石英件、工艺腔室和半导体处理设备的制作方法

本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种石英件、一种包括该石英件的工艺腔室以及一种包括该工艺腔室的半导体处理设备。

背景技术：

常压化学气相淀积是指在大气压下进行的一种化学气相淀积的方法。这种工艺所需的系统简单，反应速度快，但是均匀性较差，台阶覆盖能力差，所以一般用于厚的介质淀积。目前，在芯片制造过程中，大部分所需的薄膜材料，不论是导体、半导体或是介电材料，都可以用化学气相淀积来制备。

硅外延设备是利用化学气相沉积原理进行工艺的一种常见设备，传统的硅外延设备主要包括预抽腔室(loadlock)、传输腔室、工艺腔室。首先用户将装有硅片的片盒装入预抽腔室，然后机械手从预抽腔室取出硅片，经过传输腔室，将硅片放入工艺腔室的基座中，以对放置在基座上的晶片，进行外延反应。为了有利于工艺腔室的温度均匀性和气流场均匀性，要求承载晶片的基座能够进行在工艺腔室内进行旋转。

如图1和图2所示，为现有技术中硅外延设备中的工艺腔室的结构示意图。该工艺腔室包括腔室本体210、基座220、旋转组件230和石英件100，旋转组件230可以带动基座220旋转。腔室本体210采用水平进气的方式，一定量的气流流动速度、气流浓度与基座220旋转速度的搭配可以实现基座220表面较好的温度均匀性以及气流场均匀性。基座220与石英件100之间存在确定的间隙，以确保旋转过程中基座220不会摩擦到石英件100。

现有技术一中，虽然可以实现基座220进行旋转，从而能够保证工艺腔室的温度均匀性和气流场均匀性。但是，工艺气体可以通过基座220与石英件100之间存在的间隙，进入基座220下方和旋转组件230内(如图2中的箭头所指位置)。随着外延工艺的进行，会产生一系列副产物并附着于基座220、石英件100、旋转组件230等零部件表面的装配间隙中，影响零部件的正常工作。另一方面，外延反应对腔室颗粒十分敏感，副产物的存在将影响外延工艺腔室的洁净度。

为了能够消除工艺腔室内的副产物，如图3和图4所示，为现有技术二中硅外延设备中的工艺腔室的结构示意图。其与现有技术一中不同的是：工艺腔室的下方设置有清扫气体源310以及旋转组件230设置有清扫气体通道231(如图4中的箭头所指的气体通道)。清扫气体形成一定的压力，使得反应气体无法通过基座220与石英件100之间的间隙。依据外延反应气体种类，清扫气体源310可设定为氮气、氢气或惰性气体。

但是，当工艺腔室采用水平进气的方式时，也就是说，反应气体进入腔室本体2腔室的方向为水平方向(如图3中所示，腔室本体210左端为进气端in，腔室本体210右端为出气端out)。这样，当清扫气体在水平经过基座220背面后，其会与石英件100的垂直侧壁接触，则清扫气体的气流方向变为垂直方向，这样就造成工艺气体在进入工艺腔室之前受到清扫气体在垂直方向的阻力而引起湍流。而湍流会使得工艺气体不是处于分层流动状态，进而影响外延层的均匀性和产品良率。另外，清扫气体使得工艺气体中气态硅源在工艺气体中的整体浓度降低，进而影响晶片表面的生长速率。

因此，如何设计一种能够有效减少工艺腔室内颗粒沉积的结构成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种石英件、一种包括该石英件的工艺腔室和一种包括该工艺腔室的半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种石英件，包括底壁以及自所述底壁边沿弯折延伸形成的侧壁，所述底壁的靠近所述侧壁的边缘区域设置有至少一个贯穿所述底壁厚度的排气槽。

