專利名稱：一種薄膜沉積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜沉積裝置,其中反應(yīng)源氣體(precursor gases)被引入所述裝置以便將薄膜沉積到襯底的表面上。
背景技術(shù)：
薄膜沉積技術(shù)通常被用于將半導(dǎo)體材料沉積到襯底上以制造集成電路設(shè)備或者光電設(shè)備。例如，MOCVD是一種將半導(dǎo)體材料如氮化鎵(GaN)沉積到襯底上的方法。MOCVD方法在具有溫度控制的環(huán)境的反應(yīng)室中執(zhí)行以激發(fā)反應(yīng)源氣體沉積到一個放置在所述反應(yīng)室中的加熱襯底上，同時減少反應(yīng)源氣體寄生沉積到不想要的區(qū)域，如更涼一些的室壁。第一反應(yīng)源氣體包括一種第III族元素例如鎵(Ga)，第二反應(yīng)源氣體包括一種第V族元素例如氮(N)。這些反應(yīng)源氣體被引入所述反應(yīng)室以將化合物半導(dǎo)體如GaN沉積到所述加熱襯底的表平面上。凈化氣體如氮氣(N2)和氫氣(H2)同樣被引入所述反應(yīng)室以最小化在所 述反應(yīng)室內(nèi)不想要區(qū)域上的反應(yīng)源氣體沉積。載氣如N2和H2在MOCVD操作中被使用以將所述反應(yīng)源氣體移向所述加熱襯底。通常，所述反應(yīng)源氣體被沿著垂直或平行于所述加熱襯底的表平面的方向引入所述反應(yīng)室。為了確保反應(yīng)源氣體在所述加熱襯底的主表平面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以形成化合物半導(dǎo)體，這些反應(yīng)源氣體必須在所述襯底表面之上彼此靠近。當(dāng)那些反應(yīng)源氣體在被引入反應(yīng)室彼此靠近時，出現(xiàn)的一個問題是不希望的相互氣相反應(yīng)發(fā)生了，這將折損反應(yīng)源的效果并因此影響沉積在襯底上的化合物半導(dǎo)體的質(zhì)量。因此，本發(fā)明的目的是解決薄膜沉積技術(shù)，尤其是在化學(xué)氣相沉積(CVD chemicalvapour deposition)技術(shù)中將反應(yīng)源氣體引入反應(yīng)室的傳統(tǒng)方法的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面是一種利用反應(yīng)源氣體將薄膜沉積到襯底表面的裝置。所述裝置包括i) 一個支撐裝置被配置為支撐所述襯底；和ii) 一個旋轉(zhuǎn)器(spinner)被設(shè)置在鄰近所述支撐設(shè)備。具體地，所述旋轉(zhuǎn)器有一個用于連接到發(fā)動機(jī)的軸轂(hub)，一個或多個葉片(blades)連接到所述軸轂。特別地，所述一個或多個葉片在一個平面上運(yùn)行圍繞所述軸轂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述反應(yīng)源氣體的流體流動，以便將所述反應(yīng)源氣體分布到所述襯底表面。通過提供所述帶有一個或多個運(yùn)行著的圍繞所述軸轂旋轉(zhuǎn)的葉片的旋轉(zhuǎn)器，所述反應(yīng)源氣體被均勻分布在所述襯底表面。否則，所述反應(yīng)源氣體的分布可能會局部化在襯底表面的特定區(qū)域。有利地因此，本發(fā)明第一方面的實施例可以保證沉積在襯底表面的薄膜的相當(dāng)高的質(zhì)量。本發(fā)明一些可選的特征在從屬權(quán)利要求中限定。例如，所述旋轉(zhuǎn)器的葉片可以具有一個與所述平面以一個傾斜角度傾斜的驅(qū)動面用于驅(qū)動所述反應(yīng)源氣體在襯底表面的分布。這可以協(xié)助加速沉積過程。
