气体分布喷洒模块与镀膜设备

摘要

本发明公开了一种气体分布喷洒模块与镀膜设备，其中的气体分布喷洒模块包括第一、第二、第三与第四扩散板。其中，第二扩散板位于第一扩散板底下、第三扩散板位于第二扩散板底下以及第四扩散板位于第三扩散板底下并与第三扩散板相隔一间距。所述第三扩散板分为面积比为1∶1至1∶5的一内部区域与一外部区域，且第三扩散板具有多个气孔分布于内部区域与外部区域，其中内部区域内与外部区域内的气孔的面积比为1∶1至1∶5。本发明的气体分布喷洒模块以及镀膜设备，能使气体充分的混合，并解决气体喷洒到基板的不均匀性。而且，本发明的气体分布喷洒模块不但易于组装，其加工制造成本也低，连带具有维修保养简单容易的效果。

权利要求

1.一种气体分布喷洒模块，其特征在于，包括：一第一扩散板；

一第二扩散板，位于该第一扩散板底下；

一第三扩散板，位于该第二扩散板底下；以及一第四扩散板，位于该第三扩散板底下并与该第三扩散板相隔一间距，其中该间距在

0.1cm至3cm之间，

该第三扩散板分为一内部区域与一外部区域，该内部区域与该外部区域的面积比为

1:1至1:5，且

该第三扩散板具有多个气孔分布于该内部区域与该外部区域，该内部区域内与该外部区域内的该些气孔的面积比为1:1至1:5，其中，该第四扩散板具有多个气孔，该第四扩散板的部分气孔与该第三扩散板的气孔对准，部分气孔与该第三扩散板的气孔不对准，镀膜压力为3Torr～10Torr。

2.根据权利要求1所述的气体分布喷洒模块，其特征在于，该第三扩散板的厚度在

0.1cm～0.2cm之间。

3.根据权利要求1所述的气体分布喷洒模块，其特征在于，该第三扩散板的该内部区域内的该些气孔分别排列成多个第一图形，且该第三扩散板的该外部区域内的该些气孔分别排列成多个第二图形。

4.根据权利要求3所述的气体分布喷洒模块，其特征在于，该些第一图形不同于该些第二图形。

5.根据权利要求1所述的气体分布喷洒模块，其特征在于，该第一、第二、第三与第四扩散板为金属扩散板。

6.根据权利要求1所述的气体分布喷洒模块，其特征在于，还包括一支撑结构，用以支撑该第一、第二、第三与第四扩散板于一腔体中。

7.一种镀膜设备，其特征在于，包括：一腔体；

一气体分布喷洒模块，位于该腔体内；

一基板座，位于该腔体内并相对该气体分布喷洒模块配置；以及一射频功率源，用以形成一等离子于该腔体中，其中该气体分布喷洒模块包括：

一第一扩散板；

一第二扩散板，位于该第一扩散板底下；

一第三扩散板，位于该第二扩散板底下；以及一第四扩散板，位于该第三扩散板底下并与该第三扩散板相隔一间距，其中该第四扩散板与该第三扩散板之间的该间距在0.1cm至3cm之间，该第三扩散板分为一内部区域与一外部区域，该内部区域与该外部区域的面积比为

1:1至1:5，且

该第三扩散板具有多个气孔分布于该内部区域与该外部区域，该内部区域内与该外部区域内的该些气孔的面积比为1:1至1:5，其中，该第四扩散板具有多个气孔，该第四扩散板的部分气孔与该第三扩散板的气孔对准，部分气孔与该第三扩散板的气孔不对准，镀膜压力为3Torr～10Torr。

8.根据权利要求7所述的镀膜设备，其特征在于，该第三扩散板的厚度在0.1cm～

0.2cm之间。

9.根据权利要求7所述的镀膜设备，其特征在于，该第三扩散板的该内部区域内的该些气孔分别排列成多个第一图形，且该第三扩散板的该外部区域内的该些气孔分别排列成多个第二图形。

