具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图2所示为现有技术中一种半导体设备的腔室系统结构的示意图，为避免晶圆进行外延工艺中工艺气体(主要包括氢气、硅源气体以及其他掺杂气源)反应产生的外延层沉积在腔室内的其他部件上，该腔室系统结构采用上下双进气路径的设计，使工艺气体与刻蚀气体(可包括氯化氢等气体)分别由晶圆承载面的上方及下方流动至工艺腔室中。

具体地，如图2至图5所示，腔室系统结构由腔室支撑环60、下导流环30、腔室下外壁80、反应基座10、腔室上外壁70、上导流环40共同组成。腔室上外壁70、腔室下外壁80通过螺栓连接的方式分别固定在腔室支撑环60的上表面和下表面，下导流环30放置在腔室下外壁80上方，反应基座10置于下导流环30上方，上导流环40置于下导流环30外侧，三者有一定的自由度，可在一定空间内活动。

其中，下导流环30有两层结构，进气块(liner)将气体分为工艺气体和刻蚀气体两个通道，两个通道的气体的开关相互不受影响。工艺气体进入到反应腔室中，与下导流环的上导流槽31的竖直面碰撞后改变方向，通过由上导流环40和下导流环30的上导流槽31形成的竖直间隙后，与上导流环40碰撞后改变方向，然后水平通过反应基座上表面流出到腔室外部处理器；刻蚀气体直接从下导流环的下导流槽32流入到反应基座10下部分区域。在外延工艺中，工艺气体流动至晶圆上方并沉积生成外延层，而刻蚀气体可对工艺腔室中多个部件上沉积的外延层进行刻蚀，从而仅在晶圆表面留下所需的外延层。然而，现有的半导体设备中下导流环30水平方向定位不足，且导流环30的圆柱外壁与腔室支撑环60之间存在间隙，在减压工艺尾气端的抽力作用下，下导流环常会向尾气端移动，使下导流环30位置出现偏差，进而导致外延工艺的稳定性较差。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种半导体设备，如图6、图7所示，半导体设备包括工艺腔室和设置在工艺腔室中用于承载晶圆的反应基座100，工艺腔室的侧壁上设置有进气块200，用于向工艺腔室中输入气体。工艺腔室中还设置有导流组件，导流组件环绕反应基座100设置，用于将进气块200输入的气体导流分配至工艺腔室中。导流组件的底部具有第一锥形部，第一锥形部的外径由上至下逐渐减小，工艺腔室具有与第一锥形部配合设置且内径由上至下逐渐减小的第一锥形定位面，第一锥形部对应设置在第一锥形定位面上。

在本发明提供的半导体设备中，导流组件的底部具有第一锥形部，而工艺腔室具有形状与第一锥形部对应的第一锥形定位面，从而通过第一锥形部与第一锥形定位面之间的锥面托举关系，使工艺腔室的第一锥形定位面上各处支撑导流组件的力均具有沿水平方向指向工艺腔室轴线(即第一锥形部和第一锥形定位面的轴线)方向的分力，即便导流组件受到尾气抽力的作用，其也能够在自身重力作用下，下压在第一锥形定位面上，并在第一锥形定位面提供的支撑力沿水平方向指向工艺腔室轴线的分力的作用下保证其轴线位置不变，进而保证导流组件与工艺腔室同心，提高了导流组件重复装配的一致性以及半导体工艺的均匀性。

为避免晶圆外延工艺中的工艺气体反应产生的外延层沉积在腔室内的其他部件上，作为本发明的一种优选实施方式，进气块200用于提供工艺气体和刻蚀气体，导流组件用于分别导流工艺气体和刻蚀气体，并将工艺气体分配至反应基座100上方，使工艺气体在晶圆上方发生反应并沉积生成外延层，将刻蚀气体分配至反应基座100下方，通过刻蚀气体对反应基座100下方部件上沉积的外延层进行刻蚀。

具体地，如图6至图11所示，进气块200中形成有第一进气通道210和第二进气通道220，导流组件具有第一导气通道(包括第一导流槽310和第二导流槽410)和第二导气通道320，第一进气通道210与第一导气通道对应连通，第二进气通道220与第二导气通道320对应连通。其中，第一导气通道的出气口不低于反应基座100，第二导气通道320的出气口低于反应基座100。

本发明实施例对第一锥形定位面以及第一锥形部的锥面形状、尺寸不作具体限定，例如，为便于加工及安装，作为本发明的一种优选实施方式，如图7所示，第一锥形定位面的母线与水平面之间的夹角α为10°～15°，第一锥形定位面沿竖直方向的尺寸β为5mm～10mm。

为便于对导气通道(第一导气通道及第二导气通道320)进行清洁，提高导流组件的维护性能，作为本发明的一种优选实施方式，如图6、图9至图13所示，导流组件包括同轴的上导流环400和下导流环300，上导流环400层叠设置于下导流环300上方。