此外，所述旋轉(zhuǎn)器的軸轂可以包括一個軸轂入口，其中一種反應(yīng)源氣體通過該入口被引入所述軸轂的內(nèi)部，所述一個或多個葉片中的每一個也有一個葉片出口，通過該出口所述反應(yīng)源氣體被從對應(yīng)的葉片內(nèi)部分配(dispensed)，其中，軸轂和葉片內(nèi)部相互流體連通。通過這種方式，旋轉(zhuǎn)器可以進(jìn)一步作為氣體分配器以將反應(yīng)源氣體指引到襯底表面?？蛇x地，所述一個或多個葉片中的每個是一個螺旋槳以產(chǎn)生額外的力將反應(yīng)源氣體驅(qū)向所述襯底表面。本發(fā)明的第二方面是一種利用反應(yīng)源氣體將薄膜沉積到襯底表面的裝置，具體地，所述裝置包括i) 一個支撐裝置被配置為支撐所述襯底；ii)多套(set)氣體供應(yīng)源，每套氣體供應(yīng)源被配置用于供應(yīng)反應(yīng)源氣體；和iii) 一個氣體分配器被配置用于將反應(yīng)源氣體引導(dǎo)至所述襯底表面。具體地，所述氣體分配器有多套隔室，每套隔室均配置用于接收來自于對應(yīng)套的氣體供應(yīng)源的反應(yīng)源氣體，并且每個隔室有孔，接收的反應(yīng)源氣體通過所述孔從所述氣體分配器流向所述支撐裝置。特別地，所述多套氣體供應(yīng)源運(yùn)行以便以可控流速提供反應(yīng)源氣體中的至少一種。更進(jìn)一步，氣體分配器的每個隔室的孔是均勻分布的。多套隔室中的一個與相應(yīng)的其他套隔室相比，在氣體分配器中心具有較大的體積，而 在氣體分配器的邊緣具有較小的體積。通過控制第一套和第二套隔室之間相對的氣體流速，沉積的薄膜厚度均勻度被協(xié)調(diào)和改善。本發(fā)明的第三個方面是一種與本發(fā)明第二個方面類似的裝置。然而，與之相反的是，所述氣體分配器的多套隔室的體積相同。多套隔室中的一個與相應(yīng)的其他套隔室相比，在氣體分配器中心具有較多的孔，而在氣體分配器的邊緣有較少的孔。通過控制第一套和第二套隔室之間相對的氣體流速，沉積的薄膜厚度均勻度被協(xié)調(diào)和改善。通過改善沉積在襯底上的薄膜的厚度均勻度，本發(fā)明第二方面的實施例可以保證沉積到襯底表面的薄膜的相當(dāng)高的質(zhì)量。


本發(fā)明實施例將被描述，僅僅通過示例的方式，參考以下附圖
圖I顯示的是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有氣體分配器和旋轉(zhuǎn)器的MOCVD反應(yīng)室；
圖2是第一實施例中使用中的旋轉(zhuǎn)器的立體示意 圖3a和圖3b分別是圖2中的旋轉(zhuǎn)器頂視圖和底視 圖4是圖2中的旋轉(zhuǎn)器的葉片的橫截面視圖，并且顯示了葉片周圍的氣流；
圖5顯示的是圖2的旋轉(zhuǎn)器中具有內(nèi)部分隔的葉片；
圖6顯示的是圖2中具有水槽的旋轉(zhuǎn)器；
圖7a和圖7b分別是圖6的旋轉(zhuǎn)器的頂視圖和底視 圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的旋轉(zhuǎn)器的立體示意 圖9a和圖9b分別是圖8的旋轉(zhuǎn)器的頂視圖和底視 圖IOa和圖IOb分別是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的旋轉(zhuǎn)器的頂視圖和底視 圖11顯示的是圖2的旋轉(zhuǎn)器的葉片的不同配置；
圖12顯示的是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的氣體分配器；
圖13顯示的是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的氣體分配器；
圖14顯示的是在圖I的MOCVD反應(yīng)室中使用的支撐襯底的承受器(susc印tors)。
具體實施例方式附圖I顯示了 MOCVD反應(yīng)室101，包括連接到一個或多個氣體供應(yīng)源的氣體分配器103，根據(jù)第一實施例的用于將一種或多種氣體引入MOCVD反應(yīng)室101的旋轉(zhuǎn)器105，連接到一個或多個氣體供應(yīng)源的氣體入口 107，將氣體入口 107連接到旋轉(zhuǎn)器105的串通件(feedthrough) 109，和將襯底放置在其上的承受器111.
