CN111472046A - 用于外延设备的进气装置以及外延设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于外延设备的进气装置以及外延生长设备，该进气装置包括：进气焊件、基座环和匀流板，进气焊件设于基座环的一侧，进气焊件朝向基座环的表面上设有出气凹槽，出气凹槽的端面上设有出气口，基座环朝向进气焊件的表面上设有进气口；匀流板设在出气凹槽中，其上设有多个气体通道，基座环朝向进气焊件的表面上还设置有弹性部件，弹性部件用于向匀流板施加压力，使匀流板与出气凹槽的端面贴合；通过在基座环的缓冲槽内设置弹性部件，使匀流板与进气焊件的出气口紧密贴合，减小进气焊件的出气口与匀流板之间的间隙，避免进气焊件中的气流发生紊乱，精确控制工艺气体的气流分布；弹性部件还能够避免匀流板因受力过大而发生破碎的情况。

Description

用于外延设备的进气装置以及外延设备

技术领域

本发明属于半导体设备领域，更具体地，涉及一种用于外延设备的进气装置以及外延设备。

背景技术

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中一种应用广泛的外延技术。具体方法是将混合均匀的反应气流输送至反应腔室，经过化学反应获得生长原子并沉积在基片上，生长出单晶层。在外延生长过程中，为了保证外延层厚度的均匀性，需要严格控制反应腔内的气流场。通过基片的反应物混合气流要尽可能地均匀一致，以保证外延层在基片的不同区域实现均匀生长。

现有外延设备中主要通过匀流板与进气焊件的凹槽端面紧密贴合，实现对外延层内、外区的气流控制。然而，由于石英材质的匀流板具有硬脆的特点，匀流板的安装位置会留有一定的空隙，匀流板很容易因机台震动和匀流板热胀冷缩等原因引起其位置的变动。而进气焊件的凹槽端面与匀流板之间间隙过大时，容易造成内、外区气流会在通过匀流板前会发生混流现象，引起气流场的改变，严重时会导致厚度趋势发生突变。

因此，需要提供一种用于外延设备的进气装置以及外延设备，避免匀流板与进气焊件的凹槽端面之间间隙过大的问题。

发明内容

本发明提供了一种用于外延设备的进气装置以及外延设备，能够减小匀流板与进气焊件的出气口之间的间隙，避免间隙过大而导致进气焊件中的气流发生紊乱。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种用于外延设备的进气装置，包括：进气焊件、基座环和匀流板，所述进气焊件设于所述基座环的一侧，所述进气焊件朝向所述基座环的表面上设有出气凹槽，所述出气凹槽的端面上设有出气口，所述基座环朝向所述进气焊件的表面上设有进气口，所述出气口与所述进气口对应地设置；

所述匀流板设在所述出气凹槽中，其上设有多个气体通道，所述基座环朝向所述进气焊件的表面上还设置有弹性部件，所述弹性部件用于向所述匀流板施加压力，使所述匀流板与所述出气凹槽的端面贴合。

优选地，所述基座环的所述进气口中设有凹梁，所述弹性部件设在所述凹梁朝向所述进气焊件的端面上。

优选地，所述基座环的所述进气口中设有凹梁，所述弹性部件设在所述弹性部件为弹片结构，所述弹片结构包括支撑基板和与所述支撑基板连接的能弹性形变的弹片。

优选地，所述基座环的所述进气口中设有凹梁，所述弹性部件设在所述支撑基板与所述凹梁朝向所述进气焊件的端面贴合，所述弹片在弹性变形后向所述匀流板施加压力。

优选地，所述基座环的所述进气口中设有凹梁，所述弹性部件设在所述基座环朝向所述进气焊件的表面上设有进气凹槽，所述进气口设在所述进气凹槽的端面上，所述进气口中设有凹梁，所述凹梁朝向所述进气焊件的端面与所述进气凹槽的端面在同一个平面上，所述弹性部件设在所述进气凹槽中。

