CN114990526A - 装有排气模组单元的大容量cvd设备 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于装有气体注入模块单元的大容量化学气相沉积设备，形成了一个或多个气体注入模块单元和一个或多个气体排出部，并且在生长腔室内部安装了多种大小和形状的器材，气体排出部包含多个排气口的排气盒子，其上部以多数个排气口并附接到生长腔室的旋转轴，形成可旋转的旋转排气板的排气模组单元的大容量CVD设备，通过控制固定在排气盒子的一个以上的排气口和一个以上的旋转排气板的位相，对未反应的工艺气体及排气的排气位置、排气流动或排气量进行调节，并调节CVD生长腔室内的工艺气体的残留时间来制造均匀厚度及特性的多晶碳化硅厚膜或成形体为特征。
Description
技术领域
本发明涉及大容量化学气相沉积设备技术领域，特别涉及一种装有排气模组单元的大容量CVD设备。
背景技术
一般来说，碳化硅作为一种强大的共聚物，在高温及低压下以高纯度单晶或多晶粉末的形态制作，通过多种烧结技术制造成块状形态的部件，特别是通过高纯度粉末的升华，单晶碳化硅晶片制作技术得到发展，并引领碳化硅半导体产业的发展。另外，最近随着半导体技术的超高集成化及超细化技术的发展，为了提高半导体制造工艺中使用的工艺设备及零部件特性、以及提高收率和降低最终制造成本，作为半导体工艺设备零部件的多晶碳化硅成型体的使用正在增加。
为了通过大容量CVD方法形成均匀的薄膜及厚膜，有必要将反应气体种类、气体混合比率、气体混合均匀度及反应腔室的气体注入方法、沉积温度及腔室内温度均匀度或温度梯度、沉积压力、反应气体流速及反应腔室内器材的流动速度分布、沉积速度、反应腔室的结构、反应性气体及反应副产物排气及腔室内器材的装载方式等多种工艺条件进行优化。其中，在CVD反应腔室内均匀地注入和喷射原料气体，在大容量CVD反应腔室内装载的所有器材的均匀分布是十分重要的。特别是，必须向装载在大容量CVD反应腔体内各种形态和大小的器材上均匀地供应原料气体，需要调节层流(Laminar Flow)、湍流 (TurbulentFlow)或层流和湍流的混合流动等，未反应的原料气体及反应副产物气体必须通过排气口及时排出。
为了实现均匀沉积，在大容量CVD反应腔室内设置了多个气体供给喷嘴，从反应腔室的上部到下部或下部到上部，或侧面到侧面，或侧面到下部，或下部到上部，再从向下部注入原料气体并调节其流向，均匀地将反应气体供给到器材的多种方式(美国授权专利5,474,613, 美国授权专利6,299,683)或利用在大型CVD反应腔室内多数独立的三角形内部腔室结构，以反应气体流动的垂直方向形成放射状碳化硅成形体的方式（美国授权专利5,354,580），或在大容量CVD反应腔室内，以水平方式注入或排出反应气体，在垂直于反应气体流动的牺牲器材正面大量制造出的碳化硅成形体装置(韩国授权专利10-1631796，10-2056705，10-2297741)等方法或装置得到开发。一般来说,在大容量CVD厚膜沉积期间，通过将器材或叠层器材进行旋转的方法，使多晶碳化硅厚膜沉积更加均匀，但是用于大量生产的大容量CVD设备在反应腔室内安装了数十到数百个器材，由于是在高温下进行CVD工艺，因此很难将原料气体均匀地供应到各种形态和大小的器材表面，考虑到装载的高重量器材和用于固定这些器材的石墨部件等的重量，仅适用于将器材进行低速旋转的结构，这样很难实现高收益高效率的厚膜均匀沉积或生长。
且大容量CVD设备一般在生长腔室内形成均匀的气体流动及分布，并进行均匀厚度的厚膜及生长工艺，但是通过在生长腔室下端或下端侧面形成的气体排出口排出大量的高温未反应工艺气体及排气的过程中，排气形成不均匀的气体流动，尤其由于排气出口部分的气体量及浓度增加，会在排气出口部分附近的器材上出现更厚的厚膜及形成体制作的问题，目前，为了解决这一问题，正在进行多种尝试。
发明内容
