CN115961346A - 大尺寸碳化硅外延气体供应装置及供应方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸碳化硅外延气体供应装置,包括内部具有通气腔的壳体,所述通气腔的中部通过主隔板围合而成有主通路,所述主通路的延伸方向与所述通气腔的延伸方向一致,所述主隔板的外壁与所述通气腔的内壁之间形成供氢气流通的外围旁路;所述主通路内平行设置有两个内横隔板,两所述内横隔板之间、所述主隔板的内壁与任一所述内横隔板的侧壁之间分别形成供前驱气体和掺杂气体流通的主气道。该大尺寸碳化硅外延气体供应装置能够优化大尺寸碳化硅外延片的浓度均匀性调整效果,并使得大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性得以相应优化。本发明还公开了一种应用了该大尺寸碳化硅外延气体供应装置的大尺寸碳化硅外延气体供应方法。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,特别涉及一种大尺寸碳化硅外延气体供应装置。本发明还涉及一种应用了该大尺寸碳化硅外延气体供应装置的大尺寸碳化硅外延气体供应方法。
背景技术
现有的4-6英寸碳化硅外延反应腔中,反应前驱气体流动的分布对沉积薄膜的性能和质量有决定性的影响。尤其在大尺寸碳化硅外延中,例如8英寸碳化硅外延中,随着衬底尺寸的增加,前驱气体中的碳源、硅源以及掺杂源随距离的增加而衰减,导致大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性和浓度均匀性极难控制。
现阶段,业内通常采用将外延气体分3路通入反应腔,并分别调节每路气体中掺杂气体和前驱气体的含量,改变其外延片的厚度均匀性和浓度均匀性。
在另一种温壁反应解决方案中,采用垂直三明治的结构,将气体垂直分为3路气体,分别通入氢气/HCl和SiH4,C3H8等气体。
然而,针对8英寸碳化硅等大尺寸碳化硅外延片的处理而言,上述现有工艺手段均无法有效解决外延片厚度均匀性和浓度均匀性调整不佳的问题。
因此,如何优化大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性和浓度均匀性调整效果是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种大尺寸碳化硅外延气体供应装置,该大尺寸碳化硅外延气体供应装置能够优化大尺寸碳化硅外延片的浓度均匀性调整效果,并使得大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性得以相应优化。本发明的另一目的是提供一种应用了该大尺寸碳化硅外延气体供应装置的大尺寸碳化硅外延气体供应方法。
为解决上述技术问题,本发明提供一种大尺寸碳化硅外延气体供应装置,包括内部具有通气腔的壳体,所述通气腔的中部通过主隔板围合而成有主通路,所述主通路的延伸方向与所述通气腔的延伸方向一致,所述主隔板的外壁与所述通气腔的内壁之间形成供氢气流通的外围旁路;
所述主通路内平行设置有两个内横隔板,两所述内横隔板之间、所述主隔板的内壁与任一所述内横隔板的侧壁之间分别形成供前驱气体和掺杂气体流通的主气道。
优选地,所述通气腔内设置有四个相互平行的基准横隔板以及四个相互平行的基准纵隔板,各所述基准横隔板与各所述基准纵隔板相互垂直并交叉设置,以将所述通气腔分隔为25个阵列排布的通气道;
位于最外侧的两所述基准横隔板与位于最外侧的两所述基准纵隔板交叉配合形成所述主隔板,位于中部的两所述基准横隔板上处于所述主隔板内的部分形成所述内横隔板。
优选地,所述壳体的一端设置有接口法兰,所述接口法兰上设置有若干与所述通气腔连通的供气管。
优选地,所述供气管上设置有流量控制阀。
本发明还提供一种大尺寸碳化硅外延气体供应方法,采用了如上文所述的大尺寸碳化硅外延气体供应装置,包括步骤:
S101,依据工况需求,向位于所述主隔板的内壁与任一所述内横隔板的侧壁之间的各主气道中分别通入不同碳硅比例的前驱气体和掺杂气体,同时向外围旁路及位于两所述内横隔板之间的主气道中通入氢气,通入各主气道中的气体在通入外围旁路的氢气的约束下进入所述主通路内;
S102,持续保证气体通入所述通气腔内,随着碳化硅反应的进行,任一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源衰减时,另一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源在高温的作用下,经由位于两所述内横隔板之间的主气道后扩散至存在碳源、硅源及掺杂源衰减情况的主气道内。
