TWI434347B - 用於化學氣相沉積設備的氣體注入單元 - Google Patents

Description

用於化學氣相沉積設備的氣體注入單元 【交互參照之相關申請案】

本申請案主張受益於2009年7月28日向韓國智慧財產局提出申請之10-2009-0068833號的韓國專利申請案，其全文在此併入本文作為參考。

本發明大體上關於用於在半導體基材上形成薄層的設備，更特定言之，是關於用於化學氣相沉積設備的氣體注入單元。

化學氣相沉積設備是用於藉由透過氣體注入單元於其中注入處理氣體而沉積薄層於半導體基材上的裝置，其中該半導體基材置於化學氣相沉積設備的處理腔室內之感受器上。氣體注入單元是用於均勻地朝定位於處理腔室內之基材注入處理氣體的設備。

當氣體注入單元被加熱至理想處理溫度之上，其可能在氣體注入單元內引發非期望的化學反應，且可能引發不欲之反應副產物析出並且附著於氣體注入單元之內表面。為了避免此現象，使用冷卻單元以使氣體注入單元維持於預定溫度之下的溫度。

相關技藝中廣為所知的冷卻單元提倡裝設個別的冷卻劑管於氣體注入單元內側以提供冷卻。然而，鑑於冷卻劑管不通過的空間不會平順冷卻，且鑑於非常難以緊密地安裝冷卻水管，而存在與此已知技術相關連的許多問題。再者，由於管路會過量佔據空間，故冷卻水管本身具有諸多限制。

冷卻單元使氣體注入單元的溫度維持於預定溫度之下的溫度。具有此類冷卻單元的氣體注入單元被均勻地冷卻且得以易於製造。

根據本發明之態樣，一種用於一化學氣相沉積設備的氣體注入單元包括：一氣體分配殼體；一冷卻殼體，其定位於該氣體分配殼體及執行一沉積製程的一處理腔室之間，且其形成為具有該冷卻劑藉以導入的一冷卻劑入口以及該冷卻器藉以排出的一冷卻劑出口；一處理氣管，其一端開啟通到該氣體分配殼體，而另一端開啟通到該處理腔室，該處理氣管貫穿該冷卻殼體；以及一第一壁部份，其定位於該冷卻殼體內，以致該冷卻殼體的一內部被分隔成一中央路徑及一周邊路徑，且其形成為具有一貫穿孔洞，以致該中央路徑與該周邊路徑連通。

根據本發明之另一態樣，一種化學氣相沉積設備包括：一處理腔室；一感受器，其定位於該處理腔室內，一基材加載於其上；以及一氣體注入單元，其將一處理氣體注入至該處理腔室之內；該氣體注入單元包括：一氣體分配殼體；一冷卻殼體，其定位於該氣體分配殼體及該處理腔室之間，且其形成為具有該冷卻劑藉以導入的一冷卻劑入口以及該冷卻器藉以排出的一冷卻劑出口；一處理氣管，其一端開啟通到該氣體分配殼體，而另一端開啟通到該處理腔室，該處理氣管貫穿該冷卻殼體；以及一第一壁部份，其定位於該冷卻殼體內，以致該冷卻殼體的一內部被分隔成一中央路徑及一周邊路徑，且其形成為具有一貫穿孔洞，以致該中央路徑與該周邊路徑連通。

根據本發明之另一態樣，一種用於一化學氣相沉積設備的一氣體注入單元包括：一第一腔室；一第二腔室，其定位於該第一腔室及執行一沉積製程的一處理腔室之間，且其形成為具有該冷卻劑藉以導入的一冷卻劑入口以及該冷卻器藉以排出的一冷卻劑出口；一環形管道，其定位於該第二腔室內以將該第二腔室的一內部分隔成一中央路徑及一周邊路徑；以及一處理氣管，其一端開啟通到該第一腔室，而另一端開啟通到該處理腔室，該處理氣管貫穿該第二腔室，其中該環形管道形成為具有複數個貫穿孔洞。

