CN105719929B - 反应腔室和半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应腔室和一种半导体加工设备，所述反应腔室包括具有第一入气口和第一排气口的腔体，所述腔体内设置有基座和隔热罩，所述隔热罩将所述腔体内的空间分隔为反应子腔和隔离子腔，所述反应子腔设置有贯穿所述隔热罩的第二入气口和贯穿所述隔热罩的第二排气口，所述基座设置在所述反应子腔内，所述反应腔室还包括凸起结构，所述凸起结构的上表面凸出于所述腔体的底壁，所述隔热罩的底部支撑在所述凸起结构上，且所述隔热罩的底部与所述凸起结构相接触的面积小于所述隔热罩的底部面积，以使得所述隔热罩的底部的至少一部分与所述腔体的底壁分离。本发明能够提高基座周围温度场的均匀性。

Description

反应腔室和半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种反应腔室和包括该反应腔室的半导体加工设备。

背景技术

外延生长是在单晶衬底(基片)上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层的方法。生长外延层有多种方法，但采用最多的是气相外延工艺。外延工艺的反应腔室提供用于进行外延生长的空间，根据其进气方式分为水平式和竖直式两种反应腔室。

图1是常见的水平式外延反应腔室的结构示意图。气体由腔体10的入气口进入，反应后的气体由腔体10的排气口排出，虚线箭头表示气流方向。基座20放置在腔体10内部，支撑件50穿过腔体的底壁10b与基座20相连，并在旋转机构的带动下带动基座20旋转。

由于外延反应需要高温，基座20通常被加热到上千度，其散热就会非常的快，而腔体10的外侧及法兰的侧面则要求温度不能太高，以保证周围的装置的安全，因此腔体10外部设置冷却机构。这样就会导致腔体10内外温差极大，内部的温场极为不均匀，影响到工艺的均匀性。

为了解决这一问题，现有技术中提出一种反应腔室的结构，如图2和图3所示，在基座20周围设置一层U型的隔热罩60，在工艺过程中，由于隔热罩60的隔热作用，可以减小隔热罩60外的低温对隔热罩60内基座20周围温度场的影响。但是这种结构的不足之处在于：由于腔体的底壁10b温度通常较低，因而，支撑在腔体的底壁10b上的隔热罩60本身的温度存在较大梯度分布，从而使得基座20周围的温度场分布不均匀，进而影响工艺结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应腔室和一种半导体加工设备，以提高基座周围的温度场的温度均匀性。

为了实现上述目的，本发明提供一种反应腔室，包括具有第一入气口和第一排气口的腔体，所述腔体内设置有基座和隔热罩，所述隔热罩将所述腔体内的空间分隔为反应子腔和隔离子腔，所述反应子腔设置有贯穿所述隔热罩的第二入气口和贯穿所述隔热罩的第二排气口，所述基座设置在所述反应子腔内，所述反应腔室还包括凸起结构，所述凸起结构的上表面凸出于所述腔体的底壁，所述隔热罩的底部支撑在所述凸起结构上，且所述隔热罩的底部与所述凸起结构相接触的面积小于所述隔热罩的底部面积，以使得所述隔热罩的底部的至少一部分与所述腔体的底壁分离。

优选地，所述凸起结构设置在所述腔体的底壁的两端，所述隔热罩的底部的两端支撑在所述凸起结构上。

优选地，所述反应腔室包括进气管和排气管，所述进气管的出口处设置有第一法兰，所述腔体的第一入气口处设置有第二法兰，所述第一法兰和所述第二法兰对接；所述排气管的入口处设置有第三法兰，所述腔体的第一排气口处设置有第四法兰，所述第三法兰和所述第四法兰对接，所述第一法兰和所述第三法兰的内壁的底面均凸出于所述腔体的底壁表面，以形成所述凸起结构。

优选地，所述腔体的顶壁的两端分别超出底壁的两端。

优选地，所述腔体的顶壁的两端分别超出所述隔热罩的两端。

优选地，所述第二法兰的连接端面为斜面，所述第一法兰的连接端面为与所述第二法兰相配合的斜面；所述第四法兰的连接端面为斜面，所述第三法兰的连接端面为与第四法兰相配合的斜面，所述第二法兰的连接端面和所述第四法兰的连接端面由所述腔体的顶壁至底壁的方向逐渐朝向腔体的中部倾斜。

