CN217030829U - 一种气路结构及反应装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种气路结构及反应装置，涉及化学气相沉积领域，气路结构包括进气轴、固定件、连接管及弹性组件，所述进气轴可移动地穿设于所述固定件上，所述连接管的一端和所述进气轴连接，所述连接管的另一端与反应室的进气嘴连接，所述弹性组件包括弹性件、限位件及调节件，所述限位件设于所述固定件上，所述调节件可调节地设于所述进气轴上，且位于所述限位件靠近所述反应室的一侧，所述弹性件套设于所述进气轴上，且一端抵持于所述限位件上，另一端抵持于所述调节件上。本申请的气路结构即保证了连接管和进气嘴之间的连接，又避免了因位移导致破损断裂的情况，使得气路密封效果良好且使用寿命长，保证进入反应室中气流的均匀性及稳定性。

Description

一种气路结构及反应装置

技术领域

本申请涉及化学气相沉积领域，尤其涉及一种气路结构及反应装置。

背景技术

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)通常用于制备薄膜材料，如碳化硅(silicon carbide，SiC)材料等。在化学气相沉积过程中，通常将晶圆放置于载盘上，再将载盘放置于反应室中进行反应，以在晶圆上形成外延层。为了使得反应生成的外延层材料均匀，提升产品的质量和性能，需要使晶圆在反应室中以一定的速度进行旋转。通常驱动载盘转动的方式有电动、机械传动及气动。

在气动驱动载盘转动的方式中，需要将驱动气体通过管路输送至反应室中，通常采用石英管进行气体的输送，由于反应室温度较高，无法使用密封圈对进气管路与反应室的连接处进行密封，一般采用过盈配合等硬连接方式进行连接。这种连接方式存在以下问题，因装配原因或热胀冷缩原因，容易导致反应部件位移等，很难保证可靠连接，容易在硬连接处出现气体泄漏的情况，且石英管在高温下，容易管道破损，导致同一气体流量，载盘的旋转速度不同甚至停止旋转，影响旋转的稳定性及速度，进而导致反应产生的薄膜均匀性受到很大影响，增加了生产的不确定性及废品率，使得生产的成本增大。

实用新型内容

为克服现有技术中的不足，本申请提供一种气路结构及反应装置。

本申请提供的一种气路结构，包括进气轴、固定件、连接管及弹性组件，所述进气轴可移动地穿设于所述固定件上，所述连接管的一端和所述进气轴连接，所述连接管的另一端与反应室的进气嘴连接，所述弹性组件包括弹性件、限位件及调节件，所述限位件设于所述固定件上，所述调节件可调节地设于所述进气轴上，且位于所述限位件靠近所述反应室的一侧，所述弹性件套设于所述进气轴上，且一端抵持于所述限位件上，另一端抵持于所述调节件上。

在一种可能的实施方式中，所述弹性件为压缩弹簧。

在一种可能的实施方式中，所述限位件包括两个半环结构，所述限位件嵌设在所述固定件上，所述进气轴穿设于所述限位件中。

在一种可能的实施方式中，所述进气轴朝向所述反应室的一侧设置有外螺纹，所述调节件设置有内螺纹。

在一种可能的实施方式中，所述气路结构还包括导向件，所述导向件设于所述固定件上，且位于所述固定件远离所述反应室的一侧，所述进气轴依次穿设于所述固定件及所述导向件中。

在一种可能的实施方式中，所述连接管远离反应室的一端穿设于所述进气轴中，且其端部位于所述连接管的中部。

在一种可能的实施方式中，所述连接管中部套设有密封圈，使所述进气轴与所述连接管密封连接。

在一种可能的实施方式中，所述进气轴与所述连接管为一体结构。

在一种可能的实施方式中，所述进气轴与所述连接管焊接连接。

本申请还提供一种反应装置，包括上述的气路结构。

相比现有技术，本申请的有益效果：

本申请通过限位件设于固定件上，调节件可调节地设于进气轴上，且位于限位件靠近反应室的一侧，弹性件套设于进气轴上，且一端抵持于限位件上，另一端抵持于调节件上，并使进气轴可移动地设于固定件上，从而即保证了连接管和进气嘴之间的连接，又不会因位移，而出现破损断裂的情况，使得气路密封效果良好且使用寿命长，保证进入反应室中气流的均匀性及稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了现有技术中气动驱动气路的示意图；

