TWI672388B - 用於氣相沉積設備之反應腔室 - Google Patents

Abstract

一種用於氣相沉積設備之反應腔室，包含基板載台以承載多個基板、流道元件、上腔體、以及多個突出件。流道元件包含面對多個基板之對向面，其包含多個對向凸部以及多個對向凹部，互相交錯排列以形成凹凸表面。流道元件亦包含與對向面相對之背向面，其包含多個背向凸部以及多個背向凹部，分別與對向面之多個對向凹部及多個對向凸部對應設置。上腔體面對流道元件之背向面，其與每一背向凸部之間形成第一氣道。多個突出件可設置於多個背向凹部內，與每一背向凹部之側壁及底面之間形成第二氣道，其連通第一氣道以供冷卻流體通過。

Description

用於氣相沉積設備之反應腔室

本發明是有關一種用於氣相沉積設備的反應腔室，特別是一種可降低流道元件溫差的反應腔室。

在現今的半導體工業中，常使用氣相沉積法生長薄膜。在傳統行星型(planetary type) MOCVD反應器中，為了達到散熱的目的，已使用具有凹凸形狀的流道元件(ceiling)，如圖1所示。圖1中的流道元件2具有朝向基板W的對向凸部200及對向凹部202，其中，對向凸部200是設計為實心的結構，因而使其整體厚度為不一致的，亦即，對向凸部200的部分較厚，而在對向凹部202的部分則較薄。流道元件2的一端為基板W，一般在氣相沉積的過程中是處於極高的操作溫度，而流道元件2的另一端則透過冷卻裝置3或通過冷卻流體以降低溫度，避免產生不必要的預反應。

而如圖1所示的流道元件具有不一致的厚度，會使流道元件在不同位置具有不同的散熱效率，舉例而言，對向凸部200的散熱效率相對較低，而對向凹部202的散熱效率相對較高。不同的散熱效率會造成流道元件上下溫差變大，例如，溫差超過攝氏30度或以上，如此一來會產生應力分布不平均的現象而容易導致流道元件破裂。

承上所述，如何有效地解決流道元件上下溫差過大的問題，且同時不影響氣相沉積製程的的進行便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種用於氣相沉積設備之反應腔室，其是將流道元件整體的厚度設計為一致或接近，並調整流道元件與上腔體之間的氣道空間以使氣體均勻流通及散熱，進而達到降低流道元件溫差之功效。

本發明一實施例之反應腔室包含：基板載台(Susceptor) 以用於承載多個基板、流道元件(Ceiling)、上腔體、以及多個突出件。流道元件包含面對多個基板之對向面，其包含多個對向凸部以及多個對向凹部，互相交錯排列以形成一凹凸表面，其中每一對向凹部用以作為供製程氣體流經之流道 (Channel)。流道元件亦包含與對向面相對之背向面，其包含多個背向凸部以及多個背向凹部，分別與對向面之多個對向凹部以及多個對向凸部對應設置。上腔體可面對流道元件之背向面，其與每一背向凸部之間形成第一氣道。多個突出件可設置於多個背向凹部內，其與每一背向凹部之側壁以及底面之間形成第二氣道，且第二氣道連通第一氣道，以供冷卻流體通過。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖2及圖3，本發明之一實施例之反應腔室包含：基板載台 (Susceptor) 1、流道元件(Ceiling) 2、上腔體3、以及多個突出件4。基板載台可用於承載多個基板W。流道元件2可包含面對多個基板W之對向面20，對向面20包含多個對向凸部200以及多個對向凹部202，其互相交錯排列以形成一凹凸表面。其中，每一對向凹部202用以作為供製程氣體流經之流道 (Channel)。流道元件2亦包含與對向面20相對之背向面22，背向面22包含多個背向凸部220以及多個背向凹部222，如圖2所示，其分別與對向面20之多個對向凹部202以及多個對向凸部200相互對應而設置。