10.根据权利要求9所述的镀膜设备，其特征在于，该些第一图形不同于该些第二图形。

11.根据权利要求7所述的镀膜设备，其特征在于，该第一、第二、第三与第四扩散板为金属扩散板。

12.根据权利要求7所述的镀膜设备，其特征在于，该气体分布喷洒模块还包括一支撑结构，用以支撑该第一、第二、第三与第四扩散板。

13.根据权利要求7所述的镀膜设备，其特征在于，该基板座包括加热板。

说明书

气体分布喷洒模块与镀膜设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种镀膜技术，且尤其涉及一种气体分布喷洒模块(gasdistribution shower module)与镀膜设备。

背景技术

[0002] 随着镀膜工艺的进步，在化学气相沉积(CVD)的镀膜过程中，如何能够均匀喷洒气体到CVD腔体中已成为镀膜设备的设计重点之一。目前以CVD镀膜设备中的喷洒头(shower head)是最常用来改善气体均匀度的构件。而一般喷洒头的设计方式，如图1所示。在CVD腔体100中有一金属圆板状的喷洒头102，其中钻有许多对称气孔104，其目的是为了使气体自入气口106经过喷洒头102之后，能够均匀喷洒到其底下基板座108上所放置的基板110。

[0003] 但是喷洒头102中所钻的气孔104越深，材料与加工制造成本就会增加。所以为了避免成本增加，则以增加缓冲区200的方式，将一开始进到入气口106的气体先经缓冲区200稳定后，在经由喷洒头102均匀出气，如图2所示。

[0004] 由于图1与图2的CVD镀膜设备都是在低流量的情况下镀膜，一旦镀膜工艺使用在高流量时，分别只以一层缓冲区200与一个喷洒头102是不够的。这是因为进气面积是固定的，而流量快则气体速度就会变快，造成喷洒头102中间部分速度较快，而两侧的速度慢，如图2中的箭头所示。因此，图2的CVD镀膜设备将导致气体累积在基板110中间的位置，导致沉积在基板110的膜厚不均匀。

[0005] 为了预防气体流量不一致的状况，有类似美国专利US 7,2700,713的气体扩散板组件被提出。请参照图3，这种气体扩散板组件300包括一扩散板302、一调整板304与一衬板306。在扩散板302、调整板304与衬板306中有气体通道308。在这件美国专利中，气体通道308是由一大气孔310、一小气孔312、一喇叭状端314、另一大气孔316和另一喇叭状端318所构成。其中，小气孔312与大气孔310、316耦接，以便允许足够的气体流经扩散板302，同时提供足够流动阻力将气体变慢，这样就可以使喷洒到腔体的气体变均匀。但是这种设计不但有制造困难的问题，连带其成本也较高。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种气体分布喷洒模块，可使气体充分的混合，解决气体喷洒到基板的不均匀性。

[0007] 本发明还提供一种镀膜设备，其中设有上述气体分布喷洒模块。

[0008] 本发明提出一种气体分布喷洒模块，包括第一、第二、第三与第四扩散板。其中，第二扩散板位于第一扩散板底下、第三扩散板位于第二扩散板底下以及第四扩散板位于第三扩散板底下并与第三扩散板相隔一间距。所述第三扩散板分为面积比为1∶1至1∶5的一内部区域与一外部区域，且第三扩散板具有多个气孔分布于内部区域与外部区域，其中内部区域内与外部区域内的气孔的面积比为1∶1至1∶5。

[0009] 在本发明的一实施例中，上述气体分布喷洒模块中的第三扩散板的厚度在0.1cm～0.2cm之间。

[0010] 在本发明的一实施例中，上述气体分布喷洒模块中的该间距在0.1cm～3cm之间。

[0011] 在本发明的一实施例中，上述气体分布喷洒模块中的第四扩散板具有多个气孔，且该些气孔不对准于该第三扩散板的该些气孔。

[0012] 在本发明的一实施例中，上述气体分布喷洒模块中的第四扩散板具有多个气孔，且每一气孔对准于该第三扩散板的部份该些气孔。

[0013] 在本发明的一实施例中，上述气体分布喷洒模块中的第三扩散板的该内部区域内的该些气孔分别排列成多个第一图形，且该第三扩散板的该外部区域内的该些气孔分别排列成多个第二图形。其中，该些第一图形不同于该些第二图形。

