TW552315B - High throughput cold wall vapor deposition reactor and gas distribution system, and method of controlling gas flow in the reactor - Google Patents

Description

552315 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（彳) 本發明係有關一種裝置，用以生產流動調整的晶晶（ flow modulation epitaxy )，更特定的係有關一種高產量的 有機金屬化合物氣相磊晶（〇Μ V P E )裝置，用以將材 '料沈積在基體上。在較佳實施例中，本發明應用至冷器壁 反應器上，其可變換的應用於熱器壁反應器，以磊晶的方 式沈積復合半導體材料。 化學氣相沈積所用的反應器，例如用於半導體材料、 晶圓之磊晶生長製程的反應器係習知者。有兩種形式的反 應器可用在磊晶製程，其中爲冷器壁反應器，而另一種爲 熱器壁反應器。這兩種皆爲已知，且係依據反應的形態來 選用所需的反應器。 在化學氣相沈積反應器中，當製程所用的化學品流過 器壁時，容易在器壁及基體上分解，並在器壁上形成一層 分解反應物，且時間一久便會剝離，而在器室內產生微粒 污染物，此微粒污染物會破壞到製造中的晶圓。此外，某 些成分具有化學記憶效果，亦即，不純物累積在器壁上， 且在其後的製造過程中脫落，而污染到其後的製造過程。 爲了避免此種污染，必須經常的淸洗器室。然而，往往必 須將裝置拆卸才能進行淸洗的動作，不但費時，並使得整 個器室遭到周圍空氣的污染。因此，需要一種裝置可在不 拆卸的情況下淸洗反應器室，以防止污染。 進一步的，在許多化學氣相沈積反應器中，提供有冷 卻裝置，當熱的反應氣體通過晶圓以加以處理後，冷卻裝 置可將熱的反應氣體降溫，冷卻後^氣體再藉由外部的真 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4 - --------訂---------線▲ (請先閱讀背面之注意事項再^^本頁) 552315 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（3 ) 向外傾斜、錐狀的外表面，用以接收要處理的晶圓。接收 器藉由一個旋轉固定器支持在反應器室內，旋轉固定器包 括支持圓筒，支持圓筒可以是另一個石英圓柱筒，其具有 ^支持在支持軸承上的下緣，支持軸承承載於反應器的下端 帽上。轉動固定器並包括安裝於支持圓筒外部的齒輪，且 此齒輪係由安裝在驅動馬達軸上之對應驅動齒輪所驅動。 提起的固定器包括一上端帽支持吊筒，其較佳的係圍 繞於內反應器室的石英圓筒。當提起固定器向上移動時， 接收器被拉起而通過外反應器圓柱的上端，以便取放接收 器上的晶圓，並可檢查、調整及/或置放這些晶圓。吊起 圓筒可相對於上端的閉合部轉動，因而當提起接收器以取 放其上的所有晶圓時，可使接收器轉動。 外反應器室的圓柱圍繞並包圍住內反應器室，接收器 及上吊筒，且其上端固定於頂端帽，而其下端固定於底端 帽。兩個端帽較佳的係不鏽鋼製的，在圓柱筒及不鏽鋼的 端帽間並具有適當的密封。內反應器室圓柱筒的上端被緊 密的蓋住，並向下延伸通過下端帽，使得此圓筒的內部暴 露於環境中，同時圓柱筒的環狀區與環境氣體隔開。感應 的加熱線圈，石英燈或其他適當的加熱源延伸進入內反應 器的圓柱筒內，以便加熱接收器，同時加熱接收器所支持 的晶圓。內圓柱筒及反應器圓柱筒間的密封環狀區係作爲 密閉的反應室。 熱的反應器體被加入反應室的上端，包括過濾器組件 之一個或多個出口幫浦璋位於外反應器室圓柱筒的下方， --------訂--------..線， (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6- 552315 A7 - B7 五、發明說明（4 ) 較佳的係位於下端帽內，用以將氣體向下抽過接收器及安 裝於其上之晶圓的外表面，以傳送未使用的反應氣體至外 真空源。在接收器及出口埠間，環狀的冷卻器環繞於轉動 ’固定器外，用以在排除處理氣體前將其冷卻。此使大部分 未使用的反應物凝結成固態，並在出口埠內的過濾器處被 抓取，以避免在操作過程中防止排氣管及閥體被覆上一層 薄膜。圍繞於反應器室圓柱筒之分開的蛤殼式水套可提供 額外的冷卻作用。 上、下帽較佳的係由習知的乾燥箱外殼所圍.繞，乾燥 箱包含有惰性氣體，如此可使上、下端帽打開，以取放接 收器及出口埠的過濾器，而不致污染到反應室的內部，且 不會因易燃物的沈積而產生燃燒的危險。 