[发明专利]一种气体注入机构及气相反应装置

说明书

本发明提供一种气体注入机构及气相反应装置，该气体注入机构包括位于中间区域用于输送第一气体的第一气体注入机构，以及位于外围区域环绕第一气体注入机构用于输送第二气体的第二气体注入机构，第二气体注入机构包括若干第二气体输送通道，至少部分第二气体输送通道为旋转气流通道，沿着旋转气流通道喷出的气流的速度包括轴向分量和切向分量，并且切向分量与轴向分量的比例大于0，因此形成旋转气流，并且旋转气流的旋转方向与承载盘在反应过程中的旋转方向一致，所述旋转气流的速度的切向分量的存在使得反应腔室内的流场在边缘区域的流动撞击混合及流线转向过程更平稳，由此抑制或完全消除反应腔室内涡流的产生。

技术领域

本发明涉及半导体器件及装置技术领域，特别涉及一种气体注入机构及气相反应装置。

背景技术

反应腔室是半导体器件制程中至关重要的腔室，其中气相反应装置的反应腔室是由气体带入反应物及建立流场的。例如，对于通过气相反应生长材料的反应腔室，在进行工艺生长过程中，气体源物料的输送及生长反应后副产物的带走，是通过载气与反应物气体共同建立的反应腔室流场完成的。

在气流中承载材料生长基片的承载盘，在材料生长过程中通常是旋转的，而对于承载盘需要旋转的反应腔，由于承载盘的旋转，在承载盘外边缘附近的气流，气体除了有沿着反应腔主轴方向的流动速度，还有被承载盘拖拽形成的切向流动速度。切向流动速度的存在，会增大边缘流场气流的总速度，尤其是承载盘高速旋转的情况下，切向流动速度较大，会在承载盘边缘区域来流方向的流场中产生涡旋。气体涡旋会对腔体的使用带来多方面的负面影响：降低涡流区域及附近区域基片上生长材料的均匀性；降低腔体生长环境及生长工艺的稳定性等。

对于气体携带反应物的反应腔室，在进行实际的材料生长过程中，气流流场的分布与形态通常通过对如下三个整体工艺参数进行调整：反应腔工艺总气量、反应腔压力、承载盘转速。通过以上三个整体工艺调整参数的设定调整，可以在一定的方向和范围内抑制及消除上述气体涡旋；但如此的调整本身就对可用的工艺参数范围产生了限制。并且，这些整体工艺参数的调整以消除气体涡旋的过程中，往往会增大载气气体和源物料气体的用量，造成源物料使用效率降低，增加了物料耗用量和生长成本。

发明内容

鉴于现有技术中气相反应装置存在的上述缺陷，本发明提供一种气体注入机构及气相反应装置，以解决上述一个或多个问题。

为了达到上述目的，本发明的第一方面，提供一种气体注入机构，用于气相反应装置，所述气体注入机构包括：

第一气体注入机构，用于输送第一气体，位于所述气体注入机构的中间区域，所述第一气体注入机构包括若干第一气体输送通道；

第二气体注入机构，用于输送第二气体，位于所述气体注入机构的外围区域，并且环绕所述第一气体注入机构；所述第二气体注入机构包括相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧配置为出气侧；所述第二气体注入机构包括若干第二气体输送通道，至少部分所述第二气体输送通道为旋转气流通道；

沿着所述旋转气流通道喷出的所述第二气体的气流速度的包括轴向分量和切向分量，所述切向分量与所述轴向分量的比例大于0，使得所述第二气体沿所述旋转气流通道喷出形成旋转气流，且所述旋转气流的旋转方向与位于所述气相反应装置中和所述气体注入机构相对设置的承载盘在反应过程中的旋转方向一致。

可选地，在气相反应期间，所述第二气体的平均分子量大于等于所述第一气体的平均分子量。

可选地，所述第一气体为反应源气体和载气，用于反应生成目标产物，所述第二气体为吹扫气体、载气、反应源气体中的一种或多种，所述第二气体相互之间不发生反应，或者所述第二气体相互之间反应但不生成所述目标产物。

可选地，所述第二气体注入机构覆盖所述承载盘的边缘，且覆盖面积不超过所述承载盘面积的36％，或者所述第二气体注入机构位于所述承载盘的外侧。