CN118147743A - 一种化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学气相沉积设备，其包括：反应腔体、承载装置和喷淋装置。喷淋装置包括喷淋主体、加热支撑部和中部加热装置。化学气相沉积设备中，中部加热装置、反应腔体、喷淋主体以及承载装置围成反应空间，喷淋主体开设的若干工艺气体输送通道围绕加热支撑部顶部设于喷淋主体顶部并与与反应空间内相通。反应腔体侧壁设有侧壁加热装置，加热支撑部自喷淋主体顶面贯穿喷淋主体并延伸至承载装置上方且中部加热装置位于反应腔体内并围设于加热支撑部的外侧壁，有利于反应空间内温场均匀性。

Description

一种化学气相沉积设备

技术领域

本发明涉及半导体加工设备技术领域，特别涉及一种化学气相沉积设备。

背景技术

反应腔室是半导体器件制程中至关重要的腔室，其中化学气相沉积设备的反应腔室是由气体带入反应物及建立流场的。例如，在晶圆上生长外延层就是通过在反应腔室中有气体带入反应物在晶圆表面外延生长特定的单晶薄膜。例如在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层得到的碳化硅同质外延片可进一步制成肖特基二极管、MOSFET、IGBT等功率器件。器件的设计对外延的质量性能要求高，同时外延的质量也受到衬底加工工艺的影响。

对于通过气相反应生长材料的反应腔室，其中反应腔室内温场的控制是影响气相反应的重要因素。为提高产能，通常在反应腔内平铺放置多片大尺寸衬底(例如8寸，12寸)同时进行沉积反应，因此要求反应腔室的体积足够大；反应腔室的体积越大，反应腔室内的温度越难达到热壁反应腔室的反应要求，因此会影响生长的外延层的均匀性和单晶薄膜的质量。由此造成外延生长的良率降低，生产效率降低。

发明内容

鉴于现有技术中化学气相沉积设备存在的上述缺陷，本发明提供一种化学气相沉积设备，以解决上述一个或多个问题。

为了达到上述目的，本发明的化学气相沉积设备包括：

反应腔体，侧壁设有侧壁加热装置，顶部设置有喷淋装置；

承载装置，设置于所述反应腔体内，并沿所述反应腔体的轴向与所述喷淋装置相对；

所述喷淋装置包括喷淋主体、加热支撑部和中部加热装置，所述喷淋主体设置于所述反应腔体顶部，所述喷淋主体开设有若干工艺气体输送通道；所述加热支撑部自所述喷淋主体顶面贯穿所述喷淋主体并延伸至所述承载装置上方；所述中部加热装置位于所述反应腔体内并围设于所述加热支撑部的外侧壁；若干所述工艺气体输送通道围绕所述加热支撑部顶部设于所述喷淋主体顶部，并贯穿所述喷淋主体；所述中部加热装置、所述反应腔体、所述喷淋主体以及所述承载装置围成反应空间，若干所述工艺气体输送通道与所述反应空间内相通。

本发明所述化学气相沉积设备的有益效果在于：所述反应腔体侧壁设有侧壁加热装置，所述加热支撑部自所述喷淋主体顶面贯穿所述喷淋主体并延伸至所述承载装置上方且所述中部加热装置位于所述反应腔体内并围设于所述加热支撑部的外侧壁，有利于反应空间内温场均匀性。

可选地，所述的化学气相沉积设备还包括设于所述承载装置下方的底部加热装置以向所述反应空间提供热量。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括旋转装置，所述旋转装置贯穿所述反应腔室底部，所述旋转装置的顶部转动连接所述承载装置，并与所述加热支撑部底部沿所述承载装置的轴向相对，所述底部加热装置围绕所述旋转装置设置。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括设置于所述反应腔体内的内导流罩，所述内导流罩的侧部围绕所述中部加热装置，所述内导流罩底面朝向所述加热支撑部底部延伸并位于所述中部加热装置和所述承载装置之间，使所述中部加热装置朝向所述承载装置的正投影为所述内导流罩底部所阻挡，所述内导流罩、所述反应腔体、所述喷淋主体和所述承载装置围成所述反应空间。

可选地，所述加热支撑部包括与所述喷淋主体连接的顶部盖体，以及设于所述顶部盖体底面并延伸至所述承载装置上方的延伸部，所述中部加热装置围设于所述延伸部外侧壁，所述内导流罩设于所述顶部盖体下方，所述中部加热装置位于由所述顶部盖体、所述内导流罩与所述延伸部所围成的空间内。

可选地，所述顶部盖体可拆卸地设置于所述喷淋主体。

可选地，所述延伸部内部具有空腔，或者所述顶部盖体、所述内导流罩底面和所述延伸部围成所述空腔且所述中部加热装置围绕在所述空腔外。

可选地，所述空腔内为真空或充有隔热介质。

可选地，所述延伸部内设有冷却部。

可选地，所述侧壁加热装置***设有外导流罩以遮蔽所述侧壁加热装置的侧壁，所述外导流罩沿所述反应腔体的周向设置并位于所述侧部加热装置和所述承载装置之间，所述喷淋主体、所述承载装置、所述内导流罩和所述外导流罩围成所述反应空间。

