CVD设备和膜形成方法与流程

cvd设备和膜形成方法
技术领域
1.本公开涉及cvd设备和膜形成方法。

背景技术：

2.化学气相沉积(cvd)设备被称为薄膜形成设备，其通过在衬底表面上沉积由包含薄膜成分的源气体的化学反应产生的物质来形成薄膜。作为cvd设备，广泛使用等离子体cvd设备。在等离子体cvd设备中，通过将源气体离解成等离子体状态并产生活性离解分子、自由基和离子来促进化学反应。在等离子体cvd设备中，用于将反应气体引入室的喷淋头布置在室的上部。具有安装板的基座布置在喷淋头下方，待成膜的衬底(例如硅晶片)安装在该安装板上，并且通过在喷淋头和基座之间施加射频(rf)电压来产生等离子体。
3.为了在膜形成过程之前将衬底装载到等离子体cvd设备的室中，并且在膜形成过程之后卸载衬底，已知一种室，其中基座可以沿竖直方向移动，并且用于衬底的入口/取出口设置在室的侧面下方(参见us2009/0297731a1)。在具有这种构造的室中，在膜形成过程中，基座沿竖直方向移动到上端，以将衬底定位在喷淋头附近。然后，在膜形成过程之后，基座沿竖直方向移动到下端，以将衬底定位在衬底的入口/取出口附近。
4.在具有设置在室侧面下方的用于衬底的入口/取出口的室中，基座的安装板下方的空间在膜形成过程中变得更宽。结果，膜形成过程中基座的热量倾向于流出到基座下方的空间，并且待成膜的衬底的温度可能变得不均匀。如果在膜形成过程中，其上形成膜的衬底的温度变得不均匀，这将导致在衬底上形成的薄膜的特性和膜厚度的变化。此外，当基座的安装板下面的空间变宽时，施加在喷淋头和基座之间的高频电压被传递到下面的空间，这导致异常放电。

