CN102732859A - 气体传输装置及具有其的基片处理设备 - Google Patents

气体传输装置及具有其的基片处理设备 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种气体传输装置，包括：气体传输通路，气体传输通路中设有用于通入各反应气体的反应气体管道组和用于通入不与所述各反应气体相互反应的隔离气体的隔离气体管道；和至少一个气体喷口，所述气体喷口设置在所述气体传输通路上，且每个所述气体喷口包括沿所述气体传输通路的横截面方向排气的多层气孔，其中，所述多层气孔中的顶层气孔与所述隔离气体管道连通，所述多层气孔中所述顶层气孔以下的各层气孔匹配地与所述反应气体管道组中的各管道连通。本发明还提出一种基片处理设备。根据本发明的具有该气体传输装置的基片处理设备防止在顶盖和托盘底部发生沉积，并有效防止顶盖和托盘底部薄膜脱落导致颗粒污染。

Description

气体传输装置及具有其的基片处理设备
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种气体传输装置及具有该气体传输装置的基片处理设备。
背景技术
金属有机化合物气相沉积(MOCVD)是20世纪60年代发展起来的利用金属有机化合物进行金属输运的一种化合物半导体气相外延新技术，而反应腔子***是MOCVD设备的核心组件，其设计方案对于外延层质量和设备产率具有决定性的影响。传统的反应腔在硬件上由外壁、托盘、加热装置、进气装置、以及监测装置组成。
如图1A所示，为传统的喷淋头气体传输装置的进气孔的示意图。如图1B所示，为传统的喷淋头气体传输装置的示意图，该进气装置包括圆盘100，圆盘100设置在反应腔的上方正对衬底120和托盘131及132，圆盘100上密布数百个小孔110，其中，数百个小孔110的一部分通入III族元素气体，另一部分通入V族元素气体，III族元素和V族元素气体从数百个小孔110喷入反应腔，垂直喷向衬底120上，在衬底120表面混合并发生化学反应，以沉积形成薄膜。但是，由于小孔110个数很多，因此小孔直径必然很小，这就容易造成由于气体预反应而堵塞小孔，使气体不能全部进入反应腔，从而降低气体利用率。另外，气体也会在反应腔的顶盖和托盘131底部发生化学反应并沉积成薄膜，这样不仅浪费气体，而且反应腔顶盖的薄膜脱落会导致污染托盘131上的衬底120，同样地，托盘131底部的薄膜脱落也会导致污染托盘132上的衬底，从而影响MOCVD的工艺性能。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种防止顶盖或托盘底部发生沉积，并有效防止顶盖或者托盘底部薄膜脱落的气体传输装置。
本发明的另一目的在于提出一种具有上述气体传输装置的基片处理设备。
为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的气体传输装置，包括：气体传输通路，所述气体传输通路中设有用于通入各反应气体的反应气体管道组和用于通入隔离气体的隔离气体管道；和至少一个气体喷口，所述气体喷口设置在所述气体传输通路上，且每个所述气体喷口包括沿所述气体传输通路的横截面方向排气的多层气孔，其中，所述多层气孔中顶层气孔与所述隔离气体管道连通，所述多层气孔中所述顶层气孔以下的各层气孔匹配地与所述反应气体管道组中的各管道连通。
根据本发明实施例的气体传输装置，每个气体喷口包括沿气体传输通路的横截面方向向外排气的多层气孔，使气体能够更加均匀地向四周喷射，多层气孔的最上层气孔与隔离气体管道连通，其它层气孔通入各反应气体，保证各反应气体在隔离气体下方发生化学反应，从而防止处在隔离气体上方的反应腔顶盖或托盘底部在各反应气体的作用下表面形成沉积薄膜，进而防止沉积薄膜脱落造成颗粒污染。另外，本气体传输装置结构简单，易于实现。
另外，根据本发明的气体传输装置还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一个实施例中，所述的气体传输装置包括多个气体喷口，所述多个气体喷口沿所述气体传输通路的轴向间隔地设置在所述气体传输通路上。
