CN113337810B - 内衬装置及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种内衬装置及半导体加工设备，该内衬装置包括内衬组件和排气通道结构，排气通道结构的进气口与工艺腔室的内部连通；排气通道结构的出气口与工艺腔室的排气口连通；内衬组件包括沿工艺腔室的径向由中心向边缘依次嵌套的第一金属衬环、绝缘衬环和第二金属衬环；其中，排气通道结构的进气口位于第一金属衬环的内周壁上；第一金属衬环的轴向长度被设置为能够覆盖绝缘衬环的内周壁位于指定高度位置以上的区域，以防止薄膜沉积在绝缘衬环的内周壁上。本发明实施例提供的内衬装置及半导体加工设备，可以在实现工艺腔室内部气体排出的前提下，避免薄膜沉积在绝缘衬环的内周壁上，从而可以提高工艺结果的一致性和稳定性。

Description

内衬装置及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种内衬装置及半 导体加工设备。

背景技术

传统工艺一般使用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition， 简称PVD)方法沉积导电薄膜，例如，通过该PVD方法制得的TiN 薄膜具有很好的金属态性质，且阻挡能力强，但是随着线宽尺寸不断 缩小，PVD方法沉积的导电薄膜无法满足高深宽比(大于5:1)的孔 /槽的台阶覆盖率要求，而化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition， 简称CVD)方法具有良好的台阶覆盖率和工艺整合能力，因而逐渐 开始取代PVD方法沉积导电薄膜。

在采用CVD方法沉积导电薄膜(尤其是TiN薄膜)时，导电薄 膜的电阻率、方块电阻均匀性等工艺结果主要受射频场的稳定性影 响，而腔室环境的微小变化都可能会引起射频场的变化。导电薄膜作 为导体，主要沉积在晶圆表面，但仍有一少部分会沉积在腔室内部的 陶瓷内衬上，随着执行工艺片数的增多，陶瓷内衬上沉积的导电薄膜 越来越多，使得射频场的下电极面积逐渐增大，射频环境发生改变， 从而导致工艺结果的一致性和稳定性受到影响。

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 一种内衬装置及半导体加工设备，其可以在实现工艺腔室内部气体排 出的前提下，避免薄膜沉积在绝缘衬环的内周壁上，从而可以提高工 艺结果的一致性和稳定性。

为实现本发明的目的而提供一种内衬装置，应用于半导体加工 设备的工艺腔室中，所述内衬装置包括内衬组件和设置在所述内衬组 件中的排气通道结构，所述排气通道结构的进气口与所述工艺腔室的 内部连通；所述排气通道结构的出气口与所述工艺腔室的排气口连 通，用以排出所述工艺腔室内部的气体；

所述内衬组件包括沿所述工艺腔室的径向由中心向边缘依次嵌 套的第一金属衬环、绝缘衬环和第二金属衬环；其中，所述排气通道 结构的进气口位于所述第一金属衬环的内周壁上；所述第一金属衬环 的轴向长度被设置为能够覆盖所述绝缘衬环的内周壁位于指定高度 位置以上的区域，以防止薄膜沉积在所述绝缘衬环的内周壁上。

可选的，在所述第一金属衬环的外周壁上设置有沿其周向间隔 分布的多个定位凸部，且在所述绝缘衬环的上表面上设置有多个定位 凹部，各个所述定位凸部一一对应地与各个所述定位凹部相配合，以 限定所述第一金属衬环的位置。

可选的，每个所述定位凹部的底面均为与所述工艺腔室的径向 呈夹角的第一斜面，且所述第一斜面的高度沿所述工艺腔室的径向由 中心向边缘逐渐增大；每个所述定位凸部的下表面为第二斜面，所述 第二斜面与对应的所述第一斜面接触配合，以使所述第一金属衬环与 所述绝缘衬环同轴。

