CN111893567B - 气相沉积腔室 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气相沉积腔室，包括：上外壁、反应基座、支撑环、下外壁、第一导流环，支撑环设置在所述上外壁和下外壁之间且与上外壁和下外壁连接，第一导流环和反应基座依次设置在所述支撑环的内侧，且第一导流环承载在下外壁，下外壁、第一导流环和反应基座形成第一子腔，在上外壁和反应基座之间形成第二子腔；第一导流环上构造有径向贯穿的进气通孔和偏离进气通孔的径向非贯穿的进气切槽，进气通孔与所述第一子腔连通以向第一子腔的内部引入清洗气体，进气切槽与所述第二子腔连通以向第二子腔的内部引入工艺气体。根据本申请的气相沉积腔室，可方便地对其进行清洁。

Description

气相沉积腔室

技术领域

本申请涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种气相沉积腔室。

背景技术

气相沉积是将工艺气体输送到反应腔，通过工艺气体发生物理或化学变化而在衬底(例如，硅片)上沉积原子，进而在衬底上外延生长出单晶层。

在硅外延生长期间，对反应腔的洁净度要求极高，因此将每片硅片送入腔室前，都要对反应腔进行清洁(例如，进行蚀刻)，以使得反应腔处于良好的洁净状态。因此，反应腔的清洁的便捷性就变得尤为重要。

在现有技术中(如图2所示)，硅片承载在反应基座1001上，反应基座1001将反应腔1000分隔成上下两个空间1002、1003，其中硅片处于反应基座的上方空间1002内。上下两个空间1002、1003通过反应基座1000与反应腔的侧壁之间的间隙1004相互连通。在进行气相沉积，工艺气体主要进入上方空间1002，但仍有小部分会经上述间隙进入下方空间1003，这对下方空间造成污染。在进行蚀刻清洁时，蚀刻气体仍沿工艺气体的进气路径供气，使得蚀刻气体难以进入下方空间，这使得只有彻底拆开反应腔才能对下方空间进行清洁，这极大地影响了机台的开机率。

发明内容

根据本发明的气相沉积腔室，包括：包括上外壁、反应基座、支撑环、下外壁、第一导流环，其中：所述支撑环设置在所述上外壁和下外壁之间且与所述上外壁和下外壁连接，所述第一导流环和所述反应基座依次设置在所述支撑环的内侧，且所述第一导流环承载在所述下外壁上，所述下外壁、所述第一导流环和所述反应基座形成第一子腔，在所述上外壁和所述反应基座之间形成第二子腔；所述第一导流环上构造有径向贯穿的进气通孔和偏离所述进气通孔的径向非贯穿的进气切槽，所述进气通孔与所述第一子腔连通以向所述第一子腔的内部引入清洗气体，所述进气切槽与所述第二子腔连通以向所述第二子腔的内部引入工艺气体。

在一个实施例中，在所述第二子腔内设置有第二导流环，所述第二导流环的径向尺寸大于或等于所述第一导流环的径向尺寸并且间隔到设置在所述第一导流环的上方，在所述进气切槽和第二导流环之间的间隙形成所述第二子腔的进气通道。

在一个实施例中，所述第一导流环构造有进气区，所述进气通孔和进气切槽构造在所述进气区中，所述进气切槽和所述进气通孔的数量均为多个，并且相间分布。

在一个实施例中，所述进气区包括分开的第一进气区和第二进气区，所述第一进气区与第二进气区处于所述第一导流环的直径的同侧，所述进气切槽构造在所述第一进气区中，所述进气通孔构造在所述第二进气区中。

在一个实施例中，所述第一导流环构造有排气区，所述排气区与所述进气区处于所述第一导流环的所述直径的异侧，所述第一导流环在所述排气区内构造有排气切槽，在所述排气切槽和第二导流环之间的间隙形成所述第二子腔的排气通道。

在一个实施例中，所述反应基座与所述第一导流环之间的间隙形成所述第一子腔的排气通道，所述第一子腔的排气通道与所述第二子腔的排气通道连通。

在一个实施例中，在所述第一导流环在所述排气区内偏离所述排气切槽构造有与所述第一子腔连通的排气口，所述排气口与所述第二子腔的排气通道连通。

在一个实施例中，所述支撑环上设置有进气插件，所述进气插件构造有与所述进气通孔连通的第一贯穿孔，和与所述进气切槽连通的第二贯穿孔，所述第一贯穿孔与所述第二贯穿孔彼此独立。