其中，第二导气通道320形成在下导流环300中且沿厚度方向贯穿下导流环300的侧壁，下导流环300的顶面不低于反应基座100的承载面，且下导流环300的侧面形成有多个延伸至下导流环300的顶面的第一导流槽310。上导流环400的底面上形成有多个沿上导流环400的径向延伸的第二导流槽410，多个第一导流槽310的底端形成为多个第一进气通道的进气口，多个第一导流槽310的顶端一一对应地与多个第二导流槽410连通，多个第二导流槽410在上导流环400内壁上的开口形成为多个第一进气通道的出气口。

在本发明实施例中，第二导气通道320以及进气块200中的第一进气通道210和第二进气通道220均位于反应基座100下方，第二进气通道220输出的刻蚀气体通过水平延伸的第二导气通道320分配至反应基座100下方。第一进气通道的进气口低于反应基座100，出气口高于反应基座100，因而需形成为弯曲通道，而在本发明实施例中导流组件为分体式设计，第一进气通道由形成在下导流环300上且沿竖直方向延伸的第一导流槽310与形成在上导流环400上且沿水平方向延伸的第二导流槽410连接而成，从而在第一进气通道中存在需要清理的杂质、颗粒物时，仅需要将下导流环300与上导流环400分开即可方便地对弯曲的第一进气通道进行清洗，提高了导流组件的维护性能。

为提高上导流环400与工艺腔室的对位精准度，作为本发明的一种优选实施方式，上导流环400也可通过锥形的配合表面与工艺腔室的顶部接触，具体地，如图6所示，上导流环400的顶部具有第二锥形部，第二锥形部的外径由上至下逐渐增大，工艺腔室的顶部具有内径由上至下逐渐增大的第二锥形定位面，上导流环400的第二锥形部与第二锥形定位面贴合。

为提高导流组件向反应基座100上方提供工艺气体的均匀性，作为本发明的一种优选实施方式，如图11所示，第二导流槽410的宽度沿靠近上导流环400轴线的方向逐渐增大。

作为本发明的一种优选实施方式，如图6、图11、图12所示，上导流环400的底面上还形成有多个第一凸沿420，多个第一凸沿420(沿上导流环400)的位置与多个第二导流槽410远离上导流环400轴线的一端一一对应，第一凸沿420远离上导流环400轴线的表面与上导流环400的外壁对齐，且第一凸沿420沿上导流环400周向的尺寸与第一导流槽310的宽度对应(第一凸沿420超出上导流环400底面的长度略短于第一导流槽310的长度，从而留出第一进气通道的进气口)。

在本发明实施例中，上导流环400的底面上还形成有第一凸沿420，第一凸沿420与沿竖直方向延伸的第一导流槽310相对设置，从而实现了对第一导流槽310的密封，工艺气体由第一导流槽310的进气端(底端)进入第一导流槽310中后仅能在第一凸沿420与第一导流槽310之间的空间中竖直上升，提高了工艺气体在第一进气通道中流动的稳定性。

为提高尾气向尾气端流动的稳定性，作为本发明的一种优选实施方式，上导流环400与下导流环300在尾气端一侧也可以通过凸沿与导流槽配合形成弯曲的排气通道。具体地，如图11至图13所示，上导流环400在与多个第一凸沿420相对的一侧底面上还形成有第三导流槽430和第二凸沿440，下导流环300与多个第一导流槽310的相对一侧的侧壁上还形成有第四导流槽(第二凸沿440超出上导流环400底面的长度略短于第四导流槽的长度，从而留出排气口)。尾气先进入第三导流槽430，再向下流入第二凸沿440与第四导流槽之间的空间，最终通过排气口流入支撑环600中的排气通道并排放至尾气端。

作为本发明的一种可选实施方式，如图13所示，下导流环300的侧壁上还形成有沿厚度方向贯穿下导流环300侧壁的传片口330，用于允许机械手等承载装置将晶圆传入或传出工艺腔室。

本发明实施例对工艺腔室的结构组成不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图6所示，工艺腔室包括支撑环600、上外壁700和下外壁800，上外壁700密封支撑环600的顶端，下外壁800密封支撑环600的底端，进气块200设置在支撑环600上，第一锥形定位面形成在下外壁800上。

在半导体设备的使用过程中，尾气端的抽气作用将使工艺腔室内部形成负压，上外壁700上方的气体压强(即大气压强)大于上外壁700下方的腔室环境压强，从而上外壁700将在上下压差的作用下受到向下的压力。而在现有技术中，上外壁通常为水平的圆形顶盖结构，在压力作用下易向下凹陷，影响工艺腔室中气体流场的均匀性。

为解决上述技术问题，提高工艺腔室结构的稳定性以及使用寿命，作为本发明的一种优选实施方式，如图6所示，上外壁700的顶部形成为曲面，且上外壁700的顶部由中央区域至边缘区域高度逐渐降低。

在本发明实施例中，上外壁700的顶部采用拱形设计，从而可以增加上外壁700的结构强度，使其更好地抵御上下环境压差引起的压力，保持工艺腔室形状的稳定性，进而提高外延工艺的稳定性。