技术实现要素：

5.本公开的第一方面提供了一种cvd设备，包括：室；基座，其布置成可在室内沿竖直方向移动；衬底的入口/取出口；以及设置在衬底的入口/取出口处的闸阀，其中基座具有其上安装衬底的上表面的安装板和连接到安装板的下表面的支撑件，衬底的入口/取出口设置在室的一侧的一部分上，并且设置在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内，并且室的内底面、在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内的室的一侧的一部分、安装板的下表面和支撑件的外侧表面涂覆有陶瓷衬里。
6.在根据该方面的cvd设备中，室的内底面、在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内的室的一侧的一部分、安装板的下表面和支撑件的外侧表面可以通过间隙涂覆有陶瓷衬里。
7.在根据该方面的cvd设备中，惰性气体供应管可以连接到间隙。
8.在根据该方面的cvd设备中，衬底的入口/取出口的内表面可以涂覆有陶瓷衬里。
9.在根据该方面的cvd设备中，衬底的入口/取出口的内表面可以通过间隙涂覆有陶
瓷衬里。
10.在根据该方面的cvd设备中，惰性气体供应管可以连接到间隙。
11.在根据该方面的cvd设备中，安装板和支撑件可以包含氮化铝，并且覆盖安装板的下表面和支撑件的外侧表面的陶瓷衬里可以包含al2o3。
12.根据该方面的cvd设备可以包括室清洁气体入口，其中室清洁气体入口可以设置在室的一侧的一部分上，并且可以设置在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内。
13.在根据该方面的cvd设备中，室清洁气体可以是包含氟的气体。
14.在根据该方面的cvd设备中，室可以由金属制成。
15.本公开的第二方面提供了一种膜形成方法，包括：准备cvd设备的步骤，该cvd设备包括：室；基座，其布置成可在室内沿竖直方向移动；衬底的入口/取出口；以及设置在衬底的入口/取出口处的闸阀，其中基座具有其上安装衬底的上表面的安装板和连接到安装板的下表面的支撑件，衬底的入口/取出口设置在室的一侧的一部分上，并且设置在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内，并且室的内底面、在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内的室的一侧的一部分、安装板的下表面和支撑件的外侧表面通过间隙涂覆有陶瓷衬里，以及在向间隙供应惰性气体的同时，通过cvd方法在衬底上形成膜的步骤。
附图说明
16.图1是根据本公开的一个实施例的cvd设备的室的一示例的截面图。
17.图2是根据本公开的一个实施例的cvd设备的室的另一示例的截面图。
18.图3是沿着图1的线iii-iii截取的剖视图。
具体实施方式
19.在下文中，将适当地参考附图详细描述本公开。为了方便起见，以下描述中使用的附图可以被放大，以便使本发明的特征易于理解，并且每个部件的尺寸比可以不同于实际的尺寸比。以下描述中例示的材料、尺寸等是示例，并且本公开不限于此，并且可以在能够获得本公开的效果的范围内适当地改变和实施本公开。
20.图1是根据本公开实施例的cvd设备的室的示例的截面图。图1示出了膜形成过程中室中的状态。图2是根据本公开实施例的cvd设备的室的另一示例的截面图。图2示出了当衬底在膜形成过程之后被卸载并且衬底在膜形成过程之前被装载时室中的状态。图3是沿着图3的线iii-iii截取的剖视图。
21.如图1至图3所示，本实施例的cvd设备100的室10是基本圆柱形的主体，并且在圆柱形主体的侧面上设置有衬底11的入口/取出口和室清洁气体入口12。此外，用于基座的通孔13设置在室10的底部。此外，排气孔(未示出)设置在室10侧面的下方或底部。喷淋头40布置在室10内部的上方。基座20布置在喷淋头40的下方。基座20可沿竖直方向移动。竖直方向是指垂直于室10的内底面10a的方向。室10由诸如不锈钢的金属制成。
22.喷淋头40连接到源气体管41。喷淋头40具有大量的通气孔(未示出)。从源气体管41供应的源气体通过喷淋头40的通气孔向下排放。
