CN102994977B - 腔室装置和具有该腔室装置的基片处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腔室装置，包括：限定有腔室的腔室本体；气体分布板，所述气体分布板设在腔室内以将腔室分割为上腔室和下腔室，上腔室具有进气口且下腔室具有出气口，气体分布板上设有将上腔室和下腔室连通的多个分配孔；和分布板衬板，所述分布板衬板设在腔室内且位于气体分布板下面，分布板衬板上设有多个通孔，分布板衬板的下表面上设有由第一半导体材料制成的第一覆盖层。根据本发明实施例的腔室装置，在用于化学气相沉积时，在分布板内衬上沉积的薄膜致密性和结合力都较好，薄膜不易崩落，因而不易引起颗粒污染，大大增加了维护周期。本发明还公开了一种具有上述腔室装置的基片处理设备。

Description

腔室装置和具有该腔室装置的基片处理设备

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其是涉及一种腔室装置和具有该腔室装置的基片处理设备。

背景技术

在微电子芯片或太阳能多晶硅电池芯片加工过程中广泛用到化学气相沉积设备。如图3所示，1’为进气管路，2’为气体分布板(Shower Head)，3’为反应腔室，4’为待处理芯片，5’为芯片载板、托盘或卡具，6’为射频系统，7’为排气管道。

在化学气相沉积工艺过程中，由排气管道7’为反应腔室3’提供真空环境，反应腔室3’通过射频注入能量，由进气管路1’导入反应气体，经过气体分布板2’将气体均匀导入，反应气体在反应腔室3’中进行化学反应，生成物沉积在待处理芯片4’上，残气经排气管道7’最终由真空泵排出。

对于化学气相沉积设备来说，理想的情况是反应生成物仅在待处理的芯片表面发生化学反应并沉积生成物，而在其他位置(如反应腔室侧壁、芯片支撑平台、气体分布板等)不发生化学反应和沉积作用。但这在实际中，化学反应不可避免地在反应腔室的其他位置发生，由于待沉积物质的晶格结构与反应腔室内部或气体分布板的金属相差较大，因此在这些位置沉积的副产物薄膜致密性和结合力都较差，很容易造成薄膜崩落，进而产生颗粒污染。为了保障设备的性能，就需要频繁对反应腔室内部和气体分布板进行维护，减低了设备的运行效率，加大了设备的运行成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种腔室装置，所述腔室装置在用作化学气相沉积的反应腔室时不易产生颗粒污染，延长了维护周期。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述腔室装置的基片处理设备。

根据本发明实施例的一种腔室装置，包括：腔室本体，所述腔室本体内限定有腔室；气体分布板，所述气体分布板设在所述腔室内以将所述腔室分割为上腔室和下腔室，所述上腔室具有进气口且所述下腔室具有出气口，所述气体分布板上设有将所述上腔室和所述下腔室连通的多个分配孔；和分布板衬板，所述分布板衬板设在所述腔室内且位于所述气体分布板下面，所述分布板衬板上设有多个通孔，所述分布板衬板的下表面上设有第一覆盖层，所述第一覆盖层由第一半导体材料制成。

根据本发明实施例的腔室装置，在用于化学气相沉积时，由于半导体材料的晶格结构与待沉积物质(如氮化硅)的晶格结构相近，因此在分布板内衬上沉积的薄膜致密性和结合力都较好，薄膜不易崩落，因而不易引起颗粒污染，大大增加了对腔室内部和气体分布板进行维护的周期，且维护时仅需要更换分布板内衬即可，减少了维护时间。

另外，根据本发明的腔室装置还具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述分布板衬板的整个表面上均设有所述第一覆盖层。

其中，所述分布板衬板由所述第一半导体材料形成，且所述分布板衬板与所述第一覆盖层一体形成。

所述分布板衬板设在所述气体分布板的下表面上且所述分布板衬板上的通孔与所述气体分布板上的所述分配孔一一对应，以保证气体分布的均匀性。

可选地，所述通孔与所述分配孔的横截面尺寸相同，以进一步保证气体分布的均匀性。

在本发明的另一个实施例中，所述分布板衬板由陶瓷、不锈钢或铝制成，所述第一覆盖层为设在所述分布板衬板的下表面上的第一半导体材料薄膜。

腔室装置进一步包括腔室衬板，所述腔室衬板设在所述下腔室的内周壁上，所述腔室衬板暴露到所述腔室内的内表面上设有第二覆盖层，所述第二覆盖层由第二半导体材料制成。

由此，根据本发明实施例的腔室装置，在用于化学气相沉积时，通过在下腔室的内周壁上设置腔室衬板，并且在腔室衬板上设置半导体覆盖层，使得在腔室衬板沉积的薄膜致密性和结合力都较好，薄膜不易崩落，能够降低设备产生颗粒的数量，延长维护周期，减少维护时长。

