CN111172586A

CN111172586A - 外延反应腔室

Info

Publication number: CN111172586A
Application number: CN202010006150.9A
Authority: CN
Inventors: 邹传巍
Original assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明提供一种外延反应腔室，包括上穹顶、下穹顶、遮挡件以及设置于上穹顶与下穹顶之间的腔室侧壁，腔室侧壁上设置有用于工艺气体通入的第一进气口以及用于工艺气体排出的第一出气口，遮挡件与上穹顶相对设置，且位于第一出气口的上方，用于阻挡工艺气体与上穹顶接触。本发明提供的外延反应腔室能够提高工艺质量，延长反应腔室的维护周期及使用寿命，并提高产能。

Description

外延反应腔室

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种外延反应腔室。

背景技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)硅外延工艺是利用三氯氢硅(SiHCl₃，TCS)作为硅源与氢气在1100℃以上发生还原反应，从而在硅衬底表面生长出一定厚度的与原硅衬底晶格排列相同的单晶硅的过程。

目前的单片硅外延设备，一般由上穹顶(Dome)、下穹顶与中间反应腔室侧壁形成密闭的腔室，腔室中设置有基座，腔室外设置有加热灯组。在硅外延工艺过程中，硅衬底被放置在基座上，反应气体被通入至上穹顶与基座之间，加热灯组用于对腔室进行加热，以使腔室内达到工艺所需温度，从而在硅衬底表面生长外延层。一般在腔室外还设置有风冷系统，以防止硅外延过程中的高温造成腔室外环境温度过高，给腔室外部件及人员造成伤害。

在硅外延过程中，硅源与氢气生成的副产物还会在腔室的内壁附着沉积，故需要在外延后通过氯化氢气体对腔室内壁上的副产物进行刻蚀去除。但由于上穹顶外部存在风冷系统，造成上穹顶温度只有620℃左右，在低温条件下，氯化氢气体的刻蚀效果较差。故通常在使用过一段时间后，上穹顶内壁会有黄色的副产物，导致上穹顶的透光性变差，对红外测温计的读数造成影响，并且由于副产物分布不均匀，还会造成基座温度不均匀的现象，另外，这些副产物如果剥落还会产生颗粒问题，这些因素都将对外延片的质量造成影响。

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，提出了一种外延反应腔室，其能够提高工艺质量，延长外延反应腔室的维护周期及使用寿命，并提高产能。

为实现本发明的目的而提供一种外延反应腔室，包括上穹顶、下穹顶以及设置于所述上穹顶与所述下穹顶之间的腔室侧壁，所述腔室侧壁上设置有用于工艺气体通入的第一进气口以及用于所述工艺气体排出的第一出气口，还包括遮挡件，所述遮挡件与所述上穹顶相对设置，且位于所述第一出气口的上方，用于阻挡工艺气体与所述上穹顶接触。

优选的，所述遮挡件与所述上穹顶相互平行，且所述遮挡件的正投影至少与所述上穹顶投影在所述外延反应腔室中的部分相重合。

优选的，所述腔室侧壁中设置有环形凹槽，所述遮挡件设置在所述环形凹槽中，且所述腔室侧壁、所述上穹顶以及所述遮挡件形成阻隔腔。

优选的，且所述腔室侧壁中设置第二进气口和第二出气口，其中，所述第二进气口位于所述上穹顶与所述遮挡件之间，用于向所述阻隔腔中通入阻隔气体；所述第二出气口用于排出所述阻隔腔中的所述阻隔气体。

优选的，所述工艺气体包括氢气，所述阻隔气体包括氢气。

优选的，所述外延反应腔室还包括设置在所述第一进气口处提供所述工艺气体的进气组件，以及设置在所述第一出气口供所述工艺气体排出的排气组件，且所述第二出气口通过排气通道与所述第一出气口连通。