可选的，所述夹角的取值范围为大于等于20°，且小于等于30 °。

可选的，所述第一斜面、所述第二斜面以及所述定位凹部和所 述定位凸部彼此相对的侧面均为经抛光处理后的表面，用以减小所述 定位凹部和所述定位凸部的摩擦系数。

可选的，在所述绝缘衬环的内周壁上还设置有环形凹槽，所述 第一金属衬环位于所述环形凹槽中，且所述第一金属衬环的内周壁与 所述绝缘衬环的内周壁相平齐；所述第一金属衬环的上表面与所述绝 缘衬环的上表面相平齐。

可选的，所述排气通道结构包括多个第一排气孔、多个第二排 气孔和排气通道，其中，

每个所述第一排气孔沿所述第一金属衬环的径向贯通设置在所 述第一金属衬环中，且多个所述第一排气孔沿所述第一金属衬环的周 向间隔分布；所述第一排气孔的位于所述第一金属衬环的内周壁上的 一端用作所述排气通道结构的进气口；

每个所述第二排气孔沿所述绝缘衬环的径向贯通设置在所述绝 缘衬环中，且多个所述第二排气孔与多个所述第一排气孔一一对应地 设置；

所述排气通道设置在所述第二金属衬环中，且所述排气通道的 进气端与各个所述第二排气孔相连通，所述排气通道的出气端用作所 述排气通道结构的出气口与所述排气口相连通。

可选的，所述指定高度位置位于所述排气通道结构的进气口的 最低高度位置以下的指定竖直距离处，所述指定竖直距离的取值范围 为大于等于25mm，且小于等于35mm。

可选的，所述第一排气孔的直径大于所述第二排气孔的直径， 以在所述第一金属衬环热膨胀时能够使所述第一排气孔与对应的所 述第二排气孔保持连通。

可选的，所述第一排气孔的直径与所述第二排气孔的直径的差 值为大于等于0.8mm，且小于等于1mm。

可选的，所述第一金属衬环的外周壁与所述绝缘衬环的内周壁 之间具有径向间隙，用以为所述第一金属衬环的热膨胀预留空间。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设 备，包括工艺腔室和射频电源，其中，在所述工艺腔室顶部设置有进 气装置，用于向所述工艺腔室中输送工艺气体；在所述工艺腔室中设 置有上电极和基座，其中，所述上电极与所述射频电源电连接，所述 射频电源用于向所述上电极加载射频功率；所述基座接地；在所述工 艺腔室内还设置有环绕在所述基座周围的内衬装置，所述内衬装置采 用本发明实施例提供的上述内衬装置。

可选的，所述半导体加工设备还包括环绕所述基座设置的金属 边缘环。

可选的，所述半导体加工设备为化学气相沉积设备，所述沉积 薄膜为导电薄膜。

本发明具有以下有益效果：

本发明实施例提供的内衬装置，其第一金属衬环的轴向长度被 设置为能够覆盖绝缘衬环的内周壁位于指定高度位置以上的区域，可 以防止导电薄膜沉积在绝缘衬环的内周壁上，进而在采用CVD方法 沉积导电薄膜之后，可以保证射频场的下电极面积相对于沉积薄膜之 前不会增加，实现射频环境在沉积导电薄膜前后保持一致，从而可以 提高工艺结果的一致性和稳定性；同时，通过将排气通道结构的进气 口位于第一金属衬环的内周壁上，可以使第一金属衬环在覆盖绝缘衬 环的内周壁的同时，排气通道结构仍然能够与工艺腔室内部相连通， 从而可以实现将工艺腔室内部气体排出。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施 例提供的上述内衬装置，可以在实现工艺腔室内部气体排出的前提 下，避免导电薄膜沉积在绝缘衬环的内周壁上，保证工艺过程中射频 场的一致性，从而可以提高工艺结果的一致性和稳定性。