优选地，所述基座环的所述进气口中设有凹梁，所述弹性部件设在所述进气凹槽的端面上沿所述进气口的外周设有环形槽，所述弹性部件设在所述环形槽中。

优选地，所述基座环的所述进气口中设有凹梁，所述弹性部件设在所述弹性部件为设在所述环形槽中能弹性形变的环形弹性条，所述环形弹性条的横截面为圆形、椭圆形或C型；

所述弹性条弹性形变后向向所述匀流板施加压力。

优选地，所述基座环的所述进气口中设有凹梁，所述弹性部件设在在向所述匀流板施加压力时，所述弹片或所述环形弹性条的弹性形变量小于其最大弹性形变量。

优选地，所述基座环的所述进气口中设有凹梁，所述弹性部件设在所述进气口中所述凹梁的两侧各设有一进气衬套。

根据本发明的另一方面，提供一种外延设备，包括反应腔室和所述的用于外延设备的进气装置；

所述进气装置与所述反应腔室连接，用于向反应腔室输送工艺气体。

本发明的有益效果在于：通过在基座环朝向进气焊件的表面上设置弹性部件，使匀流板与进气焊件的出气口紧密贴合，减小进气焊件的出气凹槽的端面与匀流板之间的间隙，避免进气焊件中的气流发生紊乱，精确控制工艺气体的气流分布；同时，弹性部件具有一定的弹性形变量，能够避免匀流板因受力过大而发生破碎的情况。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了现有的水平式外延系统结构示意图。

图2示出了现有的进气装置结构示意图。

图3示出了现有的匀流板结构示意图。

图4示出了现有的进气装置的结构示意图。

图5示出了图4的A处局部放大图。

图6示出了根据本发明一个实施例的弹片结构的安装示意图。

图7示出了根据本发明一个实施例的弹性变形前弹片结构的示意图。

图8示出了根据本发明一个实施例的弹性变形后弹片结构的示意图。

图9示出了根据本发明一个实施例的弹片结构的主视图。

图10示出了根据本发明一个实施例的弹片结构的右视图。

图11示出了根据本发明一个实施例的基座环的结构示意图。

图12示出了根据本发明一个实施例的环形槽的结构示意图。

图13示出了根据本发明一个实施例的弹性条的安装示意图。

图14示出了图12的B处局部放大图。

图15示出了根据本发明一个实施例的弹性条的结构示意图。

附图标记说明：

1、进气焊件；2、匀流板；3、基座环；4、旋转托盘；5、反应腔室；6、排气管路；7、外路进气管道；8、内路进气管道；9、进气衬套；10、外路气流；11、内路气流；12、空隙；13、凹槽端面；14、凹梁；15、弹片结构；16、弹片；17、支撑基板；18、平面；19、环形槽；20、外路进气口；21、内路进气口。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了现有的水平式外延系统结构示意图，如图1所示，水平式外延系统包括进气焊件1、匀流板2、基座环3、旋转托盘4、反应腔室5和排气管路6，如图1箭头所示，反应气体从反应腔室5的一侧进入，水平流过基片表面后被抽出反应腔室5。反应腔室5为圆形，前端装有进气装置，后端装有排气装置。

图2示出了现有的进气装置结构示意图。如图2所示，工艺气体分为内、外两路气流进入进气焊件1，内路气流11首先进入进气焊件1的B区，再依次经匀流板2、进气衬套9进入反应腔室5，用于调控外延层内区的厚度；外路气流10在进气焊件1内分为A区和C区，再依次经匀流板2、进气衬套9进入反应腔室5，用于调控外延层外区的厚度。内路进气管道8和外路进气管道7上装有气体流量调节阀，方便控制管路气体的流量。图3示出了现有的匀流板结构示意图，如图3所示，匀流板2一般为石英材质，其上开有数个直径相同、不同数量的圆孔，使A区、B区和C气流在进入反应腔室5前均被分成了多路小气流，显著提高了硅片表面气流场的均匀性。

