构造成布置在立式炉的反应器内的喷射器以及立式炉的制作方法

1.本公开涉及一种构造成布置在立式炉的反应器内的喷射器。喷射器可以在反应器中喷射气体。喷射器可以是细长的并且构造具有内部气体传导通道，以将气体从喷射器的第一端部传输到喷射器的第二端部。


背景技术：

2.用于处理基板例如半导体晶片的竖直处理炉可以包括形成反应器的竖直定向的处理管。处理管的上端部可以例如通过圆顶形结构封闭，而处理管的下端部可以敞开。可封闭的门可以封闭下端部。由管和门界定的反应室可以形成可以在其中加工要处理的晶片的反应室。晶片可被装载至晶片舟皿，其可放置在竖直可移动地布置并且可以构造成封闭处理管的开口的门上。可以在处理管周围构造加热器以加热反应室。
3.喷射器可以设置在反应室中。喷射器可在第一端部支撑在靠近处理管的开口的下端部附近。喷射器可以指向其在处理管(或设置在管上的衬套)和晶片舟皿之间的小空间中沿竖直方向延伸到反应室中的细长形状。
4.为了提高生产率，可以增加反应室中晶片的数量。处理管和喷射器因此可能变长。由于喷射器仅可被支撑在第一端部，因此可能难以控制喷射器的(另一)第二端部在反应室中的处理管和晶片舟皿之间的小空间中的位置。当沿着处理管的内侧表面设置衬套时，小空间甚至可能变得更小，这可能使得喷射器可被装配的公差甚至更紧。


技术实现要素：

5.可能需要改进的喷射器，其可以更容易地安装在反应室中的处理管(或设置到管上的衬套)和晶片舟皿之间的小空间中。
6.因此，可以提供一种喷射器，其构造成布置在立式炉的反应器内，以在反应器中喷射气体。该喷射器可以是基本细长的，并且构造成具有内部气体传导通道，以将气体从喷射器的第一端部输送到喷射器的第二端部。喷射器的外侧壁可以在其长度的至少10％、优选30％、更优选50％甚至更优选100％上朝向喷射器的第二端部逐渐变细。
7.由于喷射器在第二端部附近在其长度的至少10％、优选30％、更优选50％甚至更优选100％上逐渐变细，因此它可以在公差最紧的反应室中的处理管(或设置到管上的衬套)和晶片舟皿之间的小空间中占据较小的空间，即在喷射器的第二端部。因此，带有渐缩第二端部的喷射器可以定位在较小空间中的公差可以更松。
8.根据一实施例，可以提供一种立式炉，包括：处理管，其设置有开口，该开口具有可封闭的门以形成反应室；加热器，其构造成加热处理管的反应室；以及晶片舟皿，其构造成沿竖直方向在反应室中移动基板。喷射器可以设置在反应室中。该喷射器可以在其第一端部支撑在开口附近并且可以指向其沿竖直方向延伸到反应室中的细长渐缩第二端部。
9.本发明的各个实施例可以彼此分开地应用或可以组合。参考附图中示出的一些示例，在详细描述中将进一步阐明本发明的实施例。
附图说明
10.将理解的是，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大，以帮助改善对本公开的所示实施例的理解。
11.图1示出了包括喷射器的立式炉的管的剖视图；
12.图2是图1的管的示意性顶视图；以及
13.图3是根据实施例的用于图1的立式炉的喷射器。
具体实施方式
14.在本技术中，相似或相应的特征由相似或相应的附图标记表示。各个实施例的描述不限于附图中所示的示例，并且在详细描述和权利要求书中使用的附图标记并不旨在将所描述的内容限于附图中所示的示例。
15.图1示出了立式炉的剖视图。立式炉可包括形成反应室的处理管12和构造成加热反应室的加热器h。可以沿着处理管12设置衬套2，衬套2可以包括由在较低端部的衬套开口和在较高端部的圆顶形顶部封闭件2d界定的基本圆柱形壁。
16.可以设置凸缘3以至少部分地封闭处理管12的开口。竖直可移动地布置的门14可以构造成封闭凸缘3中的中央入口开口o，并且可以构造成支撑晶片舟皿b，其构造成保持基板w。门14可以设置有基座r。基座r可以旋转以使反应室中的晶片舟皿b旋转。
17.在图1所示的示例中，衬套2可包括基本圆柱形衬套壁，其具有外基本圆柱形表面2a和内基本圆柱形表面2b。凸缘3可以构造成至少部分地封闭管开口和由衬套2的较低端部表面2c更精确地限定的衬套开口。凸缘3包括：
18.入口开口o，其构造成插入和移除构造为在衬套2的反应室i中承载基板w的舟皿b；
19.气体入口16，用于向反应室i提供气体f，例如反应气体；以及
20.排气管道7，用于从反应室i中去除气体。
