CN108231632A - 喷头和气体供应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷头以及一种气体供应系统，所述喷头包括：两个以上相互隔离的喷淋区域；每个喷淋区域包括相互堆叠且连通的气体隔离层和气体分散层；所述气体隔离层包括空腔，不同喷淋区域的气体隔离层分别连接至不同的气体管路；所述气体分散层包括多个分散的气孔，用于将对应的气体隔离层内通入的气体分散喷出。所述喷头以及气体供应系统能够单独控制不同喷淋区域的气体，提高工艺参数的均匀性。

Description

喷头和气体供应系统
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种喷头及气体供应系统。
背景技术
在半导体制造的相关工艺中，如化学气相沉积等工艺过程，都需要在处理腔室中通入反应气体。一般情况下，反应气体都需要在减压气氛下进行工艺，例如在晶圆表面沉积薄膜等。在这些工艺中，处理腔室内的气流、压强等参数对工艺效果有显著影响，因此，对这些参数的控制就尤为重要。而对这些参数的控制主要是通过气体传输系统及真空控制系统相互配合完成的。其中，气体喷头是气体传输系统的主要部件之一，对工艺的均匀性影响较大。
目前处理腔室的喷头的设计形式多样，根据工艺类型及需求，气体喷头主要有喷淋式和喷注式两类。对于喷注式喷头，是利用气体分子在腔室内的扩散将气体供给晶圆表面；而对于喷淋式喷头，则是直接将工艺气体均匀地供给晶圆表面。由于半导体制程工艺中对均匀性具有较高的要求，而现有的喷淋式喷头不具备对局部区域的气体流量的控制能力，无法自由调整不同区域的工艺气体反应效果，导致不同区域薄膜沉积的厚度均匀性较差。
如何实现喷头的区域可调性，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种喷头和气体供应系统，所述喷头具有多个气体喷淋区域，可以分别控制各个气体喷淋区域的气体流量，从而提高气体供应系统的区域可控性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种喷头，包括：两个以上相互隔离的喷淋区域；每个喷淋区域包括相互堆叠且连通的气体隔离层和气体分散层；所述气体隔离层包括空腔，不同喷淋区域的气体隔离层分别连接至不同的气体管路；所述气体分散层包括多个分散的气孔，用于将对应的气体隔离层内通入的气体分散喷出。
可选的，所有喷淋区域沿所述喷头中心对称设置。
可选的，所述喷头包括沿喷头中心向喷头边缘的连线垂直分割的两个以上的喷淋区域。
可选的，所述喷头包括位于所述喷头中心位置的中心喷淋区域，以及围绕所述中心喷淋区域设置的一个以上环形喷淋区域。
可选的，所述喷头包括位于所述喷头中心位置的中心喷淋区域，以及沿喷头中心与喷头边缘的连线将位于所述中心喷淋区域外围的一个以上同心环形区域垂直分割而成的多个外围喷淋区域。
可选的，不同喷淋区域的气体分散层的气孔密度相同。
可选的，不同喷淋区域之间通过隔板隔离。
为解决上述问题，本发明的具体实施方式还包括一种气体供应系统，包括：上述喷头；多个气体供应管路，分别连接所述喷头的各个喷淋区域。
可选的，所述气体供应管路包括气流控制装置以及气体管道。
可选的，气流控制装置包括流量控制器、比例控制器以及压力控制器，所述流量控制器、比例控制器以及压力控制器之间通过气体管道连接。
本发明的喷头包括多个喷淋区域，可以对各个喷淋区域的气流进行控制；并且，各个喷淋区域包括气体隔离层和气体分散层，流入喷淋区域的工艺气体首先进入气体隔离层，然后再通过气体分散层的气孔分散喷出，通过气体隔离层的缓冲，可以进一步稳定通入气体的压力和流速，提高工艺处理过程的均匀性。
本发明的气体供应系统包括具有多个喷淋区域的喷头以及分别连接至各个喷淋区域的多个气体供应管路，通过各个气体供应管路，可以对通入喷头各个喷淋区域内的气体进行单独控制，从而提高工艺过程的参数均匀性，例如提高沉积过程形成的薄膜厚度的均匀性。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式的喷头的结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式的喷头的喷淋区域的结构示意图；
