專利名稱：使用主動調(diào)節(jié)反應(yīng)性氣體的注入速度的噴頭的化學(xué)氣相沉積設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
的表面上與(Zr(OC4H9)4)反應(yīng)，從而沉積氫氧化鋯。由于重復(fù)的熱膨脹和 收縮和/或表面材料與沉積物之間晶格參數(shù)的不匹配，不需要的沉積物最后 剝落成細(xì)顆粒。由于這個原因，在襯底上形成的膜可能被污染，并且由于 移除不需要的沉積物而縮短的工藝管理周期，生產(chǎn)率劣化。
當(dāng)制備高度集成半導(dǎo)體時，污染物顆?？赡軐?dǎo)致圖案缺陷，例如線之 間的短路或斷路，并且影響收率的污染物顆粒的尺寸與線寬成比例。因此， 隨著線尺寸變得更小，即，隨著集成的密度增加，影響收率的顆粒的尺寸 變得更小，由此更嚴(yán)格地限制了在反應(yīng)室中允許的污染物顆粒的數(shù)量。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)美國專利6,626,998的噴頭的簡要截面圖，其中多種 反應(yīng)性氣體在不被混合的情況下流過，并且被注入到襯底上，以防止其中 的反應(yīng)性氣體之間的反應(yīng)。當(dāng)將每種反應(yīng)性氣體通過多個氣體供給通道17 供給到第一環(huán)形獨(dú)立通道23時，氣體在第一獨(dú)立通道23中擴(kuò)散，然后， 通過多個在每一通道的底部形成的轉(zhuǎn)移通道25被傳送到第二環(huán)形獨(dú)立通 道27。在第二通道27中擴(kuò)散后，反應(yīng)性氣體通過在第二通道的底部形成 的多個第二氣體轉(zhuǎn)移通道31被供給到襯底上。反應(yīng)性氣體在置于基座上 的襯底(未顯示)上導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)，以在襯底上形成所需的膜，所述基座保 持襯底的溫度高于環(huán)境的溫度。
圖2是如JP2005-129712中所描述的現(xiàn)有技術(shù)噴頭的簡要截面圖。第 二吹掃氣體注入孔10b包圍反應(yīng)性氣體注入孔10a，并且將第二吹掃氣體 注入孔10c以適當(dāng)?shù)拈g隔安置在第一吹掃氣體注入孔10b之間。在此構(gòu)造 中，通過使用的第一和第二吹掃氣體的作用，抑制在噴頭底部的不需要的 膜沉積
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
然而，如果沒有適當(dāng)?shù)姆椒?，則具有低分解溫度或?qū)λ置舾械姆磻?yīng) 性氣體例如金屬-有機(jī)化合物氣體可能在噴頭的底部導(dǎo)致不需要的沉積物。 在圖1的現(xiàn)有技術(shù)中，從噴頭的底部注入的反應(yīng)性氣體可能向后擴(kuò)散并且 在噴頭的底部造成污染。
在圖2的現(xiàn)有技術(shù)中，第一吹掃氣體和第二吹掃氣體的注入速度高度依賴于第一和第二吹掃氣體注入孔的總截面積的比率。在這方面，主動
(positWely)并且最優(yōu)地控制第一和第二吹掃氣體的注入速度似乎是非常困
難的。并且據(jù)稱，"后混合"比"預(yù)混合"優(yōu)選，所述"后混合"是反應(yīng) 性氣體和吹掃氣體在噴頭的底部與襯底之間的空間處的混合，所述"預(yù)混
合"是反應(yīng)性氣體和吹掃氣體在進(jìn)入反應(yīng)室之前的階段的混合。然而，在 將惰性氣體用作吹掃氣體的情況下，吹掃氣體與反應(yīng)性氣體在噴頭內(nèi)導(dǎo)致
化學(xué)反應(yīng)是非常困難的。在這方面，在CVD系統(tǒng)中優(yōu)選"后混合"應(yīng)當(dāng) 被重新考慮。此外，圖2中的現(xiàn)有技術(shù)沒有提到使用多種反應(yīng)性氣體的情 況。如果將多種反應(yīng)性氣體預(yù)先混合并供給到噴頭內(nèi)，則極有可能在噴頭 內(nèi)產(chǎn)生顆粒。
在襯底上生長的膜的性能由包含膜的組分的反應(yīng)性氣體的傳質(zhì)控制。 反應(yīng)性氣體從噴頭到襯底的傳質(zhì)是通過多種途徑，包括對流、擴(kuò)散和熱泳 進(jìn)行的。在這些之中，對流是相對易于控制的。有效的解決方案可以是獨(dú) 立地調(diào)節(jié)反應(yīng)性氣體的注入速度，以滿足膜所需的組成和均勻性。然而， 現(xiàn)有技術(shù)沒有提到提高在襯底上生長的膜的均勻性的方法。
使用各種反應(yīng)性氣體通過CVD方法形成各種膜的必要性一直在增 長。然而，如果還使用常規(guī)噴頭裝置，則由于所使用的反應(yīng)性氣體的不可 預(yù)料的性質(zhì)，可能在噴頭內(nèi)沉積不需要的顆粒，或不能獲得在襯底上生長 的膜的良好質(zhì)量，這可能限制CVD方法的廣泛應(yīng)用。
技術(shù)解決方案
在本發(fā)明中，提供一種使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用設(shè)備及其方 法，其中將每種反應(yīng)性氣體在穿過噴頭的同時獨(dú)立地供給到襯底，其中吹 掃氣體從噴頭的底表面被注入并形成保護(hù)屏障(curtain)，其中主動地且在 外部調(diào)節(jié)每種反應(yīng)性氣體的注入速度，以在襯底上產(chǎn)生反應(yīng)性氣體的均勻 混合，并且其中將噴頭應(yīng)用于反應(yīng)性氣體限制裝置，該反應(yīng)性氣體限制裝 置包圍襯底并在其一端延伸到反應(yīng)室的底部。