优选地，所述底壁的横截面呈圆形，所述底壁上设置有多个所述排气槽，且多个所述排气槽沿所述底壁的周向均匀排列。

优选地，所述侧壁包括第一侧壁和与所述第一侧壁连接的第二侧壁，所述第一侧壁的延伸方向与所述第二侧壁的延伸方向相反。

优选地，所述第二侧壁包括封装部和排气部，所述排气部包括至少一个贯穿所述第二侧壁厚度的凹槽。

优选地，所述凹槽自所述第二侧壁的底部朝向所述第二侧壁的顶部凹陷。

本发明的第二方面，提供一种工艺腔室，包括转动连接的基座和旋转组件，所述旋转组件设置有清扫气体通道，还包括前文记载的石英件，所述石英件设置在所述基座下方，所述排气槽与所述清扫气体通道连通。

优选地，所述石英件包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁自所述底壁边沿朝向所述基座方向弯折，所述第二侧壁自所述底壁边沿背离所述基座方向弯折；

所述工艺腔室具有进气端和出气端，所述第二侧壁的封装部位于所述进气端，所述第二侧壁的排气部位于所述出气端。

优选地，所述底壁与所述基座相对间隔设置，所述侧壁与所述基座的侧表面相对间隔设置。

优选地，所述底壁的中央区域设置有贯穿所述底壁厚度的第一安装孔，所述工艺腔室的腔室本体包括第二安装孔；

所述第二安装孔与所述第一安装孔相对应，所述旋转组件依次穿过所述第二安装孔和所述第一安装孔与所述基座转动连接。

本发明的第三方面，提供一种半导体处理设备，包括前文记载的所述工艺腔室。

本发明的石英件，其底壁上设置有多个上述结构的排气槽，因此，能够使得清扫气体最终全部通过该多个排气槽向下流出，从而能够使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，进而可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。此外，还能够避免工艺时所产生的一系列副产物，从而能够提高工艺良率，降低制作成本。

本发明的工艺腔室，具有上述石英件的结构，当需要对该工艺腔室进行清扫时，可以向该工艺腔室提供清扫气体，该清扫气体会进入到石英件与基座之间的间隙内，对工艺腔室进行清扫。清扫完毕后的清扫气体，最终会通过石英件所设置的排气槽向下排出。这样，清洗气体不会对工艺腔室内的反应气体造成影响，从而可以使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，进而可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。此外，还可以避免产生一系列副产物，提高工艺良率，降低制作成本。

本发明的半导体处理设备，具有上述结构的工艺腔室的结构，该工艺腔室又包括前文记载的石英件的结构，因此，当需要对该半导体处理设备进行清扫时，可以开启清扫气体源，以向清扫气体通道内提供清扫气体，该清扫气体会进入到石英件与基座之间的间隙内，对半导体处理设备进行清扫。清扫完毕后的清扫气体，最终会通过石英件所设置的排气槽向下排出。这样，清洗气体不会对半导体处理设备的反应气体造成影响，从而可以使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，进而可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。

此外，还可以避免产生一系列副产物，提高工艺良率，降低制作成本。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术一中硅外延设备中的工艺腔室的结构示意图；

图2为图1中所示a处的局部放大图；

图3为现有技术二中硅外延设备中的工艺腔室的结构示意图；

图4为图3中所示b处的局部放大图；

图5为本发明中工艺腔室的结构示意图；

图6为本发明中石英件的结构示意图；

图7为图6中所示石英件的剖视图；

图8为图6中所示石英件的仰视图。

附图标记说明

100：石英件；

110：底壁；

111：排气槽；

112：第一安装孔；

120：侧壁；

121：第一侧壁；

122：第二侧壁；

122a：封装部；

122b：排气部；

122c：凹槽；

210：腔室本体；

211：第二安装孔；

220：基座；

230：旋转组件；

231：清扫气体通道；

300：半导体处理设备；

310：清扫气体源。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图6、图7和图8所示，本发明的第一方面，涉及一种石英件100。其中，该石英件100包括底壁110以及自底壁110边沿弯折延伸形成的侧壁120。该底壁110的靠近侧壁120的边缘区域设置有至少一个贯穿底壁110厚度的排气槽111。

