CN112626496B - 喷头组件与原子层沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种喷头组件与原子层沉积设备。所述原子层沉积设备的喷头组件用以喷洒反应前驱物至基板载台所承载的基板上，以实现原子层沉积制程。所述喷头组件包括第一梯形柱体部件、第二梯形柱体部件与柱体部件，第一梯形柱体部件透过其第一底边与第二梯形柱体部件的第二顶边彼此连接，以及第二梯形柱体部件的第二底边与柱体部件的柱体顶边彼此连接。所述第一梯形柱体部件具有第一底边尺径距离，第二梯形柱体部件具有第二垂直距离，以及柱体部件具有柱体垂直距离，柱体垂直距离与第二垂直距离的比值为大于或等于1.2，以及第二垂直距离与柱体垂直距离的加总小于第一底边尺径距离。透过上述设计，所述喷头组件改善反应前驱物喷洒到基板的均匀度。

Description

喷头组件与原子层沉积设备

技术领域

本发明关于一种喷头组件与原子层沉积设备，尤其指一种具有特殊规格以在原子层沉积制程中优化基板均匀度的喷头组件，以及使用其的原子层沉积设备。

背景技术

集成电路技术的发展已经成熟，且目前电子产品朝向轻薄短小、高性能、高可靠性与智能化的趋势发展。电子产品中的晶体管的微缩技术至关重要，小尺寸的晶体管会对电子产品的性能产生重要影响，当晶体管的尺寸愈小，可减少电流传输时间并降低耗能，以达到快速运算并节能的效果。在现今微小的晶体管中，部分关键的薄膜层几乎仅有几个原子的厚度，而发展这些微量结构的技术之一为原子层沉积制程(atomic layer depositionprocess,ALD process)。

原子层沉积制程是一种将物质以单原子的形式一层一层地镀于基板表面的技术，其中在制程中，是使反应前驱物与基板或前一层膜的材料表面进行化学吸附，以生产既薄且均匀的薄膜。在原子层沉积制程中，均匀的沉积薄膜是晶体管微缩的重要基础，如何有效的控制薄膜均匀度为现今的晶体管发展的重要课题。

目前原子层沉积制程的均匀度的控制仍未完善，其中一个问题来自设备中的喷头组件主要是透过其中心提供反应前驱物给腔体，此种装置的设计常导致基板的中心接收较多反应前驱物，而基板的外围所接触的反应前驱物的量则远小于基板中心，造成均匀度不佳且使基板难以全面而充分的与反应前驱物反应的问题。

为改善上述问题，其中一种方法是使反应前驱物滞留于腔体的时间拉长，使反应前驱物有足够的时间与基板充分反应，但此方法将使制程时间延长而导致生产效率不佳，另有一种方法是将反应前驱物的用量增加以使基板可接触的反应前驱物增加，以弥补基板外围接触较少反应前驱物的问题，然而此方法将造成多于的成本支出。故如何在不影响原制程的效率与成本之下改善反应前驱物沉积于基板的均匀度，为现今原子层沉积制程待克服的议题。

发明内容

因此，为了克服习知技术的不足之处，本发明实施例提供一种喷头组件与原子层沉积设备，其中喷头组件系用于原子层沉积设备。所述喷头组件的结构具有特殊规格，可使反应前驱物不直接从喷头组件的中心喷洒至腔体内部，而是预先使反应前驱物扩散至喷头组件的全范围(即，由内至外)再同步地喷洒至腔体内部，以提升反应前驱物沉积到基板的均匀度。

所述喷头组件具有第一梯形柱体部件、第二梯形柱体部件与柱体部件，其中第一梯形柱体部件的第一底边连接第二梯形柱体部件的第二顶边，以及第二梯形柱体部件的第二底边连接柱体部件的柱体顶边，以使第一梯形柱体部件、第二梯形柱体部件与柱体部件个别的第一中空部、第二中空部与喷嘴彼此连通。

所述柱体部件具有柱体垂直距离，第二梯形柱体部件具有第二垂直距离，以及第一梯形柱体部件具有第一底边尺径距离(例如为第一「梯形圆柱」的底边直径，或为第一「梯形角柱」的底边对角线距离)，其中柱体垂直距离与第二垂直距离的比值大于或等于1.2，柱体垂直距离与第二垂直距离的加总小于第一底边尺径距离。

