专利名称：用于气体分配的保护罩及系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及气体分配系统，并且更加特别地涉及一种化学汽相沉积系统，该系统具有用于减少系统表面上薄膜和工艺副产物的沉积的气体罩。
背景技术：
化学汽相沉积(CVD)系统为人们所熟知，并且广泛用于在衬底的表面上沉积或生长各种成分的薄膜。例如，CVD系统常用于在半导体晶片上沉积介电、钝化和杂质层。CVD系统通过向其中设置有将要被处理的衬底的沉积室中引入反应性工艺气体或试剂蒸汽而工作。随着汽化材料通过衬底的上方，其被吸收并在衬底的表面上反应，从而形成薄膜。还可使用各种惰性载体气体将固体或液体原料以蒸汽形式载入沉积室中。通常，将衬底加热以促进反应进行。
常压化学汽相沉积系统(以下称作APCVD系统)是一种广泛用于加工半导体晶片的CVD系统。在例如授予Bartholomew等人的美国专利No.4,834,020中介绍了APCVD系统，其作为参考在此引入。在APCVD系统中，沉积室在常压下工作，同时引入气态原料试剂，从而反应并在衬底上沉积薄膜。一种APCVD系统在沉积工艺期间使用传送带或输送机来移动衬底通过一系列沉积室。典型的传送带驱动APCVD系统可以具有三至四个独立的沉积室。每个室具有用于将工艺气体引入室内从而对衬底进行处理的线性工艺气体喷射器(linear process gas injector)，以及一个或多个用于从反应室排出气体和副产物的排气口。
例如，在授予DeDontney等人的美国专利No.5,683,516中介绍了线性工艺气体喷射器，其作为参考在此引入。通常，喷射器具有几个位于距离衬底表面小于一英寸，并且通常接近于1/8至1/2英寸处的注入口。由于注入口与衬底表面之间的这一有限间隔，注入口或相邻表面可以迅速由材料和沉积工艺期间产生的副产物所覆盖。材料和副产物还可以沉积在排气口接近晶片附近的下边缘上。随着时间推移，这些沉积积累起来，变为可能埋入沉积在衬底上的薄膜中的颗粒之源，降低薄膜质量。因此必须减缓或防止这种积累。
已经进行了改进来减少CVD系统的注入口和排气口上沉积物的积累。这种尝试使用多个邻近并围绕喷射器和排气口下表面的护罩。例如，在授予DeDontney等人的美国专利No.5,849,088和授予Bartholomew等人的美国专利No.6,056,824和6,352,592中介绍了这种护罩，其作为参考在此引入。每个护罩通常包括与筛网相接的基体或支撑体，从而形成其中引入诸如氮气的惰性屏蔽气体的通气室(plenum)。屏蔽气体通过导管或沿其长度具有孔的阵列的计量管传送至通气室。多条输送线从气体支管或APCVD系统中的隔壁装置向测量管供给屏蔽气体。然后，气体支管连接至通常位于远端的外部屏蔽气体源。惰性气体通过筛网扩散，从而取代并稀释护罩附近区域中的反应性工艺气体，由此减小护罩本身上面的沉积。
虽然先前的护罩设计在技术上提供了改进，但先前的护罩设计中存在的一个问题是氧化物、硅酸盐玻璃和工艺副产物在护罩部件上的沉积。特别是对于护罩筛网，其上的沉积物可以干扰通过筛网的气流，导致工艺室中的反应物或工艺气体浓度的不平衡。由此，导致了沉积均匀性的下降，这种下降随着时间推移而增加，直至晶片内的均匀性脱离可接受的范围。与此相关的问题是，因为保护着喷射器的护罩筛网的水平面形成了工艺室的顶板，形成于其上的沉积物可能碎裂或剥落，导致沉积在衬底上的薄膜被污染。可能发生的另一个问题是排气道中，并且特别是在邻近排气道入口位置处的氧化物、玻璃和工艺副产物的沉积。沉积物通常由于排出工艺或反应气体、或者副产物，导致其附着或凝结在排气道中相对较冷的表面上而形成在排气道中。如上所述，这些沉积物可能碎裂或剥落，导致沉积在衬底上的薄膜被污染。传统APCVD系统和其它使用用来在晶片或衬底上沉积氧化物的线性喷射器的氧化物沉积工具的再一个问题在于，需要停止工艺并移出喷射器和通气口组件从而进行离线清洁的频率。
因此，需要一种设备和方法，其增加了线性喷射器和相邻的CVD系统部件的规定清洁之间的时间。需要一种设备，其能够确保在每个晶片内或在连续的晶片或衬底之间的工艺均匀性(膜厚)，从而在较大的时间间隔之上保持稳定性。还需要一种设备和方法，其减少了扩罩上和排气道中以粉末形式沉积的副产物的积累，所述副产物可能剥落并回落到衬底或工件上，在薄膜中产生很高水平的缺陷。期望该设备和方法降低硅酸盐玻璃积累在喷射器沉积硬件上，以增大清洁之间的有效运行时间，增大总的运行时间寿命。还需要该设备和方法降低或消除上述粉末或玻璃积累，从而提高工具或系统的运行时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种诸如化学汽相沉积(CVD)系统的气体分配系统，通过减少或消除罩、排气道入口和其它系统部件上的沉积物，使其随着时间的推移具有改进的工艺均匀性和可重复性。