CN108048818A - 化学气相沉积装置及其使用方法 - Google Patents

化学气相沉积装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种化学气相沉积装置及其使用方法，其中，所述化学气相沉积装置，包括：反应腔；自反应腔顶部贯穿入所述反应腔内的喷淋组件；位于所述喷淋组件至少一侧的基座，所述基底包括装载面，所述基座具有工作位置状态，在所述基底处于工作位置状态时，所述装载面垂直于水平面，且所述装载面朝向所述喷淋组件侧壁。使用所述化学气相沉积装置在芯片表面形成的薄膜性能较好。

Description

化学气相沉积装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及化学气相沉积技术领域，特别涉及一种化学气相沉积装置及其使用方法。
背景技术
化学气相沉积(Chemical vapor deposition，CVD)是反应物在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，其通过化学气相沉积装置得以实现。具体地，化学气相沉积装置通过进气装置将反应气体通入反应室内，并控制反应室内的压强、温度等反应条件，使得反应气体发生反应，从而完成沉积工艺步骤。
然而，利用现有的化学气相沉积装置制备的薄膜性能较差。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种化学气相沉积装置及其使用方法，以提高利用该化学气相沉积装置形成薄膜的性能。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种化学气相沉积装置，包括：反应腔；自反应腔顶部贯穿入所述反应腔内的喷淋组件；位于所述喷淋组件至少一侧的基座，所述基座包括装载面，所述基座具有工作位置状态，所述基座位于工作位置状态时，所述装载面垂直于水平面，且所述装载面朝向所述喷淋组件侧壁。
可选的，所述基座还具有装载位置状态，所述基底位于装载位置状态时，所述装载面平行于水平面，且所述装载面垂直于喷淋组件侧壁。
可选的，所述基座通过连接部与反应腔底部相连，且所述基座可绕连接部旋转，以实现装载位置和工作位置之间的相互切换；所述连接部包括转子式永磁磁力传动装置。
可选的，所述基座的个数大于1个时，若干基座位于喷淋组件的周围，且若干基座为工作位置状态时，若干装载面均朝向喷淋组件的侧壁。
可选的，所述化学气相沉积工艺装置还包括：反应气体的传输装置；所述喷淋组件包括位于所述反应腔内的喷头，所述喷头沿垂直于水平面的方向上具有固定于反应腔顶部的第一面；所述喷淋组件还包括进气通道，所述进气通道一端经喷头第一面***喷头内，所述进气通道另一端与反应气体的传输装置相连。
可选的，所述喷头包括分别位于进气通道两侧的第一喷头部和第二喷头部；所述第一喷头部包括第一加热器和位于所述加热器表面的第一等流板，沿平行于第一等流板表面的方向上，所述第一等流板包括第一密集区和位于第一密集区周围的第一周围区；所述第二喷头部包括第二加热器和位于第二加热器表面的第二等流板，沿平行于第二等流板表面的方向上，所述第二等流板包括第二密集区和位于第二密集区周围的第二周围区；所述进气通道包括第一进气管和第二进气管，其中第一进气管与所述第一喷头部的第一密集区连接，第二进气管与第二喷头部第二密集区连接。
可选的，所述第一等流板内具有贯穿第一等流板的第一通孔，第一密集区内的第一通孔的孔径小于第一周围区第一通孔的孔径；所述第二等流板内具有贯穿第二等流板的第二通孔，第二密集区内的第二通孔的孔径小于第二周围区第二通孔的孔径。
可选的，所述基座为高温静电吸附基座。
可选的，所述基座的装载面用于装载芯片。