优选的，所述遮挡件与所述腔室侧壁密封连接。

优选的，所述阻隔腔中填充惰性气体。

优选的，所述遮挡件采用透明石英材质制备，且厚度为2mm-5mm。

优选的，所述遮挡件与所述上穹顶之间的竖直间距的取值范围为5mm-10mm。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的外延反应腔室，借助与上穹顶相对设置，且位于第一出气口的上方的遮挡件，阻挡工艺气体与上穹顶接触，使工艺过程中由工艺气体产生的反应副产物不会沉积在上穹顶上，而是沉积在遮挡件上，由于遮挡件是设置在外延反应腔室的内部，其受到外延反应腔室外部风冷系统的影响较小，因此，遮挡件上沉积的反应副产物能够很容易的被刻蚀掉，从而可以避免反应副产物在遮挡件上的沉积，减少反应副产物掉落在晶片上的概率，进而提高工艺质量，并降低反应副产物对上穹顶和遮挡件的侵蚀，以及反应副产物掉落在外延反应腔室内其它零部件上的概率，降低反应副产物对其它零部件的侵蚀，从而延长外延反应腔室的维护周期及使用寿命，进而提高产能。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的外延反应腔室的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的外延反应腔室的上穹顶和遮挡件的结构示意图；

附图标记说明：

1-基座；21-上穹顶；211-凸起部；22-遮挡件；3-下穹顶；4-腔室侧壁；41-环形凹槽；42-阻隔腔；51-第一进气口；52-第一出气口；61-第二进气口；62-第二出气口。

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。

如图1和图2所示，本实施例提供一种外延反应腔室，包括上穹顶21、下穹顶3以及设置于上穹顶21与下穹顶3之间的腔室侧壁4，腔室侧壁4上设置有用于工艺气体通入的第一进气口51以及用于工艺气体排出的第一出气口52，还包括遮挡件22，遮挡件22与上穹顶21相对设置，且位于第一出气口52的上方，用于阻挡工艺气体与上穹顶21接触。

本实施例提供的外延反应腔室，借助与上穹顶21相对设置，且位于第一出气口52的上方的遮挡件，阻挡工艺气体与上穹顶21接触，使工艺过程中由工艺气体产生的反应副产物不会沉积在上穹顶21上，而是沉积在遮挡件22上，由于遮挡件22是设置在外延反应腔室的内部，其受到外延反应腔室外部风冷系统的影响较小，因此，遮挡件22上沉积的反应副产物能够很容易的被刻蚀掉，从而可以避免反应副产物在遮挡件22上的沉积，减少反应副产物掉落在晶片上的概率，进而提高工艺质量，并降低反应副产物对上穹顶21和遮挡件22的侵蚀，以及反应副产物掉落在外延反应腔室内其它零部件上的概率，降低反应副产物对其它零部件的侵蚀，从而延长外延反应腔室的维护周期及使用寿命，进而提高产能。

具体的，下穹顶3、腔室侧壁4和上穹顶21在竖直方向上由下至上依次密封连接，以构成外延反应腔室，外延反应腔室中设置有用于承载晶片的基座1，基座1位于上穹顶21和遮挡件22的下方，位于下穹顶3的上方，腔室侧壁4环绕在基座1的周围。在工艺过程中，工艺气体自第一进气口51通入至遮挡件22与基座1之间，并从位于遮挡件22下方的第一出气口52排出，以对基座1上的晶片进行加工工艺。由于工艺过程中，工艺气体是在遮挡件22与基座1之间流动，也就使得工艺气体不会与上穹顶21接触，这就使得上穹顶21上不会沉积由工艺气体产生的反应副产物，反应副产物仅会沉积在遮挡件22上，而遮挡件22由于位于外延反应腔室的内部，其受到外延反应腔室外部风冷系统的影响较小，当使用清洗气体(例如氯化氢气体)对遮挡件22上的反应副产物进行刻蚀时，由于遮挡件22具有较高的温度，遮挡件22上的反应副产物会很容易的被清洗气体刻蚀掉，这样就可以避免遮挡件22上沉积反应副产物，从而减少反应副产物掉落在基座1上晶片上的概率，进而提高工艺质量，并降低反应副产物对上穹顶21和遮挡件22的侵蚀，以及反应副产物掉落在外延反应腔室内其它零部件(例如基座1和腔室侧壁4)上的概率，降低反应副产物对其它零部件的侵蚀，从而延长外延反应腔室的维护周期及使用寿命，进而提高产能。

