CN117316817A - 一种分气机构及半导体器件的加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种分气机构及一种半导体器件的加工设备。所述分气机构包括：气体总管，其第一端连接气源，以获取传输气体的总气流；多根气体分管，其中，所述多根气体分管的第一端分别连接所述气体总管的第二端，以根据本管及其他气体分管的实际气体流阻，从所述气体总管获取所述传输气体对应流量的分气流，所述多根气体分管的第二端分别连接半导体器件加工设备的多个平行工艺腔室；以及多个流体阻尼机构，其中，所述多个流体阻尼机构具有相同的预设气体流阻，并分别连接各所述气体分管，增大各所述气体分管中实际气体流阻的阻值，以缩小各所述气体分管中实际气体流阻的比例差异。

Description

一种分气机构及半导体器件的加工设备
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种分气机构，及一种半导体器件的加工设备。
背景技术
在利用半导体器件的加工设备进行原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)的过程中，通常采用多站腔室的机械结构，以便于多个腔室同时工作，提高工作效率。
现有的原子层沉积(ALD)设备通常采用将气体总管的一端直接分为多条分支管道，以输送反应气体至多个反应腔室的分气结构。然而，受分气通道不对称的安装结构，以及安装或使用造成的工艺管道安装变形等误差，气体总管分流到各腔室的流阻往往并不一致，从而导致流至各腔室的气体流量不均，并造成每站的吹扫效率的不均匀。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种分气技术，用于减小管道流阻不一致给各站带来反应气流不均匀的影响，从而提升各站进气量的均匀性，减少由进气不均导致的微粒污染问题，并提升ALD机台的整体产能。
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。
为了解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种分气机构及一种半导体器件的加工设备，用于减小管道流阻不一致给各站带来反应气流不均匀的影响，从而提升各站进气量的均匀性，减少由进气不均导致的微粒污染问题，并提升ALD机台的整体产能。
具体来说，根据本发明的第一方面提供的分气机构包括：气体总管，其第一端连接气源，以获取传输气体的总气流；多根气体分管，其中，所述多根气体分管的第一端分别连接所述气体总管的第二端，以根据本管及其他气体分管的实际气体流阻，从所述气体总管获取所述传输气体对应流量的分气流，所述多根气体分管的第二端分别连接半导体器件加工设备的多个平行工艺腔室；以及多个流体阻尼机构，其中，所述多个流体阻尼机构具有相同的预设气体流阻，并分别连接各所述气体分管，增大各所述气体分管中实际气体流阻的阻值，以缩小各所述气体分管中实际气体流阻的比例差异。
进一步地，在本发明的一些实施例中，各所述气体分管分别具有不同的管道气体流阻。所述预设气体流阻为各所述管道气体流阻的最大值的五倍以上或十倍以上。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述不同的管道气体流阻是由各所述气体分管之间的管道长度差异、弯折数量差异、弯折角度差异、口径差异、内壁粗糙度差异、微粒沉积差异中的至少一者导致。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述流体阻尼机构被设于对应的气体分管及工艺腔室之间，其第一端连接所述气体分管的第二端，以获取所述传输气体的分气流，而其第二端连接所述工艺腔室的喷淋板，以经由所述喷淋板将所述传输气体均匀地喷洒到所述工艺腔室中。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述流体阻尼机构的第一端设有锥形进气孔。所述锥形进气孔的内径自其输入端向其输出端递减。所述输出端的内径小于所述气体分管的内径，以增大所述气体分管的实际气体流阻。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述输出端的内径为所述气体分管的内径的1倍以下。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述流体阻尼机构的第二端设有挡气板，以增大所述气体分管的实际气体流阻。所述挡气板上设有多个过气孔，以允许所述传输气体经由所述过气孔进入所述喷淋板。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述多个过气孔的过气孔总面积为所述挡气板总面积的1倍以下。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述气源包括反应气体源或载气源。
此外，根据本发明的第二方面提供的半导体器件的加工设备包括：气箱，用于提供反应气体和/或载气；如本发明第一方面所述的分气机构，其中，所述分气机构的气体总管的第一端连接所述气箱，以获取所述反应气体和/或所述载气的总气流，所述分气机构的多根气体分管的第二端分别连接多个平行工艺腔室，以分别向多个平行工艺腔室提供所述反应气体和/或所述载气均匀的分气流；以及所述多个平行工艺腔室，分别连接所述分气机构的各所述气体分管的第二端，以基于所述反应气体的分气流加工晶圆，和/或基于所述载气的分气流进行腔室吹扫。