为了便于说明，以将该结构的石英件100应用到工艺腔室为例进行说明，当然，该石英件100也可以应用到其他结构中。至于工艺腔室的具体结构先不作详细描述。

具体地，如图5所示，石英件100可以放置在基座220的下方，且与基座220之间具有间隙。当需要对基座220进行清扫时，可以向工艺腔室提供清扫气体，该清扫气体会进入到石英件100与基座220之间的间隙内，以对石英件100、石英件100与基座220之间的间隙以及基座220进行清理。清理完毕后的清扫气体，最终会通过石英件100所设置的排气槽111向下排出。这样，清洗气体不会对工艺腔室内的反应气体造成影响，尤其是当该工艺腔室采用水平进气(反应气体水平进入到工艺腔室内部)的方式时，由于清扫气体不会对反应气体造成影响，因此可以使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，也就是说，可以使得反应气体在流动过程中两层之间没有互相混渗和无纵向运动，从而可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。此外，利用清扫气体对工艺腔室内的结构进行清扫，还可以避免产生一系列副产物，从而能够提高工艺良率，降低制作成本。

需要说明的是，对于排气槽111的具体结构并没有作出限定，只要满足贯穿石英件100的底壁110厚度的任何排气结构均可以，例如，该排气槽111可以呈方形、圆心或其他不规则图形等。

进一步需要说明的是，对于底壁110上所设置的排气槽111的具体数量也并没有作出限定，本领域的技术人员可以根据综合考虑，例如，结合石英件100的设计强度以及排气量，确定所需要的实际的排气槽111的数量。

优选地，如图6所示，上述底壁110的横截面呈圆形，该底壁110上设置有多个排气槽111，且多个排气槽111沿底壁110的周向均匀排列。

本实施例结构的石英件100，其底壁110上设置有多个上述结构的排气槽111，因此，能够使得清扫气体最终全部通过该多个排气槽111向下流出，从而能够使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，进而可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。此外，还能够避免工艺时所产生的一系列副产物，从而能够提高工艺良率，降低制作成本。

优选地，如图8所示，上述侧壁120包括第一侧壁121和与第一侧壁121连接的第二侧壁122，第一侧壁121的延伸方向与第二侧壁122的延伸方向相反，也就是说，如图8所示，第一侧壁121的延伸方向可以朝上，相应地，第二侧壁122的延伸方向朝下。当然，也可以是第一侧壁121的延伸方向朝下，相应地，第二侧壁122的延伸方向朝上。

同样以将该结构的石英件100应用到工艺腔室为例进行说明，石英件100的侧壁120包括延伸方向相反的第一侧壁121和第二侧壁122，因此，当利用清扫气体对工艺腔室内部进行清理时，如图5所示，清扫气体的气流方向可以由现有的l型变为u型，因此，可以进一步地使得清扫气体顺利地排出工艺腔室外部，从而可以进一步地避免清扫气体对反应气体的影响，可以使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，最终可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。

优选地，如图8所示，上述第二侧壁122包括封装部122a和排气部122b。其中，该排气部122b包括至少一个贯穿该第二侧壁122厚度的凹槽122c。

同样以将该结构的石英件100应用到工艺腔室为例进行说明，在应用时，第二侧壁122的封装部122a位于进气端in(也就是图5中的左端)，排气部122b位于出气端out(也就是图5中的右端)。这样，由于第二侧壁122在工艺腔室的进气端in方向完全封闭，能够进一步地有效避免清扫气体对反应气体在进气端in的影响，从而能够进一步地使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，进而可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。同时，第二侧壁122在工艺腔室的出气端out方向设置有排气部122b，该排气部122b设置有凹槽122c，因此，可以进一步地使得清扫气体顺利地排出工艺腔室外部。

当然，为了使得排气效果更佳，如图8所示，排气部122b可以包括多个间隔设置的凹槽122c。

另外，对于凹槽122c与第二侧壁122的位置关系并没有作出限定，例如，该凹槽122c可以位于第二侧壁122沿高度方向的中间位置或其余位置。为了使得排气效果更佳，优选地，该凹槽122c可以自第二侧壁122的底部向第二侧壁122的顶部凹陷，如图8所示，这样，多个间隔设置的凹槽122c相当于形成锯齿结构。