[0014] 在本发明的一实施例中，上述气体分布喷洒模块中的第一、第二、第三与第四扩散板为金属扩散板。

[0015] 在本发明的一实施例中，上述气体分布喷洒模块还包括一支撑结构，用以支撑该第一、第二、第三与第四扩散板于一腔体中。

[0016] 本发明另提出一种镀膜设备，至少包括腔体、位于腔体内的气体分布喷洒模块、位于腔体内并相对气体分布喷洒模块配置的基板座以及用以形成等离子于腔体中的射频功率源。其中的气体分布喷洒模块包括第一、第二、第三与第四扩散板。

[0017] 本发明可使得气体分布喷洒模块与上述基板座之间的距离拉近、增加镀膜效率。

[0018] 在本发明的另一实施例中，上述镀膜设备中的基板座包括加热板。

[0019] 在本发明的另一实施例中，上述镀膜设备中的第三扩散板的厚度在0.1cm～0.2cm之间。

[0020] 在本发明的另一实施例中，上述镀膜设备中的第四扩散板与第三扩散板之间的间距在0.1cm～3cm之间。

[0021] 在本发明的另一实施例中，上述镀膜设备中的第四扩散板具有多个气孔，且这些气孔不对准于第三扩散板的气孔。

[0022] 在本发明的另一实施例中，上述镀膜设备中的第四扩散板具有多个气孔，且每一气孔对准于第三扩散板的部份气孔。

[0023] 在本发明的另一实施例中，上述镀膜设备中的第三扩散板的内部区域内的气孔分别排列成多个第一图形，且第三扩散板的外部区域内的气孔分别排列成多个第二图形。第一图形不同于第二图形。

[0024] 在本发明的另一实施例中，上述镀膜设备中的第一、第二、第三与第四扩散板为金属扩散板。

[0025] 在本发明的另一实施例中，上述镀膜设备中的气体分布喷洒模块更包括一支撑结构，用以支撑第一、第二、第三与第四扩散板。

[0026] 基于上述，本发明的气体分布喷洒模块以及镀膜设备，能使气体充分的混合，并因而解决气体喷洒到基板的不均匀性。而且，本发明的气体分布喷洒模块是由多层薄板组成，不但易于组装，其加工制造成本也低，连带具有维修保养简单容易的效果。

[0027] 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

[0028] 图1是现有的一种CVD镀膜设备的剖面示意图；

[0029] 图2是现有的另一种CVD镀膜设备的剖面示意图；

[0030] 图3是美国专利US 7,2700,713的气体扩散板组件的立体示意图；

[0031] 图4是依照本发明的第一实施例的一种气体分布喷洒模块的剖面示意图；

[0032] 图5是图4的第三与第四扩散板的剖面图；

[0033] 图6是图4的第三扩散板的上视图；

[0034] 图7是依照本发明的第二实施例的一种镀膜设备的剖面示意图；

[0035] 图8是实验二的电极间距与镀膜结晶率及沉积速率的关系图。

[0036] 其中，附图标记：

[0037] 100：CVD腔体

[0038] 102：喷洒头

[0039] 104、402a、404a、406a、406b、408a：气孔

[0040] 106：入气口

[0041] 108、704：基板座

[0042] 110、708：基板

[0043] 200：缓冲区

[0044] 300：气体扩散板组件

[0045] 302：扩散板

[0046] 304：调整板

[0047] 306：衬板

[0048] 308：气体通道

[0049] 310、316：大气孔

[0050] 312：小气孔

[0051] 314、318：喇叭状端

[0052] 400：气体分布喷洒模块

[0053] 402：第一扩散板

[0054] 404：第二扩散板

[0055] 406：第三扩散板

[0056] 408：第四扩散板

[0057] 410：支撑结构

[0058] 412、414、416、418：空间

[0059] 420：内部区域

[0060] 422：外部区域

[0061] 500：出口

[0062] 600：第一图形

[0063] 602：第二图形

[0064] 700：镀膜设备

[0065] 702：腔体

[0066] 706：射频功率源

[0067] 710：升降系统

[0068] d：间距

[0069] D：距离

[0070] t：厚度

具体实施方式

[0071] 以下请参照图式，以便更充分地了解本发明的技术。虽然此处以附图来显示本发明的实施例，但本发明仍能以多种不同形式来实践，且不应将其解释为限于本文所述的实施例。而在附图中为明确起见，并未按照真实比例绘制各层以及区域的尺寸及其相对尺寸。

