一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及原子層薄膜沉積技術領域，具體涉及了一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，包括第一反應源進氣管、第二反應源進氣管和反應源分散塊，反應源分散塊底部連通有多個豎直設置的第一反應源彌散管和第二反應源彌散管，第一反應源彌散管和第二反應源彌散管交替設置成一排；第一反應源進氣管通過反應源分散塊分別與第一反應源彌散管連通，第二反應源進氣管通過反應源分散塊分別與第二反應源彌散管連通；第一反應源彌散管和第二反應源彌散管分別伸入反應腔室內，且對反應腔室內的硅片均勻噴灑第一反應源和第二反應源。本實用新型提供的一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，可有效提高反應腔室內硅片表面氣態(tài)反應源的分布均勻性。
【專利說明】
一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及原子層薄膜沉積技術領域，尤其涉及一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置。
【背景技術】
[0002]原子層薄膜沉積技術的機理為:在特定的反應腔室溫度和壓強范圍內，交替將兩種不同的氣態(tài)反應源通到硅片表面，依次循環(huán)，實現(xiàn)以單原子層生長的方式在硅片表面沉積薄膜。原子層薄膜沉積技術具有工藝溫度低、薄膜厚度控制精確、工藝重復性好的優(yōu)點，因而受到來自科研院所和生產企業(yè)的越來越多的重視。
[0003]現(xiàn)有技術公開了幾種反應源的進氣裝置，其中一種反應源的進氣裝置的反應源氣路由一條進氣總路和圍繞其呈圓形分布的多條分流支路組成，每條分流支路上沿軸向開設一排出氣孔。該進氣裝置可以提高氣態(tài)反應源在硅片表面的分布均勻性，但在結構設計上具有如下缺陷:(I)該進氣裝置只能在單一硅片表面沉積薄膜，因此僅適用于單片式反應腔室，故設備產能小、維護成本高；(2)該進氣裝置結構復雜，高精度重復加工性難以保證且加工成本高。
[0004]另外兩種反應源的進氣裝置的共同特征是:進氣裝置為圓形中空結構，在靠近硅片表面開設多個呈圓形分布的進氣口。其中，反應源首先進入進氣裝置內部的空間，再經進氣口噴射到硅片表面。該裝置提高了氣態(tài)反應源在硅片表面的分布均勻性并簡化了氣路結構設計，因此高精度重復加工性好，但其仍舊只適用于單片式反應腔室，故設備產能低。
【實用新型內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供了一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，可有效提高多片式反應腔室內硅片表面氣態(tài)反應源的分布均勻性。
[0007](二)技術方案
[0008]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，包括第一反應源進氣管、第二反應源進氣管和反應源分散塊，所述反應源分散塊底部連通有多個豎直設置的第一反應源彌散管和第二反應源彌散管，所述第一反應源彌散管和第二反應源彌散管交替設置成一排;所述第一反應源進氣管通過所述反應源分散塊分別與所述第一反應源彌散管連通，所述第二反應源進氣管通過所述反應源分散塊分別與所述第二反應源彌散管連通;所述第一反應源彌散管和第二反應源彌散管分別伸入反應腔室內，且對所述反應腔室內的硅片均勻噴灑第一反應源和第二反應源。
[0009]進一步的，前述反應源分散塊內平行設有第一反應源主管和第二反應源主管，所述第一反應源主管連通所述第一反應源進氣管，且所述第一反應源主管沿其軸向均勻連通若干第一分流管，所述第一分流管分別與對應的所述第一反應源彌散管連通;所述第二反應源主管連通所述第二反應源進氣管，且所述第二反應源主管沿其軸向均勻連通若干第二分流管，所述第二分流管分別與對應的所述第二反應源彌散管連通。
[0010]進一步的，前述第一分流管與所述第一反應源彌散管分別旋轉連接;所述第二分流管與所述第二反應源彌散管分別旋轉連接。
[0011]進一步的，前述第一分流管與所述第一反應源彌散管依次通過VCR前管、VCR接頭、VCR后管旋轉連接;所述第二分流管與所述第二反應源彌散管依次通過VCR前管、VCR接頭、VCR后管旋轉連接。
[0012]進一步的，前述第一反應源主管的直徑為所述第一分流管直徑的1-5倍;所述第二反應源主管的直徑為所述第二分流管直徑的1-5倍。
