CN210341057U - 一种用于外延生长的反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体外延生长设备领域，具体涉及一种用于外延生长的反应装置。包括石英腔、感应加热线圈、反应腔、进气装置；感应加热线圈设于石英腔的正上方与正下方；反应腔设于石英腔内，反应腔内对称设有通过两侧的支撑板相连的上半月加热座与下半月加热座；进气装置包括回填气嘴、第一导流接口与第二导流接口。本实用新型可以大大提高气相沉积后外延层的厚度均匀性。

Description

一种用于外延生长的反应装置

技术领域

本实用新型涉及半导体外延生长设备领域，具体涉及一种用于外延生长的反应装置。

背景技术

化学气相沉积(CVD)由于工艺简单、易于改善外延膜的均匀性，已经成为外延生长的普遍采用的技术。气相外延生长常使用高频感应炉加热，衬底置于包有碳化硅、玻璃态石墨或热分解石墨的高纯石墨加热体上，然后放进石英反应器中。此外，也有采用红外辐照加热的。为了制备优质的外延层，必须保证原料的纯度。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于外延生长的反应装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的解决方案是：

提供一种用于外延生长的反应装置，包括石英腔与感应加热线圈；还包括反应腔与进气装置；

感应加热线圈设于石英腔的正上方与正下方；

反应腔设于石英腔内，为由顶部的上半月形保温片、底部的下半月形保温片左右两侧的上游保温盖与下游保温盖以及前后侧的保温片组成的立方形腔体结构；

反应腔内对称设有通过两侧的支撑板相连的上半月加热座与下半月加热座，上半月加热座与下半月加热座为包括弧面与平面的两侧开口的中空半月结构，且二者间存在间隙；气浮托盘底部通过托盘中心柱固设于下半月加热座平面上端面中心，气浮托盘能绕着托盘中心柱旋转，气浮托盘上设有硅片托盘；下半月加热座平面下端面设有一单侧开口的气道，气道开口处有锥度并靠近上游保温盖，且上游保温盖在该处设有与气道连通的通孔，通孔外端设有气浮气嘴；

上游保温盖在正对上半月加热座开口端、下半月加热座开口端及二者间隙处设有三个有一定间距的通孔，下游保温盖在对应位置也设有三个通孔；

进气装置包括回填气嘴、第一导流接口与第二导流接口；第一导流接口设于上游保温盖位于中间位置的通孔内，回填气嘴有两个，分设于上游保温盖另外的通孔内。

作为一种改进，上半月加热座平面下端面上设有两个自下端面左侧延伸至中部的条形孔。

作为一种改进，下半月加热座平面上端面中间有一圆形凹坑，直径与气浮托盘直径相同；凹坑底面设有两个关于中心对称并存在夹角的出气孔，出气孔与气道连通。

作为一种改进，上半月形保温片与下半月形保温片均为瓦状结构，外形贴合上半月加热座与下半月加热座的外圆；上半月形保温片与下半月形保温片圆弧两端面具有内凹的台阶。

作为一种改进，下半月加热座平面上端面设有左侧对称设有上游左盖板和上游右盖板，右侧设有下游盖板；上游左盖板右下方、上游右盖板右上方、下游盖板左侧均设有圆弧缺口，用于卡嵌硅片托盘外缘；下游盖板两侧设有左导向盖板和右导向盖板，板面高度低于硅片托盘。

作为一种改进，气浮托盘上表面布有凹坑；下表面绕中心均布多条条状凹槽，凹槽呈螺旋状排布；凹槽的宽度从靠近气浮托盘外缘端至另一端均匀递减，凹槽的深度从靠近气浮托盘外缘端至另一端均匀递减递增。

作为一种改进，回填气嘴外接回填外接气嘴；第一导流接口外接有第二导流接口。

作为一种改进，硅片托盘上表面具有凹坑，凹坑形状与硅片形状一致，下表面具有凸台，并设计有锥度，与气浮托盘凹坑的锥度吻合。

作为一种改进，下游盖板右侧具有长条状的凸台，凸台从下游保温盖中间的通孔延伸至反应腔外，用于作为限制机械手运动范围的基准位。

作为一种改进，上游保温盖与下游保温盖内侧端部设有圆台结构，圆台结构与上半月形保温片和下半月形保温片内凹面相扣。

托盘中心柱具有圆柱形状，中间具有贯通上下两平面的小孔，托盘中心柱下部与下半月加热座紧配合，上部与气浮托盘松配合。气浮气嘴外形近似圆台，圆台外侧的锥面与气道锥面吻合，圆台上下端面具有一小孔贯穿，小孔的一端具有吻合气浮外接气嘴的锥度；气浮外接气嘴为中空圆台状结构，一头大，一头小，大头与小头之间通过锥面过渡；回填气嘴为中空圆柱状，外表面具有凸台。回填外接气嘴为空心柱状，外表面具有凸台和凹槽。第一导流接口与第二导流接口均为筒状结构，可以是腰形状也可以是长方形状，中空，两端具有内凹或外凸结构。

