半导体加工设备的制作方法

1.本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种半导体加工设备。


背景技术：

2.在集成电路的制造过程中，硅片(晶圆)的表面会生成一层硅氧化膜，即二氧化硅(sio2)层，以实现器件保护、隔离沾污、表面钝化、掺杂工艺时的注入掩蔽、金属导电层间的介质层等功能。业界一般采用掺氯氧化工艺，例如向反应腔室内通入工艺气体，例如氯化氢(hcl)气体，来制备二氧化硅层。hcl气体对金属具有腐蚀性，为避免hcl气体从反应腔室内逸出而腐蚀半导体加工设备的金属部件，现有技术一般是在反应腔室与门组件(例如石英基座)之间设置o型密封圈，实现密封。但是在制备过程的温度较高，密封圈在高温环境下容易损坏，密封性能受到影响。


技术实现要素：

3.鉴于此，本申请提供一种半导体加工设备，以解决密封圈的密封性能不佳而导致工艺气体逸出并腐蚀设备的问题。
4.为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
5.本申请提供一种半导体加工设备，包括反应腔室以及门组件，门组件设置于反应腔室的设有排气口的一端，反应腔室上设有用于阻碍工艺气体泄露的密封腔，密封腔通过引入惰性气体，以使密封腔内的气体压力大于反应腔室内的气体压力；排气口用于排出反应腔室中通入的工艺气体以及密封腔内的惰性气体。
6.可选地，门组件包括支撑盘、基座和固定环，基座设于支撑盘上，固定环设于基座的外围并将基座固定于支撑盘，固定环和基座之间存在第一缝隙；密封腔包括第一密封腔，第一密封腔设置于基座与反应腔室接合的一侧；固定环设有进气通道，且进气通道与第一缝隙连通。
7.可选地，密封腔还包括第二密封腔，第二密封腔设置于基座与支撑盘接合的一侧。
8.可选地，基座与反应腔室接合的一侧开设有第一凹槽，反应腔室的腔体覆盖第一凹槽并形成第一密封腔；基座与支撑盘接合的一侧开设有第二凹槽，支撑盘覆盖第二凹槽并形成第二密封腔。
9.可选地，第一进气通道沿第一方向贯穿固定环，且沿第二方向，进气通道位于第一密封腔和第二密封腔之间，第一方向与第二方向垂直。
10.可选地，固定环的环形走向，固定环均匀分布有若干进气通道。
11.可选地，门组件还包括安装盘、驱动装置和驱动轴，安装盘固定于支撑盘背向反应腔室的一侧；密封腔还包括第三密封腔，第三密封腔位于安装盘和支撑盘之间；驱动装置固定于安装盘的远离支撑盘的一侧，驱动装置与驱动轴连接，驱动轴依次穿过安装盘、支撑盘和基座并伸入反应腔室内，且与承载硅片的组件连接，驱动轴与支撑盘和基座之间存在第二缝隙，第三密封腔通过第二缝隙与反应腔室连通。
12.可选地，安装盘设有内腔，内腔和支撑盘围成第三密封腔。
13.可选地，半导体加工设备还包括进气组件，进气组件用于向密封腔传输惰性气体，进气组件上设有气动阀、压力表和流量控制器。
14.可选地，惰性气体包括氮气或氩气，和/或工艺气体包括氯化氢。
15.如上所述，在本申请的半导体加工设备中，在在反应腔室上设置密封腔，密封腔室通过引入惰性气体使得密封腔内的气体压力(即压强)大于反应腔室内的气体压力，不仅可以阻止反应腔室内的工艺气体逸出，而且能够避免外部气体或金属颗粒等进入反应腔室内，密封性能不仅不受高温影响而下降，反而高温有利于增大密封腔内的气体压力，更加有利于提高密封性能。
附图说明
16.图1是本申请一实施例的半导体加工设备的结构剖视图；
17.图2是图1所示的半导体加工设备的局部区域i的放大示意图；
18.图3是图1所示的半导体加工设备沿a
‑
a方向的结构剖视图；
19.图4是图1所示的半导体加工设备沿b
‑
b方向的结构剖视图；
20.图5是本申请的半导体加工设备在第一密封腔和第二密封腔处一实施例的局部结构剖视图；
21.图6是本申请的半导体加工设备在第一密封腔和第二密封腔处另一实施例的局部结构剖视图。
具体实施方式
22.为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及附图，对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述实施例仅是本申请的部分而非全部。基于本申请的描述，在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
