CN107304474B - 一种反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

一种反应腔室及半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供的反应腔室及半导体加工设备，本发明提供的反应腔室，在反应腔室的一侧设置有进气装置，用于向所述反应腔室内输送工艺气体，在所述反应腔室内设置有第一匀流板，所述第一匀流板和所述进气装置之间形成有气体缓冲区；所述第一匀流板上设置有多个气体通道，以使所述气体缓冲区内的工艺气体经过所述气体通道均匀地输送至所述工艺区域。本发明提供的反应腔室，可以提高反应腔室内工艺区域的气流场的均匀性，从而可以提高衬底的工艺均匀性，进而可以提高工艺质量。

Description

一种反应腔室及半导体加工设备
技术领域
本发明属于半导体设备制造领域，具体涉及一种反应腔室及半导体加工设备。
背景技术
化学气相沉积设备是一种被广泛用于在衬底表面上生长外延层的半导体外延设备，其主要利用反应气体在高温环境下相互反应在衬底表面形成外延层。外延片的厚度、掺杂浓度和组分的均匀性是评价外延片质量的重要指标之一，而反应腔室内气流场的均匀性是影响外延片的均匀性的重要因素之一。
图1为现有的水平式反应腔室的结构示意图。图2为图1所示的反应腔室的左视图。请一并参阅图1和图2，反应腔室10为矩形腔室，在反应腔室10的左侧壁上设置有进气装置11，与左侧壁相对的右侧壁上设置有排气端12，反应气体经由进气装置11进入反应腔室10，且沿平行衬底表面方向自排气端12排出反应腔室10，在实际应用中，为提高反应腔室10内气流场的均匀性，通常在工艺过程中旋转承载衬底的承载装置，以及采用均匀的进气结构使得反应气体均匀地进入反应腔室。
然而，采用上述反应腔室10在实际应用中不可避免地存在以下问题：由于进气装置11在反应腔室10的侧壁上沿反应腔室10宽度方向设置，其长度L1未覆盖反应腔室10的整个宽度L，如图2所示，这会造成在反应腔室10的进气装置11的沿反应腔室10宽度方向的两侧形成有死角13和14，反应气体自进气装置11进入反应腔室10后，由于空间迅速变大造成死角13和14的反应气体浓度与其他区域的浓度差变大，因而形成反应气体向死角13和14扩散的反向扩散，这就容易在死角13和14处分别形成涡流15和16，如图3所示，因而造成反应腔室内气流场均匀性差，从而造成衬底的工艺均匀性差，进而造成工艺质量差。
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，提出了一种反应腔室及半导体加工设备，其可以提高反应腔室内工艺区域气流场的均匀性，从而可以提高衬底的工艺均匀性，进而可以提高工艺质量。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种反应腔室，在所述反应腔室的一侧设置有进气装置，用于向所述反应腔室内输送工艺气体，在所述反应腔室内设置有第一匀流板，所述第一匀流板和所述进气装置之间形成有气体缓冲区；所述第一匀流板上设置有多个气体通道，以使所述气体缓冲区内的工艺气体经过所述气体通道均匀地输送至工艺区域。
优选地，所述反应腔室内且位于所述进气装置和所述第一匀流板之间还设置有第二匀流板；所述第二匀流板与所述进气装置、所述第一匀流板之间均存在预设间距，以将所述气体缓冲区划分为第一缓冲区和第二缓冲区；所述第二匀流板上设置有多个气体通道，用于将所述第一缓冲区和所述第二缓冲区相连通。
优选地，所述反应腔室还包括：安装板，与所述第一匀流板的侧壁固定连接，且与所述反应腔室的内壁相平行。
优选地，所述反应腔室还包括：安装板，与所述第一匀流板和所述第二匀流板的侧壁均固定连接，且与所述反应腔室的内壁相平行。
优选地，所述安装板的数量与所述第一匀流板的侧壁数量相同，为多个，且二者一一对应。
优选地，所述多个安装板均朝向在所述第一匀流板的同一侧设置，且相邻两个所述安装板固定连接。
优选地，所述反应腔室为矩形腔室，所述进气装置设置在所述反应腔室的左侧壁或右侧壁上，用于沿趋于水平方向向所述反应腔室内输送工艺气体。
优选地，在所述反应腔室内设置有承载装置；所述第一匀流板和/或所述第二匀流板在水平面上的正投影形状和与之相对的所述承载装置的外边缘在水平面上的正投影形状相一致。
本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供上述反应腔室。
优选地，所述半导体加工设备包括化学气相沉积设备。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的反应腔室，借助第一匀流板将反应腔室划分为气体缓冲区和工艺区域，在向反应腔室内输送工艺气体时，进气装置高速喷射出的工艺气体首先进入气体缓冲区，工艺气体在该气体缓冲区内进行缓冲使得工艺气体的气流比较稳定，之后工艺气体再经过第一匀流板上设置的气体通道进入反应腔室的工艺区域，这与现有技术相比，工艺区域内的气流场较稳定，即工艺区域为气体稳流区，因此，提高了工艺区域气流场的稳定性，从而使得工艺区域内的工艺气体分布较均匀，进而提高工艺质量。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，可以提高反应腔室内工艺区域的气流场的均匀性，从而可以提高衬底的工艺均匀性，进而可以提高工艺质量。
