CN219772327U - 一种气相外延反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气相外延反应系统，属于气相外延技术领域，包括供气单元、抽气单元和内设有反应腔室的气相外延反应室，气相外延反应室上设有与反应腔室连通的进气口和排气口，反应腔室内设有位于气体流通路径上的晶体安装座，进气口通过进气管与供气单元连通，排气口通过抽气管与抽气单元连通，抽气管上设有主路流量调节阀，主路流量调节阀和抽气单元之间设有旁通管，旁通管通过三通阀与进气管连通。在开启抽气单元后，不仅能够通过抽气管对气相外延反应室进行有效抽真空，还能通过旁通管直接对进气管抽真空，结合上抽气管对进气管间接抽真空，其抽真空效果大幅提升，能够有效避免气体残留和沉积在进气管内。

Description

一种气相外延反应系统

技术领域

本实用新型涉及气相外延反应技术领域，特别是涉及一种气相外延反应系统。

背景技术

气相外延反应系统是基于气相外延技术进行半导体晶片制备的设备。气相外延反应系统通常包括供气单元、气相外延反应室和真空泵，气相外延反应室的进气端与供气单元连通，气相外延反应室的排气端与真空泵连接，如专利号为“CN1021528C”，专利名称为“半导体气相外延的减压方法及系统”中所公开的气相外延反应系统。制备过程中通过调节排气管上的阀体开度，使排气速率与进气速率匹配，继而使腔室内部压力保持动态平衡，达到负压或常压的状态，反应气体从气源供给经进气管路运输至反应室内，流经安装基座上的晶片后由排气端流出，在持续稳定供给气体下，晶圆衬底表面会与反应气体接触，继而反应外延生长直至成长成所需的晶片。但由于反应气体包括有机化合物和/或含有氯元素，反应气体长时间残留于管路和反应室内可能发生沉积和侵蚀，但目前的气相外延反应系统中的真空泵在对气相外延反应室抽真空时，虽然一定程度上能够对进气管进行抽真空，但由于是间接抽真空的方式，实际效果差强人意，不能很好的排出进气管路内残余的反应气体，导致进气管容易发生侵蚀和沉积。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述技术问题，提供一种气相外延反应系统，在开启抽气单元后，不仅能够通过抽气管对气相外延反应室进行有效抽真空，还能通过旁通管直接对进气管抽真空，结合上抽气管对进气管间接抽真空，其抽真空效果大幅提升，能够有效避免气体残留和沉积在进气管内。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型公开了一种气相外延反应系统，包括供气单元、抽气单元和内设有反应腔室的气相外延反应室，所述气相外延反应室上设有与所述反应腔室连通的进气口和排气口，所述反应腔室内设有位于气体流通路径上的晶体安装座，所述进气口通过进气管与所述供气单元连通，所述排气口通过抽气管与抽气单元连通，所述抽气管上设有主路流量调节阀，所述主路流量调节阀和所述抽气单元之间设有旁通管，所述旁通管通过三通阀与所述进气管连通。

优选地，所述抽气管上设有主路通断阀。

优选地，所述主路流量调节阀和所述排气口之间设有主路压力传感器。

优选地，所述旁通管上设有旁通管流量调节阀，所述旁通管流量调节阀位于所述旁通管通断阀与所述抽气管之间。

优选地，所述旁通管上设有位于所述旁通管流量调节阀和所述旁通管通断阀之间的旁通压力传感器。

优选地，包括净化装置，所述净化装置的进气端与所述抽气单元的排气端连通。

优选地，所述抽气管与所述净化装置的进气端之间设有正压管，所述正压管上设有单向阀。

优选地，所述正压管上设有与所述单向阀并联的正压管通断阀。

优选地，所述抽气单元包括真空泵。

优选地，所述气相外延反应室为立式反应室，所述进气口位于所述立式反应室的顶部，所述排气口位于所述立式反应室的底部。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本实用新型在抽管上设有与进气管连接的旁通管，在开启抽气单元后，不仅能够通过抽气管对气相外延反应室进行有效抽真空，还能通过旁通管直接对进气管抽真空，结合上抽气管对进气管间接抽真空，其抽真空效果大幅提升，能够有效避免气体残留和沉积在进气管内。

