反应腔室及半导体设备的制作方法

1.本实用新型属于半导体设备技术领域，更具体地，涉及一种反应腔室及半导体设备。


背景技术：

2.化学气相沉积外延生长是将反应气体输送到反应腔，通过加热等方式，使之反应，生长原子沉积在衬底上，长出单晶层。通常使用的硅外延设备工艺腔室是由透明石英构成密封反应腔室，其中工艺气体从进气端进入腔室，横跨用基座承载的晶圆表面完成生长，再从尾气端排出腔室。但部分工艺气体会吸附到反应腔室上圆顶(反应腔室顶部为弧形圆顶)表面，若上圆顶温度过高，就会发生化学气相沉积，从而生成膜(coating)。上圆顶膜的增加，一方面上圆顶膜会吸收基座及外延片发射的红外光谱，从而使上高温计读取的红外信号减弱，从而反馈的温度比没有膜时的示数要低，若使用上pid(利用比例、积分、微分算法构成的一套闭环自动控制温度的技术)控温时，加热电源需要更高的功率，即腔室达到更高的温度来补偿被上圆顶膜吸收的红外信号，从而导致外延生长速率升高且不可控；另一方面上圆顶膜的不断积累，严重的情况下会发生膜掉落在晶圆(wafer)表面，产生颗粒污染，由于集成电路中沟槽和线宽尺寸很小，微小的颗粒(particle)都能够对硅片工艺结果造成很大的损害，例如：不同导线的导通、同一导线的断连、形成空穴而造成更大能耗和发热等，出现这些问题的硅片上的芯片单元(chip)将因不能使用而报废，从而降低了产品的良率。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种反应腔室及半导体设备，在保证外延工艺正常进行的同时对上圆顶进行降温，并抑制工艺气体向上扩散，进而抑制上圆顶膜沉积。
4.为了实现上述目的，本实用新型提供一种反应腔室，用于半导体设备中，包括：
5.下进气口和上进气口，所述下进气口和所述上进气口由下至上依次设置在反应腔室的一侧，所述下进气口用于向所述反应腔室内部输送工艺气体，所述上进气口用于向所述反应腔室的顶部内表面上输送冷却气体。
6.可选地，所述反应腔室内设置有承载待加工晶圆的基座，所述下进气口和所述上进气口的宽度大于所述反应腔室内的基座的直径。
7.可选地，所述下进气口为水平进气口。
8.可选地，所述上进气口为向上倾斜的进气口。
9.可选地，所述上进气口的上壁为沿气流方向逐渐向上倾斜的斜面，所述上进气口的下壁包括沿气流方向依次设置的倾斜部和圆弧部，所述倾斜部与所述斜面平行，所述圆弧部向所述反应腔室内部延伸并与所述反应腔室的内壁之间形成朝向所述反应腔室的顶部的开口。
10.可选地，所述斜面与水平面的夹角范围为15
°‑
35
°
，所述圆弧部的弧度范围为55
°‑
75
°
。
11.可选地，所述下进气口的下壁高于所述基座的上表面。
12.可选地，还包括：
13.排气口，所述排气口设置在所述反应腔室上与所述上进气口和所述下进口对称的另一侧。
14.可选地，所述下进气口与所述上进气口之间设置有隔块，所述隔块的上表面用作所述上进气口的下壁，所述隔块的下表面用作所述下进气口的上壁，所述排气口的中心线穿过所述隔块。
15.本实用新型还提供一种半导体设备，包括上述的反应腔室。
16.本实用新型提供一种反应腔室及半导体设备，其有益效果在于：通过下进气口和上进气口分别向反应腔室内输送工艺气体和冷却气体，在保证外延工艺正常进行的同时对反应腔室的顶部(反应腔室的顶部可以为弧形圆顶)进行降温，并抑制工艺气体向上扩散接触上圆顶的内表面，进而有效抑制上圆顶膜在上圆顶上的沉积，从根本上消除了上圆顶膜对外延工艺的消极影响。
17.本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
19.图1示出了根据本实用新型的一个实施例的抑制上圆顶膜沉积的进气口结构示意图。
20.图2示出了根据本实用新型的一个实施例的反应腔室的结构示意图。
21.图3示出了图2的俯视结构示意图。
22.附图标记说明：
23.1、下进气口；2、上进气口；3、反应腔室；4、上圆顶；5、基座；6、斜面；7、倾斜部；8、圆弧部；9、开口；10、排气口；11、隔块。
具体实施方式
24.下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
25.如图1和图2所示，本实用新型提供了一种具有抑制上圆顶膜沉积的进气口结构的反应腔室，该反应腔室包括：
26.下进气口1和上进气口2，下进气口1和上进气口2由下至上依次设置在反应腔室3的一侧，下进气口1和上进气口2分别用于向反应腔室3内部输送工艺气体和向反应腔室3的上圆顶4内表面上输送冷却气体。
27.具体的，下进气口1和上进气口2设置在反应腔室3的侧壁上，反应腔室3的上圆顶4
(反应腔室的顶部为弧形圆顶)处于反应腔室3的顶部，通过下进气口1和上进气口2能够分别上反应腔室3内输送工艺气体和冷却气体，工艺气体用于外延生长工艺，冷却气体用于对上圆顶4进行冷却，并且在冷却的同时冷却气体能够抑制工艺气体向上扩散接触上圆顶4的内表面，进而从这两方面抑制膜在上圆顶4上的沉积，消除上圆顶4上的膜对外延工艺的消极影响。