优选地，所述隔热罩包括隔热顶壁、隔热底壁和连接在所述隔热顶壁和隔热底壁之间的隔热侧壁，所述隔热底壁形成为所述隔热罩的底部。

优选地，所述腔体的底壁上设置有第一通孔，所述隔热底壁上设置有第二通孔，所述基座的底部与同时穿过所述第一通孔和所述第二通孔的支撑件相连。

优选地，制成所述隔热罩和所述腔体的材料包括石英。

相应地，本发明还提供一种半导体加工设备，该半导体加工设备包括本发明所提供的上述反应腔室。

在本发明中，隔热罩的底部只有一部分与所述凸起结构相接触，从而使得隔热罩底部的另一部分与温度较低的腔体的底壁分离，而现有技术中，隔热罩的底部全部支撑在腔体的底壁上，因此，相对于现有技术，本发明中的隔热罩受到腔体的底壁或凸起结构的低温影响较小，从而提高了基座所在的反应子腔的温度均匀性，进而改善了工艺效果。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中反应腔室的结构示意图；

图2是现有技术中一种改进的反应腔室的主剖示意图；

图3是图2中反应腔室的侧视图；

图4是本发明的实施方式中提供的反应腔室的主剖示意图；

图5是图4中的反应腔室的侧视图。

其中，附图标记为：10、腔体；11、反应子腔；12、隔离子腔；10a、腔体的顶壁；10b、腔体的底壁；20、基座；30、本发明中的隔热罩；31、隔热顶壁；32、隔热底壁；33、隔热侧壁；41、第一法兰；42、第二法兰；43、第三法兰；44、第四法兰；50、支撑件；60、现有技术中的隔热罩。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个发明，提供一种反应腔室，如图4和图5所示，包括具有第一入气口和第一排气口的腔体10，腔体10内设置有基座20和隔热罩30，隔热罩30将腔体10内的空间分隔为反应子腔11和隔离子腔12，反应子腔11设置有贯穿隔热罩30的第二入气口和贯穿隔热罩30的第二排气口，基座20设置在反应子腔11内，所述反应腔室还包括凸起结构，所述凸起结构的上表面凸出于腔体10的底壁10b，隔热罩30的底部支撑在所述凸起结构上，且隔热罩30的底部与所述凸起结构相接触的面积小于隔热罩30的底部面积，以使得隔热罩30的底部的至少一部分与腔体10的底壁分离。

本发明中的反应腔室尤其适用于外延生长工艺，在工艺过程中，进气机构向第一入气口通入工艺气体，该工艺气体通过反应子腔11的第二入气口通入至基座20上方进行工艺反应，反应后的气体由反应子腔11的第二排气口以及腔体10的第一排气口排出。

在本发明中，隔热罩30的底部只有一部分与所述凸起结构相接触，从而使得隔热罩30底部的另一部分与温度较低的腔体的底壁10b分离，而现有技术中，隔热罩30的底部全部支撑在腔体的底壁10b上，腔体的底壁10b的低温对隔热罩30上温度分布影响较大。本发明中的隔热罩30与凸起结构的接触面积较小，即使所述凸起结构的温度较低，也不会对本发明中隔热罩30上温度分布产生过多影响，从而提高了基座20所在的反应子腔11的温度均匀性，进而改善了工艺效果。

应当理解的是，隔热罩30的底部是指，将隔热罩30支撑在腔体10的底壁10b上时，隔热罩30与腔体10的底壁10b相接触的部分。例如，隔热罩30可以包括隔热顶壁和连接在该隔热顶壁两侧的隔热侧壁，即，隔热罩30的侧面剖视图形成为倒“U”形，此时，隔热罩30的底部为所述隔热侧壁的底端。

本发明对所述凸起结构的位置不做限制，只要能够支撑隔热罩30且与隔热罩30底部相接触的部分面积小于隔热罩30底部的总面积即可。作为本发明的一种具体实施方式，所述凸起设置在腔体的底壁10b的两端，隔热罩30的底部的两端支撑在所述凸起结构上，从而使得隔热罩30保持稳定。