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提供的分气机构的结构示意图。
图2A示出了根据本发明的一些实施例提供的具有锥形进气孔的多站腔室结构示意图。
图2B示出了根据本发明的一些实施例提供的锥形进气孔的示意图。
图3示出了根据本发明的一些实施例提供的具有多孔结构的多站腔室的示意图。
附图标记
10 气体总管
20 气体分管
30 流体阻尼机构
301 进气铝块
302 陶瓷管道
31 锥形进气孔
32 挡气板
321 过气孔
41 喷淋板
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，现有的原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)设备通常采用将气体总管的一端直接分为多条分支管道，以输送反应气体至多个反应腔室的分气结构。然而，受分气通道不对称的安装结构，以及安装或使用造成的工艺管道安装变形等误差，气体总管分流到各腔室的流阻往往并不一致，从而导致流至各腔室的气体流量不均，并造成每站的吹扫效率的不均匀。
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种分气机构及一种半导体器件的加工设备，用于减小管道流阻不一致给各站带来反应气流不均匀的影响，从而提升以使各站进气量的均匀性，减少由进气不均导致的微粒污染问题，并提升ALD机台的整体产能。
在一些非限制性的实施例中，本发明的第一方面提供的上述分气机构可以被配置于本发明第二方面提供的半导体器件的加工设备中实施。
具体来说，本发明的第二方面提供的上述半导体器件的加工设备中包括气箱、多个平行的工艺腔室，以及本发明的第一方面提供的上述分气机构。该气箱用于向气体总管提供反应气体和/或载气。该分气机构的气体总管的第一端连接气箱，以获取反应气体和/或载气的总气流。该分气机构的多根气体分管的第二端分别连接多个平行工艺腔室，以分别向多个平行工艺腔室提供反应气体和/或载气均匀的分气流体。该多个平行的工艺腔室分别连接分气机构的各气体分管的第二端，以基于反应气体的分气流加工晶圆，和/或基于载气的分气流进行腔室吹扫。
以下将结合一些气体分流的实施例来描述上述分气机构的气体分流原理。本领域的技术人员可以理解，这些气体分流的的实施例只是本发明提供的一些非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制该分气机构的全部功能或全部工作方式。
首先请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的分气机构的示意图。
如图1所示，分气机构包括气体总管10、多根气体分管20及多个流体阻尼机构30。
具体来说，该气体总管10的第一端连接气源，以获取传输气体的总气流。在此，该气源包括但不限于反应气体源或载气源。
此外，该多根气体分管20的第一端分别连接气体总管10的第二端，以根据本管及其他气体分管20的实际气体流阻，从气体总管10获取传输气体对应流量的分气流。该多根气体分管20的第二端分别连接半导体器件加工设备的多个平行工艺腔室，以将从气体总管10获取的分气流进一步传输到对应的工艺腔室。
进一步地，受各气体分管20之间的管道长度差异、弯折数量差异、弯折角度差异、口径差异、内壁粗糙度差异、微粒沉积差异等因素的影响，各气体分管20可以分别具有不同的管道气体流阻。为此，在一些实施例中，配置于各气体分管20的流体阻尼机构30的预设气体流阻可以相同，并优选为各气体分管20的管道气体流阻中最大值的五倍以上或十倍以上。
进一步地，如图1所示，该多个流体阻尼机构30可以被优选地设于对应的气体分管20及工艺腔室之间，其第一端连接气体分管20的第二端，以获取传输气体的分气流，而其第二端经由陶瓷管道302连接工艺腔室的喷淋板41，以经由喷淋板41将传输气体均匀地喷洒到工艺腔室中。如此，该多个流体阻尼机构30即可通过同步增大各气体分管20中实际气体流阻的阻值，以缩小各气体分管20中实际气体流阻的比例差异，从而提升各站进气量的均匀性，减少由进气不均导致的微粒污染问题，并提升ALD机台的整体产能。
请进一步参考图2A～图2B。图2A示出了根据本发明的一些实施例提供的具有锥形进气孔的多站腔室结构示意图。图2B示出了根据本发明的一些实施例提供的锥形进气孔的示意图。
如图2A～图2B所示，在本发明的一些实施例中，流体阻尼机构30可以被设于进气铝块301的侧壁，其第一端设有锥形进气孔31。在此，该锥形进气孔31的内径可以自其输入端向其输出端递减，以避免颗粒沉积的风险。
进一步地，在一些实施例中，该锥形进气孔31输出端的内径可以小于气体分管20的内径，并优选为气体分管20的内径的1倍以下，以有效增大气体分管20的实际气体流阻。
此外，请参考图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的具有多孔结构的多站腔室的示意图。
如图3所示，在本发明的一些实施例中，流体阻尼机构30的第二端还可以设有挡气板32。该挡气板32上设有多个过气孔321，以允许传输气体经由过气孔321进入喷淋板41，并使气流均匀分布，从而避免气流分布不均导致的吹扫不彻底或成膜不均匀的风险。
