CN104073776A - 一种化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化学气相沉积设备及沉积方法。化学气相沉积设备包括反应腔室，反应腔室的底部设置有用于承载反应基板的基座，基座的四周还设置有活动挡板，当活动挡板移动到反应基板部分区域的上方时，遮挡部分区域，使得反应基板上未被遮挡的区域能够单独成膜。利用上述化学气相沉积设备能够对一个反应基板进行多次分区成膜。每次成膜操作时可以选择反应基板上一个分区为指定区域，然后将活动挡板移动到反应基板上方，对反应基板上除指定区域以外的区域进行遮挡，接着输入成膜所需的反应气体，使指定区域沉积相应的材料膜，最后排出本次反应气体及相关气态产物。

Description

一种化学气相沉积设备

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。

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，进而制得固体材料的工艺技术。整个工艺过程能够通过化学气相沉积装置(简称CVD装置)实现。CVD装置一般包括反应腔室和控制反应腔室内部压强、温度等反应条件的控制装置。图1显示了在液晶半导体制作工艺中常用的一种等离子体CVD装置的结构剖面图。如图1所示，该装置的反应腔室10的顶部设置有与外部送气装置20相连的气体扩散板11，反应腔室10的底部设置有能够承载反应基板的可升降基座12。气体扩散板11和可升降基座12上分别设置有上电极13和下电极14，以控制反应气体的运动方向。除此之外，反应腔室10还设置有与外部排气装置(图中未示出)相连的排气口15。以沉积某种半导体薄膜为例，在通过控制装置设置反应腔室内部的压强、温度等反应条件之后，需要通过外部送气装置向反应腔室中输入气态的II族或III族金属有机物以及气态的VI族或V族氢化物作为反应气体，同时还输入氢气或氮气作为载气。反应气体以热分解反应方式在反应基板上进行气相外延生长，使得反应基板上生长出半导体薄膜。待反应结束后，再通过外部送气装置向反应腔室中输入吹扫气体，将II-VI族化合物、III-V族化合物等气态的产物和未反应的气体通过排气口排出。

通过上述沉积过程，一块反应基板上只能沉积一种薄膜。这意味着，当需要分析比较多种CVD成膜的膜质特性时，需要多个反应基板，每一个反应基板上沉积一种薄膜。由于沉积薄膜后的反应基板不能反复使用，因此制造成本较高，实用性不强。因此，有必要寻求一种新的能够降低成本的解决方案。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种新的化学气相沉积设备，包括反应腔室，所述反应腔室的底部设置有用于承载反应基板的基座，其特征在于：

所述基座的四周还设置有活动挡板，当所述活动挡板移动到所述反应基板部分区域的上方时，遮挡所述部分区域，使得所述反应基板上未被遮挡的区域能够单独成膜。

优选地，上述化学气相沉积设备还包括：

位置传感器，用于检测所述活动挡板的空间位置；

传动控制器，接收所述位置传感器传来的空间位置信息，并将所述空间位置信息与期望位置信息进行比较，根据比较结果调整所述活动挡板的位置，直至所述活动挡板到达期望位置。

在本发明的一个实施例中，所述活动挡板在水平方向上移动。

在本发明的另一个实施例中，所述活动挡板在水平方向和竖直方向上移动。

且进一步地，所述活动挡板为多个，能够彼此接合组成面积更大的挡板。

此外，本发明还提供一种化学气相沉积方法，用于反应基板分区成膜，其包括以下步骤：

S100、将反应基板上一分区设为指定区域；

S200、将活动挡板移动到反应基板上方，对反应基板上除指定区域以外的区域进行遮挡；

S300、输入成膜所需的反应气体，使指定区域沉积相应的材料膜；

S400、排出反应气体及相关气态产物，完成此次成膜操作；

S500、判断是否继续进行新的成膜操作：

如果是，返回执行步骤S100；

如果否，结束。

优选地，在上述步骤S200中，化学气相沉积设备的传动控制器根据位置传感器传来的活动挡板的空间位置信息与预设的期望位置信息的比较结果，调整活动挡板的位置，直至活动挡板移动到期望位置。

此外，上述步骤S400中还包括，向反应腔室输入吹扫气体，以促进反应气体及相关气态产物排出。

优选地，上述吹扫气体为氮气。

与现有技术相比，本发明提出的化学气相沉积设备通过在基座周围设置活动挡板，既可以在整个反应基板上沉积一种材质的薄膜，也可以以根据需要在一个反应基板上分区域沉积多种不同材质的薄膜，能够节约玻璃基板，有效降低CVD膜质分析的成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是液晶半导体制作工艺中常用的一种等离子体CVD装置的结构剖面图；

图2是本发明实施例的一种等离子体CVD装置的基座俯视图；

图3是本发明实施例的用于反应基板分区成膜的化学气相沉积方法的工作流程图；

图4是本发明实施例的沉积六种不同的材料膜的反应基板的示意图；

图5是本发明另一实施例的沉积两种不同的材料膜的反应基板的示意图。

具体实施方式

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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

为了能够在一个反应基板上沉积多种薄膜，降低膜质分析的成本，本发明提出了一种新的化学气相沉积设备。与现有的化学气相沉积设备不同，本发明提出的化学气相沉积设备在基座的四周增设了活动挡板，当所述活动挡板根据需要移动到反应基板部分区域的上方时，对部分区域进行遮挡，使得反应基板上未被遮挡的区域能够单独成膜。

下面仍以在液晶半导体制作工艺中常用的等离子体CVD装置为例进行说明。如图2所示，在一个等离子体CVD装置的反应腔室10中，可升降基座12的四周分布有若干活动挡板161～168。此外，该等离子体CVD装置还配置有位置传感器和传动控制器(图中未示出)，用以控制这些活动挡板分别移动到指定位置。

