CN209981182U - 炉管装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种炉管装置。所述炉管装置包括：反应腔室，由实心的壳体围绕而成，所述壳体包括朝向所述反应腔室一侧的内壁以及与所述内壁相对的外壁；通道，位于所述内壁与所述外壁之间的所述壳体中；气孔，位于所述内壁，所述通道与所述气孔连通，以将反应气体自外界传输至所述反应腔室。本实用新型确保了所述反应腔室内气体的均匀性，进而改善了晶圆表面生长的薄膜厚度的均匀性；同时，减少了所述炉管装置周期性维护的操作，降低了维护成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种炉管装置。
背景技术
随着智能手机、平板电脑等移动终端向小型化、智能化、节能化的方向发展，芯片的高性能、集成化趋势明显，促使芯片制造企业积极采用先进工艺，对制造出更快、更省电的芯片的追求愈演愈烈。尤其是许多无线通讯设备的主要元件需用40nm以下先进半导体技术和工艺，因此对先进工艺产能的需求较之以往显著上升，带动集成电路厂商不断提升工艺技术水平，通过缩小晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸以提高芯片性能和可靠性，以及通过3D结构改造等非几何工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能等方式，实现硅集成的提高，以迎合市场需求。然而，这些技术的革新或改进都是以晶圆的生成、制造为基础。
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。在硅晶片上可加工、制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的集成电路产品。
在半导体的制造工艺中，为了设置分立器件和集成电路，需要在晶圆表面沉积不同的膜层。而在各种沉积薄膜的方法中，低压化学气相沉积(Low Pressure ChemicalVapor Deposition，LP CVD)是一种常用的方法，已经被广泛的应用到各种薄膜的沉积工艺中。而炉管则是LP CVD工艺中的主流设备。
在现有的炉管装置中，为了确保晶舟中晶圆表面生长的膜层厚度的均匀性，通常在反应气体进入反应腔室时会分成多条支路，且每条支路在所述反应腔室内的延伸高度不一样，以确保整个所述反应腔室内反应气体分布均匀。但是，通过在所述反应腔室内设置多个管路来分别用作支路的方式，对工作人员的技能水平要求较高，需要保持多条支路管路紧贴炉管内壁，否则所述支路管路易出现抖动、甚至是支路管路的碎裂，使得所述反应气体在所述反应腔室分布不均，进而导致晶圆表面生长的膜层厚度不一致。另外，在对多条支路管路进行维护时，工作量较大，成本较高。
因此，如何提高晶圆表面成膜的均匀性，减少炉管装置周期性维护的成本，是目前亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种炉管装置，用于解决现有的炉管装置易导致晶圆表面生长的薄膜厚度不均匀的问题，同时降低炉管装置周期性维护的成本。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种炉管装置，包括：
反应腔室，由实心的壳体围绕而成，所述壳体包括朝向所述反应腔室一侧的内壁以及与所述内壁相对的外壁；
通道，位于所述内壁与所述外壁之间的所述壳体中；
气孔，位于所述内壁，所述通道与所述气孔连通，以将反应气体自外界传输至所述反应腔室。
优选的，所述通道的数量为多个；在沿所述反应腔室的轴向方向上，多个所述通道的高度互不相同；每一所述通道和与其处于同一水平高度的至少一气孔连通。
优选的，每一所述通道包括第一子通道和与所述第一子通道连通的第二子通道；所述第一子通道沿平行于所述反应腔室轴向的方向延伸；所述第二子通道环绕所述反应腔室设置，且所述第二子通道中具有若干个第一开口，所述内壁上具有与若干个所述第一开口一一对应的若干个所述气孔。
优选的，所述第二子通道呈圆环形，且所述反应腔室的轴线穿过圆环形的所述第二子通道的圆心。
优选的，所述第二子通道包括与所述第一子通道连通的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；在沿所述第一端部指向所述第二端部的所述第二子通道上，所述第一开口的孔径逐渐增大。
优选的，所述第二子通道包括与所述第一子通道连通的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；若干个所述开口的孔径相同；在沿所述第一端部指向所述第二端部的所述第二子通道上，所述第一开口的分布密度逐渐增大。
