CN111503430A - 半导体工艺腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体工艺腔室，包括腔体以及设置在所述腔体内部的基座、压环和内衬及隔热环，其中：所述内衬环绕设置在所述腔体内侧，且所述内衬的下端部设置有支撑部，下端部用于在所述压环脱离所述基座时支撑所述压环；所述隔热环固定在所述内衬上，且所述隔热环始终位于所述压环的上方。应用本发明，可以有效降低压环的升温速度及工艺后压环的温度，可以避免压环温度过高，进而避免通过压环将热量传递给晶片，导致晶片边缘温度过高的现象发生。

Description

半导体工艺腔室

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种半导体工艺腔室。

背景技术

磁控溅射，又称为物理气相沉积(PVD)，是目前半导体及相关行业中在晶片(或其他衬底)上沉积薄膜所广泛采用的方法之一。在磁控溅射工艺过程中，由于一些工艺需要较高的温度，基座需要不断加热持续高温，而基座温度是不均匀的，为了能使硅片均匀受热，通常需要在基座内通入背吹气体，以通过对流传热的方式使得晶片温度更加均匀。但是，通入背吹气体可能会在晶片背面形成一定的背压，为防止被吹起气体将晶片吹起，通常采用带有压爪的压环将硅片压住。

现有技术中，基座位于工艺位置时，压环与环设在腔室内周壁的衬环(具有一定的导热散热作用)脱离，且压环上方就是靶材，采用较大功率持续进行磁控溅射工艺时，自靶材溅射的高能粒子和金属原子沉积在压环表面，使压环吸收很多热量，在高真空环境中压环的热量无法散出，会不断累积，温度不断升高，且由于压环同晶片直接接触，热量会传递给晶片，从而造成晶片边缘温度过高的现象。

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，提出了一种半导体工艺腔室。

为实现本发明的目的而提供一种半导体工艺腔室，包括腔体以及设置在所述腔体内部的基座、压环、内衬和隔热环，其中：

所述内衬环绕设置在所述腔体内侧，且所述内衬的下端部设置有支撑部，所述支撑部用于在所述压环脱离所述基座时支撑所述压环；

所述隔热环固定在所述内衬上，且始终位于所述压环的上方。

优选地，所述内衬包括上衬环和下衬环，其中，

所述上衬环与所述腔体固定连接，所述隔热环设置在所述上衬环的下端部；

所述下衬环位于所述隔热环的下方，且与所述上衬环固定连接，所述支撑部设于所述下衬环的下端部。

优选地，所述隔热环与所述上衬环一体成型。

优选地，所述隔热环自所述上衬环的下端部向所述上衬环的径向延伸。

优选地，所述下衬环的上端设置有法兰，所述法兰的上端面与所述上衬环的下端面相互叠置，且通过多个螺钉固定连接，其中，多个所述螺钉沿所述上衬环的周向间隔分布。

优选地，所述法兰的上端面与所述上衬环的下端面通过至少两个销钉定位，并且所述至少两个所述销钉沿所述上衬环的周向间隔分布。

优选地，所述内衬与所述腔体接触部分的厚度大于所述内衬其他部分的厚度。

优选地，所述隔热环与所述压环之间的最小距离小于或等于5mm。

优选地，所述隔热环的内径大于所述压环的内径。

优选地，所述隔热环的内径与所述压环的内径的差值范围为5mm-10mm。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的半导体工艺腔室，不仅设有内衬，还设有固定在内衬上的隔热环，且隔热环始终位于压环的上方，以对压环进行遮挡，使得隔热环上方产生的热量沉积在隔热环上，避免该腔体内、隔热环上方产生的热量在压环上积累，从而可以有效降低压环的升温速度及工艺后压环的温度，可以避免压环温度过高，进而避免通过压环将热量传递给晶片，导致晶片边缘温度过高的现象发生。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种半导体工艺腔室的结构示意图；

图2a为上衬环与隔热环连为一体的主视结构示意图；

图2b为上衬环与隔热环连为一体的俯视结构示意图；

图3a为下衬环的主视结构示意图；

图3b为下衬环的俯视结构示意图；

图4为分别应用于包含隔热环的半导体工艺腔室和不包含隔热环的半导体工艺腔室内的压环的温度变化曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、元件和/或组件等，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、元件、组件和/或它们的组等。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

请参照图1，为本申请实施例提供的一种半导体工艺腔室的结构示意图，该半导体工艺腔室可以包括腔体30以及设置在腔体30内部的基座50、压环40、内衬10及隔热环20。其中：内衬10环绕设置在腔体30内侧，且内衬10的下端部设置有支撑部121，支撑部121用于在压环40脱离基座50时支撑压环40；隔热环20固定在内衬10上，且始终位于压环40的上方。