进一步地，在一些实施例中，该多个过气孔321的过气孔321总面积可以优选为挡气板32总面积的1倍以下，以有效增大气体分管20的实际气体流阻。
以下将结合两个气体分管20的实施例，描述上述分气机构的分气原理以及增加不同流阻值对该分气机构调节能力差异的影响。
具体来说，本发明可以首先每站流量的表达式为：
其中，Q为每站流量，R为每站的管道气体流阻，△P为压差。如此，在各分气管道的管道气体流阻相近的情况下，当气箱经由气体总管10输入的反应气体或载气的总流量为2Q时，每站流量为Q，每站实际气体流阻约为R，分气机构可以向反应腔室输入均匀的分气流体。
基于以上定义，在本发明的一参照例中，当流阻偏差为RA＝1.1R时，ALD设备各站流量Q的表达式可以为：
也就是说，该对流阻偏差流量产生10％的影响。吹扫时间和流量成正比，吹扫效率不均匀会增加吹扫时间，对机台的产能有负面影响。
相较上述参照例，在本发明图1所示的实施例中，假设各分气管道20的管道气体流阻均在R附近。如此，在增加流体阻尼机构30的预设气体流阻10R后，各分气管道20的流量表达式为：
其中，Q为流量，R为管道气体流阻，△P为压差。如此，在各分气管道的管道气体流阻相近的情况下，当气箱经由气体总管10输入的反应气体或载气的总流量为2Q时，每站流量为Q，每站实际气体流阻约为10R+R，分气机构可以向反应腔室输入均匀的分气流体。
基于以上定义，当流阻偏差为RA＝1.1R时，ALD设备各站流量Q的表达式可以为：
也就是说，通过在原有气体管道流阻R的基础上提升10R的预设流阻后，相同的0.1R的流阻偏差，仅对各气体分管20的流量产生小于1％的影响。
因此，当气箱经由上述分气机构向ALD设备的各站提供载气时，可以在在各站形成均匀的吹扫效率，从而有效减少吹扫的总时间(取决于吹扫效率最低者)，并提高ALD机台的整体产能。
相同地，当气箱经由上述分气机构向ALD设备的各站提供反应气体时，也可以在在各站形成均匀的薄膜沉积效率，从而有效提升ALD设备各站薄膜沉积效率的均匀性，并提升半导体器件参数及性能的一致性。
综上，本发明提供的上述分气分气机构及半导体器件的加工设备，均能有效减小管道流阻不一致给各站带来反应气流不均匀的影响，从而提升各站进气量的均匀性，减少由进气不均导致的微粒污染问题，提升ALD机台的整体产能，并提高各站工艺的一致性。
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。
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)

1.一种分气机构，其特征在于，包括：
气体总管，其第一端连接气源，以获取传输气体的总气流；
多根气体分管，其中，所述多根气体分管的第一端分别连接所述气体总管的第二端，以根据本管及其他气体分管的实际气体流阻，从所述气体总管获取所述传输气体对应流量的分气流，所述多根气体分管的第二端分别连接半导体器件加工设备的多个平行工艺腔室；以及
多个流体阻尼机构，其中，所述多个流体阻尼机构具有相同的预设气体流阻，并分别连接各所述气体分管，增大各所述气体分管中实际气体流阻的阻值，以缩小各所述气体分管中实际气体流阻的比例差异。
2.如权利要求1所述的分气机构，其特征在于，各所述气体分管分别具有不同的管道气体流阻，所述预设气体流阻为各所述管道气体流阻的最大值的五倍以上或十倍以上。
3.如权利要求2所述的分气机构，其特征在于，所述不同的管道气体流阻是由各所述气体分管之间的管道长度差异、弯折数量差异、弯折角度差异、口径差异、内壁粗糙度差异、微粒沉积差异中的至少一者导致。
4.如权利要求1所述的分气机构，其特征在于，所述流体阻尼机构被设于对应的气体分管及工艺腔室之间，其第一端连接所述气体分管的第二端，以获取所述传输气体的分气流，而其第二端连接所述工艺腔室的喷淋板，以经由所述喷淋板将所述传输气体均匀地喷洒到所述工艺腔室中。
5.如权利要求4所述的分气机构，其特征在于，所述流体阻尼机构的第一端设有锥形进气孔，所述锥形进气孔的内径自其输入端向其输出端递减，其中，所述输出端的内径小于所述气体分管的内径，以增大所述气体分管的实际气体流阻。
6.如权利要求5所述的分气机构，其特征在于，所述输出端的内径为所述气体分管的内径的1倍以下。
7.如权利要求4所述的分气机构，其特征在于，所述流体阻尼机构的第二端设有挡气板，以增大所述气体分管的实际气体流阻，其中，所述挡气板上设有多个过气孔，以允许所述传输气体经由所述过气孔进入所述喷淋板。
8.如权利要求7所述的分气机构，其特征在于，所述多个过气孔的过气孔总面积为所述挡气板总面积的1倍以下。
9.如权利要求1所述的分气机构，其特征在于，所述气源包括反应气体源或载气源。
10.一种半导体器件的加工设备，其特征在于，包括：
气箱，用于提供反应气体和/或载气；
如权利要求1～9中任一项所述的分气机构，其中，所述分气机构的气体总管的第一端连接所述气箱，以获取所述反应气体和/或所述载气的总气流，所述分气机构的多根气体分管的第二端分别连接多个平行工艺腔室，以分别向多个平行工艺腔室提供所述反应气体和/或所述载气均匀的分气流；以及
所述多个平行工艺腔室，分别连接所述分气机构的各所述气体分管的第二端，以基于所述反应气体的分气流加工晶圆，和/或基于所述载气的分气流进行腔室吹扫。
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