專利名稱：用于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的多氣體分配噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于諸如化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)性氣體的氣相過程的系統(tǒng)，尤其涉及用于這種反應(yīng)器的多氣體分配噴射器。
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相沉積(“CVD”)反應(yīng)器允許處理安裝在一放置在反應(yīng)腔室內(nèi)的晶片載體上的晶片。一稱之為氣體分配噴射器的部件，諸如本申請受讓人以商標名FLOWFLANGE銷售的噴射器，該噴射器部件面向晶片載體進行安裝。噴射器通常包括多個氣體入口，它們對腔室提供一種或多種前驅(qū)氣體的某種組合以用于化學(xué)氣相沉積。某些氣體分配噴射器提供一屏蔽氣體或載體氣體，在化學(xué)氣相沉積過程中，它們幫助提供一氣體層流，其中，載體氣體通常不參與化學(xué)氣相沉積。許多氣體分配噴射器具有蓮蓬頭設(shè)計，這種設(shè)計包括在蓮蓬頭上的成圖形間隔開的氣體入口。
一氣體分配噴射器通常允許引導(dǎo)前驅(qū)氣體從噴射器表面上的氣體入口朝向反應(yīng)腔室的一定的目標區(qū)域，那里，晶片可在諸如材料層的外沿生長過程中進行處理。理想地是，前驅(qū)氣體可引導(dǎo)到晶片載體上，以使前驅(qū)氣體盡可能靠近晶片進行反應(yīng)，因此，使反應(yīng)過程和晶片表面上的外沿生長達到最大化。
在許多金屬有機的化學(xué)氣相沉積(MOCVD)過程中，例如，將前驅(qū)氣體和由諸如金屬有機物或金屬氫化物或氯化物之類的薄膜前驅(qū)組成的蒸氣的組合，通過噴射器引入到反應(yīng)腔室內(nèi)。諸如氫氣、氮氣或諸如氬氣或氦氣的惰性氣體之類的促進反應(yīng)過程的載體氣體也可通過噴射器引入到反應(yīng)器內(nèi)。各種前驅(qū)氣體在反應(yīng)腔室內(nèi)混和并進行反應(yīng)而在固定在腔室內(nèi)的晶片上形成沉積物，載體氣體通常有助于在晶片載體上保持層流。
這樣，可實現(xiàn)諸如GaAs、GaN、GaALAs、InGaAsSb、InP、ZnSe、ZnTe、HgCdTe、InAsSbP、InGaN、AlGaN、SiGe、SiC、ZnO和InGaAlP等的半導(dǎo)體化合物的外沿生長。
然而，許多現(xiàn)有的氣體噴射器系統(tǒng)具有會干擾有效操作或甚至沉積的諸多問題。例如，現(xiàn)有氣體分配噴射器系統(tǒng)內(nèi)的前驅(qū)噴射型式可包含導(dǎo)致噴射器附近再循環(huán)型式的顯著“死區(qū)”(在噴射器表面上沒有從氣體入口噴出的有效流動的空間)。
這些再循環(huán)的型式可導(dǎo)致前驅(qū)化學(xué)品先行反應(yīng)，致使不希望的反應(yīng)物沉積在噴射器入口上(這里稱之為“逆噴射”)。這也可導(dǎo)致低的效率和低的記憶效果。
目前系統(tǒng)中通常使用約100/in2(15.5/cm2)或以上的入口密度(對于典型的大規(guī)模生產(chǎn)的MOCVD系統(tǒng)，導(dǎo)致大約10,000個入口)。以前欲增加入口之間距離的各種努力有時反導(dǎo)致形成更大的死區(qū)和增加逆噴射。然而，需要大量入口的系統(tǒng)有時引起制造和一致性方面的困難。在某些構(gòu)造中這種較大的入口密度可導(dǎo)致前驅(qū)氣體從一個入口貫穿到另一個入口，由于前驅(qū)氣體的互相作用，寄生反應(yīng)產(chǎn)物會阻塞入口。再者，具有小的入口之間距離的噴射器設(shè)計，從優(yōu)化的觀點看，在某種構(gòu)造中不允許有現(xiàn)代MOCVD設(shè)備中通常所需要的許多類型的原位特征裝置所需的足夠空間。
此外，反應(yīng)腔室內(nèi)不同前驅(qū)氣體在載體和晶片上方分解速率的差異，不總是適應(yīng)于其它諸如均勻入口分布的方案。類似地，單是均勻分布不總是能解決有時存在于晶片載體上的小的溫度非均勻性。這些附加的問題在某些系統(tǒng)中可導(dǎo)致不均勻的厚度和外沿生長層的摻雜水平。諸如導(dǎo)致不均勻分布的表面遷移、蒸發(fā)和氣體缺失之類的問題還會阻礙有效的沉積。
除了氣體分配噴射器及其入口的結(jié)構(gòu)之外，包括溫度、貯留時間等的其它因素，以及包括催化劑作用和表面反應(yīng)性等的過程化學(xué)的細微差別也會影響放置在MOCVD反應(yīng)器內(nèi)的晶片材料層的生長。
此外，未反應(yīng)的前驅(qū)可促使不均勻沉積。因此，副產(chǎn)物和/或未反應(yīng)前驅(qū)的占據(jù)比例在晶片的不同區(qū)域或多晶片載體上的不同晶片上可以或大或小，以及在這些區(qū)域內(nèi)的沉積效率可以或大或小——這是與均勻的材料沉積的目標相抵觸的一個結(jié)果。
由于反應(yīng)物的積聚，目前可供的氣體分配噴射器通常必須從轉(zhuǎn)動的盤型反應(yīng)器中移去以便進行清潔。頻繁的噴射器清潔會干擾反應(yīng)器有效的操作，并會需要在清潔過程中增加操作和處置廢物。這可導(dǎo)致產(chǎn)量降低和增加成本。
因此，盡管人們在此領(lǐng)域內(nèi)作了各種努力，但尚需進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明一個方面的化學(xué)氣相沉積的方法包括將多個氣流中的至少一個前驅(qū)氣體通過氣體分配噴射器內(nèi)多個間隔開的前驅(qū)入口排放到一反應(yīng)腔室內(nèi)，以使氣流具有沿遠離噴射器朝向設(shè)置在腔室內(nèi)的一個或多個基底的下游方向的速度分量，至少一個前驅(qū)氣體反應(yīng)而形成一沉積在一個或多個基底上的反應(yīng)沉積物；而且，同時地從前驅(qū)入口的多個相鄰的入口之間的噴射器中將至少一個與至少一個前驅(qū)氣體基本上不反應(yīng)的載體氣體排放到腔室內(nèi)。較佳地，排放至少一個載體氣體的步驟可包括通過在前驅(qū)入口的相鄰入口之間延伸的噴射器內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)排放載體氣體，或排放至少一個載體氣體的步驟可包括通過設(shè)置在前驅(qū)入口相鄰入口之間的噴射器內(nèi)的多個間隔開的載體入口排放載體氣體。
在一個方面，提供一用于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的氣體分配噴射器，其包括一形成面向下游方向的內(nèi)部表面并具有一水平范圍的結(jié)構(gòu)，在水平間隔開的前驅(qū)入口部位處通向內(nèi)部表面的多個前驅(qū)入口，一個或多個前驅(qū)氣體連接件，以及將一個或多個前驅(qū)氣體連接件與前驅(qū)入口連接在一起的一個或多個前驅(qū)歧管，該結(jié)構(gòu)包括具有第一和第二表面的一多孔元件，該多孔元件的第二表面形成介于至少一些前驅(qū)入口部位之間的內(nèi)表面的至少一部分，該結(jié)構(gòu)還形成一至少部分地由多孔元件的第一表面界定的載體氣體歧管、以及與載體氣體歧管連通的至少一個載體氣體連接件。
在一個方面，噴射器還包括通向第一前驅(qū)入口部位處的內(nèi)表面的第一前驅(qū)入口、以及通向第二前驅(qū)入口部位處的內(nèi)表面的第二前驅(qū)入口，一個或多個前驅(qū)氣體連接件包括一個或多個第一前驅(qū)連接件、以及一個或多個第二前驅(qū)連接件，一個或多個前驅(qū)歧管包括將一個或多個第一前驅(qū)氣體連接件與第一前驅(qū)入口連接在一起的一個或多個第一前驅(qū)歧管、以及將一個或多個第二前驅(qū)氣體連接件與第二前驅(qū)入口連接在一起的一個或多個第二前驅(qū)歧管，至少一些第一和第二前驅(qū)入口部位在內(nèi)表面的至少部分的水平范圍上彼此散布，多孔元件在至少一些第一和第二前驅(qū)入口部位之間延伸。在一個方面，噴射器還包括一個或多個冷卻劑通道，由冷卻劑通道壁界定的冷卻劑通道形成一使冷卻劑通過其中的蜿蜒的路徑，冷卻劑通道不與前驅(qū)入口或載體氣體歧管流體地連通，前驅(qū)入口延伸通過冷卻劑通道壁，而冷卻劑通道連接到一冷卻劑入口端口和一冷卻劑排出端口以便連通通過其中的冷卻劑。
在一個方面，噴射器還包括，第一前驅(qū)入口設(shè)置在內(nèi)表面上的多個同心區(qū)域內(nèi)，一個或多個第一前驅(qū)氣體連接件包括多個第一前驅(qū)連接件，一個或多個第一前驅(qū)歧管包括多個第一前驅(qū)歧管，各個所述第一前驅(qū)歧管連接到所述區(qū)域之一內(nèi)的第一前驅(qū)入口。
在另一方面，用于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的噴射器包括形成一內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)，該表面面向下游方向并沿橫向于下游方向的水平方向延伸，該結(jié)構(gòu)還形成通過水平間隔開的氣流部位處的內(nèi)表面的多個同心的氣流入口開口，各個同心的氣流入口包括通向第一端口處的內(nèi)表面的第一氣體通道，以及通向基本上包圍第一端口的第二端口處的內(nèi)表面的第二氣體通道，該結(jié)構(gòu)還包至少一個連接到第一氣體通道的第一氣體歧管，至少一個連接到第二氣體通道的第二氣體歧管。
在另一方面，噴射器還包括一載體氣體歧管，其至少部分地被內(nèi)表面界定，并包括多個同心的氣流入口之間的內(nèi)表面的區(qū)域內(nèi)的內(nèi)表面上的一多孔屏，載體氣體歧管連接到多孔屏，或在一個方面，噴射器還包括第三氣體歧管，各個同心的氣流入口包括在基本上包圍第一端口的第三端口處通向內(nèi)表面的第三氣體通道，該結(jié)構(gòu)還包括一連接到第三氣體通道的第三氣體歧管，其中，第一、第二和第三氣體入口中的至少一個入口是載體氣體入口，第一、第二和第三氣體歧管中的至少一個歧管是載體氣體歧管。
本發(fā)明具有適用于諸如轉(zhuǎn)動盤型反應(yīng)器之類的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用，但也可適用于其它的工業(yè)化學(xué)沉積和清潔裝置，例如，諸如蝕刻用的裝置。


圖1是一包括根據(jù)本發(fā)明一實施例的氣體分配噴射器的反應(yīng)器的簡化截面圖。
圖2是本發(fā)明氣體分配噴射器的一實施例的截面圖。
圖3是圖2氣體分配噴射器實施例的放大截面圖。
圖4是包括一觀看視口的根據(jù)本發(fā)明的圖2和3的噴射器的另一截面圖。
圖5是從反應(yīng)器內(nèi)下面觀看的圖2-4的氣體分配噴射器的部分平面圖。
圖6是一根據(jù)本發(fā)明的氣體分配噴射器的簡化截面圖。
圖7是從顯示為“馬賽克”圖形的前驅(qū)入口和載體入口的下面觀看的本發(fā)明氣體分配噴射器的另一實施例的示意圖。
圖8A是從顯示為第一和第二前驅(qū)入口和載體入口圖形的下面觀看的本發(fā)明氣體分配噴射器的另一實施例的示意圖。
