CN116855916A - 一种薄膜沉积设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄膜沉积设备，包括：气体传输装置，其一端连接供气设备，以获取气态反应源，另一端连接反应腔；过滤装置，设置于所述气体传输装置中，用以过滤所述气态反应源中的杂质颗粒，向所述反应腔输送所述气态反应源中的反应气体；以及所述反应腔，获取所述反应气体以进行半导体沉积工艺。上述薄膜沉积设备能够及时收集气态反应源中的杂质颗粒，尤其是针对微小的杂质颗粒对其设有二次过滤，避免微小的杂质颗粒随着气流一并前行，长时间后堵塞管路中的气动阀门，不仅延长了过滤装置的使用时间，而且也延长了气动阀门的使用寿命，保证了反应腔内真空吸附功能的稳定性，进而优化薄膜沉积的颗粒度表现。

Description

一种薄膜沉积设备
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备，具体涉及了一种薄膜沉积设备。
背景技术
目前，半导体工艺设备中的薄膜沉积设备，为了提升通入反应腔的反应气体的气体纯净度，机台增加了过滤装置。但是，现有的过滤装置在使用了一段时间后，反应气体中的杂质颗粒会堵塞该过滤部，进而影响反应腔内的薄膜沉积工艺，尤其是对薄膜的厚度(Thickness，简称THK)以及颗粒度(Particle，简称PA)表现都会造成影响。
为了解决现有技术中存在的上述问题，本领域亟需一种改进的薄膜沉积设备，能够及时收集气态反应源中的杂质颗粒，尤其是针对微小的杂质颗粒对其设有二次过滤，避免微小的杂质颗粒随着气流一并前行进入反应腔，长时间后堵塞管路中的气动阀门，不仅延长了过滤装置的使用时间，而且也延长了气动阀门的使用寿命，保证了反应腔内真空吸附功能的稳定性，进而优化薄膜沉积的颗粒度表现。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种薄膜沉积装置，能够及时收集气态反应源中的杂质颗粒，尤其是针对微小的杂质颗粒对其设有二次过滤，避免微小的杂质颗粒随着气流一并前行，长时间后堵塞管路中的气动阀门，不仅延长了过滤装置的使用时间，而且也延长了气动阀门的使用寿命，保证了反应腔内真空吸附功能的稳定性，进而优化薄膜沉积的颗粒度表现。
具体来说，根据本发明的一方面提供的上述薄膜沉积装置，包括：气体传输装置，其一端连接供气设备，以获取气态反应源，另一端连接反应腔；过滤装置，设置于所述气体传输装置中，用以过滤所述气态反应源中的杂质颗粒，向所述反应腔输送所述气态反应源中的反应气体；以及所述反应腔，获取所述反应气体以进行半导体沉积工艺。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述过滤装置包括：腔体，包括进气口和出气口，所述进气口用以通入气态反应源，所述出气口连接反应腔；收集腔，设置于所述腔体的内部侧壁上，所述收集腔的表面分布多个第一直径的收集孔；分气部，设置于所述腔体的内部，通过离心结构以分离所述气态反应源中的反应气体与其中的杂质颗粒，其中，所述杂质颗粒中直径小于所述第一直径的杂质颗粒经由所述收集孔被甩入所述收集腔中，以及过滤网，覆盖于所述出气口，所述过滤网上包括多个第二直径的网孔，以阻隔所述气态反应源中的直径小于所述第一直径且大于所述第二直径的杂质颗粒，送出所述反应气体到所述反应腔，其中，所述第一直径大于所述第二直径。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述收集腔环绕于所述腔体的内部侧壁设置，所述收集腔的表面与所述腔体的内部侧壁之间的空间用以容纳收集所述直径小于所述第一直径的杂质颗粒。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述第一直径的收集孔至少分布于所述收集腔靠近所述出气口的表面。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述离心结构包括螺旋通道，所述螺旋通道的首端连接所述进气口，所述气态反应源随所述螺旋通道螺旋前进，以使其中的所述杂质颗粒被甩至所述气态反应源的外侧。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述螺旋通道的尾端连接至所述出气口，所述螺旋通道贯穿所述腔体的首尾。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述收集腔正对于所述螺旋通道的表面分布多圈所述第一直径的收集孔。