CN219470187U - 一种炉管设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种炉管设备，包括：本体，本体具有反应腔体；排气结构，排气结构包括至少一个环形腔体，至少一个环形腔体环绕在本体底部的外侧面上，且通过第一连通结构与反应腔体连通；其中，至少一个环形腔体具有排气口。本申请实施例提供的炉管设备能够提高反应气体在反应腔体底部分布的均匀性，从而使得位于反应腔体底部的晶圆膜厚的均匀性可以更好。

Description

一种炉管设备

技术领域

本申请涉及半导体制造设备领域，特别涉及一种炉管设备。

背景技术

炉管设备被广泛应用于半导体制程中，可一次性加工数十至上百片晶圆(例如，硅片)，其高效性被广泛认可。在使用炉管设备加工晶圆时，反应气体会从炉管设备顶部进入到反应腔体，在反应腔体内自上而下运动，然后通过炉管设备底部的排气口排出。由于排气口一般会设置在炉管设备底部的一侧，会导致反应气体的气体场分布会偏向排气口，而导致反应气体在反应腔体底部分布不均匀，从而反应腔体底部的晶圆膜厚均匀性较差。

因此，希望提供一种炉管设备，能够改善反应气体在反应腔体底部分布不均匀而导致晶圆膜厚均匀性较差的问题。

实用新型内容

本申请实施例之一提供一种炉管设备，包括：本体，所述本体具有反应腔体；排气结构，所述排气结构包括至少一个环形腔体，所述至少一个环形腔体环绕在所述本体底部的外侧面上，且通过第一连通结构与所述反应腔体连通；其中，所述至少一个环形腔体具有排气口。

在一些实施例中，所述至少一个环形腔体包括第一环形腔体和第二环形腔体，所述第一环形腔体通过所述第一连通结构与所述反应腔体连通，所述第二环形腔体具有所述排气口，所述第一环形腔体和所述第二环形腔体通过第二连通结构连通。

在一些实施例中，所述排气结构沿所述本体的周向连接于所述本体底部的外侧面。

在一些实施例中，所述排气结构与所述本体为一体成型式结构。

在一些实施例中，所述第一连通结构为开设在所述本体底部的外侧面上的环形开口。

在一些实施例中，所述第一连通结构包括开设在所述本体底部的外侧面上的若干个第一通孔，所述若干个第一通孔沿所述本体底部的周向分布。

在一些实施例中，所述第二连通结构为所述第一环形腔体和所述第二环形腔体之间的环形空间。

在一些实施例中，所述第二连通结构包括所述第一环形腔体和所述第二环形腔体之间呈环形分布的若干个第二通孔。

在一些实施例中，所述本体顶部设置有进气口，所述反应腔体内靠近所述进气口设置有至少一个缓冲挡板，所述缓冲挡板上开设有若干个层流孔。

在一些实施例中，所述至少一个缓冲挡板包括第一缓冲挡板和第二缓冲挡板，所述第一缓冲挡板和所述第二缓冲挡板沿第一方向依次排列设置在所述反应腔体内。

在本申请实施例提供的炉管设备中，至少一个环形腔体与反应腔体底部连通，能够使排气气压呈360°水平环形分布，而使得反应腔体底部的反应气体能够在排气气压的作用下从360°各个方向排出反应腔体，而使得反应气体在反应腔体底部分布得更加均匀，气体层流效果更好，从而使得位于反应腔体底部的晶圆膜厚的均匀性可以更好。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。

其中：

图1是根据本申请一些实施例所示的炉管设备的结构示意图；

图2是图1中A-A方向的剖视图。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

炉管设备是半导体制程中用于加工晶圆的设备，可以一次性加工上百片晶圆，其高效性被广泛认可。在制造晶圆的过程中，反应气体会从炉管设备的顶部进入炉管设备的反应腔体内，然后在反应腔体内由上向下流动，在这过程中反应气体会参与反应腔体内的物理化学反应以实现对反应腔体内的晶圆加工。当反应气体运动到反应腔体的底部时，会通过炉管设备底部的排气口排出。由于排气口一般设置在炉管设备底部的一侧，会使得反应气体在到达反应腔体底部时，受来自排气口的单一方向的负压吸力作用，向单一方向(即朝向排气口的方向)流动，气体场分布会朝向排气口发生偏移，而导致反应气体在反应腔体底部分布不均匀、气体层流效果不佳，其中，反应腔体底部越靠近排气口的区域，气体分布不均匀的现象越明显，而气体层流效果则越好，从而导致位于反应腔体底部的晶圆膜厚均匀性变差。