附图说明
图1为现有的水平式反应腔室的结构示意图；
图2为图1所示的反应腔室的左视图；
图3为在图1所示的反应腔室内气流场模拟气流线迹图；
图4a为本发明实施例提供的反应腔室的第一种结构示意图；
图4b为图4a所示的反应腔室中的第一匀流件和安装板的结构示意图；
图4c为图4a所示的反应腔室中的第一匀流件的结构示意图；
图5a为本发明实施例提供的反应腔室的第二种结构示意图；
以及
图5b为图5a所示的反应腔室中的第一匀流件、第二匀流件和安装板的结构示意图；
图5c为第一匀流板或第二匀流板的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。
图4a为本发明实施例提供的反应腔室的第一种结构示意图；图4b为图4a所示的反应腔室中的第一匀流件和安装板的结构示意图；图4c为图4a所示的反应腔室中的第一匀流件的结构示意图；请一并参阅图4a～图4c，本实施例提供的反应腔室20为矩形腔室，包括进气装置21、排气装置22和第一匀流板23，在反应腔室20内设置有用于承载衬底的承载装置24。其中，进气装置21设置在反应腔室20的左侧壁上，而排气装置22设置在反应腔室的右侧壁上，用以沿趋于水平方向的方向向反应腔室20内输送工艺气体。当然，在实际应用中，进气装置21设置在反应腔室20的右侧壁上，而排气装置22设置在反应腔室的左侧壁上，用以沿趋于水平方向的方向向反应腔室20内输送工艺气体。
第一匀流板23与进气装置21之间形成有气体缓冲区A，第一匀流板23设置在反应腔室20内且距离进气装置21预设间距L的位置处，该预设间距L形成气体缓冲区A，进气装置21输送的工艺气体会直接进入该气体缓冲区A内。
第一匀流板23上设置有多个气体通道231，气体通道231将气体缓冲区和反应腔室20内的工艺区域B连通。
本实施例提供的反应腔室，借助如上设置的第一匀流板23将反应腔室20划分为气体缓冲区A和工艺区域B，在向反应腔室20内输送工艺气体时，进气装置21高速喷射出的工艺气体首先进入气体缓冲区A，工艺气体在该气体缓冲区A内进行缓冲使得工艺气体的气流比较稳定之后，再经过第一匀流板23上设置的气体通道231进入反应腔室的工艺区域B，这与现有技术相比，工艺区域B内的气流场较稳定，即工艺区域B为气体稳流区，因此，提高了工艺区域B气流场的稳定性，从而使得工艺区域内的工艺气体分布较均匀，进而提高工艺质量。
在本实施例中，反应腔室20还包括：安装板25，与第一匀流板23的侧壁固定连接，且与反应腔室20的内壁相平行，所谓第一匀流板23的侧壁是指以气体通道231所在端面为上下表面而言的。借助安装板25可便于直接将第一匀流板23放置在反应腔室20内，不需要设置部件将第一匀流板23固定在反应腔室20的内壁上，因此，反应腔室20的组装和拆卸简单。
优选地，安装板25的数量与第一匀流板23的侧壁的数量相同，为多个，且二者一一对应。具体地，请参阅图4b，由于反应腔室20为矩形腔室，因此，第一匀流板23的侧壁数量为4个，安装板25的数量也为四个。
进一步优选地，多个安装板25均朝向第一匀流板23的同一侧设置，且相邻两个安装板25固定连接，如图4b所示，四个安装板25和第一匀流板23形成一侧面开口且具有一定空间的壳体，其能够实现将第一匀流板23稳定地放置在反应腔室20内。
还优选地，第一匀流板23的形状与其所在反应腔室20的截面形状相匹配，这样，可以避免工艺气体在第一匀流板23和反应腔室20的内壁之间的间隙泄露，而造成不便于气体的匀流控制。
另外，优选地，第一匀流板23和安装板25均采用耐工艺温度且耐腐蚀材料制成，以提高其使用寿命和避免在反应腔室20内产生副产物。具体地，该材料包括但不限于石英和碳化硅。
需要说明的是，本发明并不局限于上述安装板25的设置数量和位置，凡是能够将第一匀流板23稳定地放置在反应腔室20内均属于本发明的保护范围。
实施例2
图5a为本发明实施例提供的反应腔室的第二种结构示意图；图5b为图5a所示的反应腔室中的第一匀流件、第二匀流件和安装板的结构示意图，请一并参阅图5a和图5b，本实施例提供的反应腔室20同样包括：进气装置21、排气装置22、第一匀流板23和承载装置24，由于其结构和位置关系已经在上述实施例1中做出了详细的描述，在此不再赘述。
下面仅针对本实施例和上述实施例1的不同点进行描述。具体地，在本实施例中，在反应腔室20内且位于进气装置21和第一匀流板23之间还设置有第二匀流板26；第二匀流板26与进气装置21、第一匀流板23之间分别存在预设间距L1和L2，以将气体缓冲区A划分为第一缓冲区A1和第二缓冲区A2，即预设间距L1形成第一缓冲区A1，预设间距L1形成第一缓冲区A2；第二匀流板26上设置有多个气体通道261，用于将第一缓冲区A1和第二缓冲区A2相连通。可以理解，本实施例中借助两个缓冲区A1和A2依次对工艺气体进行缓冲，可对进气装置21输送的工艺气体进行两次缓冲，使得第二缓冲区A2内的工艺气体相对上述实施例1中的气体缓冲区A更加稳定，因此，可进一步提高工艺区域B气流场的稳定性，从而使得工艺区域内的工艺气体分布更加均匀，进而进一步提高工艺质量。