本发明还提供一种化学气相沉积装置的使用方法，包括：提供上述化学气相沉积工艺装置；提供芯片；当所述基座置于装载位置状态时，将所述芯片装载于基座的装载面上；装载芯片之后，将所述基座和芯片置于工作位置状态，使所述芯片的表面垂直于水平面，且所述芯片的表面朝向喷淋组件；将所述基座切换到工作位置状态之后，通入反应气体，所述反应气体通过喷淋组件后，在所述芯片表面形成薄膜。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的化学气相沉积装置的使用方法中，将所述基座和芯片置于工作位置状态，使芯片的表面垂直于水平面，且所述芯片的表面朝向喷淋组件的侧壁。后续在所述芯片表面形成薄膜的过程中，即使反应气体在到达芯片表面之前结合为颗粒物，所述颗粒物受重力的作用发生跌落。但是，由于芯片的表面垂直于水平面，使得颗粒物不会跌落在薄膜的表面，使得颗粒物对薄膜的性能影响较小，有利于提高薄膜的性能。
进一步，所述喷淋组件包括喷头，所述喷头包括位于进气通道两侧的第一喷头部和第二喷头部，所述进气管道包括第一进气管和第二进气管，其中第一进气管与第一喷头部连接，第二进气管与第二喷头部连接。通过分别控制第一进气管和第二进气管的流量，以分别在喷淋组件两侧的芯片上形成符合要求的薄膜。
进一步，所述第一喷头部包括第一加热器和位于第一加热器表面的第一等流板。所述第一等流版沿平行于第一等流板表面的方向上具有第一密集区和第一周围区，第一进气管与第一喷头的第一密集区连接。所述第一等流板内具有贯穿第一等流版的第一通孔，第一密集区的第一通孔的孔径小于第一周围区第一通孔的孔径，使得反应气体通过第一等流板之后，第一密集区和第一周围区流出的反应气体的流量差异较小，使得在与第一喷头部相对的芯片上形成的薄膜的厚度差异性较小。
进一步，所述第二喷头部包括第二加热器和位于第二加热器表面的第二等流板。所述第二等流板沿平行于第二等流板表面的方向上具有第二密集区和第二周围区，第二进气管与第二喷头的第二密集区连接。所述第二等流板内具有贯穿第二等流版的第二通孔，第二密集区的第二通孔的孔径小于第二周围区第二通孔的孔径，使得反应气体通过第二等流板之后，第二密集区和第二周围区流出的反应气体的流量差异较小，使得在与第二喷头部相对的芯片上形成的薄膜的厚度差异性较小。
进一步，所述基座可绕平行于喷淋组件侧壁的水平方向上旋转，有利于对整个芯片区域进行沉积形成所述薄膜。
附图说明
图1是一种化学气相沉积装置的结构示意图；
图2是本发明化学气相沉积装置的结构示意图；
图3是本发明化学气相沉积装置中喷淋组件的放大图；
图4是图3沿A-A1线的剖面示意图；
图5是本发明化学气相沉积装置中基座的仰视图。
具体实施方式
正如背景技术所述，使用现有技术气相沉积装置形成的薄膜性能较差。
图1是一种化学气相沉积装置的结构示意图。
请参考图1，反应腔100，所述反应腔100包括第一区A和第二区B；位于第一区A反应腔100内的第一化学气相沉积部，所述第一化学气相沉积部包括：位于第一区A反应腔100顶部具有第一喷淋组件101；与所述第一喷淋组件101相对设置在反应腔100底部的第一加热器102；位于第一加热器102表面的第一芯片103，所述第一芯片103的表面与第一喷淋组件101的表面相对；位于第二区B反应腔体100内的第二化学气相沉积部，所述第二化学气相沉积部包括：位于第二区B反应腔100顶部具有第二喷淋组件(图中未标出)；与所述第二喷淋组件相对设置在反应腔100底部的第二加热器(图中未标出)；位于第二加热器表面的第二芯片(图中未标出)，所述第二芯片的表面与第二喷淋组件的表面相对。
上述化学气相沉积装置中，为了同时处理两片芯片，在反应腔100内设置第一气相沉积部和第二气相沉积部，所述第一气相沉积部用于处理第一芯片103，在所述第一芯片103表面形成第一薄膜104，所述第二气相沉积部用于处理第二芯片，在所述第二芯片表面形成第二薄膜。
以所述第一化学气相沉积部为例，说明第一薄膜104的成膜过程。具体如下：用于形成第一薄膜104的反应气体通过第一喷淋组件101，在第一芯片103表面形成第一薄膜104。同样的，利用第二化学气相沉积部在第二芯片表面形成第二薄膜。
然而，在形成第一薄膜104的过程中，部分反应气体在到达第一芯片103表面之前已经相互反应形成颗粒物。由于第一喷淋组件101表面与第一芯片103的表面相对，所述颗粒物随着反应气体和本身重力的作用易跌落在第一芯片103表面，影响第一薄膜104的成膜性，使得所形成的第一薄膜104的性能较差。并且，形成第一薄膜104之后，即使中断反应气体，在第一喷淋组件101和第一芯片103之间仍悬浮部分颗粒物，所述颗粒物受重力的作用，也跌落在第一薄膜104表面，使得第一薄膜104的性能进一步变差。同样的，利用第二气相沉积部形成的第二薄膜的性能也较差。