具体功能如下：

位置传感器，其检测活动挡板的空间位置，并将活动挡板的空间位置信息传给传动控制器；

传动控制器，其接收到位置传感器传来的空间位置信息，并将空间位置信息与操作员设定的期望位置信息进行比较，根据比较结果调整活动挡板的位置，直至将活动挡板移动到期望位置。

上述实施例中，活动挡板只在水平方向上移动，相应的空间位置信息和期望位置信息为水平方向上的横坐标和纵坐标。

又或者，活动挡板不仅能在水平方向上移动，而且还能在竖直方向上移动，相应的空间位置信息和期望位置信息为水平方向上的横坐标和纵坐标，以及竖直方向上的高度。

当然，在对精度要求不高的情况下也可以直接通过手动方式，将活动挡板移动到期望位置，此处不做详述。

在每次制程开始时，该等离子体CVD装置会控制活动挡板161～168停留在可升降基座12的四周(默认为初始位置)，并提供两种工作模式：整体成膜或者分区成膜，以供操作员选择。

如果操作员选择整体成膜，也即整个反应基板只沉积一种材料膜，那么等离子体CVD装置无需控制活动挡板移动，等离子体CVD装置按照现有的工艺流程工作。

如果操作员选择分区成膜，也即反应基板分区域沉积不同材质的薄膜，那么等离子体CVD装置可以按照如图3所示的工艺流程工作：

S100、提示操作员选择反应基板上一分区为指定区域；

S200、控制活动挡板移动到反应基板上方，对反应基板上除指定区域以外的区域进行遮挡；

S300、输入成膜所需的反应气体，使指定区域沉积相应的材料膜；

S400、排出反应气体及相关气态产物，完成此轮成膜操作；

S500、询问是否继续进行新一轮的成膜操作：

如果是，返回执行步骤S100；

如果否，结束。

以对图4所示的反应基板沉积六种不同的材料膜为例。在初始状态下，活动挡板161～168分别停驻在可升降基座12的四周。等离子体CVD装置提示操作员选择反应基板上一分区为指定区域。当操作员选择I区为指定区域后，等离子体CVD装置自动地将活动挡板162～166分别移动到II区～VI区的上方，完成遮挡。然后等离子体CVD装置通入制作材料膜I所需的反应气体进行反应，待反应基板I区生长出所需的材料膜I后，将多余的反应气体及相应的气态产物排出，完成第一轮成膜操作。每当一轮成膜操作完成后，等离子体CVD装置会征询操作员是否开始新一轮的成膜操作，并提示操作员选择反应基板上一分区为指定区域。当操作员选择II区为指定区域后，等离子体CVD装置自动地将活动挡板161、163～166分别移动到I区、III区～VI区的上方，完成遮挡。然后等离子体CVD装置通入制作材料膜II所需的反应气体进行反应，待反应基板II区生长出所需的材料膜II后，将多余的反应气体及相应的气态产物排出，完成第二轮成膜操作。以此类推，直至反应基板六个分区沉积了六种不同材质的薄膜。

上述整个制程由等离子体CVD装置的中央控制器控制自动完成。此外，既可以在制程的初始阶段一次性地设置好所有分区成膜的执行顺序和相关参数，也可以在每一轮成膜操作之前设置或修改相关参数。具体操作此处不做详述。

上述实施例中，活动挡板还可以根据需要彼此相互拼接以组成面积更大的活动挡板。例如针对如图5所示的分成两个区的反应基板，可以将活动挡板161～163拼成一块面积更大的挡板，遮挡分区I。

虽然本发明所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，在实施的形式上及细节上所作的任何修改与变化，都应该在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种化学气相沉积设备，包括反应腔室，所述反应腔室的底部设置有用于承载反应基板的基座，其特征在于：

所述基座的四周还设置有活动挡板，当所述活动挡板移动到所述反应基板部分区域的上方时，遮挡所述部分区域，使得所述反应基板上未被遮挡的区域能够单独成膜。

2.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，还包括：

位置传感器，用于检测所述活动挡板的空间位置；

传动控制器，接收所述位置传感器传来的空间位置信息，并将所述空间位置信息与期望位置信息进行比较，根据比较结果调整所述活动挡板的位置，直至所述活动挡板到达期望位置。

3.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于：

所述活动挡板在水平方向上移动。

4.如权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于：

所述活动挡板在水平方向和竖直方向上移动。

5.如权利要求1～4任意一项所述的化学气相沉积设备，其特征在于：

所述活动挡板为多个，能够彼此接合组成面积更大的挡板。

6.一种化学气相沉积方法，用于反应基板分区成膜，其包括以下步骤：

S100、将反应基板上一分区设为指定区域；

S200、将活动挡板移动到反应基板上方，对反应基板上除指定区域以外的区域进行遮挡；

S300、输入成膜所需的反应气体，使指定区域沉积相应的材料膜；

S400、排出反应气体及相关气态产物，完成此次成膜操作；

S500、判断是否继续进行新的成膜操作：

如果是，返回执行步骤S100；

如果否，结束。

7.如权利要求6所述的化学气相沉积方法，其特征在于：

所述步骤S200中，化学气相沉积设备的传动控制器根据位置传感器传来的活动挡板的空间位置信息与预设的期望位置信息的比较结果，调整活动挡板的位置，直至活动挡板移动到期望位置。

8.如权利要求6或7所述的化学气相沉积方法，其特征在于：

所述步骤S400中还包括，向反应腔室输入吹扫气体，以促进反应气体及相关气态产物排出。

9.如权利要求8所述的化学气相沉积方法，其特征在于：

所述吹扫气体为氮气。