可选地，所述承载装置顶面位于所述反应空间内的区域设有至少一个载片区，每个所述载片区的边缘与所述中部加热装置之间的最小径向距离为所述载片区径向尺寸的5％～40％，每个所述载片区的边缘与所述侧壁加热装置之间的最小径向距离为所述载片区径向尺寸的5％～40％。

可选地，所述中部加热装置和/或所述侧壁加热装置的底面距离所述承载装置顶面的高度为所述反应空间高度的1％～20％。

可选地，所述中部加热装置包括至少2个中部发热体，至少2个所述中部发热体沿所述加热支撑部的轴向顺次围设于所述加热支撑部外壁，相邻所述中部发热体之间的距离不超过所述反应空间高度的10％。

可选地，所述侧壁加热装置包括与各所述中部发热体沿所述反应腔体径向一一对应设置的侧壁发热体，相邻所述侧壁发热体之间的距离不超过所述反应空间高度的10％。

可选地，所述若干工艺气体输送通道包括围绕所述加热支撑部的若干内层通道、围绕若干所述内层通道的若干中间通道，以及围绕若干所述中间通道的若干外层通道；所述内层通道和所述外层通道配置为供吹扫气体和/或载气流通，所述中间通道配置为供反应气体和/或反应气体和载气的混合气体流通，所述吹扫气体、所述反应气体以及所述载气的任意两者之间具有化学惰性。

附图说明

图1显示为本发明实施例一提供的第一种喷淋装置的结构示意图；

图2显示为图1所示的一中部发热体的结构示意图；

图3显示为图1中的喷淋主体的俯视示意图。

图4显示为本发明实施例一提供的第二种喷淋装置的结构示意图。

图5显示为本发明实施例一提供的第三种喷淋装置的结构示意图。

图6显示为本发明实施例二提供的第一种喷淋装置的结构示意图。

图7为本发明实施例二提供的第二种喷淋装置的结构示意图。

图8为本发明实施例二提供的第三种喷淋装置的结构示意图。

图9为本发明实施例三提供的化学气相沉积设备的结构示意图。

图10为图9所示的底部加热装置、侧壁加热装置和中部加热装置三者之间相互作用的温度梯度曲线的相互关系示意图。

图11为图9所示的承载装置、中部加热装置以及侧壁加热装置所组成结构的俯视图。

图12为图9所示的3个侧壁发热体所组成结构的剖视图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例一

本实施例提供第一种喷淋装置。

如图1所示，本实施例的喷淋装置包括喷淋主体11、加热支撑部12、中部加热装置13以及若干工艺气体输送通道15。加热支撑部12自所述喷淋主体11顶面一侧起贯穿所述喷淋主体11，并沿远离所述喷淋主体11底面一侧的方向延伸。中部加热装置13围设于所述加热支撑部12的外侧壁并位于所述喷淋主体11底面所在的一侧。若干工艺气体输送通道15围绕所述加热支撑部12顶部设于所述喷淋主体11并贯穿所述喷淋主体11。

一些实施例中，加热支撑部12设置于所述喷淋主体11的中间区域。

一些实施例中，参照图1和图3，加热支撑部12和喷淋主体11之间可以是整体成型的一体式结构，也可以是各自独立的结构且加热支撑部12贯穿喷淋主体11中部的中部通孔111后两者相互密封连接在一起。

一些实施例中，加热支撑部12可拆卸地固定于喷淋主体11并相对喷淋主体11静止。将加热支撑部12可拆卸地固定于喷淋主体11，使得可根据使用情况灵活将加热支撑部12拆除并进行维修或调整，同时增强了喷淋装置的普适性。具体地，加热支撑部12贯穿中部通孔111后，加热支撑部12的顶部与喷淋主体11可拆卸地固定连接。

一些实施例中，参照图1，加热支撑部12具有顶部盖体121以及自顶部盖体121的底部向下延伸的延伸部122，顶部盖体121和延伸部122可以组成一体式结构也可以是各自独立的结构并相互连接在一起。在一些实施例中，顶部盖体121可拆卸地固定至喷淋主体11。

在一些实施例中，喷淋主体11与顶部盖体121之间以密封圈密封的方式实现可拆卸固定。具体实现方式为本领域常规技术手段。

参照图1和图3，中部加热装置13设置在延伸部122的外侧壁上。中部加热装置13沿延伸部122的周向设置。中部加热装置13可以设置在延伸部122的整个外侧壁上，也可以沿延伸部122的轴向设置在延伸部122的部分外侧壁上。若干工艺气体输送通道15围绕顶部盖体121设置。

