一種反應腔室及半導體加工設備的製作方法

2023-04-30 20:46:31

本發明屬於半導體設備製造領域，具體涉及一種反應腔室及半導體加工設備。

背景技術：

化學氣相沉積設備是一種被廣泛用於在襯底表面上生長外延層的半導體外延設備，其主要利用反應氣體在高溫環境下相互反應在襯底表面形成外延層。外延片的厚度、摻雜濃度和組分的均勻性是評價外延片質量的重要指標之一，而反應腔室內氣流場的均勻性是影響外延片的均勻性的重要因素之一。

圖1為現有的水平式反應腔室的結構示意圖。圖2為圖1所示的反應腔室的左視圖。請一併參閱圖1和圖2，反應腔室10為矩形腔室，在反應腔室10的左側壁上設置有進氣裝置11，與左側壁相對的右側壁上設置有排氣端12，反應氣體經由進氣裝置11進入反應腔室10，且沿平行襯底表面方向自排氣端12排出反應腔室10，在實際應用中，為提高反應腔室10內氣流場的均勻性，通常在工藝過程中旋轉承載襯底的承載裝置，以及採用均勻的進氣結構使得反應氣體均勻地進入反應腔室。

然而，採用上述反應腔室10在實際應用中不可避免地存在以下問題：由於進氣裝置11在反應腔室10的側壁上沿反應腔室10寬度方向設置，其長度l1未覆蓋反應腔室10的整個寬度l，如圖2所示，這會造成在反應腔室10的進氣裝置11的沿反應腔室10寬度方向的兩側形成有死角13和14，反應氣體自進氣裝置11進入反應腔室10後，由於空間迅速變大造成死角13和14的反應氣體濃度與其他區域的濃度差變大，因而形成反應氣體向死角13和14擴散的反向擴散，這就容易在死角13和14處分別形成渦流15和16，如圖3所示，因而造成反 應腔室內氣流場均勻性差，從而造成襯底的工藝均勻性差，進而造成工藝質量差。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種反應腔室及半導體加工設備，其可以提高反應腔室內工藝區域氣流場的均勻性，從而可以提高襯底的工藝均勻性，進而可以提高工藝質量。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種反應腔室，在所述反應腔室的一側設置有進氣裝置，用於向所述反應腔室內輸送工藝氣體，在所述反應腔室內設置有第一勻流板，所述第一勻流板和所述進氣裝置之間形成有氣體緩衝區；所述第一勻流板上設置有多個氣體通道，以使所述氣體緩衝區內的工藝氣體經過所述氣體通道均勻地輸送至工藝區域。

優選地，所述反應腔室內且位於所述進氣裝置和所述第一勻流板之間還設置有第二勻流板；所述第二勻流板與所述進氣裝置、所述第一勻流板之間均存在預設間距，以將所述氣體緩衝區劃分為第一緩衝區和第二緩衝區；所述第二勻流板上設置有多個氣體通道，用於將所述第一緩衝區和所述第二緩衝區相連通。

優選地，所述反應腔室還包括：安裝板，與所述第一勻流板的側壁固定連接，且與所述反應腔室的內壁相平行。

優選地，所述反應腔室還包括：安裝板，與所述第一勻流板和所述第二勻流板的側壁均固定連接，且與所述反應腔室的內壁相平行。

優選地，所述安裝板的數量與所述第一勻流板的側壁數量相同，為多個，且二者一一對應。

優選地，所述多個安裝板均朝向在所述第一勻流板的同一側設置，且相鄰兩個所述安裝板固定連接。

優選地，所述反應腔室為矩形腔室，所述進氣裝置設置在所述反應腔室的左側壁或右側壁上，用於沿趨於水平方向向所述反應腔室內輸送工藝氣體。

優選地，在所述反應腔室內設置有承載裝置；所述第一勻流板和/或所述第二勻流板在水平面上的正投影形狀和與之相對的所述承載裝置的外邊緣在水平面上的正投影形狀相一致。

本發明還提供一種半導體加工設備，包括反應腔室，所述反應腔室採用本發明提供上述反應腔室。

優選地，所述半導體加工設備包括化學氣相沉積設備。

本發明具有以下有益效果：

本發明提供的反應腔室，藉助第一勻流板將反應腔室劃分為氣體緩衝區和工藝區域，在向反應腔室內輸送工藝氣體時，進氣裝置高速噴射出的工藝氣體首先進入氣體緩衝區，工藝氣體在該氣體緩衝區內進行緩衝使得工藝氣體的氣流比較穩定，之後工藝氣體再經過第一勻流板上設置的氣體通道進入反應腔室的工藝區域，這與現有技術相比，工藝區域內的氣流場較穩定，即工藝區域為氣體穩流區，因此，提高了工藝區域氣流場的穩定性，從而使得工藝區域內的工藝氣體分布較均勻，進而提高工藝質量。