將多種反應(yīng)性氣體和注入載氣供給到噴頭內(nèi)，使得將每種反應(yīng)性氣體 與每種注入載氣在噴頭內(nèi)部的混合區(qū)內(nèi)混合，并且將吹掃氣體供給到在噴 頭的內(nèi)部形成的隔室中。然后，將與注入載氣混合的反應(yīng)性氣體和吹掃氣體分別通過形成在噴頭的底表面處的多個反應(yīng)性氣體出口和多個吹掃氣 體出口注入，從而對每種反應(yīng)性氣體和吹掃氣體的注入速度進(jìn)行主動調(diào)
噴頭包括相互分離的多個反應(yīng)性氣體噴頭組件和吹掃氣體噴頭組件， 反應(yīng)性氣體噴頭組件的數(shù)量與反應(yīng)性氣體的種類數(shù)相同，并且多個反應(yīng)性 氣體注入管連接到反應(yīng)性氣體噴頭組件的底部，以注入與注入載氣混合的 反應(yīng)性氣體，所述注入載氣是一種惰性氣體。吹掃氣體噴頭組件被安裝在 反應(yīng)性氣體噴頭組件下面，所述吹掃氣體噴頭組件具有多個導(dǎo)管，所述導(dǎo) 管的端部氣密地接合到吹掃氣體噴頭組件的頂板和底板處形成的孔上，以 接納沿其內(nèi)部的反應(yīng)性氣體注入管。多個出口形成在吹掃氣體噴頭組件的 底部，以注入吹掃氣體。還將導(dǎo)管插入反應(yīng)性氣體噴頭組件，由此連接到 在上部位置的反應(yīng)性氣體噴頭組件的反應(yīng)性氣體注入管沿下部反應(yīng)性氣 體噴頭組件的導(dǎo)管的內(nèi)部穿過在下部位置的反應(yīng)性氣體噴頭組件。
冷卻夾套組成噴頭的最下部，通過將噴頭的溫度保持在適宜的水平抑 制噴頭中反應(yīng)性氣體的冷凝和熱分解。
有益效果
如上所述，本發(fā)明具有每種反應(yīng)性氣體獨(dú)立地穿過噴頭的功能，從而 防止反應(yīng)性氣體在噴頭的內(nèi)部混合。此外，本發(fā)明具有吹掃氣體從噴頭的 底表面被注入并且在噴頭的底部下面形成保護(hù)屏障的功能，從而抑制反應(yīng) 性氣體向后擴(kuò)散。此外，本發(fā)明具有通過控制在噴頭中與反應(yīng)性氣體混合 的注入載氣的量，主動地調(diào)節(jié)每種反應(yīng)性氣體的注入速度的功能，從而容 易地確定在襯底上生長的膜的組成。此外，本發(fā)明具有通過安裝組成噴頭 最下部的冷卻夾套而將噴頭的溫度保持在適當(dāng)水平的功能，從而在噴頭的 內(nèi)部和底部抑制由反應(yīng)性氣體的熱分解導(dǎo)致的不需要的膜沉積。除此以
外，如果將本發(fā)明與反應(yīng)性氣體限制裝置一起用于CVD系統(tǒng)，則還防止 反應(yīng)性氣體限制裝置內(nèi)部的污染，并且通過將反應(yīng)性氣體限制在襯底的附 近而增加膜生長速率。
盡管參照具體說明性實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明不受 實(shí)施方案的限制，而僅受后附的權(quán)利要求的限制。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以對實(shí)施方案進(jìn)行改變 或變化。
附圖簡述
從以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上 述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在附圖中
圖1是顯示將不同種類的反應(yīng)性氣體引導(dǎo)并注入到襯底的常規(guī)噴頭的 簡要截面圖2是顯示在使用一種反應(yīng)性氣體的情況下，能夠防止在其底部處不 需要的膜沉積的常規(guī)噴頭的簡要截面圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的噴頭的透視圖，顯示按順序垂直 地布置多個反應(yīng)性氣體噴頭組件和吹掃氣體噴頭組件；
圖4是第一實(shí)施方案的噴頭的截面圖，其中反應(yīng)性氣體和注入載氣的 混合在其隔室內(nèi)進(jìn)行；
圖5是吹掃氣體噴頭組件的詳細(xì)截面圖，顯示吹掃氣體出口和其端部 氣密地接合到吹掃氣體噴頭組件底部的導(dǎo)管；
圖6是吹掃氣體噴頭組件的詳細(xì)截面圖，顯示在導(dǎo)管的端部和在吹掃 氣體噴頭組件底部處的孔之間的間隙；
圖7是第二實(shí)施方案的噴頭的截面圖，該噴頭具有促進(jìn)反應(yīng)性氣體與 注入載氣的混合的改良結(jié)構(gòu)；
圖8是第三實(shí)施方案的噴頭的截面圖，顯示按順序垂直地布置的多個 反應(yīng)性氣體噴頭組件和吹掃氣體噴頭組件，其中反應(yīng)性氣體和注入載氣的 混合在其出口部分進(jìn)行；
圖9是第三實(shí)施方案的混合區(qū)的詳細(xì)截面圖10是具有冷卻夾套的噴頭的局部截面圖，所述冷卻夾套被安置在 吹掃氣體噴頭組件下面并且將噴頭的溫度保持在適當(dāng)?shù)乃剑?br> 圖11是顯示在噴頭的底部處多種反應(yīng)性氣體和吹掃氣體的注入速度 的大小的示意圖12是顯示反應(yīng)性氣體注入管的行和列在垂直方向上交叉，并且兩 個相鄰列以一定距離偏移并交錯的排列的仰視圖；圖13是顯示反應(yīng)性氣體注入管的位置在多個圓周方向上重復(fù)的排列 的仰視圖14是顯示將根據(jù)本發(fā)明的噴頭應(yīng)用于反應(yīng)性氣體限制裝置的第一 實(shí)施例的簡要截面圖15是顯示將根據(jù)本發(fā)明的噴頭應(yīng)用于另一種類型的反應(yīng)性氣體限
制裝置的第二實(shí)施例的簡要截面圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式
本發(fā)明中的吹掃氣體自身不溶解或產(chǎn)生副產(chǎn)物。例如，吹掃氣體包括
