气相反应器系统及其清洁方法与流程

1.本公开总体涉及气相反应器系统及其使用方法。更具体地，本公开涉及用于清洁气相反应器系统的方法和设备。

背景技术：

2.诸如化学气相沉积(cvd)、等离子体增强cvd(pecvd)、原子层沉积(ald)等气相反应器可用于各种应用，包括在衬底表面上沉积和蚀刻材料。例如，气相反应器可用于在衬底上沉积和/或蚀刻层，以形成半导体器件、平板显示器件、光伏器件、微机电系统(mems)等。
3.典型的气相反应器系统包括一个或多个反应器，每个反应器包括反应室、反应室内的基座和流体联接到反应室的一个或多个气体源。在各种气相过程(比如沉积过程)中，材料沉积到衬底上，也可以沉积到反应室内的表面上—例如沉积到反应室的壁上、基座的表面上等。
4.通常，反应室内表面上的沉积会导致沉积到反应室内的衬底上的层的不期望的不均匀性、沉积过程中不期望的颗粒形成等。为了减轻这种不必要的影响，可以定期清洁反应室内的表面。不幸的是，许多清洁过程需要相对较长的时间，这增加了使用反应器制造器件的时间和费用。此外，许多清洁过程可能不能够容易地清洁反应室内的各种表面。因此，需要用于清洁反应室内部的改进的气相方法和系统。
5.相关技术中涉及的问题和解决方案的任何讨论已被包括在本公开中，仅仅是为了提供本公开的背景，并且不应被认为是承认在做出本发明时任何或所有的讨论是已知的。

