TWM624058U - 擴散機構及應用該擴散機構的薄膜沉積腔體 - Google Patents

Abstract

本新型為一種擴散機構及其薄膜沉積腔體，主要包括一傳輸管線、一導流單元、一輸入管線及一擴散板，其中輸入管線經由傳輸管線連接擴散板。傳輸管線具有一傳輸空間，而導流單元則設置在傳輸空間內，並將傳輸空間區分為一第一及一第二傳輸空間。導流單元的上表面具有一凸起部，凸起部的周圍環繞設置複數個導流管線，其中導流管線相對於導流單元的上及下表面傾斜。第一傳輸空間內的氣體或電漿經由導流管線輸送至第二傳輸空間，並在第二傳輸空間內形成漩渦，以在擴散機構的下方形成分布均勻的氣體或電漿。

Description

擴散機構及應用該擴散機構的薄膜沉積腔體

本新型有關於一種擴散機構及其薄膜沉積腔體，可用以在擴散機構的下方輸出分布均勻的前驅物。

隨著積體電路技術的不斷進步，目前電子產品朝向輕薄短小、高性能、高可靠性與智能化的趨勢發展。電子產品中電晶體的微縮技術至關重要，隨著電晶體的尺寸縮小，可減少電流傳輸時間及降低耗能，以達到快速運算及節能的目的。在現今微小化的電晶體中，部分關鍵的薄膜幾乎僅有幾個原子的厚度，而原子層沉積製程則是發展這些微量結構的主要技術之一。

原子層沉積製程是一種將物質以單原子的形式一層一層地鍍於基板表面的技術，原子層沉積的主要反應物有兩種化學物質，通常被稱作前驅物，並將兩種前驅物依序傳送至反應空間內。

具體而言，先將第一前驅物輸送至反應空間內，使得第一前驅物被導引至基板表面，化學吸附的過程直至表面飽和時就自動終止。將清潔氣體輸送至反應空間內，並抽出反應空間內的氣體，以去除反應空間內殘餘的第一前驅物。將第二前驅物注入反應空間，使得第二前驅物與化學吸附於基板表面的第一前驅物反應生成所需薄膜，反應的過程直至吸附於基板表面的第一前驅物反應完成為止。之後再將清潔氣體注入反應空間，以去除反應空間內殘餘的第二前驅物。透過上述步驟的反覆進行，並可在基板上形成薄膜。

在實際應用時，反應空間內前驅物的均勻分布，以及基板的溫度都會對原子層沉積的薄膜均勻度造成相當大的影響，為此各大製程設備廠莫不極盡所能的改善擴散機構，以提高原子層沉積製程的品質。

如先前技術所述，習用的擴散機構往往無法使得前驅物均勻的分布在基板上，而影響沉積在基板表面的薄膜品質。為此本新型提出一種新穎的擴散機構及應用該擴散機構的薄膜沉積腔體，可以在基板及或承載盤的上方形成均勻分布的前驅物，以利於在基板的表面形成厚度均勻的薄膜。

本新型的一目的，在於提出一種擴散機構，主要包括一傳輸管線、一導流單元及一擴散板，其中傳輸管線流體連接擴散板。導流單元設置在傳輸管線的傳輸空間內，並將傳輸空間區分為一第一傳輸空間及一第二傳輸空間。

導流單元具有一凸起部及複數個導流管線，其中凸起部設置在導流單元的上表面，而導流管線則環繞設置在凸起部的周圍，且導流管線相對於導流單元的上表面及下表面傾斜。

氣體或電漿由第一傳輸空間經由導流單元傳輸至第二傳輸空間，氣體或電漿在經過傾斜的導流管線後會在第二傳輸空間形成漩渦，並傳送至導流管線連接的擴散板。具體而言，透過導流單元的設置可提高氣體或電漿的傳送速率，並有利於在擴散板下方形成均勻分布的氣體或電漿，以在晶圓的表面形成厚度均勻的薄膜。

傳輸管線的第一傳輸空間連接一輸入管線，其中輸入管線設置在凸起部的一側，並可相對於導流單元的上表面傾斜，使得由輸入管線進入第一傳輸空間的氣體或電漿，會以凸起部為中心旋轉，並在第一傳輸空間內形成漩渦，以利於第一傳輸空間內的氣體或電漿經由傾斜的導流管線傳送至第二傳輸空間。

