TW201350608A - 氣相沉積裝置 - Google Patents

Abstract

一種氣相沈積裝置，包括：一反應腔體，具有一供氣裝置；一管線系統，連接供氣裝置；以及，至少一反應物供應瓶，每一反應物供應瓶分別儲存一反應物，至少一反應物供應瓶以一控溫裝置包覆，控溫裝置具有一輸入端與一輸出端，使得一調控流體流入第一輸入端後再流出該輸出端，維持控溫裝置內部裝載調控流體。

Description

氣相沉積裝置

本發明是有關於一種氣相沈積裝置，且特別是有關於一種氣相沈積裝置中的反應物裝載系統。

薄膜沈積廣泛應用於各種物品的表面製程中，例如珠寶、餐具、工具、模製品及半導體元件。通常金屬、合金、陶瓷或半導體表面形成同質或異質成份的薄膜以改進例如耐磨、耐熱及抗蝕性質。薄膜沈積技術一般被區分為兩種類別，即物理氣相沈積與化學氣相沈積。

根據沈積技術及製程參數不同，沈積的薄膜可具有單晶、多晶或非晶體的不同結構。單晶及/或多晶薄膜的形成對於半導體元件及積體電路製造是十分重要的磊晶層。舉例來說，磊晶層可由半導體層構成且在磊晶層形成的同時進行摻雜，以防止氧及或碳雜質污染的條件(例如真空條件)下形成摻質分布。

在某些製程中，金屬有機化學氣相沈積法(MOCVD)形成的磊晶層常用於製造發光二極體。金屬有機化學氣相沈積法形成的發光二極體的品質受到各種因素的影響，例如，反應腔體內的氣體流動穩定度或均勻度、通過基板表面的氣體流均勻度，及/或溫度控制的精確度等等。這些參數的變化可能會影響形成的磊晶層的品質，亦即影響以金 屬有機化學氣相沈積法所形成的發光二極體的品質。

請參照第1圖，其所繪示為反應物供應系統，例如應用於一種有機金屬化學氣相沈積裝置(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，以下簡稱MOCVD)。反應物供應系統150包括多組管線系統(piping system)112、多組流量控制系統114以及多組反應物裝載系統130，在此圖示上我們以一組為例作顯示。其中，流量控制系統114中包括閥門(valve)可用來控制反應物122的流速，並經由管線系統112傳遞至一供氣裝置(圖未繪示)。反應物裝載系統130將反應物122保持在一固定的溫度，例如20℃，其透過一水浴槽116內放置反應物供應瓶118(即俗稱的MO瓶)，MO瓶118內承載反應物122，例如為NH₃、TMGa(Ga(CH₃)₃)、TMIn、TMAl,Cp2Mg,TEGa等其中一個。水浴槽116中的冷卻液體120例如是以水50%、乙二醇50%(抗凍劑)的比例混合，其中水浴槽116中的冷卻液體120會隨時蒸發散逸而減少，使得溫度維持效果降低，因此必須以人工的方式監測冷卻液體120的水位變化，並適時的補充冷卻液體120。

然而，如此方式，很有可能發生忘記補充冷卻液體120而使得反應物122無法保持在固定的溫度，造成MOCVD沈積效果不佳影響磊晶層的品質，或者晶片良率不佳。

有鑑於此，本發明的目的在於提出一種氣相沈積裝置中的反應物裝載系統，其利用一控溫裝置包覆於反應物供應瓶，並利用流動的調控流體以確保氣相沈積裝置於運作時，使反應物維持在預設溫度。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，提出一種氣相沈積裝置，包括：一反應腔體，具有一供氣裝置；一管線系統，連接供氣裝置；以及，至少一反應物供應瓶，每一該反應物供應瓶分別儲存一反應物，該至少一反應物供應瓶以一控溫裝置包覆，控溫裝置具有一輸入端與一輸出端，使得一調控流體流入第一輸入端後再流出輸出端，維持反應物在一預設溫度。

於一實施例中，更包括溫度感測器，裝設於管線系統或反應物供氣瓶上，用以感測反應物的溫度，產生一溫度信號。於一實施例中，更包括：一流速控制器，根據溫度信號控制調控流體流入輸入端流速。

於一實施例中，更包括：一循環系統，將輸出端所輸出的調控流體進行一熱交換後，再傳遞至輸入端。

於一實施例中，調控流體為一氣體或一液體。

於一實施例中，更包括：一流量控制系統，控制反應物的流速，並且經由管線系統將反應物傳遞至供氣裝置進入反應腔體。於一實施例中，更包括一溫度感測器設置於流量控制系統，以感測第一反應物的溫度，產生一溫度信號。

