CN117051376A - 用于薄膜沉积的系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于薄膜沉积的系统，其包括：管路系统，其包括第一管路；液箱，其包含阀门组，所述阀门组经配置以将第一气体输送至所述第一管路；加热装置，其经配置以加热第二气体并将经加热的所述第二气体提供至所述第一管路；以及反应设备，其包括混气装置，所述混气装置经配置以接收来自第一管路的所述第一气体和经加热的所述第二气体。

Description

用于薄膜沉积的系统、设备和方法

技术领域

本申请大体上涉及半导体设备制造，且更具体来说，涉及用于薄膜沉积的系统、设备和方法。

背景技术

薄膜沉积工艺大体包括PECVD(等离子体增强化学汽相沉积)、ALD(原子层沉积)、CVD(化学蒸汽沉积)和PEALD(等离子体增强原子层沉积)等。通常上述工艺需要在反应腔室内提供携带前驱物的气体以及在提供上述气体之后进行吹扫操作。

提供至反应腔室的气体的速率可影响经沉积的薄膜的厚度及厚度的均匀性，较低的气体速率会导致薄膜的均匀性变差。此外，还期望减小携带前驱物的气体的速率以控制前驱物的消耗，从而降低成本。

发明内容

本申请提出了一种用于薄膜沉积的系统，其可在保证成本的情况下提高产能并提高薄膜的性能，例如优化颗粒物及提高薄膜的均匀性。

在一个方面中，本申请提供一种用于薄膜沉积的系统，其包括：管路系统，其包括第一管路；液箱，其包含阀门组，所述阀门组经配置以将第一气体输送至所述第一管路；加热装置，其经配置以加热第二气体并将经加热的所述第二气体提供至所述第一管路；以及反应设备，其包括混气装置，所述混气装置经配置以接收来自第一管路的所述第一气体和经加热的所述第二气体。

在一些实施例中，所述反应装置进一步包括位于所述混气装置下方的腔体，且其中所述混气装置包括环形沟槽和进气孔，所述进气孔连接所述管路系统的相应管路与所述环形沟槽。

在一些实施例中，所述进气孔包括第一进气孔，所述第一进气孔连接至所述环形沟槽的第一环形沟槽，所述第一环形沟槽经配置以引导由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体。

在一些实施例中，所述反应设备进一步包括位于所述腔体内的喷淋板以及位于所述喷淋板下方的加热盘，其中所述喷淋板连接至所述混气装置以输出来自所述混气装置的气体。

在一些实施例中，所述液箱进一步包括源瓶，所述源瓶内装有前驱物，且其中所述第一气体由载气和所述前驱物组成。

在一些实施例中，所述阀门组包括第一阀门，所述第一阀门经配置以作为吹扫阀门。

在一些实施例中，所述阀门组进一步包括第二阀门，且其中所述阀门组经配置以：在第一时间打开所述第二阀门且关闭所述第一阀门，以使所述载气进入所述源瓶从而产生所述第一气体并将所述第一气体提供至所述第一管路；以及在第二时间打开所述第一阀门且关闭所述第二阀门，以将所述载气直接提供至所述第一管路。

在一些实施例中，所述阀门组进一步包括第二阀门和第三阀门，且其中所述阀门组经配置以：在第一时间打开所述第二阀门和所述第三阀门且关闭所述第一阀门，以使所述载气进入所述源瓶从而产生所述第一气体并将所述第一气体提供至所述第一管路；以及在第二时间打开所述第一阀门且关闭所述第二阀门和所述第三阀门，以将所述载气直接提供至所述第一管路。

在一些实施例中，所述混气装置进一步包括输出通道，所述环形沟槽环绕所述输出通道而布置且经由所述输出通道的开口或多个侧壁通孔与所述输出通道相连通，且其中所述多个侧壁通孔大体上沿所述输出通道的横截面的周向方向均匀地分布。

在一些实施例中，所述第二气体为稀释气体。

在一些实施例中，所述第二气体包括反应物气体和稀释气体。

在一些实施例中，所述管路系统进一步包括第二管路，所述第二管路经配置以将第三气体输送至所述反应设备的所述混气装置，且其中所述第三气体为反应物气体。

在一些实施例中，所述环形沟槽包括第二环形沟槽且所述进气孔包括第二进气孔，所述第二进气孔连接至所述第二管路，且所述混气装置进一步经配置以在通过所述第一环形沟槽引导由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体的同时通过所述第二环形沟槽引导所述第三气体。

在一些实施例中，所述加热装置的出口连接至所述第一管路靠近所述第一阀门的一侧。

在一些实施例中，所述加热装置的出口连接至所述第一管路靠近所述混气装置的一侧。

在一些实施例中，所述第一管路和/或所述第二管路进一步经配置以由加热元件覆盖从而向所述第一管路和/或所述第二管路提供热量。

在一些实施例中，所述加热元件包括加热带。

在另一个方面中，本申请提供一种用于薄膜沉积的设备，其包括：腔体；以及位于所述腔体上方的混气装置，所述混气装置包括：至少一个进气孔，其一端连接到至少一个气体管路而另一端通往所述输出通道；输出通道，其经配置以输出来自所述至少一个气体管路的相应气体；以及其中所述至少一个进气孔中的一者经配置以通过相应气体管路接收经加热的气体，所述经加热的气体由加热装置提供。

