CN114703464B - 一种膜层生长设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种膜层生长设备及方法，包括：反应腔室，反应腔室内具有基台，基台用于对放置于基台上的待处理衬底进行加热，反应腔室的侧壁上设置有保温部件和第一导热部件，保温部件为保温材料，第一导热部件为导热材料，保温部件位于第一导热部件远离反应腔室的底部一侧，保温部件位于反应腔室的侧壁的上部，对应于形成膜层的上部区域，第一导热部件位于反应腔室的侧壁的下部，对应于不形成膜层的下部区域，即污染物颗粒从上部区域运动到下部区域，并附着在温度较低的第一导热部件表面，降低在形成膜层的上部区域的污染物颗粒的数量，最终降低形成膜层中的污染物颗粒的数量，提高膜层生长设备的成膜质量。

Description

一种膜层生长设备及方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种膜层生长设备及方法。

背景技术

在制备半导体器件的过程中，可以利用膜层生长设备形成半导体器件的某一层薄膜。膜层生长设备具有反应腔室，反应腔室内具有基台，基台上可以放置待处理衬底。在进行膜层生长时，首先向反应腔室内通入反应气体，设定反应腔室内的反应条件，例如反应气体通入速率、基台温度等，待腔室内的反应条件都趋于稳定之后，即向反应腔内开始通入反应气体经过一段时间之后，在基台上放置待处理衬底，以便利用反应气体在待处理衬底上进行生长成膜。

但是膜层生长设备在使用过程中，由于其中的部件会受到工艺条件的影响，在最终形成的薄膜中会具有较多该部件受腐蚀之后的污染物颗粒，影响最终的薄膜质量。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种膜层生长设备及方法，能够降低薄膜中的污染物颗粒的数量，提高膜层生长设备的成膜质量。

本申请实施例提供一种膜层生长设备，包括：反应腔室，所述反应腔室内具有基台；

所述基台用于对放置于所述基台上的待处理衬底进行加热；

所述反应腔室的侧壁上设置有保温部件和第一导热部件，所述保温部件位于所述第一导热部件远离所述反应腔室的底部一侧；所述保温部件为保温材料，所述第一导热部件为导热材料。

可选地，在垂直于所述反应腔室的底部的方向上，所述保温部件远离所述反应腔室的底部的一侧至少高于所述基台远离所述反应腔室的底部的一侧，所述保温部件靠近所述反应腔室的底部的一侧至少低于所述基台靠近所述反应腔室的底部的一侧。

可选地，所述保温部件远离所述反应腔室的底部的一侧位于所述反应腔室的顶部，所述保温部件靠近所述反应腔室的底部的一侧低于所述基台靠近所述反应腔室的底部的一侧的距离范围为15-30毫米。