現在，藉參考顯示本發明之示範性實施例的伴隨之圖式，將可更全面地描繪本發明。然而，本發明在此所揭露者可以不同形式實施，不應詮釋成其欲限制在此提出的實施例。而是，提供該等實施例以致本發明所揭露者將可更透徹且完整，且將全面傳達本發明之範疇予以熟習此技藝者。在該等圖式中，區域及層的尺寸為了清晰說明起見可誇張化。該等圖式中類似的元件符號係指類似元件。

第1圖是根據本發明之實施例之化學氣相沉積設備之剖面視圖。本實施例可應用至其他各種化學氣相沉積設備以及一般的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)設備。應瞭解到第1圖及在此揭露的其它圖式是繪以強調顯示根據本發明之實施例之構成化學氣相沉積設備的元件。即，該等圖式不欲顯示化學氣相沉積設備的每一單一元件。

如第1圖所示，蓋100以及處理腔室200彼此耦接以包含能於其中執行氣相沉積的反應腔室。第一氣體供給管363、冷卻劑供給管361以及冷卻劑排放管362形成為穿過該蓋100之上表面。

惰氣入口102形成為穿過該蓋100的側表面以將惰氣G2供給至惰氣腔室401，且氣體出口201亦形成為穿過該處理腔室200的側表面。

氣體注入單元300將處理氣體G1朝放置在感受器500上的基材S注入，該處理氣體做為用於形成薄層於基材S上的生材料。

惰氣注入單元400將惰氣G2從惰氣腔室401注入至處理腔室200以加速處理氣體G1的排放。

如前文所提，基材S加載於感受器500上，而透過發生於處理腔室200內的化學氣相沉積製程，薄層因而形成於基材S上。加熱器(圖中未示)亦可設於感受器500內側。

第2圖是根據本發明之實施例用於化學氣相沉積設備之氣體注入單元300的剖面視圖(沿第3圖之線段B-B’所截取)。

注意第2圖及其他在此揭露之圖式主要為了描述許多本發明之實施例而繪製，故不欲該等圖式顯示該設備的每一部件。根據本發明之實施例用於化學氣相沉積設備的氣體注入單元之真實結構可為更複雜，排除其他之外，第2圖是經繪製以明示排除其他之外、根據本發明之實施例之氣體與冷卻劑路徑。

如第2圖所示，根據本發明實施例之氣體注入單元300包括一殼體，該殼體包含側壁311、底板312及第一板351。

第一壁部份321、第二板332、第三板331、第一氣管341、第二氣管342、冷卻劑供給管361以及冷卻劑排放管362設於該殼體內。

側壁311、第一板351、及第二板332組成第一氣體分配殼體，具有設置於其中的第一氣體分配空間397，以致第一氣體透過第一氣體供給管363供給並且分配給複數個第一氣管341而進入處理腔室200中。

側壁311、第二板332及第三板331包含第二氣體分配殼體，其具有設置於其中的第二氣體分配空間396，以致第二氣體透過第二氣體供給管(第2圖中未示)供給，並且分配給複數個第二氣管342而進入處理腔室200中。

儘管第2圖是繪製成僅顯示兩個氣體分配空間(即第一及第二氣體分配空間397、396)，其能夠設置一個、或三個以上，或任何氣體分配空間之組合，其例如視所使用的化學氣相沉積設備之類型及/或所使用的氣體種類而定。

除非第二氣體分配空間396充分冷卻，否則第二氣體分配空間396最終會藉由從感受器500(見第1圖)所傳遞的輻射熱直接加熱。

如第2圖所示，根據本發明之實施例，冷卻路徑設於冷卻劑供給管361以及冷卻劑362之間，其為沿形成於第二氣體分配空間396下方的周邊路徑391、中央路徑393以及另一周邊路徑395。

氣體注入單元300的底板312延伸而直接接觸薄層形成於半導體基材S上時所處的處理腔室200的空間。底板312、第三板331以及側壁311包含一冷卻殼體，在其中沿路徑391、393、395設置一冷卻路徑。

