CN112760708A - 排气装置及化学气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种排气装置及化学气相沉积设备，排气装置应用于化学气相沉积设备，包括排气座体和排气管道，其中，排气座体包括套置的内层通道壁和外层通道壁，内层通道壁围出第一排气通道，内层通道壁与外层通道壁间隔形成第一保温腔；排气管道包括内层管道壁和外层管道壁，内层管道壁围出第二排气通道，内层管道壁与外层管道壁间隔形成第二保温腔；第一排气通道的输入端用于与化学气相沉积设备的反应腔室的排气口连接，第一排气通道的输出端与第二排气通道的输入端连接，第二排气通道的输出端与尾气处理装置连接。本发明实施例提供的排气装置及化学气相沉积设备，能够减少在排气座体中沉积的固态副产物，避免产生的反应副产物堵塞排气座体。

Description

排气装置及化学气相沉积设备

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种排气装置及化学气相沉积设备。

背景技术

化学气相沉积外延生长是指将反应气体输送到反应腔室，通过加热等方式，使之在反应腔室中发生反应，并沉积在衬底上形成单晶层。在这个过程中，反应气体会在反应腔室中分解出用于沉积的原子以及其他反应副产物，其中，大量反应副产物需要通过与反应腔室的排气口连接的排气装置进入尾气处理装置。

在进行工艺时，反应腔室中反应区域的温度较高，而其他区域的温度越远离该反应区域越低。例如，上述排气装置中，与排气口连接的排气座体以及与之连接的排气管道均距离反应区域较远，温度相对较低，而由于温度越低，反应副产物沉积速度越快，这导致在排气座体中沉积的固态副产物会不断增加，很容易造成排气座体堵塞。而且当固态副产物增加到一定程度，一旦排气座体产生轻微的扰动，就可能会造成固态副产物的返灌问题，导致反应腔室中的颗粒增加，进而严重影响产品质量。

发明内容

本发明实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种排气装置及化学气相沉积设备，其能够减少在排气座体中沉积的固态副产物，避免产生的反应副产物堵塞排气座体。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种排气装置，应用于化学气相沉积设备，其特征在于，包括排气座体和排气管道，其中，

所述排气座体包括套置的内层通道壁和外层通道壁，所述内层通道壁环绕构成第一排气通道，所述内层通道壁与所述外层通道壁间隔形成封闭的第一保温腔；

所述排气管道包括内层管道壁和外层管道壁，所述内层管道壁环绕构成第二排气通道，所述内层管道壁与所述外层管道壁间隔形成封闭的第二保温腔；

所述第一排气通道的输入端用于与所述化学气相沉积设备的反应腔室的排气口连接，所述第一排气通道的输出端与所述第二排气通道的输入端连接，所述第二排气通道的输出端用于与尾气处理装置连接。

可选的，所述排气装置还包括气压调节机构，所述气压调节机构用于通过对所述第一保温腔和所述第二保温腔进行抽气或通气来调节所述第一保温腔和第二保温腔的压力。

可选的，所述第一保温腔与所述第二保温腔相互连通；并且，在所述外层管道壁和/或外层通道壁上设置有通气孔，所述气压调节机构与所述通气孔连接，用以经由所述通气孔进行抽气或通气。

可选的，所述气压调节机构包括抽气管路、进气管路和抽气泵，其中，所述抽气管路和所述进气管路的一端均与所述通气孔连接，所述抽气管路的另一端与所述抽气泵连接；所述进气管路的另一端用于与调压气体源连接；在所述抽气管路和所述进气管路上分别设置有第一通断阀和第二通断阀。

可选的，所述气压调节机构还包括真空管道，所述真空管道的一端与所述通气孔连接；所述真空管道的另一端与所述抽气管路和所述进气管路的一端连接；并且，在所述真空管道上设置有压力检测元件，用以检测所述真空管道中的压力值。

可选的，所述排气装置还包括压力控制单元，所述压力控制单元用于根据所述压力检测元件检测的所述真空管道中的压力值，控制开启或关闭所述第一通断阀和第二通断阀，以使所述压力值达到预设的目标压力值。

