CN104046960A - 一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器，在本体内设有由二组分别平行设置的若干气体分配管之间按水平交错方向相互连通形成的气体分配网络，各气体分配管之间从网络中心向外侧方向横截面积依次对称缩小，并在各气体分配管的下方管壁均匀设有向本体下表面通出的出气管，使从网络中心位置的进气管通入的反应气体或蒸汽可由出气管垂直均匀地吹向所覆盖的硅片表面，并可使吹扫气体容易将位于网络边缘位置的气体分配管内的残留气体吹扫干净，不但可以提高通入气体的均匀性，提高反应及吹扫效率，节约气体消耗及缩小设备体积，还可以避免因吹扫不干净在ALD反应中误发生CVD反应。

Description

一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器

技术领域

本发明涉及半导体原子层沉积技术领域，更具体地，涉及一种应用于半导体原子层沉积技术的可均匀分配反应气体并可防止在原子层沉积时误发生化学气相沉积反应的气体分配器。

背景技术

目前，薄膜沉积反应***和方法广泛应用于多个领域的设备中，如：半导体、集成电路、太阳能电池板、平面显示器、微电子、发光二极管等。利用化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition，CVD)技术在基底表面形成10μm或小于10μm的薄膜是进行薄膜沉积的一种普遍方法。多数的CVD技术一般需要提供多种气体或蒸汽沉积生成薄膜，以便获得期望的性能和化学成分，并且，反应气体一般是在反应腔室中先进行混合并在一定条件下来发生所需的反应的。

而在另外一些薄膜沉积工艺例如利用原子层沉积(Atomic LayerDeposition，ALD)技术进行的薄膜沉积方法中，要求多种反应气体或蒸汽以择一方式相继地、连续地进入反应腔室，并且在进入腔室之前不能发生相互反应。由于ALD技术具有可生成具有一定特性的、极其薄的薄膜的优点，因此，在某些应用场所具有CVD技术不可比拟的应用价值，得以替代CVD技术。ALD技术的原理是，将第一种反应气体或蒸汽经过一气体分配器进入反应腔室，通过化学吸附或物理吸附在其可接触的所有表面(包括基底表面)形成单层原子层；在将反应腔室内未被吸附的残留气体吹扫干净后，再向反应腔室内通入第二种反应气体或蒸汽，与第一种反应气体吸附在表面形成的单层原子层发生反应，生成期望的薄膜，然后再次将反应腔室内未被吸附的残留气体吹扫干净。重复上述过程，直至得到期望的薄膜厚度。由于ALD技术的特性，第一种反应气体和第二种反应气体必须独立地、分别地通过气体分配器通入到反应腔室中。在ALD反应中，如果第一种反应气体和第二种反应气体在气体输送的过程中相遇，就会发生反应。这种不期望的反应其实就是一种CVD反应。虽然在某些场合的CVD反应中，将反应气体或蒸汽在进入反应腔室之前进行混合具有一定的优点，但是，在ALD反应中，如果一些反应气体或蒸汽由于某种原因而在气体输送的过程中发生相遇，例如在反应腔室、气体输送管路或者气体分配器的内表面发生我们所不希望的CVD反应，以至于反应气体或蒸汽在进入反应腔室之前有所损耗，或之前的反应物进入反应腔室和基底表面，就会影响薄膜沉积的质量和效果。

由于ALD技术的周期性和次序性特性，在一种反应气体被送入反应腔室之前，将反应腔室内残留的另一种反应气体吹扫干净就成为一项重要工作。在薄膜沉积技术中，一般是通过排气和吹扫的方式来清理腔室内的残余气体。由于吹扫方法速度快、效率高，经常为首选方法。吹扫方法主要为通过气体分配器向腔室内通入低活性或惰性气体(如：氦气、氮气、氩气等)。并且，如果在通入下一种反应气体之前,能够减少吹扫残余气体的时间，就能明显提高薄膜沉积周期的生产率，具有相当的经济价值。

