CN115896751B - 一种分腔式喷淋板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造设备技术领域，更具体的说，涉及一种分腔式喷淋板。本发明提供了一种分腔式喷淋板，包括缓冲腔和多个分腔：所述缓冲腔，设置在中心位置，上方开有腔体进气孔，反应气体从腔体进气孔进入缓冲腔；所述多个分腔，环绕设置在缓冲腔的周围，与缓冲腔连通，反应气体从缓冲腔进入分腔；所述缓冲腔和分腔的底部均开有喷淋孔，反应气体通过喷淋孔进入下方反应区域。本发明提供的分腔式喷淋板，通过缓冲腔的分气锥结构以及分腔的扇形曲面结构，改善沉积设备内部反应气体流体分布，优化反应气体进入腔体的路径，使得反应气体均匀进入腔体。

Description

一种分腔式喷淋板

技术领域

本发明涉及半导体制造设备技术领域，更具体的说，涉及一种分腔式喷淋板。

背景技术

由于微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不断降低，而器件中的高宽比不断增加，这样所使用材料的厚度降低至几个纳米数量级。ALD(Atomic layerdeposition，原子层沉积)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法，相比其它沉积方法，对薄膜的成份和厚度具有出色的控制能力，所制备的薄膜保形性好、纯度高且均匀，因此受到了半导体材料制备领域的青睐。

原子层沉积（Atomic layer deposition，ALD)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层地镀在基底表面的方法。

现有技术中，ALD沉积喷淋板与盖板形成一个整体空间，反应气体在空间内会因腔体排风孔的位置而影响气体在空间内的分布，导致反应气体存在区域性的偏差。

图1揭示了现有技术的进气孔气体反流现象示意图，如图1所示，因为出气孔101的位置不同，反应气体在腔体内部的压力分布会存在偏差。

反应气体通过进气孔103进入喷淋板104与进气孔103盖板之间的区域，反应气流102由于出气孔101的位置形成反流现象。

随着膜层的要求提高，喷淋板104与进气孔103盖板之间的距离也会越来越小，这就导致反应气体在气体压力不变的前提下，在进入腔体后随着间距减小，气体反流现象越来越严重。

为了避免反流，现有技术只能增加进气孔盖板与喷淋板之间的间距，这就导致在排气过程中，由于工艺时间的限制，滞留在喷淋板之间的反应气体无法及时排出，导致下一步工艺气体进入时会与前一步残留气体反应，产生颗粒（particle）。这不仅造成了晶圆上颗粒增多，产生的颗粒也会附着在喷淋板和腔体上，影响机台使用周期及寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种分腔式喷淋板，解决现有技术的喷淋板的反流现象。

为了实现上述目的，本发明提供了一种分腔式喷淋板，包括缓冲腔和多个分腔：

所述缓冲腔，设置在中心位置，上方开有腔体进气孔，反应气体从腔体进气孔进入缓冲腔；

所述多个分腔，环绕设置在缓冲腔的周围，与缓冲腔连通，反应气体从缓冲腔进入分腔；

所述缓冲腔和分腔的底部均开有喷淋孔，反应气体通过喷淋孔进入下方反应区域。

在一实施例中，所述缓冲腔的中心位置设置有分气锥：

所述分气锥为多棱面结构，中心与腔体进气孔相对，每个棱面方向对应一个分腔；

反应气体从腔体进气孔进入，通过分气锥的多棱面结构导流进入对应的分腔。

在一实施例中，所述缓冲腔与分腔连接处，开有分腔进气孔：

反应气体通过分气锥的多棱面结构导流进入对应的分腔进气孔，从而进入对应的分腔。

在一实施例中，所述分腔进气孔为梯形开孔，上部为上底边，下部为下底边。

在一实施例中，所述分气锥为六棱面结构，对应分腔数量为6个，缓冲腔上开有6个相同的分腔进气孔。

在一实施例中，所述分腔为扇形曲面结构。

在一实施例中，所述分腔的边缘位置设置有喷淋板抽气孔，所述喷淋板抽气孔围绕圆周均匀分布。

在一实施例中，所述缓冲腔和/或分腔的底部的喷淋孔为阶梯喷淋孔：

所述阶梯喷淋孔通过第一直径的第一喷淋通道和第二直径的第二喷淋通道串连组合而成，第一喷淋通道位于第二喷淋通道的上端，第一直径小于第二直径。

在一实施例中，所述缓冲腔底部的喷淋孔为阶梯喷淋孔，第一喷淋通道的长度大于第二喷淋通道的长度。

在一实施例中，所述分腔底部的阶梯喷淋孔，第一喷淋通道的长度小于第二喷淋通道的长度。

本发明提供的分腔式喷淋板，通过缓冲腔的分气锥结构以及分腔的扇形曲面结构，改善沉积设备内部反应气体流体分布，优化反应气体进入腔体的路径，使得反应气体均匀进入腔体。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了现有技术的进气孔气体反流现象示意图；