於一實施例中，控溫裝置為一第一纏繞線路包覆於反應物供應瓶。於一實施例中，控溫裝置更包括一第二纏繞 線路與第一纏繞線路交錯包覆於反應物供應瓶。

於一實施例中，至少一反應物供應瓶為多個供氣瓶，對應該些供氣瓶包覆的多個控溫裝置，以一共通輸入線路同時連接到該些控溫裝置的對應多個輸入端。

於一實施例中，至少一反應物供應瓶包括一第一供氣瓶與一第二供氣瓶，對應一第一控溫裝置與一第二控溫裝置，該第一控溫裝置具有一第一輸入端與一第一輸出端，第二控溫裝置具有一第二輸入端與一第二輸出端，其中第一輸出端連接第二輸入端。

於一實施例中，預設溫度範圍為攝氏4度到40度。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，以下特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明。

本發明提出一氣相沈積裝置，其利用一控溫裝置來裝載調控流體並呈現一滿載位準以包覆於反應物供應瓶，以確保氣相沈積裝置於運作時，反應物維持在固定的預設溫度。

請參照第2圖，其繪示為本發明氣相沈積裝置及其反應物裝載系統的第一實施例。在氣相沈積裝置中，密閉的反應腔體(reaction chamber)200內包括一承載盤(susceptor)206、多個載具(holder)(在此為示意圖以204a、204b為例，實際上根據大小有多個設計，例如八個或十個)、加熱器(heater)208、供氣裝置(shower head)202、以及 中心轉軸210。其中，載具204a、204b係位於承載盤206上，可將晶片(wafer)固定其上。再者，於反應腔體200中進行反應時，加熱器208控制反應腔體200內的反應溫度，中心轉軸210旋轉承載盤206，而供氣裝置202提供反應物，例如反應氣體。因此，可使得生成物均勻地沈積於晶片上。

而在反應腔體200外的反應物供應系統包括管線系統212、流量控制系統214以及反應物裝載系統230。其中，流量控制系統214中包括閥門可用來控制反應物222的流速，並經由管線系統212傳遞至供氣裝置202進入反應腔體200。

反應物裝載系統230包括：一控溫裝置216、一調控流體220(例如，冷卻液體、或者冷卻氣體)、一反應物供應瓶218、一反應物222。其中，該反應物供應瓶218以及控溫裝置216係以剖面圖的方式呈現。

根據本發明的第一實施例，反應物供應瓶218內部裝載反應物222，再經由管線系統212傳遞至反應腔體200。再者，控溫裝置216具有一輸入端(IN)與一輸出端(OUT)。於氣相沈積裝置運作時，調控流體220不斷地流入輸入端(IN)後再由輸出端(OUT)流出，維持該控溫裝置216內部裝載調控流體220，在一實施例中反應物供應瓶218完全被控溫裝置216中的調控流體220所包覆，並呈現一滿載位準，並且將反應物222保持在預設溫度，例如範圍在華氏4度到40度，針對不同反應物提供不同預設溫度。其 中反應物222例如NH₃、TMGa(Ga(CH₃)₃)、TMIn、TMAl,Cp2Mg,TEGa等其中一個，上述反應物預設溫度約落在攝氏4度到40度，其中每一個反應物應活性不同，所預設溫度不一定相同。。

很明顯地，由於氣相沈積裝置運作時，反應物供應瓶218確實被調控流體220所包覆。因此，不需人工來持續監測，也可以將反應物222保持在固定的預設溫度。其中我們可以設計一溫度感測器(圖未繪示)於管線系統212、流量控制系統214或反應物供氣瓶218，用以感測反應物222的溫度，產生一溫度信號，作為溫度調整參考依據。

例如，另一實施例搭配一流速控制器228，根據溫度信號，以精準調整的控制調控流體220的流速，例如以20度為預設溫度下，當溫度超出20.5度時，溫度信號為提供一速度加快信號於流速控制器228，使得流速控制器228加快輸入或排出速度，因此溫度能快速降溫，當回到標準60度，溫度信號控制則使流速控制器228恢復正常流速，來更加精確地將反應物保持在固定的預設溫度。

請參照第3圖，其繪示為本發明的氣相沈積裝置及其反應物裝載系統的第二實施例。而反應物裝載系統350以外之設備如第2圖所述，因此不再贅述。

反應物裝載系統包括：一控溫裝置316、一調控流體320、一反應物供應瓶318、一反應物322、循環系統330。其中，循環系統330可將調控流體320傳遞至控溫裝置316的輸入端(IN)，並由控溫裝置316的輸出端(OUT)傳遞至循環系統330進行熱交換後再度傳遞至輸入端(IN)，其中 熱交換可準確控制在一定溫度範圍，用以精準的控制控溫裝置316中調控流體320的溫度，以達到精準的控制反應物322的固定的預設溫度。