[0013]進一步的，前述第一反應源主管末端與靠近該端的所述第一分流管之間的距離L1為1-2_;所述第二反應源主管末端與靠近該端的所述第二分流管之間的距離1^為1-2_。
[0014]進一步的，前述第一反應源彌散管的直徑與所述第一分流管的直徑相同，所述第一反應源彌散管沿軸向方向均勻開設有多個第一排氣孔;所述第二反應源彌散管的直徑與所述第二分流管的直徑相同，所述第二反應源彌散管沿軸向方向均勻開設有多個第二排氣孔。
[0015]進一步的，各所述第一反應源彌散管上的全部所述第一排氣孔的面積總和等于該第一反應源彌散管截面積的0.3-0.7倍;各所述第二反應源彌散管上的全部所述第二排氣孔的面積總和等于該第二反應源彌散管截面積的0.3-0.7倍。
[0016]進一步的，前述第一反應源彌散管末端與靠近該端的第一排氣孔的距離S1Sl-2_;所述第二反應源彌散管末端與靠近該端的第二排氣孔的距離S2為1-2_。
[0017]進一步的，前述第一反應源彌散管末端底面設置第一斜面，所述第一斜面與所述第一反應源彌散管的軸向夾角所述第二反應源彌散管末端底面設置第二斜面，所述第二斜面與所述第二反應源彌散管的軸向夾角92為30-60°。
[0018](三)有益效果
[0019]本實用新型的上述技術方案具有以下有益效果:
[0020]本實用新型提供的一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，反應源分散塊底部連通有多個豎直設置的第一反應源彌散管和第二反應源彌散管，第一反應源彌散管和第二反應源彌散管交替設置成一排;第一反應源進氣管通過反應源分散塊分別與第一反應源彌散管連通，第二反應源進氣管通過反應源分散塊分別與第二反應源彌散管連通;第一反應源彌散管和第二反應源彌散管分別伸入反應腔室內，且對反應腔室內的硅片均勻噴灑第一反應源和第二反應源，適用于多硅片批處理式反應腔室，并且可以有效提高氣態(tài)反應源在反應腔室內的硅片表面的分布均勻性，提升了氣態(tài)反應源的利用率及硅片表面薄膜的沉積質量。
[0021]本實用新型提供的一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，結構簡單、高精度重復加工性好、加工成本低，有效彌補已有的用于進行原子層薄膜沉積的進氣裝置的結構復雜及設備硅片產能低的缺陷，在滿足硅片表面的反應源分布均勻的工藝需求下大幅提升原子層薄膜沉積設備的硅片產能，顯著降低設備的加工維護成本。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置的整體結構示意圖；
[0023]圖2為本實用新型用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置的主視圖；
[0024]圖3為本實用新型用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置的左視圖；
[0025]圖4為圖2中A-A面剖視圖；
[0026]圖5為圖3中B-B面剖視圖；
[0027]圖6為圖2中C-C面剖視圖；
[0028]圖7為圖6中I部分局部放大圖；
[0029]圖8為圖2中D-D面剖視圖；
[0030]圖9為圖8中Π部分局部放大圖；
[0031]圖10為本實用新型用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置工作示意圖。
[0032]其中，1:第一反應源進氣管；2:第二反應源進氣管;3:反應源分散塊;4: VCR前管；5: VCR接頭;6: VCR后管;7:第一反應源彌散管;8:第二反應源彌散管;9:反應腔室；10:硅片；11:第一反應源主管；12:第二反應源主管；13:第一分流管；14:第二分流管；15:第一排氣孔;16:第二排氣孔。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本實用新型的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不能用來限制本實用新型的范圍。