技术实现要素：

6.本公开的各种实施例涉及气相设备和系统以及使用该气相设备和系统的方法。所述设备、系统和方法可以与各种应用结合使用，包括例如电子器件的制造。虽然本公开的各种实施例解决现有方法和系统的缺点的方式将在下面更详细地讨论，但总体而言，本公开的各种实施例提供了适于快速清洁反应室的内表部面的改进的设备、系统和方法。使用本文描述的示例性系统和方法可以显著减少反应室清洁时间，减少操作(例如沉积过程)期间的颗粒形成，产生具有改善的均匀性(减少的不均匀性)的膜或层，并减轻清洁过程期间对反应室表面的损害。
7.根据本公开的至少一个实施例，提供了一种反应器系统。示例性反应器系统包括：反应室，其包括上室部分和下室部分；气体分配装置，用于向上室部分提供气体；基座，其位于气体分配装置下方；第一清洁气体扩散器；清洁反应物源，其包括清洁反应物，流体联接到第一清洁气体扩散器；以及至少一个排气源，其联接到反应室。根据本公开的示例，第一清洁气体扩散器包括包含多个孔的第一注射器部分。第一注射器部分可以位于下室部分、上室部分内或它们之间。根据另外示例，第一注射器部分包括弓形部分。根据其他示例，第一注射器部分包括线性形状部分。线性或弓形部分可以包括多个孔，以向反应室提供清洁反应物。反应器系统还可以包括可移动轴，以在竖直方向上移动基座。根据进一步示例，反
应器系统还包括第二清洁气体扩散器，其可以位于下室部分、上室部分内或它们之间。根据进一步示例，反应器系统包括在上室部分和下室部分之间的隔离板。第一注射器部分可以在隔离板上方或下方。
8.根据本公开的附加实施例，公开了一种清洁反应室内部的方法。一种示例性方法包括提供反应器系统，该反应器系统包括包含上室部分和下室部分的反应室、用于在反应室内提供气体的气体分配系统、基座、包含反应室内的注射器部分的清洁气体扩散器和清洁反应物源；以及使用清洁气体扩散器，从清洁反应物源提供清洁反应物到下室部分，以清洁基座和下室部分。根据这些实施例的示例，该方法还包括通过气体分配装置提供惰性气体的步骤。示例性方法还可以包括在提供清洁反应物的步骤之前，将基座从处理位置移动到清洁位置。
9.通过参考附图对某些实施例的以下详细描述，这些及其他实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见；本发明不限于所公开的任何特定实施例。
附图说明
10.当结合以下说明性附图考虑时，通过参考详细描述和权利要求，可以获得对本公开的示例性实施例的更完整的理解。
11.图1示出了根据本公开的至少一个实施例的反应器系统。
12.图2和图3示出了根据本公开示例的反应器的一部分。
13.图4和图5示出了根据本公开示例的馈通连接。
14.图6示出了根据本公开示例的另一反应器系统。
15.图7示出了根据本公开示例的又一反应器系统。
16.图8示出了根据本公开示例的另一馈通连接器。
17.图9和图10示出了根据本发明示例的管接头。
18.图11示出了根据本公开示例的另一清洁气体扩散器。
19.图12示出了根据本公开示例的又一清洁气体扩散器。
20.图13示出了根据本公开示例的多室反应器系统。
21.应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不一定是按比例绘制的。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以有助于提高对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
22.尽管下面公开了某些实施例和示例，但本领域技术人员将理解，本发明延伸到具体公开的实施例和/或本发明的用途及其明显的修改和等同物之外。因此，意图是所公开的本发明的范围不应被下面描述的具体公开的实施例限制。
23.本公开总体涉及气相设备、反应器系统和方法。这里描述的设备、系统和方法可以用于处理衬底，比如半导体晶片，以形成例如电子器件。举例来说，本文所述的系统和方法可用于形成含金属层，比如包含钼的层。
24.在本公开中，气体可以包括常温常压(ntp)下为气体的材料、蒸发的固体和/或蒸发的液体，并且可以由单一气体或气体混合物构成，这取决于情况。除了处理气体之外的气
体，即不经过气体分配组件、其他气体分配装置等引入的气体，可以用于例如密封反应空间，并且可以包括密封气体，比如稀有气体。
25.此外，在本公开中，变量的任何两个数字可以构成该变量的可行范围，并且所指示的任何范围可以包括或不包括端点。此外，所指出的变量的任何值(不管它们是否用“约”表示)可以指精确值或近似值，并且包括等同物，并且可以指平均值、中间值、代表性值、多数值等。此外，在本公开中，术语“包括”、“由...构成”和“具有”在一些实施例中可以独立地指“通常或广义地包括”、“包含”、“基本由...构成”或“由...构成”。在本公开中，任何定义的含义在一些实施例中不一定排除普通和习惯的含义。
