CN116334590A - 反应腔室的进气机构、反应腔室及外延生长设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的反应腔室的进气机构、反应腔室及外延生长设备，其包括进气腔体和匀流板，进气腔体包括朝向反应腔室的进气端面，匀流板设置在进气腔体的进气端面上；在进气腔体中形成有沿水平方向依次排列的多个进气腔，每个进气腔均延伸至进气端面；在进气腔体中还设置有多个进气管路，其出气端一一对应地与多个进气腔连通；多个进气管路的进气端延伸至进气腔体的外部；在匀流板中设置有多组进气孔组，每个进气腔对应一组进气孔组，每组进气孔组包括多个进气孔，进气孔的进气端和进气腔连通，进气孔的出气端与反应腔室相连通。本发明提供的反应腔室的进气机构，其可以提高进入反应腔室的工艺气体的分布均匀性，从而可以提高工艺均匀性。

Description

反应腔室的进气机构、反应腔室及外延生长设备
本发明是申请日为2017.04.11提交的，申请号为201710233212.8，发明名称为反 应腔室的进气机构、反应腔室及外延生长设备的在先申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种反应腔室的进气机构、反应腔室及外延生长设备。
背景技术
外延生长工艺是将工艺气体输送至反应腔内，并通过加热等方式，使工艺气体生成原子，并沉积在衬底上形成单晶外延层。在外延生长过程中，进入反应腔内的工艺气体的均匀性对外延层的生长速度及厚度的均匀性具有很大影响。
图1为现有的外延生长反应腔室的结构示意图。如图1所示，该反应腔室包括反应腔1、设置在该反应腔1一侧的进气机构2、设置在反应腔1的与该进气机构2相对的另一侧的排气机构3。其中，在反应腔1内设置有托盘，用以承载衬底。在进行外延生长工艺的过程中，进气机构2向所述反应腔1内输送工艺气体，工艺气体水平流动，并在流经衬底表面时，与衬底反应形成外延层。剩余气体自排气机构3排出反应腔1，气流方向如图1中的箭头所示。
如图2所示，为现有的进气机构的立体图。该进气机构2具有三个进气口，分别为中心进气口21和位于其两侧的两个边缘进气口(22a，22b)，其中，中心进气口21与反应腔1的中心区域相对应，两个边缘进气口(22a，22b)与反应腔1的位于中心区域两侧的两个边缘区域相对应。该进气机构在实际应用中不可避免地存在以下问题：
其一，由于对应反应腔1的中心区域或者边缘区域的进气口为单个，进气口的横截面积较大，导致通过该进气口的气流分布不均，从而影响工艺均匀性。
其二，上述两个边缘进气口(22a，22b)是相连通的，二者共用一个进气管路，这使得无法对两个边缘进气口(22a，22b)的气体流量大小进行单独控制，从而无法分别控制反应腔1的两个边缘区域的气流分布，以补偿两个边缘区域之间的气体流量差异，进而影响工艺均匀性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种反应腔室的进气机构、反应腔室及外延生长设备，其可以提高进入反应腔室的工艺气体的分布均匀性，从而可以提高工艺均匀性。
为实现本发明的目的而提供一种反应腔室的进气机构，包括进气腔体和匀流板，所述进气腔体包括朝向所述反应腔室的进气端面，所述匀流板设置在所述进气腔体的进气端面上；
在所述进气腔体中形成有沿水平方向依次排列的多个进气腔，每个进气腔均延伸至所述进气端面；并且，在所述进气腔体中还设置有多个进气管路，所述多个进气管路的出气端一一对应地与所述多个进气腔连通；所述多个进气管路的进气端延伸至所述进气腔体的外部；
在所述匀流板中设置有多组进气孔组，每个所述进气腔对应一组所述进气孔组，并且每组所述进气孔组包括多个进气孔，所述进气孔的进气端和所述进气腔连通，所述进气孔的出气端与所述反应腔室相连通。
优选的，所述进气腔为三个，分别为中心进气腔和位于该中心进气腔两侧的两个边缘进气腔；其中，
所述中心进气腔与所述反应腔室的中心区域相对应；
所述两个边缘进气腔分别与所述反应腔室的位于所述中心区域两侧的边缘区域相对应。
