多級(jí)噴淋頭設(shè)計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方式大體上提供一種由緊固在一起的多個(gè)板所制成的噴淋頭組件。所述噴淋頭組件包括氣體歧管，所述氣體歧管由頂板與中間板界定，且所述噴淋頭組件還包括分流板，所述分流板由中間板與熱交換底板界定。第一處理氣體進(jìn)入氣體歧管，并且由分流板分流通過底板。第二氣體進(jìn)入氣體歧管，并且由分流板分流通過底板，如此使得第一氣體與第二氣體不會(huì)在離開噴淋頭之前混合。一個(gè)實(shí)施方式中，可以于不同的流量和/或壓力下分配第一處理氣體通過噴淋頭的中央?yún)^(qū)域與外側(cè)區(qū)域。此外，可以于不同的流量和/或壓力下分配第二處理氣體通過噴淋頭的中央?yún)^(qū)域與外側(cè)區(qū)域。
【專利說明】多級(jí)噴淋頭設(shè)計(jì)
[0001]發(fā)明背景【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的實(shí)施方式大體上涉及襯底上的化學(xué)氣相沉積(CVD)所用的設(shè)備與方法，且尤其涉及一種噴淋頭組件，所述噴淋頭組件由緊固在一起的多個(gè)板所制成，所述多個(gè)板用于遞送多個(gè)前驅(qū)物通過所述板而不至于使多個(gè)前驅(qū)物在離開所述噴淋頭前混合。
【背景技術(shù)】
[0003]II1-V族膜在開發(fā)與制造各種半導(dǎo)體元件上日益重要，這些半導(dǎo)體元件是諸如短波長(zhǎng)發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)，以及包括高功率、高頻率、高溫晶體管及集成電路的電子裝置。例如，短波長(zhǎng)(例如藍(lán)/綠光至紫外光)的LED是通過使用III族氮化物半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)所制造。已觀察到，相較于使用非氮化物半導(dǎo)體材料(諸如I1-VI族材料)制造的短波長(zhǎng)LED，使用GaN制造的短波長(zhǎng)LED可提供顯著更高的效能與更長(zhǎng)的操作壽命。
[0004]已用于沉積III族氮化物(諸如GaN)的一種方法是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)0此化學(xué)氣相沉積方法通常是在具有溫控環(huán)境的反應(yīng)器中執(zhí)行，以確保第一前驅(qū)物氣體的穩(wěn)定度，所述第一前驅(qū)物氣體含有至少一種來(lái)自III族的元素，諸如鎵(Ga)。第二前驅(qū)物氣體(諸如氨(NH3))提供形成III族氮化物所需的氮。所述兩種前驅(qū)物氣體注入反應(yīng)器內(nèi)的處理區(qū)，在該處所述兩種前驅(qū)物氣體混合并且朝向處理區(qū)中被加熱的襯底移動(dòng)。載氣可用于幫助前驅(qū)物氣體朝襯底輸送。前驅(qū)物在被加熱的襯底的表面處反應(yīng)而在襯底表面上形成III族氮化物層，諸如GaN。膜的品質(zhì)部分取決于沉積的均勻度，而沉積的均勻度進(jìn)而取決于前驅(qū)物于遍及襯底上的均勻溫度下在整個(gè)襯底上的均勻混合。
[0005]多個(gè)襯底可排列在襯底載體上，且每一個(gè)襯底可具有一直徑，所述直徑范圍從50mm至IOOmm或更大。在更大型襯底和/或更多襯底上以及較大沉積區(qū)域上均勻混合前驅(qū)物是增加產(chǎn)率及產(chǎn)量所期望的。這些因子是重要的，因?yàn)檫@些因子直接影響生產(chǎn)電子元件的成本，因而影響設(shè)備制造商在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。
[0006]前驅(qū)物氣體與熱硬體部件的交互作用經(jīng)?？梢娪贚ED或LD形成反應(yīng)器的處理區(qū)中，所述交互作用通常引發(fā)前驅(qū)物裂解并且沉積在這些熱表面上。一般而言，熱反應(yīng)器表面是由來(lái)自用于加熱襯底的熱源的輻射所形成。前驅(qū)物材料在熱表面上的沉積在發(fā)生于前驅(qū)物分配部件(諸如氣體分配裝置)中或所述部件上時(shí)會(huì)特別有問題。前驅(qū)物分配部件上的沉積隨時(shí)間影響流動(dòng)分配的均勻性。因此，氣體分配裝置可在沉積工藝期間冷卻，從而減少M(fèi)OCVD前驅(qū)物或HVPE前驅(qū)物被加熱到一溫度的可能性，所述溫度引發(fā)這些前驅(qū)物裂解且影響氣體分配裝置性能。
[0007]當(dāng)期望的沉積面積增加，傳統(tǒng)的氣體分配裝置(配置成遞送多種處理氣體給襯底)的尺寸與復(fù)雜度增加，造成制造與輸送成本顯著增加。例如，在多個(gè)前驅(qū)物氣體分配裝置中，多個(gè)歧管與氣體通路可形成于許多大型板中，這些大型板隨后堆迭并且永久地附接以形成多個(gè)前驅(qū)物氣體分配裝置。當(dāng)氣體分配裝置增加至覆蓋I平方米以上的沉積區(qū)域且氣體分配通路數(shù)在數(shù)量上超過5000個(gè)時(shí)，制造這些裝置的復(fù)雜度與成本急劇增加。因此需要一種改良的氣體分配裝置，以提供后續(xù)沉積于更大型襯底與更大的沉積區(qū)域上的膜的改良的均勻度，同時(shí)減少氣體分配裝置的復(fù)雜度與制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，一種噴淋頭組件包含:第一板；第二板，耦接所述第一板以形成氣體歧管；第三板，耦接所述第二板并且具有一或多個(gè)溫度控制通道，所述一或多個(gè)溫度控制通道配置在所述第三板中；以及第四板，配置在所述第二板與所述第三板之間。所述第三板具有多個(gè)第一氣體通路以及多個(gè)第二氣體通路，所述氣體通路被形成為穿過所述第三板。所述第四板具有多個(gè)通道，所述通道形成于所述第四板中并且流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第二氣體通路，且所述第四板具有多個(gè)氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第四板并且將所述氣體歧管流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第一氣體通路。
