CN110400768B - 反应腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种反应腔室，包括腔体、设置在腔体内的基座，还包括进气装置，该进气装置包括与所述基座的承载面相垂直的出气面，出气面上设置有中心出气口组、中间出气口组和边缘出气口组；其中，中心出气口组、中间出气口组和所述边缘出气口组分别与基座的中心区域、中间区域和边缘区域一一对应。通过本发明解决了大尺寸基板外延生长薄膜厚度分布不均匀，以及均匀性可调性差的问题。

Description

反应腔室
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种反应腔室。
背景技术
目前，随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工能力。而随着市场需求的变化，待加工晶片尺寸和反应腔室体积越来越大，如何保证工艺气体快速均匀的分布是本领域亟待解决的一个问题。
如图1所示为现有反应腔室的结构示意图，其中反应腔室1’为圆形腔室，其前端装配有进气装置2’，后端转配有排气装置3’；进一步，如图2与图3分别为现有进气装置的后视图与前视图；工艺气体分别由第一进气管路21’、第二进气管路22’进入进气装置主体中，第一进气管路21’中的工艺气体从第一进气口23’进入工艺腔室；第二进气管路22’的工艺气体分成两路，这两路气体分别从第二进气口24’、第三进气口25’进入工艺腔室。进一步，第一进气管路21’、第二进气管路22’上装有气体流量调节阀，从而能够控制各路气体流量大小。
第一进气口23’、第二进气口24’以及第三进气口25’的区域较大，只能针对小尺寸基板控制工艺气体，但是对于大尺寸基板(包括半径为200mm、300mm或者300mm以上的基板)无法精确控制工艺气体在基板上的分布。现有技术中，仅能通过第一进气管路21’和第二进气管路22’对基板上方气流进行调节，气流控制性较差，导致基板中心点、1/2R(R为基板半径，1/2R为基板半径中心)处厚度均匀性可调性较差，无法满足大尺寸基板的要求。
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，以提高大尺寸基板工艺气体沉积的均匀性。
为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，包括腔体、设置在所述腔体内的基座，还包括进气装置，所述进气装置包括与所述基座的承载面相垂直的出气面，所述出气面上设置有中心出气口组、中间出气口组和边缘出气口组；其中，
所述中心出气口组、所述中间出气口组和所述边缘出气口组分别与所述基座的中心区域、中间区域和边缘区域一一对应。
优选地，所述中心出气口组、所述中间出气口组和所述边缘出气口组均包括一个或者多个出气口，且各组所述出气口组中的出气口的总横向宽度与所述出气口组对应的基座区域的径向宽度相等。
优选地，所述中间出气口组的总横向宽度小于等于所述中心出气口组的总横向宽度；所述边缘出气口组的总横向宽度大于等于所述中心出气口组的总横向宽度。
优选地，所述中间出气口组为两组，分别位于所述中心出气口组的两侧，且每组中间出气口组的中心与所述中心出气口组的中心的距离均等于所述基座的半径的二分之一。
优选地，所述进气装置还包括与所述中心出气口组、所述中间出气口组和所述边缘出气口组一一对应设置的三条进气管路，每条所述进气管路上均设置有流量控制装置。
优选地，所述进气管路包括中间进气管路，在所述中间进气管路上设置有调压阀。
优选地，所述进气装置还包括：的中心均流板组、中间均流板组和边缘均流板组，三者分别与所述中心出气口组、所述中间出气口组和所述边缘出气口组一一对应，且每组所述均流板组上均设置有均流孔。
优选地，所述中心均流板组、中间均流板组和边缘均流板组上的所述均流孔的直径相同，所述中心均流板组上的所述均流孔的数量均大于所述中间均流板组以及所述边缘均流板组上的所述均流孔的数量。
优选地，每条所述进气管路和与其对应的出气口组之间还设置有至少一条进气通道。
优选地，三条所述进气管路的总流量等于预设流量值。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的反应腔室，包括腔体、进气装置以及设置在腔体的基座，进气装置包括与基座的承载面相垂直的出气面，出气面上设置的中心出气口组、中间出气口组和边缘出气口组分别与基座的中心区域、中间区域和边缘区域一一对应。通过在进气装置上设置与基座中心区域、中间区域和边缘区域一一相对应的出气口组，尤其是中间出气口组的设置，使基板表面工艺气体的气流分布能够得到精确控制，从而解决了大尺寸基板外延生长薄膜厚度分布不均匀的问题。
附图说明
图1为现有反应腔室的一种结构示意图；
图2为现有进气装置的后视图；
图3为现有进气装置的前视图；
图4为本发明实施例一提供的反应腔室中进气装置的结构示意图；
图5为本发明实施例一提供的反应腔室中基座区域划分示意图；
图6为本发明实施例二提供的反应腔室中进气装置的结构示意图；