在本实施例中，遮挡件22与上穹顶21相互平行，且遮挡件22的正投影至少与上穹顶21在外延反应腔室中的部分相重合。

具体的，遮挡件22设置在上穹顶21的下方，并位于基座1的上方，且遮挡件22与上穹顶21相互平行，在工艺过程中，工艺气体在遮挡件22与基座1之间流动，通过将遮挡件22的正投影至少与上穹顶21在外延反应腔室中的部分相重合，以使遮挡件22能够完全遮挡上穹顶21在外延反应腔室中的部分，从而实现遮挡件22阻挡工艺气体与上穹顶21的接触。

如图1所示，在本发明的第一实施例中，腔室侧壁4中设置有环形凹槽41，遮挡件22设置在环形凹槽41中，且腔室侧壁4、上穹顶21以及遮挡件22形成阻隔腔42。借助环形凹槽41对遮挡件22进行支撑，并借助阻隔腔42使上穹顶21与遮挡件22之间具有较大间距，以进一步减少外延反应腔室外部风冷系统对遮挡件22的影响，使遮挡件22能够保持在较高温度的状态，以提高清洗气体对沉积在遮挡件22上的反应副产物的刻蚀效果，从而进一步避免反应副产物在遮挡件22上的沉积，以进一步提高工艺质量，延长外延反应腔室的维护周期及使用寿命，进而提高产能。

在本发明的第一实施例中，腔室侧壁4中设置第二进气口61和第二出气口62，其中，第二进气口61位于上穹顶21与遮挡件22之间，用于向阻隔腔42中通入阻隔气体；第二出气口62用于排出阻隔腔42中的阻隔气体。向阻隔腔42中通入阻隔气体，是为了阻挡工艺气体自遮挡件22与环形凹槽41之间的间隙进入到阻隔腔42中，以进一步避免工艺气体与上穹顶21接触，从而进一步避免工艺气体在工艺过程中产生的反应副产物沉积在上穹顶21上，进而进一步提高工艺质量，延长外延反应腔室的维护周期及使用寿命，并提高产能。

在本发明的第一实施例中，工艺气体可以包括氢气，阻隔气体可以包括氢气。这是由于外延工艺中，工艺气体通常包括氢气，因此，通过采用氢气作为阻隔气体，以避免阻隔气体自遮挡件22与环形凹槽41之间的间隙流入到遮挡件22与基座1之间，对晶片的工艺结果造成影响，也就是说，即使阻隔气体流入到遮挡件22与基座1之间的工艺气体中，由于工艺气体自身包含有氢气，因此，阻隔气体并不会对工艺气体的工艺效果造成影响。但是，阻隔气体的类型并不限于此，可以根据工艺气体的类型进行调整。

在本发明的第一实施例中，外延反应腔室还包括设置在第一进气口51处提供工艺气体的进气组件，以及设置在第一出气口52供工艺气体排出的排气组件，且第二出气口62通过排气通道与第一出气口51连通，以将阻隔腔42中的阻隔气体排出。

如图2所示，在本发明的第二实施例中，遮挡件22与腔室侧壁4密封连接，以避免工艺气体穿过遮挡件22与腔室侧壁4之间的间隙与上穹顶21接触，从而进一步避免工艺气体在工艺过程中产生的反应副产物沉积在上穹顶21上，以进一步提高工艺质量，延长外延反应腔室的维护周期及使用寿命，进而提高产能。

在本发明的第二实施例中，阻隔腔42中填充惰性气体。这是由于在工艺过程中，遮挡件22与基座1之间的工艺气体的气压有时会高于大气压，如果遮挡件22与上穹顶21之间为真空，会导致遮挡件22受到来自工艺气体的压力过大而破损，而高温高压的工艺气涌入遮挡件22与上穹顶21之间，还会导致上穹顶21也发生破损，因此，需要在遮挡件22与上穹顶21之间填充气体，以使遮挡件22与上穹顶21之间具有一定气压，以避免遮挡件22与上穹顶21的破损，提高外延反应腔室工作的稳定性和安全性。并且，由于惰性气体化学性质稳定，难以发生化学反应，即使遮挡件22或上穹顶21发生破损，惰性气体透过上穹顶21泄漏至外延腔室外，或这透过遮挡件22泄漏至遮挡件22与基座1之间，也不会产生危险，从而提高外延反应腔室的稳定性和安全性。