图2示出了本申请一实施例提供的气路结构的示意图；

图3示出了图2所述气路结构中弹性组件的放大示意图；

图4示出了本申请一实施例提供的反应装置的示意图；

图5示出了采用现有技术中气动驱动气路及本申请提供的气路结构进行沉积外延层得到的沉积厚度与N-掺杂浓度的测量图。

主要元件符号说明：

100-气路结构；10-进气轴；20-固定件；30-连接管；40-弹性组件；41-弹性件；42-限位件；43-调节件；50-导向件；60-密封圈；200-反应室；201-进气嘴；202-旋转基座；203-转轴；204-载盘；205-驱动腔；206-驱动孔；301通气轴；302-固定块；303-石英管；304-O型圈；400-反应装置。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，为现有技术中，气动驱动气路的示意图。

如图中所示，进行反应的反应室200通过进气嘴201与气动驱动气路连接。其中，进气嘴201为隔热气嘴，防止高温反应室200直接与气路连接，造成气路中的管路软化或破损等现象。

现有技术中，通气轴301固定在固定块302上。固定块302设置的位置相对不变。石英管303的一端和通气轴301通过O型圈304密封连接。石英管303的另一端与进气嘴201硬连接，硬连接的方式可采用过盈连接，螺纹连接等方式。

气体通过通气轴301进入石英管303，再从石英管303中进入进气嘴201中，从而输入反应室200中。

虽然为了避免温度过高，导致石英管303软化，在反应室200与石英管303之间增加了进气嘴201，进行隔热。但是进气嘴201与石英管303的连接处的温度仍十分高。因此，石英管303与进气嘴201之间无法使用密封圈等材料进行密封，只能采用硬连接的方式。

而硬连接的连接方式，在出现装配问题或热胀冷缩，导致反应部件位移时，难以保证可靠连接，因此，在进气嘴201和石英管303之间往往会出现气体泄漏的情况。从而导致同一气体流量，反应室200内载盘的旋转速度不同甚至停止旋转，进而导致生长的薄膜的均匀性受到很大影响，增加了生产的不确定性及废品率。

例如，对第三代半导体碳化硅器件，大约50％的成本在晶圆的制备上，25％的成本在外延生长上，因此，由于载盘旋转的问题，导致生产成本的增加及其造成的损失是巨大的。

实施例一

请参阅图2，本申请一实施例提供一种气路结构100。所述气路结构100密封性良好，能够保证进入反应室200中气流的均匀性及稳定性，提升载盘旋转的稳定性，使得废品率降低，降低了生产成本。

所述气路结构100包括进气轴10、固定件20、连接管30及弹性组件40。所述进气轴10穿设于所述固定件20上，且可相对所述固定件20进行移动。所述固定件20用于将气路结构100固定，其设置位置固定，相对不变。所述连接管30的一端和进气轴10连接，连接管30的另一端与进气嘴201连接。所述弹性组件40设于所述进气轴10与固定件20之间。所述弹性组件40用于提供弹性恢复力，以使所述进气轴10相对所述固定件20移动。

驱动气体通过进气轴10进入连接管30，再从连接管30中进入进气嘴201中，从而输入反应室200中，以驱动载盘旋转。

具体的，请同时参阅图3，弹性组件40包括弹性件41、限位件42及调节件43。所述弹性件41套设于所述进气轴10上。所述限位件42固定于所述固定件20上。所述调节件43可调节地设于所述进气轴10上，且位于所述限位件42靠近所述反应室200的一侧。所述弹性件41一端抵持于限位件42上，另一端抵持于所述调节件43上。

本实施例中，弹性件41选择为压缩弹簧，但不限于此，在其他实施例中，所述弹性件41还可采用可压缩波纹管、耐高温的弹性橡胶，弹性皮带、无杆气缸或其它具有弹簧作用的机构。