附图说明

图1为一种半导体加工设备的剖视图；

图2为图1中内衬装置的局部放大图；

图3为图1中的绝缘衬环在轴向上的剖视图；

图4为采用图1中的半导体加工设备制备的薄膜的电阻率与晶 圆数量的曲线图；

图5为本发明实施例提供的半导体加工设备的剖视图；

图6为本发明实施例提供的内衬装置在图5中内衬装置的局部 放大图；

图7A为本发明实施例采用的绝缘衬环的一种俯视图；

图7B为沿图7A中B1-B1线在绝缘衬环的轴向上的局部剖视图；

图7C为沿图7A中B2-B2线在绝缘衬环的轴向上的局部剖视图；

图8A为本发明实施例采用的绝缘衬环的另一种俯视图；

图8B为沿图8A中B3-B3线在绝缘衬环在轴向上的剖视图；

图9A为本发明实施例采用的第一金属衬环的仰视图；

图9B为沿图9A中C1-C1线在第一金属衬环的轴向上的剖视图；

图9C为沿图9A中C2-C2线在第一金属衬环的轴向上的剖视图；

图9D为本发明实施例采用的第一金属衬环在轴向上的剖视图；

图10为采用本发明实施例提供的半导体加工设备制备的薄膜的 电阻率与晶圆数量的曲线图。

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 合附图来对本发明实施例提供的内衬装置及半导体加工设备进行详 细描述。

请一并参阅图1至图3，一种半导体加工设备包括工艺腔室100 和射频电源(在图1中未示出)，其中，在工艺腔室100中设置有上 电极和基座101，该基座101用于承载晶圆，基座101例如为加热器， 用于对晶圆进行加热；并且，基座101用作下电极，并通过升降轴 104与工艺腔室100的腔室壁接地。并且，在基座101的周围环绕设 置有金属边缘环103，其与基座101电导通，用以保护基座101，同 时提高基座101上方的电场分布均匀性；在工艺腔室100设置有进气 装置105，该进气装置105用于向工艺腔室100中输送工艺气体；上 电极包括设置在工艺腔室100中，且位于基座101上方，并由上而下 间隔设置的匀流板107和喷淋头108，匀流板107和喷淋头108用以 将自进气装置105流出的工艺气体均匀地朝向基座101上的晶圆表面 输送。并且，工艺腔室100包括腔室侧壁与位于其上方的上电极安装 板116，且在二者之间设置有绝缘适配件110，用以将腔室侧壁与上 电极安装板116电绝缘，其中，腔室侧壁接地，而上电极安装板上设 置有射频馈入电极106，匀流板107和喷淋头108通过连接件115(例 如导电螺钉)与上述上电极安装板116固定连接，且能够电导通，并 且在绝缘适配件110绝缘作用下，匀流板107和喷淋头108与腔室侧 壁电绝缘，从而可以保证射频功率能够有效作用于腔室。射频馈入电 极106与上述射频电源电连接，且与上电极安装板116电连接。在射 频电源开启时，射频馈入电极106、上电极安装板116、喷淋头108 与匀流板107均带电，并在接地的工艺腔室100的腔室侧壁与基座101 之间产生持续稳定的辉光放电，以能够激发工艺腔室100中的工艺气 体形成等离子体，等离子体会在晶圆102表面上沉积形成薄膜。此外， 在工艺腔室100内设置有环绕在基座101周围的内衬装置109。需要 说明的是，图1中的虚线框仅示意性地包含了内衬装置109的局部结 构。

还需要说明的是，在实际应用中，上述射频馈入电极组件的结 构并不局限于图1中示出的结构，本发明实施例对此没有特别的限 制。

如图2所示，上述内衬装置109包括沿工艺腔室100的径向由 中心向边缘依次嵌套的第一金属衬环1091、绝缘衬环1092和第二金 属衬环1093，其中，如图3所示，绝缘衬环1092中设置有多个排气 孔1094，且多个排气孔1094沿绝缘衬环1092的周向间隔分布，每个排气孔1094的进气口1094a位于绝缘衬环1092的内周壁上。并且， 如图2所示，在第二金属衬环1093中设置有环形气体通道1095和位 于其下方的排气腔1096，其中，环形气体通道1095的进气端与各个 排气孔1094的出气口连通；环形气体通道1095的出气端与排气腔1096的进气端连通，排气腔1096的出气端与设置在工艺腔室100的 腔室壁上的排气口连通，从而实现将工艺腔室100中的气体排出。此 外，如图1所示，上述内衬装置109还包括接地内衬1097，其环绕 设置在工艺腔室100的内部，并位于绝缘衬环1092的下方。接地内 衬1097通过工艺腔室100的腔室壁接地。