图4示出了现有的进气装置的结构示意图，图5示出了图4的A处局部放大图。如图4所示，外延生长过程中，匀流板2需要与进气焊件1的凹槽端面13紧密贴合，实现对外延层内、外区的气流控制。然而，由于石英材质的匀流板2具有硬脆的特点，匀流板2的安装位置会留有一定的空隙，避免匀流板2在安装过程中或在工艺过程中，因热胀冷缩而出现挤压破碎的情况。匀流板2位置的固定主要是依靠进气衬套9的外推，从而使匀流板与进气焊件1的凹槽端面13贴紧。但在上述状态下，匀流板2很容易因机台震动和匀流板热胀冷缩等原因引起其位置的变动。

如图5所示，当进气焊件1的凹槽端面13与匀流板2之间的空隙12过大时，内、外区气流会在通过匀流板2前发生混流现象，引起气流场的改变，严重时会导致厚度趋势发生突变。因此，需要通过控制匀流板2、进气焊件1和基座环3的加工精度，降低机台的震动情况，使匀流板2与进气焊件1的凹槽端面13之间的空隙尽可能的小。但是，这样的做法还是无法从根源上解决这一问题。

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明实施例的一种用于外延设备的进气装置，包括：进气焊件、基座环和匀流板，进气焊件设于基座环的一侧，进气焊件朝向基座环的表面上设有出气凹槽，出气凹槽的端面上设有出气口，基座环朝向进气焊件的表面上设有进气口，出气口与进气口对应地设置；

匀流板设在出气凹槽中，其上设有多个气体通道，基座环朝向进气焊件的表面上还设置有弹性部件，弹性部件用于向匀流板施加压力，使匀流板与出气凹槽的端面贴合。

匀流板设置于出气凹槽内，且匀流板的一侧表面与出气凹槽的端面贴合，使匀流板与进气焊件的相配合的位置固定，避免匀流板因机台震动、热胀冷缩等原因引起其位置的变动。弹性部件产生弹性形变，并对匀流板的表面施加一定的压力，使匀流板的一侧表面与进气焊件的出气口紧密贴合，避免两者之间间隙过大而导致进气焊件中的气流发生紊乱。

作为一个示例，进气焊件的出气口所在的平面上包括多个出气区域，多个出气区域与匀流板上的多组气体通道一一对应，实现精确控制工艺气体在外延层内、外区的气流分布，从而保证外延生长工艺在晶圆表面的均匀分布。

作为优选方案，基座环的进气口中设有凹梁，弹性部件设在凹梁朝向进气焊件的端面上。凹梁为设置于一组基座环进气口之间的凹槽结构，同时也位于两个进气衬套之间，其凹梁所设置的位置不影响基座环的整体结构。

本实施例利用凹梁和弹性部件，即可保证匀流板与进气焊件的出气口紧密贴合，从而降低各部件与匀流板配合的加工精度要求，也可一定程度上降低相关部件的加工成本。

作为优选方案，弹性部件为弹片结构，弹片结构包括支撑基板和与支撑基板连接的能弹性形变的弹片。

弹片的表面与支撑基板的表面之间形成弹性可变的夹角，当匀流板安装完成后，匀流板压于弹片上，弹片结构的可变夹角减小，产生一定的形变，弹片施加一定的压力在匀流板上，使得匀流板与进气焊件的凹槽端面紧密贴合。另外，弹片的弹性可变的夹角减小后，弹片仍需具有一定的可位移变形量，其作为匀流板厚度方向形变的缓冲量，凹梁作为匀流板厚度方向的缓冲区，能够防止因机台震动、热胀冷缩等原因匀流板受压而破碎。

作为优选方案，支撑基板与凹梁朝向进气焊件的端面贴合，弹片在弹性变形后向匀流板施加压力。

作为一个示例，弹片结构的高度比凹梁高度稍大h，0＜h＜2mm；安装时支撑基板可直接卡在基座环的凹梁处，使支撑基板与凹梁贴合，弹片朝向匀流板，并与匀流板接触连接。

作为一个示例，支撑基板的形状与凹梁两侧的基座环进气口的形状相匹配。

作为优选方案，基座环朝向进气焊件的表面上设有进气凹槽，进气口设在进气凹槽的端面上，进气口中设有凹梁，凹梁朝向进气焊件的端面与进气凹槽的端面在同一个平面上，弹性部件设在进气凹槽中。