为了解决上述传统技术的问题，本发明配置了能够均匀排放MTS、氢气、氮气、氩气等未反应混合工艺气体及排放气体能够均衡排出的排气模组单元的大容量CVD设备，其目的在于对大容量CVD成长腔室的整个空间进行控制，使其保持最优化的反应气体供给、流动和分布，通过调节排气模组单元上设置的排气盒子的固定排气口和排气板的旋转排气口的位相差异对排气的位置、排气流动或排气量进行控制，制造均匀厚度及特性的多晶碳化硅厚膜或成形体的装有排气模组单元的大容量CVD设备。
为了达到上述目的，安装有排气模组单元的该大容量CVD装置，其排气模组单元是通过控制生长腔室气体注入部，形成的未反应工艺气体和排气则会通过排气出口部排放到生长腔室外部之前所聚集气体在排出部的一部分装置，其位于生长腔室的下部，由排气盒子和旋转基板组成，排气盒子和排气板以具有多种大小和形状的多个排气口的结构组成。通过调节排气板上的旋转排气口与排气盒子上固定排气口的相位差，可控制向生长腔底部的气体排气口的未反应工艺气体及尾气的排气位置、流量或排气量。其特点是通过控制工艺气体在腔室内的残留时间，从而制造出均匀厚度和特性的多晶硅厚膜或成形体。
一般来说，大容量CVD设备的生长腔室内排气流动会形成固定的不均匀特性的排气流，但利用排气板的旋转排气口的位相变化形成排气流，在气体排出部附近的各种大小和形状的器材上均可形成气体流动。通过调节排气板和排气盒子的排气口数、大小、形状或位置，可以形成多种排气流、分布及排气量，尤其是可以控制生长腔室内工艺气体的残留时间，可以制造厚度均匀和特性的多晶碳化硅厚膜及成型体。
另外，本发明的排气挡板单元装置，不仅可以用于多晶碳化硅，还可用于制造碳化硼(硼碳化物，B4C)、钽碳化物(TaC)、碳化钨(WC)等多种物质制造出的厚膜或成形体的高温大容量CVD设备。
根据本发明实施例的装有排气模组单元的大容量CVD设备，本发明由具有多个旋转排气口的旋转板及具有多个固定排气口的排气盒子形成排气模组单元的大容量CVD设备，是可调节生长腔室内部的混合工艺气体及排气的流动、分布及排气量，在生长腔室内维持均衡的最优化的工艺气体残留时间，在多样形态和大小的器材面上制造出均匀的厚度和特性的多晶碳化硅厚膜或成形体的效果。
要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。
附图说明
图1为根据本发明实施例装有排气模组单元的大容量CVD设备的生长腔室的正面剖面图。
图2为根据本发明实施例装有排气模组单元的大容量CVD设备的生长腔室下端组成的排气模组单元的外形图。
图3为根据本发明实施例装有排气模组单元的大容量CVD设备的生长腔室下部组成的排气模组单元及其上部叠层的石墨器材的结构图。
图4为根据本发明实施例装有排气模组单元的大容量CVD设备的排气模组单元的多样大小的排气板的旋转排气口和排气盒子的固定排气口的第一实施例的上部正面图。
图5为根据本发明实施例装有排气模组单元的大容量CVD设备的排气模组单元的多样大小的排气板的旋转排气口和排气盒子的固定排气口的第二实施例的上部正面图。
具体实施方式
以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。
首先，将结合图1~5描述根据本发明实施例的装有排气模组单元的大容量CVD设备，用于对工艺腔室的排气的流动、分布或排气量调节，从而制造出均匀厚度及特性的多晶碳化硅后膜或成形体的大容量化学气相沉积设备，其应用场景很广。
图1是根据本发明实施例，对装有排气模组单元300的大容量CVD设备的生长腔室100的正面剖面图。
根据本实施例，大容量CVD设备作为可以在生长腔室100内大量设置安装多种形态和大小器材110的大容量CVD设备，尤其是用于沉积或生长多晶碳化硅厚膜的大容量CVD设备，这类大容量CVD设备的生长腔室100在侧面或上部形成多个气体注入部200，生长腔室100下端部或侧面可形成排气模组单元300及排气出口部400，在生长腔室100内反应气体形成湍流或层流。