相对上述背景技术,本发明所提供的大尺寸碳化硅外延气体供应装置,其工作运行过程中,依据当前工况下的大尺寸碳化硅外延处理工艺需求,向位于主隔板的内壁与任一内横隔板的侧壁之间的各主气道中分别通入不同碳硅比例的前驱气体和掺杂气体,同时向外围旁路及位于两内横隔板之间的主气道中通入氢气,通入各主气道中的气体在通入外围旁路的氢气的约束下进入主通路内,从而有效避免前驱气体和掺杂气体等反应气体过早地扩散,以此达到控制反应气体衰减的目的;随着反应的持续进行,保证前驱气体和掺杂气体等反应气体持续通入通气腔内,反应进行期间,任一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源衰减时,另一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源在高温的作用下,经由位于两内横隔板之间的主气道后扩散至存在碳源、硅源及掺杂源衰减情况的主气道内,以此补充减少的碳源、硅源和掺杂源,从而实现反应气体浓度的均匀调整,以此保证工艺反应完成后得到的大尺寸碳化硅外延片的浓度均匀性和厚度均匀性。
在本发明所提供的大尺寸碳化硅外延气体供应方法中,通过依次进行的各操作步骤,通过对通气腔内部空间区域的合理划分,使得通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源等衰减导致浓度降低时,能够利用另一主气道的气体扩散,对出现衰减和浓度降低的主气道实施物料补充,使得各主气道处的浓度均匀性调整更加及时有效,从而使得相应的大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性及浓度均匀性得以相应优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的大尺寸碳化硅外延气体供应装置的装配结构轴测图;
图2为图1中壳体的横截面示意图;
图3为图2中各通气道的阵列排布原理图。
其中,
11-壳体;
111-接口法兰;
12-通气腔;
121-主通路;
122-外围旁路;
123-主气道;
124-内气道;
125-通气道;
13-主隔板;
14-基准横隔板;
141-内横隔板;
15-基准纵隔板;
151-内纵隔板。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种大尺寸碳化硅外延气体供应装置,该大尺寸碳化硅外延气体供应装置能够优化大尺寸碳化硅外延片的浓度均匀性调整效果,并使得大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性得以相应优化;同时,提供一种应用了该大尺寸碳化硅外延气体供应装置的大尺寸碳化硅外延气体供应方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
需要提前说明的是,在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,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,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
除此之外,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“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。
请结合参考图1至图3。其中,图1为本发明一种具体实施方式所提供的大尺寸碳化硅外延气体供应装置的装配结构轴测图;图2为图1中壳体的横截面示意图;图3为图2中各通气道的阵列排布原理图
在具体实施方式中,本发明所提供的大尺寸碳化硅外延气体供应装置,包括内部具有通气腔12的壳体11,通气腔12的中部通过主隔板13围合而成有主通路121,主通路121的延伸方向与通气腔12的延伸方向一致,主隔板13的外壁与通气腔12的内壁之间形成供氢气流通的外围旁路122;
主通路121内平行设置有两个内横隔板141,两内横隔板141之间、主隔板13的内壁与任一内横隔板141的侧壁之间分别形成供前驱气体和掺杂气体流通的主气道123。