[0009]另一實(shí)施方式中，一種噴淋頭組件包含:第一板；第二板，稱接所述第一板以形成多個(gè)氣體歧管；第三板，耦接所述第二板并且具有一或多個(gè)溫度控制通道，所述一或多個(gè)溫度控制通道配置在所述第三板中；以及第四板，配置在所述第二板與所述第三板之間。所述第三板具有多個(gè)第一氣體通路以及多個(gè)第二氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第三板。所述第四板具有多個(gè)通道，所述通道形成于所述第四板中并且流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第二氣體通路。所述第四板具有多個(gè)氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第四板并且將所述多個(gè)氣體歧管流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第一氣體通路。
[0010]又一實(shí)施方式中，一種噴淋頭組件包含:第一板；第二板，稱接所述第一板以形成第一氣體歧管與第二氣體歧管；第三板，耦接所述第二板并且具有配置在所述第三板中的一或多個(gè)溫度控制通道；以及第四板，配置在所述第二板與所述第三板之間。所述第三板具有多個(gè)第一氣體通路以及多個(gè)第二氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第三板。所述第四板具有多個(gè)通道，所述通道形成于所述第四板中并且流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第二氣體通路。所述第四板具有多個(gè)氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第四板并且流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第一氣體通路。所述第四板具有一或多個(gè)壁，所述一或多個(gè)壁將所述多個(gè)通道與所述多個(gè)氣體通路分隔成第一區(qū)域與第二區(qū)域。所述第一區(qū)域中的所述多個(gè)氣體通路流體連通式耦接所述第一氣體歧管，且所述第二區(qū)域中的所述多個(gè)氣體通路流體連通式耦接所述第二氣體歧管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]通過參考實(shí)施方式(一些實(shí)施方式于附圖中說明)，可獲得上述簡(jiǎn)要總結(jié)的本發(fā)明之更特定的描述，而能夠詳細(xì)地了解本發(fā)明的上述特征。然而應(yīng)注意，附圖僅說明本發(fā)明的典型實(shí)施方式，而不應(yīng)將附圖視為限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等效實(shí)施方式。
[0012]圖1是一示意平面圖，所述平面圖圖示根據(jù)這里所述實(shí)施方式的處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)用于制造復(fù)合式氮化物半導(dǎo)體元件。
[0013]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的處理腔室之示意剖面圖。
[0014]圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的噴淋頭的示意剖面圖。
[0015]圖3B是圖3A中所示的中間板的示意頂視圖。
[0016]圖3C是圖3A中所示的分流板的示意頂視圖。
[0017]圖4A是根據(jù)另一實(shí)施方式的噴淋頭的示意剖面圖。
[0018]圖4B是圖4A中所示的中間板的示意頂視圖。
[0019]圖4C是圖4A中所示的底板的示意頂視圖。
[0020]圖4D是圖4A中所示的分流板的示意頂視圖。
[0021]圖5是圖3A至3C中所繪的噴淋頭的正交分解圖。
[0022]圖6是圖4A至4D中所繪的噴淋頭的正交分解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的實(shí)施方式大體上提供一種方法與設(shè)備，所述方法與設(shè)備可用于通過分別提供多個(gè)前驅(qū)物氣體進(jìn)入處理腔室的處理區(qū)域進(jìn)行膜沉積。所述設(shè)備通常是由多個(gè)緊固在一起的板所制成的噴淋頭組件。所述噴淋頭組件包括氣體歧管與分流板，所述氣體歧管由頂板與中間板結(jié)合，而所述分流板由中間板與熱交換底板結(jié)合。第一處理氣體進(jìn)入氣體歧管，并且第一處理氣體被分流板分流通過底板。第二氣體進(jìn)入氣體歧管，并且第二氣體被分流板分流通過底板，使得所述第一氣體與第二氣體不會(huì)在離開噴淋頭前混合。一個(gè)實(shí)施方式中，第一處理氣體在不同的流量(flow rate)及/或壓力下被分配通過噴淋頭的中央?yún)^(qū)域與外側(cè)區(qū)域。此外，第二處理氣體可在不同的流量及/或壓力下被分配通過噴淋頭的中央?yún)^(qū)域與外側(cè)區(qū)域。
[0024]圖1是一示意平面圖，所述平面圖圖示根據(jù)這里所述實(shí)施方式的處理系統(tǒng)100，所述處理系統(tǒng)100包括用于制造半導(dǎo)體元件的一或多個(gè)處理腔室102。處理系統(tǒng)100包含傳輸腔室106、與傳輸腔室106耦接的處理腔室102、與傳輸腔室106耦接的裝載鎖定腔室108、用于儲(chǔ)存襯底且與傳輸腔室106耦接的批次裝載鎖定腔室109，以及用于儲(chǔ)存襯底且與裝載鎖定腔室108耦接的裝載站110。傳輸腔室106容納機(jī)械手組件(未圖示)，可操作所述機(jī)械手組件在裝載鎖定腔室108與處理腔室102之間拾起與傳輸襯底。也可操作機(jī)械手組件以從處理腔室102或裝載鎖定腔室108傳輸襯底到批次裝載鎖定腔室，以將襯底儲(chǔ)存于處理系統(tǒng)100的真空環(huán)境中。盡管圖中圖示單一處理腔室102，也可將多于一個(gè)處理腔室102與傳輸腔室106耦接。處理腔室102可以是MOCVD腔室或HVPE腔室。此外，盡管圖中圖示組合工具(cluster tool)，然而也可使用線性軌道系統(tǒng)執(zhí)行這里所述的實(shí)施方式。
