一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置的制造方法

文档序号:10761662阅读:474来源:国知局
一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及原子层薄膜沉积技术领域,具体涉及了一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,包括第一反应源进气管、第二反应源进气管和反应源分散块,反应源分散块底部连通有多个竖直设置的第一反应源弥散管和第二反应源弥散管,第一反应源弥散管和第二反应源弥散管交替设置成一排;第一反应源进气管通过反应源分散块分别与第一反应源弥散管连通,第二反应源进气管通过反应源分散块分别与第二反应源弥散管连通;第一反应源弥散管和第二反应源弥散管分别伸入反应腔室内,且对反应腔室内的硅片均匀喷洒第一反应源和第二反应源。本实用新型提供的一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,可有效提高反应腔室内硅片表面气态反应源的分布均匀性。
【专利说明】
一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及原子层薄膜沉积技术领域,尤其涉及一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置。
【背景技术】
[0002]原子层薄膜沉积技术的机理为:在特定的反应腔室温度和压强范围内,交替将两种不同的气态反应源通到硅片表面,依次循环,实现以单原子层生长的方式在硅片表面沉积薄膜。原子层薄膜沉积技术具有工艺温度低、薄膜厚度控制精确、工艺重复性好的优点,因而受到来自科研院所和生产企业的越来越多的重视。
[0003]现有技术公开了几种反应源的进气装置,其中一种反应源的进气装置的反应源气路由一条进气总路和围绕其呈圆形分布的多条分流支路组成,每条分流支路上沿轴向开设一排出气孔。该进气装置可以提高气态反应源在硅片表面的分布均匀性,但在结构设计上具有如下缺陷:(I)该进气装置只能在单一硅片表面沉积薄膜,因此仅适用于单片式反应腔室,故设备产能小、维护成本高;(2)该进气装置结构复杂,高精度重复加工性难以保证且加工成本高。
[0004]另外两种反应源的进气装置的共同特征是:进气装置为圆形中空结构,在靠近硅片表面开设多个呈圆形分布的进气口。其中,反应源首先进入进气装置内部的空间,再经进气口喷射到硅片表面。该装置提高了气态反应源在硅片表面的分布均匀性并简化了气路结构设计,因此高精度重复加工性好,但其仍旧只适用于单片式反应腔室,故设备产能低。
【实用新型内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本实用新型要解决的技术问题是提供了一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,可有效提高多片式反应腔室内硅片表面气态反应源的分布均匀性。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题,本实用新型提供了一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,包括第一反应源进气管、第二反应源进气管和反应源分散块,所述反应源分散块底部连通有多个竖直设置的第一反应源弥散管和第二反应源弥散管,所述第一反应源弥散管和第二反应源弥散管交替设置成一排;所述第一反应源进气管通过所述反应源分散块分别与所述第一反应源弥散管连通,所述第二反应源进气管通过所述反应源分散块分别与所述第二反应源弥散管连通;所述第一反应源弥散管和第二反应源弥散管分别伸入反应腔室内,且对所述反应腔室内的硅片均匀喷洒第一反应源和第二反应源。
[0009]进一步的,前述反应源分散块内平行设有第一反应源主管和第二反应源主管,所述第一反应源主管连通所述第一反应源进气管,且所述第一反应源主管沿其轴向均匀连通若干第一分流管,所述第一分流管分别与对应的所述第一反应源弥散管连通;所述第二反应源主管连通所述第二反应源进气管,且所述第二反应源主管沿其轴向均匀连通若干第二分流管,所述第二分流管分别与对应的所述第二反应源弥散管连通。
[0010]进一步的,前述第一分流管与所述第一反应源弥散管分别旋转连接;所述第二分流管与所述第二反应源弥散管分别旋转连接。
