CN108517512A - 一种化学气相沉积设备及其反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学气相沉积设备及其反应腔室。化学气相沉积反应腔室包括：反应腔壁、所述反应腔壁围成的封闭的反应腔、以及延伸入所述反应腔内的基座，其特征在于，所述反应腔壁内部包括中空层。本发明提供的反应腔室，反应腔壁内部包括中空层，有效提高了反应腔壁的隔热作用。反应腔壁的隔热作用的提高，使得具有反应腔室的化学气相沉积设备有效地提高了反应腔内的温度均匀性，进而提高了成膜基板的成膜质量；同时，有效地对反应腔壁外表面附近的零部件起到保护作用，降低其老化速度，进而降低设备生产运营成本。

Description

一种化学气相沉积设备及其反应腔室

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设备及其反应腔室。

背景技术

化学气相沉积法(CVD，Chemical Vapor Deposition)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，其可以用来沉积大多数的绝缘材料、金属材料和金属合金材料。反应腔室是CVD设备最重要的组成部分。反应腔室通常包括反应腔壁、所述反应腔壁围成的封闭的反应腔、以及延伸入所述反应腔内的基座。所述基座用于放置成膜基板。工艺过程中对基座进行加热以在成膜基板上进行化学气相沉积形成薄膜。由于外界环境中的温度远低于反应腔内的温度。反应腔壁为实心反应腔壁，容易向外界散热，导致反应腔内温度由于散热分布不均。反应腔内基座周围的温度相对基座上的温度低，高温处会向低温处进行热传导，所以基座上的温度也会由中心向边缘逐渐降低，导致基座上的温度也不均匀分布。而基座上的温度不均匀分布会导致成膜基板上的薄膜沉积不均匀，严重影响薄膜沉积的质量。

为解决此问题，现有技术有在反应腔壁外热量散失集中处设置加热器的技术方案。加热器对反应腔壁进行加热，来补偿热量的散失，进而改善反应腔室内的温度均匀性。但是在反应腔壁外设有加热器对反应腔壁进行加热会使得反应腔壁温度很高，进而会加速反应腔壁外表面附近零部件(如PCB板、开关、保险丝、线缆等)的老化，提升设备运营成本。

发明内容

本发明提供一种化学气相沉积反应腔室，能够有效提高反应腔壁的隔热作用。

本发明还提供一种具有上述反应腔室的化学气相沉积设备。

本发明采用下述技术方案：

一种化学气相沉积反应腔室，包括：反应腔壁、所述反应腔壁围成的封闭的反应腔、以及延伸入所述反应腔内的基座，至少部分所述反应腔壁具有中空层。

进一步地，所述中空层沿着所述反应腔壁环绕的方向贯通所述反应腔壁。

进一步地，所述反应腔壁包括顶壁、与所述顶壁相对的底壁以及连接所述顶壁与底壁的侧壁，所述顶壁、底壁以及侧壁围成所述反应腔。

进一步地，所述底壁与所述侧壁一体成型，所述中空层位于所述侧壁和/或所述底壁。

进一步地，所述中空层沿着所述底壁与侧壁环绕的方向贯通所述底壁与侧壁。

进一步地，沿着反应腔内至反应腔外方向，所述反应腔壁分布有多层中空层。

进一步地，所述反应腔壁材料为铝合金。

一种化学气相沉积设备，包括进气系统、排气系统，还包括上述化学气相沉积反应腔室，所述进气系统包括第一进气管道、所述排气系统包括第一排气管道，所述第一进气管道及第一排气管道均与所述反应腔连通。

进一步地，所述排气系统还包括第二排气管道，所述第二排气管道与所述中空层连通。

进一步地，所述进气系统还包括第二进气管道，所述第二进气管道与所述中空层连通。

与现有技术相比，本发明提供的反应腔室，反应腔壁内部包括中空层，有效提高了反应腔壁的隔热作用。反应腔壁的隔热作用的提高，使得具有反应腔室的化学气相沉积设备有效地提高了反应腔内的温度均匀性，进而提高了成膜基板的成膜质量；同时，有效地对反应腔壁外表面附近的零部件起到保护作用，降低其老化速度，进而降低设备生产运营成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明较佳实施例化学气相沉积设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提到的方向用语，例如“顶”、“底”、“侧”等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。同时为了理解和便于描述，附图中示出的每个组成部分的尺寸和厚度是任意示出的，但是本发明不限于此。