具體地，串通件109被連接到旋轉(zhuǎn)器105的軸轂106。在旋轉(zhuǎn)器105、氣體入口 107和串通件109內(nèi)還包括多種提供相互流體連通的通道，因此，氣體可以從氣體入口 107流經(jīng)串通件109到達(dá)旋轉(zhuǎn)器105，隨后從旋轉(zhuǎn)器105進(jìn)入MOCVD反應(yīng)室101。氣體入口 107還包括驅(qū)動串通件109的發(fā)動機(jī)。當(dāng)發(fā)動起被運(yùn)行驅(qū)動串通件109時，串通件109進(jìn)而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)器105的軸轂106使得旋轉(zhuǎn)器105轉(zhuǎn)動。在MOCVD反應(yīng)室101運(yùn)行期間，襯底113被加熱器加熱并隨著承受器111旋轉(zhuǎn)。第一反應(yīng)源氣體Gl經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器105引入MOCVD反應(yīng)室101，而第二反應(yīng)源氣體G2和凈化氣體(purging gases) G3經(jīng)由氣體分配器103引入。特別地，反應(yīng)源氣體G1、G2和凈化氣體G3 在通常垂直于襯底113的表平面的下行方向上被引入MOCVD反應(yīng)室101。第一反應(yīng)源氣體Gl是包括第III族元素如鎵(Ga)的有機(jī)金屬氣體。第一反應(yīng)源氣體Gl的例子有三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)、三甲基鋁(TMA)以及它們的混合物。第二反應(yīng)源氣體G2是包括第V族元素如氮(N)的有機(jī)金屬氣體。第二反應(yīng)源氣體G2的一個例子是氨氣(NH3)。凈化氣體G3協(xié)助第一和第二反應(yīng)源氣體Gl、G2移動向放置在承受器111上的襯底113。凈化氣體G3還協(xié)助從MOCVD反應(yīng)室101內(nèi)部排除第一和第二反應(yīng)源氣體G1、G2以最小化其內(nèi)部墻壁的污染。凈化氣體G3的例子包括氮氣(N2)和氫氣(H2)。應(yīng)該意識到凈化氣體G3還可以是用于傳輸反應(yīng)源氣體G1、G2到襯底113的主表平面的載氣。旋轉(zhuǎn)器105在MOCVD反應(yīng)室101運(yùn)行期間是旋轉(zhuǎn)的。旋轉(zhuǎn)器105的旋轉(zhuǎn)相應(yīng)改變反應(yīng)源氣體Gl、G2和凈化氣體G3流向襯底113的表平面的方向，從最初通常垂直于襯底113表平面的下行方向到基本平行于襯底113的表平面的方向。從而，旋轉(zhuǎn)器105的旋轉(zhuǎn)提供了反應(yīng)源氣體Gl、G2橫跨襯底113表平面的均勻分布。沒有旋轉(zhuǎn)器105的旋轉(zhuǎn)，反應(yīng)源氣體Gl、G2的分布可能局部化在襯底113的表平面的特定區(qū)域。此外，反應(yīng)源氣體G1、G2在引入MOCVD反應(yīng)室101之前可以盡可能的彼此分離同時保證剛好在襯底113的表平面上方時反應(yīng)源氣體GI、G2都出現(xiàn)以形成化合物半導(dǎo)體。有利地，在反應(yīng)源氣體GI、G2移向MOCVD反應(yīng)室101中的襯底113時不期望的反應(yīng)源氣體Gl、G2間氣相反應(yīng)可以被減少。雖然圖I顯示第一反應(yīng)源氣體Gl經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器105代替經(jīng)由氣體分配器103引入MOCVD反應(yīng)室101，可以意識到其他將反應(yīng)源氣體和凈化氣體G1-G3引入MOCVD反應(yīng)室101的方法也是可行的。例如，第二反應(yīng)源氣體G2可以經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器105引入MOCVD反應(yīng)室101，而第一反應(yīng)源氣體Gl與凈化氣體G3經(jīng)由氣體分配器103引入。另外，第一和第二反應(yīng)源氣體G1、G2可以都經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器105引入MOCVD反應(yīng)室101，而僅僅凈化氣體G3經(jīng)由氣體分配器103引入。還可以另外一種方式包括將所有反應(yīng)源和凈化氣體G1-G3經(jīng)由氣體分配器103引入MOCVD反應(yīng)室101，沒有氣體經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器105引入。在這種特殊的例子中，旋轉(zhuǎn)器105可以是一個實心結(jié)構(gòu)。此外，凈化氣體也可以不要如果氣體分配器103將第一和第二反應(yīng)源氣體G1、G2至少之一引入MOCVD反應(yīng)室101。