影响获得所期望的薄膜特性所需要的吹扫气体量的决定因素有很多，其中一些因素例如反应物的化学性质和物理性质，难以实际控制；还有一些因素例如惰性气体流速和需要吹扫的空间体积，可通过恰当的反应***设计和工艺设置进行控制。不过，虽然对惰性气体流速可以很容易实现自动控制，但是，在沉积工艺已预成型的前提下，惰性气体流速可调节范围实际是很小的。并且，为防止惰性气体流速过大而产生湍流气体环境，从而产生微粒进入气体分配器和反应腔室，惰性气体的流速可调范围实际上也不宜过大。需要吹扫的空间范围主要由气体分配器内部空间体积、输送反应气体到反应腔室的管路体积和反应腔室本身内部空间体积所组成。一般来说，需要吹扫的空间体积越小，吹扫周期也越短。另外，许多CVD技术和ALD技术对反应腔室内和基底表面反应气体的进气均匀性很敏感，进气不均匀会导致基底表面薄膜厚度不均。

上述决定获得所期望的薄膜特性所需要的吹扫气体量的因素，对起用于输送并能够均匀分配反应气体作用的气体分配器的设计，提出了更高的要求。

中国发明专利申请CN103194737A一种用于原子层沉积设备的气体分配器公开了一种气体分配器，通过设置在原子层沉积设备反应腔室内、位于基片台上方的环形或U型的气路管道式的气体分配器，并在气路管道的内外两侧设有若干个均匀分布的出气方向与垂直方向成斜角的出气口，来实现对反应气体的分配和输送。该发明专利申请公开的气体分配器虽然是设置在基座(即上述基片台)的正上方，可以实现吹入的气体覆盖整个基底表面，以解决原有基底表面反应气体覆盖不完整的问题，但由于其为环形或U型的气路管道形式，出气口在基底上方的分布密度较低，从每个出气口分配的气体所需覆盖的面积相对较大，且反应气体是呈倾斜角度吹向基底表面的，因此，其气体通入的均匀度还有提升空间；这样的设置形式为达到较好的吹气效果，气体分配器与基座之间的间距会相对增大，这会带来设备空间的扩大，不利于气体吹扫的效率提高，而且，还会因排气的影响造成气体消耗的上升；此外，此气体分配器的气路管道具有等径横截面积，随着反应气体或蒸汽从进气口进入，通过气路管道到达出气口时，反应气体或蒸汽的量其实是逐渐减少的。这是由于气体输送的时间差及管道压差的影响，一部分气体通过气体分配器近进气口端的出气口先行进入反应腔室。所以，这种具有相等或相近横截面积管道的气体分配器，在进气口远端的管道处，具有比进气口近端的管道相对更大的内部空间，由于压力减小和流量降低的影响，吹扫气体就不易将此处管道内残留的前一种气体吹扫干净。

通过前面的介绍可以看出，对于ALD反应来说，是不希望在反应中发生CVD反应的。如果在气体分配器进气口远端的管道处有过多空间，未被吹扫完全的前一种反应气体即会和后一种反应气体发生互相反应，导致在基底表面的对应部位发生所不希望的CVD反应。因此，采用上述现有技术的气体分配器，为了将管道内的残留气体吹扫干净，势必延长吹扫时间，且难以量化控制，还是会存在误发生局部CVD反应的风险。所以，上述现有技术存在会造成相对的设备空间大、反应气体和吹扫气体消耗多、吹扫时间长的不足；更关键的在于难以避免局部CVD反应的误发生。因而，会给产率和良率提高及成本控制带来不利影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新的应用于薄膜沉积技术的气体分配器，通过将用于分配反应气体或蒸汽的若干气体分配管设计成分成分别平行设置的二组气体分配管，二组之间按水平交错方向相互连通形成网状的气体分配网络，各气体分配管从气体分配网络中心向外侧方向横截面积依次对称缩小设置，并在各气体分配管下方管壁均匀设有若干出气管，使从气体分配网络中心位置的进气管通入的反应气体或蒸汽可由众多规律分布的出气管垂直均匀地吹向所覆盖的硅片表面，不但可以提高通入气体的均匀性，缩小气体分配器与硅片之间的安装距离，实现在硅片上的均匀反应、提高反应效率及缩小设备体积，还可以利用各气体分配管横截面积依次缩小的特点，使吹扫气体容易将位于气体分配网络边缘位置的气体分配管内的残留气体吹扫干净，可避免不同的反应气体之间发生反应，在实现减少吹扫时间，提高吹扫效率的同时，可以有效地防止在ALD反应中误发生CVD反应。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器，设于原子层沉积设备反应腔室的顶部内壁，位于放置硅片的基座正上方，其特征在于，所述气体分配器包括：