可选地，所述保温部件和所述第一导热部件连接。

可选地，所述第一导热部件靠近所述反应腔室的底部的一侧位于所述反应腔室的底部。

可选地，还包括：

位于所述反应腔室的底部的第二导热部件，所述第二导热部件为导热材料。

可选地，所述第一导热部件和第二导热部件连接。

可选地，所述保温材料为氮化铝和三氧化二铝中的至少一种，所述导热材料为铝。

可选地，还包括：

位于所述反应腔室的顶部的喷淋上板，所述喷淋上板用于将反应气体通入所述反应腔室；

所述喷淋上板位于所述基台上方并与所述基台上表面相对。

本申请实施例还提供一种膜层生长方法，应用于上述实施例所述的膜层生长设备，包括：

向反应腔室内通入反应气体；

在基台上放置待处理衬底进行加热，并在所述待处理衬底上生长膜层。

本申请实施例提供了一种膜层生长设备，包括：反应腔室，所述反应腔室内具有基台，基台用于对放置于基台上的待处理衬底进行加热，反应腔室的侧壁上设置有保温部件和第一导热部件，保温部件为保温材料，第一导热部件为导热材料，保温部件位于第一导热部件远离反应腔室的底部一侧，也就是说，保温部件位于反应腔室的侧壁的上部，对应于形成膜层的上部区域，第一导热部件位于反应腔室的侧壁的下部，对应于不形成膜层的下部区域，即利用保温部件和第一导热部件使得反应腔室的形成膜层的上部区域和不形成膜层的下部区域构成明显的温度梯度分布，上部区域温度较高，下部区域温度较低，形成热泳效应，使得反应气体从具有较高温度的基台向反应腔室的底部运动，此时污染物颗粒也随之从上部区域运动到下部区域，并附着在温度较低的第一导热部件表面，降低在形成膜层的上部区域的污染物颗粒的数量，最终降低形成膜层中的污染物颗粒的数量，提高膜层生长设备的成膜质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种膜层生长设备的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的另一种膜层生长设备的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种膜层生长方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请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申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

在制备半导体器件的过程中，可以利用膜层生长设备形成半导体器件的某一层薄膜。膜层生长设备具有反应腔室，反应腔室内具有基台，基台上可以放置待处理衬底。在进行膜层生长时，首先向反应腔室内通入反应气体，设定反应腔室内的反应条件，例如反应气体通入速率、基台温度等，待腔室内的反应条件都趋于稳定之后，即向反应腔内开始通入反应气体经过一段时间之后，在基台上放置待处理衬底，以便利用反应气体在待处理衬底上进行生长成膜。

但是膜层生长设备在使用过程中，尤其是高温膜层生长设备，例如亚常压化学气相沉积（Subatmospheric Chemical Vapor Deposition，SACVD）设备，在温度较高的工艺条件下，设备内的部件会被腐蚀产生污染物颗粒。例如，SACVD设备中通常包括氮化铝陶瓷部件，氮化铝陶瓷部件会与通入反应腔室内的清洁气体中的氟离子反应，生成污染物颗粒氟化铝，若在最终形成的薄膜中，污染物颗粒的数量较多，会降低薄膜的质量，使得薄膜内的污染物颗粒指标不能满足需求。

基于此，本申请实施例提供了一种膜层生长设备，包括：反应腔室，所述反应腔室内具有基台，基台用于对放置于基台上的待处理衬底进行加热，反应腔室的侧壁上设置有保温部件和第一导热部件，保温部件为保温材料，第一导热部件为导热材料，保温部件位于第一导热部件远离反应腔室的底部一侧，也就是说，保温部件位于反应腔室的侧壁的上部，对应于形成膜层的上部区域，第一导热部件位于反应腔室的侧壁的下部，对应于不形成膜层的下部区域，即利用保温部件和第一导热部件使得反应腔室的形成膜层的上部区域和不形成膜层的下部区域构成明显的温度梯度分布，上部区域温度较高，下部区域温度较低，形成热泳效应，使得反应气体从具有较高温度的基台向反应腔室的底部运动，此时污染物颗粒也随之从上部区域运动到下部区域，并附着在温度较低的第一导热部件表面，降低在形成膜层的上部区域的污染物颗粒的数量，最终降低形成膜层中的污染物颗粒的数量，提高膜层生长设备的成膜质量。

为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种膜层生长设备，该设备可以包括：反应腔室100，反应腔室100内具有基台110，其中，基台110用于放置待处理衬底，并对待处理衬底进行加热，基台110包括陶瓷材料，例如氮化铝，能够利用该陶瓷材料对待处理衬底进行加热。反应腔室100是用于膜层生长的腔室，通过向反应腔室内通入反应气体，反应气体在基台上放置的待处理衬底上生长成膜。基台110可以对待处理衬底进行加热，以便反应气体在待处理衬底上更好的生长成膜。在进行膜层生长时，可以向反应腔室100内通入反应气体，设定反应腔室100内的反应条件，例如反应气体通入速率、基台加热温度等，待反应腔室100内的反应条件都趋于稳定之后，即向反应腔室100内开始通入反应气体经过一段时间之后，在基台110上放置待处理衬底，基台110对待处理衬底进行加热，以便利用反应气体在待处理衬底上进行生长成膜。

