CN102938389A

CN102938389A - 沉积装置

Info

Publication number: CN102938389A
Application number: CN2012104727637A
Authority: CN
Inventors: 王硕; 许忠义
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: CN102938389B

Abstract

一种沉积装置，包括：外炉管；位于外炉管内的内炉管，所述内炉管的底部固定于所述外炉管的底部，所述内炉管的顶部为开口，且所述内炉管的顶部与所述外炉管的顶部不接触；位于所述内炉管内底部的基座；固定于所述基座表面的若干重叠设置的晶舟；自所述外炉管外部伸入所述内炉管内部的送气管道，所述送气管道自所述内炉管的底部向所述内炉管的顶部延伸；固定设置于所述内炉管的侧壁的固定装置，用于固定所述自内炉管底部向顶部延伸的送气管道；位于所述外炉管与内炉管之间的排气管道。所述沉积装置能够避免因此送气管道内的气体瞬间流速过快而产生歪倒，或避免所述送气管道因碰撞所述内炉管侧壁或晶舟而产生碎屑，从而使所形成的薄膜质量好。

Description

沉积装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种沉积装置。

背景技术

化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质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，进而制得固体薄膜材料的工艺技术，其工艺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腔室中，并控制腔室的压强、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。

现有技术中，直立式沉积炉管为一种常用的化学气相沉积装置，如图1所示，包括：腔室100，所述腔室100包括：外炉管101、以及位于所述外炉管101内的内炉管102，所述内炉管102的顶部为开口，且所述内炉管102的顶部不与所述外炉管101的顶部接触；设置于所述内炉管102底部的基座103，所述基座103能够绕其中心轴线旋转；固定于所述基座103表面重叠的晶舟104，所述晶舟104用于装载晶圆（未示出），且晶舟104能够由所述基座103带动旋转；自所述腔室100外伸入内炉管102内部，且由所述内炉管102底部垂直向顶部延伸的送气管道105，所述送气管道105靠近内炉管102顶部的一端具有喷气口（未示出）；位于外炉管101和内炉管102之间的排气管道106，用于将反应气体排出腔室。

上述沉积装置工作时，气体通过送气管道105进入内炉管102内，并在置于晶舟104上的晶圆表面沉积薄膜；同时，所述气体自送气管道105进入内炉管102后，通过所述内炉管102的顶部的开口流入内炉管102与外炉管101之间的区域，并通过位于外炉管101与内炉管102之间的排气管道排出腔室100，使腔室100内的气体形成循环；从而进入腔室100的气体气流与排出腔室100的气体气流相互隔离，能够避免在内炉管102内因气体产生涡流而使所形成薄膜的厚度不一致，从而提高成膜质量。

然而，现有的直立式沉积炉管形成的薄膜质量依旧低，容易含有杂质。

更多沉积装置的相关资料请参考公开号为US2012/00125466的美国专利文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种沉积装置，提高沉积装置形成的薄膜质量。

为解决上述问题，本发明提供一种沉积装置，包括：外炉管；位于外炉管内的内炉管，所述内炉管的底部固定于所述外炉管的底部，所述内炉管的顶部为开口，且所述内炉管的顶部与所述外炉管的顶部不接触；位于所述内炉管内底部的基座；固定于所述基座表面的若干重叠设置的晶舟；自所述外炉管外部伸入所述内炉管内部的送气管道，所述送气管道自所述内炉管的底部向所述内炉管的顶部延伸；固定设置于所述内炉管的侧壁的固定装置，用于固定所述自内炉管底部向顶部延伸的送气管道；位于所述外炉管与内炉管之间的排气管道。

可选地，所述固定装置为固定于所述内炉管内侧壁表面的固定件，自内炉管底部向顶部延伸的送气管道由所述固定件固定于所述内炉管内侧壁表面。

可选地，所述固定件为环形，所述送气管道嵌套于所述环形的固定件内。

可选地，所述固定件为环形，所述固定件的材料为半导体材料，所述半导体材料包括石英或碳化硅。

可选地，所述固定装置为位于所述内炉管侧壁的凹槽，所述凹槽由所述内炉管内侧壁表面向外炉管的方向凹陷，自内炉管底部向顶部延伸的送气管道嵌于所述凹槽内。

可选地，所述送气管道自外炉管外部水平伸入所述内炉管内部，且所述水平伸入的送气管道靠近所述内炉管的底部，所述送气管道自位于内炉管内部的一端向所述内炉管顶部方向垂直延伸。