[0025]在處理系統(tǒng)100中，機(jī)械手組件(未圖示)將裝有襯底的襯底載板112傳輸進(jìn)入處理腔室102以進(jìn)行沉積。在一些或所有沉積步驟已完成后，襯底載板112從處理腔室102通過機(jī)械手傳輸回到裝載鎖定腔室108。襯底載板112可隨后被傳輸?shù)窖b載站110。襯底載板112在進(jìn)一步于MOCVD腔室102中處理之前，可儲(chǔ)存在裝載鎖定腔室108或批次裝載鎖定腔室109中。
[0026]每一處理腔室102大體上包括處理腔室主體150，所述處理腔室主體150包圍襯底上經(jīng)定位而進(jìn)行處理的處理區(qū)域。每一處理腔室102進(jìn)一步包括化學(xué)物質(zhì)遞送模塊152，氣體前驅(qū)物從所述化學(xué)物質(zhì)遞送模塊152被遞送到腔室主體150，每一處理腔室102還進(jìn)一步包括電模塊154,所述電模塊154包括用于各處理腔室102的電系統(tǒng)。
[0027]系統(tǒng)控制器160控制處理系統(tǒng)100的活動(dòng)和操作參數(shù)。系統(tǒng)控制器160包括計(jì)算機(jī)處理器和與處理器耦接的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器。處理器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，諸如儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)程序。
[0028]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的處理腔室102之示意剖面圖。處理腔室102包括腔室主體202，所述腔室主體202具有噴淋頭組件201以及下圓頂(dome) 219，所述噴淋頭組件210配置在腔室102的上端，而所述下圓頂219配置在腔室102的下端。噴淋頭組件201的內(nèi)部細(xì)節(jié)顯示于圖3A-3C與圖4A-4D中，并且針對(duì)這些圖來(lái)討論所述內(nèi)部細(xì)節(jié)。
[0029]襯底支撐件214配置在腔室主體202內(nèi)，使得處理空間208界定在襯底支撐件214、噴淋頭組件201，以及腔室主體202的壁之間?；瘜W(xué)物質(zhì)遞送模塊203耦接噴淋頭組件201以遞送前驅(qū)物氣體、載氣、清潔氣體和/或凈化氣體至處理空間208。此外，熱交換系統(tǒng)270耦接噴淋頭組件201用于使熱交換流體流過噴淋頭組件201以助于調(diào)節(jié)噴淋頭組件201的溫度。
[0030]遠(yuǎn)程等離子體源226可耦接在化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203與噴淋頭組件201之間?？蓪⑶鍧崒?dǎo)管204配置成穿過噴淋頭組件201，以遞送清潔氣體至處理空間208。示范性的清潔氣體是含氯氣體、含氟氣體、含碘氣體、含溴氣體、含氮?dú)怏w，和/或其他反應(yīng)性氣體。真空系統(tǒng)212耦接腔室主體202，用以排空處理空間208。處理期間，襯底載板112在處理空間208內(nèi)定位于襯底支撐件214上。致動(dòng)器組件275附接襯底支撐件214，并且所述致動(dòng)器組件275配置成將襯底支撐件214在處理位置與裝載位置之間朝向噴淋頭組件201或遠(yuǎn)離噴淋頭組件201移動(dòng)。此外，致動(dòng)器組件可配置成在處理期間繞中央軸線“CA”旋轉(zhuǎn)襯底支撐件214。在處理期間，從噴淋頭組件201與處理空間208相鄰的表面至襯底載板112的距離優(yōu)選為從約4mm至約41mm的范圍。某些實(shí)施方式中，襯底支撐件214具有加熱組件(例如電阻式加熱組件，未圖示)，所述加熱組件配置在所述襯底支撐件214中并且配置成控制襯底支撐件214的溫度，于是也控制定位在襯底支撐件214上的襯底載板112以及定位在襯底載板112上的襯底240的溫度。
[0031]下部空間210界定在襯底支撐件214與下圓頂219之間。圖中顯示襯底支撐件214在升高的處理位置處支撐襯底載板112，但襯底支撐件214可以移動(dòng)到下方的位置裝載與卸載例如襯底載板112以及襯底240。排氣環(huán)220可配置在襯底載板112的周邊周圍，以助于防止沉積發(fā)生在下圓頂219上，并且也幫助直接從腔室102排放氣體至排氣通口 209。下圓頂219可由透明材料制成(諸如高純度石英)，以使光得以通過而用于輻射加熱襯底240。輻射加熱可由多盞內(nèi)側(cè)燈221A與外側(cè)燈221B提供，所述燈配置在下圓頂219下方。反射器266可用于幫助控制腔室102對(duì)輻射能量(由內(nèi)側(cè)燈22IA與外側(cè)燈22IB提供)的暴露。也可使用額外的燈環(huán)(未圖示)對(duì)襯底240進(jìn)行更細(xì)微的溫度控制。
