气体喷淋装置、化学气相沉积装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种气体喷淋装置、化学气相沉积装置和方法。
【背景技术】
[0002]化学气相沉积(Chemical vapor deposit1n,简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，其通过化学气相沉积装置得以实现。具体地，CVD装置通过进气装置将反应气体通入反应室中，并控制反应室的压强、温度等反应条件，使得反应气体发生反应，从而完成沉积工艺步骤。
[0003]金属有机化学气相沉积(MetalOrganic Chemical Vapor Deposit1n,MOCVD)装置主要用于II1-V族化合物、I1-VI族化合物或合金的薄层单晶功能结构材料的制备，例如氮化镓、砷化镓、磷化铟、氧化锌等。随着所述功能结构材料的应用范围不断扩大，金属有机化学气相沉积装置已经成为一种重要的化学气相沉积装置。金属有机化学气相沉积一般以II族或III族金属有机源、以及VI族或V族氢化物源作为反应气体，用氢气或氮气作为载气，以热分解反应方式在基板上进行气相外延生长，从而生长各种I1-VI化合物半导体、II1-V族化合物半导体、以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
[0004]然而，以现有的金属有机化学气相沉积装置形成的薄膜质量不佳，因此需要通过改进金属有机化学气相沉积装置，来促进装置的成膜质量。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供一种气体喷淋装置、化学气相沉积装置和方法，采用所述气体喷淋装置的化学气相沉积装置成膜质量改善。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种气体喷淋装置，包括:
[0007]喷淋头，所述喷淋头底面喷气区域包括中心区和包围所述中心区的外围区，所述喷淋头的中心区和外围区具有平行排列的若干第二喷淋口，所述第二喷淋口用于输出第二气体，相邻第二喷淋口之间具有第一喷淋口，所述第一喷淋口和第二喷淋口相互交替分布，所述第一喷淋口包括位于中心区的第一子喷淋口、以及位于外围区的第二子喷淋口，所述第一子喷淋口和第二子喷淋口相互隔离，所述第一子喷淋口用于输出第一气体，所述第二子喷淋口用于输出第二气体，所述第一气体和第二气体之间能够发生成膜反应；
[0008]与第一子喷淋口连接的第一气体通道，所述第一气体自所述第一气体通道通过，并从第一子喷淋口输出；
[0009]与第二喷淋口和第二子喷淋口连接的第二气体通道，所述第二气体通道与第一气体通道相互隔离，所述第二气体自所述第二气体通道通过，并从第二喷淋口和第二子喷淋口输出。
[0010]可选的，所述第二喷淋口的尺寸大于第一喷淋口的尺寸。[0011 ] 可选的，所述第一喷淋口和第二喷淋口为条形气槽。
[0012]可选的，所述第一喷淋口的条形宽度小于第二喷淋口的条形宽度；所述第一子喷淋口的条形宽度与第二子喷淋口的条形宽度相同。
[0013]可选的，所述第一喷淋口由若干呈直线形排列的第一气孔组成，所述第二喷淋口由若干呈直线形排列的第二气孔组成。
[0014]可选的，所述第一气孔的直径小于第二气孔的直径；构成第一子喷淋口的第一气孔直径与构成第二子喷淋口的第一气孔直径相同。
[0015]可选的，在所述第一喷淋口中，第一子喷淋口与第二子喷淋口之间的距离为I毫米?3毫米。
[0016]可选的，所述中心区的半径比外围区的半径小5毫米?30毫米。
[0017]可选的，所述第一喷淋口的中心轴到相邻第二喷淋口的中心轴距离为10毫米?15毫米。
[0018]相应的，本发明还提供一种化学气相沉积装置，其特征在于，包括:
[0019]反应腔；
[0020]位于反应腔底部的基座，所述基座能够绕轴线旋转，所述基座具有晶圆区，所述晶圆区表面用于放置晶圆；
[0021]位于反应腔底部的排气通道；
[0022]如上述任一项所述的气体喷淋装置，所述气体喷淋装置位于所述反应腔顶部，其中:
[0023]所述第一喷淋口和第二喷淋口朝向所述基座，用于将第一气体和第二气体向气体喷淋装置到基座之间的空间输送；
[0024]所述第一气体通道与反应腔外部连通，第一气体自反应腔外部输入第一气体通道;
[0025]所述第二气体通道与反应腔外部连通，第二气体自反应腔外部输入第二气体通道。
[0026]可选的，所述第一气体包括三族元素或五族元素，所述第二气体为含氮气体、含氢气体、含氧气体中的一种或多种。
[0027]可选的，所述第二气体为单种气体，所述第二气体为氮气、氢气、氧气或氨气。
