专利名称：反应腔室的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体沉积设备，特别是涉及一种反应腔室。
背景技术：
化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)技术广泛用于制备各种半导体薄膜器件，包括微电子芯片、发光二极管(LED)、太阳光伏电池等。化学气相淀积的基本过程是，将源气体从气源引入反应器，气体粒子通过输运(对流和扩散)到达衬底表面，在高温衬底上由于热激发而发生化学反应，从而在晶片上沉积单晶或多晶薄膜。
现有技术的化学气相淀积的反应腔室的结构如图1所示，反应腔室100包括反应室110，用于放置衬底的托盘130，所述托盘130设置于所述反应室110内，喷淋头120设置于所述托盘130的上方，用于向所述托盘130提供反应气体，所述喷淋头120与所述托盘130上表面之间的距离H不超过11mm。但是，现有技术的反应腔室100内的工艺的良率不佳，有待提闻。
因此，如何提供一种反应腔室，以提高化学气相淀积工艺的良率，已成为本领域技术人员需要解决的技术难题。发明内容
现有技术的反应腔室存在反应腔室内的工艺良率不佳的问题，本发明提供一种能解决上述问题的反应腔室 。
本发明提供一种反应腔室，包括:
反应室；
托盘，设置于所述反应室内，所述托盘的上表面用于放置衬底；
喷淋头，设置于所述反应室内，并位于所述托盘的上方；
所述喷淋头与所述托盘上表面之间的距离为15mm 100mm，所述喷淋头向所述托盘喷射反应气体以在所述喷淋头与所述托盘上表面之间形成气流，在所述气流周围设置气流调整部件，以控制所述气流为所述托盘供气。
进一步的，所述气流调整部件用于控制所述气流以垂直方向为所述托盘供气。
进一步的，所述气流调整部件为喷气部件，所述喷气部件位于所述喷淋头的外围，所述喷气部件喷射气体，以在所述喷淋头与所述托盘之间的气流外围形成气幕环。
进一步的，所述喷气部件喷射的气体为反应气体。
进一步的，所述喷气部件喷射的气体为非反应气体。
进一步的，所述气流调整部件为上挡板，所述上挡板围绕设置在所述喷淋头的外围，所述上挡板的底部低于所述喷淋头的下表面。
进一步的,所述上挡板的底部低于所述喷淋头的下表面IOmm 40mm,且高出所述托盘的上表面。
进一步的，所述气流调整部件为下挡板，所述下挡板围绕设置在所述托盘的外围，所述下挡板的顶部高于所述托盘上表面。进一步的,所述下挡板的顶部高于所述托盘上表面IOmm 30mm,且低于所述喷淋头的下表面。进一步的，所述下挡板上具有排气孔，所述排气孔的中轴线高于所述托盘上表面1mm 10mnin进一步的，所述喷淋头的下表面具有若干出气孔，所述出气孔在所述喷淋头的下表面阵列排列。进一步的，所述反应腔室还包括加热单元，所述加热单元位于所述托盘的下方中央。进一步的，所述反应室还包括抽气系统，所述抽气系统使得所述喷淋头与所述托盘之间的气体从所述托盘的周围排出。进一步的，所述抽气系统设置包括与所述托盘与所述反应室侧壁之间形成的排气通道和位于反应室底部的排气孔，所述排气孔与所述排气通道连通。与现有技术相比，本发明提供的反应腔室具有以下优点:1.在本发明的反应腔室中，所述喷淋头与所述托盘上表面之间的距离为15mm 100_，并在所述气流周围设置气流调整部件，与现有技术相比，增加所述喷淋头与所述托盘上表面之间的距离，从而减小了所述喷淋头受所述托盘热辐射的影响，降低了所述喷淋头表面的反应气体的温度，避免反应气体在所述喷淋头表面结合而形成颗粒物质，从而提高反应腔室内工艺反应良率；所述气流调整部件可以控制所述气流为所述托盘供气，避免反应气体无法到达所述托盘，使所述喷淋头与所述托盘上表面之间的气流分布均匀，提高反应气体的利用率。2.在本发明的反应腔室中，所述气流调整部件用于控制所述气流以垂直方向为所述托盘供气，反应气体自所述喷淋头垂直流向所述托盘的上表面，然后沿所述托盘的上表面平行流动至所述托盘的边缘，最后在所述托盘下方的抽气系统的作用下，向所述托盘的边缘下方排出，使得所述反应气体可以到达所述托盘的上表面以进行反应，从而使得所述反应气体利用率高；并且所述反应气体在所述托盘上表面容易平行流动，因此更加容易形成层流的稳定结构，所述气流的均匀性更好，形成的外延材料层的缺陷少，均匀度好。