但是，由于上述排气孔1094的进气端1094a位于绝缘衬环1092 的内周壁上，在采用CVD方法沉积导电薄膜(例如TiN薄膜)时， 气体经由上述进气口1094a被抽入排气孔1094中，在晶圆上的一部 分未反应完全的导电薄膜会随气流沉积在第一金属衬环1091上，还有一部分未反应完全的导电薄膜会随气流沉积在绝缘衬环1092的位 于第一金属衬环1091以下的区域，具体为图2和图3示出的绝缘衬 环1092的内周壁上的区域A，沉积在该区域A上的导电薄膜会增加 射频场的下电极面积(即，增加了区域A的面积)，导致射频环境 发生改变，从而导致工艺结果的一致性和稳定性受到影响。图4为图 1中的半导体加工设备制备的薄膜的电阻率与晶圆数量的曲线图。如 图4所示，在对150片晶圆连续工艺的过程中，TiN薄膜的电阻率出 现逐渐增加的趋势，无法满足对工艺结果的一致性和稳定性的要求。

为了解决上述问题，请参阅图5，本发明实施例提供一种内衬装 置1，该内衬装置1应用于半导体加工设备(例如化学气相沉积设备) 的工艺腔室100中，该工艺腔室100例如与图1示出的工艺腔室的结 构相同。

如图6所示，上述内衬装置1包括内衬组件11和设置在该内衬 组件11中的排气通道结构12，该排气通道结构12的进气口与工艺 腔室100的内部连通；排气通道结构12的出气口与工艺腔室100的 排气口连通，用以排出工艺腔室100内部的气体。在本实施例中，内衬组件11包括沿工艺腔室100的径向由中心向边缘依次嵌套的第一 金属衬环111、绝缘衬环112和第二金属衬环113；其中，第一金属 衬环111和第二金属衬环113例如为铝衬环；绝缘衬环112例如为陶 瓷衬环，用以保护第二金属衬环113的内周壁上不会沉积薄膜。排气通道结构12的进气口位于第一金属衬环111的内周壁上；第一金属 衬环111的轴向长度被设置为能够覆盖绝缘衬环112的内周壁位于指 定高度位置以上的区域，以防止薄膜沉积在绝缘衬环112的内周壁 上。

本发明实施例提供的内衬装置1，其第一金属衬环111的轴向长 度相对于图2中的第一金属衬环1091的轴向长度增加，可以使第一 金属衬环111能够至少覆盖图2和图3示出的区域A，从而可以防止 导电薄膜沉积在绝缘衬环112的内周壁上，进而在沉积导电薄膜(例 如TiN薄膜)之后，可以保证射频场的下电极面积相对于沉积薄膜 之前不会增加，实现射频环境在沉积导电薄膜前后保持一致，从而可 以提高工艺结果的一致性和稳定性。

同时，通过将排气通道结构12的进气口位于第一金属衬环111 的内周壁上，不仅可以使第一金属衬环111在覆盖绝缘衬环112的内 周壁的同时，排气通道结构12仍然能够与工艺腔室100内部相连通， 从而可以实现将工艺腔室100内部气体排出；而且在沉积TiN薄膜 时，由于气体会经由该排气通道结构12的进气端被抽入排气通道结 构12中，这可以进一步避免薄膜沉积在绝缘衬环112上。

需要说明的是，在绝缘衬环112的电绝缘作用下，第一金属衬 环111的电位处于悬浮状态，因此，即使薄膜沉积在第一金属衬环 111上，增加的射频场的下电极面积较小，不会影响射频环境。

此外，如图5所示，上述内衬装置1还包括接地内衬114，其环 绕设置在工艺腔室100的内部，并位于绝缘衬环112的下方。接地内 衬114通过工艺腔室100的腔室壁接地。