圖8B是從顯示為“西洋跳棋盤”圖形的第一前驅(qū)入口、第二前驅(qū)入口和載體屏的下面觀看的本發(fā)明氣體分配噴射器的另一實施例的示意圖。
圖9是從顯示為“馬賽克”圖形的第一前驅(qū)入口、第二前驅(qū)入口和載體入口的下面觀看的且?guī)в幸恢行挠^看視口的本發(fā)明氣體分配噴射器的另一實施例的示意圖。
圖10是從顯示為前驅(qū)氣體和載體氣體的區(qū)域變化濃度的下面觀看的本發(fā)明氣體分配噴射器的一實施例的平面圖。
圖11是從包括前驅(qū)氣體和載體氣體的區(qū)域變化濃度的下面觀看的本發(fā)明氣體分配噴射器的另一實施例的立體圖。
圖12是圖11氣體分配噴射器的剖視立體圖。
圖13是圖12視圖的放大部分。
圖14是用于圖11-13的氣體分配噴射器的劃分區(qū)域的底板的剖視立體圖。
圖15是用于圖11-14的氣體分配噴射器的劃分區(qū)域的中間板的剖視立體圖。
圖16是圖11-15的氣體分配噴射器的劃分區(qū)域的頂板的一實施例的平面圖。
圖17是用于圖16的氣體分配噴射器的同軸前驅(qū)入口的一實施例的放大圖。
圖18是從顯示為“西洋跳棋盤”圖形的處于變化濃度的三個區(qū)域內(nèi)的第一前驅(qū)入口、第二前驅(qū)入口和載體入口的下面觀看的本發(fā)明氣體分配噴射器的一實施例的示意圖。
圖19是從顯示為劃分區(qū)域的雙腔“西洋跳棋盤”圖形的雙腔或同軸的處于變化濃度的三個區(qū)域內(nèi)的第一和第二前驅(qū)入口和載體入口的下面觀看的本發(fā)明氣體分配噴射器的一實施例的示意圖。
圖20是用于圖19的氣體分配噴射器的雙腔前驅(qū)入口的一實施例的放大圖。
圖21A-G是用于本發(fā)明氣體分配噴射器的入口的一些實施例的截面圖。
圖22是包括用于氣體與反應(yīng)腔室連通的通氣螺釘?shù)谋景l(fā)明氣體分配噴射器的另一實施例的簡化的平面圖。
圖23是使用多個氣體分配板并包括用于氣體與反應(yīng)腔室連通的通氣螺釘?shù)谋景l(fā)明氣體分配噴射器的另一實施例的分解立體圖。
圖24A是圖22中所示的氣體分配噴射器實施例的上游板的立體圖。
圖24B是圖22中所示的氣體分配噴射器實施例的上游板的仰視圖。
圖25是圖22中所示的氣體分配噴射器實施例的中間板的立體圖。
圖26A是將冷卻腔室關(guān)閉件焊接到上游表面上之前，圖22中所示的氣體分配噴射器實施例的中間板的立體圖。
圖26B是將冷卻腔室關(guān)閉件焊接到上游表面上之后，圖22中所示的氣體分配噴射器實施例的中間板的立體圖。
圖27是圖22中所示的氣體分配噴射器實施例的下游板的仰視圖。
圖28是包括放置在反應(yīng)劑氣體入口通道內(nèi)以形成壓差的多孔材料的本發(fā)明氣體分配噴射器實施例的截面圖。
圖29是使用一同軸反應(yīng)劑氣體入口和通氣螺釘?shù)谋景l(fā)明氣體分配噴射器的實施例的內(nèi)氣體分配表面的截面圖。
圖30是使用一雙腔反應(yīng)劑氣體入口和通氣螺釘以及一補充的反應(yīng)劑氣體入口的本發(fā)明氣體分配噴射器的實施例的內(nèi)氣體分配表面的截面圖。
圖31是用于本發(fā)明氣體分配噴射器的一實施例內(nèi)的通氣螺釘?shù)牧Ⅲw圖。
圖32是用于使用同軸反應(yīng)劑氣體分配的本發(fā)明氣體分配噴射器的一實施例內(nèi)的同軸通氣螺釘?shù)牧Ⅲw圖。
具體實施例方式
現(xiàn)參照附圖，其中，相同的標號表示相同的元件，圖1示出包括根據(jù)本發(fā)明一實施例的多氣體噴射器的轉(zhuǎn)動盤反應(yīng)器。
如圖1中示意地示出，該裝置包括一用不銹鋼壁105、一底板110、排氣端口115以及一密封轉(zhuǎn)動心軸125的轉(zhuǎn)動的真空通孔饋通件制成的圓柱形反應(yīng)腔室100，心軸頂上安裝一帶有基底晶片135的晶片載體130。晶片載體可圍繞一與圓柱形腔室100同軸的軸線137(α)以預(yù)定轉(zhuǎn)速(β)轉(zhuǎn)動。
一加熱基座145用一組加熱元件140加熱，加熱元件通常由可折射的金屬制成，例如但不限于鉬、鎢或錸等，或是諸如石墨那樣的非金屬，其可劃分為多個加熱區(qū)域。用于加熱元件的金屬可以根據(jù)所要實施的反應(yīng)和特定反應(yīng)器和化學(xué)氣相沉積腔室所需要的加熱特性進行選擇。熱屏蔽190有利地設(shè)置在加熱元件140和加熱基座145下方?；蛘?，晶片載體130可通過輻射加熱元件140直接地加熱。
加熱元件140和反應(yīng)器100通常通過一外部自動或手工的控制器193實施控制，而一可供選擇的進入端口195有利地用來允許通向晶片135和晶片載體130，以便放置到反應(yīng)器100內(nèi)，可供選擇地從第二腔室(未示出)放置。反應(yīng)器的上述部件例如可以是用于由Veeco Instruments Inc.以商標名TURBODISC出售的反應(yīng)器類型的部件。盡管這里顯示了進入端口195，但其它的反應(yīng)器可具有其它的進入系統(tǒng)，例如，通過反應(yīng)器頂部或底部進行晶片頂部加載或底部加載。
一氣體分配噴射器頭150位于腔室100的上游端(如圖1所示的朝向圖頂部的一端)。氣體分配噴射器頭150包括這樣的結(jié)構(gòu)，其形成面向下游方向(如圖1所示朝向圖中底部的沿軸線137的方向)的一內(nèi)表面155，并包括多個連接到第一前驅(qū)氣體腔室或歧管170的第一氣體入口160。
各第一氣體入口160包括一通道，該通道終止在通向噴射器內(nèi)表面155的通道的下游端的一端口處。即，各第一氣體通道與內(nèi)表面155和第一前驅(qū)入口位置處的腔室100的內(nèi)部連通。噴射器結(jié)構(gòu)還形成多個連接到第二前驅(qū)氣體腔室或歧管175的第二氣體入口165。各第二氣體入口也包括一通道，該通道終止在通向噴射器內(nèi)表面155的通道的下游端的一端口處，以使第二氣體入口165也與第二前驅(qū)入口位置處的腔室100的內(nèi)部連通。第一前驅(qū)歧管170連接到第一前驅(qū)氣體源180，而第二前驅(qū)歧管175連接到與第一前驅(qū)氣體反應(yīng)的第二前驅(qū)氣體源185。
第一和第二前驅(qū)入口位置(入口160和165的下游端)沿水平方向(橫向于下游方向和橫向于軸線137，沿內(nèi)表面155的方向)彼此間隔開，以便形成在噴射器內(nèi)表面上延伸的一系列這樣的部位。第一和第二前驅(qū)部位彼此散布。如以下將要描述的，入口部位可以設(shè)置成大致圓形的陣列，包括與軸線137同心的如此部位160、165的好幾個環(huán)，隨機地放置在內(nèi)表面155上，或可以在其上放置成西洋跳棋棋盤、馬賽克，或其它圖形。
噴射器結(jié)構(gòu)還包括一多孔元件167，其在第一和第二前驅(qū)入口部位之間形成內(nèi)表面155部分。用另一種方式來說，多孔元件延伸在第一前驅(qū)入口部位160和最近的第二前驅(qū)入口部位165之間。該結(jié)構(gòu)還包括一與多孔元件167連通的載體氣體歧管177。載體氣體歧管連接到一載體氣體源187，在大部分位于腔室100內(nèi)的情形下，該載體氣體最好與由源180和185供應(yīng)的第一和第二前驅(qū)氣體基本上不發(fā)生反應(yīng)。正如在本發(fā)明中采用的，術(shù)語“基本上不反應(yīng)”意味著載體氣體不會與一個或兩個前驅(qū)氣體反應(yīng)達到任何可感知的程度，而形成寄生加合物的固體沉積。此外，也可以形成寄生的氣相加合物，它們可能不是反應(yīng)性的且不會沉積，但仍然可能降低所需沉積過程的效率，并最好加以避免，但載體氣體可以其它方式與前驅(qū)氣體反應(yīng)。離開噴射器的氣體朝向反應(yīng)腔室內(nèi)的晶片載體在噴射器下游處釋放。盡管本實施例顯示為具有用來保持基底以便實施沉積過程的晶片載體，但也可構(gòu)思不必使用晶片載體，而一基底可直接地放置在諸如卡盤那樣的轉(zhuǎn)動反應(yīng)器表面上，無需一保持基底的晶片載體。這里所指的下游方向是朝向晶片載體的離噴射器的方向；它不必是相對于重力的任何特定定向。盡管這里所示的實施例顯示出從腔室頂部朝向腔室底部下游方向，但噴射器也可放置在腔室側(cè)上(以使下游方向是從腔室側(cè)水平地朝向腔室中心的方向)，或噴射器也可放置在腔室底部上(以使下游方向是從腔室底部向上地朝向腔室中心的方向)。再者，盡管排氣端口115顯示為在反應(yīng)腔室的底部，但排氣也可位于反應(yīng)腔室的其它部分上。
在操作中，一個或多個晶片135保持在晶片載體130內(nèi)直接位于加熱基座145上方。晶片載體130圍繞軸線137以速率β在由電機120驅(qū)動的轉(zhuǎn)動心軸125上轉(zhuǎn)動。例如，β通常是約為500RPM或以上，但速率β可以變化。在其它實施例中，晶片載體不轉(zhuǎn)動，例如，噴射器可以轉(zhuǎn)動。電能轉(zhuǎn)化為加熱元件140中的熱量并傳遞到加熱基座145，其主要地通過輻射熱量進行傳遞。加熱基座145又加熱晶片載體130和晶片135。
當晶片處于沉積反應(yīng)所要求的溫度時，第一前驅(qū)源180被致動而通過第一歧管170和第一前驅(qū)入口160饋送第一前驅(qū)氣體，由此，從第一前驅(qū)入口排出腔室100內(nèi)的大致下游處的第一載體氣體流。同時，第二前驅(qū)源185被致動而通過歧管175和第二前驅(qū)入口165饋送第二前驅(qū)氣體，由此，從第二前驅(qū)入口朝向基底或晶片130排出大致下游處的第二載體氣體流。第一和第二前驅(qū)流不需精確地朝向下游和精確地平行于軸線137。在供應(yīng)前驅(qū)氣體的同時，載體氣體供應(yīng)187通過歧管177傳遞載體氣體，以使載體氣體通過多孔元件167并因此大致地流向下游，遠離內(nèi)表面155。
載體氣體和第一和第二前驅(qū)氣體通過下游朝向基底或晶片135。在如此通過過程中，諸氣體彼此混和，以使前驅(qū)氣體在基底上和基底附近處反應(yīng)而形成一反應(yīng)產(chǎn)物，該反應(yīng)產(chǎn)物沉積在基底的暴露表面上。
在上述實施例中，同時提供兩個前驅(qū)氣體。然而，在其它實施例中，前驅(qū)其它順序地和/或以交迭脈沖地供應(yīng)。例如，在原子層外沿附生中，前驅(qū)氣體的脈沖以交替順序施加，以使一個載體氣體的脈沖在另一氣體脈沖開始之前終止。在稱之為遷移增強的外沿附生過程中，不同載體氣體的脈沖可以交替順序但及時地彼此重疊地供應(yīng)。在使用順序前驅(qū)氣體流的過程中，載體氣體流可以與一個或多個前驅(qū)氣體同時地供應(yīng)。
載體氣體阻止反應(yīng)產(chǎn)物沉積在噴射器上。盡管本發(fā)明不受任何操作理論的限制，但可以認為載體氣體就在內(nèi)表面155附近阻止前驅(qū)氣體的反向或向上游流動。此外，可以認為載體氣體流降低第一和第二前驅(qū)氣體在內(nèi)表面附近的混和，并因此阻止反應(yīng)產(chǎn)物形成在噴射器附近。
