TWI871620B - 用於薄膜沈積之系統、設備及方法 - Google Patents

Abstract

本申請案提供一種用於薄膜沈積之系統，其包括：管路系統，其包括第一管路；液箱，其包含閥門組，上述閥門組經組態以將第一氣體輸送至上述第一管路；加熱裝置，其經組態以加熱第二氣體並將經加熱之上述第二氣體提供至上述第一管路；及反應設備，其包括混氣裝置，上述混氣裝置經組態以接收來自第一管路之上述第一氣體及經加熱之上述第二氣體。

Description

用於薄膜沈積之系統、設備及方法

本申請案大體上係關於半導體設備製造，且更具體而言，係關於用於薄膜沈積之系統、設備及方法。

薄膜沈積製程大體包括PECVD (電漿增強化學氣相沈積)、ALD (原子層沈積)、CVD (化學氣相沈積)及PEALD (電漿增強原子層沈積)等。通常上述製程需要在反應腔室內提供攜帶前驅物之氣體及在提供上述氣體之後進行吹掃操作。

提供至反應腔室之氣體之速率可影響經沈積薄膜之厚度及厚度之均勻性，較低的氣體速率會導致薄膜之均勻性變差。此外，亦期望減小攜帶前驅物之氣體之速率以控制前驅物之消耗，從而降低成本。

本申請案提出一種用於薄膜沈積之系統，其可在保證成本的情況下提高產能並提高薄膜之效能，例如最佳化顆粒物及提高薄膜之均勻性。

在一個態樣中，本申請案提供一種用於薄膜沈積之系統，其包括：管路系統，其包括第一管路；液箱，其包含閥門組，上述閥門組經組態以將第一氣體輸送至上述第一管路；加熱裝置，其經組態以加熱第二氣體並將經加熱之上述第二氣體提供至上述第一管路；及反應設備，其包括混氣裝置，上述混氣裝置經組態以接收來自第一管路之上述第一氣體及經加熱之上述第二氣體。

在一些實施例中，上述反應裝置進一步包括位於上述混氣裝置下方之腔體，且其中上述混氣裝置包括環形溝槽及進氣孔，上述進氣孔連接上述管路系統之各別管路與上述環形溝槽。

在一些實施例中，上述進氣孔包括第一進氣孔，上述第一進氣孔連接至上述環形溝槽之第一環形溝槽，上述第一環形溝槽經組態以引導由上述第一管路彙聚之上述第一氣體及經加熱之上述第二氣體。

在一些實施例中，上述反應設備進一步包括位於上述腔體內之噴淋板及位於上述噴淋板下方之加熱盤，其中上述噴淋板連接至上述混氣裝置以輸出來自上述混氣裝置之氣體。

在一些實施例中，上述液箱進一步包括源瓶，上述源瓶內裝有前驅物，且其中上述第一氣體由載氣及上述前驅物組成。

在一些實施例中，上述閥門組包括第一閥門，上述第一閥門經組態以作為吹掃閥門。

在一些實施例中，上述閥門組進一步包括第二閥門，且其中上述閥門組經組態以：在第一時間敞開上述第二閥門且關閉上述第一閥門，以使上述載氣進入上述源瓶從而產生上述第一氣體並將上述第一氣體提供至上述第一管路；及在第二時間敞開上述第一閥門且關閉上述第二閥門，以將上述載氣直接提供至上述第一管路。

在一些實施例中，上述閥門組進一步包括第二閥門及第三閥門，且其中上述閥門組經組態以：在第一時間敞開上述第二閥門及上述第三閥門且關閉上述第一閥門，以使上述載氣進入上述源瓶從而產生上述第一氣體並將上述第一氣體提供至上述第一管路；及在第二時間敞開上述第一閥門且關閉上述第二閥門及上述第三閥門，以將上述載氣直接提供至上述第一管路。

在一些實施例中，上述混氣裝置進一步包括輸出通道，上述環形溝槽環繞上述輸出通道而配置且經由上述輸出通道之開口或多個側壁通孔與上述輸出通道相連通，且其中上述多個側壁通孔大體上沿上述輸出通道之橫截面之周向方向均勻地分佈。

在一些實施例中，上述第二氣體為稀釋氣體。

在一些實施例中，上述第二氣體包括反應物氣體及稀釋氣體。

在一些實施例中，上述管路系統進一步包括第二管路，上述第二管路經組態以將第三氣體輸送至上述反應設備之上述混氣裝置，且其中上述第三氣體為反應物氣體。

在一些實施例中，上述環形溝槽包括第二環形溝槽且上述進氣孔包括第二進氣孔，上述第二進氣孔連接至上述第二管路，且上述混氣裝置進一步經組態以在通過上述第一環形溝槽引導由上述第一管路彙聚之上述第一氣體及經加熱之上述第二氣體的同時通過上述第二環形溝槽引導上述第三氣體。

在一些實施例中，上述加熱裝置之出口連接至上述第一管路靠近上述第一閥門之一側。

在一些實施例中，上述加熱裝置之出口連接至上述第一管路靠近上述混氣裝置之一側。

在一些實施例中，上述第一管路及/或上述第二管路進一步經組態以由加熱元件覆蓋從而向上述第一管路及/或上述第二管路提供熱量。

在一些實施例中，上述加熱元件包括加熱帶。

在另一態樣中，本申請案提供一種用於薄膜沈積之設備，其包括：腔體；及位於上述腔體上方之混氣裝置，上述混氣裝置包括：至少一個進氣孔，其一端連接至至少一個氣體管路而另一端通往上述輸出通道；輸出通道，其經組態以輸出來自上述至少一個氣體管路之各別氣體；且其中上述至少一個進氣孔中之一者經組態以通過各別氣體管路接收經加熱之氣體，上述經加熱之氣體由加熱裝置提供。

