CN115725958A - 用于反应器系统的挡板 - Google Patents
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Abstract
一种用在反应室中的挡板可以包括挡板第一端、挡板第二端和由挡板壁系统和反应室底板封闭的挡板空间,其中挡板第一端可以包括穿过其设置的挡板孔,其配置为允许流体从反应室容积通过挡板孔流入挡板空间,并通过反应室底板中的真空孔朝向真空源离开挡板空间。
Description
技术领域
本发明总体涉及半导体处理或反应器系统,尤其涉及用于反应室中引导流体流的挡板。
背景技术
在电子器件的形成过程中,反应室可以用于多种过程。例如,反应室可以用于在半导体衬底上沉积各种材料层、蚀刻材料和/或清洁表面。衬底可以放置在反应室内的基座上。衬底和基座都可被加热到期望的衬底温度设定点。在示例过程中,一种或多种反应物气体可以通过加热的衬底,使材料薄膜沉积在衬底表面上。
在处理衬底之前、期间和/或之后,为了从反应室排出流体,真空源可以与反应室容积流体连通,使反应室中的流体从反应室流向真空源。流体将选择阻力最小的路径离开反应室流向真空源。然而,如果真空源位于偏离反应室、基座、衬底等的中心的位置,则相对于其他部分,真空源可能导致更多的流体在反应室的一部分内(和衬底的一部分上)流动。因此,被处理的衬底上的沉积可能分布不均匀,更多的沉积发生在更多流体流过的部分上。然而,可能需要更高的沉积均匀性。
相关技术中涉及的问题和解决方案的任何讨论已经包括在本公开中,仅仅是为了提供本公开的背景,并且不应被认为是承认在做出本发明时任何或所有的讨论是已知的。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念。这些概念在以下公开的示例实施例的详细描述中被进一步详细描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征,也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
在各种实施例中,反应室可以包括侧壁系统;流体分配系统;反应室底板;至少部分地由侧壁系统、流体分配系统和反应室底板封闭的反应室容积;设置在反应室容积内的基座,其配置为支撑衬底;耦合至基座并支撑基座的基座轴,其中基座轴可以穿过反应室底板设置;经由穿过反应室底板设置的真空孔流体耦合到反应室容积的真空源;和/或耦合到反应室底板的挡板。挡板可以包括至少部分地围绕基座轴的挡板第一端和设置在真空孔上的挡板第二端。挡板可以包括由挡板壁系统和反应室底板封闭的挡板空间,其中挡板第一端可以包括穿过其设置的挡板孔,其配置为允许流体从反应室容积通过挡板孔流入挡板空间,并通过反应室底板中的真空孔离开挡板空间。在各种实施例中,挡板第一端可包括挡板第一端空隙,基座轴穿过该空隙设置。在各种实施例中,挡板第一端可以完全围绕基座轴设置。
在各种实施例中,反应室容积可以经由挡板孔和挡板中的挡板空间与真空源流体连通。在各种实施例中,挡板壁系统可以与反应室底板形成至少部分密封。在各种实施例中,挡板壁系统可以包括围绕挡板空间的挡板侧壁系统和面向反应室容积的挡板上壁,其中挡板孔可以设置在挡板上壁和挡板侧壁系统中的至少一个中。
在各种实施例中,挡板第一端可包括远端部分,其是离真空孔最远的挡板第一端部分。挡板孔可以设置在远端部分中。在各种实施例中,基座轴可以设置在真空孔和挡板第一端的远端部分的至少一部分之间。在各种实施例中,挡板第一端可包括包含远端部分的周边形状,其中周边形状的远端部分可以是设置成离真空孔最远的周边形状的四分之一、三分之一或一半。在各种实施例中,挡板可以包括多个挡板孔,其穿过挡板第一端上的挡板壁系统设置。在各种实施例中,多个挡板孔可以仅设置在挡板第一端的远端部分上。在各种实施例中,大多数挡板孔可以设置在挡板第一端的远端部分上。