本發明所使用的熱源較佳的係加熱線圈，其由射頻（ R F )產生器所激發，使射頻功率耦合至石墨的接收器， 並使接收器形成線圈的一個感應負載，因因而接收器被直 接地加熱。然而環繞的外反應器圓柱筒係間接的加熱，藉 由高溫石墨所放出的輻射熱，透過反應室內的氣體對流， 或藉由支持固定器而間接的加熱。由於此種加熱方式，因 此反應室被稱爲冷器壁室。冷卻壁操作的替代輻射加熱方 法，係使用一組位於旋轉固定器內部的石英燈以取代加熱 線圈。 爲了將冷器壁室轉換成用以”淸洗”的熱器壁室，冷 卻水套被移除，並在外反應器圓柱筒的外部提供分開的蛤 殼式爐體。在淸洗的過程中，外圓柱筒的器壁被加熱，並 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 士 訂---------線‘ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552315 Α7 Β7 五、發明說明（5 ) 將如H C 1的腐蝕性氣體或腐蝕性電漿注入反應室內，以 便將反應室之器壁及接收器上的沈積溶蝕。加熱器壁會產 生熱偏差，其會使沈積物碎裂並從器壁上剝落。利用此種 ‘方法，器壁可週期性的進行淸洗，使得沈積不致發生，並 使先前使用的反應物及特殊的物質不致污染到反應室，且 在淸洗時不須拆卸反應室或將其暴露至環境氣體，而避免 環境對反應室所造成的污染。 本發明並有關一種反應器之氣體的注入結構，其可用 於多種不同的反應器，但最佳的係用於本發明所使用的反 應器，可使反應室在各種不同的模式下操作。注入埠位於 反應室的頂端，鄰接於頂端帽，並允許透過選擇的埠而入 反應氣體，多個璋係對稱的圍繞在反應室的外圍。選擇的 氣體或氣體混合物，可經由單一的璋而注入，以便擴散到 整個反應室中。注入埠較佳的係對稱的圍繞在反應室的外 部，其中四個埠定義了四個成長區，且提供有額外的埠以 允許氣體在反應室中均勻的分布。藉由在反應室中建立垂 直層流，並確保蒸氣的橫向擴散規模比反應室的尺寸小， 而在每一區中提供反應氣體的局部化。在反應室的底部置 放對應的過濾出口埠便可增強層流。此外，出口埠可垂直 的對齊注入埠並可包括流量控制器。 依據本發明，裝置的氣體注入埠包括一組輸入質流控 制器（M F C s )，以供應載送氣體至及一種或多種傳送 至反應器室的反應氣體至分配器區塊。MF C連接至壓力 變換器，其可調整載送氣體的流量以便在分配器區塊中維 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- 552315 Α7 Β7 五、發明說明（6 ) 持定壓。氣體混合物經過一個或多個選擇的M F C s裝置 而離開分配區塊，MF C s裝置連接在分配區塊及對應的 注入埠間，注入埠係導通至反應室。以此方式，控制的選 ’定反應氣體量便可進入每一埠。 除了隔開的成長區注入璋外，當希望有反應氣體的擴 散流時，可提供額外的中間注入器。可隔開此注入器以便 在反應室中形成幾乎均勻的氣體濃度。 在本發明的較佳形式中，接收器可轉動，以轉動的承 載每一晶圓通過成長區，使晶圓按期望的順序暴露在選定 的成分計量中，以產生晶圓的氣流調節磊晶成長。 本發明的環狀氣流反應室改良了流進反應室內的氣流 流體動態。環狀的反應室具有經向的，或軸向垂直的氣流 ，藉由使氣流從入口埠向下通過晶圓的表面並流至出口埠 ，可避免氣流在反應室內的再循環。可了解氣流的方向可 以反轉，使氣體向上通過晶圓。進一步的，本發明的反應 器可處理多種晶圓，然特定的基體及特定的反應程序並無 法做爲限制本發明的一部份。 圖示的簡單說明 圖1爲依據本發明有機金屬化合物氣相磊晶裝置之垂 直圓筒的部分剖面側視圖； 圖2爲圖1裝置的上視圖，其中反應器的上蓋被移開 ，並描述反應器的氣體注入配置； 圖3爲反應器出口的側視圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 訂---------線 t 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552315 A7 B7 五、發明說明（7 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 主要元件對照表 1〇 有機金屬化合物氣 12 外壁 16 器室 2 0 底端帽 2 3 上緣 2 7 肩部 3 0 外表面 3 3 頂緣 3 5 密封 3 7 〇型環 4 2 上端 4 5 支持部 4 8 圓柱吊管 5〇 凸緣 5 3 晶圓 5 6 外壁 5 9 頂部 6 1 螺帽 