CN111520613B - 集成供气系统及其气路切换机构、半导体外延设备 - Google Patents

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CN111520613B CN202010338310.XA CN202010338310A CN111520613B CN 111520613 B CN111520613 B CN 111520613B CN 202010338310 A CN202010338310 A CN 202010338310A CN 111520613 B CN111520613 B CN 111520613B
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    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy

Abstract

本申请涉及一种集成供气系统及其气路切换机构、半导体处延设备。该气路切换机构设置于半导体外延设备的集成供气系统中，其包括：第一基块及第二基块，第一基块内开设有第一气路及第一旁路，且第一气路与第一旁路连通设置；第二基块内开设有第二气路及第二旁路，且第二旁路设置有闸阀；第二基块设置于第一基块上，且第二旁路与第一旁路连通，闸阀能够选择性连通第二气路及第一气路。本申请实施例通过控制闸阀即可以快速切换集成供气系统的运行状态及通风状态，不仅能大幅缩短单独通风状态的时间，从而大幅提高产能，进而有效提高经济效益。

Description

集成供气系统及其气路切换机构、半导体外延设备
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种集成供气系统及其气路切换机构、半导体外延设备。
背景技术
目前，在半导体加工设备的硅外延气路中，通过实现运行-通风(Run-Vent)气路随时切换的功能，极大的缩短通风时间，从而提高半导体加工设备的产能，而气路切换机构是实现这种功能的重要元器件之一；集成化供气系统(Integrated Gas System，IGS)，整个气路分为两大模块：上部分为阀体，下部分为基块，由于其体积小，集成度高，广泛用于半导体加工设备的供气，但目前没有单独适用于IGS形式的气路切换机构。现有的技术中的常规管路供气系统中一般采用四通阀作为气路切换机构，以实现运行或通风随时切换的功能，但是由于现有技术中的体积大且接口不匹配，当多路使用时不仅集成度低且占用空间较大。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种集成供气系统及其气路切换机构、半导体外延设备，用以解决现有技术存在接口不匹配、集成度低及占用空间较大的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种半导体外延设备的气路切换机构，设置于半导体外延设备的集成供气系统中，包括：第一基块及第二基块；所述第一基块内开设有第一气路及第一旁路，且所述第一气路与第一旁路连通设置；所述第二基块内开设有第二气路及第二旁路，且所述第二旁路上设置有闸阀；所述第二基块设置于所述第一基块上，且所述第二旁路与所述第一旁路连通，所述闸阀能够选择性连通所述第二气路及所述第一气路。
于本申请的一实施例中，所述第一气路在所述第一基块内沿水平方向延伸，并且所述第一气路的两个第一通气口分别位于所述第一基块的两个相对侧面；所述第一旁路在所述第一基块内沿竖直方向延伸，所述第一旁路的第一旁通口位于所述第一基块的顶面上。
于本申请的一实施例中，所述第二气路的两个第二通气口分别位于所述第二基块的底面且靠近两端的位置，所述第二旁路的第二旁通口位于所述第二基块的底面的中部位置；所述第二基块的底面中部位置与所述第一基块的顶面贴合设置，且所述第二旁通口与所述第一旁通口对齐。
于本申请的一实施例中，所述气路切换机构还包括两个第三基块，分别设置于所述第一基块的两侧；所述第三基块均开设有第三气路，并且两个所述第三气路分别与所述第二气路的两端连通。
