一種應用于薄膜沉積技術的氣體分配器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體原子層沉積技術領域，更具體地，涉及一種應用于半導體原子層沉積技術的可均勻分配反應氣體并可防止在原子層沉積時誤發生化學氣相沉積反應的氣體分配器。
【背景技術】
[0002]目前，薄膜沉積反應系統和方法廣泛應用于多個領域的設備中，如:半導體、集成電路、太陽能電池板、平面顯示器、微電子、發光二極管等。利用化學氣相沉積(ChemicalVapour Deposit1n, CVD)技術在基底表面形成10 μ m或小于10 μ m的薄膜是進行薄膜沉積的一種普遍方法。多數的CVD技術一般需要提供多種氣體或蒸汽沉積生成薄膜，以便獲得期望的性能和化學成分，并且，反應氣體一般是在反應腔室中先進行混合并在一定條件下來發生所需的反應的。
[0003]而在另外一些薄膜沉積工藝例如利用原子層沉積(Atomic Layer Deposit1n,ALD)技術進行的薄膜沉積方法中，要求多種反應氣體或蒸汽以擇一方式相繼地、連續地進入反應腔室，并且在進入腔室之前不能發生相互反應。由于ALD技術具有可生成具有一定特性的、極其薄的薄膜的優點，因此，在某些應用場所具有CVD技術不可比擬的應用價值，得以替代CVD技術。ALD技術的原理是，將第一種反應氣體或蒸汽經過一氣體分配器進入反應腔室，通過化學吸附或物理吸附在其可接觸的所有表面(包括基底表面)形成單層原子層；在將反應腔室內未被吸附的殘留氣體吹掃干凈后，再向反應腔室內通入第二種反應氣體或蒸汽，與第一種反應氣體吸附在表面形成的單層原子層發生反應，生成期望的薄膜，然后再次將反應腔室內未被吸附的殘留氣體吹掃干凈。重復上述過程，直至得到期望的薄膜厚度。由于ALD技術的特性，第一種反應氣體和第二種反應氣體必須獨立地、分別地通過氣體分配器通入到反應腔室中。在ALD反應中，如果第一種反應氣體和第二種反應氣體在氣體輸送的過程中相遇，就會發生反應。這種不期望的反應其實就是一種CVD反應。雖然在某些場合的CVD反應中，將反應氣體或蒸汽在進入反應腔室之前進行混合具有一定的優點，但是，在ALD反應中，如果一些反應氣體或蒸汽由于某種原因而在氣體輸送的過程中發生相遇，例如在反應腔室、氣體輸送管路或者氣體分配器的內表面發生我們所不希望的CVD反應，以至于反應氣體或蒸汽在進入反應腔室之前有所損耗，或之前的反應物進入反應腔室和基底表面，就會影響薄膜沉積的質量和效果。
[0004]由于ALD技術的周期性和次序性特性，在一種反應氣體被送入反應腔室之前，將反應腔室內殘留的另一種反應氣體吹掃干凈就成為一項重要工作。在薄膜沉積技術中，一般是通過排氣和吹掃的方式來清理腔室內的殘余氣體。由于吹掃方法速度快、效率高，經常為首選方法。吹掃方法主要為通過氣體分配器向腔室內通入低活性或惰性氣體(如:氦氣、氮氣、氬氣等)。并且，如果在通入下一種反應氣體之前，能夠減少吹掃殘余氣體的時間，就能明顯提高薄膜沉積周期的生產率，具有相當的經濟價值。
[0005]影響獲得所期望的薄膜特性所需要的吹掃氣體量的決定因素有很多，其中一些因素例如反應物的化學性質和物理性質，難以實際控制；還有一些因素例如惰性氣體流速和需要吹掃的空間體積，可通過恰當的反應系統設計和工藝設置進行控制。不過，雖然對惰性氣體流速可以很容易實現自動控制，但是，在沉積工藝已預成型的前提下，惰性氣體流速可調節范圍實際是很小的。并且，為防止惰性氣體流速過大而產生湍流氣體環境，從而產生微粒進入氣體分配器和反應腔室，惰性氣體的流速可調范圍實際上也不宜過大。需要吹掃的空間范圍主要由氣體分配器內部空間體積、輸送反應氣體到反應腔室的管路體積和反應腔室本身內部空間體積所組成。一般來說，需要吹掃的空間體積越小，吹掃周期也越短。另外，許多CVD技術和ALD技術對反應腔室內和基底表面反應氣體的進氣均勻性很敏感，進氣不均勻會導致基底表面薄膜厚度不均。
[0006]上述決定獲得所期望的薄膜特性所需要的吹掃氣體量的因素，對起用于輸送并能夠均勻分配反應氣體作用的氣體分配器的設計，提出了更高的要求。
