TWI509675B - 氣體分散設備 - Google Patents

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TWI509675B TW101136697A TW101136697A TWI509675B TW I509675 B TWI509675 B TW I509675B TW 101136697 A TW101136697 A TW 101136697A TW 101136697 A TW101136697 A TW 101136697A TW I509675 B TWI509675 B TW I509675B
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Description

氣體分散設備
本發明的實施例一般關於半導體處理設備。
使用於半導體製程腔室中之習用氣體分散設備(如，噴淋頭、氣體分散頭等)典型包括水冷之不銹鋼本體，該不銹鋼本體具有複數個氣體分散孔經配置以提供一或多種製程氣體至製程腔室之處理容積。然而，本案發明人注意到由於不銹鋼的熱傳遞特性之故，對某些應用而言，習用的氣體分散設備可能無法提供充分的溫度控制，因而可能增加氣相反應及/或製程氣體成分解離發生在氣體分散設備內。
在某些習用的設備中，氣體分散孔的尺寸可經設計以提供製程氣體成分的高速氣體注射，以降低氣相反應及製程氣體成分的解離之可能性。然而，本案發明人進一步注意到如此高速注射會在接近氣體分散孔處產生氣流渦流，從而導致氣體分散孔附近的顆粒沉積增加，因而需要更頻繁地清潔並維護氣體分散設備。
並且，本案發明人注意到利用不銹鋼結構之習用氣 體分散設備提供了不良的顆粒形成及金屬汙染控制，進一步導致更頻繁的清潔及維護需求，也進一步增加了停機時間並降低了製程腔室的效能。
因此，本案發明人提供改良的氣體分配設備，該氣體分配設備可克服至少某些前面所提到的問題，及/或可提供其它如下所述之益處。
本文提供氣體分散設備的實施例。在某些實施例中，與製程腔室一起使用之氣體分散設備可包括：石英本體具有頂部、環以及底板，環耦接該頂部之底表面，且底板具有複數個分散孔相對於該頂部耦接該環；複數個石英板，設置於該頂部與該底板之間，其中該複數個石英板被安置在彼此上方並間隔開來，以在各該複數個石英板及該石英底板上形成氣室；複數個石英管，用以將該等氣室耦接至該複數個分散孔，各該複數個石英管具有第一端設置於該等氣室中之一個氣室內，且各該複數個石英管具有第二端耦接該複數個分散孔中之一個分散孔；以及複數個導管，設置穿過石英本體之頂部，其中各該複數個導管耦接該等氣室中之一個氣室，以將製程氣體提供至該等氣室。
在某些實施例中，用以提供氣體至製程腔室的氣體分散設備可包括：石英本體，具有處理側、與處理側相對的第二側，以及至少三個氣室包圍於石英本體內介於處理側與第二側之間，其中各氣室彼此之間相互隔離，且至少三組氣 體分散孔設置於本體的第二側上，其中該至少三組氣體分散孔之各組氣體分散孔流通地耦接該至少三個氣室中之一個對應的氣室；複數個石英管，設置於石英本體內，各石英管將氣體分散孔耦接至該至少三個氣室中之一個氣室；以及數個導管，設置穿過該本體的第二側，其中該複數個導管中之至少一個導管耦接至該至少三個氣室中之一個對應的氣室，以將製程氣體提供至該對應的氣室。
以下描述本發明的其它及進一步實施例。
100‧‧‧製程腔室
101‧‧‧內容積
102‧‧‧上部
103‧‧‧氣體分散設備
104‧‧‧下部
106‧‧‧腔室蓋
107‧‧‧虛線
110‧‧‧腔室本體
114‧‧‧注射器
116‧‧‧上腔室襯裡
117‧‧‧黏附性降低襯裡
118‧‧‧排放岐管
119‧‧‧第二側
120‧‧‧外殼
121‧‧‧第一側
122‧‧‧預熱環
123‧‧‧處理表面
124‧‧‧基板支撐件
125‧‧‧基板
126‧‧‧基板舉升桿
127‧‧‧墊
128‧‧‧舉升銷
129‧‧‧上部
130‧‧‧支援系統
131、133‧‧‧O型環
132‧‧‧下圓頂
134‧‧‧支撐托架
135‧‧‧熱電耦
137‧‧‧孔
140‧‧‧控制器
142‧‧‧CPU
144‧‧‧記憶體
145‧‧‧頂表面
146‧‧‧支援電路
147‧‧‧內表面
151‧‧‧加熱系統
152‧‧‧上方燈
153‧‧‧內襯裡
154‧‧‧下方燈
155‧‧‧殼體
158‧‧‧下方高溫計
160‧‧‧基板舉升總成
161‧‧‧舉升銷模組
163‧‧‧孔
164‧‧‧基板支撐件總成
166‧‧‧支撐銷
167‧‧‧氣體供應器
169‧‧‧氣體入口