6 5 脊部 6 8 支持軸承 7 6 不鏽鋼罐 8 0 幫浦組 8 1 / 及 8 5 / 至 8 8 / 〇Μ V P E )裝置 圓柱狀內壁 上端帽 密封 端下表面 夾口 內表面 圓柱凸緣 密封 可移動夾口 下端 軸承槽 下端 環狀接收器 內壁 肩部 吊掛軸承 溝槽 支持圓柱管 端帽頂表面 外壁 8 1至8 8 出口 質流控制器 相幕晶 14 2 4 2 8 3 1 3 4 4 3 4 6 4 9 5 2 5 4 5 8 6 0 6 3 6 6 7〇 7 8 I I ϋ n 11 |_1 ϋ m 一一口，I n ϋ— H ϋ 1_ϋ (請先閱讀背面之注意事項再^寫本頁) 線 t L. · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -10- 552315 A7 B7 五 、發明說明（8 9 0及 9 41 ο 〇 1 0 4 1 0 8 1 1 2 13 0 14 0 15 2 16 0 16 0 16 8 17 0 1 8〇 2 1〇 2 16 9 2 出口導管 岐管 9 6 環齒輪 1〇2 驅動軸 106 驅動馬達 1 1〇 ◦形環 124 R F線圈 13 6 水套 14 2 、154、156 及 158 、162、164 及 166 凸緣部· 1 7 2、1 7 4 分配器區塊 爐體 閥體 驅動齒輪 連接段 周緣密封 乾燥箱 R F產生器 控制器 注入瑋 注入埠 導管 176 質流控制器 182 質流控制器 2 1 0及2 1 4 弧狀部 218-220 端點 --------訂---------線. (請先閱讀背面之注意事項再_寫本頁) 4

It 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較佳實施例的詳細描述 以下將更詳盡的描述本發明。圖1中描繪有垂直圓筒 之同心圓柱體的有機金屬化合物氣相磊晶（〇Μ V P E ) 裝置1 0，其包括一個環狀的反應器室，用以達成複合半 導體材料之高產量磊晶沈積或其他的反應製程。 〇MVP Ε裝置1 0係冷器壁型，並包括圓筒的外壁1 2 及同軸的圓柱狀內壁1 4。內、外壁被隔開而提供一環狀 .L.. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 - 552315 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（9 ) 流通的反應器室或器室1 6。 外圓柱器壁1 2可由圓柱管所形成，且在本發明的實 施例中，器壁具有將近1 〇 i η的直徑。圓筒的頂部由不 ’鏽鋼的水冷上端帽1 8所密閉，而其底端則是由不鏽鋼的 水冷底端帽2 0所密閉。圓柱管1 2較佳的係石英製的， 然依據製程參數，如沈積溫度及所用材料的純度，亦可選 用其他的材料。石英-金屬密封2 2形成於外器壁1 2之 上緣2 3及端帽1 8之下表面2 4的接合處。密封2 2可 包括第一及第二Viton的〇型環25及26 ，而〇型環26 藉由夾具固定在圓柱管1 2的外表面上，在圓柱管1 2的 外表面上具有形成在帽部1 8底表面2 4上的一環狀肩部 2 7 ’密封2 2並包括環狀可移動的夾口 2 8，其藉由一 組間隔螺帽2 9，固定於帽部1 8上。肩部2 7包括向外 的傾斜外表面3 0，其平行於夾口 2 8之向外傾斜的內表 面3 1。藉由鎖緊螺帽2 9，0型環夾緊圓柱管1 2的外 表面’以隔絕地密封圓柱管1 2與帽部1 8的接合處。以 類似的方法，藉由石英一金屬密封3 5，器壁1 2的底緣 密封於立起之不鏽鋼圓柱凸緣3 4的頂緣3 3，此凸緣 3 4形成底端帽部2 0的一部份。此石英-金屬密封較佳 的係與密封2 2具有相同的構成，包括介於圓柱管1 2端 部與凸緣3 4頂部的〇型環3 6及留於凸緣3 4之肩部 3 8與可移動夾口 3 9間的〇型環3 7，夾口 3 9係藉由 螺帽4 0緊固於凸緣3 4向外延伸的尖端上4 1。 內同心壁1 4較佳的係具有約8 1 η直徑的石英圓柱 ί I I----訂---I--I--線一 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- 552315 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（10 ) 管’其上由圓頂形的一體端壁4 2所密閉。圓柱管1 4下 端4 3的開口，向下突出而穿過端帽2 0，使得圓柱管的 內側4 4暴露至環境氣體中。