CN109706435A - 腔室盖组件、工艺腔室和半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腔室盖组件、工艺腔室和半导体处理设备。腔室盖组件包括腔室盖和进气组件，进气组件与腔室盖密闭连通，用于将至少两种反应气体从腔室的外侧引入到腔室的内侧，进气组件包括：至少两个相互独立的进气管道，其分别与各自的反应气源连通；第一进气件，其与腔室盖连接，第一进气件设置有至少两个进气通道，分别与其所对应的进气管道连通；防腐进气转接件，位于第一进气件和腔室盖之间，其一端与腔室密闭连通，另一端与全部进气通道密闭连通，至少两种反应气体进入到防腐进气转接件内混合反应。将多种反应气体送入到防腐进气转接件内发生混合反应，可以避免反应气体的提前混合，从而避免反应气体对腔室盖以及第一进气件的腐蚀。

Description

腔室盖组件、工艺腔室和半导体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种腔室盖组件和一种包括该腔室盖组件的工艺腔室以及一种包括该工艺腔室的半导体处理设备。

背景技术

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用广泛的用来沉积多种材料的技术，例如大范围的绝缘材料、大多数金属材料以及大多数金属合金材料。从理论上来说，两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们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，气源系统将反应所需气体供入腔室环境中，经过匀流板对气体的匀流，到达晶片上方。

一般的CVD反应，往往需要两种或者以上的气体进行反应。多种气体单独进入到腔室会有混合时间短，不均匀的问题，导致工艺均匀性不好；为了保证气体能够有很好的均匀性，在进入工艺腔室前先混合，一起通过匀流装置进入工艺腔室；但是有一些气体混合之后会有强腐蚀性，导致零件失效、密封失效，产生颗粒，影响工艺结果。

图1为现有技术中腔室盖组件的结构示意图。该腔室盖组件100包括腔室盖110、进气件121、进气管道122、匀流板160和喷淋头170，腔室盖110可以通过紧固件固定在软接件180上，并通过密封圈137与其密封连接，进气件121通过密封圈131与腔室盖110密封连接，进气管道122与进气件121相互连通，匀流板160通过紧固件142与腔室盖110固定连接，喷淋头170通过紧固件144与腔室盖110固定连接。反应气体A和反应气体B通过进气管路122，进入到进气件121内，并在该进气件121内发生混合，反应气体混合后进入到匀流板160的匀流腔162和喷淋头170的喷淋腔171内。

但是，上述结构的腔室盖组件100中，混合气体通过腔室盖110和进气件121时，会对腔室盖110和进气件121造成腐蚀，产生颗粒，影响工艺结果。另外，当腔室盖110造成腐蚀需要更换时，往往需要将上方的阀组、水路、进气管路等拆除，维护复杂，时间长，成本高。再次，混合气体直接进入到匀流腔161和喷淋腔171内，会对其造成较强的冲击力，这会导致匀流板160和喷淋头170的中心出现腐蚀，从而会影响对混合气体的匀流作用。

因此，如何设计一种能够避免腔室盖腐蚀的腔室盖组件成为本领域亟待解决的技术问题。

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，提出了一种腔室盖组件、一种包括该腔室盖组件的工艺腔室以及一种包括该工艺腔室的半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种腔室盖组件，位于腔室上方，所述腔室盖组件包括腔室盖和进气组件，所述进气组件与所述腔室盖密闭连通，用于将至少两种反应气体从腔室的外侧引入到腔室的内侧，所述进气组件包括：

至少两个相互独立的进气管道，其分别与各自的反应气源连通；

第一进气件，所述第一进气件与所述腔室盖连接，所述第一进气件设置有至少两个进气通道，所述进气通道分别与其所对应的所述进气管道连通；

防腐进气转接件，所述防腐进气转接件位于所述第一进气件和所述腔室盖之间，所述防腐进气转接件的一端与所述腔室密闭连通，另一端与全部所述进气通道密闭连通，所述至少两种反应气体进入到所述防腐进气转接件内混合反应，以防止混合反应后的产物对所述进气组件产生腐蚀。

优选地，所述防腐进气转接件内设有混合腔，所述混合腔具有出气口和至少两个进气口，所述进气口分别与所对应的所述进气通道密闭连通，所述混合腔的出气口与所述腔室盖的内侧密闭连通。

优选地，所述腔室盖组件还包括紧固件；所述第一进气件、所述防腐进气转接件上分别设有相对应的安装通孔，且所述腔室盖上设有与所述安装通孔相对应的安装孔；所述紧固件穿过所述安装通孔到达所述安装孔，以将所述第一进气件、所述防腐进气转接件和所述腔室盖三者固定连接在一起。