171‧‧‧氣體供應器
172‧‧‧舉升機構
173‧‧‧氣體分配塊體
174‧‧‧旋轉機構
175‧‧‧O型環
177‧‧‧虛線
179‧‧‧氣體供應件
181‧‧‧孔
183‧‧‧虛線
200‧‧‧本體
202‧‧‧頂部
204、208、212‧‧‧氣室
206、210‧‧‧板
214‧‧‧底板
215、217、218‧‧‧管
216‧‧‧氣體分散孔
220、222‧‧‧孔
224、226、230‧‧‧導管
228‧‧‧額外導管
232、234、236‧‧‧O型環
238、240、244‧‧‧通孔
244、246、248‧‧‧第一端
250、252、254‧‧‧第二端
302‧‧‧氣體供應器導管
303‧‧‧氣體返回導管
304‧‧‧氣體環
306、307‧‧‧O型環
308‧‧‧供應通道
310‧‧‧冷卻劑通道
312‧‧‧邊緣
314‧‧‧返回通道
402‧‧‧冷卻劑通道
404‧‧‧環
406、408、502‧‧‧孔
802‧‧‧氣體分散孔
804‧‧‧第一氣體分散孔
806‧‧‧第二氣體分散孔
808‧‧‧第三氣體分散孔
可藉由參照描繪於隨附圖式中之本發明的說明性實施例，而瞭解以上所簡述且更詳細於下文中討論之本發明的實施例。然而，應注意的是，隨附圖式僅為說明本發明之典型實施例，而非用於限制其範疇，本發明亦允許其它等效實施例。
第1圖描繪根據本發明的某些實施例，適於與氣體分散設備一起使用之製程腔室的概要側視圖。
第2至7圖描繪根據本發明的某些實施例之氣體分散設備的多個實施例之剖面圖。
第8圖描繪根據本發明的某些實施例之氣體分散設備的底視圖。
為方便瞭解，在可能情況下已使用相同元件符號以指出諸圖所共有之相同元件。圖式並非按比例繪製，且可能為了清晰之故而加以簡化。可考慮將一個實施例之元件及特 徵有利地併入其它實施例，而無需進一步記載。
本文提供氣體分散設備的實施例。在至少某些實施例中，相較於習用的氣體分散設備，本發明的設備可有利地提供提升的溫度控制、改良的對溫度改變之反應時間，及/或較大的動態操作範圍。本發明之設備的至少某些實施例可進一步有利地提供減少的顆粒形成及汙染，從而需要較低的清潔及維護的頻率，並因此需要較少的停機時間。本發明之設備的至少某些實施例可進一步有利地提供較低的製程氣體注射速度，因而進一步提供具有減少的顆粒形成及汙染之氣體分散設備，從而需要較低的清潔及維護的頻率，並因此需要較少的停機時間。
第1圖描繪根據本發明的某些實施例之製程腔室100的概要側視圖。在某些實施例中，製程腔室100可為商業上可購得之製程腔室，諸如可購自加州聖大克勞拉市的應用材料公司之RP EPI®反應器，或適於進行例如磊晶沉積等沉積製程的任何合適的半導體製程腔室。
製程腔室100大體包含：腔室本體110，界定內容積101；氣體分散設備103及基板支撐件124，經配置以支撐基板125，且氣體分散設備103及基板支撐件124設置於內容積101中。內容積101包含處理容積105，處理容積105界定為介於氣體分散設備103與基板支撐件124之間的區域。製程腔室100還可包括如下文中進一步詳述的支援系統130及 控制器140。
在某些實施例中，注射器114可經設置而接近基板支撐件124的第一側121，以在基板125設置於基板支撐件124上的時候，提供一或多種製程氣體越過基板125的處理表面123。
在某些實施例中，加熱的排放岐管118可經設置而接近基板支撐件124的第二側129，並與注射器114相對，以自製程腔室100排放一或多種製程氣體。加熱的排放岐管118可包括開口，開口的寬度約略等於或大於基板125的直徑。在某些實施例中，加熱的排放岐管118可包括黏附性降低襯裡(adhesion reducing liner)117。黏附性降低襯裡可包含任何材料，例如，石英、鎳浸漬的氟聚合物、二氧化鎳、前述材料之組合等。
腔室本體110大體包括上部102、下部104及外殼120。上部102設置於下部104之上，且上部102包括腔室蓋106及上腔室襯裡116。在某些實施例中，一或多個密封件(如，圖示的兩個O型環131、133)可設置於腔室蓋106與上腔室襯裡116之間，以有助於該等部件之間的真空密封。在某些實施例中，可提供上方高溫計156，以於處理期間提供關於基板之處理表面的溫度數據。
在某些實施例中，如圖所描繪，上腔室襯裡116可設置於注射器114及加熱的排放岐管118之上，並設置於腔室蓋106之下。在某些實施例中，上腔室襯裡116可包含諸如石英等材料，例如，以至少部分反射從基板125及/或從設 置於基板支撐件124下方的燈所輻射之能量。在某些實施例中，上腔室襯裡116、腔室蓋106及下腔室襯裡136(於下文討論)可為石英，從而有利地提供石英封套圍繞基板125。