在本發明的較佳實施例中， *圓柱管1 4的上端4 2嚙合於一向下延伸的過濾/軸承支 持部4 5，此支持部4 5與端帽1 8 —體成型。端帽及塡 充部須以水冷卻，且較佳的係不鏽鋼材質。塡充部4 5 — 般係爲圓柱狀，且內徑與內圓柱1 4極爲接近，以裝塡環 狀反應器室的上端，以便減少氣流的紊流。 支持部4 5具有一軸承槽4 6，以支持並利於圓柱吊 管4 8的轉動，其圍繞在內圓柱1 4的上部。吊管4 8向 下延伸將近半個內圓柱1 4壁的軸長並終止在下端4 9處 ，下端4 9與向外延伸的凸緣5 0 —體成型。環狀接收器 5 2圍繞在吊管4 8及其凸緣5 0的外側並向下延伸，以 接收晶圓5 3或其他在反應室1 6中處理的材料。接收器 5 2較佳的係由石墨所構成，並包括圓柱形的內壁5 4， 此內壁5 4與吊管4 8同軸，並從該處向外隔開以允許接 收器5 2相對於吊管4 8轉動。被處理的材料安裝在向下 及向外傾斜之接收器5 2的外壁5 6上，其向內隔開於圓 柱管1 2，並因此置放在穿過反應室1 6之氣流的通道內 。接收器5 2的內表面5 4包括一個向外延伸的肩部5 8 ，此肩部5 8具有下圓環表面，當吊管4 8向上移動時， 肩部5 8嚙合至吊管4 8的凸緣5 0上，使得接收器被吊 起。 藉由將螺帽6 1延伸穿過石英吊管之孔，吊管4 8的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I 1 ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ 1 一"1， ϋ n I (請先閱讀背面之注意事項再«(寫本頁) -13- 552315 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（Μ ) 頂部5 9固定於環狀的吊掛軸承6 〇，或多個繞在端部 5 9之間隔軸承區段上。吊掛軸承向內延伸至軸承溝槽 4 6內’使得當頂帽端丨8從反應器室移開時，軸承溝槽 4 6將會嚙合至吊起軸承6 〇以將吊管4 8提起。此將會 使凸緣5 0嚙合至肩部5 8，使得接收器5 2可藉由向上 移動吊管而被抬起。據此，可用吊管4 8來將接收器5 2 提出反應室外，且軸承表面可使接收器5 2轉動而能輕易 的將所有的晶圓取放至表面5 6上。 接收器5 2具有形成在其底表面6 4的溝槽6 3。此 允許藉由降低吊管而將接收器5 2置放在反應室內，並使 溝槽6 3置放在對應的脊部6 5上，此脊部6 5形成在支 持圓柱管6 6的頂緣上。圓柱管6 6較佳的係一石英管， 其置放在固定於端帽2 0頂表面7 0的支持軸承6 8上。 支持軸承6 8置放圓柱管6 6上，使其與內圓柱管1 4同 軸，並使得圓柱管6 6相對於端帽2 0轉動。支持圓柱管 6 6的頂端脊部6 5可將接收器5 2定心於圓柱管1 4的 軸心上，且當頂端帽1 8下降並蓋住反應室的頂端時，端 脊部6 5將接收器5 2抬離吊管凸緣5 0。此使得接收器 5 2可自由的相對於支持管6 6而轉動。 如不鏽鋼罐7 6的氣冷件圍繞在圓柱管6 6的周圍’ 並具有外壁7 8，置放於流過反應室1 6的氣流通道內。 不鏽鋼罐7 6的內部可容納水或L N 2供以冷卻之用。 在冷卻罐7 6下方，多個排氣過濾器及幫浦組8 0相 隔的繞著立起凸緣3 4而配置’幫浦組8 0包括多個出口 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 14 _ I 丨 ——訂 -----I 線 (請先閱讀背面之注意事項再I本頁) 552315 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五 '發明說明（12 ) 8 1至8 8。較佳的，四個或八個出口以等間隔圍繞凸緣 3 4的周緣，並由出口導管，如9 〇及9 2連接至岐管 9 4 ’岐管9 4接著通過一閥體9 6而連接至真空幫浦 9 8。每一個出口包括一個過濾器（未加以顯示），其較 佳的係具有由非反應性材料，如鐵氟隆所構成的濾網。 環齒輪1 0 0固定在石英支持圓柱管6 6的外部，用 以轉動此圓柱管6 6。環齒輪1 0 0由安裝在驅動軸 1 0 4上的驅動齒輪1 〇 2所驅動，驅動軸1 0 4藉由連 接段106通過底端帽20，而連至驅動馬達108。連 接段1 0 6可以是超真空的折箱或流體驅動器，其允許驅 動馬達1 0 8懸轉圓柱管6 6。齒輪1 0 0及1 0 2的齒 輪比係依據驅動馬達的速度，並依據支持管之尺寸及希望 的轉速而定。 在所述的實施例中，具有〇形環1 1 2的周緣密封 1 1 0將向上延伸並通過底端帽2 0的內石英圓柱管1 4 緊密的密封至端帽上。