圖2是使用中的旋轉(zhuǎn)器105的立體示意圖。旋轉(zhuǎn)器105包括4個延伸葉片20la-d連接到軸轂106。從圖2中可以看出每個延伸葉片201a-d確定一個大體薄并且平的結(jié)構(gòu)。特別地，葉片201a-d相互分離正交的排列在軸轂106周圍。葉片201a-d還包括各自的葉片通道203a_d，葉片通道203a_d具有引入氣體的入口 207a_d和設(shè)置在葉片201a_d的底部的引入氣體可以離開的出口 209a-d。串通件109還包括氣體通道205，氣體通道205有一個氣體可以從氣體供應(yīng)源導(dǎo)入的入口和一個導(dǎo)入的氣體可以排出的出口。從串通件109排出的氣體隨后經(jīng)由軸轂入口208進(jìn)入軸轂106。由于旋轉(zhuǎn)器105的軸轂106通常是空的，這樣通過串通件109的氣體通道205，軸轂106和葉片201a-d的葉片通道203a_d具有流體連通。相應(yīng)的這就允許第一反應(yīng)源氣體Gl在被引入MOCVD反應(yīng)室101之前，從串通件109經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器105的軸轂106無障礙地流向葉片201a_d。從圖2還可以看出，葉片201a_d的厚度通常向著各自邊緣部分211a_d逐漸減少并變細(xì)形成相應(yīng)的楔形部分。然而，應(yīng)該意識到每個葉片201a_d包含一個楔形部分僅僅是 優(yōu)選的而不是必須的?？蛇x的，一個具有平的平行面的細(xì)長結(jié)構(gòu)可以替代被用于構(gòu)造每個葉片 201a-d。旋轉(zhuǎn)器105被配置為在一個平面上圍繞軸轂106按照圓周方向旋轉(zhuǎn)，與其一致地，在旋轉(zhuǎn)過程中，楔形部分211a_d定義了葉片201a_d的前掾，它們相應(yīng)的相反的邊緣定義了葉片201a-d的后掾。相應(yīng)地，從圖2的旋轉(zhuǎn)器105的頂部看時，旋轉(zhuǎn)器105的葉片201a_d被配置為圍繞軸轂106沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。圖3a和3b分別是圖2中的旋轉(zhuǎn)器105的頂視圖和底視圖。從圖3a中可以看到，軸轂106包括用于以允許流體連通的方式連接串通件109的氣體通道205的軸轂入口 208。然而，圖3b顯示串通件106的底面被完全封上，因此第一反應(yīng)源氣體Gl從軸轂106流向旋轉(zhuǎn)器105的每個葉片201a-d。圖4是圖2的旋轉(zhuǎn)器105中的特定葉片201a沿著圖3b中表明的線B_B’看到的橫截面圖?？梢钥吹?，葉片201a的底面相對于葉片201旋轉(zhuǎn)的平面以一個傾斜角傾斜。相應(yīng)地，葉片201a的傾斜底面在旋轉(zhuǎn)過程中為流動的氣體提供驅(qū)動力，與其一致地，流動的氣體被迫使從葉片201a的前掾流向后掾。因此，薄片狀的流體流動在葉片201a旋轉(zhuǎn)時沿著葉片201a的頂部和底部表面從前掾到后掾產(chǎn)生。更具體地，葉片201a的底面以一個不同的角度傾斜以形成扭結(jié)401。這增加了相應(yīng)的葉片通道203a的體積。應(yīng)該意識到旋轉(zhuǎn)器105的其他三個葉片201b_d與圖4所示葉片201a是完全相同的。這樣，薄片狀的流體流動在它們旋轉(zhuǎn)時沿著葉片201b-d的頂部和底部表面從前掾到后掾被類似的產(chǎn)生。雖然在操作過程中反應(yīng)源氣體Gl、G2和凈化氣體G3在通常垂直于襯底113的表平面的下行方向上被引入MOCVD反應(yīng)室101，在旋轉(zhuǎn)器105旋轉(zhuǎn)時，由葉片201a-d的結(jié)構(gòu)提供的驅(qū)動力改變反應(yīng)源氣體G1、G2和凈化氣體G3的流向以在緊挨著葉片201a-d的頂部和底部表面產(chǎn)生薄片狀的氣流。這確保反應(yīng)源氣體Gl、G2相遇以在薄片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，盡管它們在被引入MOCVD反應(yīng)室101時被彼此遠(yuǎn)遠(yuǎn)的分開。通過將反應(yīng)源氣體G1、G2彼此遠(yuǎn)遠(yuǎn)的分開，它們之間任何不想要的氣相反應(yīng)可以被顯著的減少。這有利地提高反應(yīng)源的效率和沉積在襯底113上的化合物半導(dǎo)體的質(zhì)量。
