CN218621042U - 一种化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备包括承载台、腔体顶壁、腔体筒壁及M个喷淋枪；其中，所述腔体顶壁位于所述承载台的上方，所述腔体筒壁位于所述承载台的四周；M个所述喷淋枪以α°角度等角度间隔环设所述腔体筒壁上，M≥3，并且，所述喷淋枪所处的水平高度高于所述承载台的台面所处的水平高度。本实用新型的化学气相沉积设备能够解决现有化学气相沉积设备应用的喷淋枪分布不均导致的工艺气体混合不均匀，晶圆表面灰尘颗粒有特殊聚集的问题。

Description

一种化学气相沉积设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，特别是涉及一种化学气相沉积设备。

背景技术

半导体集成电路中制造涉及STI(Shallow Trench Isolation，浅沟道隔离结构)和ILD(Inter Layer Dielectric，层间电介质)时，需要寻找沟槽(间隙)填充能力好的工艺技术来完成凹槽的填充。而HDP-CVD(High Density Plasma-CVD，高密度等离子体气相沉积工艺)由于其优秀的沟槽(间隙)填充能力迅速成为关键技术而被使用。

在HDP-CVD工艺中使用的设备中，以应用材料公司提供的电浆化学气相沉积设备为例，在其工艺腔室内，位于晶圆20环周(高于晶圆20平面的位置)的工艺腔室的侧壁设置有12组喷嘴，如图1所示，这12组喷嘴相互间隔环设在工艺腔室的侧壁上，并且，每组喷嘴有3个喷淋枪，其中，以沉积二氧化硅为示例，位于两侧的两个喷淋枪用于供应SiH₄气体(也即供应硅源)，位于中间的喷淋枪用于供应O₂气体(也即供应氧源)。

如图2所示，由于设备设置的36个喷淋枪102(共12组，每组3个)并非均匀间隔设置在晶圆的环周，因此，工艺气体在工艺腔室内的流通不均匀，这会导致晶圆上沉积的膜层质量有影响，同时也会导致膜厚不均匀，并且，灰尘颗粒等在整个晶圆表面并非均匀出现(如图3所示)，会呈现聚集，影响制程良率。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种化学气相沉积设备，用于解决现有化学气相沉积设备应用的喷淋枪分布不均导致的工艺气体混合不均匀，晶圆表面灰尘颗粒有特殊聚集的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备包括承载台、腔体顶壁、腔体筒壁及M个喷淋枪；其中，

所述腔体顶壁位于所述承载台的上方，所述腔体筒壁位于所述承载台的四周；

M个所述喷淋枪以α°角度等角度间隔环设所述腔体筒壁上，M≥3，并且，所述喷淋枪所处的水平高度高于所述承载台的台面所处的水平高度。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括喷淋洒头，所述喷淋洒头设置在所述腔体顶壁的中心位置。

可选地，所述喷淋洒头的底面开设有8个喷淋孔，8个所述喷淋孔等角度间隔分布在所述喷淋洒头的沿边区域。

可选地，所述筒壁设置有M个安装孔，M个所述安装孔以α°角度等间隔分布，所述喷淋枪通过所述安装孔安装在所述筒壁上。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括：N条主管路及M条支管路，N≥1；其中，M条支管路及M个所述喷淋枪各均分为N组，每条所述主管路与

条支管路连通，每条所述支管路与一条所述喷淋枪连通，

为整数，并且，每组所述喷淋枪中相邻的两个喷淋枪之间的角度间隔为N×α°。

可选地，所述化学气相沉积设备包括36个所述喷淋枪，2条主管路及36条支管路。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括：M个流量控制器，每条所述支管路各设置有一个所述流量控制器。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括：N个流量控制器，每条所述主管路个设置有一个所述流量控制器。

如上所述，本实用新型的化学气相沉积设备，每个喷淋枪之间等间距分布，能够确保喷淋的气体能够均匀分布，最终使得晶圆表面沉积的薄膜均匀性良好，同时，能够避免灰尘颗粒出现特殊聚集，避免影响制程良率，并且，不同的工艺气体通过不同的喷淋枪喷淋，且用于喷淋同一种工艺气体的喷淋枪也等间距分布，能够确保气体混合均匀，避免沉积生成的材料物质结合不佳。