图7为本发明实施例三提供的反应腔室中进气装置的结构示意图。
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进行详细描述。
实施例一
本实施例一提供了一种反应腔室，包括腔体(图中未示)、进气装置1以及设置在腔体内的基座2，如图4所示，为本发明实施例一提供的反应腔室中进气装置的结构示意图，其中，进气装置1包括与基座2的承载面相垂直的出气面11，出气面11上设置有中心出气口组12、中间出气口组13和边缘出气口组14；其中，中心出气口组12、中间出气口组13和边缘出气口组14分别与基座2的中心区域A、中间区域B和边缘区域C一一对应。
具体地，如图5所示为本发明实施例一提供的反应腔室中基座的区域划分示意图，其中基座2上具有三个区域，分别为中心区域A、中间区域B和边缘区域C，中间区域B位于中心区域A两侧，边缘区域C位于中间区域B两侧。
具体地，中心出气口组12、中间出气口组13和边缘出气口组14均包括一个或者多个出气口，且各组出气口组中的出气口的总横向宽度与出气口组对应的基座区域的径向宽度相等。进一步，各组出气口组中的出气口包括：中心出气口组中所有出气口，而各组出气口组中的出气口的总横向宽度为各组出气口组中所有出气口的横向宽度之和，比如，中间出气口组13中的所有出气口的总横向宽度与中间区域B的径向宽度相等。本实施例中，将各组出气口组中的出气口的总横向宽度设置成与出气口组对应的基座区域的径向宽度相等，可以保证各个出气口组的出气口的输出的工艺气体可以覆盖与其对应的基座区域，保证了基座不同区域的工艺气体的均匀性。
进一步，中间出气口组13的总横向宽度小于等于中心出气口组12的总横向宽度；边缘出气口组14的总横向宽度大于等于中心出气口组12的总横向宽度。本实施例一中，将中间出气口组13的总横向宽度设置为小于或等于中心出气口组12的总横向宽度，边缘出气口组14的总横向宽度设置为大于等于中心出气口组12的总横向宽度，可以有效控制与基座中间区域对应的气流的影响范围。
进一步，中间出气口组13为两组，分别位于中心出气口组12的两侧，且每组中间出气口组13的中心与中心出气口组12的中心的距离均等于基座2的半径的二分之一。本实施例一中，将中间出气口组的中心与中心出气口组的中心的距离设置为基座的半径的二分之一，可以有效控制基座半径二分之一处气流的均匀性。
本发明实施例提供的反应腔室，包括腔体、进气装置以及设置在腔体的基座，进气装置包括与基座的承载面相垂直的出气面，出气面上设置的中心出气口组、中间出气口组和边缘出气口组分别与基座的中心区域、中间区域和边缘区域一一对应。通过在进气装置上设置与基座中心区域、中间区域和边缘区域一一相对应的出气口组，尤其是中间出气口组的设置，使基板表面工艺气体的气流分布能够得到精确控制，从而解决了大尺寸基板外延生长薄膜厚度分布不均匀的问题。
实施例二
如图6所示为本发明实施例二提供的反应腔室中进气装置的结构示意图，相对于图5所示实施例，本实施例二的进气装置中，还包括与中心出气口组、中间出气口组和边缘出气口组一一对应设置的三条进气管路3，每条进气管路3上均设置有流量控制装置(图中未示)。具体地，三条进气管路包括：中心进气管路31、中间进气管路32以及边缘进气管路33。本实施例二中，分别为中心出气口组、中间出气口组和边缘出气口组分别设置进气管路，每条进气管路上设置流量控制装置，可以有效保证每个出气口组的出气流量的可控性。
进一步，进气管路3包括中间进气管路32，在中间进气管路32上设置有调压阀(图中未示)。具体地，中间进气管路是与中间出气口组对应设置的进气管路，而在中间进气管路上设置调压阀可以有效地调节中间出气口组的出气流量。
进一步，每条进气管路3和与其对应的出气口组之间还可以设置有至少一条进气通道(图中未示)，比如，中心进气管路31与中心出气口组12之间具有一条中心进气通道，中间进气管路32与中间出气口组13之间具有两条中间进气通道，边缘进气管路33与边缘出气口组14之间具有两条边缘进气通道；具体地，进气通道可以在进气装置的本体中，而进气管路3设置在进气装置外部；本实施例二，通过在进气管路和与其对应的出气口组之间设置至少一条进气通道，可以进一步提高了进气管路中气体的可控性。
具体地，三条进气管路3的总流量等于预设流量值，预设流量值可以根据工艺要求进行不同的设定，比如，预设流量值为40slm，中间进气管路的气体流量为12slm，则另外两条管路的气体流量总共为28slm。
本实施例二中，在每根进气管路上设置流量控制装置，便于对进入进气装置的每个进气管路中的工艺气体进行流量调节，以解决均匀性可调节性差的问题。进一步，通过在中间进气管路上设置调压阀，能够独立控制由中间进气通道进入腔室的工艺气体的流量而不受其他管路流量变化的影响。
实施例三
如图7所示为本发明实施例三提供的反应腔室中进气装置的结构示意图，相对于图5所示实施例，本实施例三提供的进气装置中，还包括：中心均流板组4、中间均流板组5和边缘匀流板组6，三者分别与中心出气口组12、中间出气口组13和边缘出气口组14一一对应，且每组均流板组上均设置有均流孔7。本实施例三提供的反应腔室的进气装置，通过在各个出气口组上设置均流板组，进一步保证了各组出气口组的出气的均匀性。
