CN211497783U - 一种lpcvd双材质真空反应室 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种LPCVD双材质真空反应室，其包括反应室、进气组件及出气管，进气组件与外部气源连接，反应室包括外层腔体及设在外层腔体内的内层腔体；进气组件包括至少一个左进气管及至少一个右进气管，每一个左进气管的进气口设置在反应室长度方向的一端部，每一个右进气管的进气口设置在反应室长度方向的另一端部，左进气管和右进气管上均设有多个出气孔。本实用新型设计的真空反应室，反应室两端均有进气管进行气体扩散，使得反应室内气体分散广泛均匀，出气稳定，提高硅片薄膜均匀性及工艺质量，提高产品优良率；真空反应室采用双层结构，真空性优异，抗冲击性能强，提高整体反应室的强度，提高使用寿命。

Description

一种LPCVD双材质真空反应室

技术领域

本实用新型涉及LPCVD真空反应室领域，尤其涉及一种LPCVD双材质真空反应室。

背景技术

由于可再生能源开发备受关注，太阳能光伏发电推广迅速，随着半导体工艺特征尺寸的减小，及对薄膜均匀性、膜厚误差要求不断提高，其中LPCVD拥有极佳的台阶覆盖性、良好组成成分和结构控制性、较高的沉积速率，并且这种方法不需要载离子气体，因而大大降低了颗粒污染源，被广泛应用在半导体产业的薄膜沉积工艺中。

LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低压化学气相沉积)设备是在低压高温条件下，通过混合气体的化学反应生成固体反应物并使其沉积在硅片表面形成薄膜，是化学气相沉积(CVD)设备当中的一种，主要应用于集成电路、电力电子、光伏、微机电系统等行业。在光伏行业中，LPCVD主要应用于多晶硅、非晶硅、SiO₂、Si₃N₄、磷硅玻璃(PSG)和掺硼磷硅玻璃(BPSG)等多种薄膜的生长与沉积。作为CVD设备当中的一种，其最为重要功能或最终的目标仍然是CVD反应，因而反应室是整个设备的核心，也是设计的核心点。

LPCVD工艺的基本原理是将一种或数种气态物质，在较低压力下，用热能激活，使其发生热分解或化学反应，沉积在衬底表面形成所需的薄膜。在反应过程中，以气体形式提供构成薄膜的原料，反应尾气由抽气系统排除。通过热能除加热基片到适当温度之外，还对气体分子进行激发、分解，促进其反应。分解生成物或反应产物沉积在基片表面形成薄膜。

现阶段采用真空反应室均为单层石英管，推舟、炉门关闭运动过程中，接触石英管瞬间产生一定的挤压力，以及遇到断电或降温维护时，石英管内壁覆盖有多晶硅的地方就会产生裂纹或损坏，单层石英管寿命低、拆换繁琐；石英材质真空室加工工序多，精度很难达到设计需求，耗时周期长。

现有为石英-密封圈-金属接触，密封圈在高温容易老化，LPCVD反应室内部温度为750℃，炉口密封圈(246型氟橡胶O型密封圈)的适用温度在300-500℃左右，热交换使得O型密封圈使用一段时间后，其密封性效果逐渐降低，对气体反应制薄膜有影响，导致O型圈更换频繁。

另外现有的进气方式，存在从进气端到气管尾部，出气孔流速逐步降低的情况，影响硅片薄膜均匀性及工艺质量。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种LPCVD双材质真空反应室，提高硅片薄膜均匀性及工艺质量，所述技术方案如下：

本实用新型提供一种LPCVD双材质真空反应室，其包括具有中空结构的反应室、设置在反应室内的进气组件及设置在反应室端部的出气管，所述进气组件与外部气源连接，所述反应室包括外层腔体及设置在外层腔体内的内层腔体，所述外层腔体由金属材质制成，所述内层腔体由石英材质制成；

所述进气组件包括至少一个左进气管及至少一个右进气管，每一个左进气管的进气口设置在反应室长度方向的一端部，每一个右进气管的进气口设置在反应室长度方向的另一端部，所述左进气管与右进气管均沿所述反应室的长度方向延伸，所述左进气管和右进气管上均设置有多个间隔设置的出气孔；所述反应室与炉门配合的端部外套设有由金属材质制成的密封法兰，所述密封法兰的一端面用于与炉门抵触。