在一些实施例中，所述混气装置进一步包括第一部件和第二部件，所述第一部件经配置以可拆卸地安装在所述第二部件上，其中所述第一部件和所述第二部件是一体成型的部件。

在一些实施例中，一体成型的所述第一部件包括支撑部分和所述输出通道，且其中一体成型的所述第二部件包括所述至少一个进气孔和内部空间。

在一些实施例中，当所述第一部件安装于所述第二部件上时，所述支撑部分固定在所述第二部件上，且所述输出通道经配置以插入所述第二部件的所述内部空间从而在所述输出通道的外壁与所述内部空间的内壁之间形成至少一个环形沟槽，且其中所述输出通道的纵向长度小于或等于所述内部空间的纵向长度。

在一些实施例中，所述至少一个环形沟槽环绕所述输出通道而布置，所述至少一个进气孔的所述另一端连接至所述至少一个环形沟槽的底部，且其中所述至少一个环形沟槽经配置以将所述相应气体从所述至少一个环形沟槽的所述底部引导至所述至少一个环形沟槽的顶部。

在一些实施例中，经由所述输出通道的开口或多个侧壁通孔引导所述相应气体进入所述输出通道，所述多个侧壁通孔大体上沿所述输出通道的横截面的周向方向均匀地分布，且其中通过设置在所述支撑部分与所述输出通道之间的所述第一部件的多个纵向孔隙来将所述相应气体引导至所述输出通道的所述开口。

在一些实施例中，所述至少一个进气孔中的一者通过所述输出通道的侧壁与所述输出通道的内部直接连通。

在一些实施例中，所述设备进一步包括喷淋板，所述喷淋板经配置以在所述设备的加热盘上方输出来自所述混气装置的所述相应气体。

在另一个方面中，本申请提供一种用于薄膜沉积的方法，其包括：将第一气体输送至第一管路；通过加热装置对第二气体进行加热；在将所述第一气体输送至所述第一管路的同时将经加热的所述第二气体输送至所述第一管路；以及将来自所述第一管路的所述第一气体和经加热的所述第二气体输送至反应设备。

在一些实施例中，所述方法进一步包括将来自所述第一管路的所述第一气体和经加热的所述第二气体提供至所述反应设备的混气装置。

在一些实施例中，所述方法进一步包括通过所述混气装置的第一环形沟槽引导由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体以输送至所述反应设备的反应腔体。

在一些实施例中，所述第一气体由载气和前驱物组成，且其中将第一气体输送至所述第一管路进一步包括周期性地操作与所述第一管路耦合的阀门组，所述阀门组包括作为吹扫阀门的第一阀门。

在一些实施例中，周期性地操作所述阀门组进一步包括：在第一时间打开第二阀门且关闭所述第一阀门，以将所述第一气体提供至所述第一管路；以及在第二时间打开所述第一阀门且关闭所述第二阀门，以将所述载气直接提供至所述第一管路。

在一些实施例中，周期性地操作所述阀门组进一步包括：在第一时间打开第二阀门和第三阀门且关闭所述第一阀门，以将所述第一气体提供至所述第一管路；及在第二时间打开所述第一阀门且关闭所述第二阀门和所述第三阀门，以将所述载气直接提供至所述第一管路。

在一些实施例中，所述第二气体为稀释气体。

在一些实施例中，所述第二气体包括反应物气体和稀释气体。

在一些实施例中，所述方法进一步包括：经由第二管路将第三气体输送至所述混气装置的第二环形沟槽，其中所述第三气体为反应物气体；及在使用所述第一环形沟槽引导由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体的同时使用所述第二环形沟槽引导所述第三气体。

在一些实施例中，所述方法进一步包括在所述第一管路靠近所述第一阀门的一侧将经加热的所述第二气体提供至所述第一管路。

在一些实施例中，所述方法进一步包括在所述第一管路靠近所述混气装置的一侧将经加热的所述第二气体提供至所述第一管路。

在一些实施例中，所述方法进一步包括使用所述混气装置的输出通道的开口或多个侧壁通孔将所述第一环形沟槽和所述第二环形沟槽与所述输出通道连通，其中所述多个侧壁通孔大体上沿所述输出通道的横截面的周向方向均匀地分布。

在一些实施例中，所述方法进一步包括通过与所述混气装置的输出通道的侧壁直接连通的进气孔将由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体直接输送至所述输出通道的内部。在以下附图及描述中阐述本申请的一或多个实例的细节。其它特征、目标及优势将根据所述描述及附图以及权利要求书而显而易见。

附图说明

本说明书中的公开内容提及且包含以下各图：

图1至图4为根据本申请的一些实施例的薄膜沉积系统的示意图。

图5、图6和图7为薄膜沉积系统的混气装置的局部示意图。

根据惯例，图示中所说明的各种特征可能并非按比例绘制。因此，为了清晰起见，可任意扩大或减小各种特征的尺寸。图示中所说明的各部件的形状仅为示例性形状，并非限定部件的实际形状。另外，为了清楚起见，可简化图示中所说明的实施方案。因此，图示可能并未说明给定设备或装置的全部组件。最后，可贯穿说明书和图示使用相同参考标号来表示相同特征。