本新型的一目的，在於提出一種薄膜沉積腔體，主要包括一腔體、一擴散機構及一承載盤，其中承載盤位於腔體的一容置空間內，而擴散機構則流體連接腔體的容置空間。承載盤用以承載至少一晶圓，而擴散機構面對承載盤及/或晶圓，並用以將前驅物氣體或電漿輸送至晶圓上方，以利於在晶圓的表面沉積厚度均勻的薄膜。

為了達到上述的目的，本新型提出一種擴散機構，包括：一傳輸管線，包括一傳輸空間；一導流單元，設置在傳輸管線的傳輸空間內，並將傳輸空間區分為一第一傳輸空間及一第二傳輸空間，導流單元包括：一主體部，包括一第一表面及一第二表面，其中第一表面朝向第一傳輸空間，而第二表面則朝向第二傳輸空間；一凸起部，設置在主體部的第一表面；複數個導流管線，位於主體部的凸起部的周圍，並連通主體部的第一表面及第二表面，其中導流管線相對於主體部的第一表面及第二表面傾斜；至少一輸入管線，流體連接傳輸管線的第一傳輸空間，並用以將至少一氣體或至少一電漿輸送至第一傳輸空間，其中進入第一傳輸空間的氣體或電漿經由導流單元的複數個導流管線輸送至第二傳輸空間；及一擴散板，連接傳輸管線，擴散板包括一第一表面、一第二表面及複數個穿孔，穿孔連通擴散板的第一表面及第二表面，其中擴散板的第一表面流體連接第二傳輸空間，而第二傳輸空間內的氣體或電漿經由擴散板的複數個穿孔傳輸至擴散板的第二表面的一側。

本新型提供一種薄膜沉積腔體，包括：一腔體，包括一容置空間；一擴散機構，連接腔體，包括：一傳輸管線，包括一傳輸空間；一導流單元，設置在傳輸管線的傳輸空間內，並將傳輸空間區分為一第一傳輸空間及一第二傳輸空間，導流單元包括：一主體部，包括一第一表面及一第二表面，其中第一表面朝向第一傳輸空間，而第二表面則朝向第二傳輸空間；一凸起部，設置在主體部的第一表面；複數個導流管線，位於主體部的凸起部的周圍，並連通主體部的第一表面及第二表面，其中導流管線相對於主體部的第一表面及第二表面傾斜；至少一輸入管線，流體連接傳輸管線的第一傳輸空間，並用以將至少一氣體或至少一電漿輸送至第一傳輸空間，其中進入第一傳輸空間的氣體或電漿經由導流單元的複數個導流管線輸送至第二傳輸空間；一擴散板，連接傳輸管線，擴散板包括一第一表面、一第二表面及複數個穿孔，穿孔連通擴散板的第一表面及第二表面，其中擴散板的第一表面流體連接第二傳輸空間，而擴散板的第二表面則連接腔體的容置空間，而第二傳輸空間內的氣體或電漿經由擴散板的複數個穿孔傳輸至容置空間；一承載盤，位於容置空間內，面對擴散機構，並用以承載至少一晶圓。

所述的擴散機構及薄膜沉積腔體，其中傳輸管線包括：一管體，包括一承載部用以承載導流單元，其中導流單元與管體形成第二傳輸空間；及一蓋體，用以連接管體，並覆蓋導流單元，其中蓋體與導流單元之間形成第一傳輸空間。

所述的擴散機構及薄膜沉積腔體，其中蓋體包括一凹部，連接第一傳輸空間，而管體包括一第一端及一第二端，第一端連接導流單元，第二端則流體連接擴散板。

所述的擴散機構及薄膜沉積腔體，其中管體的第二端的截面積大於第一端的截面積。

所述的擴散機構及薄膜沉積腔體，包括一擴散空間位於擴散板的第一表面與管體的第二端之間，擴散空間的截面積由管體的第二端朝擴散板的第一表面的方向逐漸擴大。

請參閱圖1，為本新型擴散機構一實施例的剖面示意圖。如圖所示，擴散機構10主要包括一傳輸管線11、一導流單元13、一擴散板15及至少一輸入管線17，其中輸入管線17透過傳輸管線11流體連接擴散板15，而導流單元13則設置在傳輸管線11內。

傳輸管線11可為空心柱狀體，並包括一傳輸空間12。導流單元13設置在傳輸管線11的傳輸空間12內，並將傳輸空間12區分成一第一傳輸空間121及一第二傳輸空間123。