本发明的另一目的在于提供规定的维护或清洁工作之间延长的工作时间。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于气体分配系统的保护罩。该保护罩包括基体，具有形成在基体周边周围的单元框架；穿孔片，由该单元框架支撑；通气室，部分地由基体和穿孔片限定；气体输送装置，用于将惰性气体输送至通气室；以及体积插件，设置在通气室内，用于控制通过该穿孔片的水平部分和垂直部分的气流的分配。在通气室内设置体积插件减小了通气室用于气流的体积。该体积插件设置在通气室内，使得通过水平部分的气流的分配适当地与通过穿孔片垂直部分的气流的分配相平衡。该体积插件可以为三折带。在本实施例中，该三折带具有面对穿孔片垂直部分的第一面、面对穿孔片水平部分的第二面和面对气体输送装置的第三面。该三折带的第二面和穿孔片的水平部分对于来自气体输送装置的气流形成了锥形的通道。
在另一实施例中，本发明提供了一种化学汽相沉积系统。该CVD系统包括喷射器，用于向处理室内注入气态物质；以及保护罩，位于喷射器附近，用于保护喷射器的前表面。该喷射器包括喷射器塞，设置在试剂注入口槽的端部，以相对于供给至试剂注入口槽中间的试剂气流平衡供给至试剂注入口槽端部的惰性吹清气体流，其中减少了保护罩上反应副产物的沉积和积累。该喷射器塞可设置有尺寸变化的开口。
在另一实施例中，本发明提供一种用于气体分配系统的罩组件。该罩组件包括一对喷射器罩体，位于喷射器附近并隔开以限定用于来自喷射器的气态物质流的接口；以及一对通气口罩体，从所述喷射器罩体隔开。喷射器和通气口罩体限定了用于排出未用的气态物质和反应副产物的排气道入口。设置通气口引导组件，用于将来自排气道入口的未用气态物质和反应副产物引导至通气道。该通气口引导组件包括第一引导部件，连接至喷射器罩体；以及第二引导部件，连接至通气口罩体。第一和第二引导部件构造为形成排气道入口的弯曲部分，从而朝向通气道的中心引导未用的气态物质和反应副产物，以降低通气道壁上未用的气态物质和反应副产物的沉积。
在另一实施例中，本发明提供一种具有全体积通气口组件的化学汽相沉积系统。该CVD系统包括喷射器；罩组件，用于保护喷射器的前表面；以及全体积通气口组件，用于从反应室中去除未用的气态物质和反应副产物。该全体积通气口罩组件基本围绕喷射器体的全长度和宽度，为来自远离晶片的反应副产物的粉末积累提供较大的体积，从而延长了维护清接间隔。
通过参照附图阅读本发明的详细介绍及所附的权利要求，将使本发明的其它目的和优点变得更加明显易懂，附图中图1为可以采用根据本发明的新型保护罩的APCVD处理系统的示意图；图2为根据本发明的一个实施例，在喷射器罩框架内具有体积插件的保护罩的示意图；图3A至3D为计算机流体动力学(CFD)模拟图和图片，其示出了通过现有技术喷射器罩的氮气吹清气体的垂直和水平速度大小分布、以及预测的二氧化硅沉积速度；图4A至4D为CFD模拟图和图片，其示出了根据本发明的一和实施例，通过喷射器罩的氮气吹清气体的垂直和水平速度大小分布、以及预测的二氧化硅沉积速度；图5A和5B为CFD模拟图，其示出了与现有技术的喷射器罩(图5A)相比，具有体积插件的本发明喷射器罩(图5B)内的压强分布；图6A和6B为CFD模拟图，其示出了与现有技术的喷射器罩(图6A)相比，具有体积插件的本发明喷射器罩(图6B)表面处的中间试剂反应物的减少；图7为在试剂分配槽端部处具有试剂塞的现有技术喷射器的分解图；图8为喷射器的截面图，其示出了根据本发明的一个实施例多个用于输送气体的通道和薄分配沟道和具有设置在试剂分配沟道端部处的局部塞的试剂塞的位置；图9为根据本发明的一个实施例，在槽的端部具有局部塞的内部喷射器试剂槽的示意图；图10为根据本发明的一个实施例的喷射器局部塞的示意图，其改变了喷射器试剂槽端部处N2吹清流的方向和大小；图11为根据本发明的一个实施例，具有通气口引导组件的保护罩的一部分的示意图；图12为根据本发明的一个实施例，示出通气口引导组件的详细结构的详述示意图；图13为示意图，其示出了根据本发明的一个实施例，具有通气口引导组件和体积插件的化学汽相沉积系统的保护罩；图14A和14B为现有技术的CVD系统(图14A)与具有全体积通气口组件的本发明的CVD系统(图14B)相比的示意图；以及图15至16为CVD系统的局部示意图，其示出了根据本发明的两个实施例，图14B的全体积通气口组件的一半。
具体实施例方式
本发明教导了一种方法和设备，用于降低薄膜和工艺副产物在CVD系统表面上的沉积。
