[發明專利]一種面向工藝腔室氣流分布調節的CVD設備噴淋頭

有效

• 申請號: 201410031238.0
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103789748A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 向東;夏煥雄;張瀚;楊旺;王偉;牟鵬;劉學平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明涉及一種化學氣相沉積（CVD）設備領域，特別涉及一種面向工藝腔室氣流分布調節的CVD設備噴淋頭。

背景技術

化學氣相沉積（CVD）是反應物質在氣態條件下發生化學反應，生成固態物質沉積在加熱的固態基體表面，進而制得固體材料的工藝技術，其通過化學氣相沉積裝置得以實現。現階段化學氣相沉積（CVD）設備，如等離子增強化學氣相沉積（PECVD）設備、低壓化學氣相沉積（LPCVD）設備、金屬有機化合物化學氣相沉積（MOCVD）設備己經廣泛應用于半導體器件制造領域。以下以離子增強化學氣相沉積（PECVD）設備為例對現有技術的化學氣相沉積設備進行簡單說明。

參見圖1，以等離子增強的化學氣相沉積（PECVD）裝備設計與控制為例進行說明。PECVD工藝是一個典型的多物理場耦合工藝，其中主要包含溫度場、流場、等離子體，其工藝品質相關物理場耦合協調作用的結果。包括工藝腔室1，腔室艙門2，噴淋頭3，遠程等離子源4，質量流量控制器5，射頻匹配器6，高頻源7，加熱盤8，低頻源9，基臺調整支柱10，真空泵11，壓力表12，頂針盤13，噴淋頭板面14。

所述工藝腔室1和腔室艙門2的特征在于當腔室艙門關閉時，工藝腔室內部與外界隔離，實現真空密封；所述遠程等離子源4的特征在于，產生刻蝕等離子體，用于清洗附著在腔室內壁的沉積物；所述質量流量控制器5的特征在于，能夠對流入工藝腔室的反應氣體流量進行調控，并通過所述噴淋頭3對氣流均勻性進行調節；所述高頻源7、低頻源9的特征在于，在工藝腔室內產生射頻電磁場，使反應氣體解離，進而產生等離子體，并通過射頻匹配器6對包含等離子的射頻回路阻抗特性進行調控，使得盡可能多的射頻功率被注入工藝腔室，用于激發等離子而不被反射；所述基臺調整支柱10，其特征在于，調整射頻電容耦合放電的極間距；所述頂針盤13的特征在于，能夠將噴淋頭板面14頂起和落下，主要用于將噴淋頭板面14放入和取出工藝腔室時；所述真空泵11、壓力表12的特征在于，能夠對腔室內真空度進行調節；所述噴淋頭板面14的特征在于，放置在加熱盤8上，薄膜在噴淋頭板面14上沉積；所述加熱盤8的特征在于，作為射頻電容耦合放電回路的下電極，并能夠對所述噴淋頭板面14進行加熱，可調節噴淋頭板面14的溫度。

CVD工藝是典型的的多物理場耦合工藝，其中物質輸運對工藝性能具有極其重要的影響，而噴淋頭布氣系統是工藝腔室內調節物質輸運的最重要的部件，其中噴淋頭板面上布置有數千小孔，現有的噴淋頭布氣系統設計，其板面上的小孔普遍是均勻性布置的，而沒有發揮其對工藝腔室內的氣流分布的靈活調節的潛力，因此，當出現薄膜沉積工藝偏差時，往往采用一些比較剛性的手段，如增加或減少某些部件或其結構尺寸，這種非連續性的均勻設計方案，對矯正具有連續分布的工藝偏差是很困難的，工藝性能提高的程度非常有限，同時對設備的修改往往也較大。然而，如果考慮對噴淋頭板面小孔結構或布局進行連續的非均勻設計來矯正工藝偏差，那么將具有非常高的調節精度及靈活性，并且對設備其他部分沒有任何更改。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種面向工藝腔室氣流分布調節的CVD設備噴淋頭，實現工藝腔室內氣流分布的精細化調節，進而實現薄膜沉積品質分布的精細化調節。

本發明采用的技術方案為：

該噴淋頭上設置若干個臺階形的噴淋孔，噴淋孔由上部直徑較大的大圓孔和下部直徑較小的小圓孔構成；

該噴淋孔有以下幾種布置方式：

從噴淋頭板面的中心到邊緣，保持噴淋孔的臺階深度相同，噴淋孔的大圓孔或小圓孔的孔徑逐漸增大，進而實現噴淋頭板面阻抗從中心到邊緣逐漸減小，預期氣流通量逐漸增大；

或者從噴淋頭板面的中心到邊緣，保持噴淋孔的大圓孔及小圓孔的孔徑不變，噴淋孔的臺階深度逐漸增大，進而實現噴淋頭板面阻抗從中心到邊緣逐漸減小，預期氣流通量逐漸增大；

或者從噴淋頭板面的中心到邊緣，噴淋孔的大圓孔孔徑、小圓孔孔徑以及噴淋孔的臺階深度三個參數中的一個保持不變，另兩個參數同時逐漸增大，進而實現噴淋頭板面阻抗從中心到邊緣逐漸減小，預期氣流通量逐漸增大；

或者從噴淋頭板面的中心到邊緣，噴淋孔的大圓孔孔徑、小圓孔孔徑以及噴淋孔的臺階深度三個參數同時逐漸增大，進而實現噴淋頭板面阻抗從中心到邊緣逐漸減小，預期氣流通量逐漸增大。

所述噴淋孔以二維六邊形陣列排列。