2.本实用新型中主路流量调节阀和排气口之间设有主路压力传感器，可为主路流量调节阀的调节提供准确的、有效的依据，使得调节更加准确、快速。

3.本实用新型中旁通管上设有旁通管流量调节阀，可调节进气管排气速率。

4.本实用新型中还包括净化装置，可对有害气体进行净化，避免带来污染。

5.本实用新型中正压管和单向阀，可在气相外延反应室内的为正时，持续泄压，降低压力过大的风险，保证反应安全。

6.本实用新型中正压管通断阀，可在气相外延反应室内的压力超出单向阀的调节范围时，及时开启泄压，避免因为压力过大出现意外事故。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为单气相外延反应室的气相外延反应系统结构示意图；

图2为多气相外延反应室的气相外延反应系统结构示意图；

图3为另一种多气相外延反应室的气相外延反应系统结构示意图。

附图标记说明：1、气相外延进气室；2、气相外延反应室；3、晶片；4、晶体安装座；5、排气口；6、单向阀；7、净化装置；8、控制部；9、真空泵；10、主路通断阀；11、主路流量调节阀；12、旁通管流量调节阀；13、主路压力传感器；14、气源；15、进气阀；16、流量计；17、三通阀；18、供气单元；19、旁通管通断阀；20、旁通压力传感器；21、总通断阀；22、正压管通断阀。

具体实施方式

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，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供了一种气相外延反应系统，如图1至图3所示，包括气相外延反应室2、供气单元18以及抽气单元，气相外延反应室2内设有反应腔室，反应腔室内设有用于安放晶片3的晶体安装座4。气相外延反应室2上设有进气口和排气口5，进气口和排气口5与反应腔室连通以形成气体通路，晶体安装座4位于气体流通路径上。进气口通过进气管与供气单元18连通，排气口5通过抽气管与抽气单元连通，开启供气单元18和抽气单元，气体会从进气口进入气相外延反应室2，然后经过晶体安装座4从排气口5排出，以促进晶片3衬底表面始终有反应气体接触反应并外延生长。抽气管上设有主路流量调节阀11，根通过调整主路流量调节阀11的开度使反应腔室内部压力能够维持动态平衡。主路流量调节阀11和抽气单元之间设有旁通管，旁通管通过三通阀17与进气管连通，可在反应完成后对进气管进行抽气，避免有气体残留在进气管内。主路流量调节阀11优选比例阀，并设置控制部8控制比例阀的开度。其中供气单元18包括若干气源14，气源14的气体种类根据晶片3的类型进行设置，如晶片3为碳化硅晶片。则供气单元18需要通入硅源、碳源作为反应气体，并通入载气和蚀刻气体、掺杂气体。硅源可选择硅烷、三氯硅烷等，碳源以丙烷为主，甲烷、乙炔、四氯化碳等也可作为碳的前体。载气可选用氢气。供气单元18中的每个气源14各连接一个进气管，每条进气管上均设置有进气阀15和流量计16，分别用以控制管路开闭和调整流量。各条进气管通过三通阀17与旁通管连通。参考图1所示。作为优选地，旁通管上还可以设置一个旁通管通断阀19，作为总控制开关。

气相外延反应系统大致分成三种设置方式：

第一种：只有一个气相外延反应室2，此时设置方式如图1所示，仅有一个抽气管与气相外延反应室2的排气口5连通。

第二种：包括若干个气相外延反应室2，此时抽气管包括一个抽气主管和若干个抽气支管，抽气支管与气相外延反应室2数量对应，并各自与相应的气相外延反应室2的排气口5连通。抽气支管均通过抽气主管与抽气设备连通。抽气主管上设置主路流量调节阀11，旁通管与抽气主管连通。一个供气单元18同时给若干个气相外延反应室2供气。具体设置方式参考图2所示。