参照图4所示的喷淋装置和图1所示的喷淋装置，二者的区别在于，图4所示的喷淋装置还具有内导流罩14，内导流罩14的侧部围绕中部加热装置13，内导流罩14底面朝向加热支撑部12底部延伸，使得中部加热装置13朝向内导流罩14下方区域的正投影为内导流罩14的底部所阻挡。通过设置内导流罩14可以避免工艺气体，特别是腐蚀性工艺气体对中部加热装置13的影响。更重要的是，围成图4所示的外腔结构10后，即使中部加热装置13表面或延伸部122表面在工艺过程中产生杂质(例如延伸部和中部加热装置难以做到完全无尘清洁，在超高温环境下表面杂质碳化产生剥落颗粒，或者延伸部本身耐高温但结构较疏松而容易产生杂质颗粒)也会被外腔结构10所阻挡而不会落在承载装置上。具体地，参照图1和图4，内导流罩14设在顶部盖体121下方，并围于所述中部加热装置13外以遮蔽中部加热装置13的侧壁和底部。所述顶部盖体121、所述内导流罩14和所述延伸部122围成的结构为图4所示的外腔结构10，外腔结构10能够全部遮档所述中部加热装置13，中部加热装置13位于外腔结构10内。

一些实施例中，内导流罩14可以自顶部盖体121底面起沿轴向延伸直至遮蔽中部加热装置13为止。或者根据中部加热装置13的具体设置，使得内导流罩14能够遮挡中部加热装置13即可。

一些实施例中，延伸部122的组成材料为耐温材料。例如可以是石墨毡。

一些实施例中，内导流罩14的组成材料为导热材料以在遮蔽中部加热装置13的同时有利于热量传导。

中部加热装置13的加热方式可根据工艺需求灵活选择和调整。一些实施例中，中部加热装置13的加热方式为电阻加热方式，具体可以为石墨筒。

一些实施例中，加热控制部经所述加热支撑部12顶部电接触中部加热装置13以提供加热电流，从而实现中部加热装置13的发热。

中部加热装置13分区围设于延伸部122。

参照图1和图2，中部加热装置13包括沿延伸部122的轴向顺次围设于延伸部122的第一中部发热体131、第二中部发热体132和第三中部发热体133。相邻内加热装置之间具有间距。

一些实施例种，中部发热体的数量至少为2，具体数目和相邻中部发热体之间的间距可根据工艺需求进行灵活调整。

当反应腔室高度较高，设置一体化的中部加热装置13从工艺上来讲成本高加工困难，特别是普适性差无法再适配其他腔室高度。在一些应用场景下，为减少或避免工艺气体喷出后在喷淋主体11下方附近就发生预反应，需要控制喷淋主体11下方附近的气体温度较低，而为确保衬底附近的成膜反应顺利进行，气体在衬底附近加热至成膜工艺温度。因此将中部加热装置13分区设置。

对于有腔室高度适配要求的应用场景而言，将中部加热装置13分成各相互独立的内加热装置可根据工艺腔室高度要求选择合适的内加热装置件数进行灵活适配。

对于有抑制预反应需求的应用场景而言，可通过辅助加热控制部控制靠近喷淋主体11的至少一个内加热装置的加热功率小于靠近衬底的至少一个内加热装置的加热功率。例如图1所示的三个中部发热体中，可以控制第一中部发热体131的加热功率小于第二中部发热体132，并使第二中部发热体132和第三中部发热体133的加热功率相当。也可以根据反应需求控制第一中部发热体131的加热功率小于第二中部发热体132，且第二中部发热体132的加热功率小于第三中部发热体133。

参照图1和图2，以第一中部发热体131为例，其具有发热本体1311以及分别电接触发热本体1311内壁的输入导线1312和输出导线1313以构成电流通路，具体通路实现方式为本领域常规技术手段。发热本体1311沿周向设于延伸部122外侧壁，输入导线1312和输出导线1313可以从延伸部122内延伸至顶部盖体121，并从顶部盖体121伸出。

一些实施例中，输入导线1312和输出导线1313均设置发热本体1311外壁，输入导线1312和输出导线1313在外腔结构10中延伸至顶部盖体121，并从顶部盖体121伸出。

一些实施例中，参照图1和图5，所述顶部盖体121、所述内导流罩14底面和所述延伸部122围成空腔16。空腔16为密闭空腔且中部加热装置13围在空腔16外。具体的，延伸部122内部中空，所述内导流罩14底面封闭了延伸部122的底部开口。一些实施例中，所述延伸部122内开设有空腔16。当喷淋装置应用于高温(例如900度以上)场景，延伸部122可能会在高温下有软化现象使得其对所承载的中部加热装置的支撑力变弱，例如不锈钢材质的延伸部122在900度以上高温下的耐温性较差，长期使用材料性质会变化。为延长延伸部122寿命，设置空腔16阻隔热量传输并对延伸部122起到一定降温保护作用。