在本发明的第一实施例和第二实施例中，遮挡件22采用透明石英材质制备，且厚度为2mm-5mm。

在实际应用中，当外延反应腔室的外部设置有加热灯组，并利用加热灯组使工艺过程中外延反应腔室内部的工艺气体达到工艺温度时，上穹顶21和遮挡件22可以均采用透明石英材质制作，使加热灯组发出的光能够透过上穹顶21和遮挡件22进入外延反应腔室内部，以借助加热灯组使工艺过程中外延反应腔室内部的工艺气体达到工艺温度。并且，在工艺过程中，还可以使用测温装置，例如红外测温计透过上穹顶21和遮挡件22测量外延反应腔室内部的温度，本实施例提供的外延反应腔室，通过避免反应副产物沉积在上穹顶21和遮挡件22上，可以使上穹顶21和遮挡件22保持良好的透光性，从而提高测温装置的测量准确性，这样也能够提高工艺质量。

遮挡件22的厚度设置为2mm-5mm，是为了避免遮挡件22在工艺过程受到高温环境的影响而产生变形，另外，上穹顶21的厚度也可以设置为2mm-5mm。但是，上穹顶21和遮挡件22的厚度并不以此为限。

在本发明的第一实施例和第二实施例中，遮挡件22与上穹顶21之间的竖直间距的取值范围为5mm-10mm。

在本发明的第一实施例与第二实施例中，在上穹顶21的边缘设置有凸起部211，凸起部211可以作为密封夹具的受力部分，以避免密封夹具作用在上穹顶21和遮挡件22上，对上穹顶21和遮挡件22造成损坏。借助密封夹具通过对凸起部211施加向下的压力，使上穹顶21向下压，从而使上穹顶21和遮挡件22压紧在腔室侧壁4上，以实现上穹顶21、遮挡件22与腔室侧壁4之间的密封。

综上所述，本发明提供的反应腔室能够减少反应副产物的沉积，从而提高工艺质量，延长反应腔室的维护周期及使用寿命，并提高产能。

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

1.一种外延反应腔室，包括上穹顶、下穹顶以及设置于所述上穹顶与所述下穹顶之间的腔室侧壁，所述腔室侧壁上设置有用于工艺气体通入的第一进气口以及用于所述工艺气体排出的第一出气口，其特征在于，还包括遮挡件，所述遮挡件与所述上穹顶相对设置，且位于所述第一出气口的上方，用于阻挡工艺气体与所述上穹顶接触。

2.根据权利要求1所述的外延反应腔室，其特征在于，所述遮挡件与所述上穹顶相互平行，且所述遮挡件的正投影至少与所述上穹顶投影在所述外延反应腔室中的部分相重合。

3.根据权利要求2所述的外延反应腔室，其特征在于，所述腔室侧壁中设置有环形凹槽，所述遮挡件设置在所述环形凹槽中，且所述腔室侧壁、所述上穹顶以及所述遮挡件形成阻隔腔。

4.根据权利要求3所述的外延反应腔室，其特征在于，且所述腔室侧壁中设置第二进气口和第二出气口，其中，所述第二进气口位于所述上穹顶与所述遮挡件之间，用于向所述阻隔腔中通入阻隔气体；所述第二出气口用于排出所述阻隔腔中的所述阻隔气体。

5.根据权利要求4所述的外延反应腔室，其特征在于，所述工艺气体包括氢气，所述阻隔气体包括氢气。

6.根据权利要求4所述的外延反应腔室，其特征在于，所述外延反应腔室还包括设置在所述第一进气口处提供所述工艺气体的进气组件，以及设置在所述第一出气口供所述工艺气体排出的排气组件，且所述第二出气口通过排气通道与所述第一出气口连通。

7.根据权利要求3所述的外延反应腔室，其特征在于，所述遮挡件与所述腔室侧壁密封连接。

8.根据权利要求7所述的外延反应腔室，其特征在于，所述阻隔腔中填充惰性气体。

9.根据权利要求1-8任一所述的外延反应腔室，其特征在于，所述遮挡件采用透明石英材质制备，且厚度为2mm-5mm。

10.根据权利要求1-8任一所述的外延反应腔室，其特征在于，所述遮挡件与所述上穹顶之间的竖直间距的取值范围为5mm-10mm。