專利名稱：氣體處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于如化學(xué)汽相沉積的反應(yīng)氣體相加工的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
化學(xué)汽相沉積(“CVD”)反應(yīng)器允許處理安裝在反應(yīng)室內(nèi)部的晶片承載器上的基片(例如，晶片)。面朝所述晶片承載器安裝被稱為氣體分配噴射器或噴射器頭部的部件。所述噴射器典型地包括多個向用于化學(xué)汽相沉積的該室供應(yīng)某些氣體的組合的氣體進口。一些氣體分配噴射器提供隔層或運載氣體，其協(xié)助在化學(xué)汽相沉積過程期間供應(yīng)層流氣流，其中所述運載氣體典型地不會參與化學(xué)汽相沉積。許多氣體分配噴射器具有蓮蓬頭結(jié)構(gòu)，該蓮蓬頭結(jié)構(gòu)包括在頭部上以一模式間隔開的氣體進口。氣體分配噴射器典型地允許來自噴射器表面上的氣體進口的原始氣體的方向朝著反應(yīng)室的某些目標區(qū)域，在該目標區(qū)域中可以對晶片進行處理以用于如材料層的外延生長的過程。理想地，原始氣體被導(dǎo)向晶片承載器，以便原始氣體盡可能地靠近晶片反應(yīng)，從而最大化晶片表面處的反應(yīng)過程和外延生長。例如，在許多有機金屬的化學(xué)汽相沉積(MOCVD)過程中，通過所述噴射器將由有機金屬和氫化物(例如，氨或胂)所組成的原始氣體的組合物引入到反應(yīng)室內(nèi)。還可以通過所述噴射器將有助于過程的運載氣體，例如氫、氮或惰性氣體(如，氬或氦)引入到反應(yīng)器中。原始氣體在反應(yīng)室中混合并且反應(yīng)，以在保持在反應(yīng)室內(nèi)的晶片上形成沉積物。運載氣體典型地協(xié)助在晶片承載器處維持層流。這樣，可以獲得如GaAs、GaN、GaAlAs、InGaAsSb、InP、ZnSe、ZniTe、HgCdTe JnAsSbP、 InGaN.AlGaN.SiGe.SiC.ZnO和InGaAlP等半導(dǎo)體化合物的外延生長。例如，為了執(zhí)行除外延生長之外的目的(如蝕刻)的其他氣體處理過程。然而，許多現(xiàn)有的氣體噴射器系統(tǒng)具有可能妨礙有效操作或均勻沉積的問題。例如，現(xiàn)有氣體分配噴射器系統(tǒng)中的原始噴射模式可以包含顯著的“死空間”(沒有來自噴射器表面上的氣體進口的起作用的流動的空間)，其在噴射器附近產(chǎn)生再循環(huán)模式。這些再循環(huán)模式可以導(dǎo)致原始化學(xué)物質(zhì)的預(yù)反應(yīng)，而在噴射器上引起有害的反應(yīng)產(chǎn)物的沉積。另外，可以在反應(yīng)室的壁上出現(xiàn)有害的沉積。所述有害的沉積消耗了反應(yīng)物并且降低了過程的效率和重復(fù)能力。此外，沉積在噴射器上或反應(yīng)器壁上的反應(yīng)產(chǎn)物可以被移動并且可以污染被加工的基片。從而，許多當(dāng)前系統(tǒng)需要頻繁地清理反應(yīng)器，其進一步降低了生產(chǎn)率。
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)投入了相當(dāng)大的努力，以在晶片承載器的整個范圍上獲得均勻的反應(yīng)條件，以確保在所有基片上均勻地生長出沉積層。另一個要求是確保有效地利用且不浪費供應(yīng)到反應(yīng)器的全部區(qū)域中的過程氣體。然而，在這些方面的操作的進一步的改善仍是所希望的。因此，雖然在該領(lǐng)域做了所有的努力，但是希望進一步地改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供了用于氣體處理反應(yīng)器的噴射器頭部。根據(jù)本發(fā)明該方面的頭部包括限定多個氣體進口的結(jié)構(gòu)，所述氣體進口具有面向下游方向的開口。所述頭部還理想地包括布置在相鄰氣體進口之間的擴散元件，所述擴散元件在下游方向上從氣體進口延伸并且在下游方向上逐漸變細。