本发明实施例提供一种喷头组件用于集成电路制程，其中喷头组件具有第一梯型柱体部件、第二梯形柱体部件与柱体部件。所述第一梯型柱体部件具有第一顶边、第一底边与第一中空部。第二梯形柱体部件具有第二顶边、第二底边与第二中空部，且第二顶边与第二底边之间具有第二垂直距离，其中第二顶边连接第一梯形柱体部件的第一底边，以使第二中空部连通第一中空部。柱体部件具有柱体顶边、柱体底部与多个喷嘴，且柱体顶边与柱体底部之间具有柱体垂直距离，其中柱体顶边连接第二梯形柱体部件的第二底边，以使多个喷嘴连通第二中空部，所述多个喷嘴为柱体部件中的多个垂直流道，且喷嘴的多个开口设置于柱体底部。所述柱体垂直距离与第二垂直距离的比值为大于或等于1.2。

可选地，所述第一梯形柱体部件的第一底边更包括第一底边尺径距离，其中在第一梯形柱体部件为第一梯形圆柱部件时，第一底边尺径距离为第一底边直径距离，在第一梯形柱体部件为第一梯形角柱部件时，第一底边尺径距离为第一底边对角线距离，其中第二梯形柱体部件的第二垂直距离与柱体垂直距离的加总小于第一底边尺径距离。

可选地，所述柱体垂直距离与第二垂直距离的比值为2-4。

可选地，所述第一梯形柱体部件、第二梯形柱体部件与柱体部件为一体成形或彼此组合形成喷头组件。

可选地，所述柱体部件的多个喷嘴的开口的宽度为0.5-1.5毫米(mm)。

本发明实施例提供的一种喷头组件用于集成电路制程，其中喷头组件具有第一梯型柱体部件、第二梯形柱体部件与柱体部件。所述第一梯型柱体部件具有第一顶边、第一底边与第一中空部，且第一底边具有第一底边尺径距离，其中在第一梯形柱体部件为第一梯形圆柱部件时，第一底边尺径距离为第一底边直径距离，在第一梯形柱体部件为第一梯形角柱部件时，第一底边尺径距离为第一底边对角线距离。第二梯形柱体部件具有第二顶边、第二底边与第二中空部，且第二顶边与第二底边之间具有第二垂直距离，其中第二顶边连接第一梯形柱体部件的第一底边，以使第二中空部连通第一中空部。柱体部件具有柱体顶边、柱体底部与多个喷嘴，且柱体顶部与柱体底部之间具有柱体垂直距离，其中柱体顶边连接第二梯形柱体部件的第二底边，以使多个喷嘴连通第二中空部，所述多个喷嘴为柱体部件中的多个垂直流道，且喷嘴的多个开口设置于柱体底部。所述第二垂直距离与柱体垂直距离的加总小于第一底边尺径距离。

可选地，所述第一梯形柱体部件、第二梯形柱体部件与柱体部件为一体成形或彼此组合形成喷头组件。

可选地，所述柱体部件的多个喷嘴的开口的宽度为0.5-1.5毫米。

本发明实施例提供的一种原子层沉积设备包括如前述任何一个喷头组件、反应腔体以及基板载台。所述反应腔体包括抽气开口，其中喷头组件设置于反应腔体的上方。基板载台设置于反应腔体内部。所述喷头组件喷洒至少一种反应前驱物至基板载台承载的基板，以及抽气开口将多余的反应前驱物自反应腔体排出。

可选地，所述基板载台承载的基板为硅晶圆。

简言之，本发明实施例提供的喷头组件用于原子层沉积设备，其中喷头组件的结构具有特殊规格，可以使反应前驱物预先扩散至喷头组件的每一处后，再同步地提供至腔体内部，以提高对基板的沉积均匀度，故于对喷头组件有需求的制程与市场(例如集成电路制程)具有优势。

附图说明

图1是本发明实施例的喷头组件的正视示意图。

图2是本发明实施例的喷头组件的剖面示意图。

图3是本发明实施例的喷头组件的俯视示意图。

图4是本发明另一实施例的喷头组件的俯视示意图。

图5是本发明又一实施例的喷头组件的俯视示意图。

图6是本发明实施例的喷头组件的上视示意图。

图7是本发明另一实施例的喷头组件的上视示意图。

图8是本发明又一实施例的喷头组件的上视示意图。

图9是本发明实施例的原子层沉积设备的示意图。

附图标记说明：1、1A、1B、1C-喷头组件；101-第一梯形柱体部件；102-第二梯形柱体部件；103-柱体部件；1031、1031a、1031b、1031c-喷嘴；101a-第一梯形圆柱部件；101b-第一梯形十六角柱部件；101c-第一梯形八角柱部件；102a-第二梯形圆柱部件；102b-第二梯形十六角柱部件；102c-第二梯形八角柱部件；103a-圆柱部件；103b-十六角柱部件；103c-八角柱部件；4-原子层沉积设备；401-反应腔体；4011-抽气开口；402-基板载台；B101-第一底边；B102-第二底边；B103、d1031a、d1031b、d1031c-喷嘴开口宽度；dh101-第一底边尺径距离；dh101a-第一底边直径距离；dh101b、dh101c-第一底边对角线距离；dh103-柱体底部尺径距离；dh103a-柱体底部直径距离；dh103b、dh103c-柱体底部对角线距离；dv102-第二垂直距离；dv103-柱体垂直距离；O1031-开口；P-反应前驱物；T101-第一顶边；T102-第二顶边；T103-柱体顶边；W-基板。