Ar、 N2、和He。如果在噴頭中不引起化學(xué)反應(yīng)，則1"12或02可以被包含 作為吹掃氣體，并且可以作為原料參與襯底上的沉積過程。具有較小分子 量的吹掃氣體在反應(yīng)室中立刻擴(kuò)散，并且相對較少地受到由真空泵的作用 所導(dǎo)致的壓力循環(huán)的影響。
同時，反應(yīng)性氣體是通過熱解、結(jié)合、和/或其它方式直接參與襯底上 的沉積過程的原料氣，例如包含沉積的膜的組分的氣體原料、包含沉積的 膜的組分的汽化原料與用于汽化的載氣的混合物、或未借助于載氣的包含
沉積的膜的組分的純汽化原料。原料包括，例如用于Pb的Pb(C2Hs)4、用
于Zr的Zr(OC4H9)4、和用于Ti的Ti(OC3H7)4，它們?nèi)渴荘ZT(鈦酸鋯鉛) 膜的沉積中的金屬-有機(jī)化合物。載氣包括，例如Ar、 N2、 He、 &等。反 應(yīng)性氣體在包括襯底、反應(yīng)室內(nèi)壁和噴頭的反應(yīng)室的全部內(nèi)部結(jié)構(gòu)上導(dǎo)致 吸附和表面反應(yīng)。注入載氣是一類惰性氣體，例如Ar、 N2或H2。如果在
噴頭內(nèi)不引起化學(xué)反應(yīng)，則H2或02也可以被包含為注入載氣。
圖3至6顯示本發(fā)明的第一實(shí)施方案。如圖3中所示，按順序垂直地 布置兩個反應(yīng)性氣體噴頭組件和一個吹掃氣體噴頭組件。如果使用多于兩 種的反應(yīng)性氣體，則反應(yīng)性氣體噴頭組件的數(shù)量可以為3、 4、或更大。
如圖4中所示，反應(yīng)性氣體和注入載氣分別沿反應(yīng)性氣體入口 123和 注入載氣入口 125被分別引入上部反應(yīng)性氣體噴頭組件110的擴(kuò)散室171 和混合室172。擴(kuò)散室171由頂板161、上部壁163、和上隔膜135組成， 其中沿反應(yīng)性氣體入口 123輸送的反應(yīng)性氣體被擴(kuò)散。然后，反應(yīng)性氣體 通過上隔膜135的多個孔137被輸送到混合室172中?；旌鲜?72由所述上隔膜135、中部壁165、和下隔膜145組成，其中沿注入載氣入口 125 輸送的注入載氣與經(jīng)由在上隔膜135處的孔137從所述擴(kuò)散室171輸送的 反應(yīng)性氣體混合。反應(yīng)性氣體和注入載氣的混合物通過在下隔膜145處穿 孔的多個孔147被輸送到分配室173內(nèi)。分配室173由所述下隔膜145、 下部壁167、和底部169組成，其中從所述混合室172輸送的反應(yīng)性氣體 和注入載氣的混合物被均等地分配到多個反應(yīng)性氣體注入管151，該多個 反應(yīng)性氣體注入管151氣密地接合到分配室173的底部169的孔上。在圖 4中，優(yōu)選上隔膜135的孔137和下隔膜145的孔147小得足以導(dǎo)致混合 室172中的均勻混合，例如直徑為0.3至0.6 mm。反應(yīng)性氣體注入管151 延伸相當(dāng)長的距離，約60至120mm。在這方面，建議反應(yīng)性氣體注入管 151的內(nèi)徑為至少1.5 mm。
然后，反應(yīng)性氣體注入管151沿導(dǎo)管281穿過下部反應(yīng)性氣體噴頭組 件210，所述導(dǎo)管281的端部氣密地接合到在下部反應(yīng)性氣體噴頭組件210 的頂部261和底板269處形成的孔。另一方面，吹掃氣體通過其吹掃氣體 入口 423被引入吹掃氣體噴頭組件410，在流經(jīng)在中部板435形成的多個 孔437之后，在吹掃氣體噴頭組件410的內(nèi)部充分?jǐn)U散，然后，從位于吹 掃氣體噴頭組件410的底部469的吹掃氣體出口 446注入。優(yōu)選吹掃氣體 出口 446的尺寸小得足以導(dǎo)致在吹掃氣體噴頭組件內(nèi)部吹掃氣體的均勻分 布，其中建議的尺寸為內(nèi)徑0.3至0.6mm。如果稍后說明的冷卻夾套被安 裝在吹掃氣體噴頭組件410下面，則必須的是吹掃氣體出口 446向襯底延 伸到預(yù)定距離(圖5中的"dr)，例如3mm以內(nèi)。最后，分別從反應(yīng)性氣 體噴頭組件110和210延伸的反應(yīng)性氣體注入管151和251沿導(dǎo)管481穿 過吹掃氣體噴頭組件410，其中如圖5所示，導(dǎo)管4S1的端部氣密地接合 到在吹掃氣體噴頭組件410的頂部461和底板469處形成的孔。如果在導(dǎo) 管481和吹掃氣體噴頭組件410的底部469的孔450之間存在間隙，即圖 6中的"g，"，則可以預(yù)期在防止反應(yīng)性氣體注入管151或251的末端處的 不需要的顆粒沉積物方面略有增強(qiáng)。然而，在這種情況下，結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜 并且不易獨(dú)立地確定經(jīng)由吹掃氣體出口的吹掃氣體的注入速度和經(jīng)由間 隙的吹掃氣體的注入速度。同時，從反應(yīng)性氣體注入管的端部末端注入的 反應(yīng)性氣體的慣性在防止末端處的污染方面起著比從間隙注入的吹掃氣體的作用更大的作用。在這方面，即使不存在間隙，并且吹掃氣體不通過 間隙流動，也預(yù)期末端處的污染不嚴(yán)重。然而，從吹掃氣體出口注入的吹 掃氣體在噴頭下面產(chǎn)生保護(hù)屏障方面仍然起到重要作用。
圖7顯示本發(fā)明的第二實(shí)施方案，其中反應(yīng)性氣體和注入載氣的混合 在反應(yīng)性氣體噴頭組件內(nèi)被促進(jìn)。反應(yīng)性氣體和注入載氣分別沿反應(yīng)性氣