如以下所述，擴散元件可以抑制鄰近噴射器頭部的氣體的再循環(huán)。本發(fā)明進一步的方面提供了利用至少第一氣體和第二氣體來對一個或多個基片進行氣體處理的反應(yīng)器。根據(jù)本發(fā)明該方面的反應(yīng)器理想地包括反應(yīng)室和用于支承所述一個或多個基片的基片保持器?；３制骼硐氲乇话惭b在反應(yīng)室內(nèi)，用于圍繞在上游和下游方向上延伸的軸線旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明該方面的反應(yīng)器還理想地包括布置在基片保持器上游的噴射器頭部。該噴射器理想地具有限定多個第一氣體進口的結(jié)構(gòu)，第一氣體進口被布置成在垂直于所述軸線的第一徑向方向上延伸的第一排和在垂直于所述軸線并且垂直于第一徑向方向的第二徑向方向上延伸的第二排。噴射器頭部還理想地包括多個第二氣體區(qū)進口，所述第二氣體區(qū)進口被布置在成排的第一氣體進口之間在圍繞該軸線的噴射器頭部的象限(quadrants)中。選擇性地，噴射器頭部進一步限定了布置在該軸線處的中心第二氣體進口。成排的第一氣體進口理想地向反應(yīng)室的壁的內(nèi)部終止。換言之，成排的第一氣體進口理想地從所述軸線延伸至第一徑向距離，而第二氣體區(qū)進口理想地從所述軸線延伸至第二徑向距離，第一徑向距離小于第二徑向距離。如下面進一步所述，該布置可以抑制該室的壁上的有害的沉積。本發(fā)明的其他方面還提供了處理基片的方法，該方法理想地使用了如以上所述的與反應(yīng)器和噴射器頭部有關(guān)的特征。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的反應(yīng)器的簡化的剖面視圖。圖2是描繪圖1中所示的反應(yīng)器的一些部件的示意圖。圖3是類似于圖2但是描繪了處于不同工作狀態(tài)中的部件的視圖。圖4是沿圖3中的線4-4的剖面視圖。圖5是沿圖4中的線5-5的圖解剖面視圖。圖6是圖4中所指出的區(qū)域以放大比例的局部視圖。圖7是類似于圖4的視圖，為了使圖示清晰的緣故省略了一些元件。圖8是類似于圖6的視圖，但是描繪了本發(fā)明替換實施例的反應(yīng)器的一部分。圖9是類似于圖8的視圖，但是描繪了本發(fā)明另一個實施例的反應(yīng)器的一部分。
具體實施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中相同的數(shù)字表示相同的元件，圖1中顯示了結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明一個實施例的多氣體噴射器的轉(zhuǎn)盤式反應(yīng)器。如圖1中用圖解法所圖示的，器具包括大致圓筒形的反應(yīng)室10，該反應(yīng)室典型地具有由實質(zhì)上不與過程氣體反應(yīng)的不銹鋼或其他材料形成的壁。反應(yīng)器典型地包括如底板和排氣口(未顯示)的其他部件。安裝主軸12和大致盤狀的晶片(基片)承載器14以用于圍繞與該圓筒形室同軸的軸線16旋轉(zhuǎn)。如晶片18的基片被保持在晶片承載器上，待處理的基片的表面20放置成實質(zhì)上垂直于軸線16并且面向由箭頭U所指示的沿該軸線的上游方向。利用未顯示的傳統(tǒng)部件來使基片承載器和基片維持升高的溫度。例如，可以通過一組電加熱元件(未顯示)來加熱安裝在主軸上的加熱感受器(未顯示)。加熱元件典型地是由如(但不限于)鉬、鎢或錸等的折射金屬或如石墨的非金屬制成的。在該系統(tǒng)中，熱量從加熱元件傳遞到感受器上并且從感受器傳遞到基片承載器上。加熱元件可以被分成多個加熱帶區(qū)?？梢曰谝粓?zhí)行的反應(yīng)和對于特定反應(yīng)器及化學(xué)汽相沉積室所需的加熱特性來選擇用于加熱元件的金屬。在加熱元件和感受器下面布置隔熱件是有利的?？蛇x擇地， 可以由加熱元件直接加熱晶片承載器。氣體分配噴射器頭部22位于該室的上游端處(如圖1所示，該端部朝向圖的頂部)。