CN114717538B - 一种薄膜沉积装置及其沉积方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种薄膜沉积装置及其沉积方法，涉及半导体技术领域；该装置包括壳体，所述壳体内设置有反应室和环形抽气室；所述反应室与所述环形抽气室之间设置有环形抽气通道；其中，所述壳体上设置有用于向所述环形抽气室注入第二气体的第二气体进气口，所述环形抽气室上设置有抽气口。本申请公开了一种薄膜沉积方法。本申请提供的薄膜沉积装置及其沉积方法可以减少薄膜沉积过程中的沉积在装置内的薄膜材料，减少装置清洗，提高产能。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种薄膜沉积装置及其沉积方法。
背景技术
次常压化学汽相沉积SACVD半导体设备在进行沉积反应时，需要较高的温度和压力，尤其是在STI工艺过程中，薄膜不仅沉积在硅片上，腔体周围也会沉积较多的薄膜，当膜层累积较厚时，就有可能脱落产生大量颗粒从而影响硅片上沉积的薄膜材料的颗粒度等性能。对于腔体底部如果沉积大量薄膜材料也将影响抽气流速，进而影响工艺的进行，同时腔体底部的薄膜材料的去除比较困难，容易产生颗粒污染。
发明内容
本申请的目的在于提供一种薄膜沉积装置，以改善现有技术中薄膜沉积中薄膜材料在沉积装置内表面沉积的问题。
本申请的再一目的在于提供一种薄膜沉积方法。
第一方面，基于上述技术问题，本申请提供了一种薄膜沉积装置，包括：
壳体，壳体内设置有反应室和环形抽气室；反应室与环形抽气室之间设置有环形抽气通道；
其中，壳体上设置有用于向环形抽气室注入第二气体的第二气体进气口，环形抽气室上设置有抽气口。
进一步地，在本申请的一些实施例中，环形抽气通道的宽度不大于7mm；
其中，宽度为环形抽气通道靠近反应室一侧的宽度。
进一步地，在本申请的一些实施例中，设环形抽气通道中任一位置的环形抽气通道的宽度为A；A的值与A的值的测量点到抽气口的距离值成正比；其中，0＜A≤7。
进一步地，在本申请的一些实施例中，宽度为最大值处的环形抽气通道的气体的流导与宽度为最小值处的环形抽气通道的气体的流导的比值为3.5～4。
进一步地，在本申请的一些实施例中，环形抽气通道位于环形抽气室的顶部，且至少环形抽气通道的内环表面倾斜朝下设置。
进一步地，在本申请的一些实施例中，环形抽气通道由内环表面和外环表面围成；内环表面倾斜朝下设置，外环表面倾斜朝上设置。
进一步地，在本申请的一些实施例中，壳体内设有将反应室和环形抽气室分隔开的分隔板；环形抽气通道由壳体的内侧面、分隔板的边缘侧面围成，分隔板的边缘侧面构成内环表面，壳体的内侧面构成外环表面。
进一步地，在本申请的一些实施例中，分隔板在环形抽气室底面上的垂直投影覆盖外环表面在环形抽气室的底面上的垂直投影所形成的内圆。
进一步地，在本申请的一些实施例中，抽气口设置在环形抽气室的底部，且远离第二气体进气口的一侧。
进一步地，在本申请的一些实施例中，壳体内设有将反应室和环形抽气室分隔开的分隔板；壳体的底部设有座体，分隔板设置在座体上，壳体上还设置有第二气体出气环，座体处于第二气体出气环的中心腔内；环形抽气室由壳体的底部、座体、分隔板，以及第二气体出气环围成；第二气体出气环内具有环形空腔，环形空腔的外环侧壁上设置有与第二气体进气口连通的第一进气口；
环形空腔的内环侧壁上设置有若干与环形抽气室连通的出气孔。
进一步地，在本申请的一些实施例中，壳体的内表面设置有环形侧壁；环形侧壁与壳体内表面之间设置有侧壁环形气体空腔，第二气体进气口通过侧壁环形气体空腔与第一进气口连通。
进一步地，在本申请的一些实施例中，第二气体进气口与侧壁环形气体空腔的上部连通。
第二方面，本申请还提供一种薄膜沉积方法，包括：
向薄膜沉积装置的反应室内通入工艺气体；
向薄膜沉积装置的环形抽气室内通入第二气体，以稀释由反应室进入环形抽气室内的工艺气体的浓度；
同时，将环形抽气室的混合气体向外抽出。
进一步地，在本申请的一些实施例中，第二气体的温度低于工艺气体的温度。