本体，所述本体的上表面开有进气口，下表面开有规律分布的多数个出气口，全部的所述出气口在垂直所述基座方向形成的投影区域能够将所述基座上放置的所述硅片覆盖在内；

气体分配网络，设于所述本体内，包括二组分别平行设置的若干气体分配管之间按水平交错方向相互连通形成的网状气体分配管路通道，所述气体分配网络以其中2个交错的主气体分配管的交叉点为中心向所述本体的侧部展开，所述气体分配网络中的各个所述气体分配管向所述本体的侧部延伸，并在所述本体的侧部具有封闭端；在2个所述主气体分配管的所述交叉点处的上方管壁设有进气管，所述进气管向所述本体的所述进气口通出，并连通所述原子层沉积设备的进气源管路；在各个所述气体分配管的下方管壁分别均匀设有若干出气管，所述出气管的数量与所述本体的所述出气口的数量一致，各个所述出气管分别向对应位置的所述本体的各个所述出气口通出，并垂直朝向所述基座设置；其中，2个所述主气体分配管的横截面积一致，位于2个所述主气体分配管各自两侧的各个所述气体分配管按从所述主气体分配管向外侧方向横截面积依次缩小设置，位于2个所述主气体分配管各自两侧对称位置的所述气体分配管的横截面积一致，位于交错方向的与对应的所述主气体分配管之间具有等次序数的所述气体分配管的横截面积一致。

反应气体或蒸汽通过进气管进入气体分配网络，再通过网状互相连通的气体分配管进行均匀分配；同时，在反应周期中进行气体吹扫时，吹扫气体也同样可以通过上述通道进入及均匀分配。经过均匀分配的反应气体或蒸汽通过出气管均匀吹向硅片，保证了在硅片上的反应均匀发生；同时，在反应周期中进行气体吹扫时，吹扫气体也同样可以通过上述通道向反应腔室均匀吹出。由于出气管数量较多，且规律地垂直朝向基座设置，使得出气管下端面与硅片之间的距离可以设置得很接近，就可以保证反应气体快速、均匀地完全覆盖硅片，所以，也就相应地节约了设备腔体的内部空间，可以减小设备的体积。这样，不但可以节约反应气体的消耗量，而且，在进行气体吹扫时，也可以提高吹扫的效率。

一般来说，首先将进气管设置在气体分配网络的中心位置，从而使进气管具有一定的对称性，可以使反应气体或蒸汽经过分配后均匀地进入反应腔室，这是本发明区别于现有技术的一个特点。

此外，现有技术的气体分配器的气路管道由于具有等径的横截面积，随着反应气体或蒸汽从进气口进入，通过环形或U型的气路管道到达出气口时，所分配的反应气体或蒸汽的量其实是逐渐减少的。这是由于气体输送的时间差及管道压差的影响，一部分气体已通过气体分配器近进气口端的出气口先行进入反应腔室。所以，这种具有相等或相近横截面积气路管道的气体分配器，在进气口远端的管道处，具有比进气口近端的管道相对更大的内部空间，由于压力减小和流量降低的影响，吹扫气体就不易将此处管道内残留的前一种气体吹扫干净。针对上述问题，本发明将位于气体分配网络中心的2个主气体分配管的横截面积设计成最大，将位于气体分配网络边缘四周的4个气体分配管的横截面积设计成最小，并将所有的气体分配管按从中心向边缘对称地依次缩小的形式设置成网状的气体分配网络，使本发明的气体分配网络中的各气体分配管具有从中心向边缘横截面积逐渐减小的内部空间结构，可以在保证反应气体或蒸汽均匀进入反应腔室的同时，减少吹扫时间，提高吹扫效率，并有效地防止在ALD反应中误发生CVD反应。

进一步地，所述气体分配网络的数量为1组或2组；其中，当所述气体分配网络的数量为2组时，各组所述气体分配网络之间按上、下二层独立设置，并且，位于二层的所述气体分配网络的所述气体分配管之间按错位设置，所述本体设有2个所述进气口，2组所述气体分配网络的所述进气管分别向所述本体的所述进气口通出，并分别连通所述原子层沉积设备的其中一种进气源管路，所述本体设有与2组所述气体分配网络的全部所述出气管数量一致的所述出气口，2组所述气体分配网络的各个所述出气管分别向对应位置的各个所述出气口通出，各组所述气体分配网络的全部的所述出气管在垂直所述基座方向分别形成的投影区域能够将所述基座上放置的所述硅片覆盖在内。当气体分配网络的数量为2组时，2组气体分配网络在气体分配器的本体内处于不同的平面上，并且通过设置不同的进气管路和不同的出气管路进行分开，所以，在气体分配器内部不会发生一组气体分配网络内的气体流入到另一组中发生混合的现象。此种设计应用在反应中存在2种不同反应气体时的情况，可以实现专管专用，节约不同反应气体切换的时间，同时也提高了气体输送的稳定性和安全性。