进一步，中心均流板组4、中间均流板组5和边缘均流板组6上的均流孔7的直径相同，中心均流板组4上的均流孔7的数量均大于中间均流板组5以及边缘均流板组6上的均流孔7的数量。
本实施例三提供的反应腔室，可以在每组出气口组上设置与其对应的均流板，且在每组均流板组上均设置有均流孔，保证了各组出气口组的出气的均匀性。进一步，通过在中心均流板组、中间均流板组以及边缘均流板组上设置直径相同，数量不同的均流孔，起到基座各区工艺气体匀流的作用。下面参照图7对本发明中工艺气体的流向进行详细介绍：
工艺气体依次通过中心进气管路31、中心进气通道流入进气模块，经由进气模块1的中心出气口组12分区进入腔室，进入腔室的工艺气体在基板2上方形成如图5所示与中心区域A相对应的反应区。工艺气体通过中间进气管路32、中间进气通道，经由进气模块的中间出气口组13进入腔室，中间出气口组13的各个出气口在进气模块内部连通且与相互独立，工艺气体在基板2上方形成如图5所示的与两个中间区域B相对应的反应区。工艺气体通过边缘进气管路33、边缘进气通道，经由进气模块的、边缘出气口组14进入腔室，边缘进气通道在进气模块内部连通且分别与中间进气通道、中心进气通道保持独立，从边缘进气通道进入腔室的工艺气体在基板上方形成如图5所示的与两个边缘区域C相对应的反应区。与中心区域A相对应的反应区的工艺气体流量大小可通过中心进气管路的质量流量控制器进行调节，与中间区域B相对应的反应区的工艺气体流量大小可以通过中间进气管道的质量流量控制器进行调节，与边缘区域C相对应的反应区的工艺气体可以通过边缘进气管路的质量流量控制器进行调节。综上，可以调节中心进气管路31、中间进气管路32、边缘进气管路33的气流大小从而调节中心区域A、中间区域B、边缘区域C的气流大小和分布来控制基板外延膜的均匀性。进一步，由于中间进气管路的流量能独立控制，不受其他进气管路气体流量变化的影响，因此在能够精确控制基板1/2R(R为基板的半径)位置外延薄膜厚度的情况下，通过调节中心进气管路和边缘进气管路的流量改善中心区域和边界区域的厚度分布。例如：进气总流量40slm，中间进气管路的气体流量为12slm，则中心进气管路和边缘进气管路的流量总共28slm。
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 (8)

1.一种反应腔室，包括腔体、设置在所述腔体内的基座，其特征在于，还包括进气装置，所述进气装置包括与所述基座的承载面相垂直的出气面，所述出气面上设置有沿所述进气装置的宽度方向排布的中心出气口组、中间出气口组和边缘出气口组；其中，
所述中心出气口组、所述中间出气口组和所述边缘出气口组分别与所述基座的中心区域、中间区域和边缘区域一一对应；
所述进气装置还包括与所述中心出气口组、所述中间出气口组和所述边缘出气口组一一对应设置的三条进气管路，每条所述进气管路上均设置有流量控制装置；
每条所述进气管路和与其对应的出气口组之间还设置有至少一条进气通道。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述中心出气口组、所述中间出气口组和所述边缘出气口组均包括一个或者多个出气口，且各组所述出气口组中的出气口的总横向宽度与所述出气口组对应的基座区域的径向宽度相等。
3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述中间出气口组的总横向宽度小于等于所述中心出气口组的总横向宽度；所述边缘出气口组的总横向宽度大于等于所述中心出气口组的总横向宽度。
4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述中间出气口组为两组，分别位于所述中心出气口组的两侧，且每组中间出气口组的中心与所述中心出气口组的中心的距离均等于所述基座的半径的二分之一。
5.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述进气管路包括中间进气管路，在所述中间进气管路上设置有调压阀。
6.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述进气装置还包括：中心均流板组、中间均流板组和边缘均流板组，三者分别与所述中心出气口组、所述中间出气口组和所述边缘出气口组一一对应，且每组所述均流板组上均设置有均流孔。
7.根据权利要求6所述的反应腔室，其特征在于，所述中心均流板组、中间均流板组和边缘均流板组上的所述均流孔的直径相同，所述中心均流板组上的所述均流孔的数量均大于所述中间均流板组以及所述边缘均流板组上的所述均流孔的数量。
8.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，三条所述进气管路的总流量等于预设流量值。
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