具体实施方式

为更好地理解本申请的精神，以下结合本申请的部分实施例对其作进一步说明。

本说明书内使用的词汇“在一实施例”或“根据一实施例”并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的“在其他(一些/某些)实施例”或“根据其他(一些/某些)实施例”并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。本文所指“上”和“下”的意义并不限于图式所直接呈现的关系，其应包含具有明确对应关系的描述，例如“左”和“右”，或者是“上”和“下”的相反。本文所称的“连接”应理解为涵盖“直接连接”以及“经由一或多个中间部件连接”。本说明书中所使用的各种部件的名称仅出于说明的目的，并不具备限定作用，不同厂商可使用不同的名称来指代具备相同功能的部件。

以下详细地讨论本申请的各种实施方式。尽管讨论了具体的实施，但是应当理解，这些实施方式仅用于示出的目的。相关领域中的技术人员将认识到，在不偏离本申请的精神和保护范围的情况下，可以使用其他部件和配置。本申请的实施可不必包含说明书所描述的实施例中的所有部件或步骤，也可根据实际应用而调节各步骤的执行顺序。

图1示出了根据本申请的一些实施例的薄膜沉积系统10。系统10大体可由反应设备100、液箱200和管路系统300组成。反应设备100可包含一个或多个反应设备，管路系统300可包含多条管路，液箱200通过管路系统300与反应设备100相连接。为了方便论述，本申请图1至图4仅示出了具有两个反应设备100的情况。然而，更多数目个反应设备100可为合意的。

如图1所示，以一个反应设备100为例，其具有腔体101、位于腔体上方的混气装置102以及位于腔体101内的喷淋板103和加热盘104。喷淋板103朝向加热盘104输出来自混气装置102的气体，从而在加热盘104上形成经沉积的薄膜。

管路系统300经配置以将前驱物气体和反应物气体提供至反应设备100。具体而言，液箱200包括装有液态前驱物的源瓶204。液箱200与气源S1相连，气源S1向源瓶204内输入载气以携带出源瓶204内的前驱物。携带前驱物的气体可经由相应管路提供至混气装置102。此外，图1所示的薄膜沉积系统10具有气源S2，气源S2提供的气体302可为稀释气体。薄膜沉积系统10还包括气源S3，其将反应物气体经由相应管路提供至混气装置102。在本申请的一些实施例中，载气、稀释气体和反应物气体中的至少一者可包括Ar/O2，稀释气体可为Ar、O2。需要强调的是，稀释气体并不局限于仅包括Ar和O2。

液箱200还包括由阀门201、阀门202和阀门203组成的阀门组，阀门(201、202和203)优选地可为隔膜阀。阀门组通过控制器控制以周期性地(或间隔地)提供气体，例如向管路系统300的相应管路提供携带前驱物的气体或仅提供载气(即不携带前驱物)。

现描述阀门组的操作方式，其可为周期性的。具体而言，在第一时间周期内，阀门202和阀门203开启且阀门201关闭，从而向管路系统300的相应管路提供携带前驱物的气体，此时气体流向可如液箱200内的空心箭头所示；在第二时间周期内，阀门202和阀门203关闭且阀门201开启，从而仅向管路系统300的管路提供来自气源S1的载气，此时气体流向可如液箱200内的实心箭头所示。

在本申请的另一些实施例中，阀门组可仅由两个阀门组成。参考图1，阀门组可仅包括阀门202和阀门201；或者阀门组可仅包括阀门203和阀门201。在仅包括阀门202和阀门201的实施例中，在第一时间周期内，阀门202开启且阀门201关闭，从而向管路系统300的相应管路提供携带前驱物的气体；在第二时间周期内，阀门202关闭且阀门201开启，从而仅向管路系统300的管路提供来自气源S1的载气。在仅包括阀门203和阀门201的实施例中，在第一时间周期内，阀门203开启且阀门201关闭，从而向管路系统300的相应管路提供携带前驱物的气体；在第二时间周期内，阀门203关闭且阀门201开启，从而仅向管路系统300的管路提供来自气源S1的载气。

来自气源S3的反应物气体和来自液箱200的携带前驱物的气体在混气装置102内混合。在第二时间周期内提供的载气可用于吹扫腔体101内的前驱物，因此，阀门201又被称为吹扫阀门。通常，为了获得较短的吹扫时间，气源S1和气源S3所提供的气体的流速均在约1000-5000sccm(standard cubic centimeters per minute，即：标准毫升每分钟)的范围内。

由于仅基于第二时间周期内所提供的载气的吹扫过程是间歇性的，因而很难保证吹扫气体流量的稳定性。此外，ALD或PEALD工艺要求上述薄膜沉积系统的阀门组的阀门以极快的速度切换，这使得上述气体流速范围内的气体不能较佳地完成吹扫操作，从而影响经沉积薄膜的均匀性。一种解决方法是提高气源S1的流速，但这同样会导致在相同条件下从源瓶204内携带出更多的前驱物，从而造成成本的增加。