上半月加热座、下半月加热座、上游左盖板、上游右盖板、气浮托盘、硅片托盘、左导向盖板、右导向盖板与进气组件均由石墨制成，表面涂一层SiC或TaC或NbC或其它合金；上游保温盖、下游保温盖、上半月形保温片与下半月形保温片由碳纤维制成，表面涂一层PyC或SIC。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

可以大大提高气相沉积后外延层的厚度均匀性。

附图说明

图1为本实用新型的反应装置全剖视图。

图2为本实用新型的截取下半部份的俯视图。

图3为本实用新型的反应装置的侧视图。

图4为本实用新型中下半月加热座的侧视图。

图5为本实用新型中下半月加热座的俯视图。

图6为本实用新型中气浮托盘的底面视图。

图中的附图标记为：1-上半月形保温片、2-上半月加热座、3-下游保温盖、4-硅片托盘、5-气浮托盘、6-下游盖板、7-下半月加热座、8-托盘中心柱、9-气浮气嘴、10-气浮外接气嘴、11-第一导流接口、12-第二导流接口、13-回填外接气嘴、14-回填气嘴、15-上游保温盖、16-上游左盖板、17-上游右盖板、18-左导向盖板、19-右导向盖板、20-支撑板、21-下半月形保温片、22-气道、23-条形孔、24-感应加热线圈、25-石英腔。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

如图1-3所示，一种用于外延生长的反应装置，包括石英腔25与感应加热线圈24。还包括反应腔与进气装置；

感应加热线圈设于石英腔25的正上方与正下方；

反应腔设于石英腔25内，为由顶部的上半月形保温片1、底部的下半月形保温片21左右两侧的上游保温盖15与下游保温盖3以及前后侧的保温片组成的立方形腔体结构；上游保温盖15与下游保温盖3内侧端部设有圆台结构，圆台结构与上半月形保温片1和下半月形保温片21端部的台阶相扣。上半月形保温片1与下半月形保温片21均为瓦状结构，外形贴合上半月加热座2与下半月加热座7的外圆。上半月形保温片1与下半月形保温片21圆弧两端面具有内凹的台阶。

反应腔内对称设有通过两侧的支撑板20相连的上半月加热座2与下半月加热座7，如图4-5所示，上半月加热座2与下半月加热座7为包括弧面与平面的两侧开口的中空半月结构，且二者间存在间隙，间隙位置正对第一导流接口11处。上半月加热座2平面下端面上设有两个自下端面左侧延伸至中部的条形孔23。气浮托盘5底部通过托盘中心柱8固设于下半月加热座7平面上端面中心，气浮托盘5能绕着托盘中心柱8旋转，气浮托盘5上表面布有凹坑。如图6所示，下表面绕中心均布多条条状凹槽，凹槽呈螺旋状排布；凹槽的宽度从靠近气浮托盘5外缘端至另一端均匀递减，凹槽的深度从靠近气浮托盘5外缘端至另一端均匀递减递增。气流进入各凹槽后，由于凹槽外侧宽，内侧窄，外侧浅，内测深的设计，可以使气流在凹槽内膨胀，接触面由小到大，对气浮托盘5产生向上的力，实现硅片托盘4的气浮动作。下半月加热座7平面上端面中间有一圆形凹坑，直径与气浮托盘5直径相同；凹坑底面设有两个关于中心对称并存在夹角的出气孔，出气孔与气道22连通。

气浮托盘5上设有硅片托盘4。硅片托盘4上表面具有凹坑，凹坑形状与硅片形状一致，下表面具有凸台，并设计有锥度，与气浮托盘5凹坑的锥度吻合。下半月加热座7平面下端面设有一单侧开口的气道22，气道22开口处有锥度并靠近上游保温盖15，且上游保温盖15在该处设有与气道22连通的通孔，通孔外端设有气浮气嘴9。托盘中心柱8具有圆柱形状，中间具有贯通上下两平面的小孔，托盘中心柱8下部与下半月加热座7紧配合，上部与气浮托盘5松配合。

下半月加热座7平面上端面设有左侧对称设有上游左盖板16和上游右盖板17，右侧设有下游盖板6。上游左盖板16右下方、上游右盖板17右上方、下游盖板6左侧均设有圆弧缺口，用于卡嵌硅片托盘4外缘。下游盖板6两侧设有左导向盖板18和右导向盖板19，板面高度低于硅片托盘4。上游保温盖15在正对上半月加热座2开口端、下半月加热座7开口端及二者间隙处设有三个有一定间距的通孔，下游保温盖3在对应位置也设有三个通孔；