[0011]进一步的,前述第一分流管与所述第一反应源弥散管依次通过VCR前管、VCR接头、VCR后管旋转连接;所述第二分流管与所述第二反应源弥散管依次通过VCR前管、VCR接头、VCR后管旋转连接。
[0012]进一步的,前述第一反应源主管的直径为所述第一分流管直径的1-5倍;所述第二反应源主管的直径为所述第二分流管直径的1-5倍。
[0013]进一步的,前述第一反应源主管末端与靠近该端的所述第一分流管之间的距离L1为1-2_;所述第二反应源主管末端与靠近该端的所述第二分流管之间的距离1^为1-2_。
[0014]进一步的,前述第一反应源弥散管的直径与所述第一分流管的直径相同,所述第一反应源弥散管沿轴向方向均匀开设有多个第一排气孔;所述第二反应源弥散管的直径与所述第二分流管的直径相同,所述第二反应源弥散管沿轴向方向均匀开设有多个第二排气孔。
[0015]进一步的,各所述第一反应源弥散管上的全部所述第一排气孔的面积总和等于该第一反应源弥散管截面积的0.3-0.7倍;各所述第二反应源弥散管上的全部所述第二排气孔的面积总和等于该第二反应源弥散管截面积的0.3-0.7倍。
[0016]进一步的,前述第一反应源弥散管末端与靠近该端的第一排气孔的距离S1Sl-2_;所述第二反应源弥散管末端与靠近该端的第二排气孔的距离S2为1-2_。
[0017]进一步的,前述第一反应源弥散管末端底面设置第一斜面,所述第一斜面与所述第一反应源弥散管的轴向夹角所述第二反应源弥散管末端底面设置第二斜面,所述第二斜面与所述第二反应源弥散管的轴向夹角92为30-60°。
[0018](三)有益效果
[0019]本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果:
[0020]本实用新型提供的一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,反应源分散块底部连通有多个竖直设置的第一反应源弥散管和第二反应源弥散管,第一反应源弥散管和第二反应源弥散管交替设置成一排;第一反应源进气管通过反应源分散块分别与第一反应源弥散管连通,第二反应源进气管通过反应源分散块分别与第二反应源弥散管连通;第一反应源弥散管和第二反应源弥散管分别伸入反应腔室内,且对反应腔室内的硅片均匀喷洒第一反应源和第二反应源,适用于多硅片批处理式反应腔室,并且可以有效提高气态反应源在反应腔室内的硅片表面的分布均匀性,提升了气态反应源的利用率及硅片表面薄膜的沉积质量。
[0021]本实用新型提供的一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,结构简单、高精度重复加工性好、加工成本低,有效弥补已有的用于进行原子层薄膜沉积的进气装置的结构复杂及设备硅片产能低的缺陷,在满足硅片表面的反应源分布均匀的工艺需求下大幅提升原子层薄膜沉积设备的硅片产能,显著降低设备的加工维护成本。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置的整体结构示意图;
[0023]图2为本实用新型用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置的主视图;
[0024]图3为本实用新型用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置的左视图;
[0025]图4为图2中A-A面剖视图;
[0026]图5为图3中B-B面剖视图;
[0027]图6为图2中C-C面剖视图;
[0028]图7为图6中I部分局部放大图;
[0029]图8为图2中D-D面剖视图;
[0030]图9为图8中Π部分局部放大图;
[0031]图10为本实用新型用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置工作示意图。
[0032]其中,1:第一反应源进气管;2:第二反应源进气管;3:反应源分散块;4: VCR前管;5: VCR接头;6: VCR后管;7:第一反应源弥散管;8:第二反应源弥散管;9:反应腔室;10:硅片;11:第一反应源主管;12:第二反应源主管;13:第一分流管;14:第二分流管;15:第一排气孔;16:第二排气孔。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型,但不能用来限制本实用新型的范围。
