專利名稱：氣體注入單元和使用該氣體注入單元的薄膜氣相沉積設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明此處涉及氣體注入?yún)g元和以及使用其以沉積薄層的設(shè)備和方法，更具體的，涉及注入反應氣體的氣體注入?yún)g元和利用它用于沉積薄層的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在半導體器件制造エ藝中，迄今發(fā)展了許多利用金屬有機化合物設(shè)備的金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)方法以形成各種高質(zhì)量的層。MOCVD方法是通過熱分解反應在基板上沉積金屬層的エ藝。通過蒸發(fā)液態(tài)的金屬有機化合物以產(chǎn)生金屬有機物蒸汽，向基板提供產(chǎn)生的金屬有機物蒸汽和用干與所述產(chǎn)生的金屬有機物蒸汽反應的氫化物氣體，在該基板上形成薄層，并把金屬有機化合物蒸汽和氫化物氣體暴露在高溫下。然后，在MOCVDエ藝中，當注入反應氣體的氣體注入部件暴露于高溫熱時，由于高溫熱，可能在反應氣體提供給基板前發(fā)生非預期的反應，在氣體注入部件上可能發(fā)生寄生的沉積。為此，反應氣體沒有均勻地提供給到基板，所以，沉積的金屬層的質(zhì)量會變差。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供了沉積質(zhì)量得以提高的薄層的設(shè)備和方法，以及在所述設(shè)備和方法中使用的氣體注入?yún)g元。本發(fā)明的目的不限于以上目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從以下描述中理解其它沒有在說明書中提及的目的。技術(shù)方案本發(fā)明的實施例提供了沉積薄層的設(shè)備，包括エ藝腔室；基板支撐單元，所述基板支撐單元被配置在所述エ藝腔室中，用于支撐基板；加熱器，所述加熱器加熱由所述基板支撐單元支撐的基板；以及氣體注入?yún)g元，所述氣體注入?yún)g元被配置在所述エ藝腔室內(nèi)基板支撐單元的上方，其中，所述氣體注入?yún)g元包括內(nèi)部管道，通過所述內(nèi)部管道引入反應氣體；外部管道，所述外部管道包圍所述內(nèi)部管道，冷卻所述內(nèi)部管道內(nèi)的反應氣體的冷卻液通過所述外部管道流動；以及注入管道，所述注入管道將所述內(nèi)部管道內(nèi)的反應氣體注入到所述外部管道的外部。在一些實施例中，所述氣體注入?yún)g元可被配置為所述內(nèi)部管道和所述外部管道的長度方向朝向上下方向。在其它的實施例中，所述基板支撐單元可包括支撐板，所述支撐板具有平板形狀，且所述支撐板的上表面的邊緣區(qū)域中沿圓周方向形成有多個第一凹槽，所述第一凹槽容納基板支架；和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部件，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部件旋轉(zhuǎn)所述支撐板，其中所述氣體注入單元可以被配置在所述支撐板的中央?yún)^(qū)域的上方。在其它的ー些實施例中，在所述支撐板的上表面的中央?yún)^(qū)域形成有第二凹槽，所、述外部管道可以插入所述第二凹槽以使得所述外部管道的下端被配置成與所述第二凹槽的底面空間分離。在其它的實施例中，在沿所述內(nèi)部管道的圓周方向可以提供有多個所述注入管道。在其它的實施例中，一些所述注入管道可以在彼此不同的高度提供。
在進ー步的實施例中，所述注入管道可以被分為多個組，屬于同一組的所述注入管道可以提供為在沿所述內(nèi)部管道的圓周方向的相同的高度上，屬于不同組的所述注入管道可以提供為在沿所述內(nèi)部管道的圓周方向的不同的高度上。在進ー步的實施例中，屬于多個組的任意ー組的所述注入管道可以提供為向與所述支撐板相鄰的區(qū)域注入所述反應氣體，屬于所述多個組的另ー組的所述注入管道可以提供為向與所述エ藝腔室的上壁相鄰的區(qū)域注入所述反應氣體。在進ー步的實施例中，所述氣體注入?yún)g元可以進一歩包括第一進氣ロ，所述第一進氣ロ提供給所述內(nèi)部管道以引入第一反應氣體；和第二進氣ロ，所述第二進氣ロ提供給所述內(nèi)部管道以引入第二反應氣體。在進ー步的實施例中，所述氣體注入?yún)g元包括提供給所述內(nèi)部管道的進氣ロ ；與所述進氣ロ相連的主供氣管道；與從所述主供氣管道分支出來的第一分支管道相連的第ー供氣源，所述第一供氣源用于供應第一反應氣體；和與從所述主供氣管道分支出來的第二分支管道相連的第二供氣源，所述第二供氣源用于供應第二反應氣體。