腔室蓋106可具有任何適合的表面形貌，如平坦狀(如圖所示)或具有類圓頂形狀(未繪示)或其它形狀，例如，也可考慮反向曲線蓋。腔室蓋106可包含諸如不銹鋼、鋁、石英等任何合適的材料。因此，在某些實施例中，腔室蓋106可至少部分反射自基板125及/或自設置於基板支撐件124下方的燈所輻射之能量。在某些實施例中，腔室蓋106可為經液體冷卻的蓋，以有助於氣體分散設備103的溫度控制。
在某些實施例中，一或多個熱電耦(圖中顯示三個熱電耦135)可設置於通孔137內，通孔137形成於腔室蓋106中，且熱電耦經安置而接近氣體分散設備103，以有助於監測並控制氣體分散設備103的溫度。可用適於使氣體分散設備103的溫度在分開的位置受到監測的任何方式來安排熱電耦135的位置。舉例而言，於存在有三個熱電耦的實施例中(如第1圖中)，所述三個熱電耦可個別設置在自氣體分散設備103的中心起算約40mm、約90mm及約140mm處。熱電耦的位置可依氣體分散設備100的特定表面形貌而定。舉例而言，熱電耦可對應溫度區域來安置，或熱電耦可根據系統的表面形貌來安置(如，接近支撐基座的邊緣、接近基板的邊緣、約基板半徑的一半、接近基板中心等)。
在某些實施例中，熱電耦135可設置於殼體155內，以容許熱電耦135被定位接近氣體分散設備103而不會將熱 電耦135暴露於內容積101中的環境。在某些實施例中，殼體155可包含底部149及頂部141，底部149經配置以安裝在腔室蓋106的通孔內，且頂部141耦接底部149並經配置以將熱電耦135保持在靜止位置。在某些實施例中，可將密封件(如，O型環161)設置在頂部141與腔室蓋106之間，以提供真空密封。
下部104大體包含基底板總成119、下腔室襯裡136、下圓頂132、基板支撐件124、預熱環122、基板舉升總成160、基板支撐件總成164、加熱系統151及下方高溫計158。加熱系統151可設置於基板支撐件124下方，以提供熱能至基板支撐件124。加熱系統151可包含一或多個上方燈152及一或多個下方燈154。儘管用術語「環(ring)」來描述製程腔室的某些部件(如預熱環122)，但可考慮該等部件的外型並不一定是圓形，且可包括任何外型，包括但不限於，矩形、多邊形、卵形等。下腔室襯裡136可設置於注射器114及加熱的排放岐管118下方，且例如，設置於基底板總成119上方。注射器114及加熱的排放岐管118大體設置於上部102與下部104之間，且可耦接至上部102及下部104之一或二者。
基板支撐件124可為任何適合的基板支撐件，如板或環(如圖中之虛線所繪示)以將基板125支撐於基板支撐件上。基板支撐件總成164大體包括支撐托架134，支撐托架134具有複數個支撐銷166耦接至基板支撐件124。基板舉升總成160包含基板舉升桿126及複數個舉升銷模組161，舉升 銷模組161選擇性地安置在基板舉升桿126的各墊127上。在一個實施例中，舉升銷模組161包含視情況任選的上部129。舉升銷128以可移動方式設置穿過基板支撐件124中的第一開口162。在操作上，可移動基板舉升桿126而接合舉升銷128。當基板舉升桿與舉升銷接合時，舉升銷128可升高基板125於基板支撐件124上方，或降低基板125至基板支撐件124上。
基板支撐件124可進一步包括舉升機構172及旋轉機構174，舉升機構及旋轉機構耦接至基板支撐件總成164。可利用舉升機構172以在垂直於基板125的處理表面123之方向上移動基板支撐件124。舉例而言，舉升機構172可用來相對於噴淋頭170及注射器114定位基板支撐件124。旋轉機構174可用來繞著中心軸旋轉基板支撐件124。在操作上，舉升機構可協助相對於注射器114及/或氣體分散設備103所產生的流場(flow field)，動態控制基板125的定位。基板125定位的動態控制可結合由旋轉機構174所進行之基板125的持續旋轉，以用來最佳化基板125的處理表面123對流場之暴露，以最佳化處理表面123上的沉積均勻性及/或成分，並最小化處理表面123上的殘留物形成。