一些实施例中，空腔16内为真空。一些实施例中，空腔16内充有隔热介质。

在气相反应期间若干工艺气体输送通道15向反应腔室21输送第一气体，该第一气体为反应源气体和载气，用于反应生成目标产物。示例性地，对于III-V族MOCVD而言，第一气体为III族金属有机源气体、V族氢化物源气体和载气。

可选实施例中，该工艺气体输送通道15可以是缝隙状通道，该缝隙状通道沿同一方向延伸，例如沿平行于喷淋主体11的径向方向延伸。上述缝隙状通道可以分为多组，每一组用于输送相同或不同的气体。例如，分别输送III族金属有机源气体和载气输送、输送V族氢化物源气体和载气，从而提供III族金属有机源气体和V族氢化物源气体在待处理基片上发生反应生成III-V族化合物；还可以包括输送不含反应气体且不与反应气体反应的载气(或吹扫气体)的气体输送通道。

在本实施例的可选实施例中，如图3所示，工艺气体输送通道15为孔型结构，例如可以是圆形孔、椭圆形孔、菱形孔等类似孔结构。这些孔可排布为同心圆环区域，或是条状间隔分布区域，或是几组孔交错分布，或是若干扇形区域等。本实施例中，设置为如图3所示的圆形孔，多组圆形孔在喷淋主体11中呈放射状间隔分布，优选地，多组圆形孔以相同的间隔角度间隔设置，更加优选地，以与反应腔室的承载装置中衬底置放的间隔角度相同的间隔角度均匀间隔地分布。每一组圆形孔包括多个圆形孔，多个圆形孔沿喷淋主体11的径向间隔分布，优选地，同样为均匀间隔分布。由于承载装置在反应期间旋转，因此承载装置上的每一个衬底均能均匀成膜。多组圆形孔中圆形孔的数量可以相同也可以不同，优选地，多组圆形孔中圆形孔的数量相同。同样地，多个圆形孔可以输送不同的气体，例如，分别输送III族金属有机源气体和载气输送、输送V族氢化物源气体和载气，从而提供III族金属有机源气体和V族氢化物源气体在待处理基片上发生反应生成III-V族化合物；还可以包括输送不含反应气体且不与反应气体反应的载气(或吹扫气体)的圆形孔。

在本实施例中，如图1和图3所示，定义靠近顶部盖体121并围绕中间通孔111的若干工艺气体输送通道为内层通道151，最远离顶部盖体121的若干工艺气体输送通道为外层通道152，位于内层通道151和外层通道152之间若干工艺气体输送通道为中间通道(图中未标示)。其中内层通道151和外层通道152用于输送不含反应气体且不与反应气体反应的清洁气体，即吹扫气体；中间通道用于输送源气，例如MOCVD工艺中的III族金属有机源气体和载气输送、V族氢化物源气体和载气。

可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际的工艺需求自行调整孔分布的形状、位置关系等，在此不作限定。

在本实施例的另一可选实施例中，工艺气体输送通道15还可以是缝隙状通道和孔型结构的组合，其中缝隙通道和孔型结构的分布、形状及位置关系，同样可以根据实际的工艺需要进行调整。

实施例二

本实施例提供第二种喷淋装置。参照图1和图6，本实施例的喷淋装置与实施例一中图1所示喷淋装置的区别在于：实施例一的图1所示延伸部122内部中空且底部开口，而本实施例的延伸部122为实心结构。

一些实施例中，参照图7，中部加热装置13位于顶部盖体121、内导流罩14和实心的延伸部122围成的外腔结构10内，外腔结构10能够遮档中部加热装置13全部表面。

一些实施例中，延伸部122内设有冷却部，参照图7和图8，延伸部122内设有若干相连通的冷却通道16组成冷却部，以在延伸部122可能会在高温下有软化现象时对延伸部122进行降温延长其寿命。

一些具体的实施例中，冷却通道16自顶部盖体121延伸至延伸部122内。

一些实施例中，冷却通道16内通入的冷却介质为冷却水。

实施例三

本实施例提供了一种化学气相沉积设备，该化学气相沉积设备具有反应腔室，反应腔室顶部设置有喷淋主体，内部设置有承载部，并且喷淋主体和承载部相对设置。承载部用于承载待处理基片，可以是承载装置，也可以是其他本领域技术人员所公知的结构。化学气相沉积设备例如可以是气相沉积装置，具体地，可以是化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)装置或物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)装置。其中的化学气相沉积装置可以是等离子体增强化学气相沉积(Plasma-Enhanced ChemicalVapor Deposition，PECVD)装置、金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic ChemicalVapor Deposition，MOCVD)装置等。本实施例以MOCVD装置为例进行说明。应该理解的是该装置仅仅是示例性的，本发明并不限于这一种装置。