在本申请的实施例中，反应腔室100的侧壁上设置有保温部件120和第一导热部件130，保温部件120为保温材料，第一导热部件130为导热材料。保温材料可以为陶瓷材料，例如氮化铝、三氧化二铝或二者的结合。导热材料可以为导热良好的材料，例如铝或铝合金。保温部件120的材料为陶瓷材料，与基台的陶瓷材料可以相同，降低在膜层生长设备中额外设置其他保温材料的成本。第一导热部件130的材料为导热良好的铝，可以降低第一导热部件130附近空间的温度，并且抗氟离子腐蚀效果较好。

保温部件120位于第一导热部件130远离反应腔室100的底部一侧，即保温部件120位于反应腔室100的侧壁的上部，对应于生长形成膜层的上部区域，生长形成膜层的上部区域称为工艺区域，第一导热部件130位于反应腔室100的侧壁的下部，对应于不形成膜层的下部区域，即保温部件120和第一导热部件130将反应腔室100分割为两个区域，上部区域和下部区域，上部区域为保温材料，并且在生长成膜的工艺过程中，位于上部区域的基台还会对待处理衬底进行加热，因此反应腔室100的上部区域的温度较高，下部区域为导热材料，能够迅速降低反应腔室100的温度，就可以利用保温部件120和第一导热部件130使得反应腔室100的形成膜层的上部区域和不形成膜层的下部区域构成明显的温度梯度分布，上部区域温度较高，下部区域温度较低，形成热泳效应，使得反应气体从具有较高温度的基台110的上部区域向温度较低的反应腔室100的下部区域运动，此时污染物颗粒也随之从上部区域运动到下部区域，并附着在温度较低的第一导热部件130表面，降低在形成膜层的上部区域的污染物颗粒的数量，最终降低形成膜层中的污染物颗粒的数量，提高膜层生长设备的成膜质量。

在本申请的实施例中，保温部件120进行保温的范围可以进行调节，以便形成较好的温度梯度，提高热泳效应的效果。

参考图2所示，在垂直于反应腔室100的底部的方向上，保温部件120具有远离反应腔室100的底部的一侧的第一保温端121，具有靠近反应腔室100的底部的一侧的第二保温端122，基台110具有远离反应腔室100的底部的一侧的第一基台端111，具有靠近反应腔室100的底部的一侧的第二基台端112，其中，保温部件120的第一保温端121至少高于基台110的第一基台端111，保温部件120的第二保温端122至少低于基台110的第二基台端112，也就是说，保温部件120至少要覆盖基台110上下表面所在空间，以便在生长膜层期间的上部区域维持较高温度。

在实际应用中，基台110可以上下运动，本申请实施例中基台110的第一基台端111的位置和第二基台端112的位置可以是在进行膜层生长时，基台110所在的工艺位置，该工艺位置通常位于反应腔室100的上部区域，靠近反应腔室100的顶部通气口的区域。

作为一种示例，保温部件120的第一保温端121位于反应腔室100的顶部，保温部件120的第二保温端122低于基台110的第二基台端112的距离范围为15-30毫米，具体的，保温部件120的第二保温端122低于基台110的第二基台端112的距离范围为25毫米。

也就是说，保温部件120至少包围基台110在工艺位置时的上下两端，以便在生长膜层期间为反应腔室100的上部区域维持较高的温度。

在本申请的实施例中，设置在反应腔室100的侧壁上的保温部件120和第一导热部件130可以间隔一段距离，保温部件120和第一导热部件130也可以连接，参考图2所示。当保温部件120和第一导热部件130连接时，能够在反应腔室100内形成较大的温度梯度，形成温度差距较为明显的上部区域和下部区域，提高污染物颗粒从上部区域向下部区域运动的效果，进一步降低形成薄膜中污染物颗粒的数量，提高薄膜的成膜质量。