进一步地，所述气体分配管的横截面为圆形、椭圆形、矩形、正多边形或异型中的任意一种形状。正是由于本发明的网状交错形式的气体分配网络设计特点，使得在本发明中，能够扩大对于气体分配管的横截面形状的适应范围，具有不同截面形状的气体分配管所组成的气体分配网络，都可以很好地实现均匀分配和输送气体的功能，并能在气体吹扫时做到管道内不残留前种反应气体。

进一步地，各个所述出气管的下端面与所述本体的下表面平齐，并与所述基座的距离相等，一方面可节约空间，另一方面可使反应气体或蒸汽同时吹到硅片表面发生反应。

进一步地，所述气体分配网络中的各所述气体分配管之间按直角交错方向相互连通设置，并处于同一水平面。

进一步地，所述气体分配网络中的各所述气体分配管之间按等距的直角交错方向相互连通设置，并处于同一水平面。

进一步地，位于2个所述主气体分配管各自两侧的各个所述气体分配管按从所述主气体分配管向外侧方向横截面积依次以等比例缩小设置。

进一步地，位于2个所述主气体分配管各自两侧的各个所述气体分配管按从所述主气体分配管向外侧方向横截面积依次以等面积量缩小设置。

进一步地，与2个所述主气体分配管分别相邻的所述气体分配管的横截面积与所述主气体分配管的横截面积一致，其他的所述气体分配管按向所述本体的侧部方向横截面积依次以等比例或等面积量缩小设置。

进一步地，所述横截面积的缩小总量为50～90％，即位于气体分配网络最外侧的4个气体分配管中每一个的横截面积是主气体分配管的横截面积的10～50％。

从上述技术方案可以看出，本发明通过在气体分配器的本体内将用于分配反应气体或蒸汽的若干气体分配管分成分别平行设置的二组气体分配管，二组之间按水平的等距垂直交错方向相互连通形成网状的气体分配网络，各气体分配管从气体分配网络中心向外侧方向横截面积依次对称缩小设置，并在各气体分配管下方管壁均匀设有若干出气管，使从气体分配网络中心位置的进气管通入的反应气体或蒸汽可由众多规律分布的出气管垂直均匀地吹向所覆盖的硅片表面，不但可以提高通入气体的均匀性，缩小气体分配器与硅片之间的安装距离，实现在硅片上的均匀反应、提高反应效率、节约反应气体消耗及缩小设备体积，还可以利用各气体分配管横截面积依次缩小的特点，使吹扫气体容易将位于气体分配网络边缘位置的气体分配管内的残留气体吹扫干净，可避免不同的反应气体之间发生反应，在实现减少吹扫时间、提高吹扫效率的同时，可以有效地防止在ALD反应中误发生CVD反应。因此，本发明具有提高ALD反应的产率和良率及降低成本的显著特点。

附图说明

图1是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器位于原子层沉积设备反应腔室内的安装位置示意图；

图2是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器的一种结构示意图；

图3是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器的气体分配网络的结构示意图；

图4是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器的气体分配网络的出气管安装位置示意图；

图5是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例一

在本实施例中，请参阅图1，图1是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器位于原子层沉积设备反应腔室内的安装位置示意图。如图所示，本发明的气体分配器1安装在原子层沉积设备反应腔室4的顶部内壁，位于放置硅片2的基座3正上方，并与基座3及硅片2保持一定距离。气体分配器1的外形为圆柱形。气体分配器1的外形与基座3及基座3上放置的硅片2的形状相一致；当硅片2的形状是方形，例如是方形的电池片时，气体分配器1也对应采用方柱形形式。

