气体传输装置和原子层沉积系统的制作方法

本技术涉及半导体，尤其涉及一种气体传输装置和原子层沉积系统。

背景技术：

1、随着先进工艺技术节点沿着摩尔定律不断发展，半导体器件的尺寸不断微缩，导致半导体器件中栅极对沟道的控制能力逐渐变差，为了提高栅极对沟道的控制能力，对栅极与沟道之间的栅氧化层的沉积的精细化程度的要求越来越高。

2、热式原子层沉积技术(thermal ald)用于实现原子尺度的薄膜沉积，例如可以实现栅氧化层(包括高k介质层)等的沉积，然而通过目前的原子层沉积设备得到的薄膜的性能较差，例如薄膜的均匀度和一致性较差，从而降低了半导体器件的性能，不利于先进工艺技术节点的进一步发展。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种气体传输装置和原子层沉积系统，旨在提高原子层沉积系统沉积得到的薄膜的均匀度和一致性，从而提高薄膜制成的半导体器件的性能。

2、为达到上述目的，本技术的实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种气体传输装置，用于向基底传输气体，以便将气体以单原子膜的形式沉积在基底上，该气体传输装置包括气体混合结构、进气管以及出气接口。

4、其中，该气体混合结构包括相连接的第一组成部和第二组成部，第一组成部的内壁和第二组成部的内壁均为曲面，且两者围成第一空腔。进气管与第一空腔相通，进气管用于向第一空腔输入气体。出气接口的一端与第二组成部连接，且与第一空腔相通；进气管和出气接口位于气体混合结构的不同位置；第二组成部位于出气接口和第一组成部之间，第一组成部的内壁朝向远离出气接口的方向凸起。

5、本技术实施例通过设置用于围成第一空腔的第一组成部和第二组成部的内壁为曲面，使得第一空腔的壁面没有折痕地实现过渡，避免第一空腔内存在死角，从而避免气体残留，并保证在吹扫过程中能够将第一空腔内剩余的物质清扫干净，有效提高原子层沉积系统沉积形成的薄膜的性能。

6、此外，通过设置第一空腔第一组成部和第二组成部的内壁为曲面，可以降低在第一空腔内形成湍流的概率，从而保证气体传输装置输出的气体较为平缓，以便这些气体平缓地沉积在基底(例如晶圆)表面，提高沉积形成的薄膜的性能。

7、在第一方面可能的实现方式中，第一空腔的形状呈球状或椭球状。

8、在第一方面可能的实现方式中，第一组成部的内壁呈半球状或半椭球状；第二组成部的内壁呈圆柱状。

9、即，出气接口正对的部分为球状曲面，避免距离出气接口最远的位置处存在气体残留。此外，还可以使得圆柱状腔体的母线的延伸方向与出气接口的出气方向大致平行，从而实现气体的顺利输出。

10、在第一方面可能的实现方式中，第一组成部的内壁的球心，位于第二组成部的内壁的中心线上；在中心线的延伸方向上，第二组成部的内壁的高，与第一组成部的内壁的半径的比值为1:1～1:3。

11、通过控制第二组成部的内壁的高与第一组成部的内壁的半径的比值为1:1～1:3，可以在保证第一组成部的内壁为曲面的前提下，增大第一空腔的容积，保证气体可以在第一空腔内实现充分混合，同样还可以避免第一空腔的容积过大导致气体残留的问题。

12、在第一方面可能的实现方式中，第一组成部的内壁和第二组成部的内壁在相互连接的位置处相切。从而保证第一组部的内壁和第二组成部的内壁在相互连接的位置处平滑过渡，进一步降低第一空腔内产生湍流的可能性，保证气体传输装置平稳地输出气体。

13、在第一方面可能的实现方式中，出气接口包括第一子部和第二子部，第一子部一端与第二子部连接，另一端与气体混合结构连接。其中，第二子部呈圆台状，且由第二子部的靠近第一子部的一端指向远离第一子部的一端，第二子部的直径逐渐变大。

14、即，第二子部的用于输出气体的一端为敞口状，从而使得气体呈放射状输出，从而使得气体传输装置输出的气体分布更加均匀，提高在晶圆等基底表面形成的薄膜的均匀度。

15、在第一方面可能的实现方式中，第一子部呈圆柱状；或者，第一子部呈圆台状，且由第一子部的靠近第二子部的一端指向远离第二子部的一端，第一子部的直径逐渐变大。

16、从而使得在气体混合结构中混合完成的气体经过圆柱状的第一子部后，较为平缓地传输至敞口状的第二子部，避免由于气体存在湍流等不稳定因素导致传输至第二子部的气体均匀度较差的问题，以便使得气体传输装置传输至基底表面的气体更加均匀。

17、在第一方面可能的实现方式中，出气接口还包括第三子部，第三子部一端与第一子部连接，另一端与第二组成部连接；第三子部呈圆台状，且由第三子部的与第一子部连接的一端，指向与第二组成部连接的一端，第三子部的直径逐渐变大。

18、即，第三子部的朝向气体混合结构的一端为敞口状，从而使得在气体混合结构中混合完成的气体先传输至第三子部实现进一步的充分混合，再传输至第一子部实现平缓传输后由第二子部以扩散状输出，从而一方面使得气体充分混合，另一方面提高气体传输装置传输至基底表面的气体的分布均匀度。

19、在第一方面可能的实现方式中，气体传输装置还包括气体扩散结构，该气体扩散结构与出气接口的远离第二组成部的一端连接。

20、气体扩散结构包括两个面板和两个侧板，两个面板相对设置，分属于两个面板且相对的两条侧边通过侧板连接。面板呈扇形，两个面板和两个侧板围成扇形的第二空腔，面板的弧边所在的一端形成第二空腔的出气口，面板的与弧边相对的一端形成第二空腔的进气口，进气口与出气接口连接且相通。

