2. CVD 反应腔室基础结构：腔室几何、气体注入方式、基座与加热器设计

化学气相沉积（CVD）反应腔室是薄膜生长的核心物理容器。腔室的几何形状、气体注入方式以及基座与加热器的设计，直接决定了反应物输运路径、温度场分布以及最终膜厚的均匀性。本节将系统解析这三类基础结构的设计原理及其对压力波动与膜厚均匀性的影响。

2.1 腔室几何结构

腔室几何主要分为两大类：钟罩式（Bell-jar）与平板式（Planar）。现代量产设备多采用轴对称设计以简化流场控制。

2.2 气体注入方式

气体注入方式决定了前驱体在基片表面的浓度分布。常见方式包括：

• 顶部喷淋注入（Showerhead）：通过多孔板均匀分配气体，适用于大面积平板式腔室。喷淋头开孔密度与孔径分布直接影响局部流量均匀性。
• 侧壁径向注入（Radial Injection）：气体从腔室侧壁沿径向流入，配合中心排气形成径向流场。适用于钟罩式腔室。
• 轴向注入（Axial Injection）：气体从腔室底部或顶部沿轴向流入，多用于管式反应器。
• 多路分区注入（Multi-zone Injection）：将喷淋头或侧壁分为多个独立区域，分别控制各区域气体流量，用于补偿边缘效应。

2.3 基座与加热器设计

基座（Susceptor）承载晶圆并传导热量，加热器提供工艺所需温度。两者设计直接影响温度均匀性与热应力分布。

2.3.1 基座设计关键参数

• 材料选择：石墨（高导热）、碳化硅涂层（耐腐蚀）、石英（透明加热用）。
• 表面结构：平面型、凹槽型（用于晶圆定位）、凸点型（减少接触面积，降低热传导不均匀）。
• 旋转机构：基座旋转（通常 5~30 rpm）可平均化径向流场与温度梯度。

2.3.2 加热器设计类型

2.4 结构设计对压力波动与膜厚均匀性的影响

腔室几何、气体注入与基座加热器三者并非独立设计，而是相互耦合。以下为关键耦合关系：

1. 腔室高径比 + 喷淋头开孔率：高径比增大时，喷淋头开孔率需相应降低 10%~15% 以维持均匀的垂直速度分布，否则边缘区域会出现回流涡旋。
2. 基座旋转速度 + 侧壁注入角度：基座旋转产生的科里奥利力会偏转径向气流。当转速 > 20 rpm 时，侧壁注入角度需向旋转方向偏移 5°~10° 以补偿。
3. 加热器分区 + 压力补偿：多区加热器可根据压力传感器反馈，动态调整各区域功率输出。压力下降时，边缘加热区功率需提升 3%~5% 以补偿热损失。