CN105369220B - 一种用于气相沉积薄膜的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气相沉积薄膜的装置，包括反应腔体上盖、反应腔体底座以及加热器；所述反应腔体底座用于承载基片，其与反应腔体上盖活动链接形成气相沉积反应腔，其背部与加热器接触导热；所述反应腔体底座为圆形且具有环形凹槽。本发明提供的装置用于气相沉积薄膜，可保证反应腔体整体不会产生太大变形，从而保证薄膜的均匀程度。

Description

一种用于气相沉积薄膜的装置

技术领域

本发明属于气相反应沉积薄膜领域，更具体地，涉及一种用于气相沉积薄膜的装置。

背景技术

随着半导体技术的快速发展，对半导体设备也提出了更高的要求。薄膜沉积技术是半导体领域中非常重要的支撑技术之一。

在半导体制造领域，通常需要在基底上制作出众多微结构。这些具有特殊功能的结构，基本都是在微纳级别的尺度。要形成如此微小的结构，传统的加工制作方法无法完成。在基底上沉积薄膜，则是完成这种微观加工的一种重要方法。

气相沉积是在工业应用中广泛使用的薄膜沉积技术，它可以用来沉积大部分的绝缘材料和金属材料。其原理是，将含有薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂引入到反应腔中，在基底表面发生物理或者化学反应，生成薄膜。

对于气相沉积薄膜的装置，装置通常需要维持在较高的温度。足够高的温度主要为反应提供足够的能量，同时还可以防止反应剂发生冷凝。因此，气相沉积薄膜装置通常需要有加热装置。

为使沉积薄膜质量均匀，需基底上各处温度尽量相同。但是，通常由于反应腔体设计，或者加热器安装的原因，不能保证良好的温度均匀性。同时，由于加热装置的引入，可能导致在加热器局部区域温度高于其它位置，这样又易导致有热变形。这些都不利于沉积出良好的薄膜。

发明内容

针对现有技术的不足和改进需求，本发明提供了一种新型的气相薄膜沉积装置，其目的在于可快速将反应腔体温度调整到设定值，并且使得基底上的温度分布均匀。同时，这种装置还设计了环形槽的结构，由此可以腔体内表面热变形。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于气相沉积薄膜的装置，包括反应腔体上盖、反应腔体底座以及加热器；所述反应腔体底座用于承载基片，其与反应腔体上盖活动链接形成气相沉积反应腔，其背部与加热器接触导热；所述反应腔体底座为圆形且具有环形凹槽。

优选地，所述装置，其所述反应腔体底座具有多个环形凹槽，所述多个环形凹槽呈同心圆环排列。

优选地，所述装置，其所述反应腔体底座的凹槽宽度小于等于0.5mm。

优选地，所述装置，其所述反应腔体底座的凹槽同心圆之间的距离为10-20mm。

优选地，所述装置，其所述反应腔体底部的凹槽深度为2-3mm，是反应腔体底部厚度的50％～75％。

优选地，所述装置，其所述加热器为电加热器。

优选地，所述装置，其所述电加热器具有铜导热垫片。优选地，

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术比，能够取得下列有益效果：

1、反应腔体的加热器位于腔体外部，可以方便的拆卸互换。降低了安装于维护成本。

2、在反应腔体与加热器直接填充良导热材料，使得热量基本无损失的传递到反应腔体上，保证了反应腔体的对应位置也具有良好的温度均匀性。3、反应腔体腔体设置了变形槽，使得腔体在受到热应力时具有足够的变形空间。保证了反应腔体的整体不会产生大的变形，保证沉积薄膜的均匀程度，同时延长了反应腔体的使用寿命。

附图说明

图1是气相薄膜沉积装置结构示意图；

图2是本发明提供整个装置的剖视图；

图3是本发明提供的加热器结构；

图4是本发明提供的加热器安装示意图；

图5是本发明提供的反应腔体底部的剖视图；

图6是图5中选定的圆形区域的放大图；

图7是本发明增加环形槽设计改进实验图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的原件或者结构。其中：101为反应腔体的上盖，201为反应腔体的底座，202为气相反应剂的进气口，203为出气口，205为环形槽，301为紫铜垫片，401为加热器，402为加热器电极，403为加热器另一电极，601为十字形固定架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的用于气相沉积膜的装置，如图1所示，包括反应腔体上盖、反应腔体底座以及加热器；所述反应腔体底座用于承载基片，其与反应腔体上盖活动链接形成气相沉积反应腔，其背部与加热器接触导热；所述反应腔体底座为圆形且具有环形凹槽。

