CN116949426A - 一种基片处理装置及腔室内衬 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基片处理装置及腔室内衬，用于对基片进行工艺处理。所述基片处理装置包括腔室，所述腔室包括相互套叠设置的腔室内衬和位于腔室内衬外部的腔室外壳，所述腔室内衬整体呈长方体结构，包括设有一上内衬开口的内衬上壁和腔室底壁，以及位于所述内衬上壁和内衬底壁之间的两平行内衬侧壁，工艺过程中，所述腔室内衬在基片上方形成一方体状气体分布空间，所述方体状气体分布空间的横向宽度等于所述两平行内衬侧壁之间的距离且大于所述基片的直径。使得靠近内衬侧壁的工艺气体沿着内衬侧壁向下游传输，无需进行横向扩散以实现工艺气体的层流部分，进而提高基片不同径向区域的处理均匀性。

Description

一种基片处理装置及腔室内衬

技术领域

本发明涉及半导体基片处理设备技术领域，尤其涉及一种基片外延处理装置及其腔室内衬。

背景技术

目前常采用等离子刻蚀、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)等工艺方式对半导体工艺件或基片进行微加工。微加工制造包含多种不同的工艺和步骤，其中，应用较为广泛的为化学气相沉积工艺，该工艺可以沉积多种材料，这种工艺一般在高真空的反应室内进行。

随着半导体器件特征尺寸的日益缩小以及器件集成度的日益提高，对化学气相沉积的薄膜均匀性提出了越来越高的要求。化学气相沉积装置虽经多次更新换代，性能得到极大提升，但在薄膜沉积均匀性方面仍存在诸多不足，尤其是随着基片尺寸日益增大，现有的气相沉积方法和设备已难以满足薄膜的均匀性要求。

在薄膜沉积过程中，多种工艺条件都会对基片表面薄膜沉积的均匀性造成影响，例如反应气体流动的方向和分布情况、基片的加热温度场情况、反应室内的压力分布情况等。若反应室内反应区域的工艺环境不完全一致，会使基片表面上沉积的薄膜产生厚度不均匀、组分不均匀、物理特性不均匀等不良现象，进而降低基片生产的良品率。因此，需要对现有的化学气相沉积装置进行改进以提高基片薄膜沉积的均匀性。此外对于硅或者硅锗材料的外延生长工艺来说，由于这些外延材料通常是半导体器件的底层，关键尺寸(CD) 极小，通常只有几个纳米，而且不能承受长时间高温，否则会导致半导体器件损坏，所以需要在极短时间内加热基片到足够进行硅材料外延生长的温度，如600度-1200度。由于存在这种苛刻的升温要求，所以硅外延工艺通常是用高功率加热灯透过石英构成的透明反应腔体加热位于反应腔中的基片。由于反应腔内气压远低于石英反应腔外的大气压，为了保证反应腔体结构不因腔体内外巨大的压力差而变形或者碎裂，需要提供一种气流稳定且抗压能力强的基片处理装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基片处理装置，用于对基片进行气相外延工艺处理，所述处理装置包括：

腔室，所述腔室包括相互套叠设置的腔室内衬和位于腔室内衬外部的腔室外壳，所述腔室内衬整体呈长方体结构，包括设有一上内衬开口的内衬上壁和一内衬底壁，以及位于所述内衬上壁和内衬底壁之间的两平行内衬侧壁；腔室内衬相对的两侧分别设置一进气端和一出气端，用于供应工艺气体；

可透过热辐射的上盖，用于覆盖所述上内衬开口，并与所述腔室围成一处理空间；

基片承载装置，位于所述处理空间内，并设置于所述上盖下方，用于在工艺过程中承载基片；

所述基片上方形成一方体状气体分布空间，所述方体状气体分布空间具有沿着气流方向的纵向方向、与所述气流方向共面且垂直于所述气流方向的横向方向以及垂直于所述基片的高度方向，所述方体状气体分布空间的高度小于等于所述基片所在的平面与所述内衬上壁所在的平面之间的距离，所述方体状气体分布空间的横向宽度等于所述两平行内衬侧壁之间的距离且大于所述基片的直径。

可选的，所述进气端包括一矩形进气口，所述出气端包括一矩形出气口，所述矩形进气口的横向宽度小于等于所述两平行内衬侧壁之间的距离。

可选的，所述腔室内衬包括一内衬主体，所述内衬主体自所述进气端至所述出气端一体结构设置。

可选的，所述内衬底壁设置一下内衬开口，所述腔室外壳包括一外壳上壁和一外壳底壁，所述外壳上壁和外壳底壁分别设置与所述上内衬开口和下内衬开口对应的上外壳开口和下外壳开口。