如图1所示，本实施例中内衬10和隔热环20可以为同心设置的整体式结构，该整体式结构可以是一体成型而得，也可以通过后期加工连为一体，本实施例对此不做具体限定，只要其安装在腔体30上后，内衬10的支撑部121能够在压环40脱离基座50时支撑压环40，且隔热环20始终位于压环40的上方即可。

本实施例提供的半导体工艺腔室，不仅设有内衬10，还设有固定在内衬10上的隔热环20，且隔热环20始终位于压环40的上方，以对压环40进行遮挡，则隔热环20上方产生的热量沉积在隔热环20上，避免该腔体30内、隔热环20上方产生的热量在压环40上积累，从而可以有效降低压环40的升温速度及工艺后压环40的温度，可以避免压环40温度过高，进而避免通过压环40将热量传递给晶片，导致晶片边缘温度过高的现象发生。

需要说明的是，本实施例对腔体30、基座50及压环40的具体结构和材质均不做具体限定，只要其能应用于本实施例提供的半导体工艺腔室即可。

具体地，本实施例中的腔体30可以但不限于是磁控溅射腔室，由于磁控溅射工艺过程中，自靶材溅射的粒子和金属原子往往具有高能量，采用上述结构的半导体工艺腔室，高能量的粒子和金属原子在向下运动过程中，大多会沉积在压环40上方的隔热环20上，从而可避免沉积在压环40表面，且隔热环20始终位于压环40上方，不会有太多的能量自隔热环20传递至压环40，从而可以避免压环40温度过高，进而避免通过压环40将热量传递给晶片，避免硅片边缘温度过高的现象发生。需要说明的是，本实施例并不以磁控溅射腔室为限，只要腔体的结构符合上述描述即可。

于一具体实施方式中，如图1-图3b所示，内衬10包括上衬环11和下衬环12，其中，上衬环11与腔体30固定连接，隔热环20设置在上衬环11的下端部；下衬环12位于隔热环20的下方，且与上衬环11固定连接，支撑部121设于下衬环12的下端。如此，在安装内衬10和隔热环20时，可以先将压环40放置在下衬环12的支撑部121，然后将下衬环12固定在上衬环11上，再将包括压环40、内衬10及隔热环20的整体安装在腔体30上，从而便于压环40的放置，可以避免由于压环40的装配空间过小而导致的压环40与隔热环20或下衬环12发生干涉的问题。

具体地，如图1所示，可以在腔体30的上部设置环形的适配件31，该适配件31可以采用不与工艺气体(如磁控溅射气体)发生反应的材料，如此可以将上衬环11固定在适配件31上，工艺气体限定在环形的适配件31与隔热环20组成的空间内，以避免工艺气体与适配件31(腔体30)发生反应而产生杂质粒子影响产品质量。且如此可视为上衬环11和隔热环20与适配件31直接接触，隔热环20上的大量热量可以比较快地被适配件31带走，以起到对隔热环20降温的作用，同时减弱对压环40的热辐射作用，进一步降低压环40的升温速度。另外，可以在适配件31内设置冷却管道(包括但不限于是水冷和气冷)，以加强上衬环11与隔热环20的散热效果。还可以将上衬环11与适配件31连接的部位设置较大的厚度(相对隔热环20及下衬环12)，既便于加工，又可进一步提高上衬环11的传热作用，以降低隔热环20的升温速度。

需要说明的是，上述内衬10和隔热环20的具体结构及具体安装方式仅是本实施例的较佳实施方式，本实施例并不以此为限，只要能将内衬10和隔热环20固定在腔体30上，且实现上述对压环40降温的作用即可。

优选地，如图2a和图2b所示，上衬环11可以具有自其下端部向上衬环11的径向延伸的延伸部，该延伸部可用作隔热环20，即上衬环11和隔热环20可以一体成型，如此，上衬环11与隔热环20之间没有连接，更便于上衬环11吸收来自隔热环20的热量，以降低隔热环20的升温速度。需要说明的是，本实施例并不以此为限，只要热量能够快速地从隔热环20传递至上衬环11即可。

于另一具体实施方式中，下衬环12的上端可以设置有法兰122，法兰122的上端面可以与上衬环11的下端面相互叠置，且可以通过多个螺钉固定连接，并且多个螺钉可以沿上衬环11的周向间隔分布。如此，可以在法兰122上开设通孔123，在上衬环11的下端面设置螺纹孔111，通过螺钉同时穿过上述通孔123和螺纹孔111以将上衬环11和下衬环12固定连接，该连接方式可以将螺纹孔111设置在隔热环20的外侧，以避免在螺纹孔111内沉积金属原子(半导体工艺腔室为磁控溅射腔室的情况下)。优选地，多个螺钉可以沿上衬环11的周向均匀间隔分布，以使固定结构更加稳定、可靠。