优选的，所述进气管路为三个，分别为中心进气管路和两个边缘进气管路，其中，
所述中心进气管路位于所述中心进气腔的下方，且所述中心进气管路的出气端与所述中心进气腔连通，所述中心进气管路的进气端竖直向下延伸至所述进气腔体的外部；
所述两个边缘进气管路分别位于所述两个边缘进气腔的背离所述进气端面的一侧，且所述两个边缘进气管路的出气端分别与所述两个边缘进气腔连通，每个所述边缘进气管路的进气端延伸至所述进气腔体的外部。
优选的，在所述进气腔体中还设置有两条直线通道，所述两条直线通道分别位于两个所述边缘进气腔的上方，且每条直线通道沿水平方向延伸；
每条直线通道具有入口和出口，所述入口朝向远离所述进气端面的方向延伸，并与所述边缘进气管路的出气端连通，所述出口竖直向下延伸，并与所述边缘进气腔连通。
优选的，所述入口位于靠近所述进气端面的中心的位置处；所述出口位于靠近所述边缘进气腔的中心的位置处。
优选的，每组进气孔组中的多个所述进气孔沿所述水平方向依次排列，且相对于与该进气孔组对应的进气腔均匀分布。
优选的，每个所述进气孔的横截面形状包括圆形、椭圆形或者长圆形。
优选的，所述匀流板所采用的材料包括石英或者碳化硅。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，其包括反应腔和设置在所述反应腔一侧的进气机构，所述进气机构采用本发明提供的上述进气机构。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种外延生长设备，包括本发明提供的上述反应腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的反应腔室的进气机构，其通过在进气腔体中形成有沿水平方向依次排列的多个进气腔，每个进气腔延伸至进气端面；并且，在进气腔体中还设置有多个进气管路，多个进气管路的出气端一一对应地与多个进气腔连通，可以单独控制各个进气腔的气体流量大小，以能够对与各个进气腔对应的反应腔室的不同区域之间的气体流量差异进行补偿，从而可以提高反应腔室内的工艺气体的分布均匀性，进而可以提高工艺均匀性。同时，通过在进气腔体的进气端面上设置匀流板，且在该匀流板中设置多组进气孔组，每个进气腔对应一组进气孔组，并且每组进气孔组包括多个进气孔，进气孔的进气端和进气腔连通，进气孔的出气端与反应腔室相连通，可以使与反应腔室的单个分区对应多个进气孔，即多个进气孔对进入该分区的工艺气体起到了匀流的作用，从而可以进一步提高进入反应腔室的工艺气体的分布均匀性，进而可以提高工艺均匀性。
本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的上述进气机构，可以提高工艺气体的分布均匀性，从而可以提高工艺均匀性。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，可以提高工艺气体的分布均匀性，从而可以提高工艺均匀性。
附图说明
图1为现有的外延生长反应腔室的结构示意图；
图2为现有的进气机构的立体图；
图3为本发明实施例提供的进气机构的主视图；
图4为沿图3中I-I线的剖视图；
图5为沿图3中II-II线的剖视图；
图6为沿图3中III-III线的剖视图；
图7为沿图3中IV-IV线的剖视图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的反应腔室的进气机构、反应腔室及外延生长设备进行详细描述。
请一并参阅图3～图7，本发明实施例提供的反应腔室的进气机构，其包括进气腔体4和匀流板5。其中，进气腔体4包括朝向反应腔室的进气端面41，匀流板5设置在进气腔体4的进气端面41上。并且，在进气腔体4中形成有沿水平方向依次排列的多个进气腔，每个进气腔均延伸至进气端面41。上述水平方向平行于反应腔室中用于承载衬底的承载面，并且优选的，该水平方向与预设的进入反应腔室的气流方向相互垂直，以使工艺气体能够同时到达上述承载面所在位置。