體入口 123和注入載氣入口 125被分別引入反應(yīng)性氣體噴頭組件110的反 應(yīng)性氣體擴(kuò)散室861和注入載氣擴(kuò)散室862。反應(yīng)性氣體沿多個反應(yīng)性氣 體擴(kuò)散通道865穿過注入載氣擴(kuò)散室862。要求反應(yīng)性氣體擴(kuò)散通道865 的一端氣密地接合到反應(yīng)性氣體擴(kuò)散室862的底部835，以便抑制注入載 氣向后擴(kuò)散至反應(yīng)性氣體擴(kuò)散室861。激光焊接技術(shù)適合用在接合工藝中。 并且建議在反應(yīng)性氣體擴(kuò)散通道865的另一端與在注入載氣擴(kuò)散室862的 底部845處形成的孔之間不存在間隙，以抑制注入載氣沿該間隙通過。優(yōu) 選反應(yīng)性氣體擴(kuò)散通道的數(shù)量和尺寸分別為0.2至0.4個/cn^之間，和在 0.8至1.6mm之間的內(nèi)徑。取而代之，在注入載氣擴(kuò)散室862的底部845 處形成多個直徑約0.3至0.6 mm的小孔847，以確保注入載氣均勻地注入 分配室863。然后，反應(yīng)性氣體和注入載氣在分配室863中被混合并均等 地分配到反應(yīng)性氣體注入管151。
圖8顯示本發(fā)明的第三實(shí)施方案。第三實(shí)施方案與第一或第二實(shí)施方 案的主要區(qū)別是噴頭中混合區(qū)的位置。反應(yīng)性氣體經(jīng)由端口 713進(jìn)入反應(yīng) 性氣體擴(kuò)散室711，并且被均等地分配到在其底部719處接合的多個內(nèi)部 反應(yīng)性氣體注入管751。注入載氣經(jīng)由端口 723進(jìn)入注入載氣擴(kuò)散室712， 并且被均等地分配到在其底部729處接合的多個外部反應(yīng)性氣體注入管 752。如圖8中所示，被外部反應(yīng)性氣體注入管752包圍的內(nèi)部反應(yīng)性氣 體注入管751向襯底延伸，并且沿導(dǎo)管781穿過吹掃氣體噴頭組件780。 內(nèi)部反應(yīng)性氣體注入管751在其端部比外部反應(yīng)性氣體注入管752短5至 10 mm。反應(yīng)性氣體擴(kuò)散室711和注入載氣擴(kuò)散室712被0形環(huán)754和螺 栓799氣密地固定。內(nèi)部反應(yīng)性氣體注入管和外部反應(yīng)性氣體通道作為一 對構(gòu)成反應(yīng)性氣體注入管，并且在如圖9中所示，在內(nèi)部和外部反應(yīng)性氣 體注入管的端部之間形成的混合區(qū)777處進(jìn)行反應(yīng)性氣體和注入載氣的混如圖10中所示，在本發(fā)明中冷卻夾套510被安裝在吹掃氣體噴頭組
件下面。冷卻夾套510具有將噴頭的溫度保持在適當(dāng)水平，例如，150-200°C 的溫度的功能。經(jīng)由冷卻劑供給口 523供給到冷卻夾套510內(nèi)的冷卻劑流 經(jīng)冷卻夾套510的內(nèi)部空間，然后最終從反應(yīng)室(未顯示)出來。冷卻劑可 以是壓縮空氣、水等。然而，可以不過分地強(qiáng)調(diào)不應(yīng)有冷卻劑滲漏到反應(yīng) 室。可以在噴頭表面的任何適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b熱電偶(未顯示)，以測量和控 制噴頭溫度。因?yàn)樵摷夹g(shù)屬于一般方法，所以在此將省略詳細(xì)的描述。在 本發(fā)明中使噴頭冷卻的效果在防止由在不必要的高溫下的熱分解所導(dǎo)致 的噴頭內(nèi)和吹掃氣體噴頭組件的底表面上的不需要的膜沉積方面是明顯 的。
如圖11中所示，本發(fā)明中，反應(yīng)性氣體和注入載氣的混合物從反應(yīng) 性氣體注入管151和251的端部朝襯底(未顯示)注入。優(yōu)選反應(yīng)性氣體注 入管151和251的端部末端具有以使噴頭組件容易地彼此組裝的收縮噴嘴 的形狀，以通過增加反應(yīng)性氣體的注入速度而增強(qiáng)對在噴頭的底部處不需 要的顆粒沉積的防止。圖11中由d3表示的端部處的噴嘴內(nèi)徑在0.8至2mm 之間。如果反應(yīng)性氣體注入管151和251的端部從噴頭410的底部479向 襯底延伸，則防止噴頭底部處不需要的顆粒沉積的效果將增加，但是反應(yīng) 性氣體注入管151和251的端部末端處的溫度將上升很多。在這方面，建 議突部在10mm以內(nèi)。
在使用多種反應(yīng)性氣體的情況下，可以在不影響反應(yīng)性氣體輸送比率 的情況下，通過注入載氣的量主動地調(diào)節(jié)每種反應(yīng)性氣體的注入速度。如 圖11中所示，反應(yīng)性氣體A的注入速率VA可以高于反應(yīng)性氣體B的注 入速率VB。因此，能夠更有效地確定高度依賴于每種反應(yīng)性氣體的傳質(zhì) 的生長在襯底上的膜的組成。除此以外，還能夠主動地調(diào)節(jié)經(jīng)由吹掃氣體 出口 446的吹掃氣體的流速。
一種反應(yīng)性氣體與另一種反應(yīng)性氣體直至它們被從噴頭中注入時才 混合，然后，注入的每種反應(yīng)性氣體和吹掃氣體在噴頭410的底表面479 與襯底之間的空間反應(yīng)性氣體注入管的數(shù)量密度與襯底上膜的均勻性直接相關(guān)。對于一
