CN219342280U - 半导体腔室 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种半导体腔室包括腔体、基座和升降机构，基座设置于腔体中，升降机构用于带动基座在腔体内升降；腔体具有环绕腔体内壁设置的第一密封环面，基座外缘设有第二密封环面，基座能够分隔腔体的内部形成工艺腔和传输腔。第一密封面和第二密封面中的一者沿远离腔室本体底部的方向逐渐靠近腔体的轴线。基座上升的过程中逐渐靠近顶盖组件，因而第一密封面和第二密封面的间距逐渐缩小，升降机构持续对基座施加向上的推力可使第一密封面和第二密封面之间压紧密封。由于采用了沿靠近顶盖组件的方向渐缩的结构，第一密封面和第二密封面对加工精度的要求降低，升降机构对基座施加较小的推力即可使第一密封面和第二密封面之间形成较好的密封效果。

Description

半导体腔室

技术领域

本申请涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种半导体腔室。

背景技术

随着集成电路向尺寸更小的方向发展，原子层沉积(AtomicLayer Deposition，简称ALD)工艺因其高度可控的超薄膜沉积特性而被广泛使用、以代替传统的化学气相沉积(CVD Chemical VaporDeposition，简称ALD)工艺。原子层沉积是通过不同反应源交替的自饱和表面化学吸附发生的表面化学反应。原子层沉积不仅可以实现单原子层生长，而且可以实现高精度的厚度控制，具有非常好的台阶覆盖率。

有效快速地将一种反应源的残余物清除、并替换成另一种反应源是原子层工艺的一项重要需求。如果后一种反应源进入腔室后，前一种反应源仍存在，则两种反应物就会在腔室内中发生化学反应，使膜的厚度难以精确控制，同时也因为气相化学反应产生颗粒问题。

为了将反应残余物完全清除，传统方法为延长吹扫时间，而设备产能会因此降低。为降低吹扫时间的延长对设备产能的影响，需要将工艺腔与传输腔完全隔离。

现有技术的一种方案，在基座的外周设置波纹管，当基座加载完硅片上升至工艺反应区时，波纹管与工艺反应区底部的隔离板接触密封，进而将工艺反应区与传片区完全隔离开，避免了反应气体向传片区的扩散。但该方案中，波纹管本身容易隐藏颗粒，且不易吹扫，颗粒不断积累会影响产品质量。而且波纹管在高温环境下使用，其使用寿命会大大降低。

因此，如何保证工艺反应区和传片区的隔离密封性是本领域技术人员急需解决的技术问题。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体腔室。

为实现本申请的目的而提供一种半导体腔室，包括腔体、基座以及升降机构，其中，基座设置于腔体中用于承载晶片，升降机构用于带动基座在腔体内升降；

腔体具有环绕腔体的内壁设置的第一密封环面，基座的外缘设有用于与第一密封环面配合的第二密封环面，基座能够在上升至第一密封环面与第二密封环面贴合时以分隔腔体的内部形成工艺腔和传输腔；

第一密封环面和第二密封环面中的一者的内径沿腔体的轴线朝向基座逐渐增大。

在一些实施例中，第一密封环面和第二密封环面均为环形锥面，第一密封环面和第二密封环面同轴设置、且与腔体的轴线的夹角相同。

在一些实施例中，第一密封环面和第二密封环面中的一者为环形锥面，第一密封环面和第二密封环面中的另一者为环状弧形凸面。

在一些实施例中，第一密封环面和第二密封环面中的一者具有环绕腔体的固定槽，固定槽中固定设置有密封圈，密封圈用于与第一密封环面和第二密封环面中的另一者贴合。

在一些实施例中，腔体内壁设有环绕腔体的密封凸起，密封凸起的表面作为环状弧形凸面，第二密封环面为环形锥面。

在一些实施例中，第一密封环面和第二密封环面均设有耐磨层。

在一些实施例中，腔体内壁具有环绕腔体设置的第一安装槽，第一安装槽中环绕腔体的内壁的第一密封件，第一密封环面设置在第一密封件上；

基座具有沿其外缘环绕设置的第二安装槽，安装槽中设有第二密封件，第二密封环面位于第二密封件的外缘。

在一些实施例中，腔体包括顶盖组件和腔室本体，腔室本体内沿周向设置有环形槽，顶盖组件覆盖环形槽的槽口以在腔室本体和顶盖组件之间形成排气通道，排气通道与工艺腔连通，腔室本体的外侧设有抽气机构，环形槽的侧壁设有抽气口，抽气口用于安装抽气机构。