可选的，所述处理装置包括一下盖，所述下盖覆盖所述下内衬开口和下外壳开口。

可选的，所述腔室内衬还包括一上内衬环和一下内衬环，所述上内衬环设置于所述上盖的外围与所述上内衬开口之间，用于避免所述腔室外壳与所述处理空间接触，所述下内衬环设置于所述下盖的外围与所述下内衬开口之间，用于避免所述腔室外壳与所述处理空间接触。

可选的，工艺过程中，所述内衬主体的两平行内衬侧壁引导所述方体状气体分布空间两侧的工艺气体直线传输。

可选的，所述上盖包括向远离所述处理空间的方向凸起的窗口区域和环绕所述窗口区域的外沿区域。

可选的，所述下盖包括向远离所述处理空间的方向凸起的中部区域，所述中部区域设有一容纳驱动机构的容纳开口，所述驱动机构用于驱动所述基片承载装置升降和/或旋转。

可选的，所述腔室内衬的内部靠近所述进气端设置一气流引导部，所述气流引导部用于将工艺气体水平引导至所述基片表面。

可选的，所述基片外围环绕设置一预热环，所述气流引导部至少部分地设置于所述预热环外围。

可选的，所述气流引导部包括一气流引导面，所述气流引导面与所述基片上表面位于相同的平面内。

可选的，所述气流引导部将所述处理空间分隔为位于基片上方的反应空间和位于基片下方的操作空间。

可选的，所述腔室的前端连接一进气法兰，所述进气法兰内设置若干进气通道和矩形进气槽。

可选的，所述进气法兰还包括一气体隔板，所述气体隔板将矩形进气槽分为位于气体隔板上方的工艺气体进入口和位于气体隔板下方的操作口。

可选的，所述腔室内衬的内部设置一气流引导部，所述气流引导部与所述气体隔板的上表面位于同一平面内。

可选的，所述两平行内衬侧壁之一设置一内衬传片口用于进行基片传输，所述腔室外壳对应所述内衬传片口的位置设置一外壳传片口。

可选的，所述矩形出气口与所述矩形进气口具有相同或不同的形状和/ 或尺寸。

可选的，所述腔室内衬为石英材质，所述腔室外壳为金属材质。

可选的，所述腔室外壳的内表面与所述腔室内衬的外表面相互接触或者设有一定间隙。

可选的，所述腔室外壳设有一吹扫气体通道，吹扫气体经吹扫气体通道进入腔室外壳和腔室内衬之间进行吹扫。

可选的，工艺过程中所述处理空间内的压力大于等于所述腔室外壳和腔室内衬之间吹扫气体的压力。

可选的，所述处理装置包括热交换系统，所述热交换系统包括位于腔室外部的风冷系统和位于腔室外壳内部的流体冷却系统。

进一步的，本发明还公开一种腔室内衬，用于基片处理装置中为基片处理提供处理空间，该腔室内衬包括一整体呈方体结构的内衬主体，所述内衬主体包括设有一上内衬开口的内衬上壁和一内衬底壁，以及与所述内衬上壁和内衬底壁连接的两平行内衬侧壁；所述内衬主体相对的两侧设置一矩形进气口和一矩形出气口，所述内衬主体内部包括一方体状空间，所述方体状空间的横向宽度等于所述两平行内衬侧壁之间的距离且大于所述基片的直径。

可选的，所述矩形出气口与所述矩形进气口具有相同或不同的形状和/ 或尺寸。

可选的，所述内衬主体自所述矩形进气口至所述矩形出气口一体设置。

可选的，所述腔室内衬还包括一上内衬环，所述上内衬环的外径与所述上内衬开口的内径相匹配。

可选的，所述腔室内衬还包括一下内衬环，所述下内衬环的外径与所述下内衬开口的内径相匹配。

可选的，所述腔室内衬的内部靠近所述矩形进气口设置一气流引导部，所述气流引导部具有平行于所述上壁的气流引导面。

可选的，所述内衬主体在所述矩形进气口的外围处设置安装边。

可选的，所述腔室内衬为石英材料。

本发明技术方案的优点包括：本发明将腔室设置为相互套叠设置的腔室内衬和位于腔室内衬外部的腔室外壳，金属的腔室外壳可以有效提高腔室的机械强度，长方体状的石英腔室内衬可以在基片上方提供一方体状气体分布空间，通过设置腔室内衬的两平行侧壁之间的距离大于基片的直径，确保了基片上方的方体状气体分布空间的横向宽度大于基片直径，当工艺气体进入处理空间后，无需进行横向扩散，沿着进入的气流方向向下游传输即可实现对基片的全面覆盖，提高了基片不同径向区域的薄膜生长均匀性。由于基片在工艺过程中按照一定速度进行旋转，与圆筒状的处理空间边缘区域气体容易在旋转基片的带动下发生大幅度扰动相比，该方体状气体分布空间的设置可以降低基片旋转时对边缘区域气流形成的扰动，本发明的技术方案可进一步提高气体流动的稳定性，保证基片不同区域薄膜生长的均匀性。