可选地，所述送气管道的数量为1-5根。

可选地，所述固定装置的数量等于或少于所述送气管道的数量，且每个固定装置固定至少一根送气管道。

可选地，当所述送气管道大于1根时，各送气管道的长度不一致。

可选地，所述基座与驱动装置连接，所述驱动装置用于控制所述基座和重叠设置的晶舟旋转。

可选地，所述排气管道靠近所述内炉管和外炉管的底部，且所述排气管道的一端与抽气泵连接，用于将内炉管和外炉管内的气体排出，并用于控制内炉管和外炉管内的压力。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

在所述内炉管的侧壁固定设置固定装置，所述固定装置能够固定所述自内炉管的底部向顶部延伸的送气管道；当开始向内炉管中送气时，由于所述固定装置能够固定送气管道，因此气体进入所述送气管时瞬间所产生的冲力不会使所述送气管道发生振动，避免了所述送气管道碰撞所述内炉管侧壁或晶舟而产生碎屑；因此，减少了所形成的薄膜内杂质，提高了所形成的表面质量。

进一步的，所述固定装置为固定于所述内炉管内侧壁表面的固定件，自内炉管底部向顶部延伸的送气管道由所述固定件固定于所述内炉管内侧壁表面；所述固定件容易安装，无需对所述沉积装置进行改造即可达到固定送气管道的目的。

进一步的，所述固定装置为位于所述内炉管侧壁的凹槽，所述凹槽由所述内炉管内侧壁表面向外炉管的方向凹陷，自内炉管底部向顶部延伸的排气管道钳于所述凹槽内；所述凹槽能够更稳固地固定送气管道，防振动的效果更佳。

附图说明

图1是现有技术的直立式沉积炉管的剖面结构示意图；

图2是本发明的第一实施例所述的沉积装置的剖面结构示意图；

图3是本发明的第一实施例所述的沉积装置的俯视结构示意图；

图4是本发明的第二实施例所述的沉积装置的剖面结构示意图；

图5是本发明的第二实施例所述的沉积装置的俯视结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，现有的直立式沉积炉管形成的薄膜质量依旧低，容易含有杂质。

经过本发明的发明人研究发现，请继续参考图1，现有的直立式沉积炉的送气管道自内炉管102底部垂直向顶部延伸，能够在内炉管102内产生向上流动的气流，保证了气体能够自内炉管102的顶部开口流出并进入内炉管102与外炉管101之间的区域。而且，为了使重叠设置的晶圆表面所形成的薄膜厚度均匀，需要保证内炉管102内的气体分布均匀；因此，现有的送气管道105能够由若干根长度不一的管道构成；其中最长的送气管道105长度需要接近所述内炉管102的高度，以使所述送气管道102能够对设置于顶部区域的晶圆送气；现有的直立式沉积炉的高度较高，一般在100厘米~150厘米的范围内，因此，所述送气管道105的最长长度也较长。

然而，当开始对所述内炉管102内进行送气时，气体注入所述送气管道105并由喷气口喷出的瞬间会产生较大冲力；所述冲力会导致送气管道105振动，而所述送气管道105振动时容易碰撞所述内炉管102的内壁，或碰撞所述晶舟104，所述碰撞容易产生碎屑，进而污染沉积形成的薄膜，所形成的薄膜内具有杂质，质量变差；而且，当所述送气管道105的长度越长，所述振动越严重，更容易发生碰撞。然而，为了保证重叠于内炉管102内靠近顶部的晶圆成膜均匀，所述送气管道105的长度无法缩短，以保证所述送气管道105一端的喷气口能够对置于顶部的晶圆送气。

经过本发明的发明人进一步研究，在所述内炉管的侧壁表面固定设置固定装置，所述固定装置能够将由所述内炉管的底部向顶部延伸的送气管道固定于所述内炉管的侧壁；从而，当开始对所述内炉管中送气时，由于所述固定装置能够固定所述送气管道，因此气体进入所述送气管道并从喷气口喷出时瞬间所产生的冲力不会使所述送气管道发生振动，避免了所述送气管道碰撞所述内炉管侧壁或晶舟而产生碎屑；进而，使所形成的薄膜内杂质减少，质量提高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