[0034]在本实用新型的描述中,除非另有说明,“若干”的含义是一个或一个以上;术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0035]在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0036]如图1-3所示,本实用新型所述的一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,用于将反应源通入反应腔室9内部,反应腔室9用于为原子层薄膜沉积反应提供反应空间。该反应源进气装置包括第一反应源进气管1、第二反应源进气管2和反应源分散块3,反应源分散块3底部连通有多个竖直设置的第一反应源弥散管7和第二反应源弥散管8,第一反应源弥散管7和第二反应源弥散管8交替设置成一排,用于同时实现第一反应源和第二反应源在硅片10表面均匀分布;第一反应源进气管I通过反应源分散块3分别与第一反应源弥散管7连通,第二反应源进气管2通过反应源分散块3分别与第二反应源弥散管8连通;第一反应源弥散管7和第二反应源弥散管8分别伸入反应腔室9内,且对反应腔室9内的硅片10均匀喷洒第一反应源和第二反应源。
[0037]如图4-5所示,反应源分散块3内平行设有第一反应源主管11和第二反应源主管12,第一反应源主管11沿其轴向等距离均匀连通若干第一分流管13,第一分流管13的轴向分别与第一反应源主管11的轴向垂直,第一分流管13分别与对应的第一反应源弥散管7连通,其中优选的,第一反应源主管11为一条,第一分流管13为1-10条;第二反应源主管12沿其轴向等距离均匀连通若干第二分流管14,第二分流管14的轴向分别与第二反应源主管12的轴向垂直,第二分流管14分别与对应的第二反应源弥散管8连通,其中优选的,第二反应源主管12为一条,第二分流管14为1-10条。另外,第一反应源主管11和第二反应源主管12分别对应的与第一反应源进气管I和第二反应源进气管2连通,并且分别用于通入第一反应源和第二反应源。
[0038]如图6所示,第一分流管13与第一反应源弥散管7分别旋转连接;如图8所示,第二分流管14与第二反应源弥散管8分别旋转连接,可以根据不同的工艺需求,在0°-360°范围内任意调节第一反应源弥散管7和第二反应源弥散管8的排气孔在反应腔室9中的气流喷射方向。
[0039]第一分流管13与第一反应源弥散管7依次通过VCR前管4、VCR接头5、VCR后管6旋转连接,VCR接头5用于调整第一反应源弥散管7的排气孔的喷射方向,实现第一反应源弥散管7的排气孔的喷射方向环绕第一反应源弥散管7的轴线的旋转角α为0-360°,用于调整第一反应源弥散管7的排气孔在反应腔室9内的喷射方向;第二分流管14与第二反应源弥散管8依次通过VCR前管4、VCR接头5、VCR后管6旋转连接,VCR接头5用于调整第二反应源弥散管8的排气孔的喷射方向,实现第二反应源弥散管8的排气孔的喷射方向环绕第二反应源弥散管8的轴线的旋转角β为0-360°,用于调整第二反应源弥散管8的排气孔在反应腔室9内的喷射方向。
[0040]第一反应源主管11的直径为第一分流管13直径的1-5倍,以减弱气流沿第一反应源主管11轴向运动时产生的压力衰减,进而减小第一分流管13在沿第一反应源主管11轴向上的气体流量衰减;第二反应源主管12的直径为第二分流管14直径的1-5倍,以减弱气流沿第二反应源主管12轴向运动时产生的压力衰减,进而减小第二分流管14在沿第二反应源主管12轴向上的气体流量衰减。
[0041]第一反应源主管11末端与靠近该端的第一分流管13之间的距离L1SHmm,以减弱气流在速度方向改变区域产生涡流效应;第二反应源主管12末端与靠近该端的第二分流管14之间的距离1^为1-2_,以减弱气流在速度方向改变区域产生涡流效应。
[0042]第一反应源弥散管7的直径与第一分流管13的直径相同,第一反应源弥散管7沿轴向方向均匀开设有多个第一排气孔15;各第一反应源弥散管7上的全部第一排气孔15的面积总和等于该第一反应源弥散管7截面积的0.3-0.7倍,以减弱气流沿第一反应源弥散管7轴向运动时产生的压力衰减,进而减小排气孔在沿第一反应源弥散管7轴向上的气体流量衰减。
[0043]第二反应源弥散管8的直径与第二分流管14的直径相同,第二反应源弥散管8沿轴向方向均匀开设有多个第二排气孔16。各第二反应源弥散管8上的全部第二排气孔16的面积总和等于该第二反应源弥散管8截面积的0.3-0.7倍,以减弱气流沿第二反应源弥散管8轴向运动时产生的压力衰减,进而减小排气孔在沿第二反应源弥散管8轴向上的气体流量衰减。