密封1 1 0的配置類似於上述的密 封2 2。石英圓柱管1 2提供環狀反應器室1 2 —連續的 內壁，並圍繞著內凹體4 4，其中內凹體4 4形成中心部 或軸向的內室，其向下通過開口底部4 3而開放至周圍的 環境氣體中。在此例中，環境氣體爲包含在乾燥箱1 2 4 內的惰性氣體，其圍繞著反應器室的下部’及密封3 6下 之端帽部的下處，密封3 6係避免反應器室1 6的下部被 下端帽2 0打開。如此’可在不污染反應器室的情況下’ 取放排氣過濾組件8 0的濾網。 (請先閱讀背面之注意事 —丨，！ 項再本頁) 訂---------線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- 552315 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（13 ) R F線圈1 3 0安裝於內室部4 4上，且其靠近接收 器 5 2的內壁5 4而置放。線圏較佳的係由銅管所構成 ，且藉由延伸通過石英管14的導線連接至RF產生器 • 1 3 6，R F產生器1 3 6可置放在乾燥箱1 2 4的外側 。線圈1 3 0以感應的方式加熱接收器5 2，且其位置可 確保僅接收器5 2被直接的加熱。圍繞的石英管’尤其是 管1 2、1 4、48及6 6並未直接的加熱，但藉由高溫 接收器5 2所放出的輻射熱，透過反應室1 6內氣體的對 流，或藉由支持石英管6 6的熱傳導而間接的加熱。由於 此種加熱方式，因此反應室1 6被稱爲冷器壁室。 在裝置1 0的原型中，RF產生器操作在8 5KHz 下，且超過1 1 K W的功率被傳送至線圈。一般而言，約 7 K W的功率便足以將接收器5 2加熱至1 0 0 0 °C。冷 壁操作的替代加熱方式是透過使用一列石英燈來加熱，此 石英燈放置在接收器5 2內部之線圈1 3 0的位置。如果 需要，加熱線圈可置放在外圓柱管1 2的外側，但此並分 較佳的配置。 在石英管1 2的周圍具有一水套1 4 0，其提供一冷 卻流體使在反應器的操作過程中，此冷卻流體流至管壁 1 2的外側。較佳的，水套1 4 0爲一種分開的蛤殼式設 計，使得其可移除以將反應器室轉換成用以淸洗的熱器壁 裝置，此將在其後加以詳述。 可提供適當的控制器1 4 2，以便反應接收器的溫度 ，來操作驅動馬達1 0 8及調整R F產生器1 3 6，接收 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再¾寫本頁) 訂---- 線·· -16- 552315 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（15 ) 入質流控制器（MFCs) 17〇、172、174及 176 °MFCs連接至一般的分配器區塊180，其可 爲高純度的不銹鋼筒，並可容納載送氣體及希望的反應氣 體’此不鏽鋼筒圍繞在反應室1 6內。在本發的一實施例 中，載送氣體爲H2，而反應氣體爲用以淸洗的HC 1及 含有V族元素的氫化物，用於複合半導體上的磊晶沈積。 例如，可在鎵砷半導體上沈積ASH3，在GaN半導體 上沈積NH3，而在InP半導體上使用PH3氣體。 載送氣體經由M F C 1 8 2被施加至分配器區塊 1 8 0，M F C 1 8 2係受壓力感測器1 8 4的控制。壓 力變換器形成一個載送氣體流調節器，以在分配器區塊上 維持一固定壓力。反應氣體經由MF C s 1 8 6及1 8 8 被施加至分配器區塊1 8 0，並在區塊1 8 0中與載送氣 體混合。混合氣體經由M F C s 1 7 0、1 7 2、1 7 4 及1 7 6離開分配器區塊並注入反應器室1 6。相同量的 分配氣體進入介於區域1至4的每一注入埠並擴散於反應 室1 6中，而在其內產生了極爲均勻的分配氣體。注入埠 的個數可以，如所期望的增減，以獲得期望之蒸氣濃度的 均勻性及非均勻性。 位於反應室上端的氣體注入瑋，尤其是四個區域的氣 體注入埠，較佳的係在反應室的底部，垂直的對齊到對應 的出口璋，以確保反應室內具有由上至下之垂直的氣體層 流。相較於反應室的尺寸，當氣體由上至下通過反應室， 垂直層流可確保注入至區域1至4的蒸氣僅具有最小的橫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -18- -I I !! I 訂· —--I---一 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 552315 Α7 Β7 五、發明說明（17) 由上可知，可藉由將底端帽2 0降至乾燥箱2 0中，來維 護過濾器。 