可選地，每個葉片201a_d可以包含一個內(nèi)部分隔。圖5顯示了具有沿著葉片201a的長度設(shè)置的內(nèi)部分隔501的葉片201a的橫截面視圖，內(nèi)部分隔501因此將葉片通道203a分成第一和第二隔間505、507。內(nèi)部分隔501具體包括狹縫缺口 503沿著葉片201a的長度，通過狹縫缺口 503第一反應(yīng)源氣體Gl在隨后從出口 209a排出到MOCVD反應(yīng)室101之前可以從第一隔間505流向第二隔間507。沒有在葉片201a_d中的內(nèi)部分隔501，相比離軸轂106最遠(yuǎn)的末端，大部分第一反應(yīng)源氣體Gl會趨向于通過離軸轂106最近的葉片201a-d的的最接近端引入MOCVD反應(yīng)室101。因此導(dǎo)致在MOCVD反應(yīng)室101內(nèi)的第一反應(yīng)源氣體Gl沿著葉片201a_d的長度不均勻分布。通過在每個葉片201a_d內(nèi)提供內(nèi)部分隔501，狹縫缺口 503—比出口 209a明顯小一阻止大部分第一反應(yīng)源氣體Gl經(jīng)由它們最接近端排出葉片201a-d，并保證足夠數(shù)量的第一反應(yīng)源氣體Gl經(jīng)由葉片201a-d的末端排出。因此保證在MOCVD反應(yīng)室內(nèi)的第一反應(yīng)源氣體沿著葉片201a-d的長度更均勻的分布。 參見圖5，還可以看出葉片201a的表面相對于葉片201a的旋轉(zhuǎn)平面以角度α，β和Y傾斜。優(yōu)選地，角α的范圍可以是10-60°，β的范圍是5-45°，Y的范圍是45_135°?？蛇x地，旋轉(zhuǎn)器105和串通件109可以進(jìn)一步包括設(shè)置在軸轂106內(nèi)部的水槽220和葉片201a-d用于在使用過程中冷卻旋轉(zhuǎn)器105，如圖6所示。水槽220包括將冷卻水從水源引入水槽220的水入口 222和可將冷卻水從水槽中放出并返回到水源用于再冷卻的水出口 224。有利地，在高溫MOCVD過程中水槽220為了通用性改變以適合旋轉(zhuǎn)器105。圖7a和圖7b分別是圖6的旋轉(zhuǎn)器105的頂部和底部視圖。從圖7a中可以看出，水槽220的水入口 222和水出口 224都被放置在軸轂106處。和不帶水槽220的旋轉(zhuǎn)器105中的軸轂106 —樣，軸轂106的底面從圖3b可以看出已經(jīng)被完全封上，因此，第一反應(yīng)源氣體Gl從軸轂106流向旋轉(zhuǎn)器105的每個葉片201a-d。圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的旋轉(zhuǎn)器600。旋轉(zhuǎn)器600大部分與第一實施例的旋轉(zhuǎn)器105相似。例如，旋轉(zhuǎn)器600包括軸轂606，用于有效地連接到發(fā)動機(jī)。旋轉(zhuǎn)器600也包括4個延伸葉片601a-d連接到軸轂606。葉片601a_d也包括各自的邊緣部分定義為楔形部分，并且葉片601a_d被配置為旋轉(zhuǎn)，這樣這些楔形部分形成對應(yīng)的前掾。然而，第二實施例的旋轉(zhuǎn)器600的軸轂606包括4個軸轂入口 608a_d用于與各自類似的串通件609的氣體通道605a-d進(jìn)行流體連通，來替代根據(jù)第一實施例的旋轉(zhuǎn)器105僅僅包括一個單獨的軸轂入口 208的情況。此外，在葉片601a-d的不同葉片通道之間沒有流體連通。這樣，串通件609可以連接到不同的氣體供應(yīng)源以提供不同的流動氣體到MOCVD反應(yīng)室101。例如，第一和第二反應(yīng)源氣體G1、G2都可以經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器600的相鄰的葉片601a-d引入MOCVD反應(yīng)室?？蛇x地，反應(yīng)源氣體Gl、G2和凈化氣體G3可以都經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器600的葉片60la-d引入MOCVD反應(yīng)室。圖9a和圖9b分別是圖8的旋轉(zhuǎn)器600的頂部和底部視圖。從圖9a看出軸轂600包括各自的軸轂入口 608a-d用于以允許流體連通的方式與對應(yīng)的串通件609的氣體通道605a-d連接。與根據(jù)第一實施例的旋轉(zhuǎn)器105的軸轂106 —樣，從圖9b看出，軸轂606的底面被完全封上，因此，反應(yīng)源氣體Gl、G2和/或凈化氣體G3從軸轂606流向旋轉(zhuǎn)器600的葉片601a-d。
當(dāng)然，應(yīng)該意識到串通件609可以連接到提供反應(yīng)源氣體G1、G2和凈化氣體G3任何一種到MOCVD反應(yīng)室101的單獨的氣體供應(yīng)源。圖IOa和圖IOb分別是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的旋轉(zhuǎn)器800的頂部和底部視圖。第三實施例的旋轉(zhuǎn)器800也與第一和第二實施例的旋轉(zhuǎn)器105、600大部分相似。例如，旋轉(zhuǎn)器800包括4個延伸葉片80la-d連接到軸轂806。特殊地，葉片801a_d相互分離并且正交成角度地圍繞軸轂806排列，葉片801a-d圍繞軸轂806旋轉(zhuǎn)。葉片801a_d也包括在葉片201a_d的底部上具有各自出口 809a_d的葉片通道，通過出口 809a_d，任何引入氣體可以排出。