在處理期間，基板125設置於基板支撐件124上。燈152及154為紅外線(IR)輻射(即，熱)源，且在操作上，燈152及154在整個基板125上產生預定的溫度分佈。如上文所述，腔室蓋106、上腔室襯裡116及下圓頂132可由石英形成；然而，也可使用其它IR可通透且製程相容的材料來形成該等 部件。燈152、154可為多區燈加熱設備的部分，以為基板支撐件124的背側提供熱均勻性。舉例而言，加熱系統151可包括複數個加熱區，其中各加熱區包括複數個燈。舉例而言，一或多個燈152可為第一加熱區，且一或多個燈154可為第二加熱區。燈152、154可提供約攝氏200度至約攝氏900度的寬廣熱範圍。燈152、154可提供每秒約攝氏5度至約攝氏20度的快速反應控制。舉例而言，燈152、154的熱範圍及快速反應控制可於基板125上提供沉積均勻性。進而，下圓頂132可受到溫度控制(例如，藉由主動冷卻、視窗設計等)，以進一步協助控制基板支撐件124的背側上，及/或基板125的處理表面123上之熱均勻性。
內容積101可容納任何適當尺寸的基板，例如，200 mm、300 mm等。內容積101可具有可變的容積，例如，當舉升機構172升高基板支撐件124靠近腔室蓋106時，內容積101的尺寸可縮小，且當舉升機構172降低基板支撐件124遠離腔室蓋106時，內容積101的尺寸可擴大。在某些實施例中，可藉由一或多個主動或被動冷卻部件來冷卻內容積101。舉例而言，可藉由製程腔室100的壁(可例如為不鏽鋼等)來被動地冷卻內容積101。舉例而言，無論單獨進行或與被動冷卻結合，可例如，藉由使冷卻劑繞著製程腔室100流動，來主動地冷卻內容積101。舉例而言，冷卻劑可為液體(如，水)或氣體。
支援系統130可包括用來執行並監測製程腔室100中之預定製程(如，生長磊晶膜)的若干部件。此等部件大體包 括製程腔室100的多個次系統(如，(多個)氣體分配盤、氣體分配導管、真空與排放次系統等)及裝置(如，電源供應器、製程控制設備等)。
在某些實施例中，控制器140可直接耦接至製程腔室100及支援系統130，又或者透過與製程腔室及/或支援系統相關聯的電腦(或控制器)耦接至製程腔室100及支援系統130。控制器140可為任何形式的通用電腦處理器之一，通用電腦處理器可用在工業設定(industrial setting)中以控制各種腔室與次處理器。CPU 142的記憶體144(或電腦可讀取媒體)可為一或多種易於使用的記憶體，如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟，或本地或遠端的任何其它形式的數位儲存裝置。支援電路146耦接至CPU 142，以用習知方式支援處理器。該等電路包括快取(cache)、電源、時脈電路、輸入/輸出電路及次系統等。
可用任何適當的方式將氣體分散設備103定位於製程腔室100內，以於基板125的表面123提供充分的氣體分佈。舉例而言，如第1圖所示，在某些實施例中，可將氣體分散設備103設置在基板支撐件124上方(如，與基板支撐件124相對)。氣體分散設備103可具有適於在基板125的表面123提供充分的氣體分佈之任何尺寸。舉例而言，在某些實施例中，氣體分散設備103可具有約12至約14英吋(300至350 mm)的直徑。在某些實施例中，氣體分散設備103可具有大於基板達約50%的直徑(如，就300 mm的基板而言約18英吋或450 mm的氣體分散設備103直徑)。當然，在具有其它尺寸的 製程腔室或經配置來處理較小或較大基板的製程腔室中，可使用其它尺寸。
在某些實施例中，氣體分散設備103可定位於製程腔室100內，使得氣體分散設備103的氣體供應件179設置於通孔181內，通孔181形成於腔室蓋106中。在這樣的實施例中，氣體分配塊體(gas distribution block)173可耦接氣體供應件179，以有助於自氣體供應器171提供一或多種製程氣體至氣體供應件179。氣體分配塊體173可包含對製程具有惰性的任何製程適性材料。舉例而言，在某些實施例中，氣體分配塊體173可為金屬，如不銹鋼、鋁等。在某些實施例中，取決於製程中所用的特定化學物質，氣體分配塊體173可為經塗覆材料或陶瓷。在某些實施例中，氣體分配塊體173可為石英。在某些實施例中，可在氣體供應件179、氣體分配塊體173與腔室蓋106中之一或多者之間設置一或多個密封件(圖中顯示兩個O型環175)，以提供真空密封。在某些實施例中，氣體分散設備103可由製程腔室100的內襯裡153的一部分所支撐。在這樣的實施例中，氣體分配設備103可由腔室蓋106及內襯裡153保持不動。