28.可选地，反应腔室内设置有承载待加工晶圆的基座5，下进气口1和上进气口2的宽度大于反应腔室3内的基座5的直径。
29.具体的，将下进气口1和上进气口2的宽度设置成大于基座5直径的尺寸，可以保证进气流能够均匀覆盖到整个基座5，进而保证外延工艺后晶圆的膜厚均匀性，避免因基座5边缘位置气流少而导致晶圆边缘区域生长速率低的现象。
30.可选地，下进气口1为水平进气口。
31.具体的，工艺气体能够通过下进气口1水平进入反应腔室3内，进而覆盖到反应腔室3内的基座5和基座5上的硅晶圆上，在外延工艺后便于排出反应腔室。
32.可选地，上进气口2为向上倾斜的进气口。
33.具体的，向上倾斜的上进气口2，使得通过上进气口2进入反应腔体3内的冷却气体的气流方向向上倾斜，一方面能够吹向处于反应腔室3顶部的上圆顶4，对上圆顶4进行冷却，另一方面通过与水平的下进气口1配合能够尽可能地避免冷却气体与工艺气体的混合，并且吹向上圆顶4的冷却气体抑制了工艺气体向上扩散接触上圆顶4的内表面，进一步抑制了膜在上圆顶4上的沉积。
34.可选地，上进气口2的上壁为沿气流方向逐渐向上倾斜的斜面6，上进气口2的下壁包括沿气流方向依次设置的倾斜部7和圆弧部8，倾斜部7与斜面6平行，圆弧部8向反应腔室3内部延伸并与反应腔室3的内壁之间形成朝向上圆顶4的开口9。
35.具体的，斜面6与倾斜部7形成斜向上的通路，靠近斜面6端部处的反应腔室3的内壁与圆弧部8形成朝向上圆顶的开口9；在本实施例中，反应腔室3的内壁为竖直筒状，上圆顶4的内表面与反应腔室3的内壁圆弧过渡连接，上进气口2设置在上述圆弧过渡连接位置的下方；冷却气体沿着斜向上的通路经过朝向上圆顶4的开口9进入反应腔室3，沿着反应腔室3内壁的上端经过圆弧过渡连接位置到达上圆顶4边缘，冷却气体随着反应腔室3内壁的上端和圆弧过渡连接位置分散到上圆顶4整个内表面，对上圆顶4内表面进行冷却并抑制工艺气体向上扩散接触上圆顶4的内表面。
36.可选地，斜面6与水平面的夹角范围为15
°‑
35
°
，圆弧部8的弧度范围为55
°‑
75
°
。
37.具体的，斜面6与水平面夹角的限定和圆弧部8的弧度的限定使得冷却气体在上进气口中的流动路径为先倾斜向上，再圆滑的转化为经过朝向上圆顶4的开口9流出，斜向上的路径部分与圆弧部8处形成的圆弧形路径部分相结合，使得冷却气体的气流方向平滑转变，既能避免冷却气体的气流方向紧急转折产生紊流，又能保证气流尽可能地覆盖到整个上圆顶4的内表面上。
38.在本实施例中，经过朝向上圆顶4的开口9流出的冷却气体的气流方向为竖向向上。
39.可选地，下进气口1的下壁高于基座5的上表面。
40.具体的，下进气口1的下壁高于基座5的上表面，保证经过下进气口1流入反应腔室
3内的工艺气体能够完全覆盖基座5和基座5上的晶圆，提高外延工艺的效率。
41.如图2和图3所示，本实用新型还提供一种反应腔室，包括：
42.排气口10，排气口10设置在反应腔室3上与上进气口2和下进气口1对称的另一侧。
43.具体的，下进气口1和上进气口2由下至上依次设置在反应腔室3的一侧，而排气口10设置在反应腔室3的另一侧，进气口与排气口10在反应腔室3的侧壁上相对设置，有利于进入反应腔室3内的气流及时通过排气口10排出，有效避免由下进气口1和上进气口2进入的两路气流在反应腔室3内大规模的混合。
44.可选地，下进气口1与上进气口2之间设置有隔块11，隔块11的上表面用作上进气口2的下壁，隔块11的下表面用作下进气口1的上壁，排气口10的中心线穿过隔块11。
45.具体的，隔块11的下表面即为下进气口1的上壁，隔块11的上表面即为上进气口2的下壁，排气口10的中心线穿过隔块11，使得下进气口1和上进气口2的高度均与排气口10的高度相差不多，有利于经下进气口1进入反应腔室3的工艺气流和经上进气口2进入反应腔室3的冷却气流能够经过较短的行程即可从排气口10排出，并且工艺气体的气流与冷却气体的气流一下一上在反应腔室3内流动，减少二者之间的混合。
46.本实用新型还提供一种半导体设备，该设备包括上述的反应腔室。
47.综上，本实用新型提供的半导体设备通过上述外延装置进行外延工艺，外延工艺过程中，通过下进气口1通入用于外延的工艺气体(混合气体)，用在晶圆表面外延生长；通过上进气口2通入氢气，该气体为用于外延的工艺混合气体中的一种，不会影响到外延工艺正常进行，且由于在本实施例中，工艺温度是通过上高温计监控硅片表面温度，且实时控温，该气体并不会影响晶圆表面的工艺温度。氢气流经斜面6与倾斜部7形成的斜向上通路、靠近斜面6的端部处的反应腔室3的内壁与圆弧部8形成的朝向上圆顶4的开口9，沿着反应腔室3内壁的上端到达上圆顶4边缘，随着反应腔室3内壁的上端和上圆顶4的连接弧度分散到上圆顶4整个内表面，之后从排气口10排出反应腔室3；流经上圆顶4内表面的氢气一方面能够高效冷却上圆顶4，抑制膜在上圆顶4的沉积，另一方面能够抑制工艺气体接触上圆顶4内表面，进一步抑制了膜在上圆顶的沉积。
48.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。