CN110854047A - 工艺腔室以及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工艺腔室，涉及半导体工艺技术领域，所述腔室包括：腔体以及设置在所述腔体内的进气机构；所述腔体的侧壁的内表面为圆周面，所述腔体底部设置有排气口，所述进气机构设置在所述腔体的顶部；其中，所述进气机构包括：多个第一输气管路，且所述第一输气管路均与所述进气机构连通；多个所述第一输气管路输出的气流形成围绕所述腔体的轴线的环形气流。本发明还提供了一种半导体加工设备。采用本发明的工艺腔室，其基片表面上各处的工艺气体浓度一致，提高了基片表面上各个区域的成膜均匀性。

Description

工艺腔室以及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，具体涉及一种工艺腔室以及半导体加工设备。

背景技术

在扩散工艺中，晶圆的膜厚均匀性是非常重要的工艺指标，影响其均匀性的因素主要包括腔室温度以及及晶圆表面的工艺气体的浓度分布。腔室温度主要通过温控系统调整。工艺气体则经由进气系统输送至晶圆表面，通过调整工艺气体的流向以及流速等，控制晶圆表面的工艺气体的浓度分布。

现有技术中，腔室内设置有晶舟，晶舟上设置有从上至下依次排布的多个晶圆。腔室内的进气口位于腔室顶壁的中心区域，且进气口垂直向下朝向晶圆，因此，工艺气体经进气系统进入腔室后，也是以垂直向下的方式向腔室内扩散。然而，由于垂直向下的进气方式，进气口位于顶壁的中心区域，因此工艺气体在刚进入腔室时，其中心的流速较大，会冲击顶层晶圆的表面，并且，晶圆表面中心的工艺气体流速较快，停留时间较短，导致顶层晶圆中心成膜的厚度小于边缘成膜的厚度；另外，晶圆与腔室的侧壁之间的间隙远大于晶圆之间的间隙，即腔室边缘的工艺气体流量大于晶圆之间的工艺气体流量，因此，腔室边缘的工艺气体(垂直向下的分流)的浓度大于晶圆之间水平流动的工艺气体的浓度，使得同一个晶圆上，晶圆边缘的膜厚大于晶圆中心的膜厚，晶圆成膜的均匀性较差。

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，提出了一种工艺腔室以及半导体加工设备。

为了实现上述目的，本发明提供一种工艺腔室，所述腔室包括：

腔体以及设置在所述腔体内的进气机构；所述腔体的侧壁的内表面为圆周面，所述腔体底部设置有排气口，所述进气机构设置在所述腔体的顶部；其中，所述进气机构包括：

多个第一输气管路，且所述第一输气管路均与所述进气机构连通；多个所述第一输气管路输出的气流形成围绕所述腔体的轴线的环形气流。

可选地，所述第一输气管路输出的气流吹向所述腔体的侧壁。

可选地，所述第一输气管路包括第一输气部和第二输气部；

所述第一输气部分别与所述进气机构、所述第二输气部连通，所述第二输气部的出气口形成为所述第一输气管路的出气口；

所述第二输气部输出的气流平行于一圆周的切线方向，该圆周与所述腔体的轴线相垂直。

可选地，所述工艺腔室还包括第二输气管路，所述第二输气管路的一部分设置在所述腔体的侧壁上，所述第二输气管路的另一部分设置在所述进气机构的上方并与所述进气机构的进气口连通。