于本申请的一实施例中，所述第三气路的两个第三通气口均位于所述第三基块的顶面，所述第三基块的顶面的端部位置与所述第二基块的底面的两端位置贴合设置，且所述第三通气口与所述第二通气口对齐。
于本申请的一实施例中，所述第一基块及所述第三基块与所述第二基块之间通过紧固件可拆卸连接。
于本申请的一实施例中，所述第一基块内开设多个第一旁路，多个所述第二基块的第二旁路分别与多个所述第一旁路对应连接。
于本申请的一实施例中，所述闸阀为三通隔膜阀。
第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体外延设备的集成供气系统，包括底板以及如第一个方面提供的半导体外延设备的气路切换机构，所述气路切换机构设置于所述底板上。
第三个方面，本申请实施例提供了一种半导体外延设备，包括工艺腔室以及如第二个方面提供的半导体外延设备的集成供气系统，所述集成供气系统用于向所述工艺腔室内供给工艺气体。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请实施例通过在第一基块内设置有第一气路及第一旁路，在第二基块内设置有第二气路及第二旁路，第一旁路与第二旁路连通，并且在第二旁路上设置有闸阀，通过控制闸阀即可以快速切换集成供气系统的运行状态及通风状态，不仅能大幅缩短单独通风状态的时间，从而大幅提高产能，进而有效提高经济效益。另外由于仅通过两个基块即可以实现上述功能，使得本申请实施例的气路切换机构的体积较小并且集成度高，从而能有效减少所占用空间，进而有效提高空间利用率。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种气路切换机构的原理示意图；
图2A为本申请实施例提供的一种第一基块的俯视示意图；
图2B为本申请实施例提供的一种第一基块的横向剖视示意图；
图3A为本申请实施例提供的一种第二基块的仰视示意图；
图3B为本申请实施例提供的一种第二基块的原理示意图；
图4A为本申请实施例提供的一种第三基块的俯视示意图；
图4B为本申请实施例提供的一种第三基块的纵向示意图；
图5为本申请实施例提供的一种气路切换机构的结构示意图；
图6A为本申请实施例提供的另一种第一基块的横向剖视示意图；
图6B为本申请实施例提供的另一种气路切换机构的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种半导体外延设备的气路切换机构，设置于半导体外延设备的集成供气系统中，该气路切换机构的结构示意图如图1至图3B所示，包括：第一基块1及第二基块2；第一基块1内开设有第一气路11及第一旁路12，且第一气路11与第一旁路12连通设置；第二基块2内开设有第二气路21及第二旁路22，且第二旁路22设置有闸阀4；第二基块2设置于第一基块1上，且第二旁路22与第一旁路12连通，闸阀4能够选择性连通第二气路21及第一气路11。
如图1至图3B所示，第一基块1采用金属材质制成的长方形块状结构。第一基块1开设有相互连通的第一气路11及第一旁路12。第二基块2采用金属材质制成的正方形块状结构，并且第二基块2开设有第二气路21及第二旁路22，第二旁路22内设置有闸阀4，通过控制闸阀4能控制第二气路21与第二旁路22的连通或断开。第二基块2设置于第一基块1上，并且第二旁路22与第一旁路12连通设置，并且通过闸阀4控制第二气路21及第一气路11的连通，具体参照如图1所示。本申请实施例在实际应用过程中，当集成供气系统需进入运行状态时，例如当需要提供两种气体时，两种气体分别通过第一气路11及第二气路21向半导体外延备供给工艺气体；当需要提供两种气体混合时，通过控制闸阀4使得第一旁路12与第二旁路22连通，并且可以将第二气路21的一端关闭，以使得两种气体均在第一气路11中混合后向半导体外延设备供给工艺气体；当集成供气系统及半导体外延设备需要进入通风状态时，可以直接控制闸阀4使得第一旁路12及第二旁路22连通，然后第一气路11及第二气路21均通入通风气体，以实现集成供气系统及半导体外延设备进行通风吹扫。