优选地，所述腔室盖的内侧设置有容纳腔，所述腔室盖组件还包括沿进气方向依次设置的内衬和匀流板，所述内衬和所述匀流板均设置在所述容纳腔内，且所述内衬与所述腔室盖和所述防腐进气转接件密封连接；在所述进气方向上，所述内衬和所述腔室盖之间具有内衬腔，所述匀流板和所述内衬之间具有匀流腔；所述内衬上设置有通气孔，所述通气孔与所述混合腔的所述出气口密闭连通，以使得所述第一进气件与所述匀流腔密闭连通。

优选地，所述通气孔的尺寸沿所述进气方向依次增大。

优选地，所述进气组件包括第二进气件，所述第二进气件与所述腔室盖密封连接，且所述第二进气件与所述内衬腔连通，用于单独向腔室内通入惰性气体。

优选地，所述腔室盖组件还包括喷淋头，所述喷淋头设置有多个喷淋孔，所述匀流板与所述喷淋头连通。

优选地，所述防腐进气转接件、所述匀流板和所述喷淋头中的至少一者由陶瓷材料或聚醚醚酮材料制作形成。

本发明的第二方面，提供了一种工艺腔室，所述工艺腔室包括腔室本体和与所述腔室本体连接的腔室盖组件，所述腔室盖组件包括前文记载的所述腔室盖组件。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，所述半导体处理设备包括工艺腔室，所述工艺腔室包括前文记载的所述的工艺腔室。

本发明的腔室盖组件，设置有上述的防腐进气转接件以及进气管道，将多种反应气体送入到防腐进气转接件内，才发生混合反应，因此，可以避免反应气体的提前混合与反应，从而可以避免反应气体对腔室盖以及第一进气件的腐蚀，提高经济效益。

本发明的工艺腔室，具有前文记载的腔室盖组件的结构，其中的反应气体通过相互独立的进气管道进入到防腐进气转接件内，在该防腐进气转接件内发生混合，因此，能够避免反应气体的提前混合，避免反应气体对腔室盖造成腐蚀。另外，当该腔室盖组件还设置有第二进气件时，还可以向内衬腔通入惰性气体，保证内衬腔的压力高于匀流腔内的压力，从而避免反应气体发生渗透，进一步避免反应气体对腔室盖造成腐蚀。再次，该结构的腔室盖组件，通过第二进气件，在工艺结束后，可以对内衬腔进行同步抽真空，避免工艺腔室内部高压小腔的问题，使得工艺腔室更快恢复。除此之外，内衬上的通气孔呈喇叭形，避免了反应气体对匀流板的冲击且保证了气体更好的混合。最后，对该结构的腔室盖组件进行维护时，仅需拆除匀流板、喷淋头即可实现更换内衬，避免了腔室盖及其附件的拆除，维护更加方便，成本更低。

本发明的半导体处理设备，其中的工艺腔室具有前文记载的腔室盖组件的结构，因此，能够避免反应气体的提前混合，避免反应气体对腔室盖造成腐蚀。除此之外，内衬上的通气孔呈喇叭形，避免了反应气体对匀流板的冲击且保证了气体更好的混合。最后，对该结构的腔室盖组件进行维护时，仅需拆除匀流板、喷淋头即可实现更换内衬，避免了腔室盖及其附件的拆除，维护更加方便，成本更低。

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为现有技术中腔室盖组件的结构示意图；

图2为本发明中腔室盖组件的结构示意图；

图3为本发明中腔室盖组件的局部示意图。

附图标记说明

100：腔室盖组件；

110：腔室盖；

111：容纳腔；

120：进气组件；

121：第一进气件；

122：进气管道；

123：防腐进气转接件；

123a：混合腔；

123b：出气口；

123c：进气口；

124：第二进气件；

(131，132，133，134，135，136，137)：密封圈；

(141，142，143，144)：紧固件；

150：内衬；

151：内衬腔；

152：通气孔；

160：匀流板；

161：匀流腔；

170：喷淋头；

171：喷淋腔；

180：软接件。

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。

如图2和图3所示，本发明的第一方面，涉及一种腔室盖组件100，其位于腔室上方。其中，该腔室盖组件100包括腔室盖110和进气组件120，该进气组件120与腔室盖110密闭连通，以用于将至少两种反应气体从腔室的外侧引入到腔室的内侧。也就是说，当将该结构的腔室盖组件100应用到工艺腔室时，该进气组件120可以将反应气体从工艺腔室的外部引入到工艺腔室内部。

