氣相沉積裝置制造方法
【專利摘要】一種氣相沉積裝置，包括：一反應腔體，具有一供氣裝置；一管線系統，連接供氣裝置；以及，至少一反應物供應瓶，每一反應物供應瓶分別儲存一反應物，至少一反應物供應瓶以一控溫裝置包覆，控溫裝置具有一輸入端與一輸出端，使得一調控流體流入第一輸入端后再流出該輸出端，維持控溫裝置內部裝載調控流體。
【專利說明】氣相沉積裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣相沉積裝置，且特別涉及一種氣相沉積裝置中的反應物裝載系統。
【背景技術】
[0002]薄膜沉積廣泛應用于各種物品的表面工藝中，例如珠寶、餐具、工具、模制品及半導體元件。通常金屬、合金、陶瓷或半導體表面形成同質或異質成份的薄膜以改進例如耐磨、耐熱及抗蝕性質。薄膜沉積技術一般被區分為兩種類別，即物理氣相沉積與化學氣相沉積。
[0003]根據沉積技術及工藝參數不同，沉積的薄膜可具有單晶、多晶或非晶體的不同結構。單晶及/或多晶薄膜的形成對于半導體元件及集成電路制造是十分重要的磊晶(外延)層。舉例來說，磊晶層可由半導體層構成且在磊晶層形成的同時進行摻雜，以防止氧及或碳雜質污染的條件(例如真空條件)下形成摻質分布。
[0004]在某些工藝中，金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD)形成的磊晶層常用于制造發光二極管。金屬有機化學氣相沉積法形成的發光二極管的品質受到各種因素的影響，例如，反應腔體內的氣體流動穩定度或均勻度、通過基板表面的氣體流均勻度，及/或溫度控制的精確度等等。這些參數的變化可能會影響形成的磊晶層的品質，也即影響以金屬有機化學氣相沉積法所形成的發光二極管的品質。
[0005]請參照圖1，其所繪示為反應物供應系統，例如應用于一種有機金屬化學氣相沉積裝置(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,以下簡稱M0CVD)。反應物供應系統 150包括多組管線系統(piping system) 112、多組流量控制系統114以及多組反應物裝載系統130，在此圖示上我們以一組為例作`顯示。其中，流量控制系統114中包括閥門(valve)可用來控制反應物122的流速，并經由管線系統112傳遞至一供氣裝置(圖未繪示)。反應物裝載系統130將反應物122保持在一固定的溫度，例如20°C，其通過一水浴槽116內放置反應物供應瓶118 (即俗稱的MO瓶)，M0瓶118內承載反應物122，例如為NH3、TMGa(Ga(CH3) 3)、TMIn, TMAl, Cp2Mg, TEGa等其中一個。水浴槽116中的冷卻液體120例如是以水50%、乙二醇50%(抗凍劑)的比例混合，其中水浴槽116中的冷卻液體120會隨時蒸發散逸而減少，使得溫度維持效果降低，因此必須以人工的方式監測冷卻液體120的水位變化，并適時的補充冷卻液體120。
[0006]然而，如此方式，很有可能發生忘記補充冷卻液體120而使得反應物122無法保持在固定的溫度，造成MOCVD沉積效果不佳影響磊晶層的品質，或者芯片良率不佳。
【發明內容】
[0007]有鑒于此，本發明的目的在于提出一種氣相沉積裝置中的反應物裝載系統，其利用一控溫裝置包覆于反應物供應瓶，并利用流動的調控流體以確保氣相沉積裝置于運作時，使反應物維持在預設溫度。[0008]為了達到上述目的，根據本發明所提出的一方案，提出一種氣相沉積裝置，包括:一反應腔體，具有一供氣裝置；一管線系統，連接供氣裝置；以及，至少一反應物供應瓶，每一該反應物供應瓶分別儲存一反應物，該至少一反應物供應瓶以一控溫裝置包覆，控溫裝置具有一輸入端與一輸出端，使得一調控流體流入第一輸入端后再流出輸出端，維持反應物在一預設溫度。
[0009]于一實施例中，還包括溫度感測器，裝設于管線系統或反應物供氣瓶上，用以感測反應物的溫度，產生一溫度信號。于一實施例中，還包括:一流速控制器，根據溫度信號控制調控流體流入輸入端流速。
[0010]于一實施例中，還包括:一循環系統，將輸出端所輸出的調控流體進行一熱交換后，再傳遞至輸入端。
[0011 ] 于一實施例中，調控流體為一氣體或一液體。
[0012]于一實施例中，還包括:一流量控制系統，控制反應物的流速，并且經由管線系統將反應物傳遞至供氣裝置進入反應腔體。于一實施例中，還包括一溫度感測器設置于流量控制系統，以感測第一反應物的溫度，產生一溫度信號。[0013]于一實施例中，控溫裝置為一第一纏繞線路包覆于反應物供應瓶。于一實施例中，控溫裝置還包括一第二纏繞線路與第一纏繞線路交錯包覆于反應物供應瓶。