23.应理解，在本申请实施例的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请相应实施例的技术方案和简化描述，而非指示或暗示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申请的限制。
24.考虑到现有的半导体加工设备一般是通过o型密封圈对反应腔室实现密封，o型密封圈通常为橡胶圈，密封性能不稳定，例如在高温环境下容易损坏、长时间使用后容易老化等，导致密封效果不佳。本申请实施例提供一种半导体加工设备，在反应腔室上设有用于阻碍工艺气体泄露的密封腔，密封腔通过引入惰性气体，以使密封腔内的气体压力大于反应腔室内的气体压力，以此来实现密封。
25.在本申请实施例的半导体加工设备中，硅片在反应腔室内可以通过掺氯氧化工艺来制备二氧化硅层，工艺气体包括但不限于为hcl气体，下文以向反应腔室内通入包含hcl的气体为例进行示例性描述，反应腔室的一端设有排出hcl气体的排气口，门组件设置于反应腔室的设有排气口的一端，对于不同的应用场景、不同的生产厂商等，门组件的具体结构不同，与反应腔室相接合的结构元件也不同，开设所述密封腔的结构元件也不同。
26.下面以图1至图4所示结构的门组件为例，对本申请实施例的半导体加工设备进行示例性说明。
27.请参阅图1所示，半导体加工设备包括工艺管10和门组件。
28.工艺管10设于半导体加工设备的炉体11内。工艺管10围设形成反应腔室101，并通过进气管道10a通入掺氯氧化工艺所使用的气体。进气管道10a设置于炉体11与工艺管10之间，进气管道10a的一端延伸至位于工艺管10的底部并作为进气口10c，进气管道10a的另一端连通工艺管10的上端，例如工艺管10的顶部。工艺管10的下端设有排气口10b。掺氯氧化工艺所使用的工艺气体，例如包含hcl和氢气的气体，从进气管道10a通入反应腔室101，最终从排气口10b排出。
29.在反应腔室101内，半导体加工设备设置有舟12和保温桶基座13。舟12固定设置于保温桶基座13上，硅片设置于舟12上，通过掺氯氧化工艺在该硅片的表面上生成一层硅氧化膜。
30.门组件包括支撑盘21、基座22和固定环23。如图3和图4所示，23a标识固定环23的外侧边缘，23b标识固定环23的内侧边缘，22a标识基座22的外侧边缘，22b标识基座22的内侧边缘。
31.基座22设置于支撑盘21上，其可以为耐高温的石英基座。固定环23设置于基座22的外围，并将基座22固定于支撑盘21上。在一实现中，如图2所示，基座22的外沿设置有台阶，固定环23与其台阶相卡合，并且与支撑盘21相固定，从而将基座22固定于支撑盘21上。
32.保温桶基座13可以位于基座22上，基座22与工艺管10的下端接合，并覆盖反应腔室101下端的开口。基座22的下侧与支撑盘21接合。
33.本实施例的密封腔包括第一密封腔221和第二密封腔222。第一密封腔221设置于基座22与反应腔室101(即工艺管10)接合的一侧。第二密封腔222设置于基座22与支撑盘21接合的一侧。
34.在一实现中，请一并参阅图3和图4所示，第一密封腔221和第二密封腔222为基座22开设的凹槽，可选地，基座22与反应腔室101接合的一侧开设有第一凹槽，反应腔室101的腔体覆盖第一凹槽并形成第一密封腔221；基座22与支撑盘21接合的一侧开设有第二凹槽，支撑盘21覆盖第二凹槽并形成第二密封腔222。
35.第一凹槽和第二凹槽的横截面可以相同，也可以不同，包括不但不限于呈矩形、圆形等，本申请实施例不予以限制。
36.固定环23设有进气通道231，固定环23和基座22之间存在缝隙(称为第一缝隙)，该进气通道231与第一缝隙连通，第一缝隙与第一密封腔221和第二密封腔222均连通，于此，进气通道231与第一密封腔221和第二密封腔222均连通。在一实现中，如图2所示，进气通道231可以沿第一方向x贯穿固定环23。