图1所示的大容量CVD设备的生长腔室100下部，形成包含下部面中央或外围有多数个器材110的旋转轴120相连的多数个旋转排气口330并形成排气板320，排气板320的下部有包含多数个固定排气口331的排气盒子310组成的排气模组单元300形成。
以下根据本实施例，对通过多晶碳化硅厚膜沉积或生长，来制造各种大小和形状的厚碳化硅成形体，并装有可调节排气流动、分布及排气量调节的排气模组单元的大容量CVD设备进行相关内容的说明，但并不以此受限，也可以适用于碳化硼(硼化钾、B4C)、钽化钾(TaC)等多种物质的沉积或生长。
图2是根据本发明的实施例，在装有排气模组单元的大容量CVD设备的生长腔室100下端组成的排气模组单元300的外形图。在生长腔室100下部形成生长腔室100内部聚集排气的排气盒子310，连接到生长腔室100内部的多个旋转轴120贯穿排气盒子310的一部分，扩展到生长腔室100内部。另外，排气盒子310上部还连接有固定在旋转轴120上可旋转的排气板320，并与旋转轴120以相同的速度旋转。
由多个固定排气口331组成的排气盒子310和由多个旋转排气口330组成的排气板320组成的排气模组单元300由排气板320旋转，通过排气板320的旋转排气口330与排气盒子310的固定排气口331一致或部分一致或不一致的过程，使得旋转排气口330与固定排气口331连通开始排气，再使得旋转排气口330与固定排气口331不在连通关闭不在排气。利用这样排气的开闭，不是制造固定在生长腔室100下端的排气领域并停滞的不均匀的排气流，而是形成以生长腔室100下端的中央为中心分散或旋转的层流或混合流，从而形成均匀的排气流。
具体来说，工艺气体和排气朝着位于生长腔室100下端中央或侧面的排气出口部400，根据生长腔室100的工艺压力或排气压力，通过内部设置的各种形态和大小的器材110流向排气出口部400。通过对气体注入部200的调节来调节生长腔室100的内部气体压力、流动及分布，根据工艺压力或排气压力、气体排气等特性，工艺气体及排气的流动及分布也会受到很大影响，其特别是只有优化工艺气体及排气在生长腔室100的采流时间，才能实现特性和厚度均匀的多晶碳化硅沉积及生长。
当通过生长腔室100的下端中央或侧面的排气出口部400形成排气集中的气流时，未反应工艺气体和排气量增加，因此排气出口部400附近的温度会比其他区域高，最终导致厚膜或生长的厚膜厚度变厚。另外，随着调节生长腔室100内最佳工艺气体的流动、分布及残留时间的难度增加，而且根据生长腔室100内的位置，厚膜厚度的不均匀性会增加，因此调节未反应工艺气体及排气的排气流及速度至关重要。
图3是根据本发明的实施例，在装有排气模组单元的大容量CVD设备的生长腔室100下部组成的排气模组单元300及其上部叠层的石墨器材110的结构图。
从生长腔室100下部扩张到生长腔室100内部的多个旋转轴120上堆积着多种形态和大小的石墨器材110。各个旋转轴120的旋转速度最好在1RPM以下，排气板320的旋转排气口330及排气盒子310的固定排气口331的大小和位置可以相同或者不同，旋转排气口330及以及固定排气口331的位置均位于石墨器材(110)的外部，但也可以位于其内部。
图4~5是根据本发明的实施例，排气模组单元300的多样大小的排气板320的旋转排气口330和排气盒子310的固定排气口331的两种实施方式正面图。
在生长腔室100下部形成了一个固定的排气盒子310，排气盒子310通过生长腔室100下部或下部侧面连接到外部的排气出口部400，排气盒子310的上面形成多个固定排气口331，排气盒子310的上部有固定在旋转轴120上旋转着的排气板320，在排气板320上也形成多个旋转排气口330。由于旋转轴120的旋转，排气板320的旋转排气口330与下部的排气盒子310的固定排气口331的位置变得相同，使得排气流过，随着旋转排气口330与固定排气口331位置不同或位置改变，则排气就会变得不畅。