21.气体入口16可以可操作地连接到细长喷射器17，其构造和布置成沿着衬套2的基本圆柱形壁朝向较高第二端部竖直地延伸到反应室i中。喷射器可以在喷射器的第一端部由凸缘3支撑，并且可以包括喷射器开口，以在反应室中喷射气体。
22.连接到排气管道7以从反应室i中去除气体的排气开口8可以构造并布置在喷射器开口18的下方。这样，可以在衬套2的反应室中产生向下流f。该向下流f可以将反应副产物和颗粒的污染从基板w、舟皿b、衬套2和/或支撑凸缘3向下输送到远离处理过的基板w的排气开口8。
23.可以在衬套2的开口端部的下方设置用于从反应室i中去除气体的排气开口8。这可能是有益的，因为处理室的污染源可以通过衬套2与凸缘3之间的接触而形成。同样，向下流f可以将颗粒从衬管
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凸缘界面向下输送到远离处理过的基板的排气开口。
24.排气开口8可以构造和布置在衬套2和管12之间的凸缘3中，用于从衬套2和管12之间的周向空间去除气体。这样，可以使周向空间和内部空间i中的压力相等，并且在低压立式炉中可以使其低于围绕管12的周围大气压。立式炉可以设置有压力控制系统以从反应室去除气体。
25.这样，由于不需要补偿大气压，所以衬套2可以制成相当薄并且由相对较弱的材料
制成。这在选择用于衬套2的材料时产生了更大的自由度。可以选择衬套2的材料的热膨胀，使得其可以与沉积在反应室中的基板上的材料相当。后者具有衬套的膨胀和也沉积在衬套上的材料可以相同的优点。后者使由于衬套2的温度变化而导致沉积材料掉落的风险最小化。
26.管12可被制成相当厚并且由相对强的抗压强度的材料制成，因为其可能必须相对于管内侧上的低压来补偿大气压力。例如，低压处理管12可以由5至8个优选约6mm厚的石英制成。石英的热膨胀系数(cte)非常低，为0.59
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1(参见表1)，这使得它更容易应对设备中的热波动。尽管沉积材料的cte可能更高(例如si3n4的cte＝3
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1，si的cte＝2.3
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1)，但差异可能相对较小。当将膜沉积到石英制成的管上时，它们在管经过许多大的热循环时甚至可能会粘附，然而污染的风险可能会增加。
27.衬套2可以避免在管2的内侧上的任何沉积，因此可以减轻在管12上的沉积物脱落的风险。因此，该管可以由石英制成。
28.碳化硅衬套2(sic的cte＝4
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1)可以在沉积膜和衬套之间提供甚至更好的cte匹配，从而在可能需要从衬套去除沉积膜之前导致更大的累积厚度。cte的不匹配会导致沉积膜破裂和剥落，并相应地导致高颗粒数，这是不希望的，并可以通过使用sic衬套2来缓解。相同的机理可能适用于喷射器17，然而对于喷射器17而言，情况可能是，如果沉积了太多具有不同热膨胀的材料，则喷射器可能会损坏。因此，由碳化硅或硅制造喷射器17可能是有利的。
29.表1
30.半导体车辆中材料的热膨胀系数(cte)
31.材料热膨胀(ppm/k)石英0.59氮化硅3硅2.3碳化硅4.0钨4.5
32.材料是否适于衬套2和/或喷射器17可以取决于所沉积的材料。因此，有利的是，对于衬套2和/或喷射器17，能够使用与沉积的材料具有基本相同热膨胀的材料。因此，有利的是，对于衬套2和/或喷射器17，能够使用具有比石英相对高的热膨胀的材料。例如，可以使用碳化硅sic。碳化硅衬套的厚度可以在4到6mm之间，优选为5mm，因为它不必补偿大气压。压力补偿可以通过管来完成。
33.对于沉积具有约4
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1和6
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1的cte的金属和金属化合物材料(比如tan、hfo2和tao5)的系统，衬套和喷射器材料的cte优选可以在约4
