[發(fā)明專(zhuān)利]一種適用于等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝設(shè)備的一體化真空腔體結(jié)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210050915.4
• 申請(qǐng)日: 2012-02-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103184428A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季安;賴(lài)守亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京普納森電子科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C23C16/44
• 分類(lèi)號(hào): C23C16/44
• 代理公司: 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 陳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種等離子體化學(xué)氣相沉積工藝設(shè)備，尤其涉及該設(shè)備中的真空腔體結(jié)構(gòu)。?

背景技術(shù)

自從半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)從上世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)以后，等離子體工藝技術(shù)，包括等離子體薄膜沉積技術(shù)，得到了很大發(fā)展和應(yīng)用。在等離子體薄膜沉積技術(shù)中，又包括物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)；而在化學(xué)氣相沉積技術(shù)中，等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛。今天，PECVD設(shè)備和工藝被大量地應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片、LED芯片、太陽(yáng)能電池片以及其他專(zhuān)門(mén)用途的電子器件的制造工藝上。?

PECVD工藝，是在真空條件下借助射頻能量所產(chǎn)生的電磁反應(yīng)，將反應(yīng)氣體電離，產(chǎn)生等離子體。存在于等離子體中的有活性反應(yīng)原子或分子，以及電子和離子。由于等離子體中的電子溫度很高，可以達(dá)到幾萬(wàn)度，因此等離子體雖然氣體溫度很低，活性反應(yīng)原子或分子卻可以在只有幾百攝氏度(比如100-400℃)的基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成所需要的薄膜。如果不是由于等離子體的這一特殊性質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)可能要在非常高的溫度(比如5000-10000℃)條件下才能發(fā)生。由等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝生成的薄膜材料，往往直接關(guān)系到芯片的制造工藝流程以及芯片的最終功能。比如，利用PECVD工藝生成的氮化硅(SiNx)薄膜，在大規(guī)模集成電路芯片上，可用來(lái)作密封層，因?yàn)樗?具有極佳的防潮、防鹽或其它化學(xué)物質(zhì)腐蝕的性質(zhì)；在LED芯片和太陽(yáng)能電池片上，它又可以作為光學(xué)膜來(lái)使用，因?yàn)樗哂羞m宜的光學(xué)性質(zhì)。?

圖1描繪的是通常的PECVD工藝腔室的機(jī)電配置，其中包括：工藝腔室上部腔體1a和下部腔體1c，其間設(shè)置腔體O-形密封圈1b，還包括同射頻電源連接在一起的電極，其由設(shè)置在該上部腔體內(nèi)的上電極1k和設(shè)置在該下部腔體內(nèi)的下電極1i組成，下電極在電性上是接地的；在上腔體上設(shè)有工藝氣體導(dǎo)入裝置，工藝氣體通過(guò)設(shè)置在上部腔體上的工藝氣體導(dǎo)入口1m導(dǎo)入工藝腔室而進(jìn)入上下電極之間，在上下電極之間設(shè)置氣體噴淋頭1j；在下部腔體上安裝冷卻裝置，通常為冷卻水管1e；在下電極上設(shè)置加熱器1g。在下腔體1c和下電極1i之間還要設(shè)置密封墊圈1f和連接螺釘1h，將下腔體1c和下電極1i密封地固接在一起；在下腔體1c上還設(shè)有抽真空口。使用時(shí)，在下電極1i上放置基片1t。PECVD工藝腔室還包括圖1中未顯示出來(lái)的機(jī)電配置，例如還有真空泵、真空壓力計(jì)、真空閥門(mén)、氣柜、電源柜、射頻源及自動(dòng)匹配器，以及其它的控制器件等等。上述各種配置和器件，共同實(shí)現(xiàn)在工藝腔室內(nèi)產(chǎn)生真空和等離子體的功能。從圖1可以清楚地看到，下電極1i是單獨(dú)加工制造出來(lái)，安裝在下腔體1c上的。?

PECVD的工藝過(guò)程，一般是在工藝腔室的真空度達(dá)到一定的要求后，引入工藝氣體，然后啟動(dòng)與上電極1k連接在一起的大功率射頻源和射頻匹配器，將工藝氣體電離，產(chǎn)生等離子體，并開(kāi)始在基片1t上生長(zhǎng)所需要的薄膜，直到薄膜的厚度達(dá)到工藝要求。上電極1k在工作狀態(tài)時(shí)，具有幾十到幾百伏的負(fù)電勢(shì)；而下電極1i則在電性上一直處于接地狀態(tài)，不帶任何電勢(shì)。對(duì)基片1t的加熱，是通過(guò)安裝在下電極1i上的加熱器1g來(lái)完成的。一般來(lái)說(shuō)，加熱器1g不安裝在真空腔室內(nèi)，加熱器1g產(chǎn)生的熱量，通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式，經(jīng)過(guò)下電極1i的頂端材料層，?傳遞給置于下電極1i上的基片1t，將其加熱。?

本發(fā)明所關(guān)注的，就是這個(gè)下電極1i。下電極1i的主要功能包括：1，承載基片；2，為基片1t提供加熱，比如沉積最為通用的氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)膜，基片1t表面需要被加熱到300-400攝氏度，并且具備適宜的導(dǎo)熱性能；3，能有效地提供真空密封，并且在等離子體的化學(xué)條件下具有抗腐蝕的性能。?

在PECVD技術(shù)發(fā)展之初，下電極的直徑較小，即多在10英寸以下。直到今天，仍然有一部分技術(shù)單位還在使用小尺寸下電極的PECVD設(shè)備。在下電極尺寸較小的條件下，人們多采用一種被稱(chēng)為“蒙乃爾合金”的材料加工制造下電極。這種合金材料主要含鎳(可達(dá)到60％以上)、銅(可達(dá)到20％以上)、鐵、鋁、鈦和其他少量金屬元素。蒙乃爾合金具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，尤其是對(duì)F-基、O-基和Cl-基等各種等離子體。除了具有同不銹鋼材料相當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能外，蒙乃爾合金還具有適宜PECVD工藝的熱性能，包括較低的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率。下表列舉比較幾種通用材料的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率。?

表1，幾種通用材料的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率材料?