一种外延设备和防止外延设备的下穹顶沉积污染物的方法

技术领域

本发明涉及一种外延设备和防止外延设备的下穹顶沉积污染物的方法。

背景技术

在半导体集成电路制造过程中，外延工艺用于生产制造半导体器件所需的晶体结构，或用以沉积具有电子特性的晶体薄膜或改变晶体结构的力学特性来提升其导电性能。尤其在应变硅技术工程中，外延膜在晶体管沟道的晶格中形成压缩应变或拉伸应变。外延技术可满足所有这些应用的需求，生产出高质量均匀的薄膜，精准控制掺杂浓度，缺陷极低，并且具有选择性生长的能力。

现有技术中，外延薄膜的质量与沉积过程中的流场和热场分布有直接关系，工艺气流在基座表面横向层流通过，清洁吹扫气体从基座下面通过，防止工艺气体在基座下部分沉积，并保持基座上面的工艺气流平稳。但是腔室上下部分的基座和下圆顶组件之间存在间隙，当腔室上部分的工艺气体流入下部分，时间过久会在下穹顶处形成薄膜沉积，这会导致腔室下部分的高温计读温发生偏差，同时导致下加热部的热辐射无法均匀分布在基座下，导致腔室内的工艺温度出现变化，最后影响晶圆表面的外延膜厚、掺杂浓度，甚至出现一些位错和缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种外延设备和防止外延设备的下穹顶沉积污染物的方法，具有能够防止工艺气体在下穹顶上积聚的优点。

为实现上述目的，本发明提供一种外延设备，其包含：

腔体，所述腔体包括依次设置的上穹顶、内衬和下穹顶，所述腔体设置有进气部和排气部，所述进气部设置在腔体的一侧，所述排气部设置在腔体与所述进气部相对的另一侧；

基座，其设置在所述腔体内，用于承载晶圆；

预热环，所述预热环围绕所述基座四周设置，所述预热环与基座之间形成间隙；

阻挡环，所述阻挡环置于所述下穹顶的上方，用于阻挡工艺气体穿过间隙沉积在所述下穹顶的上表面；所述阻挡环连接于所述内衬的最下方，靠近所述下穹顶的一侧；所述阻挡环沿横向延伸，其包括第一端和与所述第一端相对的第二端，所述阻挡环的第一端与内衬连接；所述阻挡环的第二端上表面设置抑流部，所述抑流部用于防止工艺气体绕过所述阻挡环向所述下穹顶流动；所述阻挡环的上表面设置多个凸起，所述凸起均匀分布在所述阻挡环的上表面；所述阻挡环包括第一区，所述第一区为阻挡环上对应进气部的区域，所述抑流部沿着所述第二端的边缘延伸，至少分布在所述第一区上。

较佳地，还包括：吹扫气体进气部，所述吹扫气体进气部设置于第一区对应的所述内衬的最下方，其出气口设置于所述阻挡环的下方。

较佳地，所述吹扫气体进气部包括至少一个进气嘴和气体分配板，所述气体分配板设置在所述进气嘴的下游。

较佳地，所述气体分配板为弧形，其上设置多个气孔，所述气孔沿着所述气体分配板的延伸方向均匀分布。

较佳地，所述阻挡环的第二端下表面设置导流部，所述导流部用于引导吹扫气体流向所述下穹顶。

较佳地，所述导流部为从第一端向第二端厚度渐增的斜坡，所述导流部沿着所述第二端的边缘延伸，至少分布在所述第一区上。

较佳地，还包括：上加热部和下加热部，所述上加热部设置于腔体上方，所述下加热部设置于腔体的下方；所述上加热部和下加热部均包括若干个成环形围合的加热灯。

较佳地，所述内衬设置至少一台阶，用于放置所述阻挡环。

较佳地，所述阻挡环的材质为石英。

较佳地，所述阻挡环的宽度为2-3cm。

本发明还提供一种防止外延设备的下穹顶沉积污染物的方法，使用如上所述的外延设备进行外延工艺。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的外延设备和防止外延设备的下穹顶沉积污染物的方法，具有如下有益效果：

本发明的外延设备和防止外延设备的下穹顶沉积污染物的方法，通过设置阻挡环，并且阻挡环连接于内衬的最下方，能够避免工艺气体沉积在下穹顶影响加热效果及测温效果，且能够防止阻挡环吸收热量而对晶圆边缘温度产生影响；并且在阻挡环表面设置有抑流部及凸起，抑流部可以阻止工艺气体向下穹顶流动，使得工艺气体更容易沉积在凸起上而不会沉积在下穹顶上，当阻挡环上沉积了较多的工艺气体后，直接更换阻挡环即可，而无需更换下穹顶；抑流部和吹扫气体进气部仅设置于第一区，而排气部无需设置抑流部和吹扫气体，可以保护晶圆表面的工艺气体不受气流扰动影响。