[0032]可從化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203通過凈化氣體管283遞送凈化氣體，所述凈化氣體管283配置在腔室主體202的底部附近。凈化氣體進(jìn)入腔室102的下部空間210，并且凈化氣體向上流動(dòng)經(jīng)過襯底載板112以及排氣環(huán)220進(jìn)入多個(gè)排氣通口 209，所述排氣通口 209配置在環(huán)狀排氣通道205周圍。凈化氣體在襯底支撐件214與排氣環(huán)220之間的向上流動(dòng)有助于防止沉積氣體進(jìn)入下部空間210并且防止膜沉積在下圓頂219的表面上。[0033]如前文所記載，化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203供應(yīng)化學(xué)物質(zhì)至處理腔室102?？赏ㄟ^供應(yīng)線路從化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203遞送反應(yīng)性氣體(例如前驅(qū)物氣體)、載氣、凈化氣體與清潔氣體且進(jìn)入腔室102。大體上，用于每一氣體的供應(yīng)線路包括關(guān)閉閥，所述關(guān)閉閥可用于自動(dòng)或手動(dòng)關(guān)閉進(jìn)入所述閥的聯(lián)結(jié)線路的氣流，所述供應(yīng)線路還包括質(zhì)量流量控制器或其他類型的控制器，所述控制器測(cè)量通過供應(yīng)線路的氣體或液體的流量。用于每一氣體的供應(yīng)線路也包括濃度監(jiān)視器，所述濃度監(jiān)視器用于監(jiān)視前驅(qū)物濃度并且提供實(shí)時(shí)的反饋?？砂硥赫{(diào)節(jié)器(back pressure regulator)以控制前驅(qū)物氣體濃度。閥切換控制件可用在快速且準(zhǔn)確的閥切換能力上。氣體線路中的濕度傳感器測(cè)量水位并且所述濕度傳感器可提供反饋至系統(tǒng)軟件，進(jìn)而可提供警告/警報(bào)給操作者。氣體線路也可被加熱以防止前驅(qū)物與清潔氣體冷凝在供應(yīng)線路中。
[0034]圖3A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的噴淋頭201的示意剖面圖。圖5是第3A圖中所繪的噴淋頭201的示意正交分解圖。噴淋頭組件201包括耦接中間板320的頂板310。底板330配置在中間板320下方。頂板310可以是鋁或不銹鋼板，所述板具有穿過所述板形成的一或多個(gè)氣體入口 304，以遞送第一處理氣體進(jìn)入氣體歧管325，所述氣體歧管325形成在頂板310與中間板320之間。圖3B是圖3A中所示的中間板320的頂視圖。中間板320可以是鋁或不銹鋼板，所述板具有形成于所述板中的井322以及穿過所述板形成的多個(gè)氣體通路324。如圖所示，多個(gè)氣體通路324可排列成多個(gè)列。可通過將頂板310耦接中間板320而形成歧管325，所述耦接通過使用多個(gè)螺釘312或其他適合的緊固件接合中間板320中的盲孔314而完成。頂板310與中間板320的嚙合表面可經(jīng)切削以使得當(dāng)所述頂板310與中間板320附接時(shí)，在頂板310與中間板320之間維持金屬對(duì)金屬的密封，如此以使得進(jìn)入歧管325的流體繞著噴淋頭組件201的周邊受到密封?；蛘?，使用其他的密封手段維持流體密封,諸如使用O形環(huán)。
[0035]可由化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203將第一處理氣體通過一或多個(gè)氣體入口 304遞送進(jìn)入氣體歧管325。第一處理氣體在歧管325中混合，并且第一處理氣體通過多個(gè)氣體通路324離開歧管325。一個(gè)范例中，第一處理氣體是金屬有機(jī)前驅(qū)物，諸如適合的鎵(Ga)前驅(qū)物、適合的鋁前驅(qū)物，或適合的銦(In)前驅(qū)物，所述鎵(Ga)前驅(qū)物例如是三甲基鎵(TMG)、三乙基鎵(TEG)，所述鋁前驅(qū)物例如是三甲基鋁(TMA)，而所述銦(In)前驅(qū)物例如是三甲基銦(TMI)。
[0036]如圖3A所繪，底板330包括耦接第二板334的第一板332，所述第二板334具有形成在所述第二板中的井336。第一板332可以是鋁或不銹鋼板，所述板具有多個(gè)穿過所述板形成的孔333。第二板334可以是鋁或不銹鋼板，所述板具有多個(gè)穿過所述板形成的孔335，每一孔335對(duì)齊相應(yīng)的孔333。如圖所示，孔333、335可排列成多個(gè)列。多個(gè)導(dǎo)管338配置在每對(duì)對(duì)齊的孔333、335內(nèi)，并且多個(gè)導(dǎo)管338耦接第一板332與第二板334，所述率禹接例如通過銅焊(brazing)或焊接(welding)完成。第一板332與第二板334通過例如銅焊或焊接而耦接在一起，使得單一通道337 (有導(dǎo)管338通過所述單一通道337)形成于第一板332與第二板334之間，并且繞噴淋頭組件201的周邊受到密封。此外，一或多個(gè)流體入口 331與流體出口 339形成于底板330中，所述入口與出口以流體連通方式將通道337耦接熱交換系統(tǒng)270的入口與出口。
[0037]熱交換流體可從熱交換系統(tǒng)270通過一或多個(gè)流體入口 331被遞送進(jìn)入通道337。熱交換流體隨后通過環(huán)繞導(dǎo)管338的通道337循環(huán)。熱交換流體隨后通過一或多個(gè)流體出口 339離開通道337，并且回到熱交換系統(tǒng)270。適合的熱交換流體包括水、以水為基礎(chǔ)的乙二醇混合物、全氟聚醚(perf Iuoropolyether,例如GALDEN__il體)、以油為基礎(chǔ)的熱交換流體，或類似流體，但不以此為限。
[0038]噴淋頭201進(jìn)一步包括分流板340，所述分流板340配置在中間板320與底板330之間。分流板340大體上維持流過噴淋頭201的兩個(gè)單獨(dú)的氣體之間的隔離。圖3C是圖3A中所示的分流板340的頂視圖。分流板340可以由聚合物材料或金屬制成，所述聚合物材料例如為聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙烯橡膠(FEP)、聚偏氟乙烯(PFDF)、聚乙烯(PE)，所述金屬諸如為鋁或不銹鋼。分流板340包括多個(gè)第一氣體通路342以及許多導(dǎo)管338，所述多個(gè)第一氣體通路342配置成穿過所述分流板340并且對(duì)齊氣體通路324。如圖所示，第一氣體通路342可對(duì)齊成多個(gè)列而與中間板320中的所述多個(gè)列的氣體通路324匹配。所述多個(gè)列的第一氣體通路342可進(jìn)一步與每隔一列(alternate row)的導(dǎo)管338對(duì)齊。
