气体反应装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种应用于制造或处理半导体的技术，特别是一种气体反应装置。


背景技术：

2.有机金属化学气相沉积法(metal
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organic chemical vapor deposition，mocvd)是在基板上成长半导体薄膜的一种制程方法。有机金属化学气相沉积法在成长半导体薄膜时，利用喷头将载气及有机金属气体导入反应腔室中，使反应腔室中均匀地充满气体，以在晶圆基板的反应面上成长半导体薄膜。在成长半导体薄膜的过程中，气体的流量与稳定度，为影响半导体制程品质的其中一项重要环节。
3.在有机金属化学气相沉积法的制程中，基板的反应面与反应气体的接触是否均匀，以及是否有粉尘飘散附着在基板的反应面上等问题，都会直接影响薄膜形成的品质。再者，若有机金属化学气相沉积法的制程中，若反应气体的流速不够快，可能使第ⅲ族的金属气体与第v族的特殊气体，沉积在喷头的气孔或反应腔室，不但耗费气体成本，也严重影响了半导体制程的品质。
4.因此，若能降低粉尘沉降在表面，就能解决晶片合格率下降的问题，同时能减少气体消耗，提升生产制作品质。
5.有鉴于此，本实用新型遂针对上述现有技术的缺失，提出一种气体反应装置，以有效克服上述的所述的这些问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的主要目的在提供一种气体反应装置，其可提升快速气流通道内气体流通的速率，以提高晶圆上薄膜形成的均匀度，同时减少反应腔内杂质的沉降。
7.本实用新型的另一目的在提供一种气体反应装置，其快速气流通道的流道小，且因气体流速快，使沉积效率高，可降低气体的消耗，大幅降低制程成本。
8.为达上述的目的，本实用新型提供一种气体反应装置，包括一反应腔以及一基板承载装置，基板承载装置设置在反应腔内的上部，使基板承载装置与反应腔之间形成一快速气流通道，且快速气流通道的高度大于0毫米且小于或等于5毫米。
9.在本实施例中，基板承载装置用于承载至少一基板，基板承载装置包括，至少一碟盘具有一上方开放的基板槽，以供基板以反应面朝下的方式置入，基板槽下方设有一反应口以供反应面裸露。一下大盘具有至少一个上方开放的碟盘槽，以供碟盘置入，碟盘槽下方设有一底口以供反应面裸露。一上大盘遮盖于下大盘的上方并将碟盘槽上方封闭。
10.在本实施例中，碟盘槽设有一环槽沟，碟盘设有一入于环槽沟的对接部，环槽沟内设有一环状气浮通道。环状气浮通道以切线方向衔接一入气引道，以引入气浮气体施力于对接部，使碟盘悬浮及旋转。环槽沟衔接于一第一泄出口，以供气浮气体排出。
11.在本实施例中，以气浮气体的引入流量大小控制碟盘的悬浮高度。
12.在本实施例中，上大盘设有一第二泄出口与第一泄出口衔接。
13.在本实施例中，基板槽内壁边缘设有若干承载指以承托基板的边缘，承载指的顶面朝向基板槽中心倾斜。
14.在本实施例中，气体反应装置更包括一升降筒暨废气收集环，连接于下大盘以支撑并带动基板承载装置升降及旋转，并收集反应后的废气。
15.在本实施例中，反应腔的侧壁设有至少一取放口。
16.本实用新型快速气流通道的流道狭窄，可提升快速气流通道内气体流通的速率，同时配合基板承载装置令基板高速旋转，能大幅提升晶圆上薄膜形成的均匀度，同时减少反应腔内杂质的沉降，且因气体流速快使沉积效率高，能降低气体的消耗，大幅降低制程成本。
17.兹为对本实用新型的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后。
附图说明
18.图1为本实用新型中气体反应腔的剖面示意图。
19.图2为本实用新型中气体反应腔的半侧剖面的使用状态示意图。
20.图3为本实用新型中基板承载装置的俯视分解图。
21.图4为本实用新型中基板承载装置的剖面分解图。
22.图5为本实用新型中气体反应腔的半侧剖面的另一使用状态示意图。
23.附图标记说明：1
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气体反应装置；10
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反应腔；11
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取放口；12
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快速气流通道；20
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基板承载装置；21
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碟盘；211
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基板槽；212
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反应口；213
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对接部；214
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承载指；22
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下大盘；220
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第一通道；221
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碟盘槽；222
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底口；223
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环槽沟；224
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环状气浮通道；225
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入气引道；226
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第一泄出口；222