第一实施例

请参考图2，图2是本发明的第一实施例所述的沉积装置的剖面结构示意图，包括：外炉管201；位于外炉管201内的内炉管202，所述内炉管202的底部固定于所述外炉管201的底部，所述内炉管202的顶部为开口，且所述内炉管202的顶部与所述外炉管201的顶部不接触；位于所述内炉管202内底部的基座203；固定于所述基座203表面的若干重叠设置的晶舟204；自所述外炉管201外部伸入所述内炉管202内部的送气管道205，所述送气管道205自所述内炉管202的底部向所述内炉管202的顶部延伸；固定设置于所述内炉管202的侧壁的固定装置207，用于固定所述自内炉管202底部向顶部延伸的送气管道205；位于所述外炉管201与内炉管202之间的排气管道206。

所述外炉管201和所述内炉管202构成所述沉积装置的腔室；其中，所述外炉管201为封闭腔体，是进行沉积工艺的场所；所述内炉管202位于所述外炉管内侧，所述外炉管202的外侧壁不与所述内炉管的内侧壁接触；从而所述外炉管202能够将所述外炉管201内划分为反应区域和排气区域；其中，位于所述内炉管202内部的区域为反应区域（未示出），位于所述外炉管201与内炉管202之间的区域为排气区域（未示出）。

所述基座203位于所述内炉管202的底部，且所述基座203与驱动装置连接，所述驱动装置用于控制所述基座203绕其中心轴线旋转；所述基座203表面固定设置若干重叠的晶舟204，所述晶舟204表面用于装载晶圆（未示出），从而使用于成膜的晶圆被重叠设置于所述基座203的上方，并能够由所述基座203带动，在沉积过程中绕其中心轴线旋转，以使所形成的薄膜均匀。

当所述沉积装置工作时，用于形成薄膜的晶圆被置于所述反应区域内，反应气体被通入所述反应区域内进行成膜；由于所述内炉管202的底部固定于所述外炉管201的底部，所述内炉管202的顶部为开口，且所述内炉管202的顶部与所述外炉管201的顶部不接触，因此，所述内炉管202内的经过反应的气体以及反应副产物能够通过所述内炉管202顶部的开口流入所述外炉管201与内炉管202之间，进入排气区域；而所述外炉管201与内炉管202之间连接有排气管道206，从而反应后的气体与副产物能够由所述排气区域自所述排气管道206排出外炉管201之外。

所述排气管道206的一端位于所述内炉管202和外炉管201之间，且靠近所述内炉管202和外炉管201的底部，从而使所述排气区域的气体能够通过所述排气管道206被排除外炉管201之外；而所述排气管道206的一端与抽气泵（未示出）连接，用于将位于内炉管202和外炉管201内的气体抽出，并用于在沉积过程中控制内炉管202和外炉管201内的压力。

由此，进入内炉管202的反应气体与被排出的气体相互隔离，从而避免了在沉积过程中，在反应区域输入的气体与排出的气体相遇影响而产生乱流或涡旋；进而保证了反应区域内重叠设置的晶圆表面所形成的薄膜厚度均匀，质量较好。

所述送气管道205用于将反应气体送入内炉管202内部，使反应气体能够在位于内炉管202内的晶圆表面形成薄膜；所述送气管道205自外炉管201外部水平伸入所述内炉管202内部，且所述水平伸入的送气管道205靠近所述内炉管202的底部，所述送气管道自所述总管位于内炉管202内部的一端向所述内炉管202顶部的方向垂直延伸。

为了使进入内炉管202内的气体分布均匀，所述送气管道205的数量为1-5根，且送气管道205的长度不一致；所述送气管道205向内炉管202的顶部延伸的一端具有喷气口，用于将送气管道205内的气体送入内炉管202内，因此所述长度不一的送气管道205能够对内炉管202内不同高度的区域送气，从而保证了整个反应区域内的气体分布均匀，进而使各重叠设置的晶圆表面的薄膜均匀。

此外，为了能够对靠近内炉管202顶部的反应区域送气，所述送气管道205的最长长度接近所述内炉管202的高度；而所述内炉管202的高度较高，高度范围为100厘米~150厘米，因此所述送气管道205的最长长度也较长。