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述进气口内设有螺旋结构，以驱动所述气态反应源以螺旋气流状态进入所述腔体内。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述第一直径包括0.09微米，所述第二直径包括0.01微米。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述反应腔内包括晶圆托盘，所述过滤装置还设置于所述晶圆托盘下方的真空吸附系统的解吸附管路上。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据本发明的一些实施例所提供的一种薄膜沉积设备的结构框图；
图2示出了根据本发明的一些实施例所提供的过滤装置的剖视图；以及
图3示出了根据本发明的另一些实施例所提供的过滤装置的结构示意图。
附图标记：
100 薄膜沉积设备；
110 反应腔；
111 晶圆托盘；
120 气体传输装置；
121、200、300过滤装置；
122 气动阀门；
210、310 腔体；
211、311 进气口；
212、312 出气口；
220、320 收集腔；
221、321 收集孔；
241 网孔；
230、330 分气部；
240、340 过滤网；
250、350螺旋结构。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
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；可以是机械连接，也可以是电连接；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通。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。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
如上所述，目前，半导体工艺设备中的薄膜沉积设备，为了提升通入反应腔的反应气体的气体纯净度，机台增加了过滤装置。但是，现有的过滤装置在使用了一段时间后，反应气体中的杂质颗粒会堵塞该过滤部，进而影响反应腔内的薄膜沉积工艺，尤其是对薄膜的厚度(THK)以及颗粒度(PA)表现都会造成影响。
为了解决现有技术中存在的上述问题，本本发明提供了一种薄膜沉积设备，能够及时收集气态反应源中的杂质颗粒，尤其是针对微小的杂质颗粒对其设有二次过滤，避免微小的杂质颗粒随着气流一并前行进入反应腔，长时间后堵塞管路中的气动阀门，不仅延长了过滤装置的使用时间，而且也延长了气动阀门的使用寿命，保证了反应腔内真空吸附功能的稳定性，进而优化薄膜沉积的颗粒度表现。
具体来说，请参看图1，图1示出了根据本发明的一些实施例所提供的一种薄膜沉积设备的结构框图。
如图1所示，在本发明的一些实施例中，薄膜沉积设备100可以包括气体传输装置120，其一端可以连接供气设备(图1中未绘示出)，以获取气态反应源，另一端可以连接反应腔110；过滤装置121，设置于气体传输装置120中，用以过滤气态反应源中的杂质颗粒，向反应腔110输送气态反应源中的反应气体；以及反应腔110，获取反应气体以进行半导体沉积工艺。杂质颗粒的成分可以包括一氧化矽(SiO)、氟化铝(AlF3)、四乙氧基硅烷(Si(OC2H5)4)，以及包括这些相关复合物的杂质颗粒。
反应腔110内包括晶圆托盘111，用以承托晶圆，通过通入的反应气体在晶圆表面进行半导体沉积工艺。可选地，如图1所示，薄膜沉积设备100中可以包括多个反应腔110，气体传输装置120的输出端可以连接到多个反应腔110，以提升设备的工作产量。
可选地，如图1所示，气体传输装置120中分布着若干个气动阀门122，过滤装置121可以设置于气体传输装置120中，可以过滤气态反应源中的杂质颗粒，避免在气态反应源在通过气体传输装置120通入反应腔110的过程中，气态反应源中的杂质颗粒堵塞气动阀门122和/或气体传输管路。
进一步地，在一些可选的实施例中，晶圆托盘111可以选用真空吸盘，其下方可以设置真空吸附系统。在本实施例中，过滤装置121还可以设置于晶圆托盘111下方的真空吸附系统的解吸附管路上，用于避免气态反应源中的反应气体进入真空吸附系统的解吸附管路中，发生薄膜沉积，导致管路和/或管路上的气动阀门122发生堵塞。
接下来，请参看图2，图2示出了根据本发明的一些实施例所提供的过滤装置的剖视图。
如图2所示，在一些实施例中，过滤装置200主要可以包括腔体210、收集腔220、分气部230以及过滤网240。