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底口；23
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上大盘；230
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第二通道；231
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第二泄出口；30
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升降筒暨废弃收集环；40
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喷头；50
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基板；52
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反应面；l
‑
高度。
具体实施方式
24.本实用新型可缩减反应腔快速气流通道的高度，令气体在快速气流通道的流速变快，以提高晶圆上薄膜形成的均匀度，同时能吹扫杂质，减少反应腔内杂质的沉降。且因本实用新型缩短快速气流通道高度，令气体流速快使沉积的时间缩短，可降低气体的消耗，大幅降低制程成本。
25.说明本实用新型的结构，请参阅图1至图2。图1为本实用新型气体反应装置1的半剖面示意图，图2仅以气体反应装置1右半侧的剖面示意说明。在本实施例中，气体反应装置1为面下型(face down)的气体反应装置1，其包含一反应腔10、一基板承载装置20、一升降筒暨废气收集环30及一喷头40，基板承载装置20可乘载一基板50，使基板50(晶圆)以反应面52朝下的方式露出于快速气流通道12并与反应气体进行接触。通过这样的配置，粉尘因为重力的关系往下沉降，而不容易附着于基板50的反应面52，从而改善因粉尘飘散而造成的合格率损失问题。同时，前述配置方式还能使基板50与反应气体均匀且稳定接触，更有利于进行高产能的自动化生产。
26.反应腔10的侧壁上设有至少一取放口11，取放口11设置在对应于反应腔10并且靠
近下半部的位置。
27.值得注意的是，基板承载装置20设置在反应腔10内的上半部，使基板承载装置20与反应腔10的下半部之间形成一快速气流通道12。其中，反应腔10底部与基板承载装置20的间距，也就是快速气流通道12的高度l小于或等于5毫米，但大于0毫米。
28.本实用新型通过反应腔10及基板承载装置20之间设置的快速气流通道12，令喷头40所喷出的反应气体能在快速气流通道12中流动，最后进入到升降筒暨废气收集环30，以回收反应气体。相比现有反应腔中长达3～5公分的气流通道，本实用新型将快速气流通道12的高度l缩减至5毫米，可提供反应气体在快速气流通道12中具有更快的流速。
29.接着请参照图3及图4，以说明基板承载装置20的结构。基板承载装置20，设置在反应腔10内且位于反应腔10的上半部，用于承载至少一基板50。基板承载装置20包含至少一碟盘21、一下大盘22以及一上大盘23。碟盘21具有一上方开放的基板槽211以供基板50以反应面52朝下的方式置入。基板槽211下方设有一反应口212，以供基板50的反应面52裸露，且基板槽211内壁边缘设有若干承载指214以承托基板50的边缘，承载指214的顶面朝向基板槽211中心倾斜。下大盘22具有至少一个上方开放的碟盘槽221以供碟盘21置入，碟盘槽221下方设有一底口222以供反应面52裸露于反应腔10的下半部。上大盘23遮盖于下大盘22的上方并将碟盘槽221上方封闭，上大盘23的半径大于下大盘22。
30.上述碟盘槽221内更设有一环槽沟223，碟盘21设有一对应于环槽沟223的对接部213。环槽沟223内设有一环状气浮通道224，环状气浮通道224于其切线方向衔接一入气引道225，以引入气浮气体施力于对接部213，使碟盘21悬浮及旋转。环槽沟223衔接于一第一泄出口226，以供气浮气体排出。上大盘23还设有一第二泄出口231与第一泄出口226衔接，以供气浮气体由第二泄出口231排出。其中，气浮气体的引入流量大小可用以控制碟盘21的悬浮高度。
31.请回复参照图1与图2，升降筒暨废气收集环30环设在反应腔10内且位于边缘，升降筒暨废气收集环30连接于下大盘22以支撑并带动基板载装置20升降及旋转。升降筒暨废气收集环30可调整基板承载装置20于反应腔10内的高度位置，也可带动下大盘22缓慢旋转(实施时，可采用20rpm以下的转速)，使承载于基板承载装置20的基板50与反应气体接触效果更为均匀。实施时，升降筒暨废气收集环30可设置提供气浮气体的供气管道(图中未示)以与入气引道225(参图3)衔接。实施时，升降筒暨废气收集环30可与一废气泵(图中未示)连接，以收集反应后的废气。
32.通常情况下，升降筒暨废气收集环30的位置正好阻挡反应腔10的取放口11，避免反应腔10内的反应气体流出。然而，当升降筒暨废气收集环30下降至最低位置时，可打开取放口11，同时带动下大盘22下降，以提供伸一机械手臂(图中未示)伸入撷取基板50。
33.喷头40设置在反应腔10内，喷头40与供应气体的管路(图中未示)连通，以释出反应气体。喷头40穿越基板承载装置20的下大盘22中央所设置的第一通道220以及上大盘23中央所设置的第二通道230，以使基板承载装置20得以顺畅升降。
34.在上述说明完本实施例的气体反应装置结构后，接着请参阅图5，以说明本实施例气体反应装置1的另一使用状态。本实施例以气浮气体的引入流量大小控制碟盘21的悬浮高度，输入的气浮气体并带动碟盘21，使碟盘21呈现悬浮及旋转的态样。同时，搭配比现有技术更为狭窄的通道，即高度l仅有5毫米的快速气流通道12，使喷头40喷出的反应气体在
快速气流通道12的流速加快。本实施例还利用快速气流通道12产生高流速的反应气体，搭配碟盘21使基板50旋转，如此提升在基板50上薄膜形成的均匀度。同时，高速的气体流动能吹扫基板50上的杂质以减少杂质的沉降，并且狭窄的快速气流通道12提升气体流速，缩短沉积时间，降低气体消耗，从而大幅度地降低制造成本。
35.综上所述，本实用新型快速气流通道的流道狭窄，可提升快速气流通道内气体流通的速率，同时配合基板承载装置令基板高速旋转，能大幅提升晶圆上薄膜形成的均匀度，同时减少反应腔内杂质的沉降，且因气体流速快使沉积效率高，能降低气体的消耗，大幅降低制程成本。
36.以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。