进一步地，所述密封法兰远离反应室的圆周外侧部上设置有沿圆周方向的凹槽。

进一步地，所述进气组件还包括分别设置在反应室长度方向两端部的气管接头，每一个气管接头的一端与左进气管或右进气管连接，另一端与外部气源连接，所述密封法兰的圆周外侧部设置有至少一个气管接头。

进一步地，所述反应室内设置有用于支撑所述左进气管和右进气管的支撑件，所述支撑件的一端与内层腔体的内侧壁接触，另一端与左进气管或右进气管接触。

进一步地，所述左进气管和右进气管之间通过连接件进行连接。

进一步地，所述连接件为相对设置的第一连接板和第二连接板及设置在所述第一连接板和第二连接板之间的第三连接板，所述第一连接板与第二连接板均用于分别与相邻的左进气管和右进气管抵触

进一步地，所述第三连接板为曲面状，且其宽度方向上的侧边沿为弧形状。

进一步地，所述外层腔体为长度方向的一端封闭、另一端开口的筒体结构，所述内层腔体为其长度方向的两端部均开口的筒体结构。

进一步地，所述外层腔体的一端部设置有用于密封的金属板，所述金属板与反应室焊接，使得所述外层腔体的一端部为封闭结构。

进一步地，所述反应室设置有金属板的端部设置有与外部辅助装配工具相配合的定位件及用于检测反应室内温度的热电偶。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.本实用新型设计的LPCVD双材质真空反应室，反应室两端均有进气管进行气体扩散，使得反应室内气体分散广泛均匀，出气稳定，提高硅片薄膜均匀性及工艺质量，提高产品优良率；

b.本实用新型设计的LPCVD双材质真空反应室采用金属外层和石英内层的双层结构，便于加工，真空性优异，抗冲击性能强，提高整体反应室的强度，进而提高真空反应室石英管寿命，提高整体使用寿命；且便于运输；

c.本实用新型设计的LPCVD双材质真空反应室具有金属与金属接触密封结构，在保证炉门与真空反应室密闭性的同时，密封法兰的使用寿命更长，不用频繁更换。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的LPCVD双材质真空反应室的立体图；

图2是本实用新型实施例提供的LPCVD双材质真空反应室的主视图；

图3是本实用新型实施例提供的LPCVD双材质真空反应室的侧视图；

图4是本实用新型实施例提供的LPCVD双材质真空反应室内部示意图；

图5是本实用新型实施例提供的LPCVD双材质真空反应室的密封法兰的立体图；

图6是本实用新型实施例提供的LPCVD双材质真空反应室的密封法兰的主视图；

图7是本实用新型实施例提供的LPCVD双材质真空反应室的密封法兰的图6 中A-A的剖面图。

其中，附图标记包括：1-反应室，11-外层腔体，12-内层腔体，2-出气管， 3-左进气管，4-右进气管，5-密封法兰，51-凹槽，52-螺纹定位孔，6-金属板， 7-定位件，8-热电偶，9-气管接头，10-支撑件，13-外部气源，14-硅片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种LPCVD双材质真空反应室，具体结构参见图1，其包括具有中空结构的反应室1、设置在反应室1内的进气组件及设置在反应室1端部的出气管2，所述进气组件与外部气源13连接，所述反应室1包括外层腔体11及设置在外层腔体11内的内层腔体12，所述内层腔体12由石英材质制成，所述外层腔体11由金属材质制成，优选为不锈钢材质；外层腔体11由金属材质制成，便于加工，真空性优异，抗冲击性能强，提高整体反应室的强度，进而提高使用寿命；且便于运输。石英管工作环境压力稳定，采用双层结构(金属外层、石英内层)，不存在外部运动机构碰撞，提高反应室内石英管寿命。所述内层腔体12内设置有待加工的硅片14，通过通入气体，在较低压力下，用热能激活，使其发生热分解或化学反应，沉积在硅片表面形成所需的薄膜。根据实际加工需求，所述内层腔体12的外侧壁与外层腔体11 的内侧壁之间可以保持间距或所述内层腔体12的外侧壁与外层腔体11的内侧壁接触。

