氣相反應器和氣相反應器系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及氣相反應器和氣相反應器系統。示例性反應器包括具有漸變高度的反應室。反應器的高度漸變被認為用于減小沿著通過反應器的氣體流的壓降。示例性反應器也可包括在間隙內的間隔件，以控制在區域和反應室之間的氣體流。
【專利說明】
氣相反應器和氣相反應器系統
技術領域
[0001]本公開整體涉及氣相設備和方法。更具體地講，本公開涉及錯流反應器和部件、包括該反應器和部件的系統、以及使用該反應器、部件和系統的方法。
【背景技術】
[0002]諸如化學氣相沉積(CVD)反應器的氣相反應器包括例如原子層沉積(ALD)反應器，其可用于多種應用，包括在基底表面上形成層。這樣的反應器可用來沉積、蝕刻、清潔和/或處理基底上的層，以形成半導體裝置、平板顯示器裝置、光伏裝置、微機電系統(MEMS)等。
[0003]典型的氣相反應器系統包括反應器，反應器包括反應室、流體聯接到反應室的一個或多個前體氣體源、流體聯接到反應室的一個或多個載氣或凈化氣體源、用于將氣體(例如，(多種)前體氣體和/或(多種)載氣或凈化氣體)遞送至基底表面的氣體分布系統、以及流體聯接到反應室的排氣源。
[0004]錯流反應器是一種類型的氣相反應器，其特別地可用于反應室的快速吞吐和/或快速凈化為所需的時一例如用于ALD沉積。在錯流反應器中，氣體通常在反應室的一端處進入反應室，在反應室內側向地橫跨基底流動，并且在反應室的第二端部處離開。
[0005]錯流反應器的反應室通常是相對較小的，以允許室的快速凈化。小的反應室也增加了前體將與基底表面反應的概率。
[0006]然而，由于相對較小的反應室，錯流反應器往往會表現出從反應室的氣體入口側到反應室的流出口側的壓降。在反應室具有低的豎直高度的錯流反應器中和/或在反應室具有在氣體入口和流出口之間的長流動路徑的反應器中，壓降可能是顯著的。前體的吸收和/或反應物在基底表面上的反應通常與反應室內的壓力成正比。因此，反應室內的壓降可造成沿著基底的表面(例如，在基底的前緣和后緣之間)的吸附/反應速率中的差值，這又可導致反應室內的過程的不均勻性增加。因此，需要改進的反應器和反應室。
[0007]與錯流反應器相關聯的另一個問題是在反應室和例如反應器的下部或加載/卸載區域之間的不均勻的氣體流。許多反應器在反應室和加載/卸載區域之間不形成完整的密封，而是允許在這兩個區域之間的受控的氣體流。然而，在反應器的兩個區域之間的壓差可圍繞基底的周邊不同。不均勻的壓力又可導致在基底的背面和邊緣上的沉積或與基底反應以及其它問題。因此，需要在反應室和反應器內的另一個室之間具有更均勻的壓差的改進的反應器設計。
【發明內容】
[0008]本公開的各種實施例提供了改進的錯流反應器、錯流反應器的部件和包括該反應器的系統。錯流反應器和系統適合在多種氣相過程中使用，例如，化學氣相沉積過程(包括等離子增強化學氣相沉積過程)、氣相蝕刻過程(包括等離子增強氣相蝕刻過程)、氣相清潔(包括等離子增強清潔過程)、以及氣相處理過程(包括等離子增強氣相處理過程)。如下文更詳細地闡述的，示例性的反應器、系統和方法可能特別適合其中來自反應室的氣體的相對短的吹掃時間為所需的過程一例如，原子層沉積過程。
[0009]根據本公開的各種實施例，氣相反應器包括:錯流反應室，其包括漸變的頂部表面和底部表面，底部表面包括底板的一部分和感受器的頂部表面的一部分;氣體擴散器，其聯接到反應室的入口 ；以及排放口，其聯接到反應室的出口。根據這些實施例的各個方面，相對于在出口處的在漸變的頂部表面和感受器和/或底板的頂部表面之間的距離，在漸變的頂部表面和感受器和/或底板的頂部表面之間的距離在靠近入口處更大。根據其它方面，相對于在入口處的在漸變的頂部表面和感受器和/或底板的頂部表面之間的距離，在漸變的頂部表面和感受器和/或底板的頂部表面之間的距離在靠近出口處更大。根據另外的方面，漸變的表面包括線性地漸變的表面。在漸變的頂部表面和感受器和/或底板的頂部表面之間的距離在或入口處或附近可以在約Imm和約1mm之間的范圍內。類似地，在漸變的頂部表面和感受器和/或底板的頂部表面之間的距離在或出口處或附近可以在約Imm和約1mm之間的范圍內。根據另外的示例性方面的氣相反應器可包括在感受器和底板之間的至少一個間隔件，例如銷。使用間隔件有利于在感受器和底板之間的一致的間距，同時仍允許在諸如反應器內的加載或過渡區域的區域和反應室之間的流動。根據另外的實施例，在感受器和底板之間的間隙包括豎直和/或水平間隙部段。