为了提高反应气体在反应腔体底部分布的均匀性，以改善位于反应腔体底部的晶圆膜厚均匀性，在一些实施例中，可以在反应腔体底部设置具有多孔结构的缓冲挡板，当反应气体到达反应腔体底部时，缓冲挡板可以对其进行阻挡，提高反应气体流动的平衡和稳定，同时可以增加反应气体的流通性，有助于提高反应气体在反应腔体底部分布的均匀性，从而有利于改善位于反应腔体底部的晶圆膜厚均匀性。然而，虽然缓冲挡板可以阻挡反应气体，但在反应气体从反应腔体底部排出的过程中，由于反应气体的排放是通过炉管设备底部一侧的排放口排放到单一管路中，导致反应气体的气流的汇聚效应依然存在，导致反应气体在反应腔体底部的流通性整体较差，甚至存在气流“死角”，即反应腔体底部的部分区域气体流通性极差。因此，通过在反应腔体底部设置缓冲挡板虽然对反应气体在反应腔体底部分布的均匀性有一定的优化作用，但作用有限，仍不能满足位于提升反应腔体底部的晶圆膜厚均匀性的需求。

本申请实施例提供一种炉管设备，该炉管设备包括本体，本体具有反应腔体；排气结构，排气结构包括至少一个环形腔体，至少一个环形腔体环绕在本体底部的外侧面上，且通过第一连通结构与反应腔体连通；其中，至少一个环形腔体具有排气口。本申请实施例提供的炉管设备通过至少一个环形腔体与反应腔体底部连通，并且将排气口设置与至少一个环形腔体连通，可以使得排气负压分布在至少一个环形腔体内，而达到排气负压360°水平分布在反应腔体底部的目的，从而能够避免反应气体在从反应腔体排出时向单一方向流动而导致反应气体在反应腔体底部分布不均匀，即反应腔体底部的反应气体浓度分布不均匀，而导致位于反应腔体底部的晶圆膜厚均匀性变差的问题。

下面结合附图对本申请实施例提供的炉管设备进行详细说明。

图1是根据本申请一些实施例所示的炉管设备的结构示意图。

图2是图1中A-A方向的剖视图。

结合图1和图2所示，炉管设备100可以包括本体110和排气结构120。其中，本体110具有反应腔体111；排气结构120包括至少一个环形腔体，至少一个环形腔体环绕在本体110的外侧面上，且通过第一连通结构130与反应腔体111连通，至少一个环形腔体具有排气口140。

作为示例性说明，在炉管设备100工作时，反应气体会从炉管设备100的顶部进入到反应腔体111中，然后反应气体在反应腔体111内由上到下流参与物理化学反应，以进行晶圆加工。当反应气体到达反应腔体底部时，可以通过排气结构120排出反应腔体111。其中，由于至少一个环形腔体具有排气口，排气口140用于连接排气管路，排气管路能够产生排气负压，排气负压能够在至少一个环形腔体内均匀分布，而由于至少一个环形腔体环绕在反应腔体111底部并与反应腔体111连通，则会使得反应腔体111底部的反应气体不再受单一方向的负压吸力作用向单一方向流动，而在360°水平环形分布的排气负压的作用下，从360°各个方向扩散到至少一个环形腔体中，如此可以使得反应气体在反应腔体111底部分布得更加均匀，气体层流效果更好，从而使得位于反应腔体111底部的晶圆膜厚的均匀性可以更好。

在一些实施例中，至少一个环形腔体可以仅包括一个环形腔体，该环形腔体通过第一连通结构(例如，图2中示出的第一连通结构130)与反应腔体连通，同时还具有排气口(例如，图2中示出的排气口140)。排气口连接排气管路，排气管路产生排气负压并均匀分布在该环形腔体内，使得反应腔体111底部的反应气体能够受到360°水平环形分布的排气负压的作用，能够通过第一连通结构较为均匀地从360°各个方向流动到环形腔体内，然后通过排气口进入排气管路实现排气目的，如此可以使得反应气体从360°各个方向排出反应腔体111的流动效果具有较好的一致性，使得反应腔体底部的反应气体浓度分布较为均匀，具有较好的气体层流效果，从而能够提升位于反应腔体111底部的晶圆膜厚的均匀性。