在一个实施例中，所述进气插件包括至少两个子部件，至少两个所述子部件沿所述支撑环在周向上拼接在一起，在每个所述子部件上均构造有所述第一贯穿孔和所述第二贯穿孔。

在一个实施例中，在周向上，第二贯穿孔处于每个所述子部件的两侧，所述第一贯穿孔处于所述子部件的中部，在周向上，拼接在一起的两个所述子部件的相邻的第二贯穿孔与同一个进气切槽连通。

与现有技术相比，本申请的优点在于：根据本申请的气相沉积腔室，设置有用于引入工艺气体的进气切槽和引入清洗气体的进气通孔，进气通孔独立于进气切槽并且与第一子腔直接连通。这样，在清洁气相沉积腔室时，可以通过进气通孔直接向第一子腔内充入蚀刻气体来蚀刻除去第一子腔内的污染物，这就避免了频繁拆开气相沉积腔室，从而减少了维护时间，有助于提高包括这种气相沉积腔室的气相沉积装置的性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性地显示了根据本申请的一个实施例的气相沉积腔室的结构。

图2示意性地显示了现有技术中的气相沉积腔室的结构。

图3示意性地显示了第一导流环的俯视图。

图4示意性地显示了第一导流环的A向视图。

图5示意性地显示了另一种形式的第一导流环。

图6示意性地显示了工艺气体的流入路径。

图7示意性地显示了清洗气体的流入路径。

图8示意性地显示了进气插件的结构。

图9示意性地显示了进气插件与第一导流环的配合结构。

图10示意性地显示了第一子腔的排气口。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1示意性地显示了根据本申请的一个实施例的气相沉积腔室1的结构。

如图1所示，气相沉积腔室1包括第一子腔100和第二子腔200。第一子腔100和第二子腔200通过横向设置的反应基座300而在纵向上隔开。具体来说，气相沉积腔室1包括上外壁201、下外壁101、反应基座300、支撑环210和第一导流环103。支撑环210处于上外壁201和下外壁101之间，并且与上外壁201和下外壁101相连。第一导流环103和反应基座300依此设置在支撑环210的内侧。第一导流环103承载在下外壁101上。在下外壁101和反应基座300之间形成第一子腔100，在上外壁201和反应基座300之间形成第二子腔200。第一导流环103上构造有径向贯穿的进气通孔110和偏离进气通孔110的径向非贯穿的进气切槽120(如图2所示)。进气通孔110与第一子腔100连通以向第一子腔100的内部引入清洗气体，进气切槽120与第二子腔200连通以向第二子腔200的内部引入工艺气体。

在上述结构的气相沉积腔室1中，第一子腔100和第二子腔200通常采用透明的材料制成，例如石英。这样，在使用具有上述结构的气相沉积腔室1时，待处理的基板(例如硅片)放置在反应基座300上并处于第二子腔200内，并且从第一子腔100和第二子腔200外部对基板进行加热(例如，通过红外线加热)，同时通过进气切槽120向第二子腔200充入工艺气体，例如对于硅片而言，可以为SiCl₃和SiCl₂，以在硅片上外延生长Si层。如果少部分的工艺气体进入到第一子腔100的情况下，会在第一子腔100的壁上形成硅层，这对于基板的加热会造成不良影响。在现有技术中，通常的解决方案为每隔一段就停机拆开气相沉积腔室1进行维护，影响设备的开机率。然而，根据本申请的气相沉积腔室1，在通常情况下，可以通过进气通孔110向第一子腔100内直接充入蚀刻气体(例如，HCl气体)来蚀刻除去第一子腔100内的硅层，这就避免了频繁拆开气相沉积腔室1，从而减少了维护时间，有助于提高包括这种气相沉积腔室1的气相沉积装置的性能。

下面将在图1的基础上，进一步描述气相沉积腔室1的其他结构。

如图1所示，下外壁101的边缘构造凸缘104，第一导流环103承载在凸缘104上。此外，支撑环210处于第一导流环103的径向外侧。这样，能够容易地将第一导流环103稳定地安装在下外壁101上。应理解的是，支撑环210不会阻挡进气通孔110，这将在下文描述。

如图3、4、6、7所示，在第一导流环103上偏离进气通孔110构造有气切槽120。在第二子腔200内设置有第二导流环203，第二导流环203的径向尺寸大于或等于第一导流环103的径向尺寸并且间隔到设置在第一导流环103的上方，由此第二导流环203径向向外延伸且间隔地覆盖了进气切槽120。在进气切槽120和第二导流环203之间的间隙204形成第二子腔200的进气通道。这样，在向第二子腔200供入工艺气体时，工艺气体在第一导流环103的进气切槽120和第二导流环203的引导下，流入到第二子腔200内(如图6所示)。同样，应理解的是，支撑环210不会阻挡第二子腔200的进气通道204，这也将在下文描述。此外，由于进气切槽120偏离进气通孔110(如图4所示)，因此可独立地向第一子腔100和第二子腔200供入所需气体而不会产生相互干扰，这样能够更加方便地单独对第一子腔100进行清洁，甚至与第二子腔200中的外延生长或蚀刻操作同步进行，从而进一步减小了停机清洁时间。

