一種應(yīng)用于薄膜沉積技術(shù)的氣體分配器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體原子層沉積技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種應(yīng)用于半導(dǎo)體原子層沉積技術(shù)的可均勻分配反應(yīng)氣體并可防止在原子層沉積時誤發(fā)生化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的氣體分配器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，薄膜沉積反應(yīng)系統(tǒng)和方法廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域的設(shè)備中，如:半導(dǎo)體、集成電路、太陽能電池板、平面顯示器、微電子、發(fā)光二極管等。利用化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapour Deposit1n, CVD)技術(shù)在基底表面形成10 μ m或小于10 μ m的薄膜是進(jìn)行薄膜沉積的一種普遍方法。多數(shù)的CVD技術(shù)一般需要提供多種氣體或蒸汽沉積生成薄膜，以便獲得期望的性能和化學(xué)成分，并且，反應(yīng)氣體一般是在反應(yīng)腔室中先進(jìn)行混合并在一定條件下來發(fā)生所需的反應(yīng)的。
[0003]而在另外一些薄膜沉積工藝?yán)缋迷訉映练e(Atomic Layer Deposit1n,ALD)技術(shù)進(jìn)行的薄膜沉積方法中，要求多種反應(yīng)氣體或蒸汽以擇一方式相繼地、連續(xù)地進(jìn)入反應(yīng)腔室，并且在進(jìn)入腔室之前不能發(fā)生相互反應(yīng)。由于ALD技術(shù)具有可生成具有一定特性的、極其薄的薄膜的優(yōu)點，因此，在某些應(yīng)用場所具有CVD技術(shù)不可比擬的應(yīng)用價值，得以替代CVD技術(shù)。ALD技術(shù)的原理是，將第一種反應(yīng)氣體或蒸汽經(jīng)過一氣體分配器進(jìn)入反應(yīng)腔室，通過化學(xué)吸附或物理吸附在其可接觸的所有表面(包括基底表面)形成單層原子層；在將反應(yīng)腔室內(nèi)未被吸附的殘留氣體吹掃干凈后，再向反應(yīng)腔室內(nèi)通入第二種反應(yīng)氣體或蒸汽，與第一種反應(yīng)氣體吸附在表面形成的單層原子層發(fā)生反應(yīng)，生成期望的薄膜，然后再次將反應(yīng)腔室內(nèi)未被吸附的殘留氣體吹掃干凈。重復(fù)上述過程，直至得到期望的薄膜厚度。由于ALD技術(shù)的特性，第一種反應(yīng)氣體和第二種反應(yīng)氣體必須獨立地、分別地通過氣體分配器通入到反應(yīng)腔室中。在ALD反應(yīng)中，如果第一種反應(yīng)氣體和第二種反應(yīng)氣體在氣體輸送的過程中相遇，就會發(fā)生反應(yīng)。這種不期望的反應(yīng)其實就是一種CVD反應(yīng)。雖然在某些場合的CVD反應(yīng)中，將反應(yīng)氣體或蒸汽在進(jìn)入反應(yīng)腔室之前進(jìn)行混合具有一定的優(yōu)點，但是，在ALD反應(yīng)中，如果一些反應(yīng)氣體或蒸汽由于某種原因而在氣體輸送的過程中發(fā)生相遇，例如在反應(yīng)腔室、氣體輸送管路或者氣體分配器的內(nèi)表面發(fā)生我們所不希望的CVD反應(yīng)，以至于反應(yīng)氣體或蒸汽在進(jìn)入反應(yīng)腔室之前有所損耗，或之前的反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)腔室和基底表面，就會影響薄膜沉積的質(zhì)量和效果。