优选的，沿上述水平方向对反应腔室进行分区，每个进气腔对应一个分区，各个进气腔一一对应地向各个分区输送工艺气体。在本实施例中，如图4所示，进气腔为三个，分别为中心进气腔42b和位于该中心进气腔42b两侧的两个边缘进气腔(42a，42c)；其中，中心进气腔42b与反应腔室的中心区域B相对应；两个边缘进气腔(42a，42c)分别与反应腔室的位于中心区域B两侧的两个边缘区域(A，C)相对应。
而且，在匀流板5中设置有三组进气孔组，每个进气腔对应一组进气孔组，并且每组进气孔组包括多个进气孔51，进气孔51的进气端和进气腔连通，进气孔51的出气端与反应腔室相连通。这样，可以使反应腔室的各个分区(中心区域B或者两个边缘区域(A，C))均对应多个进气孔51，多个进气孔51能够对进入与之相对应的分区的工艺气体起到匀流的作用，从而可以进一步提高进入反应腔室的工艺气体的分布均匀性，进而可以提高工艺均匀性。
可选的，如图3和图4所示，每组进气孔组中的多个进气孔51沿上述水平方向依次排列，且相对于与该进气孔组对应的进气腔均匀分布。在实际应用中，多个进气孔51可以排成一排，或者也可以沿垂直方向排成多排。另外，每个进气孔51的横截面形状包括圆形、椭圆形、长圆形或者其他任意形状。
并且，在进气腔体4中还设置有多个进气管路，多个进气管路的出气端一一对应地与多个进气腔连通；多个进气管路的进气端延伸至进气腔体的外部。通过使多个进气管路的出气端一一对应地与多个进气腔连通，可以单独控制各个进气腔的气体流量大小，以能够对与各个进气腔对应的反应腔室的不同区域之间的气体流量差异进行补偿，从而可以提高反应腔室内的工艺气体的分布均匀性，进而可以提高工艺均匀性。
在本实施例中，进气管路为三个，分别为中心进气管路6和两个边缘进气管路7，三者分别与上述中心进气腔42b和两个边缘进气腔(42a，42c)一一对应。其中，如图4和5所示，中心进气管路6位于中心进气腔42b的下方，且中心进气管路6的出气端6a与中心进气腔42b连通，中心进气管路6的进气端竖直向下延伸至进气腔体4的外部，并与气源连接，用以向中心进气腔42b输送工艺气体。两个边缘进气管路7分别位于两个边缘进气腔(42a，42c)的背离进气端面41的一侧，且两个边缘进气管路7的出气端分别与两个边缘进气腔(42a，42c)连通，每个边缘进气管路7的进气端延伸至进气腔体的外部，并与气源连接，用以向与该边缘进气管路7对应的边缘进气腔输送工艺气体。在实际应用中，上述各个进气管路可以连接同一气源，或者也可以连接不同的气源。
进一步的，在本实施例中，两个边缘进气管路7的出气端分别与两个边缘进气腔(42a，42c)连通的方式具体为：如图6和图7所示，在进气腔体4中还设置有两条直线通道8，两条直线通道8分别位于两个边缘进气腔(42a，42c)的上方，且每条直线通道8的延伸方向与上述水平方向平行。每条直线通道8具有入口8a和出口8b，入口8a朝向远离进气端面41的方向延伸，并与边缘进气管路7的出气端连通。出口8b竖直向下延伸，并与边缘进气腔连通。
优选的，如图7所示，入口8a位于靠近进气端面41的中心的位置处；出口8b位于靠近边缘进气腔的中心的位置处。这样，可以使两个边缘进气管路7位于靠近进气端面41的中心的位置处，从而使气体管路的排布更紧凑。
另外，匀流板5优选采用耐高温、耐腐蚀的材料制成，例如石英或者碳化硅。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种反应腔室，其包括反应腔和设置在该反应腔一侧的进气机构，该进气机构采用本发明实施例提供的上述进气机构。
本发明实施例提供的反应腔室，其通过采用本发明实施例提供的上述进气机构，可以提高工艺气体的分布均匀性，从而可以提高工艺均匀性。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种外延生长设备，其包括本发明实施例提供的上述反应腔室。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述反应腔室，可以提高工艺气体的分布均匀性，从而可以提高工艺均匀性。