所述进气组件的具体结构如下：参见图1、图2和图4，所述进气组件包括至少一个进气管，所述进气管包括左进气管3及右进气管4，所述左进气管3的进气口设置在反应室1的反应室长度方向的一端部(如图4中的左端部)，所述右进气管4的进气口设置在反应室1长度方向的另一端部(如图4中的右端部)，所述左进气管3与右进气管4均沿所述反应室1的长度方向延伸，所述左进气管3与右进气管4优选与反应室1平行设置。所述左进气管3和右进气管4上均设置有多个间隔设置的出气孔，气体从出气孔排出至硅片上进行加工。所述左进气管3的进气口和右进气管4的进气口相对设置，即两侧均有进气管进行气体充入扩散，使得反应室1内气体分散广泛均匀，反应室内硅片接触气体面积增大，参见图4，箭头所指为气体喷出方向，从进气端到进气管尾部，出气稳定，提高硅片薄膜均匀性及工艺质量。

所述进气组件还包括分别设置在反应室1长度方向的两端部(两端部在图中1为左端部和右端部)的气管接头9，参见图3，所述气管接头9的一端与左进气管3或右进气管4连接，另一端与外部气源13连接，所述气管接头9与左进气管3或右进气管4一一对应设置，一个左进气管3对应一个气管接头9，一个右进气管4对应一个气管接头9。气管接头9可焊接在反应室端部或可拆卸设置在反应室端部，通过设置气管接头9，方便连接进气管和外部气源13。

所述外层腔体11为长度方向的一端封闭、另一端开口的筒体结构，所述外层腔体11的一端部设置有用于密封的金属板6，金属板6与反应室1焊接一起，使得反应室的一端部为密封结构。所述内层腔体12为长度方向两端部均开口的筒体结构。

所述反应室1与炉门配合的端部外套设有由金属材质制成的密封法兰5，参见图5至图7，所述密封法兰的一端面用于与炉门抵触，与炉门抵触的一端面为密封研磨表面(经过抛光形成平面结构，可与炉门一端面完全贴合，而不出现缝隙)，密封法兰优选与反应室焊接固定；当由金属材质的炉门与所述反应室1 的一端部配合封闭反应室时，金属材质的炉门与密封法兰的密封研磨表面直接接触，以形成金属与金属接触密封结构，提高炉门与反应室的密闭性；金属耐温性高，耐受的温度高，可省去密封圈；金属材质的密封法兰相对于O型圈，在保证炉门与真空反应室密闭性的同时，金属材质的密封法兰的使用寿命更长，不用频繁更换。

所述密封法兰5远离反应室的圆周外侧部上设置有沿圆周方向的凹槽51，参见图5和图7，设置凹槽相当于减小密封法兰的厚度，以减少位移量，补偿位移量，相对于没有开设凹槽的法兰增加了弹性，以提高密封性。

所述密封法兰5的圆周外侧部上设置有至少一个气管接头9，所述气管接头 9用于连接右进气管4，气管接头9可焊接在密封法兰5外侧面或者可拆卸地设置在密封法兰5侧面。所述密封法兰5的圆周外侧部上设置有多个螺纹定位孔 52，其用于连接进气管。

所述反应室1内设置有用于支撑所述进气管的支撑件10，参见图2，所述支撑件10的一端与内层腔体12的内侧壁接触，另一端与左进气管3或右进气管4接触。因进气管与内层腔体12的内壁之间保持间距，且进气管太长，需要支撑件10来支撑进气管，使得进气管与内层腔体12平行，所述支撑件10可拆卸的设置在内层腔体12内，只需放在内部即可，没有任何固定，完全靠两侧进气管的重力平衡，同时方便取出。支撑件10的结构为多种形式，其至少包括用于夹持进气管的夹紧端以及设置在内层腔体12内的固定端，夹紧端具有开口以便于进气管穿过。

所述左进气管3和右进气管4之间通过连接件进行连接。所述连接件的具体结构如下：所述连接件为相对设置的第一连接板和第二连接板及设置在所述第一连接板和第二连接板之间的第三连接板，所述第一连接板与第二连接板均用于分别与相邻的左进气3和右进气管4抵触，优选地，所述第三连接板为曲面状，且其宽度方向上的侧边沿为弧形状，所述反应室为中空圆柱结构，所述反应室的内侧壁为弧形结构，第三连接板的弧度优选与所述反应室的内侧壁的弧度相同，所述第三连接板为弧形结构，使得连接件朝向所述反应室的内侧壁，不会阻挡进气管上的出气孔；且进气管太长，设置连接件，起到支撑限位连接作用。