在某些實施例中，氣體分配設備103可包含一或多種機制，以有助於對氣體分配設備103之溫度的控制。舉例而言，在某些實施例中，可在氣體分配設備103的一或多個表面上，或在製程腔室100的內表面上設置反射性塗層。舉例而言，在某些實施例中，反射性塗層可設置在氣體分配設備103(圖中顯示為虛線107)的面向基板表面143(如，參照 第2圖於下文描述之底板214)上。在這樣的實施例中，反射性塗層可設置在內襯裡153的一或多個相鄰表面上。在某些實施例中，反射性塗層可設置在氣體分配設備103(顯示為虛線177)的頂表面145上。在某些實施例中，反射性塗層可設置在腔室蓋106(顯示為虛線183)的內表面147上。反射性塗層可包含任何材料，所述材料適於提供對氣體分配設備103之溫度的控制。舉例而言，在某些實施例中，反射性塗層可為石英(SiO2 )反射性塗層。在某些實施例中，石英(SiO2 )反射性塗層可以是不透明的。在某些實施例中，例如當不透明的石英(SiO2 )反射性塗層被設置在氣體分配設備103的頂表面145上，透明的石英(SiO2 )反射性塗層可被設置在面向基板表面143上。
交替或組合，在某些實施例中，氣體供應器167可提供一或多種氣體至氣體入口169，以將氣流提供至氣體分配設備103附近，以有助於對氣體分配設備103的溫度之控制。在某些實施例中，氣體入口169可設置在通孔163內，通孔163形成於腔室蓋106中。氣體可為任何類型的氣體，所述氣體適於提供對氣體分配設備103的溫度之控制，且可根據氣體分配設備103的期望溫度改變而選擇或改變所述氣體。舉例而言，在期望溫度升高的實施例中，可利用如氮(N2 )等具有高熱傳遞特性的氣體。或者，在期望溫度降低的實施例中，可利用如氦(He)或氫(H2 )等具有不佳熱傳遞特性的氣體。
請參見第2圖，在某些實施例中，氣體分配設備103大體可包含本體200及複數個板(圖中顯示兩個板206、210) 設置於本體200內，且經配置以自氣體供應件179提供複數種氣體至形成於底板214中的複數個氣體分散孔216。如本文所使用，諸如頂(部)或底(部)等相對用語僅用於描述目的，且非用於限制本發明。舉例而言，可提供氣體分散設備，該氣體分散設備可相對於製程腔室或設置於製程腔室中之待處理基板呈一角度、位於旁側(sideway)或顛倒設置。例如，更一般而言，本體具有處理側(如，底板214)及第二側，其中該複數個氣體分散孔排列於處理側，且第二側與處理側相對。底板214可具有任何數目的氣體分散孔216，氣體分散孔216可具有任何尺寸，所述尺寸適於對製程腔室(如，上文所描述之製程腔室100)提供期望之製程氣體分佈，例如，參照第8圖描述於下文。
在某些實施例中，氣體分配設備103可由石英(SiO2 )製成。本案發明人注意到可藉著由石英(SiO2 )製造氣體分配設備103，降低或消除氣體分配設備103內的金屬汙染及/或顆粒形成。舉例而言，在某些實施例中，氣體分配設備103可包含每平方公分少於約1e109 個原子的金屬含量，或在某些實施例中，每平方公分少於約1e1010 個原子的金屬含量。藉由降低或消除金屬汙染及/或顆粒形成，可原位清潔氣體分散設備，因而減少了維護所需的停機時間，且增加了製程腔室100的效能。
此外，藉著由石英(SiO2 )製造氣體分配設備103，本案發明人注意到，因石英(SiO2 )相較於習用氣體分配設備的材料如金屬(如，不銹鋼、鋁等)具有低的熱傳遞特性之故，氣體 分配設備對製程腔室內的溫度改變可具有改良的溫度反應時間，從而增進氣體分配設備的溫度控制及動態操作範圍。並且，石英(SiO2 )相對較低的熱傳遞特性可減少製程氣體化合物分解或解離的情況。
在某些實施例中，本體200可包含頂部202及環203，環203耦接頂部202並自頂部202向外延伸。底板214可相對於頂部202耦接至環203。在某些實施例中，該複數個板(板206、210)設置於本體200內並經定位，使得複數個氣室(圖中顯示三個氣室204、208、212)形成於本體200內。在某些實施例中，可提供三個氣室，或至少三個氣室。舉例而言，如第2圖所示，第一氣室(氣室204)形成於頂部202與第一板(板206)之間，第二氣室(氣室208)形成於第一板(板206)與第二板(板210)之間，且第三氣室212形成於第二板(板210)與底板214之間。
在某些實施例中，複數個管(圖中所示之第一組管215耦接氣室204、第二組管217耦接氣室208，且第三組管218耦接氣室212)可設置於本體200內，並經配置以將各該複數個氣室耦接至該複數個氣體分散孔216的對應氣體分散孔群組。在這樣的實施例中，該複數個板(板206、210)中的各板可包含複數個通孔238、240、242，通孔238、240、242經配置而容許各該複數個管耦接氣體分散孔216。可用適於將該複數個氣室耦接至該複數個氣體分散孔216的任何方式來配置該複數個管。舉例而言，在某些實施例中，各該複數個管可包含第一端244、246、248耦接該複數個氣室中之一個 氣室，以及第二端250、252、254耦接氣體分散孔216中之一個氣體分散孔。在某些實施例中，管(如，管215)的第一端244可包含開口端258。交替或組合，在某些實施例中，管(如，管216、218)的第一端246、248可包含孔220、222設置於管的側面。