23.基座20具有安装板21和支撑件22。在膜形成过程之前的衬底1a放置在安装板21的上表面21a上。支撑件22连接到安装板21的下表面21b。基座20的支撑件22穿过基座13的通孔。基座20的支撑件22固定到支撑在室10的外底面上的移动板23上。移动板23可沿竖直方向移动，并且基座20构造成当移动板23沿竖直方向移动时沿竖直方向移动。在本实施例的cvd设备中，基座20沿竖直方向的上端被设定在能够在喷淋头40和基座20的安装板21的上表面21a之间进行膜形成过程的位置。此外，基座20在竖直方向上的下端定位成使得在膜形成过程之后的衬底1b能够被卸载，并且在膜形成过程之前的衬底1a能够通过衬底11的入口/取出口被装载。在下文中，在本说明书中，当基座20沿竖直方向位于上端时，基座20的安装板21的上表面21a上方的区域可以称为反应区域15，基座20的安装板21的下表面21b下方的区域可以称为基座移动区域16。
24.优选基座20的安装板21和支撑件22由高导热材料形成。氮化铝可以作为高导热材料的示例。包含氮化铝的基座20的安装板21和支撑件22可以通过使电流流过它们而作为加热器操作。
25.用于衬底11的入口/取出口是用于将在膜形成过程之前的衬底1a从外部运送到室10中并且将在膜形成过程之后的衬底1b从室10的内部运送到外部的入口/取出口(参见图2)。衬底11的入口/取出口设置在基座移动区域16中的室10的侧面上(即在室10的侧面的一部分上，并且在从室10的内底面10a到当基座20沿竖直方向位于上端时对应于安装板21的下表面21b的位置的范围内)。
26.闸阀50设置在衬底11的入口/取出口处。闸阀50具有门构件51和连接到门构件51的驱动装置52。通过由驱动装置52移动门构件51，可以向外部打开和关闭衬底11的入口/取出口。
27.室清洁气体入口12是用于将室清洁气体引入室10的入口。作为室清洁气体，可以使用在膜形成过程中产生的气体，该气体可以挥发沉积在室10内的副产物。作为室清洁气体，可以使用含氟的含氟化合物气体、氧气或含氟化合物气体和氧气的混合物。含氟化合物气体的示例包括nf3气体、sf6气体、cf4气体和c2f6气体。可以通过使用远程等离子体单元(rpu)将室清洁气体变成等离子体。室清洁气体入口12设置在基座移动区域16中的室10的侧面上。此外，室清洁气体入口12可以设置在面向衬底11的入口/取出口的位置。
28.当用室清洁气体清洁室10的内部时，基座20可以沿竖直方向移动到下端。此外，当清洁室10的内部时，室10的内部可以被加热。基座20的加热温度可以在例如300℃或更高至700℃或更低的范围内。此外，室10的内部温度可以在50℃或更高和200℃或更低的范围内。
29.在本实施例的cvd设备100中，基座移动区域16中的室10的内表面和基座20的表面涂覆有陶瓷衬里。具体地，室10的内底面10a覆盖有陶瓷衬里30a。在室10的内底面10a和陶瓷衬里30a之间设置有间隙31a。在室10的内侧表面10b中，从室10的内底面10a到当基座20沿竖直方向位于上端时对应于安装板21的下表面21b的位置的范围被陶瓷衬里30b覆盖。在室10的内侧表面10b和陶瓷衬里30b之间设置有间隙31b。基座20的安装板21的下表面21b覆盖有陶瓷衬里30c。在安装板21的下表面21b和陶瓷衬里30c之间设置有间隙31c。基座20的支撑件22的外侧表面22a覆盖有陶瓷衬里30d。在支撑件22的外侧表面22a和陶瓷衬里30d之间设置有间隙31d。此外，衬底11的入口/取出口的内表面11a覆盖有陶瓷衬里30e。间隙31e设置在衬底11的入口/取出口的内表面11a和陶瓷衬里30e之间。
30.陶瓷衬里30a、陶瓷衬里30b和陶瓷衬里30e彼此连接，由此间隙31a、间隙31b和间隙31e也彼此连接。此外，间隙31a连接到惰性气体供应管32a，间隙31e连接到惰性气体供应管32e。惰性气体供应管32a向间隙31a供应惰性气体，惰性气体供应管32e向间隙31e供应惰性气体。供应到间隙31a和间隙31e的惰性气体通过间隙31b排放到室10中。排出的惰性气体通过设置在室10的底部或侧面下方的排气孔(未示出)排出到外部。
31.陶瓷衬里30c和陶瓷衬里30d彼此连接，由此间隙31c和间隙31也彼此连接。间隙31d连接到惰性气体供应管32d。惰性气体供应管32d向间隙31d供应惰性气体。供应到间隙31d的惰性气体通过间隙31c排放到室10中。排出的惰性气体通过设置在室10的底部或侧面下方的排气孔(未示出)排出到外部。