为解决所述技术问题，本发明提供了一种化学气相沉积装置，包括：反应腔；自反应腔顶部贯穿入所述反应腔内的喷淋组件；位于所述喷淋组件至少一侧的基座，所述基座包括装载面，所述基座包括工作位置，所述基座位于工作位置时，所述装载面垂直于水平面，且所述装载面朝向所述喷淋组件侧壁。利用所述化学气相沉积装置形成的薄膜性能较好。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2是本发明化学气相沉积装置的结构示意图。
请参考图2，所述化学气相沉积装置包括：反应腔200；自反应腔200顶部贯穿入所述反应腔200内的喷淋组件201；位于所述喷淋组件201至少一侧的基座202，所述基座202包括装载面1，所述基座202具有工作位置状态11，所述基座202位于工作位置状态11时，所述装载面1垂直于水平面X，且所述装载面1朝向喷淋组件201的侧壁。
所述化学气相沉积装置包括：金属有机化学气相沉积(Metal Organic ChemicalVapor Deposition，MOCVD)装置、低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)装置或者原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)装置。
所述反应腔200用于为后续在芯片表面形成薄膜提供反应环境。所述反应环境包括：压强或者温度，所述反应环境是根据薄膜的形成条件进行设定。
所述反应腔200的材料包括不锈钢。
所述喷淋组件201包括：位于反应腔200内的喷头201b，沿垂直于水平面X的方向上，所述喷头201b具有固定于反应腔200顶部的第一面2。
所述化学气相沉积工艺装置还包括：反应气体的传输装置；所述喷淋组件201还包括：进气通道201a，所述进气通道201a一端经喷头201b第一面2***喷头201b内，所述进气通道201a另一端与反应气体的传输装置相连。
所述进气通道201a用于传送反应气体。所述进气管道201a的材料包括：金属或者耐高温材料。
图3是本发明化学气相沉积装置中喷淋组件201的局部放大图。
在本实施例中，所述进气通道201a包括：第二进气管250和第一进气管251，所述第二进气管250和第一进气管251的入口沿水平面X方向平行排列。
所述喷头201b包括位于进气管道201a两侧的第一喷头部290和第二喷头部291。其中第一进气管251***第一喷头部290内，第二进气管250***第二喷头291内。
在其他实施例中，所述进气通道不包括第一进气管和第二进气管，所述反应气体直接通过进气通道进入第一喷头部和第二喷头部内；或者，所述进气通道包括两个或者两个以上的第一进气管以及两个或者两个以上的第二进气管。
所述进气管250用于传送反应气体。在本实施例中，其中第一进气管251***第一喷头部290内，第二进气管250***第二喷头部291内，通过分别控制第一进气管251和第二进气管250内反应气体的流量，使得后续分别在喷淋组件201两侧的芯片203表面分别形成符合要求的薄膜。
所述第一喷头部290包括：第一加热器261和位于所述第一加热器261表面的第一等流板260。所述第二喷头部291包括：第二加热器(图中未标出)和位于所述第二加热器表面的第二等流板(图中未标出)。
所述第一等流板260沿平行于第一等流板260表面的方向上具有第一密集区Ⅰ和第一周围区Ⅱ，所述第一等流板260第一密集区Ⅰ和位于第一密集区Ⅰ周围的第一周围区Ⅱ内均具有贯穿第一等流板260的第一通孔210，具体请参考图4，图4是图3沿A-A1线的剖面示意图。
在本实施例中，位于第一密集区Ⅰ通孔210的孔径小于第一周围区Ⅱ第一通孔210的孔径。在其他实施例中，位于第一密集区和第一周围区内第一通孔的孔径相同。