图1至图4所示的薄膜沉积系统10可以建立持续的具有稳定流量的吹扫气体，且在保证薄膜性能(例如，保证薄膜的均匀性并减少颗粒对薄膜性能的影响)的同时不造成前驱物的过度浪费，从而在成本不变的情况下提高产能并保证产品性能。

在图1中，第一时间周期内提供的携带前驱物的气体示为气体301。气体301由液箱200的出口管路提供至管路系统300的第一管路304。薄膜沉积系统10具有气源S2和加热装置310，气体302经加热装置310加热以提供至第一管路304。加热装置310位于液箱200的外侧。具体地，加热装置310的出口连接至第一管路304靠近混气装置102的一侧。气源S2提供的气体302可为稀释气体。在本申请的一些实施例中，加热装置310可为加热带或换热器。

可见，携带前驱物的气体301和经加热的气体302均被提供至第一管路304且在进入混气装置102之前在第一管路304内汇聚。气体302被加热至足够高的温度以在与气体301汇聚之后避免前驱物出现凝结。经加热的气体302的温度高于气源S1所提供的载气的温度。在本申请的一些实施例中，经加热的气体302的温度可约为150℃。在本申请的一些实施例中，经加热的气体302的温度可约为200℃。在本申请的一些实施例中，载气的温度可约为120℃。在本申请的另一些实施例中，经加热的气体302的温度可大于60℃，载气的温度可大于60℃。

在本申请的一些实施例中，第一管路304可被其它加热元件覆盖以保证管路内气体的温度。举例来说，可使用加热带覆盖第一管路304，从而向第一管路304提供热量。在本申请的一些实施例中，经加热带或其它加热元件覆盖的第一管路304可保证在其内汇聚的气体的温度不低于120℃，经输送至腔体101内的气体的温度不低于80℃。在本申请的一些实施例中，管路系统300的所有管路均可由其它加热元件覆盖以保证相应管路内气体的温度。

第一管路304连接至反应设备100的混气装置102。本领域技术人员应理解，通过管路的级联，由管路系统300的相应管路提供的气体可以被输送至一个或多个反应设备100。以一个反应设备100为例，第一管路304连接至混气装置102的进气孔(例如，第一进气孔110)。在本申请的一些实施例中，加热装置310经配置以持续且稳定地将经加热的气体302提供至混气装置102，且液箱200的阀门组经配置以输送气体301至混气装置102。因此，在混气装置102内，由第一管路304汇聚的气体301和经加热的气体302被一起输送至喷淋板103。

尽管在图1中混气装置102具有对应于两路气体的进气孔110和进气孔120，在本申请的另一些实施例中，管路系统300可仅提供一路气体至混气装置102。例如，如下文将进一步描述的，混气装置102可仅具有对应于一路气体的进气孔或仅开启对应于一路气体的进气孔。

进一步参见图1，第二管路305的一端连接至气源S3，另一端连接至混气装置102的第二进气孔120。来自气源S3的气体303经由第二管路305被提供至混气装置102。在本申请的一些实施例中，气体303可为反应物气体。在本申请的一些实施例中，第二管路305将来自气源S3的气体303持续且稳定地输送至混气装置102。在本申请的一些实施例中，混气装置102在引导由第一管路304汇聚的气体301和经加热的气体302的同时引导由第二管路305输送的气体303，从而将上述气体一起输送至喷淋板103。与仅使用载气作为吹扫气源相比，图1所示的薄膜沉积系统10增加了经加热的气体302作为反应设备100的持续且稳定的吹扫气源，气源S2提供的气体302可为稀释气体。气源S1提供的气体的流量可为0至约10000sccm，气体301的流量可为0至约10000sccm，经加热的气体302的流量可为0至约20000sccm。在本申请的一些实施例中，第一管路304中汇聚的气体的流量可为0至约30000sccm。在本申请的一些实施例中，载气流量可约为5000sccm，且经加热的稀释气体的流量可为1000sccm以上。在本申请的一个实施例中，经加热的稀释气体的流量可稳定在2000sccm处。在本申请的另一个实施例中，经加热的稀释气体的流量可稳定在5000sccm处。

持续且稳定的经加热的气体302被额外地提供至反应设备100，从而在不增加载气流量(即不增加前驱物的消耗)的情况下提高了腔体101以及管路系统300内执行的吹扫步骤的效率。因此，图1所示的薄膜沉积系统10可以在节约成本的基础上提高薄膜产能且减少颗粒对薄膜性能的影响，提高了经沉积薄膜的均匀性。

现描述图2至图4，它们是根据本申请的另一些实施例的薄膜沉积系统10。为方便论述，图2至图4中与图1相同的系统、设备、组件及气体在此不再重复标记和赘述。

图2是根据本申请的另一种薄膜沉积系统10，其中加热装置310位于液箱200的内侧。如下文将进一步描述的，在本申请的另一些实施例中，加热装置310还可位于液箱200的外侧。在图2中，加热装置310的出口连接至第一管路304靠近阀门201的一侧。因此，经加热的气体302汇入第一管路304的位置更靠近吹扫阀门(即阀门201)，从而进一步缩短了吹扫操作所需的时间且提高了颗粒吹扫的效果。

