CN111748792B - 气相沉积装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种气相沉积装置，包括：下腔罩组件；上腔罩，上腔罩装配在下腔罩组件的上方，包括上腔罩板、自上腔罩板沿径向向外延伸的第一延伸部和自上腔罩板沿轴向且向下腔罩组件延伸的第二延伸部，且第一延伸部在高度上处于上腔罩板的上方，第二延伸部与下腔罩组件的配合接口相配合，上腔罩板、下腔罩组件和第二延伸部围成反应腔；支撑环，其在轴向上设置在第二延伸部与下腔罩组件之间；第一密封圈，第一密封圈设置在第一延伸部与支撑环之间。根据本申请的气相沉积装置，直线传播的红外线将不会照射到第一密封圈上，这样第一密封圈的老化速度将会大幅减慢，这有助于减少停机频率。

Description

气相沉积装置
技术领域
本申请涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种气相沉积装置。
背景技术
气相沉积是将工艺气体输送到反应腔，通过工艺气体发生物理或化学变化而在衬底(例如，硅片)上沉积原子，进而在衬底上外延生长出单晶层。
图7示意性地显示了现有技术中的一种气相沉积装置500。如图7所示，气相沉积装置500包括形成反应腔的上腔罩501、下腔罩502和支撑环503。支撑环503支撑在上腔罩501和下腔罩502之间，并且在支撑环503与上腔罩501和下腔罩502之间设置有多个密封件511、512、513，以实现将反应腔密封。气相沉积装置500还包括处于支撑环503径向内侧的护壁组件504。
在进行气相沉积期间，经常需要使用红外线对反应腔进行加热。如图8所示，红外线505会穿过护壁组件504与上腔罩501之间的间隙520照射到密封件511上，这会导致上腔罩501与支撑环503之间的密封件511快速老化、失效，进而需要经常停机更换。
发明内容
根据本发明提出了一种气相沉积装置，包括：下腔罩组件；上腔罩，所述上腔罩装配在所述下腔罩组件的上方，包括上腔罩板、自所述上腔罩板沿径向向外延伸的第一延伸部和自所述上腔罩板沿轴向且向所述下腔罩组件延伸的第二延伸部，且所述第一延伸部在高度上处于所述上腔罩板的上方，所述第二延伸部与所述下腔罩组件的配合接口相配合，所述上腔罩板、下腔罩组件和第二延伸部围成反应腔；支撑环，其在轴向上设置在所述第二延伸部与所述下腔罩组件之间；第一密封圈，所述第一密封圈设置在所述第一延伸部与所述支撑环之间。
在一个实施例中，所述下腔罩组件包括下腔罩体、自所述下腔罩体沿径向向外延伸的第三延伸部和下腔罩环，其中所述第三延伸部支撑所述下腔罩环，且所述下腔罩环上设置有与所述第二延伸部相配合的配合接口，从而所述上腔罩板、所述第二延伸部、所述下腔罩环以及所述下腔罩体围成所述反应腔。
在一个实施例中，在所述第二延伸部与所述下腔罩环之间存在第一间隙，在所述上腔罩的第二延伸部外表面上构造有第一进气凹槽，所述第一进气凹槽与所述第一间隙连通而形成第一进气通道，所述第一进气通道用于保护气体流通。
在一个实施例中，所述第二延伸部呈圆环形，所述第一进气凹槽为沿所述第二延伸部的外表面周向延伸的环形凹槽。
在一个实施例中，所述上腔罩板为透明件，所述第一延伸部和所述第二延伸部均为非透明件。
在一个实施例中，所述下腔罩体为透明件，所述第三延伸部为非透明件。
在一个实施例中，所述支撑环在径向上处于所述第二延伸部的外侧，并且在所述支撑环上设置有径向延伸的第一进气口，所述第一进气口与所述第一进气凹槽连通。
在一个实施例中，在所述第二延伸部与所述下腔罩环之间且偏离所述第一间隙还存在有第二间隙，在所述支撑环上偏离所述第一进气口构造有第二进气口，所述第二进气口与所述第二间隙连通而形成第二进气通道，所述第二进气通道用于工艺气体流通。
在一个实施例中，在所述支撑环上构造有径向贯穿的容纳槽，在所述容纳槽内设置有进气插件，所述第二进气口构造在所述进气插件中。
在一个实施例中，沿径向向里的方向，所述第二间隙呈扩口状。
与现有技术相比，本申请的优点在于：由于第一延伸部在高度上处于上腔罩板的上方，也即处于反应腔的上方，因此径向直线传播的红外线将不会照射到处于第一延伸部和支撑环之间的第一密封圈上，这样第一密封圈的老化速度将会大幅减慢，这有助于减少停机频率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示意性地显示了根据本申请的一个实施例的气相沉积装置的第一截面。
图2示意性地显示了图1中的A部分放大图。
图3示意性地显示了上腔罩的结构。
图4示意性地显示了图1的气相沉积装置的第二截面，该第二截面与第一截面为不同角度。
图5示意性地显示了图4中的B部分放大图。
图6示意性地显示了根据本申请的一个实施例的进气插件。
图7示意性地显示了现有技术中的一种气相沉积装置。
