带遮挡板的限流环装置与化学气相沉积设备及其调节方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种带遮挡板的限流环装置与化学气相沉积设备及其调节方法，在反应腔内将耐热材料制成的遮挡板设置在限流环内侧及托盘外侧之间，通过该遮挡板将限流环内表面的全部或局部进行遮蔽，以阻挡从被加热的托盘射向被冷却的限流环的热辐射，并通过遮挡板、或遮挡板与托盘的组合、或遮挡板与限流环的组合，构成引导化学气相沉积工艺所需工艺气体在反应腔内流通的空间。本发明专利技术通过限流环内侧的遮挡板阻挡来自托盘的高温热辐射，抑制反应副产物沉积，降低功耗，并实现对反应腔内的温场及流场的调节，有效改善工艺反应处理效果。

【技术实现步骤摘要】
带遮挡板的限流环装置与化学气相沉积设备及其调节方法
本专利技术涉及化学气相沉积设备及其调节方法，特别涉及包括金属有机化学气相沉积设备领域的一种带有遮挡板的限流环装置，及其对化学气相沉积工艺进行调节的方法。
技术介绍
化学气相沉积("CVD")设备，尤其是金属有机化学气相沉积("MOCVD")设备，用于将固体材料沉积在晶圆上。这种材料一般包括周期表中第III族栏和第V族栏的元素（被称为III-V材料，但也包括"II-VI材料"）的化合物。还可以将诸如硅(Si)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)等材料沉积在晶圆或其它表面上。在商业上，这些设备用于制造固态（半导体）微电子装置、光学装置和光电（太阳能）装置以及其它电子/光电子材料和装置。如图1所示，在现有MOCVD设备的反应腔10内，托盘40放置于旋转轴60上，通过托盘40对其上表面的凹口中放置的一个或多个晶圆（未示出）进行承载；该托盘40由其下方的加热器50加热至所需的温度（例如约1000℃）。所述反应腔10设有上盖20；MOCVD处理所需的若干种工艺气体由上盖20的气体接口进入该反应腔10内，通过围绕在托盘40外侧的限流环30对工艺气体的流场进行一定限制，将工艺气体的气流引导到托盘40和托盘40承载晶圆上进行化学反应以形成沉积薄膜；之后，使用真空泵将反应后的气体（及反应副产物等）从反应腔10底部的抽气孔排出反应腔10。反应腔10内设计合适的气体流场及温场时，才能使反应腔10内部的反应过程平稳进行。然而，所述限流环30内部通常分布有冷却液的管道，冷却液通过上盖20相应的冷却液接口被导入到限流环30内，对限流环30进行冷却。限流环30冷却后的温度（例如约100℃以下）与被加热后的托盘40温度有很大差异，使得从高温托盘40上方经过的工艺气体在到达托盘40外侧的限流环30附近时被快速冷却，凝结产生固体状态的反应副产物并沉积在限流环30表面；沉积的反应副产物较为疏松，容易结片掉落而堵塞抽气孔，进而影响反应腔10内原先的流场，进而影响正常的工艺。并且，低温的限流环30还对温场产生影响，在托盘40的中心到边缘产生温度梯度，令位于托盘40边缘的温度低于托盘40中心的温度，导致位于托盘40不同区域的晶圆的反应结果不一致。此外，限流环30直接接受托盘40的热辐射，再依靠持续输送冷却液进行降温，会增加设备的功耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种化学气相沉积设备中带有遮挡板的限流环装置，及通过该装置对化学气相沉积工艺进行的调节方法，通过限流环内侧的遮挡板阻挡来自托盘的高温热辐射，抑制反应副产物沉积，降低功耗，并实现对反应腔内的温场及流场的调节，有效改善工艺反应处理效果。