CN117187784B - 一种机械式导气扁管及其预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机械式导气扁管及其预处理方法，机械式导气扁管包括管体和管头，管体由第一半管件和第二半管件拼接而成，管头、第一半管件和第二半管件均为硅材质的一体成型部件，第一半管件设有第一导气槽，第二半管件设有第二导气槽，第一导气槽和第二导气槽组成一端开口的导气腔体，第一半管件上设有多个导气孔，管头包括装配部和进气管，进气管具有横截面为圆形的进气通道，导气腔体的横截面面积大于进气通道的横截面面积，过渡通道连通进气通道和导气腔体。本发明的各部件通过机械方式连接，避免了引入金属和颗粒污染的风险，减少管体残余应力，管体具有增大的导气腔体，减少薄膜沉积对管径的影响，提高工艺稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及气相沉积设备零件技术领域，具体而言，涉及一种机械式导气扁管及其预处理方法。
背景技术
化学气相沉积工艺(CVD)是芯片制造的重要环节，工艺原理是由化学气源在高温真空状态下发生热分解或化学还原反应，在晶圆表面生长出特定成分组成的薄膜。CVD立式炉中需要使用导气管将工艺气体输送至管腔内，目前在8寸和12寸芯片制程工艺中，使用较多的导气管是石英圆管，但是由于导气管基材和沉积薄膜膨胀系数存在较大差异，石英管沉积厚度较小且容易引起基材开裂，因此设备维护保养频率很高。随着半导体硅材料的技术发展，多晶硅料也被用来制作CVD工艺设备导气管，多晶硅材质由于材料的特殊性，可以拥有和沉积薄膜相近机械和热性能，因此具有较高的沉积厚度上限，可达到毫米级别。
目前多晶硅管大多是硅质圆管结构，采用一体式打孔技术或者由分段打孔的节管拼接而成。由于其导气管长度较大且管内径较小(一般在4-8mm)，使用过程中薄膜沉积在管内壁，对管径改变程度较大，气流流速和压力存在边际变动，造成炉体内工艺不稳定。同时由于管体的超高的长径比(>100)，管深太大，加工过程中无法有效的对管内壁进行物理和化学处理，造成管内壁存在机械损伤和污染残留。为了解决管深带来的处理不便，现有技术提出了一种高温粘接的硅质导气管的工艺，通过两个轴对称的半圆组件粘接形成圆管结构，但该方法会引入粘接材料，增加产品的加工成本，同时粘接处的应力问题也加大了产品破碎风险。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何提高化学气相沉积导气管的结构强度，延长使用寿命，保证炉体内工艺稳定。
为解决上述问题，本发明提供一种机械式导气扁管，包括：
管体，所述管体由第一半管件和第二半管件拼接而成，所述第一半管件设有第一导气槽，所述第二半管件设有第二导气槽，所述第一导气槽和所述第二导气槽组成一端开口的导气腔体，所述导气腔体的横截面为圆角矩形，所述第一半管件上设有多个导气孔，所述第一半管件靠近开口端部位的壁厚减薄形成第一插入部，所述第二半管件靠近开口端部位的壁厚减薄形成第二插入部，所述第一插入部与所述第二插入部组成插头部；
管头，包括相连的装配部和进气管，所述装配部朝向所述管体的一端设有装配槽，所述插头部进入所述装配槽，所述进气管具有横截面为圆形的进气通道，所述导气腔体的横截面面积大于所述进气通道的横截面面积，所述装配部内设有过渡通道，所述过渡通道连通所述进气通道和所述导气腔体；
所述管头、所述第一半管件和所述第二半管件均为硅材质的一体成型部件。
相对于现有技术，本发明机械式导气扁管具有以下有益效果：导气扁管由硅材质的管体和管头组成，拥有和沉积薄膜相近机械和热性能，具有较高的沉积厚度上限；管体由两个半管件拼接而成，便于对管内壁进行物理和化学处理，消除机械损伤和污染残留；半管件的连接、管体与管头的连接方式均为机械连接，不需要高温粘接，避免了引入金属和颗粒污染的风险，也不会对造成管体存在有较大残余应力；管体具有增大的导气腔体，减少薄膜沉积对管径的影响，提高工艺稳定性，延长导气扁管使用寿命，降低生产成本。