種反應(yīng)性氣體，合適的數(shù)量密度是為約0.2-0.4個/cm2。并且噴頭的底部的 有效尺寸，即形成反應(yīng)性氣體注入管的區(qū)域，將大得足以覆蓋襯底。對于 直徑150 mm的襯底的情況，噴頭的有效底部尺寸為直徑約200 mm，并 且一種反應(yīng)性氣體注入管的總數(shù)量在60至120之間。關(guān)于反應(yīng)性氣體注 入管的排列，如果排列能夠確保反應(yīng)性氣體的均勻散布，則其將具有任何 特定圖案乃至隨機(jī)性?？紤]使用分別被表示為"A"、 "B"、和"C"的三 種反應(yīng)性氣體的情況。圖12是顯示反應(yīng)性氣體注入管的行和列在垂直方 向上交叉，并且兩個相鄰列以一定距離偏移并交錯的排列的仰視圖。圖13 是顯示反應(yīng)性氣體注入管的位置在多個圓周方向上重復(fù)的排列的仰視圖。
<實(shí)施例1>
圖14顯示將本發(fā)明的噴頭100應(yīng)用于反應(yīng)性氣體限制裝置900的第 一實(shí)施例。在此，反應(yīng)性氣體限制裝置900與反應(yīng)室1的內(nèi)壁7和頂板相 隔一定距離，用拱頂形的頂部包圍襯底9，沿其端部接觸反應(yīng)室的底部961 ， 具有在其上形成的多個細(xì)孔和在其頂部的中部形成的開口部分，在所述頂 部上，噴頭100的邊緣沿開口放置，使得噴頭100的底表面和襯底相互平 行并且面對。關(guān)于反應(yīng)性氣體限制裝置的細(xì)節(jié)通過引用結(jié)合在美國專利 7,156,921中。
如圖14中所示，兩種反應(yīng)性氣體、兩種注入載氣、和第一吹掃氣體 分別通過反應(yīng)性氣體供給管954A和954B、注入載氣供給管955A和955B、 以及第一吹掃氣體供給管956被輸送到噴頭100。冷卻劑通過冷卻劑供給 管961進(jìn)入噴頭100，并且通過冷卻劑返流管962從反應(yīng)室1出來。并且 第二吹掃氣體經(jīng)由第二吹掃氣體供給口 957被輸送到反應(yīng)室壁7和反應(yīng)性 氣體限制裝置900之間的空間970。然后，反應(yīng)性氣體限制裝置900通過 從反應(yīng)性氣體限制裝置900的外部向內(nèi)部輸送的第二吹掃氣體的保護(hù)屏障 作用，起到防止在其內(nèi)側(cè)上的不需要的顆粒沉積的作用。除此以外，還通 過本發(fā)明中之前描述的噴頭的功能防止噴頭的底部處的污染。此外，通過 將反應(yīng)性氣體限制在襯底附近的第二吹掃氣體的作用，大大提高生長在襯 底上的膜的生長速率。<實(shí)施例2>
圖15顯示將本發(fā)明的噴頭100應(yīng)用于另一種類型的反應(yīng)性氣體限制 裝置900的情況。在此，反應(yīng)性氣體限制裝置900具有帶平面邊緣的頂板。 具有邊緣的頂板能夠被容易地安裝在反應(yīng)室1中的裝置例如突出點(diǎn)966 上。并且能夠容易地形成在反應(yīng)性氣體限制裝置的頂板和垂直壁之間的間 隙，以允許襯底9的進(jìn)出。當(dāng)通過利用連接到與平臺935氣密地接合的波 紋管968的一種控制桿(未顯示)將反應(yīng)性氣體限制裝置的垂直壁912降低 而使間隙967打開時，通過從傳輸室(未顯示)通過閘閥930和間隙967向 反應(yīng)室1插入機(jī)械臂(未顯示)，隨后升高和降低平臺935，完成襯底9的 進(jìn)出。
盡管參照具體說明性實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明不受 所述實(shí)施方案的限制，而僅受后附的權(quán)利要求的限制。應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域的 技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以對所述實(shí)施方案進(jìn) 行改變或變化。
工業(yè)適用性
根據(jù)本發(fā)明，無論CVD中材料處理起來是否復(fù)雜或工藝是否受限的 條件，都能夠沉積厚膜，而不擔(dān)心包括反應(yīng)室內(nèi)壁和噴頭的反應(yīng)室的污染。 因此，本發(fā)明能夠被有效地用作在反應(yīng)室的內(nèi)部表面上生長不需要的膜的 過程中的解決方案，該過程是由反應(yīng)性氣體的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的。由于本發(fā) 明包括非常簡單并且相容的結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明的具體部件能夠被容易地采 用。對于新的適用性，由于本發(fā)明有利于生長用于噴墨頭的厚度為2-8口 的PZT膜，所以噴墨的性能能夠大大提高，并且噴墨技術(shù)能夠更廣泛地應(yīng) 用在電子材料如LCD濾色器的沉積中。此外，本發(fā)明具有廣泛的工業(yè)適 用性，包括電子部件如多層陶瓷芯片電容器(MLCC)的小型化和高效化。
權(quán)利要求
1.一種使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，通過所述噴頭，將至少一種反應(yīng)性氣體和吹掃氣體注入到位于反應(yīng)室中的襯底上，以在所述襯底上沉積膜，所述方法包括以下步驟設(shè)置所述噴頭，使得所述噴頭的底表面與所述襯底相隔預(yù)定的距離；將反應(yīng)性氣體和注入載氣供給到所述噴頭中，其中將不同種類的反應(yīng)性氣體分別輸送到在所述噴頭的內(nèi)部形成的隔室內(nèi)，使得每一種反應(yīng)性氣體與每一種注入載氣在所述噴頭內(nèi)部的每一混合區(qū)中混合，并且將吹掃氣體供給到在所述噴頭的內(nèi)部形成的獨(dú)立隔室內(nèi)；以及分別通過在所述噴頭的所述底表面上形成的多個反應(yīng)性氣體出口和多個吹掃氣體出口，注入與所述注入載氣混合的所述反應(yīng)性氣體和注入所述吹掃氣體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，其中主動 