图3是根据本申请的另一种薄膜沉积系统10。与图1类似，图3中的加热装置310位于液箱200的外侧，因此经加热的气体302汇入第一管路304的位置更靠近混气装置102。如上文所描述的，加热装置310还可位于液箱200的内侧。与图1不同的是，图3中仅第一管路304将气体输送至混气装置102。具体而言，由气源S3提供的气体经加热装置310加热以产生经加热的气体303并将其持续且稳定地提供至第一管路304。与此同时，液箱200将由载气和前驱物组成的气体301输送至第一管路304。在输送至混气装置102之前，气体301和气体303在第一管路304内汇聚并预混合。在图3所示的实施例中，气体303可包括反应物气体和稀释气体。

与图1所示的实施例使用来自气源S2的稀释气体作为稳定的且持续的吹扫气源不同，图3所示的实施例使用来自气源S3的相应气体作为稳定的且持续的吹扫气源。因此，图3所示的薄膜沉积系统10不需要增加额外的气源及管路，从而在保证吹扫效果的同时进一步降低了成本。参考图3，气源S1提供的气体的流量可为0至约10000sccm，气体301的流量可为0至约10000sccm，经加热的气体303的流量可为0至约20000sccm。在本申请的一些实施例中，第一管路304中汇聚的气体的流量可为0至约30000sccm。在本申请的另一些实施例中，载气流量可约为5000sccm，且经加热的气体303的流量可为1000sccm以上，具体地，气体303的流量可为约5000sccm。

图4是根据本申请的另一种薄膜沉积系统10。与图3类似，其使用来自气源S3的相应气体作为稳定的且持续的吹扫气源。与图3不同的是，图4中的加热装置310位于液箱200的内侧。如上文所描述的，加热装置310还可位于液箱200的外侧。参考图4，加热装置310的出口连接至第一管路304靠近阀门201的一侧。与图1和图3相比，图4中经加热的气体303汇入第一管路304的位置更靠近吹扫阀门(即阀门201)，从而不但降低了成本还缩短了吹扫操作所需的时间，提高了颗粒吹扫的效果。

本申请另一方面还提供了一种适配于薄膜沉积系统10的混气装置，其可有助于进一步提高吹扫操作的效率。如上文所描述的，在本申请的一些实施例中，混气装置可包括分别对应于多路气体的多个进气孔。在本申请的另一些实施例中，混气装置可仅包括对应于一路气体的一个进气孔。在本申请的另一些实施例中，混气装置虽然包括分别对应于多路气体的多个进气孔，但在操作时仅使用对应于一路气体的一个进气孔。在本申请说明书的描述中，一个进气孔不应被理解为单一的孔洞，而应被理解为对应于一路气体的气体输入端，在不脱离本申请的发明实质的基础上，可通过任何方式形成该气体输入端。

图5和图6示出了混气装置102的局部视图。位于腔体101上方的混气装置102可包括第一部件1001(其纵向截面在图5和图6中由朝向右侧的斜线示出)和第二部件1002(其纵向截面在图5和图6中由朝向左侧的斜线示出)。第一部件1001可通过紧固装置(例如，螺栓)可拆卸地安装在第二部件1002上。

在本申请的一些实施例中，第一部件1001是一体成型的部件，且包括输出通道130、支撑部分140以及多个纵向孔隙150，多个纵向孔隙150大体设置在输出通道130和支撑部分140之间且均匀地围绕输出通道130而布置。第二部件1002是一体成型的部件，且包括至少一个进气孔(例如，第一进气孔110和第二进气孔120)和内部空间。应理解，在第一部件1001之上还设有顶盖(未示出)以封闭混气装置102，且第二部分1002的下部还可具有相应组件(未示出)以使混气装置102连接至反应设备100。此外，可通过本领域熟知的一体成型工艺来制造第一部件1001和第二部件1002。

当第一部件1001安装于第二部件1002上时，支撑部分140固定在第二部件1002上，且输出通道130插入第二部件1002的内部空间从而在输出通道130的外壁与该内部空间的内壁之间形成至少一个环形沟槽(例如，第一环形沟槽111和第二环形沟槽121)。输出通道130的纵向长度可经设计以小于或等于第二部件1002的内部空间的纵向长度。如图5和图6所示，当输出通道130的纵向长度小于第二部件1002的内部空间的纵向长度时，输出通道130与其下方的第二部件1002的内部空间一起组成混气装置102的气体供应通道。

如图5所示，输出通道130与第一进气孔110和第二进气孔120气体地连通。在输出通道130外围的不同位置周向地形成第一环形沟槽111和第二环形沟槽121。第一进气孔110的一端连接至第一环形沟槽111的底部，第二进气孔120的一端连接至第二环形沟槽121的底部。来自不同进气孔的气体被引导至不同环形沟槽以分别从不同位置进入输出通道130。

