[发明专利]薄膜工艺设备及其制作方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种薄膜工艺设备及薄膜制作方法，特别是有关于一种薄膜工艺设备中的供气结构，通过此供气结构的设计，可使薄膜工艺设备中的反应气体均匀混合并且加速完成反应。

背景技术

随着半导体工艺技术的演进，已有越来越多的产品需要使用薄膜工艺设备，在基板上成长一层薄膜。然而，目前主要用来成长薄膜的方法有几种，包括蒸镀法(spattering)、层积法(depositing)及有机金属化学气相沉积技术(MOCVD)等。特别是在太阳能光电相关产业中，大都使用有机金属化学气相沉积技术来成长薄膜，这是因为有机金属化学气相沉积技术(MOCVD)具有如下的优点：

(1)用于生长化合物半导体材料的各成分和掺杂剂都是以气态方式通入反应室，而有机金属化学气相沉积技术可以通过精确控制气态源的流量和通断时间来控制生成薄膜的成分、掺杂浓度、厚度等，适于生长薄层和超薄层材料。

(2)由于生长化合物半导体材料时，需要控制反应室中各种气体的反应时间，而有机金属化学气相沉积技术可以在反应室中改变化合物成分和掺杂浓度，适于进行异质结构和超晶格、量子阱的生长。

(3)由于薄膜生长是以热解化学反应的方式进行的，而有机金属化学气相沉积技术可以通过控制反应源气流和温度分布来达到薄膜生长的均匀性，因此，有机金属化学气相沉积技术适于多片和大片的生长薄膜，便于工业化大批量生产。

(4)由于有机金属化学气相沉积技术，因为没有等离子体(plasma)反应，反应炉体对真空度的规格要求较低，反应室的结构较简单，故可以降低设备的成本。

由于有机金属化学气相沉积技术具有上述优点，使得有机金属化学气相沉积技术相关技术及设备发展越益蓬勃。然而，有机金属化学气相沉积技术的主要方法是将有机金属气体于气态下与别的气体混合并反应，由于各种不同的气体是由不同的供气口提供，使得各种不同的气体经由不同的供气口将各种气体送至反应室中进行反应，因此在反应室的设计上，需要考虑供气结构上供气口的设计、供气口相较于基板(substrate)的相对距离及与加热温度间互相的配合，这三大因素对于有机金属化学气相沉积技术的最后形成薄膜的性质优劣，具有决定性影响。

请参考图1a为一种现有技术的薄膜工艺设备的示意图，而图1b则为一种供气结构上供气口的传统设计示意图；由图1a中可看出薄膜工艺设备的反应室200中的气体224及223是由供气结构221上的不同供气口提供并喷至反应室200中；而一般的在供气结构221上的供气口设计为正交或交错排列，如图1b所示。然而，这种正交或交错排列的供气方式，大都无法有效将不同气体混合均匀；现举一例说明：若以交错排列方式将二乙基锌(DEZn_(g))气体与水(H₂O_(g))气体在反应室中进行反应时，则会在反应室中于两种气体混合时才会生成氧化锌(ZnO)及乙炔(C₂H₆)；很明显地，由于供气口的设计因素，造成两气体的气流混合的区域不大，如图1c中的影线所示；使得气体在反应室中无法达到最佳的混合及反应结果，且产生的乙炔气由于具可燃性，为待清除废气，为清除乙炔气也增加气体均匀性控制的困难度。因此，在现有的薄膜工艺设备中的供气结构是可以有改善的空间。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一主要目的是于薄膜工艺设备中，设计一种新的供气结构，使得不同气体出气后，能混合更均匀，以利于增加气体混合暨反应效果，使得生成薄膜膜质及均匀性更佳。

本发明的另一主要目的是于薄膜工艺设备中，设计一种可以上下或左右移动的供气结构及可上下移动的载盘，由此可调整供气结构与基板(substrate)的距离，进一步控制薄膜生成状况，使得生成薄膜效果更佳。

本发明的再一主要目的是针对每一薄膜工艺设备，提供一可上下移动的加热机构，针对载盘进行加热与保温，同时可保温位于其上的基板(substrate)，使反应得以顺利进行。

本发明还有另一主要目的是提供一种新式供气结构，于喷气过程中，可同时移除废气，节省清除废气所需成本。

本发明的还有另一主要目的是提供一薄膜工艺设备，其中包含一传感器，使得于生成薄膜过程中，得以实时监测成膜进度，以利于有效控制，使得生成薄膜效果更佳。

本发明的再一主要目的在于提供一薄膜制作方法，经由本薄膜制作方法，可使得最后成膜效果更佳，且简化流程，更有利于使用者方便使用。