以下结合附图，详细说明本发明较佳实施例提供的技术方案。

如图1所示，本实施例提供一种化学气相沉积设备，包括反应腔室1、排气系统(未图示)、进气系统(未图示)以及冷却水系统2。排气系统以及进气系统均连接至反应腔室1，冷却水系统2位于反应腔室1外围。

反应腔室1包括反应腔壁11、反应腔壁11围成的封闭的反应腔12、以及延伸入反应腔12内的基座13。

反应腔壁11包括顶壁111、与顶壁111相对的底壁112、连接顶壁11与底壁112的侧壁113以及形成于底壁112与侧壁113中的中空层114。顶壁111、底壁112以及侧壁113围成反应腔12。本实施例顶壁111具有多层结构(未图示)，用于将反应腔12密闭封堵，以便化学气相沉积反应可在相对稳定的反应环境中进行。本实施例底壁112与侧壁113一体成型，有利于反应腔12的密闭性。底壁112与侧壁113中形成中空层114。本实施例反应腔室11包括侧壁113与底壁112围成的一个反应腔12，但是本发明不以此为限制，其他实施例反应腔壁11也可包括多个侧壁113与底壁112围成的多个反应腔12。

由于中空层114的存在，使得底壁112与侧壁113内部存在一个气态的隔离层，而气体的导热系数要远远低于固体，所以形成有中空层114的底壁112与侧壁113相对于传统的实心反应腔壁，可有效减少反应腔12内的热量散失，提高隔热能力。中空层114沿着底壁112与侧壁113环绕的方向贯通底壁112与侧壁113，使得底壁112与侧壁113整体均被气态的隔离层所保护，从而全面提高底壁112与侧壁113的隔热能力。底壁112与侧壁113的隔热能力的提高一方面有利于反应腔12内的温度均匀性；另一方面可以降低反应腔壁11外表面温度，使得位于反应腔壁11外表面附近的零部件(如PCB板、开关、保险丝、线缆等)免受高温影响，进而降低老化速度，降低设备运营成本。

当然，本发明不以本实施例为限制。

本实施例反应腔壁11材料为铝合金。由于化学气相沉积设备整体体积较大，而铝合金密度低，因此使用铝合金制成的反应腔壁11的重量可有效减轻，铝合金的实用有效降低了设备整体重量。同时，铝合金强度比较高、塑性好，便于加工。且铝合金价格相对较低，有利于降低设备制造成本。

本实施例中由于顶壁111具有多层结构，而在多层结构的顶壁111中形成中空层114很不容易实现，会额外增加生产成本，因此，未在顶壁111内形成中空层114；但是，本发明其他实施例中顶壁111内也可以形成中空层114，顶壁111结构可与本发明不同，尤其中空层114可以沿着反应腔壁11环绕的方向贯通反应腔壁11，可以进一步提高隔热能力。同时，本发明其他实施例中，中空层114也可以仅形成在反应腔壁11的某一部分处，例如仅形成在侧壁113和/或底壁112，甚至仅形成在侧壁113和/或底壁112的某一部分而未贯通侧壁113和/或底壁112，只要至少部分反应腔壁11具有中空层114，即可起到一定的隔热作用。中空层114可以是连续的也可以是不连续的，本发明也不对此做限制。

本发明其他实施例反应腔室1中，也可沿着反应腔12内至反应腔12外方向，在反应腔壁11分布有多层中空层114。各层中空层114排布方式以及层厚可以相同也可以不同，可根据具体情况进行设定，例如邻近反应腔12一侧的中空层114由于接触到的温度较高，则其层厚可以相对较厚，以便起到良好的隔热作用。

反应腔12内用于收容成膜基板(未图示)，化学气相沉积设备通过向反应腔12内通入适当的反应气体成分，并且为成膜基板提供适当的温度，进而进行化学反应，在成膜基板上沉积预期薄膜。