在本发明的一个实施例中，所述多层气孔相互平行。
在本发明的一个实施例中，所述反应气体管道组包括至少一条用于通入V族元素气体的V族元素气体管道、和至少一条用于通入III族元素气体的III族元素气体管道。
在本发明的一个实施例中，所述反应气体管道组包括两条V族元素气体管道和一条III族元素气体管道。
在本发明的一个实施例中，所述多层气孔为4层气孔，且所述最顶层气孔以下的3层气孔从上至下分别连通一条V族元素气体管道、III族元素气体管道和另一条V族元素气体管道。
在本发明的一个实施例中，所述隔离气体为H2或N2。
本发明第二方面实施例的基片处理设备，包括：反应腔室；一个托盘，所述托盘位于所述反应腔室之内；气体传输装置，所述气体传输装置为本发明第一方面实施例的气体传输装置，其中，所述气体传输装置的气体传输通路穿过所述多个托盘的中心孔，且在所述托盘之上设有至少一个所述气体喷口。
根据本发明实施例的基片处理设备，由于气体传输装置的隔离气体隔离反应腔室顶盖与各反应气体的接触，因此防止各反应气体在反应腔室的顶盖发生化学反应而使反应腔室的顶盖形成沉积薄膜，进而防止薄膜脱落造成颗粒污染，提高基片处理设备的工艺性能。
本发明第三方面实施例的基片处理设备，包括：反应腔室；多个托盘，所述多个托盘位于所述反应腔室之内，且所述多个托盘呈竖直等间隔排列；和气体传输装置，所述气体传输装置为上述第一方面实施例的气体传输装置，其中，所述气体传输装置的气体传输通路穿过所述多个托盘的中心孔，且在每个所述托盘之上设有一个所述气体喷口。
根据本发明实施例的基片处理设备，由于气体传输装置的隔离气体隔离反应腔室顶盖或托盘底部与各反应气体的接触，因此防止各反应气体在反应腔室的顶盖或托盘底部发生化学反应而使反应腔室的顶盖或托盘底部形成沉积薄膜，进而防止薄膜脱落造成颗粒污染，提高基片处理设备的工艺性能。
在本发明的一个实施例中，所述多个托盘沿所述反应腔室的轴线呈竖直方向等间隔排列。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1A为传统的喷淋头气体传输装置的进气孔的示意图；
图1B为传统的喷淋头气体传输装置的示意图；
图2为本发明实施例的气体传输装置的示意图；
图3A为本发明实施例的具有一个托盘的基片处理设备的示意图；以及
图3B为本发明实施例的具有多个托盘的基片处理设备的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以下结合附图2首先描述根据本发明实施例的气体传输装置。
如图2所示，为本发明实施例的气体传输装置的示意图。根据本发明实施例的气体传输装置200包括气体传输通路210和气体喷口220。虽然在该图中仅示出了一个气体喷口220，但在本发明的其它实施例中，该气体喷口220可为多个，即在每一个托盘上均设置一个气体喷口220，保证反应气体不能接触到托盘的底部，在托盘底部形成沉积薄膜，更加提高各反应气体利用率，防止托盘底部沉积薄膜。
其中，气体传输通路210中设有用于通入各反应气体的反应气体管道组和用于通入不与所述各反应气体相互反应的隔离气体的隔离气体管道。例如，在本发明的一个实施例中，隔离气体可以为H2或N2气体。当然，本发发明的实施例并不限于此，例如隔离气体还可以为其它密度小于各反应气体且不与各反应气体发生反应的其它气体。
其中，一个或多个气体喷口220沿气体传输通路210的轴向(图2的上下方向)间隔地设置在气体传输通路210之上，且每个气体喷口220包括沿气体传输通路210的横截面方向向外排气的多层气孔，其中，多层气孔中最顶层气孔221与隔离气体管道连通，多层气孔中最顶层气孔以下的各层气孔分别与所述反应气体管道组连通。在本发明的实施例中，所述的沿气体传输通路210的横截面方向向外排气，该横截面方向可以是垂直于气体传输通路210的横截面方向，当然也可以具有一定的角度。如图2所示的第二层气孔222、第三层气孔223和第四层气孔224分别与反应气体管道组连通。可知，气体管道组至少包括两个管道分别用于传输两种不同的反应气体，以保证不同的反应气体经气体喷口喷射后发生反应。优选地，例如多层气孔相互平行，使各反应气体能够更充分的融合，提高各反应气体利用率，并防止各反应气体直接喷射到隔离气体上方，从而防止各反应气体在反应腔顶盖和托盘底部反应。当然，本发明的实施例并不限于此，例如多层气孔可以不平行，只要保证各反应气体不能喷射到隔离气体上方即可。