还如图3所示，第一导流环103构造有进气区105，进气通孔110和进气切槽120构造在进气区105中。此外，第一导流环103还构造有排气区106，排气区106与进气区105处于第一导流环103的直径107的异侧，优选为正对。在排气区106内构造有排气结构，以使得第一子腔100和第二子腔200的从排气区106排出(这将在下文描述)。

通过将进气通孔110和进气切槽120集中设置在进气区105中，可使得气相沉积装置2的结构更加紧凑和简洁，以便于装配。另外，由于进气区105与排气区106处于直径107的异侧，优选为正对，这样，在第一子腔100和第二子腔200的气流方向恒定(如图3中的箭头108所示)，有助于工艺气体或清洗气体顺畅流动，从而有助于提高基板外延生长的品质，并且减小工艺调试难度。

优选地，进气切槽120和进气通孔110的数量均为多个，并且相间分布。例如，如图4所示，进气切槽120的数量为5个，进气通孔110的数量为4个并且分布在相邻进气切槽120之间的间隙内。多个进气切槽120和进气通孔110可保证各自的进气均匀性，以提高基板外延生长的品质和/或有助于第一子腔100的清洁。在另外的实施例中，进气通孔110可以不设置在进气切槽120之间，而是可以分布在第一导流环103的进气区105的主体部109上，进气切槽120也可以根据实际要求而变化。另外，进气切槽120的面积大于进气通孔110的横截面积，例如，进气切槽120的面积是进气通孔110的横截面积的至少三倍，以首先保证向第二子腔200供入充足的工艺气体。

图5示意性地显示了另一种形式的第一导流环103。在这种第一导流环103中，进气区105包括分开的第一进气区111和第二进气区112。第一进气区111与第二进气区112处于第一导流环103的直径107的同侧(排气区106的异侧)，进气切槽120构造在第一进气区111中，进气通孔110构造在第二进气区112中。这样，进气切槽120和进气通孔110在周向上完全分开了，在不对第一子腔100和第二子腔200的气流方向造成不良影响的情况下，可以有更多的空间来设置进气切槽120和进气通孔110，以进一步有助于提高基板外延生长的品质，提高第一子腔100的清洁品质，并且减小工艺调试难度。

在另外的实施例中，还可以具有两个第二进气区112和一个第一进气区111，并且两个第二进气区112在周向上分布在该一个第一进气区111的两侧。此外，甚至可以设置更多个第一进气区111和第二进气区112，这不再赘述。

返回到图1和图3，第一导流环103在排气区106内构造有排气切槽113。第二导流环203间隔地覆盖了排气切槽113，在排气切槽113和第二导流环203之间的间隙形成第二子腔200的排气通道212。这样，第二子腔200内的气体可经排气通道212排出。

在一个实施例中，反应基座300与第一导流环103之间的间隙(图中未示出)形成第一子腔100的排气通道，第一子腔100的排气通道与第二子腔200的排气通道212连通。这样，第一子腔100内的气体可顺利地排出。

在另一个实施例中，如图10所示，在第一导流环103在排气区106内偏离排气切槽113构造有与第一子腔100连通的排气口115，排气口115与第二子腔200的排气通道212连通。这样，第一子腔100的排气更加顺畅，这有助于对第一子腔100的清洁。

返回到图1，在进气通孔110和进气切槽120集中设置在进气区105中的情况下，在支撑环210上设置有进气插件220。如图8和9所示，进气插件220包括与进气通孔110连通的第一贯穿孔221和与进气切槽120连通的第二贯穿孔222。这样，支撑环210就不会遮挡或阻挡进气通孔110和进气切槽120(或第二子腔200的进气通道204)。另外，在将外部气源与进气插件220连通后，就可以将外部气源的气体供入第一子腔100和/或第二子腔200内，这简化了气相沉积装置2的装配。

在一个实施例中，由于进气切槽120的截面积大于进气通孔110，因此第二贯穿孔222的截面积也相应地大于第一贯穿孔221。

在一个具体的实施例中(如图1和8所示)，进气插件220为独立于支撑环210的板体结构，在支撑环210上构造有进气插件220的装配空间。在这种情况下，在进气插件220的内部构造有与进气通孔110连通的第一贯穿孔221和与进气切槽120连通的第二贯穿孔222。第一贯穿孔221与第二贯穿孔222彼此独立。这样，可独立制备和维护体积较小的进气插件220，而不是体积较大的支撑环210，这降低了气相沉积腔室1的制造和维护难度和成本。