图1示意地示出了可使用本发明罩组件的现存已有技术CVD处理系统10的截面，其在美国专利No.4,834,020中更加详细地介绍，该专利在此作为参考引入。如现有技术已知，常压CVD系统通常包括一个或更多个沿着工艺路线设置的处理模块或反应室11。每个处理模块11包括用于向喷射器下方的反应室或处理区域中注入试剂和其它气态物质的喷射器。如图1所示，在所示的示例中，CVD系统10包括四个处理模块11，但是可以理解，所采用的处理模块11的数量取决于特定工艺的限制。导管(未示出)通常将气态物质输送至通过独立的流路传送气体的喷射器。通过传送机沿着工艺路线传送衬底。
整个工艺路线封闭在用于衬底的传送和处理的套筒中。如图1所示，处理模块11由缓冲模块27分开，缓冲模块27将处理模块11从处理路线的其它部分隔开。缓冲模块27可以包括从用于在隔板之间传送诸如氮气的惰性气体的通气室主体悬下的多个隔板。通过与适合的排气系统(未示出)连接的排气口从反应室排出包括未反应气体在内的沉积废产物。反应室沉积区和衬底通过加热元件保持在期望的反应温度。
随着衬底移动通过每个反应室11，注入的物质彼此和/或与衬底的上表面反应，从而形成薄而均匀的层或膜。在CVD工艺中采用的实际反应物部分地取决于所需薄膜的类型和质量。在该处理系统10的一种应用中，采用诸如TEOS、硅烷或乙硅烷的硅源反应物，连同氮气，以及，如果需要可以采用诸如TMPi、TMB、TEPo、TEB、磷化氢和/或乙硼烷的杂质源来沉积薄膜。反应物通常供有诸如氮气的惰性载体气体。未掺杂或已掺杂的玻璃膜通过与通过喷射器独立的口供给的氧气和/或臭氧反应而形成。
如上所述，保护罩已在现有技术中采用，以降低沉积物在CVD系统中各个表面上的积累。具有所谓“框架构造”的保护罩在美国专利No.5,849,088、6,056,824和6,352,592中更加详细介绍，其作为参考在此引入。
为了进一步改善CVD处理中的保护罩，本发明提供了一种具有体积插件或部件的保护罩，如图2至6所示。如图2所示，保护喷射器罩100包括基体102，基体102具有形成在其周边附近的单元框架104。穿孔片或筛网106由基体102的单元框架104承载。穿孔片106包括面对衬底(未示出)的水平部分108和面对排气槽(未示出)的垂直部分110。通气室112由基体102、以及穿孔片106的垂直和水平部分108和110限定。气体输送装置114设置在通气室112内，用于以一定的流速输送惰性气体，使得气体通过穿孔片106扩散。体积插件116设置在通气室112内，用于控制流过穿孔片106的水平和垂直部分108和110的气体的速度。
在本示例中有时也称作“减体积插件”的体积插件116设置在通气室112内，从而防止气体没有首先受迫流向穿孔片106的水平部分108而直接流出穿孔片106的垂直部分110进入排气道，为水平面108提供更好的保护。
优选，减体积插件116为通过诸如焊接的任何合适手段固定于罩体的基体102的固体折带。或者，体积插件可以是基体102的整体部分。固体折带减小了部分地由基体102和穿孔片106限定的腔的内部体积。在一个实施例中，减体积插件116为沿着基体的全长纵向延伸的三折带。三折带具有面对并设置在穿孔片106的垂直部分110设置的第一部分118、面对穿孔片106的水平部分108的第二部分120、以及面对气体输送装置114的第三部分122。三折带116的第二部分120和穿孔片106的水平部分108为来自气体输送装置114气流形成的锥形通道124。优选，锥形通道124沿着水平部分108随着来自气体输送装置114的气体由宽变窄。在本实施例中，薄气体沟道形成在穿孔片106之间折带116的第一与第二部分118和120的交叉点处。
优选，保护喷射器罩100还包括用于将未用的气态物质和反应副产物引导至通气道中心的通气口引导部件302，并由此减少通气系统壁上的颗粒沉积。通气口引导部件连接至罩体的基体，并向上和向外延伸至通气通道。通气口引导部件可以通过诸如焊接的任何方式连接至基体。或者，通气口引导部件是罩体基体的整体部分。优选，通气口引导部件以相对于垂直轴大约10至30度之间的角向外弯曲。通过在护罩喷射器框架腔内设置减体积插件，吹清惰性气体被更有效地引导以离开筛网的水平面，并防止筛网上产生重的玻璃沉积。
图3A至3D和4A至4D利用CFD模拟计算显示了氮气(N2)吹清气通过现有技术喷射器罩与具有本发明的减体积插件的喷射器罩的速度大小分布比较。如图3A至3D所示，现有技术喷射器罩使使大部分气流离开并通过罩排气口入口保护穿孔片的垂直部分，然而在防止穿孔片水平部分上产生严重的反应副产物积累的方面则不那么有效，特别是在穿孔片的四个角。相比，如图4A至4D所示，具有本发明的减体积插件的喷射器罩使更大部分气流离开并保护穿孔片的水平部分，并且由此减少了反应副产物在晶片表面上方的直接积累且随着时间推移更好地保持流线谱。