请继续参阅图1。在气体分配器1顶部接近中心位置接出有进气管5和6，进气管5和6分别连通设备的其中一种进气源管路。在用于ALD反应时，向进气管5和6通入相应不同的反应气体或蒸汽(如图中上方箭头所指)，以及在通入不同的反应气体或蒸汽前，还需要切入吹扫气体，对气体分配管路通道及设备腔室进行吹扫，将气体分配管路通道内之前残留的反应气体或蒸汽以及腔室内的残留气体吹扫干净，以避免在ALD反应时发生不期望的CVD反应。反应气体或蒸汽以及吹扫气体经气体分配器1内的气体分配网络分配后，由气体分配器1下方的出气口垂直吹入腔室4，并由腔室4的排气口7进入排气管路排出(如图中下部箭头所指)。由气体分配器1下方的出气口垂直吹入的气体或蒸汽(如图中中部箭头所指)，要将硅片2覆盖在其垂直投影范围内，以保证在ALD反应时吹向硅片2的反应气体或蒸汽能同时均匀地接触硅片2，从而通过反应得到均匀的薄膜沉积层。进气管的数量与气体分配器1内设置的气体分配网络的组数对应，即如果气体分配网络为一组时，进气管也为一个，在ALD反应时，需要在此进气管内交替切入不同的反应气体或蒸汽以及吹扫气体；如果气体分配网络为二组时，进气管也为二个(如图中所示的进气管5和6)，可以在不同的进气管分别固定通入一种气体，实行专管专用，节约不同反应气体切换的时间，并提高气体输送的稳定性和安全性。在本实施例的以下描述部分，将针对气体分配网络为一组时的情况，进行详细说明(对于气体分配网络为二组时的情况，将在实施例二中作进一步描述)。

请参阅图2，图2是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器的一种结构示意图。如图所示，气体分配器包括本体8，在本体8的上表面开有一个进气口9，下表面开有规律分布的多数个出气口11，全部的出气口在垂直方向形成的投影区域能够将基座上放置的硅片覆盖在内。在本体8内水平设有一个由二组分别平行设置的若干气体分配管之间按水平交错方向相互连通形成的网状气体分配网络10。位于气体分配网络10中心的气体分配管的中心位置上方管壁设有与气体分配管连通的进气管5，进气管5从本体8上表面的进气口9通出，并连通至原子层沉积设备的进气源管路。

请继续参阅图2。在气体分配网络10的各个气体分配管的下方管壁均匀设有若干个与各自的气体分配管连通的出气管12，出气管12从本体8下表面的出气口11通出，与腔室连通。各出气管12的下端面与本体8水平的下表面平齐，使反应气体或蒸汽能够同时接触硅片，以保证反应的均匀性。气体分配网络10中的各个气体分配管向本体8的侧部延伸，并在本体8的侧部具有封闭端13和14(图中标注的是其中1个气体分配管的截面封闭端)。反应气体或蒸汽以及吹扫气体(如图中气体分配管中的黑点所示)可由进气管5进入气体分配网络10的气体分配管，经各气体分配管分配后，由各出气管12向下方垂直吹出进入腔室。

请参阅图3，图3是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器的气体分配网络的结构示意图。如图所示，气体分配网络水平设于气体分配器的本体内(为便于说明，图3将气体分配网络从气体分配器的本体中分离出来表示)，包括按等距的直角交错方向水平相互连通的18个气体分配管15-1～15-9和16-1～16-9所构成的网状气体分配管路通道，处于不同方向的9个气体分配管15-1～15-9或16-1～16-9分别形成一组平行的气体分配管管路通道。各气体分配管的横截面为圆形。气体分配网络中的18个气体分配管15-1～15-9和16-1～16-9处于同一水平面。气体分配网络中的各个气体分配管15-1～15-9和16-1～16-9在相互连通的各个部位形成交叉点17(为虚拟的点，图中标注出其中之一的位置，以便理解)，任意二个交叉点之间等距。

请继续参阅图3。气体分配网络以2个交错的主气体分配管15-1和16-1的交叉点(位于进气管5下方的主气体分配管15-1和16-1的交叉位置)为中心向本体的侧部方向水平展开呈圆形。2个主气体分配管15-1和16-1在交叉点处的上方管壁设有进气管5；18个气体分配管在相互连通的各个交叉点处的下方管壁分别设有一个出气管12(图中标注出其中之一)。

请继续参阅图3。2个主气体分配管15-1和16-1的横截面积一致，位于2个主气体分配管15-1和16-1各自两侧的4个气体分配管15-3～15-9和15-2～15-8、16-3～16-9和16-2～16-8按从主气体分配管15-1和16-1向外侧方向横截面积依次以等比例或等面积量方式缩小设置，即从主气体分配管15-1向两侧方向，气体分配管15-3～15-9和15-2～15-8的横截面面积以等比例或等面积量方式顺序逐渐减小；从主气体分配管16-1向两侧方向，气体分配管16-3～16-9和16-2～16-8的横截面面积以相同的等比例或等面积量方式顺序逐渐减小。各侧气体分配管横截面积的缩小总量为50～90％，即位于气体分配网络最外侧的4个气体分配管15-8、15-9、16-8、16-9中每一个的横截面积分别是其主气体分配管的横截面积的10～50％。

