低温低压类金刚石膜化学气相沉积反应腔的制作方法

本实用新型低温低压类金刚石膜化学气相沉积反应腔, 旨在提升我国国产IGBT芯片的散热和耐高压性能上，属于国家集成电路先进装备制造产业技术领域。

背景技术：

类金刚石薄膜是近来兴起的一种以sp3和 sp2键的形式结合生成的亚稳态材料，兼具了金刚石和石墨的优良特性，而具有高硬度，高热导率，高电阻率，良好光学性能以及优秀的摩擦学特性，所以由类金刚石而来的DLC膜同样是一种亚稳态长程无序的非晶材料，碳原子间的键合方式是共价键，主要包含sp2和sp3两种杂化键，而在含氢的DLC膜中还存在一定数量的C-H键。

化学气相沉积(CVD)是现代半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，化学气相沉积表示的是：将气态物质以化学反应生成某种固态物质并沉积到某种基片上的一种化学过程。这种方法多用来制备含氢碳膜，其基本的原理是利用碳氢化合物，如苯、甲烷、乙炔等在辉光放电或其他条件下产生的等离子体中分解成为C、H离子，同时对基体施加负偏压，在负偏压作用下，这些含有碳氢的离子团沉积到基体上形成碳膜。当这些含有碳氢的离子团沉积到基体上，而基体的温度大于600^oC时，碳膜中的氢会脱离，因而形成较纯的碳膜，现有的半导体镀膜设备都不是为大规模生产类金刚石薄膜而设计的。

技术实现要素：

由于晶圆多为2英寸,4英寸,和6英寸, 而MxP腔和整个刻蚀系统是为8英寸晶圆设计的,将应用材料的8英寸的MxP刻蚀腔作为基本腔体，并在它的基础上加以改进，使之成为大规模生产类金刚石薄膜的专用设备。并在此基础上研究类金刚石薄膜在不同条件下的成分，晶体结构，和物理特性。由于所用的晶圆是6英寸或更小的晶圆，因此8英寸的MxP腔需要有下列的改进：

1）晶圆托盘

2）晶圆托盘的温度控制

3）工艺制程的参数。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案是：低温低压类金刚石膜化学气相沉积反应腔，它由腔体内的配气盘、腔体、气体流量控制器、静电吸盘、8英寸晶圆和托盘组成。所述配气盘放置于腔体内上部，置业静电吸盘上方，在生产过程中输入反应气体；所述的气体流量控制器，放置于腔体底部，用于控制反应腔体内气压；所述的静电吸盘，放于配气盘下放，用于吸附晶圆和控制晶圆在反应过程中的温度，通常用耐腐蚀的陶瓷材料做成，静电吸盘上的小孔使得氦气可以通过这些小孔到达晶圆的背面进行热交换，晶圆的周边被静电吸盘吸住，极大地减少了氦气泄漏到反应腔内；所述的托盘，放置在静电吸盘上，当有小于8英寸的晶圆直接放置在8英寸的静电吸盘上，会使得大量的氦气泄漏到反应腔，因此必须做一个托盘既能防止氦气泄漏又能吸得住晶圆，托盘中间凹下去部分的直径可以是2英寸,4英寸,或6英寸，取决于晶圆的大小，中间凹下去的部分有许多小孔，其孔径不大于0.5毫米，这些孔可以让氦气能通过托盘进入到晶圆的背面进行有效的热传导。

附图说明

图1是反应腔的简易示意图；

图2是静电吸盘的截面图；

图3是8英寸晶圆5放置在静电吸盘上；

图4是托盘7的示意图。

1是腔体内的配气盘；2是腔体；3是气体流量控制器；4是静电吸盘，度；5是8英寸晶圆；6是静电吸盘上的小孔；7是托盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明，本实用新型较佳实施例为：参见附图1、附图2、附图3和附图4。本实例所述的低温低压类金刚石膜化学气相沉积反应腔，它由腔体内的配气盘1、腔体2、气体流量控制器3、静电吸盘4、8英寸晶圆6和托盘7组成。所述配气盘1放置于腔体2内部上方，用于生产中输入反应气体；所述静电吸盘4放置于配气盘1下方，用于吸附晶圆和控制晶圆在反应过程中的温度；所述托盘7和晶圆置于静电吸盘4上。

图2给出了静电吸盘4的横截面。在CVD生长类金刚石薄膜的工艺制程过程中,为了让氦气能通过托盘进入到晶圆的背面进行有效的热传导,因此在托盘放置晶圆的地方必须打许多小孔6。如果小孔6的孔径过大,会导致氦气在射频电磁场的作用下电离放电,对晶圆失去静电吸力。因此,小孔6的孔径不能大于0.5毫米。静电吸盘4的材料可以选用高热导和耐腐蚀的陶瓷材料,像氧化铝等。

当有小于8英寸的晶圆直接放置在8英寸的静电吸盘4上，会使得大量的氦气泄漏到反应腔，因此必须做一个托盘7既能防止氦气泄漏又能吸得住晶圆，托盘7中间凹下去部分的直径可以是2英寸,4英寸,或6英寸，取决于晶圆的大小，中间凹下去的部分有许多小孔，其孔径不大于0.5毫米，这些孔可以让氦气能通过托盘进入到晶圆的背面进行有效的热传导，托盘的材料为氧化铝或碳化硅。

用MxP腔生长类金刚石薄膜的工艺制程所用的气体是CH₄,H₂,和Ar，腔体的气压可维持在40到500 mTorr, 射频功率为300到1500瓦, 13.56MHz的射频功率为1000瓦。在镀完一片晶圆之后，把晶圆拿出，把托盘7摆入腔内，然后对腔体2内部表面和托盘7用O₂等离子进行清洁。因为内表面和托盘7上沉积的类金刚石薄膜的成分是碳，在O₂等离子的作用下形成CO和CO₂气体而被真空泵抽走，达到清洁内表面和托盘7的目的。