[0010]根據本公開的附加實施例，諸如原子層沉積(ALD)反應器的氣相反應器包括:錯流反應室，其包括頂部表面、側表面和底部表面，其中，在頂部表面和底部表面之間的距離從反應室的入口到反應室的出口漸變;氣體擴散器，其聯接到入口；以及排放口，其聯接到出口。在頂部表面和底部表面之間的距離漸變，使得在頂部表面和底部表面之間的距離從入口到出口增加或從入口到出口減小。根據這些實施例的各個方面，氣相反應器包括在感受器和底板之間的間隙。該間隙可包括一個或多個水平和/或豎直間隙部段。根據另外的方面，氣相反應器包括在感受器和底板之間的間隔件，例如銷。根據另外的示例性實施例，頂部表面為漸變的(例如，線性地)。
[0011]根據本公開的又一些示例性實施例，氣相反應器系統包括如本文所述的氣相反應器。例如，示例性系統包括氣相反應器，該氣相反應器包括錯流反應室，其中，反應室的豎直高度(例如，在頂部表面和底部表面之間的距離)是從入口到出口漸變的(或者增加地或者減少地)。根據這些實施例的各個方面，該系統也可包括下室和在反應室與下室之間的間隙。該系統可包括諸如銷的間隔件，以在反應室和下室之間提供所需的豎直和/或水平間隙。
[0012]以上
【發明內容】
和以下【具體實施方式】僅僅是示例性和說明性的，而并不限制本公開或要求保護的發明。
【附圖說明】
[0013]當結合下面的附圖考慮時，通過參看【具體實施方式】和權利要求書，可以得到對本公開的示例性實施例的更完整的理解。
[0014]圖1示出了根據本公開的示例性實施例的氣相反應器系統的一部分。
[0015]圖2示出了根據本公開的示例性實施例的氣相反應器系統的一部分的立體剖視圖。
[0016]圖3示出了根據本公開的示例性實施例的反應室的一部分的近距離視圖。
[0017]圖4示出了根據本公開的另外的示例性實施例的反應室的部分的另一個近距離視圖，示出了間隔件、感受器的一部分和底板的一部分。
[0018]圖5示出了根據本公開的附加的示例性實施例的在感受器和底板之間的間隙，該間隙包括水平間隙部段和豎直間隙部段。
[0019]圖6示出了根據本公開的另一些附加的示例性實施例的在感受器和底板之間另一個示例性間隙。
[0020]圖7示出了根據本公開的另一些附加的示例性實施例的在感受器和底板之間另一個示例性間隙。
[0021]圖8示出了根據本公開的另一些附加的示例性實施例的在感受器和底板之間另一個示例性間隙。
[0022]應當理解，附圖中的元件為了簡潔和清晰而示出，并且不一定按比例繪制。例如，附圖中的元件中的一些的尺寸可能相對于其它元件被夸大，以幫助改善對本公開的圖示實施例的理解。
【具體實施方式】
[0023]下文提供的示例性實施例的描述僅僅是示例性的，并且僅意圖用于說明目的；以下描述并非意圖限制本公開或權利要求的范圍。此外，具有所述特征的多個實施例的敘述并非意圖排除具有附加特征的其它實施例或并入所述特征的不同組合的其它實施例。
[0024]如下文更詳細地闡述的，本公開的各種實施例涉及氣相反應器和反應器系統，該系統包括高度可變的反應室和/或間隔件以幫助限定在反應器的感受器和底板之間的間隙。
[0025]圖1-5示出了根據本公開的示例性實施例的氣相反應器系統100的部分或部段。系統100包括反應器202，反應器202包括反應室204、感受器206、擴散器208、混合器102、反應室排放導管104和區域210，該區域在本文中有時稱為下室或加載/卸載區域。雖然未示出，但系統100可以附加包括:各種氣體源，例如，凈化氣體源和反應物氣體源;一個或多個排氣和/或真空源;和/或用于一種或多種反應物的直接和/或遠程等離子和/或熱激發設備中的一個或多個。