[0072] 图4是依照本发明的第一实施例的一种气体分布喷洒模块的剖面示意图。

[0073] 请参照图4，本实施例中的气体分布喷洒模块400包括第一扩散板402、第二扩散板404、第三扩散板406与第四扩散板408。在附图虽未绘示气体进入的开口，但本领域技术人员应知气体通常是由图的最上方往下灌入。因此，第一、第二、第三与第四扩散板402～408是从上往下排列，且各个扩散板402～408具有让气体通过之的气孔。至于气体分布喷洒模块400的外型则可依照其下放置的基板形状作变化。举例来说，如果待镀膜的基板是半导体晶片，则气体分布喷洒模块400可以是圆形的；如果待镀膜的基板是平面显示器面板，则气体分布喷洒模块400可以是多边形的，如矩形。一般而言，第一、第二、第三与第四扩散板402～408为金属扩散板，如铝制或不锈钢制的，以便连接至一射频(RF)功率源。
另外，气体分布喷洒模块400还可包括一支撑结构410，用来支撑第一、第二、第三与第四扩散板402～408。

[0074] 请继续参照图4，本实施例中的气体假设是由图的最上方往下灌入，因此会先经过第一扩散板402上方的空间412稍作缓冲。如果进入气体分布喷洒模块400的不只一种气体，则这个空间412可供气体作混合。接着，气体会通过第一扩散板402的气孔402a到达第一扩散板402与第二扩散板404之间的空间414并往第二扩散板404边缘散布。然后，气体会通过第二扩散板404的气孔404a到达第二扩散板404与第三扩散板406之间的空间416。随后，气体会通过第三扩散板406的气孔406a、406b到达第三扩散板406与第四扩散板408之间的空间418，其中第三扩散板406分为一内部区域420与一外部区域422，且内部区域420与外部区域414之面积比为1∶1至1∶5。而且，分布于内部区域420的气孔406a与分布于外部区域422的气孔406b的面积比为1∶1至1∶5。按照前述设计，可改善气体流量不均的问题，特别适合应用在大面积镀膜。而且，第三扩散板406与第四扩散板408之间相隔的间距d例如在0.1cm～3cm之间，以利在3Torr～10Torr左右的高压下进行的镀膜工艺。最后，气体会均匀地散布并通过第四扩散板408的气孔408a。

[0075] 在本实施例中，第三扩散板406的厚度t例如在0.1cm～0.2cm之间，因此可采取快且准的激光加工切割，如此一来将比传统使用约2cm～5cm的板子钻孔更节省成本与加工时间。至于气孔402a、404a、406a、406b、408a可为孔径一致的圆孔或其它适合的形状。另外，在第一实施例中，第四扩散板408的气孔408a可不对准于第三扩散板406的气孔
406a/406b，如：第四扩散板408的气孔408a中部分气孔与第三扩散板的气孔对准，而部分气孔与第三扩散板的气孔不对准，而形成整体上与第三扩散板406的气孔406a/406b不完全对准；或者每一气孔408a可对准于第三扩散板406的部份气孔406a/406b，即，第四扩散板408的每一气孔408a对准第三扩散板406的多数气孔中的一部分气孔，如图5所示。一般而言，第四扩散板408的每一气孔408a是对准于第三扩散板406的气孔406a/406b，不过当镀膜工艺的压力是在3Torr～10Torr左右的高压下，将第四扩散板408的气孔408a与第三扩散板406的气孔406a/406b错开的话，可以降低电弧(arc)在气孔408a的出口500产生等离子的机率。因为一旦等离子在出口500产生，可能会在此处发生沉积或破坏第四扩散板408(即电极离子化)，导致沉积镀膜被污染。

[0076] 此外，在第一实施例中，因为第三扩散板406的内部区域420内的气孔406a以及外部区域422内的气孔406b的面积比为1∶1至1∶5，所以气孔406a以及气孔406b可设计成不同图形，如图6所示。第三扩散板406的内部区域420内的气孔406a可分别排列成多个第一图形600，外部区域422内的气孔406b则可分别排列成多个第二图形602。第一图形600不同于第二图形602。当然本实施例中的第三扩散板的气孔406a以及气孔406b还可排列成各式各样的图形，而不局限于图6的设计。在本实施例中，可使用气流场模拟(CFD)，了解腔体中气体速度与压力的分布情形，并藉由这两种因素来调整气体分布喷洒模块400的设计。