在一些實施例中，上述混氣裝置進一步包括第一部件及第二部件，上述第一部件經組態以可拆卸地安裝在上述第二部件上，其中上述第一部件及上述第二部件係一體成型之部件。

在一些實施例中，一體成型之上述第一部件包括支撐部分及上述輸出通道，且其中一體成型之上述第二部件包括上述至少一個進氣孔及內部空間。

在一些實施例中，當上述第一部件安裝於上述第二部件上時，上述支撐部分固定在上述第二部件上，且上述輸出通道經組態以插入上述第二部件之上述內部空間從而在上述輸出通道之外壁與上述內部空間之內壁之間形成至少一個環形溝槽，且其中上述輸出通道之縱向長度小於或等於上述內部空間之縱向長度。

在一些實施例中，上述至少一個環形溝槽環繞上述輸出通道而配置，上述至少一個進氣孔之上述另一端連接至上述至少一個環形溝槽之底部，且其中上述至少一個環形溝槽經組態以將上述各別氣體自上述至少一個環形溝槽之上述底部引導至上述至少一個環形溝槽之頂部。

在一些實施例中，經由上述輸出通道之開口或多個側壁通孔引導上述各別氣體進入上述輸出通道，上述多個側壁通孔大體上沿上述輸出通道之橫截面之周向方向均勻地分佈，且其中通過設置在上述支撐部分與上述輸出通道之間的上述第一部件之多個縱向孔隙來將上述各別氣體引導至上述輸出通道之上述開口。

在一些實施例中，上述至少一個進氣孔中之一者通過上述輸出通道之側壁與上述輸出通道之內部直接連通。

在一些實施例中，上述設備進一步包括噴淋板，上述噴淋板經組態以在上述設備之加熱盤上方輸出來自上述混氣裝置之上述各別氣體。

在另一態樣中，本申請案提供一種用於薄膜沈積之方法，其包括：將第一氣體輸送至第一管路；藉由加熱裝置對第二氣體進行加熱；在將上述第一氣體輸送至上述第一管路的同時將經加熱之上述第二氣體輸送至上述第一管路；及將來自上述第一管路之上述第一氣體及經加熱之上述第二氣體輸送至反應設備。

在一些實施例中，上述方法進一步包括將來自上述第一管路之上述第一氣體及經加熱之上述第二氣體提供至上述反應設備之混氣裝置。

在一些實施例中，上述方法進一步包括通過上述混氣裝置之第一環形溝槽引導由上述第一管路彙聚之上述第一氣體及經加熱之上述第二氣體以輸送至上述反應設備之反應腔體。

在一些實施例中，上述第一氣體由載氣及前驅物組成，且其中將第一氣體輸送至上述第一管路進一步包括週期性地操作與上述第一管路耦接之閥門組，上述閥門組包括作為吹掃閥門之第一閥門。

在一些實施例中，週期性地操作上述閥門組進一步包括：在第一時間敞開第二閥門且關閉上述第一閥門，以將上述第一氣體提供至上述第一管路；及在第二時間敞開上述第一閥門且關閉上述第二閥門，以將上述載氣直接提供至上述第一管路。

在一些實施例中，週期性地操作上述閥門組進一步包括：在第一時間敞開第二閥門及第三閥門且關閉上述第一閥門，以將上述第一氣體提供至上述第一管路；及在第二時間敞開上述第一閥門且關閉上述第二閥門及上述第三閥門，以將上述載氣直接提供至上述第一管路。

在一些實施例中，上述第二氣體為稀釋氣體。

在一些實施例中，上述第二氣體包括反應物氣體及稀釋氣體。

在一些實施例中，上述方法進一步包括：經由第二管路將第三氣體輸送至上述混氣裝置之第二環形溝槽，其中上述第三氣體為反應物氣體；及在使用上述第一環形溝槽引導由上述第一管路彙聚之上述第一氣體及經加熱之上述第二氣體的同時使用上述第二環形溝槽引導上述第三氣體。

在一些實施例中，上述方法進一步包括在上述第一管路靠近上述第一閥門之一側將經加熱之上述第二氣體提供至上述第一管路。

在一些實施例中，上述方法進一步包括在上述第一管路靠近上述混氣裝置之一側將經加熱之上述第二氣體提供至上述第一管路。

在一些實施例中，上述方法進一步包括使用上述混氣裝置之輸出通道之開口或多個側壁通孔將上述第一環形溝槽及上述第二環形溝槽與上述輸出通道連通，其中上述多個側壁通孔大體上沿上述輸出通道之橫截面之周向方向均勻地分佈。

在一些實施例中，上述方法進一步包括通過與上述混氣裝置之輸出通道之側壁直接連通之進氣孔將由上述第一管路彙聚之上述第一氣體及經加熱之上述第二氣體直接輸送至上述輸出通道之內部。在以下附圖及描述中闡述本申請案之一或多個實例之細節。其他特徵、目標及優勢將根據上述描述及附圖以及申請專利範圍而顯而易見。

為更好地理解本申請案之精神，以下結合本申請案之部分實施例對其作進一步說明。

本說明書內使用之詞彙「在一實施例中」或「根據一實施例」並不必要參照相同具體實施例，且本說明書內使用之「在其他(一些/某些)實施例」或「根據其他(一些/某些)實施例」並不必要參照不同的具體實施例。其目的在於例如主張之主題包括全部或部分範例具體實施例之組合。本文所指「上」及「下」之意義並不限於圖式所直接呈現之關係，其應包含具有明確對應關係之描述，例如「左」及「右」，或者係「上」及「下」之相反。本文所稱之「連接」應理解為涵蓋「直接連接」及「經由一或多個中間部件連接」。本說明書中所使用之各種部件之名稱僅出於說明之目的，並不具備限定作用，不同廠商可使用不同的名稱來指代具備相同功能之部件。