除此之外，本发明在腔室内衬和腔室外壳的上壁设置对应的上盖开口，将允许热辐射透过的上盖覆盖该上盖开口，该上盖可以为具有一定拱起高度的穹顶形设计，利用金属的腔室外壳实现对上盖的承载，上盖外沿通过夹紧环固定到腔室外壳上方，腔室外壳和夹紧环可以有效释放上盖承受的横向压力，进而使得上盖的拱起高度较小，有助于保持处理空间内的层流气体分布，保证基片处理的均匀性。

本发明采用自进气端至出气端一体制成的内衬主体结构，避免了多个零部件连接时可能造成的颗粒污染问题，通过在腔室内衬外部设置具有较高机械强度的金属腔室外壳，可以将腔室内衬设计的厚度较小且避免在石英腔室内衬上设计加强筋结构，降低了石英腔室内衬的加工难度和制作成本。上内衬环和下内衬环的设计将金属的腔室外壳与处理空间进行隔离，减少了金属污染；在腔室内衬和腔室外壳之间供应吹扫气体，通过内外两层壳体的结构设计以及通过控制处理空间内的压力大于等于吹扫气体的压力确保该吹扫气体不会进入处理空间内部，从而减少了处理空间内的颗粒物。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为本发明腔室内衬的爆炸示意图；

图1B为本发明腔室内衬组装结构示意图；

图2为腔室外壳结构示意图；

图3为进气装置结构示意图；

图4为上盖结构示意图；

图5为下盖结构示意图；

图6A为腔室装配立体结构示意图；

图6B为图6A的俯视图；

图7为沿图6B的A-A截面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种用于对基片进行气相外延沉积的处理装置及为基片处理提供处理空间的腔室内衬。本发明的处理装置包括一腔室，所述腔室包括套叠设置的腔室内衬100和位于腔室内衬外部的腔室外壳200，腔室内衬100 和腔室外壳200分别呈方体状结构，拆卸安装时，腔室内衬可以像抽屉一样与腔室外壳分离，便于各自的更换和维护，本发明下文会经常出现“方体”的概念，本发明中的方体既包括长方体也包括正方体。

图1A和图1B示出腔室内衬的爆炸示意图和组装结构示意图，图2示出腔室外壳的结构示意图，下文将根据附图进行详细描述。

在图1A所示的腔室内衬的爆炸示意图中，腔室内衬100包括一内衬主体 110，上内衬环130和下内衬环150。内衬主体110为一长方体结构，包括相互平行的上壁101和底壁102，位于上壁101和底壁102之间的两平行侧壁103、104及进气端和出气端。进气端设有矩形进气口112及位于矩形进气口 112外围的安装边113，矩形进气口包括相互垂直的第一边112a和第二边 112b，第一边112a与上壁101平行设置，第二边112b与上壁101垂直设置，在一种实施例中出气端设有与矩形进气口相同的矩形出气口114，在另外的实施例中，出气端设置的出气口可以为其他形状或与所述矩形进气口大小和/ 或尺寸不同的矩形出气口。上述设置使得所述矩形腔室内部形成一大致为长方体状处理空间，在另外的实施例中也可以为正方体状处理空间。

请参考图1B，为准确清楚地描述该处理空间，本发明定义沿着气流的方向为处理空间的纵向方向，处理空间具有纵向长度L₁，在同一平面内垂直于气流方向的为横向方向，处理空间具有横向宽度L₂，以及垂直于上壁的高度方向，处理空间具有高度H。在工艺过程中，基片上方形成一方体状气体分布空间，该方体状气体分布空间为所述处理空间的一部分，具有与所述处理空间相同的纵向方向、横向方向和高度方向。所述方体状气体分布空间的横向宽度等于两平行侧壁103和104之间的距离且大于基片的直径，高度小于 H，纵向长度小于等于L₁。本实施例中方体状气体分布空间为长方体状气体分布空间。基片上方的方体状气体分布空间的高度小于等于所述基片所在的平面与所述内衬上壁所在的平面之间的距离。