为了便于腔体10与进气机构和排气机构的连接，所述反应腔室还可以包括进气管和排气管，如图4所示，所述进气管的出口处设置有第一法兰41，腔体10的第一入气口处设置有第二法兰42，第一法兰41和第二法兰42对接；所述排气管的入口处设置有第三法兰43，腔体10的第一排气口处设置有第四法兰44，第三法兰43和第四法兰44对接，第一法兰41和第三法兰43的内壁的底面均凸出于腔体的底壁10b表面，以形成为所述凸起结构。隔热罩30的两端可以支撑在第一法兰41和第三法兰43的内壁底端，利用第一法兰41和第三法兰43形成为所述凸起结构的设置方式的好处在于，不需要单独设置凸起结构，从而简化了反应腔室的结构。

为了便于所述反应腔室的安装，优选地，如图4所示，腔体10的顶壁10a的两端分别超出底壁10b的两端。可以理解的是，隔热罩30的两端分别超出腔体的底壁10b的两端，以便于支撑在第一法兰41和第三法兰43上。在安装所述反应腔室时，可以先将基座20和隔热罩30放置在腔体10内，然后将腔体10自上而下降落，直至第一法兰41和第二法兰42对接、第三法兰43和第四法兰44对接，并紧密固定。由于隔热罩30的两端分别超出腔体10的底壁的两端，且第一法兰41和第三法兰43的内壁的底面均凸出于腔室10的底壁表面，因此，在第一法兰41和第三法兰43的支撑作用下，隔热罩30离开腔体的底壁10b，从而减小腔体的底壁10b的低温对隔热罩30本身的温度分布的影响。

进一步优选地，如图4所示，腔体的顶壁10a的两端分别超出隔热罩30的两端，因此，当设置有基座20和隔热罩30的腔体10从上而下降落的过程中，隔热罩30不会碰到第一法兰41和第三法兰43的顶端。

当腔室的顶壁10a两端超出底壁10b设置时，第二法兰42和第四法兰44的连接端面可以为平面，也可以为弧形面。为了便于加工制作，优选地，如图4所示，第二法兰42的连接端面为斜面，第一法兰41的连接端面为与第二法兰42相配合的斜面；第四法兰44的连接端面为斜面，第三法兰43的连接端面为与第四法兰44相配合的斜面；第二法兰42和第四法兰44的连接端面由腔体的顶壁10a至底壁10b的方向逐渐朝向腔体10的中部倾斜。腔体10下降直至第一法兰41与第二法兰42对接、第三法兰43与第四法兰44对接时，由于第一法兰41和第三法兰43的连接端面的限定作用，腔体10无法继续下降，以便于将第一法兰41和二法兰42、第三法兰43和第四法兰44紧密对接。

当然，第二法兰42、第四法兰44的连接端面也可以均为形成有弯折的面，只要腔体的顶壁10a两端超出底壁10b两端即可。

如上文中所述，隔热罩30可以包括隔热顶壁和设置在隔热顶壁两侧的隔热侧壁，这时，隔热顶壁、隔热侧壁和腔室的底壁10b共同围成反应子腔，腔室的底壁10b和反应子腔11内气体产生一定的热交换。为了进一步减少腔室的底壁10b对反应子腔11内的温度影响，如图5所示，隔热罩30包括隔热顶壁31、隔热底壁32和连接在隔热顶壁31和隔热底壁32之间的隔热侧壁33，隔热底壁32形成为隔热罩30的底部，即，隔热底壁32可以支撑在所述凸起结构上。当法兰40内壁的底端形成为所述凸起结构时，隔热底壁32的两端支撑在法兰40内部的底端，而隔热底壁32位于第一法兰41和第三法兰43之间的部分并不与腔室的底壁10b接触，隔热顶壁31、隔热底壁32和隔热侧壁33围成反应子腔，因此，在隔热底壁32的隔热作用下，减少了腔室的底壁10b与反应子腔内气体进行的热交换，从而提高了反应子腔内的温度均匀性，进而提高了工艺效果。

在进行外延生产工艺时，用于反应的基片设置基座20上，基座20通常在旋转机构的带动下进行旋转，以提高工艺的均匀性。具体地，当隔热罩30包括隔热底壁32时，隔热底壁32上设置有第二通孔，腔体的底壁10b上设置有第一通孔，基座20的底部与同时穿过第一通孔和第二通孔的支撑件50相连。支撑件50可以连接在旋转机构和基座20之间，在旋转机构的动力作用下，支撑件50带动基座20旋转，且在支撑件50的支撑作用下，基座20与隔热底壁32分离，以便于基座20的转动，同时减小隔热底壁32对基座20的温度影响。

