反應氣體輸送裝置及化學氣相沉積或外延層生長反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及制造半導體器件，尤其涉及一種在諸如基片等襯底上生長外延層或進行化學氣相沉積的裝置。
【背景技術】
[0002]在諸如基片等襯底上生長外延層或進行化學氣相沉積的生產過程中，反應器的設計十分關鍵。現有技術中，反應器有各種各樣的設計，包括:水平式反應器，該反應器中，基片被安裝成與流入的反應氣體成一定角度；行星式旋轉的水平式反應器，該反應器中，反應氣體水平通過基片；以及垂直式反應器，該反應器中，當反應氣體向下注入到基片上時，基片被放置在反應腔內的基片承載架上并以相對較高的速度旋轉。該種高速旋轉的垂直式反應器為商業上最重要的MOCVD反應器之一。
[0003]垂直式反應器中反應氣體輸送裝置的結構是最為重要的設計之一，外延生長工藝或者化學氣相沉積工藝通常需要至少兩組反應氣體，在實際應用中，優選地，反應氣體在進入反應腔前不能混合，因此人們提出各種各樣的氣體噴淋頭設計來保證兩組反應氣體在進入反應腔前保持相互隔離。此外，有效地對氣體噴淋頭進行冷卻對反應工藝也有很好的幫助，在很多應用中采用包括水在內的流體進行冷卻。
[0004]現有技術中，大部分氣體輸送裝置設計是采用氣體輸送管道實現對不同反應氣體的輸送，將很多元件焊接加工在一起，不僅提高了加工制作難度，還會因為氣體輸送管道與不同氣體的間隔板間密封效果不好，增加氣體泄漏的風險；在另一些設計中，提供了一種氣體輸送裝置，它通過將多個中空的長形管狀的氣體分布元件肩并肩地并排、間隔地焊接而成，同時在長形管狀氣體分布元件下方焊接有氣體擴散器及冷卻管道等元件，但這些焊接元件極易導致漏水、漏氣，并且在加工焊接時，不能保證各個進氣口元件的完全相同，因而，不能保證每一個氣體輸送裝置的形狀尺寸一致，此外，在一段工藝后，氣體輸送裝置容易變形，導致同一反應腔內的不同基片工藝效果出現不同。如果各個氣體輸送裝置在加工時不能保證加工參數完全相同，在放置到反應器內時，不同反應器的加工工藝將會不同，這會嚴重影響不同反應器內基片加工的均一性，造成一批基片(反應腔與腔之間)的處理結果不同。此外，在這些設計中，還存在著由于管狀氣體分布元件之間的氣體擴散速度不同，而導致輸送到處理區域內的氣體不均勻的問題。
[0005]因此，業內亟需一種能在均勻提供反應氣體的同時，結構設計簡單，工藝穩定性好的反應氣體輸送裝置。
【發明內容】
[0006]本發明的目的之一在于提供一種反應氣體輸送裝置，其整體結構設計簡單，加工制作簡單，并且經過長期的工藝處理后不會發生變形、能有效避免反應氣體在進入處理區域前發生氣體泄漏、冷卻水泄漏，同時，能保證反應氣體進入處理區域的速率均勻可控，保證每一反應腔內的不同基片的工藝處理、反應腔與反應腔之間的基片工藝處理的均一性。
[0007]根據本發明的發明目的，本發明提供了一種反應氣體輸送裝置，用于化學氣相沉積或外延層生長反應器，包括:從上往下依次設置的一頂板、一隔離板和一氣體輸送板，所述頂板與所述隔離板相互間隔而于二者之間形成第一氣體擴散區域，所述隔離板和所述氣體輸送板相互間隔而于二者之間形成第二氣體擴散區域；
[0008]所述氣體輸送板為一體形成之板體，其包括一上表面，所述上表面上沿某一水平方向上開設有相互平行排列的多個縱長形第一氣體擴散槽和多個縱長形第二氣體擴散槽，并且每一所述第一氣體擴散槽和每一所述第二氣體擴散槽相互間隔排列設置，所述每一第一氣體擴散槽下方還開設連接有一縱長形第一氣體出氣通道并且二者相連通，所述每一第二氣體擴散槽下方還開設連接有一縱長形第二氣體出氣通道并且二者相連通；所述每一第一氣體擴散槽和與之相鄰的每一第二氣體擴散槽之間向下延伸設置有一縱長形的氣體導流條；所述每一縱長形的氣體導流條內部設置有一縱長形的冷卻管道，所述每一縱長形的氣體導流條的下表面設有具一定弧度的弧形或設為尖錐形；
[0009]所述每一第一氣體擴散槽上還進一步連接設置有至少一根與所述第一氣體擴散區域相連通的第一氣體輸送管。