图2示出腔室外壳的结构示意图，如图2所示，腔室外壳200的形状与腔室内衬100的形状相匹配，所述

根据图1A和图1B所示，进气端包括矩形进气口，矩形进气口具有沿处理空间的横向方向设置的第一边112a和沿处理空间的高度方向设置的第二边112b，在本实施例中，为实现工艺气体沿着纵向方向传输，减少在横向上扩散，矩形进气口112的横向宽度等于两平行设置的内衬侧壁之间的距离，工艺气体经矩形进气口进入处理空间后始终在基片表面维持长方体状的气流分布。在另外的实施例中，由于矩形进气口距离基片边缘尚有一定距离，可以设置矩形进气口的横向宽度和/或高度略小于所述处理空间的横向宽度和/ 或高度，此时，工艺气体经矩形进气口到达基片边缘之前有一定的时间进行扩散，至基片上方时达到稳定的长方体状气流分布。本发明公开的处理空间的进气宽度L₂大于基片的直径，确保了工艺气体在基片上方能够沿着方体状气体分布空间内形成均匀的层流分布，无需沿宽度方向扩散即可覆盖基片的不同径向位置，避免了现有技术中工艺气体自较小尺寸的进气口进入处理空间后在基片表面进行横向方向扩散带来的气流不均匀。保证基片中心区域和边缘区域的气体分布一致。

根据图1A所示，内衬主体110的上壁101设置一上内衬开口117，底壁 102设置一下内衬开口119，上内衬环130与所述上内衬开口117相匹配，下内衬环150与所述下内衬开口119相匹配。内衬主体110，上内衬环130和下内衬环150组装后即得到图1B所示的腔室内衬结构示意图。

在本发明中，腔室内衬100内部设置一气流引导部116，气流引导部116 大致为一设有圆形开口且四边围成一矩形的平板结构，包括一与所述上壁 101和底壁102平行的气流引导面116a。气流引导部116自矩形进气口112 延伸至出气端，中间区域设有开口116b用于暴露位于处理空间内的基片。气流引导部116的两侧边与内衬主体的侧壁103和104相接触，以实现对气体的水平引导。气流引导部116将处理空间分隔为位于气流引导面和基片上方的反应空间，及位于基片下方的操作空间，以实现对不同处理步骤中基片的处理。在另外的实施例中，气流引导面靠近进气端的区域具有与基片共面的气流引导面，在靠近出气端的区域也可以具有不共面的气流引导面。

腔室内衬100和腔室外壳200套叠设置构成一腔室，所述腔室外壳200 也包括一长方体状主体结构，包括相互平行的外壳上壁201和外壳底壁202，外壳上壁201在对应上内衬开口117的位置设置上外壳开口217，外壳底壁 202在对应下内衬开口119的位置设置下外壳开口219。上内衬开口117和上外壳开口217构成上盖开口，下内衬开口119和下外壳开口219构成下盖开口，在一种实施方式中，上盖开口和下盖开口为圆形，上盖开口和下盖开口上下对应，其直径可以相同也可以为不同，在一种实施例中，上盖开口和下盖开口的直径大于等于基片的直径。

腔室外壳还包括进气端和出气端，进气端和出气端分别设有与腔室内衬的矩形进气口和出气口相匹配的矩形进气开口212和出气开口214，此外，腔室外壳在进气开口212外围设有一圈限位槽213，当腔室内衬100安装于腔室外壳200内部时，限位槽213可以容纳腔室内衬的安装边113，确保腔室内衬100和腔室外壳200不会发生相互滑动。

由于本发明的基片处理装置在工作过程中会产生较高热量，为实现对腔室的温度控制，腔室外壳内部可以设置冷却系统，由于腔室外壳通常为金属材质，可以方便地在其中加工流体媒介通道，通过控制流体的流速和种类实现对腔室的快速冷却。

图3示出一进气装置结构示意图，进气装置包括进气法兰300，进气法兰内设置若干进气通道332和矩形进气槽310，进气通道332在矩形进气槽的上方设置为一列或多列，进气通道332连接外部的工艺气体源，不同列的进气通道可以输送相同的工艺气体，也可以输送不同的工艺气体。本实施例中矩形进气槽310为沿着图1B所示的处理空间的横向方向连贯设置，在另外的实施例中，矩形进气槽310内部也可以设置为若干分区，以实现对基片不同径向区域的气流调节。进气法兰300还包括一气体隔板316，该气体隔板将矩形进气槽310分为位于气体隔板上方的工艺气体进入口312和位于气体隔板下方的操作口314，在本实施例中操作口314设置于气体隔板下方，用于传输基片。在另外的实施例中基片传输口也可以位于腔室的侧壁103或 104。进气法兰300设置在腔室内衬和腔室外壳组成的腔室的前端，矩形进气槽310与腔室的矩形进气口112对应设置，在一种实施例中，气体隔板316 的上表面与腔室内衬内部的气流引导部116的气流引导面116a位于相同的平面内，如图3所示，工艺气体进入口312为沿横向方向连贯设置的矩形开口，进气通道332内的工艺气体以一定流速撞击气体隔板316后在工艺气体进入口312内横向扩散，然后经腔室的矩形进气口112进入反应空间，经气流引导部116的引导水平流至基片表面。