在优选或可选方案中，所述第二半管件的两个侧壁的表面设有朝向所述第一半管件凸起的导条，所述导条的外侧壁面上设有滑轨，所述第一半管件的两侧壁上设有与所述导条匹配的导槽，所述导槽的壁面上设有与所述滑轨匹配的滑槽，所述滑轨滑动设置在所述滑槽中，所述导条和所述导槽间隙配合，所述滑轨与所述滑槽间隙配合。导条和导槽配合，可以提高两个半管件连接部位的密封性；并通过滑轨和滑槽实现滑动连接，装配方便，定位准确；连接部位间隙配合，优选间隙范围为5-10μm，保证滑动顺畅且不会晃动。
在优选或可选方案中，所述滑轨的外表面为圆弧面，所述滑轨的凸起高度为所述导条壁厚的1/4-1/3。圆弧面滑轨可以减少装配干涉，便于进入滑槽形成滑动连接；限定滑轨与导条壁厚的关系，兼顾滑轨的装配便捷性、结构强度和连接可靠性。
在优选或可选方案中，所述第二半管件的远离开口一端的表面设有朝向所述第一半管件凸起的扣合条，所述扣合条的凸起高度小于所述导条的凸起高度，所述第一半管件的表面设有与所述扣合条匹配的扣合槽，所述扣合条进入所述扣合槽。扣合条与扣合槽配合保证两个半管件封闭端连接部位的密封性，且扣合槽可以对滑轨进行限位，保证装配位置准确。
在优选或可选方案中，所述过渡通道从与所述导气腔体连通一端至与所述进气通道一端的横截面面积逐渐减小。过渡通道采用横截面面积逐渐减小的过渡结构，可以减小气体扰动，保证气体流速稳定，优选地，过渡通道的纵截面为等腰梯形。
在优选或可选方案中，所述管体的外形为圆角矩形，所述导气孔设置在所述第一半管件的两侧圆角部位，每一侧的多个所述导气孔沿所述管体长度方向间隔设置。气体从导气孔进入炉体内，对导气孔的位置进行限定，便于实现稳定的生产工艺。
在优选或可选方案中，所述第一插入部上设有至少一个第一螺纹槽，所述第二插入部上设有至少一个第二螺纹槽，所述装配部上设有与所述第一螺纹槽对应的第一螺孔和与所述第二螺纹槽对应的第二螺孔，所述管体和所述管头通过螺钉固定连接，所述第一插入部与所述第一螺纹槽对应部位的壁厚增大形成第一加强部，所述第二插入部与所述第二螺纹槽对应部位的壁厚增大形成第二加强部。管体和管头通过两侧螺钉固定连接，连接可靠，装配定位准确；螺纹槽对应区域管壁进行加厚设置，可以提升螺接强度，避免螺钉穿透管壁，防止颗粒污染掉入管腔内。
在优选或可选方案中，所述进气管与所述装配部相连的一端壁厚增大形成连接加强部，所述进气管的外壁上设有凸起的定位销，所述定位销与所述连接加强部相连。进气管用于对接气体输入管，进气管和装配部的连接部位的壁厚增大，对连接处结构进行加强，避免管头损坏；进气管上设置定位销，用来对导气扁管朝向进行限位，保证气体出口朝向炉体内部。
本发明还提供上述机械式导气扁管的预处理方法，包括以下步骤：
S1、清洗第一半管件、第二半管件和管头；
S2、将第一半管件、第二半管件拼接成管体，再将管头与管体连接，形成完整的导气扁管；
S3、对导气扁管进行预沉积，在导气扁管表面沉积3-5um的多晶硅薄膜。
预处理方法先对导气扁管的各部件进行清洗，去除管内壁的污染残留，拼装后对导气扁管表面进行预沉积处理，可以消除零件之间的配合间隙，提高结构强度和密封性。
在优选或可选方案中，所述步骤S1的清洗流程包括：IPA脱脂→超声清洗→酸液浸泡→纯水冲洗→N2烘干。IPA脱脂的目的是去除零件表面油污；超声清洗用于去除零件表面部分大颗粒杂质(>5um)；酸液浸泡用于除去零件表面金属和细小颗粒污染(<5um)；纯水冲洗用来去除表面化学残留；N2烘干用来去除零件表面残余水分，经过上述清洗流程，可以保证部件表面清洁，无污染残留。
附图说明
图1为本发明实施例中机械式导气扁管的整体结构图。
图2为本发明实施例中机械式导气扁管的爆炸图。