图3为本发明一具体实施方式的喷头的结构示意图；
图4为本发明一具体实施方式的喷头的气体分散层的结构示意图；
图5为本发明一具体实施方式的气体供应系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的喷头和气体供应系统的具体实施方式做详细说明。
请参考图1，为本发明一具体实施方式的喷头的结构示意图。
所述喷头包括两个以上相互隔离的喷淋区域，每个喷淋区域包括相互堆叠且连通的气体隔离层和气体分散层；所述气体隔离层包括空腔，不同喷淋区域的气体隔离层分别连接至不同的气体管路；所述气体分散层包括多个分散的气孔，用于将对应的气体隔离层内通入的气体分散喷出。
在一个具体实施方式中，所述喷头包括位于喷头中心位置处的中心喷淋区域，以及沿喷头中心与喷头边缘的连线将位于所述中心喷淋区域外围的一个以上同心环形区域垂直分割而成的多个外围喷淋区域。
具体的，请参考图1中的具体实施方式中，所述喷头包括位于喷头中心位置的中心喷淋区域1、围绕中心喷淋区域1设置的环形喷淋区域2～4以及围绕所述环形喷淋区域2～4设置的环形喷淋区域5～7。该具体实施方式中，所述喷头为圆柱形，各个喷淋区域也为柱形结构。
不同喷淋区域分别连接至不同的气体管路，相邻喷淋区域之间相互隔离，用于对各个喷淋区域通入的气体进行单独控制。具体的，该具体实施方式中，所述喷淋区域1～7之间分别通过隔板隔离，所述隔板具有一定的厚度，避免由于通入气体压力过大而破损，以确保各个喷淋区域的隔离可靠性。
请参考图2，为图1中的喷头的喷淋区域1、喷淋区域4以及喷淋区域5的具体结构示意图。
在本发明的其他具体实施方式中，所述喷头也可以为立方体形或其他形状，在此不作限定。
为了进一步提高喷头喷出气体的均匀性，本发明的一个具体实施方式中，所述喷淋区域沿所述喷头中心对称设置。
在本发明的一个具体实施方式中，所述喷头可以包括沿喷头中心向喷头边缘的连线垂直分割的两个以上的喷淋区域，例如由喷头的一条直径划分的两个半圆形的喷淋区域，或者由喷头的三条半径划分的三个扇形的喷淋区域等。
在本发明的另一具体实施方式中，由以喷头中心为圆心的多个同心圆将喷头划分为多个喷淋区域，具体的，所述喷头可以包括位于所述喷头中心位置的中心喷淋区域，以及围绕所述中心喷淋区域依次设置一个以上的环形喷淋区域。
在本发明的其他具体实施方式中，可以根据喷头的具体形状，将喷头分割为多个喷淋区域，具体分割方式在此不作限定。
请参考图3，为本发明一个具体实施方式的喷头的结构示意图。
所述喷头包括位于中心位置的隔离区域16，以及围绕所述隔离区域16的环形区域分割而成的多个扇形的喷淋区域16。所述隔离区域16不通入工艺气体。
请继续参考图1，进一步的，所述喷头的各个喷淋区域各自包括相互堆叠且连通的气体隔离层101和气体分散层102。
所述气体隔离层101包括空腔，用于容纳通入的隔离气体；所述气体分散层102包括多个气孔(请参考图4)，气体隔离层101通入的工艺气体经过下方的气体分散层102从多个气孔内分散喷出。各个喷淋区域的气体隔离层101之间以及气体分散层102之间均相互隔离。
在一个具体实施方式中，各个喷淋区域的气体分散层102内的气孔密度和大小均相同；在其他具体实施方式中，各个喷淋区域的气体分散层102可以分别具有不同的气孔密度和气孔大小，可以通过气孔密度和大小对喷出气体的流速和压强进一步进行调整。
所述喷头的各个喷淋区域用于分别连接至不同的气体管路103，可以通过所述气体管路103向各个喷淋区域分别通入工艺气体，从而可以对喷头各个喷淋区域通入的气压、流量、气体种类等进行分区域控制。具体的，所述气体管路103连接至各个喷淋区域的气体隔离层101，向各个喷淋区域的气体隔离层101内分别通入气体，再通过气体分散层102自不同区域喷出。由于各个喷淋区域连接不同的气体管路，因此可以对各个喷淋区域通入气体进行单独设定，以提高喷头整体喷出器的均匀性和可调整性。