并且獨(dú)立地調(diào)節(jié)混合到每一種反應(yīng)性氣體中的每一種注入載氣的量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，其中所述 吹掃氣體和所述注入載氣分別為選自Ar、 N2、 He、 Eb和02中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，其中所述 反應(yīng)性氣體是處于氣相的金屬-有機(jī)化合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，所述方法還包括以下步驟利用輸送到冷卻夾套中的冷卻劑冷卻所述噴頭，所述冷 卻夾套被安裝為構(gòu)成所述噴頭的最下部。
6. —種使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用設(shè)備，通過所述噴頭，將至少一種反應(yīng)性氣體和吹掃氣體注入到位于反應(yīng)室中的襯底上，以在所述襯 底上沉積膜，其中所述噴頭包括多個反應(yīng)性氣體噴頭組件，所述多個反應(yīng)性氣體噴頭組件相互分離， 其數(shù)量與從所述噴頭注入的反應(yīng)性氣體種類的數(shù)量相同，其中的混合區(qū)促 使反應(yīng)性氣體和注入載氣混合，所述注入載氣用于調(diào)節(jié)所述反應(yīng)性氣體的 注入速度，并且多個反應(yīng)性氣體注入管連接到所述反應(yīng)性氣體噴頭組件的 底表面，以將與注入載氣混合的反應(yīng)性氣體注入到所述襯底上；以及吹掃氣體噴頭組件，所述吹掃氣體噴頭組件被安裝在所述反應(yīng)性氣體 噴頭組件下面，具有吹掃氣體供給口，所述吹掃氣體供給口用于向所述 吹掃氣體噴頭組件供給吹掃氣體；內(nèi)部空間，所述內(nèi)部空間與所述反應(yīng)性 氣體噴頭組件的內(nèi)部空間分離以僅僅充入所述吹掃氣體；以及多個出口，所述多個出口在所述吹掃氣體噴頭組件的底表面向所述襯底突出3 mm以內(nèi)，用于將所述吹掃氣體注入到所述襯底上，其中連接到上部反應(yīng)性氣體噴頭組件的反應(yīng)性氣體注入管沿一種導(dǎo) 管的內(nèi)部以及沿另一種導(dǎo)管的內(nèi)部穿過下部反應(yīng)性氣體噴頭組件，所述一 種導(dǎo)管的端部氣密地接合到在所述下部反應(yīng)性氣體噴頭組件的頂部和底 部形成的孔上，所述另一種導(dǎo)管的端部氣密地接合到在所述吹掃氣體噴頭 組件的頂部和底部形成的孔上。
7. 如權(quán)利要求6所述的反應(yīng)性氣體噴頭組件，所述反應(yīng)性氣體噴頭 組件進(jìn)一步包括擴(kuò)散室，其中將反應(yīng)性氣體經(jīng)由所述擴(kuò)散室的反應(yīng)性氣體供給口輸送，并且均勻地散布；混合室，其中將注入載氣經(jīng)由所述混合室的注入載氣供給口輸送，并 且混合到從所述擴(kuò)散室中輸送的所述反應(yīng)性氣體中；以及分配室，其中將所述反應(yīng)性氣體和所述注入載氣的混合物均等地分配 到所述反應(yīng)性氣體注入管中，其中所述擴(kuò)散室和所述混合室通過共用具有多個孔的邊界面而連接， 所述混合室和所述分配室通過共用具有多個孔的另一邊界面而連接。
8. 如權(quán)利要求6所述的反應(yīng)性氣體噴頭組件，所述反應(yīng)性氣體噴頭 組件進(jìn)一步包括反應(yīng)性氣體擴(kuò)散室，其中將反應(yīng)性氣體經(jīng)由所述反應(yīng)性氣體擴(kuò)散室的 反應(yīng)性氣體供給口輸送，并且均勻地散布；注入載氣擴(kuò)散室，所述注入載氣擴(kuò)散室通過共用邊界面而連接到所述 反應(yīng)性氣體擴(kuò)散室，所述邊界面為所述注入載氣擴(kuò)散室的頂板并且具有多 個孔，其中將注入載氣經(jīng)由所述注入載氣擴(kuò)散室的注入載氣供給口輸送， 并且均勻地散布；混合室，所述混合室通過共用邊界面而連接到所述注入載氣擴(kuò)散室， 3所述邊界面為所述注入載氣擴(kuò)散室的底部，其中將所述反應(yīng)性氣體注入管 氣密地接合到所述混合室的底部；以及多個反應(yīng)性氣體擴(kuò)散通道，所述反應(yīng)性氣體擴(kuò)散通道的內(nèi)徑為0.5至1.5 mm，其端部氣密地接合到所述注入載氣擴(kuò)散室的頂板和底部，其中將所述反應(yīng)性氣體沿所述反應(yīng)性氣體擴(kuò)散通道，在穿過所述注入 載氣擴(kuò)散室后輸送到所述混合室，將所述注入載氣通過在所述注入載氣擴(kuò) 散室的底部穿孔的多個內(nèi)徑為0.3至0.6 mm的孔輸送到所述混合室，并且 將在所述混合室中與所述注入載氣混合的所述反應(yīng)性氣體均等地分配到 所述反應(yīng)性氣體注入管中。