32.陶瓷衬里30a至30e优选具有比室10和基座20低的热导率。作为陶瓷衬里30a至30e的材料，例如，可以使用诸如al2o3的各种陶瓷材料。陶瓷衬里30a至30e的厚度可以在例如0.5mm或更大和8mm或更小的范围内。
33.供应到间隙31a至31e的惰性气体不受特别限制，只要它不与源气体反应。作为惰性气体，例如，可以使用氮气、氩气、氦气和包含这些气体中的两种或更多种的混合气体。间隙31a至31e的每个距离可以例如在大于或等于0.5mm且小于或等于15mm的范围内。供应到间隙31a至31e的惰性气体穿过间隙31a至31e，并且如图1中的箭头所示被排放到室10的内部，并且通过设置在室10的底部或侧面下方的排气孔(未示出)被排放到外部。
34.室10的内底面10a和陶瓷衬里30a可以彼此面对，并且可以在这些表面的一个表面上设置凸起部分，并且可以在其另一个表面上设置凹陷部分，并且可以通过接合凸起部分和凹陷部分来固定陶瓷衬里30a。类似地，室10的内侧表面10b和陶瓷衬里30b、安装板21的下表面21b和陶瓷衬里30c、支撑件22的外侧表面22a和陶瓷衬里30d或者衬底11的入口/取出口的内表面11a和陶瓷衬里30e可以彼此面对，并且可以在这些表面的一个表面上设置凸起部分，在另一个表面上设置凹陷部分，并且这些陶瓷衬里可以通过凸起部分和凹陷部分的接合来固定。陶瓷衬里30a至30e可以是可拆卸的。
35.喷淋头40的下表面经由第一绝缘构件17由室10支撑。喷淋头40的上表面通过第二绝缘构件18由室10支撑。作为第一绝缘构件17和第二绝缘构件18的材料，可以使用诸如al2o3的各种陶瓷材料。
36.接下来，将描述使用cvd设备100的膜形成方法。例如，使用cvd设备100的膜形成过程可以包括以下步骤：将衬底1a安装在基座20的安装板21的上表面上的衬底装载步骤，通过cvd方法在衬底1a上形成膜的膜形成步骤，在膜形成步骤之后取出衬底1b的衬底卸载步骤。
37.在衬底装载步骤中，首先，基座20沿竖直方向移动到下端。接下来，移动闸阀50的门构件51以向外部打开衬底11的入口/取出口。接下来，在将衬底1a安装在基座20的安装板21的上表面21a上之后，移动闸阀50的门构件51以关闭衬底11通向外部的入口/取出口。然后，基座20沿竖直方向移动到上端。结果，衬底1a布置在反应区域15中。
38.在膜形成步骤中，源气体从喷淋头40的通气孔朝向衬底1a排出，并且高频(rf)电压施加在喷淋头40和基座20的安装板21之间，以将源气体离解成等离子体状态。结果，产生活性离解分子、自由基和离子，促进化学反应，并且在衬底1a的表面上形成薄膜。
39.在卸载步骤中，首先，基座20沿竖直方向移动到下端。接下来，移动闸阀50的门构
件51以打开衬底11的入口/取出口。结果，其上形成有膜1b的衬底1b可以被取出到外部。
40.在根据本实施例的cvd设备100中，基座20布置成可沿竖直方向移动。衬底11的入口/取出口设置在室10的侧面的一部分上，并且设置在从室10的内底面10a到当基座20沿竖直方向位于上端时对应于安装板21的下表面21b的位置的范围内。因此，基座20可以沿竖直方向移动到下端。根据本实施例的cvd设备100，在膜形成过程之前的衬底1a可以从外部平稳地装载到室10的内部。
41.在根据本实施例的cvd设备100中，基座移动区域16的室10的内表面(即室10的内底面10a，以及在从内底面10a到当基座20沿竖直方向位于上端时对应于安装板21的下表面21b的位置的范围内的内侧表面10b的一部分)涂覆有陶瓷衬里30a和30b。结果，基座移动区域16(安装板21的下表面21b下方的区域)的热量在膜形成过程中不太可能释放到外部。此外，基座移动区域16中的基座20(安装板21的下表面21b和支撑件22的外侧表面22a)被陶瓷衬里30c和30d覆盖。结果，在膜形成过程中，基座20的热量不太可能流出到基座移动区域16。由于陶瓷衬里30a和30b介于基座移动区域16中的室10的内表面和室10的内部空间之间，所以提高了对基座20的安装板21下方的空间(基座移动区域16)中的高频电压的绝缘。结果，下部空间中的异常放电不太可能发生。由于上述原因，在膜形成过程中基座20的温度不可能不均匀，并且衬底1a的温度可能均匀。因此，根据本实施例的cvd设备100，形成在衬底1a的表面上的薄膜的特性和膜厚度趋于均匀。
