CN108950519A - 腔室的内衬和腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种腔室的内衬和腔室。该腔室的内衬包括抽气内衬和均流内衬，所述均流内衬环绕设置于所述抽气内衬的内侧，所述均流内衬至少包括本体和隔离部，所述隔离部上开设有至少两个孔洞，以将所述均流内衬与所述抽气内衬之间的间隙隔离为连通的进气区域与出气区域；所述腔室内的气体经所述进气区域进入所述孔洞进行均流后，进一步通过所述抽气区域连通的排气口排出至所述抽气内衬的外部。该腔室的内衬，实现了对出气口与进气口之间的空间区域的划分，实现了工艺气体及副产物经过匀流后被真空抽走，实现了气体分布的均匀性。

Description

腔室的内衬和腔室
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种腔室的内衬和腔室。
背景技术
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)是半导体工业中应用广泛的用来沉积多种材料的技术，沉积材料包括大范围的绝缘材料、大多数金属材料和金属合金材料。化学气相沉积反应理论为：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。
在CVD反应设备中，腔室内部有基座，基座用于承载和固定置于其上的晶片并将晶片保持在一定温度。气源系统将反应所需气体供入腔室，到达晶片上方。根据气流的方向，CVD反应器主要分为两类：水平式反应器和垂直式反应器。垂直式反应器是气流垂直于晶片表面，水平式反应器是工艺气体平行于晶片表面，工艺气体从晶片一侧流向另一侧。
如图1所示为目前沉积用的一种腔室的内衬的局部结构示意图：真空腔室13中设置基座10、载板定位块11和匀流板12，晶片9置于基座10上方。基座10通过载板定位块11与传输系统定位，进行传输。工艺气体如箭头方向所示由匀流板12上方进入真空腔室13，经过匀流板12多孔匀流后，气体间发生化学反应，生成物附着在晶片9上，未反应的气体及气态生成物最终被真空泵抽走。在该腔室中，工艺气体只在晶片上方的进气口进行了匀流，未在被真空泵抽走前进行匀流，腔室内部气体分布不均匀,压力不稳定,工艺窗口窄,不能实现兼容高低压的工艺。
可见，设计一种腔室内部气体分布均匀,压力稳定，且能兼容高低压工艺的腔室内部成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种腔室的内衬和腔室，有效解决了腔室内部气体分布不均匀,压力不稳定，且不能兼容高低压工艺的问题。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该腔室的内衬，包括抽气内衬和均流内衬，所述均流内衬环绕设置于所述抽气内衬的内侧，所述均流内衬至少包括本体和隔离部，所述隔离部上开设有至少两个孔洞，以将所述均流内衬与所述抽气内衬之间的间隙隔离为连通的进气区域与出气区域；所述腔室内的气体经所述进气区域进入所述孔洞进行均流后，进一步通过与所述抽气区域连通的排气口排出至所述抽气内衬的外部。
优选的是，所述本体与所述抽气内衬同轴心分离设置，所述隔离部位于所述本体与所述抽气内衬之间、且与所述本体垂直设置。
优选的是，所述均流内衬还包括支撑部，所述支撑部与所述本体垂直设置、且位于所述本体的底部，所述支撑部设置于所述抽气内衬的底部内侧。
优选的是，所述孔洞为圆孔，所述圆孔沿所述隔离部的周向均匀分布，且所述圆孔的孔径随其与所述排气口的距离变近而变小。
优选的是，所述孔洞为圆孔，所述圆孔的孔径相同，且所述圆孔在所述隔离部上的分布密度随其与所述排气口的距离变近而减小。
优选的是，所述孔洞为长圆孔，且所述长圆孔在所述隔离部的周向上，相对所述排气口的位置对称设置。
优选的是，所述长圆孔的外径与内径之差与圆弧长度相同。