基座13延伸入反应腔12内，为成膜基板提供载台。成膜基板放置于基座13上，并且由基座为其提供适当的反应温度。基座13上的温度均为性，严重影响成膜基板上的成膜质量。本实施例由于在底壁112与侧壁113中形成了贯通底壁112与侧壁113的中空层114，而有效提高了反应腔壁11的隔热能力，进而提高了反应腔12内的温度均匀性。反应腔12内温度均匀性提高，基座13周围的温度与基座13上的温度差减小，进而使得基座13上的温度均匀性也提高，即基座13边缘的温度与基座13中心的温度差相差很小，进而有效提高了成膜基板上的成膜均匀性，提高了成膜质量。

排气系统(未图示)包括第一排气管道、第二排气管道以及真空泵等。第一排气管道与反应腔12连通，用于排出反应腔12内的气体。第二排气管道与中空层114连通，通过真空泵将中空层114内的气体抽出。真空状态的气体导热性会进一步降低，因此本实施例通过抽出中空层114内的气体，使得中空层114处于真空状态的方式，可以进一步提高反应腔壁11的隔热作用，并且中空层114内的真空度越高，导热性越差，就会使得反应腔壁11的隔热作用越好。由上所述，本发明其他实施例中也可沿着反应腔12内至反应腔12外方向，在反应腔壁11中分布有多层中空层114，多层中空层114内的真空度可以相同也可以不同。邻近反应腔12一侧的中空层114由于接触到的温度较高，因此真空度可以设置的相对较高，以便起到良好的隔热作用，当然也可根据其他实际情况进行具体设计，这里不做限制。

进气系统(未图示)包括第一进气管道以及第二进气管道等。第一进气管道与反应腔12连通，用于为反应腔12内提供各种反应气体以及用于调整气压的载气等气体。第二进气管道与中空层114连通，可以在化学气相沉积设备完成成膜后，对反应腔室1进行降温的过程，将原本为真空状态的中空层114内通入氮气等惰性气体。氮气等惰性气体在中空层114内迅速膨胀，可有效加快对反应腔室1的降温速度。

冷却水系统2包覆于侧壁113以及底壁112外围，用于对反应腔室1的反应腔壁11外表面进行降温，防止反应腔壁11外表面温度过高产生安全隐患或加速反应腔壁11外表面附近的零部件的老化。

综上所述，本发明实施例提供的反应腔室1，反应腔壁11内部包括中空层114，有效提高了反应腔壁11的隔热作用。反应腔壁11的隔热作用的提高，使得具有反应腔室1的化学气相沉积设备有效地提高了反应腔12内的温度均匀性，进而提高了成膜基板的成膜质量；同时，有效地对反应腔壁11外表面附近的零部件起到保护作用，降低其老化速度，进而降低设备生产运营成本。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种化学气相沉积反应腔室，包括：反应腔壁、所述反应腔壁围成的封闭的反应腔、以及延伸入所述反应腔内的基座，其特征在于，至少部分所述反应腔壁具有中空层。

2.根据权利要求1所述的化学气相沉积反应腔室，其特征在于，所述中空层沿着所述反应腔壁环绕的方向贯通所述反应腔壁。

3.根据权利要求1所述的化学气相沉积反应腔室，其特征在于，所述反应腔壁包括顶壁、与所述顶壁相对的底壁以及连接所述顶壁与底壁的侧壁，所述顶壁、底壁以及侧壁围成所述反应腔。

4.根据权利要求3所述的化学气相沉积反应腔室，其特征在于，所述底壁与所述侧壁一体成型，所述中空层位于所述侧壁和/或所述底壁。

5.根据权利要求4所述的化学气相沉积反应腔室，其特征在于，所述中空层沿着所述底壁与侧壁环绕的方向贯通所述底壁与侧壁。

6.根据权利要求1至5任一项所述的化学气相沉积反应腔室，其特征在于，沿着反应腔内至反应腔外方向，所述反应腔壁分布有多层中空层。

7.根据权利要求1所述的化学气相沉积反应腔室，其特征在于，所述反应腔壁材料为铝合金。

8.一种化学气相沉积设备，包括进气系统、排气系统，其特征在于，还包括权利要求1-7任一项所述的化学气相沉积反应腔室，所述进气系统包括第一进气管道、所述排气系统包括第一排气管道，所述第一进气管道及第一排气管道均与所述反应腔连通。

9.根据权利要求8所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述排气系统还包括第二排气管道，所述第二排气管道与所述中空层连通。

10.根据权利要求8所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述进气系统还包括第二进气管道，所述第二进气管道与所述中空层连通。