具体来说，腔体210可以包括进气口211和出气口212，进气口211可以用于通入气态反应源，出气口212可以连接反应腔110，以传输过滤后的反应气体到反应腔110中。收集腔220可以设置于腔体210的内部侧壁上，收集腔220的表面可以分布多个第一直径的收集孔221，用以收集气态反应源中直径小于第一直径的杂质颗粒。
在腔体210的内部还可以包括分气部230，通过离心结构可以分离通入的气态反应源中的反应气体与其中的杂质颗粒。具体来说，可以通过包括离心结构的分气部230将气态反应源中的杂质颗粒甩到气流的外侧，从而杂质颗粒中直径小于第一直径的杂质颗粒可以经由侧壁的收集孔221被甩入收集腔220中。可选地，第一直径可以为0.09微米。也就是说，气态反应源中直径不超过0.09微米的杂质颗粒可以被收集到收集腔220中。
进一步地，在一些优选的实施例中，如图2所示，收集腔220可以环绕于腔体210的内部侧壁设置，即腔体210的内部侧壁一周都可以设置成收集腔220的结构，从而增大收集腔220的内部容量。收集腔220的表面与腔体210的内部侧壁之间的空间可以用于容纳收集直径小于第一直径的杂质颗粒。
如图2所示，在一些实施例中，上述第一直径的收集孔221可以至少分布于收集腔220靠近出气口212的表面，以保证在气态反应源在排出过滤装置200之前能够对其进行杂质颗粒的收集，确保排出的气态反应源中的反应气体的纯净度。
进一步地，在一些优选的实施例中，分气部230中的离心结构可以具体选用螺旋通道250。如图2所示，螺旋通道250的首端可以连接进气口211，通入的气态反应源随螺旋通道250以气流形态螺旋前进(如图2中的虚线为气态反应源的流动方向)，以使其中的杂质颗粒被甩至气态反应源的气流外侧。螺旋前进的气态反应源在气体运动的外侧气流速度较慢，因而，气态反应源中的直径较大的杂质颗粒，例如直径在0.5微米左右的杂质颗粒，由于其自身的重力因素，这些大颗粒杂质可以脱离气体直接掉落，相当于对气态反应源中的大颗粒杂质进行初级分离。
在另一些实施例中，收集腔220的表面也可以包括第三直径的收集孔221，其中，第三直径可以远大于第一直径，例如第三直径可以为0.5微米，以对上述大颗粒杂质进行及时收集，防止大颗粒杂质在掉落过程中分裂成微小的杂质颗粒，微小的杂质颗粒随着气流一并前行排出，长时间后堵塞管路中的气动阀门，甚至影响通入反应腔110的反应气体的纯净度。
本领域的技术人员可以理解，上述包括第一直径和/或第三直径的收集孔221的技术方案，只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
可选地，在其他实施例中，本领域的技术人员也可以基于本发明的构思设置不同直径尺寸的收集孔。进一步地，在上述基础上，在一些优选的实施例中，收集腔220的表面可以分级设置多种直径尺寸的收集孔221，以对多种直径范围内的杂质颗粒进行全面收集工作，确保排出气态反应源中的不存在明显的微小的杂质颗粒。
接下来，请参看图3，图3示出了根据本发明的另一些实施例所提供的过滤装置的结构示意图。如图3所示的另一些实施例中，过滤装置300的大部分结构和上述已介绍完的过滤装置200的结构相同，此处就不再赘述。
如图3所示，在一些实施例中，在过滤装置300中，分气部330的螺旋通道350的尾端可以延伸连接至出气口312，螺旋通道350可以贯穿腔体310的首尾，从而使得气态反应源从进入腔体310开始，直至其排出腔体310，始终处于经由分气部330分离气态反应源中的反应气体与其中的杂质颗粒的过程，延长了分气时间，进而可以提升杂质颗粒的分离效果。如图3所示，图中虚线为气态反应源的流动方向，气态反应源为螺旋流向前进。
进一步地，如图3所示，优选地，收集腔320正对于分气部330的螺旋通道的表面，可以分布多圈第一直径的收集孔321，以对处于螺旋通道350中每一位置的气态反应源中的杂质颗粒都能够进行及时收集。例如，当分气部330的螺旋通道350贯穿腔体310的首尾时，收集腔320表面的收集孔321可以从靠近进气口311的表面，延伸分布到靠近出气口312的表面。
如图3所示，在一些优选的实施例中，进气口311内也可以设有螺旋结构350，用以驱动气态反应源以螺旋气流状态进入腔体310内，从而提升进入腔体310内的气态反应源转为螺旋前进的效率，即实现螺旋气流最大化，增强气态反应源中的杂质颗粒的离心现象，更利于分离气态反应源中的反应气体与其中的杂质颗粒。
请继续回到图2，在一些实施例中，过滤装置200中的过滤网240可以覆盖于出气口212，过滤网240上可以包括多个第二直径的网孔241，以阻隔气态反应源中的直径小于第一直径且大于第二直径的杂质颗粒，其中，第一直径大于第二直径。