图5A和5B为由CFD模拟计算获得的图示，显示了具有本发明的减体积插件的喷射器罩框架(图5B)与现有技术喷射器罩(图5A)相比的内部压强分布。具有减体积插件的喷射器罩内部的压强分布在靠近喷射器的计量管附近表现为较大的值，而在排气口入口附近表现为较低的值，对应于更好地防止通过穿孔片的水平部分而来自喷射器槽的试剂侵入。喷射器和通气口罩流在两个模拟计算中都为35/35slm。增大喷射器罩流可以使喷射器罩体框架的整个减内部体积的压强增大得比现有技术喷射器罩的高。
图6A和6B显示与现有技术喷射器罩(图6A)相比，具有本发明的体积插件的改进喷射器罩(图6B)表面处，所得的中间试剂反应物的减少。在这种氧化硅沉积模式中，使用气态化学反应物四乙基原硅酸盐(TEOS)和臭氧(O3)来形成二氧化硅(SiO2)。与具有本发明的体积插件的喷射器罩相比，由TEOS与O3的反应形成的中间产物的质量分率在用于现有技术喷射器罩的喷射器罩穿孔片的水平表面处的更加集中。本发明喷射器罩的反应试剂的较低浓度(58％)与更加清洁的穿孔片相关，实验中还在实际进行长时间SiO2沉积后观察到。本发明的改进罩穿孔片避免了喷射器入口附近SiO2的沉积。
在另一实施例中，本发明提供了一种化学汽相沉积系统，包括喷射器和保护罩。该喷射器包括设置在试剂注入口槽端部的喷射器塞，用于使供给至试剂注入槽端部的惰性吹清气体与其它喷射流平衡，由此减少反应副产物在保护罩上的沉积和积累，同时仍然保护喷射器端部的罩的端板。具有喷射器塞的喷射器将参照图7至10详细介绍。
图7示出了具有现有技术的喷射器塞或试剂塞202的喷射器200。喷射器由伸长部件204形成，伸长部件204具有端面206和沿着伸长部件204的长度延伸的前气体输送面208。伸长部件204包括多个用于输送试剂或惰性气体的伸长通道210。另外，在伸长部件204内还形成有多个在伸长通道210与前气体输送面208之间延伸的薄分配沟道或槽212。分配沟道212将气态物质导向期望气体混合物在喷射器200下方的衬底上形成薄膜的区域。端帽214、铜箔216、对准引脚218和试剂塞202顺序配附于伸长部件204。试剂塞202插入试剂分配通道212的端部。可以在美国专利No.5,683,516中查明该喷射器的更加详细的说明，其整个作为参考在此引入。
在现有技术中，试剂塞202为指向下的指形。试剂塞的实体部分阻挡了试剂流出分配沟道212。诸如氮气的惰性气体透过塞202的实体部分下面的开口流动，在分配沟道212的端部形成惰性气体吹清区。惰性气体吹清区防止试剂气体流出分配沟道212的端部，由此减少反应副产物在邻近分配沟道端部的保护罩的端板处的沉积。
然而，保护着罩板的高惰性吹清气流可以使注入的试剂集中于离开分配沟道212端部一小段距离的位置，由此导致反应副产物在罩的穿孔片的四个角上的积累更加严重。为调整分配沟道212端部的惰性气流，本发明提供了喷射器局部塞220，如图10中的实施例所示。局部塞220一般包括具有槽或开口221的薄片。改变局部塞220中的槽或开口221的尺寸，来调整吹清气流。图8至10详细示出了局部塞的一个示例。如图8至10所示，开口的尺寸在上部可以非常窄，而在邻近喷射器前表面的下部则较宽。虽然为了说明的目的提供了一种具体示例，但本发明不限于此。可以改变局部塞开口的形状和尺寸，从而在试剂槽的端部提供惰性吹清气，以降低反应副产物在保护罩穿孔片的端板和四个角上的沉积。对于特定的工艺应用，过多的气流将保护到罩端板，而不导致穿孔片上的过度积累。过少的吹清气流将使得穿孔片上形成了更不均匀的积累，而未能保护到罩端板。因此，本发明允许对吹清气流进行平衡。
在喷射器中插入局部塞可以消除喷射器罩穿孔片上副产物的过度积累。在喷射器试剂分配通道的端部插入局部塞有利于改变和计量惰性吹清气流，由此减少罩的喷射器穿孔片上出现严重的副产物积累，同时仍然基于每个具体工艺应用保护到罩端板。
在另一实施例中，本发明的保护罩提供了通气口引导组件300，其具有喷射器罩100和用于引导未用的气态物质和反应副产物至通气道中心的通气口罩150，由此降低沉积在通气口外罩侧壁上的反应副产物的量。通气口引导组件300还可以防止反应副产物颗粒或碎片在处理期间回落到晶片上。参照图11至13详细介绍通气口引导组件300。图13示出了整个保护罩301，包括本发明的喷射器罩100和通气口罩150对。
一般而言，包括通气口引导组件300的保护罩301包括一对位于喷射器附近并隔开以限定用于来自喷射器的反应物流的口的喷射器罩体100，以及一对从喷射器罩体隔开以限定排气道入口的通气口罩体150。设置通气口引导组件以沿着排气口的中线引导未用的气态物质和反应副产物，并由此减少通气口外罩侧壁上反应副产物的沉积。