[0028]可选的，所述第二气体由多种气体混合，所述第二气体包括氮气和氢气的混合气体，或氮气、氢气和氨气的混合气体。
[0029]可选的，所述第二气体还包括惰性气体。
[0030]可选的，当第一气体中具有三族元素时，第一气体中不具有五族元素，当第一气体中具有五族元素时，第一气体中不具有三族元素，所述三族元素和五族元素交替自所述第一子喷淋口输出。
[0031]可选的，所述基座的晶圆区边缘大于中心区的边缘、小于外围区的边缘。
[0032]可选的，还包括:位于所述气体喷淋装置和基座周围的气体限流环，所述气体限流环包围气体喷淋装置和基座之间的空间区域；位于基座底部的加热器，用于对基座加热。
[0033]相应的，本发明还提供一种采用如上述任一项所述的化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法，其特征在于，包括:
[0034]在基座的晶圆区表面放置晶圆；
[0035]自反应腔外部向第一气体通道通入第一气体，使第一气体自第一子喷淋口向基座表面方向输出；
[0036]自反应腔外部向第二气体通道通入第二气体，使第二气体自第二喷淋口和第二子喷淋口向基座表面方向输出，其中:
[0037]喷淋头中心区的第二喷淋口所输出的第二气体、和第一子喷淋口所输出的第一气体在喷淋装置和基座之间的空间混合，并在晶圆表面反应形成薄膜；
[0038]喷淋头外围区的第二喷淋口和第二子喷淋口所输出的第二气体形成气体帘幕，所述气体帘幕包围喷淋头中心区到基座表面之间的空间。
[0039]可选的，所述第二子喷淋口输出的第二气体流速是所述第一子喷淋口输出的第一气体流速的85%?115%。
[0040]可选的，所述第二喷淋口输出第二气体的流速大于第一子喷淋口输出第一气体的流速。
[0041]相应的，本发明还提供一种气体喷淋装置，其特征在于，包括:
[0042]喷淋头，所述喷淋头底面喷气区域包括中心区和包围所述中心区的外围区，所述喷淋头底面喷气区域还包括连通到第一气体源的第一进气区和连通到第二气体源的第二进气区，
[0043]所述第一进气区包括多个第一进气口，所述第一进气区包括多条位于喷淋头底面中心区且平行排布的第一进气带，
[0044]所述第二进气区包括多个第二进气口，所述第二进气区包括位于喷淋头底面外围区且环绕在所述中心区外围的环状进气带，还包括位于喷淋头底面中心区的多条平行排布的第二进气带，所述第二进气带和所述第一进气带交替排布。
[0045]相应的，本发明还提供一种化学气相沉积装置，其特征在于，包括:
[0046]反应腔；
[0047]位于反应腔底部的基座，所述基座能够绕轴线旋转，所述基座具有晶圆区，所述晶圆区表面用于放置晶圆；
[0048]位于反应腔底部的排气通道；
[0049]喷淋头；
[0050]所述喷淋头底面喷气区域包括中心区和包围所述中心区的外围区，所述外围区包括多个第二进气口，所述中心区包括多个第一进气口和第二进气口，
[0051]所述喷淋头还包括第一气体通道和第二气体通道，所述第一气体通道连通第一气体源，所述第二气体通道连通第二气体源，
[0052]所述第一气体通道下方连通到所述中心区的多个第一进气口 ；
[0053]所述第二气体通道下方连通到所述中心区的多个第二进气口和外围区的第二进气口。
[0054]可选的，在所述喷淋头的中心区，所述第一进气口和第二进气口呈网格状交替分布；或者，在所述喷淋头的中心区，所述第一进气口和第二进气口为若干组口径不同的同轴进气管，所述第一气体和第二气体所述口径不同的同轴进气管中通入反应腔。
[0055]可选的，所述第一气体源提供包括三族元素或五族元素的气体，所述第二气体源提供含氮气体、含氢气体、含氧气体中的一种或多种。
[0056]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0057]本发明的气体喷淋装置中，喷淋头包括中心区和包围所述中心区的外围区，所述中心区和外围区具有平行排列的若干第二喷淋口 ；而相邻第二喷淋口之间的第一喷淋口包括位于中心区的第一子喷淋口、以及位于外围区的第二子喷淋口。由于所述第一子喷淋口用于输出第一气体，而所述第二喷淋口和第二子喷淋口用于输出第二气体，因此，所述喷淋头的外围区能够仅输出第二气体。自所述外围区输出的第二气体能够在喷淋头中心区输出的第一气体和第二气体周围形成气帘，所述气帘包围中心区输出的用于反应的第一气体和第二气体，从而将中心区输出的第一气体和第二气体与外部相互隔离，从而保证了参与反应的第一气体和第二气体纯净，且使得第一气体和第二气体的气流稳定。
[0058]进一步，所述第二气体为单种气体，所述第二气体为氮气、氢气、氧气或氨气，所述单种气体化学性质稳定，在高温环境下，不会发生自分解反应，因此，