然而，由于在开始对所述内炉管202内进行送气时，气体注入所述送气管道205并由喷气口喷出的瞬间会产生较大冲力，所述冲力会导致送气管道205振动；而且振动的主体为垂直向内炉管202顶部延伸的送气管道205，尤其是当所述送气管道205的长度越长时，振动越严重；而所述送气管道205振动时，容易碰撞所述内炉管202的内壁，或碰撞所述晶舟204，而这些碰撞容易产生碎屑，进而污染沉积形成的薄膜，使所形成的薄膜内具有杂质，质量变差。

因此，本实施例中，在所述内炉管202的内侧壁固定设置固定装置207，所述固定装置207能够用于固定所述送气管道205，避免其在开始送气的瞬间发生振动，从而避免了由于所述送气管道205碰撞内炉管202或晶舟204而产生碎屑，保证了所形成的薄膜的纯净。

在本实施例中，所述固定装置207为固定于所述内炉管202内侧壁表面的固定件，自内炉管202底部向顶部垂直延伸的送气管道205由所述固定件固定于所述内炉管202内侧壁表面；所述固定装置207的数量等于或少于所述送气管道205的数量，且每个固定装置固定至少一根送气管道205。所述固定件固定于所述内炉管202的内侧壁表面，因此安装简便，无需对所述沉积装置的其他部分进行改造即可达到防止送气管道205振动的目的。

请参考图3，图3是本发明的第一实施例所述的沉积装置的俯视结构示意图。

在本实施例中，所述固定装置207为环形的固定件，所述送气管道嵌套于所述环形的固定件内，从而被固定于所述内炉管202内侧壁的表面；当开始对所述送气管道注入气体时，由于所述固定件的固定，所述送气管道205不会发生振动，从而保证了沉积薄膜的质量好。

所述固定件的材料为半导体材料，较佳的，所述半导体材料包括石英或碳化硅，从而使所述固定件不易与反应气体反应，尤其是当反应气体中含有硅源气体时，不会影响所形成的薄膜的质量。在本实施例中，所述固定件为环形，且所述固定件能够固定一根送气管道；然而，在其他实施例中，所述固定件不仅限于环形，还能够为任意能够固定送气管道的形状，例如椭圆环形、方环形等；而且所述固定件还能够用于固定若干根送气管道205，只需保证所述送气管道205不会发生振动即可。

本实施例在所述内炉管202的内侧壁表面设置固定装置207，所述固定装置207能够固定所述由内炉管202的底部向顶部延伸的送气管道205；当开始向内炉管中送气时，由于所述固定装置207能够固定所述送气管道205，因此气体进入所述送气管时瞬间所产生的冲力不会使所述送气管道205发生振动，避免了因所述送气管道205碰撞所述内炉管205的侧壁或晶舟204而产生碎屑；因此，保证了所形成的薄膜内杂质，提高了所形成的薄膜质量。而且所述设置于内炉管202的内侧壁表面的固定装置207容易安装，无需对所述沉积装置进行改造即可达到固定送气管道205的目的。

第二实施例

请参考图4和图5，图4是本发明的第二实施例所述的沉积装置的剖面结构示意图，图5是本发明的第二实施例所述的沉积装置的俯视结构示意图，包括：封闭的外炉管301；位于外炉管301内的内炉管302，所述内炉管302的底部固定于所述外炉管301的底部，所述内炉管302的顶部为开口，且所述内炉管302的顶部与所述外炉管301的顶部不接触；位于所述内炉管302内底部的基座303；固定于所述基座303表面的若干重叠设置的晶舟304；自所述外炉管301外部伸入所述内炉管302内部的送气管道305，所述送气管道305自所述内炉管302的底部向所述内炉管302的顶部延伸；固定设置于所述内炉管302的侧壁的固定装置307，用于固定所述自内炉管302底部向顶部延伸的送气管道305；位于所述外炉管301与内炉管302之间的排气管道306。