本發明提供的半導體加工設備，其通過採用本發明提供的上述反應腔室，可以提高反應腔室內工藝區域的氣流場的均勻性，從而可以提高襯底的工藝均勻性，進而可以提高工藝質量。

附圖說明

圖1為現有的水平式反應腔室的結構示意圖；

圖2為圖1所示的反應腔室的左視圖；

圖3為在圖1所示的反應腔室內氣流場模擬氣流線跡圖；

圖4a為本發明實施例提供的反應腔室的第一種結構示意圖；

圖4b為圖4a所示的反應腔室中的第一勻流件和安裝板的結構示意圖；

圖4c為圖4a所示的反應腔室中的第一勻流件的結構示意圖；

圖5a為本發明實施例提供的反應腔室的第二種結構示意圖；以及

圖5b為圖5a所示的反應腔室中的第一勻流件、第二勻流件和安裝板的結構示意圖；

圖5c為第一勻流板或第二勻流板的另一種結構示意圖。

具體實施方式

為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的反應腔室及半導體加工設備進行詳細描述。

圖4a為本發明實施例提供的反應腔室的第一種結構示意圖；圖4b為圖4a所示的反應腔室中的第一勻流件和安裝板的結構示意圖；圖4c為圖4a所示的反應腔室中的第一勻流件的結構示意圖；請一併參閱圖4a～圖4c，本實施例提供的反應腔室20為矩形腔室，包括進氣裝置21、排氣裝置22和第一勻流板23，在反應腔室20內設置有用於承載襯底的承載裝置24。其中，進氣裝置21設置在反應腔室20的左側壁上，而排氣裝置22設置在反應腔室的右側壁上，用以沿趨於水平方向的方向向反應腔室20內輸送工藝氣體。當然，在實際應用中，進氣裝置21設置在反應腔室20的右側壁上，而排氣裝置22設置在反應腔室的左側壁上，用以沿趨於水平方向的方向向反應腔室20內輸送工藝氣體。

第一勻流板23與進氣裝置21之間形成有氣體緩衝區a，第一勻流板23設置在反應腔室20內且距離進氣裝置21預設間距l的位置處，該預設間距l形成氣體緩衝區a，進氣裝置21輸送的工藝氣體會直接進入該氣體緩衝區a內。

第一勻流板23上設置有多個氣體通道231，氣體通道231將氣體緩衝區和反應腔室20內的工藝區域b連通。

本實施例提供的反應腔室，藉助如上設置的第一勻流板23將反應腔室20劃分為氣體緩衝區a和工藝區域b，在向反應腔室20內輸送工藝氣體時，進氣裝置21高速噴射出的工藝氣體首先進入氣體緩衝區a，工藝氣體在該氣體緩衝區a內進行緩衝使得工藝氣體的氣流比較穩定之後，再經過第一勻流板23上設置的氣體通道231進入反應腔室的工藝區域b，這與現有技術相比，工藝區域b內的氣流場較穩定，即工藝區域b為氣體穩流區，因此，提高了工藝區域b氣流場的穩定性，從而使得工藝區域內的工藝氣體分布較均勻，進而提高工藝質量。

在本實施例中，反應腔室20還包括：安裝板25，與第一勻流板 23的側壁固定連接，且與反應腔室20的內壁相平行，所謂第一勻流板23的側壁是指以氣體通道231所在端面為上下表面而言的。藉助安裝板25可便於直接將第一勻流板23放置在反應腔室20內，不需要設置部件將第一勻流板23固定在反應腔室20的內壁上，因此，反應腔室20的組裝和拆卸簡單。

優選地，安裝板25的數量與第一勻流板23的側壁的數量相同，為多個，且二者一一對應。具體地，請參閱圖4b，由於反應腔室20為矩形腔室，因此，第一勻流板23的側壁數量為4個，安裝板25的數量也為四個。

