反应腔室和半导体设备制造技术

一种反应腔室和半导体设备。反应腔室包括腔体(10)和设于腔体(10)内的第一内衬(5)，腔体(10)的底壁设有排气口(7)和第一进气口(11)，第一内衬(5)为筒状，第一内衬(5)与腔体中心轴的距离大于排气口(7)与腔体中心轴的距离，且小于第一进气口(11)与腔体中心轴的距离，排气口(7)和第一进气口(11)通过气道(2)相连通。反应腔室的内壁上不易形成反应副产物，且成膜质量高。

Reaction chamber and semiconductor equipment

A reaction chamber and a semiconductor device. The reaction chamber comprises a chamber (10) and a first inner liner (5) arranged in the chamber (10), the bottom wall of the chamber (10) is provided with an exhaust port (7) and a first air inlet (11), the first inner liner (5) is tubular, the distance between the first inner liner (5) and the central axis of the chamber is greater than the distance between the exhaust port (7) and the central axis of the chamber, and less than the distance between the first air inlet (11) and the central axis of the chamber, and the exhaust port (7) and the first air inlet (11) pass through The airway (2) is connected. The inner wall of the reaction chamber is not easy to form reaction by-products, and the film-forming quality is high.

【技术实现步骤摘要】
反应腔室和半导体设备
本专利技术涉及半导体制造设备领域，特别涉及一种反应腔室和包括该反应腔室的半导体设备。
技术介绍
氮化钛(Titaniumnitride，TiN)薄膜由于良好的导电性、良好的热稳定性和优异的机械性能而成为IC领域的多用途材料。例如作为扩散阻挡层防止钨扩散进入氧化层和硅衬底中，作为附着层使钨附着于氧化硅表面，作为抗反射镀膜层(ARC)改进光刻解析度，在HKMG(High-KMetal-Gate)MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)工艺中TiN用于金属栅电极，在低k电介质双镶嵌刻蚀工艺中，作为金属硬掩膜保护OSG薄膜等。物理气相沉积(PVD)方法是沉积TiN薄膜的主要方法，主要采用反应式溅射，即氩气(Ar)和氮气(N2)等离子体轰击Ti靶材。与PVD沉积的TiN薄膜相比较，采用原子层沉积(ALD)方法沉积的TiN薄膜台阶覆盖率更好，在14nm及更小特征尺寸的组件应用上具有更为广阔的前景。采用ALD方法沉积TiN时，Ti的前驱体主要包括钛的卤化物(如TiCl4)和有机金属钛化合物。由于四氯化钛(TiCl4)热稳定性非常好，蒸汽压较高在室温下就能挥发，且沉积的TiN薄膜电阻低，因此经常采用钛的无机氯化物TiCl4作为前驱体。利用ALD反应制备TiN，反应过程为：脉冲通入前驱体TiCl4到腔室后采用高纯N2吹扫腔室和管路，反应物NH3脉冲通入腔室后同样采用高纯N2吹扫腔室和管路，完成一个ALD循环，重复ALD循环直至沉积薄膜达到预设厚度。除TiN外，反应产物HCl以及发生副反应形成的副产物均会对生成TiN产生不利的影响。其中主要的副反应有：形成的HCl和反应物NH3反应生成氯化铵，前驱体TiCl4和反应物NH3形成氨基化合物TiCl4.nNH3(n＝2,4,8等)及TiNxCly等。理想的ALD反应是前驱体在基座表面而不是腔室和基座表面外的其它空间内进行反应。因此，在第二种前驱体脉冲注入到腔室前，第一种前驱体必须完全从腔室去除。滞留在腔室壁、加热器周围及腔室其它空间的痕量的前驱体和反应物之间都会发生反应形成非预期的杂质，对腔室和基底表面带来污染，并在薄膜中引入杂质。诸如在TiCl4和NH3发生ALD反应生成TiN反应中，非衬底表面形成的TiN、TiCl4.nNH3。通过ALD反应沉积TiN采用的反应源为TiCl4和NH3，热ALD制备TiN反应的温度一般在500℃～650℃。在TiCl4和NH3反应生成TiN的工艺过程中，进入ALD循环后，反应源TiCl4的蒸汽在载气的携带下从气体分配装置均匀流向衬底晶片上，TiCl4前驱体分子吸附在衬底晶片上达到饱和。为了将反应物蒸汽束缚在相对较小的腔室空间内，提高TiCl4源蒸气和反应物NH3在衬底晶片表面的均匀吸附，在加热基座周围设置第一内衬，第一内衬可以使腔室内的气体均匀的流向加热基座的四周。在ALD循环的第二步，即氮气吹扫TiCl4传输管路和腔室后，吹扫气体从第一内衬的出气口流向外侧空间，经过排气口后到达前级管路和真空泵被排出腔室。为了防止TiCl4源蒸气和NH3气体在加热基座侧面、衬底晶片边缘等位置发生反应引入颗粒物污染，在加热基座下引入向上的吹扫气体，向上的吹扫气体也采用氮气。