[发明专利]往复式旋转CVD设备及应用方法

说明书

本发明提供一种往复式旋转CVD设备及应用方法，包括腔体，晶圆加热基座，旋转装置，所述旋转装置位于所述腔体外，包括旋转动力机构及旋转密封机构，所述旋转密封机构包括旋转件及固定件；其中，所述固定件与所述腔体固定密封连接，所述旋转件与所述晶圆加热基座固定密封连接，且所述旋转件与所述固定件活动密封连接，且所述旋转件与所述旋转动力机构相连接，以通过所述旋转动力机构带动所述旋转件及晶圆加热基座进行往复式旋转运行。本发明通过旋转装置的旋转，可改善晶圆圆周方向上薄膜沉积的均匀性，降低设备及晶圆制造成本。

技术领域

本发明属于化学气相沉积技术以及半导体设备制造领域，具体涉及一种往复式旋转CVD设备及应用方法。

背景技术

化学气相沉积（CVD，Chemical Vapor Deposition）是半导体工业中广泛应用的用来沉积薄膜的技术，CVD设备包括反应腔和晶圆加热基座，当将两种或两种以上气态原材料导入反应腔时，气态原材料相互之间发生化学反应，形成一种新的材料并沉积到加热基座晶圆的表面上，形成一层沉积薄膜。

随着气相沉积技术的发展，CVD设备功能愈发成熟和完善，为适应目前半导体行业对高质量、高效率、低成本以及适应大尺寸晶圆（如晶圆尺寸为300mm等）工艺的不断追求，提高晶圆上CVD薄膜沉积的均匀性尤为重要，获得具有良好均匀性的高质量沉积薄膜的工艺相对复杂。反应腔内反应气体流动的方向和分布情况、反应腔内的压力分布情况、晶圆的加热温度场情况、反应腔排出气体的流动方向、反应腔中外加等离子体场的强度和作用范围分布情况等因素，都会对晶圆表面上沉积薄膜的速度、沉积薄膜的组分和沉积薄膜的性质造成影响。反应腔内各参数的分布的不均匀性，使晶圆表面上沉积的薄膜产生厚度不均匀、组分不均匀、物理特性不均匀等不良现象。而造成反应腔内的各种状态的不一致，包括设计上的，如晶圆的传送通道在腔体上的某一个局部位置、排气通道在腔体上的不均匀分布等，以及制造和安装上的，如反应腔内的各个零部件的中心在实际安装中不可能完全对准等。

在薄膜沉积的过程中，由于待沉积薄膜的晶圆是放在基座上的，因此若基座能够沿着中心轴自转，则晶圆同样会随着基座一同旋转，从而在晶圆的圆周方向上可获得薄膜沉积的平均效果，由此可以消除反应腔内部各处在局部状况上的差异所造成的薄膜沉积的差异，从而通过晶圆的旋转操作，是较为有效的提高晶圆沉积薄膜均匀性的办法。旋转基座需要解决技术应用上的挑战，如常用的电阻型晶圆加热基座需要输入加热电流，且需要实时的测量加热过程中的温度变化，因此电源线和测温热电偶线的连接就是必不可少的；晶圆加热基座的底部通常还需要采用密封圈进行密封，为了保证密封的可靠，因此晶圆加热基座需设置冷却通道，如水冷却通道，因此进水管、出水管的连接就是必不可少的。当晶圆加热基座旋转起来后，与晶圆加热基座相连接的电线及冷却通道则会发生缠绕问题。

为解决与晶圆加热基座相连接的电线及冷却通道发生缠绕的问题，可采用滑动连接方式连接导线及采用转动连接方式连接冷却通道，但这种连接方式会使得设备结构变复杂，增加设备成本，且会带来电气连接可靠性低，温度测量准确性低等新的问题，如电气接触有可能随着接触面的磨损/氧化而不可靠，有可能随着弹簧接触力的大小而改变接触电阻，有可能无法良好的进行电气屏蔽而产生/接受干扰信号等等。尤其对于PECVD设备而言，射频激发的等离子的稳定运行非常关键，晶圆加热基座作为一个电极需要满足对于高频和高功率射频的可靠接地，因此若晶圆加热基座的旋转采用滑动连接方式，则会对射频系统需要的可靠电气连接产生非常不利的影响。