半导体工艺设备及其工艺腔室

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体工艺设备及其工艺腔室。

背景技术

目前，碳化硅(SiC)外延工艺使用氢气作为输运气体，输送硅源、碳源和掺杂气体进入工艺腔室，工艺腔室为减压环境，压力通常为80mbar～100mbar。一般情况下，外延工艺中仅有部分反应物在晶圆表面生长，形成所需要的外延层，或者在工艺腔室的内壁上生长产生附着涂层(coating)，多余的反应物会在工艺腔室中反应形成颗粒，在工艺腔室的后端及尾气管路中沉积。尾气中的颗粒在气流不稳定的情况下容易倒灌至反应空间内在晶圆表面沉积，而碳化硅外延工艺非常容易受到表面颗粒影响，从而造成晶圆表面延伸出现生长缺陷以及大幅降低外延质量，因此减少尾气倒灌及抑制颗粒沉积对于外延工艺质量的提升就非常有必要。

现有技术中,工艺腔室具有用于容置晶圆的工艺腔，工艺腔内的尾气在经过尾气防护件后排出工艺管外。尾气防护件为嵌套于工艺管内的环形结构，以在一定程度上会阻挡倒灌的气流。但是在实际应用时，尾气直接撞击在工艺管的端部侧壁会出现倒灌，倒灌的尾气携带颗粒在尾气防护件上产生大量涂层，经过仿真发现尾气在倒灌过程中能越过尾气防护件，从而进入工艺腔内对晶圆的外延质量造成严重影响。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体工艺设备及其工艺腔室，用以解决现有技术存在的由于尾气倒灌影响晶圆外延质量的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备的工艺腔室，包括：工艺管、腔室组件及尾气装置；所述腔室组件设置于所述工艺管内，所述腔室组件形成有用于容置晶圆的工艺腔，所述腔室组件的两端分别形成有传输口及尾气口，所述传输口用于向所述工艺腔内通入工艺气体，所述尾气口用于导出所述工艺腔内的尾气；所述尾气装置设置于所述工艺管内，并且位于所述尾气口的一侧，所述尾气装置包括有壳体、流体通道、缓冲腔及止挡台阶，其中：所述壳体上开设有导入口及导出口，并且所述导入口靠近所述尾气口设置，所述流体通道和所述缓冲腔形成于所述壳体的内部，所述导入口与所述流体通道的一端连通，所述导入口用于将所述尾气导流至所述流体通道内，所述流体通道与竖直方向形成第一预设夹角，所述流体通道的另一端与所述缓冲腔连通，所述缓冲腔与所述导出口连通，所述导出口用于将所述缓冲腔内的尾气排出；所述止挡台阶设置于所述缓冲腔内的与所述流体通道的连接处，用于防止所述缓冲腔内的尾气倒流至所述流体通道内。

于本申请的一实施例中，所述壳体的顶壁在竖直方向上的高度低于所述尾气口的高度，所述壳体的顶壁与所述工艺管之间配合形成有用于传输所述晶圆的传输腔，所述传输腔通过所述尾气口与所述工艺腔连通，以传输所述晶圆。

于本申请的一实施例中，所述导入口开设于所述壳体的顶壁，且所述导入口的开口方向与所述尾气口的开口方向具有第二预设夹角；所述导出口开设于所述壳体的远离所述流体通道的底壁或侧壁。

于本申请的一实施例中，所述尾气装置的内部设置有导流板，所述导流板的一端与所述壳体的侧壁连接，另一端朝斜下方向延伸至与所述壳体的底壁连接，所述止挡台阶设置在所述壳体的顶壁朝向所述导流板的一侧，且所述止挡台阶靠近所述导入口的侧面与所述导流板平行设置，所述止挡台阶的该侧面与所述导流板配合形成所述流体通道。

于本申请的一实施例中，所述止挡台阶朝向所述缓冲腔的侧面与壳体的顶壁形成第三预设夹角，所述止挡台阶的该侧面用于防止所述缓冲腔内的尾气倒流至所述流体通道内。

于本申请的一实施例中，所述导入口的宽度大于或等于所述尾气口的宽度。

于本申请的一实施例中，所述第一预设夹角为大于或等于30度，且小于或等于60度；和/或，所述第二预设夹角为大于0度，且小于或等于90度；和/或，所述第三预设夹角为大于或等于90度，且小于或等于160。