吹扫气体吹扫加热基座的底部和侧壁，然后也从第一内衬的出气口流向外侧空间，经过排气口排出。通过引入向上的吹扫气体，可以尽量减少甚至避免在衬底晶片边缘和加热基座侧壁形成沉积物。此外，为了避免腔室内壁形成沉积物，设置从腔室底壁沿腔室侧壁延伸到腔室顶部的第二内衬。但是，目前的腔室设计还存在以下不足：1、由于第二内衬一直向上贯通到腔室顶部，理论上第二内衬和腔室内壁之间形成的空间没有源TiCl4和NH3的气体进入，但在实际应用中，由于第二内衬与腔室内壁之间不可避免的存在着微小缝隙，因此，部分气体会进入该缝隙内。由于腔室内壁温度较低，TiCl4和NH3的气体容易吸附在温度较低的腔室内壁，发生系列副反应形成TiCl4.nNH3吸附在腔室内壁上，这种反应副产物吸附并聚集在腔室内壁，既无法在腔室维护时更换，又由于TiCl4.nNH3的性质决定其无法通过NF3等离子体方法清除，从而增加处理难度。2、第一内衬可以在吹扫步骤中将腔室内前驱体TiCl4蒸气和NH3比较均匀的吸附到第一内衬外侧的空间内，但在从第一内衬外侧空间通过排气口排向前级管路和真空泵时，由于排气口唯一，因此气体排出速度受距离排气口远近的影响，靠近排气口的残余气体排出速度较快，远离排气口的位置气体排出速度较慢，滞留的气体可能发生反应形成副产物。因此，期待开发一种能够克服上述缺陷的反应腔室。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种反应腔室，以克服现有反应腔室内壁容易形成反应副产物以及排气速度较慢的问题。本专利技术一方面提供一种反应腔室，包括腔体和设于所述腔体内的第一内衬，所述腔体的底壁设有排气口和第一进气口，所述第一内衬为筒状，所述第一内衬与腔体中心轴的距离大于所述排气口与所述腔体中心轴的距离，且小于所述第一进气口与所述腔体中心轴的距离，所述排气口和第一进气口通过气道相连通。优选地，所述第一内衬的顶部与所述腔体的顶壁之间设有间隙。优选地，所述反应腔室还包括基座、设于所述基座上方的气体分配装置和套设于所述基座外部的第二内衬，所述气体分配装置与所述第二内衬连接形成反应空间，所述反应空间通过设于所述第二内衬上的气孔与所述排气口相连通。优选地，所述腔体的底壁上设有第二进气口，所述第二进气口与所述反应空间相连通，且靠近所述基座与所述腔体的连接处。优选地，所述第一内衬包括环形侧壁和与所述环形侧壁连接的环形底壁，所述环形底壁上设有与所述排气口连通的底部排气孔。优选地，所述第一进气口为多个，且多个所述第一进气口沿所述第一内衬的外周均匀分布。优选地，所述第一进气口为两个，且两个所述第一进气口相对于所述腔体中心轴对称设置。优选地，所述排气口为多个，且多个所述排气口沿所述第一内衬的内周均匀分布。优选地，所述排气口为两个，且两个所述排气口相对于所述腔体中心轴对称设置。本专利技术另一方面提供一种半导体设备，包括所述的反应腔室。本专利技术的有益效果在于：1、本申请通过在第一内衬的径向外侧设置第一进气口，从第一进气口可通入向上流动的吹扫气体，能够避免反应空间内排出的尾气流向第一内衬与腔体侧壁之间的空间，防止在腔体侧壁上形成难以清除的反应副产物。2、第一进气口、第二进气口和排气口的设置能够在反应腔室内形成理想的气幕，避免反应腔室内不同位置气流场不均衡，有利于在衬底上方的反应空间内形成均匀的气流场，从而形成均匀的薄膜，能够减少颗粒的产生，提高成膜质量。本专利技术具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反应腔室，其特征在于，包括腔体(10)和设于所述腔体(10)内的第一内衬(5)，所述腔体(10)的底壁设有排气口(7)和第一进气口(11)，所述第一内衬(5)为筒状，所述第一内衬(5)与腔体中心轴的距离大于所述排气口(7)与所述腔体中心轴的距离，且小于所述第一进气口(11)与所述腔体中心轴的距离，所述排气口(7)和第一进气口(11)通过气道(2)相连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种反应腔室，其特征在于，包括腔体(10)和设于所述腔体(10)内的第一内衬(5)，所述腔体(10)的底壁设有排气口(7)和第一进气口(11)，所述第一内衬(5)为筒状，所述第一内衬(5)与腔体中心轴的距离大于所述排气口(7)与所述腔体中心轴的距离，且小于所述第一进气口(11)与所述腔体中心轴的距离，所述排气口(7)和第一进气口(11)通过气道(2)相连通。


2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述第一内衬(5)的顶部与所述腔体(10)的顶壁之间设有间隙。


3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，还包括基座(3)、设于所述基座(3)上方的气体分配装置(1)和套设于所述基座(3)外部的第二内衬(4)，所述气体分配装置(1)与所述第二内衬(4)连接形成反应空间，所述反应空间通过设于所述第二内衬上的气孔(8)与所述排气口(7)相连通。


4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述腔体(10)的底壁上设有第二进气口(9)，所述第二进气口(9)与所述反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦海丰，史小平，李春雷，纪红，赵雷超，张文强，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11