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及功效，兹借由下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明做一详细说明，说明如后。

本发明提供一种喷头组件与使用其的原子层沉积设备。所述喷头组件的结构具有特殊规格与结构比例，可以使反应前驱物预先分散至喷头组件的每一处后再提供至腔体内部以进行均匀地沉积。

所述喷头组件具有第一梯形柱体部件、第二梯形柱体部件以及柱体部件，其中第一梯形柱体部件具有第一顶边、第一底边、第一中空部，且具有第一底边尺径距离，第二梯形柱体部件具有第二顶边、第二底边、第二中空部，且具有第二垂直距离，以及柱体部件具有柱体顶边、柱体底部、多个喷嘴，且具有柱体垂直距离。

所述第一梯形柱体部件的第一底边连接第二梯形柱体部件的第二顶边，以及第二梯形柱体部件的第二底边连接柱体部件的柱体顶边，以使第一梯形柱体部件、第二梯形柱体部件与柱体部件个别的第一中空部、第二中空部与喷嘴彼此连通，其中喷头组件结构的特殊规格为：柱体垂直距离与第二垂直距离的比值为大于或等于1.2，与/或第二垂直距离与柱体垂直距离的加总小于第一底边尺径距离。

所述喷头组件结构的特殊规格可令其于接收反应前驱物后预先使反应前驱物均匀地扩散至喷头组件的每一处，并使反应前驱物可被均匀地喷洒至原子层沉积设备的腔体内部，并进而均匀地扩散至基板的表面，以提升最终基板表面沉积的材料均匀度。

首先，请参照图1，图1是本发明实施例的喷头组件的正视示意图。如图1所示，喷头组件1包括第一梯形柱体部件101、第二梯形柱体部件102以及柱体部件103，其中第一梯形柱体部件101具有第一顶边T101、第一底边B101与由第一顶边T101至第一底边B101贯穿的第一中空部，第二梯形柱体部件102具有第二顶边T102、第二底边B102与由第二顶边T102至第二底边B102贯穿的第二中空部，以及柱体部件103具有柱体顶边T103、柱体底部B103与多个由柱体顶边T103至柱体底部B103贯穿的多个喷嘴。

所述喷嘴的型态请参照图2，图2是本发明实施例的喷头组件的剖面示意图。如图2所示，喷嘴1031为柱体部件103中的多个垂直流道，且喷嘴的多个开口O1031设置于柱体底部B103。

接着，请继续参照图1，所述第一梯形柱体部件101透过其第一底边B101与第二梯形柱体部件102的第二顶边T102连接，以使第一中空部与第二中空部彼此连通，以及第二梯形柱体部件102的第二底边B102与柱体部件103的柱体顶边T103连接，以使第一中空部、第二中空部与多个喷嘴彼此连通，并使喷头组件1可透过第一顶边T101接收目标物(例如但不限制为集成电路制程欲沉积的物质或是反应前驱物)，并从多个喷嘴喷洒出去，其中第一梯形柱体部件101、第二梯形柱体部件102与柱体部件103可以是一体成形或彼此组合而成。

请继续参照图1以及图3-图5，图3是本发明实施例的喷头组件的俯视示意图，以及图4与图5为本发明其他实施例的喷头组件的俯视示意图。所述喷头组件1、1A、1B、1C的第一梯形柱体部件可以是如图3所示的第一梯形圆柱部件101a，或者也可以是第一梯形角柱部件(例如图4所示的第一梯形十六角柱部件101b，或是如图5所示的第一梯形八角柱部件101c，但本发明不限制梯形角柱的边数)，其中当第一梯形柱体部件系梯形角柱且具有愈多边时，可使最终通过喷头组件的物质的流场更相似于第一梯形柱体部件为梯形圆柱时的现象。

