一種用于氣相沉積薄膜的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣相反應(yīng)沉積薄膜領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于氣相沉積薄膜的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，對半導(dǎo)體設(shè)備也提出了更高的要求。薄膜沉積技術(shù)是半導(dǎo)體領(lǐng)域中非常重要的支撐技術(shù)之一。
[0003]在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，通常需要在基底上制作出眾多微結(jié)構(gòu)。這些具有特殊功能的結(jié)構(gòu)，基本都是在微納級別的尺度。要形成如此微小的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的加工制作方法無法完成。在基底上沉積薄膜，則是完成這種微觀加工的一種重要方法。
[0004]氣相沉積是在工業(yè)應(yīng)用中廣泛使用的薄膜沉積技術(shù)，它可以用來沉積大部分的絕緣材料和金屬材料。其原理是，將含有薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑引入到反應(yīng)腔中，在基底表面發(fā)生物理或者化學(xué)反應(yīng)，生成薄膜。
[0005]對于氣相沉積薄膜的裝置，裝置通常需要維持在較高的溫度。足夠高的溫度主要為反應(yīng)提供足夠的能量，同時還可以防止反應(yīng)劑發(fā)生冷凝。因此，氣相沉積薄膜裝置通常需要有加熱裝置。
[0006]為使沉積薄膜質(zhì)量均勻，需基底上各處溫度盡量相同。但是，通常由于反應(yīng)腔體設(shè)計，或者加熱器安裝的原因，不能保證良好的溫度均勻性。同時，由于加熱裝置的引入，可能導(dǎo)致在加熱器局部區(qū)域溫度高于其它位置，這樣又易導(dǎo)致有熱變形。這些都不利于沉積出良好的薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種新型的氣相薄膜沉積裝置，其目的在于可快速將反應(yīng)腔體溫度調(diào)整到設(shè)定值，并且使得基底上的溫度分布均勻。同時，這種裝置還設(shè)計了環(huán)形槽的結(jié)構(gòu)，由此可以腔體內(nèi)表面熱變形。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于氣相沉積薄膜的裝置，包括反應(yīng)腔體上蓋、反應(yīng)腔體底座以及加熱器；所述反應(yīng)腔體底座用于承載基片，其與反應(yīng)腔體上蓋活動鏈接形成氣相沉積反應(yīng)腔，其背部與加熱器接觸導(dǎo)熱；所述反應(yīng)腔體底座為圓形且具有環(huán)形凹槽。
[0009]優(yōu)選地，所述裝置，其所述反應(yīng)腔體底座具有多個環(huán)形凹槽，所述多個環(huán)形凹槽呈同心圓環(huán)排列。
[0010]優(yōu)選地，所述裝置，其所述反應(yīng)腔體底座的凹槽寬度小于等于0.5mm。
[0011]優(yōu)選地，所述裝置，其所述反應(yīng)腔體底座的凹槽同心圓之間的距離為10-20mm。
[0012]優(yōu)選地，所述裝置，其所述反應(yīng)腔體底部的凹槽深度為2_3mm，是反應(yīng)腔體底部厚度的50%?75%。
[0013]優(yōu)選地，所述裝置，其所述加熱器為電加熱器。
[0014]優(yōu)選地，所述裝置，其所述電加熱器具有銅導(dǎo)熱墊片。優(yōu)選地，
[0015]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)比，能夠取得下列有益效果:
[0016]1、反應(yīng)腔體的加熱器位于腔體外部，可以方便的拆卸互換。降低了安裝于維護(hù)成本。
[0017]2、在反應(yīng)腔體與加熱器直接填充良導(dǎo)熱材料，使得熱量基本無損失的傳遞到反應(yīng)腔體上，保證了反應(yīng)腔體的對應(yīng)位置也具有良好的溫度均勻性。3、反應(yīng)腔體腔體設(shè)置了變形槽，使得腔體在受到熱應(yīng)力時具有足夠的變形空間。保證了反應(yīng)腔體的整體不會產(chǎn)生大的變形，保證沉積薄膜的均勻程度，同時延長了反應(yīng)腔體的使用壽命。
【附圖說明】
[0018]圖1是氣相薄膜沉積裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明提供整個裝置的剖視圖；