优选的，所述通道包括主通道以及均与所述主通道连通的多条支通道；在沿所述反应腔室的轴向方向上，多条所述支通道平行排列，每一所述支通道和与其处于同一水平高度的至少一所述气孔连通。
优选的，每一所述支通道环绕所述反应腔室设置，且所述支通道中具有若干个第二开口，所述内壁上具有与若干个所述第二开口一一对应的若干个所述气孔。
优选的，所述支通道包括与所述主通道连通的第三端部以及与所述第三端部相对的第四端部；若干个所述第二开口的孔径相同；在沿所述第三端部指向所述第四端部的所述支通道上，所述第二开口的分布密度逐渐增大。
优选的，所述通道呈螺旋形缠绕所述反应腔室设置，所述通道上具有多个第三开口；在沿所述反应腔室的轴向方向上，多个所述第三开口的高度互不相同；所述内壁上具有与多个所述第三开口一一对应连通的多个所述气孔。
本实用新型提供的炉管装置，通过在实心的炉管壳体中嵌入所述通道，并在壳体内壁开设气孔，利用所述通道和所述气孔向所述壳体围绕而成的反应腔室传输反应气体，避免了反应气体在传输过程中易出现抖动的问题，确保了所述反应腔室内气体的均匀性，进而改善了晶圆表面生长的薄膜厚度的均匀性；同时，由于所述通道是位于实心的所述壳体中，因而减少了所述炉管装置周期性维护的操作，降低了维护成本。
附图说明
附图1是本实用新型第一具体实施方式中炉管装置的一截面示意图；
附图2是本实用新型第一具体实施方式中炉管装置的另一截面示意图；
附图3是本实用新型第二具体实施方式中炉管装置的一截面示意图；
附图4是本实用新型第二具体实施方式中炉管装置的另一截面示意图；
附图5是本实用新型第三具体实施方式中炉管装置的一截面示意图；
附图6是本实用新型第三具体实施方式总炉管装置的另一截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型提供的炉管装置的具体实施方式做详细说明。
第一具体实施方式
本具体实施方式提供了一种炉管装置，附图1是本实用新型第一具体实施方式中炉管装置的一截面示意图，附图2是本实用新型第一具体实施方式中炉管装置的另一截面示意图。如图1和图2所示，本具体实施方式提供的炉管装置包括：
反应腔室12，由实心的壳体10围绕而成，所述壳体10包括朝向所述反应腔室12一侧的内壁101以及与所述内壁101相对的外壁102；
通道11，位于所述内壁101与所述外壁102之间的所述壳体10中；
气孔13，位于所述内壁101，所述通道11与所述气孔13连通，以将反应气体自外界传输至所述反应腔室12。
具体来说，用于容纳晶圆的晶舟置于所述反应腔室12内，当将所述晶圆放置于所述晶舟之后，通过所述通道11和所述气孔13向所述反应腔室12内传输反应气体，以在所述晶圆表面沉积形成薄膜。本具体实施方式中的所述通道11是位于实心的所述壳体10内，因此，在所述通道11传输所述反应气体的过程中，实心的所述壳体10避免了所述通道11发生抖动或者晃动，使得所述反应气体能够通过所述气孔13准确的传输至所述反应腔室12内的预定位置，使得反应气体注入位置可控，为所述反应气体在所述反应腔室12内部的均匀分布奠定了基础，进而改善了晶圆表面生长的薄膜厚度的均匀性。同时，由于所述通道11是位于实心的所述壳体10中，无需停机对所述通道进行维护，只需直接进行炉管装置的更换即可，因而减少了所述炉管装置周期性维护的操作，降低了维护成本。
本具体实施方式中的所述壳体10可以采用石英材料形成。所述通道11可以是对位于所述内壁101与所述外壁102之间的所述壳体10进行刻蚀形成，即通过对形成所述壳体10的石英材料直接刻蚀来形成位于所述壳体10中的所述通道11。
优选的，所述通道11的数量为多个；在沿所述反应腔室12的轴向方向上，多个所述通道11的高度互不相同；每一所述通道11和与其处于同一水平高度的至少一气孔13连通。
具体来说，所述壳体10内具有多个所述通道11，且多个所述通道11沿所述反应腔室12的轴向方向(即图1中的Z轴方向)具有不同的高度，图1中示出了四条不同高度的所述通道11。所述内壁101上具有沿所述反应腔室12的轴向方向分布的多个所述气孔13，即多个所述气孔13分布于不同的高度，每一所述通道和与其处于同一水平高度的至少一所述气孔13连通。通过设置多条所述通道11以及与多条所述通道11一一连通的多个所述气孔13，可以向所述反应腔室12的多个不同高度注入所述反应气体，进一步确保所述反应气体在所述反应腔室12内分布的均匀性。
优选的，每一所述通道11包括第一子通道111和与所述第一子通道111连通的第二子通道112；所述第一子通道111沿平行于所述反应腔室12轴向的方向延伸；所述第二子通道112环绕所述反应腔室12设置，且所述第二子通道112中具有若干个第一开口，所述内壁101上具有与若干个所述第一开口一一对应的若干个所述气孔13。