在另外的实施例中，气流引导部116和气体隔板316也可以位于不同的平面内，工艺气体经过不共面的气流引导部引导至基片表面，以适应不同反应腔的结构设计。

图4示出一上盖的结构示意图，上盖400包括允许热辐射通过的窗口区域410和环绕窗口区域的外沿区域420。上盖400置于腔室上方，用于对上内衬开口117和上外壳开口217进行覆盖。在一种实施例中，上盖的窗口区域为透明的石英材料，外沿区域也为石英材料，外沿区域可以是透明也可以是不透名的石英材料。在本发明中，上盖400的窗口区域410为一穹顶状结构，该穹顶状窗口区域沿着远离处理空间的方向拱起一定高度，该穹顶设计可以使得上盖承受较大的压力差，保证上盖安装到上盖开口后，处理空间抽真空的工艺条件下不至于发生破裂，同时，穹顶形的上盖可以适当降低上盖的厚度，提高热辐射透过率。

图5示出一下盖的结构示意图，下盖500包括一中心区域510和环绕中心区域的下盖外沿区域520。下盖500的中心区域510处还设置一容纳开口 525，用于容纳支撑基片升降的驱动机构。在外延生长处理设备中，下盖500 的中心区域通常也需要透过热辐射，因此本发明中中心区域510也为透明的石英材料，下盖外沿区域520可以为透明也可以为不透明的石英材料。与上盖同理，在本发明中，下盖500的窗口区域510也为一穹顶状结构，该穹顶状窗口区域同样沿着远离处理空间的方向拱起一定高度，该穹顶设计可以使得上盖承受较大的压力差，保证下盖安装到下盖开口后，处理空间抽真空的工艺条件下不至于发生破裂，同时，穹顶形的下盖可以适当降低下盖的厚度，提高热辐射透过率。

图6A示出腔室内衬100、腔室外壳200、进气法兰300以及上盖400和下盖500(图中未示出)组装后形成的腔室的立体结构示意图，图6B示出上述部件组装后腔室的俯视图，由图6A和6B可知，本发明的半导体处理腔室的主体为一长方体结构，腔室内部形成一纵长形的长方体处理空间，以实现工艺气体的层流分布。在图6B所示的示意图中，虚线箭头表示工艺气体流动示意图，可以看出本发明的处理装置内，工艺气体可以沿着平行设置的内衬侧壁103和104以及腔室内衬上壁101和基片所在的平面围成的方体状气体分布空间水平传输，实现理想的层流分布环境。本发明的腔室内衬采用自进气端到出气端一体结构设置的石英内衬主体，并在腔室内衬100外表面设置与之形状匹配的金属腔室外壳200，金属制成的腔室外壳可以很好的承受外界大气压力，具有很高的机械强度，石英制成的腔室内衬可以避免工艺气体与金属发生反应，产生不必要的金属污染，保证基片工艺处理的稳定进行。

如图6B所示，腔室的进气端与基片边缘预热环的距离M小于腔室的出气端与基片边缘预热环的距离N，因此，出气端气体出口的形状对形成长方体状的气体分布空间影响较小，为了腔室设置的考虑，出气端的气体出口可以设置为矩形，也可以设置为其他形状。

本发明示出的基片处理装置主要用于对基片进行外延气相沉积工艺，例如在基片表面进行硅或者硅锗材料的外延生长，由于这些外延材料通常是半导体器件的底层，关键尺寸(CD)极小，通常只有几个纳米，而且不能承受长时间高温，否则会导致半导体器件损坏，所以需要在极短时间内加热基片到足够进行硅或锗材料外延生长的温度。对于该类工艺，目前业界通常采用红外辐射的加热方式，通过透明的腔室外壳将位于真空环境下的基片暴露于红外辐射源之下。石英是一种满足透光且适于大规模工业生产的腔室外壳材料，其具有耐高温且光透过性强的优点，然而，由于腔室内的处理空间要接近真空环境，腔室内外的压力差过大，为了保证石英外壁的机械强度，需要将石英外壁设置较大厚度或设置加强筋结构，较大的厚度或者额外设置加强筋结构会对石英的透光性造成影响，导致出现热辐射透过率低或热辐射透过不均匀的问题。