[0034]在本實用新型的描述中，除非另有說明，“若干”的含義是一個或一個以上；術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”、等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0035]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0036]如圖1-3所示，本實用新型所述的一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，用于將反應源通入反應腔室9內部，反應腔室9用于為原子層薄膜沉積反應提供反應空間。該反應源進氣裝置包括第一反應源進氣管1、第二反應源進氣管2和反應源分散塊3，反應源分散塊3底部連通有多個豎直設置的第一反應源彌散管7和第二反應源彌散管8，第一反應源彌散管7和第二反應源彌散管8交替設置成一排，用于同時實現(xiàn)第一反應源和第二反應源在硅片10表面均勻分布;第一反應源進氣管I通過反應源分散塊3分別與第一反應源彌散管7連通，第二反應源進氣管2通過反應源分散塊3分別與第二反應源彌散管8連通;第一反應源彌散管7和第二反應源彌散管8分別伸入反應腔室9內，且對反應腔室9內的硅片10均勻噴灑第一反應源和第二反應源。
[0037]如圖4-5所示，反應源分散塊3內平行設有第一反應源主管11和第二反應源主管12，第一反應源主管11沿其軸向等距離均勻連通若干第一分流管13，第一分流管13的軸向分別與第一反應源主管11的軸向垂直，第一分流管13分別與對應的第一反應源彌散管7連通，其中優(yōu)選的，第一反應源主管11為一條，第一分流管13為1-10條;第二反應源主管12沿其軸向等距離均勻連通若干第二分流管14，第二分流管14的軸向分別與第二反應源主管12的軸向垂直，第二分流管14分別與對應的第二反應源彌散管8連通，其中優(yōu)選的，第二反應源主管12為一條，第二分流管14為1-10條。另外，第一反應源主管11和第二反應源主管12分別對應的與第一反應源進氣管I和第二反應源進氣管2連通，并且分別用于通入第一反應源和第二反應源。
[0038]如圖6所示，第一分流管13與第一反應源彌散管7分別旋轉連接;如圖8所示，第二分流管14與第二反應源彌散管8分別旋轉連接，可以根據不同的工藝需求，在0°-360°范圍內任意調節(jié)第一反應源彌散管7和第二反應源彌散管8的排氣孔在反應腔室9中的氣流噴射方向。
[0039]第一分流管13與第一反應源彌散管7依次通過VCR前管4、VCR接頭5、VCR后管6旋轉連接，VCR接頭5用于調整第一反應源彌散管7的排氣孔的噴射方向，實現(xiàn)第一反應源彌散管7的排氣孔的噴射方向環(huán)繞第一反應源彌散管7的軸線的旋轉角α為0-360°，用于調整第一反應源彌散管7的排氣孔在反應腔室9內的噴射方向；第二分流管14與第二反應源彌散管8依次通過VCR前管4、VCR接頭5、VCR后管6旋轉連接，VCR接頭5用于調整第二反應源彌散管8的排氣孔的噴射方向，實現(xiàn)第二反應源彌散管8的排氣孔的噴射方向環(huán)繞第二反應源彌散管8的軸線的旋轉角β為0-360°，用于調整第二反應源彌散管8的排氣孔在反應腔室9內的噴射方向。
[0040]第一反應源主管11的直徑為第一分流管13直徑的1-5倍，以減弱氣流沿第一反應源主管11軸向運動時產生的壓力衰減，進而減小第一分流管13在沿第一反應源主管11軸向上的氣體流量衰減;第二反應源主管12的直徑為第二分流管14直徑的1-5倍，以減弱氣流沿第二反應源主管12軸向運動時產生的壓力衰減，進而減小第二分流管14在沿第二反應源主管12軸向上的氣體流量衰減。
[0041]第一反應源主管11末端與靠近該端的第一分流管13之間的距離L1SHmm,以減弱氣流在速度方向改變區(qū)域產生渦流效應;第二反應源主管12末端與靠近該端的第二分流管14之間的距離1^為1-2_，以減弱氣流在速度方向改變區(qū)域產生渦流效應。
[0042]第一反應源彌散管7的直徑與第一分流管13的直徑相同，第一反應源彌散管7沿軸向方向均勻開設有多個第一排氣孔15;各第一反應源彌散管7上的全部第一排氣孔15的面積總和等于該第一反應源彌散管7截面積的0.3-0.7倍，以減弱氣流沿第一反應源彌散管7軸向運動時產生的壓力衰減，進而減小排氣孔在沿第一反應源彌散管7軸向上的氣體流量衰減。
[0043]第二反應源彌散管8的直徑與第二分流管14的直徑相同，第二反應源彌散管8沿軸向方向均勻開設有多個第二排氣孔16。各第二反應源彌散管8上的全部第二排氣孔16的面積總和等于該第二反應源彌散管8截面積的0.3-0.7倍，以減弱氣流沿第二反應源彌散管8軸向運動時產生的壓力衰減，進而減小排氣孔在沿第二反應源彌散管8軸向上的氣體流量衰減。
[0044]第一反應源彌散管7末端與靠近該端的第一排氣孔15的距離S1SlImm;如圖7所示，第一反應源彌散管7末端底面設置第一斜面，第一斜面與第一反應源彌散管7的軸向夾角eiSso-eo。，以減弱氣流在速度方向改變區(qū)域產生渦流效應。
[0045]第二反應源彌散管8末端與靠近該端的第二排氣孔16的距離S2Sl-2mm。如圖9所示，第二反應源彌散管8末端底面設置第二斜面，第二斜面與第二反應源彌散管8的軸向夾角02為30-60°，以減弱氣流在速度方向改變區(qū)域產生渦流效應。
