原子层沉积反应室和原子层沉积反应器的制作方法

本发明涉及一种原子层沉积反应室，更具体地涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的反应室。本发明还涉及一种原子层沉积反应器，更具体地涉及一种根据权利要求12的前序部分所述的反应器。

背景技术：

1、原子层沉积(ald)工艺和一个ald循环由四次气体交换组成以形成单层。因此，ald循环时间是生长速率的限制因素。此外，循环时间取决于脉冲化学物质在衬底表面分布的速度以及从表面吹扫残余气体的速度。为了获得良好的气体交换和良好的质量，应使流过衬底表面的气流均匀。如果流过衬底的气流不均匀，则意味着衬底表面不同部分的气流不同。由于气流不均匀，因此需要增加一个ald循环期间的气体量，并且需要增加气体在反应室中的循环时间和停留时间。这导致工艺时间缓慢、效率降低、材料效率低下。

2、在现有技术的反应室和ald反应器中，均匀的气流、较短的循环时间和良好的材料效率都受到了影响。在处理硅晶片等圆形衬底时尤其如此。在处理圆形衬底时，靠近圆形衬底表面边缘的气体比圆形衬底中间的气体更容易交换。

3、图2示出了现有技术中原子层沉积反应器10的原子层沉积室20。图2的反应室20具有位于反应室20的相对两侧的第一端24和第二端26。反应室20还包括第一端24附近的进气口30和第二端26附近的出气口40。进气口30和出气口40设置在反应室20的底部22。进气口30和出气口40之间设置有衬底支架50，用于支撑一个或多个圆形衬底。气体从进气口30供应并从出气口40排放，使得气体在反应室20中从进气口30流向出气口40。进气口30和出气口40之间的气流流过一个或多个圆形衬底的表面。

4、在现有技术的反应室20中，如图2所示，反应器壁在第一端24和第二端26之间的方向或在进气口30和出气口40之间的方向是直壁。气流的气体分子从进气口30到出气口具有两条流道，即第一流道a和第二流道b。由于流道a的传导率小于流道b，因此从进气口30供应的气体往往会选择流道a。因此，大部分气体分子选择流道a，从而在气体分子从反应室的侧壁和圆形衬底的边缘区域附近流动时产生旁路效应。较少量的气体分子流经流道b。圆形反应室也会产生同样的旁路效应。旁路效应对于圆形衬底来说尤其成问题，因为衬底表面只有较小区域靠近进气口30和出气口40之间的反应室的侧壁。此外，在图2的反应室中，存在使反应室20中的气流减慢的气穴。

5、现有技术的反应室20的旁路效应导致前体气体经济性差，因为大部分前体分子会绕过待镀膜衬底表面并直接流入出气口40。因此，由于只有一小部分前体分子沿流道b流动，因此反应室20的中间部分会出现前体气体量不足的情况。气体量不足会进一步导致衬底表面和衬底表面涂层的均匀性问题。在通过向反应室20供应的较高过量前体气体补偿反应室20中间部分的气体量不足时，由于有前体分子需要吹扫，因此吹扫反应室20需要较长时间。因此，ald循环时间延长，工艺效率和材料效率也会受到影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种原子层沉积反应室和原子层沉积反应器，以便解决或至少减轻现有技术的缺点。

2、本发明的目的通过一种原子层沉积反应室来实现，所述原子层沉积反应室的特征如独立权利要求1所述。本发明的目的还通过一种原子层沉积反应器来实现，所述原子层沉积反应器的特征如独立权利要求12所述。

3、本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。

4、本发明基于提供一种原子层沉积反应室的想法，所述原子层沉积反应室包括第一端、与所述第一端相对的第二端、在所述第一端和所述第二端之间延伸的纵向中心轴线以及所述第一端和所述第二端之间沿所述纵向中心轴线的方向的长度；所述反应室还包括在所述第一端和所述第二端之间延伸的第一侧壁，以及与所述第一侧壁相对并且在所述第一端和所述第二端之间延伸的第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁限定所述反应室在所述第一端和所述第二端之间的宽度，所述反应室具有在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间延伸并且垂直于所述纵向中心轴线的宽度中心轴线。所述反应室还包括用于向所述反应室供应气体的进气口以及用于从所述反应室排放气体的出气口。所述进气口和所述出气口沿所述反应室的所述纵向中心轴线间隔开设置。

