半导体化学反应腔室化学气相沉积设备全解析

本文系统介绍半导体化学气相沉积(CVD)设备的核心部件——化学反应腔室的三大主流类型，解析其设计原理、工艺特性及应用场景，助力精准选型。

一、热壁式反应腔(Hot-Wall Reactor)

设计特点：

整体加热：腔体四壁及顶部均匀分布加热元件，温度梯度<±2℃;

层流控制：内置导流板优化气体路径，减少涡流;

大容量：支持25-50片晶圆批量处理。

工艺优势：

温度均匀性高：适合厚度敏感型薄膜(如氧化硅);

工艺稳定性强：批次间重复性>99%;

成本低：设备结构简单，维护便捷。

典型应用：

浅沟槽隔离(STI)氧化硅沉积;

多晶硅掺杂工艺。

二、冷壁式反应腔(Cold-Wall Reactor)

设计特点：

局部加热：仅对晶圆承载盘(Susceptor)加热，腔壁温度<60℃;

快速升降温：15分钟内完成300℃→750℃升温;

材料兼容广：支持高温工艺(>1000℃)。

工艺优势：

热预算低：减少高温对晶圆应力影响;

工艺灵活：适配多类型前驱体;

清洁度高：冷腔壁抑制副反应产物沉积。

典型应用：

金属钨(W)填充工艺;

氮化钛(TiN)阻挡层沉积。

三、单晶圆反应腔(Single-Wafer Reactor)

设计特点：

快速单次处理：单片晶圆沉积时间<60秒;

喷淋头设计：气体均匀覆盖晶圆表面;

真空集成：内置load-lock系统，减少污染。

工艺优势：

大直径兼容：支持300mm/450mm晶圆;

台阶覆盖优：高深宽比结构填充能力>95%;

自动化高：集成SEMS/EFEM系统。

典型应用：

FinFET侧墙间隔物沉积;

钴(Co)互连工艺。

四、创新腔室技术

双区控温反应腔：

独立控制晶圆中心和边缘温度，解决热应力问题;

旋转喷淋头：

通过离心力增强气体混合均匀性;

远程等离子体源：

将等离子体生成区与反应区分隔，减少离子轰击损伤。

结语

半导体CVD设备反应腔室的选择需综合考量工艺需求、晶圆尺寸及产能目标。热壁式适合成熟制程批量加工，冷壁式适配高温特种工艺，单晶圆反应腔则是先进制程节点的首选。建议企业根据具体工艺节点(如28nm以下)优先选择具备快速升降温和双区控温功能的单晶圆设备，以提升良率与产能。