42.此外，在根据本实施例的cvd设备100中，在衬底11的入口/取出口的内表面11a被陶瓷衬里30e覆盖的构造中，基座移动区域16的热量在膜形成过程中不太可能通过衬底11的入口/取出口释放到外部。因此，膜形成过程中衬底1a的温度变得更加均匀。结果，在衬底1a的表面上形成的薄膜的特性和膜厚度趋于更加均匀。
43.此外，在根据本实施例的cvd设备100中，在室10的内底面10b、安装板21的下表面21b、支撑件22的外侧表面22a和衬底11的入口/取出口的内表面11a通过间隙31覆盖有陶瓷衬里的构造中，例如即使这些构件和陶瓷衬里30a至30e之间的热膨胀系数不同，应力也不太可能出现在这些构件和陶瓷衬里30a至30e之间。因此，陶瓷衬里30a至30e不太可能长时间损坏。
44.此外，在根据本实施例的cvd设备100中，在惰性气体供应管连接到间隙31a至31e中的任一个的构造中，通过在向间隙31a至31e供应惰性气体的同时执行膜形成过程，可以防止膜形成过程期间产生的副产物积聚在间隙31a至31e中。结果，在膜形成过程中减少了颗粒的产生，并且副产物不太可能混入薄膜中。因此，可以稳定地形成具有更均匀特性的薄膜。
45.此外，在根据本实施例的cvd设备100中，在室清洁气体入口12设置在室10的侧面的一部分上，并且设置在从室10的内底面10a到当基座20沿竖直方向位于上端时对应于安装板21的下表面21b的位置的范围中的构造中，通过将室清洁气体引入室10中，可以去除积聚在室10内表面上的副产物。结果，沉积在室10内部的副产物的量减少，从而可以进一步减少颗粒的产生。由于支撑件22被陶瓷衬里30d覆盖，所以即使从室10的侧面引入室清洁气体，也可以抑制对支撑件22的损坏。
46.此外，在根据本实施例的cvd设备100中，在安装板21和支撑件22包含氮化铝并且覆盖安装板21的下表面21b的陶瓷衬里30c和覆盖支撑件22的外侧表面的陶瓷衬里30d包含
al2o3的构造中，安装板21和支撑件22具有高导热性，并且陶瓷衬里30c和30d具有低导热性，使得热量难以释放到外部。因此，膜形成过程中基座20的温度不太可能不均匀，并且膜形成过程中衬底1a的温度可能更均匀。因此，在衬底1a的表面上形成的薄膜的特性和膜厚度趋于更加均匀。
47.当室清洁气体是诸如nf3气体的含氟化合物气体时，可以更有效地去除积聚在室10的内表面上的副产物。当用含氟化合物气体清洁室10的内表面时，室10的内部可以被加热到例如50℃或更高，以提高清洁效率。在根据本实施例的cvd设备100中，由于基座20的安装板21和支撑件22被陶瓷衬里30c和30d覆盖，所以即使室10的内部被加热到50℃或更高，基座20也不太可能被损坏。
48.在根据本实施例的cvd设备100中，在室10的内底面10a和陶瓷衬里30a彼此面对，并且在这些表面的一个表面上设置凸起部分并且在另一个表面上设置凹陷部分，并且陶瓷衬里30a可以通过凸起部分和凹陷部分的接合而被固定的构造中，使得间隙31a的间隔均匀变得容易，并且使得流过间隙31a的惰性气体的流量恒定变得容易。在室10的内侧表面10b和陶瓷衬里30b、安装板21的下表面21b和陶瓷衬里30c、支撑件22的外侧表面22a和陶瓷衬里30d以及衬底11的入口/取出口的内表面11a和陶瓷衬里30e中的每个都由相同的固定装置固定的构造中也可以获得相同的效果。
49.在根据本实施例的膜形成方法中，由于上述cvd设备100用于在向间隙31供应惰性气体的同时通过cvd方法在衬底1a上形成薄膜，所以衬底1a的温度是均匀的，并且副产物不太可能混入形成的薄膜中。因此，根据本实施例的膜形成方法，可以形成具有高特性和高膜厚均匀性的薄膜。
50.到目前为止，已经参照附图描述了本公开的实施例。本公开不限于上述实施例，并且可以在不脱离本公开的技术思想的情况下进行适当修改。
51.例如，上述实施例的cvd设备100是在室10的内部上方具有喷淋头40的等离子体cvd设备，并且本公开不限于这种配置。本公开可应用于例如cvd设备，其中支撑其上形成有膜的衬底的支撑构件(基座20)可沿竖直方向移动，并且在支撑构件沿竖直方向移动到上端的情况下执行膜形成步骤，以及在支撑构件沿竖直方向移动到下端的情况下执行膜形成处理之后卸载衬底的步骤。
52.此外，在本实施例的上述实施例的cvd设备100中，室10的衬底11的入口/取出口的内表面11a覆盖有陶瓷衬里30e，但本公开不限于此。例如，当室10的侧面的壁厚很薄并且从衬底11的入口/取出口的内表面11a流出的热量很小时，可以省略陶瓷衬里30e。