在一些实施例中，如图2所示，至少一个环形腔体可以包括第一环形腔体121和第二环形腔体122，第一环形腔体121可以通过第一连通结构130与反应腔体111连通，第二环形腔体122具有排气口140，第一环形腔体121和第二环形腔体122通过第二连通结构150连通。其中，由于第二环形腔体122具有排气口140，排气口140连接排气管路以为反应气体从反应腔体111底部排出提供排气负压，排气负压能够在第二环形腔体122内均匀地呈360°水平环形分布，而第二环形腔体122与反应腔体111之间是连通的，排气负压会从第而环形腔体122环形传导至第一环形腔体121，然后从第一环形腔体121环形传导至反应腔体，使得反应腔体111底部的反应气体会受到排气负压的作用，而通过第一连通结构130从360°各个方向流动到第一环形腔体121内，然而通过第二连通结构150流动到第二环形腔体122内，最后通过排气口130进入到排气管路中实现排气的目的。在将反应气体排出反应腔体111时，通过将排气负压均匀地呈360°水平环形分布和反应气体从360°各个方向排出反应腔体111这两个过程分别拆分到第二环形腔体122和第一环形腔体121，即第二反应腔体122实现排气负压均匀地呈360°水平环形分布，第一环形腔体121实现反应气体从360°各个方向排出反应腔体111(即从360°各个方向流动到第一环形腔体121中)，可以使得反应气体从360°各个方向排出反应腔体111的流动效果具有更好的一致性，使得反应腔体底部的反应气体浓度分布得更为均匀，并且具有更好的气体层流效果，从而能够进一步提升位于反应腔体111底部的晶圆膜厚的均匀性。

在一些实施例中，第一环形腔体121和第二环形腔体122对应的环形的圆心可以在同一平面内，第二环形腔体122对应的环形的内径大于第一环形腔体121对应的环形的内径。在一些实施例中，第一环形腔体121和第二环形腔体122对应的环形的圆心可以不在同一平面内，例如，第一环形腔体121对应的环形的圆心可以在第二环形腔体122对应的环形的圆心上方或下方，第一环形腔体121对应的环形的内径可以大于、小于或等于第二环形腔体122对应的环形的内径。需要说明的是，至少一个环形腔体还可以包括除第一环形腔体121和第二环形腔体122以外的一个或多个环形腔体，例如，第三环形腔体、第四环形腔体、第五环形腔体等，一个或多个环形腔体位于第一环形腔体121和第二环形腔体122之间并且与第一环形腔体121和第二环形腔体122连通，在设置多个环形腔体的情况下，对于提高反应腔体底部的气体浓度分布的均匀性更为有利。

在一些实施例中，为了实现排气负压从第一环形腔体121到反应腔体111的环形传导，使得反应气体能够通过第一连通结构130从360°各个方向排出反应腔体111，第一连通结构130可以为开设在本体110底部的外侧面的环形开口，该环形切口位于反应腔体111和第一环形腔体121之间，从而能够连通第一环形腔体121和反应腔体111。

在一些实施例中，第一连通结构130可以包括开设在本体110底的外侧面上的若干个第一通孔，若干个第一通孔沿本体110底部的周向分布，每个第一通孔均能将第一环形腔体121和反应腔体111连通。通过若干个第一通孔将第一环形腔体121和反应腔体111连通，不仅能够实现反应气体通过第一连通结构130从360°各个方向排出反应腔体111，而且可以保证本体110底部的结构稳定性，从而加强对整个炉管设备100的支撑。

在一些实施例中，为了实现排气负压从第二环形腔体122到第一环形腔体121的环形传导，进而实现排气负压从第一环形腔体121到反应腔体111的环形传导，使得反应气体能够通过第一连通结构130从360°各个方向排出反应腔体111。第二连通结构150可以为第一环形腔体121和第二环形腔体122之间的环形空间，该环形空间可以实现排气负压从第二环形腔体122到第一环形腔体121的环形传导。

在一些实施例中，第二连通结构150可以包括第一环形腔体121和第二环形腔体122之间呈环形分布的若干个第二通孔，即若干个第二通孔环绕本体110呈环形分布，每个第二通孔均能将一环形腔体121和第二环形腔体122连通。通过若干个第二通孔将第一环形腔体121和第二环形腔体122连通，不仅能够实现排气负压从第二环形腔体122到第一环形腔体121的环形传导，还能保证排气结构120的结构稳定性。

在一些实施例中，排气结构120和本体110可以为一体式成型结构，例如，排气结构120和本体110的材料可以是石英，而采用石英晶体生长的方式来实现一体成型。在一些实施例中，排气结构120和本体110也可以采用其他一体成型方式(例如，铸造等)制造成一体式成型结构。

在一些实施例中，排气结构120和本体110之间可以通过可拆卸连接的方式连接。进一步地，排气结构120可以沿本体110的周向连接于本体底部的外侧面。作为示例性说明，排气结构120可以看作是炉管设备100的底座(例如，法兰座)，底座上开设有与本体110底部配合的安装孔，本体110底部可以安装到该安装孔内，并且本体110底部的外侧面与安装孔内壁贴合，然后通过卡箍、螺钉等将底座和本体110固定连接在一起。在一些实施例中，排气结构120和本体110的材料可以相同，例如，排气结构120和本体110的材料可以均为石英。在一些实施例中，排气结构120和本体110的材料也可以不同，例如，排气结构120的材料可以是金属，而本体110的材料为石英。

