CN116219411B - 一种用于成膜装置的气体喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于成膜装置的气体喷射装置，包括反应管，反应管的外侧壁沿长度方向设置有至少两个外管道，外管道上沿长度方向设置有若干贯通至反应管内部的第一喷射孔，第一喷射孔的孔径从反应管的内侧壁到外侧壁逐渐变小；外管道内设置有内管道，内管道用于通过反应气体，内管道上设置有与第一喷射孔逐一对应的第二喷射孔；歧管上设置有用于排出反应管内气体的真空端口，歧管的侧壁上设置有沿圆周方向延伸的预热管道。本发明将不同的反应气体隔绝，避免反应气体相遇形成杂质颗粒，气体通过第一喷射孔时呈锥形扩散，更好地覆盖在晶圆上，通过预热管道对反应气体进行预热，改善沉积效果，获得质量更好的膜。

Description

一种用于成膜装置的气体喷射装置

技术领域

本发明涉及半导体成膜技术领域，尤其是涉及一种用于成膜装置的气体喷射装置。

背景技术

半导体设备集成度越高，就越需要能够沉积更精密且厚度均匀的膜的装置，集成度提高时，半导体中使用的膜就会被要求多样化，沉积的温度会进一步降低，这样气体到达晶圆表面时活性也不充分。为了在低温下沉积，需要采取方案激活反应气体，当温度降低时，不完全沉积会增多，由此产生不需要的杂质颗粒；若几种不同的反应气体在沉积之前相遇反应并沉积，则膜的覆盖性会变差，因此在沉积之前需要防止反应气体相遇，并且，若在反应之前，反应气体相遇并沉积在反应管的外壁上，晶舟升降时也会引起杂质颗粒散布掉落在晶圆上。因此亟需本领域技术人员设计一种装置，避免反应气体在沉积前相遇，提高反应气体的活性，最大限度地抑制杂质颗粒，获得最佳的膜质量。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种用于成膜装置的气体喷射装置，抑制杂质颗粒的产生，改善成膜质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于成膜装置的气体喷射装置，包括反应管，所述反应管的底部设置有可供晶舟通过的入口，所述入口处设置有与反应管同轴的歧管；所述反应管的外侧壁沿长度方向设置有至少两个外管道，所述外管道上沿长度方向设置有若干贯通至反应管内部的第一喷射孔，所述第一喷射孔的孔径从反应管的内侧壁到外侧壁逐渐变小；所述外管道内设置有内管道，所述内管道用于通过反应气体，不同内管道中的反应气体进入反应管的时间相互交错，所述内管道与外管道之间的间隙用于通过惰性气体，所述内管道上设置有与第一喷射孔逐一对应的第二喷射孔；所述歧管上设置有用于排出反应管内气体的真空端口，所述歧管的侧壁上设置有沿圆周方向延伸的预热管道，所述预热管道的数量与内管道相对应，所述预热管道包括用于注入反应气体的第一端和与内管道对应连通的第二端。

优选的是，所述歧管内设置有均压装置，所述均压装置包括与歧管同轴的入口管和与入口管的侧壁相连的均压面板，所述均压面板位于真空端口的上方，所述均压面板环绕入口管设置并延伸至歧管的内侧壁，所述均压面板上环绕入口管设置有若干流通孔，所述流通孔的面积随着靠近真空端口逐渐变小。

优选的是，所述反应管的上部的第一喷射孔的直径大于下部的第一喷射孔的直径。

优选的是，所述第一端与第二端对应反应管的轴心之间的夹角≥20°。

优选的是，所述外管道上设置有用于注入惰性气体的外端口。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明用于成膜装置的气体喷射装置包括反应管，反应管的外侧壁沿长度方向设置有至少两个外管道，外管道内设置有内管道，内管道用于通过反应气体，内管道与外管道之间的间隙用于通过惰性气体，通过外管道和内管道的设置将不同的反应气体隔绝，避免反应气体相遇形成杂质颗粒，改善成膜质量。

2、本发明用于成膜装置的气体喷射装置的外管道上沿长度方向设置有若干贯通至反应管内部的第一喷射孔，第一喷射孔的孔径从反应管的内侧壁到外侧壁逐渐变小，内管道上设置有与第一喷射孔逐一对应的第二喷射孔，孔径的变化增大了气体在此处的压力，使气体呈锥形向外大面积扩散，增大了扩散的角度，使气体更好地覆盖在晶圆上。

