CN215209615U - 半导体设备反应腔室的匀流装置、反应腔室和半导体设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体设备反应腔室的匀流装置、反应腔室和半导体设备，其中匀流装置包括：匀流板；匀流板的内部沿匀流板的厚度方向间隔设有上层气流通道和下层气流通道；上层气流通道和下层气流通道均从匀流板的中央延伸至匀流板的侧壁边缘；匀流板的中央区域相邻设有第一进气口和第二进气口；第一进气口与上层气流通道连通，用于通入第一反应源气体；第二进气口与下层气流通道连通，用于通入第二反应源气体。本实用新型的匀流板分为上层气流通道和下层气流通道，有效降低公共气流流通面积，隔离两种气源，避免了两种反应气源相遇的风险，延长了PM周期，减少了吹扫时间，提高产能。

Description

半导体设备反应腔室的匀流装置、反应腔室和半导体设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，更具体地，涉及一种半导体设备反应腔室的匀流装置、反应腔室和半导体设备。

背景技术

随着集成电路技术的发展，电子元器件逐渐向着微型、高密、立体等方向发展，这也对薄膜沉积设备提出了更高的要求，原子层沉积技术越来越受到人们的重视。原子层沉积技术是一种以单原子层的方式逐层累积制备薄膜的方法，具有明显的自限制性的特点，即活化位点完全吸附后，将不再发生额外的反应，这也决定了其薄膜具有厚度精准可控、均匀性优异、台阶覆盖率高等众多优点。但原子层沉积技术主要是通过两个半反应交替脉冲式通入沉积单元以进行薄膜制备，其中两种反应物在沉积单元中需完全隔离、不能相遇，否则将产生类CVD反应，影响沉积薄膜质量。

在原子层沉积过程中，为保证薄膜具有优异均匀性、优良的颗粒表现，两种反应源不允许相遇。因此，在原子层反应的公共沉积单元，两种源共用的区域越小越有利于两种源隔离。但是在现有设备设计中，为了结构简单、易加工、成本低及占用空间小等因素，未能满足最小化共用区域的要求。例如：在先进制程逻辑器件前道氧化铪制备工艺中，扇形匀流板上只有一条流气通道，金属前驱体与氧源共用传输区域，增加了两种反应源相遇的风险，缩短PM周期，提高设备成本；另外各流向的气流流量不固定，极易形成涡流，导致反应源不能均匀分布，影响薄膜质量；两种反应源公共区域面积大，导致吹扫时间加长，产能降低。

因此，期待一种新的匀流装置，能够有效的解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种半导体设备反应腔室的匀流装置、反应腔室和半导体设备。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种原半导体设备反应腔室的匀流装置，包括：

匀流板；

所述匀流板的内部沿所述匀流板的厚度方向间隔设有上层气流通道和下层气流通道；

所述上层气流通道和所述下层气流通道均从所述匀流板的中央延伸至所述匀流板的侧壁边缘；

所述匀流板的中央区域相邻设有第一进气口和第二进气口；

所述第一进气口与所述上层气流通道连通，用于通入第一气体；

所述第二进气口与所述下层气流通道连通，用于通入第二气体。

可选方案中，所述上层气流通道和所述下层气流通道的出气方向位于所述匀流板的同侧。

可选方案中，所述匀流板为圆形板状，所述上层气流通道和所述下层气流通道均呈扇形，所述第一进气口和所述第二进气口位于所述匀流板的圆心附近。

可选方案中，所述上层气流通道包括多个呈扇形的子上层气流通道，所述下层气流通道包括多个呈扇形的子下层气流通道。

可选方案中，多个所述子上层气流通道和多个所述子下层气流通道在所述匀流板表面的投影交替分布。

可选方案中，多个所述子上层气流通道等间隔分布，多个所述子下层气流通道等间隔分布。

可选方案中，所述子下层气流通道的数量与所述子上层气流通道的数量相差一个。

可选方案中，多个所述子上层气流通道和多个所述子下层气流通道在所述匀流板表面的整体投影为扇形，且所述扇形的角度为120度。

本实用新型还提供了一种半导体设备的反应腔室，包括上述的匀流装置。

本实用新型还提供了一种半导体设备，包括第一反应源、第二反应源和多个进气管路，还包括上述的反应腔室，所述第一反应源通过一个所述进气管路与匀流板的第一进气口连接，用于提供第一反应源气体，所述第二反应源通过另一个所述进气管路与所述匀流板的第二进气口连接，用于提供第二反应源气体。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的匀流板分为上层气流通道和下层气流通道，有效降低公共气流流通面积，隔离两种气源，避免了两种反应气源相遇的风险，延长了PM(PreventiveMaintenance)周期，减少了吹扫时间，提高产能。