[0039]另外，通道344形成于分流板340中介于相鄰列的第一氣體通路342之間。多個(gè)第二氣體通路346形成于每一通道344內(nèi)且穿過分流板340，所述第二氣體通路346與每隔一列的導(dǎo)管338對(duì)齊。分流板340進(jìn)一步包括周邊通道348，所述周邊通道348繞分流板340的周邊配置并且所述周邊通道348與每一通道344流體連通。此外，中間板320包括配置成穿過所述板的一或多個(gè)氣體入口 328，以用于從化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203遞送第二處理氣體進(jìn)入周邊通道348。
[0040]通過使用多個(gè)螺釘312或其他適合的緊固件將中間板320與底板330耦接在一起，所述螺釘312或其他適合的緊固件接合底板330中的盲孔316。中間板320與底板330的嚙合表面可經(jīng)切削以使得當(dāng)所述中間板320與底板330附接時(shí)，在中間板320與底板330之間維持金屬對(duì)金屬的密封，如此以使得進(jìn)入周邊通道348的流體是繞著噴淋頭組件201的周邊受到密封?；蛘撸褂闷渌拿芊馐侄尉S持流體密封，諸如使用O形環(huán)。
.[0041 ] 可通過一或多個(gè)氣體入口 328通過化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203將第二處理氣體遞送進(jìn)入周邊通道348。第二處理氣體從周邊通道348分配到通道344并且通過多個(gè)第二氣體通路346遞送。一個(gè)實(shí)例中，第二處理氣體是合適的含氮處理氣體，諸如氨(NH3)或其他MOCVD或HVPE處理氣體。
[0042]分流板340被夾在中間板320與底板330之間?？蓪⒎至靼?40形成為使得分流板340與中間板320之間的嚙合表面以及分流板340與底板330之間的嚙合表面形成表面對(duì)表面的密封，使得從氣體歧管325通過第一氣體通路342遞送的流體不會(huì)與遞送到周邊通道348并且通過第二氣體通路346的流體在通過各個(gè)導(dǎo)管338遞送之前混合?；蛘?，使用其他密封手段維持流體密封，諸如使用O形環(huán)。
[0043]參看圖2與圖3A，第一處理氣體(諸如金屬有機(jī)前驅(qū)物)可從化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203通過一或多個(gè)氣體入口 304被遞送到氣體歧管325。第一處理氣體隨后從氣體歧管325被遞送通過中間板中的多個(gè)氣體通路324，以及通過分流板340中的第一氣體通路342。第一處理氣體隨后被遞送通過導(dǎo)管338并且進(jìn)入處理空間208，所述導(dǎo)管338與第一氣體通路342對(duì)齊。
[0044]第二處理氣體(諸如氮前驅(qū)物)可實(shí)質(zhì)上同時(shí)從化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203通過一或多個(gè)氣體入口 328被遞送進(jìn)入周邊通道348。第二處理氣體從周邊通道348分配到通道344并且通過中間板320中的多個(gè)第二氣體通路346。第二處理氣體隨后被遞送通過導(dǎo)管338并且進(jìn)入處理空間208，而不在遞送進(jìn)入處理空間208之前與第一處理氣體混合，所述導(dǎo)管338與第二氣體通路346對(duì)齊。
[0045]在第一與第二處理氣體被遞送通過噴淋頭201并且進(jìn)入處理空間208的同時(shí)，熱交換流體可從熱交換系統(tǒng)270通過底板330中的一或多個(gè)流體入口 331被遞送進(jìn)入通道337。熱交換流體通過通道337循環(huán)，而冷卻第一與第二處理氣體以及底板330面向處理空間208的表面。熱交換流體隨后通過一或多個(gè)流體出口 339離開通道337，并且回到熱交換系統(tǒng)270。
[0046]圖4A是根據(jù)另一實(shí)施方式的噴淋頭201的示意剖面圖。圖6是圖4A中所描繪的噴淋頭201的示意正交分解圖。圖4A中顯示的實(shí)施方式的許多特征與參照?qǐng)D3A所述(及顯示于所述圖中)的特征相同，而不在此進(jìn)一步描述這些特征。如圖4A所示，頂板410包括一或多個(gè)穿過所述板形成的外側(cè)氣體入口 404與一或多個(gè)穿過所述板形成的內(nèi)側(cè)氣體入口 405，所述外側(cè)氣體入口 404遞送處理氣體進(jìn)入外側(cè)氣體歧管425，而所述內(nèi)側(cè)氣體入口405分別遞送相同或不同的處理氣體進(jìn)入內(nèi)側(cè)氣體歧管426。一個(gè)實(shí)施方式中，在不同的流量及/或壓力下將相同的處理氣體遞送到外側(cè)氣體歧管425與內(nèi)側(cè)氣體歧管426。
[0047]圖4B是圖4A中所示的中間板420的頂視圖。中間板420具有外側(cè)井422與內(nèi)側(cè)井423，所述井形成于所述中間板420中并且被環(huán)狀壁421分隔。穿過所述中間板420形成的氣體通路424可排列成多個(gè)列。外側(cè)與內(nèi)側(cè)氣體歧管425、426通過將頂板410耦接中間板420而形成，所述耦接是如前文所述般通過使用多個(gè)螺釘312或其他適合的緊固件所完成。頂板410與中間板420的嚙合表面可經(jīng)切削以使得當(dāng)所述頂板410與中間板420附接時(shí)，在中間板420與頂板410之間維持金屬對(duì)金屬的密封，如此以使得進(jìn)入內(nèi)側(cè)氣體歧管426的流體被密封而隔絕進(jìn)入外側(cè)氣體歧管425的流體，反之亦然。此外，進(jìn)入外側(cè)氣體歧管425的流體繞噴淋頭組件201的周邊受到密封?；蛘?，使用其他的密封手段維持流體密封,諸如使用O形環(huán)。
[0048]可通過化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203將第一處理氣體以第一流量和/或壓力遞送通過一或多個(gè)氣體入口 404并進(jìn)入外側(cè)氣體歧管425。可由化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203將相同或不同的處理氣體以第二流量和/或壓力(不同于第一流量和/或壓力)遞送通過一或多個(gè)氣體入口 405并進(jìn)入內(nèi)側(cè)氣體歧管426。