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1之间，包括例如碳化硅。
34.为了沉积具有甚至更高cte的材料，可以将衬套和/或喷射器材料选择为例如表2所示。
35.表2
36.陶瓷构造材料的热膨胀系数(cte)
37.材料热膨胀(ppm/k)
马可12.6氮化硼11.9普通玻璃9莫来石5.4
38.在管12内，可以设置吹扫气体入口19，用于向衬套2b的外表面和处理管12之间的周向空间s提供吹扫气体p。吹扫气体入口包括吹扫气体喷射器20，其沿着衬套2的圆柱形壁的外表面从凸缘3朝向衬套的顶端部竖直地延伸。至周向空间s的吹扫气体p可以在排气开口8中产生流动，并抵消反应气体从排气管7向周向空间s的扩散。
39.凸缘3可以具有上表面。衬套2可以由支撑构件4支撑，支撑构件4可以连接至衬套壁2a的外圆柱形表面并且每个都具有向下指向的支撑表面。衬套也可以通过其下表面2c直接支撑在凸缘3的上表面上。
40.支撑构件4的支撑表面可以从衬套2的内圆柱形表面2b径向向外定位。在该示例中，支撑构件4的支撑表面也可以从它们所附接到的衬套2的外圆柱形表面2a径向向外定位。支撑构件4的向下指向的支撑表面可以与凸缘3的上表面接触并支撑衬套2。
41.封闭件的支撑凸缘3可以包括排气开口8，以从衬套2的反应室以及衬套2和低压管12之间的圆形空间去除气体。至少一些排气开口可以设置在凸缘3的上表面中径向上在衬套2的外侧。至少一些排气开口可以设置在衬套开口附近。排气开口8可以经由排气管道7与泵流体连接，以从反应室和处理管12与衬套2之间的周向空间抽出气体。
42.图2是图1的管的示意性俯视图。该图示出了衬套2，其具有限定内基本圆柱形表面2b和外基本圆柱形表面2a的圆柱形壁，这些圆柱形表面形成用于插入构造成承载基板的舟皿的开口13。
43.支撑构件4也是可见的。在该示例中，衬套2具有三个支撑构件4，其沿着衬套2的外圆柱形表面2a的圆周等距分布。凸缘可以设置有从凸缘的上表面3a向上延伸的定位突出部5。定位突出部5可以在其切向端部面上接合支撑构件4。结果，定位突出部5具有衬套2相对于支撑凸缘3的定心功能。
44.衬套2和形成支撑构件4的凹口可以由石英、硅或碳化硅制成。界定反应室的衬套2可具有径向向外延伸的隆起2e，以将喷射器17或温度测量系统容纳在反应室中。
45.图3可以示出根据实施例的用于图1和2的立式炉中的喷射器17。喷射器17可以构造成布置在立式炉的反应器内，以在反应室i中喷射气体。喷射器17可以是基本细长的，并且构造成具有内部气体传导通道，以将气体从喷射器的第一端部21输送到喷射器17的第二端部23。由于喷射器17可以在其第一端部21处由凸缘3支撑，喷射器17在其第二端部23处可能会有点摆动，因为它是很长很薄的结构。因此，必须设计衬套2、喷射器17和晶片舟皿b，以使三者之间有足够的空间。
46.喷射器17的外侧壁可以在其长度的至少10％、优选30％、更优选50％甚至更优选100％上朝向喷射器的第二端部逐渐变细。通过使喷射器17在第二端部23处渐缩，它可以在公差最紧的其第二端部23附近的反应室i中的衬套2和晶片舟皿之间的小空间中占据较小的空间。因此，带有其渐缩第二端部23的喷射器17可被定位在较小空间中的公差可稍微松一点。同样在没有使用衬套2的立式炉中，在其第二端部23处具有渐缩形状的喷射器17可用于使将喷射器定位在管和舟皿之间的公差变松。喷射器17的尺寸可以根据应用而变化。例
如，喷射器17的非锥形的长度(l)可以为约0mm至约400mm。在第一端部21处的横截面尺寸(x1)可以为约40mm
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约18mm，壁厚度为约3.5
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4.5mm。在第二端部23处的横截面尺寸(x2)可以为约38mm
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约16mm，壁厚度为约3
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4mm。