可选地，所述腔室衬板的整个表面上均设有所述第二覆盖层。

进一步可选地，所述第二覆盖层为设在所述腔室衬板的表面上的第二半导体材料薄膜。

所述腔室衬板由所述第二半导体材料形成，且所述腔室衬板与所述第二覆盖层一体形成。

可选地，所述分布板衬板和腔室衬板的边缘均被倒圆，以避免在等离子体环境中出现尖端放电现象。

所述第二半导体材料选自多晶硅、III-V族化合物半导体材料，掺杂的III-V族化合物半导体材料、II-VI族化合物半导体材料、和掺杂的II-VI族化合物半导体材料中的一种或多种。

所述第一半导体材料选自多晶硅、III-V族化合物半导体材料，掺杂的III-V族化合物半导体材料、II-VI族化合物半导体材料、和掺杂的II-VI族化合物半导体材料中的一种或多种。

根据本发明第二方面实施例的基片处理设备，包括：腔室装置，所述腔室装置为根据本发明第一方面实施例中所述的腔室装置；能量供给装置，所述能量供给装置所述腔室装置相连用于向所述腔室装置的腔室内供给能量；和载板，所述载板设在所述腔室装置的下腔室内用于承载基片。

可选地，所述能量供给装置通过加热、射频或微波方式将能量供给到所述腔室内。

所述基片处理设备为化学气相沉积设备。

根据本发明实施例的基片处理设备，通过在腔室中设置分布板衬板和腔室衬板，并且采用与待沉积物质的晶格结构相近的半导体覆盖层，使得在分布板内衬和腔室衬板沉积的薄膜致密性和结合力都较好，薄膜不易崩落，因而不易引起颗粒污染。大大增加了对腔室内部和气体分布板进行维护的周期，且维护时仅需要更换分布板内衬和腔室衬板即可，减少了对整个基片处理设备的维护时间，间接增加的设备的运行时长，降低设备的运行成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的腔室装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的基片处理设备的示意图；和

图3是传统的化学气相沉积设备的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1描述根据本发明实施例的一种腔室装置100，用作化学气相沉积的反应腔室，下面以腔室装置用作氮化硅化学气相沉积的反应腔室为例进行说明，当然，根据本发明的腔室装置还可以用作其他待沉积物质的反应腔室。

根据本发明实施例的腔室装置包括：腔室本体1、气体分布板2和分布板衬板3。如图1所示，在腔室本体1内限定有腔室，气体分布板2设在腔室内以将腔室分割为上腔室10a和下腔室10b，上腔室10a具有进气口101且下腔室10b具有出气口102，气体分布板2上设有将上腔室10a和下腔室10b连通的多个分配孔21。分布板衬板3设在腔室内且位于气体分布板2下面，例如可通过金属螺栓将分布板衬板3和气体分布板2连接。其中，分布板衬板3需要有一定的厚度以保证其强度，厚度例如可为1mm～40mm。分布板衬板3上设有多个通孔31，分布板衬板3的下表面上设有第一覆盖层，第一覆盖层由第一半导体材料制成。

根据化学气相沉积的原理，导入反应腔室的气体在外界能量的作用下分解为原子或原子团，这些原子或原子团再结合为需要沉积的物质。沉积物质多为单晶或多晶结构，其晶体生长过程为：随机在固体表面形成籽晶→籽晶长大成为小岛→小岛扩展并连成一片完整的薄膜→薄膜增厚达到预定要求。每种晶体都有固定的晶格结构，在晶格结构相同或相近的物体上生长，其生长速率快，晶体结构相对完整，沉积薄膜致密好，结合力较大；而在晶格结构相差较大或非晶态物体上生长，其生长速率低，晶体在最初生长阶段结构不完整，沉积薄膜的致密性和结合力都较差。

