用于化学蒸气淀积反应器的气体喷射装置制造方法及图纸

化学蒸气淀积反应器，包括独立的反应室和压力室。反应室包容在压力室中，将作业气体与压力室隔绝。还包括气体喷射装置，它对作业气体进行预热，并使扩散后的作业气体穿过反应室的底面，以大致垂直的方向喷射到反应室中。气体喷射装置还使氢气或其它适当的气体穿过反应室的底面，以垂直的方向喷射到反应室中。氢气或其它适当气体的气流使作业气体的气流转向为平行于晶片的顶面。这样，减小了作业气体引入长度和在反应室表面上的不利淀积。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请是同一申请人于1996年8月7日提交的、系列号为08/693,721和代理登记号为M-4342 US的美国专利申请的后续申请；本申请还涉及到同一申请人于1996年8月7日提交的、系列号为08/694,001和代理登记号为M-3829 US的美国专利申请，其名称为“具有位于隔绝室中的热反应室的化学蒸气淀积反应器”。本专利技术涉及到化学蒸气淀积反应室，更具体地，涉及到单晶片多腔室的化学蒸气淀积(以下简称CVD)系统。在集成电路制造中面临的不断挑战是要将晶片维持在一个恒定和均匀的温度中，以使厚度和阻抗都均匀的各种薄层(例如，外延层，多晶硅层等)可以淀积在晶片上面。在一个通常的辐射加热的“热”壁CVD反应器中，晶片被放置到一个石英容器中。当容器和其中的晶片被设置在容器外面的加热灯所加热时，作业气体或称为反应气体被泵入到容器中，以便淀积到晶片上。热壁CVD反应器，例如上面提到的那种，具有许多对其效率、可靠性和性能都有负面影响的局限性。对于单晶片的CVD装置，包括那些专门用于淀积外延层和多晶硅层的装置，生产率是一个重要的考虑因素。提高这类CVD装置生产率的最大障碍似乎在于，每个晶片加工之后都需要时间来清理腔室的壁。对辐射加热的石英CVD的腔室壁进行清理是必不可缺的，这是因为，作业气体不仅淀积在晶片上，而且还淀积在腔室壁上。在室壁上形成的生成膜吸收了由加热灯发出的一部分辐射能，因而升高了室壁的局部温度。其结果是，作业气体以更快的速度淀积在腔室壁上，从而产生“雪球”效应。因此在辐射加热的CVD反应室中，关键的是要使腔壁小心保持清洁。这就要求经常对室壁进行清蚀，有时甚至是每次加工之后都要清洗。在淀积了外延层之后，清理室壁通常要用2～3.5分钟；而当淀积了用于封闭硅晶片背面的多晶硅层之后，清理室壁的时间则长达1小时。这么长的时间是因为清洗剂相对于腔室热壁(该热壁被设计用来传热)的流速非常缓慢。由于热壁CVD装置的一个完整工作周期在5～10分钟之间，而壁的清理就占了工作周期的很大部分。影响这类CVD反应器生产率的另一个因素是作业气体的淀积速度。针对淀积速度而优化设计的反应室可以将单晶片所需的淀积时间降低25％。此外，加热灯的失效(以及相应的维护)，以及这类CVD装置的石英腔壁所需的湿洗都对其可靠性和工作时间造成不利的影响。应当注意，湿洗需要拆开CVD装置，以便将石英壁浸入到湿洗池中。晶片的温度控制对于获得均匀的淀积层是必不可缺的。在上面所述的用灯加热的装置中，作业气体在室壁上的淀积可能发生在每一次加工的过程之中，因而会影响每次加工中的温度均匀性。因此，为防止由于作业气体在室壁上淀积的不均匀性而在每次加工晶片之后清洗室壁，可能是无效的。由于晶片辐射性的变化，在整个晶片上实现恒定和均匀的温度也是难以做到的。由于晶片的辐射性一方面取决于晶片的表面材料，另一方面取决于温度，因而精确地校定一个反应器使晶片达到恒定和均匀的温度，可能是困难的。优化的CVD装置应当能够在大气压以及低压下工作。低压操作要求反应器有一个能够承受低压工作环境下的物理应力的腔室，即要求有一个真空室。另一方面，晶片加工的优化设计可能要求具有很扁的形状的作业气体的流动通道。这种扁的形状有助于流过晶片的作业气体达到最大流速，同时减小了物质传递的边界层，从而优化了作业气体的流动特性。除了具有扁形状之外，优化设计的作业室通常还具有简单的非回旋状的表面，以便减少涡流和逆流，减少可能会促使室壁淀积的死点，以及使得用来清洗腔室壁的清洗气体能够迅速地到达室壁。遗憾的是，这种平顶的石英或石墨的反应室一般不易承受在其壁的两边的压力差。能够承受这种压力差的腔室通常是套锤形的，例如钟形，或者是球形结构。从而不仅破坏了作业气体在整个晶片表面上的最佳流动特性，而且还不利于对腔室壁进行有效清洗。另一措施是在腔室壁上设置增强构件。遗憾的是，这些构件阻碍了辐射能量向晶片的均匀传递。