可选的，在所述内层通道壁和外层通道壁之间连接有测温管道，所述测温管道的一端与所述外层通道壁的外部相连通，所述测温管道的另一端与所述内层通道壁连接。

可选的，所述排气装置还包括温度传感器和温度控制单元，其中，所述温度传感器用于通过所述测温孔实时检测所述内层通道壁的温度值，并发送至所述温度控制单元；所述温度控制单元用于根据所述温度值控制所述气压调节机构对所述第一保温腔和所述第二保温腔进行抽气或通气，以使所述温度值达到预设的目标温度值。

可选的，所述排气座体和所述排气管道均由不锈钢制成。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种化学气相沉积设备，包括反应腔室和与所述反应腔室的排气口连接的排气装置，其特征在于，所述排气装置采用上述排气装置。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的排气装置，其通过将排气座体的通道壁和排气管道的管道壁均设置为内外两层，可以在排气座体中的排气通道和排气管道的周围分别形成第一保温腔和第二保温腔。由于第一保温腔和第二保温腔的导热速率较低，这可以降低排气座体中的排气通道和排气管道与外界的热交换速率，以将排气座体中的排气通道的内部维持在较高的温度，从而可以减少反应副产物在排气座体中的排气通道的内部的沉积速率，进而避免产生的反应副产物堵塞排气座体。而且，通过将排气座体的通道壁和排气管道的管道壁均设置为内外两层，在起到保温作用的基础上，还可以降低维护难度，缩短维护周期。

本发明实施例提供的化学气相沉积设备，其通过采用本发明实施例提供的上述排气装置，不仅可以减少反应副产物在排气座体中的排气通道的内部的沉积速率，进而避免产生的反应副产物堵塞排气座体，而且可以降低维护难度，缩短维护周期。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的化学气相沉积设备的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的排气装置的剖视图；

图3为本发明实施例2提供的排气装置的剖视图；

图4为本发明实施例3提供的排气装置的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明，本发明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发明的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，本实施例中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明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。

下面结合附图以具体的实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

实施例1

请参阅图1，本实施例提供一种排气装置，应用于化学气相沉积设备，该化学气相沉积设备用于使工艺气体经过化学气相沉积法在衬底上沉积形成单晶层，其包括反应腔室200、进气装置300和排气装置100。其中，进气装置300与反应腔室200的进气口210相连，排气装置100与反应腔室200的出气口220相连。工艺气体在反应腔室200的反应区中受热并发生反应，但反应结束后待排出气体在经过温度较低的出气口220处时，会因较低的温度发生沉积产生固态副产物。

请参阅图2，本实施例提供的排气装置100包括排气座体1和排气管道2，其中，排气座体1中设置有排气通道14，排气通道14的输入端与上述化学气相沉积设备的反应腔室的排气口连接，排气通道14的输出端与排气管道2的输入端连接；排气管道2的输出端用于与尾气处理装置(图中未示出)连接。尾气处理装置例如为厂务排气管道。

具体地，排气座体1包括内层通道壁11和外层通道壁12，内层通道壁11构成排气通道14，而外层通道壁12套设在内层通道壁11的周围，且内外两层通道壁之间的间隔形成封闭的第一保温腔13。上述第一保温腔13中可以处于真空状态，或者填充有空气或者其他气体，其热传导速率较低，从而可以降低内层通道壁11与外界的热交换速率，进而可以将排气通道14的内部维持在较高的温度。这样，可以减少反应副产物在排气座体1中的排气通道14的内部的沉积速率，进而避免产生的反应副产物堵塞排气座体1。