9. 如權(quán)利要求6所述的反應(yīng)性氣體噴頭組件，所述反應(yīng)性氣體噴頭 組件進(jìn)一步包括-反應(yīng)性氣體分配室，其中將反應(yīng)性氣體經(jīng)由所述反應(yīng)性氣體分配室的 反應(yīng)性氣體供給口輸送，并且在流經(jīng)在所述反應(yīng)性氣體分配室的中間面的 多個孔的同時均等地擴(kuò)散后，均等地分配到多個內(nèi)部反應(yīng)性氣體注入管 中，所述多個內(nèi)部反應(yīng)性氣體注入管接合在所述反應(yīng)性氣體分配室的底 部；以及注入載氣分配室，其中將注入載氣經(jīng)由所述注入載氣分配室的注入載 氣供給口輸送，并且在流經(jīng)在所述注入載氣分配室的中間面的多個孔的同 時均等地擴(kuò)散后，均等地分配到多個外部反應(yīng)性氣體注入管中，所述多個 外部反應(yīng)性氣體注入管接合在所述注入載氣分配室的底部，其中所述內(nèi)部反應(yīng)性氣體注入管在其端部比所述外部反應(yīng)性氣體注 入管短5至10 mm,所述內(nèi)部反應(yīng)性氣體注入管被所述外部反應(yīng)性氣體注 入管包圍，所述內(nèi)部反應(yīng)性氣體注入管和所述外部反應(yīng)性氣體注入管作為 一對組成所述反應(yīng)性氣體注入管，并且經(jīng)由所述內(nèi)部反應(yīng)性氣體注入管輸 送的所述反應(yīng)性氣體和經(jīng)由所述外部反應(yīng)性氣體注入管的內(nèi)壁與所述內(nèi) 部反應(yīng)性氣體注入管的外壁之間的間隙輸送的所述注入載氣，在所述內(nèi)部 和外部反應(yīng)性氣體注入管的端部之間的空間進(jìn)行混合。
10. 如權(quán)利要求6至9所述的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用設(shè)備， 所述設(shè)備進(jìn)一步包括冷卻夾套，所述冷卻夾套通過被安裝在所述吹掃氣體 噴頭組件下面而冷卻所述噴頭。
11. 如權(quán)利要求10所述的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用冷卻夾 套，所述冷卻夾套進(jìn)一步包括-頂板、具有冷卻劑入口和冷卻劑出口的垂直壁、以及底部；氣密地插入所述冷卻夾套的所述頂板和所述底部之間，以接納所述吹 掃氣體出口的多個導(dǎo)管；以及氣密地插入所述冷卻夾套的所述頂板和所述底部之間，以接納所述反 應(yīng)性氣體注入管的多個導(dǎo)管，其中所述反應(yīng)性氣體注入管從所述冷卻夾套的底表面向所述襯底延伸在10 mm范圍以內(nèi)的距離，并且所述反應(yīng)性氣體注入管的端部末端具有 在出口的內(nèi)徑為0.8至2 mm的收縮噴嘴的形狀。
12. 如權(quán)利要求6至9所述的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用反應(yīng) 性氣體注入管，所述反應(yīng)性氣體注入管進(jìn)一步包括所述反應(yīng)性氣體注入 管的行和列在垂直方向上交叉，并且兩個相鄰的列偏移一定距離并交錯的 排列。
13. 如權(quán)利要求6至9所述的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用反應(yīng) 性氣體注入管，所述反應(yīng)性氣體注入管進(jìn)一步包括反應(yīng)性氣體注入管的 位置在多個圓周方向上重復(fù)的排列。
14. 如權(quán)利要求6至9所述的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用設(shè)備，所述設(shè)備進(jìn)一步包括反應(yīng)性氣體限制裝置，所述反應(yīng)性氣體限制裝置用于包圍基座，被設(shè) 置在所述反應(yīng)室中，由壁和頂板組成，具有很多個開口，所述很多個開口 在所述反應(yīng)性氣體限制裝置的表面上穿孔以將其內(nèi)部與外部連通，其中所 述反應(yīng)性氣體限制裝置的所述壁和頂板分別與所述反應(yīng)室的那些壁和頂 板相隔一定距離，所述壁延伸到所述反應(yīng)室的底部，在所述反應(yīng)室的頂板 和所述反應(yīng)性氣體限制裝置的頂板之間形成具有預(yù)定厚度的空間；第二吹掃氣體供給口，其用于供給第二吹掃氣體，形成在所述反應(yīng)室 的所述頂板上；以及排氣口 ，所述排氣口位于所述反應(yīng)性氣體限制裝置的內(nèi)部以排出所述 反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣，其中從形成在所述反應(yīng)室的所述頂板上的第二吹掃氣體供給口供給的第二吹掃氣體流經(jīng)所述空間，并且經(jīng)由所述多個穿孔的開口進(jìn)入所述反 應(yīng)性氣體限制裝置，由此主動地調(diào)節(jié)第二吹掃氣體進(jìn)入所述反應(yīng)性氣體限 制裝置的流速，以防止所述反應(yīng)性氣體限制裝置的污染，并且通過增加所 述襯底附近的所述反應(yīng)性氣體的濃度，提高在所述襯底上的膜生長速率。
15. 如權(quán)利要求IO所述的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用設(shè)備，所述設(shè)備進(jìn)一步包括反應(yīng)性氣體限制裝置，所述反應(yīng)性氣體限制裝置用于包圍基座，被設(shè) 置在所述反應(yīng)室中，由壁和頂板組成，具有很多個開口，所述很多個幵口 在所述反應(yīng)性氣體限制裝置的表面上穿孔以將其內(nèi)部與外部連通，其中所 述反應(yīng)性氣體限制裝置的所述壁和頂板分別與所述反應(yīng)室的那些壁和頂 板相隔一定距離，所述壁延伸到所述反應(yīng)室的底部，在所述反應(yīng)室的頂板和所述反應(yīng)性氣體限制裝置的頂板之間形成具有預(yù)定厚度的空間；第二吹掃氣體供給口，其用于供給第二吹掃氣體，形成在所述反應(yīng)室的所述頂板上；以及排氣口 ，所述排氣口位于所述反應(yīng)性氣體限制裝置的內(nèi)部以排出所述 反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣，其中從形成在所述反應(yīng)室的所述頂板上的第二吹掃氣體供給口供給 的第二吹掃氣體流經(jīng)所述空間，并且經(jīng)由所述多個穿孔的開口進(jìn)入所述反 應(yīng)性氣體限制裝置，由此主動地調(diào)節(jié)第二吹掃氣體進(jìn)入所述反應(yīng)性氣體限 制裝置的流速，以防止所述反應(yīng)性氣體限制裝置的污染，并且通過增加所 述襯底附近的所述反應(yīng)性氣體的濃度，提高在所述襯底上的膜生長速率。