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供一种带遮挡板的限流环装置，其包含：限流环，其环绕设置在托盘的外侧，限流环内包括冷却液管道；耐热材料制成的遮挡板，其设置在所述限流环的内侧及托盘的外侧之间，所述遮挡板通过固定装置固定连接到限流环，并且所述遮挡板与其遮蔽的限流环之间存在间隙，通过该遮挡板将限流环内表面的下部进行遮蔽，以阻挡从托盘到限流环的热辐射，并构成引导工艺气体流通的空间。优选地，所述遮挡板遮蔽了所述限流环中从对应于托盘所在水平位置附近的部位至延伸到托盘下方的部位。优选地，所述遮挡板与限流环之间的固定装置为锁紧螺钉；所述锁紧螺钉穿透遮挡板连接至限流环或穿透限流环连接至遮挡板。优选地，所述固定装置由隔热材料制成，或者由锁紧螺钉和隔热衬垫组合制成，使得遮挡板与限流环之间的温度差大于100度，所述隔热材料的导热系数小于0.5w/(m.k)。优选地，所述遮挡板的耐热材料是石英，或陶瓷，或石墨，或钨，或钼。优选地，所述引导工艺气体流通的空间，包含：由限流环在托盘上方延伸部位的内表面所围成的区域，或者由遮挡板在托盘上方延伸部位的内表面所围成的区域，将工艺气体引导至托盘表面；和/或，由遮挡板对应托盘水平位置附近及延伸到托盘下方部位的内表面与托盘外边缘之间的间隙，形成使反应后气体离开托盘表面的气体流通路径。本专利技术的另一个技术方案是提供一种化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备设置的反应腔中，包含如权利要求1~6中任意一项所述的带遮挡板的限流环装置；所述反应腔中，托盘放置于旋转轴上在工艺处理时由旋转轴带动旋转；所述托盘上表面设有放置一个或多个晶圆的凹口；所述托盘下方设有加热器；所述反应腔设有上盖，所述上盖设有供工艺气体进入反应腔内的气体接口，及供冷却液流入限流环内冷却液管道的冷却液接口；所述耐热材料制成的遮挡板位于所述限流环的内侧及托盘的外侧之间，通过该遮挡板将限流环内表面的下部进行遮蔽，以阻挡从托盘到限流环的热辐射；反应腔内的工艺气体经过遮挡板与托盘的组合构成的空间，向下流到设于反应腔底部的抽气孔。本专利技术的还有一个技术方案是提供一种化学气相沉积设备的调节方法，化学气相沉积设备包括一反应腔，反应腔内包括位于底部的一个基座，基座内包括旋转轴和支撑在旋转轴顶部的托盘，托盘上表面固定有多个晶圆，化学气相沉积设备顶部还包括进气装置，使得工艺气体从上向下流向所述托盘上表面，一个限流环环绕所述进气装置和托盘之间的反应空间，由耐热材料制成的遮挡板设置在限流环内侧及托盘外侧之间，通过该遮挡板将限流环内表面的下部进行遮蔽，所述遮挡板遮蔽了所述限流环中从对应于托盘水平位置附近及延伸到托盘下方的部位；控制限流环具有第一温度，使得工艺气体在流向晶圆表面上方过程中,工艺气体不会提前分解和反应；控制晶圆表面具有第二温度，工艺气体到达托盘及晶圆表面后，使工艺气体达到第二温度并开始进行反应处理；所述第二温度高于第一温度；控制遮挡板具有第三温度，使得反应后的气体在离开托盘及晶圆表面到达托盘外边缘附近时不会大量形成沉积物，并通过所述遮挡板内表面与托盘外边缘之间的间隙流通直至被抽排出反应腔；所述第三温度高于第一温度低于第二温度。优选地，所述进气装置和托盘之间的反应空间进一步包括位于上方的气体扩散空间和位于下方且贴近托盘上表面的反应空间，在气体扩散空间内工艺气体逐渐扩散混合，到达反应空间时工艺气体发生反应形成所需的沉积物质，所述遮挡板上端高度位于所述反应空间的上端，以使得流经限流环的工艺气体不会提前分解，流经遮挡板的工艺气体不会发生大量污染物沉积。优选地，所述反应空间的上端位于托盘上表面上方3-30mm处。