47.喷射器17可以设置有沿喷射器17在细长方向上延伸的一系列开口25，以将气体从传导通道输送到反应室i中。如图所示，开口25可以是基本圆形的。一系列开口25可以沿着喷射器17的表面上方的线对齐。
48.开口25可构造成使得气体在基本垂直于喷射器的细长方向的至少两个不同方向上被喷射，从而改善反应室i中的处理气体的混合。因此，一系列开口25可沿着喷射器17的表面上的至少两条线对齐。尽管在图3中可以示出具有开口的第一线，而可以在喷射器17的另一侧上构造具有开口25的类似的第二线。沿着第一线的一系列开口25可构造成使得气体沿第一方向被喷射，沿着第二线的一系列开口25可构造成使得气体沿第二方向被喷射。第一和第二方向可以彼此成30至180度之间的角度。
49.开口25可以成对地设置在相同的高度处。可替代地，开口25可以成对地设置在不相等的高度处，以提高喷射器17的强度。两个开口可以沿两个方向例如以约90度的角度喷射气体，以改善径向均匀性。
50.如图3所示，一系列开口中的开口25之间的距离在从喷射器17的第一端部21到第二端部23时可以是恒定的。有利地，每个开口25可以具有穿过开口25的基本相等的处理气体流。为了补偿当处理气体从第一端部21朝向第二端部23流过内部通道时穿过开口25时的压力损失，当处理气体从第一端部21输送到第二端部23时，内部通道的面积可以增加。
51.一系列开口中的开口25之间的距离也可以设计成使得其在从喷射器17的第一端部21到第二端部23时减小。后者在处理气体从第一端部21输送到第二端部23时对于补偿压力损失可能是有益的。
52.开口25的直径可以在1至15mm之间，优选地在3至12mm之间，更优选地在4至10mm之间。开口的面积可以在1至200mm2之间，优选地在7至100mm2之间，更优选地在13至80mm2之间。较大的开口可以具有由于开口内沉积的层而导致开口堵塞所需的时间更长的优点。
53.开口之间的竖直距离在从喷射器17的第一端部21到第二端部23时可以减小。开口25的数量可以在2和40之间，优选地在3和30之间，更优选地在4和10之间。
54.气体喷射器17的开口25可以构造成减少开口的堵塞。开口可以具有从内侧到外侧的凹入形状。在喷射器内侧的表面上的开口的表面积大于喷射器外侧上的开口18的表面积的凹入形状可以减少堵塞。内侧的较大面积允许在内部侧的更多沉积，其中压力且因此沉积较大。在外侧，压力降低且因此沉积也较慢，并且较小的面积可以在内侧收集与较大直径相同的沉积。
55.用喷射器降低压力可导致喷射器17内的反应速率降低，因为反应速率通常随压力增加而增加。喷射器内部低压的另一个优点是，通过喷射器的气体量在低压下膨胀，并且对于恒定的源气体流，源气体在喷射器内部的停留时间相应减少。由于两者的结合，可以减少源气体的分解，从而也可以减少喷射器内的沉积。
56.可以经由反应室i中的喷射器17喷射以在晶片舟皿b中的晶片w上沉积层的处理气体也可以沉积在内部气体传导通道或喷射器17的外表面上。该沉积可以引起喷射器17中的拉伸或压缩应力。该应力可能导致喷射器17破裂，这导致立式炉的停机和/或晶片w的损坏。
因此，喷射器内较少的沉积可以延长喷射器17的寿命并使立式炉更经济。
57.喷射器17的温度变化甚至可能增加这些应力。为了减轻应力，喷射器可以由可以具有沉积有处理气体的材料的热膨胀系数的材料制成。例如，气体喷射器可以由氮化硅制成(如果沉积了氮化硅)，由硅制成(如果沉积了硅)或者由氧化硅制成(当通过处理气体沉积氧化硅时)。因此，喷射器内的沉积层的热膨胀可以更好地匹配喷射器的热膨胀，从而减小气体喷射器在温度变化期间可能破裂的机会。
58.碳化硅也可以是喷射器17的合适材料。碳化硅具有可以与许多沉积材料匹配的热膨胀。
59.喷射器内部的低压的缺点是喷射器的传导显著减小。这将导致在喷射器的整个长度上在开口图案上的源气体流分布不佳：大多数源气体将从喷射器入口端部附近的孔中流出。为了促进处理气体在喷射器内的流动，沿着喷射器的长度方向，喷射器可设置有具有大的内横截面的内部气体传导通道。为了能够在反应室内容纳根据本发明的喷射器，喷射器17的切向尺寸可以大于径向尺寸，并且衬套2可以设置有向外延伸的隆起以容纳喷射器。
60.在一实施例中，提供二元膜的两个构成元素的两种源气体在进入喷射器之前在气体供应系统中混合。这是在舟皿长度上确保所喷射气体成分均匀的最简单方法。然而，这不是必需的。可替代地，两种不同的源气体可以经由分开的喷射器被喷射并且在反应室中喷射之后混合。