16. 如權(quán)利要求6至9所述的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用設(shè)備，所述設(shè)備進(jìn)一步包括反應(yīng)性氣體限制裝置，所述反應(yīng)性氣體限制裝置用于包圍基座，被設(shè) 置在所述反應(yīng)室中，由垂直壁和具有平面型邊緣的頂板組成，具有很多個 開口，所述很多個開口在所述反應(yīng)性氣體限制裝置的表面上穿孔以將其內(nèi) 部與外部連通，其中所述反應(yīng)性氣體限制裝置的所述垂直壁和頂板分別與 所述反應(yīng)室的那些壁和頂板相隔一定距離，所述垂直壁延伸到所述反應(yīng)室 的底部，在所述反應(yīng)室的頂板和所述反應(yīng)性氣體限制裝置的頂板之間形成 具有預(yù)定厚度的空間，并且通過降低所述反應(yīng)性氣體限制裝置的所述垂直壁，能夠打開在所述反應(yīng)性氣體限制裝置的所述頂板和所述垂直壁之間的 間隙；第二吹掃氣體供給口，其用于供給第二吹掃氣體，形成在所述反應(yīng)室 的所述頂板上；以及排氣口，所述排氣口位于所述反應(yīng)性氣體限制裝置的內(nèi)部，以排出所 述反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣，其中從形成在所述反應(yīng)室的所述頂板上的第二吹掃氣體供給口供給 的第二吹掃氣體流經(jīng)所述空間，并且經(jīng)由所述多個穿孔的開口進(jìn)入所述反 應(yīng)性氣體限制裝置，由此主動地調(diào)節(jié)第二吹掃氣體進(jìn)入所述反應(yīng)性氣體限 制裝置的流速，以防止所述反應(yīng)性氣體限制裝置的污染，并且通過增加所 述襯底附近的所述反應(yīng)性氣體的濃度，提高在所述襯底上的膜生長速率。
17.如權(quán)利要求IO所述的使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用設(shè)備，所述設(shè)備進(jìn)一步包括反應(yīng)性氣體限制裝置，所述反應(yīng)性氣體限制裝置用于包圍基座，被設(shè) 置在所述反應(yīng)室中，由垂直壁和具有平面型邊緣的頂板組成，具有很多個 開口，所述很多個開口在所述反應(yīng)性氣體限制裝置的表面上穿孔以將其內(nèi) 部與外部連通，其中所述反應(yīng)性氣體限制裝置的所述垂直壁和頂板分別與 所述反應(yīng)室的那些壁和頂板相隔一定距離，所述垂直壁延伸到所述反應(yīng)室 的底部，在所述反應(yīng)室的頂板和所述反應(yīng)性氣體限制裝置的頂板之間形成 具有預(yù)定厚度的空間，并且通過降低所述反應(yīng)性氣體限制裝置的垂直壁， 能夠打開在所述反應(yīng)性氣體限制裝置的所述頂板和所述垂直壁之間的間 隙；第二吹掃氣體供給口，其用于供給第二吹掃氣體，形成在所述反應(yīng)室 的所述頂板上；以及排氣口，所述排氣口位于所述反應(yīng)性氣體限制裝置的內(nèi)部，以排出所 述反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣，其中從形成在所述反應(yīng)室的所述頂板上的第二吹掃氣體供給口供給 的第二吹掃氣體流經(jīng)所述空間，并且經(jīng)由所述多個穿孔的開口進(jìn)入所述反 應(yīng)性氣體限制裝置，由此主動地調(diào)節(jié)第二吹掃氣體進(jìn)入所述反應(yīng)性氣體限 制裝置的流速，以防止所述反應(yīng)性氣體限制裝置的污染，并且通過增加所述襯底附近的所述反應(yīng)性氣體的濃度，提高在所述襯底上的膜生長速率。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用噴頭的化學(xué)氣相沉積(CVD)用設(shè)備和方法，通過所述噴頭，將至少一種反應(yīng)性氣體和吹掃氣體注入到襯底上，在所述襯底上生長膜。將多個反應(yīng)性氣體噴頭組件布置在吹掃氣體噴頭組件上。每種反應(yīng)性氣體在獨(dú)立地流經(jīng)所述噴頭后，從所述噴頭的底部注入，從而防止所述反應(yīng)性氣體導(dǎo)致均一氣相反應(yīng)和在所述噴頭的內(nèi)部產(chǎn)生不需要的顆粒。并且吹掃氣體從所述噴頭的底表面注入，通過形成保護(hù)屏障，從而抑制注入的反應(yīng)性氣體向后擴(kuò)散。每種反應(yīng)性氣體在所述噴頭內(nèi)部的混合區(qū)內(nèi)與注入載氣混合，所述注入載氣是一種惰性氣體，其中通過混合的注入載氣的量，主動地調(diào)節(jié)每種反應(yīng)性氣體的注入速度。本發(fā)明進(jìn)一步包括其中通過冷卻夾套冷卻所述噴頭的設(shè)備和方法，所述冷卻夾套將所述噴頭的溫度保持在適當(dāng)水平，以防止所使用的反應(yīng)性氣體的冷凝和熱分解。
文檔編號C23C16/448GK101517704SQ200780034369
公開日2009年8月26日 申請日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月16日
發(fā)明者卞哲秀, 韓萬哲 申請人:派松尼克斯株式會社