[0049]如圖4A中所繪，底板430是由單一的鋁或不銹鋼板制造。圖4C是圖4A中所示的底板430的頂視圖。顯示于圖4A與圖4C中的底板430具有穿過所述板形成的多個(gè)氣體通路433，如圖所示，所述氣體通路433排列成多個(gè)列。底板430進(jìn)一步具有多個(gè)通道435，所述通道435形成于所述多列氣體通路433之間。底板430也可具有形成于氣體通路433之間的多個(gè)交叉通道436，所述交叉通道436呈現(xiàn)的方向?yàn)閷?shí)質(zhì)上垂直于通道435的方向，并且所述交叉通道436流體連通圖4C所示的通道435。此外，一或多個(gè)供應(yīng)通道432與一或多個(gè)返回通道437形成于底板430中，所述通道432、437與通道435和/或交叉通道436流體連通。通道435、交叉通道436、供應(yīng)通道432與返回通道437分別以鋁或不銹鋼帽438(未在圖4C中示出)密封，所述帽438被銅焊或激光焊接至適當(dāng)位置。另外，一或多個(gè)流體入口 431與流體出口 439形成在底板430中而通過供應(yīng)通道432及返回通道437將通道435和/或交叉通道436流體連通式耦接熱交換系統(tǒng)270。[0050]熱交換流體可從熱交換系統(tǒng)270通過一或多個(gè)流體入口 431遞送到一或多個(gè)供應(yīng)通道432。熱交換流體隨后通過通道435和/或交叉通道436循環(huán)而進(jìn)入一或多個(gè)返回通道437。熱交換流體隨后通過一或多個(gè)流體出口 439離開噴淋頭201并且返回?zé)峤粨Q系統(tǒng)270。
[0051]分流板440配置在中間板420與底板430之間，類似于參照?qǐng)D3A所描述且顯示在所述圖中的所述分流板。圖4D是圖4A中所示的分流板440的示意頂視圖。分流板440包括多個(gè)第一氣體通路442以及許多氣體通路433，所述多個(gè)第一氣體通路442配置成穿過所述分流板440并且與氣體通路424對(duì)齊。第一氣體通路442可對(duì)齊成多個(gè)列而與中間板420的所述多列氣體通路424匹配。所述多列第一氣體通路442可進(jìn)一步與底板430中的每隔一列的氣體通路424對(duì)齊。
[0052]通道444形成于分流板440中且位于相鄰列的第一氣體通路442之間。多個(gè)第二氣體通路446形成于每一通道444內(nèi)且穿過分流板440，所述第二氣體通路446與底板430中的每隔一列的氣體通路424對(duì)齊。通道444被環(huán)狀壁465分隔成內(nèi)側(cè)區(qū)域462與外側(cè)區(qū)域464 (圖4D)。環(huán)狀壁465可環(huán)繞形成于分流板440中的環(huán)狀通道467，所述環(huán)狀通道467與內(nèi)側(cè)區(qū)域462中的通道444流體連通。分流板440也具有一或多個(gè)形成在所述板中的供應(yīng)通道468，所述通道468用于從一或多個(gè)第一氣體入口 429 (形成在中間板420中并且耦接化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203)供應(yīng)第二處理氣體。分流板440進(jìn)一步包括周邊通道448，所述周邊通道448繞分流板440的周邊配置并且所述周邊通道448與分流板440的外側(cè)區(qū)域464中的通道444流體連通。此外，中間板420包括配置成穿過所述板的一或多個(gè)第二流體入口 428，以用于從化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203遞送相同或不同的第二處理氣體進(jìn)入周邊通道448。
[0053]通過使用多個(gè)螺釘312或其他適合的緊固件可將中間板420與底板430耦接在一起，所述螺釘312或其他適合的緊固件接合底板430中的盲孔316。中間板420與底板430的嚙合表面可經(jīng)切削以使得當(dāng)所述中間板420與底板430附接時(shí)，在中間板420與底板430之間維持金屬對(duì)金屬的密封，如此以使得進(jìn)入周邊通道448的流體繞著噴淋頭組件201的周邊受到密封?；蛘?，使用其他的密封手段維持流體密封，諸如使用O形環(huán)。
[0054]可通過化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203以第一流量和/或壓力將第二處理氣體遞送通過一或多個(gè)第二流體入口 428并進(jìn)入周邊通道448。第二處理氣體從周邊通道448分配到外側(cè)區(qū)域464中的通道444并且第二處理氣體被遞送通過外側(cè)區(qū)域464中的多個(gè)第二氣體通路446。同時(shí)，可由化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203將相同或不同的處理氣體通過一或多個(gè)第一氣體入口 429遞送到一或多個(gè)供應(yīng)通道468。第二處理氣體從供應(yīng)通道468分配到環(huán)狀通道467并且進(jìn)入內(nèi)側(cè)區(qū)域462中的通道444。第二處理氣體隨后通過內(nèi)側(cè)區(qū)域462中的多個(gè)第二氣體通路446遞送。遞送到內(nèi)側(cè)區(qū)域462與外側(cè)區(qū)域464的第二處理氣體可以是處于第二流量和/或壓力(不同于第一流量和/或壓力)下的相同或不同的處理氣體。
[0055]分流板440被夾在中間板420與底板430之間。可將分流板440形成為使得分流板440與中間板420之間的嚙合表面以及分流板440與底板430之間的嚙合表面形成表面對(duì)表面的密封，以使得從外側(cè)氣體歧管425與內(nèi)側(cè)氣體歧管426通過第一氣體通路442遞送的流體不會(huì)與遞送到外側(cè)區(qū)域464及內(nèi)側(cè)區(qū)域462并且通過第二氣體通路446的流體在遞送到底板430中的各個(gè)氣體通路433之前混合?；蛘?，使用其他密封手段維持流體密封，諸如使用O形環(huán)。