图1是现有技术中的反应腔室的示意图；图2是反应腔室内托盘上方气流场分布不均匀的示意图；图3a-图3b是本发明一实施方式的反应腔室的示意图；图4a-图4b是本发明又一实施方式的反应腔室的示意图；图5a-图5b是本发明另一实施方式的反应腔室的示意图。
具体实施例方式现有技术的反应腔室中，所述喷淋头与所述托盘上表面之间的距离不超过11mm，反应腔室内的工艺的良率不佳，有待提高。发明人经过对现有技术反应腔室的深入研究发现，影响化学气相淀积工艺良 率的原因之一是由于所述喷淋头表面会形成颗粒物质，这些颗粒物质在反应过程中掉落在外延层上，从而影响了工艺的良率。发明人进一步研究发现，所述喷淋头表面形成颗粒物质的原因是所述喷淋头与所述托盘的间距过近，所述喷淋头与所述托盘之间的反应气体受到所述托盘加热的影响以及喷淋头表面被托盘热辐射的影响，使得所述反应气体会在喷淋头表面结合，从而形成颗粒物质。因而，本申请发明人将所述喷淋头与所述托盘之间的间距适当增大，能够减小所述喷淋头受所述托盘热辐射的影响，降低了所述喷淋头表面的反应气体的温度，有效减少喷淋头表面的颗粒物质，所述喷淋头与所述托盘之间的距离不能过大，一方面防止浪费所述反应气体，另一方面也防止所述反应气体无法到达所述托盘，从而保证所述反应气体的利用率。
但如果仅仅增大了所述喷淋头与所述托盘之间的间距，不仅会造成所述反应气体的利用率降低，而且使得所述托盘上方气流场分布不均匀，如图2所示，在图2中的反应腔室200中，反应腔室200包括反应室210，用于放置衬底的托盘230，所述托盘230设置于所述反应室210内，喷淋头220设置于所述托盘130的上方，用于向所述托盘230提供反应气体，所述喷淋头220与所述托盘230上表面之间的距离H大于11mm。但是，所述托盘230上方的气流240分布不均匀，使得反应气体不能到达所述托盘230表面，从而影响所述反应气体的利用率。所以，为了保证所述气流的均匀性，在所述气流周围设置气流调整部件，进一步的控制所述气流以垂直或倾斜方向为所述托盘供气。
有鉴于上述的研究，本发明提出一种可以提高化学气相淀积工艺的良率的反应腔室，所述反应腔室包括反应室，托盘，设置于所述反应室内，所述托盘的上表面用于放置衬底，喷淋头，设置于所述反应室内，并位于所述托盘的上方，所述喷淋头与所述托盘上表面之间的距离为15mm 100mm，所述喷淋头向所述托盘喷射反应气体以在所述喷淋头与所述托盘上表面之间形成气流，在所述气流周围设置气流调整部件，以控制所述气流为所述托盘供气。
与现有技术反应腔室相比较，本发明的反应腔室中，增加所述喷淋头与所述托盘上表面之间的距离，从而减小了所述喷淋头受所述托盘热辐射的影响，降低了所述喷淋头表面的反应气体的温度，避免反应气体在所述喷淋头表面结合而形成颗粒物质，从而提高反应腔室内工艺反应良率；同时设置了气流调整部件，所述气流调整部件可以控制所述气流为所述托盘供气，避免反应气体无法到达所述托盘，使所述喷淋头与所述托盘上表面之间的气流分布均匀，提 高反应气体的利用率。
请参阅图3a-图3b，图3a_图3b是本发明一实施方式的反应腔室的示意图，在本实施例中，所述气流调整部件为喷气部件350，所述喷气部件350位于所述喷淋头320的外围，所述喷气部件350喷射气体，以在所述喷淋头320与所述托盘330之间的气流340外围形成气幕环351。
在本实施例的反应腔室300包括密闭的反应室310、喷淋头320、托盘330、以及喷气部件350，所述托盘330设置于所述反应室310内，所述托盘330的上表面用于放置衬底，所述喷淋头320设置于所述反应室310内，并位于所述托盘330的上方，所述喷淋头320可以通过进气孔321通入反应气体，在本实施例中所述进气孔321位于所述喷淋头320上方，但所述喷淋头320并不限于通过进气孔321通入反应气体，还可以通过进气管道等进气部件通入反应气体，并且，所述进气孔321的位置、数量也不做具体限制，所述进气孔321为一个或多个，还可以位于所述喷淋头320的侧壁，只要可以向所述喷淋头320通入反应气体即可。所述喷淋头320可以通过出气孔322输出反应气体，较佳的，若干出气孔322位于所述喷淋头320的下表面，所述出气孔322在所述喷淋头320的下表面阵列排列，可以为所述托盘330均匀地提供反应气体。但所述喷淋头320并不限于通过出气孔322输出反应气体，还可以通过出气管道等出气部件通入反应气体，并且，所述出气孔322的位置、数量也不做具体限制，只要可以向所述托盘330输出反应气体即可。所述喷淋头320向所述托盘330喷射反应气体以在所述喷淋头320与所述托盘330上表面之间形成气流340。