特别地，参照图11至13，为简化起见，图11仅示出了保护罩的一侧，通气口引导组件300包括与喷射器罩体100连接的第一引导部件302和与通气口罩体150连接的第二引导部件304。第一引导部件302向上并向外延伸至通气道(未示出)。第一引导部件302的延伸部分与垂直轴形成角度。依据具体应用，该角度可以在从约15至30度的范围内。第二引导部件304连接至通气口罩体150，并向上和向外延伸至通气道。第二引导部件304的延伸部分与垂直轴形成了范围在约15至30度的角度。构造第一和第二引导部件302和304，以形成排气口入口向外弯曲的部分，从而将反应副产物从排气道中较冷的通气口外罩壁引导至排气道的中心，由此降低反应副产物在通气口罩壁上的沉积。优选，第一和第二引导部件302和304平行地向上并向外延伸，并与垂直轴形成范围在约15至30度的角度。
第一引导部件302可以是喷射器罩体100的基体框架104的整体部分。在此情况下，喷射器罩体100的基体框架104向上延伸，并以相对于垂直部分的一定角度向外弯曲。第二引导部件304也可以加工为通气口罩体150的整体部分。
为了防止任何沉积物或碎片回落到晶片上，优选第二引导部件304加工为在第二引导部件304、通气口罩体150与将通气口罩体150连接至通气口外罩外壁的侧板308之间形成凹陷306。因此，任何来自通气口外罩外壁的沉积物或碎片将陷入凹陷306中，并防止其在工艺中回落到晶片上。类似地，第一引导部件302的向外弯曲部分也可以起物理陷阱的作用，其防止了任何来自通气口外罩内壁的沉积物或碎片在工艺中回落到晶片上。
在没有通气口引导组件的喷射器罩中，通气口外罩中的粉状沉积物可以从排气道的壁上剥落，并在工艺中直接回落到晶片上。相比，本发明的保护罩和通气口引导组件将未用的气态物质和反应副产物引导通过通气口外罩排气道的中央。这种对排出气体方向的改变减少了通气口外罩壁上粉状沉积物的量，由此最小化了可能剥落的碎片的量。另外，通气口引导组件形成了物理陷阱区域，使得如果粉末或碎片从通气壁落下，其可以被捕获在陷阱区域中，并防止其在工艺中回落到晶片上。
先前的排气路线以较低的速度朝向较冷的通气口罩壁引导罩排气道入口中的反应副产物至较大的体积中，使得粉状沉积物形成在冷却壁上。本发明的通气口引导组件将排出气从较冷的通气口外罩壁变向至排气道的中心，而未明显降低速度。可以作为较热的罩框架的延伸部分的通气口引导组件表面处于足够高的温度(约225至275□)，使得副产物不会在引导部件上形成粉状沉积物。粉状沉积物的形成的发生进一步远离，在超出组件引导道的更高高度。这使得集中的工艺副产物移至陷阱区域，其中任何来自通气口外罩壁的碎片更容易无害地落入陷阱空间而非在工艺中回落到晶片上。除了减少积累在较近的通气口外罩壁上的粉末的总量，通过通气口引导组件的排气流的较高速度更好地偏转了从通气壁落下的回落粉末或碎片。按此方式，防止了碎片在工艺中回落到晶片上。
在另一实施例中，本发明提供了具有一个或更多个沉积室的CVD系统，沉积室其具有全体积通气口组件400，以形成较大的粉末陷落体积，由此增加需要进行清洁维护前的运行时间。现在，将参照图14至16介绍具有全体积通气口组件400的该CVD系统。
一般而言，具有全体积通气口组件400的化学汽相沉积系统包括喷射器体402，喷射器体402具有形成有一个或更多个用于注入气态物质的接口409的前表面404。设置罩组件406，从而保护喷射器的前表面409。罩组件406包括一对位于喷射器402附近并隔开以限定用于来自喷射器402的气态物质流的接口409的喷射器罩体408，以及一对从每个所述喷射器罩体408隔开以限定排气道入口412的通气口罩体410。设置全体积通气口外罩414从而将未用的气态物质和反应副产物从反应室中去除。通气口外罩414包括一对由喷射器罩和通气口罩体406和408限定的排气道入口412。一对通气道416设置在喷射器402上方。通气道416基本围绕了喷射器体402的全长和全宽。
图14至16示意性地示出了具有全体积通气口组件400的CVD系统的细节。图14示出了全体积通气口组件400与现有技术通气口组件的比较。通气道416基本围绕了喷射器体402的全长和全宽。这与通气道由未围绕喷射器的宽度和长度的通气口外罩内外壁限定的现有技术通气系统形成对比。
如图15所示，保护罩406由喷射器罩体408和通气口罩体410形成，其具有喷射器402高度上方的延伸部分。保护罩406包括通气口引导组件418，其包括为喷射器罩体408设置并向上延伸至喷射器402高度上方的第一引导部件420。第二引导部件422为通气口罩体410设置。第二引导部件422包括向上并向内延伸至通气道416内的弯曲部分。因此，第一和第二引导部件420和422限定了向上并向内延伸至通气道416内的排气口入口的弯曲段。
优选第二引导部件422向上并向内延伸，在第一引导部件420上方与其交叉，使得对于任何来自通气道416的粉状沉积物都不存在在工艺中通过排气口入口412直接落到晶片上的垂直途径。喷射器402优选通过隔板424连接至通气道416。第一引导部件420延伸至隔板424上方。通过通气道416的内壁、隔板424和第一引导部件420限定较大的物理陷阱区域426。第一引导部件420以最小的高度延伸于隔板424的上方，从而形成足以俘获任何从通气道416的内壁回落的粉状沉积物或碎片的物理陷阱区域426。