由此，根据本发明实施例的腔室装置，在用于化学气相沉积时，由于半导体材料的晶格结构与待沉积物质(如氮化硅)的晶格结构相近，因此在分布板内衬3上沉积的薄膜致密性和结合力都较好，薄膜不易崩落，因而不易引起颗粒污染，大大增加了对腔室内部和气体分布板进行维护的周期，且维护时仅需要更换分布板内衬3即可，减少了维护时间。

在本发明的一个实施例中，分布板衬板3的整个表面上均设有第一覆盖层，即在分布板衬板3的上表面、左和右侧表面、前和后侧表面上也都设有第一覆盖层，其中第一覆盖层由第一半导体材料制成。在本发明的其中一个示例中，分布板衬板3由第一半导体材料形成，且分布板衬板3与上述第一覆盖层一体形成。

如图1中所示，分布板衬板3设在气体分布板2的下表面上，其中可选地，分布板衬板3的边缘尺寸略小于气体分布板2的尺寸。另外，分布板衬板3上的通孔31与气体分布板2上的分配孔21一一对应，以保证气体分布的均匀性。可选地，通孔31与分配孔21的横截面尺寸相同，以进一步保证气体分布的均匀性。

当然，本发明并不限于此，在本发明的另外一个实施例中，分布板衬板3由陶瓷材料、不锈钢或铝例如表面硬质阳极氧化的铝基材料制成，而第一覆盖层为设在分布板衬板3的下表面上的第一半导体材料薄膜。

在本发明的一些实施例中，如图1中所示，腔室装置100还包括腔室衬板4，腔室衬板4设在下腔室10b的内周壁上，例如腔室衬板4可通过金属螺栓安装到下腔室10b的内周壁上。另外，腔室衬板4的边缘尺寸被设置成略小于下腔室10b的内周壁，并且在其上需要进行必要的通孔设计以满足不干涉下腔室10b的内周壁上的一些附属结构，如观察窗、传动装置、门等。腔室衬板4需要有一定的厚度以保证其强度，厚度例如可为1mm～40mm。腔室衬板4暴露到腔室内的内表面上设有第二覆盖层，第二覆盖层由第二半导体材料制成。其中，第二半导体材料和第一半导体材料可相同，也可以不同。

由此，根据本发明实施例的腔室装置，在用于化学气相沉积时，通过在下腔室10b的内周壁上设置腔室衬板4，并且在腔室衬板4上设置半导体覆盖层，使得在腔室衬板4上沉积的薄膜致密性和结合力都较好，薄膜不易崩落，能够降低设备产生颗粒的数量，延长维护周期，减少维护时长。

在本发明的一个实施例中，腔室衬板4的整个表面上均设有第二覆盖层。其中，第二覆盖层为设在腔室衬板4的表面上的第二半导体材料薄膜。在本发明的其中一个示例中，腔室衬板4由第二半导体材料形成，且腔室衬板4与第二覆盖层一体形成。

在本发明的一些实施例中，分布板衬板3和腔室衬板4的边缘均被倒圆，以避免在等离子体环境中出现尖端放电现象。

其中，第二半导体材料选自多晶硅、III-V族化合物半导体材料，掺杂的III-V族化合物半导体材料、II-VI族化合物半导体材料、和掺杂的II-VI族化合物半导体材料中的一种或多种。

进一步可选地，第一半导体材料选自多晶硅、III-V族化合物半导体材料，掺杂的III-V族化合物半导体材料、II-VI族化合物半导体材料、和掺杂的II-VI族化合物半导体材料中的一种或多种。

下面参考图2描述根据本发明另一方面实施例的基片处理设备，下面描述中仍以氮化硅化学气相沉积设备为例进行说明，当然，根据本发明的基片处理设备还可以用作生产其他种类的沉积薄膜的用途。

根据本发明实施例的基片处理设备包括：腔室装置100、能量供给装置200和载板300，其中，腔室装置100为上述本发明第一方面实施例中描述的腔室装置100。如图2所示，能量供给装置200腔室装置100相连用于向腔室装置100的腔室内供给能量。可选地，能量供给装置200通过加热、射频或微波方式将能量供给到腔室内。载板300设在腔室装置100的下腔室10b内用于承载基片400。