上述第一金属衬环111的轴向长度可以根据实际情况而自由设 定，只要在保证第一金属衬环111的电位处于悬浮状态的前提下，第 一金属衬环111能够覆盖绝缘衬环的内周壁位于指定高度位置以上 的区域，进而防止薄膜沉积在绝缘衬环112的内周壁上即可。

上述排气通道结构12可以有多种结构，例如，如图6所示，该 排气通道结构12包括多个第一排气孔121、多个第二排气孔122和 排气通道，其中，如图9D所示，每个第一排气孔121沿第一金属衬 环111的径向贯通设置在第一金属衬环111中，且多个第一排气孔 121沿第一金属衬环111的周向间隔分布；第一排气孔121的位于第 一金属衬环111的内周壁上的一端用作上述排气通道结构11的进气 口，以能够与工艺腔室100的内部连通。如图8B所示，每个第二排 气孔122沿绝缘衬环112的径向贯通设置在绝缘衬环112中，且如图 6所示，多个第二排气孔122与多个第一排气孔121一一对应地设置。

通过使多个第一排气孔121沿第一金属衬环111的周向间隔分 布，可以使工艺腔室100中的气体均匀地从各个第一排气孔121排出， 从而可以提高排气均匀性，进而可以进一步提高射频环境的稳定性。

如图6所示，上述排气通道设置在第二金属衬环113中，且该 排气通道的进气端与各个第二排气孔122相连通，该排气通道的出气 端用作上述排气通道结构12的出气口与设置在工艺腔室100的腔室 壁上的排气口(图中未示出)相连通。该排气通道的结构可以有多种， 例如，在本实施例中，排气通道包括环形气体通道123和位于其下方 的排气腔124，其中，环形气体通道123的进气端与各个第二排气孔 122的出气端连通；环形气体通道123的出气端与排气腔124的进气 端连通，出气通道124的出气端与上述排气口连通，从而实现将工艺 腔室100中的气体排出，具体排气方向如图6中的箭头所示。可选的， 上述排气腔124可以是环形通道或者其他任意结构。

在一些实施例中，可选的，第二金属衬环113包括上子衬环和 位于其下方的下子衬环，二者密封对接，并且，下子衬环的内周壁相 对于上子衬环的内周壁凸出，从而形成可支撑绝缘衬环112的台阶结 构，从而可以提高结构稳定性。第二金属衬环113通过采用分体式结 构，可以便于气体通道的加工，当然，在实际应用中，第二金属衬环 113也可以采用一体式结构，本发明实施例对此没有特别的限制。

在一些实施例中，由于第一金属衬环111在高温环境下会产生 热膨胀变形，变形后的第一金属衬环111相对于常温下的第一金属衬 环111会向上移动0.2mm-0.3mm，此时可能会出现第二排气孔122 与第一排气孔121错开，而无法连通的情况，为了避免该情况的发生， 可选的，上述第一排气孔121的直径大于第二排气孔122的直径，以 使在第一金属衬环111热膨胀时第一排气孔121与对应的第二排气孔 122仍然能够保持连通，从而无论是在常温还是在高温下，都不会有 错孔的情况发生，进而可以满足不同工艺温度下，对排气速率和排气 均匀性的要求。可选的，上述第一排气孔121的直径与第二排气孔 122的直径的差值的范围为大于等于0.8mm，且小于等于1mm。该 差值的数值范围可以满足不同工艺温度下，对排气速率和排气均匀性 的要求。

在一些实施例中，可选的，第一金属衬环111的外周壁与绝缘 衬环112的内周壁之间具有径向间隙，用以为第一金属衬环111的热 膨胀预留空间，从而避免绝缘衬环112被损坏，即，如图8B和图9D 所示，绝缘衬环112的最大内径W1大于第一金属衬环111的最大外 径W2，该最大内径W1与最大外径W2之间的差值的范围例如为大 于等于2mm，且小于等于4mm。