优选，第二引导部件422加工为使得在第二引导部件422、通气道416的外壁与通气口罩体410之间形成物理陷阱区域428。任何从通气道416外壁落下的粉状沉积物或碎片接收在物理陷阱428中。
具有全体积通气口组件400的CVD系统的优点在于，由于第二通气口引导部件横向跨过第一引导部件上方延伸，因此不存在使粉状沉积物或碎片回落至晶片上的垂直途径。另外，可以用喷射器可用的最宽横向几何空间来形成非常大的粉末陷落体积。这提高了通气壁需要清洁维护前的运行时间，由此最小化了系统对于受重力驱动的粉末或碎片在工艺中回落至晶片上的敏感性。
图16显示了全体积通气口组件的另一个实施例，其中引入了惰性吹清气体通气口引导组件，以减少排气口入口412中的玻璃状或粉状沉积物。在此实施例中，喷射器罩体408和通气口罩体410的内部体积向上延伸，从而利于吹清气体流出分别结合于第一和第二引导部件420和422的内表面的附加穿孔片430和432。具有带惰性吹清气体通气口引导的全体积通气口组件的CVD系统的优点在于从喷射器向上至大体积通气口外罩的完整排气道得到更好的吹清，从而进一步降低后续工艺中晶片上潜在的微粒污染。
出于说明和介绍的目的提出了本发明的前述具体实施例和示例，并且尽管本发明通过上述特定的示例说明，但其并不构成任何限制。不应将本发明仅限于所公开的具体形式，显然可以对上述技术进行多种改动、实施和变化。为了工艺方便，可以组合上述实施例中的全部或某些。显然，本发明的范围涵盖在此公开的一般范围，并由所附权利要求及其等效物限定。
权利要求
1.一种用于气体分配系统的保护罩，包括基体，具有形成在基体周边周围的单元框架；穿孔片，由单元框架支撑，所述穿孔片具有面对衬底的水平部分和面对排气口的垂直部分；通气室，部分地由基体和穿孔片的水平及垂直部分限定；气体输送装置，用于将惰性气体以一流速输送至通气室，使得气体通过穿孔片扩散；以及体积插件，设置在通气室内，用于控制通过穿孔片的水平部分和垂直部分流动的气体的分配。
2.如权利要求1所述的保护罩，其中该体积插件为连接至基体并设置在通气室内的折带，使得通气室用于气流的内部体积减小，并且充分增大气流对于水平部分的分配，从而防止外部气体侵入该罩的内部并形成充分消除穿孔片水平部分上的沉积物的适合的边界层。
3.如权利要求2所述的保护罩，其中该体积插件为延伸基体全长的三折带，该三折带具有面对穿孔片垂直部分的第一面、面对穿孔片水平部分的第二面和面对气体输送装置的第三面，其中三折带的第二面和穿孔片的水平部分随着来自气体输送装置的气体沿着穿孔片的水平部分流至垂直部分形成了由宽至窄成锥形的通道。
4.一种化学汽相沉积系统，包括喷射器，具有前表面，用于向处理室内注入气态物质；以及保护罩，位于喷射器附近，用于保护喷射器的前表面，所述保护罩包括端板和穿孔片；其中，该喷射器包括试剂注入口槽，用于向所述处理室内注入气态物质；以及喷射器塞，设置在试剂注入口槽的端部，以相对于供给至试剂注入口槽中间的试剂气体平衡供给至试剂注入口槽端部的惰性吹清气体，其中减少穿孔片上反应副产物的沉积和积累而不允许在端板上形成大量沉积。
5.如权利要求4所述的化学汽相沉积系统，其中该喷射器塞设置有尺寸变化的开口，其限制供给至试剂注入口槽端部的惰性吹清气流，所述开口包括第一窄部和喷射器前表面附近的第二宽部。
6.如权利要求4或5所述的化学汽相沉积系统，其中该保护罩包括基体，具有形成在基体周边周围的单元框架；穿孔片，由单元框架支撑，所述穿孔片具有面对衬底的水平部分和面对排气口的垂直部分；通气室，部分地由基体和穿孔片的水平及垂直部分限定；气体输送装置，用于将惰性气体以一流速输送至通气室，使得气体通过穿孔片扩散；以及体积插件，设置在通气室内，用于控制通过穿孔片的水平和垂直部分的气流的分配。
7.如权利要求6所述的化学汽相沉积系统，其中该体积插件为连接至基体并设置在通气室内的折带，使得通气室用于气流的内部体积减小，并且充分增大气流对于水平部分的分配，从而防止外部气体侵入该罩的内部并形成充分消除穿孔片水平部分上的沉积物的适合的边界层。
8.如权利要求7所述的化学汽相沉积系统，其中该体积插件为延伸基体全长的三折带，该三折带具有面对穿孔片垂直部分的第一面、面对穿孔片水平部分的第二面和面对气体输送装置的第三面，其中三折带的第二面和穿孔片的水平部分随着来自气体输送装置的气体沿着穿孔片的水平部分流至垂直部分形成了由宽至窄成锥形的通道。