本申请实施例通过在第一基块内设置有第一气路及第一旁路，在第二基块内设置有第二气路及第二旁路，第一旁路与第二旁路连通，并且在第二旁路上设置有闸阀，通过控制闸阀即可以快速切换集成供气系统的运行状态及通风状态，不仅能大幅缩短单独通风状态的时间，从而大幅提高产能，进而有效提高经济效益。另外由于仅通过两个基块即可以实现上述功能，使得本申请实施例的气路切换机构的体积较小并且集成度高，从而能有效减少所占用空间，进而有效提高空间利用率。
需要说明的是，本申请实施例并不限定第一基块1及第二基块2的具体材质及形状，例如第一基块1及第二基块2均可以采用不锈钢材质制成的形状相同的结构。因此本申请实施例并不以此限，本领域技术员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，第一气路11在第一基块1内沿水平方向延伸，并且第一气路11的两个第一通气口111分别位于第一基块1的两个相对侧面；第一旁路12在第一基块1内沿竖直方向延伸，第一旁路12的第一旁通口121位于第一基块1的顶面。如图2A及图2B所示，第一基块1设置于集成供气系统的底板(图中未示出)上，底板沿水平方向延伸设置用于承载多个气路切换机构，以及底板还设置有多个气体通路。第一气路11可以与底板平行设置，即第一气路11同样采用沿水平方向延伸设置，第一气路11的两个第一通气口111分别位于第一基块1的两个相对侧面，以便于与底板上的气体通路连接。采用上述设计使得本申请实施例结构简单，从而有效提高本申请实用例的易用性。但是需要说明的是，第一气路11并非必须采用水平方向设置，只要其与底板的延伸方向对应设置即可，因此本申请实施例并不以为限。
如图2A及图2B所示，第一旁路12沿竖直方向延伸设置，第一旁路12的一端与第一气路11连通设置，并且第一旁路12的第一旁通口121位于第一基块1的顶面上，以便于与第二旁路22连接。采用上述设计，可以使得本申请实施例结构简单，从而有效降低空间的占用，并且便于拆装维护。进一步的，第一基块1的顶面还设置两个连接孔5，分别位于第一旁通口121的两侧，以便于第二基块2通过紧固件与第一基块1连接，从而进一步提高拆装维护效率。需要说明的是，第二基块2与第一基块1之间还可以采用粘接或焊接的方式，因此本申请实施例并不限两者的具体连接方式。但是需要说明的是，第一旁路12并非必须采用竖直方向设置，只要第一旁通口位于第一基块的顶面上即可，因此本申请实施例并不以为限。
于本申请的一实施例中，第二气路21的两个第二通气口211分别位于第二基块2的底面且靠近两端的位置，第二旁路22的第二旁通口221位于第二基块的底面的中部位置；第二基块2的底面中部位置与第一基块1的顶面贴合设置，且第二旁通口221与第一旁通口121对齐。
如图3A及图3B所示，第二气路21的两个第二通气口211分别位于底面上，并且两个第二通气口211分别位于靠近两端的位置，第二旁通口221位于第二基块2底面的中部位置，即两个第二通气口211分别位于第二旁通口221的上下两侧位置。在实际安装时，第二基块2的底面的中部位置与第一基块1的顶面贴合设置，并且第二旁通口221与第一旁通口121对齐设置，两者之间还可以设置有密封垫圈(图中未示出)。采用上述设计，使得第二基块2的结构简单，从而进一步提高拆装维护的效率。进一步的，第二旁通口221的左右两侧位置均设置有连接孔5，用于与第一旁通口121两侧的连接孔5对齐，以便于紧固件穿设固定；以及两个第二通气口211的左右两侧均设置有连接孔5，以便于紧固件穿设固定。
于本申请的一实施例中，气路切换机构还包括有两个第三基块3，分别设置于第一基块1的两侧；第三基块3均开设有第三气路31，并且两个第三气路31分别与第二气路21的两端连通。
如图4A至图5所示，第三基块3同样采金属材质制成长方形块状结构，第三基块3内开设有第三气路31。两个第三基块3也可以设置于底板100上，并且位于第一基块1的上下两侧位置。两个第三基块3的第三气路31分别与第二气路21的两端连接，以便于第二气路21与底板100上的其它气体通路连接，从而提高本申请的实施例的易用性，进而提高拆装维护的效率。需要说明的是，本申请实施例并不限定第三基块3的具体材质及形状，例如第三基块3可以采用不锈钢材质制成的正方形块状结构。因此本申请实施例并不以此限，本领域技术员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，第三气路31的两个第三通气口311均位于第三基块3的顶面，第三基块3的顶面的端部位置与第二基块2的底面的两端位置贴合设置，且第三通气口311与第二通气口211对齐。