前驅(qū)氣體可以是適用于化學(xué)氣相沉積過程的任何前驅(qū)氣體。各種實施例中的前驅(qū)氣體可包括任何氣體、蒸氣，或在反應(yīng)器內(nèi)參與基底處理的材料。具體來說，前驅(qū)氣體可以是適用于處理基底表面的任何氣體。例如，在所需沉積是諸如外沿附生層生長的半導(dǎo)體層的生長的情形中，前驅(qū)氣體可以是多個化學(xué)品種的混和，并可包括惰性、非前驅(qū)氣體的成分。任一前驅(qū)氣體或兩個前驅(qū)氣體可包括諸如反應(yīng)性前驅(qū)成分的氣體和非反應(yīng)性氣體的一種組合。本發(fā)明轉(zhuǎn)盤型反應(yīng)器可適用的材料系的類型例如可包括III-V族的半導(dǎo)體，它們諸如但不限于GaAS、GaP、GaAs1-x、Px、Ga1-y、AlyAs、Ga1-yInyAs、AlAs、AlN、InAs、InP、InGaP、InSb、GaN、InGaN等。此外，這些反應(yīng)器也可應(yīng)用于包括II-VI族化合物的其它系統(tǒng)，例如但不限于ZnSe、CdTe、HgCdTe、CdZnTe、CdSeTe等；諸如SiC、金剛石和SiGe之類的IV-IV族化合物；以及諸如YBCO、BaTiO、MgO2、ZrO、SiO2、ZnO和ZnSiO之類的氧化物；以及諸如鋁、銅和鎢之類的金屬。此外，生成材料將具有寬范圍的電子和光電子的應(yīng)用，其包括但不限于發(fā)光二極管(LED)、激光、太陽能電池、光電陰極、高電子遷移率晶體管(HEMT)和金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)。
載體氣體可以是任何希望的載體氣體，其不參與腔室內(nèi)施加到基底上給予的前驅(qū)氣體的沉積反應(yīng)，諸如惰性氣體或不參與反應(yīng)的氣體。
盡管圖1的反應(yīng)器顯示為一垂直轉(zhuǎn)動盤型反應(yīng)器，但該反應(yīng)器只是作為舉例提供，應(yīng)該理解到，本發(fā)明可用于諸如非轉(zhuǎn)動盤反應(yīng)器、側(cè)向流反應(yīng)器、轉(zhuǎn)動噴射器反應(yīng)器等的其它類型的反應(yīng)器。此外，另外的前驅(qū)氣體可通過一個或多個補充的氣體源、氣體腔室和氣體入口供應(yīng)到腔室。這里所述的圖形和結(jié)構(gòu)可因此連同一個或多個載體氣體容易地延伸到三個、四個或更多個前驅(qū)。
噴射器頭150和相關(guān)元件的機械結(jié)構(gòu)顯示在圖2和3中。如圖2-4所示的噴射器頭150顯示為坐落在反應(yīng)器內(nèi)，以使有時稱之為“底部”表面的噴射器的下游表面(氣體從其中噴射到反應(yīng)腔室內(nèi))面向下，而有時稱之為“頂”表面的噴射器的上游表面(氣體源從其中供應(yīng)氣體到噴射器)面向上。
噴射器頭150包括一密封板和一氣體分配板210，其中，氣體分配板210插入到密封板205內(nèi)的一底切內(nèi)，并通過多個螺釘(未示出)連接到密封板205。密封板有利地密封反應(yīng)器100，同時將噴射器頭150保持在反應(yīng)器100內(nèi)。氣體分配板210具有用于水冷卻的冷卻通道215，其循著圍繞氣體分配板210的一路徑(見圖5中21C)，這將在下面作詳細描述。
冷卻水較佳地通過焊接到密封板205并用一O形環(huán)型的密封件225密封的入口245提供。類似的或其它的設(shè)計(例如，見圖12、16)也可用于冷卻水的輸出流。
氣體分配板210較佳地是借助于真空氣密連接(例如，真空釬焊、擴散焊接、螺栓和密封結(jié)構(gòu)等)而彼此連接的三個元件的組合。尤其是，氣體分配板210通常包括一上游板240、一中間板235和一下游板230，它們的一個分區(qū)的實施例可見下面的圖14-17。
中間板元件235形成第一氣體腔室245和前驅(qū)入口250。中間板元件235還較佳地具有用于冷卻的水通道215。第一氣體腔室245借助于一真空氣密連接被連接到中間板235的上游板240而封閉。
前驅(qū)通過一焊接到上游板240的管243提供給第一氣體腔室245，并用一O形環(huán)密封件225密封。這些前驅(qū)通過導(dǎo)管(入口)250到達反應(yīng)器內(nèi)部空間。
一載體腔室260借助于真空氣密連接方式連接到中間元件235。載體腔室260通過一多孔的下游板230在下面封閉。載體氣體通過類似于位置255所示的一密封的載體入口管265供應(yīng)到載體腔室260。多孔的下游板230包括表面(即，一屏)上的釋放載體氣體的多個小孔(例如，見圖8B)。載體氣體通過多孔的下游板230到達反應(yīng)器內(nèi)部空間?；蛘?，一蓋板(未示出)也可放置在下游板上方，如圖12-16所示。
第二組的前驅(qū)氣體提供到三個獨立區(qū)域內(nèi)的氣體分配噴射器。具體來說，分區(qū)域的前驅(qū)腔室270a-c由上游板240、帶有O形環(huán)密封件的圓形連接器275a-b、以及密封板205形成。分區(qū)域的前驅(qū)腔室270a-c用來通過前驅(qū)導(dǎo)管280將前驅(qū)反應(yīng)劑供應(yīng)到反應(yīng)器內(nèi)，那里，各前驅(qū)腔室270a-c獨立地對流量進行控制。圓形連接器275a-b和三個前驅(qū)入口管285a-c提供前驅(qū)入口的三個獨立控制的區(qū)域，這將在下面圖12-16的實施例中作進一步闡明。
多孔下游板230的載體屏、前驅(qū)入口250和/或分成區(qū)域的前驅(qū)入口或?qū)Ч?80可以均勻地分布在噴射器內(nèi)(下游)表面上，并可以非均勻的方式布置而沿徑向變化密度，或如下面所述，可以均勻地分布但用濃度沿徑向變化的前驅(qū)和載體供應(yīng)。
如圖4清晰地所示，一原位光學(xué)裝置295開口設(shè)置一孔290，以代替一個前驅(qū)導(dǎo)管。
如圖5清晰地所示，劃分區(qū)域的前驅(qū)入口280沿著氣體分配板210的底部(下游)表面以交替的圖形點綴著前驅(qū)入口250。例如，諸如水、乙二醇等那樣的冷卻劑通過蜿蜒的(正弦)水通道215進入、通過和退出噴射器。還可提供用于光學(xué)視口(未示出)的孔290。這樣，可提供晶片載體130(未示出)表面上均勻沉積所需要的恒定的前驅(qū)濃度。
I.用載體入口圖形散布多個前驅(qū)入口圖形圖6示出本發(fā)明一氣體分配噴射器的實施例的截面圖，其中，提供載體氣體通過第三組的入口而不是一多孔板。應(yīng)該理解到，盡管本氣體分配噴射器的實施例被包括在一CVD轉(zhuǎn)動盤反應(yīng)器內(nèi)，但本噴射器可用于任何多個其它環(huán)境中，包括不同的化學(xué)氣相沉積、工業(yè)清潔環(huán)境等。
轉(zhuǎn)動盤反應(yīng)器300的上游端包括一氣體分配噴射器310，其也以簡化形式顯示在徑向橫截面內(nèi)。第一前驅(qū)氣體源330以控制的流量通過管子、歧管和閥網(wǎng)絡(luò)350對噴射器下游表面上的一組第一前驅(qū)入口370提供第一前驅(qū)氣體。一前驅(qū)氣體390分配到反應(yīng)器300內(nèi)，在此情形中用來CVD處理一晶片。
第二前驅(qū)氣體源335通過第二管、歧管和閥網(wǎng)絡(luò)355將第二前驅(qū)氣體395提供到一組第二前驅(qū)入口375。第二前驅(qū)氣體395也分配到噴射器下游表面上的反應(yīng)器內(nèi)。
為了防止前驅(qū)回射到噴射器入口上或入口內(nèi)，該實施例中的噴射器310的下游表面上的前驅(qū)入口之間的空間365包括一組離散的載體入口360。一載體氣體源320通過一管子、歧管和閥網(wǎng)絡(luò)340提供一通過第二組入口360的載體氣體380。載體氣體380以用閥(未示出)手工設(shè)定的流量，通過控制載體氣體源320，或通過控制管子、歧管和閥網(wǎng)絡(luò)340，分配到反應(yīng)器300內(nèi)。
通過以均勻的或變化的徑向密度、在噴射器310的全部內(nèi)部下游表面上的前驅(qū)氣體入口370和375之間的空間365內(nèi)提供載體氣體入口360，由此，載體氣體流380提供到離各第一入口的第一前驅(qū)氣體流390和離相鄰的第二入口的最近的第二前驅(qū)氣體流395之間。這里，載體氣體380又在噴射器內(nèi)部(下游)表面附近阻止第一前驅(qū)氣體流390和第二前驅(qū)氣體流395的混和。這樣，載體氣體流380有助于將反向噴射減到最小，并減小前驅(qū)材料在噴射器表面和噴射器入口內(nèi)的積聚。
圖7示出本發(fā)明一實施例的氣體分配噴射器的平面示意圖，其從下游表面(從反應(yīng)器內(nèi))觀看。噴射器400提供一“馬賽克”入口圖形。噴射器400包括一前驅(qū)入口420和載體入口430定位在其上的下游(底部)表面410。在此實施例中，各個前驅(qū)入口被一非前驅(qū)入口圍繞在所有側(cè)面上，形成一“馬賽克”瓷磚圖形，其中，各個前驅(qū)入口完全地被載體入口或多孔載體屏包圍。這樣，前驅(qū)入口之間的空間設(shè)置有非前驅(qū)/載體入口，由此在噴射器處防止反向的噴射(和生成的殘余前驅(qū)積聚)。盡管圖7示出僅一個前驅(qū)，但應(yīng)該理解到，在眾多前驅(qū)入口的圖形中可采用任何多個前驅(qū)。換句話說，一些前驅(qū)入口420可以是用于第一前驅(qū)氣體的第一入口，而其它的前驅(qū)入口420可以是用于第二前驅(qū)氣體的第二前驅(qū)入口。類似地，盡管圖7示出前驅(qū)入口，但應(yīng)該理解到，載體氣體也可通過包括諸如圖2所提供的一屏的多孔板噴射到反應(yīng)腔室內(nèi)。
圖8A、8B和9示出本發(fā)明各種實施例的氣體分配噴射器的示例的示意圖，其從一反應(yīng)器內(nèi)的下游側(cè)觀看，氣體分配噴射器在噴射器上使用各種結(jié)構(gòu)的前驅(qū)入口和載體開口的組合。
在圖8A中，一氣體分配噴射器500包括一下游(底部)噴射器表面510、呈第一圖形的第一前驅(qū)入口520、呈第二圖形的第二前驅(qū)入口530，以及載體入口540。第一前驅(qū)和第二前驅(qū)入口以西洋跳棋棋盤圖形散布載體入口，以便盡可能減小噴射器本身附近的第一和第二反應(yīng)氣體之間的互相作用，因此，減小反向噴射和在噴射器本身上積聚起前驅(qū)產(chǎn)物。
圖8B示出一噴射器550，其具有位于噴射器本體560上的第一前驅(qū)入口570和第二前驅(qū)入口580的馬賽克圖形。散布在多個前驅(qū)入口之間空間內(nèi)的是多孔板590內(nèi)的多孔屏的開口，它們將載體氣體噴射到前驅(qū)入口之間空間的反應(yīng)腔室內(nèi)，就如以上參照圖1-4所討論的。
類似地，圖9示出另一實施例，其中，一氣體分配噴射器600包括一噴射器內(nèi)部下游(底部)表面610、呈第一圖形的第一前驅(qū)入口620、呈第二圖形的第二前驅(qū)入口630，以及載體入口640。一中心孔650包括一用于光學(xué)視口裝置295或用于其它氣體或反應(yīng)器使用的材料通過的孔。第一前驅(qū)和第二前驅(qū)入口以馬賽克圖形散布載體入口，以便盡可能減小噴射器本身附近的第一和第二反應(yīng)氣體之間的互相作用，因此，減小反向噴射和在噴射器本身上積聚起前驅(qū)產(chǎn)物。