以下詳細地論述本申請案之各種實施方式。儘管論述了具體的實施方式，但應當理解，此等實施方式僅用於示出之目的。熟習相關技術者將認識到，在不偏離本申請案之精神及保護範疇的情況下，可使用其他部件及組態。本申請案之實施方式可不必包含說明書所描述之實施例中之所有部件或步驟，亦可根據實際應用而調節各步驟之執行順序。

圖1示出根據本申請案之一些實施例之薄膜沈積系統10。系統10大體可由反應設備100、液箱200及管路系統300組成。反應設備100可包含一或多個反應設備，管路系統300可包含多條管路，液箱200藉由管路系統300與反應設備100相連接。為了方便論述，本申請案圖1至圖4僅示出具有兩個反應設備100之情況。然而，更多數目個反應設備100可為合意的。

如圖1所示，以一個反應設備100為例，其具有腔體101、位於腔體上方之混氣裝置102以及位於腔體101內之噴淋板103及加熱盤104。噴淋板103朝向加熱盤104輸出來自混氣裝置102之氣體，從而在加熱盤104上形成經沈積薄膜。

管路系統300經組態以將前驅物氣體及反應物氣體提供至反應設備100。具體而言，液箱200包括裝有液態前驅物之源瓶204。液箱200與氣源S1相連，氣源S1向源瓶204內輸入載氣以攜帶出源瓶204內之前驅物。攜帶前驅物之氣體可經由各別管路提供至混氣裝置102。此外，圖1所示之薄膜沈積系統10具有氣源S2，氣源S2提供之氣體302可為稀釋氣體。薄膜沈積系統10亦包括氣源S3，其將反應物氣體經由各別管路提供至混氣裝置102。在本申請案之一些實施例中，載氣、稀釋氣體及反應物氣體中之至少一者可包括Ar/O2，稀釋氣體可為Ar、O2。需要強調的是，稀釋氣體並不侷限於僅包括Ar及O2。

液箱200亦包括由閥門201、閥門202及閥門203組成之閥門組，閥門(201、202及203)較佳地可為隔膜閥。閥門組藉由控制器控制以週期性地(或間隔地)提供氣體，例如向管路系統300之各別管路提供攜帶前驅物之氣體或僅提供載氣(即不攜帶前驅物)。

現描述閥門組之操作方式，其可為週期性的。具體而言，在第一時間週期內，閥門202及閥門203開啟且閥門201關閉，從而向管路系統300之各別管路提供攜帶前驅物之氣體，此時氣體流向可如液箱200內之空心箭頭所示；在第二時間週期內，閥門202及閥門203關閉且閥門201開啟，從而僅向管路系統300之管路提供來自氣源S1之載氣，此時氣體流向可如液箱200內之實心箭頭所示。

在本申請案之另一些實施例中，閥門組可僅由兩個閥門組成。參考圖1，閥門組可僅包括閥門202及閥門201；或者閥門組可僅包括閥門203及閥門201。在僅包括閥門202及閥門201之實施例中，在第一時間週期內，閥門202開啟且閥門201關閉，從而向管路系統300之各別管路提供攜帶前驅物之氣體；在第二時間週期內，閥門202關閉且閥門201開啟，從而僅向管路系統300之管路提供來自氣源S1之載氣。在僅包括閥門203及閥門201之實施例中，在第一時間週期內，閥門203開啟且閥門201關閉，從而向管路系統300之各別管路提供攜帶前驅物之氣體；在第二時間週期內，閥門203關閉且閥門201開啟，從而僅向管路系統300之管路提供來自氣源S1之載氣。

來自氣源S3之反應物氣體及來自液箱200之攜帶前驅物之氣體在混氣裝置102內混合。在第二時間週期內提供之載氣可用於吹掃腔體101內之前驅物，因此，閥門201又被稱為吹掃閥門。通常，為了獲得較短的吹掃時間，氣源S1及氣源S3所提供之氣體之流速均在約1000至5000 sccm (standard cubic centimeters per minute，即：標準立方公分/分鐘)之範圍內。

由於僅基於第二時間週期內所提供之載氣之吹掃過程係間歇性的，因而很難保證吹掃氣體流量之穩定性。此外，ALD或PEALD製程要求上述薄膜沈積系統之閥門組之閥門以極快的速度切換，此使得上述氣體流速範圍內之氣體不能較佳地完成吹掃操作，從而影響經沈積薄膜之均勻性。一種解決方法係提高氣源S1之流速，但此同樣會導致在相同條件下自源瓶204內攜帶出更多的前驅物，從而造成成本之增加。

圖1至圖4所示之薄膜沈積系統10可建立持續的具有穩定流量之吹掃氣體，且在保證薄膜效能(例如，保證薄膜之均勻性並減少顆粒對薄膜效能之影響)的同時不造成前驅物之過度浪費，從而在成本不變的情況下提高產能並保證產品效能。

在圖1中，第一時間週期內提供之攜帶前驅物之氣體示為氣體301。氣體301由液箱200之出口管路提供至管路系統300之第一管路304。薄膜沈積系統10具有氣源S2及加熱裝置310，氣體302由加熱裝置310加熱以提供至第一管路304。加熱裝置310位於液箱200之外側。具體而言，加熱裝置310之出口連接至第一管路304靠近混氣裝置102之一側。氣源S2提供之氣體302可為稀釋氣體。在本申請案之一些實施例中，加熱裝置310可為加熱帶或換熱器。