在各种实施例中,挡板可以包括金属材料、陶瓷材料或石英中的至少一种。
在各种实施例中,配置用于反应室的挡板可以包括横跨在挡板第一端和挡板第二端之间的挡板壁系统;穿过挡板壁系统的挡板第一端设置的挡板孔;和/或至少部分地由挡板壁系统限定和围绕的挡板空间,其中挡板空间通过挡板的开口侧暴露,其中挡板空间与挡板孔流体连通。挡板壁系统的底表面可以配置为耦合到反应室底板,以进一步封闭挡板空间。
在各种实施例中,挡板壁系统可以包括围绕挡板空间的挡板侧壁系统和配置为面向反应室的反应室容积的挡板上壁。挡板孔可以设置在挡板上壁和挡板侧壁系统中的至少一个中。在各种实施例中,挡板还可以包括从挡板第二端突出的突出部。该突出部可以包括穿过其设置的耦合孔,该耦合孔配置为接收紧固件以将挡板耦合到反应室底板。
在各种实施例中,挡板第一端可包括离挡板第二端最远的远端部分,其中挡板孔可设置在远端部分中。在各种实施例中,挡板第一端可包括包含远侧部分的周边形状,其中周边形状的远侧部分可以是周边形状的离挡板第二端最远的四分之一、三分之一或一半。在各种实施例中,挡板还可以包括多个挡板孔,其穿过挡板第一端上的挡板壁系统设置,其中大多数挡板孔可以设置在挡板第一端的远端部分上。在各种实施例中,挡板第一端可以包括挡板第一端空隙,其配置为在反应室中接收基座轴。
为了总结本公开和相对于现有技术实现的优点,上文已经描述了本公开的某些目的和优点。当然,应该理解,根据本公开的任何特定实施例,不一定可以实现所有这些目的或优点。因此,例如,本领域技术人员将认识到,可以实现或优化本文教导或建议的一个优点或一组优点的方式来实施本文公开的实施例,而不必实现本文教导或建议的其他目的或优点。
所有这些实施例都在本公开的范围内。从下面参考附图对某些实施例的详细描述中,这些和其他实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见,本公开不限于所讨论的任何特定实施例。
附图说明
虽然本说明书以特别指出并清楚地要求保护被认为是本公开的实施例的权利要求书作为结论,但当结合附图阅读时,根据本公开的实施例的某些示例的描述,可以更容易地确定本公开的实施例的优点。在所有附图中,具有相同元件编号的元件是相同的。
图1是根据各种实施例的示例性反应器系统的示意图;
图2A描绘了根据各种实施例的反应室的截面图;
图2B描绘了根据各种实施例的图2A的反应室横截面的透视图;
图3描绘了根据各种实施例的设置在反应室底板上的挡板;
图4A和4B示出了根据各种实施例的图3的挡板的视图;以及
图5描绘了根据各种实施例的设置在反应室底板上的另一挡板。
应当理解,附图中的元件是为了简单和清楚而示出的,并不一定是按比例绘制的。例如,图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大,以有助于提高对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
尽管下面公开了某些实施例和示例,但本领域技术人员将会理解,本公开延伸超出具体公开的实施例和/或本公开的使用及其明显的修改和等同物。因此,意图是本公开的范围不应被这里描述的特定实施例所限制。
本文呈现的图示并不意味着是任何特定材料、设备、结构或器件的实际视图,而仅仅是用于描述本公开实施例的表示。
如本文所用,术语“衬底”可以指可以使用或者可以在其上形成器件、电路或膜的任何一种或多种底层材料。