如图4A至图5所示，第三气路31的两个第三通气口311均位于第三基块3的顶面上，并且两个第三通气口311沿上下方向并列设置，在实际安装时，第三基块3的一端伸入第二基块2下方，使得任意一个第三通气口311与第二通气口211对齐，两者之间还可以设置有密封垫圈(图中未示出)，并且第三基块3的顶面部分与第二基块2的底面的端部贴合设置。如图4B所示，由于两个第三通气口311均位于第三基块3的顶面上，因此第三气路31在第三基块3的剖视图中大概呈“V”字形结构，但是本申请实施例并不以此为限，只要两个第三通气口311均位于顶面上即可。由于两个第三通气口311均位于顶面上，使得第二气路21的气体方向由面向底板100改为背向底板100，从而便于与底板100的其它气体通路连接，不仅使得本申请实施例结构简单，而且进一步提高了拆装维护效率，进一步的还能节省空间占用。进一步的，两个第三通气口311的左右两侧的中部位置还设置有安装孔6，以便于第三基块3通过紧固件安装于底板100上；另外两个第三通气口311的左右两侧均设置有连接孔5，以便于第二基块2通过紧固件与第三基块3连接，但是本申请实施并不以此为限。
如图1至图5所示，当集成供气系统需进入运行状态时，例如当需要提供两种气体时，其中一种气体沿第一气流方向L1经由第一气路11向半导体外延设备供给工艺气体，另一种气体沿第二气流方向L2经由第三气路31、第二气路21及第三气路31向半导体外延设备供给工艺气体。当需要提供两种气体混合时，通过控制闸阀4使得第一旁路12与第二旁路22连通，并且可以将第二气路21的一端关闭，以使得两种气体混合为混合气体，混合气体沿第三方向L3经由第一气路11向半导体外延设备供给工艺气体；当集成供气系统及半导体外延设备需要进入通风状态时，可以直接控制闸阀4使得第一旁路12及第二旁路22连通，然后第一气路11及第二气路21均通入通风气体，以实现集成供气系统及半导体外延设备进行通风吹扫。
于本申请的一实施例中，结合参照如图1至图5所示，第一基块1及第三基块3与第二基块2之间通过紧固件(图中未示出)可拆卸连接。即第二基块2的连接孔5分别与第一基块1及第二基块2上的连接孔5对齐，紧固件穿设于连接孔5内，例如紧固件通过螺接或卡接的方式与连接孔5可拆卸连接。采用上述设计能有效提高拆装维护效率。需要说明的是，第二基块2与第一基块1及第三基块3之间还可以采用粘接或焊接的方式，因此本申请实施例并不限各部件之间的具体连接方式。
于本申请的一实施实施例中，第一基块1内开设多个第一旁路12，多个第二基块2的第二旁路22分别与多个第一旁路12对应连接。
如图6A及图6B所示，第一基块1具体可以采用长条形板状结构，多个第一旁路12沿第一基块1的延伸方向并列设置，并且多个第一旁路12均与第一气路11连通。多个第二基块2的第二旁路22分别与多个第一旁路12对应连接，实现了多种气体的混合，以满足半导体外延设备对多种混合气体的需求，从而有效提高本申请实施例的适用性。需要说明的是，本申请实施例并不限定第一旁路12及第二基块2的具体数量，例如两者均可以为三个或三个以上，本领域技术人员可以根据半导体外延设备的不同类型自行调整设置。
如图1至图6B所示，当集成供气系统需进入运行状态时，例如当需要提供多种气体时，其中一种气体沿第一气流方向L1经由第一气路11向半导体外延设备供给工艺气体，另外多种气体均沿第二气流方向L2经由多个并列设置的第三气路31、第二气路21及第三气路31向半导体外延设备供给工艺气体。当需要提供多种气体混合时，通过控制多个闸阀4使得第一旁路12与多个第二旁路22连通，并且可以将多个第二气路21的一端关闭，以使得多种气体混合为混合气体，混合气体沿第三方向L3经由第一气路11向半导体外延设备供给工艺气体；当集成供气系统及半导体外延设备需要进入通风状态时，可以直接控制多个闸阀4使得第一旁路12及多个第二旁路22连通，然后第一气路11及多个第二气路21均通入通风气体，以实现集成供气系统及半导体外延设备进行通风吹扫。