反應過程中，在石英外壁1 2及反應室的其他部件上 可能會發生凝結的現象，因此需要定期的淸洗反應室。依 據本發明，藉由將冷器壁反應室轉換成自淸操作的熱器壁 反應室，便可達成此一目的。在反應室的淸洗步驟中，將 如H C 1的腐蝕性氣體注入反應室內，以便將反應室之器 壁及接收器上的沈積溶蝕。此較佳的係以週期性的方式來 進行，使得沈積不致發生，並使先前使用的反應物及特殊 的物質不致污染到反應室。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉由從反應室移除冷卻水套1 4 0，並以分開的蛤殼 式爐體將反應器轉換成熱器壁反應室裝置，如圖2的 2 1 0。爐體包括一對掛在端點2 1 6上的弧狀部2 1 0 及2 1 4，且兩者的端部2 1 8及2 2 0相對的靠接。弧 狀部彎曲的繞著外壁1 2以包圍反應器室並將反應器室加 熱至適當的溫度。雖然爲了方便起見，將蛤殼式爐體 2 1 〇繪成與外壁1 2分離，應了解爐體的內壁可嚙合於 或緊接於外壁1 2以達到最大的熱傳效能。此蛤殼式爐體 的配置可使淸洗的反應器不須拆卸，並因而不致遭到污染 接著，熱反應性氣體在反應室的頂端進入環狀的反應 器室1 6內，並向下流過待處理的基體及晶圓上。這些晶 圓位於石墨接收器之斜外壁的下外側’內線圈將接收器加 熱，從而由反應氣體所處理的晶圓亦被加熱。這些氣體流 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 552315 五、發明說明（18) 垂直的流經反應器室並藉由適當的外部真空幫浦使其通過 出口過濾埠而被移除。當氣體流向下流出反應器室時，這 些氣體被冷卻罐所冷卻，使得氣體所載送的化學物質在抵 ’達幫浦出口埠前，便發生凝結沈降。此允許出口埠的過濾 器組件在微粒到達真空幫浦及閥體配置前將其移除。出口 埠位於乾燥箱內，乾燥箱充裝有惰性氣體，當淸洗過濾器 時，其不但可防止反應器室造成污染，且當化合物爲易燃 性時，可防止其燃燒。 反應室的幾何外型，提供改良式的氣體分配系統，此 系統具有極簡單的構成，然而由於此反應器室的密封很難 獲得，因此習知技術無法達成。此處所揭露的結構可藉由 適當的幫浦系統而維持將近1 〇 _ 8 t 0 r r的超高的真空 壓。反應器室並未操作於超高的真空（UHV)條件下， 但洩漏係在此條件下診斷。流體室的環狀外型改善了流經 反應室之氣體的流體動力型式，且晶圓的傾斜表面可防止 氣體回升並消除不期望的氣體循環。來自上端帽的向下氣 體流減少了反應室中的廢氣量，且圓柱狀的內壁1 4與分 配氣體注入器提供了 一個改良適的操作。 所述的垂直反應室結構係較佳的形式，然而應可了解 ，利用此處的特徵亦可構成水平的反應室裝置。此外，垂 直的流體室可被倒置，使得反應氣體係加入反應器室的底 部’並向上通過基體上的晶圓而從反應器室的頂端排出。 由於氣流係依照慣性力的方向，此種流動方向具有某些優 點’但需要將接收器反轉。因此，亦須將晶圓固定在接收 — — — — — — — ^ ·11111111 · (請先閱讀背面之注意事項再本頁) £ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - 552315 A7 -------_ 五、發明說明（19) 器的表面上，而形成主要的問題。 雖然上述的反應氣室係由石英的同心圓筒構成，很明 顯的亦可使用其他的材料。例如，熱解性硼氮化物可以是 相當優良的材料，而不鏽鋼則可用於低溫的程序。上述的 接收器爲石墨製的，但當使用R F感應熱時，接收器亦可 爲任何導電性材料。其他的熱導電材料，如可使用氮化鋁 做爲其他的加熱源。熟悉相關技術之人士應可了解亦可應 用多種其他的材料。 雖然本發明已由較佳實施例來加以描述，可了解在不 偏離發明精神的及範圍的情況下可有多種變化及改良。 (請先閱讀背面之注意事項再 本頁) £ 訂---------線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -22-

Claims (1)