与现有技术相比，本专利技术通过在限流环内侧增加一遮挡板（可全部遮挡或部分遮挡限流环），使热辐射直接作用在遮挡板上，从而提高了副反应物沉积温度，可以有效抑制或改善副反应物沉积。限流环由于有遮挡板的作用，受到的热辐射会大大减少，可以减少冷却剂的流量进而节省了设备的功耗。通过改变遮挡板的厚度、内外间距等，可以控制限流环的温度进而调整内部温场。优选示例中，只遮挡限流环的下部分，可以在限流环内表面得到上冷下热的效果，通过上冷下热的温场显著的改善流场。附图说明图1是现有MOCVD设备及其中限流环装置的结构示意图；图2是本专利技术所述MOCVD设备及其中限流环装置的结构示意图；图3~图8是本专利技术中遮挡板在不同实施例下的结构示意图；图9是设置如图4所示遮挡板时，在反应腔内右半部分的温场示意图；图10是设置如图4所示遮挡板时，在反应腔右半部分的流场示意图；图11是没有设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带遮挡板的限流环装置，其特征在于，包含：限流环，其环绕设置在托盘的外侧，限流环内包括冷却液管道；耐热材料制成的遮挡板，其设置在所述限流环的内侧及托盘的外侧之间，所述遮挡板通过固定装置固定连接到限流环，并且所述遮挡板与其遮蔽的限流环之间存在间隙，通过该遮挡板将限流环内表面的下部进行遮蔽，以阻挡从托盘到限流环的热辐射，并构成引导工艺气体流通的空间。

【技术特征摘要】
1.一种带遮挡板的限流环装置，其特征在于，包含：限流环，其环绕设置在托盘的外侧，限流环内包括冷却液管道；耐热材料制成的遮挡板，其设置在所述限流环的内侧及托盘的外侧之间，所述遮挡板通过固定装置固定连接到限流环，并且所述遮挡板与其遮蔽的限流环之间存在间隙，通过该遮挡板将限流环内表面的下部进行遮蔽，以阻挡从托盘到限流环的热辐射，并构成引导工艺气体流通的空间。2.如权利要求1所述带遮挡板的限流环装置，其特征在于，所述遮挡板遮蔽了所述限流环中从对应于托盘所在水平位置附近的部位至延伸到托盘下方的部位。3.如权利要求1所述带遮挡板的限流环装置，其特征在于，所述遮挡板与限流环之间的固定装置为锁紧螺钉；所述锁紧螺钉穿透遮挡板连接至限流环或穿透限流环连接至遮挡板。4.如权利要求1所述的带遮挡板的限流环装置，其特征在于，所述固定装置由隔热材料制成，或者由锁紧螺钉和隔热衬垫组合制成，使得遮挡板与限流环之间的温度差大于100度，所述隔热材料的导热系数小于0.5w/(m.k)。5.如权利要求1所述带遮挡板的限流环装置，其特征在于，所述遮挡板的耐热材料是石英，或陶瓷，或石墨，或钨，或钼。6.如权利要求1或2所述带遮挡板的限流环装置，其特征在于，所述引导工艺气体流通的空间，包含：由限流环在托盘上方延伸部位的内表面所围成的区域，或者由遮挡板在托盘上方延伸部位的内表面所围成的区域，将工艺气体引导至托盘表面；和/或，由遮挡板对应托盘水平位置附近及延伸到托盘下方部位的内表面与托盘外边缘之间的间隙，形成使反应后气体离开托盘表面的气体流通路径。7.一种化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备设置的反应腔中，包含如权利要求1~6中任意一项所述的带遮挡板的限流环装置；所述反应腔中，托盘放置于旋转轴上在工艺处理时由旋转轴带动旋转；所述托盘上表面设有放置一个或多个晶圆的凹口；所述托盘下方设有加热器；所述反应腔设有上盖，所述上盖设有供工艺气体进入反应腔内的气体接口，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹志尧，杜志游，何乃明，李可，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31