CN220183433U - 一种成膜过程中降低晶片表面污染的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种成膜过程中降低晶片表面污染的装置，包括反应室以及相连接的晶片承载基座和旋转轴，反应室上开设有供旋转轴伸入的连接口，旋转轴通过安装座与反应室转动连接，旋转轴具有可通入有保护气的中空腔，晶片承载基座位于反应室内部，晶片承载基座上设有与中空腔相连通的排气腔，排气腔与反应室的内壁之间存在环形排气间隔,连接口位于环形排气间隔的内周侧，排气腔上开设有若干均朝向环形排气间隔的第一排气口，各第一排气口呈环形排布，并位于环形排气间隔的外周侧；反应室内的反应气气压小于中空腔和排气腔内的保护气气压，能够在连接口外周侧形成保护气氛围，封堵旋转轴和连接口之间的间隔，减少反应气于连接口处聚集。

Description

一种成膜过程中降低晶片表面污染的装置

技术领域

本实用新型涉及碳化硅器件制造技术领域，特别是涉及一种成膜过程中降低晶片表面污染的装置。

背景技术

随着碳化硅器件制造要求和耐压等级的不断提高，碳化硅外延材料不断向低缺陷、厚外延方向发展。成膜装置制备碳化硅晶片，将晶片置于基座上升温通入反应气接触形成外延薄膜。成膜过程中为了确保成膜均匀性，通常采用旋转电机带动基座和晶片保持高速旋转，反应室和旋转电机的腔室连通。例如专利文件CN102376549A公开的成膜装置以及成膜方法中，作为原料支承部的工作台与基板加热器对置地配置在处理容器内的下部。工作台被支柱支承。固体原料在收纳到原料托盘内之后载置于工作台。在支柱连结有具有例如电机等的旋转驱动部，能够以支柱为旋转轴使工作台向水平方向旋转。但是基板旋转薄膜生长过程中，旋转轴主体和两端的轴承中含有油脂等污染物，可能随轴旋转脱离，混入反应室内部影响薄膜生长质量。反应气沉积形成的微粒也可能吸入旋转轴室，降低转轴旋转稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种成膜过程中降低晶片表面污染的装置，以解决上述现有技术存在的问题，由于反应室内的反应气气压小于中空腔和述排气腔内的保护气气压，保护气沿旋转轴的中空腔进入排气室后，经过第一排气口排至环形排气间隔处，不仅能够在连接口外周侧形成保护气氛围，封堵旋转轴和连接口之间的间隔，而且能够推动反应气朝远离连接口的方向流动，减少反应气于连接口处聚集。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种成膜过程中降低晶片表面污染的装置，包括反应室以及相连接的晶片承载基座和旋转轴，所述反应室上开设有供所述旋转轴伸入的连接口，所述旋转轴通过安装座与所述反应室转动连接，所述旋转轴具有可通入有保护气的中空腔，所述晶片承载基座位于所述反应室内部，所述晶片承载基座上设有与所述中空腔相连通的排气腔，所述排气腔与所述反应室的内壁之间存在环形排气间隔,所述连接口位于所述环形排气间隔的内周侧，所述排气腔上开设有若干均朝向所述环形排气间隔的第一排气口，各所述第一排气口呈环形排布，并位于所述环形排气间隔的外周侧；所述反应室内的反应气气压小于所述中空腔和所述排气腔内的保护气气压。

优选的，所述第一排气口的出气方向垂直于所述连接口所在平面。

优选的，所述反应室与所述连接口相对的一侧开设有反应气进气口，所述反应气进气口与所述晶片承载基座相对应，所述反应室上还开设有若干第二排气口，各所述第二排气口环绕在所述晶片承载基座的外周侧。

优选的，所述安装座上设有与所述连接口相连通的旋转室，所述旋转轴转动连接在所述旋转室内，且所述旋转室内设有驱动所述旋转轴自转的驱动机构，所述旋转室沿径向上的一侧开设有第一保护气进气口，所述第一保护气进气口位于所述驱动机构与所述连接口之间，另一侧开设有第三排气口，所述第三排气口的设置位置不高于所述驱动机构的上表面，所述旋转室内的保护气气压大于所述反应室内的反应气气压，所述旋转轴未连接所述排气腔的一端伸出所述旋转室，并开设有与所述中空腔相连通的第二保护气进气口。