进一步地，所述反应室1设置有金属板6的端部设置有与外部辅助装配工具相配合的定位件7，反应室需要放置在加热元器件内，通过外部辅助装配工具与定位件7相配合，方便操作，定位板为板结构，其一端固定设置在左端部，另一端设置有外部辅助装配工具相配合的安装孔。所述反应室1左端部的金属板6上设置有热电偶8，所述热电偶8用于检测反应室内的实时温度。

本实用新型设计的本实用新型设计的LPCVD双材质真空反应室，两侧均有进气管进行气体扩散，使得反应室内气体分散广泛均匀，出气稳定，提高硅片薄膜均匀性及工艺质量，提高产品优良率；本实用新型设计的LPCVD双材质真空反应室采用金属外层和石英内层的双层结构，便于加工，真空性优异，抗冲击性能强，提高整体反应室的强度，进而提高真空反应室石英管寿命，提高整体使用寿命；且便于运输。真空反应室具有金属与金属接触密封结构，在保证炉门与真空反应室密闭性的同时，密封法兰的使用寿命更长，不用频繁更换。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，包括具有中空结构的反应室(1)、设置在反应室(1)内的进气组件及设置在反应室(1)端部的出气管(2)，所述进气组件与外部气源(13)连接，所述反应室(1)包括外层腔体(11)及设置在外层腔体(11)内的内层腔体(12)，所述外层腔体(11)由金属材质制成，所述内层腔体(12)由石英材质制成；

所述进气组件包括至少一个左进气管(3)及至少一个右进气管(4)，每一个左进气管(3)的进气口设置在反应室(1)长度方向的一端部，每一个右进气管(4)的进气口设置在反应室(1)长度方向的另一端部，所述左进气管(3)与右进气管(4)均沿所述反应室(1)的长度方向延伸，所述左进气管(3)和右进气管(4)上均设置有多个间隔设置的出气孔；所述反应室(1)与炉门配合的端部外套设有由金属材质制成的密封法兰，所述密封法兰的一端面用于与炉门抵触。

2.根据权利要求1所述的LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，所述密封法兰(5)远离反应室的圆周外侧部上设置有沿圆周方向的凹槽(51)。

3.根据权利要求2所述的LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，所述进气组件还包括分别设置在反应室(1)长度方向两端部的气管接头(9)，每一个气管接头(9)的一端与左进气管(3)或右进气管(4)连接，另一端与外部气源(13)连接，所述密封法兰(5)的圆周外侧部设置有至少一个气管接头(9)。

4.根据权利要求1所述的LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，所述反应室(1)内设置有用于支撑所述左进气管(3)和右进气管(4)的支撑件(10)，所述支撑件(10)的一端与内层腔体(12)的内侧壁接触，另一端与左进气管(3)或右进气管(4)接触。

5.根据权利要求1所述的LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，所述左进气管(3)和右进气管(4)之间通过连接件进行连接。

6.根据权利要求5所述的LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，所述连接件为相对设置的第一连接板和第二连接板及设置在所述第一连接板和第二连接板之间的第三连接板，所述第一连接板与第二连接板均用于分别与相邻的左进气管(3)和右进气管(4)抵触。

7.根据权利要求6所述的LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，所述第三连接板为曲面状，且其宽度方向上的侧边沿为弧形状。

8.根据权利要求1所述的LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，所述外层腔体(11)为长度方向的一端封闭、另一端开口的筒体结构，所述内层腔体(12)为其长度方向的两端部均开口的筒体结构。

9.根据权利要求8所述的LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，所述外层腔体(11)的一端部设置有用于密封的金属板(6)，所述金属板(6)与反应室(1)焊接，使得所述外层腔体(11)的一端部为封闭结构。

10.根据权利要求9所述的LPCVD双材质真空反应室，其特征在于，所述反应室(1)设置有金属板(6)的端部设置有与外部辅助装配工具相配合的定位件(7)及用于检测反应室(1)内温度的热电偶(8)。

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