側壁311可與底板312一體形成，或者可設置成耦接至底板312的個別構件。或者，側壁311可與惰氣注入單元400一體形成。

第一壁部份321將冷卻劑所藉以流動的冷卻路徑分隔成中央路徑393及周邊路徑391、395。第一壁部份321可形成為圓管或環形，且可定位於底板312與第三板331之間。即，中央路徑393(其為冷卻路徑之中央部份)形成在第一壁部份321的內側，而周邊路徑391、395(其為冷卻路徑的周邊部份)形成在第一壁部份321的外側。第一壁部份321可與底板312一體形成，或者成為不與底板312成為一體的個別構件。

冷卻水可大體上用作冷卻劑，但其他類似的流體(諸如冷卻油)可用做冷卻劑。

現在，參考第3圖及第4A至4B圖，複數個第一貫穿孔洞392可形成為穿過第一壁部份321以提供介於中央路徑393與周邊路徑391之間及介於中央路徑393與第二周邊路徑395之間的連接路徑。

第一氣管341(見第2圖)安裝成穿過第二板332以及底板312，以致第一氣管341的一端開啟通往第一氣體分配空間397，而另一端開啟通往處理腔室200。第二氣管342安裝成穿過第三板331以及底板312，以致第二氣管342的一端開啟通往第二氣體分配空間396，而另一端開啟通往處理腔室200。

因此流過第一氣管341與第二氣管342的氣體被密封隔離冷卻劑路徑，以致不會有氣體漏損進入中央路徑393。進一步言之，第一氣管341與第二氣管342為藉由流過中央路徑393的冷卻劑所冷卻。

冷卻劑供給管361與冷卻劑排放管362耦接至第三板331。冷卻劑透過冷卻劑供給管361的冷卻劑入口361a供給至第一周邊路徑391，並且透過第一壁部份321的第一貫穿孔洞392(見第4圖)導入中央路徑393。導入中央路徑393的冷卻劑透過第二貫穿孔洞394(見第4圖)傳遞至第二周邊路徑395。傳遞至第二周邊路徑395的冷卻劑透過冷卻劑排放管362的冷卻劑出口362a排放至外部。

第3圖是根據本發明之實施例之用於化學氣相沉積設備之氣體注入單元的剖面視圖(沿第2圖之線段A-A’所截取)。如第3圖所示，從冷卻劑供給管361所導入的冷卻劑會流過複數個第一貫穿孔洞392進入在中間的中央路徑393，如第3圖中所易見，冷卻劑以虛線流過介於第一壁部份321之側壁間的第一貫穿孔洞392。第3圖中間部份中在冷卻劑路徑393裡的冷卻劑隨後透過第二貫穿孔洞394流出而進入周邊路徑395，並且透過排放管362排放。

現在重回參考第4A至4B圖，第4A至第4B圖為根據本發明之實施之用於化學氣相沉積設備之氣體注入單元的部份放大平面視圖，其各為第3圖之部份C及部份D的部份放大平面視圖。361、362的虛線圓形各代表每一冷卻劑供給管361、362的位置投影至底部時該供給管的形狀。儘管冷卻劑管361、362的形狀顯示為圓形，然而根據本發明之實施例的形狀不限於此。其他諸如卵形、矩形、六邊形等之形狀亦可用於冷卻劑及/或氣體供給/排放管。

重回參考第3圖，冷卻劑從冷卻劑供給管361導入第一周邊路徑391(亦見於第2圖)。複數個第一氣管341與複數個第二氣管342緊密地定位於中央路徑393之區域中，而管341、342之密度可足夠高以產生冷卻劑的流動阻力，以致冷卻劑的一些部份可朝第一周邊路徑391流回。第二壁部份(或屏蔽壁)370經設置(見第3圖之中間部份的左右側)以分隔第一周邊路徑391與第二周邊路徑395，以致第二壁部份370可防止冷卻劑朝第一周邊路徑391流回。