在本发明的一个实施例中，反应气体管道组包括至少一条用于通入V族元素气体的V族元素气体管道、和至少一条用于通入III族元素气体的III族元素气体管道，保证喷射到反应腔室内的反应气体至少为两种，以便能够在基片的表面发生反应，使基片表面形成沉积薄膜。优选地，反应气体管道组包括两条V族元素气体管道和一条III族元素气体管道，提高反应气体的利用率。但是，本发明的实施例并不限于此，例如反应气体管道组包括一条V族元素气体管道和两条III族元素气体管道。
结合图2，例如，多层气孔为4层气孔，在本发明的一个实施例中，第一层气孔221与隔离气体管道连通，而第二层气孔222、第三层气孔223和第四层气孔224分别与反应气体管道组中的V族元素气体管道和III族元素气体管道连通。优选地，第二层气孔222与一条V族元素气体管道连通，第三层气孔223与III族元素气体管道连通，第四层气孔224与另一条V族元素气体管道连通，隔离气体从第一层气孔221喷射到反应腔室上方，而III族元素气体由第三层气孔223喷射到反应腔室内，在两条V族元素气体之间，从而保证III族元素气体和V族元素气体更好的融合，进而更加提高气体利用率。使各反应气体达到更好的反应效果。但是，本领域技术人员可知，第二层气孔222至第四层气孔224与两条V族元素气体管道和一条III族元素气体管道有多种连接方式，例如，第二层气孔222与第四层气孔223可与III族元素气体管道连通，而第三层气孔223可与V族元素气体管道连通。另外，在本发明的其它示例中，气体喷口220的多层气孔也可以为多层，例如可以为5层、6层等，而更多层气孔中可以按照预定顺序通入III族元素气体和V族元素气体，这些也应列为本发明的保护范围之内。
根据本发明实施例的气体传输装置200，每个气体喷口220包括沿所述气体传输通路210的横截面方向向外排气的多层气孔，如图2仅示出了气体喷口220的剖视图。多层气孔的最上层气孔221与隔离气体管道连通，其它层气孔通入各反应气体，保证各反应气体在隔离气体下方发生化学反应，从而防止处在隔离气体上方的反应腔顶盖或托盘底部在各反应气体的作用下表面形成沉积薄膜，本发明实施例还可以防止薄膜脱落对晶片处理过程产生颗粒污染，达到工艺性能，另外，本气体传输装置结构简单，易于实现。
以下结合附图3A-3B描述根据本发明实施例的基片处理设备，例如CVD设备。
如图3A所示，为本发明实施例的具有一个托盘的基片处理设备的示意图，如图3B所示，为本发明实施例的具有多个托盘的基片处理设备的示意图。以下描述均以本发明实施例的具有多个托盘的基片处理设备为例。如图3B，根据本发明实施例的基片处理设备300包括反应腔室340、多个托盘310和上述实施例所述的气体传输装置200，以及感应线圈330。
其中，多个托盘310位于反应腔室340之内，且多个托盘310呈竖直等间隔排列。气体传输装置200的气体传输通路210穿过多个托盘310的中心孔312，且在托盘310之上设有至少一个气体喷口220。
在本发明的一个实施例中，每个气体喷口220包括沿所述气体传输通路210的横截面方向向外排气的多层气孔，如图3B所示，仅示出了基片处理设备的剖视图，即向左、和向右箭头所指方向。多层气孔包括第一层气孔221、第二层气孔222、第三层气孔223和第四层气孔224，并且具体地从上至下依次为第一层气孔221至第四层气孔224。其中，第一层气孔221与隔离气体管道(图中未示出)连通，第二层气孔222、第三层气孔223和第四层气孔224分别与反应气体管道组连通。由上述实施例可知，当隔离气体管道通入隔离气体，例如通入H2或N2气体，V族元素气体管道通入V族元素气体，III族元素气体管道通入III族元素气体时，第一层气孔221将向反应腔室340内喷射H2或N2气体，第二层气孔222和第四层气孔224向反应腔室340内喷射V族元素气体，第三层气孔223向反应腔室340内喷射III族元素气体，进而H2或N2气体隔离V族元素气体和III族元素气体在反应腔室340的顶盖341上形成薄膜，提高气体利用率，同时避免薄膜脱落对反应腔室340造成颗粒污染，进而提高基片处理设备的工艺性能。