[0026]反應器202可用來將材料沉積到基底的表面上、蝕刻來自基底的表面的材料、清潔基底的表面、處理基底的表面、將材料沉積到反應室內的表面上、清潔反應室內的表面、蝕刻反應室內的表面、和/或處理反應室204內的表面。反應器202可以是獨立式反應器或群集工具的一部分。此外，反應器202可專用于沉積、蝕刻、清潔或處理過程，或者反應器202可用于多個過程，例如，用于沉積、蝕刻、清潔和處理過程的任何組合。以舉例的方式，反應器202可包括通常用于諸如原子層沉積(ALD)過程的化學氣相沉積(CVD)過程的反應器。
[0027]反應室204為錯流反應室。在操作期間，氣體經由擴散器208進入反應室204，并且水平地通過反應室204流至排放導管104。典型的錯流反應室具有在反應室的頂部表面和反應室的底部表面(例如，感受器206的頂部表面)之間的基本上恒定的高度。如上所述，這樣的設計可導致在橫跨反應室的氣體流的方向上的顯著的壓降，這又常常導致反應室內的基底的表面的不均勻的蝕刻、清潔、沉積和/或處理。
[0028]根據本公開的示例性實施例，反應室204包括在反應室212的頂部表面和感受器214和/或底板308的頂部表面之間的漸變的距離。起初，發明人認為使該距離從入口 216到出口 218由小到大漸變對于減小橫跨反應室的壓降將最有效。然而，發明人驚奇地發現減小在反應室212的頂部表面和感受器214和/或底板308的頂部表面之間的豎直距離更好地減小沿著反應室的流動路徑的壓差。這就是說，增加和減小在反應室212的頂部表面和感受器214和/或底板308的頂部表面之間的距離都減小沿著通過反應室204的氣體的流動路徑的壓降，并且導致在反應室204內的基底的更均勻的加工。
[0029]根據本公開的示例性實施例，在反應室212的頂部表面和感受器214的頂部表面之間的距離在入口 216處在約I mm和約I Omm、約2mm和約8mm、或約2.5mm和約7.5mm之間。根據另外的實施例，在反應室212的頂部表面和感受器214和/或底板308的頂部表面之間的距離在出口 218處在約Imm和約10mm、約2mm和約8mm、或約2.5mm和約7.5mm之間。以特定的不例為例，在反應室212的頂部表面和感受器214和/或底板308的頂部表面之間的距離在入口 216處為7.5mm，并且在反應室212的頂部表面和感受器214和/或底板308的頂部表面之間的距離在出口 218處為2.5mm。以其它示例為例，在反應室212的頂部表面和感受器214和/或底板308的頂部表面在入口 216處為2.5mm，并且在反應室212的頂部表面和感受器214和/或底板308的頂部表面之間的距離在出口 218處為7.5mm。
[0030]在反應室212的頂部表面和感受器214和/或底板308的頂部表面之間的高度差值可以是線性漸變的。備選地，漸變的高度差值可以是曲線的。此外，反應室212的頂部表面、感受器214的頂部表面和底板308的頂部表面中的一個或多個可以是漸變的。以舉例的方式，感受器206和底板308是水平線性的，并且反應室212的頂部表面從入口 216至出口218漸變(例如，線性地)。
[0031]感受器206設計成在加工期間將基底或工件(未示出)保持在位。根據一些示例性實施例，反應器202包括直接等離子設備，在這種情況下，感受器206可形成直接等離子電路的一部分。另外或備選地，感受器206可在加工期間被加熱、冷卻或處于環境過程溫度。以舉例的方式，感受器可在基底加工期間被加熱，使得反應器202以冷壁、熱基底構型操作。
[0032]根據本公開的示例性實施例，反應器202包括在反應室的底板308和感受器206之間的間隙，在圖3中大體表示為300。間隙300被構造成在基底加工期間允許一些氣體在區域210和反應室204之間流動。這樣的構型可減少與基底的背面的不期望的反應。