图3为本发明实施例中第一半管件的结构图一。
图4为本发明实施例中第一半管件的结构图二。
图5为本发明实施例中第二半管件的结构图一。
图6为本发明实施例中第二半管件的结构图二。
图7为本发明实施例中管头的结构图。
图8为本发明实施例中管体的横截面剖视图。
图9为本发明实施例中管头与管体连接部位的横截面剖视图。
图10为本发明实施例中过渡通道部位的纵截面剖视图。
附图标记说明：
1-第一半管件，11-第一导气槽，12-导气孔，13-导槽，14-滑槽，15-扣合槽，16-第一插入部，17-第一螺纹槽，18-第一加强部，2-第二半管件，21-第二导气槽，22-导条，23-滑轨，24-扣合条，25-第二插入部，26-第二螺纹槽，27-第二加强部，3-管头，31-装配部，32-装配槽，33-第一螺孔，34-第二螺孔，35-过渡通道，36-进气管，37-连接加强部，38-定位销，39-进气通道，4-螺钉，5-导气腔体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
应注意到：相似的标记和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。本发明的实施例的附图中设置有坐标系XYZ，其中X轴的正向代表前方，X轴的反向代表后方，Y轴的正向代表左方，Y轴的反向代表右方，Z轴的正向代表上方，Z轴的反向代表下方。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图1至图10所示，本发明的实施例提供一种化学气相沉积设备的机械式导气扁管，包括管体和管头3，管体由第一半管件1和第二半管件2拼接而成，管头3与管体相互连接。管头3、第一半管件1和第二半管件2均为硅材质的一体成型部件，导气扁管拥有和沉积薄膜相近机械和热性能，具有较高的沉积厚度上限。
结合图1至图6所示，管体的上端封闭，下端开口，第一半管件1设有第一导气槽11，第二半管件2设有第二导气槽21，第一导气槽11和第二导气槽21组成下端开口的导气腔体5。第一半管件1上设有多个导气孔12，用于向化学气相沉积炉体内部喷气。第一半管件1的下端部位壁厚减薄形成第一插入部16，第二半管件2的下端部位的壁厚减薄形成第二插入部25，第一插入部16与第二插入部25组成插头部。
结合图7所示，管头3包括由上至下相连的装配部31和进气管36。装配部31用于连接管体，装配部31朝向管体上端设有装配槽32，管头3设置在管体下方，第一半管件1和第二半管件2拼接后，将插头部插入到装配槽32中。进气管36用于对接气体接管，其内部形成进气通道39。进气管36与装配部31相连的一端壁厚增大形成连接加强部37，对连接处结构进行加强，避免管头3损坏。
进一步地，进气管36的外壁上还设有凸起的定位销38，定位销38与连接加强部37相连，用来对导气扁管朝向进行限位，保证气体出口朝向炉体内部。
结合图8和图9所示，管体和导气腔体5的横截面为圆角矩形，进气管36和进气通道39的横截面为圆形，导气腔体5的横截面面积大于进气通道39的横截面面积，装配部31内设有过渡通道35，过渡通道35的上下两端连通导气腔体5和进气通道39。
进一步地，过渡通道35从与导气腔体5连通上端至与进气通道39连通的下端横截面面积逐渐减小，结合图10所示，过渡通道35的纵截面为等腰梯形，平滑的过渡结构可以减小气体扰动，保证气体流速稳定。
管体的外形为圆角矩形，导气孔12设置在第一半管件1的两侧圆角部位，每一侧的多个导气孔12沿管体长度方向间隔设置。本实施例对导气孔12的位置进行限定，便于实现稳定的生产工艺。