优选的是，所述孔洞为圆孔、长圆孔、缝隙中的任一种或者上述多种的组合。
一种腔室，包括内衬，所述内衬为上述的内衬，所述抽气内衬环绕设置于所述腔室壁内侧，所述排气口与开设在所述腔室壁上的出气口连通。
优选的是，还包括用于承载晶片的基座，所述基座设置于所述内衬的中空内部；工艺时，所述进气区域位于所述基座的周围，且位于所述晶片下方。
本发明的有益效果是：该腔室的内衬实现了先对未反应的工艺气体及副产物的匀流，之后再被真空泵抽走，从而实现了腔室内气体分布的均匀性和压力的稳定性，实现了兼容高低压的工艺。
附图说明
图1为现有技术中腔室的局部结构示意图；
图2为本发明实施例1中腔室的内衬的局部剖视图；
图3为图2中均流内衬的局部剖视图；
图4为工艺气体在本发明实施例1中腔室的内衬中流动的立体示意图；
图5为本发明实施例1中包括内衬的腔室的剖视图；
图6和图7为工艺气体在图5中腔室中流动示意图；
图8为本发明实施例1中长圆孔的尺寸示意图；
图9为本发明实施例2中包括内衬的腔室的局部剖视图；
图10为工艺气体在实施例2中的腔室中流动的立体示意图；
图1的附图标示中：
9－晶片；10－基座；11－载板定位块；12－匀流板；13－真空腔室；
图2-图9的附图标示中：
401－上盖；402－进气口；403－晶片；404－均流板；405－腔室壁；406－真空泵；407－抽气内衬；408－均流内衬；4081－本体；4082－隔离部；4083－支撑部；409－波纹管组件；410－底部内衬；411－基座；412－机械手；413－出气口；414－孔洞；415－连接区域；416－传输口；417－入气口；418－排气口。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明腔室的内衬和腔室作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种腔室的内衬，腔室通过设置该内衬使得其内部压强稳定，且能兼容高低压工艺，工艺均匀性好。
如图2所示为本实施例中的腔室的内衬的剖视图，该内衬包括抽气内衬407和均流内衬408，均流内衬408环绕设置于抽气内衬407的内侧，抽气内衬407和均流内衬408之间形成间隙，均流内衬408的顶部低于抽气内衬407的顶部，形成入气口417，以便于气体流入间隙；抽气内衬407底部开设有排气口418，以便于气体流出间隙。均流内衬408至少包括本体和隔离部，隔离部上开设有至少两个孔洞，以将均流内衬408与抽气内衬407之间的间隙隔离为连通的进气区域与出气区域；气体经进气区域进入孔洞进行均流后，进一步通过与抽气区域连通的排气口排出至抽气内衬407的外部。该内衬通过均流内衬408实现了先对未反应的工艺气体及副产物的匀流，之后再被真空泵抽走，从而实现了腔室内气体分布的均匀性和压力的稳定性，实现了兼容高低压的工艺。
如图2和图3所示，均流内衬408中本体4081与抽气内衬407同轴心分离设置，隔离部4082位于本体4081与抽气内衬407之间、且与本体4081垂直设置。另外，均流内衬408还包括支撑部4083，支撑部4083与本体4081垂直设置、且位于本体4081的底部，支撑部4083设置于抽气内衬407的底部内侧。均流内衬408与抽气内衬407之间无密封要求，均流内衬408可以设置于如图2所示的底部内衬410上方，也可以直接设置在腔室的底壁上，以获得较好的支撑效果。在有维护需求时，均流内衬408可从腔室上方单独取出进行更换，简化维护方式。抽气内衬407除了能防止工艺气体对腔室侧壁造成腐蚀，还能用于固定均流内衬408，对均流内衬408在高度方向上和周向上进行定位，以实现腔室内气体分布的均匀性。
图3为均流内衬408的剖视图的形象描述：均流内衬408的截面形状为倒F型，倒F型的竖线为本体4081，倒F型处于上方的第一横线为隔离部4082，第二横线为支撑部4083；倒F型上方的第一开口朝向进气区域、中间的第二开口朝向出气区域，即隔离部4082的上方为进气区域的A1空间，隔离部4082与支撑部4083之间为出气区域的A2空间。在隔离部4082部分沿竖直方向开设的孔洞414(以虚线示出)，使得由进气区域至出气区域之间的气体得到均流。