[0033]在圖示示例中，間隙300包括水平部段302、第一豎直部段304和第二豎直部段306。水平部段302可具有示出為圖5中所示LI的長度，該長度在約2mm和20mm、約5mm和15mm、或約7.5mm和12.5mm之間。示出為Dl的在底板308和感受器206之間的距離可沿著LI在從約0.001至約0.5mm、約0.01至約0.25mm、或約0.05至約0.2mm的范圍內變化，或者為約0.1mm。豎直部段304可具有示出為圖3中的Hl的長度，該長度在約2mm和20mm、約5mm和15mm、或約7.5mm和12.5mm之間。示出為D2的在底板308和感受器206之間的距離可沿著Hl在從約0.001至約
0.5mm、約0.01至約0.25mm、或約0.05至約0.2mm的范圍內變化，或者為約0.1mm。類似地，豎直部段306可具有示出為H2的長度，該長度在約2mm和20mm、約5mm和15mm、或約7.5mm和12.5mm之間。示出為D3的在底板308和感受器206之間的距離可沿著H2在從約0.001至約
0.5mm、約0.01至約0.25mm、或約0.05至約0.2mm的范圍內變化，或者為約0.1mm。
[0034]示例性反應器202可包括一個或多個間隔件402，以例如有利于一致地獲得在感受器206和底板308之間的所需間距。以舉例的方式，反應器202包括在I個和10個、2個和個8之間的、或約3個間隔件402。間隔件402可由任何合適的材料形成，例如，鈦、不銹鋼等。
[0035]在圖示示例中，間隔件402為(例如，帶螺紋的)銷。就帶螺紋的銷而言，銷的高度(例如，間隔件402的頂部404延伸超出感受器206的表面406的距離)可被操縱一例如通過擰緊或擰松間隔件402。
[0036]在圖示示例中，間隔件402包括頭部部段310和帶螺紋部段312。頭部部段310可以不是帶螺紋的，和/或可以被構造成接納工具以便能夠相對于感受器206操縱間隔件402。頭部部段310可駐留在感受器206的通路314內。帶螺紋部段312可通過螺紋接納在感受器206內的帶螺紋通路316內。備選地，間隔件402可以以相同或類似的方式附接到底板308，以便在底板308和感受器206之間提供所需的間距。
[0037]根據本公開的一些示例性實施例，底板308包括凹部602，以接納間隔件402的一部分(例如，頭部部段410的一部分)。在這些情況下，感受器206可被旋轉以對齊(多個)間隔件402與(多個)凹部602，從而允許感受器206直接接觸底板308。該構型可能可用于泄漏測試或用于對反應器202執行其它檢查或維護。在加工反應器202內的基底之前或期間，感受器206可接著被旋轉至加工位置，例如，圖5中所示位置。
[0038]圖7和圖8示出了根據本公開的附加的示例性實施例的反應室700的一部分和間隔件702。間隔件702類似于間隔件402，不同的是間隔件702包括凹部區域704。凹部區域704可用來接納定位螺釘以設定間隔件402的所需高度。
[0039]圖7和圖8還示出在感受器708和底板710之間的蛇形間隙706。蛇形間隙706包括第一區段712、第二區段714、第三區段716、第四區段718和第五區段720。區段712、718和720的尺寸可以與上述尺寸H1、D2、L1、D2和H2、D3相同或相似。第二區段714的高度可以在第一區段712的高度的從約1/4至約1/2的范圍內變化且具有相同的寬度，第三區段716的高度為第一區段712的高度的約1/4至約1/2且具有相同的寬度。
[0040]雖然本文闡述了本公開的示例性實施例，但應當理解，本公開不受其限制。例如，雖然反應器和系統結合各種具體構型進行描述，但本公開不一定限于這些示例。在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可以進行本文闡述的示例性系統和方法的各種修改、變型和改進。
[0041]除非另外指明，本公開的主題包括各種系統、部件和構型的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合和本文所公開的其它特征、功能、動作和/或特性，以及其任何和全部等同形式。
【主權項】