請配合參閱圖2，導流單元13包括一主體部131、一凸起部133及複數個導流管線135，其中主體部131可為板狀，並包括一第一表面132及一第二表面134，例如第一表面132為上表面，而第二表面134為下表面。在將導流單元13設置在傳輸管線11的傳輸空間12後，主體部131的第一表面132會朝向第一傳輸空間121，而主體部131的第二表面134則會朝向第二傳輸空間123。

凸起部133設置於主體部131的第一表面132上，例如主體部131的第一表面132可為圓形，而凸起部133則設置在第一表面132的圓心或中央區域上，並凸出主體部131的第一表面132。在本新型一實施例中，凸起部133可為截頂圓錐狀體、圓錐狀體及圓柱狀體。

複數個導流管線135環繞設置在凸起部133的周圍，並連通主體部131的第一表面132及第二表面134，其中導流管線135相對於主體部131的第一表面132及第二表面134傾斜。例如導流管線135在主體部131的第一表面132上形成一第一開口1351，並在主體部131的第二表面134上形成一第二開口1353，其中第一表面132上的複數個第一開口1351環繞在凸起部133的周圍。例如第一開口1351及第二開口1353可位於同一個虛擬的圓的投影上，並形成傾斜的導流管線135。

在本新型一實施例中，主體部131的第一表面132上可設置一環形凸緣137，其中環形凸緣137凸出主體部131的第一表面132，並環繞設置在凸起部133及複數個導流管線135的第一開口1351周圍，例如環形凸緣137設置在主體部131的第一表面132的邊緣位置。

如圖3所示，輸入管線17流體連接傳輸管線11的第一傳輸空間121，並用以將至少一氣體或至少一電漿傳送至第一傳輸空間121。進入第一傳輸空間121的氣體或電漿會以凸起部133為中心在第一傳輸空間121內旋轉，並經由導流單元13的複數個導流管線135輸送至第二傳輸空間123。例如輸入管線17的延伸線不對準凸起部133的中心，並略微偏向凸起部133的一側，以利於進入第一傳輸空間121的氣體或電漿以凸起部133為中心進行旋轉。

在本新型一實施例中，輸入管線17連接傳輸管線11的第一傳輸空間121的出口可等於或高於凸起部133的頂部。此外輸入管線17可相對於主體部131的第一表面132傾斜，使得由輸入管線17輸入第一傳輸空間121的氣體或電漿以凸起部133的中心向下旋轉，並形成漩渦。

本新型所述的導流管線135相對於主體部131的第一表面132傾斜，例如導流管線135傾斜的方向與第一傳輸空間121內氣體或電漿的旋轉方向相同，使得第一傳輸空間121內的氣體或電漿可沿著傾斜的導流管線135傳送至第二傳輸空間123，並在第二傳輸空間123內形成以傳輸管線11的軸心為旋轉中心的漩渦。

氣體或電漿在第二傳輸空間123內形成的漩渦除了以傳輸管線11的軸心為中心旋轉外，還具有向下位移的分量，使得氣體或電漿形成的漩渦朝擴散板15的方向位移，詳細的模擬圖會在後續的實施例說明。

在本新型一實施例中，如圖4所示，傳輸管線11包括一管體113及一蓋體111，其中管體113包括一承載部1131用以承載導流單元13，例如承載部1131可以是位於管體113內表面的凸出部，其中承載部1131可沿著管體113的徑向，並朝管體113的軸心凸出。在將導流單元13放置在管體113的承載部1131後，導流單元13會與管體113形成第二傳輸空間123。

蓋體111用以連接管體113，並覆蓋設置在管體113上的導流單元13。具體而言，可先將導流單元13放置在管體113的承載部1131，而後再透過蓋體111覆蓋導流單元13，並透過螺絲將蓋體111鎖固在管體113上，以完成蓋體111、管體113及導流單元13之間的連接。

在本新型一實施例中，蓋體111的下表面可設置一凹部1111，並在蓋體111與導流單元13之間形成第一傳輸空間121，例如凹部1111的形狀與凸起部133的形狀相近，兩者皆為截頂圓錐狀體。

管體113為中空的管狀構件，並包括一第一端1132及一第二端1134，其中管體的第二端1134的截面積可大於第一端1132，使得管體113的第二傳輸空間123為一截頂圓錐狀體。管體113的第一端1132連接導流單元13，例如導流單元13覆蓋管體113的第一端1132，而管體113的第二端1134則流體連接擴散板15。