安装反应腔室时，需要首先将隔热罩30由腔体10第一入气口或第一排气口推入腔体10内，然后将基板20设置于隔热罩30形成的反应子腔11内，通过调整使得第一通孔、第二通孔以及基板10底面用于连接支撑件50的槽相对应。再通过升降系统带动腔体10降落至固定的第一法兰41和第三法兰43之间，由于第一法兰41和第三法兰43的内壁的底面凸出于腔体10的底壁表面，因而将隔热底壁32撑起，从而与腔体的底壁10b分离，此时可以将第二法兰42与第一法兰41固定、第四法兰44与第三法兰43固定，并使用密封件进行密封。支撑件50穿过第一通孔和第二通孔与基座20底面相连，通过支撑件50上升可以使得基座20与隔热底壁32分离。

如上文中所述，本发明中的所述反应腔室尤其适用于外延生长工艺，优选地，制成隔热罩30和腔体10的材料可以包括石英，从而防止工艺过程中反应气体受到污染。

上述为对本发明提供的反应腔室的描述，可以看出，隔热罩的底部两端可以支持在第一法兰和第三法兰的内壁上，因而，隔热罩在第一法兰和第三法兰之间的部分与腔体的底壁分离，因此即使腔室的底壁温度较低，也不会对基座周围(即，反应子腔内)的温度场产生过多的影响；并且，隔热罩还可以包括隔热底壁，在隔热底壁的隔热作用下，进一步减少了腔室的底壁与反应子腔进行的热交换，提高了反应子腔内的温度均匀性，进而提供工艺效果。

作为本发明的另一方面，提供一种半导体加工设备，该半导体加工该设备包括本发明所述的上述反应腔室。如上文中所述，所述反应腔室包括进气管和排气管，所述半导体加工设备还可以包括通过进气管向所述反应腔室的通入气体的进气机构，以及通过排气管进行排气的排气机构。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种反应腔室，包括具有第一入气口和第一排气口的腔体，所述腔体内设置有基座和隔热罩，所述隔热罩将所述腔体内的空间分隔为反应子腔和隔离子腔，所述反应子腔设置有贯穿所述隔热罩的第二入气口和贯穿所述隔热罩的第二排气口，所述基座设置在所述反应子腔内，其特征在于，所述反应腔室还包括凸起结构，所述凸起结构的上表面凸出于所述腔体的底壁，所述隔热罩的底部支撑在所述凸起结构上，且所述隔热罩的底部与所述凸起结构相接触的面积小于所述隔热罩的底部面积，以使得所述隔热罩的底部的至少一部分与所述腔体的底壁分离，所述隔热罩至少包括隔热顶壁和设置在隔热顶壁两侧的隔热侧壁，且所述隔热顶壁设置于所述腔体的顶壁与所述基座之间。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述凸起结构设置在所述腔体的底壁的两端，所述隔热罩的底部的两端支撑在所述凸起结构上。

3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室包括进气管和排气管，所述进气管的出口处设置有第一法兰，所述腔体的第一入气口处设置有第二法兰，所述第一法兰和所述第二法兰对接；所述排气管的入口处设置有第三法兰，所述腔体的第一排气口处设置有第四法兰，所述第三法兰和所述第四法兰对接，所述第一法兰和所述第三法兰的内壁的底面均凸出于所述腔体的底壁表面，以形成所述凸起结构。

4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述腔体的顶壁的两端分别超出底壁的两端。

5.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述腔体的顶壁的两端分别超出所述隔热罩的两端。

6.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述第二法兰的连接端面为斜面，所述第一法兰的连接端面为与所述第二法兰相配合的斜面；所述第四法兰的连接端面为斜面，所述第三法兰的连接端面为与第四法兰相配合的斜面，所述第二法兰的连接端面和所述第四法兰的连接端面由所述腔体的顶壁至底壁的方向逐渐朝向腔体的中部倾斜。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的反应腔室，其特征在于，所述隔热罩包括隔热顶壁、隔热底壁和连接在所述隔热顶壁和隔热底壁之间的隔热侧壁，所述隔热底壁形成为所述隔热罩的底部。

8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述腔体的底壁上设置有第一通孔，所述隔热底壁上设置有第二通孔，所述基座的底部与同时穿过所述第一通孔和所述第二通孔的支撑件相连。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述的反应腔室，其特征在于，制成所述隔热罩和所述腔体的材料包括石英。

10.一种半导体加工设备，其特征在于，该半导体加工设备包括权利要求1至9中任意一项所述的反应腔室。