以设置如7所示的喷淋装置的化学气相沉积设备为例，如图9所示的化学气相沉积设备具有一顶部开口的反应腔室21，反应腔室21的横截面一般为圆形或者类圆形结构，或者可以是矩形结构及其他本领域技术人员所公知的结构，在此不作赘述。喷淋主体11与承载装置25沿反应腔室21的轴向相对设置，且喷淋主体11位于上部、承载装置25位于下部。

其他实施例中化学气相沉积设备所设置的喷淋装置不限于图7所示，为图1、图4、图5、图6和图8中任意一种喷淋装置均可。

参照图7和图9所示，本实施例的化学气相沉积设备设置有侧壁加热装置22、中部加热装置13和底部加热装置26，以及用于承载待处理基片(例如晶圆)的承载装置25。侧壁加热装置22设置在反应腔室21的内侧壁处，并且沿反应腔室21的周向设置。中部加热装置13设置在反应腔室21的中间区域，中部加热装置13同样沿反应腔室21的周向设置。底部加热装置26设置于承载装置25下方。侧壁加热装置22、中部加热装置13、喷淋主体11以及承载装置25所围成的空间为反应腔室21内的反应空间20。

再次参照图7和图9，反应腔室21内还设置有外导流罩231，外导流罩231与喷淋主体11、承载装置25以及内导流罩14围成反应空间20。具体地，外导流罩231设置在反应腔室21内部靠近侧壁加热装置22。

为了使得该侧壁加热装置22辐射的热量尽可能多地辐射至反应腔室21内从而减少或避免热量向反应腔室21外的辐射损失，本实施例的反应腔室21可设置有隔热部件并使该隔热部件位于反应腔室21外壁与侧壁加热装置22之间。该隔热部件一方面起到减小或阻止侧壁加热装置22辐射的热量向反应腔室21外辐射造成的热量损失，有利于反应腔室21内反应空间的加热效果。参照图6，反应腔室21侧壁内设置隔热层24，侧壁加热装置22设置于反应腔室21内侧壁表面，并使隔热层24位于侧壁加热装置22和反应腔室21外侧壁之间。

一些实施例中，该隔热层24由保温隔热材料组成。一些具体的实施例中，该隔热层24可以是一层石墨毡，也可以是多层石墨毡顺次绕反应腔室21的周向层设而成。

一些实施例中，该隔热层24也可以是沿反应腔室21周向开设于反应腔室21侧壁内，且内部真空的腔室结构。

如图9和图11所示，承载装置25上具有若干个载片区251，载片区251用于放置待处理的基片，例如晶圆。载片区251围绕承载装置25的中间区域布置使各载片区251暴露在反应空间20的环境中。

如图7和图9所示，在反应腔室21的俯视方向上，延伸部122对应于承载装置25的中间区域，即延伸部122的正下方的承载装置25区域并不分布前述载片区251，延伸部122不会正对载片区251。

承载装置25上的载片区251的个数以及排布可根据工艺需求进行灵活调整，以满足各载片区251暴露在反应空间的环境中为必要。一些实施例中，承载装置25上的各载片区251绕承载装置25的中间区域呈环形阵列分布。承载装置25可以是圆盘，其上分布的各载片区251的尺寸可以相同，也可不同，也可不完全相同。例如，各载片区251用于承载8英寸晶圆或者用于承载12英寸晶圆，或者部分载片区251用于承载8英寸晶圆，其他载片区251用于承载12英寸晶圆。

同样参照图7和图9，可选实施例中，各工艺气体供气通道29一一对应连通各工艺气体输送通道15，各工艺气体输送通道15连通反应空间20，并为各载片区251提供工艺气流。

一些实施例中，自工艺气体输送通道15喷出的气体形成的气流方向与反应腔室的轴向线平行，即工艺气体输送通道15为垂直气流通道，形成的气流方向垂直朝向承载装置25。

参照图7和图9，底部加热装置26设于承载装置25下方以向反应空间20提供热量。由于底部加热装置26对载片区251所承载晶圆进行加热，而中部加热装置13底部(即第一中部发热体131、第二中部发热体132以及第三中部发热体133中的第三中部发热体133)和侧壁加热装置22底部(即第一侧壁发热体221、第二侧壁发热体222和第三侧壁发热体223中的第三侧壁发热体223)之间的温场对晶圆表面成膜质量起着至关重要的作用，中部加热装置13底部和侧壁加热装置22底部应当与载片装置顶面之间具有合理的距离，才能够确保载片区251上方的温场有利于成膜质量。

一些实施例中，中部加热装置13底面距离承载装置25上表面的垂直距离h1占反应空间20高度H的1％～20％，可选地为1％～15％。侧壁加热装置22底面距离承载装置25上表面的垂直距离h2占反应空间20高度H的1％～20％。可选地为1％～15％。反应空间20高度H为喷淋主体11出气面至承载装置25顶面之间的垂直距离。h1、h2过低，中部加热装置13越靠近载片区251，底部加热装置26对载片区251所承载晶圆进行加热而在载片区251上方所形成的温场与中部加热装置13在载片区251上方所形成的温场之间的相互影响越严重，很容易使得载片区251上方温场温度过高，对于预反应较严重的工艺条件而言不利，工艺气体到达晶圆前预反应就会提前发生。h1、h2过高均起不到对反应空间的温度补偿作用，影响载片区所承载晶圆上的成膜质量。