上述进气组件120包括至少两个相互独立的进气管道122，其分别与各自的反应气源(图中并未示出)连通，以向进气组件120内提供反应气体。

上述进气组件120还包括第一进气件121。其中，该第一进气件121与腔室盖110连接，且在该第一进气件121设置有至少两个进气通道(未标号)，该进气通道分别与其所对应的进气管道122连通。换句话说，进气通道与进气管道122是一一对应的关系，每个进气通道连通与其所对应的进气管道122，以向进气通道内引入反应气体。

上述进气组件120还包括防腐进气转接件123。其中，该防腐进气转接件123位于第一进气件121和腔室盖110之间，防腐进气转接件123的一端与腔室密闭连通，另一端与与全部进气通道密闭连通(例如，可以在进气通道与防腐进气转接件123相接触的地方安装有密封圈131，以实现防腐进气转接件123与全部进气通道密闭连通)，至少两种反应气体进入到防腐进气转接件123内混合反应，以防止混合反应后的产物对进气组件120或者腔室盖110产生腐蚀。

具体地，如图2所示，进气组件120包括两个相互独立的进气管道122，其中一个进气管道122用于向与其对应的进气通道内送入反应气体A，另一个进气管道122用于向与其对应的进气通道内送入反应气体B。反应气体A和反应气体B经过进气通道的引导后均流入防腐进气转接件123，两者得以在防腐进气转接件123内发生混合反应，最终由防腐进气转接件123将混合反应后的混合气体送入腔室内侧，以供工艺使用。

需要说明的是，对于防腐进气转接件123的具体结构并没有作出限定，例如，该防腐进气转接件123可以有与进气通道相对应的入口以及将混合后的混合气体送入腔室内侧的出口。当然，防腐进气转接件123还可以是其他具体的结构，其只要能够满足实现接收多个进气通道的多个反应气体，并将该多个反应气体混合后送入腔室内侧即可。

应当理解的，上述的反应气体中，往往包括腐蚀性的气体，因此，上述防腐进气转接件123的制作材料应当满足耐腐蚀性。

本实施例结构的腔室盖组件100，设置有上述的防腐进气转接件123以及进气管道122，将多种反应气体送入到防腐进气转接件123内，才发生混合反应，因此，可以避免反应气体的提前混合与反应，从而可以避免反应气体对腔室盖110以及第一进气件121等的腐蚀，提高经济效益。

优选地，如图2所示，上述防腐进气转接件123内设有混合腔123a，该混合腔123a具有出气口123b和至少两个进气口123c。其中，进气口123c分别与所对应的进气通道密闭连通，混合腔123a的出气口123b与腔室盖110的内侧密闭连通。

本实施例结构的腔室盖组件100，是防腐进气转接件123的一种具体结构，从多个进气通道送入到防腐进气转接件123内的多种反应气体(例如，反应气体A和反应气体B)，在该防腐进气转接件123的混合腔123a内得以混合反应，最终，混合后的混合气体通过出气口123b送入到腔室盖110内侧，以送入腔室内侧。因此，本实施例结构的腔室盖组件100，可以进一步地避免反应气体的提前混合与反应，从而可以避免反应气体对腔室盖110以及第一进气件121的腐蚀，提高经济效益。

优选地，如图2和图3所示，上述腔室盖组件100还包括紧固件141，上述第一进气件121、防腐进气转接件123上分别设置有相对应的安装通孔(未标号)，上述腔室盖110上设有与安装通孔相对应的安装孔(未标号)，该紧固件141穿过安装通孔到达安装孔，以将第一进气件121、防腐进气转接件123以及腔室盖110三者固定连接在一起。为了实现腔室盖110与防腐进气转接件123的密封，可以在两者接触的位置设置有密封圈132。

本实施例结构的腔室盖组件100，第一进气件121和防腐进气转接件123在腔室盖110的外侧与腔室盖110固定连接。这样，在反应气体从腔室盖110外侧进入到腔室盖110内侧的过程中，反应气体全程与腔室盖110无接触。因此，本实施例结构的腔室盖组件100，可以进一步地避免反应气体对腔室盖100腐蚀，提高经济效益。