本申请提供一种薄膜沉积装置，在壳体内设置反应室和环形抽气室，并在环形抽气室设置用于注入第二气体的第二气体进气口，使薄膜沉积装置在进行薄膜沉积的过程中，可以同时注入用于沉积薄膜的工艺气体和用于装置降温的第二气体，通过第二气体带走环形抽气室侧壁、顶板(分隔板)、环形抽气室底面上的热量，降低其温度，减少工艺气体在环形抽气室侧壁、分隔板、环形抽气室底面上的沉积，进而减少薄膜沉积装置的清洗所需时间，提高产能；同时第二气体从第二气体进气口进入环形抽气室，并随着沉积之后的工艺气体从抽气口排出，使工艺气体被稀释，减少环形抽气室的底面上的薄膜材料沉积，同时还可以使反应室中的悬浮的颗粒等可以快速排出，减少反应室内沉积到环形抽气室内表面上的材料颗粒的悬浮，进而减少这些材料颗粒对沉积的薄膜的影响，提高沉积得到的薄膜的性能。
本申请提供一种薄膜沉积方法，在薄膜沉积的同时，通过通入第二气体来稀释工艺气体在环形抽气室内的沉积，进而降低薄膜材料在环形抽气室下部上的沉积，减少薄膜沉积装置的清洁频率，提高生产效率；同时第二气体和沉积之后的工艺气体混合后从抽气口排出，减少环形抽气室和反应室内表面上沉积的薄膜材料在环形抽气室和反应室内停留、悬浮时间，减少环形抽气室和反应室内的悬浮颗粒，进而减少其对薄膜的影响，提高薄膜的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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他的附图。
图1为本申请一些实施例提供的薄膜沉积装置的剖视图；
图2为本申请一些实施例提供的薄膜沉积装置中的分隔板的结构示意图；其中(a)为分隔板的侧视图，(b)为分隔板的俯视图；
图3为本申请一些实施例提供的薄膜沉积装置中的第二气体出气环的结构分解图；
图4为本申请一些实施例提供的薄膜沉积装置的剖视图。
主要元件符号说明：
11-反应室，111-第一气体入口，12-环形抽气室，121-第二气体进气口，122-第二气体出气环，1221-第一环形槽，1222-第二环形槽，1223-第一进气口，1224-出气孔，123-抽气口，13-环形抽气通道，15-环形侧壁，16-侧壁环形气体空腔，20-分隔板，30-承载座，31-载物台，32-支撑柱，40-壳体。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
第一方面，基于上述技术问题，本申请提供了一种薄膜沉积装置，参阅图1，包括：
壳体40，壳体40内设置有壳体内设置有反应室11和环形抽气室12；反应室与环形抽气室12之间设置有环形抽气通道13；
其中，壳体40上设置有用于向环形抽气室12注入第二气体的第二气体进气口121；环形抽气室上设置有抽气口123。
需要说明的是，壳体40内设置反应腔室，反应腔室包括反应室11和环形抽气室12，壳体40上部设置有用于向反应室11内注入工艺气体的第一气体入口111，反应室11位于环形抽气室12的上方；壳体40内还设置有用于承载座30，且承载座30包括载物台31，载物台31位于反应室11内，用于放置晶圆。
分隔板20，分隔板20位于反应腔室的下部且将反应腔室分为反应室11和环形抽气室12；反应室11与环形抽气室12之间设置有环形抽气通道；
需要说明的是，本申请中的工艺气体包括反应源和载气；其中反应源为进行薄膜沉积所需的反应气体，如臭氧和正硅酸乙酯，载气可以为氦气、氮气、氧气等中的一种或多种。
在一些实施例中，承载座30包括支撑柱32和位于支撑柱32上的载物台31；支撑柱32的一端固定在反应腔室的底面上，另一端延伸至反应室11内且与载物台31下端面固定连接。环形抽气室12为分隔板20、反应腔室的底面、反应腔室的侧壁和支撑柱32围成的环形空间。第一气体入口111设置在反应腔室的顶部，且与载物台31对应设置。在使用时，载物台31上放置用于沉积薄膜的晶圆，从第一气体入口111注入的工艺气体与载物台31上的晶圆接触，沉积形成薄膜；并从载物台31的四周向下流动，并通过气体通道进入环形抽气室12，随着环形抽气室12内的第二气体流动，从抽气口123排出环形抽气室12。
在一些实施例中，第二气体选自于保护气体，如氮气；或者第二气体选自于惰性气体，如氩气、氦气。