本领域内的普通技术人员可以理解，上述腔室装置100的分布板衬板3和腔室衬板4的材料选择可以根据基片处理设备的不同用途而有所不同，例如基片处理设备生产的沉积薄膜种类而选择相应的内衬材料种类。

根据本发明实施例的基片处理设备，通过在腔室中设置分布板衬板3和腔室衬板4，并且采用与待沉积物质的晶格结构相近的半导体覆盖层，使得在分布板内衬3和腔室衬板4沉积的薄膜致密性和结合力都较好，，薄膜不易崩落，因而不易引起颗粒污染。大大增加了对腔室内部和气体分布板进行维护的周期，且维护时仅需要更换分布板内衬3和腔室衬板4即可，减少了对整个基片处理设备的维护时间，间接增加的设备的运行时长，降低设备的运行成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (16)

1.一种腔室装置，其特征在于，包括：

腔室本体，所述腔室本体内限定有腔室；

气体分布板，所述气体分布板设在所述腔室内以将所述腔室分割为上腔室和下腔室，所述上腔室具有进气口且所述下腔室具有出气口，所述气体分布板上设有将所述上腔室和所述下腔室连通的多个分配孔；和

分布板衬板，所述分布板衬板设在所述腔室内且位于所述气体分布板下面，所述分布板衬板上设有多个通孔，所述分布板衬板的下表面上设有第一覆盖层，所述第一覆盖层由第一半导体材料制成，所述第一半导体材料的晶格结构与待沉积物质的晶格结构相同。

2.根据权利要求1所述的腔室装置，其特征在于，所述分布板衬板的整个表面上均设有所述第一覆盖层。

3.根据权利要求2所述的腔室装置，其特征在于，所述分布板衬板由所述第一半导体材料形成，且所述分布板衬板与所述第一覆盖层一体形成。

4.根据权利要求1所述的腔室装置，其特征在于，所述分布板衬板设在所述气体分布板的下表面上且所述分布板衬板上的通孔与所述气体分布板上的所述分配孔一一对应。

5.根据权利要求4所述的腔室装置，其特征在于，所述通孔与所述分配孔的横截面尺寸相同。

6.根据权利要求1所述的腔室装置，其特征在于，所述分布板衬板由陶瓷、不锈钢或铝制成，所述第一覆盖层为设在所述分布板衬板的下表面上的第一半导体材料薄膜。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的腔室装置，其特征在于，还包括腔室衬板，所述腔室衬板设在所述下腔室的内周壁上，所述腔室衬板暴露到所述腔室内的内表面上设有第二覆盖层，所述第二覆盖层由第二半导体材料制成。

8.根据权利要求7所述的腔室装置，其特征在于，所述腔室衬板的整个表面上均设有所述第二覆盖层。

9.根据权利要求7所述的腔室装置，其特征在于，所述第二覆盖层为设在所述腔室衬板的表面上的第二半导体材料薄膜。

10.根据权利要求8所述的腔室装置，其特征在于，所述腔室衬板由所述第二半导体材料形成，且所述腔室衬板与所述第二覆盖层一体形成。

11.根据权利要求7所述的腔室装置，其特征在于，所述分布板衬板和腔室衬板的边缘均被倒圆。

12.根据权利要求7所述的腔室装置，其特征在于，所述第二半导体材料选自多晶硅、III-V族化合物半导体材料，掺杂的III-V族化合物半导体材料、II-VI族化合物半导体材料、和掺杂的II-VI族化合物半导体材料中的一种或多种。

13.根据权利要求1所述的腔室装置，其特征在于，所述第一半导体材料选自多晶硅、III-V族化合物半导体材料，掺杂的III-V族化合物半导体材料、II-VI族化合物半导体材料、和掺杂的II-VI族化合物半导体材料中的一种或多种。

14.一种基片处理设备，其特征在于，包括：

腔室装置，所述腔室装置为根据权利要求1-13中任一项所述的腔室装置；

能量供给装置，所述能量供给装置所述腔室装置相连用于向所述腔室装置的腔室内供给能量；和

载板，所述载板设在所述腔室装置的下腔室内用于承载基片。

15.根据权利要求14所述的基片处理设备，其特征在于，所述能量供给装置通过加热、射频或微波方式将能量供给到所述腔室内。

16.根据权利要求14所述的基片处理设备，其特征在于，所述基片处理设备为化学气相沉积设备。