37.请一并参阅图3和图4，固定环23设有若干进气通道231，进气通道231的数量并不限于图中所示的6个，在图3中，沿固定环23的环形走向上的6个阴影区域，标识进气通道231和固定环23的配合区域。这些进气通道231可以沿固定环23的环形走向(圆周方向)均匀分布，从而能够有利于气体快速且均匀的进入第一密封腔221和第二密封腔222内。
38.在硅片采用掺氯氧化工艺的过程中，通过进气通道231对密封腔施加惰性气体，包括但不限于氮气、氩气等其他惰性气体。惰性气体从进气通道231进入，并沿着固定环23与
基座22之间的第一缝隙分别进入第一密封腔221和第二密封腔222。
39.在一实现中，结合图5所示，基座22朝向固定环23的一侧开设有第一通孔223a和第二通孔223b，第一通孔223a与第一密封腔221以及第一缝隙连通，第二通孔223b与第二密封腔222以及第一缝隙连通，在进气通道231通入惰性气体时，第一通孔223a和第二通孔223b可视为气道，惰性气体沿着固定环23与基座22之间的第一缝隙分两路传输，其中一路进入第一通孔223a，并继而进入第一密封腔221内，另一路进入第二通孔223b，并继而进入第二密封腔222内。
40.在另一实现中，结合图6所示，基座22朝向固定环23的一侧且与工艺管10的接合处设置有缝隙22a，基座22朝向固定环23的一侧且与支撑盘21的接合处设置有缝隙22b，缝隙22a与第一密封腔221以及第一缝隙连通，缝隙22b与第二密封腔222以及第一缝隙连通，在进气通道231通入惰性气体时，缝隙22a和缝隙22b可视为气道，惰性气体沿着固定环23与基座22之间的第一缝隙分两路传输，其中一路进入缝隙22a，并继而进入第一密封腔221内，另一路进入缝隙22b，并继而进入第二密封腔222内。
41.在第一密封腔221的外侧，即基座22与工艺管10之间、固定环23与工艺管10之间，形成第一密封路径221a，以及，在第二密封腔222的外侧，即基座22与支撑盘21之间、固定环23与支撑盘21之间，形成第二密封路径222a，以此使得密封腔内的气体压力大于反应腔室101内的气体压力。于此，可以防止反应腔室101内的工艺气体(例如包含hcl的气体)通过第一密封路径221a和第二密封路径222a逸出，从而避免hcl气体腐蚀金属材质的支撑盘21和固定环23。
42.同时，在反应腔室101的外围形成气体保护圈，能够防止外部气体及金属等颗粒进入反应腔室101内部，例如，在掺氯氧化工艺完成后，门组件与工艺管10分离的瞬间，即基座22与反应腔室101分离的瞬间，反应腔室101内外的压强差会引起气流扰动，容易带动反应腔室101外部的颗粒活动并朝向反应腔室101移动，气体保护圈的气体压力大于反应腔室101内的气体压力，两者的压力差可以将颗粒朝向反应腔室101外吹动，从而可以阻挡外部颗粒进入反应腔室101内部。另外，气体保护圈的密封性能不仅不受高温影响而下降，反而高温有利于增大密封腔内的气压压强，更加有利于提高对反应腔室101的密封性能。
43.在上述实施例中，所述密封腔包括第一密封腔221和第二密封腔222。在其他实施例中，可以仅设置所述第一密封腔221，而支撑盘21和基座22之间的密封性良好，两者的接合处可以不存在缝隙，不允许气体(包括工艺气体)从支撑盘21和基座22之间通过。
44.请继续参阅图2所示，沿第二方向y，所述第二方向y与第一方向x垂直，进气通道231位于第一密封腔221和第二密封腔222之间，于此，进气通道231并未与第一密封腔221和第二密封腔222中的任一者直接连通，而是经由固定环23与基座22之间的缝隙连通，固定环23与基座22之间的缝隙较小，能够有利于维持第一密封腔221和第二密封腔222内的气体压力。
45.请继续参阅图1和图2所示，半导体加工设备的门组件还包括安装盘31、驱动装置32和驱动轴33。驱动装置32与安装盘31相固定，驱动装置32与驱动轴33连接。如图2所示，支撑盘21和基座22分别开设有上下贯通的通孔，驱动轴33穿过安装盘31，继而依次穿过支撑盘21和基座22的通孔，并伸入反应腔室101内，且与承载硅片的组件(即保温桶基座13)连接。驱动装置32驱动该驱动轴33绕轴旋转，并带动保温桶基座13、舟12以及承载于舟12上的
硅片旋转。