请继续参阅图3。位于2个主气体分配管15-1和16-1各自两侧对称位置的气体分配管的横截面积一致，例如，气体分配管15-3与气体分配管15-2的横截面积一致，气体分配管16-3与气体分配管16-2的横截面积一致，并以此类推。位于交错方向的与对应的主气体分配管之间具有等次序数的气体分配管的横截面积一致，例如，将主气体分配管的次序数设为一，则气体分配管15-3是其主气体分配管15-1侧面的第二个气体分配管，气体分配管16-3也是其主气体分配管16-1侧面的第二个气体分配管，那么，气体分配管15-3与气体分配管16-3的横截面积一致，同样的，气体分配管15-8与气体分配管16-8的次序数都是五，所以，他们的横截面积也一致。

请继续参阅图3。气体分配网络以2个直角交错的主气体分配管15-1和16-1的交叉点为中心(也就是以进气管5为中心)向本体的侧部展开。气体分配网络中的18个气体分配管向本体的侧部延伸，并在本体的侧部具有封闭端13和14(图中标注的是其中主气体分配管15-1的截面封闭端)，使管中流经的气体或蒸汽只能从出气管方向排出(图3中为表示气体分配管内部的结构，气体分配管两端的端口呈未封闭状态，图4的情况相同)。各个出气管12的数量与本体下表面的出气口的数量一致，且位置一一对应设置。

请继续参阅图3。在2个主气体分配管15-1和16-1的交叉点处的上方管壁竖直向上设有1个进气管5，进气管5向本体上表面的进气口通出，与设备的进气源管路连通。在各个气体分配管15-1～15-9和16-1～16-9相互连通的所有交叉点处的下方管壁竖直向下分别设有1个出气管12，各个出气管12分别从本体下表面对应位置的出气口通出与腔室内部连通，并垂直朝向基座设置。这样，整个气体分配网络内部形成纵横交错相互贯通的水平管路通道，并通过进气管和出气管，与设备的进气源管路和腔室内部连通在一起。反应气体或蒸汽通过进气管进入气体分配网络，再通过网状互相连通的气体分配管进行均匀分配；同时，在反应周期中进行气体吹扫时，吹扫气体也同样可以通过上述管路进入及均匀分配。经各气体分配管分配后的反应气体或蒸汽以及吹扫气体，由各个均匀规律设置的出气管向下方垂直吹出，均匀地进入腔室。

请参阅图4，图4是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器的气体分配网络的出气管安装位置示意图。如图所示，在气体分配网络(为便于理解，将图4中的气体分配网络与图3中的气体分配网络上下方向颠倒，可进一步说明各个出气管的具体安装位置)的各个气体分配管相互连通的所有交叉点处的下方管壁竖直向下分别设有1个出气管12(图中标注的为其中之一，因图形经颠倒处理的关系，图中的上下方向是与实际方向相反的)，出气管12的数量与本体各个出气口的数量一致，且位置一一对应设置。各个出气管分别向本体对应的出气口通出，垂直朝向基座设置，并与腔室内部连通。各出气管的下端面与本体水平的下表面平齐，以保证与基座的距离相等。经过均匀分配的反应气体或蒸汽通过出气管均匀同时地吹向硅片，保证了在硅片上的反应均匀发生；同时，在反应周期中进行气体吹扫时，吹扫气体也同样可以通过上述管路向反应腔室均匀吹出。由于出气管数量较多，且规律地垂直朝向基座设置，使得出气管与硅片之间的距离可以设置得很接近，就可以保证反应气体快速、均匀地完全覆盖硅片，所以，也就相应地节约了设备腔体的内部空间，可以减小设备的体积。这样，不但可以节约反应气体的消耗量，而且，在进行气体吹扫时，也可以提高吹扫的效率。

一般来说，首先将进气管设置在气体分配网络的中心位置，从而使进气管具有一定的对称性，可以使反应气体或蒸汽经过分配后均匀地进入反应腔室，这是本发明区别于现有技术的一个特点。