[0077] 图7是依照本发明的第二实施例的一种镀膜设备的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的组件符号代表相同的构件。

[0078] 请参照图7，本实施例的镀膜设备700至少包括一腔体702、位于腔体700内的气体分布喷洒模块400、位于腔体702内并相对气体分布喷洒模块400配置的基板座704以及用以形成等离子于腔体702中的射频功率源706。其中的气体分布喷洒模块400请参照第一实施例的描述，而基板座704是用来放置基板708，本发明使得气体均匀化，故可缩短气体分布喷洒模块400与基板座704之间的距离D。而且，气体分布喷洒模块400与上述基板座704之间的距离D如缩短在0.5cm～2cm之间，可有效提高沉积速率。在本实施例中，上述基板座704包括加热板，如此一来可加热置于其上的基板708至一预定温度。此外，基板座704的下侧一般可耦接一升降系统710，其可在一较高的镀膜位置(如图7所示)和有利于基板708进出腔体702的一较低的位置之间移动基板座704。

[0079] 以下利用实验来验证本发明的效果，但本发明并不限于下列应用。

[0080] 实验一

[0081] 首先准备一个如图7的镀膜设备，其中的气体分布喷洒模块的第三扩散板的内部区域与外部区域的面积比为1∶5、分布于内部区域的气孔与分布于外部区域的气孔的面积比为1∶5、第三与第四扩散板之间相隔的间距约为1.5cm、气体分布喷洒模块与基板座之间的距离约为1.9cm。

[0082] 然后，在一硅晶片上进行微晶硅的镀膜工艺。在镀膜工艺中是配合高频RF，并且使用的气体为SiH4和H2，其中SiH4/H2＝200/2000sccm(11.76％)。工艺压力P＝5Torr、功率(Power)＝900W。

[0083] 工艺结束后取出硅晶片，并测量硅晶片的不同位置的微晶硅厚度，得到下表一。

[0084] 表一

[0085]测量点 X轴 Y轴 厚度(埃)
1 121.91 95.78 1043
2 121.91 454.22 1064.5
3 235.95 185.38 1181
4 235.95 364.62 1047.8
5 350 275 1383.4
6 464.04 185.4 1084.1
7 464.04 364.6 1106.4
8 578.08 95.8 1214.5
9 578.08 454.2 1029

[0086] 从表一可计算出微晶硅均匀度为14.7％。

[0087] 实验二

[0088] 利用和实验一相同的镀膜设备以及相同的工艺来进行实验，但气体分布喷洒模块与基板座之间的距离(电极间距)则改为1.5cm、1.7cm和1.9cm。

[0089] 工艺结束后取出硅晶片，并测量微晶硅的结晶率以及估算沉积速率，得到图8。从图8可知，当气体分布喷洒模块与基板座之间的距离缩短，镀膜的结晶率会提高且沉积速率会上升。在现行高压沉积镀膜的工艺所使用的机台设计无法缩短气体扩散模块与基板座的间距，并且在使用高频RF时会因为等离子一旦在扩散板出口产生，将于此处发生沉积或破坏扩散板(即电极离子化)，导致沉积镀膜被污染的问题产生。因此，实验一与二所用的镀膜设备不但没有污染的问题，并且可通过缩短气体分布喷洒模块与基板座之间的距离，来提高薄膜的结晶率及沉积速率。

[0090] 综上所述，本发明的气体分布喷洒模块与镀膜设备是由多层薄板组成，易于组装，且扩散板的气孔的加工制造成本低，连带有维修保养简单容易的效果。至于本发明的扩散板的气孔分布设计，是以内外圈的气孔的面积比分布，使气体经由多个扩散板进入腔体，以使气体均匀混合后才进入腔体内。如此不但能使镀膜均匀，而且在高压工艺及近距离沉积中，不会在气体分布喷洒模块的第四扩散板的出口产生等离子。

[0091] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。