附图说明

图1显示为本实用新型所述化学气相沉积设备的结构示意图。

图2显示为背景技术中所述喷淋枪分布的结构示意图。

图3显示为背景技术中所述喷淋枪分布情况造成的晶圆表面有颗粒特殊聚集的示意图。

图4显示为本实用新型所述喷淋枪分布的结构示意图。

图5显示为本实用新型所述喷淋洒头的结构示意图。

图6显示为本实用新型所述具有N个流量控制器的气体管路示意图。

图7显示为本实用新型所述具有M个流量控制器的气体管路示意图。

元件标号说明

10 化学气相沉积设备

20 晶圆

30 气体供应源

40 流量控制器

100 承载台

200 腔体顶壁

300 腔体筒壁

400 喷淋枪

410 SiH₄喷淋枪

420 O₂喷淋枪

500 喷淋洒头

510 喷淋孔

600 主管路

700 支管路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

本实施例提供一种化学气相沉积设备10，所述化学气相沉积设备10包括承载台100、腔体顶壁200、腔体筒壁300及M个喷淋枪400。

所述腔体顶壁200位于所述承载台100的上方，所述腔体筒壁300位于所述承载台100的四周。

本实施中，如图1所示，化学气相沉积设备10具有腔体筒壁300及呈穹顶状的腔体顶壁200，化学气相沉积设备10内设置的承载台100用于承载待沉积物体，以待沉积物体为晶圆20作为示例，则腔体筒壁300围绕在承载台100(晶圆20)的四周，腔体顶壁200位于承载台100(晶圆20)的上方。

M个所述喷淋枪400以α°角度等角度间隔环设所述腔体筒壁300上，M≥3，并且，所述喷淋枪400所处的水平高度高于所述承载台100的台面所处的水平高度。

本实施例中，在位于承载台100(晶圆20的表面)台面所在水平面的上方，M个喷淋枪400在同一水平高度环绕设置在腔体筒壁200，并且，如图4所示，两两相邻的喷淋枪101之间的角度间隔为α°，并且，M×α°＝360°。

作为示例，如图4所示，化学气相沉积设备10共具有36个喷淋枪400，两两相邻的喷淋枪400之间的角度间隔为10°，在工作时，工艺气体均匀的从这36个喷淋枪400中喷淋到晶圆20的上方，相较于如图2所示的喷淋枪400以非等角度间距的方式排列，本实施例中的喷淋枪400都以等角度间距排列，能够确保工艺气体均匀的喷淋，并进一步确保晶圆20上所有角度位置处气体沉积后形成的薄膜厚度均匀，薄膜平坦性更优，而且，也不会出现如图3所示的灰尘颗粒在晶圆20表面出现特殊聚集的现象(出现特殊聚集，也即晶圆的Mapping图出现异常，出现这种情况就意味着晶圆需做报废处理，这会影响制程良率)。

具体的，所述腔体筒壁300设置有M个安装孔，M个所述安装孔以α°角度等间隔分布，所述喷淋枪400通过所述安装孔安装在所述筒壁上。

本实施例中，所述喷淋枪400与所述安装孔310连通，并且所述喷淋枪400可拆卸；安装孔例如可以是螺孔，喷淋枪400的一端也具有与螺孔相匹配的螺纹，两者相互配合连接并实现喷淋枪400与安装孔310的可拆卸连接，这可以在不损失设备产能的情况下，时常将喷淋枪400拆除更换进行维护保养作业。

具体的，所述化学气相沉积设备10还包括喷淋洒头500，所述喷淋洒头500设置在所述腔体顶壁200的中心位置。

本实施例中，如图1所示，晶圆30上方的腔体顶壁200类似穹顶形状，在穹顶的中心设置有喷淋洒头500，喷淋洒头500能够进一步确保腔室内的气体混合均匀。

作为示例，如图5所示，所述喷淋洒头500设置有8个喷淋孔510，8个所述喷淋孔510等角度间隔分布在所述喷淋洒头510的沿边区域。

具体的，所述化学气相沉积设备10还包括：N条主管路600及M条支管路700，N≥1；其中，M条支管路700及M个所述喷淋枪400各均分为N组，每条所述主管路600与

条支管路700连通，每条所述支管路700与一个所述喷淋枪400连通，

为整数，并且，每组所述喷淋枪中相邻的两个喷淋枪之间的角度间隔为N×α°。

本实施例中，气体供应源30用于为化学气相沉积设备10供应工艺气体，其设置在化学气相沉积设备10外部，通过主管路600及支管路700与喷淋枪400连通，每条主管路600连通一种工艺气体，当工艺气体有N种时即需设置N条主管路600，N条主管路600通过M条支管路与M个所述喷淋枪400连通，相应的，以喷淋的工艺气体种类不同为分类依据，M个喷淋枪400也共分为N组，每组喷淋枪400的数量为