如图4所示，孔洞414可以为长圆孔。在本实施例中，排气口418优选设置在与传输口416相对的位置，隔离部4082中的孔洞414为两个相对于排气口418的位置，在隔离部4082上对称的分布的独立开孔(图4中，在长圆孔形成的连接区域415标识的相对位置处还有一个长圆孔，该长圆孔因本体的遮挡而未能示出)。应该理解的是，图4中为了便于示出支撑部及其开设于支撑部中的孔洞，略去了抽气内衬407的示意。请同时参考图8，图8为本实施例隔离部4082中的长圆孔的示意图，其中：长圆孔的内侧即靠近本体侧的内径R1，外侧即靠近抽气内衬侧的外径R2，沿圆弧的开口长度即圆弧R3，R1、R2和R3共同组成长圆孔，一般取R2-R1＝R3＝20mm。
本实施例中的腔室的内衬，实现了先对未反应的工艺气体及副产物的匀流，之后再被真空泵抽走，从而实现了腔室内气体分布的均匀性和压力的稳定性，实现了兼容高低压的工艺。
相应的，在上述腔室的内衬的基础上，本实施例还提供一种腔室，该腔室包括上述的腔室的内衬。
如图5所示的腔室的剖视图所示，上述内衬环绕设置于腔室壁405内侧，入气口417与腔室内部连通，排气口418与开设在腔室壁405上的出气口413连通。图5中，该腔室还包括用于承载晶片403的基座411，基座411设置于内衬的中空内部；工艺时，进气区域位于基座411的周围，且位于晶片403下方,从而工艺气体可以先在晶片上方发生工艺反应，反应后，未反应的工艺气体及副产物再经由内衬排出。优选的是，腔室壁405在基座411的上方还设置有均流板404，均流板404中开设有多个成阵列排列的开孔，以对从进气口402进入腔室的工艺气体进行匀流。
参考图5，腔室壁405开设有传输口416，传输口416水平贯穿抽气内衬407和均流内衬408，用于将晶片403传入或传出腔室。在晶片403传输时，机械手412经传输口416进入到腔室内部进行取片或者放片。该腔室还包括真空泵406，真空泵406设置于出气口413外并与出气口413相通，一般在腔室的出气口413位置安装管路连接至真空泵406。
该腔室的气体流向具体可进一步参考图6-图7，图6和图7为图5中腔室的内衬的局部剖视图，其中图6为剖切面不通过孔洞414部分的示意图，图7为剖切面通过孔洞414部分的示意图。可见，工艺气体经过上盖401上的进气口402进入到腔室中，通过均流板404的匀流孔到达晶片403表面，在晶片403上方发生反应后，未参加反应的气体与反应副产物从晶片403下方的基座411的周围经过入气口417进入抽气内衬407与均流内衬408之间的间隙，先进入到进气区域的A1空间，然后经过均流内衬408的隔离部中周向分布的孔洞414的均流作用进入到出气区域的A2空间，并在出气区域A2内均匀分布，进而依次经过排气口418和出气口413被真空泵406抽走。
本实施例中的腔室的内衬，实现了先对未反应的工艺气体及副产物的匀流，之后再被真空泵抽走，从而实现了腔室内气体分布的均匀性和压力的稳定性，实现了兼容高低压的工艺。
相应的，由于采用了具有均流效果的内衬，因此该腔室具有较佳的工艺制程效果。
实施例2：
本实施例提供一种腔室的内衬，腔室通过设置该内衬使得腔室内气体分布均匀，压力稳定，且能兼容高低压工艺，工艺制程效果好。
如图9和图10所示，本实施例中腔室的内衬与实施例1中腔室的内衬的区别在于，均流内衬408的隔离部4082上的孔洞414的形状、尺寸和分布密度。
