CN113097106A - 半导体设备及半导体腔室 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种半导体腔室，包括：腔体、进气部和匀流部，进气部通过匀流部与腔体连通，匀流部能够使工艺气体减速通过匀流部，以使工艺气体能够在匀流部内混流，匀流部具有出气端，腔体具有进气端，出气端与进气端连接，匀流部的宽度与腔体的宽度相对应，出气端的宽度与进气端的宽度相对应。通过设置匀流部能够使高速的工艺气体充分混流，使得够工艺气体在进入到腔体中时能够保持浓度均衡，从而使得工艺气体与腔体中的待加工件具有更好的反应效果。

Description

半导体设备及半导体腔室

技术领域

本申请涉及半导体领域，特别涉及一种半导体设备及半导体腔室。

背景技术

外延反应器是一种用于制造衬底的设备，特别是用于制造半导体元件的硅衬底。外延反应器中制备的沉衬底的质量与注入该设备的反应腔内的工艺气体的气流稳定性相关，气流稳定性好，那么制备的衬底的各项性能参数也会较好。

工艺气体通入到半导体腔室中时，工艺气体的浓度和速率的一致性较差，这样会使得工艺气体与半导体腔室内的诸如晶圆等待加工件的接触效果不佳，导致待加工件的工艺处理效果不佳。同时，半导体腔室内的工艺气体浓度不均衡还会导致工艺气体的气流产生涡流，使得工艺气体的浓度和速率的一致性更加无法等到保障。

发明内容

本申请提出了一种半导体设备及半导体腔室，能够解决目前的反应腔进气结构会导致工艺气体形成涡流的问题。

第一方面，本申请提出了一种半导体腔室，包括：腔体、进气部和匀流部；

所述进气部通过所述匀流部与所述腔体连通，所述匀流部能够使工艺气体减速通过所述匀流部，以使工艺气体能够在所述匀流部内混流；

所述匀流部具有出气端，所述腔体具有进气端，所述出气端与所述进气端对应连接，所述匀流部的宽度与所述腔体的宽度相对应，所述出气端的宽度与所述进气端的宽度相对应。

第二方面，本申请还提出了一种半导体设备，包括上文的半导体腔室。

本申请的有益效果如下：本申请通过在进气部和腔体之间设置匀流部，高速的工艺气体在进入到匀流部内会减速通过匀流部，工艺气体能够在匀流部内充分混流，使匀流部内各处的工艺气体的浓度均衡。匀流部的宽度和腔体的宽度对应，当工艺气体于匀流部内充分混合后能够均匀地进入到腔体内，使得腔体内各处的工艺气体浓度也均衡，从而使得腔体内的待加工件的加工效果更好。

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为本申请实施例公开的半导体腔室的示意图；

图2为本申请实施例公开的半导体腔室的匀流部的示意图；

图3为本申请实施例公开的半导体腔室的混流腔和匀流腔的连接示意图。

附图标记说明：

100-腔体，110-反应基座，111-承载区，

200-进气部，210-进气口，220-观察口。

300-匀流部，310-混流腔，311-引流孔，312-混流通道，320-匀流腔，321-匀流孔，

400-导流部，410-导流通道。

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-图3示意性地显示了根据本申请的一个实施例的半导体腔室，其包括腔体100、进气部200和匀流部300。

参照图1，腔体100围成半导体腔室内的反应区域，待加工件设置在腔体100内，工艺气体通入到腔体100内后与设置在腔体100内的待加工件接触，从而使得待加工件能够进行反应加工。通常，腔体100内会处于特定的温度和压强环境下，具体的，可根据待加工件的工艺需求而设置，对此，本申请不作限制。

待加工件通常为晶圆，当然，也可以是其他的半导体原料件，对此，本申请不作限制。

进气部200通过匀流部300与腔体100连接，进气部200与工艺气体输出装置连接，工艺气体通过进气部200进入到匀流部300中，然后再通过匀流部300进入到腔体100中与待加工件接触，使得工艺气体能够与腔体100内待加工件反应。匀流部300能够使工艺气体减速通过匀流部300，从而使得工艺气体在匀流部300内停留更长的时间，这样，工艺气体能够在匀流部300内充分混流，使得匀流部300内各处的工艺气体的浓度均衡，由匀流部300进入到腔体100内的工艺气体也能够保持浓度均衡，浓度均衡的工艺气体在腔体100流过位于腔体100内的待加工件，使得工艺气体与腔体100内的待加工件的接触效果更好，防止因腔体100内的工艺气体的浓度差过大而导致待加工件的反应效果不好的问题。当工艺气体与待加工件的接触效果提升后，相应的，工艺气体与待加工件的反应效果会更好。