[0056]參看圖2與圖4A，可從化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203以第一流量和/或壓力將第一處理氣體(諸如金屬有機(jī)前驅(qū)物)遞送到外側(cè)氣體歧管425。第一處理氣體隨后從外側(cè)氣體歧管425被遞送通過中間板中的多個(gè)氣體通路424，并且被遞送通過在分流板440中的對(duì)齊的第一氣體通路442。第一處理氣體隨后被遞送通過底板430中的氣體通路433并且進(jìn)入處理空間208，所述氣體通路433與第一氣體通路442對(duì)齊。
[0057]同時(shí)，可從化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203以第二流量和/或壓力遞送第一處理氣體至內(nèi)側(cè)氣體歧管426，所述第二流量和/或壓力不同于被遞送到外側(cè)氣體歧管425的第一處理氣體的第一流量和/或壓力。第一處理氣體隨后從內(nèi)側(cè)氣體歧管426被遞送通過中間板中的多個(gè)氣體通路424，并且被遞送通過分流板440中的對(duì)齊的第一氣體通路442。第一處理氣體隨后被遞送通過底板430中的氣體通路433并且進(jìn)入處理空間208，所述氣體通路433對(duì)齊第一氣體通路442。因此，第一處理氣體可在不同的流量和/或壓力下被遞送到處理空間208的外側(cè)與內(nèi)側(cè)區(qū)域，以提供在襯底處理期間更細(xì)微的控制。
[0058]第二處理氣體(諸如氮前驅(qū)物)可實(shí)質(zhì)上同時(shí)從化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203以第一流量和/或壓力通過一或多個(gè)流體入口 428被遞送進(jìn)入周邊通道448。第二處理氣體從周邊通道448分配到分流板440的外側(cè)區(qū)域464中的通道444并且通過分流板440的外側(cè)區(qū)域464中的多個(gè)第二氣體通路446。第二處理氣體隨后被遞送通過與外側(cè)區(qū)域464中的第二氣體通路346對(duì)齊的氣體通路433并且進(jìn)入處理空間208，而不在遞送進(jìn)入處理空間208之前與第一處理氣體混合。
[0059]同時(shí)，第二處理氣體可由化學(xué)物質(zhì)遞送模塊203以第二流量和/或壓力通過一或多個(gè)第一氣體入口 429被遞送至一或多個(gè)供應(yīng)通道468，所述第二流量及/或壓力不同于被遞送到周邊通道448的第二處理氣體的第一流量和/或壓力。第二處理氣體隨后從供應(yīng)通道468分配到環(huán)狀通道467、進(jìn)入內(nèi)側(cè)區(qū)域462中的通道444，并且通過分流板440的內(nèi)側(cè)區(qū)域462中的多個(gè)第二氣體通路446。第二處理氣體隨后被遞送通過與內(nèi)側(cè)區(qū)域462中的第二氣體通路446對(duì)齊的氣體通路433并且進(jìn)入處理空間208，而不與被遞送通過外側(cè)區(qū)域464的第一處理氣體或第二處理氣體混合。因此，第二處理氣體可在不同的流量和/或壓力下被遞送到處理空間208的內(nèi)側(cè)與外側(cè)區(qū)域，以提供在襯底處理期間更細(xì)微的控制。
[0060]在第一與第二處理氣體被遞送通過噴淋頭201且進(jìn)入處理空間208的同時(shí)，熱交換流體可從熱交換系統(tǒng)270被遞送到底板430中的一或多個(gè)供應(yīng)通道432。熱交換流體隨后通過通道435和/或交叉通道436循環(huán)，而冷卻第一與第二處理氣體以及底板430面向處理空間208的表面。熱交換流體隨后通過一或多個(gè)返回通道437離開底板430，并且回到熱交換系統(tǒng)270。
[0061]因此，本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種噴淋頭，所述噴淋頭導(dǎo)入多種處理氣體而不使所述氣體在離開噴淋頭前混合。所述噴淋頭具有多個(gè)板，所述板是使用適合的緊固件緊固在一起而非使用銅焊或焊接。通過緊固所述多個(gè)板而不是銅焊所述板來(lái)制造噴淋頭使得制造工藝更簡(jiǎn)單且更節(jié)省成本。此外，可于制造期間對(duì)所述板中的每一個(gè)施加一或多個(gè)表面處理或涂層，且所述噴淋頭相較于銅焊或焊接的噴淋頭而言，在清潔/翻新工藝期間可易于拆卸而剝?nèi)?、清潔?或再施加涂層。示范性的表面處理可包括噴珠(bead blasting)、噴砂(grit blasting)與類似處理。示范性的涂層可包括氧化招、氧化錯(cuò)乾、氧化乾、氧化鉻、碳化硅與類似材料。
[0062]盡管圖3A至3C與圖4A至4D中顯示特定的噴淋頭配置方式，每一配置方式的某些方面可同樣地應(yīng)用到另一個(gè)。例如，參照?qǐng)D3A至3C所顯示及描述的配置方式可包括圖4A至4D的多個(gè)歧管配置方式，以供分別將前驅(qū)物氣體遞送至處理空間的內(nèi)側(cè)與外側(cè)區(qū)域。此外，顯示于圖3A的配置方式可具有底板430以取代底板330，或顯示于圖4A的配置方式可具有底板330以取代底板430。
[0063]此外，盡管此述的實(shí)施方式大體上是針對(duì)MOCVD與HVPE工藝所描述，然而所述的設(shè)備與方法可同樣地應(yīng)用到將多種處理氣體導(dǎo)入處理腔室而不在所述氣體離開噴淋頭前混合所述氣體的其他工藝。
[0064]雖然前述內(nèi)容是涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，但是可設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他與進(jìn)一步的實(shí)施方式而不應(yīng)脫離本發(fā)明的基本范圍，并且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求決定。
【權(quán)利要求】