此外，现有技术的气体分配器的气路管道由于具有等径的横截面积，随着反应气体或蒸汽从进气口进入，通过环形或U型的气路管道到达出气口时，所分配的反应气体或蒸汽的量其实是逐渐减少的。这是由于气体输送的时间差及管道压差的影响，一部分气体已通过气体分配器近进气口端的出气口先行进入反应腔室。所以，这种具有相等或相近横截面积气路管道的气体分配器，在进气口远端的管道处，具有比进气口近端的管道相对更大的内部空间，由于压力减小和流量降低的影响，吹扫气体就不易将此处管道内残留的前一种气体吹扫干净。针对上述问题，本发明将位于气体分配网络中心的2个主气体分配管的横截面积设计成最大，将位于气体分配网络边缘四周的4个气体分配管的横截面积设计成最小，并将所有的气体分配管按从中心向边缘对称地依次缩小的形式设置成网状的气体分配网络，使本发明的气体分配网络中的各气体分配管具有从中心向边缘横截面积逐渐减小的内部空间结构，可以在保证反应气体或蒸汽均匀进入反应腔室的同时，减少吹扫时间，提高吹扫效率，并有效地防止在ALD反应中误发生CVD反应。

在本实施例中，本发明的气体分配器可通过对实心的本体采用机械加工的方式，从本体侧面向本体内部加工出气体分配网络的纵横交叉互相连通的水平气体分配管管路通道，并由本体上、下表面分别向内部的气体分配管加工连通的进气管和出气管，然后，再在本体侧面将各气体分配管的两端进行封闭。也可以对本体和气体分配网络分别进行加工，将本体加工成可拆卸的腔体结构，然后再将加工好的气体分配网络安装进去。这两种加工方式都可以达到本发明的技术要求，在实际制作中可根据加工条件进行选取。这两种加工方式属于常规加工技术，故本实施例不再一一介绍。

实施例二

在本实施例中，请参阅图5，图5是本发明一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器的另一种结构示意图。如图所示，在气体分配器的本体8内设有二组气体分配网络20和10。每组气体分配网络的结构形式与实施例一中的一组气体分配网络的情况一致，此处不再重复描述。二组气体分配网络20和10之间按上、下位置分层独立设置(对位于下层的一组气体分配网络借用实施例一中的一组气体分配网络的数字标注)，每组气体分配网络都是以2个交错的主气体分配管的交叉点为中心(即以进气管为中心)向本体8的侧部方向水平展开，各气体分配管的两端封闭在本体侧部(请参阅实施例一)。上、下层的气体分配网络20和10的中心之间按错位设置，即二组气体分配网络的气体分配管之间按错位设置，以便使上、下层的气体分配网络的2个进气管6和5之间和全部的出气管21和12(图中标注其中之一)之间相互错开，能够直上直下设置。

请继续参阅图5。本体8设有与2个进气管6、5和全部的出气管21、12(图中标注其中之一)数量分别一致且位置对应的进气口22、9和出气口23、11(图中标注其中之一)，2个进气管6、5分别向本体8接近中部位置的对应的进气口22、9通出，分别连通设备的其中一种进气源管路；各个出气管21、12分别向本体8对应位置的一个出气口23、11通出，并垂直朝向基座设置。各组气体分配网络20或10的气体分配管的全部的出气管21或12在垂直基座的方向分别形成的投影区域都能够将基座上放置的硅片覆盖在内。按照这样的设置方式，在气体分配器内部就不会发生一组气体分配网络内的气体流入到另一组中发生混合的现象(如图中上层气体分配网络20内的黑点所代表的1种气体与下层气体分配网络10内的水平虚线所代表的另1种气体，相互之间不会发生串流并混合现象)。此种设计应用在反应中存在2种不同反应气体或蒸汽时的情况，可以实现专管专用，节约不同反应气体或蒸汽切换的时间，并提高了气体输送的稳定性和安全性。此气体分配器的其他方面与实施例一类似，此处不再赘述。

