用于薄膜沉积设备的流体分配装置、相关设备和方法制造方法及图纸

提供了流体分配装置、薄膜沉积设备、相关的系统和方法。流体分配装置包括：扩展区域，该扩展区域包括子区域，该子区域用于经由被布置在每个子区域上的至少一个进口接收流体流，使得流体流在基本上朝向彼此的方向上传播经过所述子区域；过渡区域，在该过渡区域中经由子区域到达过渡区域的流体流相结合，其中，每个子区域具有内部，其中内部具有的横跨其的距离沿着流体流动的方向、在每个进口与过渡区域之间的截面平面上增加至扩展宽度；流动成形元件，该流动成形元件被配置成将进入过渡区域的流体流的流动方向调整成基本上朝向薄膜沉积设备的反应室，使得在反应室的入口处被建立并且传播经过反应室的长度的流动是层流的。且传播经过反应室的长度的流动是层流的。且传播经过反应室的长度的流动是层流的。

【技术实现步骤摘要】
用于薄膜沉积设备的流体分配装置、相关设备和方法
[0001]本申请是申请日为2020年9月23日、申请号为“202011011287.X”、专利技术名称为“用于薄膜沉积设备的流体分配装置、相关设备和方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术大体上涉及薄层沉积方法和相关联的装备。特别地，本专利技术涉及一种用于薄膜沉积反应器的、用以在反应空间中建立流体的层流流动的流体分配装置。

技术介绍

[0003]薄膜沉积方法，其中，薄膜涂层从气相沉积在基板上，在本领域中被广泛地描述。大体上被视为化学气相沉积(CVD)的子类的原子层沉积(ALD)技术，已经证明了其在三维基板结构上制造高质量的保形涂层的效率性。
[0004]ALD是基于交替的自饱和表面反应的，其中，将非反应性(惰性)气态载体中的被设置为化学化合物或元素的不同反应物(前体)顺次地脉冲到容纳基板的反应空间中。沉积反应物之后，用惰性气体吹扫基板。常规的ALD循环以两个半反应(脉冲第一前体
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吹扫；脉冲第二前体
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吹扫)进行，从而以自限制(自饱和)的方式形成一层材料，通常厚度为0.05
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0.2nm。
[0005]在每个脉冲期间，特定的前体化学品被注射到连续地流经反应空间的惰性(载体)流体中。脉冲由吹扫周期分隔，随之反应空间被所述载体气体吹扫，以从前面的脉冲中移除前体化学品。在沉积进程中，一个或多个循环被根据需要重复多次以获得具有预定厚度的膜。用于每个前体的典型的基板暴露时间的范围在0.01
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1秒(每个脉冲)内。常见的前体包括金属氧化物、元素金属、金属氮化物和金属硫化物。
[0006]可能会对通过化学沉积方法，特别是通过ALD生产的膜的质量有不利影响的一个常见缺点是当将反应性(前体)物质引入反应空间时的非保形流动图案。反应室的突出形状特征和反应空间中的各种伸出结构可能干扰流动并且引起涡旋和/或湍流。在这样的装置中，流动图案倾向于从层流的切换为湍流的，或者反之亦然，因为即使流体流动的微小变化(在时间、速度、化学成分等方面)也可能以不可预测的方式影响流动图案。
[0007]沉积时间主要受吹扫周期长的限制。为了优化沉积速度(例如，在每个沉积循环的时间方面，诸如每个沉积循环0.5
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20秒)，应使通过沉积反应器的流体流动尽可能均衡。在ALD中，湍流有可能使脉冲化学品的排空减慢，其导致不完全吹扫，随之在第二前体被输送到反应空间时，第一前体残留在反应空间中。当第二前体在气相中与第一前体反应时，出现非期望的情况，这导致了颗粒形成。在最坏的情形下，这样的情况会破坏待涂覆的样品。无论如何，两种前体而不是一种前体存在于ALD反应中可能会导致颗粒形成、涂覆不均匀以及膜质量差，具有这些性质的膜会因电击穿电压和颗粒增加而受损。
[0008]在这方面，鉴于要应对与避免湍流有关联的挑战的同时在薄膜沉积反应器中提供前体的有效的混合，仍然期望薄膜沉积
的更新。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是解决或至少缓解由相关技术的局限和缺点引起的每个问题。该目的通过用于薄膜沉积设备的流体分配装置、相关设备、系统和方法的各种实施方式来实现。因此，在本专利技术的一个方面，提供了一种薄膜沉积设备。
[0010]在实施方式中，该设备包括：反应室，该反应室用于容纳基板，该基板以其侧面彼此相邻的方式进行布置；以及流体分配装置，该流体分配装置包括扩展区域和过渡区域，该扩展区域具有子区域，流体流F1、F2经由被布置在每个子区域上的至少一个进口被接收到该子区域中，使得所述流体流F1、F2在基本上朝向彼此的方向上传播经过子区域，在过渡区域中，经由子区域到达其中的流体流F1、F2相结合；其中，每个子区域具有内部，其中该内部具有的横跨过所述内部其的距离在沿着流体流动F1、F2的方向、在每个进口103与过渡区域之间的截面平面上增加至扩展宽度D1；并且其中，过渡区域被配置成进一步将相结合的流体流引导到所述反应室中，使得在反应室的入口处被建立并且于所述基板的侧面之间传播经过所述反应室的长度的流动F是层流的。
[0011]在实施方式中，薄膜沉积设备包括流体分配装置，其中在每个子区域的内部中在进口103和过渡区域之间的距离处建立的流体的流动是层流的。
[0012]在实施方式中，过渡区域是使入口和出口被设置为开口的通道，该开口具有宽度d2、d2'以及以与每个子区域的扩展宽度对应的距离D1延伸的长度。
[0013]在实施方式中，过渡区域102还包括收缩地带，该收缩地带是通过将通道的侧向表面倾斜到在距离D1处基本上恒定的宽度d3形成的。