可选地，所述进气机构的进气口位于所述腔体的轴线上。

可选地，所述腔体的侧壁上还设置有多个第三输气管路，所述第三输气管路沿所述腔体的高度方向设置；

每个所述第三输气管路的管壁上均设置有多个通气孔，同一所述第三输气管路上的所述通气孔的朝向相同；

所述多个第三输气管路输出的气流形成围绕所述腔体的轴线的环形气流。

可选地，所述多个第三输气管路沿所述腔体的侧壁均匀分布。

可选地，所述腔体的底部设置有开口，所述工艺腔室还包括设置在所述开口处的工艺门；所述工艺门用于在驱动装置的驱动下进行转动或升降；

所述工艺门上设置有晶舟，所述晶舟用于承载基片；

所述腔体的侧壁的底部设置有凸台，所述凸台设置在所述腔体的侧壁的外表面上，并通过法兰件与所述工艺门连接；

所述凸台与所述法兰件之间以及所述凸台与所述工艺门之间均设置有密封圈。

可选地，所述工艺腔室还包括：设置在所述工艺门上的保温结构，所述晶舟设置在所述保温结构背离所述工艺门的一侧；

所述腔体的侧壁靠近所述凸台的部分的材质为不透明石英。

本发明还提供一种半导体加工设备，其中，该半导体加工设备包括上述的工艺腔室。

本发明实施例具有以下有益效果：

采用本发明实施例的工艺腔室，且多个第一输气管路输出的气流形成围绕腔体的轴线的环形气流，并且，由于排气口设置在腔体的底部，因此，腔体内的工艺气体同时还将从上至下运动，也就是说，本实施例中的工艺气体在腔体内呈螺旋下降的方式运动，避免了垂直吹气时对基片表面的冲击，并且同一水平面内工艺气体的流量一致，从而使基片表面各个区域上方的工艺气体浓度一致，提高了基片上成膜均匀性。

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为本发明实施例提供的腔体及进气机构的俯视图；

图2为本发明实施例提供的腔体及进气机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的腔体及第三输气管路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的腔体及第三输气管路的俯视图；

图5为本发明实施例提供的工艺腔室的纵剖示意图；

图6为本发明实施例提供的工艺腔室底部的示意图。

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。

本发明实施例提供一种工艺腔室，图1为本发明实施例提供的腔体及进气机构的俯视图，图2为本发明实施例提供的腔体及进气机构的结构示意图，如图1以及图2所示，该腔室包括：

腔体1以及设置在腔体1内的进气机构2；腔体1的侧壁的内表面为圆周面，腔体1底部设置有排气口3，进气机构2设置在腔体1的顶部。其中，进气机构2包括：多个第一输气管路21，且第一输气管路21均与进气机构连通；多个第一输气管路21输出的气流形成围绕腔体1的轴线的环形气流。

具体地，多个第一输气管路21的出气方向可以沿预设时针方向环绕腔体1的轴线，从而使多个第一输气管路21输出的气流形成围绕腔体1的轴线的环形气流。其中，预设时针方向为顺时针方向或逆时针方向。其中，“顺时针方向”和“逆时针方向”分别是指：在腔体1的俯视视角的顺时针方向和逆时针方向。“多个第一输气管路21的出气方向沿预设时针方向环绕腔体1的轴线”可以是指，第一输气管路21出气口初始输出的气体的方向为曲线，也可以是指，气体沿直线从第一输气管路21的出气口输出并接触到侧壁之后，环绕腔体1的轴线流动。

采用本发明实施例的工艺腔室，由于多个第一输气管路21输出的气流形成围绕腔体1的轴线的环形气流，因此，工艺气体在腔体1内呈螺旋下降的方式运动，从而避免了采用垂直吹气方式对基片表面的冲击，并且，工艺气体呈螺旋下降的方式运动时，同一水平面内的工艺气体流量分布更均匀，从而提高了基片表面上各个区域的成膜均匀性。