结合图3至图6所示，第二半管件2的两个侧壁的表面设有向前侧凸起的导条22，导条22的外侧壁面上设有凸起的滑轨23；第一半管件1的两侧壁上设有与导条22匹配的导槽13，导槽13的壁面上设有与滑轨23匹配的滑槽14。第一半管件1和第二半管件2通过滑轨23和滑槽14配合形成滑动连接，其中导条22和沿着导槽13移动，滑轨23滑动设置在滑槽14中，这种连接方式装配方便，定位准确，连接部位密封性高。第二半管件2的远离开口一端（上端）的表面还设有向前凸起的扣合条24，扣合条24的凸起高度小于导条22的凸起高度；第一半管件1的表面设有与扣合条24匹配的扣合槽15。第一半管件1和第二半管件2装配到位时，导条22与扣合条24相抵，对相互之间的装配位置进行限位；扣合条24进入扣合槽15中，提高管体上端连接部位的密封性。
进一步地，导条22和导槽13间隙配合，滑轨23与滑槽14间隙配合，优选间隙范围为5-10μm，由此保证两个半管件装配时滑动顺畅且不会晃动。
结合图8所示，滑轨23的外表面为圆弧面，从而减少装配干涉，便于滑轨23进入滑槽14形成滑动连接。本实施例中，滑轨23的凸起高度为导条22壁厚的1/3，在其他实施例中，滑轨23的凸起高度可以为导条22壁厚的1/4-1/3，保证滑轨23和导条22具有足够的强度，同时兼顾装配便捷性。
结合图4所示，第一插入部16上设有两个第一螺纹槽17，第一螺纹槽17对应部位的壁厚增大形成第一加强部18。结合图6所示，第二插入部25上设有两个第二螺纹槽26，第二螺纹槽26对应部位的壁厚增大形成第二加强部27。结合图7所示，装配部31前侧设有与第一螺纹槽17对应的第一螺孔33，后侧设有第二螺纹槽26对应的第二螺孔34，第一螺孔33和第二螺孔34均为锥形孔。结合图9所示，多个螺钉4穿对应的过第一螺孔33和第二螺孔34与第一螺纹槽17和第二螺纹槽26连接，使得管体和管头3形成固定连接。螺纹槽对应区域管壁进行加厚设置，可以提升螺接强度，避免螺钉4穿透管壁，防止颗粒污染掉入管腔内。
上述实施例提供的机械式导气扁管设计巧妙，各部件均通过机械方式连接，不需要高温粘接，避免了引入金属和颗粒污染的风险，也不会对造成管体存在有较大残余应力；管体由两个半管件拼接而成，便于对管内壁进行物理和化学处理，消除机械损伤和污染残留；且管体具有增大的导气腔体5，减少薄膜沉积对管径的影响，提高工艺稳定性，延长导气扁管使用寿命，降低生产成本。
上述实施例的机械式导气扁管使用时需要进行预处理，预处理方法包括以下步骤：
S1、清洗第一半管件1、第二半管件2和管头3。具体清洗流程如下：IPA脱脂→超声清洗→酸液浸泡→纯水冲洗→N2烘干。其中IPA脱脂的目的是去除零件表面油污；超声清洗的目的是去除产品表面部分大颗粒杂质(>5um)，参数为120KHZ，50℃，10min；酸液浸泡用来除去零件表面金属和细小颗粒污染(<5um)，具体酸液为电子级硫酸50%，氟化氢铵5%，纯水40%，过硫酸铵5%；纯水冲洗用来去除表面化学残留；N2烘干用来去除零件表面残余水分。经过上述清洗流程，可以保证部件表面清洁，无污染残留。
S2、将第一半管件1、第二半管件2拼接成管体，再将管头3与管体连接，形成完整的导气扁管。
S3、对导气扁管进行预沉积，在导气扁管表面沉积3-5um的多晶硅薄膜。由于导气扁管为纯机械拼接结构，零件之间必然存在配合间隙，为了提升导气扁管的密封性，在管体表面沉积3-5um的多晶硅，然后再开始进行晶圆的沉积工艺。
上述预处理方法先对导气扁管的各部件进行清洗，去除管内壁的污染残留，拼装后对导气扁管表面进行预沉积处理，可以消除零件之间的配合间隙，提高结构强度和密封性。本发明实施例提供的导气扁管具有结构强度高、密封性好、使用寿命长等优点。
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种机械式导气扁管，其特征在于，包括：