所述反应腔体由反应腔体上盖101和反应腔体底座201组成。其中反应腔体上盖101和反应腔体底座活动连接，反应腔体上盖101可开启或者关闭，用来放置基片和取样。反应腔体底座201是主要反应剂发生反应，沉积薄膜的位置。反应剂以气相的状态，从进气口202进入到腔体发生反应，多余的反应剂以及副产物通过出气口203排出腔体之外。

如图2所示，反应腔体上盖101和反应腔体底座201构成密闭的反应腔体，通过进气口202和出气口203进行反应剂的进入和排出。加热器401提供发生反应所需的热量，将腔体维持在特定的温度。其中，加热器401通过紫铜垫片301将加热器与反应腔体底座201之间的缝隙填充。

如图3，本发明提供的装置采用独立的加热器401，加热器上表面可达很高的温度均匀性。在加热器401的两个电极402、403施加电压，即可用来控制其温度。图4所示为加热器401的固定方式。十字形固定架601将加热器401通过螺钉连接至反应腔体底座201上。

图5所示，为反应腔体底座201上一系列环形槽205的分布。为防止反应腔体底座201产生过量热变形，在反应腔体底座201设置了一系列环形槽205，所述多个环形凹槽呈同心圆环排列，用于提供足够的变形空间。这些环形槽205可用来缓冲腔体的热变形。图6所述反应腔体底座的凹槽205宽度小于等于0.5mm，环形槽之间的间隔为10-20mm，环形槽的个数为4-6个，其深度为2-3mm，是反应腔体底部厚度的50％～75％。

所述加热器固定装置也应对称布置以减少对结构的影响，优选应具备导热材料，所述导热材料应柔软易变形，且具有高于加热器与腔体的导热效果，如薄紫铜片。

以下为实施例：

实施例1

设备在实际使用中，加热温度通常要达到200℃，在加热一段时间以后，腔体内表面发生了翘曲，在圆盘中央区域比周围区域要高2～3mm。当硅片放入到腔体内，导致硅片与腔体内表面不能良好的贴合，出现只在局部区域接触的现象。由于腔体内表面的翘曲导致硅片上各处温度分布不一致，也就导致硅片上各处薄膜沉积不一致。为保证硅片上沉积均匀，在设计上对腔体进行增加环形凹槽的改进，以避免腔体出现翘曲变形的情况。

这个防变形槽的效果，可以通过仿真进行验证。由温度仿真可知，在添加了环形凹槽之后，对腔体内表面温度与为添加变形槽的情况基本一致。通过对腔体热应力仿真可知，在只考虑热应力的情况下，通过环形凹槽的设计可以将其表面的热变形降低一半，环形凹槽对提高加热后腔体表面上的平整度。

实施例2

应用本发明提供的气相薄膜沉积装置，在硅片表面沉积厚度为20nm的原子层沉积氧化铝薄膜。

实施例中使用两种反应剂，反应剂A为三甲基铝，反应剂B为水。氮气作为反应剂的载气，载气的流量为100sccm。

反应温度设置为180℃，4英寸的硅片作为反应的基底。将清洗干净的硅片放入到腔体内，对进行抽真空。当腔体内压强抽至10Pa以下时，开始加热，腔体的温度会迅速升高。待腔体内的温度稳定在180±3℃的时候，打开反应剂A三甲基铝的阀门1s的时间，此时反应剂A三甲基铝以脉冲的形式进入到腔体内。反应剂A三甲基铝在基片表面完成半反应之后，多余的反应剂随着载气一起被抽出腔体。接着再通入载气20s的时间。继而通入反应剂B水蒸气，通入时间为1s。在进行20s的载气清洗。这样就完成单层氧化铝薄膜的生长。单个循环原子层沉积的单层氧化铝薄膜厚度为0.1nm，循环这个过程200次，得到厚度为20nm的氧化铝薄膜。

通过增加环形槽设计改进，重新加工的腔体不仅能够良好的进行沉积实验。实验结果如图7所示，改进后的腔体上沉积薄膜具有良好的均匀性，达到1.7％。基于理论分析和实践效果证明，将腔体改进设计之后，能够有效地防止腔体的内表面发生翘曲变形，进而提升腔体的沉积质量。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于气相沉积薄膜的装置，其特征在于，包括反应腔体上盖、反应腔体底座以及加热器；所述反应腔体底座用于承载基片，其与反应腔体上盖活动链接形成气相沉积反应腔，其背部与加热器接触导热；所述反应腔体底座为圆形且其背部具有环形凹槽；所述反应腔体底座具有多个环形凹槽，所述多个环形凹槽呈同心圆环排列；所述反应腔体底座的凹槽宽度小于等于0.5mm。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应腔体底座的凹槽同心圆之间的距离为10-20mm。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应腔体底部的凹槽深度为2-3mm，是反应腔体底部厚度的50％～75％。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热器为电加热器。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电加热器具有铜导热垫片。