在一些实施例中，第一气体入口111与载物台31之间设置有布气板；布气板的四周与反应室11的内侧壁密封连接，且布气板上设置有若干均匀分布的通孔，使第一气体入口111进入的工艺气体经过布气板均匀进入反应室11，在晶圆上均匀沉积薄膜。
在一些实施例中，环形抽气通道13的宽度不大于7mm；其中，宽度为环形抽气通道13靠近反应室11一侧的宽度。
环形抽气通道13的宽度不易太大；太大的环形抽气通道13的宽度，易导致第二气体进入反应室11内，影响反应室11内的薄膜的沉积。
优选地，环形抽气通道13靠近反应室11一侧的宽度不小于6mm；环形抽气通道13的宽度也不宜太小，太小的环形抽气通道13不利于工艺气体的及时排出，导致薄膜材料在反应室11内沉积。
在一些实施例中，设环形抽气通道13中任一位置的环形抽气通道13的宽度为A；A的值与A的值的测量点到抽气口123的距离值成正比；其中，0＜A≤7。即：环形抽气通道13靠近反应室11一侧的宽度与环形抽气通道13到抽气口123的距离成正比。
抽气口123设置在环形抽气室12的底面上，优选的，抽气口123设置在环形抽气室12中远离第二气体进气口121的一侧的底面上，使第二气体进气口121进入的第二气体，经过环形抽气室12再从抽气口123排出，最大可能的带走环形抽气室12的热量，降低装置本身的温度。
由于抽气口123在环形抽气室12的底面上并不是对称设置，因此，反应室11内的工艺气体向环形抽气室12中流动的速度并不相同，容易导致反应室11内的工艺气体分布不均匀，进而影响薄膜的均匀沉积。为此，将环形抽气通道13的宽度渐变设置，使远离抽气口123一侧的环形抽气通道13的宽度宽于靠近抽气口123一侧的环形抽气通道13的宽度，使反应室11内不同位置的气体分布均匀，有利于薄膜的均匀沉积。
为了便于本领域技术人员理解，环形抽气通道13上某一点到抽气口123的距离可以根据环形抽气通道13上该点在环形抽气室12的底面上的垂直投影到抽气口123的距离进行测算。
在一些实施例中，宽度的值取最大值处的环形抽气通道13的气体的流导与宽度为最小值处的环形抽气通道13的气体的流导的比值为3.5～4，使反应室11内的工艺气体均匀的进入环形抽气室12，不影响薄膜的均匀沉积。
在一些实施例中，环形抽气通道13位于环形抽气室12的顶部，且至少环形抽气通道13的内环表面倾斜朝下设置，使环形抽气通道13靠近的反应室11一侧的内径大于靠近环形抽气室12底面的一侧的内径，使第二气体不易进入反应室11，影响反应室11内的薄膜沉积。
优选的，环形抽气通道13靠近反应室11一侧的宽度小于其靠近反应室11底面一侧的宽度，使环形抽气通道13的纵截面为上窄下宽的变径通道，使环形抽气室12相对于反应室11为负压，增加其降温、排出薄膜材料的效果，同时避免第二气体进入反应室11，影响反应室11内的薄膜沉积。
在一些实施例中，环形抽气通道13由内环表面和外环表面围成；环形抽气通道13的内环表面倾斜朝下设置，外环表面倾斜朝上设置；使围成的环形抽气通道13成为向环形抽气室12的底面中心倾斜的倾斜通道，使第二气体不易进入反应室11，影响反应室11内的薄膜沉积。
在一些实施例中，壳体内设有将反应室和环形抽气室分隔开的分隔板；环形抽气通道由壳体的内侧面、分隔板的边缘侧面围成，分隔板的边缘侧面构成内环表面，壳体的内侧面构成外环表面。分隔板20的侧面为向环形抽气室12的底面中心倾斜的斜面。
在一些实施例中，分隔板20为易于导热的导热材料，如铝合金，提高降温效果，使薄膜材料不易沉积在分隔板20上。
在一些实施例中，参阅图2，分隔板20由至少两块外径逐渐变化的弧形件组合而成，便于分隔板20安装和拆卸。
在一些实施例中，分隔板20在环形抽气室12底面上的垂直投影覆盖外环表面在环形抽气室12的底面上的垂直投影所形成的内圆，使第二气体不易进入反应室11，影响反应室11内的薄膜沉积。
在一些实施例中，壳体40的内侧面设置有环形凸起，环形凸起设置有一环形倾斜面，环形倾斜面构成外环表面；
分隔板20在底面上的垂直投影覆盖环形凸起的内侧面在底面上的垂直投影。