5、根据本发明，所述反应室具有沿所述纵向中心轴线从所述第一端到所述宽度中心轴线的方向的增大宽度。所述反应室还具有沿所述纵向中心轴线从所述宽度中心轴线到所述第二端的方向的减小宽度。所述反应室的所述长度大于所述反应室沿所述宽度中心轴线的所述宽度。

6、所述反应室在所述第一端和所述第二端之间的方向具有增大宽度和减小宽度，这使得能够将所述侧壁设置在距衬底很近的距离处。此外，所述增大宽度和减小宽度使得所述反应室的所述侧壁能够部分沿圆形衬底的外缘设置。此外，由于长度大于宽度而形成的椭圆形或类椭圆形形状使得能够在所述进气口和所述衬底之间在所述第一端和所述第二端的方向形成足够的距离，从而使前体气体分子在遇到衬底之前有足够的时间和空间进行扩散。因此，旁路效应被最小化。

7、在一个实施例中，所述反应室具有沿所述纵向中心轴线从所述第一端到所述宽度中心轴线的所述增大宽度，以及沿所述纵向中心轴线从所述宽度中心轴线到所述第二端的所述减小宽度。

8、因此，所述反应室的所述宽度从所述第一端到所述宽度中心轴线增大，从所述宽度中心轴线到所述第二端减小。这样，气体流动效率高，旁路效应最小。

9、在另一实施例中，所述反应室包括所述第一端和所述宽度中心轴线之间的增大宽度区域，所述增大宽度区域从所述第一端延伸到所述宽度中心轴线，并且具有沿所述纵向中心轴线从所述第一端到所述宽度中心轴线的所述增大宽度。所述反应室还包括所述宽度中心轴线和所述第二端之间的减小宽度区域，所述减小宽度区域从所述宽度中心轴线延伸到所述第二端，并且具有沿所述纵向中心轴线从所述宽度中心轴线到所述第二端的所述减小宽度。

10、所述增大宽度区域和所述减小宽度区域被设置为椭圆形或类椭圆形反应室，使得所述第一端和所述第二端之间或所述进气口和所述出气口之间的前体气体流动均匀性好，流动速度快。

11、在一个实施例中，所述第一侧壁和第二侧壁包括从所述第一端延伸到所述宽度中心轴线的增大宽度壁部分。所述增大宽度壁部分是平面壁部分或曲面壁部分。所述第一侧壁和第二侧壁包括从所述宽度中心轴线延伸到所述第二端的减小宽度壁部分。所述减小宽度壁部分是平面壁部分或曲面壁部分。

12、平直的增大壁部分和减小壁部分使反应室结构简单。

13、曲面增大壁部分和减小壁部分使反应室的形状更加符合圆形衬底的形状。

14、在另一实施例中，所述第一侧壁和第二侧壁包括所述增大宽度区域的增大宽度壁部分。所述增大宽度壁部分是平面壁部分或曲面壁部分。所述第一侧壁和第二侧壁包括所述减小宽度区域的减小宽度壁部分。所述减小宽度壁部分是平面壁部分或曲面壁部分。

15、平直的增大宽度区域和减小宽度区域使反应室结构简单。

16、曲面增大宽度区域和减小宽度区域使反应室的形状更加符合圆形衬底的形状。

17、在一个实施例中，所述反应室具有沿所述纵向中心轴线从所述第一端到所述宽度中心轴线的方向的所述增大宽度，以及沿所述纵向中心轴线从所述宽度中心轴线到所述第二端的方向的所述减小宽度。所述反应室还具有沿所述纵向中心轴线从所述宽度中心轴线到所述第一端的方向以及从所述宽度中心轴线到所述第二端的方向的恒定宽度。

18、所述增大宽度和所述减小宽度之间的所述恒定宽度可以使气流更加均匀稳定。此外，衬底支架可以更容易地设置到所述反应室中。

19、在另一实施例中，所述反应室包括设置在所述第一端和所述宽度中心轴线之间的增大宽度区域。所述增大宽度区域包括沿所述纵向中心轴线从所述第一端到所述宽度中心轴线的方向的所述增大宽度。所述反应室包括设置在所述宽度中心轴线和所述第二端之间的减小宽度区域。所述减小宽度区域包括沿所述纵向中心轴线从所述宽度中心轴线到所述第二端的方向的所述减小宽度。所述反应室还包括设置在所述增大宽度区域和所述减小宽度区域之间的恒定宽度区域。