排气管道2包括内层管道壁21和外层管道壁22，内层管道壁21的构成排气管路24，而外层管道壁22套设在内层管道壁21的周围，且内外两层管道壁间隔形成封闭的第二保温腔23。上述第二保温腔23中可以处于真空状态，或者填充有空气或者其他气体，其热传导速率较低，从而可以降低内层管道壁21与外界热交换的速率，进而可以将排气管路24的内部维持在较高的温度，这样可以减少反应副产物在排气管道2中排气管路24的内部的沉积速率，进而产生的固态副产物堵塞排气管道2。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做出的改进。如图3所示，本实施例提供的排气装置同样包括排气座体1和排气管道2，二者的结构和功能与上述实施例1相同。由于在上述实施例1中已有了详细地描述，在此不再赘述。下面仅对本实施例与上述实施例1之间的区别进行详细描述。

具体地，排气装置还包括气压调节机构3，该气压调节机构3能够通过对第一保温腔13和第二保温腔23进行抽气或通气来调节第一保温腔13和第二保温腔23的压力。

当气压调节机构3对第一保温腔13和第二保温腔23进行抽气时，第一保温腔13和第二保温腔23中的气体分子数量减少，由于气体分子数量越少，排气座体1和排气管道2的内部与外界的热交换速率越低，利用气压调节机构3对第一保温腔13和第二保温腔23进行抽气能够降低排气座体1和排气管道2与外界的热交换速率；反之，当气压调节机构3向第一保温腔13和第二保温腔23通气时，第一保温腔13和第二保温腔23中的气体分子数量增多。由于气体分子数量越多，排气座体1和排气管道2的内部与外界的热交换速率越高，利用气压调节机构3对第一保温腔13和第二保温腔23进行通气能够提高排气座体1和排气管道2与外界的热交换速率。由此，利用气压调节机构3对第一保温腔13和第二保温腔23进行抽气或通气，可以调节排气座体1和排气管道2与外界的热交换速率，以满足不同的需要。例如，通过提高排气座体1和排气管道2与外界的热交换速率，可以将排气通道14的内部维持在较高的温度，从而可以减少反应副产物在排气座体中的排气通道的内部的沉积速率；又如，通过降低排气座体1和排气管道2与外界的热交换速率，可以适用于一些较为特殊的化学气相沉积工艺，例如工艺气体遇热发生沉积的化学气相沉积工艺，从而可以扩大排气装置的应用范围。

在一些实施例中，第一保温腔13和第二保温腔23的压力范围可以为0-100KPa，在该范围内，可以有效减少反应副产物在排气座体中的排气通道的内部的沉积速率，从而可以避免产生的反应副产物堵塞排气座体。

在本实施例中，如图3所示，第一保温腔13与第二保温腔23相互连通，形成一个整体密闭的腔体，以使气压调节机构3能够同时调整第一保温腔13与第二保温腔23的内部压力，从而不仅可以为压力调节提供方便，而且还可以简化设备结构，降低设备成本。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，第一保温腔13与第二保温腔23也可以相互隔离，在这种情况下，可以设置两个气压调节机构分别独立地对第一保温腔13与第二保温腔23中的压力进行调节。

在一些实施例中，外层通道壁12或外层管道壁22上设置有通气孔16，气压调节机构3与通气孔16连接，用以经由通气孔16进行抽气或通气。其中，由于第一保温腔13与第二保温腔23相互连通，两个保温腔中各处的气压都相同，通气孔16可以设置在外层通道壁12或外层管道壁22上的任意位置。当然，若第一保温腔13与第二保温腔23相互隔离，则需要在第一保温腔13与第二保温腔23上分别设置通气孔。

气压调节机构3的结构可以有多种，例如，在本实施例中，气压调节机构3包括抽气管路31、进气管路32和抽气泵33，其中，抽气管路31和进气管路32的一端均与通气孔16连接，抽气管路31的另一端与抽气泵33连接，而进气管路32的另一端用于与调压气体源34连接。在一些实施例中，调压气体可以选用氮气、压缩空气等气体，调压气体源34可以为厂务吹扫管路。

在一些实施例中，在抽气管路31和进气管路32上分别设置有第一通断阀311和第二通断阀321。其中，第一通断阀311用于控制抽气管路31的通断。当第一通断阀311开启，而第二通断阀321关闭时，抽气泵33能够经由抽气管路31对第一保温腔13与第二保温腔23进行抽气；当第一通断阀311关闭，而第二通断阀321开启时，调压气体源34提供的调压气体能够经由进气管路32通入第一保温腔13与第二保温腔23。