上述第一金属衬环111与绝缘衬环112的固定方式可以有多种，例如，在本实施例中，如图7C所示，在绝缘衬环112的上端面设置有环形台阶1125；如图9C所示，在第一金属衬环111的外周壁上设置有环形凸台1113，并且该环形凸台1113叠置在环形台阶1125的台阶面1126上，且可以通过紧固件来实现第一金属衬环111与绝缘衬环112的固定连接。

上述第一金属衬环111与绝缘衬环112的定位方式可以有多种， 如图7B所示，在绝缘衬环112的上表面(即，上述环形台阶1125 的台阶面1126)上设置有多个定位凹部1121，且如图9B所示，在 上述第一金属衬环111的外周壁(即，上述环形凸台1113的下表面) 上设置有沿其周向间隔分布的多个定位凸部1111，各个定位凸部 1111一一对应地与各个定位凹部1121相配合，以限定第一金属衬环 111的位置。在定位凸部1111与定位凹部1121相配合的作用下，可 以使上述第一金属衬环111与绝缘衬环112的同轴设置，同时可以限 制第一金属衬环111围绕其轴线方向上的旋转自由度。

进一步可选的，在安装第一金属衬环111时，为了确保第一金 属衬环111与绝缘衬环112同轴设置，进一步实现第一金属衬环111 与图4中示出的金属边缘环103同轴实现径向间距相等的精确性，以 及腔室与腔室之间安装的一致性，保证射频的稳定性，如图7B所示， 每个定位凹部1121的底面均为与工艺腔室100的径向呈夹角a1的第 一斜面1122，且该第一斜面1122的高度沿工艺腔室100的径向由中 心向边缘逐渐增大；如图8B所示，每个定位凸部1111的下表面为 第二斜面1112，该第二斜面1112与与工艺腔室100的径向呈夹角a2， 且a2＝a1，并且第二斜面1112与对应的第一斜面1122接触配合。在 安装第一金属衬环111时，在第二斜面1112与对应的第一斜面1122 的配合作用下，第一金属衬环111可以自动与绝缘衬环112对中，以 实现第一金属衬环111与所述绝缘衬环同轴。可选的，上述夹角 a1＝a2，且取值范围为小于等于20°，且小于等于30°。

在安装第一金属衬环111时，为了减少定位凸部1111与定位凹 部1121的摩擦系数，第一斜面1122、第二斜面1112以及定位凸部 1111与定位凹部1121彼此相对的侧面均为经抛光处理后的表面。

在一些实施例中，可选的，如图7B所示，在绝缘衬环112的内 周壁上还设置有环形凹槽1123，如图6所示，第一金属衬环111位 于该环形凹槽1123中，且第一金属衬环111的内周壁与绝缘衬环112 的内周壁相平齐；第一金属衬环111的上表面与绝缘衬环112的上表面相平齐。这样，不仅可以进一步提高排气均匀性，而且通过由环形 凹槽1123的底面1124支撑第一金属衬环111，有助于提高结构稳定 性。

如图7B所示，第二排气孔122的最低高度位置与绝缘衬环112 的上表面之间的轴向距离为h1，如图8B所示，第一金属衬环111的 轴向长度为h2；上述指定高度位置位于第二排气孔122的最低高度 位置(即，排气通道结构12的进气口)以下的指定竖直距离处，即，轴向长度h2＝h1+Δh，可选的，该指定竖直距离Δh的取值范围为大于 等于25mm，且小于等于35mm。通过将竖直距离Δh设定在该竖直范 围内，既可以使第一金属衬环111能够至少覆盖图3示出的上述区域 A，从而可以防止薄膜沉积在绝缘衬环112的内周壁上，又可以避免因第一金属衬环111的轴向长度过长而改变射频环境。

图10为采用本发明实施例提供的半导体加工设备制备的薄膜的 电阻率与晶圆数量的曲线图。如图10所示，横坐标为晶圆数量；纵 坐标为薄膜电阻率；在对1000片晶圆连续工艺的过程中，薄膜的电 阻率稳定在220-240(单位为μΩ·cm)的范围内，从而可以满足对工艺结果的一致性和稳定性的要求。