可見，攜帶前驅物之氣體301及經加熱之氣體302均被提供至第一管路304且在進入混氣裝置102之前在第一管路304內彙聚。氣體302被加熱至足夠高的溫度以在與氣體301彙聚之後避免前驅物出現凝結。經加熱之氣體302之溫度高於氣源S1所提供之載氣之溫度。在本申請案之一些實施例中，經加熱之氣體302之溫度可約為150℃。在本申請案之一些實施例中，經加熱之氣體302之溫度可約為200℃。在本申請案之一些實施例中，載氣之溫度可約為120℃。在本申請案之另一些實施例中，經加熱之氣體302之溫度可大於60℃，載氣之溫度可大於60℃。

在本申請案之一些實施例中，第一管路304可被其他加熱元件覆蓋以保證管路內氣體之溫度。舉例而言，可使用加熱帶覆蓋第一管路304，從而向第一管路304提供熱量。在本申請案之一些實施例中，由加熱帶或其他加熱元件覆蓋之第一管路304可保證在其內彙聚之氣體之溫度不低於120℃，經輸送至腔體101內之氣體之溫度不低於80℃。在本申請案之一些實施例中，管路系統300之所有管路均可由其他加熱元件覆蓋以保證各別管路內氣體之溫度。

第一管路304連接至反應設備100之混氣裝置102。熟習此項技術者應理解，藉由管路之級聯，由管路系統300之各別管路提供之氣體可被輸送至一或多個反應設備100。以一個反應設備100為例，第一管路304連接至混氣裝置102之進氣孔(例如，第一進氣孔110)。在本申請案之一些實施例中，加熱裝置310經組態以持續且穩定地將經加熱之氣體302提供至混氣裝置102，且液箱200之閥門組經組態以輸送氣體301至混氣裝置102。因此，在混氣裝置102內，由第一管路304彙聚之氣體301及經加熱之氣體302被一起輸送至噴淋板103。

儘管在圖1中混氣裝置102具有對應於兩路氣體之進氣孔110及進氣孔120，但在本申請案之另一些實施例中，管路系統300可僅提供一路氣體至混氣裝置102。例如，如下文將進一步描述的，混氣裝置102可僅具有對應於一路氣體之進氣孔或僅開啟對應於一路氣體之進氣孔。

進一步參見圖1，第二管路305之一端連接至氣源S3，另一端連接至混氣裝置102之第二進氣孔120。來自氣源S3之氣體303經由第二管路305被提供至混氣裝置102。在本申請案之一些實施例中，氣體303可為反應物氣體。在本申請案之一些實施例中，第二管路305將來自氣源S3之氣體303持續且穩定地輸送至混氣裝置102。在本申請案之一些實施例中，混氣裝置102在引導由第一管路304彙聚之氣體301及經加熱之氣體302的同時引導由第二管路305輸送之氣體303，從而將上述氣體一起輸送至噴淋板103。與僅使用載氣作為吹掃氣源相比，圖1所示之薄膜沈積系統10增加了經加熱之氣體302作為反應設備100之持續且穩定的吹掃氣源，氣源S2提供之氣體302可為稀釋氣體。氣源S1提供之氣體之流量可為0至約10000 sccm，氣體301之流量可為0至約10000 sccm，經加熱之氣體302之流量可為0至約20000 sccm。在本申請案之一些實施例中，第一管路304中彙聚之氣體之流量可為0至約30000 sccm。在本申請案之一些實施例中，載氣流量可約為5000 sccm，且經加熱之稀釋氣體之流量可為1000 sccm以上。在本申請案之一個實施例中，經加熱之稀釋氣體之流量可穩定在2000 sccm處。在本申請案之另一實施例中，經加熱之稀釋氣體之流量可穩定在5000 sccm處。

持續且穩定的經加熱之氣體302被額外地提供至反應設備100，從而在不增加載氣流量(即不增加前驅物之消耗)的情況下提高了腔體101及管路系統300內執行之吹掃步驟之效率。因此，圖1所示之薄膜沈積系統10可在節約成本的基礎上提高薄膜產能且減少顆粒對薄膜效能之影響，提高了經沈積薄膜之均勻性。

現描述圖2至圖4，此等圖係根據本申請案之另一些實施例之薄膜沈積系統10。為方便論述，圖2至圖4中與圖1相同的系統、設備、組件及氣體在此不再重複標記及贅述。

圖2係根據本申請案之另一種薄膜沈積系統10，其中加熱裝置310位於液箱200之內側。如下文將進一步描述的，在本申請案之另一些實施例中，加熱裝置310亦可位於液箱200之外側。在圖2中，加熱裝置310之出口連接至第一管路304靠近閥門201之一側。因此，經加熱之氣體302匯入第一管路304之位置更靠近吹掃閥門(即閥門201)，從而進一步縮短了吹掃操作所需之時間且提高了顆粒吹掃之效果。

圖3係根據本申請案之另一種薄膜沈積系統10。與圖1類似，圖3中之加熱裝置310位於液箱200之外側，因此經加熱之氣體302匯入第一管路304之位置更靠近混氣裝置102。如上文所描述的，加熱裝置310亦可位於液箱200之內側。與圖1不同的是，圖3中僅第一管路304將氣體輸送至混氣裝置102。具體而言，由氣源S3提供之氣體由加熱裝置310加熱以產生經加熱之氣體303並將其持續且穩定地提供至第一管路304。與此同時，液箱200將由載氣及前驅物組成之氣體301輸送至第一管路304。在輸送至混氣裝置102之前，氣體301及氣體303在第一管路304內彙聚並預混合。在圖3所示之實施例中，氣體303可包括反應物氣體及稀釋氣體。

