化学汽相沉积设备制造技术

一种用于在基质的整个范围内汽相沉积均匀薄膜的化学汽相沉积设备。所述化学汽相沉积设备包括一个与外部隔绝并保持真空的反应室；一个旋转地安装于反应室内并放有至少一片基质的基座；和一个注射器，其包括独立形成的第一和第二气体通道，以及在各自入口处连接各自气体通道的用于将各自的第一和第二气体注射到基座上的第一和第二气体注射管，所述注射器可独立注射不同的气体。所述注射器进一步包括一个与第二气体通道相连接的气体注射部分，以便将第一和第二气体中仅作为非反应载气的第二气体的载气注射到基座的中心区域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学汽相沉积设备，特别是一种用于在基质整个表面上形成均匀薄膜的化学汽相沉积设备，其通过使不同种类的气体流保持平稳而在基质上汽化形成薄膜。
技术介绍
一般地，通过在作为原材料的基质上制造电路，反复进行扩散，成像，蚀刻和成膜等过程来制造半导体。在半导体的制作过程中，成膜过程就是在基质上汽相沉积形成一层所需厚度的薄膜的过程。汽相沉积的方法，包括化学汽相沉积、离子注射、金属汽相沉积以及类似的一些方法。作为化学汽相沉积方法之一，金属有机化学汽相沉积法就是利用热解和再反应在加热的基质上形成薄膜的方法。在金属有机化学汽相沉积法中，同时将一种第三族元素气体和氨气注入到一反应器中并进行热解和化学反应，因此在基质上就可生成一层氮化物薄膜。金属有机化学汽相沉积法具有易于成膜、维护方便、价格低廉以及精确可控的特点，因此得到广泛应用。如图1所示，传统的化学汽相沉积设备包括一个与外部隔绝并保持真空的反应室10，一个装有基质P并安装于反应室10中的基座20，和一个用于注入不同的气体以在基座20内的基质P上形成薄膜的气体注射器30。气体注射器30，包括用于注射第一种气体G1的第一气体注射管31，用于注射第二种气体G2的第二气体注射管32，以及如图中所示的由自上而下的水平隔断33，34和35形成的各自相互独立的通道，如第一气体通道36，第二气体通道37，和冷却剂通道38。为了沿各自的通道36和37注射第一种和第二种气体G1和G2，管状的第一气体注射管31和第二气体注射管32在长度上是不同的。将隔断33置于第一气体注射管31和第二气体注射管32的入口之间，以便将通道分成位于上边的第一气体通道36和位于下边的第二气体通道37。作为第一气体注射管31和第二气体注射管32的注射边，注射面35a和基座20的表面都是平的，并确定它们的位置以在其间形成相同的间隙。冷却剂通道38放在第二气体通道37的下面，并且有各自的气体注射管31和32穿过。按照传统的化学汽相沉积设备，第一和第二气体G1和G2流过由第一隔断33分隔的各自的气体通道36和37，并注射到由穿过第一和第二气体注射管31和32的基座20带动旋转的基质P上。同时，加热基质P，第一和第二气体G1和G2进行热解和再反应，在基质P上就形成了薄膜。另一方面，流过冷却剂通道380的冷却剂对注射器30的温度进行调节。如上所述，由于化学汽相沉积是通过第一和第二气体G1和G2在加热的基座20上进行热解和再反应的方式在基质P上形成薄膜的，因此气体的流速、密度和温度是密切相关的。另外，在薄膜的生长过程中，气体表现为层流，薄膜的生长速度随着反应气流速的增加和反应气体的密度(混合物的比例)增大而增加。由于必须控制上述的因素，因此传统的化学气相沉积设备具有以下缺点。由于气体注射面35a和基座20表面间存在间隙，而且单位面积的一定量的气体G1和G2注射到气体注射面35a上，因此中心区域的第一和第二气体G1和G2发生反应过程中靠近基座20中心区域21的基质P上的第一气体G1的密度是增加的，因而与中心区域21对应的基质P的厚度也是增加的，因此薄膜的厚度不均匀。如果想通过旋转基座20来提供均匀的厚度，那么基座20中心区域的相对速度低于其外部区域的相对速度。可用基座20的每分钟转速来调节相对速度间的差别。调节靠近中心区域21的基质P上的薄膜生长速度，使其接近于面对基座20外部区域的基质P上的生长速度，则可得到均匀的厚度。但从气体注射面35a的中心区域注射的第一和第二气体G1和G2在无基质P的中心区域21处发生反应，因此有副产物产生。副产物伴随气流一起通过置于基座20上的基质P。副产物阻碍了在基质P上的沉积，使得薄膜的厚度和质量变差，因此制备出质量差的半导体器件。