第二梯形柱体部件可以是如图3所示的第二梯形圆柱部件102a，或者也可以是第二梯形角柱部件(例如图4所示的第二梯形十六角柱部件102b，或是如图5所示的第二梯形八角柱部件102c，但本发明不限制梯形角柱的边数)，其中当第二梯形柱体部件系梯形角柱且具有愈多边时，可使最终通过喷头组件的物质的流场更相似于第二梯形柱体部件为梯形圆柱时的现象。

再者，请继续参照图1以及图6-图8，图6是本发明实施例的喷头组件的上视示意图，以及图7与图8是本发明其他实施例的喷头组件的上视示意图。所述喷头组件1、1A、1B、1C的柱体部件可以是如图6所示的圆柱部件103a，或者也可以是角柱部件(例如图7所示的十六角柱部件103b，或是如图8所示的八角柱部件103c，但本发明不限制角柱的边数)，其中当柱体部件系梯形角柱且具有愈多边时，可使最终通过喷头组件的物质的流场更相似于柱体部件为圆柱时的现象。

接着，请继续参照图1、图3-图5、与图6-图8，所述第一梯形柱体部件101的第一底边B101例如但不限制具有35-50毫米的第一底边尺径距离dh101，其中在第一梯形柱体部件为第一梯形圆柱部件101a时，第一底边尺径距离为第一底边直径距离dh101a，或者在第一梯形柱体部件为第一梯形角柱部件时，第一底边尺径距离为第一底边对角线距离dh101b、dh101c。

所述第二梯形柱体部件102具有由第二顶边T102至第二底边B102的第二垂直距离dv102，其中第二垂直距离dv102例如但不限制为7.5-10.5毫米。所述柱体部件103具有由柱体顶边T103至柱体底部B103的柱体垂直距离dv103以及柱体底部尺径距离dh103，其中柱体垂直距离dv103例如但不限制为20-30毫米，以及柱体底部尺径距离dh103例如但不限制为285-315毫米。

当柱体部件为圆柱部件103a时，柱体底部尺径距离为柱体底部直径距离dh103a，或者当柱体部件为角柱部件时，柱体底部尺径距离为柱体底部对角线距离dh103b。再者，柱体部件103的多个喷嘴1031a、1031b、1031c的喷嘴开口宽度为d1031a、d1031b、d1031c例如但不限制为0.5-1.5毫米，在此请注意，本发明不以喷嘴与开口的数量与形状为限制。

所述喷头组件1、1A、1B、1C其特殊的规格限制在于柱体垂直距离dv103与第二垂直距离dv102的比值需大于或等于1.2，再者，柱体垂直距离dv103与第二垂直距离dv102的加总需小于第一底边尺径距离dh101，如此可使喷头组件1、1A、1B、1C于接收目标物(例如但不限制为集成电路制程欲沉积的物质或是反应前驱物)后，使目标物可于喷头组件1、1A、1B、1C内均匀分配，最终目标物可被同步地由多个喷嘴1031a、1031b、1031c喷洒出去，更佳的情况是，当柱体垂直距离dv103与第二垂直距离dv102的比值为2-4时，可达到更好的均匀喷洒的效果。

接着，请参照图9，图9是本发明实施例的原子层沉积设备的示意图。所述原子层沉积设备4包括喷头组件1(喷头组件可为上述实施例中的任何一种)、反应腔体401以及基板载台402。所述喷头组件1设置于反应腔体401的上方，以及基板载台402设置于反应腔体401的内部。

在原子层沉积的过程中，喷头组件1透过第一梯形柱体部件的第一顶边接收反应前驱物P。反应前驱物P经过特殊规格的喷头组件1时，可被均匀地分配，接着再均匀地从多个喷嘴喷洒至基板载台402承载的基板W(例如但不限制为硅晶圆)上，而多余的反应前驱物P再经由反应腔体401的抽气开口4011排出。所述抽气开口4011不限制位于反应腔体401的哪一处，抽气开口4011也可以位于反应腔体401的的侧边。

所述喷头组件1与原子层沉积设备4的效果请参照表1，表1为12吋硅晶圆经原子层沉积制程后的晶圆厚度表，如表1所示，取12吋硅晶圆进行的原子层沉积制程后(制程条件：进料时间0.1秒；浸渍时间0.5秒)，晶圆的厚度均匀度为0.34686并达到良好的效果。在此请注意，本发明所述的喷头组件不限制用于原子层沉积制程及其设备，其也可用于集成电路任一需用到喷头组件的制程及其设备。