在另一个具体的实施例中，如图8所示，独立板体结构的进气插件200包括至少两个子部件223、224。在装配状态中，这些子部件223、224沿支撑环210在周向上拼接在一起。在每个子部件223、224上均构造有第一贯穿孔221和第二贯穿孔222。在装配时，这些子部件223、224彼此之间存在一定的间隙225，以便于协调装配。另外，这些子部件223、224的体积和重量也较小，也有助于简化装配。

另外，在周向上，第二贯穿孔处于每个子部件223、224的两侧，第一贯穿孔221处于子部件223、224的中部(如图8所示)。由此，在周向上，拼接在一起的两个子部件223、224的相邻的第二贯穿孔2221、2222与同一个进气切槽120连通。由于第二贯穿孔222的截面积较大(例如，大于第一贯穿孔221的截面积)，因此，即使两个第二贯穿孔2221、2222之间存在间隙225，也不会对进气造成不良影响。优选地，两个相邻的第二贯穿孔2221、2222的截面积之和等于其他的第二贯穿孔，以进一步保证进气的均匀性。

当进气通孔110和进气切槽120以其他形式设置时，例如图5所示的那样，也可以构造相应的进气插件，这不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种气相沉积腔室，其特征在于，包括上外壁、反应基座、支撑环、下外壁、第一导流环，其中：

所述支撑环设置在所述上外壁和下外壁之间且与所述上外壁和下外壁连接，所述第一导流环和所述反应基座依次设置在所述支撑环的内侧，且所述第一导流环承载在所述下外壁上，所述下外壁、所述第一导流环和所述反应基座形成第一子腔，在所述上外壁和所述反应基座之间形成第二子腔；

所述第一导流环上构造有径向贯穿的进气通孔和偏离所述进气通孔的径向非贯穿的进气切槽，所述进气通孔与所述第一子腔连通以向所述第一子腔的内部引入清洗气体，以蚀刻所述第一子腔内的污染物，所述进气切槽与所述第二子腔连通以向所述第二子腔的内部引入工艺气体；

在所述第二子腔内设置有第二导流环，所述第二导流环的径向尺寸大于或等于所述第一导流环的径向尺寸并且间隔地设置在所述第一导流环的上方，在所述进气切槽和第二导流环之间的间隙形成所述第二子腔的进气通道。

2.根据权利要求1所述的气相沉积腔室，其特征在于，所述第一导流环构造有进气区，所述进气通孔和进气切槽构造在所述进气区中，所述进气切槽和所述进气通孔的数量均为多个，并且相间分布。

3.根据权利要求2所述的气相沉积腔室，其特征在于，所述进气区包括分开的第一进气区和第二进气区，所述第一进气区与第二进气区处于所述第一导流环的直径的同侧，

所述进气切槽构造在所述第一进气区中，所述进气通孔构造在所述第二进气区中。

4.根据权利要求2或3所述的气相沉积腔室，其特征在于，所述第一导流环构造有排气区，所述排气区与所述进气区处于所述第一导流环的直径的异侧，

所述第一导流环在所述排气区内构造有排气切槽，在所述排气切槽和第二导流环之间的间隙形成所述第二子腔的排气通道。

5.根据权利要求4所述的气相沉积腔室，其特征在于，所述反应基座与所述第一导流环之间的间隙形成所述第一子腔的排气通道，所述第一子腔的排气通道与所述第二子腔的排气通道连通。

6.根据权利要求5所述的气相沉积腔室，其特征在于，在所述第一导流环在所述排气区内偏离所述排气切槽构造有与所述第一子腔连通的排气口，所述排气口与所述第二子腔的排气通道连通。

7.根据权利要求1所述的气相沉积腔室，其特征在于，所述支撑环上设置有进气插件，所述进气插件构造有与所述进气通孔连通的第一贯穿孔，和与所述进气切槽连通的第二贯穿孔，所述第一贯穿孔与所述第二贯穿孔彼此独立。

8.根据权利要求7所述的气相沉积腔室，其特征在于，所述进气插件包括至少两个子部件，至少两个所述子部件沿所述支撑环在周向上拼接在一起，

在每个所述子部件上均构造有所述第一贯穿孔和所述第二贯穿孔。

9.根据权利要求8所述的气相沉积腔室，其特征在于，在周向上，第二贯穿孔处于每个所述子部件的两侧，所述第一贯穿孔处于所述子部件的中部，在周向上，拼接在一起的两个所述子部件的相邻的第二贯穿孔与同一个进气切槽连通。

Images