在其它的實施例中，所述氣體注入?yún)g元可以包括提供給所述外部管道的冷卻液入口，用于引入所述冷卻液；和提供給所述外部管道的冷卻液出口，用于排放所述冷卻液。在其它的實施例中，所述氣體注入?yún)g元進ー步包括隔板，所述隔板將所述內(nèi)部管道和所述外部管道之間的空間分隔為與所述冷卻液入口流體連通的第一區(qū)域、與所述冷卻液出口流體連通的第二區(qū)域、和使所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域互相流體連通的第三區(qū)域。在其它的實施例中，所述內(nèi)部管道可以包括第一內(nèi)部管道，通過所述第一內(nèi)部管道引入第一反應氣體；和第二內(nèi)部管道，所述第二內(nèi)部管道包圍所述第一內(nèi)部管道，通過所述第二內(nèi)部管道引入第二反應氣體，其中所述注入管道可以包括第一注入管道，所述第一注入管道將所述第一內(nèi)部管道內(nèi)部的第一反應氣體注入所述外部管道的外部；和第二注入管道，所述第二注入管道將所述第二內(nèi)部管道內(nèi)部的第二反應氣體注入到所述外部管道的外部。在其它的實施例中，所述注入管道可以包括提供給所述外部管道的冷卻液入口，用于引入所述冷卻液；和提供給所述外部管道的冷卻液出口，用于排放所述冷卻液。在進ー步的實施例中，所述氣體注入?yún)g元可以進一歩包括隔板，所述隔板將所述外部管道和所述第二內(nèi)部管道之間的空間分隔為與所述冷卻液入口流體連通的第一區(qū)域，與所述冷卻液出口流體連通的第二區(qū)域，和使所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域互相流體連通的第三區(qū)域。在本發(fā)明的進ー步的實施例中，用于沉積薄層的方法，包括向エ藝腔室內(nèi)裝載基板；加熱所述基板；和向所述基板上注入反應氣體，其中所述反應氣體可以被引入到氣體注入?yún)g元的內(nèi)部管道，被通過包圍在所述內(nèi)部管道的外部管道流動的冷卻液冷卻，并通過連接所述內(nèi)部管道和所述外部管道的注入管道注入到所述基板上。在更進ー步的實施例中，所述氣體注入?yún)g元可以被配置為其長度方向朝向上下方向，所述反應氣體通過在水平方向上配置的所述注入管道注入所述基板上。在更進ー步的實施例中，裝載的所述基板可以為多個基板，所述多個基板可以以圓周方向裝載在支撐板的邊緣區(qū)域上，所述氣體注入?yún)g元可以在所述支撐板的中央?yún)^(qū)域上方注入所述反應氣體。

在其它的實施例中，所述支撐板可以繞其中心軸旋轉(zhuǎn)，所述多個基板的每ー個繞所述基板處ー根中心軸旋轉(zhuǎn)。在其它的實施例中，所述反應氣體可以包括第一反應氣體和與所述第一反應氣體具有不同成分的第二反應氣體，其中所述第一反應氣體和第二反應氣體可以獨立地引入到所述內(nèi)部管道內(nèi)，然后互相混合。在其它的實施例中，所述反應氣體可以包括第一反應氣體和與所述第一反應氣體具有不同成分的第二反應氣體，其中所述第一反應氣體和第二反應氣體可以以混合狀態(tài)引入到所述內(nèi)部管道內(nèi)。在其它的實施例中，所述反應氣體包括第一反應氣體和與所述第一反應氣體具有不同成分的第二反應氣體，所述內(nèi)部管道包括引入所述第一反應氣體的第一內(nèi)部管道，和包圍所述第一內(nèi)部管道病引入所述第二反應氣體的第二內(nèi)部管道，所述第一反應氣體可以通過連接所述第一內(nèi)部管道和所述外部管道的第一注入管道注入，所述第二反應氣體通過連接所述第二內(nèi)部管道和所述外部管道的第二注入管道注入。在本發(fā)明的進ー步的實施例中，氣體注入?yún)g元包括內(nèi)部管道，通過所述內(nèi)部管道引入反應氣體；外部管道，所述外部管道包圍所述內(nèi)部管道，冷卻所述內(nèi)部管道內(nèi)的所述反應氣體的冷卻液通過所述外部管道流動；和注入管道，所述注入管道將所述內(nèi)部管道內(nèi)的所述反應氣體注入到所述外部管道的外部。在進ー步的實施例中，所述注入管道可以提供為沿所述內(nèi)部管道的圓周方向的多個注入管道，所述注入管道可以被分為多個組，屬于同一組的所述注入管道可以提供為在沿所述內(nèi)部管道的圓周方向的相同的高度上，和屬于不同組的所述注入管道可以提供為在所述內(nèi)部管道的沿圓周方向的不同的高度上。在更進ー步的實施例中，氣體注入?yún)g元可以進一歩包括第一進氣ロ，所述第一進氣ロ提供給所述內(nèi)部管道以引入所述第一反應氣體；和第二進氣ロ，所述第二進氣ロ提供給所述內(nèi)部管道以引入所述第二反應氣體。有益效果根據(jù)本發(fā)明，通過將氣體注入?yún)g元的內(nèi)部管道內(nèi)的反應氣體冷卻到反應溫度之下，能夠提前防止反應氣體的非預期的反應。根據(jù)本發(fā)明，沉積的薄金屬層的質(zhì)量能夠得到提高。