在本申请的一个实施例中，来自第一进气孔110的气体301和气体302从第一环形沟槽111的底部进入第一环形沟槽111内并从第一环形沟槽111的顶部流出。从第一环形沟槽111顶部流出的气体301和气体302经由输出通道130的侧壁上的多个侧壁通孔132进入输出通道130，从而引导气体301和气体302。如图5所示，多个侧壁通孔132大体上沿输出通道130的横截面的周向方向均匀地分布。在本申请的一个实施例中，来自第二进气孔120的气体303从第二环形沟槽121的底部进入第二环形沟槽121内并从第二环形沟槽121的顶部流出。从第二环形沟槽121顶部流出的气体303经多个纵向孔隙150的引导以最终通过输出通道130的开口131进入输出通道130，从而引导气体301、气体302和气体303。在本申请的另一实施例中，来自不同环形沟槽的气体均从与它们各自耦合的位于输出通道130不同高度的侧壁通孔132进入输出通道130。虽未在图中展示，这些具有不同高度的侧壁通孔大体位于混气装置102的上半部分，如此配置可进一步提高吹扫操作的效率。

在本申请的另一实施例中，气体301和气体302可经由第二环形沟槽121引导至输出通道130，而气体303可经由第一环形沟槽111引导至输出通道130。根据本申请的一些实施例，通过使用环形沟槽和多个侧壁通孔的配置使得混气装置102具有同心的均匀气体流动，从而进一步提高了吹扫操作的效率。

如图6所示，在本申请的另一实施例中，混气装置102可仅包含一个进气孔和一个环形沟槽。包括稳定地输送的经加热气体的多路气体在进入混气装置102的该一个进气孔之前已预先混合。气体经引导以通过环形沟槽、纵向孔隙和输出通道130的顶部开口进入输出通道130。

图7示出了本申请的混气装置102的另一实施例。如图所示，混气装置102可不包含环形沟槽，且混气装置102的进气孔可通过输出通道的侧壁与输出通道的内部直接连通从而使得相应气体可直接被输送至输出通道的内部。在此实施例中，第二部件1002的侧壁可视为输出通道的侧壁。此时，第二部件1002的内部空间可直接构成输出通道，而无需图5和图6所示的第一部件1001的输出通道130；第二部件1002的侧壁由进气孔贯穿以直达输出通道的内部。图7所示的混气装置可进一步简化混气装置的结构，在降低装置成本的同时提高了气体进入反应腔体101的速度。

应理解，上文所描述的多个实施例可经组合已形成不同的气体通路配置方式。混气装置102可包括若干进气孔，例如，第一一或多个进气孔可与相应环形沟槽和输出通道的开口配合以形成特定的进气通路(如图5和图6所示)，第二一或多个进气孔可与相应环形沟槽和输出通道的侧壁通孔配合以形成特定的进气通路(如图5所示)，第三一或多个进气孔可与输出通道直接连通以形成特定的进气通路(如图7所示)。

此外，第一部件1001和第二部件1002可经一体成型以保证在其中形成的气体通路的气密性和气体连通性。如图5和图6所示，当第一部件1001安装于第二部件1002上时，可保证相应进气孔与相应环形沟槽的连通、第一环形沟槽111与侧壁通孔132的连通以及第二环形沟槽121与纵向孔隙150的连通。同时，还可保证第一环形沟槽111和第二环形沟槽121的气密性以使得气体不从位于环形沟槽底部的接合面(即：输出通道130的外壁与第二部件1002的内部空间的内壁之间的接合面)泄漏。来自混气装置102的经混合气体被进一步提供至喷淋板103，从而通过喷淋板103在加热盘104上方输出经混合气体。

通过使用进气孔、环形沟槽和输出通道的上述各种配置提高了输入气体的引导效率，即在气体流量不变的情况下提高了吹扫操作的效率，从而进一步减少了颗粒对薄膜性能的影响，提高了经沉积薄膜的均匀性。

本申请另一方面还提供了一种薄膜沉积方法。阀门组的操作方式在此不再赘述。参考图1和图5，通过操作气源S1和阀门组以将气体301输送至第一管路304。并行地，通过操作气源S2和加热装置310以将经加热的气体302持续且稳定地输送至第一管路304。气体301和经加热的气体302在第一管路304中汇聚以提供至混气装置102。使用如上文所描述的混气装置102的各种配置来进一步引导气体。在本申请的一些实施例中，使用混气装置102的第一环形沟槽111引导气体301和经加热的气体302，上述气体被进一步引导至混气装置102的输出通道130以最终输入腔体101。

进一步参考图1和图5，上述方法进一步包括将来自气源S3的气体303持续且稳定地输送至混气装置102的第二环形沟槽121。在使用第一环形沟槽111引导由第一管路304汇聚的气体301和经加热的气体302的同时使用第二环形沟槽121引导气体303。气体303被进一步引导至输出通道130以最终输入腔体101。以此方式，输出通道130可同时输出气体301、气体302和气体303。此外，通过输出通道130的开口131或多个侧壁通孔132将多个环形沟槽引导的多种气体输送至输出通道130。在此实施例中，气体302是稀释气体，气体303是反应物气体。稀释气体和反应物气体可为相同的或不同的气体。例如，稀释气体和反应物气体中的至少一者可包括Ar/O2。