氣體分配噴射器頭部包括限定出內(nèi)表面M的結(jié)構(gòu)，該內(nèi)表面M面對圖1中由箭頭D 所指示的下游方向(沿基片承載器的旋轉(zhuǎn)軸線的方向，如圖1所示，朝向圖的底部)。在反應(yīng)器的側(cè)面或圓周壁中設(shè)置用于裝載和卸載晶片的適當(dāng)裝置，例如，進入端口 101 (圖2和3)。在所描述的特定實施例中，晶片承載器14是可移除的。安裝大致環(huán)箍狀的閘板103用于在上游和下游軸向方向上的移動。當(dāng)閘板103處于圖2所描述的縮回或打開位置時，可以從該室移除帶有處理過的晶片的晶片承載器14，并且由支承有待處理晶片的新晶片承載器14來替換。當(dāng)閘板103處于圖3所示的前進或閉合位置時，其圍繞晶片承載器14并且覆蓋進入端口 101。在該位置中，閘板103形成反應(yīng)室的壁的一部分。閘板 103的內(nèi)表面105理想地是關(guān)于晶片承載器的旋轉(zhuǎn)軸線16的回轉(zhuǎn)表面。閘板103理想地設(shè)有冷卻劑通道(未顯示)，該冷卻劑通道連接到液體冷卻劑循環(huán)器上，用于將閘板的溫度維持為低于晶片承載器溫度的溫度。反應(yīng)器還包括被稱為“限制進口”元件的環(huán)狀頸圈102。頸圈102限定了內(nèi)表面 104，該內(nèi)表面從頭部22的下游延伸并且形成反應(yīng)器壁的一部分。表面104也處于關(guān)于軸線16的回轉(zhuǎn)表面的形式，并且遠離軸線16稍微徑向地向外張開。當(dāng)閘板103處于前進或閉合位置(圖3)時，頸圈102的表面104實質(zhì)上與閘板103的內(nèi)表面105連續(xù)。頸圈102 還可以設(shè)有冷卻劑通道。雖然在此描述了進入端口和閘板，但是其他反應(yīng)器可以具有其他進入系統(tǒng)，例如， 通過反應(yīng)器的可移除的頂部或底部來進行晶片的頂部裝載或底部裝載。例如，此處未明確論述的反應(yīng)器的其他特征可以是用于由Veecolnstruments公司銷售的商標為TURB0DISC 的反應(yīng)器中的類型的特征。最好參見圖4和5，氣體分配和噴射器頭部22包括歧管組件107，其可以是由一個板、或更典型地是由多個相互重疊的板所形成的。歧管組件107在其下游表面中具有凹進部，以限定通向歧管組件的下游表面的氣體管道。圖4圖示了幾個所述的氣體管道109、 111、113。此處被稱為“冷卻板”或“擴散器”的元件115覆蓋在歧管組件107的下游表面上。冷卻板115設(shè)有連接到循環(huán)冷卻劑源上的冷卻劑通道116。冷卻板115限定了分配和噴射器頭部22的下游表面24，即面向圖1-4中的圖底部的表面。此處，該表面還被稱為頭部22的“內(nèi)”表面M。在冷卻板115和歧管組件107之間設(shè)置濾網(wǎng)123。所述濾網(wǎng)具有有限的滲透性或孔隙度。冷卻板115限定了多個第一氣體進口 117。最好參見圖4和6，各第一氣體進口 117 處于伸長狹縫的形式。所述狹縫形成了通道，該通道延伸通過冷卻板115并且與下游或內(nèi)表面連通，并從而限定了與反應(yīng)室10的內(nèi)部連通的伸長端口。沿由圖5中的虛線所表示的兩排來布置第一氣體進口 117。圖7中還示意性地顯示了第一氣體進口或狹縫117。所述排垂直于軸線16且相互垂直地延伸，并且在所述軸線處互相交叉。然而，伸長狹縫或第一氣體進口 117不在軸線16處交叉。各排狹縫117可以包括兩個或多個狹縫。例如，如圖7 中示意性地所示的，一排狹縫包括接近、但不交叉軸線16地布置的內(nèi)側(cè)狹縫117a和117b， 并且還包括遠離所述軸線布置的狹縫117c和117d。類似地，另一排包括徑向內(nèi)側(cè)的狹縫 117e與117f，和徑向外側(cè)的狹縫117g與117h。第一氣體進口 117與歧管組件107中的氣體管道中的一些連通。所述氣體管道此處被稱為第一氣體管道。例如，如圖4所示，第一氣體進口 117通過一部分濾網(wǎng)123與第一氣體管道113連通。