由于内衬的排气口418通过腔室的出气口413与真空泵406直接相连，靠近排气口418的抽气速率较大，因此在匀流时，需要利用孔洞414的尺寸和/或分布密度对其进行补偿，例如减小靠近排气口418出的孔洞414尺寸或分布密度，才能平衡周向上整体的抽气速率，使得未反应的工艺气体及副产物在出气区域A2内均匀分布。如图9所示的孔洞414，调节孔洞414的分布密度或孔径大小与排气口418的距离的变化趋势，可以保证A1空间的气体均匀的被抽走。优选的是，孔洞414的分布密度随着与排气口418的距离变近而减小，即距离排气口418越远，则孔洞414的数量越多，距离排气口418越近，则孔洞414的数量越少；和/或，孔洞414的孔径随着孔洞414与排气口418的距离变近而减小，即距离排气口418越远，则孔洞414的孔径越大；距离排气口418越近，则孔洞414的孔径越小。以上对孔洞414的分布密度的调节和对孔洞414的孔径的调节可选其中之一进行调节，也可以二者同时进行调节，这里不做限定。
如图10所示，孔洞414为圆孔，且沿隔离部的周向均匀分布，数量一般为12-18个，圆孔的直径尺寸随着与排气口的距离变近而减小，最大直径与最小直径之差为8-12mm，一般相差10mm。又或者，圆孔的孔径尺寸相同，分布密度不同，则圆孔孔径一般为20mm以内，且圆孔的分布密度需保证靠近排气口的圆孔数量小于远离排气口的圆孔数量。
容易理解的是，孔洞414也可以为其他形状，或者多种形状的组合，只需使得孔洞面积与抽气量及其抽气速率相适即可，这里不做限制。
本实施例的腔室的内衬，通过更换孔洞的孔径和排布方式，可以根据内衬的排气口418和腔室的出气口413的位置，更好的对未反应的工艺气体及副产物进行匀流，使得腔室内气体分布更均匀，压力更稳定，从而进一步扩大工艺窗口，兼容高低压的工艺。
本实施例中的腔室的内衬实现了先对未反应的工艺气体及副产物的匀流，之后再被真空泵抽走，从而实现了腔室内气体分布的均匀性和压力的稳定性，实现了兼容高低压的工艺。
相应的，由于采用了具有均流效果的内衬，因此该腔室具有较佳的工艺制程效果。
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)

1.一种腔室的内衬，其特征在于，包括抽气内衬和均流内衬，所述均流内衬环绕设置于所述抽气内衬的内侧，所述均流内衬至少包括本体和隔离部，所述隔离部上开设有至少两个孔洞，以将所述均流内衬与所述抽气内衬之间的间隙隔离为连通的进气区域与出气区域；所述腔室内的气体经所述进气区域进入所述孔洞进行均流后，进一步通过与所述抽气区域连通的排气口排出至所述抽气内衬的外部。
2.根据权利要求1所述的内衬，其特征在于，所述本体与所述抽气内衬同轴心分离设置，所述隔离部位于所述本体与所述抽气内衬之间、且与所述本体垂直设置。
3.根据权利要求1所述的内衬，其特征在于，所述均流内衬还包括支撑部，所述支撑部与所述本体垂直设置、且位于所述本体的底部，所述支撑部设置于所述抽气内衬的底部内侧。
4.根据权利要求3所述的内衬，其特征在于，所述孔洞为圆孔，所述圆孔沿所述隔离部的周向均匀分布，且所述圆孔的孔径随其与所述排气口的距离变近而变小。
5.根据权利要求3所述的内衬，其特征在于，所述孔洞为圆孔，所述圆孔的孔径相同，且所述圆孔在所述隔离部上的分布密度随其与所述排气口的距离变近而减小。
6.根据权利要求3所述的内衬，其特征在于，所述孔洞为长圆孔，且所述长圆孔在所述隔离部的周向上，相对所述排气口的位置对称设置。
7.根据权利要求6所述的内衬，其特征在于，所述长圆孔的外径与内径之差与圆弧长度相同。
8.根据权利要求3所述的内衬，其特征在于，所述孔洞为圆孔、长圆孔、缝隙中的任一种或者上述多种的组合。
9.一种腔室，包括内衬，其特征在于，所述内衬为权利要求1-8任一项所述的内衬，所述抽气内衬环绕设置于所述腔室壁内侧，所述排气口与开设在所述腔室壁上的出气口连通。
10.根据权利要求9所述的腔室，其特征在于，还包括用于承载晶片的基座，所述基座设置于所述内衬的中空内部；工艺时，所述进气区域位于所述基座的周围，且位于所述晶片下方。
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