具体来说，通过将所述通道11中的所述第二子通道112环绕所述反应腔室12设置，在提高所述反应腔室12内的所述反应气体注入效率的同时，也能进一步提高所述反应气体在所述反应腔室12内部分布的均匀性。
优选的，所述第二子通道112呈圆环形，且所述反应腔室12的轴线穿过圆环形的所述第二子通道112的圆心。
优选的，所述第二子通道112包括与所述第一子通道111连通的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；在沿所述第一端部指向所述第二端部的所述第二子通道112上，所述第一开口的孔径逐渐增大。
优选的，所述第二子通道包括与所述第一子通道连通的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；若干个所述开口的孔径相同；在沿所述第一端部指向所述第二端部的所述第二子通道上，所述第一开口的分布密度逐渐增大。
具体来说，所述第二子通道112的各部分位于同一水平高度，即所述第二子通道112位于XY平面内。所述反应气体依次经所述第一子通道111、所述第二子通道112和所述气孔13进入所述反应腔室12，随着所述反应气体的扩散，所述第二子通道112中距离所述第一端部越远(即距离所述第二端部越近)的位置扩散的气体量越少，因此，在沿所述第一端部指向所述第二端部的所述第二子通道112上，将所述第一开口的孔径设置为逐渐增大和/或第一开口的分布密度逐渐增大，即越远离所述第一端部的所述第一开口的孔径越大和/或越远离所述第一端部的位置所述第一开口的分布密度越大，以增大远离所述第一端部区域的所述气孔13中的气体量，从而进一步提高所述反应气体在所述反应腔室12内部分布的均匀性。
本实用新型提供的炉管装置，通过在实心的炉管壳体中嵌入所述通道，并在壳体内壁开设气孔，利用所述通道和所述气孔向所述壳体围绕而成的反应腔室传输反应气体，避免了反应气体在传输过程中易出现抖动的问题，确保了所述反应腔室内气体的均匀性，进而改善了晶圆表面生长的薄膜厚度的均匀性；同时，由于所述通道是位于实心的所述壳体中，因而减少了所述炉管装置周期性维护的操作，降低了维护成本。
第二具体实施方式
本具体实施方式提供了一种炉管装置，附图3是本实用新型第二具体实施方式中炉管装置的一截面示意图，附图4是本实用新型第二具体实施方式中炉管装置的另一截面示意图。对于与第一具体实施方式相同之处，本具体实施方式不再赘述，以下主要叙述与第一具体实施方式的不同之处。
本具体实施方式提供的炉管装置包括：
反应腔室32，由实心的壳体30围绕而成，所述壳体30包括朝向所述反应腔室32一侧的内壁301以及与所述内壁301相对的外壁302；
通道31，位于所述内壁301与所述外壁302之间的所述壳体30中；
气孔33，位于所述内壁301，所述通道31与所述气孔33连通，以将反应气体自外界传输至所述反应腔室32。
优选的，所述通道31包括主通道311以及均与所述主通道311连通的多条支通道312；在沿所述反应腔室32的轴向方向上，多条所述支通道312平行排列，每一所述支通道312和与其处于同一水平高度的至少一所述气孔33连通。
具体来说，通过一条所述主通道311同时向位于不同水平高度的多条所述支通道312传输所述反应气体，可以简化所述炉管装置的整体结构。另外，还可以通过设置多条所述通道31，根据所述晶圆表面所需沉积的薄膜的需要，同时或者先后传输多种不同类型的反应气体至所述反应腔室32。图3中示出了两条所述通道31。
优选的，每一所述支通道312环绕所述反应腔室32设置，且所述支通道312中具有若干个第二开口，所述内壁302上具有与若干个所述第二开口一一对应的若干个所述气孔33。
优选的，所述支通道312包括与所述主通道311连通的第三端部以及与所述第三端部相对的第四端部；若干个所述第二开口的孔径相同；在沿所述第三端部指向所述第四端部的所述支通道312上，所述第二开口的分布密度逐渐增大。
优选的，所述支通道312包括与所述主通道311连通的第三端部以及与所述第三端部相对的第四端部；在沿所述第三端部指向所述第四端部的所述支通道312上，所述第二开口的孔径逐渐增大。
具体来说，在每一所述支通道312中，越远离所述主通道311位置处扩散的气体量越少，因此，通过在越远离所述主通道311的所述支通道312中设置所述第二开口的孔径越大和/或所述第二开口的分布密度越大，使得远离所述主通道311一侧的所述反应腔室32内的气体注入量与靠近所述主通道311的所述反应腔室32内的气体注入量相等或者相近，从而进一步提高所述反应气体在所述反应腔室32内部分布的均匀性。
第三具体实施方式
本具体实施方式提供了一种炉管装置，附图5是本实用新型第三具体实施方式中炉管装置的一截面示意图，附图6是本实用新型第三具体实施方式总炉管装置的另一截面示意图。对于与第一具体实施方式相同之处，本具体实施方式不再赘述，以下主要叙述与第一具体实施方式的不同之处。