在本实施例中，由于第一进气管251位于所述第一密集区Ⅰ，因此，若第一密集区Ⅰ和第一周围区Ⅱ的第一通孔210的孔径相同，则使得通过第一密集区Ⅰ通孔210的反应气体的流量大于第一周围区Ⅱ反应气体的流量。故降低第一密集区Ⅰ内第一通孔210的孔径，使得反应气体经过第一等流板260之后的流量差异性较小，则后续沿平行于第一喷头部290相对的芯片203表面方向上，在所述芯片203表面形成的薄膜厚度差异性较小。
相应的，所述第二喷头部291包括第二加热器(图中未标出)和位于第二加热器表面的第二等流板(图中未标出)。所述第二等流板具有贯穿第二等流板的第二通孔(图中未示出)。所述第二等流板沿平行于第二等流板表面的方向上具有第二密集区(图中未示出)和位于第二密集区周围的第二周围区，所述第二进气管250***第二密集区，第二密集区的第二通孔的孔径小于第二周围区的孔径，使得反应气体通过第二等流板后，从第二密集区和第二周围区的气体流量差异较小，有利于降低后续沿平行于第二喷头部291相对的芯片表面薄膜的厚度差异。
所述第一等流板260和第二等流版的材料包括：铝合金或者钛铝合金。
所述第一加热器261用于后续加热位于第一加热器261表面的芯片。所述第二加热器用于后续加热位于第二加热器表面的芯片。所述第一加热器261和第二加热器包括：射频加热器、红外辐射加热器或者电阻加热器。
所述基座202用于后续放置芯片203，所述基底202包括：高温静电吸附基座(HighTemperature Electrostatic Chucks)。
所述基座202还包括装载位置状态12(见图2)，所述基座202置于装载位置状态12时，所述装载面1平行于水平面X，且所述装载面1垂直于喷淋组件201侧壁。
所述基座202通过连接部220与反应腔200底部相连，且所述基座202可绕连接部220旋转，以实现装载位置状态12和工作位置之间的相互切换；所述连接部220包括转子式永磁磁力传动装置。
所述基座202具有静电吸附作用，使得基座202由装载状态切换至工作状态时，能够防止芯片203从基座202表面跌落，有利于在芯片203表面形成薄膜。
所述基座202通过连接部220与反应腔200底部连接，且所述基座202可绕连接部220向喷头201b的侧壁旋转，使得位于基座202表面的芯片203与喷头201b的侧壁相对，有利于在芯片203表面形成薄膜。并且，由于芯片203与喷头201b侧壁相对，使得反应气体即使在喷头201b和芯片203之间结合形成颗粒物，颗粒物也不会跌落在芯片203的表面，使得所形成薄膜的性能较好。
并且，所述基座202还可以沿着平行于喷头组件201侧壁的水平方向移动，有利于对整个芯片203进行沉积形成薄膜。
在本实施例中，所述基座202的个数为两个，且所述两个基座202分别位于喷淋组件201两侧，且基座202为工作位置状态11时，两个装载面1均朝向喷淋组件201的侧壁。在其他实施例中，所述基座的个数为一个或者两个以上。
在本实施例中，所述基底202底部为圆形。在其他实施例中，所述基座的底部为多角形。
请参考图5，所述基座202包括中央区C和中央区C周围的边缘区D，所述边缘区D具有贯穿边缘区D基座202的第一开口270，所述中央区Ⅰ具有贯穿中央区Ⅰ的第二开口271。
需要说明的是，图5是本发明化学气相沉积装置基座的仰视图。
所述基座202还包括装载部(图中未示出)，所述装载部能够自由通过第一开口270，所述装载部***第一开口270内，用于装载所述芯片203；所述装载部从第一开口270内退出，用于卸载所述芯片203。所述第一开口270的个数为3个。
所述第二开口271用于通入惰性气体，所述惰性气体包括：氩气，所述惰性气体能够进一步改善在芯片203表面形成薄膜的均匀性，原理包括：所述惰性气体通过第二开口271进入芯片203的中央区C，所述惰性气体的扩散会带走芯片203中央区C的热量，有利于减缓芯片203中央区C薄膜的形成速率，进而有利于进一步缩小芯片203中央区C与边缘区D的厚度差。
相应的，本发明还提供一种使用上述化学气相沉积装置形成薄膜的方法，请参考图2，具体的使用方法包括：
提供上述化学气相沉积装置；
提供芯片203；
