一种化学气相沉积装置及方法与流程

1.本发明涉及化学气相沉积技术领域，具体的，涉及一种化学气相沉积装置及方法。


背景技术：

2.化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)是半导体工业中广泛应用的镀膜的技术，由于当前半导体行业对晶圆工艺具有高质量、高效率、低成本以及大尺寸等要求，因此不断提高晶圆表面沉积的薄膜的均匀性尤为重要。
3.在化学气相沉积过程中，反应气体经喷淋头分流进入反应腔体，反应气体在晶圆表面发生化学反应并沉积生成薄膜，但在现有的cvd装置中，无法做到整个反应腔室内或者晶圆表面各处反应气体的均匀性，相应地，必然出现镀膜均匀性的问题；另外，沉积过程中晶圆的加热温度场情况、反应腔内的压力分布情况等因素，都会对镀膜的速度、组分造成影响，进而影响镀膜的均匀性。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提出一种化学气相沉积装置及方法，在所述化学气相沉积装置中，喷淋装置在竖直方向上被分隔成多个区域，包括一个圆形区域及与其同轴设置的至少一个环形区域，喷淋装置分区设置有助于准确控制通入每一个区域中的反应气体的流量，进而可以控制待沉积样品表面的不同位置的镀膜的厚度，使镀膜整体的厚度更加均匀一致，也更容易获得具有目标厚度的镀膜；另外，喷淋装置中设置有厚度监测器，在化学气相沉积过程中，厚度监测器能够实时监测不同位置镀膜的厚度，并将其反馈至控制系统，有助于控制系统及时调整通入喷淋装置各个区域中的反应气体的流量，从而获得更符合要求的镀膜。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种化学气相沉积装置，所述化学气相沉积装置包括：
6.反应腔室，所述反应腔室顶部设置有多个进气口，底部设置有出气口；
7.喷淋装置，设置于所述反应腔室内的顶部，用于分流反应气体并将其吹向待沉积样品的表面，所述喷淋装置在竖直方向上被分隔成多个区域，包括一个圆形区域及与其同轴设置的至少一个环形区域，所述圆形区域及环形区域分别与所述多个进气口一一对应连接；
8.加热基座，设置于所述反应腔室中，位于所述喷淋装置的下方，用于承载及加热待沉积样品；
9.厚度监测器，位于所述喷淋装置内部靠近所述加热基座的一侧，用于实时监测镀膜的厚度；
10.供气装置，通过进气管道与所述喷淋装置相连，且所述进气管道的数量与所述进气口的数量相同，二者一一对应连接。
11.流量控制器，设置于所述进气管道内，用于控制通入所述喷淋装置中的多个区域
的反应气体的流量。
12.可选的，还包括控制系统，所述控制系统具有输入端和输出端，其中，所述输入端与所述厚度监测器相连，所述输出端与所述流量控制器相连。
13.可选的，还包括旋转装置，所述旋转装置与所述加热基座相连，且所述旋转装置能够带动所述加热基座绕其中心往复旋转。
14.可选的，所述喷淋装置在与所述加热基座相对的一面上具有均匀分布的喷淋孔。
15.可选的，所述厚度监测器在水平面上呈直线均匀排列，且所述直线经过所述喷淋装置的圆心。
16.本发明还提供一种化学气相沉积方法，包括如下步骤：
17.提供一待沉积样品，并将所述待沉积样品放置于所述加热基座上；
18.向所述反应腔室中通入反应气体，所述反应气体同时流经所述喷淋装置的多个区域，吹向所述待沉积样品表面；
19.在所述待沉积样品表面生成镀膜，所述厚度监测器实时监测镀膜的厚度，并将监测获得的数据传输至所述控制系统；
20.所述控制系统通过分析数据向所述流量控制器发出指令，所述流量控制器根据指令分别调节通入所述喷淋装置多个区域的反应气体的流量。
21.可选的，所述厚度监测器在沉积过程中能够分别监测所述喷淋装置多个区域正下方对应的镀膜的厚度。
22.可选的，当需要在所述待沉积样品表面获得厚度均匀的镀膜时，预先在所述控制系统中设置一预设值，若监测到所述喷淋装置多个区域正下方对应的镀膜的厚度差大于所述预设值，所述控制系统则向所述流量控制器发出指令，所述流量控制器分别调节通入所述喷淋装置多个区域中的反应气体的流量，最终使所述镀膜的厚度均匀。