[0014]于一實施例中，至少一反應物供應瓶為多個供氣瓶,對應該些供氣瓶包覆的多個控溫裝置，以一共通輸入線路同時連接到該些控溫裝置的對應多個輸入端。
[0015]于一實施例中，至少一反應物供應瓶包括一第一供氣瓶與一第二供氣瓶，對應一第一控溫裝置與一第二控溫裝置，該第一控溫裝置具有一第一輸入端與一第一輸出端，第二控溫裝置具有一第二輸入端與一第二輸出端，其中第一輸出端連接第二輸入端。
[0016]于一實施例中，預設溫度范圍為攝氏4度到40度。
[0017]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1所繪示為現有的氣相沉積裝置示意圖；
[0019]圖2繪示為本發明反應物裝載系統的第一實施例；
[0020]圖3繪示為本發明反應物裝載系統的第二實施例；
[0021 ] 圖4A與圖4B所繪示為控溫裝置的其他實施例；
[0022]圖5A與圖5B所繪示為多反應物的氣相沉積裝置示意圖；
[0023]圖6A與圖6B所繪示為控溫裝置的其他實施例。
[0024]其中，附圖標記
[0025]112:管線
[0026]114:流量控制系統
[0027]116:水浴槽
[0028]118:反應物供應瓶
[0029]120:冷卻液體
[0030]122:反應物
[0031]130:反應物裝載系統[0032]200:反應腔體
[0033]202:供氣裝置
[0034]204a、204b:載具
[0035]206:承載盤
[0036]208:加熱器
[0037]210:中心轉軸
[0038]212:管線系統
[0039]214、314:流量控制系統
[0040]216、316:控溫裝置
[0041]218、318:反應物供應瓶
[0042]220,320:調控流體
[0043]222、322:反應物
[0044]228:流速控制器
[0045]330:循環系統
[0046]416,430,432:纏繞線路
[0047]418,428:反應物供應瓶
[0048]516,524,528,616,656,666:纏繞線路
[0049]518、618、658:第一反應物供應瓶
[0050]528、628、668:第二反應物供應瓶
【具體實施方式】
[0051]下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述:
[0052]本發明提出一氣相沉積裝置，其利用一控溫裝置來裝載調控流體并呈現一滿載電位以包覆于反應物供應瓶，以確保氣相沉積裝置于運作時，反應物維持在固定的預設溫度。
[0053]請參照圖2，其繪示為本發明氣相沉積裝置及其反應物裝載系統的第一實施例。在氣相沉積裝置中，密閉的反應腔體(reaction chamber) 200內包括一承載盤(susceptor) 206、多個載具(holder)(在此為不意圖以204a、204b為例，實際上根據大小有多個設計，例如八個或十個)、加熱器(heater) 208、供氣裝置(shower head) 202、以及中心轉軸210。其中，載具204a、204b是位于承載盤206上，可將芯片(wafer)固定其上。再者，于反應腔體200中進行反應時，加熱器208控制反應腔體200內的反應溫度，中心轉軸210旋轉承載盤206，而供氣裝置202提供反應物，例如反應氣體。因此，可使得生成物均勻地沉積于芯片上。
[0054]而在反應腔體200外的反應物供應系統包括管線系統212、流量控制系統214以及反應物裝載系統230。其中，流量控制系統214中包括閥門可用來控制反應物222的流速，并經由管線系統212傳遞至供氣裝置202進入反應腔體200。
[0055]反應物裝載系統230包括:一控溫裝置216、一調控流體220 (例如，冷卻液體、或者冷卻氣體)、一反應物供應瓶218、一反應物222。其中，該反應物供應瓶218以及控溫裝置216是以剖剖視的方式呈現。
[0056]根據本發明的第一實施例，反應物供應瓶218內部裝載反應物222，再經由管線系統212傳遞至反應腔體200。再者，控溫裝置216具有一輸入端(IN)與一輸出端(OUT)。于氣相沉積裝置運作時，調控流體220不斷地流入輸入端(IN)后再由輸出端(OUT)流出，維持該控溫裝置216內部裝載調控流體220，在一實施例中反應物供應瓶218完全被控溫裝置216中的調控流體220所包覆，并呈現一滿載電位，并且將反應物222保持在預設溫度，例如范圍在攝氏4度到40度，針對不同反應物提供不同預設溫度。其中反應物222例如NH3、TMGa(Ga(CH3)3)、TMIn、TMAl，Cp2Mg, TEGa等其中一個，上述反應物預設溫度約落在攝氏4度到40度，其中每一個反應物對應活性不同，所預設溫度不一定相同。。