本具体实施方式提供的炉管装置包括：
反应腔室52，由实心的壳体50围绕而成，所述壳体50包括朝向所述反应腔室52一侧的内壁501以及与所述内壁501相对的外壁502；
通道51，位于所述内壁501与所述外壁502之间的所述壳体50中；
气孔53，位于所述内壁501，所述通道51与所述气孔53连通，以将反应气体自外界传输至所述反应腔室52。
优选的，所述通道51呈螺旋形缠绕所述反应腔室52设置，所述通道51上具有多个第三开口；在沿所述反应腔室52的轴向方向上，多个所述第三开口的高度互不相同；所述内壁502上具有与多个所述第三开口一一对应连通的多个所述气孔53。
具体来说，将所述通道51设置为螺旋形缠绕在所述反应腔室52外周，有助于减少所述通道51的传输路径，提高所述反应气体的传输效率。另外，还可以通过设置多条所述通道51，根据所述晶圆表面所需沉积的薄膜的需要，同时或者先后传输多种不同类型的反应气体至所述反应腔室52。图5中示出了2条所述通道51。
所述通道51中具有多个第四开口，所述内壁502上具有与多个所述第四开口一一连通的多个所述气孔53。所述通道51包括靠近所述反应腔室52底部的第一部分(即具有最小水平高度的部分)以及与所述第一部分相对、且靠近所述反应腔室52顶部的第二部分(即具有最大水平高度的部分)。在沿所述反应腔室52的轴向方向上，由于所述反应气体沿所述通道51自下向上(即沿Z轴正方向)传输，因此，在沿所述第一部分指向所述第二部分的所述通道51上，所述第四开口的孔径逐渐增大和/或所述第四开口的分布密度逐渐增大，使得具有较高水平高度的所述反应腔室52内的气体注入量与具有较低水平高度的所述反应腔室52内的气体注入量相等或者相近，从而进一步提高所述反应气体在所述反应腔室52内部分布的均匀性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种炉管装置，其特征在于，包括：
反应腔室，由实心的壳体围绕而成，所述壳体包括朝向所述反应腔室一侧的内壁以及与所述内壁相对的外壁；
通道，位于所述内壁与所述外壁之间的所述壳体中；
气孔，位于所述内壁，所述通道与所述气孔连通，以将反应气体自外界传输至所述反应腔室。
2.根据权利要求1所述的炉管装置，其特征在于，所述通道的数量为多个；在沿所述反应腔室的轴向方向上，多个所述通道的高度互不相同；每一所述通道和与其处于同一水平高度的至少一气孔连通。
3.根据权利要求2所述的炉管装置，其特征在于，每一所述通道包括第一子通道和与所述第一子通道连通的第二子通道；所述第一子通道沿平行于所述反应腔室轴向的方向延伸；所述第二子通道环绕所述反应腔室设置，且所述第二子通道中具有若干个第一开口，所述内壁上具有与若干个所述第一开口一一对应的若干个所述气孔。
4.根据权利要求3所述的炉管装置，其特征在于，所述第二子通道呈圆环形，且所述反应腔室的轴线穿过圆环形的所述第二子通道的圆心。
5.根据权利要求4所述的炉管装置，其特征在于，所述第二子通道包括与所述第一子通道连通的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；在沿所述第一端部指向所述第二端部的所述第二子通道上，所述第一开口的孔径逐渐增大。
6.根据权利要求4所述的炉管装置，其特征在于，所述第二子通道包括与所述第一子通道连通的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；若干个所述开口的孔径相同；在沿所述第一端部指向所述第二端部的所述第二子通道上，所述第一开口的分布密度逐渐增大。
7.根据权利要求1所述的炉管装置，其特征在于，所述通道包括主通道以及均与所述主通道连通的多条支通道；在沿所述反应腔室的轴向方向上，多条所述支通道平行排列，每一所述支通道和与其处于同一水平高度的至少一所述气孔连通。
8.根据权利要求7所述的炉管装置，其特征在于，每一所述支通道环绕所述反应腔室设置，且所述支通道中具有若干个第二开口，所述内壁上具有与若干个所述第二开口一一对应的若干个所述气孔。
9.根据权利要求8所述的炉管装置，其特征在于，所述支通道包括与所述主通道连通的第三端部以及与所述第三端部相对的第四端部；若干个所述第二开口的孔径相同；在沿所述第三端部指向所述第四端部的所述支通道上，所述第二开口的分布密度逐渐增大。
10.根据权利要求1所述的炉管装置，其特征在于，所述通道呈螺旋形缠绕所述反应腔室设置，所述通道上具有多个第三开口；在沿所述反应腔室的轴向方向上，多个所述第三开口的高度互不相同；所述内壁上具有与多个所述第三开口一一对应连通的多个所述气孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200121 |