在一些实施例中，环形凸起为设置在环形抽气室12内侧壁上的环形件；环形件的上表面向环形抽气室12的底面中心倾斜的斜面；
环形抽气通道13由环形件的上表面与分隔板20的侧面围成，或者环形抽气通道13由环形件的上表面、壳体40的内侧壁与分隔板20的侧面围成。
在一些实施例中，构成外环表面的环形斜面由第二气体出气环122提供。即：第二气体出气环122的表面设置有用于构成外环表面的环形倾斜面，使环形抽气通道13由内环表面和环形倾斜面围成，使其可以减少装置所需的构件，简化结构。
在一些实施例中，参阅图3，壳体40的底部设有座体，分隔板20设置在座体上，壳体40上设置有第二气体出气环122；座体处于第二气体出气环122的中心腔内；环形抽气室12由壳体40的底部、座体、分隔板20，以及第二气体出气环122围成；第二气体出气环122内具有环形空腔，环形空腔的外环侧壁上设置有与第二气体进气口121连通的第一进气口1223；
第二气体出气环122的内环侧壁上设置有若干均匀分布且与环形抽气室12连通的出气孔1224；使第二气体均匀的进入环形抽气室12。
在一些实施例中，第二气体出气环122包括第一环形槽1221和与第一环形槽1221对应的第二环形槽1222，所述第一环形槽1221和第二环形槽1222卡扣连接，形成第二气体出气环122，便于第二气体出气环122的安装和拆卸。
在一些实施例中，参阅图4，壳体40的内表面设置有环形侧壁15；环形侧壁15与壳体40内表面之间设置有侧壁环形气体空腔16；
侧壁环形气体空腔16向壳体40的下部延伸，且第二气体进气口通过侧壁环形气体空腔与环形抽气室12连通；
在一些实施例中，第二气体进气口121设置在侧壁环形气体空腔16的上部。
需要说明的是，侧壁环形气体空腔16为从反应室11对应的侧壁延伸到环形抽气室12对应的侧壁的环形通道，使注入的第二气体可以带走反应腔室的侧壁和底面的热量，降低其温度，避免薄膜材料在反应腔室的侧壁和底面沉积。
需要说明的是，环形侧壁15的材料可以为市售的导热材料，如铝合金。
第二方面，本申请还提供一种薄膜沉积方法，包括：
向薄膜沉积装置的反应室11内通入工艺气体；
向薄膜沉积装置的环形抽气室12内通入第二气体，以稀释由反应室11进入环形抽气室12内的工艺气体的浓度；
同时，将环形抽气室12的混合气体向外抽出。
在一些实施例中，本申请提供的一种薄膜沉积方法，包括：
提供工艺气体、第二气体、晶圆和如第一方面的薄膜沉积装置；
将晶圆置于反应室11内，并分别将工艺气体通入反应室11、将第二气体通入环形抽气室12；工艺气体在晶圆上沉积形成薄膜；
在一些实施例中，第二气体的温度低于工艺气体的温度。
工艺气体从第一气体入口111注入反应室11，同时，第二气体从第二气体进气口121注入环形抽气室12，在沉积的过程中，第二气体通过环形抽气室12降低分隔板20、环形抽气室12的侧面和底面的温度，同时稀释环形抽气室12内的工艺气体的浓度，减少薄膜材料在分隔板20、环形抽气室12侧面和底面上的沉积，混合后的工艺气体和第二气体从抽气口123排出装置，带走反应腔室悬浮的颗粒，减少颗粒对沉积的薄膜的颗粒度的影响。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (14)
1.一种薄膜沉积装置，其特征在于，包括：
壳体（40），所述壳体（40）内设置有反应室（11）和环形抽气室（12）；所述反应室（11）与所述环形抽气室（12）之间设置有环形抽气通道（13）；
其中，所述壳体（40）上设置有用于向所述环形抽气室（12）注入第二气体的第二气体进气口（121），所述环形抽气室（12）上设置有抽气口（123）；环形抽气通道（13）的宽度渐变设置，远离抽气口（123）一侧的环形抽气通道（13）的宽度宽于靠近抽气口（123）一侧的环形抽气通道（13）的宽度。
2.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述环形抽气通道（13）的宽度不大于7mm；
其中，所述宽度为所述环形抽气通道（13）靠近所述反应室（11）一侧的宽度。