综上所述，本发明实施例提供的内衬装置，其第一金属衬环的 轴向长度被设置为能够覆盖绝缘衬环的内周壁位于指定高度位置以 上的区域，可以防止导电薄膜沉积在绝缘衬环的内周壁上，进而在采 用CVD方法沉积导电薄膜之后，可以保证射频场的下电极面积相对 于沉积薄膜之前不会增加，实现射频环境在沉积导电薄膜前后保持一 致，从而可以提高工艺结果的一致性和稳定性；同时，通过将排气通 道结构的进气口位于第一金属衬环的内周壁上，可以使第一金属衬环 在覆盖绝缘衬环的内周壁的同时，排气通道结构仍然能够与工艺腔室 内部相连通，从而可以实现将工艺腔室内部气体排出。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设 备，该半导体加工设备例如采用图5中示出的半导体加工设备，具体 来说，半导体加工设备包括工艺腔室100和射频电源(在图5中未示 出)，其中，在在工艺腔室100中设置有上电极和基座101，该基座101用于承载晶圆，基座101例如为加热器，用于对晶圆进行加热； 并且，基座101用作下电极，并通过升降轴104与工艺腔室100的腔 室壁接地。并且，可选的，在基座101的周围环绕设置有金属边缘环 103，其与基座101电导通，用以保护基座101，同时提高基座101 上方的电场分布均匀性；在工艺腔室100设置有进气装置105，该进 气装置105用于向工艺腔室100中输送工艺气体；上电极包括设置在 工艺腔室100中，且位于基座101上方，并由上而下间隔设置的匀流 板107和喷淋头108，匀流板107和喷淋头108用以将自进气装置105 流出的工艺气体均匀地朝向基座101上的晶圆表面输送。并且，工艺 腔室100包括腔室侧壁与位于其上方的上电极安装板116，且在二者 之间设置有绝缘适配件110，用以将腔室侧壁与上电极安装板116电 绝缘，其中，腔室侧壁接地，而上电极安装板116上设置有射频馈入 电极106，匀流板107和喷淋头108通过连接件115(例如导电螺钉) 与上述上电极安装板116固定连接，且能够电导通，并且在绝缘适配 件110绝缘作用下，匀流板107和喷淋头108与腔室侧壁电绝缘，从 而可以保证射频功率能够有效作用于腔室。射频馈入电极106与上述 射频电源电连接，且与上电极安装板116电连接。在射频电源开启时， 射频馈入电极106、上电极安装板116、喷淋头108与匀流板107均 带电，并在接地的工艺腔室100的腔室侧壁与基座101之间产生持续 稳定的辉光放电，以能够激发工艺腔室100中的工艺气体形成等离子 体，等离子体会在晶圆102表面上沉积形成薄膜。此外，在工艺腔室 100内设置有环绕在基座101周围的内衬装置1。

本发明实施例提供的半导体加工设备例如为化学气相沉积设 备，沉积薄膜例如为导电薄膜(尤其是TiN薄膜)。

本发明实施例提供的半导体加工设备采用本发明实施例提供的 上述内衬装置1。通过采用该内衬装置1，可以在实现工艺腔室内部 气体排出的前提下，避免薄膜沉积在绝缘衬环的内周壁上，从而可以 提高工艺结果的一致性和稳定性。

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 (14)

1.一种内衬装置，应用于半导体加工设备的工艺腔室中，其特征在于，所述内衬装置包括内衬组件和设置在所述内衬组件中的排气通道结构，所述排气通道结构的进气口与所述工艺腔室的内部连通；所述排气通道结构的出气口与所述工艺腔室的排气口连通，用以排出所述工艺腔室内部的气体；

所述内衬组件包括沿所述工艺腔室的径向由中心向边缘依次嵌套的第一金属衬环、绝缘衬环和第二金属衬环；其中，所述排气通道结构的进气口位于所述第一金属衬环的内周壁上；所述第一金属衬环的轴向长度被设置为能够覆盖所述绝缘衬环的内周壁位于指定高度位置以上的区域，以防止薄膜沉积在所述绝缘衬环的内周壁上。