作为优选方案，进气凹槽的端面上沿进气口的外周设有环形槽，弹性部件设在环形槽中。

环形槽为沿着一组基座环进气口外周加工的凹槽结构，沿着基座环进气口外周加工一平面，该平面位于环形槽的内侧，并与基座环的凹梁所在平面平齐，保证匀流板与基座环进气口能够紧密连接。

作为优选方案，弹性部件可以为设在环形槽中能弹性形变的环形弹性条，环形弹性条的横截面为圆形、椭圆形或C型；弹性条弹性形变后向匀流板施加压力。

作为一个示例，环形槽内的弹性条与匀流板接触，产生一定的弹性形变，弹性条对匀流板的边缘施加一定的压力，使匀流板与进气焊件凹槽端面保持紧密贴合，且弹性条的存在不会影响进气的气流。另外，变形后的弹性条仍需具有一定的弹性变形量，可作为匀流板厚度方向的形变缓冲量，环形槽作为匀流板厚度方向的形变缓冲区。

作为一个示例，弹性条的长度与环形槽的周向长度相匹配。

作为一个示例，对匀流板的尺寸要进行一定的调整，满足在进气焊件、匀流板、基座环安装好之后，弹性条能够与匀流板边缘直接接触。

作为一个示例，弹性部件可以选择高温合金、高分子材料等材料制成，其具有耐高温、耐腐蚀、高温稳定性好的特点，这些材料在高温环境中使用不会污染进入反应腔室的气流。

弹性部件和缓冲槽的的装配形式包括但不限于上述实施例的设计和安装形式。

作为优选方案，在向匀流板施加压力时，弹片或环形弹性条的弹性形变量小于其最大弹性形变量。

弹性部件产生弹性形变，并对匀流板的表面施加一定的压力，从而保证还就有一定的弹性变形量，能够将匀流板的一侧表面与进气焊件的出气口紧密贴合，避免两者之间间隙过大而导致进气焊件中的气流发生紊乱。

作为优选方案，进气口中凹梁的两侧各设有一进气衬套。

作为一个示例，基座环内设有进气衬套，进气衬套嵌入基座环进气口，并连通基座环进气口和反应腔室。沿进气衬套的进气口方向设有隔层，将基座环进气口间隔成与进气焊件的多个出气区域、匀流板上多组气体通道一一对应的多个进气区域，使气流在进入反应腔前均被分成了多路小气流，提高硅片表面气流场的均匀性。

根据本发明实施例还提供了一种外延生长设备，包括：反应腔室和上述的用于外延设备的进气装置；进气装置与反应腔室连接，用于向反应腔室输送工艺气体。

本发明外延生长设备的反应腔室与本发明提供的上述进气装置连接，可以使通入反应腔室内的工艺气流精确控制，从而提高反应腔室内工艺气体分布的均匀性，提高外延生长工艺的均匀性。

实施例1

图6示出了根据本发明一个实施例的弹片结构的安装示意图，图7示出了根据本发明一个实施例的弹性变形前弹片结构的示意图，图8示出了根据本发明一个实施例的弹性变形后弹片结构的示意图，图9示出了根据本发明一个实施例的弹片结构的主视图，图10示出了根据本发明一个实施例的弹片结构的右视图。

如图6至图10所示，本发明实施例的一个用于外延设备的进气装置，包括：

进气焊件1、基座环3和匀流板2，进气焊件1设于基座环3的一侧，进气焊件1朝向基座环3的表面上设有出气凹槽，出气凹槽的端面13上设有出气口，基座环3朝向进气焊件1的表面上设有进气口，出气口与进气口对应地设置；

匀流板2设在出气凹槽中，其上设有多个气体通道，基座环3朝向进气焊件1的表面上还设置有弹性部件，弹性部件用于向匀流板2施加压力，使匀流板2与出气凹槽的端面13贴合，如图9和图10所示。