以下描述的附圖的目的僅為了闡述本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍。圖I為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖解說明薄層沉積設(shè)備的示意圖；圖2為圖解說明圖I中的氣體注入?yún)g元和基板支撐單元的平面視圖3為圖解說明圖I中的氣體注入?yún)g元和基板支撐單元的放大視圖；圖4為氣體注入單元的局部剖視圖；圖5為氣體注入單元的平面剖視圖；圖6為圖3中的氣體注入單元的另ー實施例的示意圖；圖7為圖解說明氣體注入?yún)g元和基板支撐單元的另一布局結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖8和圖9為圖3中的氣體注入單元的又一實施例的示意圖。 最佳實施方式下面將參考附圖對創(chuàng)造性概念的示例性實施例進行更詳細的描述。值得注意的是，在評價附圖時，即便是在不同附圖中，同樣的參考數(shù)字表示同樣的元件。而且，將省略有關(guān)公知的功能或結(jié)構(gòu)的詳細描述，以避免不必要的模糊本發(fā)明的主題。(實施例)圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖解說明薄層沉積設(shè)備10的示意圖。薄層沉積設(shè)備10使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)方法也就是使用金屬有機化合物和氫化物的氣體熱分解反應在基板上沉積薄層。用于薄層沉積エ藝中的基板可以是在LED制造エ藝中制造外延晶圓使用的藍寶石(A1203)基板和碳化硅(SiC)基板，和半導體集成電路(IC)的制造中使用的硅晶圓。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的實施例的薄層沉積設(shè)備10包括エ藝腔室100，排出単元200，基板支撐單元300，加熱單元400和氣體注入單元500。エ藝腔室100提供MOCVDエ藝進行的空間。エ藝腔室100有頂壁102，從頂壁102的邊緣向下延伸的側(cè)壁104，和連接側(cè)壁104的下端的底壁106。頂壁102和底壁106成圓形板形狀。エ藝腔室100的側(cè)壁104內(nèi)形成基板S裝載/卸載的通道105。用于打開和關(guān)閉通道105的門110裝在通道105的入口。門110連接驅(qū)動器112，當通過操作驅(qū)動器112在與通道105的長度方向垂直的方向上移動門110時，打開和關(guān)閉通道105的入口。排出單元200包括排出管線210，排出部件220和閥230。排出管線210的一端連接形成在エ藝腔室100的底壁106中的排出孔107，排出管線210的另一端連接排出部件220。排出部件220可以是泵，以在エ藝腔室100內(nèi)部產(chǎn)生負壓。如果排出部件220在エ藝腔室100內(nèi)部產(chǎn)生了負壓，不必要留存在エ藝腔室100內(nèi)部的反應產(chǎn)物和運載氣體被排出，通過排放，エ藝腔室100的內(nèi)部壓カ可以維持在操作壓力。エ藝腔室100的操作壓カ可以有多種范圍，例如，幾個托(Torr)的低真空壓カ到760托的大氣壓カ范圍。閥230被布置于排出管線210上、位于排出孔107和排出部件220之間，用于打開和關(guān)閉反應產(chǎn)物和運載氣體在排出管線210的內(nèi)部空間的流動。圖2是圖I中的氣體注入?yún)g元和基板支撐單元的平面視圖。參考圖I和圖2，基板支撐單元300設(shè)置在エ藝腔室100的內(nèi)部用于支撐基板S。基板支撐單元300包括支撐板310和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部件330。支撐板310具有圓形板形狀。支撐板310可以由具有優(yōu)越導電性的石墨制成。多個第一凹槽312沿圓周方向在支撐板320上表面的邊緣區(qū)域形成。第一凹槽312可以形成為具有圓形平面。在本實施例中，當?shù)谝话疾?12的數(shù)量為6的案例被示例性描述時，第一凹槽312的數(shù)量也可以大于或少于6。第一凹槽的中心設(shè)置在相對于支撐板320的中心的同一圓周上。