于本申请的一实施例中，如图1所示，闸阀4为三通隔膜阀。具体来说，闸阀4可以采用电动阀门、液压阀门或气动阀门，闸阀4位于第二气路21及第二旁路22之间。采用该设计能有效提高本申请实施实例的适用性，并且还能有效提高本申请实施例的自动化程度。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体外延设备的集成供气系统，包括底板以及如上述各实施例提供的半导体外延设备的气路切换机构，气路切换机构设置于底板上。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体外延设备，包括工艺腔室以及上述实施例提供的半导体外延设备的集成供气系统，集成供气系统用于向工艺腔室内供给工艺气体。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
本申请实施例通过在第一基块内设置有第一气路及第一旁路，在第二基块内设置有第二气路及第二旁路，第一旁路与第二旁路连通，并且在第二旁路上设置有闸阀，通过控制闸阀即可以快速切换集成供气系统的运行状态及通风状态，不仅能大幅缩短单独通风状态的时间，从而大幅提高产能，进而有效提高经济效益。另外由于仅通过两个基块即可以实现上述功能，使得本申请实施例的气路切换机构的体积较小并且集成度高，从而能有效减少所占用空间，进而有效提高空间利用率。
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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体外延设备的气路切换机构，设置于半导体外延设备的集成供气系统中，其特征在于，包括：第一基块及第二基块；
所述第一基块内开设有第一气路及第一旁路，且所述第一气路与第一旁路连通设置；
所述第二基块内开设有第二气路及第二旁路，且所述第二旁路上设置有闸阀；
所述第二基块设置于所述第一基块上，且所述第二旁路与所述第一旁路连通，所述闸阀能够选择性连通所述第二气路及所述第一气路。
2.如权利要求1所述的气路切换机构，其特征在于，所述第一气路在所述第一基块内沿水平方向延伸，并且所述第一气路的两个第一通气口分别位于所述第一基块的两个相对侧面；所述第一旁路在所述第一基块内沿竖直方向延伸，所述第一旁路的第一旁通口位于所述第一基块的顶面上。
3.如权利要求2所述的气路切换机构，其特征在于，所述第二气路的两个第二通气口分别位于所述第二基块的底面且靠近两端的位置，所述第二旁路的第二旁通口位于所述第二基块的底面的中部位置；所述第二基块的底面中部位置与所述第一基块的顶面贴合设置，且所述第二旁通口与所述第一旁通口对齐。
4.如权利要求3所述的气路切换机构，其特征在于，所述气路切换机构还包括两个第三基块，分别设置于所述第一基块的两侧；所述第三基块均开设有第三气路，并且两个所述第三气路分别与所述第二气路的两端连通。
5.如权利要求4所述的气路切换机构，其特征在于，所述第三气路的两个第三通气口均位于所述第三基块的顶面，所述第三基块的顶面的端部位置与所述第二基块的底面的两端位置贴合设置，且所述第三通气口与所述第二通气口对齐。
6.如权利要求4所述的气路切换机构，其特征在于，所述第一基块及所述第三基块与所述第二基块之间通过紧固件可拆卸连接。
7.如权利要求1至6的任一所述的气路切换机构，其特征在于，所述第一基块内开设多个第一旁路，多个所述第二基块的第二旁路分别与多个所述第一旁路对应连接。
8.如权利要求1至6的任一所述的气路切换机构，其特征在于，所述闸阀为三通隔膜阀。
9.一种半导体外延设备的集成供气系统，其特征在于，包括底板以及如权利要求1至8的任一所述的半导体外延设备的气路切换机构，所述气路切换机构设置于所述底板上。
10.一种半导体外延设备，其特征在于，包括工艺腔室以及如权利要求9所述的半导体外延设备的集成供气系统，所述集成供气系统用于向所述工艺腔室内供给工艺气体。
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