9.一种用于气体分配系统的保护罩组件，包括一对喷射器罩体，位于喷射器附近并隔开以在其间限定用于来自喷射器的气态物质流的接口；一对通气口罩体，从所述喷射器罩体隔开，其中所述通气口罩和喷射器罩体限定了用于排出未用的气态物质和反应副产物的排气道入口；以及一对通气口引导组件，用于将来自排气道入口的未用气态物质和反应副产物引导至通气道，其中每个通气口引导组件包括第一引导部件，连接至喷射器罩体并向上和向外延伸至通气道；以及第二引导部件，连接至通气口罩体并向上和向外延伸至通气道；其中第一和第二引导部件构造为形成排气道入口的向外弯曲部分，从而朝向通气道的中心引导未用的气态物质和反应副产物，以降低通气道壁上未用的气态物质和反应副产物的沉积。
10.如权利要求9所述的保护罩组件，其中所述第一引导部件为喷射器罩体的整体部分，而所述第二引导部件为通气口罩体的整体部分，并且所述第一和第二引导部件基本平行地且与垂直轴以约10至30度之间的角度向上并向外延伸。
11.如权利要求10所述的保护罩组件，还包括一对侧板，用于连接通气口罩体至通气道的壁，其中所述侧板、第二引导部件和通气口罩体形成凹陷以接收颗粒沉积物，并且所述第一引导部件向上且向外延伸以形成用于接收颗粒沉积物的陷阱区域。
12.如权利要求9、10或11所述的保护罩组件，其中该喷射器罩还包括基体，具有形成在基体周边周围的单元框架；穿孔片，由单元框架支撑，所述穿孔片具有面对衬底的水平部分和面对排气口的垂直部分；通气室，部分地由基体和穿孔片的水平及垂直部分限定；气体输送装置，用于将惰性气体以一流速输送至通气室，使得气体通过穿孔片扩散；以及体积插件，设置在通气室内，用于控制通过穿孔片的水平和垂直部分的气流的分配。
13.如权利要求12所述的保护罩组件，其中该体积插件为延伸基体全长的三折带，该三折带具有面对穿孔片垂直部分的第一面、面对穿孔片水平部分的第二面和面对气体输送装置的第三面，其中三折带的第二面和穿孔片的水平部分随着来自气体输送装置的气体沿着穿孔片的水平部分流至垂直部分形成了由宽至窄成锥形的通道。
14.一种化学汽相沉积系统，包括喷射器体，具有形成有用于注入气态物质的接口的前表面和用于连接至通气口组件的后表面；罩组件，用于保护喷射器的前表面，所述罩组件包括一对喷射器罩体，位于喷射器体附近并隔开以在其间限定用于来自喷射器的气态物质流的接口；以及一对通气口罩体，从每个所述喷射器罩体隔开，其中每个所述通气口罩体和喷射器罩体限定了排气道入口；以及全体积通气口组件，用于从反应室中去除未用的气态物质和反应副产物，所述通气口组件包括一对排气道入口，由喷射器罩和通气口罩体限定，所述排气道入口至少延伸至喷射器体高度的上方；以及一对通气道，设置于喷射器上方，并基本围绕喷射器的全长度和宽度。
15.如权利要求14所述的化学汽相沉积系统，其中所述罩组件还包括通气口引导组件，包括第一引导部件，连接至喷射器罩体并向上延伸于喷射器体后表面上方；以及第二引导部件，连接至通气口罩体，所述第二引导部件包括向上和向外延伸至通气道中的弯曲部分；其中所述第一和第二引导部件限定了向上并向内延伸至通气道、以及内壁和外壁的排气口入口的弯曲部分，其中喷射器罩的第一引导部件向上延伸于喷射器高度的上方，从而在内壁、第一引导部件与喷射器之间形成陷阱区域，其中通气口罩体、第二引导部件和全体积通气口组件的外壁形成凹陷，用于接收颗粒沉积物，以及其中第二引导部件向上并向内延伸跨越第一引导部件上方，使得对于任何颗粒沉积物不存在通过排气口入口到衬底的直接途径。
16.如权利要求14或15所述的化学汽相沉积系统，其中第一和第二引导部件设置有部分地由穿孔片限定的通气室，该穿孔片使入口对于全体积通气口排成行，并且向通气室供给惰性气体并且惰性气体通过第一和第二引导部件的穿孔片扩散。
17.一种化学汽相沉积系统，包括喷射器，具有前表面，用于向处理室内注入气态物质，所述喷射器包括试剂注入口槽，用于向所述处理室内注入气态物质；以及喷射器塞，设置在试剂注入口槽的端部，以相对于供给至试剂注入口槽中间的试剂气流平衡供给至试剂注入口槽端部的惰性吹清气流；以及罩组件，用于保护喷射器的前表面，所述罩组件包括一对喷射器罩体，位于喷射器附近并隔开以在其间限定用于来自喷射器的气态物质流的接口，其中每个喷射器罩体包括基体，具有形成在基体周边周围的单元框架；穿孔片，由单元框架支撑，所述穿孔片具有面对衬底的水平部分和面对排气口的垂直部分；通气室，部分地由基体和穿孔片的水平及垂直部分限定；气体输送装置，用于将惰性气体以一流速输送至通气室，使得气体通过穿孔片扩散；以及体积插件，设置在通气室内，用于控制通过穿孔片的水平和垂直部分的气流的分配；一对通气口罩体，从所述喷射器罩体隔开，其中所述通气口罩和喷射器罩体限定了用于收集未用的气态物质和反应副产物的排气道入口；以及一对通气口引导组件，用于将来自排气道入口的未用气态物质和反应副产物引导至通气道，其中每个通气口引导组件包括第一引导部件，连接至喷射器罩体并向上和向外延伸至通气道；以及第二引导部件，连接至通气口罩体并向上和向外延伸至通气道；其中第一和第二引导部件构造为形成排气道入口的向外弯曲部分，从而将未用的气态物质和反应副产物引导至通气道的中心。
