CN104878367A - 反应腔室以及化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种反应腔室以及化学气相沉积设备，反应腔室包括底座、第一壁、加热丝和第二壁，所述第一壁、所述加热丝和所述第二壁由内到外依次设置所述底座上，所述第一壁与所述底座之间形成封闭的容置空间，所述第二壁中间包括真空结构。本发明中，通过第二壁中的真空结构进行隔热，使得加热丝产生的热量均向第一壁传递，从而使得形成的容置空间内的温度更加均匀，从而经过反应的晶片上形成的薄膜的厚度均匀性更好。

Description

反应腔室以及化学气相沉积设备

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种反应腔室以及化学气相沉积设备。

背景技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)设备用于制备各种薄膜材料，制备薄膜材料的基本过程如下：反应气体输送到反应腔室后发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的晶片表面，从而形成各种薄膜。

反应腔室是CVD设备中最重要的组成部分，具体结构请参考图1，其为现有技术的反应腔室的剖面结构示意图。如图1所示，反应腔室一般包括底座1、内壁2、加热丝3和外壁4，内壁2、加热丝3和外壁4依次由内到外设置在底座1上。在进行化学气相沉积过程中，将晶片放置在底座1上，加热丝3对反应腔室进行加热，通过进气管(图中未示出)向反应腔室中通入反应气体，从而在晶片上进行反应，形成薄膜。

反应腔室可以用于金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等化学气相沉积设备。然而，在化学气相沉积过程中发现，现有的反应腔室内温度不均匀，薄膜沉积效果不佳，沉积的薄膜的厚度均匀性(Thickness uniformity)有待提高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种反应腔室以及化学气相沉积设备，解决现有技术中反应腔室内的温度不均匀的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种反应腔室，包括底座、第一壁、加热丝和第二壁，所述第一壁、所述加热丝和所述第二壁由内到外依次设置所述底座上；所述第一壁与所述底座之间形成容置空间，用于放置晶片；所述第二壁中间包括真空结构，使得所述容置空间内的温度均匀。

可选的，所述第二壁中的真空结构的压强为1KPa-100KPa。

可选的，所述第二壁的材料为石英或者陶瓷。

可选的，所述第一壁的耐热温度为500℃-1200℃。

可选的，所述第一壁的材料为石英或者陶瓷。

可选的，所述加热丝为钨丝，加热能达到的温度为1200℃。

可选的，所述底座中包括冷却水管和固定件。

可选的，所述第二壁包括内层和外层，内层和外层之间形成所述真空结构。

可选的，所述第一壁、所述加热丝和所述第二壁为同心的圆柱体结构。

相应的，本发明还提供一种化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备采用上述的反应腔室。

本发明提供的反应腔室以及化学气相沉积设备，反应腔室包括底座、第一壁、加热丝和第二壁，所述第一壁、加热丝和所述第二壁由内到外依次设置所述底座上，所述第一壁与所述底座之间形成容置空间，所述第二壁中间包括真空结构。本发明中，通过第二壁中的真空结构进行隔热，使得加热丝产生的热量均向第一壁传递，从而使得形成的容置空间内的温度更加均匀，从而经过反应的晶片上形成的薄膜的厚度均匀性更好。

附图说明

图1为现有技术中的反应腔室的剖面结构示意图；

图2为本发明一实施例中反应腔室的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的反应腔室以及化学气相沉积设备进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

本发明的核心思想在于，提供的反应腔室包括底座、第一壁、加热丝和第二壁，所述第一壁、加热丝和所述第二壁由内到外依次设置所述底座上；所述第一壁与所述底座之间包括容置空间，用于放置晶片；所述第二壁中间形成真空结构，使得所述容置空间内的温度均匀。本发明中，通过第二壁中的真空结构进行隔热，使得加热丝产生的热量均向第一壁传递，从而使得形成的容置空间内的温度更加均匀，从而经过反应的晶片上形成的薄膜的厚度均匀性更好。

下文结合图2对本发明的反应腔室以及化学气相沉积设备进行具体说明。

反应腔室的剖面结构参考图2所示，反应腔室包括底座10、第一壁20、加热丝30和第二壁40，所述第一壁20、所述加热丝30和所述第二壁40由内到外依次设置所述底座10上。在本实施例中，所述第一壁20、所述加热丝30和所述第二壁40为同心的圆柱体结构。所述第一壁20与所述底座10之间形成容置空间50，容置空间50用于放置需要进行化学反应的晶片，加热丝30位于第一壁20和第二壁40之间，加热后通过第一壁20向容置空间50提供热量，从而为晶片进行化学反应提供条件。