本实施例中，所述限位件42为两个半环结构，嵌设在所述固定件20上，且所述进气轴10穿设于所述限位件42中部的孔中。嵌设在所述固定件20中半环结构的限位件42既可保证不会相对固定件20发生移动，并且便于拆装。还可根据需要灵活调节其中部的孔径，以适配不同粗细的进气轴10。

本实施例中，所述进气轴10朝向所述反应室200的一侧设置有外螺纹。所述调节件43设置有内螺纹。通过外螺纹与内螺纹的配合，所述调节件43可调节地设置在所述进气轴10上，以调节套设于所述进气轴10上弹性件41的弹力。

本实施例中，所述气路结构100还包括导向件50。所述导向件50设于所述固定件20上，且位于所述固定件20远离所述反应室200的一侧。所述进气轴10依次穿设于所述固定件20及所述导向件50中。所述导向件50用于对所述进气轴10移动的方向进行导向，以防止进气轴10移动过程中出现偏斜而卡顿，造成移动失效或断裂。

所述连接管30可为现有技术中使用的石英管。所述连接管30可同现有技术一样，通过硬连接与所述进气嘴201进行密封连接。

使用时，将气路结构100安装好，并使连接管30与反应室200的进气嘴201连接。将调节件43向远离反应室200的一侧旋转移动，使抵持于调节件43与限位件42之间的弹性件41受力，产生一定的压缩量。反应开始后，反应室200的位置可能会因为温度的变化而产生位移：若反应室200往气路结构100一侧位移，则进气嘴201抵持连接管30，连接管30抵持进气轴10，使进气轴10相对固定件20，向远离反应室200的一侧移动，从而使调节件43向限位件42方向移动，弹性件41被进一步压缩，因此，进气嘴201与连接管30之间的连接，不会因为是硬连接，而有压断管路的风险；若反应室200往远离气路结构100的一侧位移，此时被压缩的弹性件41具有弹力，抵持调节件43，使与调节件43相连的进气轴10相对固定件20，向靠近反应室200的一侧移动，从而带动连接管30向靠近反应室200的一侧移动，能确保连接管30和进气嘴201之间的连接，防止出现泄露情况。

本申请提供的气路结构100，通过设置弹性组件40，使所述进气轴10可移动地设于固定件20上，从而即保证了连接管30和进气嘴201之间的连接，又不会因位移，而出现破损断裂的情况，使得气路密封效果良好且使用寿命长。

实施例二

请参阅图2及图3，本实施例提供的一种气路结构100，可应用于化学气相沉积的反应装置中。本实施例是在上述实施例一的技术基础上做出的改进，相比于上述实施例一，区别之处在于：

所述进气轴10朝向所述反应室200的一侧较长。所述连接管30远离反应室200的一端穿设于所述进气轴10中，且其端部位于连接管30的中部，以提高二者连接强度。所述连接管30中部套设有密封圈60，通过密封圈60，使所述进气轴10与所述连接管30密封连接。

加长的进气轴10可以使连接管30在进气轴10内的相对位置可以变化，更好的适应装配要求，可以应用在不同长度腔体的进气管路中。配合套设在连接管30中部的密封圈60，可使进气轴10与连接管30之间的挤压位置，在连接管30中部，既能确保密封圈60挤压力均衡作用在连接管30上，防止连接管30由于局部受力过大而被压碎，还能提高密封及安装强度。

在一些实施例中，所述进气轴10与连接管30分别设置，以提高装配效率及零件的适配性。

在另一些实施例中，所述进气轴10与连接管30还可为一体结构，或焊接连接，以提高密封性。

实施例三

请参阅图2至图4，本实施例提供的一种反应装置400，用于化学气相沉积制备薄膜材料。

所述反应装置400包括反应室200及如实施例一或实施例二中所述的气路结构100。

具体的，所述反应室200中还设有旋转基座202、转轴203及载盘204。所述旋转基座202通过转轴203可转动的设于所述反应室200的中部，且转轴203沿竖直方向设置。所述载盘204设于所述旋转基座202远离所述转轴203的一侧。