进气装置包括回填气嘴14、第一导流接口11与第二导流接口12。第一导流接口11设于上游保温盖15位于中间位置的通孔内，回填气嘴14有两个，分设于上游保温盖15另外的通孔内。回填气嘴14外接回填外接气嘴13。第一导流接口11外接有第二导流接口12。气浮气嘴9外形近似圆台，圆台外侧的锥面与气道22锥面吻合。气浮外接气嘴10为中空圆台状结构，一头大，一头小，大头与小头之间通过锥面过渡。回填气嘴14为中空圆柱状，外表面具有凸台。回填外接气嘴13为空心柱状，外表面具有凸台和凹槽。

本实用新型的工作过称为：如图1所示以碳化硅生长为例，先对石英腔25内部进行抽真空至低压，通过感应加热线圈24使石墨件加热到1500℃～1700℃之间，氢气、氩气等惰性气体从气浮气嘴9导入，使气浮托盘5旋转，从而带动碳化硅基片旋转，可以大大提高气相沉积后外延层的厚度均匀性。接着反应气体以H2为载体，载有碳、硅和掺杂元素从导流接口11进入反应腔，在高温，低压的作用下，使碳、硅和掺杂元素沉积在旋转中的碳化硅基面上，实现对碳化硅基片的同质生长，对于碳化硅外延过程中产生的附产物从下游保温盖3中间的通孔流出。外延生长结束后，在取碳化硅基片之前，需对石英腔25内的压力恢复到常压，这时，如氢气、氩气等惰性气体分别从回填气嘴14进入上半月加热座2和下半月加热座7空腔中，再从下游保温盖3的顶部与底部的通孔排出，直至充满整个石英腔25至压力恢复到常压。

最后需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于外延生长的反应装置，包括石英腔与感应线圈；其特征在于，还包括反应腔与进气装置；

所述感应线圈设于石英腔的正上方与正下方；

所述反应腔设于石英腔内，为由顶部的上半月形保温片、底部的下半月形保温片左右两侧的上游保温盖与下游保温盖以及前后侧的保温片组成的立方形腔体结构；

所述反应腔内对称设有通过两侧的支撑板相连的上半月加热座与下半月加热座，上半月加热座与下半月加热座为包括弧面与平面的两侧开口的中空半月结构，且二者间存在间隙；气浮托盘底部通过托盘中心柱固设于下半月加热座平面上端面中心，气浮托盘能绕着托盘中心柱旋转，气浮托盘上设有硅片托盘；下半月加热座平面下端面设有一单侧开口的气道，气道开口处有锥度并靠近上游保温盖，且上游保温盖在靠近气道开口处设有与气道连通的通孔，通孔外端设有气浮气嘴；

所述上游保温盖在正对上半月加热座开口端、下半月加热座开口端及二者间隙处设有三个有一定间距的通孔，下游保温盖在对应位置也设有三个通孔；

所述进气装置包括回填气嘴、第一导流接口与第二导流接口；所述第一导流接口设于上游保温盖位于中间位置的通孔内，所述回填气嘴有两个，分设于上游保温盖另外的通孔内。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述上半月加热座平面下端面上设有两个自下端面左侧延伸至中部的条形孔。

3.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述下半月加热座平面上端面中间有一圆形凹坑，直径与气浮托盘直径相同；凹坑底面设有两个关于中心对称并存在夹角的出气孔，出气孔与所述气道连通。

4.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述上半月形保温片与下半月形保温片均为瓦状结构，外形贴合上半月加热座与下半月加热座的外圆；上半月形保温片与下半月形保温片圆弧两端面具有内凹的台阶。

5.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述下半月加热座平面上端面左侧对称设有上游左盖板和上游右盖板，右侧设有下游盖板；上游左盖板右下方、上游右盖板右上方、下游盖板左侧均设有圆弧缺口，用于卡嵌硅片托盘外缘；下游盖板两侧设有左导向盖板和右导向盖板，板面高度低于硅片托盘。

6.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述气浮托盘上表面布有凹坑；下表面绕中心均布多条条状凹槽，凹槽呈螺旋状排布；凹槽的宽度从靠近气浮托盘外缘端至另一端均匀递减，凹槽的深度从靠近气浮托盘外缘端至另一端均匀递减递增。

7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述回填气嘴外接回填外接气嘴；所述第一导流接口外接有第二导流接口。

8.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述硅片托盘上表面具有凹坑，凹坑形状与硅片形状一致，下表面具有凸台，并设计有锥度，与气浮托盘凹坑的锥度吻合。

9.根据权利要求1或5所述的反应装置，其特征在于，所述下游盖板右侧具有长条状的凸台，凸台从下游保温盖中间的通孔延伸至反应腔外，用于作为限制机械手运动范围的基准位。

10.根据权利要求1或5所述的反应装置，其特征在于，所述上游保温盖与下游保温盖内侧端部设有圆台结构，圆台结构与上半月形保温片和下半月形保温片端部的台阶相扣。

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