如图1所示，在一些具体实施例中，第一输气管路21输出的气流吹向腔体1的侧壁。

具体地，第一输气管路21的出气口可以朝向腔体1的侧壁。以逆时针方向作为预设时针方向对本发明实施例进行说明，如图1所示，工艺气体从第一输气管路21的出气口输出后，沿直线前进后到达腔体1的侧壁的位置A，工艺气体从第一输气管路21的出气口输出时的直线方向与位置A的切线方向交叉，并形成夹角α和夹角β，其中夹角β的角度大于夹角α的角度，因此，工艺气体在位置A处将沿逆时针方向流动。采用上述方式设置的多个第一输气管路21，每个第一输气管路21的出气方向均沿逆时针方向环绕腔体1的轴线，从而使工艺气体沿逆时针方向互相推动前进，由于腔体1的内表面为圆周面，因此，工艺气体在腔体1内沿逆时针方向做圆周运动，从而形成围绕腔体1的轴线的环形气流。在本发明实施例中，由于排气口设置在腔体1的底部，因此，腔体1内的工艺气体在做圆周运动的同时还将流向腔体1的底部，从而使得工艺气体在腔体1内呈螺旋下降的方式运动。

在一些具体实施例中，每个第一输气管路21包括：第一输气部211和第二输气部212。第一输气部211分别与进气机构2、第二输气部212连通，第二输气部212的出气口形成为第一输气管路21的出气口。第二输气部212输出的气流平行于一圆周的切线方向，该圆周与腔体1的轴线相垂直。

在本发明实施例中，多个第二输气部212可以均位于同一水平面内，从而使第二输气部212输出的气流平行于一圆周的切线方向。第一输气部211的出气口可以朝向侧壁，第二输气部212可以与其所对应的第一输气部211之间的夹角为90°，相邻两个第一输气部211之间的夹角可以相同，从而有利于第一输气管路21的出气口在同一圆周上的均匀分布。

具体地，第一输气管路21可以为四个，任意两个第一输气部211之间的夹角的为90°，从而使四个第一输气部211形成十字形。需要说明的是，本发明实施例中，第一输气管路21的数量并不局限于四个，具体数量可以根据工艺需要确定。例如，第一输气管路21还可以是3个，任意两个第一输气部211之间的夹角为120°。进一步地，多个第一输气管路21的第一输气部211和第二输气部212可以均位于同一水平面内，从而尽量减少进气机构2在腔体1内所占空间。

在一些具体实施例中，进气机构2的进气口位于腔体1的轴线上。

具体地，第一输气部211可以为直管，每个第一输气部211的进气口均位于腔体1的中心轴线上，形成进气机构2的进气口22。

如图2所示，在一些具体实施例中，工艺腔室还包括第二输气管路4，第二输气管路4的一部分设置在腔体1的侧壁上，第二输气管路4的另一部分设置在进气机构2的上方并与进气机构2的进气口22连通。

具体地，第二输气管路4的一部分可以设置在腔体1的内壁上，也可以设置在腔体1的外壁上。当第二输气管路4的一部分设置在腔体1的内壁上时，第二输气管路4的另一部分可以设置在腔体1的顶壁上，第二输气管路4的进气口设置在腔体1的底部，并延伸至腔体1外。

随着工艺的进行，在腔体1的高度方向上，工艺气体的浓度会发生变化，因此，本发明实施例增设多个第三输气管路5，以调整腔体1内不同高度处的工艺气体的浓度。图3为本发明实施例提供的腔体及第三输气管路的结构示意图，图4为本发明实施例提供的腔体及第三输气管路的俯视图，如图3以及图4所示，腔体1的侧壁上还设置有多个第三输气管路5，第三输气管路5沿腔体1的高度方向设置。

每个第三输气管路5的管壁上均设置有多个通气孔51，同一第三输气管路5上的通气孔51的朝向相同。多个第三输气管路5输出的气流形成围绕腔体1的轴线的环形气流。

具体地，多个第三输气管路5的出气方向可以沿预设时针方向环绕腔体1的轴线，从而使多个第三输气管路5输出的气流形成围绕腔体1的轴线的环形气流。以预设时针为逆时针方向为例，工艺气体从通气孔51输出后，也沿逆时针方向流动，并且，每个第三输气管路5的通气孔51的出气方向均沿逆时针方向环绕腔体1的轴线，从而使工艺气体沿逆时针方向互相推动前进，且由于腔体1的内表面为圆周面，因此，工艺气体在腔体1内沿逆时针方向做圆周运动。在本发明实施例中，由于排气口设置在腔体1的底部，因此，腔体1内的工艺气体在做圆周运动的同时还将流向腔体1的底部，也就是说，工艺气体在腔体1内呈螺旋下降的方式运动。需要说明的是，第三输气管路5上的通气孔51的朝向可以和第二输气部212的出气口的朝向相同，即，多个通气孔51的轴线均位于同一圆周的切线方向上。