所述内炉管302、外炉管301、基座303、晶舟304、送气管道305和排气管道306如第一实施例所述，在此不再赘述。

请参考图5，本实施例中，所述固定装置307为位于所述内炉管302侧壁的凹槽，所述凹槽由所述内炉管302内侧壁表面向外炉管301的方向凹陷，自内炉管302底部向顶部延伸的送气管道305嵌于所述凹槽内；所述凹槽的开口尺寸小于送气管道305的直径，从而能够使所述送气管道305被固定于所述内炉管302的内壁内；而且，由于送气管道305的大部分位于所述凹槽内，因此所述固定装置307固定所述送气管道305更为稳定，更有利于防止所述送气管道的振动。

本实施例，所述固定装置308为位于所述内炉管305侧壁的凹槽，且所述凹槽由所述内炉管302内侧壁表面向外炉管的方向凹陷；因此，自内炉管302底部向顶部延伸的送气管道嵌于所述凹槽内，而所述凹槽能够更稳固地固定送气管道，防振动的效果更佳；更有利于避免因所述送气管道305碰撞所述内炉管302侧壁或晶舟304而产生碎屑，从而减少了所形成的薄膜内的杂质，提高了所形成的表面质量。

综上所述，在所述内炉管的侧壁固定设置固定装置，所述固定装置能够固定所述自内炉管的底部向顶部延伸的送气管道；当开始向内炉管中送气时，由于所述固定装置能够固定送气管道，因此气体进入所述送气管时瞬间所产生的冲力不会使所述送气管道发生振动，避免了所述送气管道碰撞所述内炉管侧壁或晶舟而产生碎屑；因此，减少了所形成的薄膜内杂质，提高了所形成的表面质量。

进一步的，所述固定装置为位于所述内炉管侧壁的凹槽，所述凹槽由所述内炉管内侧壁表面向外炉管的方向凹陷，自内炉管底部向顶部延伸的送气管道钳于所述凹槽内；所述凹槽能够更稳固地固定送气管道，防振动的效果更佳。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种沉积装置，其特征在于，包括：

外炉管；

位于外炉管内的内炉管，所述内炉管的底部固定于所述外炉管的底部，所述内炉管的顶部为开口，且所述内炉管的顶部与所述外炉管的顶部不接触；

位于所述内炉管内底部的基座；

固定于所述基座表面的若干重叠设置的晶舟；

自所述外炉管外部伸入所述内炉管内部的送气管道，所述送气管道自所述内炉管的底部向所述内炉管的顶部延伸；

固定设置于所述内炉管的侧壁的固定装置，用于固定所述自内炉管底部向顶部延伸的送气管道；

位于所述外炉管与内炉管之间的排气管道。

2.如权利要求1所述沉积装置，其特征在于，所述固定装置为固定于所述内炉管内侧壁表面的固定件，自内炉管底部向顶部延伸的送气管道由所述固定件固定于所述内炉管内侧壁表面。

3.如权利要求2所述沉积装置，其特征在于，所述固定件为环形，所述送气管道嵌套于所述环形的固定件内。

4.如权利要求2所述沉积装置，其特征在于，所述固定件为环形，所述固定件的材料为半导体材料，所述半导体材料包括石英或碳化硅。

5.如权利要求1所述沉积装置，其特征在于，所述固定装置为位于所述内炉管侧壁的凹槽，所述凹槽由所述内炉管内侧壁表面向外炉管的方向凹陷，自内炉管底部向顶部延伸的送气管道嵌于所述凹槽内。

6.如权利要求1所述沉积装置，其特征在于，所述送气管道自外炉管外部水平伸入所述内炉管内部，且所述水平伸入的送气管道靠近所述内炉管的底部，所述送气管道自位于内炉管内部的一端向所述内炉管顶部方向垂直延伸。

7.如权利要求6所述沉积装置，其特征在于，所述送气管道的数量为1-5根。

8.如权利要求7所述沉积装置，其特征在于，所述固定装置的数量等于或少于所述送气管道的数量，且每个固定装置固定至少一根送气管道。

9.如权利要求7所述沉积装置，其特征在于，当所述送气管道大于1根时，各送气管道的长度不一致。

10.如权利要求1所述沉积装置，其特征在于，所述基座与驱动装置连接，所述驱动装置用于控制所述基座和重叠设置的晶舟旋转。

11.如权利要求1所述沉积装置，其特征在于，所述排气管道靠近所述内炉管和外炉管的底部，且所述排气管道的一端与抽气泵连接，用于将内炉管和外炉管内的气体排出，并用于控制内炉管和外炉管内的压力。