[0007]美國發明專利申請US 6921437 B1氣體分配系統(Gas Distribut1n System)公開了一種氣體分配器，通過設置在分配器內部的雙層樹狀網絡來實現對反應氣體的分配和輸送。該發明專利申請公開的氣體分配器雙層網絡結構雖然能夠實現兩種反應源獨立通入，但由于各層氣體分配器管路均為等徑(或等截面積)，容易導致管路末端由于氣體壓力逐漸減小而出現氣體不均勻現象；同時由于其管路中存在的壓力減小和流量降低的影響，吹掃氣體就不易將此處管道內殘留的前一種氣體吹掃干凈，從而極易誤發生CVD反應。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種應用于薄膜沉積技術的氣體分配器，可均勻分配反應氣體并可防止在原子層沉積時誤發生化學氣相沉積反應。
[0009]為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0010]一種應用于薄膜沉積技術的氣體分配器，設于原子層沉積設備反應腔室內，位于放置硅片的基座正上方，所述氣體分配器包括一本體，所述本體內設有氣體分配網絡，所述氣體分配網絡包括若干個氣體分配主管，其以內端作為共同連通點形成均勻的輻射狀設置，各氣體分配主管兩側以相同夾角分別均勻設有若干氣體分配支管，位于相鄰氣體分配主管之間的各氣體分配支管相互平行設置，所述氣體分配主管通過由其共同連通點上方引出的進氣管連通至本體的進氣口，沿各氣體分配支管均勻地向下垂直設有若干出氣管，各出氣管分別連通至本體下端面對應的出氣口，所述氣體分配主管、支管的外端封閉；其中，各氣體分配主管、支管的橫截面積按朝向其各自的外端方向逐漸減小設置，氣體分配主管兩側的各氣體分配支管內端之間的橫截面積按朝向其連通的氣體分配主管外端方向逐漸減小設置。
[0011]優選地，所述氣體分配網絡的數量為1至若干個；其中，當所述氣體分配網絡的數量為2個及以上時，各氣體分配網絡之間按上、下層錯位獨立設置，各氣體分配網絡的進氣管分別連通本體設有的對應進氣口、出氣管分別連通本體下端面設有的對應出氣口，各氣體分配網絡全部的出氣管在垂直于基座方向分別形成的投影區域能夠將基座上放置的硅片覆蓋在內。
[0012]優選地，所述氣體分配主管、支管的橫截面為圓形、橢圓形、矩形、正多邊形或異形中的任意一種形狀。
[0013]優選地，所述氣體分配主管、支管位于相同水平面，所述本體的下端面為水平面。
[0014]優選地，所述氣體分配支管在氣體分配主管的兩側錯位設置。
[0015]優選地，各所述氣體分配主管或支管的橫截面積朝向其外端方向以等比例減小或等面積量減小方式設置；氣體分配主管兩側的各氣體分配支管內端之間的橫截面積按朝向其連通的氣體分配主管外端方向以等比例減小或等面積量減小方式設置。
[0016]優選地，各所述氣體分配主管或支管橫截面積的減小總量為50?90% ;氣體分配主管兩側的各氣體分配支管內端之間橫截面積的減小總量為10?50%。
[0017]優選地，所述氣體分配主管的數量為3-6個。
[0018]優選地，所述夾角為180° /η,其中η為氣體分配主管的個數。
[0019]優選地，所述夾角為30-60°。
[0020]從上述技術方案可以看出，本發明通過在氣體分配器的本體內設置輻射狀的氣體分配主管，以及在氣體分配主管兩側錯位設置氣體分配支管，并沿氣體分配主管向氣體分配支管方向管路橫截面積逐漸減小，形成樹狀的氣體分配網絡，使從氣體分配網絡中心位置的進氣管通入的反應氣體或蒸汽可由眾多規律分布的出氣管垂直均勻地吹向所覆蓋的硅片表面，不但可以提高通入氣體的均勻性，縮小氣體分配器與硅片之間的安裝距離，實現在硅片上的均勻反應、提高反應效率、節約反應氣體消耗及縮小設備體積，還可以利用各氣體分配主管、支管橫截面積逐漸縮小的特點，使吹掃氣體容易將位于氣體分配網絡邊緣位置的氣體分配主管、支管內的殘留氣體吹掃干凈，可避免不同反應氣體之間發生反應的現象，在實現減少吹掃時間、提高吹掃效率的同時，可以有效地防止在ALD反應中誤發生CVD反應。因此，本發明具有提高ALD反應的產率和良率及降低成本的顯著特點。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明一較佳實施例的一種應用于薄膜沉積技術的氣體分