23.可选的，当需要在所述待沉积样品表面的不同位置获得不同厚度的镀膜时，预先在所述控制系统中设置参数，所述控制系统根据预设参数向所述流量控制器发出指令，所述流量控制器分别向所述喷淋装置多个区域中通入不同流量的反应气体，最终使所述镀膜的厚度达到预设值。
24.可选的，所述厚度监测器采用光谱干涉法实时监测所述镀膜的厚度。
25.可选的，所述厚度监测器采用超声波脉冲法实时监测所述镀膜的厚度。
26.本发明提供的化学气相沉积装置，至少具有以下有益效果：
27.在本发明提供的化学气相沉积装置中，喷淋装置在竖直方向上被分隔成多个区域，包括一个圆形区域及与其同轴设置的至少一个环形区域，喷淋装置分区设置有助于准确控制通入每一个区域中的反应气体的流量，进而可以控制待沉积样品表面的不同位置的镀膜的厚度，使镀膜整体的厚度更加均匀一致，也更容易获得具有目标厚度的镀膜。
28.另外，喷淋装置中设置有厚度监测器，在化学气相沉积过程中，厚度监测器能够实时监测不同位置镀膜的厚度，并将其反馈至控制系统，有助于控制系统及时调整通入喷淋装置各个区域中的反应气体的流量，从而获得更符合要求的镀膜。
附图说明
29.图1显示为实施例一提供的化学气相沉积装置的结构示意图。
30.图2显示为图1中喷淋装置的结构示意图。
31.图3显示为实施例二提供的化学气相沉积方法的流程图。
32.元件标号说明
33.100
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待沉积样品
[0034]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反应腔室
[0035]
11
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进气口
[0036]
12
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出气口
[0037]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
喷淋装置
[0038]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加热基座
[0039]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
厚度监测器
[0040]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制系统
[0041]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
旋转装置
[0042]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
供气装置
[0043]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
供气管道
[0044]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
流量控制器
具体实施方式
[0045]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其它优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0046]
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
[0047]
实施例一
[0048]
本实施例提供一种化学气相沉积装置，如图1所示，所述化学气相沉积装置包括：反应腔室1、喷淋装置2、加热基座3以及厚度监测器4。
[0049]
作为示例，反应腔室1为密闭真空腔室，顶部设置有多个进气口11，反应气体通过进气口11进入反应腔室，其中，一个进气口位于反应腔室1顶部的中心位置，其余的进气口分布于该中心位置进气口的一侧；反应腔室1底部设置有出气口12，通过出气口12抽真空及排出气体，本实施例以两个出气口12进行说明，在其他实施例中，出气口12的数量同样可以根据具体需要进行设置。
[0050]