3、本发明用于成膜装置的气体喷射装置的反应管的底部安装有歧管，歧管的侧壁上设置有沿圆周方向延伸的预热管道，预热管道的数量与内管道相对应，预热管道包括用于注入反应气体的第一端和与内管道对应连通的第二端，反应气体从第一端注入后沿着歧管的外壁旋转，在预热管道中接收到足够的热量，在进入反应管后与晶圆接触获得优异的膜质；预热管道的长度还可以抑制气体扩散引起的逆流，使反应过程更加稳定，改善沉积效果。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

附图1为本发明用于成膜装置的气体喷射装置的立体图；

附图2为本发明用于成膜装置的气体喷射装置的主视图；

附图3为附图2的A-A剖视图；

附图4为本发明用于成膜装置的气体喷射装置的气体扩散的示意图；

附图5为本发明用于成膜装置的气体喷射装置的歧管的俯视图；

附图6为本发明用于成膜装置的气体喷射装置的歧管和均压装置的立体图；

附图7为本发明用于成膜装置的气体喷射装置的均压装置的立体图；

附图8为本发明用于成膜装置的气体喷射装置的气体注入顺序图。

其中：1、反应管；2、歧管；21、真空端口；3、外管道；31、外端口；4、第一喷射孔；5、内管道；6、第二喷射孔；7、预热管道；71、第一端；72、第二端；8、均压装置；81、入口管；82、均压面板；821、流通孔；9、晶舟；10、晶圆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

如附图1、附图2所示为本发明用于成膜装置的气体喷射装置，包括反应管1，反应管1的底部具有可供晶舟9通过的入口，入口处安装有与反应管1同轴的歧管2。反应管1的外侧壁沿长度方向具有至少两个外管道3，外管道3上具有用于注入惰性气体的外端口31。如附图4所示，外管道3上沿长度方向加工有若干贯通至反应管1内部的第一喷射孔4，外管道3内安装有内管道5，内管道5用于通过反应气体，内管道5与外管道3之间的间隙用于通过惰性气体，内管道5上具有与第一喷射孔4逐一对应的第二喷射孔6，反应气体依次通过第二喷射孔6和第一喷射孔4进入反应管1中，在置于晶舟9上的晶圆10的表面进行沉积。本实施例中有两个外管道3及两个内管道5，其他实施例中也可以有更多外管道3和内管道5，可依次注入更多不同类型的反应气体，沉积不同种类的膜。

为了避免不同的内管道5内的反应气体相遇发生反应生成杂质颗粒，将内管道5置于不同的外管道3中，在内管道5与外管道3之间的间隙中注入惰性气体将反应气体隔绝。在两个内管道5中分别注入反应气体a和反应气体b，不同内管道5中的反应气体进入反应管1的时间相互交错，在两个内管道5与外管道3之间的间隙中分别注入惰性气体c和惰性气体d，按照如附图8所示的顺序注入气体：当注入反应气体a时停止注入反应气体b，同时注入惰性气体c和惰性气体d，惰性气体d的注入可以避免反应气体a逆流至将注入反应气体b的内管道5中；停止注入反应气体a，保持注入惰性气体c和惰性气体d，以清除反应管1内残留的反应气体a，避免其与反应气体b相遇；注入反应气体b，保持注入惰性气体c和惰性气体d，避免反应气体b逆流至将注入反应气体a的内管道5中。这种气体注入顺序可以使反应管1内同时只能存在一种反应气体，避免不同的反应气体相遇发生反应产生杂质颗粒，重复以上步骤，不同的反应气体依次在晶圆10的表面沉积，使膜的厚度均匀覆盖性好。

如附图4所示，第一喷射孔4的孔径从反应管1的内侧壁到外侧壁逐渐变小，气体在孔径最小处的气压最大，气体离开第一喷射孔4后呈锥形向外大面积扩散，增大了扩散的角度，第一喷射孔4引导气体更好地覆盖到晶圆10的表面。