如本文所用,术语“原子层沉积”(ALD)可以指在处理室中进行沉积循环优选多个连续沉积循环的气相沉积过程。通常,在每个循环期间,前体被化学吸附到沉积表面(例如衬底表面或先前沉积的下层表面,例如来自先前ALD循环的材料),形成不容易与额外前体反应的单层或亚单层(即自限制反应)。此后,如果需要,反应物(例如另一种前体或反应气体)可以随后被引入到处理室中,用于将化学吸附的前体转化为沉积表面上的期望材料。通常,该反应物能够与前体进一步反应。此外,吹扫步骤也可以在每个循环期间使用,以在化学吸附的前体转化之后,从处理室移除过量的前体和/或从处理室移除过量的反应物和/或反应副产物。此外,在此使用的术语“原子层沉积”也意味着包括由相关术语指定的过程,比如“化学气相原子层沉积”、“原子层外延”(ALE)、分子束外延(MBE)、气体源MBE或有机金属MBE,以及当用前体组合物、反应气体和吹扫气体(例如惰性载气)的交替脉冲执行时的化学束外延。
如本文所用,术语“化学气相沉积”(CVD)可以指其中衬底暴露于一种或多种挥发性前体的任何过程,所述挥发性前体在衬底表面上反应和/或分解以产生期望的沉积。
如本文所用,术语“膜”和“薄膜”可以指通过本文公开的方法沉积的任何连续或不连续的结构和材料。例如,“膜”和“薄膜”可以包括2D材料、纳米棒、纳米管或纳米颗粒,或者甚至部分或全部分子层或者部分或全部原子层或者原子和/或分子的簇。“膜”和“薄膜”可包括具有针孔的材料或层,但仍至少部分连续。
如本文所用,术语“污染物”可以指设置在反应室内的任何不想要的材料,其可能影响设置在反应室内的衬底的纯度。术语“污染物”可以指但不限于,设置在反应器系统或反应室或其任何部分内的不想要的沉积物、金属和非金属颗粒、杂质和废物。
本文描述的反应器系统可用于多种应用,包括在衬底表面上沉积、蚀刻和/或清洁材料。作为特定示例,反应器系统可以用于CVD和/或循环过程,例如ALD。在各种实施例中,参考图1,反应器系统50可以包括反应室4、在处理过程中保持衬底30的基座6、将一种或多种反应物分配到衬底30表面的流体分配系统8(例如喷淋头)、一个或多个反应物源10、12和/或载气和/或吹扫气体源14,它们经由管线16-20和阀或控制器22-26流体耦合到反应室4。系统50还可以包括流体耦合到反应室4的真空源28。
在处理过程中,反应物和/或吹扫气体可以流向反应室。在处理之前、期间和/或之后,真空泵28可以提供真空压力以从反应室中移除气体。气体将沿阻力最小的路径流动,以便向真空源离开反应室。因此,如果真空源(或反应室内与真空源的流体连接)偏离反应室、衬底、基座等的中心,更多的气体会通过更靠近与真空源的连接的衬底部分。因此,衬底的这一部分可以与反应物气体的更多接触,从而接收在其上的更多沉积。例如,如图1描绘和所示,图1中朝向右侧的衬底30部分可以接收与反应室4中的流体更多的接触,因为反应室4和真空泵28之间的流体连接在反应室4的右侧(如图1所示)。
根据本公开的示例,挡板设置在反应室中,以期望的方式引导流体流。挡板可以提供流体流动路径,其为反应室内的流体产生基本等距的流动路径,从而在流体向真空源行进时,产生通过反应室并接触衬底的各个部分的更均等的流体流。
转到图2A和2B,本公开的实施例可以包括可以用于在反应器100内处理衬底的反应器系统和方法。在各种实施例中,反应器100可以包括用于处理衬底的反应室110。在各种实施例中,反应室110可以包括反应空间112(即上室),其可以配置用于处理一个或多个衬底,和/或下室空间114(即下室)。下室空间114可以配置用于从反应室装载和卸载衬底,和/或用于在下室空间114和反应空间112之间提供压差。
在各种实施例中,反应器系统可以包括基座(例如基座130)。例如,衬底150可被升高到反应空间(例如反应空间112)内的处理位置(即升高的位置)和/或降低到装载位置(即较低位置)。
