[发明专利]反应腔室和半导体设备

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

氮化钛(Titanium nitride，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-K Metal-Gate)MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-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TiN_xCl_y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。