在一些可选实施例中，H和h1、h2的关系为：反应空间20高度H为500mm时，h1、h2均为8mm～75mm，进一步地，h1、h2取值相同。

参照图9和图10，当反应空间20的径向范围较大(例如载片区251放置晶圆尺寸大，或者沿径向放置多晶圆以提高产能)，侧壁加热装置22对反应空间20的加热形成第一温度梯度曲线，中部加热装置13对反应空间20的加热形成第二温度梯度曲线，两个温度梯度曲线均会呈现朝向反应空间20中部下降的趋势(图10所示的为温度梯度曲线的大致趋势示意图)，在一些实施例验证中发现，当不启动底部加热装置26，载片区251尺寸为直径12英寸的情况下，将侧壁加热装置22和中部加热装置13的加热功率均调整为目标温度为1650摄氏度，实际测得在反应空间20中部(图示两条温度梯度曲线交汇处附近)的温度只有900-1000摄氏度而无法再继续升高。因此底部加热装置26不仅起到加热载片区251所承载晶圆作用，还要能够向反应空间20中部补偿热量，使得反应空间20内的温度梯度变化趋于向图10所示的理想温度梯度曲线靠拢从而有利于反应空间20内的温场均匀性，否则对反应空间内气体会过加热，对于预反应较严重的工艺条件而言不利，工艺气体到达晶圆前预反应就会提前发生。由此可见，合理调整载片区251与中部加热装置13以及侧壁加热装置22之间的径向距离非常重要。

首先要考虑的是底部加热装置26对载片区251的加热效果要使得所承载的晶圆达到合适的工艺温度才能保证成膜质量，如果上述最小径向距离过小，底部加热装置26对靠近侧壁加热装置22附近的温场以及靠近中部加热装置13附近的温场补偿作用会过于突出，使得反应空间20温场出现显著的两边高中间低趋势，不利于载片区所承载晶圆上的成膜质量。如果上述最小径向距离过大，底部加热装置26对反应空间20中部的温场调制作用所能够起效的空间有限，使得反应空间20的温场分布更不均匀，同样不利于载片区所承载晶圆上的成膜质量。因此，各所述载片区的边缘与所述中部加热装置之间的最小径向距离，以及与所述侧壁加热装置之间的最小径向距离为所述载片区径向尺寸的5％～40％。具体选择的百分比可根据载片区径向尺寸、工艺温度需求、成膜工艺要求等进行灵活调整。在一些实施例中，各载片区的边缘与中部加热装置之间的最小径向距离，以及与侧壁加热装置之间的最小径向距离为载片区径向尺寸的9％～35％。

参照图11，以一个载片区251为例，载片区251为圆形区，载片区251边缘距离中部加热装置13的最小径向距离为L1，载片区251边缘距离辅助侧壁加热装置22的最小径向距离为L2，载片区251径向尺寸为L3，即其直径。在一些实施例中，当载片区251为非圆区域(例如椭圆等)，L3为平均等效直径。

一些实施例中，喷淋主体11、承载装置25、中部加热装置13和侧壁加热装置22围成了反应空间20。在这种情况下，化学气相沉积设备不设置外导流罩231和内导流罩14。

一些实施例中，喷淋主体11、承载装置25、侧壁加热装置22和内导流罩14围成了反应空间20。在这种情况下，化学气相沉积设备不设置外导流罩231。

一些实施例中，喷淋主体11、承载装置25、外导流罩231和内导流罩14围成了反应空间20。外导流罩231位于侧壁加热装置22和承载装置25之间。

一些实施例中，侧壁加热装置22包括与各中部发热体一一对应的侧壁发热体。参照图7和图9，侧壁加热装置22包括沿反应腔室21轴向顺次设于反应腔室21侧壁的第一侧壁发热体221、第二侧壁发热体222以及第三侧壁发热体223。第一侧壁发热体221、第二侧壁发热体222以及第三侧壁发热体223沿反应腔室21轴向分别与第一中部发热体131、第二中部发热体132和第三中部发热体133相对设置。

一些实施例中，各侧壁发热体221的具体结构请参见前述对第一中部发热体131的结构描述。参照图7、图9和图12，第一侧壁发热体221的第一侧壁发热本体2211、第二侧壁发热体222的第二侧壁发热本体2221和第三侧壁发热体223的第三侧壁发热本体2231自上至下顺次沿反应腔室21的周向围设于反应腔室21内侧壁。各侧壁发热本体的输入导线和输出导线(图中未标示)可以自反应腔室21侧壁引入和引出，也可以根据布线需求从喷淋主体11边部引入或引出，具体的布线方式以不影响各侧壁发热体的加热效果以及反应腔室21的密闭性为必要。