1. 552315 A8 B8 η 福无说D· ίΎ C8 D8 fv-申-請專利範圍 附件2:第8 8 1 1 1 8 8 6號專利申請案 中文申請專利範圍無劃線替換本 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國9 2年6月19日修正 1 _ 一種用於氣相沉積之冷壁反應器’包括： 內壁（1 4 )，環繞於一具有封閉端（4 2 )及開放 端（4 3 )之中心凹體（4 4 )的外側； 環繞於該內壁（1 4 )並與該內壁（1 4 )隔開的外 壁（1 2 )，在兩者間提供一反應器室（1 6 ): 接收器（5 2 )，可轉動的安裝在該反應器室（1_ 6 )內，該接收器（52)安裝於旋轉固定器（66)上，並轉 動該接收器（52 )使其通過軸向氣體流； 加熱器（3 6 )，位於該中心凹體（4 4 )內，用以 加熱該接收器（5 2 )。 2 ·如申請專利範圍第1項的反應器，進一步包括一 爐體（2 1 0 )，可轉動的嚙合於該外壁（1 2 )以將該 反應器轉換成熱壁反應器。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 3 _如申請專利範圍第1項的反應器，進一步包括該 外壁（1 2 )的冷卻機構（1 4 0 ) ’用以使該反應器操 作爲冷壁反應器，並包括該外壁的加熱裝置（1 3 6 )， 用以將該反應器轉換成熱壁反應器。 4 ·如申請專利範圍第1項的反應器，其中該加熱器 (1 3 6 )爲R F線圈，用以感應的加熱該接收器（5 2 )〇 5 .如申請專利範圍第4項的反應器，進〜步包括§亥 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 552315 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 外壁（1 2 )的冷卻機構（1 4 0 )，用以使該反應器操 作爲冷壁反應器，並包括用以將該反應器轉換成熱壁反應 器的裝置（1 3 6 )。 6 .如申請專利範圍第5項的反應器，其中該內壁（ 1 4 )及該外壁（1 2 )爲圓柱狀。 7 .如申請專利範圍第5項的反應器，其中該旋轉固 定器（6 6 )支持該接收器（5 2 )’使其在反應器室（ 1 6 )內轉動。 8 .如申請專利範圍第7項的反應器，進一步包括提 起構件（4 8 )，用以從該反應器室（1 6 )移除該接收 器（5 2 )。 9 .如申請專利範圍第7項的反應器，進一步包括驅 動馬達（1 0 8 )，用以轉動該旋轉固定器（1 6 6 )。 1 〇 .如申請專利範圍第9項的反應器，其中該內壁 (14)、該外壁（12)、該旋轉固定器（166)及 該提起構件（4 8 )爲石英圓柱筒。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 1 ·如申請專利範圍第1項的反應器，進一步包括 位於該反應器室第一端的注入器（1 6 0、1 6 2、 164、166)，用以供應該反應氣體至該反應器室（ 16)，並包括位於該反應器室（1 6 )第二端的出口埠（ 8 1-88)，用以從該反應器室（1 6 )移除該氣體。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項的反應器，其中該出 口埠C 8 1 - 8 8 )與對應的注入器（1 6 0、1 6 2、 1 6 4、1 6 6 )對齊，以在該反應器室（1 6 )內產生 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -2 - 552315 A8 B8 C8 _ D8 ___ 六、申請專利範圍 該軸向的氣體流。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項的反應器，其中該旋 轉固定器（6 6 )將該接收器（5 2 )定位於反應器室（ 1 6 )內。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項的反應器，其中該內 、外壁（1 4、1 2 )爲圓柱狀並且共軸，以形成一環狀 的反應器室（16)，且進一步包括第一及第二端帽（18、 20)，包圍及密封該反應器室之第一及第二端。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項的反應器，其中該環 狀反應器室（1 6 )具有垂直軸，藉此該軸向氣流爲垂直 氣流。 1 6 ·如申請專利範圍第1 4項的反應器，其中該接 收器（5 2 )及該旋轉固定器（6 6 )爲圓柱狀，並環繞 包圍該內壁（1 4 )。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項的反應器，進一步包 括一冷卻器（1 4 0 )，位於該反應室中，且置放於該接 收器（5 2 )與該出口埠（8 1 - 8 8 )間的氣流內。