CN113471095B - 应用于半导体工艺的腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于半导体工艺的腔室，其包括壳体，所述壳体闭合形成反应腔，在所述壳体的外侧壁设置有导热件，所述导热件具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第一表面与所述壳体的外侧壁接触，所述第二表面用于与外部装置接触，以在所述壳体及所述外部装置之间形成导热通道。本发明的优点在于，利用导热件在壳体与外部装置之间建立导热通道，使得热传导速率加快，进而能够快速地将所述反应腔内的热量的释放，平衡反应腔内的温度。

Description

应用于半导体工艺的腔室
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种应用于半导体工艺的腔室。
背景技术
在半导体制程中，许多道制程均是通过沉积腔室来完成。而该些制程对工艺温度均有一定要求。过高或过低的工艺温度都可能会让芯片表面的薄膜的品质产生变异。例如，预清洗(Pre clean)工艺主要应用于清除芯片表面氧化物来达到降低接触面阻抗，温度是控制预清洗工艺均匀度的重要控制参数，若温度不符合要求，可能导致预清洗工艺不能完全清除芯片表面氧化物，从而不能够有效地降低接触面阻抗。
因此，如何平衡沉积腔室内的温度，成为目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种应用于半导体工艺的腔室，其能够平衡腔室的温度变化。
为了解决上述问题，本发明提供了一种应用于半导体工艺的腔室，其包括壳体，所述壳体闭合形成反应腔，在所述壳体的外侧壁设置有导热件，所述导热件具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第一表面与所述壳体的外侧壁接触，所述第二表面用于与外部装置接触，以在所述壳体及所述外部装置之间形成导热通道。
进一步，所述导热件的导热系数大于与所述导热件接触的壳体区域的导热系数。
进一步，所述壳体包括上壳体及下壳体，所述上壳体与所述下壳体闭合形成所述反应腔。
进一步，所述导热件设置在所述下壳体的外侧壁。
进一步，所述导热件环绕所述壳体外侧壁一周。
进一步，所述导热件包括第一区域及第二区域，所述第一区域的导热系数小于所述第二区域的导热系数。
进一步，所述第二区域为金属条带。
进一步，所述导热件上设置有镂空部，所述镂空部暴露出所述壳体的外侧壁。
进一步，所述镂空部由多个沿所述壳体圆周方向间隔设置的开口组成，所述开口贯穿所述导热件。
进一步，所述开口的直径为5～10厘米。
进一步，相邻的所述开口之间的间距为2～3厘米。
进一步，所述导热件的厚度为0.2～0.3厘米。
本发明的优点在于，利用导热件在壳体与外部装置之间建立导热通道，使得热传导速率加快，进而能够快速地将所述反应腔内的热量的释放，平衡反应腔内的温度。
附图说明
图1是现有技术中经连续制程后腔室内部热量流动示意图；
图2是本发明用于半导体工艺的腔室的第一具体实施方式的截面示意图；
图3是本发明用于半导体工艺的腔室的第一具体实施方式的导热件的立体结构示意图；
图4是本发明第一具体实施方式的腔室经连续制程后反应腔内热量流动示意图；
图5是本发明用于半导体工艺的腔室的第二具体实施方式的导热件的立体示意图；
图6是本发明用于半导体工艺的腔室的第三具体实施方式的导热件的立体示意图；
图7是本发明用于半导体工艺的腔室的第四具体实施方式的导热件的立体示意图；
图8A为现有技术的腔室经过连续制程后的温度分布；
图8B是本发明第四具体实施方式的腔室经过连续制程后的温度分布；
图9是晶圆上膜层均匀度U％的趋势图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的应用于半导体工艺的腔室的具体实施方式做详细说明。
所述腔室可用于物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)工艺中。例如，所述腔室为电感耦合等离子体(ICP)的腔体。
在连续进行多个制程的情况下，腔室内的等离子体不会中断，其会持续加热腔室，则会使得腔室的温度变化始终为升高的趋势，导致腔室的温度不能满足后续制程的要求。发明人研究发现，造成上述情况的原因在于，腔室内的热量无法及时散出，热量堆积使得温度持续升高。具体地说，请参阅图1，其为现有技术中连续经过多个制程后腔室内部热量流动示意图，随着半导体制程的进行，腔室10内的热量(如图1中箭头所示)大部分只能在腔室内循环流动，而无法被有效释放，腔室内的热量堆积越来越多，这导致沉积腔室10内的温度升高，使得腔室10的温度高于后续半导体制程所需温度，进而影响后续半导体工艺的品质。