21、通过设置扇形的气体扩散结构，可以使得由出气接口排出的混合气体通过气体扩散结构以放射状输出，且，扇形的气体扩散结构可以保证从气体扩散结构的弧边的不同位置输出的气体较为均匀，例如气体的流速、浓度等均较为均匀。

22、在第一方面可能的实现方式中，在出气接口包括第二子部的情况下，气体扩散结构的进气口与第二子部连接，且第二子部的两条母线的最大夹角大于或等于气体扩散结构的两个侧板的夹角。

23、通过设置第二子部的两条母线的最大夹角大于或等于气体扩散结构的两个侧板的夹角，保证从第二子部输出的气体可以扩散至气体扩散结构的两个侧板，而非仅在第二空腔的中部传输，从而保证气体从气体扩散结构的出气口均匀输出。

24、在第一方面可能的实现方式中，进气管设置在第一空腔的高度的三分之一至三分之二处；第一空腔的高度是指，第一空腔的距离出气接口最远的一点，与第一空腔的距离出气接口最近的一点之间的距离。

25、通过将进气管设置在第一空腔的高度的三分之一至三分之二处，可以避免进气管过于靠近气体混合结构的底部(气体混合结构的远离出气接口的端部)，导致气体在气体混合结构的底部聚集过多，造成气体残留的问题，同时也避免进气管过于靠近出气接口，导致输入的气体未能充分混合便从出气接口输出。

26、在第一方面可能的实现方式中，进气管管壁的与气体混合结构连接的部分，与第一空腔的内壁相切。从而使得进气管传输的气体可以平缓地输入第一空腔，进一步降低第一空腔中产生湍流的概率，从而可以避免气体的聚集停留，另外还可以使得进气管输入的气体贴着第一空腔的壁面传输，从而便于对第一空腔的内壁进行清洁。

27、第二方面，提供了一种原子层沉积系统，包括晶圆处理装置和如第一方面中的任一项实施例提供的气体传输装置。晶圆处理装置与气体传输装置连通。

28、第二方面的实施例中提供的原子层沉积系统的设计方式所带来的技术效果，可参见前述第一方面实施例中提供的气体传输装置的设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

技术特征：

1.一种气体传输装置，用于向基底传输气体，以便将所述气体以单原子膜的形式沉积在所述基底上，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述气体传输装置，其特征在于，所述第一空腔的形状呈球状或椭球状。

3.根据权利要求1所述气体传输装置，其特征在于，所述第一组成部的内壁呈半球状或半椭球状；所述第二组成部的内壁呈圆柱状。

4.根据权利要求3所述气体传输装置，其特征在于，所述第一组成部的内壁的球心，位于所述第二组成部的内壁的中心线上；在所述中心线的延伸方向上，所述第二组成部的内壁的高，与所述第一组成部的内壁的半径的比值为1:1～1:3。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体传输装置，其特征在于，所述第一组成部的内壁和所述第二组成部的内壁在相互连接的位置处相切。

6.根据权利要求1～5中任一项所述气体传输装置，其特征在于，所述出气接口包括第一子部和第二子部，所述第一子部一端与所述第二子部连接，另一端与所述第二组成部连接；

7.根据权利要求6所述气体传输装置，其特征在于，所述第一子部呈圆柱状；或者，所述第一子部呈圆台状，且由所述第一子部的靠近所述第二子部的一端指向远离所述第二子部的一端，所述第一子部的直径逐渐变大。

8.根据权利要求6或7所述气体传输装置，其特征在于，所述出气接口还包括第三子部，所述第三子部一端与所述第一子部连接，另一端与所述第二组成部连接；所述第三子部呈圆台状，且由所述第三子部的与所述第一子部连接的一端，指向与所述第二组成部连接的一端，所述第三子部的直径逐渐变大。

9.根据权利要求1～8中任一项所述气体传输装置，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的气体传输装置，其特征在于，在所述出气接口包括第二子部的情况下，所述气体扩散结构的进气口与所述第二子部连接，且所述第二子部的两条母线的最大夹角大于或等于所述气体扩散结构的两个所述侧板的夹角。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的气体传输装置，其特征在于，所述进气管设置在所述第一空腔的高度的三分之一至三分之二处；所述第一空腔的高度是指，所述第一空腔的距离所述出气接口最远的一点，与所述第一空腔的距离所述出气接口最近的一点之间的距离。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的气体传输装置，其特征在于，所述进气管管壁的与所述气体混合结构连接的部分，与所述第一空腔的内壁相切。

13.一种原子层沉积系统，其特征在于，包括：

技术总结
本申请实施例提供了一种气体传输装置和原子层沉积系统，涉及半导体技术领域。该气体传输装置用于向基底传输气体，以便将气体以单原子膜的形式沉积在基底上，其包括气体混合结构、进气管和出气接口。其中，气体混合结构包括相连接的第一组成部和第二组成部，第一组成部的内壁和第二组成部的内壁均为曲面，且两者围成第一空腔。进气管与第一空腔相通，其用于向第一空腔输入气体。出气接口一端与第二组成部连接且与第一空腔相通；第二组成部位于出气接口和第一组成部之间，第一组成部的内壁朝向远离出气接口的方向凸起。该气体传输装置可以使得混合气体均匀地传输至晶圆表面，从而提高晶圆表面的薄膜沉积的效果。

技术研发人员：张俊铭,吴晟基,孟庆鹤,李瑛,李晓璞,黄涛
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5