20、所述增大宽度区域和所述减小宽度区域之间的所述恒定宽度区域可以使气流更加均匀稳定。此外，所述恒定宽度区域在结构上为衬底支架提供了良好的位置。

21、在一个实施例中，所述反应室包括设置在所述反应室内部的位于所述第一端和所述第二端之间并且位于所述进气口和所述出气口之间的衬底支架。

22、在另一实施例中，所述反应室包括设置在所述反应室内部的位于所述第一端和所述第二端之间并且位于所述进气口和所述出气口之间的衬底支架。所述衬底支架相对于所述纵向中心轴线和所述宽度中心轴线的交点对称地设置在所述反应室内部。

23、因此，所述衬底支架利用所述增大宽度区域和减小宽度区域的优势，使气流快速、均匀地流过所述衬底支架。

24、在一个实施例中，所述衬底支架被设置成沿所述纵向中心轴线的方向在所述增大宽度区域和所述减小宽度区域延伸。

25、在另一实施例中，所述衬底支架被设置成沿所述纵向中心轴线的方向从所述增大宽度区域延伸到所述减小宽度区域。

26、因此，衬底也可以被设置成延伸到所述增大宽度区域和所述减小宽度区域，使得所述反应室的所述侧壁靠近衬底的边缘设置。

27、在又一实施例中，所述衬底支架被设置成沿所述纵向中心轴线的方向在所述增大宽度区域、所述减小宽度区域和所述恒定宽度区域延伸。

28、在又一替代实施例中，所述衬底支架被设置成沿所述纵向中心轴线的方向从所述增大宽度区域经由所述恒定宽度区域延伸到所述减小宽度区域。

29、因此，衬底也可以被设置成从所述恒定宽度区域延伸到所述增大宽度区域和所述减小宽度区域，使得所述反应室的所述侧壁也在朝向所述进气口和所述出气口的方向靠近衬底的边缘设置。

30、在一个实施例中，所述衬底支架在所述纵向中心轴线的方向包括与所述第一端相对的前端和与所述第二端相对的后端。所述衬底支架在所述反应室内部沿所述纵向中心轴线的方向在所述前端和所述后端之间限定衬底区。所述反应室还包括在所述反应室的所述第一端和所述衬底支架的所述前端之间沿所述纵向中心轴线的方向延伸的供应区。所述进气口设置在所述供应区。所述反应室还包括在所述反应室的所述第二端和所述衬底支架的所述后端之间沿所述纵向中心轴线的方向延伸的排放区。所述出气口设置在所述排放区。所述增大宽度区域沿所述纵向中心轴线的方向从所述供应区延伸到所述衬底区，所述减小宽度区域沿所述纵向中心轴线的方向从所述排放区延伸到所述衬底区。

31、因此，衬底区域在所述纵向中心轴线的方向与所述增大宽度区域和所述减小宽度区域重叠。因此，所述反应室的所述侧壁是所述衬底区域中衬底的近边。

32、在一个实施例中，所述恒定宽度区域沿所述纵向中心轴线的方向设置在所述衬底区内。

33、在另一实施例中，所述恒定宽度区域沿所述纵向中心轴线的方向设置在所述衬底区内，并且所述衬底区在所述纵向中心轴线的方向的长度大于恒定宽度区域。

34、因此，所述衬底区域内实现了均匀的气流。

35、在一个实施例中，所述衬底支架和所述第一侧壁或第二侧壁之间沿所述宽度中心轴线的第一距离小于所述衬底支架和所述第一端或第二端之间沿所述纵向中心轴线的第二距离。

36、因此，衬底靠近所述反应室的所述侧壁，并且所述进气口/出气口和所述衬底支架之间的空间和距离可以更大。

37、在一个实施例中，所述衬底支架被设置成支撑一个或多个圆形衬底或圆形半导体晶片。

38、本发明的所述反应室特别适用于圆形衬底，因为所述增大宽度和减小宽度能够使圆形衬底与所述反应室的所述侧壁之间的距离最小化。

39、在一些实施例中，所述反应室包括底壁、顶壁、所述第一侧壁和第二侧壁以及所述第一端和第二端。所述第一侧壁和第二侧壁以及所述第一端和第二端在所述底壁和所述顶壁之间延伸。