26.现在转向附图，图1示出了根据本公开的至少一个实施例的反应器系统100。反应器系统100包括反应器102，该反应器102包括反应室104、气体分配装置106、基座108、气体源110、排气源118、控制器120和一个或多个清洁气体扩散器132。尽管示出了一个反应器102/反应室104，但反应器系统100可以包括任何合适数量的反应室104，并且可以可选地包括一个或多个衬底处理系统。
27.反应器102可以配置为cvd反应器、循环沉积过程反应器(例如循环cvd反应器)、ald反应器、peald反应器等，其中任何一种都可以包括等离子体设备，比如直接和/或远程等离子体设备。反应室104可以由合适的材料形成，比如石英、金属等，并且可以配置为保持一个或多个用于处理的衬底。
28.反应室104包括上室部分124和下室部分126。上室部分124和下室部分126可以由隔离板128分开。另外或可替代地，上室部分124可以在基座108的顶面130上方，和/或下室部分126可以在基座108的顶面130下方。
29.气体分配装置106从一个或多个气体源110-116向上室部分124提供气体。举例来说，气体分配装置106可以是或包括包含喷淋头装置的组件。
30.基座108可以支撑待处理的衬底，并且可以位于气体分配装置106下方。根据本公开的示例，基座108可以是或包括在处理期间支撑衬底的静电卡盘。基座108可以联接到可移动轴109，可移动轴109可以将基座108从处理位置移动到清洁位置，如下所述。
31.气体源110-116可以各自包括容器和存储在相应容器内的反应物、前体或清洁反应物。举例来说，第一气体源110可以包括容器和载气；第二气体源112可以包括用于沉积或蚀刻过程的容器和前体；第三气体源114可以包括容器和反应物；第四气体源116可以包括容器和清洁反应物。
32.如图所示，在一些情况下，第四气体源116可以直接流体联接到下室部分126、远程等离子体单元122，或可替代地直接联接到上室部分124。此外，气体源110-116中的任一个可以联接到rpu122和/或可以绕过rpu122并联接到气体分配装置106或上室部分124。此外，尽管示出了四个气体源110-116，但示例性系统可以包括联接到反应室104的任何合适数量的气体源(例如四个或更多个)。
33.示例性清洁反应物包括含卤素的气体，比如包括f、cl、br和i中的一种或多种的气体。通过特定的示例，清洁反应物可以包括氟(例如nf3、f*)。
34.排气源118可以包括例如一个或多个真空源。示例性真空源包括一个或多个干式真空泵和/或一个或多个涡轮分子泵。
35.控制器120可配置成执行本文所述的各种功能和/或步骤。控制器120可以包括一
个或多个微处理器、存储元件和/或开关元件，以执行各种功能。尽管图示为单个单元，但控制器120可以替代地包括多个设备。举例来说，控制器120可用于在处理期间控制从一个或多个气体源110-114到反应室104的气体流；在清洁过程期间，气体从清洁反应物源116流到清洁气体扩散器132，和/或在处理和/或清洁过程期间流到排气源118。
36.根据本公开的各种示例，反应器系统100包括至少一个清洁气体扩散器132。清洁气体扩散器132可位于下室部分126内(如图所示)、上室部分124内、或者在下室部分126和上室部分124之间—例如大约共面(例如在顶面130的约5.5mm内)。在基座108不移动的情况下，可能希望将清洁气体扩散器132定位在顶面130处或附近。
37.反应器系统100还可以包括流体联接到反应室104的远程等离子体单元122。如图所示，rpu122可以从一个或多个气体源110、116接收气体。
38.隔离板128可用于控制上室部分124和下室部分126之间的气体流。根据本公开的示例，一个或多个清洁气体扩散器132位于隔离板128下方。
39.反应器102还可以包括位于顶面130上方和下方的一个或多个排气端口134和136。排气端口134可以在清洁气体扩散器132上方，排气端口136可以在清洁气体扩散器132下方。在操作过程中，排气端口134和排气端口136中的任一个或两个可以排出清洁反应物。
40.在操作期间，在提供清洁反应物的步骤之前，基座108可以从处理位置移动到清洁位置。在一些情况下，在清洁位置，基座108的底面131位于清洁气体扩散器132的多个孔上方。在一些情况下，第一清洁气体扩散器在基座上方，第二清洁气体扩散器在基座下方—例如在基座108的底面下方。在一些情况下，不移动基座108来执行清洁。在一些情况下，在清洁位置，基座108的顶面130位于清洁气体扩散器132中的多个孔下方。