鉴于上述原因，发明人提供一种应用于半导体工艺的腔室，其能够加快腔室内的热量的释放，从而避免腔室内的温度持续升高，为后续制程提供良好的温度基础。
请参阅图2，其为本发明应用于半导体工艺的腔室的第一具体实施方式的截面示意图，所述腔室2包括壳体21。所述壳体21闭合形成反应腔22。所述反应腔22作为半导体工艺的反应腔室。所述壳体21底部具有开口23，半导体工艺常规的装置(例如加热盘)通过所述开口23暴露于所述反应腔22。
在本具体实施方式中，所述壳体21包括相对设置的上壳体21A及下壳体21B，所述上壳体21A与所述下壳体21B闭合形成所述反应腔22。在所述下壳体21B底部具有开口23，半导体工艺常规的装置(例如加热盘)通过所述开口23暴露于所述反应腔22。
在所述壳体21的外侧壁设置有导热件24。请参阅图3，其为所述导热件24的立体结构示意图，所述导热件24具有相对设置的第一表面241及第二表面242，所述第一表面241与所述壳体21的外侧壁接触，所述第二表面242用于与外部装置(附图中未绘示)接触。所述导热件24在所述壳体21及所述外部装置之间形成导热通道，所述反应腔22内的热量通过所述壳体21、导热件24传导至外部装置，进而实现所述腔室2的散热。在现有技术中，所述壳体21与所述外部装置之间并不接触，两者之间为真空或者空气，热传导慢，所述腔室2的热量不能充分释放，导致所述反应腔22内的热量积累，进而使所述反应腔22内温度变化较大。而本发明利用导热件24在两者之间建立导热通道，热传导速率加快，进而能够快速地将所述反应腔22内的热量的释放，平衡所述反应腔22内的温度。
进一步，所述导热件24的导热系数大于与所述导热件24接触的壳体区域的导热系数，从而能够避免所述导热件24影响热量的传输，进一步加快热传导速率。
在本具体实施方式中，所述导热件24环绕所述壳体21外侧壁一周，以在所述壳体21的一周均建立导热通道，进一步加速热传导速率，使得所述反应腔22内的热量被充分释放，避免热量堆积。
进一步，发明人发现，所述反应腔22下部热量积累较多，不易释放，因此，在本具体实施方式中，所述导热件24设置在所述下壳体21B的外侧壁，所述导热件24环绕所述下壳体21B的外侧壁一周，以加快所述反应腔22下部的热量的释放。其中，所述导热件24的导热系数可大于所述下壳体21B的导热系数。
进一步，在第一具体实施方式中，所述导热件24的厚度为0.2～0.3厘米，以使其恰好能够设置在所述下壳体21B与所述外部装置之间，并与两者接触，形成导热通道。
图4是本发明第一具体实施方式的腔室经连续制程后反应腔内热量流动示意图，从图4可以看出，反应腔22内的热量经下壳体21B及导热件24形成的导热通道传导至外部装置，从而加快了热量传导速率。
为了进一步增加所述导热件24的导热性能，本发明还提供第二具体实施方式。请参阅图5，其为本发明用于半导体工艺的腔室的第二具体实施方式的导热件的立体示意图，所述导热件24包括第一区域24A及第二区域24B，所述第一区域24A的导热系数小于所述第二区域24B的导热系数。其中，所述第一区域24A及所述第二区域24B可均为环绕所述壳体外侧壁的环带。进一步，在本具体实施方式中，所述第一区域24A分设在所述第二区域24B的两侧。
在第二具体实施方式中，根据所述壳体21不同区域导热性能的不同，或者所述反应腔22不同区域热量积累的不同设置所述第二区域24B的位置。例如，在距离所述壳体21底部3厘米的位置，所述反应腔22热量积累较多，则将所述第二区域24B设置在与该区域对应，以加强该区域的热传导。
所述第二区域24B为金属条带。具体地说，在本第二具体实施方式中，所述第二区域24B为金属铜带。
发明人发现，在所述反应腔22内，不同区域的热量积累不同，有些区域热量积累较多，有些区域热量积累较少，若是在全部区域均采用导热件24形成导热通道，则不同区域的导热量相同，其会导致热量积累较少的区域剩余热量小于热量积累较多的区域剩余的热量，反应腔22内热量分布不均匀，也会影响反应腔22内的温度。因此，本发明用于半导体工艺的腔室还提供第三具体实施方式。请参阅图6，其为本发明用于半导体工艺的腔室的第三具体实施方式的导热件的立体示意图，所述第三具体实施方式与所述第一具体实施方式的区别在于，所述导热件24上设置有镂空部25，所述镂空部25暴露出所述壳体21的外侧壁。
在第三具体实施方式中，所述镂空部25由多个沿所述壳体圆周方向间隔设置的开口251组成，所述开口251贯穿所述导热件24。在本发明其他具体实施方式中，所述镂空部25也可为其他形式，例如沿所述壳体圆周方向延伸的带状或波浪状结构等。
在第三具体实施方式中，根据所述反应腔22不同区域热量积累的不同设置所述镂空部25的位置。例如，在距离所述壳体21顶部3厘米的位置，所述反应腔22热量积累较少，则将所述镂空部25设置为与该区域对应，以减少该区域的热传导，进而平衡反应腔22内的热量分布，避免反应腔22内发生较大的温度变化。