此外，所述底座10还包括有固定件12，将晶片放入容置空间50之后，用固定件12固定底座10。接着，加热丝30进行加热，升到预先设定的温度后，向容置空间50内通入需要反应气体，进行化学气相沉积工艺，在晶片表面沉积薄膜。需要说明的是，所述加热丝30采用钨丝，并且，其加热能达到的温度为1200℃，以配合各种反应的需要。一般的，晶片为硅衬底，硅的熔点约为1400℃，从而可以使得所述第一壁20的耐热温度为500℃-1200℃，优选为1200℃，该温度下适应晶片上进行各种不同条件的化学反应，并且不影响硅衬底。本实施例中，所述第一壁20的材料为石英或者陶瓷等耐热材料。

由于加热丝30会向周围散热，使得加热丝30中的每一部分提供给腔室内壁20的热量存在差异，从而容置空间50内的温度不均匀，造成反应过程中晶片上的温度不均匀，使得进行化学气相沉积过程中，晶片上各个区域沉积的速率存在差异，从而使得晶片上形成的薄膜的厚度不均匀。然而，本发明中，所述第二壁40包括一内层42和一外层43，而内层42和外层43中间形成真空结构41，真空结构41用于隔热，从而加热丝30不向外部传递散热，可以使得所述容置空间50内的温度更加均匀。本发明中，设置所述第二壁40中的真空结构41的压强为1KPa-100KPa，优选为10KPa，可以理解的是，真空结构41的压强越小，即真空结构41的真空度越高，从而真空结构41的隔热效果更好。此外，所述第二壁40的内层42和外层43的材料为石英或者陶瓷，形成的所述真空结构41的厚度D为10cm-30cm，并且使得内层42和外层43可以能够承受真空结构41与外部的压强差产生的压力。

需要说明的是，由于底座10中通过冷却水管11，从而使得反应腔室底部的温度更低，晶片上形成的薄膜的厚度均匀性更不好。然而，从图2中可以看出，本实施例中，整个反应腔室的外部均形成有真空结构41，包括反应腔室的顶部、侧部以及底部均有真空结构41，使得整个加热丝30与外部环境隔离，从而加热丝30不会通过第二壁向外部散热，加热丝30产生的热量均向腔室的第一壁20传递，加热丝30自身每一部分产生的热量是相同，因而传递给第一壁20每一部分的热量相同，使得容置空间50内的温度均匀，从而反应腔室中的晶片上每个区域的温度更加均匀，晶片上各个区域进行化学气相沉积的速率也趋于一致，使得形成的薄膜的厚度相同，因此，经过反应的晶片上形成的薄膜的厚度均匀性更好。

继续参考图2所示，所述底座10中包括冷却水管11，冷却水管11中设置有阀门，在反应完成后打开冷却水管11的阀门，通入冷却水，用于反应完成后对容置空间50进行冷却降温，使得晶片冷却降温，晶片温度降到接近室温后，即可将晶片从反应腔室中取出，完成沉积工艺。相对于现有技术中的反应腔室的结构，本发明中，加热丝30不与底座之间直接接触，使得加热丝30底部不会受到冷却水管的影响，从而容置空间底部的温度可以其他部分保持一致，保证了温度的均匀性。

相应的，本发明还提供一种化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备包括进气管、反应腔室以及排气管等结构，所述气相沉积设备采用上述的反应腔室。从而，在晶片进行化学气相沉积的过程中，反应腔室内通过真空结构与外部隔热，反应腔室内的温度更加均匀，使得晶片上沉积的薄膜的厚度的均匀性更好。

综上所述，本发明提供的反应腔室以及化学气相沉积设备，反应腔室包括底座、第一壁、加热丝和第二壁，所述第一壁、所述加热丝和所述第二壁由内到外依次设置所述底座上；所述第一壁与所述底座之间形成容置空间，用于放置晶片；所述第二壁中间包括真空结构，使得所述容置空间内的温度均匀。本发明中，通过第二壁中的真空结构进行隔热，使得加热丝产生的热量均向第一壁传递，从而使得形成的容置空间内的温度更加均匀，从而经过反应的晶片上形成的薄膜的厚度均匀性更好。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种反应腔室，其特征在于，包括底座、第一壁、加热丝和第二壁，所述第一壁、所述加热丝和所述第二壁由内到外依次设置所述底座上，所述第一壁与所述底座之间形成容置空间，所述第二壁中间包括真空结构。

2.如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述第二壁中的真空结构的压强为1KPa-100KPa。

3.如权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述第二壁的材料为石英或者陶瓷。

4.如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述第一壁的耐热温度为500℃-1200℃。

5.如权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述第一壁的材料为石英或者陶瓷。

6.如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述加热丝为钨丝，加热能达到的温度为1200℃。

7.如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述底座中包括冷却水管和固定件。

8.如权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述第二壁包括内层和外层，内层和外层之间形成所述真空结构。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的反应腔室，其特征在于，所述第一壁、所述加热丝和所述第二壁为同心的圆柱体结构。

10.一种化学气相沉积设备，包括进气管、反应腔室以及排气管，其中，所述化学气相沉积设备采用如权利要求1-9中任意一项所述的反应腔室。