一种弥漫层流反应腔体及控制方法技术

本发明专利技术总的来说涉及半导体制造技术领域。具体而言，本发明专利技术涉及一种弥漫层流反应腔体及控制方法。所述反应腔体包括：衬底：主气体入口，其被配置为将工艺气体注入反应腔体中以在衬底的表面形成层流界面层；以及弥漫面，其被配置为将弥漫气体注入或者吸出所述反应腔体以在所述层流界面层的上形成弥漫界面层，其中所述弥漫界面层被配置为使得所述工艺气体的流速增加并且使得所述层流界面层的厚度降低，进而可以加快反应速度并且抑制反应腔壁上的气相成核、减少反应过程中的颗粒。减少反应过程中的颗粒。减少反应过程中的颗粒。

【技术实现步骤摘要】
一种弥漫层流反应腔体及控制方法


[0001]本专利技术总的来说涉及半导体制造
具体而言，本专利技术涉及一种弥漫层流反应腔体及控制方法。

技术介绍

[0002]在半导体和泛半导体工业中大量存在气相化学工艺，特别是化学气相沉积的工艺。化学气相沉积的工艺通常需要高温来激活反应气体，其中根据反应腔体相对于被加工的衬底(例如硅片、氮化镓等)的温度高低，通常将反应腔体划分为热壁腔体和冷壁腔体，其中热壁腔体是指反应腔体的腔壁的温度高于衬底的温度，冷壁腔体是指反应腔体的腔壁的温度低于衬底的温度。
[0003]图1示出了现有技术中一个冷壁腔体的结构示意图。如图1所示，冷壁腔体是一个具有多个密封法兰面、可以配合金属法兰通过密封圈密封的石英腔体。其中在冷壁腔体外使用红外光线进行加热，由于腔壁温度过高会导致反应前驱体在腔壁上沉积，进而阻止红外光在腔壁上的透射，因此必须将腔壁的温度降至沉积反应的起始温度之下。传统上通常使用高速风机对石英腔体的表面进行气冷冷却以抑制反应前驱体在腔壁上的沉积。
[0004]冷壁腔体由于冷壁与衬底之间存在相比热壁腔体更大的温度梯度，因此在高温条件下，冷壁腔体中衬底的温度均匀性控制更加困难，技术上更为挑战。而热壁腔体由于温度梯度较小的原因，可以在衬底上获得更好的温度均匀性并且生长速率也更高。然而，热壁腔体在腔壁至衬底之间的空间均满足气相反应生成的条件，因此在这一空间内均可能发生气相反应生成颗粒物，将产生更多的杂质颗粒。