进一步，在第三具体实施方式中，所述开口251的直径为5～10厘米，相邻的所述开口251之间的间距为2～3厘米，其能够进一步降低所述镂空部25对应区域的热传导，以进一步平衡所述反应腔22内的热量分布。
为了进一步平衡所述反应腔22内的热量分布，本发明还提供第四具体实施方式。请参阅图7，其为本发明用于半导体工艺的腔室的第四具体实施方式的导热件的立体示意图，相较于第三具体实施方式，在所述第四具体实施方式中，所述导热件24包括第一区域24A及第二区域24B，所述第一区域24A的导热系数小于所述第二区域24B的导热系数。其中，所述第一区域24A及所述第二区域24B可均为环绕所述壳体外侧壁的环带。进一步，在本具体实施方式中，所述第一区域24A分设在所述第二区域24B的两侧。
在第四具体实施方式中，根据所述壳体21不同区域导热性能的不同，或者所述反应腔22不同区域热量积累的不同设置所述第二区域24B的位置。例如，在距离所述壳体21底部3厘米的位置，所述反应腔22热量积累较多，则将所述第二区域24B设置在与该区域对应，以加强该区域的热传导。所述第二区域24B为金属条带。具体地说，在本第四具体实施方式中，所述第二区域24B为金属铜带。
本发明用于半导体工艺的腔室能够平衡所述反应腔内的热量分布，避免反应腔内的温度发生较大的起伏。图8A为现有技术的腔室经过连续制程后的温度分布，图8B是本发明第四具体实施方式的腔室经过连续制程后的温度分布，从图8A及图8B可以看出，在经过连续制程后，现有技术的腔室温度起伏较大，其会大大影响芯片上的薄膜的品质，而本发明腔室的温度变化不大，基本保持同一温度，其不会影响芯片上的薄膜的品质。
图9是晶圆上膜层均匀度U％的趋势图，其中A区域为采用现有技术的腔室获得的晶圆上膜层均匀度U％的趋势图，B区域为采用本发明腔室获得的晶圆上膜层均匀度U％的趋势图，请参阅图9，采用现有技术的腔室获得的晶圆上膜层均匀度U％为4.6％上下，而采用本发明腔室获得的晶圆上膜层均匀度U％为3.6％上下，平均约改善1.03％以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述腔室为电感耦合等离子体的腔体，包括壳体，所述壳体闭合形成反应腔，在所述壳体的部分外侧壁设置有导热件，所述导热件具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第一表面与所述壳体的外侧壁接触，所述第二表面用于与外部装置接触，以在所述壳体及所述外部装置之间形成导热通道，其中，根据所述反应腔在上下方向上不同区域热量积累的不同设置所述导热件在上下方向上不同区域的导热能力；
所述导热件包括第一区域及第二区域，所述第一区域的导热系数小于所述第二区域的导热系数，在上下方向上，所述第一区域分设在所述第二区域的两侧。
2.根据权利要求1所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述导热件的导热系数大于与所述导热件接触的壳体区域的导热系数。
3.根据权利要求1所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述壳体包括上壳体及下壳体，所述上壳体与所述下壳体闭合形成所述反应腔。
4.根据权利要求3所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述导热件设置在所述下壳体的外侧壁。
5.根据权利要求1所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述导热件环绕所述壳体外侧壁一周。
6.根据权利要求1所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述第二区域为金属条带。
7.根据权利要求1所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述导热件上设置有镂空部，所述镂空部暴露出所述壳体的外侧壁。
8.根据权利要求7所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述镂空部由多个沿所述壳体圆周方向间隔设置的开口组成，所述开口贯穿所述导热件。
9.根据权利要求8所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述开口的直径为5~10厘米。
10.根据权利要求8所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，相邻的所述开口之间的间距为2~3厘米。
11.根据权利要求1所述的应用于半导体工艺的腔室，其特征在于，所述导热件的厚度为0.2~0.3厘米。
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