在一些具体实施例中，多个第三输气管路5沿腔体1的侧壁均匀分布。

具体地，第三输气管路5的数量，以及第三输气管路5管壁上的通气孔51的数量可以根据实际需要确定，在本实施例中，第三通气管路5的数量和第一输气管路21的数量可以相同，并且，第三输气管路5的位置可以与第一输气管路21的位置一一对应。

在一些具体实施例中，对于任意第三输气管路5，其管壁上设置的多个通气孔51的尺寸可以相同也可以不同，当其管壁上设置的多个通气孔51的尺寸不同时，每个通气孔51实际尺寸可以根据工艺需要确定。

图5为本发明实施例提供的工艺腔室的纵剖示意图，如图5所示，腔体1的底部设置有开口，工艺腔室还包括设置在开口处的工艺门6；工艺门6用于在驱动装置的驱动下进行转动或升降；工艺门6上设置有晶舟7，晶舟7用于承载基片。图6为本发明实施例提供的工艺腔室底部的示意图，如图6所示，腔体1的侧壁的底部设置有凸台8，凸台8设置在腔体1的侧壁的外表面上，并通过法兰件9与所述工艺门6连接。凸台8与法兰件9之间设置有密封圈81，凸台8与工艺门6之间设置有密封圈82。

具体地，工艺门6下降至打开状态时，可以在工艺门6上拆卸或安装晶舟7，当工艺门6上升至关闭状态时，可以将晶舟7送入腔体1进行工艺，并封闭腔体1底部的开口，防止腔体1内的热能散失以及工艺气体的泄漏或外部气体的进入。法兰件9用于将腔体1和工艺门6进行连接，法兰件9可以采用金属材料制成，由于金属的导热性较强，若法兰件9直接与腔体1的侧壁接触，将导致腔体1内的热量被法兰件9导出至腔体外部，造成热量流失，导致腔体1内的热量产生波动。因此，本实施例通过在腔体1的底部设置凸台8，可以使法兰件9与腔体1的侧壁具有一段距离，从而防止法兰件9直接接触腔体1的侧壁。密封圈81和密封圈82可以是O型密封圈，通过设置密封圈81和密封圈82，可以防止腔体1内的工艺气体外泄以及外部气体进入腔体1。

在一些具体实施例中，工艺腔室还包括：设置在工艺门6上的保温结构10，晶舟7设置在保温结构10背离工艺门6的一侧。腔体1的侧壁靠近凸台8的部分的材料为不透明石英。

具体地，保温结构10包括：支撑板10c、石英插片10b、底座10d以及多个立柱10a，其中，支撑板10c与底座10d相对设置，保温结构10通过底座10d设置在工艺门6上，晶舟7设置在支撑板10c背离底座10d的一侧，多个立柱10a竖直设置在支撑板10c以及底座之间，石英插片10b通过多个立柱10a水平设置在支撑板10c以及底座10d之间，用于起到隔热作用。

如图6所示，腔体1位于凸台8上方的一部分(高度为H的部分)的材料为不透明石英，由于不透明石英的导热性较低，可以防止腔体1内的热量影响密封圈，同时还可以防止腔体1底部的热量流失。