46.安装盘31固定于支撑盘21背向反应腔室101的一侧，例如金属材质的安装盘31和支撑盘21焊接。所述密封腔还可以包括第三密封腔311，第三密封腔311位于安装盘31和支撑盘21之间。在一实现中，如图2所示，安装盘31设有内腔，该内腔与支撑盘21围设形成第三密封腔311。安装盘31的侧壁设有与第三密封腔311连通的进气通道312。
47.在硅片采用掺氯氧化工艺的过程中，包括但不限于氮气、氩气等其他惰性气体，从进气通道312进入，并沿着第三密封腔311朝向反应腔室101扩散，驱动轴33与支撑盘21之间、以及驱动轴33与基座22之间存在第二缝隙，第三密封腔311通过第二缝隙与反应腔室101连通，通过进气通道312通入惰性气体，第三密封腔311和第二缝隙与反应腔室101之间形成第三密封路径311a，以此使得第三密封腔311内的气体压力大于反应腔室101内的气体压力。于此，可以防止反应腔室101内的hcl气体逸出，避免腐蚀金属材质的安装盘31和支撑盘21。
48.请一并参阅图1至图4所示，固定环23的每一进气通道231，可以单独设置有与该进气通道231连通的进气组件，该进气组件上设有包括但不限于：压力表34、气动阀(pv)35和流量控制器(mfc)36，以此实现对每一进气通道231的独立控制，当然也可以根据实际所需执行对所有进气通道231的统一控制。
49.应该理解到，与第三密封腔311连通的进气通道312也可以设置有进气组件，该进气组件上也设有压力表34、气动阀35和流量控制器36。
50.与进气通道312连接的压力表34用于读取第三密封腔311中的气体压力，与进气通道213连接的压力表34用于统一读取第一密封腔221和第二密封腔222内的气体压力，第一密封腔221和第二密封腔222内的气体压力一致。本申请实施例分别将各处的压力表34获取的气体压力与反应腔室101内的气体压力进行对比，以确保各个密封腔内的气体压力均分别大于反应腔室101内的气体压力。以第一密封腔221为例，若反应腔室101内的压强p0为
‑
50pa
±
5pa，则第一密封腔221内的气体压力需要保持﹢10pa以上，从而可以保证反应腔室101内无hcl气体逸出。
51.对于图2所描述实施例的结构，基座22和固定环23之间的第一缝隙均与第一密封腔221和第二密封腔222连通，在其他实施例中，第一缝隙可以分为两个部分，即为上缝隙和下缝隙，且这两个缝隙之间通过例如密封结构而不连通。对应地，进气通道213分为两个，即为第一子进气通道和第二子进气通道，上缝隙与第一子进气通道连通，下缝隙与第二子进气通道连通，于此，本申请可以在第一子进气通道和第二子进气通道分别设置进气组件，从而实现独立的进气和压力控制。
52.流量控制器36用于控制通入气体的流量。例如当第一密封腔221内的压强大于10pa时，则可以保持流量控制器36当前通入气体的流量，维持压强稳定；而当第一密封腔221内的压强小于10pa时，则流量控制器36增大通入第一密封腔221内气体的流量，直到第一密封腔221内的压强大于反应腔室101内的压强，且维持于在预设压强值以上，然后保持调整后的气体通入流量。气动阀35可以设置于流量控制器36和进气通道231之间，用于在密封腔内的压强达到预设压强值以上时，关闭所述流量控制器36向进气通道231通入气体。
53.当掺氯氧化工艺完成后，舟12和硅片被移动至硅片装载区(loading area)，基座22与反应腔室101分离的瞬间，反应腔室101内外的压强差会引起气流扰动，容易带动反应
腔室101外部的颗粒活动，由于硅片装载区的气体压力大于反应腔室101内的气体压力，气体压力差带动颗粒朝向反应腔室101移动，并容易进入反应腔室101内，从而影响反应腔室101内的洁净度以及产品质量，对此，通过流量控制器36调整进气流量，增大进气通道231通入的气体流量，从而能够防止颗粒进入反应腔室101内部。
54.另外，前述半导体加工设备还可以设置有其他结构元件。例如，还包括与进气通道231连通并用于向进气通道231通入气体的供气装置；再例如，还包括与压力表34、气动阀35和流量控制器36连接的控制器，该控制器用于根据采集到的参数执行前述控制。又例如，半导体加工设备可以未同时设置压力表34、气动阀35和流量控制器36，而是仅设置三者中的一个或多个。