第一氣體管道通過圖5中的虛線121所示意性地圖解的歧管組件的內(nèi)部連接件被連接到第一氣體源26上。雖然在圖1中第一氣體源被圖示為處于閥形式的單個控制元件觀的單個設(shè)備，但是第一氣體源和管道可以包括更復(fù)雜的部件，該部件布置成沿著成排的第一氣體進口的范圍以相同或不同的成分和/或流速向不同的第一氣體進口供給第一氣體。例如，與徑向內(nèi)側(cè)的第一氣體進口 117a、117b、117e和117f (圖 7)連通的第一氣體管道可以被連接在一起以形成內(nèi)側(cè)帶區(qū)，而與徑向外側(cè)的狹縫117c、 117d、117g和IHh連通的氣體管道可以被連接在一起以形成徑向外側(cè)的帶區(qū)?？梢圆贾玫谝粴怏w供應(yīng)裝置以在徑向內(nèi)部和徑向外部帶區(qū)中供應(yīng)具有不同成分和/或流速的第一氣體。例如，可以如PCT公開文獻WO 2005/019496(在此以引用的方式加入其公開)中，以及正在審查的、共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請序列號11/544,075中，公布為美國公開專利申請 2007-0134419A1 (在此也以引用的方式加入其公開)中所討論的，來選擇氣體的流速和成分。如在所述公開文獻中進一步討論的，第一氣體可以包括如烷基的反應(yīng)組分，并且可以包括如氮或氫的非反應(yīng)運載氣體。第一氣體的成分可以在不同區(qū)域中變化以包括不同比例的運載氣體，并且因此使第一氣體的密度與在不同區(qū)域中排出的第二氣體的密度相匹配?？梢愿淖兞魉伲瑥亩谝粴怏w的排出速度匹配第二氣體的排出速度。噴射器結(jié)構(gòu)還限定了多個第二氣體區(qū)進口 125，其也處于延伸通過冷卻板115的伸長狹縫形式。各這樣的狹縫終止于在通道的下游端處的伸長端口中，該通道通向冷卻板 115的內(nèi)部或下游表面。因此，第二氣體區(qū)進口也與室10的內(nèi)部連通。按一排列將第二氣體區(qū)進口布置在內(nèi)表面M的區(qū)域上方(圖1)，該區(qū)域未被成排的第一氣體進口 117所占據(jù)。第二氣體區(qū)進口 125通過濾網(wǎng)123與由歧管組件107限定的第二氣體管道連通。例如， 圖5中所描繪的進口 125與第二氣體管道109和111連通。第二氣體管道并且從而第二氣體區(qū)進口 125由歧管組件內(nèi)的內(nèi)部連接件127并通過示意性地描繪成閥32的一個或多個控制元件被連接到一個或多個第二氣體源30上。第二氣體區(qū)進口 125和相關(guān)聯(lián)的管道可以被再分成可被獨立調(diào)節(jié)的多個帶區(qū)，以在不同區(qū)域提供具有不同成分和/或流速的第二氣體。例如，離軸線16不同徑向距離處的第二氣體區(qū)進口 125可以構(gòu)成不同的帶區(qū)。第二氣體區(qū)進口 125在成排的第一氣體進口之間被布置在圍繞軸線的噴射器頭部的象限中。最好參見圖5，在各象限內(nèi)構(gòu)成第二氣體區(qū)進口 125的伸長狹縫相互平行延伸。如圖5和6所示，各象限內(nèi)伸長的第二氣體區(qū)進口 125平行于第一氣體區(qū)進口的排延伸，該第一氣體區(qū)進口的排延伸通過該象限。因此，構(gòu)成各第一氣體進口 117的伸長狹縫在兩個鄰近的第二氣體區(qū)進口 12 和12 之間延伸。最好參見圖4、5和6，冷卻板115包括擴散元件129。各擴散元件處于具有大致三角形橫截面的伸長葉片的形式。各這樣的伸長葉片位于兩個伸長的狹縫狀氣體進口之間并且平行于那些伸長進口延伸。例如，如圖4和6所示，擴散元件或葉片129a位于第一氣體進口 117和第二氣體區(qū)進口 12 之間，而葉片129b位于兩個第二氣體區(qū)進口 12 和125c 之間。各葉片1 在下游方向上向葉片的下游末端處的相對尖的邊緣131逐漸變細。雖然任何邊緣必然有有限的半徑，但是邊緣131的半徑理想地為實質(zhì)上小于1毫米，并且理想地其如此小以致該半徑不在排出氣體的動態(tài)特性上起明顯的作用。