技术实现思路

[0005]为至少部分解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出一种弥漫层流反应腔体，其特征在于，包括：
[0006]衬底和/或底座；
[0007]主气体入口，其被配置为将工艺气体注入反应腔体中以在衬底的表面形成层流界面层；以及
[0008]弥漫面，其被配置为将弥漫气体注入或者吸出所述反应腔体以在所述层流界面层的上形成弥漫界面层。
[0009]在本专利技术的一个实施例中规定，所述弥漫界面层被配置为使得所述工艺气体的流速增加，和/或
[0010]所述弥漫界面层使得所述层流界面层的厚度降低。
[0011]在本专利技术的一个实施例中规定，所述弥漫面包括多孔板、多孔陶瓷、多孔透明石英或者渗透膜。
[0012]在本专利技术的一个实施例中规定，所述弥漫面上设置有微通道。
[0013]在本专利技术的一个实施例中规定，弥漫层流反应腔体还包括：
[0014]加热器，其布置在所述弥漫层流反应腔体的内部和/或外部，所述加热器被配置为对所述衬底进行加热。
[0015]在本专利技术的一个实施例中规定，弥漫层流反应腔体还包括：
[0016]预热环，其环绕所述衬底，所述预热环被配置为对所述衬底进行加热。
[0017]在本专利技术的一个实施例中规定，弥漫层流反应腔体还包括：
[0018]基座，所述基座可旋转，并且所述预热环布置在所述基座的四周。
[0019]在本专利技术的一个实施例中规定，所述预热环是一体式加热环使得加热环下方没有工艺气体进入的空隙。
[0020]在本专利技术的一个实施例中规定，所述弥漫面布置在所述衬底上方的腔室上壁处；和/或
[0021]所述弥漫面布置在所述衬底下方的腔室下壁处，以便对底部进行吹扫，以减少对衬底工艺的影响。
[0022]在本专利技术的一个实施例中规定，所述腔室上壁和/或所述腔室下壁为穹顶型。
[0023]在本专利技术的一个实施例中规定，弥漫气体从所述弥漫通道注入形成弥漫面，弥漫面的高度表示为d0‑
d1，层流流动的工艺气体遭到压缩，层流界面层的厚度表示为下式：
[0024][0025]其中d0表示衬底与腔体上壁之间的距离、d1表示弥漫面的下界面与所述衬底之间的距离、x表示水平方向的坐标、δ(x)0是上不形成弥漫面时层流界面层的厚度。
[0026]在本专利技术的一个实施例中规定，衬底的扩散通量表达为下式：
[0027][0028]其中P
par
表示气体分压、P
S
表示气体表面压力、T
′
表示基板的局部温度、J表示载气的摩尔流速、ρ
g
表示气流的密度、μ
g
表示是气流的动态粘度、P
tot
表示总压力、R表示气体常数、A表示腔体的横截面积、D表示气体扩散系数，
[0029]其中衬底上的气相反应速度取决于散通量通过调节上式中的参数增大以提高反应速度。
[0030]在本专利技术的一个实施例中规定，弥漫界面层用于压缩腔体的特征尺寸，降低衬底层流的雷诺系数，使得生长速度提高。
[0031]在本专利技术的一个实施例中规定，衬底和/或底座同弥漫面相平行；
[0032]主工艺气体注入的方向平行于衬底：
[0033]弥漫面注入的气体具有垂直于衬底的分量。
[0034]在本专利技术的一个实施例中规定，所述弥漫层流反应腔体包括以下结构特征中的一项或多项：
[0035]弥漫层流反应腔体为单面加热或双面加热；
[0036]弥漫层流反应腔体的顶部为：A红外透过壁，外部红外加热器通过透射穿过进行加热；B红外阻断壁；或C穹顶加热壁。
[0037]本专利技术提出一种一种弥漫层流控制方法，利用上述弥漫层流反应腔体，该方法包括下列步骤：
[0038]从主气体入口将工艺气体注入反应腔体中以在衬底的表面形成层流界面层；以及
[0039]将弥漫气体注入或者吸出所述反应腔体以在所述层流界面层的上形成弥漫界面层，其中所述弥漫界面层被配置为使得所述工艺气体的流速增加并且使得所述层流界面层的厚度降低。
[0040]在本专利技术的一个实施例中规定，弥漫层流控制方法还包括：
[0041]调节所述弥漫界面层的厚度以调节所述工艺气体的流速以及所述层流界面层的厚度，其中通过调节所述弥漫面的温度和\或调节所述弥漫面的高度以调节弥漫界面层的厚度。
[0042]在本专利技术的一个实施例中规定，弥漫层流控制方法还包括：
[0043]在所述弥漫面上均匀的将所述弥漫气体注入所述反应腔体；或者
[0044]在所述弥漫面上沿工艺气体注入的方向按照指数或者线性递减弥漫气体的注入量。
[0045]在本专利技术的一个实施例中规定，所述弥漫气体扩大了弥漫界面层厚度，减少在弥漫面的气相成核导致衬底上颗粒物和/或缺陷的产生和/或减少在弥漫面上的沉积。
[0046]在本专利技术的一个实施例中规定，所述弥漫气体为惰性气体或者非活性气体，以减少弥漫边界层中反应前驱体的含量，并减少在弥漫面的气相成核导致衬底上颗粒物和/或缺陷的产生和/或减少在弥漫面上的沉积；或者
[0047]所述弥漫气体为刻蚀气体，将弥漫面上的沉积物进行刻蚀，将弥漫界面层的气相成核蚀刻，减少衬底上颗粒物和/或缺陷的产生，
[0048]从而降低在反应腔体顶部的沉积，使得透明的顶部工作在高于非弥漫控制的顶部温度而不产生沉积。
[0049]在本专利技术的一个实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弥漫层流反应腔体，其特征在于，包括：衬底和/或底座；主气体入口，其被配置为将工艺气体注入反应腔体中以在衬底的表面形成层流界面层；以及弥漫面，其被配置为将弥漫气体注入或者吸出所述反应腔体以在所述层流界面层的上形成弥漫界面层。2.根据权利要求1所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，所述弥漫界面层被配置为使得所述工艺气体的流速增加，和/或所述弥漫界面层使得所述层流界面层的厚度降低。3.根据权利要求1所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，所述弥漫面包括多孔板、多孔陶瓷、多孔透明石英或者渗透膜。4.根据权利要求1所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，所述弥漫面上设置有微通道。5.根据权利要求1所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，还包括：加热器，其布置在所述弥漫层流反应腔体的内部和/或外部，所述加热器被配置为对所述衬底进行加热。6.根据权利要求5所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，还包括：预热环，其环绕所述衬底，所述预热环被配置为对所述衬底进行加热。7.根据权利要求6所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，还包括：基座，所述基座可旋转，并且所述预热环布置在所述基座的四周。8.根据权利要求6所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，所述预热环是一体式加热环使得加热环下方没有工艺气体进入的空隙。9.根据权利要求1所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，所述弥漫面布置在所述衬底上方的腔室上壁处；和/或所述弥漫面布置在所述衬底下方的腔室下壁处，以便对底部进行吹扫，以减少对衬底工艺的影响。10.根据权利要求9所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，所述腔室上壁和/或所述腔室下壁为穹顶型。11.根据权利要求1所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，弥漫气体从所述弥漫通道注入形成弥漫面，弥漫面的高度表示为d0‑
d1，层流流动的工艺气体遭到压缩，层流界面层的厚度表示为下式：其中d0表示衬底与腔体上壁之间的距离、d1表示弥漫面的下界面与所述衬底之间的距离、x表示水平方向的坐标、δ(x)0是上不形成弥漫面时层流界面层的厚度。12.根据权利要求1所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，衬底的扩散通量表达为下式：
其中P
par
表示气体分压、P
S
表示气体表面压力、T
′
表示基板的局部温度、J表示载气的摩尔流速、ρ
g
表示气流的密度、μ
g
表示是气流的动态粘度、P
tot
表示总压力、R表示气体常数、A表示腔体的横截面积、D表示气体扩散系数，其中衬底上的气相反应速度取决于散通量通过调节上式中的参数增大以提高反应速度。13.根据权利要求1所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，弥漫界面层用于压缩腔体的特征尺寸，降低衬底层流的雷诺系数，使得生长速度提高。14.根据权利要求1所述的弥漫层流反应腔体，其特征在于，衬底和/或底座同...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁欣，缪燕，
申请(专利权)人：上海埃延半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：