优选的，所述旋转室连接有与其相隔断的通气室，所述通气室位于所述旋转室远离所述连接口的一端，并与所述中空腔相连通，所述通气室开设有与所述保护气供给机构相连通的第二保护气进气口。

优选的，所述旋转轴上套接有用于隔断排污区和通气区的隔断板，所述隔断板与所述旋转轴同步转动，且所述隔断板的外周边缘抵近所述旋转室的内周壁。

优选的，所述旋转室上还设有与所述第一保护气进气口位于同一侧的第三保护气进气口，所述第三保护气进气口位于所述驱动机构远离所述连接口的位置处，所述第三排气口沿所述旋转轴轴向位于所述第一保护气进气口和所述第三保护气进气口之间。

优选的，所述保护气供给机构配套有两并联的供气支路，且两所述供气支路上均设有流量调节阀，所述第一保护气进气口和所述第三保护气进气口连通在一所述供气支路的出口处，所述第二保护气进气口连通在另一所述供气支路的出口处。

优选的，所述反应室的内壁上贴附有环绕在所述连接口外周侧的环形隔板，所述环形隔板的内周边缘抵近所述旋转轴的外周壁，所述环形隔板与所述排气腔之间存在所述排气间隔。

优选的，所述驱动机构包括均固定在所述旋转式内的贯通轴式电机及若干支撑轴承，所述贯通轴式电机的转子位于其轴心处，所述旋转轴穿过所述转子的轴心并与其同步转动，各所述支撑轴承沿所述旋转轴轴向分别位于所述贯通轴式电机两侧，并均套接在所述旋转轴的外周壁上。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

第一，由于反应室内的反应气气压小于中空腔和排气腔内的保护气气压，保护气经过旋转轴的中空腔进入排气腔后，能够直接通过排气腔上的第一排气口排出，且由于第一排气口朝向环形排气间隔，使得保护气排出后能够聚集在环形排气间隔处，连接口位于环形排气间隔的内周侧，使得保护气能够聚集在第一连接口的外周侧，形成对旋转轴和连接口之间间隔的封堵，避免外界杂质通过旋转轴和连接口之间的间隔流入反应室内，造成对晶片成膜过程中的污染，影响晶片成膜的质量，而且能够推动反应气朝远离连接口的方向流动，减少反应气于连接口处聚集，避免反应气沉积形成的微粒流动至旋转轴处的转动结构，降低转轴旋转稳定性。

第二，第一排气口的出气方向垂直于连接口所在平面，使得保护气通过第一排气口流出后能够垂直冲击到反应室的内壁上，进而沿连接口径向朝两侧流动，避免第一排气口朝连接口处，在保护气排出后容易带动反应气朝连接口处流动，且避免第一排气口朝向环形排气间隔的外周侧，在保护气排出后容易带动外界空气通过连接口与旋转轴之间的间隔流入反应室内。

第三，反应室与连接口相对的一侧开设有反应气进气口，反应气进气口与晶片承载基座相对应，反应室上还开设有若干第二排气口，各第二排气口环绕在晶片承载基座的外周侧，使得反应气在通过反应气进气口流入反应室内后，沿连接口轴线方向流动，与晶片相接处后能够沿晶片承载基座外周侧的第二排气口排出反应室，进而保护气流出环形排气间隔的外周侧后，能够顺应反应气的流动方向，进一步加快反应气的尾气流动，减少反应气于连接口处聚集，进一步避免反应气沉积形成的微粒流动至旋转轴处的转动结构。

第四，保护气通过第一保护气进气口流入旋转室后，一部分流向连接口处，并聚集在连接口与旋转轴之间的间隙处，有效避免反应气沉积形成的微粒流动至旋转轴处的转动结构，降低转轴旋转稳定性，另一部分穿过驱动机构后通过第三排气口流出旋转室，将驱动机构处产生的油脂等污染物颗粒在保护气的带动下排出旋转室，进一步避免薄膜生长过程中油脂杂质混入影响晶片成膜质量。