圍繞中心孔650的噴射器中心區(qū)域可具有不同于其余突緣的入口布置，以便補償轉(zhuǎn)動盤反應(yīng)器或中心載體氣體入口的中心軸線。在此結(jié)構(gòu)中，載體氣體流不提供在就在孔650附近的那些第一和第二前驅(qū)氣體入口之間。在其它實施例(未示出)中，載體氣體流可在其它區(qū)域內(nèi)省略，這樣，載體氣體流只提供在一些成對的而不是全部成對的鄰近的第一和第二前驅(qū)入口之間。
在上述實施例中，第一和第二前驅(qū)入口之間的空間用載體流氣體凈化。其結(jié)果，有利地減少前驅(qū)之間的預(yù)反應(yīng)和前驅(qū)入口的阻塞。
此外，前驅(qū)氣體入口可以彼此分離開相當?shù)木嚯x。僅用來舉例而已，前驅(qū)氣體入口可以每平方英寸10入口量級(1.55入口/cm2)的入口密度設(shè)置。不必為了將反向噴射減到最小而緊密地擠滿前驅(qū)入口。因此，這些實施例提供一更加可靠和可適于制造的設(shè)計，且為原位光學(xué)視口或其它氣體通過提供空間。然而，也可使用入口之間的其它的距離。
氣體入口可以同心地或相對于噴射器中心軸線徑向地放置。前驅(qū)相對于載體氣體的濃度可以沿徑向變化。替代地或添加地，噴射器表面上的前驅(qū)和載體入口的密度可沿徑向變化。
II.散布的載體/前驅(qū)入口的濃度分區(qū)在一實施例中，對前驅(qū)提供多區(qū)域的噴射，以補償諸如非均勻的前驅(qū)分解和非均勻的晶片載體溫度之類的效應(yīng)。較佳地，提供三個徑向區(qū)域，但其它結(jié)構(gòu)也納入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
通過在不同的噴射點以變化的濃度水平將前驅(qū)氣體噴射到反應(yīng)腔室內(nèi)，可促進均勻的材料部署。換句話說，前驅(qū)濃度可以作成前驅(qū)噴射坐標的函數(shù)。因此，另外可擁有一較高或較低前驅(qū)濃度的反應(yīng)腔室的區(qū)域可以較低或較高的前驅(qū)濃度補償予以“充實”。
可實施上述方案的一種方式是將氣體分配噴射器分成多個同心的區(qū)域。各個同心區(qū)域包含多個入口，它們將前驅(qū)氣體噴射到一反應(yīng)腔室內(nèi)。各區(qū)域內(nèi)的前驅(qū)氣體濃度例如通過各自徑向區(qū)域不同地控制前驅(qū)濃度而獨立地進行控制。或者，可借助于各自區(qū)域不同地控制前驅(qū)濃度，可促進具有已知非均勻圖形的功能性地控制材料沉積。在一替代的實施例中，前驅(qū)入口相對于載體入口的濃度可以變化，或總體前驅(qū)入口的濃度可以變化以達到相同的效果。
圖10示出一根據(jù)本發(fā)明的實施例的空間分布的噴射系統(tǒng)700。如圖10所示，噴射器700的下游(底部)表面710形成多個入口720。表面710組織成兩個區(qū)域725和730。在圖10所示的特定實施例中，表面710呈圓形，且區(qū)域725和730是同心圓。原則上，表面710可以是任何形狀，且不需是平面的(例如，可以是球體、半球、凹陷的或凸出的)。類似地，區(qū)域725和730可以是任何形狀，且不需是圓形或同心的。
各個區(qū)域725和730的入口720用起源于獨立容器的兩個前驅(qū)氣體予以供應(yīng)用來自于容器735和740的前驅(qū)氣體供應(yīng)區(qū)域725內(nèi)的入口；用來自于容器745和750的前驅(qū)氣體供應(yīng)區(qū)域730內(nèi)的入口。容器735和745各包含第一前驅(qū)氣體。然而，包含在容器735內(nèi)的前驅(qū)氣體處于一種濃度，而容器745內(nèi)的該前驅(qū)氣體處于不同的濃度水平。類似地，容器740和750各包含第二前驅(qū)氣體。還是如此，包含在容器740內(nèi)的前驅(qū)氣體處于一種濃度，而容器750內(nèi)的該前驅(qū)氣體處于不同的濃度水平。因此，各區(qū)域725和730用第一和第二前驅(qū)氣體供應(yīng)，但各區(qū)域噴射不同濃度水平的這些前驅(qū)。各區(qū)域濃度的變化可用來補償以另外方式發(fā)生的反應(yīng)腔室區(qū)域內(nèi)濃度的波動。
總而言之，入口系統(tǒng)700包括一形成多個入口720的入口表面710。入口720組織成多個區(qū)域725和730。對于各區(qū)域725和730，對于各個前驅(qū)氣體存在著一個容器，以便將前驅(qū)氣體噴射到附連的反應(yīng)腔室內(nèi)。該方案的結(jié)果是，各區(qū)域725和730可噴射不同濃度的前驅(qū)氣體。當然，也可作出其它的變量來變化各自的區(qū)域(例如，可變化各自區(qū)域的前驅(qū)的壓力、溫度，或離子電荷)。盡管圖10所示的噴射系統(tǒng)700包含兩個區(qū)域725和730，各區(qū)域用兩個前驅(qū)氣體供應(yīng)，噴射系統(tǒng)700可包括任何數(shù)量的區(qū)域，各個區(qū)域可用任何數(shù)量的前驅(qū)氣體供應(yīng)。所有供應(yīng)到一給定區(qū)域的前驅(qū)氣體可處于一單一濃度水平，或可處于變化的濃度水平。各自區(qū)域的各前驅(qū)可獨立地具有其濃度變化，這對于補償從一種前驅(qū)到另一前驅(qū)的分解速率的變化是重要的。噴射器700的下游表面710上的入口可包括載體入口，其呈離散載體入口的形式，或如上所述的多孔元件的形式，一組或多組前驅(qū)入口用于一個或多個前驅(qū)。
圖11是噴射器800的立體圖，其可用于圖10的空間分布的噴射系統(tǒng)700內(nèi)。如圖11所示，噴射器800的面向下游(底部)的內(nèi)部表面810形成多個入口820。噴射器800還擁有一冷卻劑入口導(dǎo)管830和冷卻劑出口導(dǎo)管835，以便如下所述地通過一冷卻腔室傳遞一冷卻流體(諸如水)。圖11-16示出一具有朝向結(jié)構(gòu)頂部的下游方向的氣體分配噴射器，即，與圖1-4的噴射器的定向相反的方向。入口820分成三個同心的區(qū)域840、850和860。
圖12示出圖11所示噴射器800的剖視的立體圖。各個入口820連接到由噴射器800的本體形成的兩個圓柱形腔室900和910之一上。腔室900分成為環(huán)形的分腔室920a、920b和920c，由此，腔室910分成為環(huán)形的分腔室930a、930b和930c。各個區(qū)域840、850和860與腔室900的一個分腔室920a-c和腔室910的一個分腔室930a-c相連。例如，分腔室920a和930a對應(yīng)于區(qū)域860。因此，區(qū)域860內(nèi)的入口連接到分腔室920a和930a。類似地，區(qū)域850內(nèi)的入口連接到分腔室920c和930c。
分腔室920a-c和930a-c被稱之為分腔室，而不是稱之為單獨的“腔室”，因為它們通過多個壁將單一腔室900或910劃分為許多個“分腔室”。噴射器800的該方面在下面予以詳細地說明。如圖12所示，各個分腔室920a-c和930a-c擁有一分別連接到一導(dǎo)管940a-c和950a-c的孔。該孔和導(dǎo)管的組合允許前驅(qū)氣體噴射到分腔室920a-c和930a-c內(nèi)。因此，各個分腔室920a-c和930a-c可以用其自己的前驅(qū)氣體源供應(yīng)。
一圓柱形冷卻腔室960位于反應(yīng)腔室(未示出)和第一和第二腔室900和910之間。例如，諸如水那樣的冷卻劑循環(huán)通過冷卻腔室960。入口820在途中通過冷卻腔室960到達反應(yīng)腔室。因此，前驅(qū)氣體通過冷卻腔室960(不與其連通)，由此，被冷卻到低于閾值點的溫度以便于沉積反應(yīng)。一諸如水那樣的冷卻劑進入和退出冷卻腔室960，以便通過水入口970和水出口980循環(huán)。
圖13示出圖12所示橫截面部分的放大視圖。如圖13清晰地所示，各入口820具有一同軸的噴射導(dǎo)管，其由圍繞第二導(dǎo)管定位的第一導(dǎo)管形成。例如，噴射導(dǎo)管1040包括一內(nèi)導(dǎo)管1050。內(nèi)導(dǎo)管1050提供一通道，分腔室920a內(nèi)的前驅(qū)氣體可通過該通道移動到反應(yīng)腔室。圍繞內(nèi)導(dǎo)管1050的是一外導(dǎo)管1060。外導(dǎo)管1060提供一通道，分腔室930a內(nèi)的前驅(qū)氣體可通過該通道移動到反應(yīng)腔室。內(nèi)和外導(dǎo)管1050和1060最好是同心的。因此，如圖17所示，在下游表面810處的各個入口820包括同軸的導(dǎo)管，其包括由同軸壁1390分成的內(nèi)導(dǎo)管開口1370和外導(dǎo)管開口1380。同軸的導(dǎo)管1030將另一入口820連接到分腔室930a和920a，同軸的導(dǎo)管1020和1010將入口連接到分腔室930b和920b，同軸的導(dǎo)管1000將另一入口連接到分腔室930c和920c。內(nèi)和外導(dǎo)管的橫截面面積可以相等或不相等。這些面積之比可以隨區(qū)域而變，或甚至在一區(qū)域內(nèi)變化。同軸導(dǎo)管的配置允許前驅(qū)氣體從其對應(yīng)的分腔室運輸?shù)椒磻?yīng)腔室，而在前驅(qū)之間沒有橫向連通。此外，同心導(dǎo)管可將形成在表面810上的沉積減到最少。盡管從各個導(dǎo)管退出的兩個前驅(qū)氣體彼此混和，但可以認為，從外導(dǎo)管1000退出的前驅(qū)氣體流的最外部分在離內(nèi)下游噴射器表面810下游處的有限距離內(nèi)保持未被混和。朝向表面810的任何反向噴射或回流將主要地由該最外部分的氣體組成。
圖11-13所示的特定的噴射器不包括如上所述的提供給一分離的內(nèi)載體氣體供應(yīng)。然而，如下所述，可提供這樣一載體氣體供應(yīng)，其具有在出口820之間形成表面810部分的一多孔元件或具有離散的載體氣體出口，以便進一步將反向噴射減到最小。使用同軸的導(dǎo)管可簡化噴射器的結(jié)構(gòu)，其可減少所需密封量。此外，使用同軸配置允許前驅(qū)材料有更加均勻的分布。當然，圖10-13的分區(qū)結(jié)構(gòu)可用于如圖1-4所示的分離的第一和第二前驅(qū)入口。尤其是如該替代方案中所示，第一前驅(qū)氣體入口連接到分腔室920a-920c，而第二前驅(qū)氣體入口連接到分腔室930a-930c。類似地，如上所述，同軸導(dǎo)管可用來以交替或其它圖形分散一個或多個前驅(qū)氣體通過內(nèi)導(dǎo)管，同時分散一載體氣體通過各同軸導(dǎo)管的外導(dǎo)管。
圖14至16是一組板的剖視立體圖，圖10的噴射器700用該板進行構(gòu)造。