于本申请的一实施例中，所述腔室组件包括两个相对且间隔设置的加热件和相对且间隔设置两个支撑件，两个所述支撑件位于两个所述加热件之间，两个所述加热件和两个所述支撑件配合形成所述工艺腔，所述加热件用于感应电磁线圈的磁场而产生热量。

于本申请的一实施例中，所述腔室组件还包括有两个保温盖，两个所述保温盖分别贴合设置于两个所述加热件的两端，所述传输口及所述尾气口分别形成于两个所述保温盖上。

第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括如第一个方面提供的半导体工艺设备的工艺腔室。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过将尾气装置设置于工艺管内，壳体内形成依次设置的流体通道及缓冲腔，其中流体通道的两端分别与导入口及缓冲腔连通，缓冲腔的另一端与导出口连接，并且流体通道的延伸方向可以与竖直方向呈第一预设夹角，以及在流体通道与缓冲腔之间设置有止挡台阶。采用上述设计，使得尾气口排出的尾气能直接经由导入口导流至流体通道内，然后再由缓冲腔进行缓冲，并且由于止挡台阶的作用尾气无法倒灌进入流体通道内，最后缓冲腔内的气体经由导出口排出，因此避免尾气在工艺管内流动过程中撞击工艺管的端部形成尾气倒灌，避免尾气及颗粒进入工艺腔内对晶圆造成污染，从而大幅提高外延工艺质量。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1A为本申请实施例提供的一种工艺腔室的主视状态的剖视示意图；

图1B为本申请实施例提供的一种工艺腔室的俯视状态的剖视示意图；

图2A为本申请实施例提供的一种尾气装置的俯视状态的结构示意图；

图2B为本申请实施例提供的一种尾气装置的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例提供了一种半导体工艺设备的工艺腔室，该工艺腔室的结构示意图如图1A所示，包括：工艺管1、腔室组件2及尾气装置3；腔室组件2设置于工艺管1内，腔室组件2内形成有用于容置晶圆100的工艺腔21，腔室组件2的两端分别形成有传输口22及尾气口23，传输口22用于向工艺腔21内传输晶圆100及通入工艺气体，尾气口23用于导出工艺腔21内的尾气；尾气装置3设置于工艺管1内，并且位于尾气口23的一侧，尾气装置3包括有壳体30、流体通道33、缓冲腔34及止挡台阶36，其中：壳体30上开设有导入口31及导出口32，并且导入口31靠近尾气口23设置，流体通道33和缓冲腔34形成于壳体30的内部，导入口31与流体通道33的一端连通，导入口31用于将尾气导流至流体通道33内，流体通道33与竖直方向形成第一预设夹角，流体通道33的另一端与缓冲腔34连通，缓冲腔34与导出口32连通，导出口32用于将缓冲腔34内的尾气排出；止挡台阶36设置于缓冲腔34内的与流体通道33的连接处，用于防止缓冲腔34内的尾气倒流至流体通道33内。

如图1A所示，工艺腔室具体用于执行碳化硅外延工艺，但是本申请实施例并不以为限，工艺腔室也可以用于执行其它工艺。工艺管1可以为采用石英材质制成的管状结构，腔室组件2及尾气装置3可以依次套设于工艺管1内，例如腔室组件2靠近工艺管1的左端设置，而尾气装置3靠近工艺管1的右端设置，工艺管1的右端底部可以开设有抽气口11，用于连接至真空泵以排出工艺管1内尾气。腔室组件2内形成有工艺腔21，腔室组件2的左端可以设置有传输口22，右端可以设置有尾气口23，即腔室组件2的两端分别形成有传输口22及尾气口23，其中传输口22用于向工艺腔21内通入工艺气体，尾气口23用于排出工艺腔21内的尾气。尾气装置3设置于腔室组件2的右侧，即位于尾气口23所在的一侧。尾气装置3包括有壳体30、流体通道33、缓冲腔34及止挡台阶36，其中，壳体30的左右两端分别形成有导入口31及导出口32，并且尾气装置3内设置有连通导入口31及导出口32的流体通道33及缓冲腔34。流体通道33的顶端与导入口31连通，流体通道33的底端朝斜下方延伸设置，以与缓冲腔34的左端连通，并且流体通道33的延伸方向与竖直方向呈第一预设夹角。缓冲腔34整体可以沿工艺管1的轴向延伸设置，并且其右端可以与导出口32连通。止挡台阶36设置于缓冲腔34内的与流体通道33的连接处，用于防止缓冲腔34内的尾气倒流至流体通道33内。在实际应用时，由于导入口31靠近尾气口23设置，可以将气体导流到流体通道33内，流体通道33内的气体可以进入缓冲腔34内，以及导出口32用于将缓冲腔34内的尾气经由抽气口11排出。止挡台阶36设置于流体通道33与缓冲腔34的连接处，因此能防止缓冲腔34内的气体回流至流体通道33内，进而能防止尾气撞击工艺管1右端形成尾气倒灌进入工艺腔21内，从而避免颗粒及涂层影响晶圆的外延工艺质量。