管体，所述管体由第一半管件(1)和第二半管件(2)拼接而成，所述第一半管件(1)设有第一导气槽(11)，所述第二半管件(2)设有第二导气槽(21)，所述第一导气槽(11)和所述第二导气槽(21)组成一端开口的导气腔体(5)，所述导气腔体(5)的横截面为圆角矩形，所述第一半管件(1)上设有多个导气孔(12)，所述第一半管件(1)靠近开口端部位的壁厚减薄形成第一插入部(16)，所述第二半管件(2)靠近开口端部位的壁厚减薄形成第二插入部(25)，所述第一插入部(16)与所述第二插入部(25)组成插头部，所述第二半管件(2)的两个侧壁的表面设有朝向所述第一半管件(1)凸起的导条(22)，所述导条(22)的外侧壁面上设有滑轨(23)，所述第一半管件(1)的两侧壁上设有与所述导条(22)匹配的导槽(13)，所述导槽(13)的壁面上设有与所述滑轨(23)匹配的滑槽(14)，所述滑轨(23)滑动设置在所述滑槽(14)中，所述导条(22)和所述导槽(13)间隙配合，所述滑轨(23)与所述滑槽(14)间隙配合，所述第二半管件(2)的远离开口一端的表面设有朝向所述第一半管件(1)凸起的扣合条(24)，所述扣合条(24)的凸起高度小于所述导条(22)的凸起高度，所述第一半管件(1)的表面设有与所述扣合条(24)匹配的扣合槽(15)，所述扣合条(24)进入所述扣合槽(15)；
管头(3)，包括相连的装配部(31)和进气管(36)，所述装配部(31)朝向所述管体的一端设有装配槽(32)，所述插头部进入所述装配槽(32)，所述进气管(36)具有横截面为圆形的进气通道(39)，所述导气腔体(5)的横截面面积大于所述进气通道(39)的横截面面积，所述装配部(31)内设有过渡通道(35)，所述过渡通道(35)连通所述进气通道(39)和所述导气腔体(5)，所述过渡通道(35)从与所述导气腔体(5)连通一端至与所述进气通道(39)一端的横截面面积逐渐减小，所述第一插入部(16)上设有至少一个第一螺纹槽(17)，所述第二插入部(25)上设有至少一个第二螺纹槽(26)，所述装配部(31)上设有与所述第一螺纹槽(17)对应的第一螺孔(33)和与所述第二螺纹槽(26)对应的第二螺孔(34)，所述管体和所述管头(3)通过螺钉(4)固定连接，所述第一插入部(16)与所述第一螺纹槽(17)对应部位的壁厚增大形成第一加强部(18)，所述第二插入部(25)与所述第二螺纹槽(26)对应部位的壁厚增大形成第二加强部(27)；
所述管头(3)、所述第一半管件(1)和所述第二半管件(2)均为硅材质的一体成型部件。
2.根据权利要求1所述的机械式导气扁管，其特征在于，所述滑轨(23)的外表面为圆弧面，所述滑轨(23)的凸起高度为所述导条(22)壁厚的1/4-1/3。
3.根据权利要求1所述的机械式导气扁管，其特征在于，所述管体的外形为圆角矩形，所述导气孔(12)设置在所述第一半管件(1)的两侧圆角部位，每一侧的多个所述导气孔(12)沿所述管体长度方向间隔设置。
4.根据权利要求1所述的机械式导气扁管，其特征在于，所述进气管(36)与所述装配部(31)相连的一端壁厚增大形成连接加强部(37)，所述进气管(36)的外壁上设有凸起的定位销(38)，所述定位销(38)与所述连接加强部(37)相连。
5.一种如权利要求1-4任一所述的机械式导气扁管的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、清洗第一半管件(1)、第二半管件(2)和管头(3)；
S2、将第一半管件(1)、第二半管件(2)拼接成管体，再将管头(3)与管体连接，形成完整的导气扁管；
S3、对导气扁管进行预沉积，在导气扁管表面沉积3-5um的多晶硅薄膜。
6.根据权利要求5所述的机械式导气扁管的预处理方法，其特征在于，所述步骤S1的清洗流程包括：IPA脱脂→超声清洗→酸液浸泡→纯水冲洗→N2烘干。
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