1.一種噴淋頭組件，所述噴淋頭組件包含: 第一板； 第二板，耦接所述第一板以形成氣體歧管； 第三板，耦接所述第二板并且具有一或多個(gè)溫度控制通道，所述一或多個(gè)溫度控制通道配置在所述第三板中，其中所述第三板具有多個(gè)第一氣體通路以及多個(gè)第二氣體通路，所述氣體通路被形成為穿過所述第三板；以及 第四板，配置在所述第二板與所述第三板之間，其中所述第四板具有多個(gè)通道，所述通道形成于所述第四板中并且流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第二氣體通路，且其中所述第四板具有多個(gè)氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第四板并且將所述氣體歧管流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第一氣體通路。
2.如權(quán)利要求1所述 的組件，其中所述第一板、第二板與第三板使用多個(gè)機(jī)械式緊固件率禹接在一起。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述第四板中的所述氣體通路與所述第四板中的所述通道隔離。
4.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述第三板包含第五板，所述第五板耦接第六板，所述第六板具有單一的溫度控制通道，所述單一的溫度控制通道配置在所述第五板與所述第六板之間，并且其中所述第一氣體通路與所述第二氣體通路包含多個(gè)流體導(dǎo)管，所述流體導(dǎo)管耦接所述第五板與所述第六板。
5.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述第三板具有多個(gè)溫度控制通道，所述溫度控制通道配置在所述多個(gè)第一氣體通路與所述多個(gè)第二氣體通路之間。
6.一種噴淋頭組件，所述噴淋頭組件包含: 第一板； 第二板，耦接所述第一板以形成多個(gè)氣體歧管； 第三板，耦接所述第二板并且具有一或多個(gè)溫度控制通道，所述一或多個(gè)溫度控制通道配置在所述第三板中，其中所述第三板具有多個(gè)第一氣體通路以及多個(gè)第二氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第三板；以及 第四板，配置在所述第二板與所述第三板之間，其中所述第四板具有多個(gè)通道，所述通道形成于所述第四板中并且流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第二氣體通路，且其中所述第四板具有多個(gè)氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第四板并且將所述多個(gè)氣體歧管流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第一氣體通路。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其中所述第四板具有一或多個(gè)壁，所述一或多個(gè)壁將所述多個(gè)通道與所述多個(gè)氣體通路分隔成兩個(gè)或更多個(gè)隔離區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的組件，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)隔離區(qū)域包括內(nèi)側(cè)區(qū)域，所述內(nèi)側(cè)區(qū)域配置在外側(cè)區(qū)域中。
9.如權(quán)利要求6所述的組件，其中所述第一板、第二板與第三板使用多個(gè)機(jī)械緊固件率禹接在一起。
10.如權(quán)利要求6所述的組件，其中所述第三板包含第五板，所述第五板耦接第六板，所述第六板具有單一的溫度控制通道，所述單一的溫度控制通道配置在所述第五板與所述第六板之間。
11.如權(quán)利要求10所述的組件，其中所述第一氣體通路與所述第二氣體通路包含多個(gè)流體導(dǎo)管，所述流體導(dǎo)管耦接所述第五板與所述第六板。
12.如權(quán)利要求10所述的組件，其中所述多個(gè)流體導(dǎo)管配置成穿過所述溫度控制通道。
13.如權(quán)利要求6所述的組件，其中所述第三板具有多個(gè)溫度控制通道，所述溫度控制通道配置在所述多個(gè)第一氣體通路與所述多個(gè)第二氣體通路之間。
14.一種噴淋頭組件，所述噴淋頭組件包含: 第一板； 第二板，耦接所述第一板以形成第一氣體歧管與第二氣體歧管； 第三板，耦接所述第二板并且具有一或多個(gè)溫度控制通道，所述一或多個(gè)溫度控制通道配置在所述第三板中，其中所述第三板具有多個(gè)第一氣體通路以及多個(gè)第二氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第三板；以及 第四板，配置在所述第二板與所述第三板之間，其中所述第四板具有多個(gè)通道，所述通道形成于所述第四板中并且流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第二氣體通路，其中所述第四板具有 多個(gè)氣體通路，所述氣體通路形成為穿過所述第四板并且流體連通式耦接所述第三板中的所述多個(gè)第一氣體通路，其中所述第四板具有一或多個(gè)壁，所述一或多個(gè)壁將所述多個(gè)通道與所述多個(gè)氣體通路分隔成一第一區(qū)域與一第二區(qū)域，且其中所述第一區(qū)域中的所述多個(gè)氣體通路流體連通式耦接所述第一氣體歧管，且所述第二區(qū)域中的所述多個(gè)氣體通路流體連通式耦接所述第二氣體歧管。
15.如權(quán)利要求14所述的組件，其中所述第三板具有多個(gè)溫度控制通道，所述溫度控制通道配置在所述多個(gè)第一氣體通路與所述多個(gè)第二氣體通路之間。
【文檔編號(hào)】H01L21/205GK103443903SQ201180069329
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月18日
【發(fā)明者】唐納德·J·K·奧爾加多 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司