與圖1所示之實施例使用來自氣源S2之稀釋氣體作為穩定的且持續的吹掃氣源不同，圖3所示之實施例使用來自氣源S3之各別氣體作為穩定的且持續的吹掃氣源。因此，圖3所示之薄膜沈積系統10不需要增加額外的氣源及管路，從而在保證吹掃效果的同時進一步降低了成本。參考圖3，氣源S1提供之氣體之流量可為0至約10000 sccm，氣體301之流量可為0至約10000 sccm，經加熱之氣體303之流量可為0至約20000 sccm。在本申請案之一些實施例中，第一管路304中彙聚之氣體之流量可為0至約30000 sccm。在本申請案之另一些實施例中，載氣流量可約為5000 sccm，且經加熱之氣體303之流量可為1000 sccm以上，具體而言，氣體303之流量可為約5000 sccm。

圖4係根據本申請案之另一種薄膜沈積系統10。與圖3類似，其使用來自氣源S3之各別氣體作為穩定的且持續的吹掃氣源。與圖3不同的是，圖4中之加熱裝置310位於液箱200之內側。如上文所描述的，加熱裝置310亦可位於液箱200之外側。參考圖4，加熱裝置310之出口連接至第一管路304靠近閥門201之一側。與圖1及圖3相比，圖4中經加熱之氣體303匯入第一管路304之位置更靠近吹掃閥門(即閥門201)，從而不但降低了成本亦縮短了吹掃操作所需之時間，提高了顆粒吹掃之效果。

本申請案之另一態樣亦提供一種適配於薄膜沈積系統10之混氣裝置，其可有助於進一步提高吹掃操作之效率。如上文所描述的，在本申請案之一些實施例中，混氣裝置可包括分別對應於多路氣體之多個進氣孔。在本申請案之另一些實施例中，混氣裝置可僅包括對應於一路氣體之一個進氣孔。在本申請案之另一些實施例中，混氣裝置雖然包括分別對應於多路氣體之多個進氣孔，但在操作時僅使用對應於一路氣體之一個進氣孔。在本申請案說明書之描述中，一個進氣孔不應被理解為單一的孔洞，而應被理解為對應於一路氣體之氣體輸入端，在不脫離本申請案之發明實質的基礎上，可藉由任何方式形成該氣體輸入端。

圖5及圖6示出混氣裝置102的局部視圖。位於腔體101上方之混氣裝置102可包括第一部件1001 (其縱向截面在圖5及圖6中由朝向右側之斜線示出)及第二部件1002 (其縱向截面在圖5及圖6中由朝向左側之斜線示出)。第一部件1001可藉由緊固裝置(例如，螺栓)可拆卸地安裝在第二部件1002上。

在本申請案之一些實施例中，第一部件1001係一體成型之部件，且包括輸出通道130、支撐部分140及多個縱向孔隙150，多個縱向孔隙150大體設置在輸出通道130與支撐部分140之間且均勻地圍繞輸出通道130而配置。第二部件1002係一體成型之部件，且包括至少一個進氣孔(例如，第一進氣孔110及第二進氣孔120)及內部空間。應理解，在第一部件1001之上亦設有頂蓋(未示出)以封閉混氣裝置102，且第二部分1002之下部亦可具有各別組件(未示出)以使混氣裝置102連接至反應設備100。此外，可藉由此項技術熟知之一體成型製程來製造第一部件1001及第二部件1002。

當第一部件1001安裝於第二部件1002上時，支撐部分140固定在第二部件1002上，且輸出通道130插入第二部件1002之內部空間從而在輸出通道130之外壁與該內部空間之內壁之間形成至少一個環形溝槽(例如，第一環形溝槽111及第二環形溝槽121)。輸出通道130之縱向長度可經設計以小於或等於第二部件1002之內部空間之縱向長度。如圖5及圖6所示，當輸出通道130之縱向長度小於第二部件1002之內部空間之縱向長度時，輸出通道130與其下方之第二部件1002之內部空間一起組成混氣裝置102之氣體供應通道。

如圖5所示，輸出通道130與第一進氣孔110及第二進氣孔120氣體地連通。在輸出通道130周邊之不同位置周向地形成第一環形溝槽111及第二環形溝槽121。第一進氣孔110之一端連接至第一環形溝槽111之底部，第二進氣孔120之一端連接至第二環形溝槽121之底部。來自不同進氣孔之氣體被引導至不同環形溝槽以分別自不同位置進入輸出通道130。

在本申請案之一個實施例中，來自第一進氣孔110之氣體301及氣體302自第一環形溝槽111之底部進入第一環形溝槽111內並自第一環形溝槽111之頂部流出。自第一環形溝槽111頂部流出之氣體301及氣體302經由輸出通道130之側壁上之多個側壁通孔132進入輸出通道130，從而引導氣體301及氣體302。如圖5所示，多個側壁通孔132大體上沿輸出通道130之橫截面之周向方向均勻地分佈。在本申請案之一個實施例中，來自第二進氣孔120之氣體303自第二環形溝槽121之底部進入第二環形溝槽121內並自第二環形溝槽121之頂部流出。自第二環形溝槽121頂部流出之氣體303經多個縱向孔隙150之引導以最終通過輸出通道130之開口131進入輸出通道130，從而引導氣體301、氣體302及氣體303。在本申請案之另一實施例中，來自不同環形溝槽之氣體均自與其各自耦接的位於輸出通道130不同高度之側壁通孔132進入輸出通道130。雖然未在圖中展示，但此等具有不同高度之側壁通孔大體位於混氣裝置102之上半部分，如此組態可進一步提高吹掃操作之效率。