第三种：包括若干个气相外延反应室2，抽气管包括一个抽气主管和若干个抽气支管，抽气支管与气相外延反应室2数量对应，并各自与相应的气相外延反应室2的排气口5连通，每个抽气支管上均设有主路流量调节阀11和旁通管，各抽气支管最终汇总到抽气主管上，并通过抽气主管与抽气设备连通。供气单元18数量与气相外延反应室2数量对应，并各自与相应的气相外延反应室2的进气口连通。具体设置方式参考图3所示。此种方式可同时用于不同工艺反应，工艺不同的情况下反应腔室内部气氛环境和原料气体种类均存在差异，单个主路流量调节阀11无法调整不同反应腔室内部压力使之与各自的压力设定值相吻合。因此，第三种这种可满足各个气相外延反应室2内部压力环境自行调整，避免不同配比的气体于管路中混合。

气相外延反应系统排气原理：

①进行晶片气相外延之前，需要先排气抽真空，此时抽气设备、旁通管通断阀19开启，抽出气相外延反应室2残余气体。

②进行晶片气相外延过程中，开启供气单元18，开启抽气设备，持续抽出气体，调节主路流量调节阀11的开度使反应腔室内部压力维持动态平衡，同时气相外延过程中，通过三通阀17可进行供气单元18中各进气管的气路切换，使气相成膜过程中气体种类发生变化，提前设定各气路流量从旁通管排出，切换时气路转而通向气相外延反应室2能确保气体已按比例混合实现快速切换且稳定供给。

③晶片气相外延结束时，停止供气单元18中反应气体的供给，持续通入载气，并开启旁通管通断阀19，以冲洗出进气管和反应腔室内残余的反应气体，并经由排气系统抽离，防止进气管内残留气体造成腐蚀以及影响后续的气相外延反应工艺。

本实施例中，如图1至图3所示，抽气管上设有主路通断阀10。

具体应用于上述三类气相外延反应系统时，主路通断阀10具体设置如下：第一种，主路通断阀10位于抽气管上，主路通断阀10位于旁通管和抽气单元之间，作为优选地，抽气管上也可额外在设置一个总通断阀21。第二种，主路通断阀10位于各抽气支管上。作为优选地，抽气主管上也可额外在设置一个总通断阀21。第三种，主路通断阀10位于各抽气支管上。作为优选地，各抽气支管上可各额外设置一个总通断阀21。

本实施例中，如图1至图3所示，主路流量调节阀11和排气口5之间设有主路压力传感器13。气相外延反应前的排气过程中通过主路压力传感器13检测当前压力，压力小于目标值方可进行后续工艺。气相外延反应过程中，根据压力设定和主路压力传感器13测得的数值实时传输至控制部8，然后通过调整主路流量调节阀11开度使反应腔室内部压力维持动态平衡。

面对上述三类气相外延反应系统中时，主路压力传感器13具体设置如下：第一种，主路压力传感器13位于抽气管上。第二种，主路压力传感器13位于抽气支管上。第三种，主路通断阀10位于各抽气支管上。

本实施例中，如图1至图3所示，旁通管上设有旁通管流量调节阀12，旁通管流量调节阀12位于旁通管通断阀19与抽气管之间。作为优选地，旁通管流量调节阀12可选用针阀，当然也可以选用其他种调节阀。

面对上述三类气相外延反应系统中时，旁通管流量调节阀12具体设置如下：第一种，主路压力传感器13位于旁通管通断阀19与抽气管之间。第二种，主路压力传感器13位于旁通管通断阀19与抽气主管之间。第三种，主路压力传感器13位于旁通管通断阀19与抽气支管之间。