與第一和第二實施例的旋轉(zhuǎn)器105、600相反的是，從圖IOb中可以看出，當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)的時候，葉片801a_d的各自出口 809a_d被設(shè)置在葉片801a_d的前掾和后掾之間的中線處(mid-way)，替代像在根據(jù)第一和第二實施例的旋轉(zhuǎn)器105、600內(nèi)那樣被設(shè)置在葉片801a-d的后緣。更進(jìn)一步地，在葉片801a-d的各自前掾和后掾之間提供兩排平行的出口。圖11顯示旋轉(zhuǎn)器105的葉片1101的不同配置。葉片1101與早前描述的前面的 葉片201a相似，除了關(guān)于它的出口 1103，通過出口 1103，反應(yīng)源氣體或凈化氣體可以流入MOCVD反應(yīng)室101。在前面的葉片201a的配置中，出口 209a被設(shè)置在葉片201a的底部。這樣，反應(yīng)源氣體或凈化氣體可以被直接引導(dǎo)向襯底表面。與前面的葉片201a相反，然而，葉片1101的出口 1103被設(shè)置在它的側(cè)面。相應(yīng)地，反應(yīng)源氣體或凈化氣體在通常平行于襯底表面的方向上被排出。這樣的葉片配置相對于前面的葉片201a可以因此在MOCVD反應(yīng)室使用時減少流動干擾。圖12顯示了一個氣體分配器1200實施例的平面圖，它用在MOCVD反應(yīng)室101中。氣體分配器1200配置為將反應(yīng)源氣體G1，G2和/或凈化氣體G3引導(dǎo)至MOCVD反應(yīng)室101的襯底表面。特殊地，氣體分配器1200的內(nèi)部被劃分成各種各樣的隔室1202a-b，1204a_b，1206a-b，1208a-b，不同的隔室 1202a_b，1204a_b，1206a_b，1208a_b 之間密封以防止相互流體連通。另外，氣體分配器1200具有孔1201，這些孔被平均分布在隔室1202a-b，1204a-b，1206a-b, 1208a_b的基底上，流動氣體可以通過這些孔。不過，氣體分配器1200的內(nèi)部沒有被平均劃分，因此，隔室1202a-b，1204a_b，1206a-b，1208a-b有不同的內(nèi)部體積。特殊地，氣體分配器1200是按照如下方式劃分的與臨近的隔室 1202b, 1204b, 1206b, 1208b 相比較，在隔室 1202a, 1204a, 1206a, 1208a 的外部邊緣，孔1201更加密集。與臨近的隔室1202b，1204b，1206b，1208b相比較，在隔室1202a,1204a, 1206a, 1208a的中心，孔1201有更小的密集度。使用中，各種各樣的隔室1202a_b，1204a_b，1206a_b，1208a_b連接到獨立的氣體供應(yīng)源以得到各種各樣流動氣體。具體地，隔室1202a-b接收第一反應(yīng)源氣體G1，隔室1204a-b接收第二反應(yīng)源氣體G2，隔室1206a_b，1208a_b接收凈化氣體G3。更具體地，兩種單獨的氣體供應(yīng)源集合被提供——第一種集合分別提供第一和第二反應(yīng)源氣體G1、G2和凈化氣體G3給隔室1202a，1204a, 1206a和1208a，第二種集合分別提供第一和第二反應(yīng)源氣體G1、G2和凈化氣體G3給隔室1202b, 1204b, 1206b和1208b。如果沉積在襯底113上的薄膜厚度在中心比在外部邊緣大，連接到接收第一反應(yīng)源氣體Gl的隔室1202a的氣體供應(yīng)源的流速相對于連接到隔室1202b的氣體供應(yīng)源的流速可能要增加。這是因為在襯底113上的半導(dǎo)體元件的沉積增長對于MOCVD反應(yīng)室101里的第一反應(yīng)源氣體Gl的分布是最敏感的。因為與相應(yīng)的隔室1202b比較，隔室1202a外部邊緣的孔1201更加密集，從而氣體分配器1200能補(bǔ)償襯底113上的沉積薄膜的厚度不均勻性。然而，如果沉積薄膜的厚度在襯底113外部邊緣比在中心時要厚，連接到隔室1202b的氣體供應(yīng)源的流速相對于連接到隔室1202a的氣體供應(yīng)源的流速可能要增加。因為與相應(yīng)的隔室1202a比較，隔室1202b中心的孔1201更加密集，從而氣體分配器1200能補(bǔ)償襯底113上的沉積薄膜的厚度不均勻性。應(yīng)該認(rèn)識到，每次連接到隔室1202a_b，1204a_b，1206a_b，1208a_b的第一套和第二套氣體供應(yīng)源的流速可能被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使得氣體分配器1200更好地保證沉積的襯底薄膜的厚度均勻性，從而有利于改進(jìn)在襯底上的沉積薄膜的質(zhì)量。圖13顯示了根據(jù)第二實施例的另一個氣體分配器1300。