所述喷淋头320与所述托盘330上表面之间的距离H为15mm 100mm，可选的，所述喷淋头320与所述托盘330上表面之间的距离H为20mm、30mm、40mm、50mm、80mm等，所述喷淋头320与所述托盘330之间的间距较大，从而减小了所述喷淋头320受所述托盘330热辐射的影响，降低了所述喷淋头320表面的反应气体的温度，避免反应气体在所述喷淋头320表面结合而形成颗粒物质，从而提高反应腔室300内工艺反应良率。但是，所述喷淋头320与所述托盘330之间的距离不能过大，如果所述喷淋头320与所述托盘330之间的距离过大，会浪费所述反应气体，并且所述反应气体可能无法到达所述托盘330，从而无法保证所述反应气体的利用率，所以，所述喷淋头320与所述托盘330上表面之间的距离H为15mm IOOmm较佳。
在本实施例中，所述气流调整部件为喷气部件350，所述喷气部件350位于所述喷淋头320的外围，所述喷气部件350喷射气体，以在所述喷淋头320与所述托盘330之间的气流340外围形成气幕环351，以控制所述气流340为所述托盘330供气，较佳的，所述喷气部件350控制所述气流340以垂直方向为所述托盘330供气，即所述反应气体自所述喷淋头320垂直流向所述托盘330的上表面(面向所述喷淋头320的表面)，然后沿所述托盘330的上表面平行流动至所述托盘330的边缘，最后向所述托盘330的边缘下方排出，如图3a中所述气流340的流动方向，使得所述反应气体可以到达所述托盘330的上表面以进行反应，从而提高所述反应气体利用率；并且所述反应气体在所述托盘330上表面容易平行流动，因此更加容易形成层流的稳定结构，所述气流340的均匀性更好，形成的外延材料层的缺陷少，均匀度好。但所述反应气体自所述喷淋头320并不限于垂直流向所述托盘330的上表面，所述反应气体自所述喷淋头320亦可以倾斜方向流向所述托盘330的上表面，亦可以为所述托盘330供气，亦在本发明的思想范围之内。
其中，所述喷气部 件350喷射的气体可以为反应气体，可以提高所述喷淋头320边缘区域反应气体的浓度，从而补偿所述托盘330边缘由于温度偏低造成的外延材料生长速度比所述托盘330中部的生长速度低的问题。此外，所述喷气部件350喷射的气体还可以为非反应气体，所述喷气部件350喷射非反应气体可以节约成本。所述气幕环351产生的气压可以限制所述气流340的范围和方向，使所述气流340均匀分布于所述气幕环351内，并以垂直或倾斜方向为所述托盘330供气。所述喷气部件350可以与所述喷淋头320 —体制造形成，所述喷淋头320向所述喷气部件350提供喷射用气体；所述喷气部件350也可以为独立于所述喷淋头320的一个单独部件，可以通过喷气管道等喷射用气体供气部件向所述喷气部件350提供喷射用气体，并且喷射用气体供气部件的数量和位置不做具体限制，喷射用气体供气部件可以如所述进气孔321从所述喷气部件350上方提供喷射用气体，也可以从所述喷气部件350侧面提供喷射用气体。所述喷气部件350位于所述喷淋头320的外围，其中，所述喷气部件350可以位于所述喷淋头320的侧壁的一周，如图3a所示，也可以位于所述喷淋头320下表面边缘的一周，如图3b所示。较佳的，所述反应腔室300还包括加热单元360，所述加热单元360位于所述托盘330的下方中央，以方便向所述托盘330加热，但所述加热单元360并不限于位于所述托盘330的下方中央，还可以位于所述托盘330的侧边，只要所述加热单元360可以向所述托盘330加热，亦在本发明的思想范围之内。