[0004]由于ALD技術(shù)的周期性和次序性特性，在一種反應(yīng)氣體被送入反應(yīng)腔室之前，將反應(yīng)腔室內(nèi)殘留的另一種反應(yīng)氣體吹掃干凈就成為一項重要工作。在薄膜沉積技術(shù)中，一般是通過排氣和吹掃的方式來清理腔室內(nèi)的殘余氣體。由于吹掃方法速度快、效率高，經(jīng)常為首選方法。吹掃方法主要為通過氣體分配器向腔室內(nèi)通入低活性或惰性氣體(如:氦氣、氮氣、氬氣等)。并且，如果在通入下一種反應(yīng)氣體之前，能夠減少吹掃殘余氣體的時間，就能明顯提高薄膜沉積周期的生產(chǎn)率，具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)價值。
[0005]影響獲得所期望的薄膜特性所需要的吹掃氣體量的決定因素有很多，其中一些因素例如反應(yīng)物的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，難以實際控制；還有一些因素例如惰性氣體流速和需要吹掃的空間體積，可通過恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)系統(tǒng)設(shè)計和工藝設(shè)置進(jìn)行控制。不過，雖然對惰性氣體流速可以很容易實現(xiàn)自動控制，但是，在沉積工藝已預(yù)成型的前提下，惰性氣體流速可調(diào)節(jié)范圍實際是很小的。并且，為防止惰性氣體流速過大而產(chǎn)生湍流氣體環(huán)境，從而產(chǎn)生微粒進(jìn)入氣體分配器和反應(yīng)腔室，惰性氣體的流速可調(diào)范圍實際上也不宜過大。需要吹掃的空間范圍主要由氣體分配器內(nèi)部空間體積、輸送反應(yīng)氣體到反應(yīng)腔室的管路體積和反應(yīng)腔室本身內(nèi)部空間體積所組成。一般來說，需要吹掃的空間體積越小，吹掃周期也越短。另外，許多CVD技術(shù)和ALD技術(shù)對反應(yīng)腔室內(nèi)和基底表面反應(yīng)氣體的進(jìn)氣均勻性很敏感，進(jìn)氣不均勻會導(dǎo)致基底表面薄膜厚度不均。
[0006]上述決定獲得所期望的薄膜特性所需要的吹掃氣體量的因素，對起用于輸送并能夠均勻分配反應(yīng)氣體作用的氣體分配器的設(shè)計，提出了更高的要求。
[0007]美國發(fā)明專利申請US 6921437 B1氣體分配系統(tǒng)(Gas Distribut1n System)公開了一種氣體分配器，通過設(shè)置在分配器內(nèi)部的雙層樹狀網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)對反應(yīng)氣體的分配和輸送。該發(fā)明專利申請公開的氣體分配器雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)兩種反應(yīng)源獨立通入，但由于各層氣體分配器管路均為等徑(或等截面積)，容易導(dǎo)致管路末端由于氣體壓力逐漸減小而出現(xiàn)氣體不均勻現(xiàn)象；同時由于其管路中存在的壓力減小和流量降低的影響，吹掃氣體就不易將此處管道內(nèi)殘留的前一種氣體吹掃干凈，從而極易誤發(fā)生CVD反應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種應(yīng)用于薄膜沉積技術(shù)的氣體分配器，可均勻分配反應(yīng)氣體并可防止在原子層沉積時誤發(fā)生化學(xué)氣相沉積反應(yīng)。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種應(yīng)用于薄膜沉積技術(shù)的氣體分配器，設(shè)于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔室內(nèi)，位于放置硅片的基座正上方，所述氣體分配器包括一本體，所述本體內(nèi)設(shè)有氣體分配網(wǎng)絡(luò)，所述氣體分配網(wǎng)絡(luò)包括若干個氣體分配主管，其以內(nèi)端作為共同連通點形成均勻的輻射狀設(shè)置，各氣體分配主管兩側(cè)以相同夾角分別均勻設(shè)有若干氣體分配支管，位于相鄰氣體分配主管之間的各氣體分配支管相互平行設(shè)置，所述氣體分配主管通過由其共同連通點上方引出的進(jìn)氣管連通至本體的進(jìn)氣口，沿各氣體分配支管均勻地向下垂直設(shè)有若干出氣管，各出氣管分別連通至本體下端面對應(yīng)的出氣口，所述氣體分配主管、支管的外端封閉；其中，各氣體分配主管、支管的橫截面積按朝向其各自的外端方向逐漸減小設(shè)置，氣體分配主管兩側(cè)的各氣體分配支管內(nèi)端之間的橫截面積按朝向其連通的氣體分配主管外端方向逐漸減小設(shè)置。