在圖14中，示出一上游板1100。該上游板1100較佳地是圓形，并包含三個凹陷區(qū)域1110、1120和1130。同心圓壁1140和1150分離開凹陷區(qū)域1110、1120和1130。凹陷區(qū)域1110、1120和1130聯(lián)合起來組成如圖12所示的第一腔室900。凹陷區(qū)域1110組成分腔室920c。類似地，凹陷區(qū)域1120和1130分別組成分腔室920b就920a。根據(jù)圖14的理解，可見腔室900形狀大致呈圓柱形，并分成一組三個同心圓柱形的分腔室1110、1120和1130。第一組的導(dǎo)管940a-c分別從凹陷區(qū)域1130、1120和1110向上游(朝向反應(yīng)器外的氣體源)延伸。導(dǎo)管940a、940b和940c用作通道，前驅(qū)氣體可通過該通道噴射到由凹陷區(qū)域1110、1120和1130形成的各種分腔室內(nèi)。第二組的導(dǎo)管950a、950b和950c延伸通過上游板1100。第二組導(dǎo)管在近似等于同心圓壁1140和1150高度的高度上從上游板1100向下游(朝向反應(yīng)器)突出。每一區(qū)域可有一個以上導(dǎo)管，導(dǎo)管數(shù)量可隨區(qū)域不同而變化。
圖15示出堆疊在上游板1100頂上的中間板1200。中間板1200擱置在由上游板1100形成的圓柱形壁1140和1150頂上。與上游板1100相同，中間板1200也包含凹陷區(qū)域1210、1220和1230。凹陷區(qū)域1210、1220和1230被圓壁1240和1250分離。凹陷區(qū)域1210、1220和1230聯(lián)合起來組成第二腔室910，并分別單獨地組成分腔室930a、930b和930c。根據(jù)對圖15的理解可以得知，可見第一和第二圓柱形腔室900和910彼此堆疊在頂上，并享有一公共面(中間板1200)和一公共的縱向軸線。中間板1200連接各個第二組的導(dǎo)管950a、950b和950c，它們從上游板1100朝向下游(朝向反應(yīng)腔室)突出。因此，第二組導(dǎo)管950a、950b和950c用作通道，前驅(qū)氣體可通過該通道噴射到由凹陷區(qū)域1210、1220和1230形成的各種分腔室內(nèi)。
此外，每一區(qū)域可有多個導(dǎo)管，且導(dǎo)管數(shù)量可隨區(qū)域不同而變化。中間板1200也包含多個噴射導(dǎo)管1260，它們從板1200朝向下游(朝向反應(yīng)腔室)突出，延伸超過圓形壁1240和1250的高度。噴射導(dǎo)管1260的全高在圖16中未示出；為了圖示的清晰起見，已移去這些導(dǎo)管的部分。
圖16示出堆疊在中間板1200頂上的下游板1300。下游板1300擱置在由中間板1200形成的圓形壁1240和1250頂上。下游板形成圖12所示的冷卻腔室960的下游部分。根據(jù)對圖16的理解可以得知，可見圓柱形冷卻腔室960和第二圓柱形腔室910彼此堆疊在頂上，并享有一公共面(下游板1300)和一公共的縱向軸線。
如圖12和13清晰地所示，冷卻腔室960位于下游板1300和蓋板805之間，蓋板805形成噴射器1100的內(nèi)部或面向下游的表面810。在此實施例中，導(dǎo)管1320通過冷卻腔室，但不與冷卻腔室連通。如圖16所示，下游板1300的側(cè)部提供用于冷卻腔室960的孔1330和1340的入口和出口。入口和出口孔1330和1340連接入口和出口的導(dǎo)管830和835。因此，孔1330和1340和導(dǎo)管830和835合作到冷卻腔室，冷卻劑流體可通過冷卻腔室循環(huán)通過噴射器。用來循環(huán)冷卻劑的腔室可以是一如圖16所示的敞開腔室，或可以如圖5所示地遵循其它二維或三維幾何形。
下游板1300包含多個噴射導(dǎo)管1320，它們從板1300朝向反應(yīng)腔室向下游突出，并延伸到與由中間板1200連接的噴射導(dǎo)管1260相同的高度。連接到下游板1300的導(dǎo)管1320圍繞連接到中間板的導(dǎo)管1260形成，因此，形成參照圖13和17所描述的同軸導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。如圖11、12和13清晰地所示，一蓋板805躺在下游板1300上并形成如圖11所示的噴射表面810，還形成也示于圖11中的多個入口820。此外，蓋板805密封關(guān)閉的噴射器。在入口820處，蓋板805密封到噴射導(dǎo)管1320。圖17詳細地所示的一同軸入口的實施例示出了蓋板805的噴射(下游)表面810上的同軸入口820。一外同軸壁1360和一內(nèi)同軸壁1390形成了外同軸入口1380。外同軸入口1380部分地或完全地包圍一由內(nèi)同軸壁1390形成的內(nèi)同軸入口1370。外同軸入口1380和內(nèi)同軸入口1370可分配第一和第二前驅(qū)氣體，或者，內(nèi)同軸入口1370可分配一前驅(qū)氣體，而外同軸入口1380分配一包圍前驅(qū)氣體的載體氣體罩。相反，由內(nèi)同軸入口1370承載載體氣體也是可能。
III.具有分區(qū)域的入口和多前驅(qū)入口的氣體分配噴射器(同軸或雙腔)圖18示出本發(fā)明的一實施例，其中，通過散布在載體入口均勻范圍內(nèi)的入口提供多個前驅(qū)。下游(內(nèi)部)的噴射器表面1400分成為多個區(qū)域1410、1420和1430。在各個區(qū)域內(nèi)，提供第一前驅(qū)入口1440、第二前驅(qū)入口1450和載體入口1460的西洋跳棋棋盤圖形，以便將前驅(qū)均勻地分配到反應(yīng)器內(nèi)的晶片載體，不造成材料反向噴射到噴射器本身上。
類似地，在圖19中，提供圖18結(jié)構(gòu)的一變體，其中，第一前驅(qū)入口和第二前驅(qū)入口組合成雙腔入口。具體來說，下游內(nèi)噴射器表面1500分成為多個區(qū)域1510、1520和1530。在各個區(qū)域內(nèi)，提供雙腔前驅(qū)入口1540和載體入口1550的西洋跳棋棋盤圖形，以便將前驅(qū)均勻地分配到反應(yīng)器內(nèi)的晶片載體，不造成材料反向噴射到噴射器本身上。
如圖20所示，各雙腔前驅(qū)入口1540分成較小的導(dǎo)管(入口)1560和1565，它們承載第一前驅(qū)1570和第二前驅(qū)1575，且它們被一腔壁1580劃分而分離第一前驅(qū)和第二前驅(qū)，直到它們進入反應(yīng)器腔室。雙腔前驅(qū)入口1540可以被如圖13-17詳細所示的同軸入口1590代替。在圖18-19的實施例中，載體入口可以有利地用如圖2所示的載體多孔板代替。
圖21A-G提供本發(fā)明入口的一些實施例的橫截面圖(為清晰起見，不包括載體多孔板)。如圖所示，諸入口向下游地通向反應(yīng)腔室內(nèi)。圖21A示出包括以簡單西洋跳棋棋盤圖形散布的載體入口1603和前驅(qū)入口1606的橫截面1600。在圖21B中，橫截面1610示出帶有雙腔前驅(qū)入口1616(圖20所示類型)以西洋跳棋棋盤圖形散布的載體入口1613和冷卻通道橫截面1618。在圖21C中，橫截面1620示出帶有載體入口1623以西洋跳棋棋盤圖形散布的同軸前驅(qū)入口1626(圖17所示類型)和冷卻通道橫截面1628。在圖21B中，橫截面1610示出雙腔前驅(qū)入口1616，其包括一線性阻擋體1615以將第一前驅(qū)導(dǎo)管與第二前驅(qū)導(dǎo)管密封。類似地，在圖21C中，同軸前驅(qū)入口1626部分地由一徑向阻擋體1625，其將第一前驅(qū)導(dǎo)管與周圍的第二前驅(qū)導(dǎo)管密封。
盡管圖21A-C分別示出橫截面1600、1610和1620，各近似地示出入口邊緣處的法向角，但也可通過提供入口和噴射器內(nèi)部下游表面之間的傾斜邊界進一步減小噴射。因此，在圖21D中，橫截面1630示出以簡單西洋跳棋棋盤圖形散布并傾斜而進一步減小噴射的前驅(qū)入口1636和載體入口1633。在圖21E中，橫截面1640類似于橫截面1630，在此實例中，例外地是，僅前驅(qū)入口1646傾斜，而載體入口1643保持法向。在圖21F中，橫截面1650示出帶有線性阻擋體1655的雙腔前驅(qū)入口1656，它們與載體入口1653一起以西洋跳棋棋盤圖形散布，其中，雙腔入口1656和載體入口1653以大致45度角傾斜，以進一步將粘度減到最小。最后，在圖21G中，橫截面1660示出帶有徑向阻擋體1665的同軸前驅(qū)入口1666，其與載體入口1663一起以西洋跳棋棋盤圖形散布。冷卻通道橫截面1668不與同軸前驅(qū)入口1666或載體入口1663氣體地連通，但與入口1666和1663熱力上連通，以便在操作過程中，減緩噴射器的溫度。
在圖21F和21G中，分別示出橫截面1650和1660，阻擋體1655和徑向阻擋體1665較佳地傾斜于入口和反應(yīng)器腔室前的稍許在邊界前的端部，以進一步將粘度和噴射減到最小，但阻擋體1655或1665也可終止在邊界或超過邊界，視對于特定噴射器的個別結(jié)構(gòu)而定。
IV.具有允許定制端口和孔規(guī)格的可更換的入口元件的噴射器圖22是本發(fā)明一氣體分配噴射器的另一實施例的簡化局部截面圖。用來放置在沉積反應(yīng)器內(nèi)的噴射器1700由一上游板1710、一中間板1720和一下游板1730形成，它們通過諸如真空釬焊、焊接或螺栓和密封件的結(jié)構(gòu)之類的密封過程連接在一起。噴射器通常連接到反應(yīng)器腔室的密封板1701上(見圖2)。圖23是本發(fā)明一氣體分配噴射器的實施例的分解立體圖，其使用多個氣體分配板并包括用來將氣體連通到反應(yīng)器腔室的通氣螺釘。例如，氣體分配噴射器位于反應(yīng)器密封板(未示出)下方，其用該密封板形成第一反應(yīng)劑氣體歧管(見圖2)，并較佳地位于一反應(yīng)器腔室(未示出，見圖1)內(nèi)，以使一晶片載體(未示出，見圖1)中心地位于氣體分配噴射器下方。
如圖22所示，上游板1710包括一上游表面1740和一下游表面1745。形成第一反應(yīng)劑氣體歧管1702的空間通常位于上游板1710的上游表面1740和密封板1701之間(例如，見圖2、270a-c)。較佳地，一個或多個氣體入口元件與上游板1710的上游表面1740齊平，在此情形中，通氣螺釘1760與一中心地位于各個通氣螺釘1760內(nèi)的氣體入口1770齊平。通氣螺釘1760通過上游板1710的上游表面1740內(nèi)的一個或多個螺釘孔1765，固定到上游板1710的上游表面1740，其中，螺釘孔1765與第一反應(yīng)劑氣體通道對齊。
在圖23中，立體圖地可見圖22中描述的上游板1710、中間板1720和下游板1730。在圖23所示的上游板1710中，多個通氣螺釘1760固定在通氣螺釘孔1875內(nèi)，以對從第一氣體歧管進入氣體分配噴射器內(nèi)的第一反應(yīng)劑氣體提供一入口。用于光學(xué)視口或氣體源連通到氣體分配噴射器內(nèi)的噴射器密封端口1870位于頂表面1740上。冷卻劑貫通開口1895允許冷卻劑進入和退出管線通過上游板1710的結(jié)構(gòu)。最后，螺栓孔1890允許上游板密封到其它氣體噴射器板和反應(yīng)器的密封板上。
圖24A是圖22所示氣體分配噴射器實施例的上游板的詳細的立體圖。上游板1710顯示為其頂表面1740可見，且其中還可見多個通氣螺釘孔1875。此外，一組冷卻劑貫通開口1895允許冷卻劑導(dǎo)管進入和退出通過上游板到冷卻通道所定位的中間板(未示出)。提供多個密封端口1870，使氣體和/或光學(xué)視口連通到氣體分配噴射器內(nèi)或通過氣體分配噴射器。尤其是，提供第二反應(yīng)氣體密封端口1872，使第二反應(yīng)氣體通過上游板1710連通到一區(qū)域，該區(qū)域介于上游板的下游表面1745和中間板(未示出)的上游表面之間，它們形成第二反應(yīng)劑氣體歧管1790。