在一些实施例中，气压调节机构3还包括真空管道18，真空管道18的一端与通气孔16连接；真空管道18的另一端与抽气管路31和进气管路32的一端连接。借助真空管道18，可以更方便地实现与通气孔16的密封连接。

在一些实施例中，在真空管道16上设置有压力检测元件4，用以检测真空管道16中的压力值。由于真空管道16与第一保温腔13和第二保温腔2相连通，真空管道16的内部压力值与第一保温腔13和第二保温腔23的内部压力值相等。

在一些实施例中，排气装置还包括压力控制单元(图中未示出)，压力控制单元用于根据压力检测元件4检测的真空管道中16的压力值，控制开启或关闭第一通断阀311和第二通断阀321，以使第一保温腔13和第二保温腔23的内部压力值达到预设的目标压力值，由此可以实现压力的自动控制。在一些实施例中，第一通断阀311和第二通断阀321为电磁阀等自动控制阀门。

在一些实施例中，在排气座体1的两层通道壁之间连接有测温管道17，测温管道17的一端与外层通道壁12的外部相连通，测温管道17的另一端与内层通道壁11连接，以使内层通道壁11的外表面暴露出来，从而便于对内层通道壁11进行测温。由于内层通道壁11直接与排气通道14内部接触，内层通道壁11的温度与排气通道14内部的工艺气体的温度相近，因此可以根据检测到的内层通道壁11的表面温度，对第一保温腔13和第二保温腔23的内部压力进行调节。

在一些实施例中，排气装置还包括温度传感器5和温度控制单元(图中未示出)，其中，温度传感器5用于通过测温管道17实时检测内层通道壁11的温度值，并发送至温度控制单元。具体的，温度传感器5可插设在测温管道17中，以与内层通道壁11的外表面相接触，从而检测内层通道壁11的温度。在一些实施例中，温度传感器可以选用热电偶等测温器。温度控制单元用于根据前述温度值控制气压调节机构3对第一保温腔13和第二保温腔23进行抽气或通气，以使内层通道壁11的温度值达到预设的目标温度值，从而实现对内层通道壁11温度的自动控制。

在一些实施例中，上述目标温度值的取值范围为120℃～180℃。在实际应用中，可以在首次安装排气装置时检测排气通道14内部的临界温度，该临界温度为待排出气体形成固态副产物时的最低温度，相应的目标温度值的取值范围应完全高于该临界温度。

在一些实施例中，排气座体1和排气管道2均由不锈钢制成，由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以由不锈钢制成的排气座体1和排气管道2可以避免被待排出气体腐蚀。但在实际生产中不限于此，可根据待排出气体的具体成分对排气座体1和排气管道2的材料进行选取，以防止其被腐蚀。

在一些实施例中，上述压力控制单元和温度控制单元可以集成为一个控制单元，该控制单元可以选用例如单片机等控制器。

实施例3

本实施例与上述实施例2相比，如图2所示，其区别仅在于：通气孔为两个。具体地，本实施例提供的排气装置，在外层通道壁12或外层管道壁22上分别设置有第一通气孔16A和第二通气孔16B。其中，抽气管路31的一端与第一通气孔16A连接；进气管路32的一端与第二通气孔16B连接；在这种情况下，抽气管路31和进气管路32可以相互独立。在实际应用中，通气孔的设置位置可以根据实际工作环境自由设定。

上述实施例提供的排气装置，其通过将排气座体的通道壁和排气管道的管道壁均设置为内外两层，可以在排气座体中的排气通道和排气管道的周围分别形成第一保温腔和第二保温腔。由于第一保温腔和第二保温腔的导热速率较低，这可以降低排气座体中的排气通道和排气管道与外界的热交换速率，以将排气座体中的排气通道的内部维持在较高的温度，从而可以减少反应副产物在排气座体中的排气通道的内部的沉积速率，进而避免产生的反应副产物堵塞排气座体。而且，通过将排气座体的通道壁和排气管道的管道壁均设置为内外两层，在起到保温作用的基础上，还可以降低维护难度，缩短维护周期。