本发明的发明人在研究中还发现，现有的半导体设备中外延工艺的稳定性较差的另一重要原因在于，第一进气通道210中的工艺气体与第二进气通道220中的刻蚀气体之间，存在通过下导流环300的外侧壁与引流槽侧壁之间的空隙导通并混合的风险。

为解决上述技术问题，进一步提高外延工艺的稳定性，作为本发明的一种优选实施方式，如图6、图8至图10所示，半导体设备还包括多个引流环500，多个引流环500的一端分别一一对应地设置在多个第二导气通道320中，多个引流环500的另一端分别设置在对应的第二进气通道220中，且引流环500的横截面外轮廓均与对应的第二导气通道320以及第二进气通道220的横截面形状对应。

如图10中两条箭头路径分别为工艺气体由第一进气通道210流入第一导流槽310中并流动至反应基座100上方的气流路径，以及刻蚀气体由第二进气通道220流入第二导气通道320中并流动至反应基座100下方的气流路径。

在本发明实施例中，第二导气通道320与第二进气通道220的对接位置设置有引流环500，引流环500的两端分别插入对应的第二导气通道320以及第二进气通道220中，从而对第二导气通道320与第二进气通道220进行密封连接，进而能够避免由第二进气通道220流入第二导气通道320的刻蚀气体在对接位置逸出并与待流动至反应基座100上方进行外延工艺的工艺气体混合，提高了外延工艺中工艺气体的纯度，进一步提高了外延工艺的稳定性。

为提高引流环500密封对第二导气通道320与第二进气通道220的密封效果，引流环500与第二导气通道320以及第二进气通道220之间优选为过盈配合。

为提高引流环500的安装效率，并提高引流环500的位置精度，以保证引流环500对第二导气通道320与第二进气通道220的对接位置稳定密封，作为本发明的一种优选实施方式，如图8至图10所示，第二进气通道220包括导流段221和配合段222，配合段222位于朝向第二导气通道320的一侧，且配合段222横截面的形状及尺寸均与引流环500的外壁对应，导流段221的横截面面积小于配合段222的横截面面积。

在本发明实施例中，第二进气通道220设置为变径结构，在安装引流环500时，可在第二导气通道320与第二进气通道220水平对齐后，由下导流环300的内孔向第二导气通道320中插入引流环500，使引流环500穿过引流环500并进入第二进气通道220中，直至引流环500抵在导流段221与配合段222衔接的台阶上，从而通过该台阶提高了引流环500的安装效率，并提高了引流环500的位置精度，进而保证了引流环500对第二导气通道320与第二进气通道220的对接位置进行密封的稳定性。

本发明实施例对引流环500的形状不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图8至图10所示，引流环500的横截面外轮廓可以为矩形。可选地，如图14所示，导流段221横截面矩形的竖直边(即沿高度方向延伸的边)边长小于配合段222横截面矩形的竖直边边长。

为进一步提高引流环500对第二导气通道320与第二进气通道220的对接位置进行密封的稳定性，作为本发明的一种优选实施方式，如图8至图10所示，引流环500在水平面上的投影形状为平行四边形，且平行四边形对应于引流环500两端的边具有与下导流环300对应于引流环500位置的侧壁相切的平行线。

在本发明实施例中，引流环500在俯视角度投影形状为平行四边形，即引流环500沿下导流环300径向的两端均设置为斜边，且该斜边的倾斜方向与下导流环300对应于引流环500位置的侧壁切线对应，从而保证引流环500在第二导气通道320与第二进气通道220的任意对接位置两侧均留有足够长的延伸部分，进一步提高了引流环500对第二导气通道320与第二进气通道220的对接位置进行密封的稳定性。

本发明实施例对进气块200中第一进气通道210和第二进气通道220的数量及分布情况不作具体限定，例如，为缩小进气块200的厚度，提高工艺腔室的空间利用率，作为本发明的一种优选实施方式，如图8所示，第一进气通道210和第二进气通道220的高度相同。

作为本发明的一种可选实施方式，如图8、图14所示，工艺腔室的侧壁上设置有两个进气块200，每个进气块200中形成有两个第一进气通道210和位于两个第一进气通道之间的第二进气通道220，两个进气块200并排设置且相邻的两个第一进气通道210与同一第一导气通道连通。

在本发明提供的半导体设备中，导流组件的底部具有第一锥形部，而工艺腔室具有形状与第一锥形部对应的第一锥形定位面，从而通过第一锥形部与第一锥形定位面之间的锥面托举关系，使工艺腔室的第一锥形定位面上各处支撑导流组件的力均具有沿水平方向指向工艺腔室轴线方向的分力，即便导流组件受到尾气抽力的作用，其也能够在自身重力作用下，下压在第一锥形定位面上，并在第一锥形定位面提供的支撑力沿水平方向指向工艺腔室轴线的分力的作用下保证其轴线位置不变，进而保证导流组件与工艺腔室同心，提高了导流组件重复装配的一致性以及半导体工艺的均匀性。

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。