表1

综合以上所述，相较于现有技术，本发明实施例所述的喷头组件与原子层沉积设备的技术效果，说明如下。

现有技术中，用于集成电路的原子层沉积的喷头组件多数仅能以喷头的中心提供反应前驱物给基板，经常造成沉积均匀度不佳的问题，而传统的解决方法需增加反应前驱物的量或是延长反应时间，才可改善问题。反观本发明所述的喷头组件与使用其的原子层沉积设备，所述喷头组件的结构具有特殊规格，可以于接收反应前驱物后预先于喷头组件内平均扩散反应前驱物，进而使反应前驱物可平均地透过喷嘴喷洒提供至基板，无须增加额外的金钱或时间成本即可达到良好的沉积均匀度的效果。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种喷头组件，适用于集成电路制程，其特征在于，所述喷头组件包括：

第一梯形柱体部件，具有第一顶边、第一底边与第一中空部，其中所述第一梯形柱体部件的所述第一底边更包括第一底边尺径距离，其中在所述第一梯形柱体部件为第一梯形圆柱部件时，所述第一底边尺径距离为第一底边直径距离，在所述第一梯形柱体部件为第一梯形角柱部件时，所述第一底边尺径距离为第一底边对角线距离；

第二梯形柱体部件，具有第二顶边、第二底边与第二中空部，所述第二顶边与所述第二底边之间具有第二垂直距离，其中所述第二顶边连接所述第一梯形柱体部件的所述第一底边，以使所述第二中空部连通所述第一中空部；以及

柱体部件，具有柱体顶边、柱体底部与多个喷嘴，所述柱体顶边与所述柱体底部之间具有柱体垂直距离，其中所述柱体顶边连接所述第二梯形柱体部件的所述第二底边，以使所述多个喷嘴连通所述第二中空部，而所述多个喷嘴为所述柱体部件中的多个垂直流道，且所述喷嘴的开口设置于所述柱体底部；

其中所述柱体垂直距离与所述第二垂直距离的比值为大于或等于1.2，其中所述第二梯形柱体部件的所述第二垂直距离与所述柱体垂直距离的加总小于所述第一底边尺径距离。

2.如权利要求1所述的喷头组件，其特征在于，其中所述柱体垂直距离与所述第二垂直距离的比值为2-4。

3.如权利要求1所述的喷头组件，其特征在于，其中所述第一梯形柱体部件、所述第二梯形柱体部件与所述柱体部件为一体成形或彼此组合形成所述喷头组件。

4.如权利要求1所述的喷头组件，其特征在于，其中所述柱体部件的所述多个喷嘴的开口的宽度为0.5-1.5毫米。

5.一种喷头组件，适用于集成电路制程，其特征在于，所述喷头组件包括：

第一梯形柱体部件，具有第一顶边、第一底边与第一中空部，所述第一底边具有第一底边尺径距离，其中在所述第一梯形柱体部件为第一梯形圆柱部件时，所述第一底边尺径距离为第一底边直径距离，在所述第一梯形柱体部件为第一梯形角柱部件时，所述第一底边尺径距离为第一底边对角线距离；

第二梯形柱体部件，具有第二顶边、第二底边与第二中空部，所述第二顶边与所述第二底边之间具有第二垂直距离，其中所述第二顶边连接所述第一梯形柱体部件的所述第一底边，以使所述第二中空部连通所述第一中空部；以及

柱体部件，具有柱体顶边、柱体底部与多个喷嘴，所述柱体顶部与所述柱体底部之间具有柱体垂直距离，其中所述柱体顶边连接所述第二梯形柱体部件的所述第二底边，以使所述多个喷嘴连通所述第二中空部，所述多个喷嘴为所述柱体部件中的多个垂直流道，且所述喷嘴的开口设置于所述柱体底部；

其中所述第二垂直距离与所述柱体垂直距离的加总小于所述第一底边尺径距离。

6.如权利要求5所述的喷头组件，其特征在于，其中所述第一梯形柱体部件、所述第二梯形柱体部件与所述柱体部件为一体成形或彼此组合形成所述喷头组件。

7.如权利要求5所述的喷头组件，其特征在于，其中所述柱体部件的所述多个喷嘴的开口的宽度为0.5-1.5毫米。

8.一种原子层沉积设备，其特征在于，所述原子层沉积设备包括：

如权利要求1到7中任一项所述的喷头组件；

反应腔体，包括抽气开口流体连通反应腔体，其中所述喷头组件设置于所述反应腔体的上方；以及

基板载台，设置于所述反应腔体的内部；

其中所述喷头组件喷洒至少一种反应前驱物到所述基板载台所承载的基板，以及所述抽气开口将多余的所述反应前驱物自所述反应腔体排出。

9.如权利要求8所述的原子层沉积设备，其中所述基板载台承载的所述基板为硅晶圆。

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