CN115354300A - 薄膜沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄膜沉积设备，包括：沉积腔室和设置于所述沉积腔室的腔内衬套，所述腔内衬套为可拆分式结构；所述腔内衬套与所述沉积腔室的内壁之间形成第一保温腔体，通过在所述沉积腔室内布置所述腔内衬套，使所述腔内衬套与所述沉积腔室的内壁之间之间形成第一保温腔体，通过第一保温腔体降低热量从所述沉积腔室散失的速度，提升薄膜沉积设备的保温效果。

Description

薄膜沉积设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种薄膜沉积设备。

背景技术

在半导体制造技术中，为了对所使用的材料赋予某种特性，需要在材料的表面形成一种薄膜。薄膜沉积的方式通常包括物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)通常称为物理蒸镀；化学气相沈积(Chemical Vapor Deposition，CVD)通常称为化学蒸镀；原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)。

在薄膜沉积的过程中，温度是影响材料表面薄膜稳定生长的一个重要因素，只有在适合的温度窗口内，薄膜才能保持稳定的生长速率。如果反应温度过低，就不能为反应提供足够的能量。

现有技术中的薄膜沉积设备，通过加热盘对设备内部主动进行加热，为了将温度控制在沉积所需要的温度范围内，需要设置衬套进行保温，但当需要对设备内腔室大面积设置衬套时，拆装不方便。同时沉积腔室内零部件众多，操作空间小，更加大了定期拆装维护的难度。

因此，有必要开发一种新型薄膜沉积设备，以避免现有技术存在的上述部分问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄膜沉积设备能够提升衬套定期拆装维护的便利性。

为实现上述目的，本发明提供的薄膜沉积设备，包括：沉积腔室和设置于所述沉积腔室的腔内衬套；所述腔内衬套为可拆分式结构；所述腔内衬套与所述沉积腔室的内壁之间形成第一保温腔体，以降低所述沉积腔室内热量散失的速度。

本发明提供的薄膜沉积设备的有益效果在于：通过在所述沉积腔室内布置所述腔内衬套，使所述腔内衬套与所述沉积腔室的内壁之间形成第一保温腔体，通过第一保温腔体降低热量从所述沉积腔室散失的速度，提升薄膜沉积设备的保温效果，所述腔内衬套为可拆分式结构，使得腔内衬套由多个组成部分以可拆分形式连接形成，在拆装维护时可以将所述腔内衬套分多次装上或拆下，提高拆装维护的便利性。

可选的，所述可拆分式结构包括螺纹连接式结构。其有益效果在于：螺纹连接式结构有利于提升连接的可靠性。

可选的，所述可拆分式结构包括榫卯连接式结构。其有益效果在于：榫卯连接式结构无需紧固件配合，进一步提升拆装的便利性。

可选的，所述腔内衬套点接触连接于所述沉积腔室的内壁。其有益效果在于：点接触有利于减小接触面积，降低所述沉积腔室内热量通过热传导方式散失的速度。

可选的，所述腔内衬套包括设置于所述沉积腔室内侧壁的第一衬套和第二衬套，所述第一衬套靠近所述沉积腔室的顶部，所述第二衬套靠近所述沉积腔室的底部，所述第一衬套和所述第二衬套共同与所述沉积腔室的内侧壁之间形成侧面保温腔体。其有益效果在于：降低热量从所述沉积腔室的侧面散失的速度，提升薄膜沉积设备的保温效果。

可选的，所述腔内衬套还包括设置于所述沉积腔室底壁的第三衬套，所述第三衬套与所述沉积腔室底壁之间形成底部保温腔体。其有益效果在于：降低热量从所述沉积腔室的底部散失的速度，提升薄膜沉积设备的保温效果。

可选的，所述第一衬套、所述第二衬套和所述第三衬套通过螺纹连接形成所述腔内衬套。

可选的，所述第一衬套、所述第二衬套和所述第三衬套通过榫卯连接形成所述腔内衬套。

可选的，所述第三衬套由榫卯连接拼接形成。

可选的，所述腔内衬套为空心结构。其有益效果在于：降低了热量通过热传导方式散失的速度，增强了保温效果。

可选的，所述腔内衬套为内部真空。其有益效果在于：真空下气压降低，气体密度随之降低，降低了所述腔内衬套的传热速度，提升保温效果。

可选的，所述腔内衬套内部填充隔热物质。其有益效果在于：通过隔热物质降低了所述腔内衬套的热量传导速度，增强保温效果。

可选的，所述腔内衬套的材料传热系数大于等于1.5W/(m·K)且小于等于17W/(m·K)。其有益效果在于：传热系数低的材料可以降低热量从衬套内侧向所述沉积腔室传递的速度，有利于提升温度控制的稳定性。