容納基板S的基板支架320插入和設(shè)置在每ー個第一凹槽312中?；逯Ъ?20可具有圓柱形狀，其上表面是開ロ的?；逯Ъ?20可由具有優(yōu)越的導電性的石墨制成?；逯Ъ?20的外部直徑小于第一凹槽312的直徑，這樣，在基板支架320和第一凹槽312中有間隙?；逯Ъ?20的側(cè)壁的內(nèi)部直徑大于基板S的直徑?；逯Ъ?20根據(jù)氣體軸承的原理圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)，基板S隨基板支架320的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。螺旋形凹槽313設(shè)置在第一凹槽312的底部表面，來自氣體供應部件(未示出)的氣體提供給螺旋形凹槽313。供應的氣體隨螺旋形凹槽313流動，提供旋轉(zhuǎn)カ給基板支架320的底部表面，氣體通過基板支架320和第一凹槽312之間的空間被放出去。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部件330使得支撐板310旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部件330包括驅(qū)動軸332和驅(qū)動器334。驅(qū)動軸332穿透エ藝腔室100的底壁，并可以被插入地安裝，且由軸承333可旋轉(zhuǎn)地支撐。驅(qū)動軸332的上端連接到支撐板310的下表面，驅(qū)動軸332的下端連接到驅(qū)動器334。驅(qū)動軸332傳遞由驅(qū)動器334產(chǎn)生的驅(qū)動カ給支撐板310。驅(qū)動器334可以提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動カ以使得支撐板310旋轉(zhuǎn)，并提供直線驅(qū)動力以抬起和降低支撐板310。與此處不 同，驅(qū)動軸332和驅(qū)動器還可以安置在エ藝腔室100內(nèi)部。加熱單元400可以設(shè)置在支撐板310下面，加熱受支撐板310支撐的基板S。關(guān)于加熱單元400，可以使用射頻加熱方式，例如，使用射頻線圈。射頻線圈設(shè)置在同一水平面上以圍繞驅(qū)動軸332。當電カ提供給射頻線圈，支撐板310被射頻線圈感應加熱，支撐板310的熱量通過基板支架320傳遞給基板S，然后基板被加熱到反應溫度。氣體注入單元500設(shè)置在空間上與支撐板310分離的支撐板310中央上方區(qū)域，并注入反應氣體也就是金屬有機化合物氣體和與金屬有機化合物氣體反應的氫化物氣體到被支撐板310支撐的基板S。金屬有機化合物可以是鋁化合物、鎵化合物或銦化合物，氫化物可以是砷化氫、磷化氫或氨水。金屬有機化合物和氫化物以氣態(tài)連同運載氣體提供給氣體注入單元500。作為運載氣體，可以使用氫氣、氮氣或其類似物。圖3是圖I中的氣體注入?yún)g元和基板支撐單元的放大視圖，圖4是氣體注入?yún)g元的局部剖視圖，圖5是氣體注入?yún)g元的平面剖視圖。參考圖3至圖5，氣體注入?yún)g元被對齊以使得其長度方向朝向上下方向，并設(shè)置在支撐板310的中央?yún)^(qū)域上方。氣體注入單元500包括引入反應氣體的內(nèi)部管道520，包圍內(nèi)部管道520的外部管道540，外部管道內(nèi)的冷卻液冷卻內(nèi)部管道520內(nèi)的反應氣體，和將內(nèi)部管道520內(nèi)的反應氣體注入外部管道540的外部的注入管道560。在相關(guān)領(lǐng)域，注入反應氣體的氣體注入部件暴露于提供給基板的高溫熱，由于該高溫熱在反應氣體提供給基板前即發(fā)生非預期的反應，以致寄生的沉積可能發(fā)生在氣體注入部件上。然而，由于根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣體注入?yún)g元500具有外部管道540包圍內(nèi)部管道520的結(jié)構(gòu)，提供給內(nèi)部管道520的反應氣體被通過外部管道540流動的冷卻液冷卻了，所以前述寄生沉積可以被克服。內(nèi)部管道520具有空心圓柱形狀。即，內(nèi)部管道520包括具有圓形板形狀的頂壁521，從頂壁521往下延伸的側(cè)壁522和具有圓形板形狀且連接到側(cè)壁522的下端的底壁523。第一進氣ロ 524和第二進氣ロ 525提供給頂壁521。供應金屬有機化合物氣體的第一氣體供應管線(line) 526與第一進氣ロ 524相連，金屬有機化合物的氣體供應源527與第一氣體供應通道526的另一端相連。供應氫化物氣體的第二氣體供應管線528與第二進氣ロ 525相連，氫化物的氣體供應源529與第二氣體供應管線528的另一端相連。