像前面的氣體分配器1200 一樣，氣體分配器1200的內(nèi)部被劃分成各種各樣的隔室1302a-b，1304a_b，1306a_b，1308a-b，不同的隔室1302a-b，1304a_b，1306a_b，1308a_b之間密封以防止流體連通。 使用中，各種各樣的隔室1302a_b，1304a_b，1306a_b，1308a_b連接到單獨的氣體供應(yīng)源以得到各種各樣氣體。具體地，隔室1302a-b接收第一反應(yīng)源氣體Gl，隔室1304a_b接收第二反應(yīng)源氣體G2，隔室1306a-b，1308a_b接收凈化氣體G3。更進(jìn)一步，兩種單獨的氣體供應(yīng)源集合被提供——第一種集合分別提供第一和第二反應(yīng)源氣體G1，G2和凈化氣體G3給隔室1302a，1304a, 1306a和1308a，第二種分別提供第一和第二反應(yīng)源氣體Gl和凈化氣體 G3 給隔室 1302b, 1304b, 1306b 和 1308b。不過，與以前的氣體分配器1200不同，目前的氣體分配器1300的隔室1302a_b，1304a-b有相同的內(nèi)部體積。隔室1306a-b和隔室1308a_b也有相同的體積。而且，在每個隔室1302a-b，1304a-b的底部的孔1301沒有平均分布。相反，與相應(yīng)隔室1302b，1304b的外部邊緣相比較，隔室1302a，1304a的外部邊緣的孔1301更加密集，與相應(yīng)隔室1302a，1304a的中心相比較，隔室1302b, 1304b的中心的孔1301也更加密集。如果沉積薄膜的厚度在它的中心比在外部邊緣時要厚，連接到隔室1302a的氣體供應(yīng)源的流速相對于連接到隔室1302b的氣體供應(yīng)源的流速可能要增加。因為與相應(yīng)的隔室1302b比較，隔室1302a外部邊緣的孔1301更加密集，從而氣體分配器1200能補(bǔ)償襯底113上的沉積薄膜的厚度不均勻性。然而，如果沉積薄膜的厚度在它外部邊緣比在中心時要厚，連接到隔室1302b的氣體供應(yīng)源的流速相對于連接到隔室1302a的氣體供應(yīng)源的流速可能要增加。因為與相應(yīng)的隔室1302a比較，隔室1302b中心的孔1301更加密集，從而氣體分配器1300能補(bǔ)償襯底113上的沉積薄膜的厚度不均勻性。應(yīng)該認(rèn)識到，每次連接到隔室1302a_b，1304a_b的第一和第二套氣體供應(yīng)源的流速可能被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使得氣體分配器1300更好地保證沉積的襯底薄膜的厚度均勻性，從而有利于改進(jìn)沉積薄膜的質(zhì)量。圖14說明了在圖I的MOCVD反應(yīng)室101所用的3個承受器1401。每個承受器1401攜帶多個襯底113并且在使用時旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)承受器1401，任何沉積在襯底113的薄膜的厚度差別可以被補(bǔ)償，從而改進(jìn)沉積薄膜的厚度均勻性。這更進(jìn)一步地改進(jìn)了沉積在襯底113上的薄膜的質(zhì)量。
應(yīng)該認(rèn)識到MOCVD反應(yīng)室101的組成部分的其他變化可能被包括并且沒有背離本發(fā)明的范圍和精神。例如，雖然在實施例被描述成每個旋轉(zhuǎn)器有4個彼此分離并且正交的葉片是有角度地排列在旋轉(zhuǎn)器軸轂周圍，但旋轉(zhuǎn)器的其他實施例可能改為只有一個葉片，或者有許多葉片。另外，雖然氮化鎵(GaN)已經(jīng)被描述成在襯底113的表面上沉積的薄膜材料，但形成第III/V族化合物組的其他材料比如砷化鎵(GaAs)或者形成第II/VI族化合物組的其他材料比如氧化鋅(ZnO)也可以被使用。而且，旋轉(zhuǎn)器的不同實施例和本專利描述的氣體分配器也可能被用在其他沉積技術(shù)中，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)，原子層沉積 (ALD)，以及氫化物氣相外延(HVPE)。
權(quán)利要求
1.一種利用反應(yīng)源氣體將薄膜沉積到襯底表面的裝置，所述裝置包括 支撐裝置被配置為容納所述襯底；和 旋轉(zhuǎn)器被放置于與所述支撐裝置相鄰，所述旋轉(zhuǎn)器包括 連接到發(fā)動機(jī)的軸轂；和 一個或多個連接到所述軸轂的葉片， 其中，所述一個或多個葉片是運(yùn)行著的以在一個平面上圍繞所述軸轂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述反應(yīng)源氣體流體流動，以便將所述反應(yīng)源氣體分布在所述襯底表面。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述一個或多個葉片中的每一個具有相對于所述平面以一個傾斜角傾斜的驅(qū)動面用于驅(qū)動所述反應(yīng)源氣體在所述襯底表面的分布。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述驅(qū)動面以不同的角度傾斜以形成扭結(jié)。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述一個或多個葉片中的每個都是螺旋槳。