第二壁部份370使從冷卻劑供給管361導入的冷卻劑得以分散進入第一周邊路徑391並且遍及該路徑(但不會進入第二周邊路徑395)，從該路徑，冷卻劑流過第一貫穿孔洞392進入中央路徑393。冷卻劑隨後透過第二貫穿孔洞394(但不通過第一貫穿孔洞392)從第一冷卻劑路徑393流出進入第二周邊路徑395以透過第二周邊路徑395排放至外側。冷卻劑流動方向及其流徑在第3圖中以虛線顯示以助更佳瞭解。

冷卻劑通過第一貫穿孔洞392(見第3至4圖)且導入中央路徑393(見第2-3圖)。導入中央路徑393的冷卻劑冷卻第一氣管341以及第二氣管342。冷卻劑隨後通過第二貫穿孔洞394(見第3至4圖)且隨後導入第二周邊路徑395並且隨後透過冷卻劑排放管362排放。

第3圖中所示之第二壁部份370之兩個部份可以在其之間為180度之角度θ定位於兩處。即，第3圖所示之該第二壁部份370的兩個部份可個別安裝於離冷卻劑入口361a正90度之位置以及於冷卻劑入口361a負90度之位置。換句話說，第二壁部份370可設在均等地將介於冷卻劑入口361a與冷卻劑出口362a之間的周邊路徑分成一半之位置。

然而，角度θ不限於180度。但是，實驗結果指出，在如第3圖所示之第二壁部份370的兩個部份之間的角度θ在180時比在60度時能使冷卻劑流動更平順。

根據本發明之實施例，第一貫穿孔洞392以及第二貫穿孔洞394數目可大約為180個，但在此所揭露的圖式中，未顯示所有180個孔洞。類似地，根據本發明之實施例，氣管341、342的數目可為30000個以上，但在第3圖中未繪示所有氣管。應容易瞭解到其他數目的第一及第二貫穿孔洞392、394以及氣管341、342可不背離本發明所揭露者之範疇而形成。

可藉由將第一壁部份321之側表面鑽以具有直徑約7mm之各孔洞而形成第一貫穿孔洞392以及第二貫穿孔洞394。應亦容易瞭解可於不背離本發明所揭露者之範疇下，鑽出該等孔洞的其他直徑尺寸。

第一貫穿孔洞392與第二貫穿孔洞384可針對中央路徑393之中心形成為輻射狀以供冷卻劑平順流動。

冷卻殼體的內部被第一壁部份321分隔成周邊路徑391、395以及中央路徑393，而均勻且平順的冷卻劑流動藉由第二壁部份(或屏蔽壁)370將冷卻殼體內部分隔成第一周邊路徑391以及第二周邊路徑395而形成。即，因為冷卻劑均勻地從第一周邊路徑391透過設成輻射狀的第一貫穿孔洞392導入中央路徑393而創造均勻的冷卻劑流動。

根據本發明之實施例，各個冷卻劑管不個別安裝至氣體注入單元，而是冷卻劑於其中流動的冷卻殼體經安裝使氣管貫穿冷卻殼體。此使具有根據本發明之實施例的冷卻單元之氣體注入單元300的製造較具有冷卻劑管個別安裝至之的氣體注入機構之習知製造方法容易。

亦然，冷卻殼體之內部被第一壁部份321分隔成周邊路徑391、395以及中央路徑393，而總體均勻且平順的冷卻劑流動藉由第二壁部份(或屏蔽壁)370將冷卻殼體內部分隔成第一周邊路徑391以及第二周邊路徑395而形成。亦然，第二壁部份370經設置以防止冷卻劑繞過中央路徑393但直接穿過周邊路徑391至395而排放。

參考本發明之示範性實施例，在此已詳盡顯示及描述本發明，熟習此技藝者將瞭解各種形式上及細節上的改變可不背離本發明之精神與範疇而在此製做，而本發明之範疇與精神由隨後的申請專利範圍所界定。因此，本發明實施例之未來的修改形式不能背離本發明之技術範疇。