在一些实施例中，顶盖组件包括盖板和绝缘件，绝缘件位于盖板和腔室本体之间；

绝缘件为环绕腔体的绝缘排气匀流装置，绝缘排气匀流装置设有用于连通腔体与排气通道的排气孔。

在一些实施例中，腔体的数量为多个，各个腔体位于同一水平高度，且多个腔体的内部均连通；各个腔体的内均设置有基座，各个腔体内部均设有第一密封环面，各个基座均设有第二密封环面。

本申请具有以下有益效果：

本申请提供的半导体腔室中，第一密封面和第二密封面中的一者沿远离腔室本体底部的方向逐渐靠近腔体的轴线。基座上升的过程中逐渐靠近顶盖组件，因而第一密封面和第二密封面的间距逐渐缩小，升降机构持续对基座施加向上的推力可使第一密封面和第二密封面之间压紧密封。由于采用了沿靠近顶盖组件的方向渐缩的结构，第一密封面和第二密封面对加工精度的要求降低，升降机构对基座施加较小的推力即可使第一密封面和第二密封面之间形成较好的密封效果。

附图说明

图1为本申请所提供的半导体腔室中工艺腔与传输腔隔离的结构示意图；

图2为图1的半导体腔室中工艺腔与传输腔连通的结构示意图；

图3为图1中半导体腔室的俯视图；

图4为基座与工艺腔配合的一种具体实施方式的结构示意图；

图5为基座与工艺腔配合的另一种具体实施方式的结构示意图；

图6为基座与工艺腔配合的再一种具体实施方式的结构示意图；

图7为基座与工艺腔配合的再一种具体实施方式的结构示意图；

图8为基座与工艺腔配合的再一种具体实施方式的结构示意图；

图9为多工艺腔的半导体腔室的剖视图；

图10为图9中半导体腔室的俯视图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图来对本申请提供的半导体腔室进行详细描述。

本申请所提供的半导体腔室，结构如图1所示，包括腔体，腔体01可由顶盖组件和腔室本体1形成。腔体中设有用于承载晶片22的基座3，腔体的底部设有通孔，升降机构7穿过通孔与基座3相连，升降机构7用于带动基座3在腔体内升降。腔体内壁设有环绕腔体01设置的第一密封环面14，基座3的外缘具有环绕设置的第二密封环面34。升降机构7推动基座3上升至工艺位时，基座3的第二密封环面34与腔体内壁的第一密封环面14密封贴合，从而将腔体01的内部隔离为工艺腔4和传输腔16。在基座3位于工艺位时，工艺腔4位于基座3的上方，传输腔16位于基座3的下方。升降机构7带动基座3上升至工艺位时，晶片22进入工艺腔4中，设置在顶盖组件上的进气喷淋装置2向工艺腔4中输送工艺气体。此时，第一密封环面14与第二密封环面34贴合密封，将传输腔16和工艺腔4隔离，因而工艺过程中，工艺腔4中的工艺气体不会泄漏至传输腔16中。

第一密封环面14和第二密封环面34中的一者的内径沿腔体01的轴线朝向基座逐渐增大。第一密封环面14和第二密封环面34贴合后，继续向基座3施加向上的推力，第一密封环面14和第二密封环面34可产生一定的形变，进而使基座3升高一段微小的高度。此时第一密封环面14和第二密封环面34之间的间隙进一步减小，从而提高了两个密封环面之间的密封效果。沿腔体01的轴线远离腔室本体1底面的方向内径逐渐缩小的密封环面可以为锥面，也可为弧形凸面或弧形凹面。三者的区别在于内径缩小的趋势不同，其中，锥面的内径以固定的趋势缩小，弧形凸面以逐渐减小的趋势缩小，而弧形凹面以逐渐增大的趋势缩小。当然，用户也可设置该密封环面为平面、凸面、凹面中的几种相结合的结构，在此不做限定。