3.根据权利要求2所述的薄膜沉积装置，其特征在于，设所述环形抽气通道（13）中任一位置的所述环形抽气通道（13）的宽度为A；所述A的值与所述A的值的测量点到所述抽气口的距离值成正比；
其中；0＜A≤7。
4.根据权利要求3所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述宽度为最大值处的所述环形抽气通道（13）的气体的流导与所述宽度为最小值处的所述环形抽气通道（13）的气体的流导的比值为3.5~4。
5.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述环形抽气通道（13）位于所述环形抽气室（12）的顶部，且至少所述环形抽气通道（13）的内环表面倾斜朝下设置。
6.根据权利要求5所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述环形抽气通道（13）由所述内环表面和外环表面围成，所述内环表面倾斜朝下设置，所述外环表面倾斜朝上设置。
7.根据权利要求6所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述壳体（40）内设有将所述反应室（11）和环形抽气室（12）分隔开的分隔板（20）；所述环形抽气通道（13）由所述壳体（40）的内侧面、所述分隔板（20）的边缘侧面围成，所述分隔板（20）的边缘侧面构成所述内环表面，所述壳体（40）的内侧面构成所述外环表面。
8.根据权利要求7所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述分隔板（20）在所述环形抽气室（12）底面上的垂直投影覆盖所述外环表面在所述环形抽气室（12）的底面上的垂直投影所形成的内圆。
9.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述抽气口设置在所述环形抽气室（12）的底部，且远离所述第二气体进气口（121）的一侧。
10.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述壳体（40）内设有将所述反应室（11）和环形抽气室（12）分隔开的分隔板（20），所述壳体（40）的底部设有座体，所述分隔板（20）设置在所述座体上，所述壳体（40）上还设置有第二气体出气环（122），所述座体处于第二气体出气环（122）的中心腔内；所述环形抽气室（12）由所述壳体（40）的底部、所述座体、所述分隔板，以及所述第二气体出气环（122）围成；所述第二气体出气环（122）内具有环形空腔，所述环形空腔的外环侧壁上设置有与所述第二气体进气口（121）连通的第一进气口（1223）；
所述环形空腔的内环侧壁上设置有若干与所述环形抽气室（12）连通的出气孔（1224）。
11.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述壳体（40）的内表面设置有环形侧壁（15）；所述环形侧壁（15）与所述壳体（40）内表面之间设置有侧壁环形气体空腔（16），所述第二气体进气口（121）通过所述侧壁环形气体空腔（16）与第一进气口（1223）连通。
12.根据权利要求11所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述第二气体进气口（121）与所述侧壁环形气体空腔（16）的上部连通。
13.一种薄膜沉积方法，其特征在于，包括：
向权利要求1~12任一项所述的薄膜沉积装置的反应室（11）内通入工艺气体；
向薄膜沉积装置的环形抽气室（12）内通入第二气体，以稀释由反应室（11）进入环形抽气室（12）内的工艺气体的浓度；
同时，将环形抽气室（12）的混合气体向外抽出。
14.根据权利要求13所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述第二气体的温度低于所述工艺气体的温度。
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