结果，为了提高结构整体性，适合于负压工作的单室的CVD设计通常牺牲了某些作业条件，例如作业气体的流动性或热均匀性。本专利技术所提出的CVD反应器克服了上述的问题。根据本专利技术，一种化学蒸气淀积反应器，包括一个包含在压力容器中的反应室，这里的压力容器和反应室是为各自的预定目的而专门设计的。在一个实施例中，压力容器是钟罩形的，以便承受壁两侧的压力差，反应室中的压力与压力容器中的压力相等。反应室中容纳着待加工的晶片，且反应室自身又被完全容纳在压力容器中，于是反应室不必设计成能够承受其壁两侧的压力。相应地，反应室是为了优化反应室中的作业气体或称反应气体的流动特性，以及清洁气体和清洗气体的流动特性而专门设计的。在一些实施例中，反应室是平行板形状的，这样的反应室在垂直于晶片表面的方向上只有很小的高度尺寸。反应室基本上与压力容器相隔绝。这样，反应室中的作业气体就不能与压力容器的壁相接触。在一个实施例中，这种隔绝是通过在压力容器与反应室之间的一个空间中维持稍高于反应室中气压的气压而实现的。通过对该空间中的气体加以选择，使它既不会淀积在压力容器的壁上，也不会与壁相互反应。通过这种方式防止作业气体淀积在压力容器的壁上。在某些实施例中，反应室近似于一个封闭着晶片的黑体空腔，从而能够通过测定反应室室壁的温度而确定出晶片的温度。在某些实施例中，反应室是由位于压力容器外周上的射频感应线圈来加热的。由线圈产生的射频(RF)能量穿过压力容器的石英壁到达一个石墨加热元件(反应室)以加热晶片。甚至在某些实施例中，其中的反应室室壁上形成有很薄的一层硅层，射频能量也能够穿过这种石英壁。因此，向晶片的热传递不再与反应室室壁上淀积层的厚度相关。在另一些实施例中，一个接受器用来保持住晶片，位于该接受器下方的一些射频感应线圈对晶片和晶片附近的反应器元件进行加热。因此，当作业气体在进入反应室之前穿过这些元件时，作业气体即被预热。与采用冷气体进行淀积相比，采用预热过的气体能够获得更均匀的淀积。此外，通过一些独立的槽将作业气体，以及为作业气体在反应室中的流动进行导向的输送气体，喷射到反应室中。通过调整各类气体的流速，就可以更好地控制整个晶片上的淀积速度，以提高淀积的均匀性。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的CVD反应器的横截面图，其中的接受器位于其下部位置，以便能够装载晶片。图2是图1的CVD反应器在图1垂直方向中的横截面图，其中的接受器位于升高后的位置，以便加工晶片。图3A和3B是根据本专利技术一些实施例的晶片接受器的横截面图。图4是根据本专利技术的作业气体喷射装置的横截面图。图5和图6是图1、图2反应器的相应元件25、26的顶视图。图7是图4中扩散板28b的顶视图。图8是表示图7的扩散板在外延厚度上的效果的曲线。图9是反应器10的横截面图，表示了反应器中10的气体流型特征。图10和图11表示的是，在根据本专利技术实施例所加工的晶片上，作为位置的函数的计算淀积率。图12和13是曲线图，表示了在外延厚度上作业气体的流速变化的效果。图14是根据本专利技术的另一个实施例的沿圆柱形反应器轴线的截面视图。图15是沿图14反应器直径的横截面图。在不同的附图中，采用相同的参考标号来表示相同或相似的元件。下面结合在晶片上淀积外延层的实施例讨论本专利技术实施例的工作过程。然而应当理解，本专利技术的诸本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于向加工晶片的反应室中喷射一种或多种作业气体的喷射装置，所述的气体喷射装置包括： 在所述反应室的底面的第一部分上成形的一个或多个第一槽；以及 在所述反应室的底面的第二部分上成形的一个或多个第二槽，所述的一个或多个第二槽位于一个或多个第一槽和反应室的侧壁之间； 其特征在于，第一气体穿过所述的一个或多个第二槽，沿着朝向晶片的方向被喷入到所述反应室中；所述的一种或多种作业气体穿过所述的一个或多个第一槽被喷入到所述反应室中，所述的第一气体用于使所述的一种或多种作业气体转向为基本平行于晶片表面的流型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫H麦克利什，罗伯特D梅尔霍，马海什K桑加尼里亚，德尔索拉尔苏尔里兹，
申请(专利权)人：康塞普特系统设计公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]