可选的，所述腔内衬套的材料为不锈钢。其有益效果在于：不锈钢材料具有较低的传热系数，成本较低，同时具有较高的硬度不易变形，便于日常拆卸维护，重复使用率高。

可选的，所述第一衬套、所述第二衬套和所述第三衬套之间可拆卸连接。其有益效果在于：其有益效果在于：分体式的所述腔内衬套便于安装和拆卸，有利于提升维护的便利性。

可选的，所述第一衬套为阶梯状。其有益效果在于：有利于安装时对所述第一衬套进行定位，提升安装的便利性。

可选的，所述第一保温腔体为密闭腔体。

可选的，所述第一保温腔体为真空腔体。其有益效果在于：真空下气压降低，气体密度随之降低，降低了所述第一保温腔体内气体传热导致的热量散失速度。

可选的，所述第一保温腔体内填充隔热物质。其有益效果在于：通过隔热物质降低了第一保温腔体的热量传导速度，增强保温效果。

可选的，所述薄膜沉积设备还包括分别与所述沉积腔室相连通的抽气通道和传片通道；所述抽气通道内设置有抽气衬套，使所述抽气衬套与所述抽气通道的内壁之间形成第二保温腔体，以降低所述抽气通道内热量散失的速度；所述传片通道内设置有传片衬套，使所述传片衬套与所述传片通道的内壁之间形成第三保温腔体，以降低所述传片通道内热量散失的速度。其有益效果在于：通过所述第二保温腔体和所述第三保温腔体，降低热量从所述抽气通道和所述传片通道散失的速度，提升薄膜沉积设备的保温效果。

可选的，所述抽气衬套和所述传片衬套分别点接触连接于所述抽气通道的内壁和所述传片通道的内壁。其有益效果在于：点接触有利于减小接触面积，降低所述抽气通道和所述传片通道内热量通过热传导方式散失的速度。

附图说明

图1为本发明实施例中薄膜沉积设备的结构示意图；

图2为沿图1所示的剖面线A-A剖开的剖面结构示意图；

图3为沿图1所示的剖面线B-B剖开的剖面结构示意图；

图4为图1所示的腔内衬套的结构示意图。

图5为本发明实施例中螺纹连接式的腔内衬套的结构示意图；

图6为本发明实施例中榫卯连接式的腔内衬套的结构示意图。

图中标号：

1、沉积腔室；

2、传片通道；

3、抽气通道；

4、加热盘；

5、喷淋头；

6、上盖板；

10、腔内衬套；

11、第一衬套；

12、第二衬套；

13、第三衬套；

131、榫；

132、卯；

21、传片衬套；

31、抽气衬套。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中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作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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

为解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了薄膜沉积设备。

图1为本发明第一种实施例中薄膜沉积设备的结构示意图；图2为沿图1所示的剖面线A-A剖开的剖面结构示意图；图3为沿图1所示的剖面线B-B剖开的剖面结构示意图。

本发明一些实施例中，参照图1、图2和图3，图1所示的薄膜沉积设备包括：沉积腔室1、传片通道2、抽气通道3、设置于所述沉积腔室1内壁的腔内衬套10、设置于所述抽气通道3内壁的抽气衬套31和设置于所述传片通道2内壁的传片衬套21；所述沉积腔室内设置有加热盘4；所述沉积腔室1与抽气通道3和传片通道2相互连通；所述腔内衬套10与所述沉积腔室1的内壁之间形成第一保温腔体，所述抽气衬套31与所述抽气通道3的内壁之间形成第二保温腔体，所述传片衬套21与所述传片通道2的内壁之间形成第三保温腔体；通过所述第一保温腔体降低了热量从所述沉积腔室散失的速度，通过所述第二保温腔体和所述第三保温腔体，降低热量从所述抽气通道3和所述传片通道2散失的速度，提升薄膜沉积设备的保温效果；同时增加的所述腔内衬套10、所述抽气衬套31、传片衬套21所述能够提升设备整体的热质量，有利于减小温度数值的波动，便于将温度保持在预定的数值范围内。