根據本發明的第二實施例，第二實施例的反應物裝載系統更包括一溫度感測器(未繪示)，安裝於流量控制系統314中，用以偵測管線312中反應物322的溫度，並產生一溫度信號T至循環系統330。一實施例中，溫度感測器也可設計於管線系統212上或反應物供氣瓶318，具有感測反應物322的溫度，產生一溫度信號T即可。

在一實施例中，循環系統330中更可包括流速控制器(未繪示)，以控制調控流體320在進行循環時的流速。舉例來說，當管線312中反應物322的溫度升高時，循環系統330內的流速控制器根據溫度信號T，加快調控流體320的流速以降低反應物322的溫度；反之，當管線312中反應物322的溫度降低時，循環系統330內的流速控制器根據溫度信號T，減低調控流體320的流速以升高反應物322的溫度。

由以上說明可知，雖然第3圖的溫度感測器是安裝於流量控制系統314中。然而，在此領域的技術人員也可以將溫度感測器安裝於管線系統212上或者供氣裝置202上，以偵測反應物322的溫度。

請參照第4A圖與4B圖，其所繪示為控溫裝置的其他實施例。如第4A圖所示，控溫裝置係為纏繞線路416包覆於反應物供應瓶418，纏繞線路416具有一輸入端(IN)與一輸出端(OUT)。當氣相沈積裝置運作時，調控流體不 斷地流入輸入端(IN)並且由輸出端(OUT)流出。於一實施例中，此纏繞線路416更可搭配上述循環系統或流速控制器來運作。

如第4B圖所示，控溫裝置係由二纏繞線路430、432包覆組合而成，並且包覆於反應物供應瓶428，控溫裝置具有二輸入端(IN1、IN2)與二輸出端(OUT1、OUT2)。當氣相沈積裝置運作時，調控流體不斷地流入二輸入端並且由二輸出端流出。

當然，此二纏繞線路430、432更可裝置搭配循環系統來運作，以更準確控制反應物的溫度。舉例來說，當管線中反應物的的溫度在一預設溫度範圍時，根據溫度信號T使得循環系統僅控制單一纏繞線路430中調控流體的流動；當管線中反應物的的溫度在一預定溫度範圍以上時，循環系統則同時控制二纏繞線路430、432中調控流體的流動；當管線中反應物的的溫度在一預定溫度範圍以下時，循環系統則降低調控流體在二纏繞線路430、432中流動。當然，循環系統中更可包括流速控制器，以更精準的維持反應物的預設溫度。

當然，本發明的反應物裝載系統也可以應用於需要維持在相同溫度的多個反應物供應瓶上。請參照第5A圖與第5B圖，其所繪示為反應物裝載系統的其他實施例。如第5A圖所示，控溫裝置係為纏繞線路516，其利用並聯的方式各別包覆於第一反應物供應瓶518以及第二反應物供應瓶528，纏繞線路516具有一輸入端(IN)與一輸出端(OUT)。當氣相沈積裝置運作時，調控流體不斷地流入輸 入端(IN)並且由輸出端(OUT)流出。或者，纏繞線路616更可搭配溫度感測器以及循環系統來運作。

如第5B圖所示，控溫裝置係由二纏繞線路524、526各別並聯包覆於第一反應物供應瓶518以及第二反應物供應瓶528，控溫裝置具有二輸入端(IN1、IN2)與二輸出端(OUT1、OUT2)。當氣相沈積裝置運作時，調控流體不斷地流入二輸入端並且由二輸出端流出。當然，此二纏繞線路524、526更可搭配溫度感測器以及循環系統來運作更可準確控制反應物的溫度，而詳細運作情形則不再贅述。

請參照第6A圖與第6B圖，其所繪示為反應物裝載系統的其他實施例。如第6A圖所示，控溫裝置係為纏繞線路616以串聯的方式依序包覆於第一反應物供應瓶618以及第二反應物供應瓶628，纏繞線路616具有一輸入端(IN)與一輸出端(OUT)。當氣相沈積裝置運作時，調控流體不斷地流入輸入端(IN)並且由輸出端(OUT)流出。或者，纏繞線路616更可搭配溫度感測器以及循環系統來運作。

如第6B圖所示，控溫裝置係由二纏繞線路656、666包覆組合而成，並且各別以串聯的方式依序包覆於第一反應物供應瓶658以及第二反應物供應瓶668，控溫裝置具有二輸入端(IN1、IN2)與二輸出端(OUT1、OUT2)。當氣相沈積裝置運作時，調控流體不斷地流入二輸入端並且由二輸出端流出。當然，此二纏繞線路656、666更可搭配溫度感測器以及循環系統來運作更可準確控制反應物的溫度，而詳細運作情形則不再贅述。