本申请实施例通过将尾气装置设置于工艺管内，壳体内形成依次设置的流体通道及缓冲腔，其中流体通道的两端分别与导入口及缓冲腔连通，缓冲腔的另一端与导出口连接，并且流体通道的延伸方向可以与竖直方向呈第一预设夹角，以及在流体通道与缓冲腔之间设置有止挡台阶。采用上述设计，由于真空泵连接至尾气装置，流体通道和缓冲腔内在真空泵的作用下形成负压，并且流体通道的延伸方向可以与竖直方向呈第一预设夹角，使得尾气口排出的尾气能直接经由导入口导流至流体通道内，然后再由缓冲腔进行缓冲，并且由于止挡台阶的作用尾气无法倒灌进入流体通道内，最后缓冲腔内的气体经由导出口排出，因此避免尾气在工艺管内流动过程中撞击工艺管的端部形成尾气倒灌，避免尾气及颗粒进入工艺腔内对晶圆造成污染，从而大幅提高外延工艺质量。

需要说明的是，本申请实施例并不限定腔室组件2及尾气装置3的具体排布方式，例如腔室组件2可以靠近工艺管1的右端部设置，以及尾气装置3靠近工艺管1的左端部设置。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

于本申请的一实施例中，如图1A至图1B所示，壳体30的顶壁在竖直方向上的高度低于尾气口23的高度，壳体30的顶壁与工艺管1之间配合形成有用于传输晶圆的传输腔12，传输腔12通过尾气口23与工艺腔21连通，以传输晶圆。

如图1A至图1B所示，工艺管1的轴向可以沿水平方向设置，传输口22、工艺腔21及尾气口23均位于工艺管1轴向上的居中位置，采用该设计能使得晶圆100受热较为均匀，并且使得本申请实施例结构简单易于使用。尾气装置3整体可以设置于尾气口23所在位置的底部，即壳体30的顶壁在竖直方向上的高度低于尾气口23的高度，并且壳体30顶壁与工艺管1的内壁相互配合以构成传输腔12，该传输腔12能通过尾气口23与工艺腔21连通，以用于传输晶圆。采用上述设计，能使得本申请实施例便于由尾气口23进行传输晶圆，从而使得本申请实施例结构简单设计合理。另外，由于尾气装置3整体高度相较于尾气口23较低，并且导入口31靠近尾气口23设置，因此由尾气口23排出的尾气能直接被导入口31导流至流体通道33内，因此能防止尾气撞击工艺管1的端部产生尾气乱流，从而进一步防止尾气及颗粒倒灌进入工艺腔21内，以进一步提高晶圆的外延工艺质量。

于本申请的一实施例中，如图1A至图1B所示，导入口31开设于壳体30的顶壁，且导入口31的开口方向与尾气口23的开口方向具有第二预设夹角；导出口32开设于壳体30的远离流体通道33的底壁或侧壁。可选地，导入口31的宽度大于或等于尾气口23的宽度。