61.使用两个喷射器分支允许一些调整可能性。当成分基本相同的气体通过分开的源气体供应器供应到喷射器的两个部分时，供应给不同喷射器分支的流量可以选择为不同，以微调舟皿上沉积速率的均匀性。还可以将不同成分的气体供应到喷射器的两条线，以在舟皿上微调二元膜的成分。然而，当两个喷射器线的所喷射气体成分相同时，可能会获得最佳结果。
62.喷射器17内侧的内部气体传导通道的内横截面积可以在100和1500mm2之间，优选在200和1200mm2之间，更优选在300和1000mm2之间。选择该面积，使得即使处理气体在喷射器上沉积了一层，也可以通过内部气体传导通道输送足够的处理气体。
63.喷射器17还可以包括在喷射器的第二端部附近的一个单个开口，以将气体从传导通道输送到反应室中。这种构造可以称为倾卸式喷射器。
64.喷射器17可包括多个分支，例如两个分支，每个设置有分开的气体进给导管连接。一个分支可以将处理气体喷射到反应室的下部，而另一分支可以将处理气体喷射到反应室的上部。分支可以通过连接部件连接。然而，对于本发明而言，喷射器包括两个或更多个喷射器分支不是必需的。分支在其第二端部可以部分地渐缩。
65.喷射器17可以由陶瓷制成。陶瓷可以选自碳化硅(sic)、氧化硅(siox)、硅或氧化铝(alox)。可以在这样的过程中制造喷射器：首先形成喷射器，然后烘烤喷射器以硬化陶瓷。
66.预陶瓷聚合物可以用作前体，其可以在1000
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1100℃的温度下通过热解形成陶瓷产品。以这种方式获得碳化硅的前体材料可以包括聚碳硅烷、聚(甲基硅炔)和聚硅氮烷。通过预陶瓷聚合物的热解获得的碳化硅材料可以称为聚合物衍生的陶瓷或pdc。预陶瓷聚合物的热解通常是在惰性气氛中在相对较低的温度下进行的。热解方法是有利的，因为在热解成陶瓷碳化硅之前，聚合物可以形成各种形状。在热解之前，材料要软得多，因此更容易
成型为一形式。
67.喷射器17可以包括连接到顶部的底部，其中顶部可以是稍微渐缩的并且终止于第二端部23。底部可以从第一端部21开始在30和40cm之间长，并且可以是基本笔直的。底部可设置有连接管27。连接管27可装配在凸缘3(图1)中的孔中，以定位并保持喷射器17。如果喷射器被加热，则在喷射器的第一端部21上的这种构造可以是有利的，因为它允许喷射器17膨胀。缺点可能是，它允许喷射器17的某些摆动，特别是在第二端部23处。通过使第二端部23渐缩，可以增加喷射器17的摆动公差。
68.顶部在第二端部23处的横截面积可比在第一端部处的横截面积小1至80％，优选地3至40％，最优选地4至20％。顶部在第二端部处的壁厚度可以是在第一端部21处的壁厚度的2％至50％，优选为5％至30％，最优选为10％至20％。
69.喷射器17在第二端部处的横截面积可以比在第一端部处的横截面积小1至80％，优选地3至40％，最优选地4至20％。喷射器在第二端部23处的壁厚度可以比在第一端部21处的壁厚度小2至50％，优选地5至30％，最优选地10至20％。
70.根据一实施例的立式炉可以包括：
71.(低压)处理管，其设置有开口，该开口具有可封闭的门以形成反应室；
72.加热器，其构造成加热处理管的反应室；以及
73.晶片舟皿，其构造成沿竖直方向在反应室中移动基板。喷射器可以设置在反应室中，该喷射器可以在其第一端部支撑在开口附近并指向其沿竖直方向延伸到反应室中的细长渐缩第二端部。
74.立式炉可以包括凸缘3，其部分地封闭处理管的开口端部，留下中央入口开口敞开，以供晶片舟皿在其中移动并可由门封闭。竖直可移动地布置的门构造成封闭凸缘3中的中央入口，并且构造成支撑构造成保持基板的晶片舟皿。立式炉可以设置有沿着处理管的内表面设置的衬套。衬套可以在衬套的内侧上设置有用于喷射器17的隆起产生空间。
75.尽管上面已经描述了特定实施例，但应当理解，可以以不同于所描述的方式来实践本发明。上面的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以在不背离下面提出的权利要求的范围的前提下，对如前所述的本发明进行修改。各个实施例可以组合地应用或者可以彼此独立地应用。