[发明专利]瞄准筒反应器喷嘴的方法和装置

说明书

本发明一般地涉及材料在半导体晶片上的化学汽相淀积，更具体点说涉及一种方法和装置，用来准确地确定并调节筒反应器喷嘴的取向，以便提高淀积在半导体晶片上的材料的厚度均匀性。

化学汽相淀积是一种在半导体晶片上生长起一薄层材料使其晶格结构与晶片的晶格结构相同的方法。采用这种方法，可在半导体晶片上敷设一层具有不同导电率的材料来得到需要的电学性能。化学汽相淀积法被广泛应用在半导体晶片生产中，以便在晶片表面上建立起外延层来得到晶片需要的电学性能。例如，将轻度掺杂的外延层淀积在重度掺杂的基片上，由于基片的低电阻，可使CMOS器件在获得抗闭锁性方面优化。也可获得其他好处，如精确控制掺杂物浓度分布和免除氧气。

化学汽相淀积是在各种反应器内完成的，在该器内反应气体流过半导体晶片的表面。筒(筒形)反应器是半导体工业中采用的最普通的反应器型式。传统的筒反应器具有碳化硅涂覆的石墨接受器，它们是一些多角形的管子，其壁在朝向底部的方向上略微向外倾斜。沿着每一个接受器壁垂直地排列着许多圆形的凹部，以便用来接受半导体晶片。在反应室内接受器被悬挂并转动，反应气体在该室顶部的附近通过两个喷嘴而被引入，这两个喷嘴通常将水平的气体射流导入到室内。射流组合件夹持并瞄准喷嘴，使两个射流在一个位在接受器和反应室内壁之间的点上互相冲撞，理想地消除气体射流的圆周分速度。混合的气体射流一般向下流动，越过被接受器夹持的晶片上暴露的表面，来到反应室的底部。

与在筒反应器中的化学汽相淀积有关的主要问题之一是如何保持淀积材料在晶片间和晶片内的厚度均匀性。随着集成电路线宽的变细，厚度均匀性变得越来越重要。集成电路的变细的线宽需要极其平的表面，以便适应光刻时受限制的景深能力。

影响厚度均匀性的众多因素有：喷嘴的方向通过每一喷嘴的气体的流率和接受器的斜角。一般地说，调节喷嘴方向影响到沿着接受器的垂直方向上的厚度均匀性，而调节喷嘴间的相对质量流率影响到水平方向上的厚度均匀性。另外，厚度均匀性的小量改变可以通过温度的调节和通过接受器的清扫气流的改变来做到。

在过去，喷嘴方向的校验和调节包括下列步骤：打开筒反应器，在反应室内发自每个喷嘴的气体射流在理论上应该指向的地方悬挂一块目标栅格，并安装一根管状指示器使它套在喷嘴端头上。当需要调节时，先须将从反应气体源到射流组合件的输送管线断开，并将组合件内的一个锁紧螺帽松开，使喷嘴能够移动而不损坏组合件。当将喷嘴移动到理想位置使指示器对准目标时再将锁紧螺帽拧紧，并将输送管线重新接上。

这种喷嘴瞄准程序不仅花费时间，而且还是污染的潜在根源。一般地说，化学汽相淀积涉及要把挥发性的反应剂(如SiCl₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂或SiH₄)和承载气体(通常为氢)引入到反应器内。这些反应剂极能与氧、水蒸汽和有机化合物起作用。虽然尽力避免污染，但现有技术的程序在安装目标和指示器时和在部分拆开并重装夹持喷嘴的射流组合件时由于硅淀积的移位，潜在地会引起污染。

另外，这个程序由于指示器撤走时喷嘴有机会移动，可能会不准确。喷嘴的漂移有时会使喷嘴在调节后离开对准的程度比调节前更多，特别是在调节量较小时。此外，现有技术的对准方法取决于指示器与喷嘴之间的配合程度以及指示器的直度。但由于调节方法本身的性质，指示器的配合和直度会不利地受到时间的影响，从而降低调节方法的准确度。

在本发明的好几个目的和特征中要提出的是：提供一种装置，以便筒反应器的喷嘴定位得更为准确，从而使晶片内和晶片间外延层厚度的均匀性提高；提供这样一种装置，使安装目标和指示器来校验喷嘴位置的频度减少；提供这样一种装置，使在进行喷嘴调节时不需部分拆开或松开硬件；提供这样一种装置，使反应室内被污染的潜在危险减少；提供这样一种装置，使喷嘴能被定位而可不必打开筒反应器；提供这样一种装置，使喷嘴的定位能够高度准确地重现；提供这样一种装置，使能进行小而准确的喷嘴位置调节；以及提供这样一种装置，使喷嘴能够相对于目前的喷嘴位置重新定位。

另外本发明还提供一种用于校正带刻度的喷嘴定位器的方法，便能得到高度准确地重现的和准确的结果。