较佳的，所述反应室310还包括抽气系统370，所述抽气系统370使得所述喷淋头320与所述托盘330之间的气体从所述托盘330的周围排出，以产生气压使所述反应气体更容易到达所述托盘330。较佳的，所述抽气系统370设置包括与所述托盘330与所述反应室310侧壁之间形成的排气通道371和位于反应室310底部的排气孔372，所述排气孔372与所述排气通道371连通，以将所述喷淋头320与所述托盘330之间的气体从所述排气孔372排出所述反应室310。但所述抽气系统370并不限于上述结构，如所述排气通道371还可以位于所述托盘330的下方中央，或所述排气孔372位于所述反应室310侧壁，亦可以使得所述喷淋头320与所述托盘330之间的气体从所述托盘330的周围排出，亦在本发明的思想范围之内。在本实施例中，所述反应腔室300可以用于MOCVD (金属有机化合物化学气相沉淀)、PECVD (等离子体增强化学气相沉积)等化学气相沉积设备，以提高工艺良率。请参阅图4a_图4b，图4a_图4b是本发明又一实施方式的反应腔室的示意图。所述又一实施方式的反应腔室400与所述一实施方式的反应腔室300基本相同，其区别在于:所述气流调整部件为 上挡板480，所述上挡板480围绕设置在所述喷淋头420的外围，所述上挡板480的底部低于所述喷淋头420的下表面。所述上挡板480位于所述喷淋头420的外围，其中，所述上挡板480可以位于所述喷淋头420的侧壁的一周，如图4a所示，也可以位于所述喷淋头420下表面边缘的一周，如图4b所示。在本实施例中，所述上挡板480位于所述喷淋头420的外围，所述上挡板480亦可以限制所述气流440的范围和方向，使所述气流440在所述上挡板480内均匀分布，并以垂直或倾斜方向为所述托盘430供气，从而达到提高反应气体利用率的有益效果。较佳的，所述上挡板480的底部低于所述喷淋头420的下表面IOmm 40mm,且高出所述托盘430的上表面,如所述上挡板480的底部低于所述喷淋头420的下表面20mm、30mm等，但所述上挡板480的底部低于所述喷淋头120的下表面的距离LI并不限于IOmm 40mm，所述上挡板480的底部低于所述喷淋头420的下表面的距离LI越大，所述上挡板480限制所述气流440的范围和方向的效果越明显。本实施例中的反应腔室400亦增加所述喷淋头420与所述托盘430上表面之间的距离，从而提高反应腔室400内工艺反应良率，并且，所述上挡板480亦可以控制所述气流440以垂直或倾斜方向为所述托盘430供气，使所述喷淋420头与所述托盘430上表面之间的气流440分布均匀，提高反应气体的利用率。请参阅图5a_图5b，图5a_图5b是本发明另一实施方式的反应腔室的示意图。所述另一实施方式的反应腔室500与所述一实施方式的反应腔室300基本相同,其区别在于:所述气流调整部件为下挡板590，所述下挡板590围绕设置在所述托盘530的外围，所述下挡板590的顶部高于所述托盘530上表面。在本实施例中，所述下挡板590位于所述托盘530的外围，所述下挡板590亦可以限制所述气流540的范围和方向，使所述气流540在所述下挡板590内均匀分布，并以垂直或倾斜方向为所述托盘530供气，从而达到提高反应气体利用率的有益效果。所述下挡板590位于所述托盘530的外围，其中，所述下挡板590可以位于所述托盘530的侧壁的一周，如图5a所示，也可以位于所述托盘530上表面边缘的一周，如图5b所示。
较佳的,所述下挡板590的顶部高于所述托盘530上表面IOmm 30mm,且低于所述喷淋头520的下表面,如所述下挡板590的顶部高于所述托盘530上表面15mm、20mm等，但所述下挡板590的顶部高于所述托盘530上表面的距离L2并不限于IOmm 40mm，所述下挡板590的顶部高于所述托盘530上表面的距离L2越大，所述下挡板590限制所述气流540的范围和方向的效果越明显。较佳的，所述下挡板590上具有排气孔591，所述排气孔591靠近所述托盘530，优选的，所述排气孔的中轴线高于所述托盘上表面的距离L3为Imm IOmm,如2m m、5mm、8mm等,可以使已经发生反应的所述反应气体顺利地从所述排气孔591中排出，使所述沉积反应可以继续进行。