[0014]在实施方式中，所述通道的至少一部分具有以一曲率倾斜的侧向表面。
[0015]在实施方式中，扩展区域的子区域被设置在与沉积设备的纵向轴线Y基本上正交的截面平面P1处。
[0016]在实施方式中，传播经过扩展区域的流体流F1、F2的方向与传播经过反应室的流体流动F的方向基本上垂直。
[0017]在实施方式中，扩展区域的子区域分别被设置在截面平面P1'处，并且其中，每个这样的平面P1'相对于截面平面P1倾斜角度阿尔法α。在实施方式中，所述截面平面P1'是镜像对称的。
[0018]在实施方式中，在过渡区域处，每个流体流F1、F2从截面平面P1、P1'朝向沿着沉积设备的纵向轴线Y的、被限定为子区域的对称平面的截面平面P2进行转向。
[0019]在实施方式中，流体分配装置还包括流动成形元件，该流动成形元件被配置成将进入过渡区域的流体流F1、F2的流动方向调整成基本上朝向反应室。在实施方式中，流体分配装置还包括位于过渡区域中的混合布置结构。
[0020]在实施方式中，所述设备的反应室在其整个长度上具有恒定的截面。
[0021]在实施方式中，在所述设备中，过渡区域由具有入口开口和出口开口的通道建立，并且其中，所述入口开口和/或所述出口开口具有与反应室相同的截面。
[0022]在实施方式中，所述设备的反应室的内部在尺寸上与被接收到该反应室中的预定数量的基板相符。
[0023]在实施方式中，该设备被配置成通过建立前体流体经过反应室的长度的层流流动F将材料沉积在基板表面上，其中，前体流体在前边缘处以基本上均匀的速度在所述基板的
侧面之间传播。
[0024]在实施方式中，在所述设备中，被输送到反应室中的前体流体包括至少一种前体化学品。
[0025]在实施方式中，前体流体以若干连续脉冲的形式被输送到所述设备的反应室中。
[0026]在实施方式中，该设备被配置成在所有基板表面上同时沉积涂覆膜。
[0027]在实施方式中，该设备还包括排放导管和罩壳，该罩壳基本上被布置在所述排放导管周围并接收从反应室流动经过导管的流体，其中，所述排放导管和所述罩壳形成排放组件，该排放组件被配置成改变排放流动离开反应室的方向。在实施方式中，在所述排放组件中，排放导管和罩壳形成通路，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于薄膜沉积设备(200)的流体分配装置(100)，所述流体分配装置(100)包括：
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扩展区域(101)，所述扩展区域(101)包括子区域(101
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1、101
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2)，所述子区域(101
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1、101
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2)用于经由被布置在每个子区域上的至少一个进口(103)接收流体流(F1、F2)，使得所述流体流(F1、F2)在基本上朝向彼此的方向上传播经过所述子区域，
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过渡区域(102)，在所述过渡区域(102)中，经由所述子区域(101
‑
1、101
‑
2)到达所述过渡区域的流体流(F1、F2)相结合，其中，每个子区域(101
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1、101
‑
2)具有内部，其中所述内部具有的横跨其的距离沿着流体流动(F1、F2)的方向、在每个进口(103)与所述过渡区域(102)之间的截面平面上增加至扩展宽度(D1)；以及
‑
流动成形元件(105)，所述流动成形元件(105)被配置成将进入所述过渡区域(102)的流体流(F1、F2)的流动方向调整成基本上朝向所述薄膜沉积设备(200)的反应室(201)，使得在所述反应室(201)的入口处被建立的并且传播经过所述反应室(201)的长度的流动(F)是层流的。2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，在每个子区域(101
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1、101
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2)的内部中在所述进口(103)与所述过渡区域(102)之间的距离处建立的流体流动是层流的。3.根据权利要求1或2中任一项所述的装置(100)，其中，所述过渡区域(102)是使入口(102A)和出口(102B)被设置为开口的通道(102A
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102B)，所述开口具有宽度(d2、d2')以及长度，所述长度以与每个子区域(101
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1、101
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2)的扩展宽度对应的距离(D1)延伸。4.根据任一项前述权利要求所述的装置(100)，其中，所述过渡区域(102)还包括收缩地带(104)，所述收缩地带(104)是通过所述通道(102A
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102B)的侧向表面(112、121)倾斜到在所述距离(D1)处基本上恒定的宽度(d3)形成的。5.根据任一项前述权利要求所述的装置(100)，其中，所述通道(102A