附图说明

图1为本发明的外延设备的整体结构示意图。

图2为本发明的阻挡环的结构示意图。

图3为本发明上表面设有凸起的阻挡环的结构示意图。

图4为本发明下表面设有导流部的阻挡环的结构示意图。

图5为发明实施例的吹扫气体进气部的俯视结构示意图。

图6为发明实施例的气体分配板的结构示意图。

附图标记说明：

外延设备10

腔体100

上穹顶110

内衬120

下穹顶130

进气部140

排气部150

基座200

预热环300

阻挡环400

第一端410

第二端420

抑流部430

凸起440

导流部450

吹扫气体进气部500

气体分配板510

气孔511

上加热部600

上测温传感器610

下加热部700

下测温传感器710

晶圆20

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图1～附图6，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如图1所示，本发明提供了一种外延设备10，包括腔体100、基座200、预热环300和阻挡环400。腔体100包括自上而下依次设置的上穹顶110、内衬120和下穹顶130，腔体100设置有进气部140和排气部150，进气部140用于向腔体100内部输送工艺气体，工艺气体用于在腔体100内与基座200上的晶圆20发生反应，排气部150用于将腔体100内的气体排出腔体100外。进气部140设置在腔体100的一侧，排气部150设置在腔体100与进气部140相对的另一侧，即排气部150和进气部140分别设置于腔体100沿圆周方向相对的两侧，从而使得工艺气体在腔体100内与晶圆20之间的反应率尽可能高，提高工艺气体的使用率。

基座200设置在腔体100内，用于承载晶圆20，基座200设置于腔体100的中间位置处，基座200的上部具有用于承载晶圆20的表面，在本发明中，基座200上承载的晶圆20直径小于基座200的外径。基座200连接有旋转装置，旋转装置用于驱动基座200旋转从而带动基座200上的晶圆20旋转，以提高晶圆20加工过程中晶圆20表面上各处反应的均一性。预热环300围绕基座200四周设置，预热环300与基座200之间形成间隙，预热环300用于对进入腔体100的工艺气体进行预加热，提前将工艺气体加热至更适宜反应的温度，从而提高工艺气体与晶圆20之间的反应率。

所述外延设备10还包括上加热部600和下加热部700，上加热部600设置于腔体100上方，下加热部700设置于腔体100的下方。上加热部600和下加热部700均包括若干个成环形围合的加热灯，加热灯用于对腔体100内进行加热，以使得腔体100内的温度保持在适宜工艺气体与晶圆20之间反应的工艺温度；可选的，所述上加热部600包括内圈加热部和外圈加热部，所述下加热部700同样包括内圈加热部和外圈加热部，所述内圈加热部为若干个加热灯围成的环形，所述外圈加热部为若干个加热灯围成的环形，所述内圈加热部用于对应加热晶圆的内圈部分，外圈加热部用于对应加热晶圆的外圈部分。此外，上加热部600还包括上测温传感器610，下加热部700还包括下测温传感器710。上测温传感器610和下测温传感器710分别位于腔体100的上方和下方。上测温传感器610和下测温传感器710均为非接触式测温传感器。上测温传感器610用于穿过上穹顶110对晶圆20进行测温。下测温传感器710用于穿过下穹顶130对晶圆20下部的基座200进行测温，若工艺气体过多地沉积在下穹顶130上，会导致下穹顶130上沉积过多沉积物，导致下测温传感器710的测温读数不准，进而导致腔体100内的温度控制不准，同时也会使下加热部700在基座200下表面的热辐射不均匀。

对此，本发明设置阻挡环，所述阻挡环400置于下穹顶130的上方，阻挡环400用于阻挡工艺气体穿过间隙沉积在下穹顶130的上表面。由于预热环300和基座200之间存在间隙，工艺气体自进气部140进入腔体100后，大部分工艺气体沿水平方向流经晶圆20的上表面后从排气部150流出腔体100，而部分工艺气体会沿竖直方向自上而下穿过基座200和预热环300之间的间隙向下流动，这部分向下流动的工艺气体在遇到阻挡环400后，由于阻挡环400的阻挡作用，不会直接流到下穹顶130上，从而避免工艺气体在下穹顶130上沉积，避免工艺气体在下穹顶130上沉积导致测温传感器对腔体100内的测温不准而影响腔体100内的温度控制的准确性，同时避免热分布的不均匀。

如图2所示，内衬120为大致环形的部件，其环绕基座200设置，阻挡环400连接于内衬120的最下方，靠近下穹顶130的一侧。将阻挡环400尽可能靠近下穹顶130的一侧，提高阻挡环400对工艺气体的阻挡能力，尽可能避免工艺气体绕过阻挡环400沉积在下穹顶130的情况发生。并且阻挡环400连接于内衬120的最下方从而远离基座200，能够尽量降低阻挡环400吸收来自下加热部700的热量而对晶圆20的边缘温度产生影响。