41.一旦基座108处于清洁位置，来自清洁反应物源116的反应物可以通过反应室104的底壁提供给清洁气体扩散器132，以清洁基座108和/或下室部分126。清洁反应物可以使用排气源118排出—通过下室部分126或上室部分124。可以通过气体分配装置106提供气体比如惰性气体(例如氩气、n2)，以减轻清洁反应物与气体分配装置106的相互作用。惰性气体的流量可以在约800sccm和1200sccm之间或者约900sccm和1000sccm之间。根据进一步示例，清洁反应物或承载清洁反应物的管和/或注射器部分可被加热—例如加热到约140℃至约150℃的温度。清洁反应物的流量可以在每室约300到约450sccm之间。
42.在清洁过程中，反应室104内的温度可以在约300℃到约550℃之间。例如，基座108可被加热到这样的温度。反应室内的压力可以低于大气压，比如在约30托和约60托之间。
43.现在转到图2，适合用作反应器102的反应器200的一部分以截面图示意性示出。反应器200包括反应室202，其包括上室部分204和下室部分206；气体分配装置208；在两个不同位置示出的基座210；隔离板212；以及清洁气体扩散器214，它们中的每个都可以与结合图1描述的相应部件相同或相似。
44.基座210可以从处理位置(顶部位置)移动到清洁位置(底部位置)。根据本公开的示例，基座210可以在竖直方向上移动约80至约120或约90mm。
45.在图示的示例中，清洁气体扩散器214位于下室部分206内。在图示的示例中，清洁气体扩散器214使用一个或多个支撑件218支撑在反应室202内。支撑件218可以安装到例如反应室202内的观察端口216。
46.清洁气体扩散器214可以由任何合适的材料形成，比如铝、hastelloy c22等。清洁
气体扩散器214的内部可以包括涂层。涂层可以是或包括例如钇、氧化铝等。
47.清洁气体扩散器214可以由内径约为5.46mm和/或外径约为6.35mm的管道形成。清洁气体扩散器214向下室206提供清洁反应物，该反应物可使用排气源118排出。在图示的示例中，当基座210处于升高位置时，清洁气体扩散器214可用于清洁基座210的底面220，而当基座210处于降低位置时，清洁气体扩散器214可用于清洁基座210的顶面222。
48.图3示出了反应器200的一部分的俯视图，其中移除了部件以更清楚地示出示例性清洁气体扩散器214。在图示的示例中，清洁气体扩散器214包括管308，管308包括位于反应室202底部的入口302和包括多个出口304的注射器部分303。每个出口304可以是形成在管308内的孔。这些孔可以(例如均匀地)以例如5、10、15或30度的间隔或约1至约10mm的间隔隔开。注射器部分303可以适当地包括弓形部分305。其他形状比如这里描述的其他形状也是合适的。清洁气体扩散器214通常可以成形为部分圆形，其直径大于、约等于或小于基座210的直径。出口304可例如沿着清洁气体扩散器214的圆周或周界(例如沿着弓形部分305)跨越约60度至约180度或约90度至约150度或约120度。出口304的直径可以为约0.5至约2mm或约1mm。出口可定位成与反应室202内形成的下室部分排气出口(即穿过下室部分的壁的下室排气端口)306相对。这种构造有利于清洁反应物流过基座210的表面，从而清洁基座210。
49.如图所示，注射器部分303可以位于隔离板128/212下方。另外或可替代地，注射器部分303可以在基座210的顶面上方。
50.图4和图5示出了示例性馈通连接器400和500，用于通过密封连接将清洁气体扩散器214通过入口302连接到外部反应室202。馈通连接器400和500可以接收清洁气体扩散器214的一部分，并在清洁气体扩散器214和反应室202之间形成密封。
51.馈通连接器400包括密封件402和套筒接头404。密封件402可以是由例如ss216形成的热膨胀密封件。套筒接头404可以由例如铝形成，并具有例如约9.127mm的公差。清洁气体扩散器214的管308然后可以连接到可由例如不锈钢形成的其他管406。馈通连接器500可以包括超托(ultratorr)(例如可从swagelok获得)连接。馈通连接器500包括密封件502和凸缘接头504，其可以焊接到管308。馈通连接器500还可以包括联接到超托体510的螺母506。超托体510可以通过o形环512和焊缝514联接到螺母506。真空耦合辐射(vcr)螺母516和压盖518可用于将管308联接到另一个管等。密封件502可以是由例如弹性体形成的热膨胀密封件。套筒接头504可以由例如ss216形成。然后，管308可以延伸穿过反应室202的底部408。