在操作期间,气体(例如前体、反应物气体、载气等)可以通过流体分配系统180(例如喷淋头)流入反应室110,以接触衬底150。反应室110内的反应室容积可以至少由侧壁系统111、流体分配系统180和/或反应室底板121封闭。真空源92可以提供真空压力,使气体通过反应室110流向真空源92。真空源92可以通过穿过反应室底板121的真空孔115与反应室容积流体连通。在反应室110中没有设置挡板的情况下,最小阻力的路径可以是最靠近真空孔115的路径(例如最靠近真空源92流动的流体路径120A)。因此,衬底150最靠近真空孔115的部分可以比衬底150的其他部分接收相对更多的流体接触。因此,相对于衬底150的其他部分,在衬底150更靠近真空孔115的部分上可能会有更多的沉积。
为了在反应室110内和衬底150周围产生更均匀的流体(气体)流,可以在反应室110中设置挡板151,以沿着期望的路径引导流体。挡板151可覆盖真空孔115,并提供通过挡板孔167进入挡板空间159的流体路径,以流向真空源92。因此,流体可以沿着流体路径120A和120B基本相等地流动,使得基本等量的流体围绕衬底150的部分流动(如在上下文中使用的“基本”是指在1、5、10、20%内)。
如本文所述的挡板(例如挡板151、200)可以覆盖反应室中的真空孔,并延伸到反应室中期望引导流体流通过反应室并流向真空源的任何部分。参考图3和4A-4B,挡板200可以包括横跨在挡板第一端252和挡板第二端254之间的挡板壁系统。挡板第二端254可以覆盖反应室中的真空空隙。挡板200可以包括由挡板壁系统和挡板200耦合到的反应室底板21封闭的挡板空间259。也就是说,挡板200可以包括开口侧,其将挡板空间暴露于周围环境,除非耦合到另一表面以封闭挡板空间。挡板200可以包括底表面268,挡板200可以在该底表面268处耦合到反应室底板。在底表面268和反应室底板之间可以形成至少部分密封。
在各种实施例中,一个或多个挡板孔267可以设置在挡板第一端252中。挡板孔可以任何合适的布置设置,并且可以包括任何合适的尺寸(例如挡板中的挡板孔可以包括统一尺寸或各种尺寸)。挡板第一端252可以是包括挡板孔的挡板部分(因此,可能存在比挡板第一端更远离挡板第二端的挡板部分,但挡板第一端包括引导流体流过的挡板孔)。在各种实施例中,挡板孔可以仅穿过挡板第一端设置(例如不穿过挡板第二端或在挡板第一端和第二端之间的挡板长度上)。挡板孔267可以与挡板空间259流体连通。因此,反应室容积可以通过挡板孔267与挡板空间259流体连通。在操作中,反应室内的流体可以从反应室容积,通过挡板孔267和挡板空间259,并通过反应室底板中的真空孔流向真空源。因此,挡板的位置和穿过其设置的挡板孔引导流体从反应室流向真空源。
在各种实施例中,挡板200的壁系统可以包括围绕挡板空间259的侧壁系统262和配置为面向反应室容积的上壁266。挡板孔可以设置在侧壁系统和/或上壁中。例如,挡板200包括穿过挡板第一端252上的上壁266设置的挡板孔。
在各种实施例中,挡板的挡板第一端可以包括远端部分和近端部分。远端部分可以是挡板第一端的远离反应室中的挡板第二端和/或真空孔的部分。在各种实施例中,反应室中的基座轴可以至少部分地设置在挡板第一端的远端部分和挡板第二端和/或反应室中的真空孔之间。在各种实施例中,反应室中的基座轴可以至少部分地设置在至少一个挡板孔和反应室中的挡板第二端和/或真空孔之间。例如,挡板200可以包括挡板第一端252的远端部分272,其比挡板第一端252的近端部分274离挡板第二端254更远。如图3所示,挡板第一端252的远端部分272可以是远离挡板第二端254的挡板第一端252的一半(由分割线95示出)。在各种实施例中,挡板第一端的远端部分可以是离反应室中的挡板第二端和/或真空孔最远的一半、三分之一或四分之一(或挡板第一端的任何合适部分)。
在各种实施例中,挡板第一端的远端部分可以是挡板第一端的周边形状的一部分。例如,挡板200的挡板第一端252可以包括弓形或圆形周边形状(由图4A中的线255示出并完成)。因此,挡板第一端的远端可以是离反应室中的挡板第二端和/或真空孔最远的周边形状的一半、三分之一或四分之一等。挡板第一端的周边形状可以是任何合适的形状,比如矩形、方形、六边形、八边形、椭圆形等(例如取决于反应室内的空间布置、要实现的期望流体流、期望的孔布置等)。