进一步地，上层气流通道包括多个子上层气流通道；下层气流通道包括多个子下层气流通道，小面积的子通道，降低气流形成涡流的风险，提高了反应源气流的均匀性，提高薄膜质量。

本实用新型具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1示出了根据本实用新型一实施例的匀流板的剖面图。

图2为图1的匀流板B-B截面的结构示意图。

图3为图1的匀流板C-C截面的结构示意图。

图4示出了本实用新型一实施例中一种半导体设备的主要结构示意图。

标号说明

1-反应腔室；2-匀流装置；3-基座；4-干泵；5-第一反应源；6-第二反应源；7-进气管路；8-进气管路；9-进气管路；10-进气管路；30-匀流板；31-下层气流通道；32-上层气流通道；3012-第一进气口；3011-第二进气口；301-子下层气流通道；302-子上层气流通道。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型。虽然本实用新型提供了优选的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实用新型中的具体含义。

本实用新型一实施例提供了一种半导体设备反应腔室的匀流装置，该匀流装置包括匀流板，图1至图3示出了本实施例中匀流板的不同剖面的示意图，请参照图1至图3：

该匀流板30的内部沿匀流板30的厚度方向间隔设有上层气流通道32和下层气流通道31；

上层气流通道32和下层气流通道31均从匀流板30的中央延伸至匀流板30侧壁边缘；

匀流板30的中央区域相邻设有第一进气口3012和第二进气口3011；

第一进气口3012与上层气流通道32连通，用于通入第一反应源气体；

第二进气口3011与下层气流通道31连通，用于通入第二反应源气体。

具体地，本实施例将现有匀流装置两种反应源气体共用同一进气口、同一气流通道，改为独立的第一进气口3012和第二进气口3011，相应地，气流通道分为上层气流通道32和下层气流通道31，第一进气口3012连通上层气流通道32，第二进气口3011连通下层气流通道31。第一进气口3012和第二进气口3011位于匀流板的中央区域，上层气流通道32和下层气流通道31的气体流出口均位于匀流板30的侧壁边缘处。本实施例中，匀流板30的材质为金属。

本实用新型的匀流板分为上层气流通道和下层气流通道，有效降低公共气流流通面积，隔离两种气源，避免了两种反应气源相遇的风险，延长了PM(PreventiveMaintenance)周期，同时减少了吹扫时间，提高设备产能。

本实施例中，上层气流通道32和下层气流通道31在匀流板30表面方向上的投影相互错开。为了降低加工难度、保证双通道间在高温使用时不变形及固定气流流向等问题，采用错层错排通道设计。

本实施例中，上层气流通道32和下层气流通道31的出气方向位于匀流板30的同侧。在其他实施例中，两层气流通道的出气方向也可以相对设置，当然，两层气流通道也可以周向分布于匀流板的四周。可以理解，本实用新型并不限定两层气流通道的出气方向、出口大小以及两层气流通道出口之间的位置关系。

本实施例中，匀流板30为圆形板状，上层气流通道32和下层气流通道31均呈扇形，第一进气口3012和第二进气口3011位于匀流板30的圆心附近。可选实例中，扇形的角度为120度，当然也可以为60度，90度，150度等，本实用新型并不做限定。

参考2和图3，上层气流通道32包括多个呈扇形的子上层气流通道302，下层气流通道31包括多个呈扇形的子下层气流通道301。每个子上层气流通道302的大小形状可以相同也可以不同，每个子下层气流通道301的大小形状可以相同也可以不同。将上、下层气流通道分为多个，减小了气流通道的面积，小面积的子气流通道，降低了气流形成涡流的风险，提高了反应源气流的均匀性，提高了薄膜质量。

本实施例中，多个子上层气流通道302大小相等，且等间隔分布，多个子下层气流通道301的大小相等，且等间隔分布。其他实施例中，相邻子上层气流通道302或相邻子下层气流通道301本身的形状大小，或之间的间隔也可以不同。本实施例中，子上层气流通道302为2个，下层气流通道301的数量为3个，子上层气流通道302和子下层气流通道301在匀流板30表面的投影交替分布。在其他实施例中，子上层气流通道302、子下层气流通道301的数量也可以为4个、5个等。可选方案中，子下层气流通道301的数量与子上层气流通道302的数量相差一个。为了使气流场相对于匀流板一致，尽量保持各流道均匀对称分布(如各子通道大小形状相等，间隔相等)。上下层子气流通道相差一条有利于使气流场稳定，本实施例中，多个子上层气流通道302和多个子下层气流通道301在匀流板30表面的整体投影为扇形(上下子通道的投影互补，以形成完整的扇形)，且扇形的角度为120度。在一个具体的实施例中，子上层气流通道的数量为4条，子下层气流通道的数量为5条，每条通道的角度为120°/(4+5)，每条通道的角度约13°。图中的箭头为气流流向。