[0057]很明顯地，由于氣相沉積裝置運作時，反應物供應瓶218確實被調控流體220所包覆。因此，不需人工來持續監測，也可以將反應物222保持在固定的預設溫度。其中我們可以設計一溫度感測器(圖未繪示)于管線系統212、流量控制系統214或反應物供氣瓶218，用以感測反應物222的溫度，產生一溫度信號，作為溫度調整參考依據。
[0058]例如，另一實施例搭配一流速控制器228，根據溫度信號，以精準調整的控制調控流體220的流速，例如以20度為預設溫度下，當溫度超出20.5度時，溫度信號為提供一速度加快信號于流速控制器228，使得流速控制器228加快輸入或排出速度，因此溫度能快速降溫，當回到標準60度，溫度信號控制則使流速控制器228恢復正常流速，來更加精確地將反應物保持在固定的預設溫度。
[0059]請參照圖3，其繪示為本發明的氣相沉積裝置及其反應物裝載系統的第二實施例。而反應物裝載系統350以外的設備如圖2所述，因此不再贅述。
[0060]反應物裝載系統包括:一控溫裝置316、一調控流體320、一反應物供應瓶318、一反應物322、循環系統330。其中，循環系統330可將調控流體320傳遞至控溫裝置316的輸入端(IN)，并由控溫裝置316的輸出端(OUT)傳遞至循環系統330進行熱交換后再度傳遞至輸入端(IN)，其中熱交換可準確控制在一定溫度范圍，用以精準的控制控溫裝置316中調控流體320的溫度，以達到精準的控制反應物322的固定的預設溫度。
[0061]根據本發明的第二實施例，第二實施例的反應物裝載系統還包括一溫度感測器(未繪示)，安裝于流量控制系統314中，用以檢測管線312中反應物322的溫度，并產生一溫度信號T至循環系統330。一實施例中，溫度感測器也可設計于管線系統212上或反應物供氣瓶318，具有感測反應物322的溫度，產生一溫度信號T即可。
[0062]在一實施例中，循環系統330中還可包括流速控制器(未繪示)，以控制調控流體320在進行循環時的流速。舉例來說，當管線312中反應物322的溫度升高時，循環系統330內的流速控制器根據溫度信號T，加快調控流體320的流速以降低反應物322的溫度；反之，當管線312中反應物322的溫度降低時，循環系統330內的流速控制器根據溫度信號T，減低調控流體320的流速以升高反應物322的溫度。
[0063]由以上說明可知，雖然圖3的溫度感測器是安裝于流量控制系統314中。然而，在本領域的技術人員也可以將溫度感測器安裝于管線系統212上或者供氣裝置202上，以檢測反應物322的溫度。
[0064]請參照圖4A與圖4B，其所繪示為控溫裝置的其他實施例。如圖4A所示，控溫裝置是為纏繞線路416包覆于反應物供應瓶418，纏繞線路416具有一輸入端(IN)與一輸出端(OUT)。當氣相沉積裝置運作時，調控流體不斷地流入輸入端(IN)并且由輸出端(OUT)流出。于一實施例中，此纏繞線路416還可搭配上述循環系統或流速控制器來運作。[0065]如圖4B所示，控溫裝置是由二纏繞線路430、432包覆組合而成，并且包覆于反應物供應瓶428，控溫裝置具有二輸入端(IN1、IN2)與二輸出端(0UT1、0UT2)。當氣相沉積裝置運作時，調控流體不斷地流入二輸入端并且由二輸出端流出。
[0066]當然，此二纏繞線路430、432還可裝置搭配循環系統來運作，以還準確控制反應物的溫度。舉例來說，當管線中反應物的的溫度在一預設溫度范圍時，根據溫度信號T使得循環系統僅控制單一纏繞線路430中調控流體的流動；當管線中反應物的的溫度在一預定溫度范圍以上時，循環系統則同時控制二纏繞線路430、432中調控流體的流動；當管線中反應物的的溫度在一預定溫度范圍以下時，循環系統則降低調控流體在二纏繞線路430、432中流動。當然，循環系統中還可包括流速控制器，以還精準的維持反應物的預設溫度。
[0067]當然，本發明的反應物裝載系統也可以應用于需要維持在相同溫度的多個反應物供應瓶上。請參照圖5A與圖5B，其所繪示為反應物裝載系統的其他實施例。如圖5A所示，控溫裝置是為纏繞線路516，其利用并聯的方式分別包覆于第一反應物供應瓶518以及第二反應物供應瓶528，纏繞線路516具有一輸入端(IN)與一輸出端(OUT)。當氣相沉積裝置運作時，調控流體不斷地流入輸入端(IN)并且由輸出端(OUT)流出。或者，纏繞線路616還可搭配溫度感測器以及循環系統來運作。