圖24B是圖22所示氣體分配噴射器實施例的上游板的仰視圖，詳細地示出上游板1710的的下游表面1745。如上所述，上游板1710包括多個冷卻劑貫通開口1895、用來通過第一反應(yīng)氣體的氣體通氣螺釘孔1875、用來密封端口1870的通孔，以及用來將上游、中間和下游板連接在一起的螺栓孔1890。
第二反應(yīng)氣體密封端口包括第二反應(yīng)氣體密封端口出口1873，其使第二反應(yīng)氣體連通到第二反應(yīng)氣體歧管1790的本體。可供選擇地，在第二反應(yīng)氣體歧管1790內(nèi)，一徑向阻擋體1878形成第二反應(yīng)氣體歧管1790的兩個區(qū)域一外環(huán)1878，第二反應(yīng)氣體最初通過第二反應(yīng)氣體密封端口出口1873連通到該外環(huán)1878，以及一內(nèi)歧管區(qū)域1883，其中，第二反應(yīng)氣體如本文所描述地連通到中間板1720內(nèi)。外環(huán)1878和內(nèi)歧管區(qū)域1883通過多個孔1882連通，這多個孔1882用來平衡第二反應(yīng)氣體歧管1790的內(nèi)歧管區(qū)域1883內(nèi)的第二反應(yīng)氣體的氣體壓力。
返回到圖22，中間板1720包括一上游表面1750和一下游表面1755。上游板1710和中間板1720可連接在一起，例如，通過真空焊接或在上游板1710和中間板1720之間的接觸點處的螺栓和密封結(jié)構(gòu)實現(xiàn)連接。上游板1710的下游表面1745的一部分連同中間板1720的上游表面1750一起形成用來將第二反應(yīng)氣體引入到反應(yīng)腔室內(nèi)的第二反應(yīng)氣體歧管1790。一氣體入口1810(可供選擇地通過一個或多個固定在一個或多個通氣螺釘孔1805內(nèi)的通氣螺釘1800)形成在中間板1720的上游表面1750內(nèi)。
一冷卻通道1840形成在中間板1720的上游表面1750內(nèi)(例如，見圖5和25A-C)。冷卻通道1840的上游端密封，并與氣體分配噴射器1700的其它部件分離，尤其是，通過一冷卻通道蓋板1850與中間板1720的上游表面1750密封，冷卻通道蓋板1850較佳地通過真空焊接到中間板1720的上游表面1750，以在中間板1720的上游表面1750上形成一毗鄰的表面，并因此形成毗鄰的水冷卻通道1840，如圖25A-C中詳細地所述。
形成在中間板1720的下游表面1755內(nèi)的是一個或多個載體氣體歧管1830，它們接受最好是非反應(yīng)的載體氣體以便分配到反應(yīng)器內(nèi)。還有形成在中間板1720下游表面1755內(nèi)的是通氣螺釘孔1795，它們用來固定包括第一氣體出口1785于其中的第一氣體出口的通氣螺釘1780。第一氣體出口的通氣螺釘1780和第一氣體出口1785用作為第一氣體的通道1775的終點，因此，允許第一反應(yīng)氣體從第一氣體歧管傳送到反應(yīng)腔室。還形成在中間板1720的下游表面1755內(nèi)的是第二氣體出口1820，其用作為第二氣體的通道1815的終點，因此，允許第二反應(yīng)氣體從第二氣體歧管1790傳送到反應(yīng)腔室?；蛘撸诙怏w出口1820可由類似于用于第一氣體出口1785的結(jié)構(gòu)的通氣螺釘結(jié)構(gòu)形成。
如圖23中分解立體圖中所示和根據(jù)不同立體圖所描述的，中間板1720包括一焊接的上游表面板1840和一下游表面1755，并連接到冷卻劑入口和出口管1880，它們將諸如水的冷卻劑提供到位于如這里所述的中間板1720內(nèi)的冷卻通道。氣體入口1810位于中間板1720的上游表面板1840內(nèi)，一些氣體入口1810連接到上游板1720內(nèi)的第一氣體入口，而一些氣體入口1810直接從形成在上游板1745的下游表面和中間板1720的上游表面1840之間的第二氣體歧管中接受第二氣體。螺栓孔1900允許中間板密封到噴射器的其它板上。
圖25是圖22所示氣體分配噴射器實施例的中間板的詳細的立體圖。中間板1720的上游表面1750用來形成第二反應(yīng)氣體歧管1790的下游端，包括用于第二反應(yīng)氣體(和用于第一氣體通道，該通道通過但與第二氣體分配歧管不連通)的氣體入口1800。中間板1720還包括用于氣體分配噴射器的冷卻通道1840。中間板還包括螺栓孔1900，用來將上游、中間和下游板固定在一起；以及密封端口管線通孔1910，用于光學(xué)視口或連通氣體分配系統(tǒng)內(nèi)的氣體。
圖26A是圖22所示氣體分配噴射器實施例的中間板的立體圖，其顯示為在將冷卻通道蓋板1850焊接到上游表面上之前(見圖26B)，以便更清晰地顯示位于其中的冷卻通道1840。位于中間板1720的上游表面1750上的反應(yīng)氣體入口1820用實線示出，而位于下游表面1755上的反應(yīng)氣體入口1820的出口用虛線示出。圖26B是圖22所示氣體分配噴射器實施例的中間板的立體圖，其顯示為在將冷卻通道蓋板1850焊接到上游表面上之后。冷卻劑導(dǎo)管1930提供諸如水那樣的冷卻劑進和出，進入到如圖26A中所示的冷卻通道1840內(nèi)。
再返回到圖22，下游板1730可以是一薄板，其包括布置在其中的單一的或多個能透過或打孔的區(qū)域1735。下游板1730通過諸如真空焊接或螺栓和密封結(jié)構(gòu)那樣的工藝連接到中間板1720的下游表面1755。下游板1730的打孔區(qū)域1735至少與中間板1720的下游表面1755內(nèi)的載體氣體歧管1830相一致，以允許載體氣體分配到位于下游板1730的下游的反應(yīng)腔室內(nèi)。
在下游板1730處，第一反應(yīng)氣體通道1775終止在位于下游板1730上的氣體出口1785，其單獨地或位于諸如一氣體出口通氣螺釘1780那樣可移去的裝置內(nèi)。可供選擇地是，氣體出口通氣螺釘1780可有利地固定到下游板1730，以將下游板1730固定在氣體出口通氣螺釘1780和中間板1720的下游表面1755之間。第二氣體通道1815通過第二氣體出口1820終止，第二氣體出口1820較佳地完全通過下游板1730連通，以便將第二反應(yīng)氣體分配到反應(yīng)腔室。
如從圖23中的另一立體圖中所示，下游板1730包括多個孔1820，通過這些孔第一氣體出口和第二氣體出口從中間板1720的下游表面1755與反應(yīng)腔室連通。最后，多個氣體出口通氣螺釘1780固定到中間板1720的底部1755內(nèi)的出口通氣螺釘孔(見圖22)，以便進一步將下游板1730固定到氣體出口通氣螺釘1780和中間板1720之間。氣體出口通氣螺釘用于如圖22所示的第一反應(yīng)氣體出口，但可供選擇地也可用于第二反應(yīng)氣體出口。最后，下游板內(nèi)的螺栓孔1940有利地與中間板的螺栓孔1900和上游板的螺栓孔1890對齊，以便用螺栓連接在一起和密封，或用其它方法連接上游、中間和下游板。在下游板上，如圖27所示，較佳地是一載體氣體屏，用來將載體氣體散布在反應(yīng)氣體出口之間的區(qū)域內(nèi)。
圖27是圖22所示氣體分配噴射器實施例的下游板的視圖，該圖從反應(yīng)器內(nèi)部觀察(從下游方向)。下游板1730包括一載體氣體屏1735，該屏可以是多孔的或可滲透一載體氣體，，該載體氣體可通過其間。載體氣體屏1735顯示為一單一連續(xù)的區(qū)域，但也可設(shè)置在位于垂直地鄰近于載體氣體歧管1830的一離散的多個區(qū)域內(nèi)，顯示為離散的氣體入口，顯示為用于各多個同軸的內(nèi)反應(yīng)劑入口的多個外同軸的入口，或其它的結(jié)構(gòu)。對第一氣體通氣孔1795和通過下游板1730的第二氣體出口1820設(shè)置多個孔。下游板1730的外區(qū)域1945最好是實心的不構(gòu)成一屏。設(shè)置螺栓孔1940以將上游、中間和下游板彼此固定和固定到反應(yīng)器。
圖28是本發(fā)明的一氣體分配噴射器的實施例的截面圖，其包括放置在反應(yīng)劑氣體入口通道內(nèi)以便形成一壓差的多孔材料。另外類似于圖22的實施例，圖28還示出將滲透材料1960引入第一氣體通道1775內(nèi)，以控制氣體壓力，以及使用用于第二氣體出口1975的第二氣體出口通氣螺釘1970，就如上述的第一氣體出口通氣螺釘1780。
滲透材料1960例如可以是一碳過濾器或其它不與通過其間的第一反應(yīng)氣體反應(yīng)的滲透材料，滲透材料1960用來在第一氣體入口1770和第一氣體出口1785之間形成壓差。或者，滲透材料也可用于第二氣體通道。
此外，代替滲透材料或添加到滲透材料，可分別變化通氣螺釘1760和1785或其它可移去的氣體入口裝置的內(nèi)直徑來形成一相似的壓差，例如，通過增加或減小第一氣體入口通氣螺釘1760內(nèi)的第一氣體入口1770的孔大小，和/或增加或減小第一氣體出口通氣螺釘1780內(nèi)的氣體出口1785的孔大小。
再者，圖28中使用了氣體出口通氣螺釘來分配第一反應(yīng)劑氣體和第二反應(yīng)劑氣體。尤其是，對于第二氣體出口1975設(shè)置第二氣體出口通氣螺釘1970，就如對于第一氣體出口1785設(shè)置上述的第一氣體出口通氣螺釘1780。通過變化通氣螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)，包括通氣螺釘?shù)纳疃取⑼饴葆旑^超出下游板的表面多遠，或中心地位于對應(yīng)通氣螺釘內(nèi)的氣體入口和氣體出口的直徑，通氣螺釘內(nèi)氣體出口孔大小和維度因此可有利地根據(jù)反應(yīng)器和氣體噴射器結(jié)構(gòu)進行定制，無需更換氣體噴射器的其它結(jié)構(gòu)部件。
圖29是使用同軸反應(yīng)劑氣體入口和通氣螺釘?shù)谋景l(fā)明氣體分配噴射器實施例的內(nèi)氣體分配表面的截面圖。一同軸的氣體出口通氣螺釘2000連接到下游板1730和中間板1720內(nèi)的同軸反應(yīng)氣體通道2005。同軸反應(yīng)氣體通道2005包括一用于第一氣體的外通道2010和一用于第二氣體的內(nèi)通道2020，其中，內(nèi)和外通道被一內(nèi)徑向壁2030分離。如上所述，中間板1720包括一載體氣體歧管1830，其從一載體氣體通道1980中接受載體氣體，而且其通過下游板1730內(nèi)的一多孔屏1735將氣體分配出氣體分配噴射器外。圖中還示出中間板1720內(nèi)的冷卻通道1990的截面圖。
圖30是使用一非同軸雙腔反應(yīng)劑氣體入口和通氣螺釘以及一補充反應(yīng)劑氣體入口的本發(fā)明氣體分配噴射器實施例的內(nèi)氣體分配表面的截面圖。一雙腔氣體出口通氣螺釘2040連接到下游板1730和中間板1720內(nèi)的雙腔反應(yīng)氣體通道2045。雙腔反應(yīng)氣體通道2045包括一用于第一氣體的左通道2050和一用于第二氣體的右通道2060，其中，右和左通道被一中心壁2070分離。如補充的反應(yīng)氣體出口2090所示，其顯示為連接到一不使用同軸雙腔或通氣螺釘設(shè)計的補充的反應(yīng)氣體通道2080，這里所述的各種入口和出口設(shè)計包括圖21A-G所示的那些設(shè)計，以及不同測量計、入口直徑和出口形狀的通氣螺釘可組合在同一個氣體分配噴射器中，以允許各種的氣體分配結(jié)構(gòu)。代替載體屏1735，例如，第一和第二同軸入口可提供來分配第一和第二前驅(qū)氣體，其中，第一和第二前驅(qū)通過各個同軸入口的內(nèi)同軸通道進行分配，而一載體氣體通過各同軸入口的外同軸通道進行分配。