在本申請案之另一實施例中，氣體301及氣體302可經由第二環形溝槽121引導至輸出通道130，而氣體303可經由第一環形溝槽111引導至輸出通道130。根據本申請案之一些實施例，藉由使用環形溝槽及多個側壁通孔之組態使得混氣裝置102具有同心的均勻氣體流動，從而進一步提高了吹掃操作之效率。

如圖6所示，在本申請案之另一實施例中，混氣裝置102可僅包含一個進氣孔及一個環形溝槽。包括穩定地輸送之經加熱氣體之多路氣體在進入混氣裝置102之該一個進氣孔之前已預先混合。氣體經引導以通過環形溝槽、縱向孔隙及輸出通道130之頂部開口進入輸出通道130。

圖7示出本申請案之混氣裝置102之另一實施例。如圖所示，混氣裝置102可不包含環形溝槽，且混氣裝置102之進氣孔可通過輸出通道之側壁與輸出通道之內部直接連通從而使得各別氣體可直接被輸送至輸出通道之內部。在此實施例中，第二部件1002之側壁可視為輸出通道之側壁。此時，第二部件1002之內部空間可直接構成輸出通道，而無需圖5及圖6所示之第一部件1001之輸出通道130；第二部件1002之側壁由進氣孔貫穿以直達輸出通道之內部。圖7所示之混氣裝置可進一步簡化混氣裝置之結構，在降低裝置成本的同時提高了氣體進入反應腔體101之速度。

應理解，上文所描述之多個實施例可經組合以形成不同的氣體通路組態方式。混氣裝置102可包括若干進氣孔，例如，第一一或多個進氣孔可與各別環形溝槽及輸出通道之開口配合以形成特定的進氣通路(如圖5及圖6所示)，第二一或多個進氣孔可與各別環形溝槽及輸出通道之側壁通孔配合以形成特定的進氣通路(如圖5所示)，第三一或多個進氣孔可與輸出通道直接連通以形成特定的進氣通路(如圖7所示)。

此外，第一部件1001及第二部件1002可經一體成型以保證在其中形成之氣體通路之氣密性及氣體連通性。如圖5及圖6所示，當第一部件1001安裝於第二部件1002上時，可保證各別進氣孔與各別環形溝槽之連通、第一環形溝槽111與側壁通孔132之連通以及第二環形溝槽121與縱向孔隙150之連通。同時，亦可保證第一環形溝槽111及第二環形溝槽121之氣密性以使得氣體不自位於環形溝槽底部之接合面(即：輸出通道130之外壁與第二部件1002之內部空間之內壁之間的接合面)洩漏。來自混氣裝置102之經混合氣體被進一步提供至噴淋板103，從而藉由噴淋板103在加熱盤104上方輸出經混合氣體。

藉由使用進氣孔、環形溝槽及輸出通道之上述各種組態提高了輸入氣體之引導效率，即在氣體流量不變的情況下提高了吹掃操作之效率，從而進一步減少了顆粒對薄膜效能之影響，提高了經沈積薄膜之均勻性。

本申請案之另一態樣亦提供一種薄膜沈積方法。閥門組之操作方式在此不再贅述。參考圖1及圖5，藉由操作氣源S1及閥門組以將氣體301輸送至第一管路304。並行地，藉由操作氣源S2及加熱裝置310以將經加熱之氣體302持續且穩定地輸送至第一管路304。氣體301及經加熱之氣體302在第一管路304中彙聚以提供至混氣裝置102。使用如上文所描述之混氣裝置102之各種組態來進一步引導氣體。在本申請案之一些實施例中，使用混氣裝置102之第一環形溝槽111引導氣體301及經加熱之氣體302，上述氣體被進一步引導至混氣裝置102之輸出通道130以最終輸入腔體101。

進一步參考圖1及圖5，上述方法進一步包括將來自氣源S3之氣體303持續且穩定地輸送至混氣裝置102之第二環形溝槽121。在使用第一環形溝槽111引導由第一管路304彙聚之氣體301及經加熱之氣體302的同時使用第二環形溝槽121引導氣體303。氣體303被進一步引導至輸出通道130以最終輸入腔體101。以此方式，輸出通道130可同時輸出氣體301、氣體302及氣體303。此外，通過輸出通道130之開口131或多個側壁通孔132將多個環形溝槽引導之多種氣體輸送至輸出通道130。在此實施例中，氣體302係稀釋氣體，氣體303係反應物氣體。稀釋氣體及反應物氣體可為相同的或不同的氣體。例如，稀釋氣體及反應物氣體中之至少一者可包括Ar/O2。

參考圖3及圖6，在僅第一管路304連接至混氣裝置102之實施例中，第一管路304在輸送第一氣體301的同時將由氣源S3提供之氣體303持續且穩定地輸送至混氣裝置102之進氣孔。進氣孔與各別環形溝槽連通以引導氣體303通過輸出通道130之開口131進入輸出通道130。氣體進入輸出通道130之方式不僅限於通過開口131。儘管未展示，但在本申請案之另一實施例中，氣體303可通過輸出通道130之多個側壁通孔132進入輸出通道130。

參考圖3及圖7，在僅第一管路304連接至混氣裝置102之實施例中，第一管路304在輸送第一氣體301的同時將由氣源S3提供之氣體303持續且穩定地輸送至混氣裝置102之進氣孔。在本申請案之一些實施例中，進氣孔可通過輸出通道之側壁與輸出通道之內部直接連通，從而在不需要經環形溝槽引導的情況下將來自第一管路304之氣體直接輸送至輸出通道之內部。