可选的，基座3设有垂直其上表面的顶针8。顶针8的长度大于基座3的厚度，如图2所示，当基座3下降至传输位时，顶针8的下端与腔体01的底面相抵，顶针8的上端顶起晶片22，使其脱离基座3上表面。传输腔16的侧壁设有进片口10，晶片22可由进片口10放置在顶针8上。

可选的，如图3所示，腔体01、基座3为同心的圆形，第一密封环面14和第二密封环面34均为圆环形。二者贴合时，压力在其周向分布更加均匀，从而可使工艺腔4和传输腔16之间具有更好的密封效果。

本实施例中，第一密封环面14和第二密封环面34中的一者采用了沿靠近顶盖组件的方向渐缩的结构。随着基座3上升，第一密封环面14和第二密封环面34之间的距离逐渐缩小，进而使工艺腔4与传输腔16隔离。升降机构7对基座3施加较小的推力即可实现较好的密封效果。

可选的，第一密封环面14和第二密封环面34之间可采用锥面与锥面配合形成面密封；也可采用凸面与锥面配合，形成线密封；还可以密封件与密封环面配合进行密封。

实施例一

第一密封环面14和第二密封环面34均为环形锥面，如图4所示，两个环形锥面均沿远离腔室本体1底面的方向逐渐靠近腔体01的轴线。第一密封环面14和第二密封环面34均以腔体01的轴线为轴，且第一密封环面14和第二密封环面34均与腔体01的轴线具有相同的夹角。

密封配合时，第一密封环面14和第二密封环面34的贴合面积较大，进而使密封区域的范围较大，能够承受较大气压，减少气体向传输腔16泄漏。环形锥面与腔体01的轴线之间的夹角的可选范围为大于等于15度，小于等于85度。

在一些实施例中，第一密封环面14和第二密封环面34中的一者为环形锥面，第一密封环面14和第二密封环面34中的另一者为环状弧形凸面。其中，环形锥面沿腔室本体1底面的方向逐渐靠近腔体01的轴线。环形锥面和环状弧形凸面在俯视图中均呈环形，且二者同心设置。

环形锥面与环状弧形凸面配合时，二者的接触位置为环绕腔体01的圆。由于环形锥面与环状弧形凸面之间的接触面积较小，分布在接触面上的压强较大。相比于实施例一，第一密封环面14和第二密封环面34发生的形变更大，因而二者贴合更加紧密，同样能够实现较好的密封效果。

实施例二

如图5所示，第一密封环面14为环形锥面，第二密封环面34为环绕基座3的环状弧形凸面，环状弧形凸面由基座3的顶面向基座3的侧面弯曲。环状弧形凸面与环形锥面之间采用弧面与平面贴合的方式实现密封，升降机构7的压力作用在两个密封环面上时，环状弧形凸面既能够与环形锥面紧密贴合，同时具有较高的抗压强度，避免受压损坏。

实施例三

如图6所示，腔体内壁设有环绕腔体01的密封凸起35，密封凸起35的表面朝向腔体01的内侧，密封凸起35的表面为环状弧形凸面，第二密封环面34为环形锥面。当基座3上升至工艺位时，基座3与密封凸起35相抵，同时环状弧形凸面与环形锥面贴合，形成环绕腔体01的线密封。当然，用户也可采用环状弧形凸面和弧形凹面配合的方式将工艺腔4和传输腔16隔离，在此不做限定。