其中，多個背向凸部220及背向凹部222是以流道元件2的中心向外呈現放射狀排列。由上述可知，對向凹部202是對應背向凸部220是而設置、對向凸部200是對應背向凹部222而設置，藉此配置使流道元件2的厚度具有一致性，亦即，使流道元件2各處的厚度為一致或接近，如圖3所示。須注意的是，對向凹部202及對向凸部200的數量並不以圖式為限制，其可依需求為兩個至數十個或以上。此外，在一實施例中，對向凹部202及對向凸部200可對稱地平均分佈於流道元件2上，亦即，對向凹部202的寬度可等於對向凸部200。在另一實施例中，對向凹部202及對向凸部200可不平均的分佈於流道元件2上，舉例而言，對向凹部202的寬度可大於對向凸部200。

在一實施例中，反應腔室可更包含上腔體3，其可面對於流道元件2之背向面22而設置。其中，上腔體3可包含冷卻管道以用於降低流道元件2的上下溫差。上腔體3與每一背向凸部220之間形成第一氣道G1。反應腔室可更包含多個突出件4，其可設置於多個背向凹部222內，並與每一背向凹部222之側壁224以及底面226之間形成第二氣道G2，且第二氣道G2可連通第一氣道G1，以供冷卻流體通過，舉例而言，可供氫氣流通於第一氣道及/或第二氣道而有利於流道元件2的散熱。

在本發明一實施例中，多個突出件4可與上腔體3為一體成形的，如圖3所示。或者，在本發明之另一實施例中，多個突出件4為可拆卸式地設置於上腔體3上，如圖4所示。此外，在本發明一實施例中，上腔體3與多個突出件4之間可具有第三氣道G3，且第三氣道G3可連通第一氣道G1，以供冷卻流體均勻流通於第一氣道G1及第三氣道G3而達到加強散熱的功效。

須說明的是，本發明之反應腔室中的氣道尺寸可依需求而調整，請參閱圖5至圖8。根據本發明之一實施例，反應腔室可更包含凸塊50，其可設置於背向凹部222及突出件4之至少其中之一上，藉由凸塊50的厚度可決定第二氣道G2的尺寸，如圖5所示。根據本發明之另一實施例，反應腔室可更包含墊片(Shim) 6，其可設置於背向凹部222及突出件4之至少其中之一上，藉由墊片6的厚度可決定第二氣道G2的尺寸，如圖7所示。根據本發明又一實施例，反應腔室可更包含凸塊52，其可設置於背向凸部220及上腔體3之至少其中之一上，藉由凸塊52的厚度可決定第一氣道G1之尺寸，如圖6所示。根據本發明再一實施例，反應腔室可更包含調整件7，其可突出於背向面22以及上腔體3之至少其中之一，如圖8所示。其中，調整件7可包含螺絲，藉以調整第一氣道G1之尺寸。

於一實施例中，每一突出件4可具有斜側面40，請參閱圖9，其是為圖2的流道元件沿B-B’沿線的剖視圖。斜側面40可面對流道元件2的中心，且斜側面40與背向凹部222的側壁224之距離可隨著接近底面226而逐漸增加，以形成斜槽區。此斜槽區可使冷卻流體均勻地流通至各個氣道中，同時，因斜槽形狀所產生的空間可有助於使流道元件2的熱量較慢傳遞至上腔體3，因而可提升流道元件2靠近中心處的溫度，進而減少流道元件2中心處上下表面的溫差。

綜上所述，本發明之用於氣相沉積設備之反應腔室具有厚度一致或接近的流道元件，藉由相互對應配置的對向凹部與背向凸部、以及相互對應配置的對向凸部與背向凹部而降低流道元件的上下溫差，以避免流道元件因溫差過大而產生破裂的問題。此外，本發明之用於氣相沉積設備的反應腔室更藉由突出件的設置而使流道元件與上腔體之間的氣道空間一致化，促使冷卻流體可均勻的流通於氣道中而有助於散熱，因此可在不需要使用大量冷卻流體的情況下，有效地進行散熱及達到降低流道元件溫差之目的，並可降低製程成本。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