100．．．蓋

102．．．惰氣入口

200．．．處理腔室

201．．．氣體出口

300．．．氣體注入單元

311．．．側壁

312．．．底板

321．．．第一壁部份

331．．．第三板

332．．．第二板

341、342．．．氣管

351．．．第一板

361．．．冷卻劑供給管

362．．．冷卻劑排放管

363．．．氣體供給管

370．．．第二壁部份

391、395．．．周邊路徑

392、394．．．貫穿孔洞

393．．．中央路徑

396、397．．．氣體分配空間

400．．．惰氣注入單元

401．．．惰氣腔室

500．．．感受器

A-A’、B-B’．．．區段

C、D．．．部份

G1．．．處理氣體

G2．．．惰氣

S．．．基材

θ．．．角度

藉由參考附加的圖式而描述本發明之詳細示範性實施例，本發明之上述及其他特徵與優點將會更明顯易懂。該等圖式中，

第1圖是根據本發明之實施例之化學氣相沉積設備之剖面視圖；

第2圖是根據本發明之實施例沿第3圖之區段B-B’所截取之用於化學氣相沉積設備之氣體注入單元的剖面視圖。

第3圖是根據本發明之實施例沿第2圖之區段A-A’所截取之用於化學氣相沉積設備之氣體注入單元的平面視圖。

第4A圖及第4B圖為根據本發明之實施之用於化學氣相沉積設備之氣體注入單元的部份放大平面視圖，其各為第3圖之部份C及部份D的部份放大平面視圖。

300．．．氣體注入單元

311．．．側壁

321．．．第一壁部份

341．．．氣管

361．．．冷卻劑供給管

362．．．冷卻劑排放管

370．．．第二壁部份

391、395．．．周邊路徑

392、394．．．貫穿孔洞

393．．．中央路徑

θ．．．角度

B-B’．．．區段

C、D．．．部份

Claims (17)