在某些實施例中，複數個導管(圖中顯示三個導管224、226、230)設置於氣體供應件179內並穿過本體200的頂部202，且各導管耦接氣室204、208、212中之一個氣室。各該複數個導管224、226、230耦接氣體供應器(如，上文所述之氣體供應器171)，且經配置而獨立於其它導管分別提供製程氣體。舉例而言，在進行諸如有機金屬化學氣相沉積(metalorganic chemical vapor deposition；MOCVD)等磊晶製程以形成III-V族半導體層的實施例中，第一導管(如，導管224)可提供包含III族化合物的第一製程氣體，第二導管(如，導管226)可提供包含V族化合物的第二製程氣體，且第三導管(如，導管230)可提供包含淨化氣體或摻質氣體的第三製程氣體。藉由透過個別導管提供各該等製程氣體至個別氣室，可減少氣體到達製程腔室(如，上文所述之製程腔室100的處理容積105)的處理容積之前的氣相反應，從而增加製程的效能。此外，藉由透過個別導管提供各該等製程氣體至個別氣室，各該等製程氣體可來自不同的來源。舉例而言，在上述的例子中，可自固態、液態或氣態前驅物獨立地提供各該第一、第二及第三製程氣體。並且，藉由透過個別導管提供各該等製程氣體至個別氣室，可縮小本體200內的內容積，從 而容許有效率地切換氣體，因而能在製程腔室內進行製程的同時達成動態改變，例如在磊晶沉積層中生長遽變異質接面(abrupt heterojunction)。
在某些實施例中，額外導管228可設置於氣體供應件179內並延伸進入本體200接近底板214。在某些實施例中，溫度測量裝置，例如光纖探針(fiber optic probe)，如石英光纖探針、熱電耦探針等，以有助於監測氣體分散設備103的溫度。
在某些實施例中，密封件(如，O型環232、234、236、256)可經設置而接近該複數個導管224、226、230及該額外導管228之頂部，以在連接至其它部件時提供氣密式密封。在某些實施例中，該複數個導管224、226、230及該額外導管228為安裝於氣體供應件179內的管。或者，在某些實施例中，可由固態材料塊(例如，不銹鋼)製造氣體供應件179，且該複數個導管224、226、230及該額外導管228為形成於氣體供應件179中的通道，例如參照第5至7圖於下文描述者。
請參見第3圖，在某些實施例中，氣體分配設備可包含冷卻劑通道310，冷卻劑通道310設置在本體200的邊緣312附近，且經配置以容許冷卻劑氣體流圍繞本體200的邊緣312，以有助於氣體分配設備103之溫度控制。依據應用，冷卻劑氣體可為任何合適的氣體，例如，氦(He)、氫(H2 )、氬(Ar)、氮(N2 )等。
在某些實施例中，氣體供應器(如，上文所述之氣體供應器171)可透過氣體供應器導管302、氣體環304及供應通 道308將冷卻劑氣體提供至冷卻劑通道310。返回通道314可耦接氣體環304及氣體返回導管303，從而建立自氣體供應器導管302經過冷卻劑通道310至返回導管303的流動路徑。可在氣體供應器及返回導管302、303與其它部件的任何連接處附近提供O型環306、307或其它合適的密封件。
可以任何方式定位冷卻劑通道310，且冷卻劑通道310可具有任何尺寸，所述尺寸足以提供對氣體分配設備103的期望溫度控制。舉例而言，如第3圖所描繪，在某些實施例中，冷卻劑通道310可設置於底板214上方及相鄰的板(板210)下方，並具有類似於相鄰氣室(如，氣室212)的尺寸。或者，如第4圖所描繪，在某些實施例中，冷卻劑通道402可經定位而與板(板206、210)相鄰，並自本體200的頂部202延伸至底板214。在這樣的實施例中，具有複數個通孔(圖中顯示兩個通孔406、408)的環404可經配置以與供應通道308交界，且返回通道314可設置於本體200內以界定冷卻劑通道402。環404可為任何尺寸，所述尺寸適於提供具有期望尺寸的冷卻劑通道402。舉例而言，在某些實施例中，環404可具有約0.25英吋至約1英吋，或約0.5英吋的壁厚度(外徑減內徑)。儘管可依據氣體分配設備103的配置使用其它尺寸，在某些實施例中，環404可具有約13.78英吋的外徑。