在各种实施例中,一个(或多个)挡板孔可以在其远端部分穿过挡板第一端设置(例如在挡板第一端的远端部分的上表面和/或侧壁上)。如图3所示,挡板孔267可以仅穿过挡板第一端252的远端部分272设置,没有挡板孔穿过挡板第一端252的近端部分274。在各种实施例中,设置在挡板第一端的大多数挡板孔可以相对于挡板第一端的近端穿过远端设置。在各种实施例中,一个(或多个)挡板孔可以设置成在其近端部分穿过挡板第一端,或者穿过挡板第一端的远端和近端部分。
在各种实施例中,挡板孔可设置在反应室、基座和/或衬底的中心附近,以将流体流引导至反应室的中心。因此,反应室中的真空孔和真空源可以位于反应室内的任何位置,挡板可以将流体流引导至反应室的中心,从而在基座和/或衬底的大部分或所有部分周围产生朝向真空源的更均匀的流体路径长度。
在各种实施例中,一个或多个挡板孔可以穿过挡板第二端或挡板第一端和挡板第二端之间的挡板长度(例如挡板长度256)设置。
在各种实施例中,挡板第一端可以至少部分地围绕反应室中的基座轴设置。例如,挡板200可以包括挡板第一端空隙264,基座轴204可以穿过该空隙设置(例如图2A和2B所示的基座轴104)。通过将挡板耦合到反应室底板,然后将基座轴穿过挡板第一端空隙设置,可以将挡板设置在反应室中。因此,现有的反应室可以用挡板改装以改变其中的流体流动模式。将挡板第一端定位成至少部分地围绕基座轴(其可以在反应室容积的中心)可以有利地将穿过挡板第一端设置的挡板孔定位在反应室、基座和/或衬底的中心。因此,穿过挡板孔朝向真空源的流体路径可以在基座和/或衬底的大部分或全部部分周围产生朝向真空源的更均匀的流体路径长度。
在各种实施例中,穿过挡板第一端的挡板孔可以至少部分地围绕基座轴设置。例如,挡板孔可以仅设置在基座轴的一侧或靠近该侧(例如在挡板第一端的远端部分上),或者在挡板第一端上完全围绕基座轴设置(例如使得挡板孔围绕基座轴相等或均匀分布)。
在各种实施例中,挡板可以包括穿过挡板的一部分的耦合孔,其配置为接收紧固件以将挡板耦合到反应室底板。例如,参考图5,反应室底板21可以包括穿过其设置的紧固件孔13,其配置为接收紧固件。挡板300(类似于挡板200)可以包括从挡板第二端突出的突出部357。突出部357可以包括穿过其设置的耦合孔359,其配置为接收紧固件以将挡板300耦合到反应室底板21。因此,穿过耦合孔359和紧固件孔13的紧固件可将挡板300耦合到反应室底板21,并将挡板300保持在适当位置,从而允许流体380流过挡板孔并穿过挡板空间流向真空源。
在各种实施例中,挡板可包括任何合适的材料,比如金属或金属合金(例如钢、不锈钢、镍合金等)、石英和/或陶瓷材料。
如本文所述,在没有挡板的反应室中,在更靠近反应室中的真空孔的衬底上的部分中可能有更多的沉积。在这种情况下,在具有偏离反应室、基座和/或衬底中心的真空孔的反应室中,衬底周围的流动偏差和衬底上的沉积偏差可以是大约33%,偏向更接近反应室中真空孔的衬底部分。在包括挡板的反应室的实施例中,如本文讨论和描述,衬底周围的流动偏差和衬底上的沉积偏差可以是大约8%或更小,因此在期望的流动和沉积均匀性方面提供了很大的改进。
尽管本文阐述了本公开的示例性实施例,但应当理解,本公开不限于此。例如,尽管结合各种具体配置描述了反应器系统,但本公开不一定限于这些示例。在不脱离本公开的精神和范围的情况下,可以对本文阐述的系统和方法进行各种修改、变化和增强。
本公开的主题包括各种系统、部件和配置的所有新颖和非显而易见的组合和子组合,以及本文公开的其他特征、功能、动作和/或属性,以及其任何和所有等同物。
Claims (20)
1.一种反应室,包括:
侧壁系统;
流体分配系统;
反应室底板;