本实施例中，如图1至图3所示，旁通管上设有位于旁通管流量调节阀12和旁通管通断阀19之间的旁通压力传感器20。

本实施例中，如图1至图3所示，包括净化装置7，净化装置7的进气端与抽气单元的排气端连通。抽气单元抽出的气体统一由净化装置7净化后再排出。

本实施例中，如图1至图3所示，抽气管与净化装置7的进气端之间设有正压管，正压管上设有单向阀6。通常情况下，在抽气单元的抽气下，反应腔室内的压力为负压，气体主要通过抽气设备排出。但若供气单元18供气量较大，或初始状态抽气设备未开启前或刚启动时，此时反应腔室内的压力为正压，气体会通过单向阀6持续排出，以避免压力过高时发生意外情况。

面对上述三类气相外延反应系统中时，正压管具体设置如下：第一种，正压管的两端分别与抽气管、净化装置7的进气端连通。第二种，正压管的两端分别与抽气主管、净化装置7的进气端连通。第三种，正压管的两端分别与抽气支管、净化装置7的进气端连通。

本实施例中，如图1至图3所示，正压管上设有正压管通断阀22，正压管通断阀22与单向阀6并联。可在压力过大，超出单向阀6的泄压能力时，开启正压管通断阀22，以快速泄压。

本实施例中，如图1至图3所示，抽气单元包括真空泵9。

本实施例中，如图1至图3所示，气相外延反应室2可采用立式反应室，进气口位于立式反应室的顶部，排气口5位于气相外延反应室2的底部。作为优选地，还可以在立式反应室的顶部设有气相外延进气室1进行导气，进气口位于气相外延进气室1的顶部，可参考图1所示。晶片3外延过程中原料气体由气源14供给经气相外延进气室1导向，与反应腔室内进气口正下方的晶体安装座4顶部装载的晶片3接触反应，反应形成的尾气和未反应气体保持向下的趋势经底部排气口5脱离反应腔室。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种气相外延反应系统，其特征在于，包括供气单元、抽气单元和内设有反应腔室的气相外延反应室，所述气相外延反应室上设有与所述反应腔室连通的进气口和排气口，所述反应腔室内设有位于气体流通路径上的晶体安装座，所述进气口通过进气管与所述供气单元连通，所述排气口通过抽气管与抽气单元连通，所述抽气管上设有主路流量调节阀，所述主路流量调节阀和所述抽气单元之间设有旁通管，所述旁通管通过三通阀与所述进气管连通。

2.根据权利要求1所述的一种气相外延反应系统，其特征在于，所述抽气管上设有主路通断阀。

3.根据权利要求2所述的一种气相外延反应系统，其特征在于，所述主路流量调节阀和所述排气口之间设有主路压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种气相外延反应系统，其特征在于，所述旁通管上设有旁通管流量调节阀，所述旁通管流量调节阀位于所述旁通管通断阀与所述抽气管之间。

5.根据权利要求4所述的一种气相外延反应系统，其特征在于，所述旁通管上设有位于所述旁通管流量调节阀和所述旁通管通断阀之间的旁通压力传感器。

6.根据权利要求5所述的一种气相外延反应系统，其特征在于，包括净化装置，所述净化装置的进气端与所述抽气单元的排气端连通。

7.根据权利要求6所述的一种气相外延反应系统，其特征在于，所述抽气管与所述净化装置的进气端之间设有正压管，所述正压管上设有单向阀。

8.根据权利要求7所述的一种气相外延反应系统，其特征在于，所述正压管上设有与所述单向阀并联的正压管通断阀。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种气相外延反应系统，其特征在于，所述抽气单元包括真空泵。

10.根据权利要求1所述的一种气相外延反应系统，其特征在于，所述气相外延反应室为立式反应室，所述进气口位于所述立式反应室的顶部，所述排气口位于所述立式反应室的底部。