进一步地，法兰122的上端面与上衬环11的下端面可以通过至少两个销钉124定位，以便于上衬环11与下衬环12之间的匹配安装。并且至少两个销钉124也可以沿上衬环11的周向间隔分布，以便于对上衬环11与下衬环12进行定位，优选地，与上述螺纹孔111和螺钉的设置原理类似，也可以在上衬环11的下端面设置销孔112，在下衬环12的法兰122上设置销钉124(当然销孔112与销钉124的位置可以互换)，销孔112可以与螺纹孔111在同一圆环上，销钉124可以与通孔123设置在法兰122的同一圆环上，且两个销钉124的位置可以法兰122的中心对称设置，以便于加工和安装。

于另一具体实施方式中，基座50位于工艺位置时，隔热环20与压环40之间需要具有间隔，以避免压环40和隔热环20由于受热发生黏连；且隔热环20与压环40之间的最小距离可以小于或等于5mm，以避免太大间隔使具有高热量的粒子和金属离子从隔热环20与压环40之间的间隔向下运动并沉积在压环40的表面，从而进一步降低压环40的升温速度。需要说明的是，本实施例并不以5mm的竖直距离为限，该距离可根据工艺气体的运动速度进行具体限定。

于另一具体实施方式中，隔热环20的内径可以大于压环40的内径，以保证晶片的表面边缘位置也能够进行沉积，即保证晶片表面各处均能形成均匀地沉积物。

优选地，隔热环20的内径与压环40的内径的差值的取值范围为可以为5mm-10mm，以避免由于隔热环20的内径与压环40的内径的差值较大而影响隔热环20对压环40的隔热作用；或者由于隔热环20的内径与压环40的内径的差值较小而影响晶片表面边缘的沉积(如沉积量和沉积均匀性)。

本实施例以进行磁控溅射的高温铝腔室为例，分别对应用于该结构的半导体工艺腔室内的压环40和应用于现有技术中不包含隔热环20的半导体工艺腔室内的压环40的温度变化进行测试。具体地，以基座50温度为350℃为例，在持续进行磁控溅射过程中，分别测量的压环40的温度变化曲线如图4所示，图中颜色较浅的曲线代表应用于包含隔热环20的半导体工艺腔室(本实施例提供的)内的压环40的温度变化曲线，较深的曲线代表应用于现有技术中不包含隔热环20的半导体工艺腔室内的压环40的温度变化曲线。由图4可知，无隔热环20的情况下进行18次磁控溅射过程后压环40的温度趋于稳定，约为480℃；有隔热环20的情况下进行20次磁控溅射过程后压环40的温度趋于稳定，约为380℃，两种情况相比较，有隔热环20的情况下压环40的温度较无隔热环20的情况下压环40的温度降低了100℃，可见设置隔热环20可以明显降低压环40的升温速度及工艺后压环40的温度。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体工艺腔室，其特征在于，包括腔体以及设置在所述腔体内部的基座、压环、内衬和隔热环，其中：

所述内衬环绕设置在所述腔体内侧，且所述内衬的下端部设置有支撑部，所述支撑部用于在所述压环脱离所述基座时支撑所述压环；

所述隔热环固定在所述内衬上，且始终位于所述压环的上方。

2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述内衬包括上衬环和下衬环，其中，

所述上衬环与所述腔体固定连接，所述隔热环设置在所述上衬环的下端部；

所述下衬环位于所述隔热环的下方，且与所述上衬环固定连接，所述支撑部设于所述下衬环的下端部。

3.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述隔热环与所述上衬环一体成型。

4.根据权利要求2或3所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述隔热环自所述上衬环的下端部向所述上衬环的径向延伸。

5.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述下衬环的上端设置有法兰，所述法兰的上端面与所述上衬环的下端面相互叠置，且通过多个螺钉固定连接，其中，多个所述螺钉沿所述上衬环的周向间隔分布。

6.根据权利要求5所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述法兰的上端面与所述上衬环的下端面通过至少两个销钉定位，并且所述至少两个所述销钉沿所述上衬环的周向间隔分布。

7.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述内衬与所述腔体接触部分的厚度大于所述内衬其他部分的厚度。

8.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述隔热环与所述压环之间的最小距离小于或等于5mm。

9.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述隔热环的内径大于所述压环的内径。

10.根据权利要求9所述的半导体工艺腔室，其特征在于，所述隔热环的内径与所述压环的内径的差值范围为5mm-10mm。

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