[0010]進一步的，所述每一縱長形第一氣體出氣通道與所述每一縱長形第二氣體出氣通道相互平行排列，并且相互間隔排列設置。
[0011]進一步的，所述縱長形第一氣體出氣通道為一縱長形的縫隙通道。
[0012]進一步的，所述縱長形第二氣體出氣通道為一縱長形的縫隙通道。
[0013]進一步的，所述縱長形第一氣體出氣通道包括若干個孔通道，所述若干個孔通道整體上構成一縱長形的出氣通道。
[0014]進一步的，所述縱長形第二氣體出氣通道包括若干個孔通道，所述若干個孔通道整體上構成一縱長形的出氣通道。
[0015]進一步的，所述每一縱長形的氣體導流條位于每一縱長形第一氣體出氣通道和每一縱長形第二氣體出氣通道之間。
[0016]進一步的，所述縱長形的氣體導流條的下表面為向反應氣體工藝處理區域凸出的弧形表面。
[0017]進一步的，所述縱長形的氣體導流條的下表面為向反應氣體工藝處理區域凹陷的弧形表面。
[0018]進一步的，所述向工藝處理區域凹陷的弧形表面與所述第一氣體出氣通道和第二氣體出氣通道的通道側面連接處為弧形。
[0019]進一步的，所述每一縱長形的氣體導流條兩側分別連接一縱長形的子氣體導流條，所述氣體導流條與所述子氣體導流條相互平行并相互間隔一距離設置，二者之間形成一子氣體通道，所述子氣體通道與所述第一氣體出氣通道或第二氣體出氣通道在豎直的截面方向上呈一銳角。
[0020]進一步的，所述第一氣體出氣通道為寬度小于第一氣體擴散槽槽寬度的縱長形的縫隙通道或直徑小于第一氣體擴散槽槽寬度的若干孔通道；第二氣體出氣通道為寬度小于第二氣體擴散槽槽寬度的縱長形的縫隙通道或直徑小于第二氣體擴散槽槽寬度的若干孔通道。
[0021]進一步的，所述氣體輸送裝置至少包括邊緣區域和中心區域，位于所述邊緣區域內的第一和第二氣體出氣通道的截面豎直長度與位于所述中心區域內的第一和第二氣體出氣通道的截面豎直長度不相同或相同。
[0022]所述氣體輸送裝置至少包括邊緣區域和中心區域，所述邊緣區域和所述中心區域的第一氣體擴散槽的槽凹陷深度大于所述中心區域的第一氣體擴散槽的槽凹陷深度，所述第二氣體擴散槽的槽凹陷深度大于所述中心區域的第二氣體擴散槽的槽凹陷深度。
[0023]本發明的目的之二在于提供一種化學氣相沉積或外延層生長反應器，所述反應器包括一反應氣體輸送裝置，所述反應氣體輸送裝置可以有效控制反應氣體進入處理區域的速率和均勻度，在進入處理區域前可保證兩組氣體的互相隔離，同時能減少反應氣體在反應氣體輸送裝置的下表面發生沉積反應，減少反應腔的污染概率。
[0024]本發明的目的之三在于提供一種制作氣體輸送裝置的方法，所述方法包括下列步驟:
[0025]提供一具有一定厚度的板材用以制作氣體輸送板，該板材具有相對平行的上表面和下表面；
[0026]在所述板材上表面沿某一水平方向開鑿制作相互平行且具有一定深度的縱長形的第一氣體擴散槽和縱長形的第二氣體擴散槽，所述第一氣體擴散槽和所述第二氣體擴散槽交替設置；在所述第一氣體擴散槽的槽底開鑿設置寬度小于第一氣體擴散槽槽寬度的縱長形的縫隙通道或直徑小于第一氣體擴散槽槽寬度的若干孔通道，所述縫隙通道或所述孔通道構成第一氣體出氣通道，在所述第二氣體擴散槽的槽底開鑿設置寬度小于第二氣體擴散槽槽寬度的縱長形的縫隙通道或直徑小于第二氣體擴散槽槽寬度的若干孔通道，所述縫隙通道或所述孔通道構成第二氣體出氣通道；所述每一第一出氣通道和所述每一第二氣體出氣通道之間的板材構成縱長形的氣體導流條；
[0027]在每一氣體導流條內部開鑿設置縱長形的冷卻通道；設置氣體導流條的下表面為具有一定弧度的下表面或尖錐形下表面；
[0028]在制作完成的氣體輸送板上表面緊密固定一密封板，將所述密封板上對應第二氣體擴散槽的區域挖空設置，在所述密封板上對應每一第一氣體擴散槽的位置設置至少一輸送管插接口；
[0029]在所述氣體輸送板上方一定距離設置一隔離板，所述隔離板和所述氣體輸送板之間形成第二氣體擴散區域，在所述隔離板上對應每一輸送管插接口的位置設置一小孔，每個小孔