在本实施例中，优选地，安装板25与第一匀流板23和第二匀流板26的侧壁均固定连接，且与反应腔室20的内壁相平行，如图5b所示，借助安装板25可便于直接将第一匀流板23和第二匀流板26一起放置在反应腔室20内，不需要设置部件将第一匀流板23和第二匀流板26均固定在反应腔室20的内壁上，因此，反应腔室20的组装和拆卸简单。
另外，优选地，第一匀流板23、第二匀流板26和安装板25均采用耐工艺温度且耐腐蚀材料制成。
需要说明的是，在上述实施例1和实施例2中，第一匀流板23和第二匀流板26均为板状，但是，本发明并不局限于此，图5c为第一匀流板或第二匀流板的另一种结构示意图，请参阅图5c，图5c所示的第一匀流板或第二匀流板在水平面上的正投影形状和与之相对的承载装置24的外边缘在水平面上的正投影形状相一致，这样，第一匀流板23或第二匀流板26各个位置距离靠近进气装置21的承载装置24外侧壁之间的垂直距离相等，因此，有助于提高承载装置24上方区域(即，工艺区域)内工艺气体的均匀性。
还需要说明的是，第一匀流板23上设置的气体通道231和第二匀流板26上设置的气体通道261的截面形状、通气截面积、设置数量和设置位置根据实际情况具体设置，来满足工艺区域的工艺气体区域均匀的要求。
作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明上述实施例提供的反应腔室。
具体地，半导体加工设备包括但不限于化学气相沉积设备。
本实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明上述实施例提供的反应腔室，可以提高反应腔室内气流场的均匀性，从而可以提高衬底的工艺均匀性，进而可以提高工艺质量。
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，在所述反应腔室的一侧设置有进气装置，用于向所述反应腔室内输送工艺气体，其特征在于，在所述反应腔室内设置有第一匀流板，所述第一匀流板和所述进气装置之间形成有气体缓冲区；
所述第一匀流板上设置有多个气体通道，以使所述气体缓冲区内的工艺气体经过所述气体通道均匀地输送至工艺区域；
在所述反应腔室内设置有承载装置；
所述第一匀流板在水平面上的正投影形状和与之相对的所述承载装置的外边缘在水平面上的正投影形状相一致；
所述第一匀流板各个位置距离所述承载装置外侧壁之间的垂直距离相等。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室内且位于所述进气装置和所述第一匀流板之间还设置有第二匀流板；
所述第二匀流板与所述进气装置、所述第一匀流板之间均存在预设间距，以将所述气体缓冲区划分为第一缓冲区和第二缓冲区；
所述第二匀流板上设置有多个气体通道，用于将所述第一缓冲区和所述第二缓冲区相连通。
3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括：安装板，与所述第一匀流板的侧壁固定连接，且与所述反应腔室的内壁相平行。
4.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括：安装板，与所述第一匀流板和所述第二匀流板的侧壁均固定连接，且与所述反应腔室的内壁相平行。
5.根据权利要求3或4所述的反应腔室，其特征在于，所述安装板的数量与所述第一匀流板的侧壁数量相同，为多个，且二者一一对应。
6.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述多个安装板均朝向在所述第一匀流板的同一侧设置，且相邻两个所述安装板固定连接。
7.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室为矩形腔室，所述进气装置设置在所述反应腔室的左侧壁或右侧壁上，用于沿趋于水平方向向所述反应腔室内输送工艺气体。
8.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述第二匀流板在水平面上的正投影形状和与之相对的所述承载装置的外边缘在水平面上的正投影形状相一致。
9.一种半导体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-8任意一项所述的反应腔室。
10.根据权利要求9所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备包括化学气相沉积设备。
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