可选地，在第一直径选为0.9微米的情况下，第二直径可以选为0.01微米。在腔体210内，气态反应源中的杂质颗粒经过分气部230和收集腔220完成一级过滤，即直径小于0.9微米的杂质颗粒可以通过收集孔221被收集入收集腔220中，但是气态反应源中仍然有可能存在直径远小于0.9微米的微型杂质颗粒，这时通过第二直径为0.01微米的网孔241可以对其进行二级过滤，以将直径小于0.9微米但大于0.01微米的微型杂质颗粒也完全拦截阻隔，从而送出纯净的反应气体到反应腔110中。在正常情况下，经过网孔241直径为0.01微米的过滤网240过滤后，气态反应源中几乎已经比较洁净纯净的反应气体状态了。在本发明的上述实施例中，采用过滤网240结合分气部230的技术方案，能够提前且更大空间地收集气态反应源中的杂质颗粒，尤其针对直径较大的杂质颗粒进行了及时收集，极大程度上缓解了过滤网240的过滤压力。
综上所述，本发明提供了一种薄膜沉积设备，能够及时收集气态反应源中的杂质颗粒，尤其是针对微小的杂质颗粒对其设有二次过滤，避免微小的杂质颗粒随着气流一并前行，长时间后堵塞管路中的气动阀门，不仅延长了其中过滤装置的使用时间，而且也延长了气动阀门的使用寿命，保证了反应腔内真空吸附功能的稳定性，进而优化薄膜沉积的颗粒度表现。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种薄膜沉积设备，其特征在于，包括：
气体传输装置，其一端连接供气设备，以获取气态反应源，另一端连接反应腔；
过滤装置，设置于所述气体传输装置中，用以过滤所述气态反应源中的杂质颗粒，向所述反应腔输送所述气态反应源中的反应气体；以及
所述反应腔，获取所述反应气体以进行半导体沉积工艺。
2.如权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述过滤装置包括：
腔体，包括进气口和出气口，所述进气口用以通入气态反应源，所述出气口连接反应腔；
收集腔，设置于所述腔体的内部侧壁上，所述收集腔的表面分布多个第一直径的收集孔；
分气部，设置于所述腔体的内部，通过离心结构以分离所述气态反应源中的反应气体与其中的杂质颗粒，其中，所述杂质颗粒中直径小于所述第一直径的杂质颗粒经由所述收集孔被甩入所述收集腔中，以及
过滤网，覆盖于所述出气口，所述过滤网上包括多个第二直径的网孔，以阻隔所述气态反应源中的直径小于所述第一直径且大于所述第二直径的杂质颗粒，送出所述反应气体到所述反应腔，其中，所述第一直径大于所述第二直径。
3.如权利要求2所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述收集腔环绕于所述腔体的内部侧壁设置，所述收集腔的表面与所述腔体的内部侧壁之间的空间用以容纳收集所述直径小于所述第一直径的杂质颗粒。
4.如权利要求3所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一直径的收集孔至少分布于所述收集腔靠近所述出气口的表面。
5.如权利要求2所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述离心结构包括螺旋通道，所述螺旋通道的首端连接所述进气口，所述气态反应源随所述螺旋通道螺旋前进，以使其中的所述杂质颗粒被甩至所述气态反应源的外侧。
6.如权利要求5所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述螺旋通道的尾端连接至所述出气口，所述螺旋通道贯穿所述腔体的首尾。
7.如权利要求6所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述收集腔正对于所述螺旋通道的表面分布多圈所述第一直径的收集孔。
8.如权利要求2所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述进气口内设有螺旋结构，以驱动所述气态反应源以螺旋气流状态进入所述腔体内。
9.如权利要求2所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一直径包括0.09微米，所述第二直径包括0.01微米。
10.如权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述反应腔内包括晶圆托盘，所述过滤装置还设置于所述晶圆托盘下方的真空吸附系统的解吸附管路上。
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