葉片的側(cè)表面133理想地一直延伸到氣體進口上。冷卻板115理想地限定了安裝在軸線16處的處于端口形式的中心第二氣體進口 135。第二氣體源30還通過如歧管組件107內(nèi)的第二氣體管道(未顯示)的另外的內(nèi)部連接件并且通過如閥的控制元件34(圖1)被連接到第二氣體中心進口 135上，該閥與與第二氣體區(qū)進口 125相關(guān)聯(lián)的控制元件分開。因此，可以與通過該區(qū)進口的流速無關(guān)地控制第二氣體通過中心進口 135的流速。選擇性地，還可以與傳送到該區(qū)進口 125的第二氣體的成分無關(guān)地控制傳送到中心進口 135的第二氣體的成分?？梢允褂每梢钥刂频诙怏w流速的任何其他設(shè)備來代替該閥。最好參見圖7，成排的第一氣體進口 117終止于反應(yīng)器壁的內(nèi)側(cè)，即頸圈102的內(nèi)表面104的內(nèi)側(cè)。換言之，成排的第一氣體進口從軸線16延伸至第一徑向距離Dki處，該徑向距離小于反應(yīng)器容器的半徑，從而在各排的外側(cè)端和反應(yīng)器容器的壁之間留下間隙或徑向距離(^。在該特定實施例中，反應(yīng)器容器的半徑由頸圈102的內(nèi)表面104來限定。第二氣體區(qū)噴射器125的排列從該軸線延伸至第二徑向距離Dk2，該第二徑向距離Dk2大于第一徑向距離DK1。最好參見圖4和7，第二氣體區(qū)噴射器125的排列幾乎延伸到反應(yīng)器的壁上，即幾乎延伸到頸圈102的內(nèi)表面104上。第一徑向距離Dki可以小于晶片承載器14的半徑?？梢砸詫嵸|(zhì)上任何尺寸來制造上面討論的器具；最典型地，晶片承載器14的直徑為大約3英寸(7. 6厘米)到大約18英寸7厘米)或更大。在操作中，一個或多個晶片(基片)18被保持在晶片(基片)承載器14中并且由反應(yīng)器內(nèi)的加熱元件來維持于升高的溫度。晶片承載器14在由電動機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)主軸上以速率β關(guān)于軸線16旋轉(zhuǎn)。例如，雖然速率β可以從大約300轉(zhuǎn)/分鐘(RPM)到1500轉(zhuǎn) /分鐘或更高地變化，但是β典型地為大約500轉(zhuǎn)/分鐘或更高。溫度可以從大約350°C 或更低到1600°C或更高地變化。最佳溫度取決于生長的特定物質(zhì)。通過頭部22來引入適
7當(dāng)?shù)牡谝缓偷诙怏w，以在晶片18的表面上執(zhí)行期望的處理。雖然可以執(zhí)行各式各樣的處理，但是上面討論的器具最典型地被用于有機金屬的化學(xué)汽相沉積(“M0CVD”)。例如， 所述器具可以被用于III-V半導(dǎo)體的M0CVD，其中第一氣體包括為反應(yīng)組分的一個或多個 III族金屬的一個或多個烷基，并且第二氣體包括為活性組分的V族元素的氫化物，例如， 氨、胂等。因為這樣的III-V沉積過程是如此常用，所以下面的討論指這樣的過程。最典型地，流速可以從大約5升/分鐘到300升/分鐘地變化。反應(yīng)器的壓力典型地從大約25托 (Torr)到500托或更高地變化。當(dāng)晶片(基片)18處于用于沉積反應(yīng)的要求溫度時，啟動第一氣體源沈以向第一氣體進口 117供給第一氣體(如，包含烷基金屬的氣體)，并且由此將第一氣體流從第一氣體進口 117大致向下游排放到室10內(nèi)。同時，啟動第二氣體源30向第二氣體區(qū)進口 125供給第二氣體(如，包含V族氫化物的氣體)，并且由此將第二氣體流從第二氣體區(qū)進口 125 大致向下朝著基片或晶片18排放。第一和第二氣體流不必被精確地向下游、精確地與旋轉(zhuǎn)軸線16平行地導(dǎo)向。當(dāng)氣體接近旋轉(zhuǎn)的晶片承載器14時，它們被驅(qū)使成圍繞軸線16的圓周流，并且還遠離軸線16并且朝著晶片承載器的周邊向外流動。當(dāng)氣體接近晶片承載器 14時，氣體相互混合，從而氣體在基片處和在其附近反應(yīng)，以形成如III-V半導(dǎo)體的反應(yīng)產(chǎn)物，該反應(yīng)產(chǎn)物在基片的暴露表面上沉積。