擴散板15包括一第一表面151及一第二表面153，例如第一表面151及第二表面153分別是上表面及下表面，其中擴散板15的第一表面151流體連接傳輸管線11的第二傳輸空間123。在本新型一實施例中，如圖1所示，擴散板15的第一表面151流體連接管體113的第二端1134，並於擴散板15的第一表面151與管體113的第二端1134之間形成一擴散空間14。

具體而言，傳輸管線11可透過一轉接單元19連接擴散板15，其中轉接單元19為中空管體。轉接單元19的上表面具有一承載部，可將傳輸管線11的管體113放置在轉接單元19的承載部上，並透過螺絲將傳輸管線11固定在轉接單元19上，使得傳輸管線11的第二傳輸空間123連接轉接單元19的中空部。

此外轉接單元19的下表面具有一開口191，其中開口191可以是喇叭狀、圓錐狀或截頂圓錐狀。轉接單元19連接擴散板15時，轉接單元19的開口191將會覆蓋擴散板15，並於轉接單元19與擴散板15之間形成擴散空間14，其中擴散空間14的截面積由管體113的第二端1134朝擴散板15的第一表面151的方向逐漸擴大。

擴散板15可為一板狀體，例如圓板狀，並包括複數個穿孔155，其中穿孔155連通擴散板15的第一表面151及第二表面153。在實際應用時，氣體或電漿會在傳輸管線11的第二傳輸空間123內形成漩渦，並傳送至擴散空間14，而後經由擴散板15的穿孔155傳輸至擴散板15的第二表面153的一側。

請參閱圖5，為本新型應用該擴散機構的薄膜沉積腔體一實施例的剖面示意圖。如圖所示，可於薄膜沉積腔體20上應用本新型上述實施例的擴散機構10，其中薄膜沉積腔體20可以是原子層沉積機台或化學氣相沉積機台。

薄膜沉積腔體20主要包括一腔體21、一承載盤23及一擴散機構10，其中承載盤23位於腔體21的一容置空間22內，並用以承載至少一晶圓25。

擴散機構10設置在腔體21上，並流體連接腔體21的容置空間22，其中擴散機構10的擴散板15面對承載盤23，例如擴散板15的第二表面153連接腔體21的容置空間22。如圖6所示，擴散機構10可將氣體或電漿以漩渦的方式傳送至擴散板15，並經由擴散板15的穿孔155輸送至容置空間22內的承載盤23及/或晶圓25的上方。晶圓25的上方會形成一均勻分布的氣體或電漿，有利於在晶圓25的表面形成厚度均勻的薄膜。

以上所述者，僅為本新型之一較佳實施例而已，並非用來限定本新型實施之範圍，即凡依本新型申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本新型之申請專利範圍內。

10:擴散機構 11:傳輸管線 111:蓋體 1111:凹部 113:管體 1131:承載部 1132:第一端 1134:第二端 12:傳輸空間 121:第一傳輸空間 123:第二傳輸空間 13:導流單元 131:主體部 132:第一表面 133:凸起部 134:第二表面 135:導流管線 1351:第一開口 1353:第二開口 137:環形凸緣 14:擴散空間 15:擴散板 151:第一表面 153:第二表面 155:穿孔 17:輸入管線 19:轉接單元 191:開口 20:薄膜沉積腔體 21:腔體 22:容置空間 23:承載盤 25:晶圓

[圖1]為本新型擴散機構一實施例的立體剖面示意圖。

[圖2]為本新型擴散機構的導流單元一實施例的立體透視圖。

[圖3]為本新型擴散機構的導流單元及蓋體一實施例的立體剖面示意圖。

[圖4]為本新型擴散機構的傳輸管線及導流單元一實施例的立體剖面示意圖。

[圖5]為本新型應用該擴散機構的薄膜沉積腔體一實施例的剖面示意圖。

[圖6]為本新型擴散機構傳輸氣體或電漿的模擬示意圖。

10:擴散機構

11:傳輸管線

1134:第二端

12:傳輸空間

121:第一傳輸空間

123:第二傳輸空間

13:導流單元

14:擴散空間

15:擴散板

151:第一表面

153:第二表面

155:穿孔

17:輸入管線

19:轉接單元

191:開口

Claims (10)