52.图6示出了根据本公开示例的另一反应器600。在图6中，基座210处于降低位置，使得基座210处于反应室608的下室部分606中。反应器600类似于反应器200，除了反应器600包括第一清洁气体扩散器602和第二清洁气体扩散器604。如图所示，第一清洁气体扩散器602和第二清洁气体扩散器604都可以位于反应室608的下室部分606中。可替代地，第一清洁气体扩散器602和第二清洁气体扩散器604中的一个可以位于反应室608的上室部分610中。
53.在图6所示的示例中，第一清洁气体扩散器602和第二清洁气体扩散器604都包括各自的弓形部分612、614(例如圆形)，其中出口(例如孔616)围绕圆形部分的至少一部分延伸(例如弓形(圆形)部分的约60至180度或约90至150度或约120度)。一个或多个孔的横截
面(例如直径)尺寸可以在例如约0.8mm和约1.0mm之间。清洁气体扩散器602和/或604的孔可以定位成与反应室608中的开口618相对至排气源118，从而促进清洁反应物在基座210表面上的移动。
54.利用图6所示的设计，基座210的顶面、侧面和底面可被快速清洁。如图所示，与第二清洁气体扩散器604相比，第一清洁气体扩散器602可以具有更大的直径/周长。例如，清洁气体扩散器602的横截面尺寸可以大于基座210的横截面尺寸，和/或清洁气体扩散器604的横截面尺寸可以小于基座210的横截面尺寸。
55.图7示出了根据本公开示例的另一反应器700。反应器700类似于反应器600，除了反应器700仅包括单个清洁气体扩散器702(其可以与清洁气体扩散器604相同或相似)。
56.图8示出了根据本公开示例的另一馈通连接器800。在图示的示例中，清洁气体扩散器804(其可以与清洁气体扩散器214相同或相似)使用管接头808联接到馈通管806。诸如o形环和套筒接头812的密封件可以在反应室壁814和馈通管806之间提供密封。
57.图9和10示出了根据本公开示例的适合用作管接头808的管接头900和1000。管接头900包括轴环902，其可以使用固定螺钉904联接到管806和清洁气体扩散器804。管接头1000包括轴环1002，其包括凹口1004以容纳清洁气体扩散器804上的相应突起1006。图10所示的配置允许快速安装或更换清洁气体扩散器804。
58.图11示出了另一反应器1100，包括清洁气体扩散器1102。反应室1100可以与反应室200相同或相似，除了清洁气体扩散器1102包括线性或直线部分1104和1106，而不是弓形部分。部分1104和1106可以由例如管材形成。尽管示出具有两个部分1104和1106，清洁气体扩散器1102可以包括任何合适数量的部分。类似于上面描述的清洁气体扩散器，清洁气体扩散器1102可以包括多个出口1110(例如孔)—例如以这里提到的间隔。在这种情况下，孔/出口可以位于部分1106上—例如与排气出口1108相对。清洁气体扩散器1102可以使用任何合适的馈通(比如这里描述的馈通)连接到反应室1100。
59.图12示出了另一反应器1200，包括清洁气体扩散器1202。反应室1200可以与反应室1100相同或相似，除了清洁气体扩散器1202包括部分1204和1206，而不是部分1104和1106。部分1204和1206可以由例如矩形管材形成。例如，部分1204可以具有基本方形或矩形的横截面，而部分1206可以具有矩形的横截面—例如在竖直方向上伸长。尽管示出具有两个部分1104和1106，清洁气体扩散器1102可以包括任何合适数量的部分。类似于上面描述的清洁气体扩散器，清洁气体扩散器1102可以包括多个出口1210—例如以这里提到的间隔。在这种情况下，孔/出口1210可以位于部分1206上—例如与排气出口1208相对。清洁气体扩散器1102可以使用任何合适的馈通(比如这里描述的馈通)连接到反应室1100。
60.图13示出了根据本公开的进一步示例的反应器系统1300。反应器系统1300类似于反应器系统100，除了反应器系统1300包括两个(或更多个)反应器1302和1304。每个反应器1302和1304可以与上述反应器(例如反应器102、200)相同或相似。如图所示，两个或更多个反应器1302和1304可以共享公共清洁反应物供应管线1306，以向清洁气体扩散器1312提供清洁反应物，清洁气体扩散器1312可以是例如本文所述的任何清洁气体扩散器。此外，两个或更多个反应器1302和1304可以共享共同的排气源管线1308，并且联接到排气源118。
61.上述公开的示例实施例不限制本发明的范围，因为这些实施例仅仅是本发明实施例的示例。例如，一些系统被图示为具有某些清洁气体扩散器，但示例性系统可以包括清洁
气体扩散器的任何组合。任何等同的实施例都在本发明的范围内。实际上，除了在此示出和描述的那些之外，本公开的各种修改，例如所描述的元件的可替换的有用组合，对于本领域技术人员来说从描述中会变得显而易见。这种修改和实施例也旨在落入所附权利要求的范围内。