2.根据权利要求1所述的内衬装置，其特征在于，在所述第一金属衬环的外周壁上设置有沿其周向间隔分布的多个定位凸部，且在所述绝缘衬环的上表面上设置有多个定位凹部，各个所述定位凸部一一对应地与各个所述定位凹部相配合，以限定所述第一金属衬环的位置。

3.根据权利要求2所述的内衬装置，其特征在于，每个所述定位凹部的底面均为与所述工艺腔室的径向呈夹角的第一斜面，且所述第一斜面的高度沿所述工艺腔室的径向由中心向边缘逐渐增大；每个所述定位凸部的下表面为第二斜面，所述第二斜面与对应的所述第一斜面接触配合，以使所述第一金属衬环与所述绝缘衬环同轴。

4.根据权利要求3所述的内衬装置，其特征在于，所述夹角的取值范围为大于等于20°，且小于等于30°。

5.根据权利要求3所述的内衬装置，其特征在于，所述第一斜面、所述第二斜面以及所述定位凹部和所述定位凸部彼此相对的侧面均为经抛光处理后的表面，用以减小所述定位凹部和所述定位凸部的摩擦系数。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的内衬装置，其特征在于，在所述绝缘衬环的内周壁上还设置有环形凹槽，所述第一金属衬环位于所述环形凹槽中，且所述第一金属衬环的内周壁与所述绝缘衬环的内周壁相平齐；所述第一金属衬环的上表面与所述绝缘衬环的上表面相平齐。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的内衬装置，其特征在于，所述排气通道结构包括多个第一排气孔、多个第二排气孔和排气通道，其中，

每个所述第一排气孔沿所述第一金属衬环的径向贯通设置在所述第一金属衬环中，且多个所述第一排气孔沿所述第一金属衬环的周向间隔分布；所述第一排气孔的位于所述第一金属衬环的内周壁上的一端用作所述排气通道结构的进气口；

每个所述第二排气孔沿所述绝缘衬环的径向贯通设置在所述绝缘衬环中，且多个所述第二排气孔与多个所述第一排气孔一一对应地设置；

所述排气通道设置在所述第二金属衬环中，且所述排气通道的进气端与各个所述第二排气孔相连通，所述排气通道的出气端用作所述排气通道结构的出气口与所述排气口相连通。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的内衬装置，其特征在于，所述指定高度位置位于所述排气通道结构的进气口的最低高度位置以下的指定竖直距离处，所述指定竖直距离的取值范围为大于等于25mm，且小于等于35mm。

9.根据权利要求7所述的内衬装置，其特征在于，所述第一排气孔的直径大于所述第二排气孔的直径，以在所述第一金属衬环热膨胀时能够使所述第一排气孔与对应的所述第二排气孔保持连通。

10.根据权利要求9所述的内衬装置，其特征在于，所述第一排气孔的直径与所述第二排气孔的直径的差值为大于等于0.8mm，且小于等于1mm。

11.根据权利要求1-5任意一项所述的内衬装置，其特征在于，所述第一金属衬环的外周壁与所述绝缘衬环的内周壁之间具有径向间隙，用以为所述第一金属衬环的热膨胀预留空间。

12.一种半导体加工设备，包括工艺腔室和射频电源，其中，在所述工艺腔室顶部设置有进气装置，用于向所述工艺腔室中输送工艺气体；在所述工艺腔室中设置有上电极和基座，其中，所述上电极与所述射频电源电连接，所述射频电源用于向所述上电极加载射频功率；所述基座接地；在所述工艺腔室内还设置有环绕在所述基座周围的内衬装置，所述内衬装置采用权利要求1-11任意一项所述的内衬装置。

13.根据权利要求12所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备还包括环绕所述基座设置的金属边缘环。

14.根据权利要求12所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备为化学气相沉积设备，沉积薄膜为导电薄膜。

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