圖31是用于本發(fā)明氣體分配噴射器實施例的一通氣螺釘?shù)牧Ⅲw圖。一單一通道的通氣螺釘1780包括用來將通氣螺釘1780固定到氣體分配噴射器多個板之一內(nèi)的螺紋1788。一中心氣體出口1785延伸通過通氣螺釘1780的本體，以在通氣螺釘1780固定到氣體分配系統(tǒng)的一板內(nèi)的氣體出口端時允許完全通過螺釘進行通氣。圖32是用于使用反應(yīng)劑氣體同軸分配的本發(fā)明氣體分配噴射器實施例內(nèi)的同軸通氣螺釘?shù)牧Ⅲw圖。螺釘包括一中心徑向壁2030，其可部分地或全部地延伸通過通氣螺釘?shù)拈L度，其中，諸臂將內(nèi)壁連接到螺釘?shù)钠溆啾倔w上。中心徑向壁2030將外氣體出口2010與內(nèi)氣體出口2020分離，中心徑向壁有利地連接到板內(nèi)的一同軸氣體通道，通氣螺釘例如通過螺紋2040固定到該板上。
顯然，本發(fā)明很好地適于達到上述的以及固有的目的和優(yōu)點。盡管為了揭示的目的已經(jīng)描述了目前的優(yōu)選實施例，但應(yīng)該理解到，這些實施例只是為了說明本發(fā)明的原理和應(yīng)用，可以作出很好地納入本發(fā)明范圍之內(nèi)的各種變化和修改。例如，沉積系統(tǒng)可以是任何形狀，并可以分成任何數(shù)量的區(qū)域，而它們本身又可以是任何形狀的。此外，前驅(qū)濃度之外的各種變量可以根據(jù)區(qū)域不同實施控制。例如，前驅(qū)壓力或局部的等離子增加可以根據(jù)區(qū)域不同實施控制。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將容易地提出許多其它的變化，這些變化被包括在由附后權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
工業(yè)應(yīng)用性的陳述本發(fā)明具有適用于諸如轉(zhuǎn)動盤型反應(yīng)器之類的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用，但也可適用于其它的工業(yè)化學(xué)沉積和清潔裝置，例如，諸如蝕刻用的裝置。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)氣相沉積的方法，包括(a)將作為多個氣流的至少一個前驅(qū)氣體通過氣體分配噴射器內(nèi)多個間隔開的前驅(qū)入口排放到反應(yīng)腔室內(nèi)，以使所述氣流具有沿遠離所述噴射器朝向設(shè)置在所述腔室內(nèi)的一個或多個基底的下游方向的速度分量，所述至少一個前驅(qū)氣體反應(yīng)而形成沉積在所述一個或多個基底上的反應(yīng)沉積物；而且，同時地(b)在所述前驅(qū)入口的多個相鄰的入口之間，將至少一個與所述至少一個前驅(qū)氣體基本上不反應(yīng)的載體氣體從所述噴射器排放到所述腔室內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，排放所述至少一個載體氣體的所述步驟包括通過在所述前驅(qū)入口的相鄰入口之間延伸的所述噴射器內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)，來排放所述載體氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，排放所述至少一個載體氣體的所述步驟包括通過設(shè)置在所述前驅(qū)入口的相鄰入口之間的所述噴射器內(nèi)的多個間隔開的載體入口，來排放所述載體氣體。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括圍繞沿所述下游方向延伸的軸線，來轉(zhuǎn)動所述腔室內(nèi)的所述一個或多個基底。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括隨著離所述軸線的徑向距離而變化至少一個所述氣體的每單位面積的質(zhì)量流量。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，排放至少一個前驅(qū)氣體的所述步驟包括排放第一前驅(qū)氣體和排放與所述第一前驅(qū)氣體反應(yīng)的第二前驅(qū)氣體。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，排放所述第一和第二前驅(qū)氣體的所述步驟包括通過多個彼此間隔開的第一前驅(qū)入口排放所述第一前驅(qū)氣體，以及通過散布于所述第一前驅(qū)入口的多個第二前驅(qū)入口排放所述第二前驅(qū)氣體，且，排放所述載體氣體的所述步驟包括排放所述第一和第二前驅(qū)入口之間的所述載體氣體。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，排放所述第一和第二前驅(qū)氣體的所述步驟包括通過至少一些所述前驅(qū)入口排放所述第一前驅(qū)氣體和第二前驅(qū)氣體，而成為同心的氣流，各個如此同心的氣流包括至少部分地包圍第一前驅(qū)氣體流的第二前驅(qū)氣體流。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，排放所述至少一個載體氣體的所述步驟包括通過多個載體開口排放所述載體氣體，所述載體開口包括所述噴射器中在所述第一前驅(qū)入口和所述第二前驅(qū)入口的相鄰入口之間延伸的多孔屏。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，排放所述至少一個載體氣體的所述步驟包括通過多個載體入口排放所述載體氣體，所述載體開口包括所述噴射器中在所述第一前驅(qū)入口和所述第二前驅(qū)入口的相鄰入口之間設(shè)置的多個間隔開的載體入口。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，排放第一前驅(qū)氣體和排放第二前驅(qū)氣體的所述步驟至少部分地彼此不同時發(fā)生。
12.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括圍繞沿所述下游方向延伸的一軸線轉(zhuǎn)動所述腔室內(nèi)的所述一個或多個基底的步驟，其中，執(zhí)行排放第一前驅(qū)和排放第二前驅(qū)的所述步驟，以使所述第一和第二前驅(qū)中的至少一個具有隨離所述軸線的徑向距離而變化的每單位面積的質(zhì)量流量。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括借助于與至少一些所述入口中的各入口相連的單獨的限流裝置、單獨地控制至少一些所述氣流的流量的步驟。
14.一種用于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的氣體分配噴射器，所述噴射器包括形成面向下游方向的內(nèi)部表面并具有水平范圍的結(jié)構(gòu)，在水平間隔開的前驅(qū)入口部位處通向所述內(nèi)部表面的多個前驅(qū)入口，一個或多個前驅(qū)氣體連接件，以及將所述一個或多個前驅(qū)氣體連接件與所述前驅(qū)入口連接在一起的一個或多個前驅(qū)歧管，所述結(jié)構(gòu)包括具有第一和第二表面的多孔元件，所述多孔元件的所述第二表面形成介于至少一些所述前驅(qū)入口部位之間的所述內(nèi)表面的至少一部分，所述結(jié)構(gòu)還形成至少部分地由所述多孔元件的所述第一表面界定的載體氣體歧管、以及與所述載體氣體歧管連通的至少一個載體氣體連接件。
15.如權(quán)利要求14所述的噴射器，其特征在于，所述多個前驅(qū)入口包括在第一前驅(qū)入口部位處向所述內(nèi)表面敞開的第一前驅(qū)入口、和在第二前驅(qū)入口部位處向所述內(nèi)表面敞開的第二前驅(qū)入口，所述一個或多個前驅(qū)氣體連接件包括一個或多個第一前驅(qū)連接件和一個或多個第二前驅(qū)連接件，所述一個或多個前驅(qū)歧管包括將所述一個或多個第一前驅(qū)氣體連接件與所述第一前驅(qū)入口連接在一起的一個或多個第一前驅(qū)歧管，以及將所述第二前驅(qū)氣體連接件與所述第二前驅(qū)入口連接在一起的一個或多個第二前驅(qū)歧管，至少一些所述第一和第二前驅(qū)入口部位在所述內(nèi)表面的至少部分的水平范圍上彼此散布，所述多孔元件在至少一些所述第一和第二前驅(qū)入口部位之間延伸。
16.如權(quán)利要求14所述的噴射器，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)還形成一個或多個冷卻劑通道，由冷卻劑通道壁界定的所述冷卻劑通道形成供冷卻劑通過的蜿蜒的路徑，所述冷卻劑通道不與所述前驅(qū)入口或所述載體氣體歧管流體地連通，所述前驅(qū)入口延伸通過所述冷卻劑通道壁，而所述冷卻劑通道連接到冷卻劑入口端口和冷卻劑排出端口以便連通通過其中的冷卻劑。
17.如權(quán)利要求16所述的噴射器，其特征在于，所述載體氣體歧管設(shè)置在所述多孔元件和所述一個或多個冷卻劑通道之間。
18.如權(quán)利要求18所述的噴射器，其特征在于，所述一個或多個冷卻劑通道設(shè)置在所述載體氣體歧管和所述至少一個前驅(qū)氣體歧管之間。
19.如權(quán)利要求15所述的噴射器，其特征在于，所述第一前驅(qū)入口設(shè)置在所述內(nèi)表面上的多個同心區(qū)域內(nèi)，所述一個或多個第一前驅(qū)氣體連接件包括多個第一前驅(qū)連接件，所述一個或多個第一前驅(qū)歧管包括多個第一前驅(qū)歧管，各個所述第一前驅(qū)歧管連接到所述區(qū)域之一內(nèi)的第一前驅(qū)入口。
20.如權(quán)利要求19所述的噴射器，其特征在于，所述第一前驅(qū)歧管彼此同心。
21.如權(quán)利要求19所述的噴射器，其特征在于，所述第二前驅(qū)入口設(shè)置在所述多個區(qū)域內(nèi)，所述一個或多個第二前驅(qū)氣體連接件包括多個第二前驅(qū)連接件，所述一個或多個第二前驅(qū)歧管包括多個第二前驅(qū)歧管，各個所述第二前驅(qū)歧管連接到所述區(qū)域之一內(nèi)的第二前驅(qū)入口。
22.如權(quán)利要求14所述的噴射器，其特征在于，所述前驅(qū)連接件形成將各個所述前驅(qū)入口連接到所述一個或多個歧管的單獨導(dǎo)管，并包括與至少一些所述導(dǎo)管相連的單獨的限流元件。
23.如權(quán)利要求15所述的噴射器，其特征在于，所述前驅(qū)連接件形成將各個所述前驅(qū)入口連接到所述一個或多個歧管的單獨導(dǎo)管，并包括與至少一些所述導(dǎo)管相連的單獨的限流元件。