实施例4

本实施例提供一种化学气相沉积设备，其包括反应腔室和与反应腔室的排气口连接的排气装置，其中，该排气装置采用上述任一实施例提出的排气装置。

上述实施例提供的化学气相沉积设备，其通过采用本发明实施例提供的上述排气装置，不仅可以减少反应副产物在排气座体中的排气通道的内部的沉积速率，进而避免产生的反应副产物堵塞排气座体，而且可以降低维护难度，缩短维护周期。

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。

Claims (10)

1.一种排气装置，应用于化学气相沉积设备，其特征在于，包括排气座体和排气管道，其中，

所述排气座体包括套置的内层通道壁和外层通道壁，所述内层通道壁环绕构成第一排气通道，所述内层通道壁与所述外层通道壁间隔形成封闭的第一保温腔；

所述排气管道包括内层管道壁和外层管道壁，所述内层管道壁环绕构成第二排气通道，所述内层管道壁与所述外层管道壁间隔形成封闭的第二保温腔；

所述第一排气通道的输入端用于与所述化学气相沉积设备的反应腔室的排气口连接，所述第一排气通道的输出端与所述第二排气通道的输入端连接，所述第二排气通道的输出端用于与尾气处理装置连接。

2.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，所述排气装置还包括气压调节机构，所述气压调节机构用于通过对所述第一保温腔和所述第二保温腔进行抽气或通气来调节所述第一保温腔和第二保温腔的压力。

3.根据权利要求2所述的排气装置，其特征在于，所述第一保温腔与所述第二保温腔相互连通；并且，在所述外层管道壁和/或外层通道壁上设置有通气孔，所述气压调节机构与所述通气孔连接，用以经由所述通气孔进行抽气或通气。

4.根据权利要求3所述的排气装置，其特征在于，所述气压调节机构包括抽气管路、进气管路和抽气泵，其中，所述抽气管路和所述进气管路的一端均与所述通气孔连接，所述抽气管路的另一端与所述抽气泵连接；所述进气管路的另一端用于与调压气体源连接；在所述抽气管路和所述进气管路上分别设置有第一通断阀和第二通断阀。

5.根据权利要求4所述的排气装置，其特征在于，所述气压调节机构还包括真空管道，所述真空管道的一端与所述通气孔连接；所述真空管道的另一端与所述抽气管路和所述进气管路的一端连接；并且，在所述真空管道上设置有压力检测元件，用以检测所述真空管道中的压力值。

6.根据权利要求5所述的排气装置，其特征在于，所述排气装置还包括压力控制单元，所述压力控制单元用于根据所述压力检测元件检测的所述真空管道中的压力值，控制开启或关闭所述第一通断阀和第二通断阀，以使所述压力值达到预设的目标压力值。

7.根据权利要求2所述的排气装置，其特征在于，在所述内层通道壁和外层通道壁之间连接有测温管道，所述测温管道的一端与所述外层通道壁的外部相连通，所述测温管道的另一端与所述内层通道壁连接。

8.根据权利要求7所述的排气装置，其特征在于，所述排气装置还包括温度传感器和温度控制单元，其中，所述温度传感器用于通过所述测温孔实时检测所述内层通道壁的温度值，并发送至所述温度控制单元；

所述温度控制单元用于根据所述温度值控制所述气压调节机构对所述第一保温腔和所述第二保温腔进行抽气或通气，以使所述温度值达到预设的目标温度值。

9.根据权利要求8所述的排气装置，其特征在于，所述排气座体和所述排气管道均由不锈钢制成。

10.一种化学气相沉积设备，包括反应腔室和与所述反应腔室的排气口连接的排气装置，其特征在于，所述排气装置采用权利要求1-9任意一项所述的排气装置。

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