所述反应室200中开设有驱动腔205。所述驱动腔205一端与所述进气嘴201连通，另一端沿伸至所述旋转基座202下方。所述反应室200设置所述旋转基座202的壁面上开设有驱动孔206。所述旋转基座202朝向所述壁面的一侧设有驱动槽(图未示)。所述驱动孔206连通所述驱动腔205与所述驱动槽。驱动气体通过进气嘴201进入所述驱动腔205，随后通过驱动孔206进入驱动槽中，以使旋转基座202在驱动气体的驱动下旋转。

请参阅图5，上方表示采用现有技术中气动驱动气路进行沉积外延层得到的沉积厚度与N-掺杂浓度的测量图；下方表示本申请提供的气路结构100进行沉积外延层得到的沉积厚度与N-掺杂浓度的测量图。其中，方点表示沉积的外延层的厚度，圆点表示N(氮元素)-掺杂浓度。

从图中可得：现有技术中，外延层的沉积厚度的不均匀性为3.78％，N-掺杂浓度的不均匀性为4.48％。本申请中，外延层的沉积厚度的不均匀性为1.87％，N-掺杂浓度的不均匀性为2.04％。

表明，采用本申请中的技术以后，得到的外延层的厚度和掺杂浓度的不均匀性都有所下降，说明，采用本申请气路结构后，外延层(薄膜)各位置的厚度和N-掺杂浓度更加均匀，外延层的质量及性能更好。

本申请提供的反应装置400，通过使用气路结构100，还能够实现如下有益效果：

1.原本现有技术需采用15L/min氢气带动载盘204旋转，逐步减少氢气量，到5L/min时，载盘204将停止旋转。现在只需要使用2L/min氢气就能使载盘204旋转，并且减少到0.8L/min，载盘204才会停止旋转，减少了氢气的消耗量。

2.驱动旋转的气体流速过大，会影响反应室200中的气体流场，经软件模拟，现有技术采用的15L/min氢气会扰乱反应流场，降低生产外延片的均匀性，使得外延片的粗糙度较高，产物良率较低，造成成本损失；本申请采用的2L/min氢气不会扰乱反应气路，能够提高外延片的均匀性，提高外延片表面的平整度，提高产物良率。

3.现有技术采用的驱动气体的流速过大，还会带走过多的热量，导致加热时间增长，加热功率消耗增加，成本增加。本申请驱动气体的流速低，降低了功率消耗，减少了损耗陈本。

4.现有技术采用的驱动气体的流速过大，产生的气膜范围宽，使得反应部件刻蚀的速度快，降低了反应部件的寿命，而本申请则能够增加反应部件的寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种气路结构，其特征在于，包括进气轴、固定件、连接管及弹性组件，所述进气轴可移动地穿设于所述固定件上，所述连接管的一端和所述进气轴连接，所述连接管的另一端与反应室的进气嘴连接，所述弹性组件包括弹性件、限位件及调节件，所述限位件设于所述固定件上，所述调节件可调节地设于所述进气轴上，且位于所述限位件靠近所述反应室的一侧，所述弹性件套设于所述进气轴上，且一端抵持于所述限位件上，另一端抵持于所述调节件上。

2.根据权利要求1所述的气路结构，其特征在于，所述弹性件为压缩弹簧。

3.根据权利要求1所述的气路结构，其特征在于，所述限位件包括两个半环结构，所述限位件嵌设在所述固定件上，所述进气轴穿设于所述限位件中。

4.根据权利要求1所述的气路结构，其特征在于，所述进气轴朝向所述反应室的一侧设置有外螺纹，所述调节件设置有内螺纹。

5.根据权利要求1所述的气路结构，其特征在于，所述气路结构还包括导向件，所述导向件设于所述固定件上，且位于所述固定件远离所述反应室的一侧，所述进气轴依次穿设于所述固定件及所述导向件中。

6.根据权利要求1所述的气路结构，其特征在于，所述连接管远离反应室的一端穿设于所述进气轴中，且其端部位于所述连接管的中部。

7.根据权利要求6所述的气路结构，其特征在于，所述连接管中部套设有密封圈，使所述进气轴与所述连接管密封连接。

8.根据权利要求1所述的气路结构，其特征在于，所述进气轴与所述连接管为一体结构。

9.根据权利要求1所述的气路结构，其特征在于，所述进气轴与所述连接管焊接连接。

10.一种反应装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的气路结构。

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