通過第一氣體供應管線526供應的金屬有機化合物氣體和通過第二氣體供應管線528供應的氫化物氣體在內(nèi)部管道520內(nèi)部互相混合。外部管道540包圍內(nèi)部管道520，冷卻內(nèi)部管道520內(nèi)部的反應氣體的冷卻液通過外部管道540流動。外部管道540可以具有空心圓柱形狀。例如，外部管道540可具有環(huán)形頂壁541，從頂壁541向下延伸的側(cè)壁542和具有圓形板形狀且連接到側(cè)壁542的下端的底壁。頂壁541的內(nèi)部圓周表面與內(nèi)部管道520的頂壁521的邊緣相連，外部管道540的側(cè)壁542和底壁543在空間上與內(nèi)部管道520的側(cè)壁522和底壁523分離。冷卻液入ロ 544設(shè)置在外部管道540的頂壁541的ー側(cè)，冷卻液供應管道545與冷卻液入口 544相連。冷卻液出ロ 546設(shè)置在外部管 道540的頂壁的另ー側(cè)，冷卻液回收(withdrawal)管道547與冷卻液出ロ 546相連。冷卻液供應管道545的端部和冷卻液回收管道547的端部與溫度控制器548相連。由溫度控制器548控制溫度的冷卻液通過冷卻液供應管道545和冷卻液入口 544提供給外部管道540。冷卻液在內(nèi)部管道520和外部管道540之間的空間流動以冷卻提供給內(nèi)部管道520內(nèi)部的反應氣體。其后，冷卻液通過冷卻液出口 546和冷卻液回收管道547被回收到溫度控制器548。被回收的冷卻液被控制了溫度，并再次提供給外部管道540。作為冷卻液，可以使用冷卻水或惰性氣體例如氮氣。在內(nèi)部管道520和外部管道540之間的空間內(nèi)提供有隔板550a，550b。隔板550a，550b從外部管道540的頂壁541向下延伸以致內(nèi)部管道520和外部管道540之間的環(huán)形空間被分隔成與冷卻液入ロ 544流體連通的第一區(qū)域Al和與冷卻液出ロ 546流體連通的第ニ區(qū)域A2。第一區(qū)域Al和第二區(qū)域A2通過內(nèi)部管道520的底壁和外部管道540的底壁互相流體連通。注入管道560連接內(nèi)部管道520和外部管道540以將內(nèi)部管道520內(nèi)部的反應氣體注入到外部管道540的外部?？梢匝貎?nèi)部管道520的圓周方向提供多個注入管道560。例如，注入管道560可包括第一組注入管道562,第二組注入管道564和第三組注入管道566?？梢栽趦?nèi)部管道520的側(cè)壁522的靠近下端的高度，沿內(nèi)部管道520的圓周方向提供多個第一組注入管道562。可以在比第一高度高的第二高度，沿內(nèi)部管道520的圓周方向提供多個第二組注入管道564?？梢栽诒鹊诙叨雀叩牡谌叨?，沿內(nèi)部管道520的圓周方向提供多個第三組注入管道566。第一到第三組注入管道562，564，566可以沿內(nèi)部管道520的長度方向以同樣的間隔提供。與此不同，第一到第三組注入管道562，564，566可以沿內(nèi)部管道520的長度方向以不同的間隔(D2 >D1)提供，如圖6所示。第一組注入管道562向與支撐板310相鄰的區(qū)域注入反應氣體，第三組注入管道566向與エ藝腔室100的頂壁102相鄰的區(qū)域注入反應氣體(如圖I所示)。將參考圖2和圖3對利用具有前述結(jié)構(gòu)的薄層沉積設(shè)備在基板S上沉積金屬層的エ藝進行描述。在基板S裝載在任意ー個基板支架320上后，隨支撐板310的旋轉(zhuǎn)多個基板S被順序地裝載在其它基板支架320上。當基板S的裝載完成后，支撐板310繞其中心軸旋轉(zhuǎn)，基板S由基板支架320旋轉(zhuǎn)，基板支架通過氣體軸承繞基板支架的中心軸旋轉(zhuǎn)。加熱單元400加熱支撐板310，然后支撐板310的熱量通過基板支架320傳遞到基板S，這樣基板S被加熱到反應溫度。其后，金屬有機化合物的氣體通過第一進氣ロ 524引入到內(nèi)部管道520，氫化物的氣體通過第二進氣ロ 525引入到內(nèi)部管道520。金屬有機化合物的氣體和氫化物的氣體在內(nèi)部管道520的內(nèi)部互相混合。此時，冷卻內(nèi)部管道520內(nèi)的金屬有機化合物氣體和氫化物氣體的冷卻液通過外部管道540流動。冷卻液的溫度由溫度控制器548控制，被控制了溫度的冷卻液通過冷卻液供應管道545、冷卻液入口 544、外部管道540、冷卻液出ロ 546和冷卻液回收管道547循環(huán)。由于內(nèi)部管道520內(nèi)的金屬有機化合物氣體和氫化物氣體被冷卻液冷卻，因此能防止金屬有機化合物氣體和氫化物氣體在被注入到基板S前互相反應。