本发明公开了一种矩形腔室加穹顶形上盖、下盖的结构设置，内外两层设置的矩形腔室提供一大致为长方体的处理空间，通过将腔室内衬主体设置两平行的侧壁103和104，保证在基片上方形成具有一定高度的方体状气体分布空间且该方体状气体分布空间的横向宽度大于基片的直径，以便在基片表面提供层流分布的工艺气体，避免工艺气体在基片上方流动时两侧区域发生横向扩散，提高基片不同径向区域的薄膜生长均匀性。由于基片在工艺过程中按照一定速度进行旋转，该方体状气体分布空间的设置可以降低基片旋转时对边缘区域气流形成的扰动，与圆筒状的处理空间边缘区域气体容易在旋转基片的带动下发生大幅度扰动相比，本发明的技术方案可进一步提高气体流动的稳定性，保证基片不同区域薄膜生长的均匀性。具有一定高度的拱形上盖可以有效降低上盖的厚度，提高红外辐射的透过率。同时，拱形上盖 400设置于腔室上方，通过上盖的外沿区域420与腔室外壳200固定，使得上盖的承压效果较好，可以降低上盖拱起的高度。

图7示出沿图6B的A-A方向的剖面示意图，下文将根据图7所示的反应腔结构对本发明的工作原理进行详细介绍。

在图7所示的示意图中，腔室的上盖开口被上盖400覆盖，上盖的外沿区域420与上盖开口之间设置上内衬环130；腔室下盖开口被下盖500覆盖，下盖外沿区域520与下盖开口之间设置下内衬环150，上内衬环130和下内衬环150均为石英材质，用于将金属的腔室外壳200与处理空间进行隔离，避免金属腔室外壳与工艺气体发生反应，产生金属污染。本发明中上盖外沿区域420通过一上夹紧环242实现与腔室外壳200上壁的连接固定，下盖外沿区域520通过一下夹紧环252实现与腔室外壳200底壁的连接固定，上夹紧环和下夹紧环可以释放上盖和下盖的部分横向压力，保证上盖和下盖在承受较高内外压力差时不发生破碎。同时，为确保处理空间内的压力可控，上盖和下盖在与腔室安装时，安装的接触面可以根据需要设置密封圈结构，此处不再赘述。

腔室内衬100内部围成的处理空间被气流引导部116分隔为上方的反应空间162和下方的操作空间164，一基片承载装置620置于腔室的处理空间内，基片承载装置620下方设置一驱动机构610，驱动机构610可驱动基片承载装置620上下移动或旋转运动，实现基片W在反应空间的工艺位置和操作空间的装卸位置的切换。其中驱动机构610的至少部分区域位于下盖的容纳开口525内，基片承载装置的边缘区域设置一预热环630，预热环630可实现对流经工艺气体的提前加热，使得工艺气体在到达基片边缘区域时即达到工艺需要的温度，直接在基片表面进行外延工艺处理。

在工艺开始前，基片承载装置620降至操作空间164处，基片自操作口 314传入后置于基片承载装置上方，驱动机构610驱动基片承载装置及基片上升至工艺位置，即图中所示位置。在工艺位置下，基片上表面位于反应空间162内，腔室上方的加热组件710和下方的加热组件720工作，其释放的红外辐射透过上盖的窗口区域410和下盖的中心区域510对基片及其外围的预热环630进行加热。同时，工艺气体经进气通道332进入进气法兰300，进气法兰的进气通道332与工艺气体进入口312垂直设置，工艺气体以一定流速自进气通道332的出口流至工艺气体进入口312，在气体隔板316的阻挡下气流由垂直方向调整为水平方向并在调整过程中实现气体的扩散混合。气体隔板316与腔室内衬内的气流引导部116具有相同高度表的上面并与基片上表面共面，气流引导部116引导工艺气体在处理空间内水平传输，工艺气体经过预热环630的预热，至基片区域时即可开始进行外延工艺处理，驱动机构610驱动基片承载装置旋转，以实现对不同区域的基片进行均匀地外延生长。反应完成的工艺气体经矩形出气口114流出处理空间。

本实施例中气流引导部116自矩形进气口112水平延伸至矩形出气口 114，在另外的实施例中，靠近矩形出气口114的气流引导部116与靠近矩形进气口112的气流引导部116位于不同的平面内，以适应不同的反应腔设计。

上述实施例中，上盖400上方和下盖500下方分别设置加热组件，此时，上盖窗口区域410和和下盖的中心区域均为透明的石英材料，在其他实施例中，也可以不设置透明下盖，仅靠上盖400透过的红外辐射对基片W进行照射产生沉积反应。