本发明一些具体实施例中，由于所述腔内衬套10、所述传片衬套21和所述抽气衬套31的存在，设备内部工艺区域的零部件总体的热质量增大，在整个工艺过程中热量散失导致反应温度降低至工艺所需温度范围的下极限值的时间也就越长，故所述腔内衬套10、所述传片衬套21和所述抽气衬套31的质量在允许范围内应选择较大的数值。

本发明一些具体实施例中，参照图1，所述薄膜沉积设备为原子层沉积设备，通过将不同的前驱体交替输入沉积腔室1内，使物质以单原子膜形式生成在材料表面。在后输入的前驱体进入沉积腔室1前需要将在前的前驱体使用惰性气体进行吹扫，使在前的前驱体和惰性气体通过所述抽气通道3排出所述薄膜沉积设备；当薄膜沉积完成时，将晶片从所述传片通道2传递出所述薄膜沉积设备。

本发明一些具体实施例中，参照图1，所述沉积腔室1内侧壁轮廓面为中心对称或轴对称形状，可以为圆柱形、矩形或其他形状，本发明不限于此。

本发明一些具体实施例中，参照图1，所述沉积腔室1内侧壁具有阶梯面14，所述阶梯面14的高度根据所述薄膜沉积设备其他组成部分的尺寸进行调整，例如上盖板6、喷淋头5等零部件的尺寸；同时，利用所述阶梯面14实现对所述腔内衬套10安装时的定位，有利于提高设备装配的便利性，并提高装配精度。此外，具有所述阶梯面14的所述沉积腔室1结构能够增大所述沉积腔室1内部空间，有利于提升晶片的容纳数量；在所述沉积腔室1内部具有可移动的单元时，更大的内部空间为所述薄膜沉积设备各组成部分合理布局提供便利，避免发生设备内部发生机械干涉，例如所述沉积腔室1内部可升降的加热盘4在向顶部移动的过程中与喷淋头5之间发生位置冲突。

本发明一些实施中，参照图2和图3，所述腔内衬套10、所述抽气衬套31和所述传片衬套21分别点接触连接于所述沉积腔室1的内壁、所述抽气通道3的内壁和所述传片通道2的内壁。

本发明一些具体实施例中，所述腔内衬套10、所述抽气衬套31和所述传片衬套21为内部空心结构，有利于提升保温效果。

本发明一些实施例中，所述腔内衬套10内部填充隔热物质。所述隔热物质根据工艺需求选择，以实现耐温和隔热功能。

本发明一些实施例中，所述第一保温腔体内填充隔热物质。所述隔热物质根据工艺需求选择，以实现耐温和隔热功能。

本发明一些具体的实施例中，所述隔热物质为耐高温隔热棉。

本发明一些实施例中，所述腔内衬套10为空心结构，具体的，空心结构可以通过机械加工工艺对所述腔内衬套10内部进行除料加工。

本发明一些实施例中，所述腔内衬套10为内部真空，具体的，通过气泵对所述腔内衬套10内部抽真空，并通过密封件对所述腔内衬套10进行密封。

本发明一些实施例中，所述第一保温腔体、所述第二保温腔体和所述第三保温腔体均为密闭腔体。

本发明一些具体实施例一种，在所述腔内衬套10与所述沉积腔室1的内壁之间、所述传片衬套21与所述传片通道2的内壁之间和所述抽气衬套3与所述传片通道31之间设置密封圈，使所述第一保温腔体、所述第二保温腔体和第三保温腔体的两个端口封闭，以形成密闭腔体。

本发明一些具体实施例中，在所述腔内衬套10、所述抽气衬套31和所述传片衬套21安装完成后，通过气泵对所述第一保温腔体、所述第二保温腔体和所述第三保温腔体内部空间抽气，并通过密封件对所述第一保温腔体、所述第二保温腔体和所述第三保温腔体进行密封，使间隙内部空间形成真空，有利于提升保温效果。