18.如权利要求17所述的化学汽相沉积系统，其中该体积插件为连接至基体并设置在通气室内的折带，使得通气室用于气流的内部体积减小，并且充分增大气流对于水平部分的分配，从而防止外部气体侵入该罩的内部并形成充分消除穿孔片水平部分上的沉积物的适合的边界层。
19.如权利要求18所述的化学汽相沉积系统，其中该体积插件为延伸基体全长的三折带，该三折带具有面对穿孔片垂直部分的第一面、面对穿孔片水平部分的第二面和面对气体输送装置的第三面，其中三折带的第二面和穿孔片的水平部分随着来自气体输送装置的气体沿着穿孔片的水平部分流至垂直部分形成了由宽至窄成锥形的通道。
20.如权利要求17所述的化学汽相沉积系统，其中喷射器塞设置有尺寸变化的开口，其限制供给至试剂注入口槽端部的惰性吹清气流，所述开口包括第一窄部和喷射器前表面附近的第二宽部。
21.如权利要求17所述的化学汽相沉积系统，其中所述第一引导部件为喷射器罩体的整体部分，而所述第二引导部件为通气口罩体的整体部分，并且所述第一和第二引导部件基本平行地且与垂直轴以约10至30度之间的角度向上并向外延伸。
22.如权利要求17所述的化学汽相沉积系统，还包括一对侧板，用于连接通气口罩体至通气道的壁，其中所述侧板、第二引导部件和通气口罩体形成凹陷以接收颗粒沉积物，并且所述第一引导部件向上且向外延伸以形成用于接收颗粒沉积物的陷阱区域。
23.一种化学汽相沉积系统，包括喷射器，具有前表面，用于向处理室内注入气态物质，所述喷射器包括试剂注入口槽，用于向所述处理室内注入气态物质；以及喷射器塞，设置在试剂注入口槽的端部，以相对于供给至试剂注入口槽中间的试剂气流平衡供给至试剂注入口槽端部的惰性吹清气流；罩组件，用于保护喷射器的前表面，所述罩组件包括一对喷射器罩体，位于喷射器附近并隔开以在其间限定用于来自喷射器的气态物质流的接口，其中每个喷射器罩体包括基体，具有形成在基体周边周围的单元框架；穿孔片，由单元框架支撑，所述穿孔片具有面对衬底的水平部分和面对排气口的垂直部分；通气室，部分地由基体和穿孔片的水平及垂直部分限定；气体输送装置，用于将惰性气体以一流速输送至通气室，使得气体通过穿孔片扩散；以及体积插件，设置在通气室内，用于控制通过穿孔片的水平和垂直部分的气流的分配；一对通气口罩体，从所述喷射器罩体隔开，其中所述通气口罩体和喷射器罩体限定了用于收集未用的气态物质和反应副产物的排气道入口；以及全体积通气口组件，用于从反应室中去除未用的气态物质和反应副产物，所述通气口组件包括一对排气道入口，由喷射器罩和通气口罩体限定，所述排气道入口至少延伸于喷射器体高度的上方；以及一对通气道，设置于喷射器后表面上方，并基本围绕喷射器体的全长度和宽度。
24.如权利要求23所述的化学汽相沉积系统，其中该体积插件为连接至基体并设置在通气室内的折带，使得通气室用于气流的内部体积减小，并且充分增大气流对于水平部分的分配，从而防止外部气体侵入该罩的内部并形成充分消除穿孔片水平部分上的沉积物的适合的边界层。
25.如权利要求24所述的化学汽相沉积系统，其中该体积插件为延伸基体全长的三折带，该三折带具有面对穿孔片垂直部分的第一面、面对穿孔片水平部分的第二面和面对气体输送装置的第三面，其中三折带的第二面和穿孔片的水平部分随着来自气体输送装置的气体沿着穿孔片的水平部分流至垂直部分形成了由宽至窄成锥形的通道。
26.如权利要求23所述的化学汽相沉积系统，其中喷射器塞设置有尺寸变化的开口，其限制供给至试剂注入口槽端部的惰性吹清气流，所述开口包括第一窄部和喷射器前表面附近的第二宽部。
27.如权利要求23所述的化学汽相沉积系统，其中第一和第二引导部件设置有部分地由穿孔片限定的通气室，该穿孔片使入口对于全体积通气口排成行，并且向通气室供给惰性气体并且惰性气体通过第一和第二引导部件的穿孔片扩散。
全文摘要
本发明公开了一种保护罩(301)和用于气体分配的系统，以降低化学汽相沉积系统表面上薄膜和工艺副产物的沉积。本发明在惰性气体罩通气室(112)内设置体积插件(116)，其减小了罩上反应副产物沉积的积累。在另一实施例中，通气口引导部件(302、304)用于将气态沉积副产物引导至通气道(300)的中心，由此减小通气口系统壁上的颗粒沉积物。在另一实施例中，局部塞(220)安装于喷射器吹清通道中，以变向和计量惰性气体，由此减小罩和喷射器端部副产物的沉积。在另一实施例中，本发明提供了一种CVD系统，其具有全体积通气口组件(400)，该组件具有用于积累粉末的大容积，由此增加需要清洁维护前运行时间。
文档编号C23C16/56GK1732285SQ02820970
公开日2006年2月8日 申请日期2002年8月26日 优先权日2001年8月24日
发明者科尔比·马特森, 艾拉杰·哈基米莱, 劳伦斯·D·巴塞洛缪, 朴胜俊, 吕顺九 申请人:阿维扎技术公司