继续参照图1，匀流部300具有出气端，腔体100具有进气端，通过使匀流部300的出气端和腔体100的进气端相接，使得匀流部300能够与腔体100连通。此处所述的出气端和进气端是根据工艺气体流向而言的，匀流部300的出气端朝向腔体100设置，腔体100的进气端朝向匀流部300设置，可实现工艺气体由匀流部300的出气端排出，再由腔体100的进气端进入到腔体100内。

匀流部300和腔体100都具有沿工艺气体总体流向的长度、与工艺气体流向垂直的宽度，以及与上述的长度和宽度均垂直的高度。长度方向可定义为X轴方向，宽度方向可定义为Y轴方向，高度方向可定义为Z轴方向。匀流部300和腔体100的宽度相对应设置，出气端和进气端的宽度相对应设置，这样能够使工艺气体更加均匀稳定。通常，匀流部300、腔体100、出气端和进气端的宽度对应设置，具体的，上述四者的宽度应至少接近，或是相等。这样工艺气体在匀流部300内充分混流达到浓度均衡后，工艺气体从出气端排出后形成的气流的宽度与工艺气体由进气端进入到腔体100中的气流宽度是一致的，并且这一气流的宽度是与匀流部300和腔体100的宽度对应的，工艺气体流向腔体100内时能够使工艺气体均匀分布于腔体100内，使腔体100内的工艺气体浓度均衡，防止腔体100内因工艺气体浓度差而产生涡流的问题。从而使得位于流入到腔体100内的工艺气体具有良好的速率一致性和浓度一致性。

本申请实施例公开的半导体腔室中，通过在进气部200和腔体100之间设置匀流部300能够使工艺气体在进入到腔体100之前在匀流部300内充分混流，使得匀流部300内的各个部分的工艺气体的浓度均衡。匀流部300的宽度、腔体100的宽度、进气端和宽度和出气端的宽度对应，当工艺气体于匀流部300内充分混合后能够通过出气端和进气端均匀地进入到腔体100内，使得工艺气体的浓度和速率均衡的同时，工艺气体的气流的宽度始终保持一致，从而使得腔体100内各处的工艺气体浓度也均衡，腔体100内的待加工件与工艺气体的反应效果更好。

可选的，参照图2，匀流部300内设置有混流腔310和匀流腔320，混流腔310通过引流孔311和匀流腔320连通，通过设置引流孔311能够减小工艺气体从混流腔310进入到匀流腔320的单位时间流量，从而增加工艺气体停留在混流腔310内的时间，工艺气体能够于混流腔310内先进行混流后再进入到匀流腔320内，使得位于混流腔310内的工艺气体的浓度较为均衡。匀流腔320通过匀流孔321和腔体100连通，通过设置匀流孔321能够减小工艺气体从匀流腔320进入到腔体100的单位时间流量，从而增加工艺气体停留在匀流腔320内的时间，工艺气体能够于匀流腔320内再次进行混流，使得位于匀流腔320内的工艺气体的浓度进一步均衡，相应的，由匀流腔320进入到腔体100内的工艺气体的浓度均衡性更好。

上述的匀流孔321设置有多个，多个匀流孔321沿匀流部300的宽度方向均匀设置，因此，多个匀流孔321的设置结构与腔体100和进气端的宽度也是对应的，具体的，匀流孔321由匀流部300宽度方向的一端延伸至匀流部300宽度方向的另一端，使得多个匀流孔321呈横排设置，这样能够使工艺气体流向于腔体100内的各处，防止腔体100内各处的工艺气体的浓度不均衡而导致涡流产生。通常，可以将匀流孔321的孔口面积设置相对较小，并增加匀流孔321的设置数量，这样能够使得由各个匀流孔321进入到的腔体100内的工艺气体的浓度均衡的同时，还能够使得腔体100内的各处的工艺气体的浓度更加均衡。

上述的多个匀流孔321所形成的横排也可以设置多个，多个横排可沿着匀流部300的高度方向分布，即沿Z轴方向分布，对此，本申请不作限制。

可选的，引流孔311也可以设置多个，多个引流孔311也沿着匀流部300的宽度方向设置，设置多个引流孔311能够使得于混流腔310内混流的工艺气体均匀地进入到匀流腔320内，使得工艺气体进入到匀流腔320内后能够更高效地达到浓度均衡。同时，设置多个引流孔311也能够防止工艺气体堵塞于混流腔310内。多个引流孔311的孔口面积之和可以设置为不大于多个匀流孔321的孔口面积之和，这样能够使得工艺气体在混流腔310和匀流腔320内停留足够的时间以供工艺气体混流。