在一些实施例中，如图2所示，本体110底部可以设置有进气口160，进气口160可以供反应气体从炉管设备100的顶部进入到反应腔体111中。在一些实施例中，反应腔体111内靠近有进气口160可以设置有至少一个缓冲挡板，缓冲挡板上开设若干个层流孔，层流孔用于供反应气体通过，从而实现反应气体在反应腔体111内由上到下的流动。通过设置缓冲挡板，可以对反应气体的流动起到缓冲作用，从而使得反应气体在反应腔体111内由上到下的流动具有较好的层流效果，有利于提高反应腔体111底部的反应气体浓度分布的均匀性，从而对改善位于反应腔体111底部的晶圆膜厚的均匀性有帮助。

作为示例性说明，如图2所示，至少一个缓冲挡板可以包括第一缓冲挡板171和第二缓冲挡板172，第一缓冲挡板171和第二缓冲挡板172可以第一方向依次排列设置反应腔体111内。其中，第一方向为图2中所示的由上到下的方向。通过在反应腔体111内沿第一方向设置两层缓冲挡板，即第一缓冲挡板171和第二缓冲挡板172，可以使得反应气体在反应腔体111内由上到下的流动具有更好的层流效果，更有利于提高反应腔体111底部的反应气体浓度分布的均匀性，从而对改善位于反应腔体111底部的晶圆膜厚的均匀性有更大的帮助。需要说明的是，图2示出的缓冲挡板数量仅作为示例，反应腔体111内沿第一方向设置的缓冲挡板数量可以在两个以上，例如，三个、四个、五个等。在一些实施例中，缓冲挡板数量越多，反应气体在反应腔体111内由上到下的流动的层流效果就越好，反应腔体111底部的反应气体浓度分布就越均匀，位于反应腔体111底部的晶圆膜厚的均匀性就越好。

本申请实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)在本申请实施例提供的炉管设备中，反应腔体底部的反应气体能够在从360°各个方向排出反应腔体，而使得反应气体在反应腔体底部分布得更加均匀，气体层流效果更好，从而使得位于反应腔体底部的晶圆膜厚的均匀性可以更好；(2)反应腔体内设置至少一个缓冲挡板，缓冲挡板对反应气体的流动起到缓冲作用，从而使得反应气体在反应腔体内由上到下的流动具有较好的层流效果，有利于提高反应腔体底部的反应气体浓度分布的均匀性，从而对改善位于反应腔1底部的晶圆膜厚的均匀性有帮助。

需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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；可以是转动连接，也可以是滑动连接；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，可以结合具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，当本申请说明书中使用了“第一”、“第二”、“第三”等术语描述各种特征时，这些术语仅用于对这些特征进行区分，而不能理解为指示或暗示特征之间的关联性、相对重要性或者隐含指明所指示的特征数量。

除此之外，本申请说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本申请中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种炉管设备，其特征在于，包括：

本体，所述本体具有反应腔体；

排气结构，所述排气结构包括至少一个环形腔体，所述至少一个环形腔体环绕在所述本体底部的外侧面上，且通过第一连通结构与所述反应腔体连通；其中，所述至少一个环形腔体具有排气口。

2.根据权利要求1所述的炉管设备，其特征在于，所述至少一个环形腔体包括第一环形腔体和第二环形腔体，所述第一环形腔体通过所述第一连通结构与所述反应腔体连通，所述第二环形腔体具有所述排气口，所述第一环形腔体和所述第二环形腔体通过第二连通结构连通。

3.根据权利要求1所述的炉管设备，其特征在于，所述排气结构沿所述本体的周向连接于所述本体底部的外侧面。

4.根据权利要求1所述的炉管设备，其特征在于，所述排气结构与所述本体为一体成型式结构。

5.根据权利要求1所述的炉管设备，其特征在于，所述第一连通结构为开设在所述本体底部的外侧面上的环形开口。

6.根据权利要求1所述的炉管设备，其特征在于，所述第一连通结构包括开设在所述本体底部的外侧面上的若干个第一通孔，所述若干个第一通孔沿所述本体底部的周向分布。

7.根据权利要求2所述的炉管设备，其特征在于，所述第二连通结构为所述第一环形腔体和所述第二环形腔体之间的环形空间。

8.根据权利要求2所述的炉管设备，其特征在于，所述第二连通结构包括所述第一环形腔体和所述第二环形腔体之间呈环形分布的若干个第二通孔。

9.根据权利要求1所述的炉管设备，其特征在于，所述本体顶部设置有进气口，所述反应腔体内靠近所述进气口设置有至少一个缓冲挡板，所述缓冲挡板上开设有若干个层流孔。

10.根据权利要求9所述的炉管设备，其特征在于，所述至少一个缓冲挡板包括第一缓冲挡板和第二缓冲挡板，所述第一缓冲挡板和所述第二缓冲挡板沿第一方向依次排列设置在所述反应腔体内。