进气管道、化学气相沉积炉及向其通入前驱体的方法技术

一种进气管道、化学气相沉积炉及向其通入前驱体的方法，属于半导体领域。用于向化学气相沉积炉输送前驱体的进气管道包括：中空的第一管体，具有沿延伸方向依次分布的加热段和制冷段；制冷机构，与制冷段匹配连接；加热机构，与加热段匹配连接；以及中空的第二管体，与第一管体的制冷段沿轴向导热连接且管腔连通形成流体通路，并且第二管体的温度至少受控于制冷机构。该进气管能够被用于对向化学气相沉积炉中输入的前驱体进行控温，避免前驱体在沉积炉的入口处发生分解，且防止随后因沉积而堵塞入口的问题发生。入口的问题发生。入口的问题发生。

【技术实现步骤摘要】
进气管道、化学气相沉积炉及向其通入前驱体的方法


[0001]本申请涉及半导体设备领域，具体而言，涉及一种进气管道、化学气相沉积炉及向其通入前驱体的方法。

技术介绍

[0002]作为优秀的第三代半导体材料，碳化硅(SiC)材料具有热传导率高、耐等离子刻蚀、耐氧化、耐磨损、耐腐蚀、高温稳定等优点。尤为突出的是，其具备在等离子刻蚀制造工艺中几乎不产生颗粒污染的优良特性。
[0003]使用碳化硅材料制备而成的半导体设备部件—比如刻蚀机内部的Top Edge Ring、Focus Ring以及电极、化学气相沉积设备使用的基座等—可以获得更长的使用寿命及更高的品质。
[0004]因此，碳化硅成为半导体领域成功量产和良率保证的重要材料之一。
[0005]目前，碳化硅部件主要的制备技术为HTCVD(高温化学气相沉积，High Temperature Chemical Vapor Deposition)技术。即利用前驱体在高温的生长炉内不断的分解和沉积，进而得到期望的碳化硅材料。
[0006]典型的碳化硅材料制作设备—化学气相沉积设备—通常包含进气口、载台、加热装置和排气口。
[0007]随着半导体器件的工艺制程不断进步，器件线宽的不断变小。这些都给半导体器件的制造设备提出了越来越高的要求，且主要体现在对化学气相沉积气体、温度和压力等参数的精确控制上。其中，前驱体及其他反应气体/工艺气体的稳定送入尤其关键。
[0008]在典型的高温化学气相沉积法制备碳化硅材料过程中，前驱体(如：甲基三氯硅烷)、氢和氮混合物送入设备腔室，通过加热装置将腔室内温度升高到前驱体分解反应温度，碳化硅材料会在载台上所准备好的衬底表面进行沉积成型。
[0009]申请人在长期研究中发现目前的设备存在由于进气温度与炉内平均温度差异较大导致炉内温度场不均匀的问题，该问题会影响炉内沉积的碳化硅质量，不仅会影响进气口附近沉积的碳化硅薄膜的质量，也会导致进气口附近沉积的碳化硅薄膜与其他位置的碳化硅薄膜的质量存在差异。此外，进气口位于炉内部分长时间受到热辐射的影响，容易发生温度过高的问题，使得部分前驱体在进气口出口处发生部分沉积，使得进气的流量和流速发生变化，进而使得碳化硅的沉积质量不佳。