密封过程中，第一密封环面14和第二密封环面34通常会存在摩擦，长期使用两个密封环面会发生磨损，影响密封效果。因而，第一密封环面14和第二密封环面34可设置耐磨层，延长二者的使用寿命。耐磨层可具体为设置在腔室本体1和基座3表面的耐磨涂层，例如氧化铝涂层、氧化锆或氧化钇等。当然，用户也可采用对腔室本体1的内表面和基座3的外表面进行表面处理的方式形成耐磨层，在此不做限定。另外，耐磨层可应用在上述任意一种实施例中。

实施例四

本申请还可在腔室本体1的内表面对应第一密封环面14的位置处和基座3的外表面对应第二密封环面34的位置处设置嵌入材料，从而提高第一密封环面14和第二密封环面34的耐磨性能。腔体内壁具有环绕腔体01设置的第一安装槽，第一安装槽中环绕腔体01的第一密封件31，第一密封环面14位于第一密封件31上。基座3具有沿其外缘环绕设置的第二安装槽，第二安装槽中设有第二密封件32，第二密封环面34位于第二密封件32的外缘。

如图7所示，腔室本体1的上端设有第一台阶槽，第一台阶槽即为第一安装槽。基座3的外缘设有第二台阶槽，作为第二安装槽。第一密封件31设置在第一台阶槽中，第一密封件31靠近腔室本体1的底面一侧的径向宽度等于第一台阶槽靠近腔体01内部的一侧的径向宽度，第一密封件31轴向宽度等于第一台阶槽轴向的宽度。第一密封件31可采用粘接、焊接或过盈配合等方式与腔室本体1固定连接。第二密封件32设置在第二台阶槽中，第二密封件32腔室本体1底面的侧面和第二密封件32靠近腔室本体1的侧面分别与基座3上相对应的侧面平齐。第二密封件32可采用粘接、焊接或过盈配合等方式与基座3固定连接。

可选的，第一密封件31和第二密封件32可分别采用与腔室本体1和基座3相同的材料制成，也可采用更为耐磨的金属或陶瓷等材料制成，满足密封环面耐磨抗高温的需求。

本实施例中，腔室本体1和基座3上分别设置了第一密封件31和第二密封件32，第一密封环面14和第二密封环面34分别位于第一密封件31和第二密封件32上。当第一密封环面14或第二密封环面34磨损时，可更换相应的密封件，进而使半导体腔室可继续运转。如此不仅提高了维修效率，也降低了设备成本。

在一些实施例中，第一密封环面14和第二密封环面34中的一者具有环绕腔体01的固定槽，固定槽中密封圈33，密封圈33可通过过盈配合等方式固定在固定槽中。密封圈33用于与第一密封环面14和第二密封环面34中的另一者贴合。

实施例五

如图8所示，固定槽为位于第一密封环面14上的梯形槽，固定槽两个侧壁之间的距离沿靠近槽口的方向逐渐缩小。密封圈33嵌入固定槽中，且突出于固定槽的槽口。当基座3上升至工艺位时，密封圈33与第二密封环面34贴合。密封圈33在压紧力的作用下产生弹性形变，进而提高密封效果。当然，用户也可将密封圈33设置在第二密封环面34上，在此不做限定。

本实施例中，第一密封环面14和第二密封环面34中的一者设置了密封圈33，第一密封环面14和第二密封环面34配合的同时将密封圈33压紧，通过密封圈33的弹性变形增加密封环面之间的贴合面积，进而提高密封效果。

可选的，如图1和图2所示，顶盖组件包括盖板9和位于盖板9和腔室本体1之间的绝缘件，绝缘件的下端与腔室本体1靠近工艺腔4一侧的上端贴合。第一密封环面14设置在腔室本体1靠近工艺腔4一侧的上端。工艺腔4位于顶盖组件的内侧，当基座3与第一密封环面14贴合时，工艺腔4位于基座3的上方、且位于顶盖组件的内侧。

在一些实施例中，半导体腔室和顶盖组件之间具有间隔环绕腔体01设置的排气通道6，排气通道6与工艺腔4连通。半导体腔室的外侧设有抽气机构，抽气机构与排气通道6连通，抽气机构运行抽出排气通道6中的气体，使排气通道6产生负压。工艺腔4中的工艺气体在负压的作用下进入排气通道6中，进而从抽气机构排出。