本发明一些具体实施例中，所述点接触连接可以为通过机械加工工艺在所述腔内衬套10、所述抽气衬套31和所述传片衬套21表面形成自中心向外侧的凸起，所述凸起沿所述腔内衬套10、所述抽气衬套31和所述传片衬套21的外轮廓面等间隔分布，所述凸起分别抵接于所述沉积腔室1内壁、所述抽气通道3内壁和所述传片通道2内壁，在所述腔内衬套10与所述沉积腔室1内壁、所述抽气衬套31与所述抽气通道3内壁和所述传片衬套21与所述传片通道2内壁之间形成间隙，除了所述凸起抵接的位置处，降低了热量通过热传导方式散失的速度，增强了保温效果。

本发明另一些具体实施例中，所述点接触连接可以通过连接件实现，所述连接件通过螺纹连接等可拆卸连接方式，或焊接、铆钉连接等不可拆卸连接方式设置于所述腔内衬套10、所述抽气衬套31和所述传片衬套21的外轮廓面，并分别与所述沉积腔室1内壁、所述抽气通道3内壁和所述传片通道2内壁连接在一起，所述连接件具有较小的接触面积，除了所述连接件抵接的位置处，避免了热量通过热传导的方式散失，增强了保温效果。

本发明一些实施中，所述腔内衬套10、所述抽气衬套31和所述传片衬套21的材料的传热系数大于等于1.5W/(m·K)且小于等于17W/(m·K)。

具体的，所述腔内衬套10、所述抽气衬套31和所述传片衬套21的材料的传热系数为1.5W/(m·K)、5W/(m·K)、10W/(m·K)、15W/(m·K)或17W/(m·K)。

在本发明一些具体实施例中，所述腔内衬套10、所述抽气衬套31和所述传片衬套21的材料为不锈钢，不锈钢具有较低的传热系数，可以降低将热量散失的速度，保持所述沉积腔室1、所述抽气通道3和所述传片通道2内部的温度；不锈钢具有较好的机械性能，在高温下不容易变形；同时，在拆装、清洗和运输过程中不容易发生表面损坏，其重复利用率高；不锈钢价格较低，可以降低所述薄膜沉积设备的成本。

图4为图1所示的腔内衬套的位置结构示意图。

本发明一些实施例中，参照图4，所述腔内衬套10包括设置于所述沉积腔室1内侧壁并相互连接的第一衬套11和第二衬套12，所述第一衬套11靠近所述沉积腔室1的顶部，所述第二衬套12靠近所述沉积腔室的1底部，所述第一衬套11和所述第二衬套22共同与所述沉积腔室1的内侧壁之间形成侧面保温腔体，以降低热量从所述沉积腔室侧面散失的速度。

本发明一些具体实施例中，参照图4，所述第一衬套11为阶梯状，所述第一衬套11的阶梯面点接触设置于所述沉积腔室1的阶梯面，在安装时无需紧固件即可将两者先进行定位，提升装配的便利性和精确性。

本发明一些实施例中，参照图4，所述第一衬套11和所述第二衬套12在所述沉积腔室1内侧壁上的投影共同覆盖所述沉积腔室1的整个内侧壁，以降低热量从所述沉积腔室侧面散失的速度。

本发明一些实施例中，参照图4，所述腔内衬套10还包括设置于所述沉积腔室1底壁的第三衬套13，所述第三衬套13与所述沉积腔室1底壁之间形成底部保温腔体，以降低热量从所述沉积腔室底部散失的速度。

本发明一些具体实施例中，所述第一衬套11、所述第二衬套12和所述第三衬套13与所述沉积腔室1的内侧壁共同形成所述侧面保温腔体，所述第一衬套11、所述第二衬套12和所述第三衬套13在所述沉积腔室1内侧壁上的投影共同覆盖所述沉积腔室1的整个内侧壁，所述侧面保温腔体与所述底部保温腔体之间相互连通。

本发明一些具体实施例中，参照图4，所述沉积腔室1底壁具有底部开口(图中未标示)，以用于适配所述加热盘4的固定杆41。所述第三衬套13的底面中心具有与所述底部开口(图中未标示)相适配的孔洞，所述第三衬套13围设于所述固定杆，且所述第三衬套13底面中心的孔洞边缘与所述底部开口的边缘之间密封连接，使所述第三衬套13与所述沉积腔室1底壁之间形成底部保温腔体。