本实施例中的反应腔室500亦增加所述喷淋头520与所述托盘530上表面之间的距离，从而提高反应腔室500内工艺反应良率，并且，所述下挡板590亦可以控制所述气流540以垂直或倾斜方向为所述托盘530供气，使所述喷淋520头与所述托盘530上表面之间的气流540分布均匀，提高反应气体的利用率。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种反应腔室，其特征在于:包括: 反应室； 托盘，设置于所述反应室内，所述托盘的上表面用于放置衬底； 喷淋头，设置于所述反应室内，并位于所述托盘的上方； 所述喷淋头与所述托盘上表面之间的距离为15mm 100mm，所述喷淋头向所述托盘喷射反应气体以在所述喷淋头与所述托盘上表面之间形成气流，在所述气流周围设置气流调整部件，以控制所述气流为所述托盘供气。
2.如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于:所述气流调整部件用于控制所述气流以垂直方向为所述托盘供气。
3.如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于:所述气流调整部件为喷气部件，所述喷气部件位于所述喷淋头的外围，所述喷气部件喷射气体，以在所述喷淋头与所述托盘之间的气流外围形成气幕环。
4.如权利要求3所述的反应腔室，其特征在于:所述喷气部件喷射的气体为反应气体。
5.如权利要求3所述的反应腔室，其特征在于:所述喷气部件喷射的气体为非反应气体。
6.如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于:所述气流调整部件为上挡板，所述上挡板围绕设置在所述喷淋头的外围，所述上挡板的底部低于所述喷淋头的下表面。
7.如权利要求6所述的反应腔室，其特征在于:所述上挡板的底部低于所述喷淋头的下表面IOmm 40mm,且高出所述托盘的上表面。
8.如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于:所述气流调整部件为下挡板，所述下挡板围绕设置在所述托盘的外围，所述下挡板的顶部高于所述托盘上表面。
9.如权利要求8所述的反应腔室，其特征在于:所述下挡板的顶部高于所述托盘上表面IOmm 30mm,且低于所述喷淋头的下表面。
10.如权利要求8所述的反应腔室，其特征在于:所述下挡板上具有排气孔，所述排气孔的中轴线高于所述托盘上表面Imm 10mm。
11.如权利要求ι- ο中任意一项所述的反应腔室，其特征在于:所述喷淋头的下表面具有若干出气孔，所述出气孔在所述喷淋头的下表面阵列排列。
12.如权利要求1-10中任意一项所述的反应腔室，其特征在于:所述反应腔室还包括加热单元，所述加热单元位于所述托盘的下方。
13.如权利要求1-10中任意一项所述的反应腔室，其特征在于:所述反应室还包括抽气系统，所述抽气系统使得所述喷淋头与所述托盘之间的气体从所述托盘的周围排出。
14.如权利要求1-10中任意一项所述的反应腔室，其特征在于:所述抽气系统设置包括与所述托盘与所述反应室侧壁之间形成的排气通道和位于反应室底部的排气孔，所述排气孔与所述排气通道连通。
全文摘要
本发明涉及一种反应腔室，所述反应腔室包括反应室；托盘，设置于所述反应室内；喷淋头，设置于所述反应室内，并位于所述托盘的上方；所述喷淋头与所述托盘上表面之间的距离为15mm～100mm，所述喷淋头向所述托盘喷射反应气体以在所述喷淋头与所述托盘上表面之间形成气流，在所述气流周围设置气流调整部件。所述反应腔室增加了所述喷淋头与所述托盘上表面之间的距离，避免反应气体在所述喷淋头表面结合而形成颗粒物质，从而提高反应腔室内工艺反应良率；并且所述气流调整部件可以控制所述气流以垂直或倾斜方向为所述托盘供气，使所述喷淋头与所述托盘上表面之间的气流分布均匀，提高反应气体的利用率。
文档编号C23C16/458GK103215562SQ201310147790
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者苏育家 申请人:光垒光电科技(上海)有限公司