可选的，混流腔310可以设置为叠置于匀流腔320，并且引流孔311的轴向与匀流孔321的轴向垂直。通常，混流腔310和匀流腔320可以沿匀流部300的高度方向叠置，这样能够减小匀流部300的体积，并减小匀流部300的占用空间，相应的，引流孔311可以开设于混流腔310的底部，使得混流腔310的底部和匀流腔320的顶部连通，由于引流孔311的轴向与匀流孔321的轴向垂直，因此，匀流孔321可以设置于匀流腔320的侧壁，这样引流孔311和匀流孔321不会相对。工艺气体由混流腔310流向匀流腔320后再由匀流腔320流向腔体100的过程中，工艺气体会转向，这样能够更进一步增加工艺气体在混流腔310和匀流腔320内的停留时间，使得工艺气体的混流更加充分，浓度更加均衡。

作为可选的实施方式，混流腔310和匀流腔320也可以设置为处于同一个平面上，混流腔310和匀流腔320沿匀流部300的宽度方向叠置，这样设置结构下，引流孔311可以设置在混流腔310的侧壁，使得混流腔310侧壁和匀流腔320的侧壁连通，由于引流孔311的轴向和匀流孔321的轴向垂直，因此匀流孔321可以设置在匀流腔320内与设置引流孔311的侧壁相邻的侧壁，这样工艺气体由混流腔310进入到匀流腔320，再由匀流腔320进入到腔体100的过程中也要转弯，从而能够达到使工艺气体在匀流部300内充分混流的目的。

作为可选的实施方式，混流腔310和匀流腔320之间还可以设置连接通道，连接通道可以是弯折件，这样也能够使延长工艺气体在匀流部300内的停留时间，使得工艺气体能够充分混流。

可选的，进气部200设置有多个进气口210，多个进气口210沿匀流部300的宽度方向均匀设置，通过设置多个进气口210能够使进气部200的流量增大，提高工艺气体在匀流部300内的混流效率，同时，进气口210沿匀流部300的宽度方向均匀设置能够使工艺气体均匀地进入到混流腔310内，使混流腔310内各处充满工艺气体，利于工艺气体在混流腔310内混流扩散，从而提高工艺气体在混流腔310内的混流效率。

为了使工艺气体在混流腔310内的混流效果更好，可以设置进气部200的进气口210的轴向与引流孔311的轴向垂直，这样，工艺气体进入到混流腔310内时的气体流向不与引流孔311直接相对，工艺气体需要转弯后才能够进入到混流腔310内，混流腔310的内壁能够阻挡工艺气体使得工艺气体在混流腔310内充分混流，从而使得混流腔310内的工艺气体的浓度更加均衡，混流效率更高。

可选的，本申请实施例公开的半导体腔室还包括导流部400，匀流部300通过导流部400和腔体100连接，导流部400内具有多个沿匀流部300的宽度方向设置的导流通道410，多个导流通道410是相互分隔的，至少一个匀流孔321对应连接于一个导流通道410。设置导流部400能够延长工艺气体流向腔体100的距离，使得工艺气体能够更加充分地混流，以达到浓度均衡。

导流部400内设置的多个导流通道410沿匀流部300的宽度方向设置，相应的，多个导流通道410也是沿着腔体100的宽度方向设置，这样能够将导流部400的内的空间分隔为多个相对较小的区域，工艺气体由匀流部300流入到导流通道410内后能够由导流通道410流向腔体100，能够使工艺气体均匀地流向腔体100内，在此过程中，工艺气体能够在导流通道410内更进一步混流，使得工艺气体的浓度更加均衡。

多个导流通道410相互分隔，能够防止任意一个导流通道410内的工艺气体窜入到其他的导流通道410内。同时，单一的导流通道410的横截面相对于导流部400的横截面更小，工艺气体进入到导流通道410内更容易在导流通道410内扩散，使得导流通道410内的工艺气体的浓度均衡，这样，由导流通道410流向腔体100的工艺气体的浓度也更加均衡。

每个导流通道410可对应设置一个或者多个匀流孔321，通常，当导流通道410的宽度尺寸较大时，可设置多个匀流孔321与一个导流通道410对应设置，而当导流通道410的宽度尺寸较小时，可以设置匀流孔321与导流通道410一一对应设置。通常，导流通道410的数量越多，通过导流通道410流向腔体100内的工艺气体的浓度更加均衡，对于导流通道410的具体数量，本申请不作限制。

可选的，混流腔310内可以设置多个相互分隔的混流通道312，多个混流通道312也沿着匀流部300的宽度方向设置，设置多个混流通道312能够使工艺气体在进入到导流部400和腔体100之前，在混流腔310内即可分散于各个混流通道312内，混流通道312的空间大小相对于匀流腔320较小，这样能够使工艺气体更高效地在混流腔310内扩散，使工艺气体更高效地在匀流腔320内达到浓度均衡。通常，混流通道312的数量越多，通过混流腔310流向匀流腔320的工艺气体的浓度更加均衡，对于混流通道312的具体数量，本申请不作限制。