工作运行过程中,依据当前工况下的大尺寸碳化硅外延处理工艺需求,向位于主隔板13的内壁与任一内横隔板141的侧壁之间的各主气道123中分别通入不同碳硅比例的前驱气体和掺杂气体,同时向外围旁路122及位于两内横隔板141之间的主气道123中通入氢气,通入各主气道123中的气体在通入外围旁路122的氢气的约束下进入主通路121内,从而有效避免前驱气体和掺杂气体等反应气体过早地扩散,以此达到控制反应气体衰减的目的;随着反应的持续进行,保证前驱气体和掺杂气体等反应气体持续通入通气腔12内,反应进行期间,任一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道123内的碳源、硅源及掺杂源衰减时,另一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道123内的碳源、硅源及掺杂源在高温的作用下,经由位于两内横隔板141之间的主气道123后扩散至存在碳源、硅源及掺杂源衰减情况的主气道123内,以此补充减少的碳源、硅源和掺杂源,从而实现反应气体浓度的均匀调整,以此保证工艺反应完成后得到的大尺寸碳化硅外延片的浓度均匀性和厚度均匀性。
进一步地,主通路121内平行设置有两个内纵隔板151,各内纵隔板151与各内横隔板141相互垂直并交叉设置,以将主通路121分隔为9个阵列排布的内气道124。具体来说,每个主气道123被分隔为3个内气道124,如此阵列排布结构,有助于进一步优化反应气体在主通路121内的流通效率和分布效果,以此进一步提高各位置处的反应气体分布浓度均匀性,并使大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性得以相应优化。
请着重参考图2和图3。
具体到实际应用中,通气腔12内设置有四个相互平行的基准横隔板14以及四个相互平行的基准纵隔板15,各基准横隔板14与各基准纵隔板15相互垂直并交叉设置,以将通气腔12分隔为25个阵列排布的通气道125;
位于最外侧的两基准横隔板14与位于最外侧的两基准纵隔板15交叉配合形成主隔板13,位于中部的两基准横隔板14上处于主隔板13内的部分形成内横隔板141,位于中部的两基准纵隔板15上处于主隔板13内的部分形成内纵隔板151。参照图3所示,具体来说,如图所示的1~5通气道125和21~25通气道125,以及6、10、11、15、16、20通气道125相互配合构成外围旁路122;考虑到实际工况下的常规布置方式,7~9相互配合构成上路主气道123,12~14相互配合构成中路主气道123,而17~19相互配合构成下路主气道123。如此形成的25路气道阵列排布结构,配合实际操作中依据工况需求灵活调整各路气道内的反应气体成分及比例,从而实现精确控制反应气体在反应过程中的衰减和损耗的目的,以此达到调整大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性和浓度均匀性的目的。
另一方面,壳体11的一端设置有接口法兰111,接口法兰111上设置有若干与通气腔12连通的供气管。通过接口法兰111将所述大尺寸碳化硅外延气体供应装置与相应的气源设备相连,并通过各供气管将相应的前驱气体和掺杂气体等反应气体可靠通入通气腔12内,实现反应气体的持续稳定供给,保证所述大尺寸碳化硅外延气体供应装置的稳定连续工作运行。
另外,供气管上设置有流量控制阀。设备实际运行过程中,可以通过该流量控制阀实时调整各供气管处的气体流量,以此调节相应的反应气体供给量,以便匹配相应的工况需求和工艺反应需要,保证大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性和浓度均匀性等工艺参数,优化工艺效果。
在具体实施方式中,本发明一种具体实施方式中所提供的大尺寸碳化硅外延气体供应方法,采用了如上文所述的大尺寸碳化硅外延气体供应装置,包括:
步骤S101,依据工况需求,向位于主隔板13的内壁与任一内横隔板141的侧壁之间的各主气道123中分别通入不同碳硅比例的前驱气体和掺杂气体,同时向外围旁路122及位于两内横隔板141之间的主气道123中通入氢气,通入各主气道123中的气体在通入外围旁路122的氢气的约束下进入主通路121内;
S102,持续保证前驱气体和掺杂气体等反应气体通入通气腔12内,随着碳化硅反应的进行,任一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道123内的碳源、硅源及掺杂源衰减时,另一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道123内的碳源、硅源及掺杂源在高温的作用下,经由位于两内横隔板141之间的主气道123后扩散至存在碳源、硅源及掺杂源衰减情况的主气道123内。