技术实现思路

[0010]本申请提出了一种进气管道、化学气相沉积炉及向其通入前驱体的方法。前述方案可以被用于缓解、甚至解决化学气相沉积炉在使用过程中所发生的温度场容易波动，以及进气口发生堵塞的问题，进而实现碳化硅沉积质量的提升。
[0011]本申请是这样实现的：
[0012]在第一方面，本申请的示例提供了一种用于向化学气相沉积炉输送前驱体的进气
管道。
[0013]该进气管道包括：
[0014]中空的第一管体，具有沿延伸方向依次分布的加热段和制冷段；
[0015]加热机构，与加热段匹配连接；
[0016]制冷机构，与制冷段匹配连接；以及
[0017]中空的第二管体，与第一管体的制冷段沿轴向导热连接且管腔连通形成流体通路，并且第二管体的温度至少受控于制冷机构。
[0018]该进气管道具有流体通道，并且被作为前驱体的输运通道。在化学气相沉积炉使用时，流体状的前驱体通过该流体通道进入到沉积炉的内部进行反应。
[0019]由于流体通道主要由第一管体和第二管体的管腔构成，因此，配合于该第一管体和第二管体的装置可以对应向其中的流体状前驱体实施相应的影响和起作用。
[0020]其中，第一管体的加热段可以通过加热机构体对输运过程中的前驱体进行加热(或称预热)；同时，第一管体的制冷段可以通过制冷机构对第二管体进行冷却，相应地避免了前驱体与过热的第二管体接触，提前发生分解，并沉积在第二管体壁上，导致发生堵塞，使得进气的流量和流速发生变化，进而影响到沉积的质量。如此，通过流体通道进入到沉积炉的前驱体的温度被很好地控制，从而可以防止相对低温的前驱体对相对高温的反应室内的温度场的影响。
[0021]并且通过对温度的选择性控制，可以将第二管体在反应室内的流体释放口的温度进行有效的调节。由此，当前驱体到达沉积炉的进气口时，其受到的环境温度的影响就被控制在合适的范围，以避免其在分解后的沉积物对进气口的堵塞。
[0022]进一步，还可以通过计算前驱体入口温度、前驱体出口温度、第一管体的热传递系数、第二管体的热传递系数等，对第一管体的加热功率和/或第二管体的冷却功率进行调整，进而实现前驱体在第二管体在反应室内的流体释放口的温度的精确控制，进而实现气相沉积反应条件的更精确的控制。
[0023]根据本申请的一些示例，第一管体和第二管体可拆卸连接；和/或，第一管体与第二管体以相互套设的方式连接；可选地，第二管体至少套设于第一管体的制冷段内。
[0024]可拆卸连接的方式可以使第一管体和第二管体能够在有必要和需要时进行拆卸，从而能够按需将二者之一或两者均进行更换或维修。另外，两个管体以套设的方式连接可以使二者具有更充分的接触(更大的接触面积)，有助于传热。
[0025]根据本申请的一些示例，第二管体的管腔具有变径段，且变径段邻近第一管体的制冷段，变径段的直径沿从第一管体至第二管体的方向逐渐减小。可选地，第二管体的管腔具有等径段，等径段与变径段连接、且连接位置位于变径段的沿第一管体至第二管体的方向的末端。
[0026]第二管体设置变径段可以对前驱体的输运过程、流形进行限制，提高前驱体在第二管体内的流速，从而可以控制前驱体在沉积炉内部的分布。进一步地，第二管体还具有等径段，其可以使经过变径段之后的前驱体在该等径段内流速趋于稳定，改善输送平稳性。
[0027]根据本申请的一些示例，第一管体在端部设置卡扣，所述卡扣被配置为所述沉积炉的内壁接触从而允许所述第一管体与所述沉积炉气密性连接。
[0028]在第二方面，本申请示例提出了一种化学气相沉积炉。
[0029]该化学气相沉积炉包括进气管道和炉体。其中的炉体具有炉壁和由炉壁限定的炉腔。并且炉壁具有贯通炉腔的输入口，进气管道的第二管体的制冷段被保持于输入口，且炉腔与流体通路连通。
[0030]根据本申请的一些示例，化学气相沉积炉包括：与炉壁连接的载物台，载物台位于炉腔内。可选地，载物台具有相互连接的载物板和支撑柱，支撑柱的两端分别与炉壁和载物板连接。和/或，炉壁具有贯通炉腔的排放口，可选地，排放口连接中空的排放管，可选地，排放口和输入口彼此远离地位于炉体的两端。
[0031]炉体内的载物台能够被用于按需放置衬底，以便在其上沉积前驱体制作的沉积膜。
[0032]在第三方面，本申请示例提出了一种化学气相沉积炉。该化学气相沉积炉包括：
[0033]由壁体构成的反应室，壁体形成柱状延伸的内腔；沿延伸方向，壁体在两端彼此远离地设置与内腔连通的进气通孔和排气通孔；
[0034]置物台，具有立柱和通过立柱被支立于内腔中的置物板；
[0035]送气管，具有可拆卸地导热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种进气管道，用于向化学气相沉积炉输送前驱体，其特征在于，所述进气管道包括：中空的第一管体，具有沿延伸方向依次分布的加热段和制冷段；加热机构，与所述加热段匹配连接；制冷机构，与所述制冷段匹配连接；以及中空的第二管体，与所述第一管体的制冷段沿轴向导热连接且管腔连通形成流体通路，并且所述第二管体的温度至少受控于所述制冷机构。2.根据权利要求1所述的进气管道，其特征在于，所述第一管体和所述第二管体可拆卸连接；和/或，所述第一管体与所述第二管体以相互套设的方式连接；可选地，所述第二管体至少套设于所述第一管体的制冷段内。3.根据权利要求1所述的进气管道，其特征在于，所述第二管体的管腔具有变径段，且所述变径段邻近所述第一管体的制冷段，所述变径段的直径沿从所述第一管体至所述第二管体的方向逐渐减小。4.根据权利要求3所述的进气管道，其特征在于，所述第二管体的管腔具有等径段，所述等径段与所述变径段连接、且连接位置位于所述变径段的沿从所述第一管体至所述第二管体的方向的末端。5.根据权利要求1所述的进气管道，其特征在于，所述第一管体在端部设置卡扣，所述卡扣被配置为所述沉积炉的内壁接触从而允许所述第一管体与所述沉积炉气密性连接。6.一种化学气相沉积炉，其特征在于，包括：根据权利要求1至5中任意一项所述的进气管道；炉体，具有炉壁和由所述炉壁限定的炉腔；所述炉壁具有贯通所述炉腔的输入口，所述进气管道的第二管体的制冷段被保持于所述输入口，且所述炉腔与所述流体通路连通。7.根据权利要求6所述的化学气相沉积炉，其特征在于，所述化学气相沉积炉包括：与...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：新美光苏州半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：