一些实施例中，相邻中部发热体之间，以及相邻侧壁发热体之间均具有间距。

参照图10可知，无论是中部发热体还是侧壁发热体，单个发热体对反应空间20的加热效果反映在其温场上都是从发热体朝向反应空间20中部呈下降趋势，因此相邻发热体之间的距离不宜过大，否则沿同一轴向相邻的发热体之间间距所对应的反应空间温场会出现显著的不均匀性，更重要的是在反应空间内如存在这种冷热不均的相邻温场，间距之间很容易沉积颗粒从而不利于成膜质量。以相邻的第一侧壁发热体221和第二侧壁发热体222之间为例，如果相邻的第一侧壁发热体221和第二侧壁发热体222之间间距过大，相较于径向对应的第一侧壁发热体221和第一中部发热体131之间的反应空间温场而言，相邻的第一侧壁发热体221和第二侧壁发热体222之间间距所对应的反应空间部分的温场会有显著的下降趋势。因此，有必要控制相邻中部发热体之间，以及相邻侧壁发热体之间的间距在合理范围。

一些实施例中，相邻所述中部发热体之间的距离以及相邻所述侧壁发热体之间的距离大于0，且均不超过所述反应空间高度的10％。

一些实施例中，沿反应腔室21径向相对应的侧壁发热体和中部发热体之间的温场均匀性对工艺气体加热效果也有影响。因此，需要合理设计沿反应腔室21径向相对应的侧壁发热体和中部发热体之间的相对位置。

一些实施例中，所述侧壁发热体与其沿径向对应的中部发热体之间的相互位置关系可根据工艺需求进行灵活调整，以沿反应腔室21径向相对的第三侧壁发热体223和第三中部发热体133为例。

一些实施例中，第三侧壁发热体223设于反应腔室21侧壁，其顶面高度与第三中部发热体133顶面高度相当，其底面高度与第三中部发热体133底面高度相当，使得第三侧壁发热体223沿径向(即水平方向)朝向第三中部发热体133所在的延伸部122外侧壁正投影所形成的侧壁投影与第三中部发热体133沿径向(即水平方向)朝向延伸部122外侧壁正投影所形成的辅助投影重合。

一些实施例中，第三侧壁发热体223顶面高度高于第三中部发热体133顶面高度，且其底面高度与第三中部发热体133底面高度相当，使得第三侧壁发热体223沿径向(即水平方向)朝向第三中部发热体133所在的延伸部122外侧壁正投影所形成的侧壁投影面积大于第三中部发热体133沿径向(即水平方向)朝向延伸部122外侧壁正投影所形成的辅助投影面积。

一些实施例中，当第三侧壁发热体223顶面高度与第三中部发热体133顶面高度相当，且其底面高度低于第三中部发热体133底面高度，第三侧壁发热体223沿径向(即水平方向)朝向第三中部发热体133所在的延伸部122外侧壁正投影所形成的侧壁投影面积大于第三中部发热体133沿径向(即水平方向)朝向延伸部122外侧壁正投影所形成的辅助投影面积。

一些实施例中，第三侧壁发热体223顶面高度高于第三中部发热体133顶面高度，且其底面高度低于第三中部发热体133底面高度，第三侧壁发热体223沿径向(即水平方向)朝向第三中部发热体133所在的延伸部122外侧壁正投影所形成的侧壁投影面积大于第三中部发热体133沿径向(即水平方向)朝向延伸部122外侧壁正投影所形成的辅助投影面积。

如图7和图9所示，承载装置25的下方设置有旋转装置27，旋转装置27贯穿反应腔室21底部，并且旋转装置27的顶部转动连接承载装置25，并与加热支撑部12底部沿承载装置25的轴向相对，底部加热装置26围绕旋转装置27设置。该旋转装置包括驱动部272和旋转轴271，旋转轴271连接承载装置25和驱动部272，驱动部272通过旋转轴271带动承载装置25绕旋转轴271的旋转轴线旋转。喷淋主体11与承载装置25相对设置。

另外，如上所述，承载装置25在反应期间由旋转装置27带动旋转，旋转装置27通常设置在承载装置25底部的中部，旋转轴271的顶部与承载装置25底部之间依靠摩擦传动实现带动承载装置25旋转。摩擦会产生热量，特别对于高速旋转的应用场景而言，这种热量对转轴寿命的影响很大，因此，对于该种中心驱动旋转而言，常规做法是对旋转轴271加冷却措施(例如缠绕水冷管之类)来保护旋转轴271。然而，冷却措施对承载装置25温场会造成影响从而不利于成膜尤其是外延成膜的质量。本实施例将中部加热装置13与旋转装置27相对设置，中部加热装置13的设置可以补偿旋转装置27带来的承载装置25的热量损失，提高外延膜的生成良率。