综上可知,本发明中提供的大尺寸碳化硅外延气体供应装置,包括内部具有通气腔的壳体,所述通气腔的中部通过主隔板围合而成有主通路,所述主通路的延伸方向与所述通气腔的延伸方向一致,所述主隔板的外壁与所述通气腔的内壁之间形成供氢气流通的外围旁路;所述主通路内平行设置有两个内横隔板,两所述内横隔板之间、所述主隔板的内壁与任一所述内横隔板的侧壁之间分别形成供前驱气体和掺杂气体流通的主气道。
其工作运行过程中,依据当前工况下的大尺寸碳化硅外延处理工艺需求,向位于主隔板的内壁与任一内横隔板的侧壁之间的各主气道中分别通入不同碳硅比例的前驱气体和掺杂气体,同时向外围旁路及位于两内横隔板之间的主气道中通入氢气,通入各主气道中的气体在通入外围旁路的氢气的约束下进入主通路内,从而有效避免前驱气体和掺杂气体等反应气体过早地扩散,以此达到控制反应气体衰减的目的;随着反应的持续进行,保证前驱气体和掺杂气体等反应气体持续通入通气腔内,反应进行期间,任一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源衰减时,另一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源在高温的作用下,经由位于两内横隔板之间的主气道后扩散至存在碳源、硅源及掺杂源衰减情况的主气道内,以此补充减少的碳源、硅源和掺杂源,从而实现反应气体浓度的均匀调整,以此保证工艺反应完成后得到的大尺寸碳化硅外延片的浓度均匀性和厚度均匀性。
此外,本发明提供的采用了该大尺寸碳化硅外延气体供应装置的大尺寸碳化硅外延气体供应方法,其通过依次进行的各操作步骤,通过对通气腔内部空间区域的合理划分,使得通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源等衰减导致浓度降低时,能够利用另一主气道的气体扩散,对出现衰减和浓度降低的主气道实施物料补充,使得各主气道处的浓度均匀性调整更加及时有效,从而使得相应的大尺寸碳化硅外延片的厚度均匀性及浓度均匀性得以相应优化。
以上对本发明所提供的大尺寸碳化硅外延气体供应装置以及应用了该大尺寸碳化硅外延气体供应装置的大尺寸碳化硅外延气体供应方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种大尺寸碳化硅外延气体供应装置,其特征在于,包括内部具有通气腔的壳体,所述通气腔的中部通过主隔板围合而成有主通路,所述主通路的延伸方向与所述通气腔的延伸方向一致,所述主隔板的外壁与所述通气腔的内壁之间形成供氢气流通的外围旁路;
所述主通路内平行设置有两个内横隔板,两所述内横隔板之间、所述主隔板的内壁与任一所述内横隔板的侧壁之间分别形成供前驱气体和掺杂气体流通的主气道。
2.如权利要求1所述的大尺寸碳化硅外延气体供应装置,其特征在于,所述通气腔内设置有四个相互平行的基准横隔板以及四个相互平行的基准纵隔板,各所述基准横隔板与各所述基准纵隔板相互垂直并交叉设置,以将所述通气腔分隔为25个阵列排布的通气道;
位于最外侧的两所述基准横隔板与位于最外侧的两所述基准纵隔板交叉配合形成所述主隔板,位于中部的两所述基准横隔板上处于所述主隔板内的部分形成所述内横隔板。
3.如权利要求1所述的大尺寸碳化硅外延气体供应装置,其特征在于,所述壳体的一端设置有接口法兰,所述接口法兰上设置有若干与所述通气腔连通的供气管。
4.如权利要求3所述的大尺寸碳化硅外延气体供应装置,其特征在于,所述供气管上设置有流量控制阀。
5.一种大尺寸碳化硅外延气体供应方法,采用了如权利要求1至4中任一项所述的大尺寸碳化硅外延气体供应装置,其特征在于,包括步骤:
S101,依据工况需求,向位于所述主隔板的内壁与任一所述内横隔板的侧壁之间的各主气道中分别通入不同碳硅比例的前驱气体和掺杂气体,同时向外围旁路及位于两所述内横隔板之间的主气道中通入氢气,通入各主气道中的气体在通入外围旁路的氢气的约束下进入所述主通路内;
S102,持续保证前驱气体和掺杂气体等反应气体通入所述通气腔内,随着碳化硅反应的进行,任一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源衰减时,另一通入有前驱气体和掺杂气体的主气道内的碳源、硅源及掺杂源在高温的作用下,经由位于两所述内横隔板之间的主气道后扩散至存在碳源、硅源及掺杂源衰减情况的主气道内。
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