参考图3和图6，在仅第一管路304连接至混气装置102的实施例中，第一管路304在输送第一气体301的同时将由气源S3提供的气体303持续且稳定地输送至混气装置102的进气孔。进气孔与相应的环形沟槽连同通以引导气体303通过输出通道130的开口131进入输出通道130。气体进入输出通道130的方式不仅限于通过开口131。尽管未展示，在本申请的另一个实施例中，气体303可通过输出通道130的多个侧壁通孔132进入输出通道130。

参考图3和图7，在仅第一管路304连接至混气装置102的实施例中，第一管路304在输送第一气体301的同时将由气源S3提供的气体303持续且稳定地输送至混气装置102的进气孔。在本申请的一些实施例中，进气孔可通过输出通道的侧壁与输出通道的内部直接连通，从而在不需要经环形沟槽引导的情况下将来自第一管路304的气体直接输送至输出通道的内部。

由上文所描述的，稳定和独立的吹扫气源不仅节约了前驱物的成本，还可缩短吹扫操作所需的时间，提高吹扫操作的效率。可基于不同工艺的要求调整上述吹扫气源输入管路系统的位置从而进一步提高吹扫操作的效率。还可通过混气装置内的沟槽结构调整和/或约束混气装置内的气体流向从而进一步提高吹扫操作的效率。本申请所提供的薄膜沉积系统、混气装置及相关操作方法可以在成本不变的情况下提高吹扫操作的效率，提升经沉积的薄膜的均匀性，从而提高薄膜的产能和产品性能。

本说明书中的描述经提供以使所述领域的技术人员能够进行或使用本申请。所属领域的技术人员将易于显而易见对本申请的各种修改，且本说明书中所定义的一般原理可应用于其它变化形式而不会脱离本申请的精神或范围。因此，本申请不限于本说明书所述的实例和设计，而是被赋予与本说明书所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (38)

1.一种用于薄膜沉积的系统，其包括：

管路系统，其包括第一管路；

液箱，其包含阀门组，所述阀门组经配置以将第一气体输送至所述第一管路；

加热装置，其经配置以加热第二气体并将经加热的所述第二气体提供至所述第一管路；以及

反应设备，其包括混气装置，所述混气装置经配置以接收来自第一管路的所述第一气体和经加热的所述第二气体。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述反应装置进一步包括位于所述混气装置下方的腔体，且其中所述混气装置包括环形沟槽和进气孔，所述进气孔连接所述管路系统的相应管路与所述环形沟槽。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述进气孔包括第一进气孔，所述第一进气孔连接至所述环形沟槽的第一环形沟槽，所述第一环形沟槽经配置以引导由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述反应设备进一步包括位于所述腔体内的喷淋板以及位于所述喷淋板下方的加热盘，其中所述喷淋板连接至所述混气装置以输出来自所述混气装置的气体。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述液箱进一步包括源瓶，所述源瓶内装有前驱物，且其中所述第一气体由载气和所述前驱物组成。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述阀门组包括第一阀门，所述第一阀门经配置以作为吹扫阀门。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述阀门组进一步包括第二阀门，且其中所述阀门组经配置以：

在第一时间打开所述第二阀门且关闭所述第一阀门，以使所述载气进入所述源瓶从而产生所述第一气体并将所述第一气体提供至所述第一管路；以及

在第二时间打开所述第一阀门且关闭所述第二阀门，以将所述载气直接提供至所述第一管路。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述阀门组进一步包括第二阀门和第三阀门，且其中所述阀门组经配置以：

在第一时间打开所述第二阀门和所述第三阀门且关闭所述第一阀门，以使所述载气进入所述源瓶从而产生所述第一气体并将所述第一气体提供至所述第一管路；以及

在第二时间打开所述第一阀门且关闭所述第二阀门和所述第三阀门，以将所述载气直接提供至所述第一管路。

9.根据权利要求2所述的系统，其中所述混气装置进一步包括输出通道，所述环形沟槽环绕所述输出通道而布置且经由所述输出通道的开口或多个侧壁通孔与所述输出通道相连通，且其中所述多个侧壁通孔大体上沿所述输出通道的横截面的周向方向均匀地分布。

10.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二气体为稀释气体。

11.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二气体包括反应物气体和稀释气体。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述管路系统进一步包括第二管路，所述第二管路经配置以将第三气体输送至所述反应设备的所述混气装置，且其中所述第三气体为反应物气体。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述环形沟槽包括第二环形沟槽且所述进气孔包括第二进气孔，所述第二进气孔连接至所述第二管路，且所述混气装置进一步经配置以在通过所述第一环形沟槽引导由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体的同时通过所述第二环形沟槽引导所述第三气体。

14.根据权利要求10或11所述的系统，其中所述加热装置的出口连接至所述第一管路靠近所述第一阀门的一侧。

15.根据权利要求10或11所述的系统，其中所述加热装置的出口连接至所述第一管路靠近所述混气装置的一侧。

16.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一管路和/或所述第二管路进一步经配置以由加热元件覆盖从而向所述第一管路和/或所述第二管路提供热量。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述加热元件包括加热带。