在本申请的实施例中，第一导热部件130进行导热的范围也可以进行调节，以便更好的对反应腔室100的下部区域进行散热，以便形成较好的温度梯度，提高热泳效应的效果。

在垂直于反应腔室100的底部的方向上，第一导热部件130具有远离反应腔室100的底部的一侧的第一导热端131，具有靠近反应腔室100的底部的一侧的第二导热端132，其中，保温部件120的第二保温端122与第一导热部件130的第一导热端131连接，第一导热部件130的第二导热端132位于反应腔室100的底部，也就是说，在反应腔室100的下部区域的侧壁上设置有第一导热部件130，以便在反应腔室100的下部区域形成良好的导热效果，维持反应腔室100下部区域的较低温度。

作为一种示例，反应腔室100的侧壁上保温部件120的第一保温端121位于反应腔室100的顶部，保温部件120的第二保温端122低于基台110的第二基台端112的距离范围为25毫米，并且保温部件120的第二保温端122与第一导热部件130的第一导热端131连接，第一导热部件130的第二导热端132位于反应腔室100的底部，即保温部件120和第一导热部件130完全覆盖反应腔室100的侧壁。

在本申请的实施例中，参考图2所示，还可以在反应腔室100的底部设置第二导热部件140，第二导热部件140的材料为导热材料。第二导热部件140的材料可以和第一导热部件130的材料相同，例如铝。位于反应腔室100的底部的第二导热部件140可以进一步增大反应腔室100的下部区域的导热面积，进一步加快下部区域的导热效果，降低下部区域温度，扩大上部区域和下部区域的温度梯度，增大上部区域的反应气体向下部区域的反应气体的运动效果，使得上部区域待处理衬底附近空间内的污染无颗粒进一步减少，提高最终形成的薄膜质量。

在本申请的实施例中，第一导热部件130和第二导热部件140可以连接，以便在反应腔室100的下部区域形成完整连续的导热区域，使得下部区域的导热效果相同，提高热泳效应的效果。

在本申请的实施例中，反应腔室100还包括喷淋上板150，喷淋上板150位于反应腔室100的顶部，喷淋上板150具有多个通气孔，用于将反应气体通入反应腔室100内，以便反应气体在待处理衬底上成膜。喷淋上板150位于基台110上方并与基台110上表面相对。

也就是说，反应气体从位于反应腔室100的顶部的喷淋上板150通入反应腔室100内，由于反应腔室100的侧壁上设置的保温部件120和第一导热部件130，形成反应腔室100内上下区域的温度梯度，在热泳力的作用下，喷淋上板150上通入的反应气体，向反应腔室100的下部区域运动，将反应腔室100的上部区域的污染物颗粒移动至下部区域，并在下部区域温度较低的第一导热部件130表面附着，显著降低在形成薄膜的工艺过程中，待处理衬底附近空间区域内的污染物颗粒的数量，提高最终形成的薄膜的质量。

在本申请的实施例中，待处理衬底可以是晶圆。

在本申请的实施例中，保温部件120靠近基台110的一侧表面，可以是平整表面，也可以是不平整表面，可以根据实际情况进行设置。保温部件120的厚度可以相同，也可以不相同。

作为一种示例，保温部件120的第一保温端121的厚度可以大于第二保温端122的厚度，即构成顶部较宽，底部较窄的保温部件120。这种结构的保温部件120，第一保温端121与基台110之间的距离相较于第二保温端122与基台110之间的距离较近，能够使得反应气体从基台110中心区域运动至边缘区域并继续向反应腔室100的下部区域运动时，由于第一保温端121与基台110之间的距离较近，反应气体在基台110的边缘区域停留时间加长，基台110边缘区域的待处理衬底上形成的膜层厚度增大。