在图4中，左侧的排气情况为排气板320的圆形的旋转排气口330，下部的排气盒子310形成了小尺寸的圆形的排气口331。此时，左测上部的排气板320的旋转排气口330与排气盒子310的固定排气口331一致，排气从排气盒子310的固定排气口331进行，与右测上部的旋转排气口330不一致，则无法排气，中间下部的固定排气口331与旋转排气口330通过部分一致的排气部分进行排气。旋转轴120旋转期间固定排气口331与旋转排气口330完全一致，排气流动的位置从左上角向右上角、中间下部向顺时针方向进行。通过这样的排气过程，可以形成旋转的排气流，还可以调节固定排气口331与旋转排气口330的大小和位置，进而调节排气量。
如图5所示，在排气板320上形成了椭圆形的旋转排气口(330)，可以比图4有更长的排气时间和排掉更多的排气量，可以进一步增加一致的旋转排气口330的数量或调节旋转排气口330的排气位置及排气量。另外，通过气体注入部200调节生长腔室100内部的工艺气体的流动和分布的功能，还可以通过调节排气流和分布来调节最优化的处理气体的残留时间。
如上所述，本发明在大容量CVD设备的生长腔室100下部形成多个固定排气口331的排气盒子310，以及包括具有多个旋转排气口330的排气板320的排气模组单元300，通过调节一致固定排气口331与旋转排气口330的位置、大小或形状，来保持生长腔室100内排气均匀的排气流动及分布，从而可以制造出具有均匀厚度和特性的多晶碳化硅厚膜及成形体。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种装有排气模组单元的大容量CVD设备，其特征在于，包含：一个以上的气体注入部和一个以上的气体排出部，内部安装了器材的CVD工艺生长腔室，以及控制设备动作的控制部；
所述生长腔室下部装置的气体排出部包含排气模组单元及下部或侧面装置的排气出口部；
所述排气模组单元是固定于器材的旋转轴，通过可旋转的排气板的排气口吸附未反应的工艺气体及排气，通过排气板下部的排气盒子的多个排气口，再通过所述生长腔室的排气出口部向外排出；
所述排气板的多数个旋转排气口及排气盒子的多数个固定排气口的位相调节，对排气的排气位置、排气流动或排气量进行调节。
2.如权利要求1所述装有排气模组单元的大容量CVD设备，其特征在于，所述生长腔室是旋转多数个器材的旋转轴贯通所述排气盒子向生长腔室扩张；
所述排气盒子与下面或侧面的排气出口部相连，使排气向外部排放。
3.如权利要求1所述装有排气模组单元的大容量CVD设备，其特征在于，所述生长腔室下部装置的气体排出部的排气模组单元是一个以上的圆筒形或多角形六面体的排气盒子形成；
所述排气盒子的上面是多数个圆形或多角形模样的固定排气口；
所述排气盒子的上部由旋转轴从属的可旋转的圆形的排气板形成；
所述排气板的上面是多数个圆形或多角形模样的旋转排气口。
4.如权利要求3所述装有排气模组单元的大容量CVD设备，其特征在于，所述排气板的多数个旋转排气口的大小和模样是所述排气盒子的固定排气口相同或不同大小和模样。
5.如权利要求3所述装有排气模组单元的大容量CVD设备，其特征在于，所述排气盒子的一个以上的固定排气口和所述排气板的一个以上的旋转排气口一致，并且排气吸附至排气盒子；
所述排气盒子的固定排气口和所述排气板的旋转排气口一个以上的位相一致，但位相一致的位置不同；
所述排气板的旋转排气口，按旋转轴的旋转速度旋转，排气板的旋转排气口的位置变化。
6.如权利要求5所述装有排气模组单元的大容量CVD设备，其特征在于，通过调节所述排气盒子的固定排气口和所述排气板的旋转排气口同时一致或不一致，控制工艺气体在生长腔室内的残留时间。
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