技术特征：

1.一种反应器系统，包括：包括上室部分和下室部分的反应室；用于向上室部分提供气体的气体分配装置；位于气体分配装置下方的基座；第一清洁气体扩散器，其包括包含多个孔的第一注射器部分；清洁反应物源，其包括清洁反应物，流体联接到第一清洁气体扩散器；以及联接到反应室的至少一个排气源。2.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第一注射器部分包括弓形部分。3.根据权利要求2所述的反应器系统，其中，所述孔沿着所述弓形部分的延伸约60至180度或约90至150度的弧定位。4.根据权利要求1所述的反应器系统，还包括穿过所述下室部分的壁的下室排气端口，所述下室排气端口与所述第一注射器部分相对。5.根据权利要求1所述的反应器系统，还包括馈通连接器，其中，所述馈通连接器接收所述第一清洁气体扩散器的一部分。6.根据权利要求1所述的反应器系统，还包括可移动轴，其中，所述可移动轴将所述基座从处理位置移动到清洁位置。7.根据权利要求6所述的反应器系统，其中，在所述清洁位置，所述基座的底面位于所述多个孔上方。8.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第一清洁气体扩散器包括铝或钇。9.根据权利要求1所述的反应器系统，还包括第二清洁气体扩散器，并且其中，在清洁过程中，所述第一清洁气体扩散器位于所述基座上方，并且所述第二清洁气体扩散器位于所述基座下方。10.根据权利要求1所述的反应器系统，还包括位于所述上室部分和所述下室部分之间的隔离板，其中，所述第一注射器部分位于所述隔离板下方。11.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第一注射器部分位于所述基座的底面下方。12.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述第一注射器部分位于所述基座的顶面上方。13.根据权利要求1所述的反应器系统，其中，所述孔中的一个或多个的横截面尺寸在约0.8mm和约1mm之间。14.根据权利要求1所述的反应器系统，包括位于所述第一注射器部分上方的排气端口。15.一种清洁反应室的内部的方法，该方法包括以下步骤：提供反应器系统，该反应器系统包括：包括上室部分和下室部分的反应室；用于在反应室内提供气体的气体分配系统；基座；清洁气体扩散器，其包括反应室内的注射器部分；以及清洁反应物源；以及
使用清洁气体扩散器，从清洁反应物源向下室部分提供清洁反应物，以清洁基座和下室部分。16.根据权利要求15所述的方法，还包括通过所述气体分配装置提供惰性气体的步骤。17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述惰性气体的流量在约800sccm和1200sccm之间或者约900sccm和1000sccm之间。18.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述基座加热到约300℃至约550℃的步骤。19.根据权利要求15所述的方法，还包括在提供所述清洁反应物的步骤之前，将所述基座从处理位置移动到清洁位置的步骤。20.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述注射器部分加热到约140℃至约150℃的温度的步骤。

技术总结

公开了气相反应器系统及其清洁方法。示例性系统包括反应室内的清洁气体扩散器，以有助于清洁反应室内的部件，比如基座。清洁气体扩散器可以配置为在反应室内的一个或多个表面上提供清洁反应物的流动。上提供清洁反应物的流动。上提供清洁反应物的流动。

技术研发人员：

J.黄 G.特里维迪 Y.卜 T.邓恩 T.菲茨杰拉德 A.法德尼斯 P.马

受保护的技术使用者：

ASMIP私人控股有限公司

技术研发日：

2022.09.16

技术公布日：

2023/3/24