如图5所示，工艺腔室还包括：炉体11，炉体11用于容纳腔体1，并进行加热，炉体11的底部设置有开口，腔体1的一部分的底部从炉体11的开口处延伸出炉体11，以将保温结构10的一部分以及工艺门6露出在炉体11外。腔体1可以划分为3个温区，分别是：晶舟7所在的恒温区，恒温区的顶部到炉体11的顶壁之间的顶部温区，以及恒温区的底部到炉体11的开口处之间的底部温区。在腔体1的侧壁上与恒温区相对应的位置，设置有温控元件，温控元件用于检测恒温区的温度，并将检测到的温度发送至温控模块，以供温控模块判断腔体1的恒温区中的温度是否满足工艺需求。保温结构10可以通过石英插片隔绝恒温区热量扩散至底部温区，从而防止底部温区的温度过高，避免工艺门6以及其他位于底部温区附近的元器件受到高温的影响。

本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括工艺腔室，该工艺腔室采用上述实施例提供的工艺腔室。

采用本发明实施例的半导体加工设备，工艺气体在工艺腔室的腔体1内呈螺旋下降的方式运动，因此，避免了采用垂直吹气方式时对基片表面的冲击，并且，螺旋下降的工艺气体，其在同一水平面内的流量一致，也就是说，基片表面上各处的工艺气体浓度一致，从而提高了基片表面上各处的成膜均匀性。另一方面，现有技术中，由于工艺气体采用垂直向下流动方式，工艺气体有一部还没有和基片充分接触即被排出腔体1，导致工艺气体带走腔体1内的热量，导致腔体1的温度产生波动，从而影响工艺效果，采用本发明实施例中的工艺腔室，由于工艺气体采用螺旋下降的方式流动，工艺气体均能与基片充分接触进行反应，从而降低工艺气体带走的腔体1内的热量，同时，腔体1的底部还设置有凸台8，并在凸台8的附近采用不透明石英材质，防止热量从腔体1内流失，提高了腔体1内工艺的稳定性。

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)

1.一种工艺腔室，所述腔室包括：

腔体以及设置在所述腔体内的进气机构；所述腔体的侧壁的内表面为圆周面，所述腔体底部设置有排气口，所述进气机构设置在所述腔体的顶部；其特征在于，所述进气机构包括：

多个第一输气管路，且所述第一输气管路均与所述进气机构连通；多个所述第一输气管路输出的气流形成围绕所述腔体的轴线的环形气流。

2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述第一输气管路输出的气流吹向所述腔体的侧壁。

3.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述第一输气管路包括第一输气部和第二输气部；

所述第一输气部分别与所述进气机构、所述第二输气部连通，所述第二输气部的出气口形成为所述第一输气管路的出气口；

所述第二输气部输出的气流平行于一圆周的切线方向，该圆周与所述腔体的轴线相垂直。

4.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括第二输气管路，所述第二输气管路的一部分设置在所述腔体的侧壁上，所述第二输气管路的另一部分设置在所述进气机构的上方并与所述进气机构的进气口连通。

5.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述进气机构的进气口位于所述腔体的轴线上。

6.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述腔体的侧壁上还设置有多个第三输气管路，所述第三输气管路沿所述腔体的高度方向设置；

每个所述第三输气管路的管壁上均设置有多个通气孔，同一所述第三输气管路上的所述通气孔的朝向相同；

所述多个第三输气管路输出的气流形成围绕所述腔体的轴线的环形气流。

7.根据权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，所述多个第三输气管路沿所述腔体的侧壁分布。

8.根据权利要求1-7任一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述腔体的底部设置有开口，所述工艺腔室还包括设置在所述开口处的工艺门；所述工艺门用于在驱动装置的驱动下进行转动或升降；

所述工艺门上设置有晶舟，所述晶舟用于承载基片；

所述腔体的侧壁的底部设置有凸台，所述凸台设置在所述腔体的侧壁的外表面上，并通过法兰件与所述工艺门连接；所述凸台与所述法兰件之间以及所述凸台与所述工艺门之间均设置有密封圈。

9.根据权利要求8所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括：设置在所述工艺门上的保温结构，所述晶舟设置在所述保温结构背离所述工艺门的一侧；所述腔体的侧壁靠近所述凸台的部分的材质为不透明石英。

10.一种半导体加工设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的工艺腔室。

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