图2揭示了根据本发明一实施例的分腔式喷淋板的俯视图；

图3揭示了根据本发明一实施例的分腔式喷淋板的截面图；

图4揭示了根据本发明一实施例的缓冲腔的示意图；

图5揭示了根据本发明一实施例的阶梯喷淋孔的示意图。

图中各附图标记的含义如下：

101出气孔；

102气流；

103进气孔；

104喷淋板；

201腔体进气孔；

202喷淋板抽气孔；

203分腔进气孔；

204缓冲腔；

205分气锥；

206阶梯喷淋孔；

206a第一喷淋通道；

206b第二喷淋通道；

207分腔；

208喷淋板上区域。

实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

图2揭示了根据本发明一实施例的分腔式喷淋板的俯视图，图3揭示了根据本发明一实施例的分腔式喷淋板的截面图，如图2和图3所示，本发明提出的一种分腔式喷淋板，包括缓冲腔204和多个分腔207：

所述缓冲腔204，设置在喷淋板的中心位置；

所述缓冲腔204，上方开有腔体进气孔201，反应气体从腔体进气孔201进入缓冲腔204；

所述分腔207，数量为多个，环绕设置在缓冲腔204的周围，与缓冲腔204连通，反应气体从缓冲腔204进入分腔207；

所述缓冲腔204和分腔207的底部均开有喷淋孔，反应气体通过喷淋孔进入下方反应区域。

图4揭示了根据本发明一实施例的缓冲腔的示意图，如图4所示的缓冲腔204，使进入分腔207的气流量相同，同时对进入的反应气体的流速进行缓冲，使气体进入分腔207更加均匀。

更进一步的，缓冲腔204设置有分气锥205，采用分气锥结构，有利于降低腔体进气孔201正下方的气体流量，同时有利于反应气体均匀地导流进入分腔207。

分气锥为多棱面结构，中心与腔体进气孔相对，每个棱面方向对应一个分腔，反应气体从腔体进气孔进入，通过分气锥的多棱面导流进入分腔。

如图4所示的分气锥205，为六棱面结构，位于反应气腔体进气孔201的正下方。

对应分腔207的数量为6个，缓冲腔204上开有6个相同的分腔进气孔203。6个棱面方向对应6个分腔进气孔203。

反应气体从腔体进气孔201流入，通过分气锥205的棱面导流进入分腔进气孔203，从而进入6个对应的分腔207，各个分腔207内的气流量是一定的，有利于气流的均匀分布，实现喷淋板出气均匀。

在本实施例中，分腔进气孔203为梯形开孔，上部为上底边，下部为下底边。

梯形是只有一组对边平行的四边形。平行的两边叫做梯形的底边：较长的一条底边叫下底，较短的一条底边叫上底；另外两边叫腰；夹在两底之间的垂线段叫梯形的高。

分腔进气孔203采用梯形设计，一方面有利于承接分气锥205留下的气体，同时梯形的上部边缘小，限制气体过早进入分腔207，起到缓冲的效果。

在本实施例中，所述分腔207为扇形曲面结构，降低中心气体流量，压缩边缘空间，增加边缘气体压力，实现喷淋板在中心与边缘出气均匀。

如图2所示，分腔207采用扇形曲面结构，使得进入分腔的气体流速减缓，有利于进入腔体。

随着气体远离分腔207的中心，气体的流速和流量都会减少。扇形曲面结构在边缘的空间减小，气体被压缩，从而弥补流量的减少，使得通过喷淋板的气流更均匀。

图5揭示了根据本发明一实施例的阶梯喷淋孔的示意图，如图3和图5所示，缓冲腔204和分腔207的底部均设置有喷淋孔。

在本实施例中，缓冲腔204和分腔207的底部的喷淋孔均为阶梯喷淋孔206。

但是，需要说明的是，只有缓冲腔204底部的喷淋孔是阶梯喷淋孔或者只有分腔207底部的喷淋孔是阶梯喷淋孔同样也是在本发明的保护范围之内。

如图5所示，阶梯喷淋孔206为第一直径的第一喷淋通道206a和第二直径的第二喷淋通道206b串连组合而成；

在本实施例中，第一喷淋通道206a位于第二喷淋通道206b的上端，第一直径小于第二直径。

通过控制缓冲腔204和分腔207区域内的阶梯喷淋孔206的数量以及阶梯喷淋孔206的直径差、长度差，实现对缓冲腔204和分腔207区域区域气体压力及进入反应腔的气体流量控制，同时有利于改善喷淋板抽气时的气体反流，提高抽气速率。