需要说明的是，本发明在原理上，可以在气体分配器的本体内设置二组以上的气体分配网络，当气体分配网络的数量为多组时，任意二组气体分配网络在气体分配器的本体内应处于不同的平面上，并且通过设置不同的进气管路和不同的出气管路进行分开。本发明的气体分配管的横截面还可以加工成椭圆形、矩形、正多边形或异型中的任意一种形状，正是由于本发明的网状交错形式的气体分配网络设计特点，使得在本发明中，能够扩大对于气体分配管的横截面形状的适应范围，具有不同截面形状的气体分配管所组成的气体分配网络，都可以很好地实现均匀分配和输送气体的功能，并能在气体吹扫时做到管道内不残留前种反应气体。在本发明的气体分配网络中，与2个主气体分配管分别相邻的4个气体分配管由于与主气体分配管的位置较接近，所以，其横截面积与主气体分配管的横截面积也可以相同，以利于气体通入初期快速向气体分配网络边缘扩散；在这4个气体分配管外侧的其他气体分配管，仍旧是按向本体的侧部方向横截面积依次以等比例或等面积量缩小设置，且横截面积的缩小总量为50～90％，即位于气体分配网络最外侧的4个气体分配管中每一个的横截面积是上述2个主气体分配管和与其相邻的4个气体分配管其中任意一个的横截面积的10～50％。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于薄膜沉积技术的气体分配器，设于原子层沉积设备反应腔室的顶部内壁，位于放置硅片的基座正上方，其特征在于，所述气体分配器包括：

本体，所述本体的上表面开有进气口，下表面开有规律分布的多数个出气口，全部的所述出气口在垂直所述基座方向形成的投影区域能够将所述基座上放置的所述硅片覆盖在内；

气体分配网络，设于所述本体内，包括二组分别平行设置的若干气体分配管之间按水平交错方向相互连通形成的网状气体分配管路通道，所述气体分配网络以其中2个交错的主气体分配管的交叉点为中心向所述本体的侧部展开，所述气体分配网络中的各个所述气体分配管向所述本体的侧部延伸，并在所述本体的侧部具有封闭端；在2个所述主气体分配管的所述交叉点处的上方管壁设有进气管，所述进气管向所述本体的所述进气口通出，并连通所述原子层沉积设备的进气源管路；在各个所述气体分配管的下方管壁分别均匀设有若干出气管，所述出气管的数量与所述本体的所述出气口的数量一致，各个所述出气管分别向对应位置的所述本体的各个所述出气口通出，并垂直朝向所述基座设置；其中，2个所述主气体分配管的横截面积一致，位于2个所述主气体分配管各自两侧的各个所述气体分配管按从所述主气体分配管向外侧方向横截面积依次缩小设置，位于2个所述主气体分配管各自两侧对称位置的所述气体分配管的横截面积一致，位于交错方向的与对应的所述主气体分配管之间具有等次序数的所述气体分配管的横截面积一致。

2.如权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，所述气体分配网络的数量为1组或2组；其中，当所述气体分配网络的数量为2组时，各组所述气体分配网络之间按上、下二层独立设置，并且，位于二层的所述气体分配网络的所述气体分配管之间按错位设置，所述本体设有2个所述进气口，2组所述气体分配网络的所述进气管分别向所述本体的所述进气口通出，并分别连通所述原子层沉积设备的其中一种进气源管路，所述本体设有与2组所述气体分配网络的全部所述出气管数量一致的所述出气口，2组所述气体分配网络的各个所述出气管分别向对应位置的各个所述出气口通出，各组所述气体分配网络的全部的所述出气管在垂直所述基座方向分别形成的投影区域能够将所述基座上放置的所述硅片覆盖在内。

3.如权利要求1或2所述的气体分配器，其特征在于，所述气体分配管的横截面为圆形、椭圆形、矩形、正多边形或异型中的任意一种形状。

4.如权利要求1或2所述的气体分配器，其特征在于，各个所述出气管的下端面与所述本体的下表面平齐，并与所述基座的距离相等。

5.如权利要求1或2所述的气体分配器，其特征在于，所述气体分配网络中的各所述气体分配管之间按直角交错方向相互连通设置，并处于同一水平面。

6.如权利要求1或2所述的气体分配器，其特征在于，所述气体分配网络中的各所述气体分配管之间按等距的直角交错方向相互连通设置，并处于同一水平面。

7.如权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，位于2个所述主气体分配管各自两侧的各个所述气体分配管按从所述主气体分配管向外侧方向横截面积依次以等比例缩小设置。

8.如权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，位于2个所述主气体分配管各自两侧的各个所述气体分配管按从所述主气体分配管向外侧方向横截面积依次以等面积量缩小设置。

9.如权利要求1所述的气体分配器，其特征在于，与2个所述主气体分配管分别相邻的所述气体分配管的横截面积与所述主气体分配管的横截面积一致，其他的所述气体分配管按向所述本体的侧部方向横截面积依次以等比例或等面积量缩小设置。

10.如权利要求1、7、8或9所述的气体分配器，其特征在于，所述横截面积的缩小总量为50～90％。