技术特征：

1.一种cvd设备，包括：室；基座，其布置成可在室内沿竖直方向移动；衬底的入口/取出口；以及设置在衬底的入口/取出口处的闸阀，其中基座具有其上安装衬底的上表面的安装板和连接到安装板的下表面的支撑件，衬底的入口/取出口设置在室的一侧的一部分上，并且设置在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内，并且室的内底面、在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内的室的一侧的一部分、安装板的下表面和支撑件的外侧表面涂覆有陶瓷衬里。2.根据权利要求1所述的cvd设备，其中，室的内底面、在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内的室的一侧的一部分、安装板的下表面和支撑件的外侧表面通过间隙涂覆有陶瓷衬里。3.根据权利要求2所述的cvd设备，其中，惰性气体供应管连接到所述间隙。4.根据权利要求1所述的cvd设备，其中，所述衬底的入口/取出口的内表面涂覆有陶瓷衬里。5.根据权利要求4所述的cvd设备，其中，所述衬底的入口/取出口的内表面通过间隙涂覆有陶瓷衬里。6.根据权利要求5所述的cvd设备，其中，惰性气体供应管连接到所述间隙。7.根据权利要求1所述的cvd设备，其中，所述安装板和支撑件包含氮化铝，覆盖安装板的下表面和支撑件的外侧表面的陶瓷衬里包含al2o3。8.根据权利要求1所述的cvd设备，还包括：室清洁气体入口，其中，室清洁气体入口设置在所述室的一侧的一部分上，并且设置在从室的内底面到当所述基座沿竖直方向位于上端时对应于所述安装板的下表面的位置的范围内。9.根据权利要求8所述的cvd设备，所述室清洁气体是包含氟的气体。10.根据权利要求1所述的cvd设备，所述室由金属制成。11.一种膜形成方法，包括：准备cvd设备的步骤，该cvd设备包括：室；基座，其布置成可在室内沿竖直方向移动；衬底的入口/取出口；以及设置在衬底的入口/取出口处的闸阀，其中基座具有其上安装衬底的上表面的安装板和连接到安装板的下表面的支撑件，衬底的入口/取出口设置在室的一侧的一部分上，并且设置在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的
下表面的位置的范围内，并且室的内底面、在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内的室的一侧的一部分、安装板的下表面和支撑件的外侧表面通过间隙涂覆有陶瓷衬里，以及在向间隙供应惰性气体的同时，通过cvd方法在衬底上形成膜的步骤。

技术总结

一种CVD设备，包括室、基座、用于衬底的入口/取出口和设置在入口/取出口处的闸阀，其中基座具有安装板和支撑件，入口/取出口设置在室的一侧的一部分上，并且设置在从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围内，并且室的内底面、从室的内底面到当基座沿竖直方向位于上端时对应于安装板的下表面的位置的范围、安装板的下表面和支撑件的外侧表面涂覆有陶瓷衬里。表面和支撑件的外侧表面涂覆有陶瓷衬里。表面和支撑件的外侧表面涂覆有陶瓷衬里。

技术研发人员：

相田高永 S.金

受保护的技术使用者：

ASMIP私人控股有限公司

技术研发日：

2022.05.12

技术公布日：

2022/11/15