如上文所描述的，穩定及獨立的吹掃氣源不僅節約了前驅物之成本，亦可縮短吹掃操作所需之時間，提高吹掃操作之效率。可基於不同製程之要求調整上述吹掃氣源輸入管路系統之位置從而進一步提高吹掃操作之效率。亦可藉由混氣裝置內之溝槽結構調整及/或約束混氣裝置內之氣體流向從而進一步提高吹掃操作之效率。本申請案所提供之薄膜沈積系統、混氣裝置及相關操作方法可在成本不變的情況下提高吹掃操作之效率，提昇經沈積薄膜之均勻性，從而提高薄膜之產能及產品效能。

本說明書中之描述經提供以使熟習此項技術者能夠進行或使用本申請案。熟習此項技術者將易於顯而易見對本申請案之各種修改，且本說明書中所定義之一般原理可應用於其他變化形式而不會脫離本申請案之精神或範疇。因此，本申請案不限於本說明書所述之實例及設計，而是被賦予與本說明書所揭示之原理及新穎特徵一致的最寬範疇。

10:薄膜沈積系統 100:反應設備 101:腔體 102:混氣裝置 103:噴淋板 104:加熱盤 110:第一進氣孔 111:第一環形溝槽 120:第二進氣孔 121:第二環形溝槽 130:輸出通道 131:開口 132:側壁通孔 140:支撐部分 150:縱向孔隙 200:液箱 201:閥門 202:閥門 203:閥門 204:源瓶 300:管路系統 301:氣體 302:氣體 303:氣體 304:第一管路 305:第二管路 310:加熱裝置 1001:第一部件 1002:第二部件 S1:氣源 S2:氣源 S3:氣源

本說明書中之揭示內容提及且包含以下各圖： 圖1至圖4為根據本申請案之一些實施例之薄膜沈積系統的示意圖。 圖5、圖6及圖7為薄膜沈積系統之混氣裝置的局部示意圖。

根據慣例，圖示中所繪示之各種特徵可能並非按比例繪製。因此，為了清晰起見，可任意擴大或減小各種特徵之尺寸。圖示中所繪示之各部件之形狀僅為例示性形狀，並非限定部件之實際形狀。另外，為了清楚起見，可簡化圖示中所繪示之實施方式。因此，圖示可能並未繪示給定設備或裝置之全部組件。最後，可貫穿說明書及圖示使用相同參考標號來表示相同特徵。

10:薄膜沈積系統

100:反應設備

101:腔體

102:混氣裝置

103:噴淋板

104:加熱盤

110:第一進氣孔

120:第二進氣孔

130:輸出通道

200:液箱

201:閥門

202:閥門

203:閥門

204:源瓶

300:管路系統

301:氣體

302:氣體

303:氣體

304:第一管路

305:第二管路

310:加熱裝置

S1:氣源

S2:氣源

S3:氣源

Claims (33)