24.如權(quán)利要求14所述的噴射器，其特征在于，所述單獨的限流元件選自孔板和多孔體。
25.一種用于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的噴射器，其包括形成面向下游方向的內(nèi)部表面、并沿橫向于所述下游方向的水平方向延伸的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)還形成在水平間隔開的氣流部位處通過所述內(nèi)部表面的多個同心的氣流入口開口，各個所述同心的氣流入口包括在第一端口處通向所述內(nèi)表面的第一氣體通道、和在基本上包圍第一端口的第二端口處通向所述內(nèi)表面的第二氣體通道，所述結(jié)構(gòu)還包括至少一個連接到所述第一氣體通道的第一氣體歧管、至少一個連接到所述第二氣體通道的第二氣體歧管。
26.如權(quán)利要求25所述的噴射器，其特征在于，還包括至少部分地由所述內(nèi)表面界定的載體氣體歧管，并包括所述內(nèi)表面在所述多個同心的氣流入口之間的所述區(qū)域內(nèi)在所述內(nèi)表面上的多孔屏，所述載體氣體歧管連接到所述多孔屏。
27.如權(quán)利要求25所述的噴射器，其特征在于，還包括第三氣體歧管，各個所述同心流入口包括在基本上包圍第一端口的第三端口處通向所述內(nèi)表面的第三氣體通道，所述結(jié)構(gòu)還包括連接到所述第三氣體通道的第三氣體歧管，其中，所述第一、第二和第三氣體入口中的至少一個是載體氣體入口，而所述第一、第二和第三氣體歧管中的至少一個是載體氣體歧管。
28.如權(quán)利要求25所述的噴射器，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括形成所述內(nèi)表面的下游板和在所述下游板上游的冷卻劑腔室，各個所述同心流入口包括第一管和包圍一根所述第一管的第二管，并與所述冷卻劑腔室熱力上連通但與所述冷卻劑腔室不流體連通。
29.如權(quán)利要求28所述的噴射器，其特征在于，所述至少一個第一氣體歧管包括水平地延伸的第一氣體腔室，所述至少一個第二氣體歧管包括設(shè)置在所述第一氣體腔室下游的水平延伸的第二氣體腔室，所述第一管與所述第一氣體腔室連通，并向下游延伸通過所述第二氣體歧管，但不與其流體地連通，所述第二管與所述第二氣體歧管連通。
30.如權(quán)利要求29所述的噴射器，其特征在于，所述氣流部位布置在多個基本上同心的區(qū)域內(nèi)，所述同心區(qū)域具有沿所述下游方向延伸的軸線，所述結(jié)構(gòu)包括多個壁，這些壁將所述腔室中的至少一個劃分為多個與所述軸線同心的分腔室，所述結(jié)構(gòu)還包括與各個所述分腔室連通以便對其供應(yīng)氣體的獨立的氣體連接件。
31.如權(quán)利要求26所述的噴射器，其特征在于，所述噴射器包括彼此固定以形成一本體的第一、第二和第三板，且所述第三板位于所述第二板下游、而所述第二板位于所述第一板下游，其中，所述第一氣體歧管位于所述第一板的上游，所述第二氣體歧管位于所述第一板和所述第二板之間，所述載體氣體歧管位于所述第二板和所述第三板之間，以及所述載體氣體屏位于所述第三板內(nèi)。
32.如權(quán)利要求31所述的噴射器，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括位于所述第二板中的冷卻劑腔室，各個所述第一入口包括第一管，各個所述第二入口包括包圍一根所述第一管的第二管，并與所述冷卻劑腔室熱力連通，但與所述冷卻劑通道不流體地連通。
33.一種CVD反應(yīng)器，包括如權(quán)利要求25所述的噴射器、反應(yīng)腔室、以及安裝在所述噴射器下游的所述反應(yīng)腔室內(nèi)的基底載體，所述載體圍繞沿所述下游方向延伸的軸線可轉(zhuǎn)動。
34.一種用于CVD反應(yīng)器的氣體分配系統(tǒng)，包括氣體分配噴射器結(jié)構(gòu)，其形成面向下游方向的內(nèi)表面，并沿橫向于下游方向的水平方向延伸，所述噴射器結(jié)構(gòu)形成在水平間隔開的前驅(qū)入口部位處通向所述內(nèi)表面的多個前驅(qū)入口，所述噴射器結(jié)構(gòu)還形成在所述前驅(qū)入口部位之間通向所述內(nèi)表面的多個載體氣體開口；至少一個前驅(qū)氣體源，連接到所述前驅(qū)入口，以供應(yīng)至少一個前驅(qū)氣體；以及至少一個載體氣體源，連接到所述載體氣體開口，以供應(yīng)至少一個基本上與通向所述載體開口的所述至少一個前驅(qū)氣體不反應(yīng)的載體氣體，這樣，所述載體氣體阻止由所述至少一個前驅(qū)形成的沉積物沉積在所述內(nèi)表面上。
35.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述噴射器結(jié)構(gòu)包括多孔元件，其形成所述內(nèi)表面的至少一部分并形成至少一些所述載體開口。
36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔元件基本上包圍各個所述前驅(qū)入口部位，而所述多孔元件在各對互相鄰近的前驅(qū)入口部位之間延伸。
37.一種反應(yīng)器，包括形成一內(nèi)表面的反應(yīng)器腔室，如權(quán)利要求34所述的噴射器，該噴射器連接到所述反應(yīng)器腔室，使所述內(nèi)表面面向內(nèi)部空間，且使所述入口的所述開口與所述內(nèi)部空間連通。
38.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述前驅(qū)入口部位設(shè)置成第一圖形，其中，所述噴射器結(jié)構(gòu)包括多個載體入口，它們以散布于所述第一圖形的第二圖形在多個水平間隔開的載體部位處形成所述載體開口。
39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，載體入口的所述第二圖形均勻地分布在所述第一圖形的前驅(qū)入口之間的空間內(nèi)。
40.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，多個反應(yīng)器入口和多個載體入口在噴射器本體上形成西洋跳棋棋盤圖形。
41.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述前驅(qū)入口設(shè)置在所述內(nèi)表面上的多個區(qū)域內(nèi)，其中，所述至少一個前驅(qū)氣體源包括多個前驅(qū)氣體源，處于所述區(qū)域中的不同區(qū)域內(nèi)的前驅(qū)入口連接到所述前驅(qū)氣體源中的不同氣體源。
42.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個前驅(qū)入口包括在第一前驅(qū)入口部位處通向所述內(nèi)表面的第一前驅(qū)入口、和在第二前驅(qū)入口部位處通向所述內(nèi)表面的第二前驅(qū)入口，所述一個或多個前驅(qū)氣體源包括一個或多個連接到所述第一前驅(qū)入口的第一前驅(qū)氣體源、和一個或多個連接到所述第二前驅(qū)入口的第二前驅(qū)氣體源，至少一些所述第一和第二前驅(qū)入口部位在所述內(nèi)表面的至少部分水平范圍上彼此散布，所述載體入口開口設(shè)置在至少一些所述第一和第二前驅(qū)入口部位之間。
43.如權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二前驅(qū)入口設(shè)置在所述內(nèi)表面上的多個區(qū)域內(nèi)，其中，所述至少一個第一前驅(qū)氣體源包括多個前驅(qū)氣體源，所述區(qū)域中的不同區(qū)域內(nèi)的第一前驅(qū)入口連接到所述前驅(qū)氣體源中的不同氣體源上。
44.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一些所述前驅(qū)入口是雙端口入口，各個如此的雙端口入口包括并排延伸的第一噴射通道和第二噴射通道和將所述通道彼此分離的公共壁，其中，所述至少一個前驅(qū)源包括連接到所述第一通道的第一前驅(qū)源和連接到所述第二通道的第二前驅(qū)源。
45.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一些所述前驅(qū)入口是同心入口，各個如此的雙端口入口包括第一噴射通道和包圍所述第一噴射通道的第二噴射通道，其中，所述至少一個前驅(qū)源包括連接到所述第一通道的第一前驅(qū)源和連接到所述第二通道的第二前驅(qū)源。
46.一種用于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的噴射器，它包括形成面向下游方向的內(nèi)表面并沿橫向于所述下游方向的水平方向延伸的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)還形成至少一個歧管和在水平間隔開的入口部位處通過所述內(nèi)表面的多個入口開口，以及將各個所述入口連接到一個所述歧管的單獨的導(dǎo)管，所述結(jié)構(gòu)包括與至少一些所述導(dǎo)管相連的單獨的限流元件。
47.如權(quán)利要求46所述的噴射器，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括形成所述歧管的一個或多個板和至少一部分的各個所述單獨的導(dǎo)管，其中，所述限流元件單獨地可從所述一個或多個板中拆卸。
48.如權(quán)利要求47所述的噴射器，其特征在于，所述單獨的限流元件包括設(shè)置在至少一些所述導(dǎo)管內(nèi)的多孔體。
49.如權(quán)利要求47所述的噴射器，其特征在于，所述限流元件包括設(shè)置在所述內(nèi)表面處的孔元件，所述孔元件在所述內(nèi)表面上形成所述入口的開口。
全文摘要
一種用于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器(100)的氣體分配噴射器(150)具有面向下游朝向基底(135)設(shè)置在一內(nèi)表面(155)上的間隔開的部位處的前驅(qū)氣體入口(160、165)，并具有設(shè)置在前驅(qū)氣體入口(160、165)之間的載體開口(167)。一個或多個前驅(qū)氣體(180、185)通過前驅(qū)氣體入口(160、165)引入，而一基本上與前驅(qū)氣體不反應(yīng)的載體氣體(187)通過載體氣體開口(167)引入。載體氣體將形成在噴射器(150)上的沉積物減到最少。載體氣體開口可由形成表面的多孔板(230)或通過散布在前驅(qū)入口之間的載體入口(167)提供。氣體入口可以是可移去的(1780)或同軸的(1360)。
文檔編號C23F1/00GK101090998SQ200580030594
公開日2007年12月19日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月2日
發(fā)明者E·A·阿穆爾, A·谷拉瑞, L·卡丁斯基, R·多普哈莫, G·S·唐帕, M·凱茲 申請人:維高儀器股份有限公司