基座环3的进气口中设有凹梁14，弹性部件设在凹梁14朝向进气焊件1的端面上。如图6所示，弹性部件为弹片结构15，弹片结构15包括支撑基板17和与支撑基板17连接的能弹性形变的弹片16。支撑基板17与凹梁14朝向进气焊件1的端面贴合，弹片16在弹性变形后向匀流板2施加压力。

进气焊件1的出气口所在的平面上包括多个出气区域，多个出气区域与匀流板2上的多组气体通道一一对应，进气口中凹梁(14)的两侧各设有一进气衬套9，进气衬套9嵌入进气口，并连通进气口和反应腔室。沿进气衬套9的进气口方向设有隔层，将进气口间隔成与进气焊件的多个出气区域、匀流板上多组气体通道一一对应的多个进气区域，使气流在进入反应腔前均被分成了多路小气流，提高硅片表面气流场的均匀性。

如图7和图8所示，凹梁14为设置于一组基座环进气口之间，同时也位于两个进气衬套9之间，安装时支撑基板17可直接卡在基座环的凹梁处，弹片的表面与支撑基板的表面之间形成可变夹角，当进气焊件1、匀流板2和基座环3安装后，弹片16与匀流板2接触，其可变夹角减小，产生一定的形变，例如弹片位移的形变量为0-5mm，弹片施加一定的压力在匀流板2上，使得匀流板2与进气焊件1的凹槽端面13紧密贴合。另外，可变夹角减小后，弹片16仍具有一定的可位移变形量，例如可位移变形量为0.1-5mm，其作为匀流板2厚度方向形变的缓冲量，凹梁14作为匀流板2厚度方向的缓冲区，能够防止因机台震动、热胀冷缩等原因匀流板受压而破碎。

实施例2

图11示出了根据本发明一个实施例的基座环的结构示意图，图12示出了根据本发明一个实施例的环形槽的结构示意图，图13示出了根据本发明一个实施例的弹性条的安装示意图，图14示出了图12的B处局部放大图，图15示出了根据本发明一个实施例的弹性条的结构示意图。

如图11至图15所示，本发明实施例的一个用于外延设备的进气装置，包括：

进气焊件1、基座环3和匀流板2，进气焊件1设于基座环3的一侧，进气焊件1朝向基座环3的表面上设有出气凹槽，出气凹槽的端面13上设有出气口，基座环3朝向进气焊件1的表面上设有进气口，出气口与进气口对应地设置；

匀流板2设在出气凹槽中，其上设有多个气体通道，基座环3朝向进气焊件1的表面上还设置有弹性部件，弹性部件用于向匀流板2施加压力，使匀流板2与出气凹槽的端面13贴合。

进气口设在进气凹槽的端面上，进气口中设有凹梁14，凹梁14朝向进气焊件1的端面与进气凹槽的端面在同一个平面上，弹性部件设在进气凹槽中。进气凹槽的端面上沿进气口的外周设有环形槽19，弹性部件设在环形槽19中。

弹性部件为设在环形槽19中能弹性形变的环形弹性条20，环形弹性条20的横截面为圆形、椭圆形或C型；弹性条20弹性形变后向匀流板2施加压力。进气口中凹梁14的两侧各设有一进气衬套，进气衬套9嵌入基座环进气口，并连通基座环进气口和反应腔室。沿进气衬套9的进气口方向设有隔层，将基座环进气口间隔成与进气焊件的多个出气区域、匀流板上多组气体通道一一对应的多个进气区域，使气流在进入反应腔前均被分成了多路小气流，提高硅片表面气流场的均匀性。

该进气装置各部件安装前，需要对基座环进气口的外周进行加工，沿着一组基座环进气口的外周加工环形槽19，环形槽19内安装弹性条20，环形槽19为矩形，环形槽19的尺寸如图12所示，环形槽19的长度L为200mm，高度H为34mm，环形槽19的4个倒角R为7mm，槽深为2-5mm。环形槽19的内侧与基座环进气口外周之间加工与凹梁14平齐的平面18，该平面18与基座环3的凹梁14所在平面重合，如图11所示。