[0046]如圖10所示，下列為將本實用新型所述的一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置應用于光伏領域的原子層沉積反應的兩種實施例，在156 X 156mm2的P型硅片10表面沉積三氧化二鋁(Al2θ3)薄膜，其第一反應源鋁源為三甲基鋁(TMA)，其第二反應源氧源為臭氧
(O3)或水(H2O)。
[0047]實施例一:
[0048]本實施例中，連通第一反應源三甲基鋁(TMA)的第一反應源主管11數(shù)量為一條，第一反應源主管11的直徑D1Ssmm,第一分流管13的數(shù)量為三條，第一分流管13直徑Cl1為4.57mm，第一反應源主管11末端與靠近該端的第一分流管13的距離L1Slmm,各第一反應源彌散管7上的第一排氣孔15總面積(第一排氣孔15直徑0.7mm，第一排氣孔15數(shù)量22個，第一排氣孔15沿第一反應源彌散管7軸向等距分布，第一排氣孔15總面積8.2mm2)等于第一反應源彌散管7截面積(直徑4.57mm，截面積16.4mm2)的0.5倍，第一反應源彌散管7末端與靠近該端的第一排氣孔15的距離S1Slmm,第一排氣孔15的噴射方向環(huán)繞第一反應源彌散管7的軸線的旋轉角α為90°。連通第二反應源臭氧(O3)的第二反應源主管12數(shù)量為一條，第二反應源主管12的直徑D2S8mm，第二分流管14的數(shù)量為兩條，第二分流管14直徑d2為4.57mm，第二反應源主管12末端與靠近該端的第二分流管14的距離L2Slmm,各第二反應源彌散管8上的第二排氣孔16總面積(第二排氣孔16直徑0.6mm，第二排氣孔16數(shù)量24個，第二排氣孔16沿第二反應源彌散管8軸向等距分布，第二排氣孔16總面積6.6mm2)等于第二反應源彌散管8截面積的0.4倍(直徑4.57mm，截面積16.4mm2)，第二反應源彌散管8末端與靠近該端的第二排氣孔16的距離S2Slmm,第二排氣孔16的噴射方向環(huán)繞第二反應源彌散管8的軸線的旋轉角β為270° ο
[0049]本實施例的工作原理為，反應源進氣裝置與反應腔室9通過密封連接，反應源進氣裝置的第一反應源彌散管7、第二反應源彌散管8分別伸入到反應腔室9內部并將第一反應源三甲基鋁(TMA)和第二反應源臭氧(O3)交替噴射到硅片10表面。
[0050]實施例二:
[0051 ]本實施例中，連通第一反應源三甲基鋁(TMA)的第一反應源主管11數(shù)量為一條，第一反應源主管11的直徑D1SSmm,第一分流管13的數(shù)量為三條，第一分流管13直徑eh為4.57mm，第一反應源主管11末端與靠近該端的第一分流管13的距離L1Slmm,各第一反應源彌散管7上的第一排氣孔15總面積(第一排氣孔15直徑0.7mm，第一排氣孔15數(shù)量22個，第一排氣孔15沿第一反應源彌散管7軸向等距分布，第一排氣孔15總面積8.2mm2)等于第一反應源彌散管7截面積(直徑4.57mm，截面積16.4mm2)的0.5倍，第一反應源彌散管7末端與靠近該端的第一排氣孔15的距離S1Slmm,第一排氣孔15的噴射方向環(huán)繞第一反應源彌散管7的軸線的旋轉角α為90°。連通第二反應源水(H2O)的第二反應源主管12數(shù)量為一條，第二反應源主管12的直徑02為8臟，第二分流管14的數(shù)量為兩條，第二分流管14直徑山為4.57mm，第二反應源主管12末端與靠近該端的第二分流管14的距離L2Slmm,各第二反應源彌散管8上的第二排氣孔16總面積(第二排氣孔16直徑0.7mm，第二排氣孔16數(shù)量22個，第二排氣孔16沿第二反應源彌散管8軸向等距分布，第二排氣孔16總面積8.2mm2)等于第二反應源彌散管8截面積的0.5倍(直徑4.57mm，截面積16.4mm2),第二反應源彌散管8末端與靠近該端的第二排氣孔16的距離S2為1mm，第二排氣孔16的噴射方向環(huán)繞第二反應源彌散管8的軸線的旋轉角β為90°。
[0052]本實施例的工作原理為，反應源進氣裝置與反應腔室9通過密封連接，反應源進氣裝置的第一反應源彌散管7、第二反應源彌散管8分別伸入到反應腔室9內部將第一反應源三甲基鋁(TMA)和第二反應源水(H2O)交替噴射到硅片10表面。
[0053]本實用新型的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本實用新型限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本實用新型的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本實用新型從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【主權項】