如图1A至图1B所示，壳体30整体可以采用石墨毡材质制成，壳体30设置成与工艺管1相匹配的结构。壳体30可以采用分体式结构，因此壳体30的顶壁可以采用一长方形板状结构，以在壳体30内形成有流体通道33及缓冲腔34。壳体30的顶壁左端部形成导入口31，并且该导入口31的开口方向可以沿流体通道33的延伸方向，导入口31的开口方向朝向尾气口23所在的方向倾斜设置，由于尾气口23的开口方向时朝向水平方向设置，因此导入口31的开口方向能与尾气口23的开口方向之间呈第二预设夹角。该第二预设夹角具体数值可以为90度，但是本申请实施例并不以此为限，第二预设夹角可以是大于0度，并且小于或等于90度的夹角，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。壳体30右端底部形成有导出口32，即导出口32开设于壳体30远离流体通道33的底壁或者侧壁，但是本申请实施例并不以此为限。采用上述设计，使得本申请实施例结构简单易于使用，并且由于导入口31及导出口32分别位于不同位置，使得气体更加顺畅合理，进一步防止气体发生倒灌。另外，由于采用石墨毡材质制成还能提高尾气装置3的使用寿命，从而大幅提高本申请实施例的应用及维护成本。进一步的，由于导入口31的宽度大于或等于尾气口23的宽度，以增加导入口31的进气效率，从而进一步防止气体倒灌进入尾气口23。

需要说明的是，本申请实施例并不限定尾气装置3的具体材质及结构，例如尾气装置3还可以采用石英材质或者发泡石英等材质制成的其它形状。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

于本申请的一实施例中，如图1A至图2B所示，尾气装置3的内部设置有导流板37，导流板37的一端与壳体30的侧壁连接，另一端朝斜下方向延伸至与壳体30的底壁连接，止挡台阶36设置在壳体30的顶壁朝向导流板37的一侧，且止挡台阶36靠近导入口31的侧面与导流板37平行设置，止挡台阶36的该侧面与导流板37配合形成流体通道33。

如图1A至图2B所示，导流板37具体可以采用半圆形的板状结构，导流板37的具有直边的一端可以与壳体30左侧壁顶端连接，并且与该左端壁的顶端连接，导流板37的具有弧形的一端朝斜下方延伸设置且与壳体30的内周壁连接。导流板37的一端与壳体30的侧壁连接，另一端朝斜下方向延伸设置，并且延伸至壳体30的底部与底壁连接。由于导流板37可以与止挡台阶36配合构成流体通道33，因此导流板37的延伸方向可以与竖直方向之间呈第一预设夹角，该第一预设夹角可以大于或等于30度，且小于或等于60度，优选的第一预设夹角可以为45度。由于导流板37采用上述设计，可以将尾气由导入口31向导出口32所在的位置进行导向，避免尾气与壳体30的底部碰撞而发生尾气倒灌，从而进一步提高抑制尾气倒灌的效果，进而大幅提高晶圆的外延工艺质量。

进一步的，止挡台阶36可以沿壳体30的顶壁延伸设置，并且位于壳体30的顶壁朝向导流板37的一侧。当止挡台阶36的截面形状为三角形时，止挡台阶36的左侧面与导流板37之间平行设置，以使止挡台阶36的该侧面与导流板37配合形成流体通道33。采用上述设计，由于导流板37倾斜设置，再配合止挡台阶36斜面的导流作用，进一步减少尾气进入尾气装置3时发生碰撞，以及尾气装置3整体相较于尾气口23较低，并且止挡台阶36阻挡了尾气在导出口32处碰撞产生的乱流，从而进一步抑制尾气及颗粒倒灌。但是本申请实施例并不限定第一预设夹角的具体数值，例如该第一预设夹角可以设置为大于或等于30度，且小于或等于60度中的任意一数值，以使得本申请实施例可以应用于多种工艺参数，从而大幅提高了本申请实施例的适用性及适用范围。

需要说明的是，本申请实施例并不限定止挡台阶36的具体位置，只要止挡台阶36位于导入口31及导出口32之间即可；以及本申请实施例并不限定导流板37的具体结构，例如导流板37可以是一体形成于壳体30内的斜面。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

于本申请的一实施例中，如图1A至图2B所示，止挡台阶36朝向缓冲腔34的侧面与壳体30的顶壁形成第三预设夹角，止挡台阶36的该侧面用于防止缓冲腔34内的尾气倒流至流体通道33内。