1.一種氣相反應器，包括: 錯流反應室，其包括漸變的頂部表面和底部表面，所述底部表面包括底板的一部分和感受器的頂部表面的一部分； 氣體擴散器，其聯接到所述反應室的入口 ；以及 排放導管，其聯接到所述反應室的出口。2.根據權利要求1所述的氣相反應器，其中，相對于在所述出口處的在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離，在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離在靠近所述入口處更大。3.根據權利要求1所述的氣相反應器，其中，相對于在所述入口處的在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離，在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離在靠近所述出口處更大。4.根據權利要求1-3中的任一項所述的氣相反應器，其中，所述漸變的表面包括線性地漸變的表面。5.根據權利要求1-3中的任一項所述的氣相反應器，其中，在靠近所述入口處的在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離在約Imm和約1mm之間的范圍內。6.根據權利要求1-3中的任一項所述的氣相反應器，其中，在靠近所述出口處的在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離在約Imm和約1mm之間的范圍內。7.根據權利要求1-3中的任一項所述的氣相反應器，還包括在所述感受器和所述底板之間的至少一個間隔件。8.根據權利要求7所述的氣相反應器，其中，所述至少一個間隔件包括銷。9.根據權利要求1-3中的任一項所述的氣相反應器，包括在所述感受器和所述底板之間的豎直間隙部段。10.根據權利要求9所述的氣相反應器，還包括在所述感受器和所述底板之間的水平間隙部段。11.一種氣相反應器，包括: 錯流反應室，其包括頂部表面、側表面和底部表面，其中，在所述頂部表面和所述底部表面之間的距離從所述反應室的入口漸變至所述反應室的出口； 氣體擴散器，其聯接到所述入口 ；以及 排放口，其聯接到所述出口。12.根據權利要求11所述的氣相反應器，其中，所述氣相反應器包括原子層沉積反應器。13.根據權利要求11所述的氣相反應器，其中，所述底部表面包括感受器的頂部表面的一部分和底板的一部分。14.根據權利要求13所述的氣相反應器，包括在所述感受器和所述底板之間的間隙。15.根據權利要求11所述的氣相反應器，包括在所述感受器和所述底板之間的豎直間隙和水平間隙。16.根據權利要求11所述的氣相反應器，還包括在所述感受器和所述底板之間的間隔件。17.根據權利要求11所述的氣相反應器，其中，所述頂部表面為漸變的。18.根據權利要求11-17中的任一項所述的氣相反應器，其中，相對于在所述出口處的在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離，在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離在靠近所述入口處更大。19.根據權利要求11-17中的任一項所述的氣相反應器，其中，相對于在所述入口處的在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離，在所述漸變的頂部表面和所述底部表面之間的距離在靠近所述出口處更大。20.一種氣相反應器系統，包括: 氣相反應器，其包括錯流反應室，其中所述反應室的豎直高度從入口漸變至出口；以及 下室，其中，所述系統包括在所述反應室和所述下室之間的間隙。21.根據權利要求20所述的氣相反應器，還包括用于限定所述間隙的間隔件。
【文檔編號】C23C16/455GK105964192SQ201610131743
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月9日
【發明人】C·L·懷特, E·J·希羅, M·維戈瑟
【申請人】Asm Ip控股有限公司