阻挡环400沿横向延伸，阻挡环400包括第一端410和与第一端410相对的第二端420，阻挡环400的第一端410与内衬120连接。阻挡环400沿腔体100的圆周方向环绕于基座200下方设置，沿腔体100的直径方向，阻挡环400包括第一端410和第二端420，其中第一端410为相对远离腔体100中心的一端，第一端410连接于内衬120，第二端420为阻挡环400上相对于第一端410更接近腔体100中心的一端。

在本发明中，阻挡环400的宽度为2-3cm，即沿腔体100的直径方向，阻挡环400的第一端410和第二端420之间的总宽度为2-3cm。由于下加热部700设置在下穹顶130下方，因此如果阻挡环400宽度过宽会在基座下表面形成阴影，影响加热的均匀性。

继续如图2所示，阻挡环400的第二端420上表面设置抑流部430，抑流部430为设置于阻挡环400第二端420最接近于腔体100的中心处向上凸起的部分，抑流部430用于防止工艺气体绕过阻挡环400向下穹顶130流动，从而进一步提高阻挡环400对于工艺气体的阻挡效果，减少工艺气体沉积在下穹顶130上的可能性。可选的，所述抑流部430为环形或部分环形。

阻挡环400包括第一区，第一区为阻挡环400上对应进气部140的区域，第一区即为如图5所示的阻挡环400的左侧部分，图5中的抑流部430沿着第二端420的边缘延伸，且抑流部430至少分布在第一区上或仅设置在第一区上，在本实施例中，抑流部430设置于阻挡环400的第一区的第二端的上表面，由于工艺气体自进气部140进入腔体100内，因此在进气部140附近的工艺气体流速最快，在第一区上设置抑流部430，能够阻挡大部分向下穹顶130上沉积的工艺气体。

可选的，抑流部430也可以沿腔体100的圆周周向在阻挡环400的第二端420整圈设置。

进一步可选的，如图3所示，除了抑流部430，所述阻挡环的上表面还设置多个凸起440，所述凸起均匀分布在所述阻挡环的上表面，所述凸起为半圆形凸点，所述凸起分布在整个阻挡环的上表面；可选的，所述凸起的数量为300-500个。该多个凸起可以让工艺气体沉积在阻挡环400上表面，这样在维护时，仅需更换阻挡环即可。所述阻挡环400的第二端下表面还设置第二抑流部，所述第二抑流部为在第二端下表面向下凸起的部分，所述第二抑流部用于抑制下腔体吹扫气体与上方的工艺气体混合，形成对流。所述第二抑流部为环形。

进一步可选的，如图4-6所示，本发明的外延设备10还包括吹扫气体进气部500，吹扫气体进气部500用于向腔体100内输送吹扫气体，吹扫气体与工艺气体不同，吹扫气体主要用于对下穹顶130表面进行吹扫，以尽量避免工艺气体沉积在下穹顶130上，该吹扫气体与上文的下腔体吹扫气体并非一路吹扫气体。吹扫气体进气部500设置于第一区对应的内衬120的最下方，其出气口设置于阻挡环400的下方。吹扫气体进气部500包括至少一个进气嘴520和气体分配板510，气体分配板510设置在进气嘴的下游。如图6所示，气体分配板510为弧形，其上设置多个气孔511，气孔511沿着气体分配板510的延伸方向均匀分布。气体分配板510上的气孔511用于将进气嘴输入的吹扫气体分流后输入腔体100，以避免吹扫气体过于集中地流入腔体100，使吹扫气体更加分散，吹扫气体能够覆盖下穹顶130的更大区域，提高吹扫气体的吹扫覆盖范围。在该实施例中，所述阻挡环400的第二端下表面不再设置第二抑流部，取而代之，阻挡环400的第二端420的下表面设有导流部450，如图4所示，阻挡环400的第二端420下表面设置导流部450，导流部450用于引导吹扫气体流向下穹顶130，实现对下穹顶的吹扫，防止工艺气体沉积在下穹顶130。具体的，所述导流部450为从第一端410向第二端420厚度渐增的斜坡，导流部450沿着第二端420的边缘延伸，且导流部450至少分布在第一区上，或仅分布在第一区上。

其中，内衬120设置至少一台阶，用于放置阻挡环400。在本实施例中，腔体100的各部分，上穹顶110、内衬120以及下穹顶130通过层叠组装而成，在内衬120靠近下穹顶130的一侧设置台阶用于安装阻挡环400。

可选的，阻挡环400的材质选用石英，石英具有耐热性佳以及耐热性质稳定的优点，能够避免阻挡环400在腔体100内高温环境下发生反应分解导致污染晶圆20的情况发生。

本发明还提供一种防止外延设备10的下穹顶130沉积污染物的方法，该方法使用如上述的外延设备10进行外延工艺。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。