[0011]優(yōu)選地，所述氣體分配網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量為1至若干個；其中，當(dāng)所述氣體分配網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量為2個及以上時，各氣體分配網(wǎng)絡(luò)之間按上、下層錯位獨立設(shè)置，各氣體分配網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)氣管分別連通本體設(shè)有的對應(yīng)進(jìn)氣口、出氣管分別連通本體下端面設(shè)有的對應(yīng)出氣口，各氣體分配網(wǎng)絡(luò)全部的出氣管在垂直于基座方向分別形成的投影區(qū)域能夠?qū)⒒戏胖玫墓杵采w在內(nèi)。
[0012]優(yōu)選地，所述氣體分配主管、支管的橫截面為圓形、橢圓形、矩形、正多邊形或異形中的任意一種形狀。
[0013]優(yōu)選地，所述氣體分配主管、支管位于相同水平面，所述本體的下端面為水平面。
[0014]優(yōu)選地，所述氣體分配支管在氣體分配主管的兩側(cè)錯位設(shè)置。
[0015]優(yōu)選地，各所述氣體分配主管或支管的橫截面積朝向其外端方向以等比例減小或等面積量減小方式設(shè)置；氣體分配主管兩側(cè)的各氣體分配支管內(nèi)端之間的橫截面積按朝向其連通的氣體分配主管外端方向以等比例減小或等面積量減小方式設(shè)置。
[0016]優(yōu)選地，各所述氣體分配主管或支管橫截面積的減小總量為50?90% ;氣體分配主管兩側(cè)的各氣體分配支管內(nèi)端之間橫截面積的減小總量為10?50%。
[0017]優(yōu)選地，所述氣體分配主管的數(shù)量為3-6個。
[0018]優(yōu)選地，所述夾角為180° /η,其中η為氣體分配主管的個數(shù)。
[0019]優(yōu)選地，所述夾角為30-60°。
[0020]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過在氣體分配器的本體內(nèi)設(shè)置輻射狀的氣體分配主管，以及在氣體分配主管兩側(cè)錯位設(shè)置氣體分配支管，并沿氣體分配主管向氣體分配支管方向管路橫截面積逐漸減小，形成樹狀的氣體分配網(wǎng)絡(luò)，使從氣體分配網(wǎng)絡(luò)中心位置的進(jìn)氣管通入的反應(yīng)氣體或蒸汽可由眾多規(guī)律分布的出氣管垂直均勻地吹向所覆蓋的硅片表面，不但可以提高通入氣體的均勻性，縮小氣體分配器與硅片之間的安裝距離，實現(xiàn)在硅片上的均勻反應(yīng)、提高反應(yīng)效率、節(jié)約反應(yīng)氣體消耗及縮小設(shè)備體積，還可以利用各氣體分配主管、支管橫截面積逐漸縮小的特點，使吹掃氣體容易將位于氣體分配網(wǎng)絡(luò)邊緣位置的氣體分配主管、支管內(nèi)的殘留氣體吹掃干凈，可避免不同反應(yīng)氣體之間發(fā)生反應(yīng)的現(xiàn)象，在實現(xiàn)減少吹掃時間、提高吹掃效率的同時，可以有效地防止在ALD反應(yīng)中誤發(fā)生CVD反應(yīng)。因此，本發(fā)明具有提高ALD反應(yīng)的產(chǎn)率和良率及降低成本的顯著特點。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一較佳實施例的一種應(yīng)用于薄膜沉積技術(shù)的氣體分