[發明專利]用于化學蒸氣淀積反應器的氣體噴射裝置

無效

• 申請號: 97119279.0
• 申請日: 1997-08-07
• 公開（公告）號: CN1176317A
• 公開（公告）日: 1998-03-18
• 發明（設計）人: 約瑟夫·H·麥克利什;羅伯特·D·梅爾霍;馬海什·K·桑加尼里亞;德爾索拉爾·蘇爾里茲
• 申請（專利權）人: 康塞普特系統設計公司
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44
• 代理公司: 柳沈知識產權律師事務所
• 代理人: 李曉舒

本申請是同一申請人于1996年8月7日提交的、系列號為08/693,721和代理登記號為M-4342?US的美國專利申請的后續申請；本申請還涉及到同一申請人于1996年8月7日提交的、系列號為08/694,001和代理登記號為M-3829?US的美國專利申請，其名稱為“具有位于隔絕室中的熱反應室的化學蒸氣淀積反應器”。

本發明涉及到化學蒸氣淀積反應室，更具體地，涉及到單晶片多腔室的化學蒸氣淀積(以下簡稱CVD)系統。

在集成電路制造中面臨的不斷挑戰是要將晶片維持在一個恒定和均勻的溫度中，以使厚度和阻抗都均勻的各種薄層(例如，外延層，多晶硅層等)可以淀積在晶片上面。在一個通常的輻射加熱的“熱”壁CVD反應器中，晶片被放置到一個石英容器中。當容器和其中的晶片被設置在容器外面的加熱燈所加熱時，作業氣體或稱為反應氣體被泵入到容器中，以便淀積到晶片上。

熱壁CVD反應器，例如上面提到的那種，具有許多對其效率、可靠性和性能都有負面影響的局限性。對于單晶片的CVD裝置，包括那些專門用于淀積外延層和多晶硅層的裝置，生產率是一個重要的考慮因素。提高這類CVD裝置生產率的最大障礙似乎在于，每個晶片加工之后都需要時間來清理腔室的壁。對輻射加熱的石英CVD的腔室壁進行清理是必不可缺的，這是因為，作業氣體不僅淀積在晶片上，而且還淀積在腔室壁上。在室壁上形成的生成膜吸收了由加熱燈發出的一部分輻射能，因而升高了室壁的局部溫度。其結果是，作業氣體以更快的速度淀積在腔室壁上，從而產生“雪球”效應。因此在輻射加熱的CVD反應室中，關鍵的是要使腔壁小心保持清潔。這就要求經常對室壁進行清蝕，有時甚至是每次加工之后都要清洗。在淀積了外延層之后，清理室壁通常要用2～3.5分鐘；而當淀積了用于封閉硅晶片背面的多晶硅層之后，清理室壁的時間則長達1小時。這么長的時間是因為清洗劑相對于腔室熱壁(該熱壁被設計用來傳熱)的流速非常緩慢。由于熱壁CVD裝置的一個完整工作周期在5～10分鐘之間，而壁的清理就占了工作周期的很大部分。

影響這類CVD反應器生產率的另一個因素是作業氣體的淀積速度。針對淀積速度而優化設計的反應室可以將單晶片所需的淀積時間降低25％。

此外，加熱燈的失效(以及相應的維護)，以及這類CVD裝置的石英腔壁所需的濕洗都對其可靠性和工作時間造成不利的影響。應當注意，濕洗需要拆開CVD裝置，以便將石英壁浸入到濕洗池中。

晶片的溫度控制對于獲得均勻的淀積層是必不可缺的。在上面所述的用燈加熱的裝置中，作業氣體在室壁上的淀積可能發生在每一次加工的過程之中，因而會影響每次加工中的溫度均勻性。因此，為防止由于作業氣體在室壁上淀積的不均勻性而在每次加工晶片之后清洗室壁，可能是無效的。

由于晶片輻射性的變化，在整個晶片上實現恒定和均勻的溫度也是難以做到的。由于晶片的輻射性一方面取決于晶片的表面材料，另一方面取決于溫度，因而精確地校定一個反應器使晶片達到恒定和均勻的溫度，可能是困難的。

優化的CVD裝置應當能夠在大氣壓以及低壓下工作。低壓操作要求反應器有一個能夠承受低壓工作環境下的物理應力的腔室，即要求有一個真空室。另一方面，晶片加工的優化設計可能要求具有很扁的形狀的作業氣體的流動通道。這種扁的形狀有助于流過晶片的作業氣體達到最大流速，同時減小了物質傳遞的邊界層，從而優化了作業氣體的流動特性。除了具有扁形狀之外，優化設計的作業室通常還具有簡單的非回旋狀的表面，以便減少渦流和逆流，減少可能會促使室壁淀積的死點，以及使得用來清洗腔室壁的清洗氣體能夠迅速地到達室壁。遺憾的是，這種平頂的石英或石墨的反應室一般不易承受在其壁的兩邊的壓力差。能夠承受這種壓力差的腔室通常是套錘形的，例如鐘形，或者是球形結構。從而不僅破壞了作業氣體在整個晶片表面上的最佳流動特性，而且還不利于對腔室壁進行有效清洗。另一措施是在腔室壁上設置增強構件。遺憾的是，這些構件阻礙了輻射能量向晶片的均勻傳遞。結果，為了提高結構整體性，適合于負壓工作的單室的CVD設計通常犧牲了某些作業條件，例如作業氣體的流動性或熱均勻性。