反应管1的上部的第一喷射孔4的直径大于下部的第一喷射孔4的直径。本实施例中晶舟9上装在有170片晶圆10，反应管1上具有170个第一喷射孔4，每片晶圆10对应一个第一喷射孔4，使气体能够均匀地流过晶圆10表面。按照从上往下的次序，最上方的50个第一喷射孔4的孔径最小处为1.5mm，中间的70个第一喷射孔4的孔径最小处为1mm，最下方的50个第一喷射孔4的孔径最小处为0.7mm，将第一喷射孔4的直径差别化设置，使喷射时上下的气压均衡，从而提高不同部位沉积厚度的均匀性。从反应开始到沉积完成，反应管1内的气压保持均匀，避免压力变化时歧管2中的气体逆流。

如附图5、附图6所示，歧管2上具有用于排出反应管1内气体的真空端口21，歧管2的侧壁上连接有沿圆周方向延伸的预热管道7，预热管道7的数量与内管道5相对应，预热管道7包括用于注入反应气体的第一端71和与内管道5对应连通的第二端72。搭载晶圆10的晶舟9从歧管2中出入反应管1，导致反应管1的底部难以保温温度较低，因此容易在此处发生不完全沉积，产生杂质颗粒，而使用预热管道7可以使反应气体在进入反应管1之前得到预热，反应气体沿着歧管2的外壁旋转，预热管道7的路径越长，反应气体能够接收到的热量越多。预热管道7的设计可以满足安装在狭窄的空间中，减少体积占用，且可以抑制不同的反应气体相遇，由于预热管道7较长，可以抑制气体扩散引起的逆流，使反应过程更加稳定。预热管道7的第一端71与第二端72对应反应管1的轴心之间的夹角≥20°，可以根据不同的需求选用不同的角度，使预热管道7的长度满足不同反应气体的特性，达到最佳的预热效果，改善沉积效果。

歧管2内安装有均压装置8，如附图7所示，均压装置8包括与歧管2同轴的入口管81和与入口管81的侧壁相连的均压面板82，均压面板82位于真空端口21的上方，均压面板82环绕入口管81并延伸至歧管2的内侧壁，均压面板82上环绕入口管81开有若干流通孔821，流通孔821的面积随着靠近真空端口21逐渐变小。反应管1内的气体从流通孔821进入歧管2经真空端口21流出，流通孔821的面积变化使流过均压面板82的气体流速稳定气压均衡，使反应管1的横截面上的压力分布相同，使膜的沉积更加均匀。

本发明用于成膜装置的气体喷射装置在处理100片以上晶圆时的能保持较好的均匀性，在20nm以下的范围内使凹凸部位的覆盖性达到99%，避免发生不想要的膜的沉积，有效抑制杂质颗粒的产生。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于成膜装置的气体喷射装置，其特征在于：包括反应管，所述反应管的底部设置有可供晶舟通过的入口，所述入口处设置有与反应管同轴的歧管；所述反应管的外侧壁沿长度方向设置有至少两个外管道，所述外管道上沿长度方向设置有若干贯通至反应管内部的第一喷射孔，所述第一喷射孔的孔径从反应管的内侧壁到外侧壁逐渐变小；所述外管道内设置有内管道，所述内管道用于通过反应气体，所述内管道与外管道之间的间隙用于通过惰性气体，不同内管道中的反应气体进入反应管的时间相互交错，所述内管道上设置有与第一喷射孔逐一对应的第二喷射孔；所述歧管上设置有用于排出反应管内气体的真空端口，所述歧管的侧壁上设置有沿圆周方向延伸的预热管道，所述预热管道的数量与内管道相对应，所述预热管道包括用于注入反应气体的第一端和与内管道对应连通的第二端。

2.根据权利要求1所述的用于成膜装置的气体喷射装置，其特征在于：所述歧管内设置有均压装置，所述均压装置包括与歧管同轴的入口管和与入口管的侧壁相连的均压面板，所述均压面板位于真空端口的上方，所述均压面板环绕入口管设置并延伸至歧管的内侧壁，所述均压面板上环绕入口管设置有若干流通孔，所述流通孔的面积随着靠近真空端口逐渐变小。

3.根据权利要求1所述的用于成膜装置的气体喷射装置，其特征在于：所述反应管的上部的第一喷射孔的直径大于下部的第一喷射孔的直径。

4.根据权利要求1所述的用于成膜装置的气体喷射装置，其特征在于：所述第一端与第二端对应反应管的轴心之间的夹角≥20°。

5.根据权利要求1所述的用于成膜装置的气体喷射装置，其特征在于：所述外管道上设置有用于注入惰性气体的外端口。