优选地，上述腔室盖110的内侧设置有容纳腔111。其中，上述腔室盖组件100还包括沿进气方向依次设置的内衬150和匀流板160，该内衬150和匀流板160均设置在容纳腔111内，且内衬150与腔室盖110和防腐进气转接件123密封连接。例如，内衬150与腔室盖110之间设置有密封圈133，实现内衬150与腔室盖110的密封连接，内衬150与防腐进气转接件123之间设置有密封圈134，实现内衬150与防腐进气转接件123的密封连接。内衬150可以通过紧固件142与腔室盖110固定连接。

其中，在进气方向上，内衬150和腔室盖110之间具有内衬腔151，匀流板160和内衬150之间具有匀流腔161。该内衬150上设置有通气孔152，该通气孔152与混合腔123a的出气口123b密闭连通(例如，可以在出气口123b和通气孔152相接触的地方设置上述的密封圈134)，以使得第一进气件121与匀流腔161密闭连通。

本实施例结构的腔室盖组件100，从混合腔123a混合反应后的混合气体，通过内衬150上的通气孔152进入到匀流腔161内，由于内衬150与腔室盖110之间设置有上述的密封圈132，因此，混合气体不会进入到内衬腔151中，从而能够进一步地避免混合气体对腔室盖110等的腐蚀，提高经济效益。

优选地，上述通气孔152的尺寸沿进气方向依次增大。

本实施例结构的腔室盖组件100，其中的通气孔152的尺寸沿进气方向依次增大，也就是说，该通气孔152的形状呈喇叭形。这样，当从混合腔123a的出气口123b流出的混合气体，通过内衬150上的通气孔152进入到匀流腔161内时，由于通气孔152的尺寸沿进气方向依次增大，因此，可以降低混合气体的流速，避免混合气体对匀流板160的冲击，且更加利于混合气体的匀流。因此，可以进一步地避免混合气体对腔室盖110等的腐蚀，提高经济效益。

应当理解的是，上述通气孔152的形状除了上述的喇叭形之外，还可以是其他形状，只要能够满足通气孔152的底部尺寸大于顶部尺寸即可，例如，通气孔152的形状可以是抛物线型等。

优选地，如图2和图3所示，上述进气组件120还包括第二进气件124。其中，该第二进气件124与腔室盖110密封连接，第二进气件124与内衬腔151连通，用于单独向腔室内通入惰性气体。具体地，该第二进气件124可以通过紧固件143与腔室盖110固定连接，同时，第二进气件124与腔室盖110所连接的表面处可以设置有密封圈135。

这样，在工艺时，反应气体A和反应气体B分别通过进气管道122进入进气通道，之后依次经过防腐进气转接件123、内衬150后进入到匀流腔161内。惰性气体(例如，氮气)通过第二进气件124通入内衬腔151，以使得内衬腔151的压力大于匀流腔161内的气体压力，从而减缓并避免反应气体向内衬腔151的渗透，进一步避免腔室盖110等被腐蚀的现象发生。此外，在工艺结束后，内衬腔151和腔室可以同步抽真空，避免腔室内有其他压力小腔室存在。

优选地，上述腔室盖组件100还包括喷淋头170。其中，该喷淋头170设置有多个喷淋孔，上述的匀流板160与喷淋头170连通，该喷淋头170可以通过紧固件144与固定在腔室盖110上，并且通过密封圈136与腔室盖110密封连接。

这样，从混合腔123a的出口123b流出的混合气体，依次经过匀流腔161和喷淋腔171的匀流作用，可以保证工艺上的均匀性，提高产品制作良率。

优选地，上述防腐进气转接件123、匀流板160和喷淋头170中的至少一者由陶瓷材料或聚醚醚酮材料制作形成。

如图2所示，上述的腔室盖组件100还可以包括软接件180，这样，上述结构的腔室盖110可以通过螺钉等紧固件固定到该软接件180上，并通过密封圈137实现与软接件180的密封。

本发明的第二方面，涉及一种工艺腔室(图中并未示出)。其中，该工艺腔室包括腔室本体和与腔室本体连接的腔室盖组件100，该腔室盖组件100包括前文记载的腔室盖组件100。

本实施例结构的工艺腔室，具有前文记载的腔室盖组件100的结构，其中的反应气体通过相互独立的进气管道122进入到防腐进气转接件123内，在防腐进气转接件123内发生混合，因此，能够避免反应气体的提前混合，避免反应气体对腔室盖110等造成腐蚀。另外，当该腔室盖组件100还设置有第二进气件124时，还可以向内衬腔151通入惰性气体，保证内衬腔151的压力高于匀流腔161内的压力，从而避免反应气体发生渗透，进一步避免反应气体对腔室盖110造成腐蚀。再次，该结构的腔室盖组件100，通过第二进气件124，在工艺结束后，可以对内衬腔151进行同步抽真空，避免工艺腔室内部高压小腔的问题，使得工艺腔室更快恢复。除此之外，内衬150上的通气孔152呈喇叭形，避免了反应气体对匀流板160的冲击且保证了气体更好的混合。最后，对该结构的腔室盖组件100进行维护时，仅需拆除匀流板160、喷淋头170即可实现更换内衬150，避免了腔室盖110及其附件的拆除，维护更加方便，成本更低。