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項的反應器，進一步包 括提起構件（4 8 )，用以從該反應器室（1 6 )移除該 接收器（5 2 )。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項的反應器，該提起構 件（4 8 )由該第一端帽（1 8 )所支持，當移除該第一 端帽（1 8 )時，便可移除該接收器（5 2 ) ° 2〇·如申請專利範圍第1 9項的反應器，其中該提 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -3 - 552315 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 起構件（4 8 )可相對於該第一端帽（1 8 )轉動，以成 載晶圓。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 1 .如申請專利範圍第1 1項的反應器，進一步包 括透過質流控制器（1 7 〇、1 7 2、1 7 4、1 7 6 ) 而連接至選擇注入器（160、162、164、166 )的氣體分配岐管（1 8 0 )。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項的反應器，進一步包 括個別的反應氣體源，可經由選擇的注入器（1 6〇、 1 6 2、1 6 4、1 6 6 )連接，以在該反應器室（Γ 6 )內提供垂直的氣體區，該接收器（5 2 )可轉動的通過 該氣體區。 2 3 .如申請專利範圍第2 2項的反應器，進一步包 括一出口岐管（9 4 )及對應的流體控制器（8 1、 8 5 /至8 8 / )，流體控制器將每一出口埠（8 1 -8 8 )連接至該岐管（9 4 )以控制出口的氣流。 2 4 · —種氣相沉積反應器室的氣體分配系統，包括 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 多個氣體注入器（160、162、164、166 )，在隔開的位置連接至反應器室（1 6 ); 氣體分配岐管（1 8 0 ); 對應的氣流控制器（1 7 0、1 7 2、1 7 4、 17 6)，連接於每一該注入器（160、162、 1 6 4、1 6 6 )及該岐管（1 8 0 )間，以將氣流調節 至對應的注入器（160、162、164、166)； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 552315 A8 B8 C8 D8 六、申请專利範圍 載送氣體源； 載送氣流控制器（1 8 2 )，連接該載送氣體、源至該 岐管（1 8 0 )， 至少一個反應氣體源； 反應物流量控制器（1 8 6、1 8 8 )，連接該反應 氣體源至該岐管（1 8 0 )。 2 5 ·如申請專利範圍第2 4項的分配系統，$ _ # 包括一感測器（1 8 4 )，連接於該分配岐管（1 8 及該載送氣流控制器（1 8 2 )間，以反應岐管（i 8 〇 )內的感測參數來調整該控制器（1 8 2 )。 2 6 · —種控制氣相沉積反應器內之氣流的方丨去，包 括： 將待處理的材料置放於環狀延長的反應器室（丨6 } 內，反應器室（1 6 )具有一出口端及一入口端； 供應反應氣體至位於多個隔開之入口位置（1 6 Q、 162、164、166)的該入口端；及 從位於多個隔開之出口位置（8 1 - 8 8 )的|亥出□ ^而抽出該氣體，以使該氣體流過該處理材料，該氣出口 位置（81、88)與對應的入口位置（160、162、164、166) 對齊。 · 2 7 ,如申請專利範圍第2 6項的方法，進一步包括 將該出口位置（8 1 - 8 8 )與該入口位置（1 6 〇 、1 6 2、1 6 4、1 6 6 )對齊，以產生控制的非紊亂 本^張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇〆297公釐） ~------—_ -ο - —ίίί--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 552315 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 氣流而通過該反應器室（1 6 );及 移動該待處理的材料通過該氣流。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 -