可选的，进气部200还设置有位于进气部200两侧的观察窗，设置观察窗能够便于观察进气部200内的进气情况。

可选的，在腔体100内设置有反应基座110，反应基座110用于承载待加工件。通常，当待加工件为晶圆时，反应基座110的支撑面可以设置为圆形，这样既能够支撑晶圆，也能够减小反应基座110于腔体100内占用的空间。通常，为了使待加工件与工艺气体的接触效果更好，反应基座110的直径可以设置为配合于腔体100的宽度，具体的，反应基座110的径向两端可以设置为与腔体100的宽度方向的内壁接触或者具有一个较小的间隙，这样能够使位于反应基座110上的待加工件能够与进入到腔体100内的工艺气体均匀接触。

可选的，为了提高待加工件的反应加工效率，可以在反应基座110上设置多个晶圆承载区111，晶圆承载区111可以设置为环绕反应基座110的中心环形阵列设置，这样既可以配合于待加工件的外形，也能够充分利用反应基座110的的承载区111域，使得反应基座110上可以放置更多的待加工件，从而提高待加工件的反应加工效率。同时，这样设置也能够使位于晶圆承载区111上的待加工件均匀分布，使得工艺气体与待加工件的接触效果更好。

可选的，为了本申请实施例公开的半导体腔室结构更为紧凑，当反应基座110的支撑面为圆形时，导流部400与反应基座110接触的一端配合于反应基座110的外周，具体的，导流部400中与反应基座110中心对应的导流通道410的长度小于导流部400宽度方向两端的导流通道410的长度，越靠近导流部400宽度方向两端，即反应基座110的径向两端的导流通道410的长度越长。这样设置能够使工艺气体从导流通道410排出后能够直接与反应基座110上的待加工件接触，使得待加工件与工艺气体的接触效果更好。

基于上文的半导体腔室，本申请还提出了一种半导体设备，包括上述的半导体腔室。

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 (10)

1.一种半导体腔室，其特征在于，包括：腔体(100)、进气部(200)和匀流部(300)；

所述进气部(200)通过所述匀流部(300)与所述腔体(100)连通，所述匀流部(300)能够使工艺气体减速通过所述匀流部(300)，以使工艺气体能够在所述匀流部(300)内混流；

所述匀流部(300)具有出气端，所述腔体(100)具有进气端，所述出气端与所述进气端对应连接，所述匀流部(300)的宽度与所述腔体(100)的宽度相对应，所述出气端的宽度和所述进气端的宽度相对应。

2.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述匀流部(300)内具有混流腔(310)和匀流腔(320)，所述混流腔(310)通过引流孔(311)与所述匀流腔(320)连通，所所述匀流腔(320)具有所述出气端，所述出气端包括匀流孔(321)，所述匀流腔(320)通过匀流孔(321)与所述腔体(100)连通。

3.根据权利要求2所述的半导体腔室，其特征在于，所述匀流孔(321)的数量为多个，多个所述匀流孔(321)在所述匀流腔(320)的宽度方向上成横排设置，且所述横排的排数为至少一个，位于同一个横排的多个所述匀流孔(321)均匀设置。

4.根据权利要求3所述的半导体腔室，其特征在于，所述引流孔(311)的数量为多个，多个所述引流孔(311)的孔口面积之和小于多个所述匀流孔(321)的孔口面积之和，多个所述引流孔(311)沿所述匀流部(300)的宽度方向均匀设置。

5.根据权利要求4所述的半导体腔室，其特征在于，所述混流腔(310)与所述匀流腔(320)同轴设置，所述混流腔(310)叠置于所述匀流腔(320)上，所述引流孔(311)的轴向与所述匀流孔(321)的轴向垂直。

6.根据权利要求5所述的半导体腔室，其特征在于，所述进气部(200)开设有多个进气口(210)，多个所述进气口(210)沿所述匀流部(300)的宽度方向均匀设置。

7.根据权利要求6所述的半导体腔室，其特征在于，所述进气口(210)的轴向与所述引流孔(311)的轴向垂直。

8.根据权利要求2所述的半导体腔室，其特征在于，所述半导体腔室还包括导流部(400)，所述匀流部(300)与所述腔体(100)通过所述导流部(400)连通，所述导流部(400)内具有多个导流通道(410)，多个所述导流通道(410)相互分隔，至少一个所述匀流孔(321)对应连接于一个所述导流通道(410)。

9.根据权利要求2所述的半导体腔室，其特征在于，所述混流腔(310)具有多个相互分隔的混流子腔(312)，多个所述混流子腔(312)沿所述匀流部(300)的宽度方向设置。

10.一种半导体设备，包括如权利要求1-9任意一项所述的半导体腔室。

Images