作为示例，喷淋装置2设置于反应腔室1内的顶部，参照图1和图2，喷淋装置2在竖直方向上被分隔成多个区域，包括一个圆形区域及与其同轴设置的至少一个环形区域，环形区域的数量根据待沉积样品100的大小进行具体设置。在本实施例中，待沉积样品100为直径300mm的晶圆，环形区域的数量为四个，在另一可选实施例中，环形区域的数量为六个，环形区域数量的增加一方面会提高镀膜的质量，另一方面也会增加制作成本。所述圆形区域及各个环形区域的大小依据实际需求进行设置，各个环形区域的宽度d可以相同或不同，
一般地，相较于靠近中心区域的环形区域，位于喷淋装置2边缘的环形区域的宽度d较窄，以便更精确地控制镀膜的厚度。
[0051]
如图1所示，喷淋装置2中的圆形区域及环形区域分别与进气口11一一对应连接，喷淋装置2底部设置有多个均匀分布的喷淋孔(未在图中示出)，反应气体经过进气口11进入喷淋装置2中的圆形区域及环形区域，再由喷淋孔垂直吹向待沉积样品100的表面。
[0052]
如图1和图2所示，喷淋装置2的底部设置有厚度监测器4，厚度监测器4在水平面上呈直线排列，且经过喷淋装置2的圆心，厚度监测器4在喷淋装置2的圆形区域及环形区域中均有分布。在化学气相沉积的过程中，厚度监测器4可以采用光谱干涉法实时监测镀膜的厚度，并将数据传输至控制系统5，在另一可选实施例中，厚度监测器4还可以采用超声波脉冲法实时监测镀膜的厚度。
[0053]
如图1所示，反应腔室1中还设置有加热基座3，加热基座3位于喷淋装置2的正下方，用于承载和加热待沉积样品100，加热基座3的下方连接有旋转装置6，且旋转装置6能够带动加热基座3绕其中心往复旋转。作为示例，加热基座3进行往复旋转的方式包括自起始位置顺时针(逆时针)旋转角度θ1，再逆时针(顺时针)旋转角度θ2，通过m≥1次往复旋转返回起始位置。在化学气相沉积的过程中，旋转装置带动加热基座绕其中心往复旋转，能够进一步提高镀膜的均匀性及质量。
[0054]
如图1所示，供气装置7通过进气管道8与喷淋装置2相连，供气装置7提供反应气体，反应气体经过进气管道8进入反应腔室1，且进气管道8中还设置有流量控制器9。作为示例，进气管道8的数量与进气口11的数量相同，且二者一一对应，通过调节流量控制器9，可以分别控制进入每一支进气管道8中的反应气体的流量，进而可以控制进入喷淋装置2中各个区域的反应气体的流量。
[0055]
如图1所示，控制系统5的输入端与厚度监测器4相连，输出端与流量控制器9相连，在化学气相沉积过程中，厚度监测器4将实时监测获得的数据传输至控制系统5，控制系统5经过分析对流量控制器9作出指令，接着，流量控制器9控制通入喷淋装置2各个区域的气体的流量。
[0056]
在本实施例提供的化学气相沉积装置中，喷淋装置在竖直方向上被分隔成多个区域，包括一个圆形区域及与其同轴设置的至少一个环形区域，喷淋装置分区设置有助于准确控制通入每一个区域中的反应气体的流量，进而可以控制待沉积样品表面的不同位置的镀膜的厚度，使镀膜整体的厚度更加均匀一致，也更容易获得具有目标厚度的镀膜。另外，喷淋装置中设置有呈直线排布且经过喷淋装置中心的厚度监测器，在化学气相沉积过程中，厚度监测器能够实时监测不同位置镀膜的厚度，并将其反馈至控制系统，有助于控制系统及时调整通入喷淋装置各个区域中的反应气体的流量，从而获得更符合要求的镀膜。
[0057]
实施例二
[0058]
本实施例提供一种利用实施例一提供的化学气相沉积装置进行化学气相沉积的方法，如图3所示，包括如下步骤：
[0059]
步骤s1：提供一待沉积样品，并将所述待沉积样品放置于所述加热基座上；
[0060]
如图1所示，放置一待沉积样品100于加热基座3上，待沉积样品100可以是晶圆，其直径可以为100mm、150mm、200mm或其他适合的尺寸。在本实施例中，待沉积样品100为直径300mm的晶圆。
[0061]
步骤s2：向所述反应腔室中通入反应气体，所述反应气体同时流经所述喷淋装置的多个区域，吹向所述待沉积样品表面；
[0062]
作为示例，供气装置7向反应腔室1提供反应气体，反应气体的具体种类及含量可以根据实际需要进行设置，在此不作限制。
[0063]