[0068]如圖5B所示，控溫裝置是由二纏繞線路524、526分別并聯包覆于第一反應物供應瓶518以及第二反應物供應瓶528，控溫裝置具有二輸入端(IN1、IN2)與二輸出端(0UT1、0UT2)。當氣相沉積裝置運作時，調控流體不斷地流入二輸入端并且由二輸出端流出。當然，此二纏繞線路524、526還可搭配溫度感測器以及循環系統來運作還可準確控制反應物的溫度，而詳細運作情形則不再贅述。
[0069]請參照圖6A與圖6B,其所繪示為反應物裝載系統的其他實施例。如圖6A所示,控溫裝置是為纏繞線路616以串聯的方式依序包覆于第一反應物供應瓶618以及第二反應物供應瓶628，纏繞線路616具有一輸入端(IN)與一輸出端(OUT)。當氣相沉積裝置運作時，調控流體不斷地流入輸入端(IN)`并且由輸出端(OUT)流出。或者，纏繞線路616還可搭配溫度感測器以及循環系統來運作。
[0070]如圖6B所示，控溫裝置是由二纏繞線路656、666包覆組合而成，并且分別以串聯的方式依序包覆于第一反應物供應瓶658以及第二反應物供應瓶668，控溫裝置具有二輸入端(IN1、IN2)與二輸出端(0UT1、0UT2)。當氣相沉積裝置運作時，調控流體不斷地流入二輸入端并且由二輸出端流出。當然，此二纏繞線路656、666還可搭配溫度感測器以及循環系統來運作還可準確控制反應物的溫度，而詳細運作情形則不再贅述。
[0071]由上述實施例可知，本發明的優點是提出一種氣相沉積裝置中的反應物裝載系統，以其利用一控溫裝置包覆于反應物供應瓶，并且使調控流體在控溫裝置中流動，以確保氣相沉積裝置于運作時，反應物維持在固定的預設溫度。
[0072]當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種氣相沉積裝置，其特征在于，包括: 一反應腔體，具有一供氣裝置； 一管線系統，連接該供氣裝置；以及 至少一反應物供應瓶，每一該反應物供應瓶分別儲存一反應物，該至少一反應物供應瓶以一控溫裝置包覆，該控溫裝置具有一輸入端與一輸出端，使得一調控流體流入該輸入端后再流出該輸出端，維持該反應物在一預設溫度。
2.根據權利要求1所述的氣相沉積裝置，其特征在于，還包括: 一溫度感測器，裝設于該管線系統或該反應物供氣瓶上，用以感測該反應物的溫度，產生一溫度信號。
3.根據權利要求2所述的氣相沉積裝置，其特征在于，還包括: 一流速控制器，根據該溫度信號控制該調控流體流入該輸入端流速。
4.根據權利要求1所述的氣相沉積裝置，其特征在于，還包括: 一循環系統，將該輸出端所輸出的該調控流體進行一熱交換后，再傳遞至該輸入端。
5.根據權利要求1所述的氣相沉積裝置，其特征在于，該調控流體為一氣體或一液體。
6.根據權利要求1所述的氣相沉積裝置，其特征在于，還包括: 一流量控制系統，控制該反應物的流速，并且經由該管線系統將該反應物傳遞至該供氣裝置進入該反應腔體。`
7.根據權利要求6所述的氣相沉積裝置，其特征在于，還包括一溫度感測器設置于該流量控制系統，以感測該反應物的溫度，產生一溫度信號。
8.根據權利要求1所述的氣相沉積裝置，其特征在于，該控溫裝置為一第一纏繞線路包覆于該反應物供應瓶。
9.根據權利要求8所述的氣相沉積裝置，其特征在于，該控溫裝置還包括一第二纏繞線路與該第一纏繞線路交錯包覆于該反應物供應瓶。
10.根據權利要求1所述的氣相沉積裝置，其特征在于，該至少一反應物供應瓶為多個供氣瓶，對應該些供氣瓶包覆的多個控溫裝置，以一共通輸入線路同時連接到該些控溫裝置的對應多個輸入端。
11.根據權利要求1所述的氣相沉積裝置，其特征在于，該至少一反應物供應瓶包括一第一供氣瓶與一第二供氣瓶，對應一第一控溫裝置與一第二控溫裝置，該第一控溫裝置具有一第一輸入端與一第一輸出端，該第二控溫裝置具有一第二輸入端與一第二輸出端，其中第一輸出端連接該第二輸入端。
12.根據權利要求1所述的氣相沉積裝置，其特征在于，該預設溫度范圍為攝氏4度到40度。
【文檔編號】C23C16/455GK103484836SQ201210192079
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年6月11日 優先權日:2012年6月11日
【發明者】劉恒 申請人:綠種子材料科技股份有限公司