如图9所示，承载装置25下方设有可升降的升降结构28，升降结构28上围绕反应腔室21设有下导流罩232，反应腔室21腔壁设于位于侧壁加热装置22下方并与载片装置25径向相对的传片口(图中未标示)，升降结构28由外部升降驱动(图中未标示)控制，控制升降结构28上升至下导流罩232和外导流罩231相接触形成整体导流罩后，在反应空间20内进行沉积工艺。当沉积工艺进行完毕以及需要传片时，控制升降结构28下降使其远离传片口(图中未标示)后，从传片口进行传片操作。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种化学气相沉积设备，其特征在于，包括：

反应腔体，侧壁设有侧壁加热装置，顶部设置有喷淋装置；

承载装置，设置于所述反应腔体内，并沿所述反应腔体的轴向与所述喷淋装置相对；

所述喷淋装置包括喷淋主体、加热支撑部和中部加热装置，所述喷淋主体设置于所述反应腔体顶部，所述喷淋主体开设有若干工艺气体输送通道；所述加热支撑部自所述喷淋主体顶面贯穿所述喷淋主体并延伸至所述承载装置上方；所述中部加热装置位于所述反应腔体内并围设于所述加热支撑部的外侧壁；若干所述工艺气体输送通道围绕所述加热支撑部顶部设于所述喷淋主体顶部，并贯穿所述喷淋主体；所述中部加热装置、所述反应腔体、所述喷淋主体以及所述承载装置围成反应空间，若干所述工艺气体输送通道与所述反应空间内相通。

2.根据权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，还包括设于所述承载装置下方的底部加热装置以向所述反应空间提供热量。

3.根据权利要求2所述的化学气相沉积设备，其特征在于，还包括旋转装置，所述旋转装置贯穿所述反应腔室底部，所述旋转装置的顶部转动连接所述承载装置并与所述加热支撑部底部沿所述承载装置的轴向相对，所述底部加热装置围绕所述旋转装置设置。

4.根据权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，还包括设置于所述反应腔体内的内导流罩，所述内导流罩的侧部围绕所述中部加热装置，所述内导流罩底面朝向所述加热支撑部底部延伸并位于所述中部加热装置和所述承载装置之间，使所述中部加热装置朝向所述承载装置的正投影为所述内导流罩底部所阻挡，所述内导流罩、所述反应腔体、所述喷淋主体和所述承载装置围成所述反应空间。

5.根据权利要求4所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述加热支撑部包括与所述喷淋主体连接的顶部盖体，以及设于所述顶部盖体底面并延伸至所述承载装置上方的延伸部，所述中部加热装置围设于所述延伸部外侧壁，所述内导流罩设于所述顶部盖体下方，所述中部加热装置位于由所述顶部盖体、所述内导流罩与所述延伸部所围成的空间内。

6.根据权利要求4所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述顶部盖体可拆卸地设置于所述喷淋主体。

7.根据权利要求4所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述延伸部内部具有空腔，或者所述顶部盖体、所述内导流罩底面和所述延伸部围成所述空腔且所述中部加热装置围绕在所述空腔外。

8.根据权利要求7所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述空腔内为真空或充有隔热介质。

9.根据权利要求5所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述延伸部内设有冷却部。

10.根据权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述侧壁加热装置***设有外导流罩以遮蔽所述侧壁加热装置的侧壁，所述外导流罩沿所述反应腔体的周向设置并位于所述侧部加热装置和所述承载装置之间，所述喷淋主体、所述承载装置、所述内导流罩和所述外导流罩围成所述反应空间。

11.根据权利要求10所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述承载装置顶面位于所述反应空间内的区域设有至少一个载片区，每个所述载片区的边缘与所述中部加热装置之间的最小径向距离为所述载片区径向尺寸的5％～40％，每个所述载片区的边缘与所述侧壁加热装置之间的最小径向距离为所述载片区径向尺寸的5％～40％。

12.根据权利要求10所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述中部加热装置和/或所述侧壁加热装置的底面距离所述承载装置顶面的高度为所述反应空间高度的1％～20％。

13.根据权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述中部加热装置包括至少2个中部发热体，至少2个所述中部发热体沿所述加热支撑部的轴向顺次围设于所述加热支撑部外壁，相邻所述中部发热体之间的距离不超过所述反应空间高度的10％。

14.根据权利要求13所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述侧壁加热装置包括与各所述中部发热体沿所述反应腔体径向一一对应设置的侧壁发热体，相邻所述侧壁发热体之间的距离不超过所述反应空间高度的10％。

15.根据权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述若干工艺气体输送通道包括围绕所述加热支撑部的若干内层通道、围绕若干所述内层通道的若干中间通道，以及围绕若干所述中间通道的若干外层通道；所述内层通道和所述外层通道配置为供吹扫气体和/或载气流通，所述中间通道配置为供反应气体和/或反应气体和载气的混合气体流通，所述吹扫气体、所述反应气体以及所述载气的任意两者之间具有化学惰性。