如图1和图2所示，腔室本体1靠近盖板9的端面上设有环形槽。环形槽靠近腔体01的侧壁的高度小于远离腔体01的侧壁的高度。绝缘件为绝缘排气匀流装置5，绝缘排气匀流装置5包括管体和环绕管体设置的环体，环体设置在在管体的上端。绝缘排气匀流装置5的上端面与盖板9贴合。管体内径小于等于第一密封环面14上端的直径，管体的外径大于第一密封环面14上端的内径、且小于等于环形槽靠近工艺腔4一侧的直径。管体的下端面与环形槽靠近腔体01侧壁的上端面贴合，环体的下端面与环形槽远离腔体01侧壁的上端面贴合。绝缘排气匀流装置5和腔室本体1的环形槽之间形成排气通道6，绝缘排气匀流装置5的管体的下端设有用于连通工艺腔4与排气通道6的排气孔15，环形槽远离传输腔16的侧壁设有抽气口12，抽气机构与抽气口12相连。为保证排气的均匀性，抽气口12沿管体的周向均匀分布。具体的，抽气机构包括抽气泵18以及位于抽气泵18和抽气口12之间的抽气蝶阀17。抽气蝶阀17开启后，抽气泵18可抽出工艺气体，并将其输送至厂务端进行后续处理。工艺时，工艺腔4的压力可由抽气蝶阀17进行控制。

可选的，绝缘排气匀流装置5的管体内侧设有进气喷淋装置2，进气喷淋装置2与盖板9之间间隔一定距离。盖板9、进气喷淋装置2以及进气匀流装置之间形成匀流腔。进气盖板9的中央设有进气控制装置11，工艺气体由进气控制装置11输送至匀流腔中，再由进气喷淋装置2均匀地喷入工艺腔4中。绝缘排气匀流装置5上的排气孔15沿管体的周向均匀分布，进而使工艺腔4中的工艺气体能够均匀流出。

可选的，腔室本体1的侧壁设有出气口13，腔室本体1的外侧设有排气机构，排气机构与出气口13相连，可用以抽出泄漏至传输腔16中的工艺气体。如图1或图2所示，排气机构包括排气泵20和位于排气泵20和排气口之间的排气蝶阀19。排气蝶阀19开启后，排气泵20可抽出传输腔16中的气体，传输腔16中的压力由排气蝶阀19进行控制。工艺时工艺腔4和传输腔16的压力独立控制，工艺腔4的压力可略低于传输腔16的压力，从而避免工艺气体向传输腔16泄漏，实现更好的密封效果。

可选的，腔室本体1的底部还设有吹扫口21，通过吹扫口21可对传输腔16进行吹扫。另外，吹扫口21位于基座3的下方，升降机构7可穿过吹扫口21与基座3相连，进而带动基座3升降。

本实施例中，半导体腔室的外侧设置了抽气机构和排气机构，分别由于控制工艺腔4和传输腔16的压力。工艺过程中，控制工艺腔4的压力低于传输腔16，进而避免工艺气体泄漏至传输腔16中。

本申请所提供的半导体腔室不仅可以采用单腔体结构，还采用多腔体结构，各个腔体01位于同一水平高度、且腔体01的下部相互连通，进气喷淋装置一一对应于腔体01，用于向各个腔体01内输送工艺气体。

可选的，如图9和图10所示的具体实施方式中，半导体腔室包括两个的腔体01，两个腔体01均位于同一水平高度，腔体01的下部相互连通。基座3与腔体01的数量相同、两个腔体内部均设有基座。而且两个腔体内壁均设有第一密封面14，两个基座3均设有第二密封环面34，相应的升降机构7也为两个，且分别与两个基座3相连。第一密封环面14和第二密封环面34之间的密封方式如上文所述，在此不再赘述。该半导体腔室中，两个腔体01的顶盖组件各设有一个进气喷淋装置2，用于分别向两个腔体01内输送工艺气体，进气喷淋装置2的安装方式可参考单腔体具体实施方式，在此不再赘述。排气通道6和抽气机构均为两个，且分别对应两个腔体01的工艺腔4。两个抽气机构分别设置在两个腔室本体1相互背离的侧壁上。当然，用户也可根据需要设置抽气机构的位置，在此不做限定。该具体实施方式中，排气机构为一个，排气机构和进片口10也分别设置在上述腔室本体1的两个侧壁上。用户也可根据需要选择排气机构和进片口10的位置。