也就是说，可以通过控制保温部件120和基台110之间的距离，控制反应气体的停留时间，还能够控制基台110边缘区域的待处理衬底上形成的膜层厚度。

在本申请的实施例中，膜层生长设备还可以包括控制器，控制器用于控制机械臂将待处理衬底放置在基台上，并且控制基台处于工艺位置，并对待处理衬底进行加热。

本申请实施例提供了一种膜层生长设备，包括：反应腔室，所述反应腔室内具有基台，基台用于对放置于基台上的待处理衬底进行加热，反应腔室的侧壁上设置有保温部件和第一导热部件，保温部件为保温材料，第一导热部件为导热材料，保温部件位于第一导热部件远离反应腔室的底部一侧，也就是说，保温部件位于反应腔室的侧壁的上部，对应于形成膜层的上部区域，第一导热部件位于反应腔室的侧壁的下部，对应于不形成膜层的下部区域，即利用保温部件和第一导热部件使得反应腔室的形成膜层的上部区域和不形成膜层的下部区域构成明显的温度梯度分布，上部区域温度较高，下部区域温度较低，形成热泳效应，使得反应气体从具有较高温度的基台向反应腔室的底部运动，此时污染物颗粒也随之从上部区域运动到下部区域，并附着在温度较低的第一导热部件表面，降低在形成膜层的上部区域的污染物颗粒的数量，最终降低形成膜层中的污染物颗粒的数量，提高膜层生长设备的成膜质量。

基于以上实施例提供的一种膜层生长设备，本申请实施例还提供了一种膜层生长方法，参考图3所示，为本申请实施例提供的膜层生长方法的流程示意图。

本申请实施例提供的膜层生长方法可以应用于前述实施例描述的膜层生长设备。本申请实施例提供的膜层生长方法包括：

S101，向反应腔室内通入反应气体。

S102，在基台上放置待处理衬底进行加热，并在所述待处理衬底上生长膜层。

反应气体从位于反应腔室的顶部的喷淋上板通入反应腔室内，由于反应腔室的侧壁上设置的保温部件和第一导热部件，形成反应腔室内上下区域的温度梯度，在热泳力的作用下，喷淋上板上通入的反应气体，向反应腔室的下部区域运动，将反应腔室的上部区域的污染物颗粒移动至下部区域，并在下部区域温度较低的第一导热部件表面附着，显著降低在形成薄膜的工艺过程中，待处理衬底附近空间区域内的污染物颗粒的数量，提高最终形成的薄膜的质量。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种膜层生长设备，其特征在于，包括：反应腔室，所述反应腔室内具有基台；

所述基台用于对放置于所述基台上的待处理衬底进行加热；

所述反应腔室的侧壁上设置有保温部件和第一导热部件，所述保温部件位于所述第一导热部件远离所述反应腔室的底部一侧；所述保温部件为保温材料，所述第一导热部件为导热材料；

在垂直于所述反应腔室的底部的方向上，所述保温部件远离所述反应腔室的底部的一侧至少高于所述基台远离所述反应腔室的底部的一侧，所述保温部件靠近所述反应腔室的底部的一侧至少低于所述基台靠近所述反应腔室的底部的一侧。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述保温部件远离所述反应腔室的底部的一侧位于所述反应腔室的顶部，所述保温部件靠近所述反应腔室的底部的一侧低于所述基台靠近所述反应腔室的底部的一侧的距离范围为15-30毫米。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述保温部件和所述第一导热部件连接。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一导热部件靠近所述反应腔室的底部的一侧位于所述反应腔室的底部。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：

位于所述反应腔室的底部的第二导热部件，所述第二导热部件为导热材料。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第一导热部件和第二导热部件连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的设备，其特征在于，所述保温材料为氮化铝和三氧化二铝中的至少一种，所述导热材料为铝。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的设备，其特征在于，还包括：

位于所述反应腔室的顶部的喷淋上板，所述喷淋上板用于将反应气体通入所述反应腔室；

所述喷淋上板位于所述基台上方并与所述基台上表面相对。

9.一种膜层生长方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任意一项所述的膜层生长设备，包括：

向反应腔室内通入反应气体；

在基台上放置待处理衬底进行加热，并在所述待处理衬底上生长膜层。

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