氣體還傾向于在反應(yīng)器自身的部件上形成有害的沉積。本發(fā)明的幾個特征抑制了所述有害的沉積。因為成排的第一氣體噴射器從反應(yīng)器壁徑向地向內(nèi)終止，所以第一氣體在沿反應(yīng)器壁流動的所述氣體中的濃度顯著降低，并且因此壁上的寄生沉積也減少了。例如，頸圈102的內(nèi)表面104上的和閘板103的內(nèi)表面105上的寄生沉積被實質(zhì)上地減少了。 如果第一氣體噴射器的排117的外側(cè)端和反應(yīng)器壁之間的間隙或徑向距離(if(圖7)太大， 則在第二氣體中沖擊在晶片承載器14的外邊緣和在晶片承載器的外邊緣處的基片的那些部分上的氣流部分是不足的。例如，在III-V化合物半導(dǎo)體生長系統(tǒng)中，如果(^太大，則因為不足的烷基濃度，所以晶片承載器的周邊處的生長率將被減小。然而，通過適當(dāng)?shù)剡x擇 Gf,則生長率在晶片承載器的整個半徑范圍上實質(zhì)上保持恒定。最佳間隙(^f將隨例如反應(yīng)器尺寸的參數(shù)而變化。然而，對于使用465毫米直徑的晶片承載器的反應(yīng)器，使用大約18 毫米的間隙(^f給出了很好的結(jié)果。錐形擴散元件1 實質(zhì)上抑制了噴射器頭部22上的有害的沉積。雖然本發(fā)明未受任何工作原理的限制，但是相信通過抑制噴射器頭部22的下游表面M附近的氣體的再循環(huán)獲得了該結(jié)果。相信從第一氣體進口 117和第二氣體區(qū)進口 125中流出的氣體以如圖 5中所示的平滑地伸展的流線S的流動從噴射器頭部22中流出。在該類型的流動中，來自氣體進口附近的氣體并入到所期望的均勻的向下流動內(nèi)，而沒有旋渦。第一氣體進口 117以延伸橫過反應(yīng)器的直徑的兩排的布置在旋轉(zhuǎn)的晶片承載器附近提供了第一氣體與第二氣體的良好混合，并且有助于確保第一氣體在整個晶片承載器的圓周范圍內(nèi)有足夠的比例。這提高了反應(yīng)效率并且有助于促進最佳化的生長。只要使用一排第一氣體噴射器，系統(tǒng)就能工作，但是在遠離該單排的某些位置中反應(yīng)會是低效率的。 在該方法的變體中，可以使用多于兩個徑向的排。例如，可以使用三個徑向的排。在進一步的變體中，第一氣體噴射器可以被設(shè)置為徑向的排，例如，從中心軸線沿三個或五個半徑向外延伸的排。
第二氣體中心進口 135提供了指向晶片承載器的中心的第二氣體源(例如，V族氫化物)。這確保了在晶片承載器靠近中心軸線16的那些區(qū)域中有第二氣體(例如，氫化物)的充足供應(yīng)。通過中心進口 135的第二氣體流動的獨立可調(diào)性和控制允許該過程的調(diào)整，以在例如反應(yīng)物的對流或擴散的過程狀況中補償變化。這依次允許改善沉積的均勻性?？梢詰?yīng)用上述特征的許多變體。例如，如圖8所示，氣體進口可以被設(shè)置為相互平行延伸的成排的孔217、225，而不是為伸長的狹縫。在該實施例中，擴散元件2 被布置在鄰近排的孔之間，但是在同一排的孔之間沒有擴散元件。在進一步的布置中(圖9)，擴散元件可以是金字塔狀的而非葉片狀的。當(dāng)上述實施例顯示為有用于保持基片18的晶片承載器14來用于反應(yīng)氣體加工 (例如，沉積過程)時，設(shè)想晶片承載器14不是必需的并且基片18可以被直接放置在如卡盤的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器表面上，而沒有晶片承載器保持所述基片。此處所指的并由箭頭D所表示的下游方向是從氣體分配噴射器頭部22朝著晶片承載器14的方向；其不必處于相對于重力的任何特定的方位上。雖然上述實施例顯示下游方向D為從室10的頂部朝著室10的底部，但是氣體分配噴射器頭部22還可以被放置在室10的側(cè)面上(從而下游方向D為從室 10的側(cè)面水平地朝著室10的中心的方向)，或者氣體分配噴射器頭部22還可以被放置在室10的底部上(從而下游方向為從室10的底部向上朝著室10的中心)。