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102B)的至少一部分具有以一曲率倾斜的侧向表面。6.根据任一项前述权利要求所述的装置(100)，其中，所述扩展区域(101)的所述子区域(101
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1、101
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2)被设置在与所述沉积设备的纵向轴线(Y)基本上正交的截面平面(P1)处。7.根据任一项前述权利要求所述的装置(100)，其中，传播经过所述扩展区域(101)的所述流体流(F1、F2)的方向与传播经过所述反应室(201)的流体流动(F)的方向基本上垂直。8.根据前述权利要求1至5任一项所述的装置(100)，其中，所述扩展区域(101)的所述子区域(101
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1、101
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2)分别被设置在截面平面(P1')处，并且其中，每个这样的平面(P1')相对于截面平面(P1)倾斜一角度。9.根据权利要求8所述的装置(100)，其中，所述截面平面(P1')是镜像对称的。10.根据任一项前述权利要求所述的装置(100)，其中，在所述过渡区域(102)处，每个流体流(F1、F2)从所述截面平面(P1，P1')朝向沿着所述沉积设备的纵向轴线(Y)的、被限定为所述子区域(101
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1、101
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2)对称平面的截面平面(P2)进行转向。11.根据任一项前述权利要求所述的装置(100)，其中，所述子区域(101
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1、101
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2)具有在其内部上基本上恒定的高度(h1)。12.根据任一项前述权利要求所述的装置(100)，所述装置(100)还包括位于所述过渡区域(102)中的混合布置结构(106)。13.根据任一项前述权利要求所述的装置(100)，所述装置(100)还包括等离子体产生
布置结构(107)，所述等离子体产生布置结构(107)可选地被设置在所述过渡区域(102)中。14.一种薄膜沉积设备(200)，所述薄膜沉积设备(200)包括：
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反应室(201)，所述反应室(201)用于容纳基板(10)，所述基板以其侧面彼此相邻的方式进行布置；
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流体分配装置(100)，所述流体分配装置(100)包括扩展区域(101)、过渡区域(102)以及流动成形元件(105)，所述扩展区域(101)具有子区域(101
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1、101
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2)，流体流(F1、F2)经由被布置在每个子区域上的至少一个进口(103)被接收到所述子区域中，使得所述流体流(F1、F2)在基本上朝向彼此的方向上传播经过所述子区域，在所述过渡区域中，经由所述子区域(101
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1、101
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2)到达所述过渡区域的流体流(F1、F2)相结合；其中，每个子区域(101
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1、101
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2)具有内部，其中所述内部具有的横跨其的距离沿着流体流动(F1、F2)的方向、在每个进口(103)与所述过渡区域(102)之间的截面平面上增加至扩展宽度(D1)，所述流动成形元件(105)被配置成将进入所述过渡区域(102)的流体流(F1、F2)的流动方向调整成基本上朝向所述薄膜沉积设备(200)的所述反应室(201)，使得在所述反应室(201)的入口处被建立的并且于所述基板(10)的侧面之间传播经过所述反应室(201)的长度的流动(F)是层流的。15.根据权利要求14所述的设备(200)，其中，所述设备(200)包括根据权利要求1至13中任一项所限定的内容而实现的流体分配装置(100)。16.根据权利要求14或15中任一项所述的设备(200)，其中，所述反应室(201)在其整个长度上具有恒定的截面。17.根据权利要求14至16中任一项所述的设备(200)，其中，所述过渡区域(102)由具有入口开口(102A)和出口开口(102B)的通道(102A
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102B)建立，并且其中，所述入口开口和/或所述出口开口具有与所述反应室(201)相同的截面。18.根据权利要求14至17中任一项所述的设备(200)，其中，所述反应室(201...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱哈纳，
申请(专利权)人：皮考逊公司，
类型：发明
国别省市：