图8示意性地显示了图7所示的气相沉积装置中密封圈与红外线的辐射方向之间的关系。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
图1示意性地显示了根据本申请的一个实施例的气相沉积装置1。如图1所示，气相沉积装置1包括下腔罩组件100和上腔罩200。上腔罩200装配在下腔罩组件100的上方。上腔罩200包括上腔罩板204、自上腔罩板204沿径向向外延伸的第一延伸部201和自上腔罩板204沿轴向且向下腔罩组件100延伸的第二延伸部203。第一延伸部201在高度上处于上腔罩板204的上方，第二延伸部203与下腔罩组件100的配合接口110相配合，使得上腔罩板204、下腔罩组件100和第二延伸部203围成反应腔300。气相沉积装置1还包括支撑环400，其在轴向上设置在第一延伸部201与下腔罩组件100之间。气相沉积装置1还包括第一密封圈202，第一密封圈202设置在第一延伸部201与支撑环400之间。
在使用本申请的气相沉积装置1时，在反应腔300内放置有待处理的器件330，例如硅片。红外线照射反应腔300内的器件，以将其加热，进而可在器件上形成沉积层。例如，气相沉积装置1为化学气相沉积装置，通过将设置在其反应腔300内的硅片加热，工艺气体(例如，H2、SiCl3和/或SiCl3)可在反应腔300内起反应并在硅片上外延生产外延层。
由于第一延伸部201在高度上处于上腔罩板204的上方，也即处于反应腔300的上方，因此径向直线传播的红外线将不会照射到处于第一延伸部201和支撑环400之间的第一密封圈202上，这样第一密封圈202的老化速度将会大幅减慢，这有助于减少停机频率。
此外，在本申请的气相沉积装置1中，上腔罩200的第一延伸部201、第二延伸部203和上腔罩板204为一个完整的部件。换句话说，上腔罩200一体成形有第一延伸部201、第二延伸部203和上腔罩板204。由此，本申请的气相沉积装置1在保持功能不变的情况下，部件数量得以减少，从而简化了装配，并且提高了密封性能。
在一个优选的实施例中，上腔罩板204为透明；第二延伸部203和第一延伸部201为非透明，以阻挡红外线。这样，即使红外线照射到第二延伸部203，也会被第二延伸部203阻挡而不能射出。由此，可进一步防止红外线照射到密封圈202上，从而进一步减慢密封圈202的老化速度，进一步减少停机频率。在一个具体的实施例中，上腔罩200的上腔罩板204、第二延伸部203和第一延伸部201均是由石英材料制成，但是第二延伸部203和第一延伸部201在其内部形成有很多气泡，这使得第二延伸部203和第一延伸部201变得不能使红外线透过。
还如图1所示，下腔罩组件100包括下腔罩体104、自下腔罩体104沿径向向外延伸的第三延伸部102和下腔罩环103。第三延伸部102支撑下腔罩环103，且下腔罩环103上设置有与第二延伸部203相配合的配合接口105，从而上腔罩板204、第二延伸部203、下腔罩环103以及下腔罩体104围成反应腔300。在这种情况下，支撑环400处于第三延伸部102和第一延伸部201之间。
在工艺过程中，待处理的器件330与上腔罩板204之间形成反应区120，待处理的器件330与下腔罩体104之间形成清洗区121。此外，应理解的是，下腔罩环103、第三延伸部102和下腔罩体104为一体成型，也可以将第三延伸部102和下腔罩体104一体成型，而下腔罩环103为分体结构。
此外，下腔罩体104为透明件，第三延伸部102为非透明件。与上腔罩200材质类似，下腔罩体104和第三延伸部102均是由石英材料制成，但是在第三延伸部102在其内部形成有很多气泡，这使得第三延伸部102变得不能使红外线透过。此外，下腔罩环103也是由石英材料制成，并且与第三延伸部102类似也不透明。由此，可以极大地降低红外线从反应腔300中射出，从而提高加热效率。
如图2所示，第二延伸部203与下腔罩环103之间存在第一间隙301；在上腔罩200的第二延伸部203的外表面上构造有第一进气凹槽205；第一进气凹槽205与第一间隙301连通而形成第一进气通道310。这样，通过第一进气通道310可向反应腔300(或反应区120)内通入用于载送工艺气体的保护气体(也称之为载气)，例如氢气。第一间隙301形成为第一进气通道310的一部分，这避免了在下腔罩组件100和/或上腔罩200上构造贯穿孔，从而极大地简化了下腔罩组件100和上腔罩200的制造。
另外，如图3所示，上腔罩200整体为圆环形，因此第二延伸部203整体也为圆环形，下腔罩环103的配合接口110与第二延伸部203的形状相匹配。第一进气凹槽205为沿第二延伸部203的外表面周向延伸的圆形凹槽。这样，上腔罩200与下腔罩环103的配合没有方向性，从而可容易地将上腔罩200与下腔罩环103配合在一起，进而避免安装错误。