上述实施例中基片传输口设置于进气法兰的气体隔板下方，在另外的实施例中，基片传输口也可以设置于腔室的侧壁，如图1A中的侧壁103或侧壁104，此时，基片传输口包括位于所述内衬侧壁的内衬传片口和位于所述腔室外壳的外壳传片口。此时操作口314可用于输送掺杂气体或者其他工艺需要的气体。

本发明提供的处理装置能够在基片上方形成横向宽度大于基片直径的方体状气体分布空间，可以有效避免工艺气体发生横向扩散，确保流经基片中心区域和边缘区域的气流均匀稳定，进而在基片表面的中心区域和边缘区域进行均匀气相沉积；采用一体制成的内衬主体结构，避免了多个零部件连接时可能造成的颗粒污染问题。在腔室内衬外部设置金属的腔室外壳，可以有效提高腔室的抗压能力，将透过热辐射的上盖和下盖固定至金属外壳上，可以有效释放上盖和下盖承受的压力，进而使得上盖和下盖的拱起高度较小，有助于保持处理空间内的层流气体分布，保证基片处理的均匀性。上内衬环和下内衬环的设计将金属的腔室外壳与处理空间进行隔离，减少了金属污染。

本发明提供的腔室结构，腔室内衬的外表面和腔室外壳的内表面可以接触，也可以设置一定间隙。然而，无论二者是否接触，由于腔室内衬和腔室外壳都为硬材质，二者之间都可以实现气体扩散。本发明在腔室外壳设置吹扫气体通道入口232和吹扫气体通道出口234，吹扫气体经吹扫气体通道入口232进入腔室内衬的外表面和腔室外壳的内表面之间，通过控制吹扫气体的压力可以实现对腔室内衬的外表面和腔室外壳的内表面之间的颗粒污染物的清洁。在一种实施例中，通过控制处理空间内的压力大于腔室内衬的外表面和腔室外壳的内表面之间的吹扫气体的压力，可以有效防止吹扫气体进入处理空间，降低颗粒污染物污染基片。本发明的吹扫气体在腔室内衬和腔室外壳之间流动，无需进入处理空间，与需要在操作空间内通入吹扫气体的方案相比，本发明可以大大降低颗粒污染物对处理过程中和处理结束后的基片的污染。

在图7所述的基片处理装置中，还包括一热交换系统，该热交换系统包括冷却气体系统和位于金属外壳内部的流体冷却系统，二者共同作用使得基片处理装置的温度可控。

本发明公开的半导体处理腔不仅适用于执行化学气相沉积工艺，在其他对气流分布要求严格的半导体处理工艺中同样适用，此处不再赘述。

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。

Claims (32)

1.一种基片处理装置，用于对基片进行气相外延工艺处理，其特征在于，包括：

腔室，所述腔室包括相互套叠设置的腔室内衬和位于腔室内衬外部的腔室外壳，所述腔室内衬整体呈方体结构，包括设有一上内衬开口的内衬上壁和一内衬底壁，以及位于所述内衬上壁和内衬底壁之间的两个相互平行的内衬侧壁；腔室内衬相对的两侧分别设置一进气端和一出气端，用于供应工艺气体；

可透过热辐射的上盖，用于覆盖所述上内衬开口，并与所述腔室围成一处理空间；

基片承载装置，位于所述处理空间内，并设置于所述上盖下方，用于在工艺过程中承载基片；

所述基片上方形成一方体状气体分布空间，所述方体状气体分布空间具有沿着气流方向的纵向方向、与所述气流方向共面且垂直于所述气流方向的横向方向以及垂直于所述基片的高度方向，所述方体状气体分布空间的横向宽度等于所述两平行内衬侧壁之间的距离且大于所述基片的直径。

2.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述进气端包括一矩形进气口，所述出气端包括一矩形出气口，所述矩形进气口的横向宽度小于等于所述两平行内衬侧壁之间的距离。

3.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述腔室内衬包括一内衬主体，所述内衬主体自所述进气端至所述出气端一体结构设置。

4.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述内衬底壁设置一下内衬开口，所述腔室外壳包括一外壳上壁和一外壳底壁，所述外壳上壁和外壳底壁分别设置与所述上内衬开口和下内衬开口对应的上外壳开口和下外壳开口。

5.如权利要求4所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置包括一下盖，所述下盖覆盖所述下内衬开口和下外壳开口。