图5为本发明第二种实施例中腔内衬套的连接结构示意图。

图6为本发明实施例中榫卯连接式的腔内衬套的结构示意图。

本发明一些实施例中，所述腔内衬套10为可拆分式结构。

在一些具体实施例中，参照图5，所述可拆分式结构为螺纹连接式结构，所述腔内衬套由所述第一衬套11、所述第二衬套12和所述第三衬套13通过螺纹连接组成，所述第一衬套11靠近所述第二衬套12的开口处具有垂直于轴线方向的第一弯折面，所述第二衬套12靠近所述第一衬套11和所述第三衬套13的开口处分别具有垂直于轴线方向的第二弯折面和所述第三弯折面；所述第一弯折面与所述第二弯折面相互抵接，所述第一弯折面和所述第二弯折面上开设有连接孔，通过螺栓穿过连接孔将所述第一衬套11和所述第二衬套12相互连接；所述第三弯折面与所述第三衬套13的底面相互抵接，所述第三弯折面与所述底面上开设有连接孔，通过螺栓穿过连接孔将所述第二衬套12和所述第三衬套13相互连接。

在一些具体实施例中，所述可拆分式结构为榫卯连接式结构，参照图6，所述腔内衬套10的所述第三衬套13由两个组成部分拼接形成，所述两个组成部分的相互间的结合面处设置有相互凹凸结合的榫131或卯132。

在另一些具体实施例中，所述第一衬套11、所述第二衬套12和所述第三衬套之间均由榫卯连接式拼接形成。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (19)

1.一种薄膜沉积设备，其特征在于，包括：

沉积腔室和设置于所述沉积腔室的腔内衬套；所述腔内衬套为可拆分式结构；所述腔内衬套与所述沉积腔室的内壁之间形成第一保温腔体，以降低所述沉积腔室内热量散失的速度。

2.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述可拆分式结构包括螺纹连接式结构或榫卯连接式结构。

3.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述腔内衬套点接触连接于所述沉积腔室的内壁。

4.根据权利要求2所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一保温腔体包括侧面保温腔体，所述腔内衬套包括设置于所述沉积腔室内侧壁且相互连接的第一衬套和第二衬套，所述第一衬套靠近所述沉积腔室的顶部，所述第二衬套靠近所述沉积腔室的底部，所述第一衬套和所述第二衬套共同与所述沉积腔室的内侧壁之间形成所述侧面保温腔体。

5.根据权利要求4所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一保温腔体还包括底部保温腔体，所述腔内衬套还包括设置于所述沉积腔室底壁的第三衬套，所述第三衬套与所述沉积腔室底壁之间形成所述底部保温腔体。

6.根据权利要求5所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一衬套、所述第二衬套和所述第三衬套通过螺纹连接形成所述腔内衬套。

7.根据权利要求5所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一衬套、所述第二衬套和所述第三衬套通过榫卯连接形成所述腔内衬套。

8.根据权利要求5所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第三衬套由榫卯连接拼接形成。

9.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述腔内衬套为空心结构。

10.根据权利要求9所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述腔内衬套为内部真空。

11.根据权利要求9所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述腔内衬套内部填充隔热物质。

12.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述腔内衬套的材料传热系数大于等于1.5W/(m·K)且小于等于17W/(m·K)。

13.根据权利要求9所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述腔内衬套的材料为不锈钢。

14.根据权利要求4所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一衬套为阶梯状。

15.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一保温腔体为密闭腔体。

16.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一保温腔体为真空腔体。

17.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述第一保温腔体内填充隔热物质。

18.根据权利要求1所述的薄膜沉积设备，其特征在于，还包括分别与所述沉积腔室相连通的抽气通道和传片通道；

所述抽气通道内设置有抽气衬套，使所述抽气衬套与所述抽气通道的内壁之间形成第二保温腔体，以降低所述抽气通道内热量散失的速度；

所述传片通道内设置有传片衬套，使所述传片衬套与所述传片通道的内壁之间形成第三保温腔体以降低所述传片通道内热量散失的速度。

19.根据权利要求18所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述抽气衬套和所述传片衬套分别点接触连接于所述抽气通道的内壁和所述传片通道的内壁。

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