5.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中， 所述軸轂包括一個軸轂入口，經(jīng)由所述軸轂入口所述反應(yīng)源氣體的一種被引入所述軸轂內(nèi)部，并且， 所述一個或多個葉片中的每一個包括一個葉片出口，經(jīng)由所述葉片出口所述反應(yīng)源氣體被從各自葉片內(nèi)部分配； 軸轂和葉片內(nèi)部相互流體連通。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述軸轂包括多個軸轂入口被配置用于接收一種或多種所述反應(yīng)源氣體。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述葉片出口被設(shè)置在各自葉片的后掾遠(yuǎn)離各自葉片旋轉(zhuǎn)方向。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，進(jìn)一步包括沿著所述一個或多個葉片的每一個的內(nèi)部長度設(shè)置的內(nèi)部分隔，其中所述內(nèi)部分隔定義了一個缺口，通過所述缺口，相應(yīng)的反應(yīng)源氣體在被從各自葉片內(nèi)部分配之前流動。
9.如權(quán)利要求5所述的裝置，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述軸轂內(nèi)部和所述一個或多個葉片的每一個的內(nèi)部的水槽，所述水槽用于在使用時冷卻所述旋轉(zhuǎn)器，并且具有一個水入口用于從水源接收水，和一個水出口用于排水。
10.如權(quán)利要求I所述的裝置，進(jìn)一步包括一個氣體分配器被放置于與所述旋轉(zhuǎn)器相鄰。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述氣體分配器被配置為將一種或多種凈化氣體引導(dǎo)至所述襯底表面。
12.一種作為權(quán)利要求I的裝置的旋轉(zhuǎn)器使用的裝置。
13.一種利用反應(yīng)源氣體將薄膜沉積到襯底表面的裝置，所述裝置包括 支撐裝置被配置為支撐所述襯底； 多套氣體供應(yīng)源，每套氣體供應(yīng)源被配置為提供所述反應(yīng)源氣體；和， 氣體分配器被配置用于將所述反應(yīng)源氣體引導(dǎo)至所述襯底表面，所述氣體分配器有多套隔室，每套隔室被配置用于從各自氣體供應(yīng)源接收所述反應(yīng)源氣體，并且每個隔室有孔，經(jīng)由所述孔接收的反應(yīng)源氣體從所述氣體分配器流向所述支撐裝置， 其中，所述多套氣體供應(yīng)源是運(yùn)行著的以便以可控流速提供至少一種反應(yīng)源氣體，所述氣體分配器的每個隔室的孔是均勻分布的，其中一套隔室與各自的其他套隔室相比，位于氣體分配器中心具有較大的體積，而在氣體分配器的邊緣具有較小的體積。
14.一種利用反應(yīng)源氣體將薄膜沉積到襯底表面的裝置，所述裝置包括 支撐裝置被配置為支撐所述襯底； 多套氣體供應(yīng)源，每套氣體供應(yīng)源被配置為提供所述反應(yīng)源氣體；和， 氣體分配器被配置用于將所述反應(yīng)源氣體引導(dǎo)至所述襯底表面，所述氣體分配器有多套隔室，每套隔室被配置用于從各自氣體供應(yīng)源接收所述反應(yīng)源氣體，并且每個隔室有孔，經(jīng)由所述孔接收的反應(yīng)源氣體從所述氣體分配器流向所述支撐裝置， 其中，所述多套氣體供應(yīng)源是運(yùn)行著的以便以可控流速提供至少一種反應(yīng)源氣體，所述多套隔室具有相同體積，并且其中一套隔室與各自其他套隔室相比，位于所述氣體分配器的中心具有較多孔，而在氣體分配器的邊緣具有較少孔。
全文摘要
一種利用反應(yīng)源氣體G1、G2將薄膜沉積到襯底113的表面的裝置101被公開。所述裝置101包括i)被配置為容納所述襯底的支撐設(shè)備111；和ii)被放置為與所述支撐裝置相鄰的旋轉(zhuǎn)器105。具體地，旋轉(zhuǎn)器105包括用于連接到發(fā)動機(jī)的軸轂106，一個或多個連接到軸轂106的葉片201。特殊地，所述一個或多個葉片201是運(yùn)行著的以在一個平面上圍繞軸轂旋轉(zhuǎn)以便驅(qū)動反應(yīng)源氣體G1、G2的流體流動，以便將所述反應(yīng)源氣體G1、G2分布在襯底113的表面。
文檔編號C23C16/455GK102817012SQ201210188760
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者柯定福, 黎子蘭, 丁佳培, 拉加萬德拉·拉溫德拉 申請人:先進(jìn)科技新加坡有限公司