[0044]第一反应源弥散管7末端与靠近该端的第一排气孔15的距离S1SlImm;如图7所示,第一反应源弥散管7末端底面设置第一斜面,第一斜面与第一反应源弥散管7的轴向夹角eiSso-eo。,以减弱气流在速度方向改变区域产生涡流效应。
[0045]第二反应源弥散管8末端与靠近该端的第二排气孔16的距离S2Sl-2mm。如图9所示,第二反应源弥散管8末端底面设置第二斜面,第二斜面与第二反应源弥散管8的轴向夹角02为30-60°,以减弱气流在速度方向改变区域产生涡流效应。
[0046]如图10所示,下列为将本实用新型所述的一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置应用于光伏领域的原子层沉积反应的两种实施例,在156 X 156mm2的P型硅片10表面沉积三氧化二铝(Al2θ3)薄膜,其第一反应源铝源为三甲基铝(TMA),其第二反应源氧源为臭氧
(O3)或水(H2O)。
[0047]实施例一:
[0048]本实施例中,连通第一反应源三甲基铝(TMA)的第一反应源主管11数量为一条,第一反应源主管11的直径D1Ssmm,第一分流管13的数量为三条,第一分流管13直径Cl1为4.57mm,第一反应源主管11末端与靠近该端的第一分流管13的距离L1Slmm,各第一反应源弥散管7上的第一排气孔15总面积(第一排气孔15直径0.7mm,第一排气孔15数量22个,第一排气孔15沿第一反应源弥散管7轴向等距分布,第一排气孔15总面积8.2mm2)等于第一反应源弥散管7截面积(直径4.57mm,截面积16.4mm2)的0.5倍,第一反应源弥散管7末端与靠近该端的第一排气孔15的距离S1Slmm,第一排气孔15的喷射方向环绕第一反应源弥散管7的轴线的旋转角α为90°。连通第二反应源臭氧(O3)的第二反应源主管12数量为一条,第二反应源主管12的直径D2S8mm,第二分流管14的数量为两条,第二分流管14直径d2为4.57mm,第二反应源主管12末端与靠近该端的第二分流管14的距离L2Slmm,各第二反应源弥散管8上的第二排气孔16总面积(第二排气孔16直径0.6mm,第二排气孔16数量24个,第二排气孔16沿第二反应源弥散管8轴向等距分布,第二排气孔16总面积6.6mm2)等于第二反应源弥散管8截面积的0.4倍(直径4.57mm,截面积16.4mm2),第二反应源弥散管8末端与靠近该端的第二排气孔16的距离S2Slmm,第二排气孔16的喷射方向环绕第二反应源弥散管8的轴线的旋转角β为270° ο
[0049]本实施例的工作原理为,反应源进气装置与反应腔室9通过密封连接,反应源进气装置的第一反应源弥散管7、第二反应源弥散管8分别伸入到反应腔室9内部并将第一反应源三甲基铝(TMA)和第二反应源臭氧(O3)交替喷射到硅片10表面。
[0050]实施例二:
[0051 ]本实施例中,连通第一反应源三甲基铝(TMA)的第一反应源主管11数量为一条,第一反应源主管11的直径D1SSmm,第一分流管13的数量为三条,第一分流管13直径eh为4.57mm,第一反应源主管11末端与靠近该端的第一分流管13的距离L1Slmm,各第一反应源弥散管7上的第一排气孔15总面积(第一排气孔15直径0.7mm,第一排气孔15数量22个,第一排气孔15沿第一反应源弥散管7轴向等距分布,第一排气孔15总面积8.2mm2)等于第一反应源弥散管7截面积(直径4.57mm,截面积16.4mm2)的0.5倍,第一反应源弥散管7末端与靠近该端的第一排气孔15的距离S1Slmm,第一排气孔15的喷射方向环绕第一反应源弥散管7的轴线的旋转角α为90°。连通第二反应源水(H2O)的第二反应源主管12数量为一条,第二反应源主管12的直径02为8臟,第二分流管14的数量为两条,第二分流管14直径山为4.57mm,第二反应源主管12末端与靠近该端的第二分流管14的距离L2Slmm,各第二反应源弥散管8上的第二排气孔16总面积(第二排气孔16直径0.7mm,第二排气孔16数量22个,第二排气孔16沿第二反应源弥散管8轴向等距分布,第二排气孔16总面积8.2mm2)等于第二反应源弥散管8截面积的0.5倍(直径4.57mm,截面积16.4mm2),第二反应源弥散管8末端与靠近该端的第二排气孔16的距离S2为1mm,第二排气孔16的喷射方向环绕第二反应源弥散管8的轴线的旋转角β为90°。
[0052]本实施例的工作原理为,反应源进气装置与反应腔室9通过密封连接,反应源进气装置的第一反应源弥散管7、第二反应源弥散管8分别伸入到反应腔室9内部将第一反应源三甲基铝(TMA)和第二反应源水(H2O)交替喷射到硅片10表面。
