二位置間移動，以遮罩反應腔室的開口，並通過所述可動部件的移動來靈活控制反應腔室內的流場分佈，使反應腔室內的流場均勻，採用本發明實施例的具有遮擋板裝置的反應器在基片表面形成外延層，所述外延層的精確度和均勻性好。

溫度場和冷卻基片所需要的時間變短，節省了工藝時間。

本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本發明所屬技術領域具有通常知識者在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。

301‧‧‧第一部件

302‧‧‧第二部件

303‧‧‧邊緣

Claims (15)

1. 一種具有遮擋板裝置的反應器，包括：反應腔室，所述反應腔室包括位於側壁的開口和位於底部的基座，所述開口用於放入或取出基片，所述基座用於放置所述基片；位於所述反應腔室內的遮擋板裝置，所述遮擋板裝置圍繞所述基座上方的反應區域，且在基片放入所述反應腔室後或者在取出基片後遮罩所述開口；其中所述遮擋板裝置包括多個部件，且至少一個為可動部件，所述可動部件具有第一位置和第二位置，其中所述第一位置與開啟的所述開口相對應，使所述開口和所述基座之間形成基片移動的通路；其中所述遮擋板裝置內部設置有水槽，所述水槽包括位於一端的進水口和位於另一端的出水口，一冷卻裝置通過水管與所述水槽的進水口和出水口相連。
2. 如請求項1所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述可動部件的特徵尺寸大於等於所述開口的寬度。
3. 如請求項1所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述遮擋板裝置為圓柱形。
4. 如請求項3所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述可動部件沿所述遮擋板裝置的軸線方向移動。
5. 如請求項3所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述可動部件沿所述遮擋板裝置的圓周方向移動。
6. 如請求項1所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述遮擋板裝置包括第一部件和第二部件，所述第一部件為可動部件，所 述第二部件固定於所述反應腔室內。
7. 如請求項6所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述第一部件與所述第二部件相接觸的邊緣、內壁或外壁具有第一定位部，所述第二部件與所述第一部件相對應處具有第二定位部，所述第一定位部和第二定位部相配合，用於所述第一部件在所述第一位置和第二位置間移動。
8. 如請求項7所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述第一定位部為凸起，所述第二定位部為與所述凸起相對應的溝槽；或者所述第一定位部為溝槽，所述第二定位部為與所述溝槽相對應的凸起。
9. 如請求項1所述的具有遮擋板裝置的反應器，更包括：驅動裝置，所述驅動裝置與所述可動部件相連，用於驅動所述可動部件在所述第一位置和第二位置間移動。
10. 如請求項1所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述遮擋板裝置的多個部件分別通過多個連接柱與所述反應腔室頂壁相連接。
11. 如請求項10所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述冷卻裝置與所述遮擋板裝置內水槽連接的水管位於所述連接柱內。
12. 如請求項11所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述水管為不銹鋼材質。
13. 如請求項1所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述反應器應用於化學氣相沉積反應。
14. 如請求項13所述的具有遮擋板裝置的反應器，其中所述化學氣相沉積反應為金屬有機化合物化學氣相沉積反應。
15. 如請求項1所述的具有遮擋板裝置的反應器，更包括：驅動 裝置，所述驅動裝置與所述可動部件相連，用於驅動所述可動部件移動，使所述多個部件具有不同高度的下邊沿。