[发明专利]喷淋头、气相沉积设备以及热壁板替换方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别是涉及一种喷淋头、气相沉积设备以及热壁板替换方法。

背景技术

化学气相沉积例如有机金属化学气相沉积(MOCVD)工艺的基本生长过程是，将反应气体从气源引入反应腔室，利用以加热器加热的衬底引发化学反应，从而在基片上生成单晶薄膜。在进行MOCVD工艺过程中，薄膜生长所需要的反应物依靠气体运输(例如流动和扩散)到达生长表面，在运输过程的同时还发生着化学反应，最终生长粒子通过吸附和表面反应，结合进薄膜晶格。

在现有工艺中，通常是由喷淋头(showerhead)来提供相应的反应气体，为了防止位于喷淋头下方的加热器产生的热量对喷淋头及反应气体的影响，一般气体喷淋头都设有一个位于其下方的冷却腔。

如图1所示，喷淋头10包括III族源腔110、Ⅴ族源腔120和冷却腔130这三个层叠的腔室，III族源腔110、Ⅴ族源腔120中的III族物质和氨气气体通过气体管道111、121分别穿过冷却腔130进入反应腔(未图示)中反应。冷却腔130中通入冷却水，以控制喷淋头表面的温度。

然而，虽然所述冷却腔能够起到对喷淋头及反应气体进行控温的目的，但是由于水的沸点在100℃，即便考虑到反应腔室内的环境，也不会有太大差异，因此，喷淋头的表面将维持在较低的温度(相比反应温度)，这会使得反应产物在喷淋头的下表面沉积并形成疏松的沉积物，该沉积物容易掉落，形成污染。

为解决上述问题，发明人所在企业提出的尚未公开的中国专利申请201310211810.7披露了如下的内容：

在中国专利申请201310211810.7中，专利申请201310211810.7的发明人经过对现有技术喷淋头的深入研究发现，由于冷却腔130位于喷淋头10最下方，所以，喷淋头10的下表面的温度较低，使得反应产物在喷淋头10的下表面沉积并形成疏松的沉积物，如果在喷淋头10最下方设置一热壁板，可以阻挡反应产物沉积在温度较低的喷淋头10的下表面，则可以避免污染。如图2所示，专利申请201310211810.7的发明人提供一种喷淋头20，在喷淋头体200的下方设置有与喷淋头体200间隔设置的热壁板240。其中，喷淋头体200包括III族源腔210、Ⅴ族源腔220和冷却腔230这三个层叠的腔室，III族源腔210、Ⅴ族源腔220中的气体通过气体管道211、221分别穿过冷却腔230。一方面该热壁板240能够吸收由加热器产生的热量，另一方面，由于该热壁板240与喷淋头主体200之间间隔设置，减少了所述喷淋头200的冷却腔230对热壁板240的冷却，使得热壁板240的下表面温度能够升高至大于等于350℃，使得在热壁板240下表面沉积的材料层致密不易掉落，从而减少污染，此外，气体腔的气体管道贯穿冷却腔230，能够保证气体在到达反应腔室之前处于较为稳定的状态，不易发生预反应，从而提高形成的膜层的质量。

在实际的沉积工艺中发现，所述热壁板在进行多次沉积循环后，所述热壁板的表面会沉积一层厚厚的物质。所述物质在下一循环的沉积的过程中，会分解，从而污染反应腔中的反应气体，影响膜层的质量。

发明内容

现有技术的喷淋头存在沉积物质污染反应气体的问题，本发明提供一种能解决上述问题的喷淋头、气相沉积设备以及热壁板替换方法。

本发明提供一种喷淋头，用于金属有机物化学气相沉积工艺的反应腔，所述喷淋头包括：喷淋头体，所述喷淋头体具有至少一个气体腔和冷却腔；其中，所述冷却腔位于所述至少一个气体腔下方，所述每个气体腔皆具有多个气体管道贯穿所述冷却腔和所述喷淋头体的下表面；所述喷淋头还包括一热壁板，所述热壁板间隔设置于所述喷淋头体的下方，所述热壁板通过若干扣合机构的扣合作用固定于所述喷淋头体下方，所述扣合机构可以通过伸入到所述反应腔中的一机械手解除扣合，从而使得所述热壁板从所述喷淋头体分离。

进一步的，在所述喷淋头中，所述扣合机构包括一对配合使用的第一扣合结构和第二扣合结构，所述第一扣合结构设置于所述热壁板上，所述第二扣合结构设置于所述喷淋头体上。

进一步的，在所述喷淋头中，所述第一扣合结构为一弹性片，所述弹性片的一端连接所述热壁板，所述第二扣合结构位于所述喷淋头体的侧壁，其中，所述弹性片的另一端具有一凸起，所述第二扣合结构为一凹陷，所述凸起与所述凹陷相扣合；或，所述弹性片的另一端具有一卡槽，所述第二扣合结构为一凸部，所述凸部与所述卡槽相扣合。