另外，结合图3B，由于反应腔室340内可设置多个相互平行的托盘310，优选地，本发明实施例的CVD设备在每个托盘310上方均设置气体喷口220，因此，不仅隔离III族元素气体、V族元素气体与反应腔室340的顶盖341反应形成薄膜，还能够隔离每个托盘310的底部表面311与III族元素气体、V族元素气体发生反应使底部表面311形成薄膜，进一步提高气体的利用率，另外，避免由于顶盖341和底部表面311的薄膜脱落对反应腔室340内造成颗粒污染，保证反应腔室340达到工艺要求。另外，本发明实施例的基片处理设备结构简单，易于实现。
在本发明的一个实施例中，多个托盘310沿反应腔室340的轴线呈竖直方向等间隔排列。可以为本领域技术人员理解的是，在本发明实施例图3B中，反应腔室340的轴线沿竖向定位时，多个托盘310沿反应腔室340的轴线呈竖直方向设置。然而在本发明的其他实施例中，当反应腔室340的轴线沿横向定位时，则多个托盘310沿反应腔室340的轴线呈水平方向设置。或者，在本发明的其他实施例中还可采用其他的放置方式。
如图3A，在本发明的一个示例中，基片处理设备300例如包括一个托盘310，从而可以避免由于顶盖341的薄膜脱落对反应腔室340内造成颗粒污染，保证反应腔室340达到基片处理设备的工艺要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种气体传输装置，其特征在于，包括：
气体传输通路，所述气体传输通路中设有用于通入各反应气体的反应气体管道组和用于通入隔离气体的隔离气体管道；和
至少一个气体喷口，所述气体喷口设置在所述气体传输通路上，且每个所述气体喷口包括沿所述气体传输通路的横截面方向排气的多层气孔，其中，所述多层气孔中的顶层气孔与所述隔离气体管道连通，所述多层气孔中所述顶层气孔以下的各层气孔匹配地与所述反应气体管道组中的各管道连通。
2.如权利要求1所述的气体传输装置，其特征在于，包括多个气体喷口，所述多个气体喷口沿所述气体传输通路的轴向间隔地设置在所述气体传输通路上。
3.如权利要求1所述的气体传输装置，其特征在于，所述多层气孔相互平行。
4.如权利要求1所述的气体传输装置，其特征在于，所述反应气体管道组包括至少一条用于通入V族元素气体的V族元素气体管道、和至少一条用于通入III族元素气体的III族元素气体管道。
5.如权利要求4所述的气体传输装置，其特征在于，所述反应气体管道组包括两条所述V族元素气体管道和一条所述III族元素气体管道。
6.如权利要求5所述的气体传输装置，其特征在于，所述多层气孔为4层气孔，且所述顶层气孔以下的3层气孔从上至下分别连通一条所述V族元素气体管道、所述III族元素气体管道和另一条所述V族元素气体管道。
7.如权利要求1所述的气体传输装置，其特征在于，所述隔离气体为H2或N2。
8.一种基片处理设备，其特征在于，包括：
反应腔室；
一个托盘，所述托盘位于所述反应腔室之内；
气体传输装置，所述气体传输装置如权利要求1-7任一项所述的气体传输装置，其中，所述气体传输装置的气体传输通路穿过所述多个托盘的中心孔，且在所述托盘之上设有至少一个所述气体喷口。
9.一种基片处理设备，其特征在于，包括：
反应腔室；
多个托盘，所述多个托盘位于所述反应腔室之内，且所述多个托盘沿所述反应腔室的轴线等间隔排列；和
气体传输装置，所述气体传输装置如权利要求1-7任一项所述的气体传输装置，其中，所述气体传输装置的气体传输通路穿过所述多个托盘的中心孔，且在每个所述托盘之上设有至少一个所述气体喷口。
10.根据权利要求9所述的基片处理设备，其特征在于，所述多个托盘沿所述反应腔室的轴线呈竖直方向等间隔排列。
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