本实施例结构的石英件100，是上述排气部122b的一种具体结构，类似锯齿状的多个凹槽122c，可以进一步地使得清扫气体顺利地排出工艺腔室外部。

本发明的第二方面，如图5所示，涉及一种工艺腔室。其中，该工艺腔室包括腔室本体210、转动连接的基座220和旋转组件230，也就是说，旋转组件230可以带动基座220旋转，以使得位于基座220不同位置处的晶片(图中并未示出)工艺性能良好，提高片内均匀性。该旋转组件230设置有清扫气体通道231。该工艺腔室还包括前文记载的石英件100，该石英件100设置在基座220下方，两者之间具有间隙，排气槽111与清扫气体通道231连通。

本实施例结构的工艺腔室，具有前文记载的石英件100的结构，当需要对该工艺腔室进行清扫时，可以向该工艺腔室提供清扫气体，该清扫气体通过旋转组件230所设置的清扫气体通道231进入到石英件100与基座220之间的间隙内，对工艺腔室进行清扫。清扫完毕后的清扫气体，最终会通过石英件100所设置的排气槽111向下排出。这样，清洗气体不会对工艺腔室内的反应气体造成影响，从而可以使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，进而可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。此外，还可以避免产生一系列副产物，提高工艺良率，降低制作成本。

优选地，如图5和图8所示，石英件100的第一侧壁121自底壁110边沿朝向基座220方向弯折，第二侧壁122自底壁110边沿背离基座220方向弯折。其中，工艺腔室具有进气端in(图5中的左侧)和出气端out(图5中的右侧)，第二侧壁122的封装部122a位于进气端in，第二侧壁122的排气部122b位于出气端out。

这样，由于第二侧壁122在腔室本体210的进气端in方向完全封闭，能够进一步地有效避免清扫气体对反应气体在进气端in的影响，从而能够进一步地使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，进而可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。同时，第二侧壁122在腔室本体210的出气端out方向设置有排气部122b，该排气部122b设置有凹槽122c，可以进一步地使得清扫气体顺利地排出工艺腔室的外部。

优选地，如图5所述，石英件100的底壁110与基座220相对间隔设置，侧壁120与基座220的侧表面相对间隔设置。也就是说，石英件100与基座220之间具有间隙，该间隙使得基座220在旋转组件230的带动下旋转时，不会与石英件100之间产生摩擦，避免出现工艺杂质或避免基座220的温度因摩擦急剧升高。另外，基座220与石英件100之间的间隙，还充当连通排气槽111和清扫气体通道231的作用。

优选地，如图5和图6所示，上述底壁110的中央区域设置有贯穿底壁110厚度的第一安装孔112，腔室本体210包括第二安装孔211。该第二安装孔211与第一安装孔112相对应，上述的旋转组件230依次穿过第二安装孔211和第一安装孔112与基座220转动连接。

本发明的第三方面，如图5所示，提供一种半导体处理设备300。其中，该半导体处理设备300包括工艺腔室和清扫气体源310，该工艺腔室包括前文记载的的工艺腔室，该清扫气体源310与旋转组件230中的清扫气体通道231连通，以向该清扫气体通道231提供清扫气体。

本实施例结构的半导体处理设备，具有前文记载的工艺腔室的结构，该工艺腔室又包括前文记载的石英件100的结构，因此，当需要对该半导体处理设备300进行清扫时，可以开启清扫气体源310，以向清扫气体通道231内提供清扫气体，该清扫气体会进入到石英件100与基座220之间的间隙内，对半导体处理设备300进行清扫。清扫完毕后的清扫气体，最终会通过石英件100所设置的排气槽111向下排出。这样，清洗气体不会对半导体处理设备300的反应气体造成影响，从而可以使得反应气体以层流的形式平行的流经晶片的表面，进而可以在晶片上获得组织致密、质量良好的外延层。此外，还可以避免产生一系列副产物，提高工艺良率，降低制作成本。

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。