在金屬有機化合物氣體和氫化物氣體在內(nèi)部管道520混合和冷卻后，金屬有機化合物氣體和氫化物氣體通過連接內(nèi)部管道520和外部管道540的注入管道560注入到基板S。由于注入管道560沿內(nèi)部管道520的圓周方向提供，金屬有機化合物氣體和氫化物氣體能夠均勻地注入到沿支撐板310的圓周方向提供的基板S上。注入到基板S的金屬有機化合物氣體和氫化物氣體被提供給基板S高溫熱所分解以沉積薄金屬層。·エ業(yè)實用性以下，將描述基板支撐單元和氣體注入?yún)g元的其它示例。圖7為圖解說明氣體注入?yún)g元和基板支撐單元的另一布局結(jié)構(gòu)的示意圖。參考圖7，在支撐板310的中央?yún)^(qū)域形成有第二凹槽314，氣體注入?yún)g元500的外部管道540插入第ニ凹槽314以使得外部管道540被布置得在空間上與第二凹槽314的底面分離。通過上述結(jié)構(gòu)，由于注入管道560和支撐板310之間的上下方向上的距離被縮短，注入管道560能夠更均勻地注入反應氣體到基板S以沉積更高質(zhì)量的薄金屬層。圖8和圖9為圖解說明圖3的氣體注入單元的又ー實施例示意圖。圖3和圖8、圖9中相同的參考數(shù)字表示相同的元件，因此它們的描述將被省略。以下，僅描述圖3的氣體注入?yún)g元和圖8、圖9的氣體注入?yún)g元之間的不同之處。參考圖8，単一的進氣ロ 524’被提供在內(nèi)部管道520上。主供氣管道526’連接進氣ロ 524’，主供氣管道526’分支為第一分支管道526’ -I和第二分支管道526’ -2。供應金屬有機化合物氣體的第一氣體供應源527’ -I連接到第一分支管道526’ -I，供應氫化物氣體的第二氣體供應源527’-2連接第二分支管道526’-2。金屬有機化合物氣體和氫化物氣體在主供氣管道526’中混合，然后提供給內(nèi)部管道520的進氣ロ 524’。參考圖9,內(nèi)部管道520’包括第一內(nèi)部管道520’ a和包圍第一內(nèi)部管道520’ a的第二內(nèi)部管道520’ bo第二進氣ロ 525提供在第一內(nèi)部管道520’ a上,氫化物氣體通過第ニ進氣ロ 525提供給第一內(nèi)部管道520’ a的內(nèi)部。第一進氣ロ 524提供在第二內(nèi)部管道520’ b上，金屬有機化合物氣體通過第一進氣ロ 524提供給第二內(nèi)部管道520’ b的內(nèi)部。由于提供給第一內(nèi)部管道520’ a和第二內(nèi)部管道520’ b的金屬有機化合物氣體和氫化物氣體具有獨立的空間，所以金屬有機化合物氣體和氫化物氣體維持在金屬有機化合物氣體和氫化物氣體互相不混合的狀態(tài)。第一注入管道563連接第一內(nèi)部管道520’a和外部管道540以將第一內(nèi)部管道520’a中的氫化物氣體注入到外部管道540的外部。第二注入管道565連接第二內(nèi)部管道520’b和外部管道540以將第二內(nèi)部管道520’b中的金屬有機化合物氣體注入到外部管道540的外部。
根據(jù)本發(fā)明，由于氣體注入?yún)g元的內(nèi)部管道內(nèi)部的反應氣體能夠被冷卻到低于反應溫度的溫度，所以反應氣體的非預期的反應能夠被提前阻止。而且，所沉積的薄金屬層的質(zhì)量能夠被提高。 上面揭露的題材被認為是示例性的而非限制性的，附加的權(quán)利要求書意欲覆蓋在創(chuàng)造性概念的真實精神和范圍內(nèi)的所有改動、改善和其它實施例。因此，在法律所允許的最大范圍內(nèi)，創(chuàng)造性概念的范圍由下面的權(quán)利要求及其等同物的最寬的允許的解釋來確定，而不應受前面的細節(jié)描述的局限或限制。
權(quán)利要求
1.ー種用于沉積薄層的設(shè)備，包括 エ藝腔室； 基板支撐單元，所述基板支撐單元被配置在所述エ藝腔室中，用于支撐基板； 加熱器，所述加熱器加熱由所述基板支撐單元支撐的基板； 氣體注入?yún)g元，所述氣體注入?yún)g元被配置在所述エ藝腔室內(nèi)基板支撐單元的上方； 其中，所述氣體注入?yún)g元包括內(nèi)部管道，通過所述內(nèi)部管道引入反應氣體；外部管道，所述外部管道包圍所述內(nèi)部管道，冷卻所述內(nèi)部管道內(nèi)的反應氣體的冷卻液通過所述外部管道流動；以及注入管道，所述注入管道將所述內(nèi)部管道內(nèi)的反應氣體注入到所述外部管道的外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述氣體注入?yún)g元被配置為所述內(nèi)部管道和外部管道的長度方向朝向上下方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述基板支撐單元包括 