本实用新型一实施例还提供了一种半导体设备的反应腔室，包括上述的匀流装置，该反应腔室可以进行半导体沉积工艺。

参考图4，本实用新型一实施例还提供了一种半导体设备，包括第一反应源5、第二反应源6和多个进气管路，还包括上述的反应腔室1，第一反应源5通过一个进气管路与匀流板30的第一进气口连接，用于提供第一反应源气体，第二反应源6通过另一个进气管路与匀流板的第二进气口连接，用于提供第二反应源气体。第一反应源5和第二反应源6通常为存储反应源的罐体。

本实施例示出了四条进气管路，其中进气管路7的一端通入载气以携载第一反应源5提供的第一反应源气体进入匀流板30的第一进气口，第一反应源5例如金属前驱体；进气管路8的一端通入载气以携载第二反应源6提供的第二反应源气体进入匀流板30的第二进气口，第二反应源6例如氧源。进气管路9和进气管路10用于输送工艺阶段或吹扫阶段需要的气体，如高纯氮气或惰性气体。反应腔室1中设有基座3，匀流装置2设置于反应腔室1内的上部，与基座3相对设置。反应腔室1还设有出气口，出气口通过排气管路与干泵4连接，用于排出反应腔室1内的气体。本实施例中，反应腔室1的出气口位于底部右侧，匀流板30的两层气流通道的出口端均朝向反应腔室1的左侧，这样可以使气体均匀地流过基座上方晶圆的表面。反应腔室1出气口的位置和两层通道的出口朝向有关。在另一个实施例中，出气口位于反应腔室1的中部，匀流板的两层气流通道的出口端位于匀流板的相对侧。

本实施例中原子层沉积反应过程中，主要分以下四步进行：

第一步：金属前驱体(如固态铪源)通过匀流板的上层气道进入反应腔室。

第二步：高纯氮气或惰性气体吹扫反应腔室。

第三步：氧源通过匀流板的下层气道通入反应腔室。

第四步：高纯氮气或惰性气体吹扫反应腔室。

第五步：判断是否完成循环。判断为否，则执行第二步；判断为是，则结束工艺。

本实用新型的半导体设备通过匀流装置传输两种反应源气体，两种反应源气体在传输时相互隔离，避免了两种反应气源相遇的风险，延长了PM周期，减少了吹扫时间，提高产能。通过合理布局反应腔室的出气口与匀流装置出气口的位置关系，提高反应源气体气流的稳定性，提高薄膜沉积质量。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种半导体设备反应腔室的匀流装置，其特征在于，包括：

匀流板；

所述匀流板的内部沿所述匀流板的厚度方向间隔设有上层气流通道和下层气流通道；

所述上层气流通道和所述下层气流通道均从所述匀流板的中央延伸至所述匀流板的侧壁边缘；

所述匀流板的中央区域相邻设有第一进气口和第二进气口；

所述第一进气口与所述上层气流通道连通，用于通入第一反应源气体；

所述第二进气口与所述下层气流通道连通，用于通入第二反应源气体。

2.根据权利要求1所述的匀流装置，其特征在于，所述上层气流通道和所述下层气流通道的出气方向位于所述匀流板的同侧。

3.根据权利要求1所述的匀流装置，其特征在于，所述匀流板为圆形板状，所述上层气流通道和所述下层气流通道均呈扇形，所述第一进气口和所述第二进气口位于所述匀流板的圆心附近。

4.根据权利要求3所述的匀流装置，其特征在于，所述上层气流通道包括多个呈扇形的子上层气流通道，所述下层气流通道包括多个呈扇形的子下层气流通道。

5.根据权利要求4所述的匀流装置，其特征在于，多个所述子上层气流通道和多个所述子下层气流通道在所述匀流板表面的投影交替分布。

6.根据权利要求5所述的匀流装置，其特征在于，多个所述子上层气流通道等间隔分布，多个所述子下层气流通道等间隔分布。

7.根据权利要求5所述的匀流装置，其特征在于，所述子下层气流通道的数量与所述子上层气流通道的数量相差一个。

8.根据权利要求4-7任一项所述的匀流装置，其特征在于，多个所述子上层气流通道和多个所述子下层气流通道在所述匀流板表面的整体投影为扇形，且所述扇形的角度为120度。

9.一种半导体设备的反应腔室，包括权利要求1至8任一项所述匀流装置。

10.一种半导体设备，包括第一反应源、第二反应源和多个进气管路，其特征在于，还包括权利要求9所述的反应腔室，所述第一反应源通过一个所述进气管路与匀流板的第一进气口连接，用于提供第一反应源气体，所述第二反应源通过另一个所述进气管路与所述匀流板的第二进气口连接，用于提供第二反应源气体。

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