6.如权利要求4所述的处理装置，其特征在于，所述腔室内衬还包括一上内衬环和一下内衬环，所述上内衬环设置于所述上盖的外围与所述上内衬开口之间，用于避免所述腔室外壳与所述处理空间接触，所述下内衬环设置于所述下盖的外围与所述下内衬开口之间，用于避免所述腔室外壳与所述处理空间接触。

7.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，工艺过程中，所述内衬主体的两平行内衬侧壁引导所述方体状气体分布空间两侧的工艺气体直线传输。

8.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述上盖包括向远离所述处理空间的方向凸起的窗口区域和环绕所述窗口区域的外沿区域。

9.如权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述下盖包括向远离所述处理空间的方向凸起的中部区域，所述中部区域设有一容纳驱动机构的容纳开口，所述驱动机构用于驱动所述基片承载装置升降和/或旋转。

10.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述腔室内衬的内部靠近所述进气端设置一气流引导部，所述气流引导部用于将工艺气体水平引导至所述基片表面。

11.如权利要求10所述的处理装置，其特征在于，所述基片外围环绕设置一预热环，所述气流引导部至少部分地设置于所述预热环外围。

12.如权利要求10所述的处理装置，其特征在于，所述气流引导部包括一气流引导面，所述气流引导面与所述基片上表面位于相同的平面内。

13.如权利要求10所述的处理装置，其特征在于，所述气流引导部将所述处理空间分隔为位于基片上方的反应空间和位于基片下方的操作空间。

14.如权利要求10所述的处理装置，其特征在于，所述腔室的前端连接一进气法兰，所述进气法兰内设置若干进气通道和矩形进气槽。

15.如权利要求14所述的处理装置，其特征在于，所述进气法兰还包括一气体隔板，所述气体隔板将矩形进气槽分为位于气体隔板上方的工艺气体进入口和位于气体隔板下方的操作口。

16.如权利要求15所述的处理装置，其特征在于，所述腔室内衬的内部设置一气流引导部，所述气流引导部与所述气体隔板的上表面位于同一平面内。

17.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述两平行内衬侧壁之一设置一内衬传片口用于进行基片传输，所述腔室外壳对应所述内衬传片口的位置设置一外壳传片口。

18.如权利要求2所述的处理装置，其特征在于，所述矩形出气口与所述矩形进气口具有相同或不同的形状和/或尺寸。

19.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述腔室内衬为石英材质，所述腔室外壳为金属材质。

20.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述腔室外壳的内表面与所述腔室内衬的外表面相互接触或者设有一定间隙。

21.如权利要求20所述的处理装置，其特征在于，所述腔室外壳设有一吹扫气体通道，吹扫气体经吹扫气体通道进入腔室外壳和腔室内衬之间进行吹扫。

22.如权利要求21所述的处理装置，其特征在于，工艺过程中所述处理空间内的压力大于等于所述腔室外壳和腔室内衬之间吹扫气体的压力。

23.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置包括热交换系统，所述热交换系统包括位于腔室外部的风冷系统和位于腔室外壳内部的流体冷却系统。

24.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述方体状气体分布空间的高度小于等于所述基片所在的平面与所述内衬上壁所在的平面之间的距离。

25.一种腔室内衬，用于基片处理装置中为基片处理提供处理空间，其特征在于，包括一整体呈方体结构的内衬主体，所述内衬主体包括设有一上内衬开口的内衬上壁和一内衬底壁，以及与所述内衬上壁和内衬底壁连接的两平行内衬侧壁；所述内衬主体相对的两侧设置一矩形进气口和一矩形出气口，所述内衬主体内部包括一方体状空间，所述方体状空间的横向宽度等于所述两平行内衬侧壁之间的距离且大于所述基片的直径。

26.如权利要求25所述的腔室内衬，其特征在于，所述矩形出气口与所述矩形进气口具有相同或不同的形状和/或尺寸。

27.如权利要求25所述的腔室内衬，其特征在于，所述内衬主体自所述矩形进气口至所述矩形出气口一体设置。

28.如权利要求25所述的腔室内衬，其特征在于，所述腔室内衬还包括一上内衬环，所述上内衬环的外径与所述上内衬开口的内径相匹配。

29.如权利要求25所述的腔室内衬，其特征在于，所述腔室内衬还包括一下内衬环，所述下内衬环的外径与所述下内衬开口的内径相匹配。

30.如权利要求25所述的腔室内衬，其特征在于，所述腔室内衬的内部靠近所述矩形进气口设置一气流引导部，所述气流引导部具有平行于所述上壁的气流引导面。

31.如权利要求25所述的腔室内衬，其特征在于，所述内衬主体在所述矩形进气口的外围处设置安装边。

32.如权利要求25-31任一项所述的腔室内衬，其特征在于，所述腔室内衬为石英材料。