如图5所示，缓冲腔204和六个分腔207的喷淋孔采用不同的阶梯喷淋孔206。

缓冲腔204底部的阶梯喷淋孔206，第一喷淋通道206a的长度大于第二喷淋通道206b的长度。

由于缓冲腔204区域气体压力大，因此，该区域的阶梯喷淋孔206的直径小的第一喷淋通道206a更长，限制反应气体通过，将反应气体导向分腔。

分腔207底部的阶梯喷淋孔206，第一喷淋通道206a的长度小于第二喷淋通道206b的长度。

由于分腔207的气体压力小，因此，该区域的阶梯喷淋孔206的直径小的第一喷淋通道206a较短，有利于反应气体通过喷淋板。

阶梯孔的设计，一方面控制气体进入腔体的压力，提高通过喷淋板气体的均匀性，另一方面直径大的部分有利于气体的分散。

如图2所示，分腔207的边缘位置设置有喷淋板抽气孔202。

作为较佳实施例，所有喷淋板抽气孔202围绕喷淋板的圆周均匀分布。

通过设置喷淋板抽气孔202，加速工艺抽气过程中喷淋板中反应气体的排出，减少喷淋板区域的气体残留，降低腔体内颗粒的产生，提高沉积膜层质量和延长腔体和喷淋板使用周期和寿命。

当喷淋板抽气孔202抽气时，阶梯喷淋孔206也限制了反应腔的气体进入喷淋板上区域，提高喷淋板上区域的抽气效率。

本发明提供的分腔式喷淋板，通过缓冲腔的分气锥结构以及分腔的扇形曲面结构，改善沉积设备内部反应气体流体分布，优化反应气体进入腔体的路径，使得反应气体均匀进入腔体。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连同。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (9)

1.一种分腔式喷淋板，其特征在于，包括缓冲腔和多个分腔：

所述缓冲腔，设置在中心位置，上方开有腔体进气孔，反应气体从腔体进气孔进入缓冲腔；

所述多个分腔，环绕设置在缓冲腔的周围，与缓冲腔连通，反应气体从缓冲腔进入分腔；

所述缓冲腔和分腔的底部均开有喷淋孔，反应气体通过喷淋孔进入下方反应区域；

其中所述缓冲腔的中心位置设置有分气锥：

所述分气锥为多棱面结构，中心与腔体进气孔相对，每个棱面方向对应一个分腔；

反应气体从腔体进气孔进入，通过分气锥的多棱面结构导流进入对应的分腔。

2.根据权利要求1所述的分腔式喷淋板，其特征在于，所述缓冲腔与分腔连接处，开有分腔进气孔：

反应气体通过分气锥的多棱面结构导流进入对应的分腔进气孔，从而进入对应的分腔。

3.根据权利要求2所述的分腔式喷淋板，其特征在于，所述分腔进气孔为梯形开孔，上部为上底边，下部为下底边。

4.根据权利要求1所述的分腔式喷淋板，其特征在于，所述分气锥为六棱面结构，对应分腔数量为6个，缓冲腔上开有6个相同的分腔进气孔。

5.根据权利要求1所述的分腔式喷淋板，其特征在于，所述分腔为扇形曲面结构。

6.根据权利要求1所述的分腔式喷淋板，其特征在于，所述分腔的边缘位置设置有喷淋板抽气孔，所述喷淋板抽气孔围绕圆周均匀分布。

7.根据权利要求1所述的分腔式喷淋板，其特征在于，所述缓冲腔和/或分腔的底部的喷淋孔为阶梯喷淋孔：

所述阶梯喷淋孔通过第一直径的第一喷淋通道和第二直径的第二喷淋通道串连组合而成，第一喷淋通道位于第二喷淋通道的上端，第一直径小于第二直径。

8.根据权利要求7所述的分腔式喷淋板，其特征在于，所述缓冲腔底部的喷淋孔为阶梯喷淋孔，第一喷淋通道的长度大于第二喷淋通道的长度。

9.根据权利要求7所述的分腔式喷淋板，其特征在于，所述分腔底部的阶梯喷淋孔，第一喷淋通道的长度小于第二喷淋通道的长度。