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 (11)

1.一种反应腔室的进气机构，其特征在于，包括进气腔体和匀流板，所述进气腔体包括朝向所述反应腔室的进气端面，所述匀流板设置在所述进气腔体的进气端面上；
在所述进气腔体中形成有沿水平方向依次排列的多个进气腔，每个进气腔均延伸至所述进气端面；在所述进气腔体中还设置有多个进气管路，所述多个进气管路的出气端一一对应地与所述多个进气腔连通；所述多个进气管路的进气端延伸至所述进气腔体的外部；
在所述匀流板中设置有多组进气孔组，每个所述进气腔对应一组所述进气孔组，并且每组所述进气孔组包括多个进气孔，所述进气孔的进气端和所述进气腔连通，所述进气孔的出气端均与所述反应腔室相连通；
所述多个进气腔包括中心进气腔和位于所述中心进气腔两侧的多个边缘进气腔；所述中心进气腔与所述反应腔室的中心区域相对应，所述多个边缘进气腔与所述反应腔室的位于所述中心区域的两侧的边缘区域相对应；
所述多个进气管路包括中心进气管路和多个边缘进气管路，所述多个边缘进气管路的进气端相互靠近设置，且延伸至所述进气腔体的外部，所述中心进气管路的出气端与所述中心进气腔连通，每个所述边缘进气管路的出气端分别与对应的所述边缘进气腔连通；
在所述进气腔体中还设置有多条直线通道，所述多条直线通道分别位于所述多个所述边缘进气腔的上方，且每条直线通道沿所述水平方向延伸；
每条直线通道具有入口和出口，所述入口朝背向所述进气端面的方向延伸，并与所述边缘进气管路的出气端连通，所述出口竖直向下延伸，并与相应的所述边缘进气腔连通，所述出口朝向所述边缘进气腔的内壁，且所述入口的朝向与所述出口的朝向以及所述直线通道的延伸方向两两垂直，所述入口位于靠近所述进气端面的中心的位置处；所述出口位于靠近所述边缘进气腔的中心的位置处。
2.根据权利要求1所述的反应腔室的进气机构，其特征在于，所述中心进气管路位于所述中心进气腔的下方，且所述中心进气管路的出气端竖直向上延伸，且与所述中心进气腔的内壁相对。
3.根据权利要求1所述的反应腔室的进气机构，其特征在于，所述多个边缘进气管路的进气端均设在所述进气腔体的与所述中心进气腔相对的部位上。
4.根据权利要求1所述的反应腔室的进气机构，其特征在于，所述进气腔体的中部具有朝背离所述进气端面的方向凸出的凸起，所述中心进气管路和所述多个边缘进气管路的进气端均连接于所述凸起，所述直线通道的入口的朝向与所述凸起的凸出方向一致，所述直线通道的延伸方向与所述凸出方向相互垂直，且所述直线通道的部分位于所述凸起中。
5.根据权利要求4所述的反应腔室的进气机构，其特征在于，所述多个边缘进气管路的进气端设置在所述凸起的背离所述进气端面的一侧，且相互靠近地设置；
所述中心进气管路的进气端设置在所述凸起的下侧。
6.根据权利要求1所述的反应腔室的进气机构，其特征在于，所述进气孔的出气端均位于同一平面内，所述平面与所述水平方向平行。
7.根据权利要求1所述的反应腔室的进气机构，其特征在于，所述进气腔为三个，分别为所述中心进气腔和位于该中心进气腔两侧的两个所述边缘进气腔；其中，
所述两个边缘进气腔分别与所述反应腔室的位于所述中心区域两侧的两个所述边缘区域相对应。
8.根据权利要求7所述的反应腔室的进气机构，其特征在于，所述进气管路为三个，分别为所述中心进气管路和两个所述边缘进气管路，其中，
所述中心进气管路的进气端竖直向下延伸至所述进气腔体的外部；
两个所述边缘进气管路分别位于两个所述边缘进气腔的背离所述进气端面的一侧，且两个所述边缘进气管路的出气端分别与两个所述边缘进气腔连通。
9.根据权利要求1所述的反应腔室的进气机构，其特征在于，每组进气孔组中的多个所述进气孔沿所述水平方向依次排列，且相对于与该进气孔组对应的进气腔均匀分布。
10.一种反应腔室，其包括反应腔和设置在所述反应腔一侧的进气机构，其特征在于，所述进气机构采用权利要求1-9任意一项所述的进气机构。
11.一种外延生长设备，其特征在于，包括权利要求10所述的反应腔室。
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