至少部分地由侧壁系统、流体分配系统和反应室底板封闭的反应室容积;
设置在反应室容积内的基座,其配置为支撑衬底;
耦合至基座并支撑基座的基座轴,其中基座轴穿过反应室底板设置;
经由穿过反应室底板设置的真空孔流体耦合到反应室容积的真空源;以及
耦合到反应室底板的挡板,其中挡板包括至少部分地围绕基座轴的挡板第一端和设置在真空孔上的挡板第二端,其中挡板包括由挡板壁系统和反应室底板封闭的挡板空间,其中挡板第一端包括穿过其设置的挡板孔,其配置为允许流体从反应室容积通过挡板孔流入挡板空间,并通过反应室底板中的真空孔离开挡板空间。
2.根据权利要求1所述的反应室,其中,所述反应室容积通过所述挡板孔和所述挡板中的挡板空间与所述真空源流体连通。
3.根据权利要求1所述的反应室,其中,所述挡板壁系统与所述反应室底板形成至少部分密封。
4.根据权利要求1所述的反应室,其中,所述挡板壁系统包括围绕所述挡板空间的挡板侧壁系统和面向所述反应室容积的挡板上壁,其中,所述挡板孔设置在挡板上壁和挡板侧壁系统中的至少一个中。
5.根据权利要求1所述的反应室,其中,所述挡板第一端包括远端部分,该远端部分是离所述真空孔最远的挡板第一端部分,其中,所述挡板孔设置在远端部分中。
6.根据权利要求5所述的反应室,其中,所述基座轴设置在所述真空孔和所述挡板第一端的远端部分的至少一部分之间。
7.根据权利要求5所述的反应室,其中,所述挡板第一端包括包含所述远端部分的周边形状,其中周边形状的远端部分是周边形状的设置成离所述真空孔最远的四分之一、三分之一或一半。
8.根据权利要求7所述的反应室,其中,所述挡板包括穿过所述挡板第一端上的挡板壁系统设置的多个挡板孔。
9.根据权利要求8所述的反应室,其中,所述多个挡板孔仅设置在所述挡板第一端的远端部分上。
10.根据权利要求8所述的反应室,其中,大多数挡板孔设置在所述挡板第一端的远端部分上。
11.根据权利要求1所述的反应室,其中,所述挡板包括金属材料、陶瓷材料或石英中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的反应室,其中,所述挡板第一端包括挡板第一端空隙,所述基座轴穿过该空隙设置。
13.根据权利要求12所述的反应室,其中,所述挡板第一端完全围绕所述基座轴设置。
14.一种配置成用于反应室的挡板,包括:
横跨在挡板第一端和挡板第二端之间的挡板壁系统;
穿过挡板壁系统的挡板第一端设置的挡板孔;以及
至少部分地由挡板壁系统限定和围绕的挡板空间,其中挡板空间通过挡板的开口侧暴露,其中挡板空间与挡板孔流体连通,
其中,挡板壁系统的底表面配置为耦合到反应室底板以进一步封闭挡板空间。
15.根据权利要求14所述的挡板,其中,所述挡板壁系统包括围绕所述挡板空间的挡板侧壁系统和配置成面向所述反应室的反应室容积的挡板上壁,其中,所述挡板孔设置在挡板上壁和挡板侧壁系统中的至少一个中。
16.根据权利要求14所述的挡板,进一步包括从所述挡板第二端突出的突出部,其中突出部包括穿过其设置的耦合孔,所述耦合孔配置为接收紧固件以将所述挡板耦合到所述反应室底板。
17.根据权利要求14所述的挡板,其中,所述挡板第一端包括离所述挡板第二端最远的远端部分,其中,所述挡板孔设置在远端部分中。
18.根据权利要求17所述的挡板,其中,所述挡板第一端包括包含所述远端部分的周边形状,其中周边形状的远端部分是周边形状的设置成离所述挡板第二端最远的四分之一、三分之一或一半。
19.根据权利要求18所述的挡板,还包括穿过所述挡板第一端上的挡板壁系统设置的多个挡板孔,其中大多数挡板孔设置在挡板第一端的远端部分上。
20.根据权利要求14所述的挡板,其中,所述挡板第一端包括挡板第一端空隙,其配置为在所述反应室中接收基座轴。
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