進一步優選地，多個安裝板25均朝向第一勻流板23的同一側設置，且相鄰兩個安裝板25固定連接，如圖4b所示，四個安裝板25和第一勻流板23形成一側面開口且具有一定空間的殼體，其能夠實現將第一勻流板23穩定地放置在反應腔室20內。

還優選地，第一勻流板23的形狀與其所在反應腔室20的截面形狀相匹配，這樣，可以避免工藝氣體在第一勻流板23和反應腔室20的內壁之間的間隙洩露，而造成不便於氣體的勻流控制。

另外，優選地，第一勻流板23和安裝板25均採用耐工藝溫度且耐腐蝕材料製成，以提高其使用壽命和避免在反應腔室20內產生副產物。具體地，該材料包括但不限於石英和碳化矽。

需要說明的是，本發明並不局限於上述安裝板25的設置數量和位置，凡是能夠將第一勻流板23穩定地放置在反應腔室20內均屬於本發明的保護範圍。

實施例2

圖5a為本發明實施例提供的反應腔室的第二種結構示意圖；圖5b為圖5a所示的反應腔室中的第一勻流件、第二勻流件和安裝板的結構示意圖，請一併參閱圖5a和圖5b，本實施例提供的反應腔室20同樣包括：進氣裝置21、排氣裝置22、第一勻流板23和承載裝置24，由於其結構和位置關係已經在上述實施例1中做出了詳細的描述，在此不再贅述。

下面僅針對本實施例和上述實施例1的不同點進行描述。具體地， 在本實施例中，在反應腔室20內且位於進氣裝置21和第一勻流板23之間還設置有第二勻流板26；第二勻流板26與進氣裝置21、第一勻流板23之間分別存在預設間距l1和l2，以將氣體緩衝區a劃分為第一緩衝區a1和第二緩衝區a2，即預設間距l1形成第一緩衝區a1，預設間距l1形成第一緩衝區a2；第二勻流板26上設置有多個氣體通道261，用於將第一緩衝區a1和第二緩衝區a2相連通。可以理解，本實施例中藉助兩個緩衝區a1和a2依次對工藝氣體進行緩衝，可對進氣裝置21輸送的工藝氣體進行兩次緩衝，使得第二緩衝區a2內的工藝氣體相對上述實施例1中的氣體緩衝區a更加穩定，因此，可進一步提高工藝區域b氣流場的穩定性，從而使得工藝區域內的工藝氣體分布更加均勻，進而進一步提高工藝質量。

在本實施例中，優選地，安裝板25與第一勻流板23和第二勻流板26的側壁均固定連接，且與反應腔室20的內壁相平行，如圖5b所示，藉助安裝板25可便於直接將第一勻流板23和第二勻流板26一起放置在反應腔室20內，不需要設置部件將第一勻流板23和第二勻流板26均固定在反應腔室20的內壁上，因此，反應腔室20的組裝和拆卸簡單。

另外，優選地，第一勻流板23、第二勻流板26和安裝板25均採用耐工藝溫度且耐腐蝕材料製成。

需要說明的是，在上述實施例1和實施例2中，第一勻流板23和第二勻流板26均為板狀，但是，本發明並不局限於此，圖5c為第一勻流板或第二勻流板的另一種結構示意圖，請參閱圖5c，圖5c所示的第一勻流板或第二勻流板在水平面上的正投影形狀和與之相對的承載裝置24的外邊緣在水平面上的正投影形狀相一致，這樣，第一均流板23或第二勻流板26各個位置距離靠近進氣裝置21的承載裝置24外側壁之間的垂直距離相等，因此，有助於提高承載裝置24上方區域(即，工藝區域)內工藝氣體的均勻性。

還需要說明的是，第一勻流板23上設置的氣體通道231和第二勻流板26上設置的氣體通道261的截面形狀、通氣截面積、設置數量和設置位置根據實際情況具體設置，來滿足工藝區域的工藝氣體區域均 勻的要求。

作為另外一個技術方案，本發明還提供一種半導體加工設備，包括反應腔室，所述反應腔室採用本發明上述實施例提供的反應腔室。

具體地，半導體加工設備包括但不限於化學氣相沉積設備。

本實施例提供的半導體加工設備，其通過採用本發明上述實施例提供的反應腔室，可以提高反應腔室內氣流場的均勻性，從而可以提高襯底的工藝均勻性，進而可以提高工藝質量。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。