如图1A至图2B所示，壳体30顶壁的底面一体形成有止挡台阶36，该止挡台阶36的截面形状可以设置为三角形，以使止挡台36朝向缓冲腔34的侧面与顶壁之间形成有第三预设夹角，该第三预设夹角可以为135度，但是本申请实施例并不以此为限，例如第三预设夹角还可以大于或等于90度，且小于或等于160度，以使止挡台阶36的该侧面能防止缓冲腔34内的尾气倒流至流体通道33内，进而防止尾气倒流至工艺腔21内，以提高外延工艺质量。在实际应用时，导入口31将尾气导入至流体通道33后，由于导出口32与抽气口11的共同作用，尾气会沿流体通道33及缓冲腔34的延伸方向流动，并且可能会与壳体30右侧壁发生碰撞后向上方流动，此时止挡台阶36可以有效阻止尾气由导入口31流出，以避免尾气及颗粒进入工艺腔21内，从而进一步提高晶圆外延工艺质量。进一步的，本申请实施例并不限定该止挡台阶36的具体形状，例如该止挡台阶36的截面形状还可以为半圆形、矩形或者其它形状。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

需要说明的是，本申请实施例并不限定止挡台阶36的具体结构，例如止挡台阶36可以与壳体30的顶壁采用分体式结构。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

于本申请的一实施例中，如图1A至图1B所示，腔室组件2包括两个相对且间隔设置的加热件24和相对且间隔设置两个支撑件25，两个支撑件25位于两个加热件24之间，两个加热件24和两个支撑件25配合形成工艺腔21，加热件24用于感应电磁线圈的磁场而产生热量。

如图1A至图1B所示，加热件24采用石墨材质制成，两个加热件24分别设置于工艺管1的顶部及底部，并且两者在工艺管的轴向上具有间隙形成工艺腔21，工艺腔21用于承载晶圆100以及使工艺气体流过。支撑件25可以采用石墨材质制成的杆状结构，两个支撑件25均沿工艺管1的轴向延伸设置，并且间隔的设置于两个加热件24之间，以对两个加热件24进行支撑，从而使得两个加热件之间具有间隙以形成工艺腔21。采用上述设计，使得腔室组件2易于拆装维护，从而大幅降低应用及维护成本。但是本申请实施例并不限定支撑件25与加热件24的连接方式，例如支撑件25与加热件24可以采用一体成形的方式制成。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。两个加热件24能感电磁线圈的磁块而产生热量，从而实现对晶圆100进行加热。具体来说，电磁线圈通电产生交变磁场，加热件24通过电磁感应产生电流然后发热。电磁线圈沿工艺管1的轴向环绕设置，电磁线圈的轴向长度可以与加热件24的轴向长度相同，以提高电磁线圈的能量转化效率，采用该设计使本申请实施结构简单，从而进一步提高加热效率，并且大幅节约能源。但是本申请实施例并不限定腔室组件2的具体实施方式，本领域技术可以根据实际情况自行调整设置。此外，本申请实施例并不限定加热件24的具体材质，只要其可以被电磁线圈感应加热即可，因此本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1A至图1B所示，腔室组件2还包括有两个保温盖26，两个保温盖26分别贴合设置于两个加热件24的两端，传输口22及尾气口23分别形成于两个保温盖26上。具体来说，保温盖26可以采用石墨材质制成，并且两个保温盖26上均形成有长方形的开口，以用于分别形成传输口22及尾气口23。两个保温盖26分别设置于两个加热件24的左右两端，以用于固定两个加热件24及支撑件25，使腔室组件2构成一个整体结构，从而提高腔室组件2的结构稳定性，并且还能对加热件24进行保温以提高加热件24的加热效率。需要说明的是，本申请实施例并不限定保温盖26的具体材质，只要能起到保温效果即可，因此本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括如上述各实施例提供的半导体工艺设备的工艺腔室。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过将尾气装置设置于工艺管内，壳体内形成依次设置的流体通道及缓冲腔，其中流体通道的两端分别与导入口及缓冲腔连通，缓冲腔的另一端与导出口连接，并且流体通道的延伸方向可以与竖直方向呈第一预设夹角，以及在流体通道与缓冲腔之间设置有止挡台阶。采用上述设计，使得尾气口排出的尾气能直接经由导入口导流至流体通道内，然后再由缓冲腔进行缓冲，并且由于止挡台阶的作用尾气无法倒灌进入流体通道内，最后缓冲腔内的气体经由导出口排出，因此避免尾气在工艺管内流动过程中撞击工艺管的端部形成尾气倒灌，避免尾气及颗粒进入工艺腔内对晶圆造成污染，从而大幅提高外延工艺质量。

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。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。