40、在一个实施例中，所述进气口和所述出气口设置在所述底壁上。这使得反应室结构简单。

41、在另一实施例中，所述进气口设置在所述第一端附近的所述底壁上，所述出气口设置在所述第二端附近的所述底壁上。这样，所述进气口/出气口和所述衬底支架或衬底之间的距离很大，反应室结构也很简单。

42、在又一实施例中，所述进气口设置在所述第一端，所述出气口设置在所述第二端。这样，所述进气口/出气口和所述衬底支架或衬底之间的距离很大。

43、本发明还涉及一种原子层沉积反应器，所述原子层沉积反应器包括真空室和设置在所述真空室内部的反应室。所述反应室包括第一端、与所述第一端相对的第二端、在所述第一端和所述第二端之间延伸的纵向中心轴线以及所述第一端和所述第二端之间沿所述纵向中心轴的长度。所述反应室还包括在所述第一端和所述第二端之间延伸的第一侧壁和第二侧壁、在所述第一侧壁和第二侧壁之间垂直于所述纵向中心轴线延伸的宽度中心轴线、以及所述第一侧壁和第二侧壁之间沿所述宽度中心轴线的方向的宽度。所述反应室还包括用于向所述反应室供应气体的进气口以及用于从所述反应室排放气体的出气口。所述进气口和所述出气口沿所述纵向中心轴线的方向在所述宽度中心轴线的相对两侧间隔开设置。

44、根据本发明，所述反应室的所述第一侧壁和第二侧壁被设置成限定沿所述纵向中心轴线从所述进气口到所述宽度中心轴线的方向的增大宽度以及沿所述纵向中心轴线从所述宽度中心轴线到所述出气口的方向的减小宽度，并且所述反应室的所述长度大于所述反应室沿所述宽度中心轴线的所述宽度。

45、在所述进气口和所述出气口之间的方向的所述增大宽度和所述减小宽度使得能够将所述侧壁设置在距衬底(尤其是圆形衬底的外缘)很近的距离处。此外，由于长度大于宽度而形成的椭圆形或类椭圆形形状使得能够在所述进气口和衬底之间在所述纵向中心轴线的方向形成足够的距离，从而使前体气体分子在与衬底接触之前有足够的时间和空间进行扩散。因此，旁路效应被最小化。

46、在一个实施例中，所述反应器包括至少一个进气口连接件，所述进气口连接件从所述真空室外部延伸到所述反应室并且连接到所述进气口，以从所述真空室外部向所述反应室供应气体；以及至少一个出气口连接件，所述出气口连接件从所述真空室外部延伸到所述反应室并且连接到所述出气口，以将气体从所述反应室排放到所述真空室外部。

47、因此，向所述反应室供应的气体以及从所述反应室排放的气体都在所述真空室外部。所述反应室内部形成受控且安全的处理环境。

48、在一个实施例中，所述反应室具有沿所述纵向中心轴线从所述进气口到所述宽度中心轴线的方向的所述增大宽度。所述反应室具有沿所述纵向中心轴线从所述宽度中心轴线到所述出气口的方向的所述减小宽度。所述反应室还具有沿所述纵向中心轴线从所述宽度中心轴线到所述进气口的方向以及从所述宽度中心轴线到所述出气口的方向的恒定宽度。

49、所述反应器的所述反应室可以是如上所述的反应室。

50、本发明的优点在于，在所述进气口和所述出气口之间的方向以及在所述纵向中心轴线的方向的所述增大宽度和所述减小宽度使得能够将所述侧壁设置在距衬底(尤其是圆形衬底的外缘)很近的距离处。此外，由于长度大于宽度而形成的椭圆形或类椭圆形形状使得能够在所述进气口和衬底之间在所述纵向中心轴线的方向形成足够的距离，从而使前体气体分子在与衬底接触之前有足够的时间和空间进行扩散。因此，旁路效应被最小化。同时，在反应室中实现了没有气穴的良好流动动力学，使得不需要使用相当多的过量气体，并且可以在短时间内吹扫反应器。