当所述基座置于装载位置状态12时，将所述基座202切换到工作位置状态11，使所述芯片203的表面垂直于水平面X，且所述芯片203的表面朝向喷淋组件201的侧壁；
将将所述基座202切换到工作位置状态11之后，通入反应气体，所述反应气体通过喷淋组件201后，在所述芯片203表面形成薄膜204。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种化学气相沉积装置，其特征在于，包括：
反应腔；
自反应腔顶部贯穿入所述反应腔内的喷淋组件；
位于所述喷淋组件至少一侧的基座，所述基座包括装载面，所述基座具有工作位置状态，所述基座位于工作位置状态时，所述装载面垂直于水平面，且所述装载面朝向所述喷淋组件侧壁。
2.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述基座还具有装载位置状态，所述基底位于装载位置状态时，所述装载面平行于水平面，且所述装载面垂直于喷淋组件侧壁。
3.如权利要求2所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述基座通过连接部与反应腔底部相连，且所述基座可绕连接部旋转，以实现装载位置和工作位置之间的相互切换；所述连接部包括转子式永磁磁力传动装置。
4.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述基座的个数大于1个时，若干基座位于喷淋组件的周围，且若干基座为工作位置状态时，若干装载面均朝向喷淋组件的侧壁。
5.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述化学气相沉积工艺装置还包括：反应气体的传输装置；所述喷淋组件包括位于所述反应腔内的喷头，所述喷头沿垂直于水平面方向上具有固定于反应腔顶部的第一面；所述喷淋组件还包括进气通道，所述进气通道一端经喷头第一面***喷头内，所述进气通道另一端与反应气体的传输装置相连。
6.如权利要求5所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述喷头包括分别位于进气通道两侧的第一喷头部和第二喷头部；所述第一喷头部包括第一加热器和位于所述加热器表面的第一等流板，沿平行于第一等流板表面的方向上，所述第一等流板包括第一密集区和位于第一密集区周围的第一周围区；所述第二喷头部包括第二加热器和位于第二加热器表面的第二等流板，沿平行于第二等流板表面的方向上，所述第二等流板包括第二密集区和位于第二密集区周围的第二周围区；所述进气通道包括第一进气管和第二进气管，其中第一进气管与所述第一喷头部的第一密集区连接，第二进气管与第二喷头部第二密集区连接。
7.如权利要求6所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述第一等流板内具有贯穿第一等流板的第一通孔，第一密集区内的第一通孔的孔径小于第一周围区第一通孔的孔径；所述第二等流板内具有贯穿第二等流板的第二通孔，第二密集区内的第二通孔的孔径小于第二周围区第二通孔的孔径。
8.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述基座为高温静电吸附基座。
9.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其特征在于，所述基座的装载面用于装载芯片。
10.一种化学气相沉积装置的使用方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求1至权利要求9任一项所述的化学气相沉积装置；
提供芯片；
当所述基座置于装载位置状态时，将所述芯片装载于基座的装载面上；
装载芯片之后，将所述基座切换到工作位置状态，使所述芯片的表面垂直于水平面，且所述芯片的表面朝向喷淋组件的侧壁；
将所述基座切换到工作位置状态之后，通入反应气体，所述反应气体通过喷淋组件后，在所述芯片表面形成薄膜。
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