此外，在上述參照圖1的實施例中，排氣口(未顯示)被描述為在反應(yīng)室的下游端處；排氣口可以位于反應(yīng)室的其他部分上。在上述實施例中，可以同時提供兩種反應(yīng)氣體。然而，在其他實施例中，順序地和/ 或用重疊脈沖來供給反應(yīng)氣體。例如，在原子層外延中，以交替順序應(yīng)用反應(yīng)氣體的脈沖， 從而在另一種氣體的脈沖開始之前一種運載氣體的脈沖終止。在被稱為遷移增強外延的過程中，以交替順序但是相互及時重疊的方式來供給不同運載氣體的脈沖。在利用順序的反應(yīng)氣體流的過程中，可以同時供給有一種或多種反應(yīng)氣體的運載氣流。第一和第二氣體可以是適合于在基片上執(zhí)行任何處理操作的任何反應(yīng)氣體，包括但不限于供上述化學(xué)汽相沉積過程中使用的那些氣體。在不同實施例中的反應(yīng)氣體可以包括在反應(yīng)器內(nèi)參與基片處理的任何氣體、蒸汽或物質(zhì)。更特別是，反應(yīng)氣體可以是適合于處理基片表面的任何氣體。例如，如果所期望的沉積為半導(dǎo)體層的生長(例如為外延層生長)，反應(yīng)氣體可以是多種化學(xué)種類的混合物，并且可以包括惰性的、非反應(yīng)氣體成分。 該反應(yīng)氣體的任一種或兩者可以包括氣體的組合，例如，反應(yīng)成分和非反應(yīng)氣體。例如，可以應(yīng)用上述反應(yīng)器和過程來形成III-V半導(dǎo)體，例如(但不限于)，GaAs、GaP, GaASl_xPx、 Ga1^yAlyAs, Ga1^yInyAs, AlAs, AlN, InAs, InP, InGaP, InSb、GaN、InGaN 等。此夕卜，這些反應(yīng)器還可以被應(yīng)用于其他系統(tǒng)，包括形成II-VI族化合物，例如(但不限于)，ZnSe, CdTe, HgCdTe, CdZnTe, CdSeTe等；形成IV族物質(zhì)，例如，SiC、金剛石和SiGe ；以及形成氧化物， 例如，TOC0、BaTi0、Mg02、Zr0、Si02、Zn0和SiSiO。上述反應(yīng)器和過程可以被應(yīng)用于例如金屬的其他物質(zhì)(例如，Al、Cu和W)的沉積。此外，合成的物質(zhì)具有廣泛的電子和光電應(yīng)用， 包括(但不限于)發(fā)光二極管(LED’s)、激光、太陽能電池、光電陰極、高電子遷移率晶體管 (HEMT' s)和金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET’ S)。仍然在另一變體中，反應(yīng)器中供給的氣體可以執(zhí)行除沉積之外的處理(例如，反應(yīng)蝕刻過程)。雖然圖1的反應(yīng)器顯示為豎直的轉(zhuǎn)盤式反應(yīng)器10，該反應(yīng)器僅是作為例子來提供的，并且應(yīng)理解本發(fā)明的各種特征可以被用于其他類型的反應(yīng)器，例如非轉(zhuǎn)盤式反應(yīng)器、橫向流動反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)噴射器反應(yīng)器等。另外，可以經(jīng)由一個或多個輔助氣源、氣室和氣體進口向該室供應(yīng)另外的反應(yīng)氣體。因此，此處所描述的方案和結(jié)構(gòu)可以輕易地被擴展至與一種或多種運載氣體一起的三種、四種或更多種前體。本發(fā)明在半導(dǎo)體和有關(guān)物品的制造中具有工業(yè)應(yīng)用。由于可以使用此處論述的特征的這些和其他變化以及組合，前面優(yōu)選實施例的描述應(yīng)是圖解方式的，而不是對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)器，用于利用至少第一氣體和第二氣體對一個或多個基片的氣體處理，該反應(yīng)器包括反應(yīng)室；基片保持器，用于支承安裝在該反應(yīng)室內(nèi)的該一個或多個基片，以圍繞在上游和下游方向上延伸的軸線旋轉(zhuǎn)；噴射器頭部，其布置在該基片保持器的上游，該噴射器頭部包括一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)限定了 連接至該第一氣體的多個第一氣體進口，第一反應(yīng)氣體進口被布置成在垂直于該軸線的第一徑向方向上延伸的第一排和在垂直于該軸線并且垂直于該第一徑向方向的第二徑向方向上延伸的第二排；和連接至該第二氣體的多個第二氣體區(qū)進口，該第二氣體區(qū)進口被布置在成排的第一氣體進口之間在圍繞該軸線的噴射器頭部的象限中。