請參見第5圖，在某些實施例中，可由固態材料件製造氣體供應件179，該固態材料件具有複數個通道形成於其中，以形成複數個導管224、226、230及額外導管228。在這樣的實施例中，氣體供應件179可設置於通孔502內，通孔 502形成於本體200的頂部202及板206、210中，其中氣體供應件179的底部設置於接近底板214處，例如圖中所示。氣體供應件179可由任何適當的材料所製造，例如金屬，如不銹鋼、鋁等。
氣體供應件179可具有適於容納複數個導管224、226、230及額外導管228之任何尺寸。舉例而言，儘管可依據氣體分配設備103的配置使用其它尺寸，在某些實施例中，氣體供應件可具有約0.75至約2英吋的外徑，或在某些實施例中，約1英吋的外徑。儘管可依據氣體分配設備103的配置使用其它尺寸，在某些實施例中，氣體供應件179可具有約3.00英吋的整體長度。
請參見第6圖，在氣體供應件179由如上所述之固態材料塊製成的實施例中，氣體分配設備可包含冷卻劑通道310，冷卻劑通道310經設置而接近本體200的邊緣312，且經配置以容許冷卻劑氣體流圍繞本體200的邊緣312，以有助於氣體分配設備103之溫度控制，如參照第3圖於上文所述。如第6圖所描繪，在某些實施例中，冷卻劑通道310可設置於底板214上方及相鄰的板(板210)下方，並具有類似於相鄰氣室(如，氣室212)的尺寸。或者，如第7圖所描繪，在某些實施例中，冷卻劑通道402可經定位而與板(板206、210)相鄰，並自本體200的頂部202延伸至底板214。
請參見第8圖，氣體分配設備103可包含適於提供期望的製程氣體分佈之任何數目的氣體分散孔802。在某些實施例中，氣體分配設備103可就每一種利用的製程氣體包含 約100至約500個氣體分配孔。舉例而言，在利用三種製程氣體(如，上文所述包含III族化合物之第一製程氣體、包含V族化合物之第二製程氣體，及包含淨化氣體或摻質氣體之第三製程氣體)的實施例中，氣體分散設備103可包含總數約300至約1500個氣體分散孔802，或在某些實施例中，約880個氣體分散孔802，氣體分散孔802可再分為，例如，第一氣體分散孔804、第二氣體分散孔806及第三氣體分散孔808。氣體分散孔804、806、808的數目及圖樣僅為示意。可根據由各氣室或整體氣室提供之氣體的期望氣體分佈梯度，來分隔氣體分散孔802(及氣體分散孔804、806、808的圖樣)。舉例而言，在某些實施例中，提供相同製程氣體的氣體分散孔802可具有約8至約16 mm的間距，或在某些實施例中，約10 mm的間距。此外，可由管形成氣體分散孔802，所述管具有合適的壁厚度，例如，約0.5至約1.5 mm，或在某些實施例中，約1 mm。
氣體分散孔802可具有任何尺寸，所述尺寸適於提供由氣體分散設備103所分散之製程氣體的期望速度。舉例而言，在某些實施例中，各氣體分散孔802可具有約1至約6 mm的直徑，或在某些實施例中，約1至約4 mm。本案發明人注意到，藉由提供相較於習用氣體分散設備中所見之分散孔尺寸而言具有較大直徑的氣體分散孔802，可降低由氣體分散設備103所分散之製程氣體的速度，從而減少接近氣體分散孔802處之渦流形成，因而減少或消除顆粒形成於氣體分散孔802上或周圍的情況。舉例而言，由氣體分散設備103 所分散之製程氣體的速度可為約1至約30 cm/sec。此外，藉由提供具有較大直徑的氣體分散孔802，使氣體分散孔802的加工容差(machining tolerance)的關鍵性減低，從而提供更快更有效率的氣體分配設備103製造製程。
儘管上文導向本發明的實施例，但可在不悖離本發明之基本範疇下發想本發明的其它及進一步的實施例。
103‧‧‧氣體分散設備
179‧‧‧氣體供應件
200‧‧‧本體
202‧‧‧頂部
204、208、212‧‧‧氣室
206、210‧‧‧板
214‧‧‧底板
215、217、218‧‧‧管
216‧‧‧氣體分散孔
220、222‧‧‧孔
224、226、230‧‧‧導管
228‧‧‧額外導管
232、234、236‧‧‧O型環
238、240、244‧‧‧通孔
244、246、248‧‧‧第一端
250、252、254‧‧‧第二端

Claims (18)

  1. 一種氣體分散設備，用以提供氣體至一製程腔室，該氣體分散設備包含：一石英本體，具有一頂部、一環以及一底板，該環耦接該頂部之一底表面，該底板具有複數個氣體分散孔並相對於該頂部耦接該環；複數個石英板，設置於該頂部與該底板之間，其中該複數個石英板被垂直排列並間隔開來，以在各該複數個石英板及該底板上形成一氣室；複數個石英管，用以將該等氣室耦接至該複數個分散孔，各該複數個石英管具有一第一端設置於該等氣室中之一個氣室內，且各該複數個石英管具有一第二端耦接該複數個分散孔中之一個分散孔；複數個導管，設置穿過該本體之該頂部，其中各該複數個導管耦接該等氣室中之一個氣室，以將一製程氣體提供至該等氣室；以及一氣體供應件，該氣體供應件容納該複數個導管並具有一部分自該石英本體延伸，使得該部分能被設置在一通孔內，該通孔形成於該製程腔室的一壁或天花板中。