[0053]本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【主权项】
1.一种用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,包括第一反应源进气管、第二反应源进气管和反应源分散块,所述反应源分散块底部连通有多个竖直设置的第一反应源弥散管和第二反应源弥散管,所述第一反应源弥散管和第二反应源弥散管交替设置成一排;所述第一反应源进气管通过所述反应源分散块分别与所述第一反应源弥散管连通,所述第二反应源进气管通过所述反应源分散块分别与所述第二反应源弥散管连通;所述第一反应源弥散管和第二反应源弥散管分别伸入反应腔室内,且对所述反应腔室内的硅片均匀喷洒第一反应源和第二反应源。2.根据权利要求1所述的用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,所述反应源分散块内平行设有第一反应源主管和第二反应源主管,所述第一反应源主管连通所述第一反应源进气管,且所述第一反应源主管沿其轴向均匀连通若干第一分流管,所述第一分流管分别与对应的所述第一反应源弥散管连通;所述第二反应源主管连通所述第二反应源进气管,且所述第二反应源主管沿其轴向均匀连通若干第二分流管,所述第二分流管分别与对应的所述第二反应源弥散管连通。3.根据权利要求2所述的用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,所述第一分流管与所述第一反应源弥散管分别旋转连接;所述第二分流管与所述第二反应源弥散管分别旋转连接。4.根据权利要求3所述的用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,所述第一分流管与所述第一反应源弥散管依次通过VCR前管、VCR接头、VCR后管旋转连接;所述第二分流管与所述第二反应源弥散管依次通过VCR前管、VCR接头、VCR后管旋转连接。5.根据权利要求2所述的用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,所述第一反应源主管的直径为所述第一分流管直径的1-5倍;所述第二反应源主管的直径为所述第二分流管直径的1-5倍。6.根据权利要求2所述的用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,所述第一反应源主管末端与靠近第一反应源主管末端的所述第一分流管之间的距离L1SHmm;所述第二反应源主管末端与靠近第二反应源主管末端的所述第二分流管之间的距离L2S1-2mmο7.根据权利要求2所述的用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,所述第一反应源弥散管的直径与所述第一分流管的直径相同,所述第一反应源弥散管沿轴向方向均匀开设有多个第一排气孔;所述第二反应源弥散管的直径与所述第二分流管的直径相同,所述第二反应源弥散管沿轴向方向均匀开设有多个第二排气孔。8.根据权利要求7所述的用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,各所述第一反应源弥散管上的全部所述第一排气孔的面积总和等于该第一反应源弥散管截面积的0.3-0.7倍;各所述第二反应源弥散管上的全部所述第二排气孔的面积总和等于该第二反应源弥散管截面积的0.3-0.7倍。9.根据权利要求7所述的用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,所述第一反应源弥散管末端与靠近第一反应源弥散管末端的第一排气孔的距离S1SlImm;所述第二反应源弥散管末端与靠近第二反应源弥散管末端的第二排气孔的距离S2为1-2_。10.根据权利要求7所述的用于原子层薄膜沉积的反应源进气装置,其特征在于,所述第一反应源弥散管末端底面设置第一斜面,所述第一斜面与所述第一反应源弥散管的轴向夹角QiSso-eo。;所述第二反应源弥散管末端底面设置第二斜面,所述第二斜面与所述第二反应源弥散管的轴向夹角02为30-60°。
【文档编号】C23C16/455GK205443445SQ201521070861
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月21日
【发明人】潘龙, 魏景峰
【申请人】北京七星华创电子股份有限公司
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