1‧‧‧基板載台

2‧‧‧氣道

3‧‧‧上腔體

4‧‧‧突出件

6‧‧‧墊片

7‧‧‧調整件

20‧‧‧對向面

40‧‧‧斜側面

50、52‧‧‧凸塊

22‧‧‧背向面

200‧‧‧對向凸面

202‧‧‧對向凹面

220‧‧‧背向凸部

222‧‧‧背向凹部

224‧‧‧側壁

226‧‧‧底面

G1‧‧‧第一氣道

G2‧‧‧第二氣道

G3‧‧‧第三氣道

W‧‧‧基板

圖1為一示意圖，顯示習知之用於氣相沉積設備之反應腔室之剖視圖。 圖2為一示意圖，顯示本發明一實施例之流道元件的俯視圖。 圖3為一示意圖，顯示圖2的流道元件沿A-A’沿線的剖視圖。 圖4為一示意圖，顯示本發明一實施例之反應腔室之剖視圖。 圖5為一示意圖，顯示本發明另一實施例之反應腔室之剖視圖。 圖6為一示意圖，顯示本發明又一實施例之反應腔室之剖視圖。 圖7為一示意圖，顯示本發明再一實施例之反應腔室之剖視圖。 圖8為一示意圖，顯示本發明另一實施例之反應腔室之剖視圖。 圖9為一示意圖，顯示圖2的流道元件沿B-B’ 沿線的剖視圖

Claims (13)

1. 一種用於氣相沉積設備之反應腔室，包含： 一基板載台 (Susceptor)，用以承載多個基板； 一流道元件 (Ceiling)，包含： 一對向面，面對該多個基板，包含多個對向凸部以及多個對向凹部，互相交錯排列以形成一凹凸表面，其中每一該對向凹部用以作為供製程氣體流經之一流道 (Channel)；以及 一背向面，與該對向面相對，包含多個背向凸部以及多個背向凹部，分別與該對向面之該多個對向凹部以及該多個對向凸部對應設置； 一上腔體，面對該流道元件之該背向面，其與每一該背向凸部之間形成一第一氣道；以及 多個突出件，設置於該多個背向凹部內，其與每一該背向凹部之一側壁以及一底面之間形成一第二氣道，且該第二氣道連通該第一氣道，以供冷卻流體通過。
2. 如請求項1所述之反應腔室，其中該多個背向凸部及該多個背向凹部以該流道元件之中心向外呈放射狀排列。
3. 如請求項1所述之反應腔室，其中該對向凹部(Channel區)之寬度大於或等於該對向凸部(Bar區)之寬度。
4. 如請求項1所述之反應腔室，其中每一該突出件具有一斜側面，面對該流道元件之中心，且該斜側面與該背向凹部之該側壁間之距離隨著接近該底面而逐漸增加，以形成一斜槽區。
5. 如請求項1所述之反應腔室，其中該多個突出件為可拆卸式設置於該上腔體。
6. 如請求項1所述之反應腔室，其中該上腔體與該多個突出件之間具有一第三氣道，且該第三氣道連通該第一氣道。
7. 如請求項1所述之反應腔室，其中該上腔體與該多個突出件為一體成型。
8. 如請求項1所述之反應腔室，更包含： 一凸塊，設置於該背向凹部以及該突出件至少其中之一，以決定該第二氣道之尺寸。
9. 如請求項1所述之反應腔室，更包含： 一墊片 (Shim)，設置於該背向凹部與該突出件之間，以決定該第二氣道之尺寸。
10. 如請求項1所述之反應腔室，更包含： 一凸塊，設置於該背向凸部以及該上腔體至少其中之一，以決定該第一氣道之尺寸。
11. 如請求項1所述之反應腔室，更包含： 一調整件，突出於該背向面以及該上腔體至少其中之一，以調整該第一氣道之尺寸。
12. 如請求項11所述之反應腔室，其中該調整件包含一螺絲。
13. 如請求項1所述之反應腔室，其中該上腔體更包含一冷卻管道。