支撐板，所述支撐板具有平板形狀，且所述支撐板的上表面的邊緣區(qū)域中沿圓周方向形成有多個第一凹槽，所述第一凹槽容納基板支架；和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部件，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部件旋轉(zhuǎn)所述支撐板， 其中所述氣體注入?yún)g元被配置在所述支撐板的中央?yún)^(qū)域的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，在所述支撐板的上表面的中央?yún)^(qū)域形成有第二凹槽，所述外部管道插入所述第二凹槽以使得所述外部管道的下端被配置成與所述第二凹槽的底面空間分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，在沿所述內(nèi)部管道的圓周方向提供有多個所述注入管道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，一些所述注入管道在彼此不同的高度提供。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述注入管道被分為多個組， 屬于同一組的所述注入管道提供為在沿所述內(nèi)部管道的圓周方向的相同的高度上， 屬于不同組的所述注入管道提供為在沿所述內(nèi)部管道的圓周方向的不同的高度上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，屬于多個組的任意ー組的所述注入管道提供為向與所述支撐板相鄰的區(qū)域注入所述反應氣體，和 屬于所述多個組的另ー組的所述注入管道提供為向與所述エ藝腔室的上壁相鄰的區(qū)域注入所述反應氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述氣體注入?yún)g元進ー步包括 第一進氣ロ，所述第一進氣ロ提供給所述內(nèi)部管道以引入第一反應氣體；和 第二進氣ロ，所述第二進氣ロ提供給所述內(nèi)部管道以引入第二反應氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述氣體注入?yún)g元包括 提供給所述內(nèi)部管道的進氣ロ； 與所述進氣ロ相連的主供氣管道； 與從所述主供氣管道分支出來的第一分支管道相連的第一供氣源，所述第一供氣源用于供應第一反應氣體；和 與從所述主供氣管道分支出來的第二分支管道相連的第二供氣源，所述第二供氣源用于供應第二反應氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述氣體注入?yún)g元包括 提供給所述外部管道的冷卻液入口，用于引入所述冷卻液；和 提供給所述外部管道的冷卻液出口，用于排放所述冷卻液。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述氣體注入?yún)g元進ー步包括隔板，所述隔板將所述內(nèi)部管道和所述外部管道之間的空間分隔為與所述冷卻液入口流體連通的第一區(qū)域、與所述冷卻液出口流體連通的第二區(qū)域、和使所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域互相流體連通的第三區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述內(nèi)部管道包括 第一內(nèi)部管道，通過所述第一內(nèi)部管道引入第一反應氣體；和 第二內(nèi)部管道，所述第二內(nèi)部管道包圍所述第一內(nèi)部管道，通過所述第二內(nèi)部管道引入第二反應氣體， 其中所述注入管道包括 第一注入管道，所述第一注入管道將所述第一內(nèi)部管道內(nèi)部的第一反應氣體注入到所述外部管道的外部；和 第二注入管道，所述第二注入管道將所述第二內(nèi)部管道內(nèi)部的第二反應氣體注入到所述外部管道的外部。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述注入管道包括 提供給所述外部管道的冷卻液入口，用于引入所述冷卻液；和 提供給所述外部管道的冷卻液出口，用于排放所述冷卻液。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述氣體注入?yún)g元進ー步包括隔板，所述隔板將所述外部管道和所述第二內(nèi)部管道之間的空間分隔為與所述冷卻液入口流體連通的第一區(qū)域，與所述冷卻液出口流體連通的第二區(qū)域，和使所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域互相流體連通的第三區(qū)域。