  2. 如請求項1所述之氣體分散設備，其中該複數個氣體分散孔具有約1至約6毫米之直徑。
  3. 如請求項1所述之氣體分散設備，其中該複數個氣體分散孔在每氣室包含約100至約500個氣體分散孔。
  4. 如請求項1所述之氣體分散設備，進一步包含一反射性塗層，該反射性塗層設置於該本體之一底表面、該本體之一頂表面、或設置於該本體附近之該製程腔室的一表面中之至少一者上。
  5. 如請求項4所述之氣體分散設備，其中設置於該本體附近之該製程腔室的該表面係該製程腔室之一壁或天花板的一內表面，或設置於該製程腔室內之一襯裡的一部分中之一者，該襯裡的該部分經配置以支撐該氣體分散設備。
  6. 如請求項4所述之氣體分散設備，其中該反射性塗層包含透明或不透明之一石英(SiO2 )層。
  7. 如請求項1所述之氣體分散設備，其中該氣體供應件係一空心管耦接該本體之該頂部，且其中該複數個導管係設置於該氣體供應件內的複數個管。
  8. 如請求項1所述之氣體分散設備，其中該氣體供應件係一固態塊體，該固態塊體設置於該本體內，且其中該複數個導管係形成於該固態塊體內的複數個通道。
  9. 如請求項8所述之氣體分散設備，其中該固態塊體係由不銹鋼或鋁製成。
  10. 如請求項1所述之氣體分散設備，進一步包含：一襯裡，設置於該製程腔室內，其中該本體置於該襯裡之一部分的頂上。
  11. 如請求項1所述之氣體分散設備，其中該製程腔室包含一氣體入口，設置於接近該本體之該製程腔室的一壁或天花板中，以提供一溫度控制氣體接近該本體之一外表面。
  12. 如請求項11所述之氣體分散設備，其中該溫度控制氣體係氦、氫或氮中之一者。
  13. 如請求項1所述之氣體分散設備，進一步包含：一或多個熱電耦，設置於接近該本體之該製程腔室的一壁或天花板中，以監測該氣體分散設備之一溫度。
  14. 一種氣體分散設備，用以提供氣體至一製程腔室，該氣體分散設備包含：一石英本體，具有一頂部、一環以及一底板，該環耦接該頂部之一底表面，該底板具有複數個氣體分散孔並相對於該頂部耦接該環；複數個石英板，設置於該頂部與該底板之間，其中該 複數個石英板被垂直排列並間隔開來，以在各該複數個石英板及該底板上形成一氣室；複數個石英管，用以將該等氣室耦接至該複數個分散孔，各該複數個石英管具有一第一端設置於該等氣室中之一個氣室內，且各該複數個石英管具有一第二端耦接該複數個分散孔中之一個分散孔；複數個導管，設置穿過該本體之該頂部，其中各該複數個導管耦接該等氣室中之一個氣室，以將一製程氣體提供至該等氣室；以及一通道，設置於該本體內並接近該本體之一外側邊緣，該通道經配置以在該本體之該外側邊緣周圍提供一冷卻劑氣體流，以控制該氣體分散設備之一溫度，其中該通道係設置於該複數個板之一底板與該本體之該底板之間。
  15. 如請求項14所述之氣體分散設備，其中該通道係設置於該本體之該頂部與該底板之間，並圍繞該複數個板之一外側邊緣。
  16. 如請求項14所述之氣體分散設備，其中該冷卻劑氣體為氦或氮。
  17. 一種氣體分散設備，用以提供氣體至一製程腔室，該氣體分散設備包含：一石英本體，具有一處理側、一第二側、至少三個氣 室以及至少三組氣體分散孔，該第二側與該處理側相對，該至少三個氣室被包圍於該石英本體內介於該處理側與該第二側之間，且該至少三組氣體分散孔設置於該本體的該第二側上，其中各氣室彼此之間相互隔離，且其中該至少三組氣體分散孔中之各組氣體分散孔流通地耦接該至少三個氣室中之一個對應的氣室；複數個石英管，設置於該石英本體內，各石英管將一氣體分散孔耦接至該至少三個氣室中之一個氣室；複數個導管，設置穿過該本體的該第二側，其中該複數個導管中之至少一個導管耦接至該至少三個氣室中之一個對應的氣室，以將一製程氣體提供至該對應的氣室；以及一氣體供應件，該氣體供應件容納該複數個導管並具有一部分自該石英本體延伸，使得該部分能被設置在一通孔內，該通孔形成於該製程腔室的一壁或天花板中。
  18. 如請求項17所述之氣體分散設備，其中該至少三組氣體分散孔中之該等氣體分散孔具有約1至約6毫米之直徑。
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