18.一种用于薄膜沉积的设备，其包括：

腔体；以及

位于所述腔体上方的混气装置，所述混气装置包括：

至少一个进气孔，其一端连接到至少一个气体管路而另一端通往所述输出通道；

输出通道，其经配置以输出来自所述至少一个气体管路的相应气体；以及

其中所述至少一个进气孔中的一者经配置以通过相应气体管路接收经加热的气体，所述经加热的气体由加热装置提供。

19.根据权利要求18所述的设备，所述混气装置进一步包括第一部件和第二部件，所述第一部件经配置以可拆卸地安装在所述第二部件上，其中所述第一部件和所述第二部件是一体成型的部件。

20.根据权利要求19所述的设备，其中一体成型的所述第一部件包括支撑部分和所述输出通道，且其中一体成型的所述第二部件包括所述至少一个进气孔和内部空间。

21.根据权利要求20所述的设备，其中当所述第一部件安装于所述第二部件上时，所述支撑部分固定在所述第二部件上，且所述输出通道经配置以插入所述第二部件的所述内部空间从而在所述输出通道的外壁与所述内部空间的内壁之间形成至少一个环形沟槽，且其中所述输出通道的纵向长度小于或等于所述内部空间的纵向长度。

22.根据权利要求21所述的设备，其中所述至少一个环形沟槽环绕所述输出通道而布置，所述至少一个进气孔的所述另一端连接至所述至少一个环形沟槽的底部，且其中所述至少一个环形沟槽经配置以将所述相应气体从所述至少一个环形沟槽的所述底部引导至所述至少一个环形沟槽的顶部。

23.根据权利要求22所述的设备，其中经由所述输出通道的开口或多个侧壁通孔引导所述相应气体进入所述输出通道，所述多个侧壁通孔大体上沿所述输出通道的横截面的周向方向均匀地分布，且其中通过设置在所述支撑部分与所述输出通道之间的所述第一部件的多个纵向孔隙来将所述相应气体引导至所述输出通道的所述开口。

24.根据权利要求18所述的设备，其中所述至少一个进气孔中的一者通过所述输出通道的侧壁与所述输出通道的内部直接连通。

25.根据权利要求18所述的设备，其进一步包括喷淋板，所述喷淋板经配置以在所述设备的加热盘上方输出来自所述混气装置的所述相应气体。

26.一种用于薄膜沉积的方法，其包括：

将第一气体输送至第一管路；

通过加热装置对第二气体进行加热；

在将所述第一气体输送至所述第一管路的同时将经加热的所述第二气体输送至所述第一管路；以及

将来自所述第一管路的所述第一气体和经加热的所述第二气体输送至反应设备。

27.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括将来自所述第一管路的所述第一气体和经加热的所述第二气体提供至所述反应设备的混气装置。

28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括通过所述混气装置的第一环形沟槽引导由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体以输送至所述反应设备的反应腔体。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述第一气体由载气和前驱物组成，且其中将第一气体输送至所述第一管路进一步包括周期性地操作与所述第一管路耦合的阀门组，所述阀门组包括作为吹扫阀门的第一阀门。

30.根据权利要求29所述的方法，其中周期性地操作所述阀门组进一步包括：

在第一时间打开第二阀门且关闭所述第一阀门，以将所述第一气体提供至所述第一管路；以及

在第二时间打开所述第一阀门且关闭所述第二阀门，以将所述载气直接提供至所述第一管路。

31.根据权利要求29所述的方法，其中周期性地操作所述阀门组进一步包括：

在第一时间打开第二阀门和第三阀门且关闭所述第一阀门，以将所述第一气体提供至所述第一管路；及

在第二时间打开所述第一阀门且关闭所述第二阀门和所述第三阀门，以将所述载气直接提供至所述第一管路。

32.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二气体为稀释气体。

33.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二气体包括反应物气体和稀释气体。

34.根据权利要求32所述的方法，其进一步包括：

经由第二管路将第三气体输送至所述混气装置的第二环形沟槽，其中所述第三气体为反应物气体；及

在使用所述第一环形沟槽引导由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体的同时使用所述第二环形沟槽引导所述第三气体。

35.根据权利要求32或33所述的方法，其进一步包括在所述第一管路靠近所述第一阀门的一侧将经加热的所述第二气体提供至所述第一管路。

36.根据权利要求32或33所述的方法，其进一步包括在所述第一管路靠近所述混气装置的一侧将经加热的所述第二气体提供至所述第一管路。

37.根据权利要求34所述的方法，其进一步包括使用所述混气装置的输出通道的开口或多个侧壁通孔将所述第一环形沟槽和所述第二环形沟槽与所述输出通道连通，其中所述多个侧壁通孔大体上沿所述输出通道的横截面的周向方向均匀地分布。

38.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括通过与所述混气装置的输出通道的侧壁直接连通的进气孔将由所述第一管路汇聚的所述第一气体和经加热的所述第二气体直接输送至所述输出通道的内部。