1. 一種擴散機構，包括： 一傳輸管線，包括一傳輸空間； 一導流單元，設置在該傳輸管線的該傳輸空間內，並將該傳輸空間區分為一第一傳輸空間及一第二傳輸空間，該導流單元包括： 一主體部，包括一第一表面及一第二表面，其中該第一表面朝向該第一傳輸空間，而該第二表面則朝向該第二傳輸空間； 一凸起部，設置在該主體部的該第一表面； 複數個導流管線，位於該主體部的該凸起部的周圍，並連通該主體部的該第一表面及該第二表面，其中該導流管線相對於該主體部的該第一表面及該第二表面傾斜； 至少一輸入管線，流體連接該傳輸管線的該第一傳輸空間，並用以將至少一氣體或至少一電漿輸送至該第一傳輸空間，其中進入該第一傳輸空間的該氣體或該電漿經由該導流單元的該複數個導流管線輸送至該第二傳輸空間；及 一擴散板及一轉接單元，該擴散板透過該轉接單元連接該傳輸管線，該擴散板包括一第一表面、一第二表面及複數個穿孔，該穿孔連通該擴散板的該第一表面及該第二表面，其中該擴散板的該第一表面流體連接該第二傳輸空間，而該第二傳輸空間內的該氣體或該電漿經由該擴散板的該複數個穿孔傳輸至該擴散板的該第二表面的一側。
2. 如請求項1所述的擴散機構，其中該傳輸管線包括： 一管體，包括一承載部用以承載該導流單元，其中該導流單元與該管體形成該第二傳輸空間；及 一蓋體，用以連接該管體，並覆蓋該導流單元，其中該蓋體與該導流單元之間形成該第一傳輸空間。
3. 如請求項2所述的擴散機構，其中該蓋體包括一凹部，連接該第一傳輸空間，而該管體包括一第一端及一第二端，該第一端連接該導流單元，該第二端則流體連接該擴散板。
4. 如請求項3所述的擴散機構，其中該管體的該第二端的截面積大於該第一端的截面積。
5. 如請求項4所述的擴散機構，包括一擴散空間位於該擴散板的該第一表面與該轉接單元之間，該擴散空間的截面積由該管體的該第二端朝該擴散板的該第一表面的方向逐漸擴大。
6. 一種薄膜沉積腔體，包括： 一腔體，包括一容置空間； 一擴散機構，連接該腔體，包括： 一傳輸管線，包括一傳輸空間； 一導流單元，設置在該傳輸管線的該傳輸空間內，並將該傳輸空間區分為一第一傳輸空間及一第二傳輸空間，該導流單元包括： 一主體部，包括一第一表面及一第二表面，其中該第一表面朝向該第一傳輸空間，而該第二表面則朝向該第二傳輸空間； 一凸起部，設置在該主體部的該第一表面； 複數個導流管線，位於該主體部的該凸起部的周圍，並連通該主體部的該第一表面及該第二表面，其中該導流管線相對於該主體部的該第一表面及該第二表面傾斜； 至少一輸入管線，流體連接該傳輸管線的該第一傳輸空間，並用以將至少一氣體或至少一電漿輸送至該第一傳輸空間，其中進入該第一傳輸空間的該氣體或該電漿經由該導流單元的該複數個導流管線輸送至該第二傳輸空間； 一擴散板及一轉接單元，該擴散板透過該轉接單元連接該傳輸管線，該擴散板包括一第一表面、一第二表面及複數個穿孔，該穿孔連通該擴散板的該第一表面及該第二表面，其中該擴散板的該第一表面流體連接該第二傳輸空間，而該擴散板的該第二表面則連接該腔體的該容置空間，該第二傳輸空間內的該氣體或該電漿經由該擴散板的該複數個穿孔傳輸至該容置空間； 一承載盤，位於該容置空間內，面對該擴散機構，並用以承載至少一晶圓。
7. 如請求項6所述的薄膜沉積腔體，其中該傳輸管線包括： 一管體，包括一承載部用以承載該導流單元，其中該導流單元與該管體形成該第二傳輸空間；及 一蓋體，用以連接該管體，並覆蓋該導流單元，其中該蓋體與該導流單元之間形成該第一傳輸空間。
8. 如請求項7所述的薄膜沉積腔體，其中該蓋體包括一凹部，連接該第一傳輸空間，而該管體包括一第一端及一第二端，該第一端連接該導流單元，該第二端則流體連接該擴散板。
9. 如請求項8所述的薄膜沉積腔體，其中該管體的該第二端的截面積大於該第一端的截面積。
10. 如請求項9所述的薄膜沉積腔體，包括一擴散空間位於該擴散板的該第一表面與該轉接單元之間，該擴散空間的截面積由該管體的該第二端朝該擴散板的該第一表面的方向逐漸擴大。

Images