[0020]圖3是本發(fā)明提供的加熱器結(jié)構(gòu)；
[0021]圖4是本發(fā)明提供的加熱器安裝示意圖；
[0022]圖5是本發(fā)明提供的反應(yīng)腔體底部的剖視圖；
[0023]圖6是本發(fā)明提供的反應(yīng)腔體底部的環(huán)形槽；
[0024]圖7是本發(fā)明實施例2制備的薄膜均勻性測試結(jié)果圖。
[0025]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的原件或者結(jié)構(gòu)。其中:101為反應(yīng)腔體的上蓋，201為反應(yīng)腔體的底座，202為氣相反應(yīng)劑的進(jìn)氣口，203為出氣口，204，205為環(huán)形槽，301為紫銅墊片，401為加熱器，402為加熱器電極，403為加熱器另一電極，601為十字形固定架。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0027]本發(fā)明提供的用于氣相沉積膜的裝置，如圖1所示，包括反應(yīng)腔體上蓋、反應(yīng)腔體底座以及加熱器；所述反應(yīng)腔體底座用于承載基片，其與反應(yīng)腔體上蓋活動鏈接形成氣相沉積反應(yīng)腔，其背部與加熱器接觸導(dǎo)熱；所述反應(yīng)腔體底座為圓形且具有環(huán)形凹槽。
[0028]所述反應(yīng)腔體由反應(yīng)腔體上蓋101和反應(yīng)腔體底座201組成。其中反應(yīng)腔體上蓋101和反應(yīng)腔體底座活動連接，反應(yīng)腔體上蓋101可開啟或者關(guān)閉，用來放置基片和取樣。反應(yīng)腔體底座201是主要反應(yīng)劑發(fā)生反應(yīng)，沉積薄膜的位置。反應(yīng)劑以氣相的狀態(tài)，從進(jìn)氣口 202進(jìn)入到腔體發(fā)生反應(yīng)，多余的反應(yīng)劑以及副產(chǎn)物通過出氣口 203排出腔體之外。
[0029]如圖2所示，反應(yīng)腔體上蓋101和反應(yīng)腔體底座201構(gòu)成密閉的反應(yīng)腔體，通過進(jìn)氣口 202和出氣口 203進(jìn)行反應(yīng)劑的進(jìn)入和排出。加熱器401提供發(fā)生反應(yīng)所需的熱量，將腔體維持在特定的溫度。其中，加熱器401通過紫銅墊片301將加熱器與反應(yīng)腔體底座201之間的縫隙填充。
[0030]如圖3，本發(fā)明提供的裝置采用獨立的加熱器401，加熱器上表面可達(dá)很高的溫度均勻性。在加熱器401的兩個電極402、403施加電壓，即可用來控制其溫度。圖4所示為加熱器401的固定方式。十字形固定架601將加熱器401通過螺釘連接至反應(yīng)腔體底座201上。
[0031]圖5所示，為反應(yīng)腔體底座201上一系列環(huán)形槽205的分布。為防止反應(yīng)腔體底座201產(chǎn)生過量熱變形，在反應(yīng)腔體底座201設(shè)置了一系列環(huán)形槽205，所述多個環(huán)形凹槽呈同心圓環(huán)排列，用于提供足夠的變形空間。這些環(huán)形槽205可用來緩沖腔體的熱變形。圖6所述反應(yīng)腔體底座的凹槽205寬度小于等于0.5mm，環(huán)形槽之間的間隔為10-20mm，環(huán)形槽的個數(shù)為4-6個，其深度為2-3mm，是反應(yīng)腔體底部厚度的50%?75%。
[0032]所述加熱器固定裝置也應(yīng)對稱布置以減少對結(jié)構(gòu)的影響，優(yōu)選應(yīng)具備導(dǎo)熱材料，所述導(dǎo)熱材料應(yīng)柔軟易變形，且具有高于加熱器與腔體的導(dǎo)熱效果，如薄紫銅片。
[0033]以下為實施例:
[0034]實施例1
[0035]設(shè)備在實際使用中，加熱溫度通常要達(dá)到200°C，在加熱一段時間以后，腔體內(nèi)表面發(fā)生了翹曲，在圓盤中央?yún)^(qū)域比周圍區(qū)域要高2?3mm。當(dāng)硅片放入到腔體內(nèi)，導(dǎo)致硅片與腔體內(nèi)表面不能良好的貼合，出現(xiàn)只在局部區(qū)域接觸的現(xiàn)象。由于腔體內(nèi)表面的翹曲導(dǎo)致硅片上各處溫度分布不一致，也就導(dǎo)致硅片上各處薄膜沉積不一致。為保證硅片上沉積均勻，在設(shè)計上對腔體進(jìn)行增加環(huán)形凹槽的改進(jìn)，以避免腔體出現(xiàn)翹曲變形的情況。