此外，还如图2所示，在支撑环400上构造有与第一进气凹槽205连通的第一进气口402。这样，可方便地从支撑环400的外部将气源(图中未示出)与第一进气通道310连通。
图4示意性地显示了气相沉积装置1的第二截面。应理解的是，第二截面的截面与图1所示的第一截面处于不同的角度。在图4所示的第二截面中，显示了在支撑环400上偏离第一进气口402构造有第二进气口403。在第二延伸部203与下腔罩环103之间偏离第一间隙301具有第二间隙302。第二进气口403与第二间隙302连通而形成第二进气通道320。这样，通过第二进气通道320可向反应腔300(或反应区120)内通入工艺气体，例如SiCl3或SiCl2。
另外，如图5所示，在支撑环400上构造有径向贯穿的容纳槽401，在容纳槽401内设置有进气插件410。第二进气口403构造在进气插件410中。具体地，进气插件410为独立于支撑环400的板体结构(如图6所示)，这样，可独立制备和维护体积较小的进气插件410，而不是体积较大的支撑环400，这降低了气相沉积装置1的制造和维护难度和成本。
优选地，第一进气通道310和第二进气通道320处于上腔罩200的同一侧，在上腔罩200的相对侧设置有出气口(图中未示出)，以使得反应腔300内的气流保持恒定，这有助于工艺气体在反应腔300内的器件上发生反应，并形成良好的沉积层。
在另一个优选的实施例中，如图4和5所示，沿径向向里的方向，第二间隙302形成扩口状，即，沿径向向里的方向，第二间隙302的截面积逐渐增大。从整体上看，类似于喇叭。例如，下腔罩环103的配合接口110为平面，而上腔罩200的第二延伸部203配合面210为倾斜面(如图5所示)；另外还以将下腔罩环103的配合接口110和第二延伸部203配合面210均构造为倾斜面；也可以仅将下腔罩环103的配合接口110构造为倾斜面，而第二延伸部203配合面210构造为平面。这种扩口状的第二间隙302有助于进入反应腔300的工艺气体的速度降低，从而使得反应腔300内的气流稳定，这有助于工艺气体在反应腔300内的器件上发生反应，并形成良好的沉积层。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种气相沉积装置，其特征在于，包括：
下腔罩组件；
上腔罩，所述上腔罩装配在所述下腔罩组件的上方，包括上腔罩板、自所述上腔罩板沿径向向外延伸的第一延伸部和自所述上腔罩板沿轴向且向所述下腔罩组件延伸的第二延伸部，且所述第一延伸部在高度上处于所述上腔罩板的上方，所述第二延伸部与所述下腔罩组件的配合接口相配合，所述上腔罩板、下腔罩组件和第二延伸部围成反应腔；
支撑环，其在轴向上设置在所述第二延伸部与所述下腔罩组件之间；
第一密封圈，所述第一密封圈设置在所述第一延伸部与所述支撑环之间；
所述下腔罩组件包括下腔罩环，所述下腔罩环上设置有与所述第二延伸部相配合的配合接口；
在所述第二延伸部与所述下腔罩环之间存在第一间隙，
在所述上腔罩的第二延伸部外表面上构造有第一进气凹槽，所述第一进气凹槽与所述第一间隙连通而形成第一进气通道，所述第一进气通道用于保护气体流通；
所述支撑环在径向上处于所述第二延伸部的外侧，并且在所述支撑环上设置有径向延伸的第一进气口，所述第一进气口与所述第一进气凹槽连通；
在所述第二延伸部与所述下腔罩环之间且偏离所述第一间隙还存在有第二间隙，在所述支撑环上偏离所述第一进气口构造有第二进气口，
所述第二进气口与所述第二间隙连通而形成第二进气通道，所述第二进气通道用于工艺气体流通。
2.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，所述下腔罩组件包括下腔罩体和自所述下腔罩体沿径向向外延伸的第三延伸部，其中所述第三延伸部支撑所述下腔罩环，所述上腔罩板、所述第二延伸部、所述下腔罩环以及所述下腔罩体围成所述反应腔。
3.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，所述第二延伸部呈圆环形，所述第一进气凹槽为沿所述第二延伸部的外表面周向延伸的环形凹槽。
4.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，所述上腔罩板为透明件，所述第一延伸部和所述第二延伸部均为非透明件。
5.根据权利要求2所述的气相沉积装置，其特征在于，所述下腔罩体为透明件，所述第三延伸部为非透明件。
6.根据权利要求1所述的气相沉积装置，其特征在于，在所述支撑环上构造有径向贯穿的容纳槽，在所述容纳槽内设置有进气插件，所述第二进气口构造在所述进气插件中。
7.根据权利要求6所述的气相沉积装置，其特征在于，沿径向向里的方向，所述第二间隙呈扩口状。
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