16.—種沉積薄層的方法，包括 向エ藝腔室內(nèi)裝載基板； 加熱所述基板；和 向所述基板上注入反應氣體， 其中所述反應氣體被引入到氣體注入?yún)g元的內(nèi)部管道，被通過包圍在所述內(nèi)部管道的外部管道流動的冷卻液冷卻，并通過連接所述內(nèi)部管道和所述外部管道的注入管道注入到所述基板上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述氣體注入?yún)g元被配置為其長度方向朝向上下方向，所述反應氣體通過在水平方向上配置的所述注入管道注入所述基板上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，裝載的所述基板為多個基板，所述多個基板以圓周方向裝載在支撐板的邊緣區(qū)域上，所述氣體注入?yún)g元在所述支撐板的中央?yún)^(qū)域上方注入所述反應氣體。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述支撐板繞其中心軸旋轉(zhuǎn)，所述多個基板的每ー個繞所述基板處ー根中心軸旋轉(zhuǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述反應氣體包括第一反應氣體和與所述第一反應氣體具有不同成分的第二反應氣體， 其中所述第一反應氣體和第二反應氣體獨立地引入到所述內(nèi)部管道內(nèi)，然后互相混ムロ O
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述反應氣體包括第一反應氣體和與所述第一反應氣體具有不同成分的第二反應氣體， 其中所述第一反應氣體和第二反應氣體以混合狀態(tài)引入到所述內(nèi)部管道內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述反應氣體包括第一反應氣體和與所述第一反應氣體具有不同成分的第二反應氣體， 所述內(nèi)部管道包括引入所述第一反應氣體的第一內(nèi)部管道，和包圍所述第一內(nèi)部管道并引入所述第二反應氣體的第二內(nèi)部管道，和 所述第一反應氣體通過連接所述第一內(nèi)部管道和所述外部管道的第一注入管道注入，所述第二反應氣體通過連接所述第二內(nèi)部管道和所述外部管道的第二注入管道注入。
23.一種氣體注入單元包括 內(nèi)部管道，通過所述內(nèi)部管道引入反應氣體； 外部管道，所述外部管道包圍所述內(nèi)部管道，冷卻所述內(nèi)部管道內(nèi)的所述反應氣體的冷卻液通過所述外部管道流動；和 注入管道，所述注入管道將所述內(nèi)部管道內(nèi)的所述反應氣體注入到所述外部管道的外部。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的氣體注入?yún)g元，其中，所述注入管道提供為沿所述內(nèi)部管道的圓周方向的多個注入管道， 所述注入管道被分為多個組， 屬于同一組的所述注入管道提供為在沿所述內(nèi)部管道的圓周方向的相同的高度上，和 屬于不同組的所述注入管道提供為在所述內(nèi)部管道的沿圓周方向的不同的高度上。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的氣體注入?yún)g元，進ー步包括 第一進氣ロ，所述第一進氣ロ提供給所述內(nèi)部管道，以引入所述第一反應氣體；和 第二進氣ロ，所述第二進氣ロ提供給所述內(nèi)部管道，以引入所述第二反應氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開一種氣體注入單元和使用該氣體注入單元的薄膜氣相沉積設(shè)備及方法。所述氣體注入單元包括內(nèi)部管道，通過所述內(nèi)部管道引入反應氣體；外部管道，所述外部管道包圍所述內(nèi)部管道，冷卻所述內(nèi)部管道內(nèi)的反應氣體的冷卻液通過所述外部管道流動；以及注入管道，所述注入管道將所述內(nèi)部管道內(nèi)的反應氣體注入到所述外部管道的外部。
文檔編號H01L21/205GK102687242SQ201080057366
公開日2012年9月19日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者樸炯洙 申請人:細美事有限公司