1.一種用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，包括第一反應源進氣管、第二反應源進氣管和反應源分散塊，所述反應源分散塊底部連通有多個豎直設置的第一反應源彌散管和第二反應源彌散管，所述第一反應源彌散管和第二反應源彌散管交替設置成一排;所述第一反應源進氣管通過所述反應源分散塊分別與所述第一反應源彌散管連通，所述第二反應源進氣管通過所述反應源分散塊分別與所述第二反應源彌散管連通;所述第一反應源彌散管和第二反應源彌散管分別伸入反應腔室內，且對所述反應腔室內的硅片均勻噴灑第一反應源和第二反應源。2.根據權利要求1所述的用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，所述反應源分散塊內平行設有第一反應源主管和第二反應源主管，所述第一反應源主管連通所述第一反應源進氣管，且所述第一反應源主管沿其軸向均勻連通若干第一分流管，所述第一分流管分別與對應的所述第一反應源彌散管連通;所述第二反應源主管連通所述第二反應源進氣管，且所述第二反應源主管沿其軸向均勻連通若干第二分流管，所述第二分流管分別與對應的所述第二反應源彌散管連通。3.根據權利要求2所述的用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，所述第一分流管與所述第一反應源彌散管分別旋轉連接;所述第二分流管與所述第二反應源彌散管分別旋轉連接。4.根據權利要求3所述的用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，所述第一分流管與所述第一反應源彌散管依次通過VCR前管、VCR接頭、VCR后管旋轉連接;所述第二分流管與所述第二反應源彌散管依次通過VCR前管、VCR接頭、VCR后管旋轉連接。5.根據權利要求2所述的用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，所述第一反應源主管的直徑為所述第一分流管直徑的1-5倍;所述第二反應源主管的直徑為所述第二分流管直徑的1-5倍。6.根據權利要求2所述的用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，所述第一反應源主管末端與靠近第一反應源主管末端的所述第一分流管之間的距離L1SHmm;所述第二反應源主管末端與靠近第二反應源主管末端的所述第二分流管之間的距離L2S1-2mmο7.根據權利要求2所述的用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，所述第一反應源彌散管的直徑與所述第一分流管的直徑相同，所述第一反應源彌散管沿軸向方向均勻開設有多個第一排氣孔;所述第二反應源彌散管的直徑與所述第二分流管的直徑相同，所述第二反應源彌散管沿軸向方向均勻開設有多個第二排氣孔。8.根據權利要求7所述的用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，各所述第一反應源彌散管上的全部所述第一排氣孔的面積總和等于該第一反應源彌散管截面積的0.3-0.7倍;各所述第二反應源彌散管上的全部所述第二排氣孔的面積總和等于該第二反應源彌散管截面積的0.3-0.7倍。9.根據權利要求7所述的用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，所述第一反應源彌散管末端與靠近第一反應源彌散管末端的第一排氣孔的距離S1SlImm;所述第二反應源彌散管末端與靠近第二反應源彌散管末端的第二排氣孔的距離S2為1-2_。10.根據權利要求7所述的用于原子層薄膜沉積的反應源進氣裝置，其特征在于，所述第一反應源彌散管末端底面設置第一斜面，所述第一斜面與所述第一反應源彌散管的軸向夾角QiSso-eo。；所述第二反應源彌散管末端底面設置第二斜面，所述第二斜面與所述第二反應源彌散管的軸向夾角02為30-60°。
【文檔編號】C23C16/455GK205443445SQ201521070861
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月21日
【發(fā)明人】潘龍, 魏景峰
【申請人】北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司