1. 一種用於薄膜沈積之系統，其包括：管路系統，其包括第一管路；液箱，其包含閥門組，該閥門組經組態以將第一氣體輸送至該第一管路；加熱裝置，其設置在該液箱內，及經組態以加熱第二氣體並將經加熱之該第二氣體提供至該第一管路，該加熱裝置之出口連接至該第一管路靠近該閥門組之一側；及反應設備，其包括混氣裝置，該混氣裝置經組態以接收來自第一管路之該第一氣體及經加熱之該第二氣體。
2. 如請求項1之系統，其中該反應裝置進一步包括位於該混氣裝置下方之腔體，且其中該混氣裝置包括環形溝槽及進氣孔，該進氣孔連接該管路系統之各別管路與該環形溝槽。
3. 如請求項2之系統，其中該進氣孔包括第一進氣孔，該第一進氣孔連接至該環形溝槽之第一環形溝槽，該第一環形溝槽經組態以引導由該第一管路彙聚之該第一氣體及經加熱之該第二氣體。
4. 如請求項2之系統，其中該反應設備進一步包括位於該腔體內之噴淋板及位於該噴淋板下方之加熱盤，其中該噴淋板連接至該混氣裝置以輸出來自該混氣裝置之氣體。
5. 如請求項1之系統，其中該液箱進一步包括源瓶，該源瓶內裝有前驅物，且其中該第一氣體由載氣及該前驅物組成。
6. 如請求項5之系統，其中該閥門組包括第一閥門，該第一閥門經組態以作為吹掃閥門。
7. 如請求項6之系統，其中該閥門組進一步包括第二閥門，且其中該閥門組經組態以：在第一時間敞開該第二閥門且關閉該第一閥門，以使該載氣進入該源瓶從而產生該第一氣體並將該第一氣體提供至該第一管路；及在第二時間敞開該第一閥門且關閉該第二閥門，以將該載氣直接提供至該第一管路。
8. 如請求項6之系統，其中該閥門組進一步包括第二閥門及第三閥門，且其中該閥門組經組態以：在第一時間敞開該第二閥門及該第三閥門且關閉該第一閥門，以使該載氣進入該源瓶從而產生該第一氣體並將該第一氣體提供至該第一管路；及在第二時間敞開該第一閥門且關閉該第二閥門及該第三閥門，以將該載氣直接提供至該第一管路。
9. 如請求項2之系統，其中該混氣裝置進一步包括輸出通道，該環形溝 槽環繞該輸出通道而配置且經由該輸出通道之開口或多個側壁通孔與該輸出通道相連通，且其中該多個側壁通孔大體上沿該輸出通道之橫截面之周向方向均勻地分佈。
10. 如請求項6之系統，其中該第二氣體為稀釋氣體。
11. 如請求項6之系統，其中該第二氣體包括反應物氣體及稀釋氣體。
12. 如請求項10之系統，其中該管路系統進一步包括第二管路，該第二管路經組態以將第三氣體輸送至該反應設備之該混氣裝置，且其中該第三氣體為反應物氣體。
13. 如請求項12之系統，其中該環形溝槽包括第二環形溝槽且該進氣孔包括第二進氣孔，該第二進氣孔連接至該第二管路，且該混氣裝置進一步經組態以在通過該第一環形溝槽引導由該第一管路彙聚之該第一氣體及經加熱之該第二氣體的同時通過該第二環形溝槽引導該第三氣體。
14. 如請求項10或11之系統，其中該加熱裝置之出口連接至該第一管路靠近該第一閥門之一側。
15. 如請求項10或11之系統，其中該加熱裝置之出口連接至該第一管路靠近該混氣裝置之一側。
16. 如請求項12之系統，其中該第一管路及/或該第二管路進一步經組態以由加熱元件覆蓋從而向該第一管路及/或該第二管路提供熱量。
17. 如請求項16之系統，其中該加熱元件包括加熱帶。
18. 一種用於薄膜沈積之設備，其包括：腔體；及位於該腔體上方之混氣裝置，該混氣裝置包括：至少一個進氣孔，其一端連接至至少一個氣體管路而另一端通往該輸出通道；輸出通道，其經組態以輸出來自該至少一個氣體管路之各別氣體；且其中該至少一個進氣孔中之一者經組態以通過各別氣體管路接收經加熱之氣體，該經加熱之氣體由加熱裝置提供，其中該混氣裝置進一步包括第一部件及第二部件，該第一部件經組態以可拆卸地安裝在該第二部件上，該第一部件及該第二部件係一體成型之部件；其中一體成型之該第一部件包括支撐部分及該輸出通道，且其中一體成型之該第二部件包括該至少一個進氣孔及內部空間；其中當該第一部件安裝於該第二部件上時，該支撐部分固定在該第二部件上，且該輸出通道經組態以插入該第二部件之該內部空間從而在該輸出通道之外壁與該內部空間之內壁之間形成至少一個環形溝槽，且該輸出通道之縱向長度小於或等於該內部空間之縱向長度；其中該至少一個環形溝槽環繞該輸出通道而配置，該至 少一個進氣孔之該另一端連接至該至少一個環形溝槽之底部，且其中該至少一個環形溝槽經組態以將該各別氣體自該至少一個環形溝槽之該底部引導至該至少一個環形溝槽之頂部。
19. 如請求項18之設備，其中經由該輸出通道之開口或多個側壁通孔引導該各別氣體進入該輸出通道，該多個側壁通孔大體上沿該輸出通道之橫截面之周向方向均勻地分佈，且其中通過設置在該支撐部分與該輸出通道之間的該第一部件之多個縱向孔隙來將該各別氣體引導至該輸出通道之該開口。
20. 如請求項18之設備，其中該至少一個進氣孔中之一者通過該輸出通道之側壁與該輸出通道之內部直接連通。
21. 如請求項18之設備，其進一步包括噴淋板，該噴淋板經組態以在該設備之加熱盤上方輸出來自該混氣裝置之該各別氣體。
22. 一種用於薄膜沈積之方法，其包括：將第一氣體輸送至第一管路；藉由加熱裝置對第二氣體進行加熱；在將該第一氣體輸送至該第一管路的同時將經加熱之該第二氣體輸送至該第一管路；及將來自該第一管路之該第一氣體及經加熱之該第二氣體輸送至反應設備， 該方法進一步包括：將該第一氣體輸送至該第一管路進一步包括週期性地操作與該第一管路耦接之閥門組，該閥門組包括作為吹掃閥門之第一閥門，及在該第一管路靠近該第一閥門之一側將經加熱之該第二氣體提供至該第一管路。
23. 如請求項22之方法，其進一步包括將來自該第一管路之該第一氣體及經加熱之該第二氣體提供至該反應設備之混氣裝置。
24. 如請求項23之方法，其進一步包括通過該混氣裝置之第一環形溝槽引導由該第一管路彙聚之該第一氣體及經加熱之該第二氣體以輸送至該反應設備之反應腔體。
25. 如請求項24之方法，其中該第一氣體由載氣及前驅物組成。
26. 如請求項25之方法，其中週期性地操作該閥門組進一步包括：在第一時間敞開第二閥門且關閉該第一閥門，以將該第一氣體提供至該第一管路；及在第二時間敞開該第一閥門且關閉該第二閥門，以將該載氣直接提供至該第一管路。
27. 如請求項22之方法，其中週期性地操作該閥門組進一步包括：在第一時間敞開第二閥門及第三閥門且關閉該第一閥門，以將該第 一氣體提供至該第一管路；及在第二時間敞開該第一閥門且關閉該第二閥門及該第三閥門，以將該載氣直接提供至該第一管路。
28. 如請求項25之方法，其中該第二氣體為稀釋氣體。
29. 如請求項25之方法，其中該第二氣體包括反應物氣體及稀釋氣體。
30. 如請求項28之方法，其進一步包括：經由第二管路將第三氣體輸送至該混氣裝置之第二環形溝槽，其中該第三氣體為反應物氣體；及在使用該第一環形溝槽引導由該第一管路彙聚之該第一氣體及經加熱之該第二氣體的同時使用該第二環形溝槽引導該第三氣體。
31. 如請求項28或29之方法，其進一步包括在該第一管路靠近該混氣裝置之一側將經加熱之該第二氣體提供至該第一管路。
32. 如請求項30之方法，其進一步包括使用該混氣裝置之輸出通道之開口或多個側壁通孔將該第一環形溝槽及該第二環形溝槽與該輸出通道連通，其中該多個側壁通孔大體上沿該輸出通道之橫截面之周向方向均勻地分佈。
33. 如請求項23之方法，其進一步包括通過與該混氣裝置之輸出通道之 側壁直接連通之進氣孔將由該第一管路彙聚之該第一氣體及經加熱之該第二氣體直接輸送至該輸出通道之內部。