55.以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
56.在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
57.另外，尽管本文采用术语“第一、第二、第三”等描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

技术特征：
1.一种半导体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述半导体加工设备还包括门组件，所述门组件设置于所述反应腔室的设有排气口的一端，所述反应腔室上设有用于阻碍工艺气体泄露的密封腔，所述密封腔通过引入惰性气体，以使所述密封腔内的气体压力大于所述反应腔室内的气体压力；所述排气口用于排出所述反应腔室中通入的所述工艺气体以及所述密封腔内的所述惰性气体。2.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述门组件包括支撑盘、基座和固定环，所述基座设于所述支撑盘上，所述固定环设于所述基座的外围并将所述基座固定于所述支撑盘，所述固定环和所述基座之间存在第一缝隙；所述密封腔包括第一密封腔，所述第一密封腔设置于所述基座与所述反应腔室接合的一侧；所述固定环设有进气通道，且所述进气通道与所述第一缝隙连通。3.根据权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，所述密封腔还包括第二密封腔，所述第二密封腔设置于所述基座与所述支撑盘接合的一侧。4.根据权利要求3所述的半导体加工设备，其特征在于，所述基座与所述反应腔室接合的一侧开设有第一凹槽，所述反应腔室的腔体覆盖所述第一凹槽并形成所述第一密封腔；所述基座与所述支撑盘接合的一侧开设有第二凹槽，所述支撑盘覆盖所述第二凹槽并形成所述第二密封腔。5.根据权利要求3所述的半导体加工设备，其特征在于，所述进气通道沿第一方向贯穿所述固定环，且沿第二方向，所述进气通道位于所述第一密封腔和第二密封腔之间，所述第一方向与所述第二方向垂直。6.根据权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，沿所述固定环的环形走向，所述固定环均匀分布有若干所述进气通道。7.根据权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，所述门组件还包括安装盘、驱动装置和驱动轴，所述安装盘固定于所述支撑盘背向所述反应腔室的一侧；所述密封腔还包括第三密封腔，所述第三密封腔位于所述安装盘和所述支撑盘之间；所述驱动装置固定于所述安装盘的远离所述支撑盘的一侧，所述驱动装置与所述驱动轴连接，所述驱动轴依次穿过所述安装盘、所述支撑盘和所述基座并伸入所述反应腔室内，且与承载硅片的组件连接，所述驱动轴与所述支撑盘和所述基座之间存在第二缝隙，所述第三密封腔通过所述第二缝隙与所述反应腔室连通。8.根据权利要求7所述的半导体加工设备，其特征在于，所述安装盘设有内腔，所述内腔和所述支撑盘围成所述第三密封腔。9.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，还包括进气组件，所述进气组件用于向所述密封腔传输所述惰性气体，所述进气组件上设有气动阀、压力表和流量控制器。10.根据权利要求9所述的半导体加工设备，其特征在于，所述惰性气体包括氮气或氩气，和/或所述工艺气体包括氯化氢。
技术总结
本申请公开一种半导体加工设备，包括反应腔室以及门组件，门组件设置于反应腔室的设有排气口的一端，反应腔室上设有用于阻碍工艺气体泄露的密封腔，密封腔通过引入惰性气体，以使密封腔内的气体压力大于反应腔室内的气体压力；排气口用于排出反应腔室中通入的工艺气体以及密封腔内的惰性气体。本申请不仅能够阻止工艺气体(例如HCl气体)从反应腔室内逸出而腐蚀设备，还能够避免外部气体或金属颗粒等进入反应腔室内，且密封性能不受高温影响而下降。降。降。


技术研发人员：周厉颖 宋新丰 杨帅 光耀华
受保护的技术使用者：北京北方华创微电子装备有限公司
技术研发日：2021.03.02
技术公布日：2021/6/29