相反本专利技术通过在中心区域21上使用用来只注射第二气体的喷头(见图2和3)，可消除基座20中心区域21上形成的副产物。另外，由于在其加热过程中基座20必须进行旋转，因此很难直接加热基座20的中心区域21。尽管可利用基座材料的热导性来加热基座20，但中心区域21的温度仍低于其外部区域。也就是说，很难在基座20的中心区域21上的基质P上进行薄膜的汽相沉积，结果导致反应气体的浪费。因此，调节注射气体的密度和基座20的每分钟转速可以使化学汽相沉积的条件得到优化，在此条件下用于化学汽相沉积的传统气体注射器就能得到均匀的薄膜。然而由于中心区域副产物的存在，厚度均匀性和薄膜质量的优化有一定的限度。进而，当为增强高质量薄膜的生产能力在同一过程中在数以十计的基质P上生长薄膜时，可以获得均匀的薄膜。但由于副产物随着气体量的增加而增加，因此几乎不可能实现半导体的高生产能力和高质量。相反，依照本专利技术的气体注射器从其中心部分注射气体以脱除在基座20的中心区域产生的副产物。因此可得到高质量的薄膜。另外，由于气体注射表面34和基座20的对应面都是平的，所以向基座20的中心区域注射的气体就表现为滞流，因此基质上的反应气体被阻碍而不能形成层流，所以反应后的气体无法沉积在基质P上。而本专利技术中的气体注射器(见图4)和基座(见图5)能在基座中心区域使滞流最小化，因而可增强基座20整个区域内的气流。图7a和7b给出用传统的化学汽相沉积设备沉积的薄膜的厚度和波长PL数据。在图中，薄膜的平均厚度为3.057μm，最小厚度为2.991μm，最大厚度为3.302μm，因此其间存在较大的差异。同时厚度的标准误差为2.11％，这对于商业化薄膜的生产来讲是很不利的。对于波长数据，最小波长为477.7nm，最大波长为492.0nm，波长的标准误差为3.671nm。由于在整个基质上的厚度不均匀，因此波长也不一致，薄膜的厚度不能达到商业化薄膜的要求。
技术实现思路
因此，本专利技术是针对以上问题而提出的，本专利技术的目的是提供一种化学汽相沉积设备，该设备具有一个用于从其中心部分注射单一气体的气体注射器，用以消除在基座中心区域产生的副产物，并提高薄膜厚度的均匀性及薄膜的质量。本专利技术的另一个目的是提供一种化学汽相沉积设备，该设备通过向基质上仅注射反应气体来降低基质整个区域上的气体密度(混合物的比例)间的差异，能够提高薄膜厚度的均匀性。本专利技术的另一个目的是提供一种化学汽相沉积设备，该设备通过消除在不需要反应的区域产生的滞流能在基座的整个区域上形成气体的层流，所述不需要反应的区域指从化学汽相沉积设备的气体注射器的中心区域到基座的中心区域的部分。与本专利技术的目的一致，上述和其他的目的可通过提供一种化学汽相沉积设备来实现，所述设备包括一个与外部隔绝并保持真空的反应室；一个旋转地安装于反应室内并放有至少一片基质的基座；和一个注射器，其包括独立形成的第一和第二气体通道，以及在各自入口处连接各自气体通道的用于将各自的第一和第二气体注入到基座上的第一和第二气体注射管，所述注射器独立地注射不同气体，其中一个对应于基座中心区域的部分仅安装有第二气体注射管，因此仅将第一和第二气体中作为非反应载气的第二气体注射到基座的中心区域。与本专利技术的另一目的一致，提供了一种化学汽相沉积设备，该设备包括一个与外部隔绝并保持真空的反应室，一个旋转地安装于反应室内并放有至少一片基质的基座，和一个注射器，其包括独立形成的第一和第二气体通道，以及在各自入口处连接各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学汽相沉积设备，包括：一个与外部隔绝并保持真空的反应室；一个旋转地安装于反应室内并放有至少一片基质的基座；和一个注射器，其包括独立形成的第一和第二气体通道，以及在各自入口处连接各自气体通道的用于将各自的第一和第 二气体注射到基座上的第一和第二气体注射管，所述注射器独立地注射不同的气体；其中对应于基座的中心区域的部分仅安装有第二气体注射管，使得仅将第一和第二气体中作为非反应载气的第二气体注射到基座的中心区域。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李京夏，金商喆，丁途日，朴玄洙，
申请(专利权)人：次世设备有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]