在本发明的其他具体实施方式中，可以根据工艺的需求设定所述喷头的喷淋区域的数量，在此不作限定。
上述具体实施方式中，喷头包括多个喷淋区域，可以对各个喷淋区域的气流进行控制；并且，各个喷淋区域包括气体隔离层和气体分散层，流入喷淋区域的工艺气体首先进入气体隔离层，然后再通过气体分散层的气孔分散喷出，通过气体隔离层的缓冲，可以进一步稳定通入气体的压力和流速，提高工艺处理过程的均匀性。
本发明的具体实施方式还提供一种包括上述喷头的气体供应系统。
请参考图5，为本发明一具体实施方式的气体供应系统的结构示意图。
所述气体供应系统包括：喷头100；多个气体供应管路200，分别连接所述喷头100的各个喷淋区域。所述喷头100的具体结构以在上述具体实施方式中具体描述，在此不作限定。
所述气体供应管路200用于连接气体源与所述喷头200，所述气体供应管路进一步包括气流控制装置以及气体管道。所述气流控制装置用于控制通过气体管道流入各个喷淋区域内的气体流量、流速、压力等参数。各个气体供应管路可以同时连接至相同的气体源，也可以各自连接至不同的气体源，可以根据工艺需要进行选择。
具体的，该具体实施方式中，所述气流控制装置包括流量控制器203、比例控制器202以及压力控制器201，所述流量控制器203、比例控制器202以及压力控制器201之间通过气体管道204依次连接，并通过气体管道204连接至喷头的各个喷淋区域。在本发明的其他具体实施方式中，所述流量控制器203、比例控制器202以及压力控制器201也可以按照其他顺序进行连接。以及，在其他具体实施方式中，所述气流控制装置可以仅包括流量控制器203、比例控制器202以及压力控制器201中的一种或两种控制器，或者还包括其他类型的控制器。
根据具体工艺需求，通过所述气体供应管路200分别向喷头的各个喷淋区域提供相应参数的工艺气体。
上述气体供应系统包括具有多个喷淋区域的喷头以及分别连接至各个喷淋区域的多个气体供应管路，通过各个气体供应管路，可以对通入喷头各个喷淋区域内的气体进行单独控制，从而提高工艺过程的参数均匀性，例如提高沉积过程形成的薄膜厚度的均匀性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种喷头，其特征在于，包括：
两个以上相互隔离的喷淋区域；
每个喷淋区域包括相互堆叠且连通的气体隔离层和气体分散层；
所述气体隔离层包括空腔，不同喷淋区域的气体隔离层分别连接至不同的气体管路；
所述气体分散层包括多个分散的气孔，用于将对应的气体隔离层内通入的气体分散喷出。
2.根据权利要求1所述的喷头，其特征在于，所有喷淋区域沿所述喷头中心对称设置。
3.根据权利要求1所述的喷头，其特征在于，所述喷头包括沿喷头中心向喷头边缘的连线垂直分割的两个以上的喷淋区域。
4.根据权利要求1所述的喷头，其特征在于，所述喷头包括位于所述喷头中心位置的中心喷淋区域，以及围绕所述中心喷淋区域设置的一个以上环形喷淋区域。
5.根据权利要求1所述的喷头，其特征在于，所述喷头包括位于所述喷头中心位置的中心喷淋区域，以及沿喷头中心与喷头边缘的连线将位于所述中心喷淋区域外围的一个以上同心环形区域垂直分割而成的多个外围喷淋区域。
6.根据权利要求1所述的喷头，其特征在于，不同喷淋区域的气体分散层的气孔密度相同。
7.根据权利要求1所述的喷头，其特征在于，不同喷淋区域之间通过隔板隔离。
8.一种气体供应系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至7任一项所述的喷头；
多个气体供应管路，分别连接所述喷头的各个喷淋区域。
9.根据权利要求8所述的气体供应系统，其特征在于，所述气体供应管路包括气流控制装置以及气体管道。
10.根据权利要求9所述的气体供应系统，其特征在于，气流控制装置包括流量控制器、比例控制器以及压力控制器，所述流量控制器、比例控制器以及压力控制器之间通过气体管道连接。
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