为正整数，并且，同组喷淋枪101两两之间的角度间隔为N×α°。

以具有36个喷淋枪400作为示例，并且，所述化学气相沉积设备10用于沉积二氧化硅薄膜，同时沉积所用的硅源为SiH₄气体，沉积所用的氧源为O₂；则，主管路600的数量为2条，36个喷淋枪400分为两组，分别供应两种工艺气体，其中，用于供应硅源的SiH₄喷淋枪410具有18个，用于供应氧源的O₂喷淋枪420也具有18个，且如图4所示，SiH₄喷淋枪410与O₂喷淋枪420相互间隔分布，这能够确保SiH₄气体与O₂在腔室内均匀混合，确保充分氧化形成二氧化硅，不会发生氧化不完全的情况；如图2所示的是传统喷淋枪分布(每组喷嘴中，两侧的两个喷淋枪是SiH₄喷淋枪410，位于中间的一个喷淋枪是O₂喷淋枪420)，图2中的36个喷淋枪喷出的工艺气体在腔室内并非均匀分布，很容易造成不同角度位置氧化充分情况不一的情况，造成部分区域氧化不完全。

相应的，当本实施例所述化学气相沉积设备10喷淋的工艺气体具有3种工艺气体时，可将M个所述喷淋枪400分为3组，第一组喷淋枪、第二组喷淋枪及第三组喷淋枪，则每个第一组喷淋枪相邻的左右两边分别是第二组喷淋枪及第三组喷淋枪，每个第二组喷淋枪相邻的左右两边分别是第一组喷淋枪及第三组喷淋枪，并且，M个所述喷淋枪400也都以

的角度间隔等间隔分布，同一组喷淋枪中相邻两个喷淋枪的角度间隔为

对于所述化学气相沉积设备10具有3种(也即N≥4)以上工艺气体的情况，首先需要满足M个所述喷淋枪400以

的角度间隔等间隔分布，然后需要满足同一组喷淋枪中相邻两个喷淋枪的角度间隔为

更具体的，所述化学气相沉积设备10还包括：M个流量控制器40，每条所述支管路700各设置有一个所述流量控制器40；或者所述化学气相沉积设备10还包括：N个流量控制器40，每条所述主管路600各设置有一个所述流量控制器40。

本实施例中，以化学气相沉积设备10具有4个喷淋枪400，2条主管路600，4条支管路700作为示例，主管路600上都具有一个流量控制器40(如图6所示)或者每个支管路都具有一个流量控制器40(如图7所示)；流量控制器40能够实时调控气体的流速，调控工艺气体的比例，其中，在各个支管路700上都设置流量控制器40能够更精细的调控每个喷淋枪的工艺气体喷淋流速，更有利于将工艺气体混合均匀。

综上所述，本实用新型的化学气相沉积设备，每个喷淋枪之间等间距分布，能够确保喷淋的气体能够均匀分布，最终使得晶圆表面沉积的薄膜均匀性良好，同时，能够避免灰尘颗粒出现特殊聚集，避免影响制程良率，并且，不同的工艺气体通过不同的喷淋枪喷淋，且用于喷淋同一种工艺气体的喷淋枪也等间距分布，能够确保气体混合均匀，避免沉积生成的材料物质结合不佳。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备包括承载台、腔体顶壁、腔体筒壁及M个喷淋枪；其中，

所述腔体顶壁位于所述承载台的上方，所述腔体筒壁位于所述承载台的四周；

M个所述喷淋枪以α°角度等角度间隔环设所述腔体筒壁上，M≥3，并且，所述喷淋枪所处的水平高度高于所述承载台的台面所处的水平高度。

2.根据权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备还包括喷淋洒头，所述喷淋洒头设置在所述腔体顶壁的中心位置。

3.根据权利要求2所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述喷淋洒头的底面开设有8个喷淋孔，8个所述喷淋孔等角度间隔分布在所述喷淋洒头的沿边区域。

4.根据权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述腔体筒壁设置有M个安装孔，M个所述安装孔以α°角度等间隔分布，所述喷淋枪通过所述安装孔安装在所述腔体筒壁上。

5.根据权利要求1所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备还包括：

N条主管路及M条支管路，N≥1；其中，M条支管路及M个所述喷淋枪各均分为N组，每条所述主管路与

条支管路连通，每条所述支管路与一个所述喷淋枪连通，

为整数，并且，每组所述喷淋枪中相邻的两个喷淋枪之间的角度间隔为N×α°。

6.根据权利要求5所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备包括36个所述喷淋枪，2条主管路及36条支管路。

7.根据权利要求5所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备还包括：

M个流量控制器，每条所述支管路各设置有一个所述流量控制器。

8.根据权利要求5所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备还包括：

N个流量控制器，每条所述主管路各设置有一个所述流量控制器。

Images