可选的，半导体腔室还可设置四个腔体01或其他数量的腔体01，相应的具体实施方式可参考两个腔体01的方案。半导体腔室其他部分的结构可参考现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，半导体腔室设置有两个以上的腔体01，采用多腔体的技术方案可提高设备的处理效率，提高企业产能。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本申请的原理而采用的示例性实施方式，然而本申请并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本申请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申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体腔室，其特征在于，包括腔体、基座以及升降机构，其中，所述基座设置于所述腔体中用于承载晶片，所述升降机构用于带动所述基座在所述腔体内升降；

所述腔体具有环绕所述腔体的内壁设置的第一密封环面，所述基座的外缘设有用于与所述第一密封环面配合的第二密封环面，所述基座能够在上升至所述第一密封环面与所述第二密封环面贴合时以分隔所述腔体的内部形成工艺腔和传输腔；

所述第一密封环面和所述第二密封环面中的一者的内径沿所述腔体的轴线朝向所述基座逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述第一密封环面和所述第二密封环面均为环形锥面，所述第一密封环面和所述第二密封环面同轴设置、且与所述腔体的轴线的夹角相同。

3.根据权利要求1所述的半导体腔室，其特征在于，所述第一密封环面和所述第二密封环面中的一者为环形锥面，所述第一密封环面和所述第二密封环面中的另一者为环状弧形凸面。

4.根据权利要求2所述的半导体腔室，其特征在于，所述第一密封环面和所述第二密封环面中的一者具有环绕所述腔体的固定槽，所述固定槽中固定设置有密封圈，所述密封圈用于与所述第一密封环面和所述第二密封环面中的另一者贴合。

5.根据权利要求3所述的半导体腔室，其特征在于，所述腔体内壁设有环绕所述腔体的密封凸起，所述密封凸起的表面作为所述环状弧形凸面，所述第二密封环面为所述环形锥面。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的半导体腔室，其特征在于，所述第一密封环面和所述第二密封环面均设有耐磨层。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的半导体腔室，其特征在于，所述腔体内壁具有环绕所述腔体设置的第一安装槽，所述第一安装槽中环绕所述腔体内壁的第一密封件，所述第一密封环面设置在所述第一密封件上；

所述基座具有沿其外缘环绕设置的第二安装槽，所述安装槽中设有第二密封件，所述第二密封环面位于所述第二密封件的外缘。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的半导体腔室，其特征在于，所述腔体包括顶盖组件和腔室本体，所述腔室本体内沿周向设置有环形槽，所述顶盖组件覆盖所述环形槽的槽口以在所述腔室本体和所述顶盖组件之间形成排气通道，所述排气通道与所述工艺腔连通，所述腔室本体的外侧设有抽气机构，所述环形槽的侧壁设有抽气口，所述抽气口用于安装所述抽气机构。

9.根据权利要求8所述的半导体腔室，其特征在于，所述顶盖组件包括盖板和绝缘件，所述绝缘件位于所述盖板和所述腔室本体之间；

所述绝缘件为环绕所述腔体的绝缘排气匀流装置，所述绝缘排气匀流装置设有用于连通所述腔体与所述排气通道的排气孔。

10.根据权利要求1至5任意一项所述的半导体腔室，其特征在于，所述腔体的数量为多个，各个所述腔体位于同一水平高度，且多个所述腔体的内部均连通；各个所述腔体的内均设置有所述基座，各个所述腔体内部均设有所述第一密封环面，各个所述基座均设有所述第二密封环面。

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