反应气体经过进气管道8及进气口11进入喷淋装置2，喷淋装置2在竖直方向上被分隔成多个区域，包括一个圆形区域及与其同轴设置的至少一个环形区域，环形区域的数量根据待沉积样品100的大小进行具体设置。在本实施例中，环形区域的数量为四个，即喷淋装置2在竖直方向上被分隔成五个区域；在另一可选实施例中，环形区域的数量为六个，即喷淋装置2在竖直方向上被分隔成七个区域。
[0064]
进气口11的数量与喷淋装置2在竖直方向上被分隔成的区域数量相同，即在本实施例中，反应腔室顶部具有五个进气口11。反应气体通过进气口11分别进入喷淋装置2中的各个区域，再由喷淋装置2底部的喷淋孔(未在图中示出)垂直吹向待沉积样品100的表面。
[0065]
步骤s3：在所述待沉积样品表面生成镀膜，所述厚度监测器实时监测镀膜的厚度，并将监测获得的数据传输至所述控制系统；
[0066]
在沉积过程中，加热基座3下方的旋转装置6带动加热基座3绕其中心往复旋转。作为示例，加热基座3进行往复旋转的方式包括自起始位置顺时针(逆时针)旋转角度θ1，再逆时针(顺时针)旋转角度θ2，通过m≥1次往复旋转返回起始位置。由于沉积过程中存在加热基座本身温度不均匀的状况，会造成待沉积样品的温度分布不均匀，在一定程度上影响镀膜的均匀性，而加热基座在沉积过程中往复旋转，能够有效改善由于温度分布不均导致的镀膜不均匀的问题。
[0067]
作为示例，厚度监测器4可以采用光谱干涉法实时监测镀膜的厚度，并将数据传输至控制系统5；在另一可选实施例中，厚度监测器4还可以采用超声波脉冲法实时监测镀膜的厚度。具体采用何种方式进行监测取决于镀膜的厚度和性质，一般地，若镀膜的厚度小于2μm，采用光谱干涉法较为适宜，若镀膜的厚度大于等于2μm或者镀膜不透光，则采用超声波脉冲法较为适宜。
[0068]
如图2所示，由于厚度监测器4在喷淋装置2中的各个区域均有分布，因此能够分别监测喷淋装置各个区域下方对应的镀膜的厚度，获得的数据更加准确。而现有技术中的厚度监测器一般是监测整体镀膜的厚度，而无法对镀膜进行分区监测，获得的数据准确性较差。
[0069]
步骤s4：所述控制系统通过分析数据向所述流量控制器发出指令，所述流量控制器根据指令分别调节通入所述喷淋装置多个区域的反应气体的流量。
[0070]
作为示例，厚度监测器4将监测获得的数据传输至控制系统5，控制系统5分析数据并向流量控制器9发出指令。例如在本实施例中，目标是获得厚度均匀的镀膜，即预先在控制系统5中设置一预设值，厚度监测器4将监测获得的各个位置的镀膜的厚度数据传输至控制系统5，控制系统5通过对数据进行分析，若发现不同位置的镀膜厚度的差值大于所述预设值，即整体的镀膜厚度不均匀，控制系统5则会向流量控制器9发出指令，进而流量控制器9有针对性地调整进入每一支进气管道8中的反应气体的流量，也就是说，进入喷淋装置2各个区域中的反应气体的流量不同，对于镀膜较薄的位置，其上方反应气体的流量相对较大，对于镀膜较厚的位置，其上方反应气体的流量相对较小，最终获得整体厚度相对均匀一致
的镀膜。
[0071]
若在另一可选实施例中，目标是在待沉积样品表面的不同位置获得不同厚度的镀膜，例如从中间位置至边缘位置厚度逐渐减小的镀膜，实施例一提供的化学气相沉积装置同样适用。作为示例，预先在控制系统5中设置参数，控制系统5根据设置向喷淋装置2的各个区域中通入不同流量的反应气体，且在沉积过程中厚度监测器4对镀膜的厚度进行实时监测，最终获得达到目标厚度的镀膜。
[0072]
综上所述，本发明提供一种化学气相沉积装置及方法，在所述化学气相沉积装置中，喷淋装置在竖直方向上被分隔成多个区域，包括一个圆形区域及与其同轴设置的至少一个环形区域，喷淋装置分区设置有助于准确控制通入每一个区域中的反应气体的流量，进而可以控制待沉积样品表面的不同位置的镀膜的厚度，使镀膜整体的厚度更加均匀一致，也更容易获得具有目标厚度的镀膜。
[0073]
另外，喷淋装置中设置有厚度监测器，在化学气相沉积过程中，厚度监测器能够实时监测不同位置镀膜的厚度，并将其反馈至控制系统，有助于控制系统及时调整通入喷淋装置各个区域中的反应气体的流量，从而获得更符合要求的镀膜。
[0074]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。