[0036]這個防變形槽的效果，可以通過仿真進(jìn)行驗證。由溫度仿真可知，在添加了環(huán)形凹槽之后，對腔體內(nèi)表面溫度與為添加變形槽的情況基本一致。通過對腔體熱應(yīng)力仿真可知，在只考慮熱應(yīng)力的情況下，通過環(huán)形凹槽的設(shè)計可以將其表面的熱變形降低一半，環(huán)形凹槽對提高加熱后腔體表面上的平整度。
[0037]實施例2
[0038]應(yīng)用本發(fā)明提供的氣相薄膜沉積裝置，在硅片表面沉積厚度為20nm的原子層沉積氧化鋁薄膜。
[0039]實施例中使用兩種反應(yīng)劑，反應(yīng)劑A為三甲基鋁，反應(yīng)劑B為水。氮氣作為反應(yīng)劑的載氣，載氣的流量為lOOsccm。
[0040]反應(yīng)溫度設(shè)置為180°C，4英寸的硅片作為反應(yīng)的基底。將清洗干凈的硅片放入到腔體內(nèi)，對進(jìn)行抽真空。當(dāng)腔體內(nèi)壓強(qiáng)抽至10Pa以下時，開始加熱，腔體的溫度會迅速升高。待腔體內(nèi)的溫度穩(wěn)定在180±3°C的時候，打開反應(yīng)劑A三甲基鋁的閥門Is的時間，此時反應(yīng)劑A三甲基鋁以脈沖的形式進(jìn)入到腔體內(nèi)。反應(yīng)劑A三甲基鋁在基片表面完成半反應(yīng)之后，多余的反應(yīng)劑隨著載氣一起被抽出腔體。接著再通入載氣20s的時間。繼而通入反應(yīng)劑B水蒸氣，通入時間為Is。在進(jìn)行20s的載氣清洗。這樣就完成單層氧化鋁薄膜的生長。單個循環(huán)原子層沉積的單層氧化鋁薄膜厚度為0.lnm，循環(huán)這個過程200次，得到厚度為20nm的氧化鋁薄膜。
[0041]通過增加環(huán)形槽設(shè)計改進(jìn)，重新加工的腔體不僅能夠良好的進(jìn)行沉積實驗。實驗結(jié)果如圖7所示，改進(jìn)后的腔體上沉積薄膜具有良好的均勻性，達(dá)到1.7%?；诶碚摲治龊蛯嵺`效果證明，將腔體改進(jìn)設(shè)計之后，能夠有效地防止腔體的內(nèi)表面發(fā)生翹曲變形，進(jìn)而提升腔體的沉積質(zhì)量。
[0042]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于氣相沉積薄膜的裝置，其特征在于，包括反應(yīng)腔體上蓋、反應(yīng)腔體底座以及加熱器；所述反應(yīng)腔體底座用于承載基片，其與反應(yīng)腔體上蓋活動鏈接形成氣相沉積反應(yīng)腔，其背部與加熱器接觸導(dǎo)熱；所述反應(yīng)腔體底座為圓形且具有環(huán)形凹槽。2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)腔體底座具有多個環(huán)形凹槽，所述多個環(huán)形凹槽呈同心圓環(huán)排列。3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)腔體底座的凹槽寬度小于等于0.5mmο4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)腔體底座的凹槽同心圓之間的距離為 10-20mm。5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)腔體底部的凹槽深度為2-3mm，是反應(yīng)腔體底部厚度的50%?75%。6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述加熱器為電加熱器。7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電加熱器具有銅導(dǎo)熱墊片。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于氣相沉積薄膜的裝置，包括反應(yīng)腔體上蓋、反應(yīng)腔體底座以及加熱器；所述反應(yīng)腔體底座用于承載基片，其與反應(yīng)腔體上蓋活動鏈接形成氣相沉積反應(yīng)腔，其背部與加熱器接觸導(dǎo)熱；所述反應(yīng)腔體底座為圓形且具有環(huán)形凹槽。本發(fā)明提供的裝置用于氣相沉積薄膜，可保證反應(yīng)腔體整體不會產(chǎn)生太大變形，從而保證薄膜的均勻程度。
【IPC分類】C23C16/44
【公開號】CN105369220
【申請?zhí)枴緾N201510923920
【發(fā)明人】陳蓉, 林驥龍, 何文杰, 王曉雷, 馬玉春, 但威, 單斌
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月14日