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中該噴射器頭部進一步限定了布置在該軸線處的中心第二氣體進口。
3.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，還包括一個或多個連接到該第一氣體進口上的第一氣體控制元件、一個或多個連接到第二氣體區(qū)進口上的第二氣體區(qū)控制元件和連接到第二氣體中心進口上的第二氣體中心控制元件，該第二氣體中心控制元件可以與第二氣體區(qū)進口控制元件無關(guān)地操作。
4.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中該噴射器頭部具有面向下游的表面，并且該第二氣體區(qū)進口被布置成一排列，該排列延伸過實質(zhì)上除了由該第一和第二排占據(jù)的表面的區(qū)域之外的整個表面。
5.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中該基片保持器被布置成支承一個或多個基片，從而要被處理的基片的表面實質(zhì)上垂直于該軸線并且面向上游。
6.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中該第一和第二排第一氣體進口從該軸線延伸至第一徑向距離，并且其中該第二氣體區(qū)進口延伸至大于該第一徑向距離的第二徑向距離。
7.—種處理一個或多個基片的方法，包括(a)關(guān)于軸線旋轉(zhuǎn)該基片，同時保持該基片的表面實質(zhì)上垂直于該軸線并且面向沿該軸線的上游方向；和，在該旋轉(zhuǎn)步驟期間，(b)在下游方向上從第一排進口和從第二排進口朝著該基片排放第一氣體，該第一排進口在垂直于該軸線的第一徑向方向上延伸橫過該軸線，該第二排進口在垂直于該第一徑向方向的第二徑向方向上垂直于該軸線延伸；并且同時；(c)在下游方向上從第二氣體區(qū)進口朝著該基片排放第二氣體，該第二氣體區(qū)進口被布置成在該成排的第一氣體進口之間圍繞該軸線。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在該下游方向上從實質(zhì)上布置在該軸線上的中心進口朝著該基片排放該第二氣體。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括與來自該區(qū)進口的氣體流動無關(guān)地控制該第二氣體從該中心進口的排放。
全文摘要
如轉(zhuǎn)盤式反應(yīng)器(10)的有機金屬化學(xué)汽相沉積(MOCVD)反應(yīng)器具有氣體噴射器頭部，該噴射器頭部具有布置在相鄰的氣體進口之間的擴散器(129)。所述擴散器在下游方向上成錐形。所述噴射器頭部理想地具有用于如烷基金屬的第一氣體的、徑向成排布置的進口(117)，該進口從反應(yīng)壁向內(nèi)徑向地終止以使反應(yīng)壁上的反應(yīng)物的沉積最少。噴射器頭部還理想地具有用于如氨氣的第二氣體的、布置在成排的第一氣體進口之間的區(qū)域中的進口(125)，并且另外具有用于第二氣體的、與旋轉(zhuǎn)軸線同軸的中心進口(135)。
文檔編號C23C16/455GK102174693SQ201110021660
公開日2011年9月7日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者A·居拉瑞, B·米特洛維奇, E·A·阿穆爾 申請人:威科儀器有限公司