1. 一種用於一化學氣相沉積設備的氣體注入單元，其包括：一氣體分配殼體；一冷卻殼體，其定位於該氣體分配殼體及執行一沉積製程的一處理腔室之間，其中，該冷卻殼體形成為具有冷卻劑藉以導入的一冷卻劑入口以及該冷卻劑藉以排出的一冷卻劑出口；一處理氣管，其一端開啟通到該氣體分配殼體，且另一端開啟通到該處理腔室，其中該處理氣管形成為貫穿該冷卻殼體之一部份；一第一壁部份，其定位於該冷卻殼體內，以將該冷卻殼體分隔成一中央路徑及一周邊路徑，其中該第一壁部份形成為具有複數個貫穿孔洞，以提供該中央路徑與該周邊路徑之間的一路徑；以及一第二壁部份，其定位於該周邊路徑中，以實質上防止從該冷卻劑入口導入該周邊路徑的該冷卻劑不會不被導入該中央路徑就排放至該冷卻劑出口；其中該複數個貫穿孔洞的一些部分形成一連接路徑，該冷卻劑藉由該連接路徑自該周邊路徑導入至該中央路徑，以及該複數個貫穿孔 洞的其餘部份形成一連接路徑，該冷卻劑藉由該連接路徑自該中央路徑傳遞至該周邊路徑來排出。
2. 如請求項1所述之氣體注入單元，其中該冷卻劑入口與該冷卻劑出口形成於該周邊路徑中。
3. 如請求項1所述之氣體注入單元，其中該處理氣管貫穿該冷卻殼體的該中央路徑。
4. 如請求項1所述之氣體注入單元，其中該複數個貫穿孔洞係從該中央路徑之中心呈輻射方向形成。
5. 如請求項2所述之氣體注入單元，其中該第二壁部份係定位於周邊路徑中，以將具有該冷卻劑入口的該周邊路徑之一部份從具有該冷卻劑出口的該周邊路徑之一部份分隔。
6. 如請求項5所述之氣體注入單元，其中該第二壁部份配置在該冷卻劑入口與該冷卻劑出口之大約中間部 份的該周邊路徑中。
7. 一種化學氣相沉積設備，其包含：一處理腔室；一感受器，其位於該處理腔室內且能夠將一基材加載於其上；以及一氣體注入單元，其將一處理氣體注入至該處理腔室之一內部；該氣體注入單元包含：一氣體分配殼體；一冷卻殼體，其定位於該氣體分配殼體及該處理腔室之間，其中該冷卻殼體形成為具有冷卻劑藉以導入的一冷卻劑入口以及該冷卻器藉以排出的一冷卻劑出口；一處理氣管，其一端開啟通到該氣體分配殼體，而另一端開啟通到該處理腔室，其中該處理氣管經形成以貫穿該冷卻殼體之一部份；一第一壁部份，其定位於該冷卻殼體內，以將該冷卻殼體分隔成一中央路徑及一周邊路徑，其中該第一壁部份形成為具有複數個貫穿孔洞，以提供介於該中央路徑與該周邊路徑之間的一路徑；以及 一第二壁部份，其定位於周邊路徑中，以實質上防止從該冷卻劑入口導入該周邊路徑的該冷卻劑不會不被導入該中央路徑就排放至該冷卻劑出口；其中該複數個貫穿孔洞的一些部分形成一連接路徑，該冷卻劑藉由該連接路徑自該周邊路徑導入至該中央路徑，以及該複數個貫穿孔洞的其餘部份形成一連接路徑，該冷卻劑藉由該連接路徑自該中央路徑傳遞至該周邊路徑來排出。
8. 如請求項7所述之化學氣相沉積設備，其中該冷卻劑入口與該冷卻劑出口形成於該周邊路徑中。
9. 如請求項7所述之化學氣相沉積設備，其中該處理氣管貫穿該冷卻殼體的該中央路徑。
10. 如請求項7所述之化學氣相沉積設備，其中該複數個貫穿孔洞係從該中央路徑之中心呈輻射方向形成。
11. 如請求項8所述之化學氣相沉積設備，其中 該第二壁部份係定位於周邊路徑中，以將具有該冷卻劑入口的該周邊路徑之一部份從具有該冷卻劑出口的該周邊路徑之一部份分隔。
12. 如請求項11所述之化學氣相沉積設備，其中該第二壁部份配置在該冷卻劑入口與該冷卻劑出口之大約中間部份的該周邊路徑中。
13. 一種用於一化學氣相沉積設備的氣體注入單元，其包含：一第一腔室；一第二腔室，其定位於該第一腔室及執行一沉積製程的一處理腔室之間，其中該第二腔室形成為具有冷卻劑藉以導入的一冷卻劑入口以及該冷卻器藉以排出的一冷卻劑出口；一環形管道，其定位於該第二腔室內以將該第二腔室分隔成一中央路徑及一周邊路徑；一處理氣管，其一端開啟通到該第一腔室，而另一端開啟通到該處理腔室，其中該處理氣管貫穿該第二腔室；以及一個或多個屏蔽壁，其定位於周邊路徑中以 實質上防止從該冷卻劑入口導入該周邊路徑的該冷卻劑不會不被導入該中央路徑就排放至該冷卻劑出口；其中該環形管道形成為具有複數個貫穿孔洞，以提供介於該中央路徑與該周邊路徑之間的路徑；以及其中該複數個貫穿孔洞的一些部分形成一連接路徑，該冷卻劑藉由該連接路徑自該周邊路徑導入至該中央路徑，以及該複數個貫穿孔洞的其餘部份形成一連接路徑，該冷卻劑藉由該連接路徑自該中央路徑傳遞至該周邊路徑來排出。
14. 如請求項13所述之氣體注入單元，其中該冷卻劑入口與該冷卻劑出口形成於該周邊路徑中。
15. 如請求項13所述之氣體注入單元，其中該處理氣管貫穿該中央路徑。
16. 如請求項14所述之氣體注入單元，其中該屏蔽壁係定位於周邊路徑中，以將具有該冷卻劑入口的該周邊路徑之一部份從具有該冷卻劑出口的該周邊路徑之一部份分隔。
17. 如請求項16所述之氣體注入單元，其中該屏蔽壁配置在該冷卻劑入口與該冷卻劑出口之大約中間部份的該周邊路徑中。