还需要对匀流板的尺寸要进行一定的调整，在进气焊件1、匀流板2、基座环3安装好之后，满足环形槽19内的弹性条20与匀流板2的边缘直接接触。

在环形槽19内的弹性条20未变形前的截面高度可为4-10mm，如图15所示，如未弹性形变前的弹性条20的横截面为C型时，弹性条20的外圈r₁为1.2mm，内圈r₂为2mm，C型的开口c₁为1mm。形变后的弹性条20产生一定的弹性形变量为0-5mm，弹性条20对匀流板2的边缘施加了一定的压力，如图13和14所示。此时，匀流板2与进气焊件1的凹槽端面13可保持紧密贴合。

另外，在向匀流板2施加压力时，弹片16或环形弹性条20的弹性形变量小于其最大弹性形变量，使变形后的弹性条仍需具有一定的弹性变形量，其弹性形变量为0.1-5mm，可作为匀流板2厚度方向形变的缓冲区，减小进气焊件1的凹槽端面13和匀流板2之间的间隙，还能够避免发生因匀流板2的厚度尺寸变化而引起的受压破碎。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于外延设备的进气装置，其特征在于，包括：进气焊件(1)、基座环(3)和匀流板(2)，所述进气焊件(1)设于所述基座环(3)的一侧，所述进气焊件(1)朝向所述基座环(3)的表面上设有出气凹槽，所述出气凹槽的端面(13)上设有出气口，所述基座环(3)朝向所述进气焊件(1)的表面上设有进气口，所述出气口与所述进气口对应地设置；

所述匀流板(2)设在所述出气凹槽中，其上设有多个气体通道，所述基座环(3)朝向所述进气焊件(1)的表面上还设置有弹性部件，所述弹性部件用于向所述匀流板(2)施加压力，使所述匀流板(2)与所述出气凹槽的端面(13)贴合。

2.根据权利要求1所述的用于外延设备的进气装置，其特征在于，所述基座环(3)的所述进气口中设有凹梁(14)，所述弹性部件设在所述凹梁(14)朝向所述进气焊件(1)的端面上。

3.根据权利要求2所述的用于外延设备的进气装置，其特征在于，所述弹性部件为弹片结构(15)，所述弹片结构(15)包括支撑基板(17)和与所述支撑基板(17)连接的能弹性形变的弹片(16)。

4.根据权利要求3所述的用于外延设备的进气装置，其特征在于，所述支撑基板(17)与所述凹梁(14)朝向所述进气焊件(1)的端面贴合，所述弹片(16)在弹性变形后向所述匀流板(2)施加压力。

5.根据权利要求1所述的用于外延设备的进气装置，其特征在于，所述基座环(3)朝向所述进气焊件(1)的表面上设有进气凹槽，所述进气口设在所述进气凹槽的端面上，所述进气口中设有凹梁(14)，所述凹梁(14)朝向所述进气焊件(1)的端面与所述进气凹槽的端面在同一个平面上，所述弹性部件设在所述进气凹槽中。

6.根据权利要求5所述的用于外延设备的进气装置，其特征在于，所述进气凹槽的端面上沿所述进气口的外周设有环形槽(19)，所述弹性部件设在所述环形槽(19)中。

7.根据权利要求6所述的用于外延设备的进气装置，其特征在于，所述弹性部件为设在所述环形槽(19)中能弹性形变的环形弹性条(20)，所述环形弹性条(20)的横截面为圆形、椭圆形或C型；

所述弹性条(20)弹性形变后向所述匀流板(2)施加压力。

8.根据权利要求4或7所述的用于外延设备的进气装置，其特征在于，在向所述匀流板(2)施加压力时，所述弹片(16)或所述环形弹性条(20)的弹性形变量小于其最大弹性形变量。

9.根据权利要求2或5所述的用于外延设备的进气装置，其特征在于，所述进气口中所述凹梁(14)的两侧各设有一进气衬套(9)。

10.一种外延设备，包括反应腔室和根据权利要求1-9中任意一项所述的用于外延设备的进气装置；

所述进气装置与所述反应腔室连接，用于向反应腔室输送工艺气体。

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