本发明的第三方面，涉及一种半导体处理设备(图中并未示出)。其中，该半导体处理设备包括工艺腔室，该工艺腔室包括前文记载的工艺腔室。

本实施例结构的半导体处理设备，其中的工艺腔室具有前文记载的腔室盖组件100的结构，因此，能够避免反应气体的提前混合，避免反应气体对腔室盖110等造成腐蚀。除此之外，内衬150上的通气孔152呈喇叭形，避免了反应气体对匀流板160的冲击且保证了气体更好的混合。最后，对该结构的腔室盖组件100进行维护时，仅需拆除匀流板160、喷淋头170即可实现更换内衬150，避免了腔室盖110及其附件的拆除，维护更加方便，成本更低。

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)

1.一种腔室盖组件，位于腔室上方，所述腔室盖组件包括腔室盖和进气组件，所述进气组件与所述腔室盖密闭连通，用于将至少两种反应气体从腔室的外侧引入到腔室的内侧，其特征在于，所述进气组件包括：

至少两个相互独立的进气管道，其分别与各自的反应气源连通；

第一进气件，所述第一进气件与所述腔室盖连接，所述第一进气件设置有至少两个进气通道，所述进气通道分别与其所对应的所述进气管道连通；

防腐进气转接件，所述防腐进气转接件位于所述第一进气件和所述腔室盖之间，所述防腐进气转接件的一端与所述腔室密闭连通，另一端与全部所述进气通道密闭连通，所述至少两种反应气体进入到所述防腐进气转接件内混合反应，以防止混合反应后的产物对进气组件产生腐蚀。

2.根据权利要求1所述的腔室盖组件，其特征在于，所述防腐进气转接件内设有混合腔，所述混合腔具有出气口和至少两个进气口，所述进气口分别与所对应的所述进气通道密闭连通，所述混合腔的出口与所述腔室盖的内侧密闭连通。

3.根据权利要求2所述的腔室盖组件，其特征在于，所述腔室盖组件还包括紧固件；所述第一进气件、所述防腐进气转接件上分别设有相对应的安装通孔，且所述腔室盖上设有与所述安装通孔相对应的安装孔；所述紧固件穿过所述安装通孔到达所述安装孔，以将所述第一进气件、所述防腐进气转接件和所述腔室盖三者固定连接在一起。

4.根据权利要求2所述的腔室盖组件，其特征在于，所述腔室盖的内侧设置有容纳腔，所述腔室盖组件还包括沿进气方向依次设置的内衬和匀流板，所述内衬和所述匀流板均设置在所述容纳腔内，且所述内衬与所述腔室盖和所述防腐进气转接件密封连接；在所述进气方向上，所述内衬和所述腔室盖之间具有内衬腔，所述匀流板和所述内衬之间具有匀流腔；所述内衬上设置有通气孔，所述通气孔与所述混合腔的所述出气口密闭连通，以使得所述第一进气件与所述匀流腔密闭连通。

5.根据权利要求4所述的腔室盖组件，其特征在于，所述通气孔的尺寸沿所述进气方向依次增大。

6.根据权利要求4所述的腔室盖组件，其特征在于，所述进气组件包括第二进气件，所述第二进气件与所述腔室盖密封连接，且所述第二进气件与所述内衬腔连通，用于单独向腔室内通入惰性气体。

7.根据权利要求4所述的腔室盖组件，其特征在于，所述腔室盖组件还包括喷淋头，所述喷淋头设置有多个喷淋孔，所述匀流板与所述喷淋头连通。

8.根据权利要求7所述的腔室盖组件，其特征在于，所述防腐进气转接件、所述匀流板和所述喷淋头中的至少一者由陶瓷材料或聚醚醚酮材料制作形成。

9.一种工艺腔室，所述工艺腔室包括腔室本体和与所述腔室本体连接的腔室盖组件，其特征在于，所述腔室盖组件包括权利要求1至8任意一项所述的腔室盖组件。

10.一种半导体处理设备，所述半导体处理设备包括工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室包括权利要求9所述的工艺腔室。