由上述實施例可知，本發明的優點是提出一種氣相沈積裝置中的反應物裝載系統，以其利用一控溫裝置包覆於反應物供應瓶，並且使調控流體在控溫裝置中流動，以確保氣相沈積裝置於運作時，反應物維持在固定的預設溫度。

綜上所述，雖然本發明已將較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

112‧‧‧管線

114‧‧‧流量控制系統

116‧‧‧水浴槽

118‧‧‧反應物供應瓶

120‧‧‧冷卻液體

122‧‧‧反應物

130‧‧‧反應物裝載系統

200‧‧‧反應腔體

202‧‧‧供氣裝置

204a、204b‧‧‧載具

206‧‧‧承載盤

208‧‧‧加熱器

210‧‧‧中心轉軸

212‧‧‧管線系統

214、314‧‧‧流量控制系統

216、316‧‧‧控溫裝置

218、318‧‧‧反應物供應瓶

220、320‧‧‧調控流體

222、322‧‧‧反應物

228‧‧‧流速控制器

230‧‧‧反應物裝載系統

330‧‧‧循環系統

416、430、432‧‧‧纏繞線路

418、428‧‧‧反應物供應瓶

516、524、528、616、656、666‧‧‧纏繞線路

518、618、658‧‧‧第一反應物供應瓶

528、628、668‧‧‧第二反應物供應瓶

第1圖所繪示為習知的氣相沈積裝置示意圖。

第2圖繪示為本發明反應物裝載系統的第一實施例。

第3圖繪示為本發明反應物裝載系統的第二實施例。

第4A圖與4B圖所繪示為控溫裝置的其他實施例。

第5A圖與5B圖所繪示為多反應物的氣相沈積裝置示意圖。

第6A圖與6B圖所繪示為控溫裝置的其他實施例。

200‧‧‧反應腔體

202‧‧‧供氣裝置

204a、204b‧‧‧載具

206‧‧‧承載盤

208‧‧‧加熱器

210‧‧‧中心轉軸

212‧‧‧管線系統

214‧‧‧流量控制系統

216‧‧‧控溫裝置

218‧‧‧反應物供應瓶

220‧‧‧調控流體

222‧‧‧反應物

228‧‧‧流速控制器

230‧‧‧反應物裝載系統

Claims (12)

1. 一種氣相沈積裝置，包括：一反應腔體，具有一供氣裝置；一管線系統，連接該供氣裝置；以及至少一反應物供應瓶，每一該反應物供應瓶分別儲存一反應物，該至少一反應物供應瓶以一控溫裝置包覆，該控溫裝置具有一輸入端與一輸出端，使得一調控流體流入該輸入端後再流出該輸出端，維持該反應物在一預設溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣相沈積裝置，更包括：一溫度感測器，裝設於該管線系統或該反應物供氣瓶上，用以感測該反應物的溫度，產生一溫度信號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之氣相沈積裝置，更包括：一流速控制器，根據該溫度信號控制該調控流體流入該輸入端流速。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣相沈積裝置，更包括：一循環系統，將該輸出端所輸出的該調控流體進行一熱交換後，再傳遞至該輸入端。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣相沈積裝置，其 中，該調控流體為一氣體或一液體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氣相沈積裝置，更包括：一流量控制系統，控制該反應物的流速，並且經由該管線系統將該反應物傳遞至該供氣裝置進入該反應腔體。
7. 如申請專利範圍第6項所述之氣相沈積裝置，更包括一溫度感測器設置於該流量控制系統，以感測該反應物的溫度，產生一溫度信號。
8. 如申請專利範圍第1項所述之氣相沈積裝置，其中，該控溫裝置為一第一纏繞線路包覆於該反應物供應瓶。
9. 如申請專利範圍第8項所述之氣相沈積裝置，其中，該控溫裝置更包括一第二纏繞線路與該第一纏繞線路交錯包覆於該反應物供應瓶。
10. 如申請專利範圍第1項所述之氣相沈積裝置，其中，該至少一反應物供應瓶為多個供氣瓶，對應該些供氣瓶包覆的多個控溫裝置，以一共通輸入線路同時連接到該些控溫裝置的對應多個輸入端。
11. 如申請專利範圍第1項所述之氣相沈積裝置，其中，該至少一反應物供應瓶包括一第一供氣瓶與一第二供氣瓶，對應一第一控溫裝置與一第二控溫裝置，該第一控 溫裝置具有一第一輸入端與一第一輸出端，該第二控溫裝置具有一第二輸入端與一第二輸出端，其中第一輸出端連接該第二輸入端。
12. 如申請專利範圍第1項所述之氣相沈積裝置，其中該預設溫度範圍為攝氏4度到40度。