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为本实用新型反应室和旋转室连接示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本实用新型整体结构的示意图；

其中，1-反应室、2-进气室、3-晶片、4-基板、5-晶片承载基座、6-环形隔板、7-第二排气口、8-第三排气口、9-旋转室、10-第一保护气进气口、11-支撑轴承、12-贯通轴式电机、13-保护气供给机构、14-关断阀、15-流量调节阀、16-真空泵、17-第一排气口、18-旋转轴。

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分实施例，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。

本实用新型的目的是提供一种成膜过程中降低晶片表面污染的装置，以解决上述现有技术存在的问题，由于反应室内的反应气气压小于中空腔和述排气腔内的保护气气压，保护气沿旋转轴的中空腔进入排气室后，经过第一排气口排至环形排气间隔处，不仅能够在连接口外周侧形成保护气氛围，封端旋转轴和连接口之间的间隔，而且能够推动反应气朝远离连接口的方向流动，减少反应气于连接口处聚集。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图3所示，本实施例提供一种成膜过程中降低晶片表面污染的装置，包括反应室1以及相连接的晶片承载基座5和旋转轴18，反应室1上开设有供旋转轴18伸入的连接口，旋转轴18通过安装座与反应室1转动连接，旋转轴18具有可通入有保护气的中空腔，晶片承载基座5位于反应室1内部，晶片承载基座5上设有与中空腔相连通的排气腔，排气腔与反应室1的内壁之间存在环形排气间隔,连接口位于环形排气间隔的内周侧，排气腔上开设有若干均朝向环形排气间隔的第一排气口17，各第一排气口17呈环形排布，并位于环形排气间隔的外周侧；反应室1内的反应气气压小于中空腔和排气腔内的保护气气压。晶片3随晶片承载基座5稳定旋转，成膜工艺前晶片3放置于晶片承载基座5的基板4上，晶片承载基座5由旋转轴18驱动可实现晶片3高速旋转，晶片3表面温度和反应气接触均匀。成膜过程中需达到反应温度，晶片3表面温度分布均匀并和反应气充分接触，成膜后膜厚相对一致。优选的排气腔的底壁抵近反应室1的内壁，充分减小环形排气间隔的体积，反应室1内的反应气气压不用设计的过小，或者中空腔和排气腔内的保护气气压不用过大，均能够保证保护气在环形排气间隔处的有效聚集。进一步优选的安装座上还设有支撑轴，支撑轴穿过中空腔伸入晶片承载基座5内，且支撑轴的顶端支撑有用于对晶片3加热的加热机构。且优选保护气为氩气等惰性气体。

由于反应室1内的反应气气压小于中空腔和排气腔内的保护气气压，保护气经过旋转轴18的中空腔进入排气腔后，能够直接通过排气腔上的第一排气口17排出，且由于第一排气口17朝向环形排气间隔，使得保护气排出后能够聚集在环形排气间隔处，连接口位于环形排气间隔的内周侧，使得保护气能够聚集在第一连接口的外周侧，形成对旋转轴18和连接口之间间隔的封堵，即，以保护气气氛阻隔的方式，避免外界杂质通过旋转轴18和连接口之间的间隔流入反应室1内，造成对晶片3成膜过程中的污染，影响晶片3成膜的质量，而且能够推动反应气朝远离连接口的方向流动，减少反应气于连接口处聚集，避免反应气沉积形成的微粒流动至旋转轴18处的转动结构，降低转轴旋转稳定性。

其中，第一排气口17的出气方向垂直于连接口所在平面，使得保护气通过第一排气口17流出后能够垂直冲击到反应室1的内壁上，进而沿连接口径向朝两侧流动，避免第一排气口17朝连接口处，在保护气排出后容易带动反应气朝连接口处流动，且避免第一排气口17朝向环形排气间隔的外周侧，在保护气排出后容易带动外界空气通过连接口与旋转轴18之间的间隔流入反应室1内。

而且，反应室1与连接口相对的一侧开设有反应气进气口，反应气进气口与晶片承载基座5相对应，反应室1上还开设有若干第二排气口7，各第二排气口7环绕在晶片承载基座5的外周侧，使得反应气在通过反应气进气口流入反应室1内后，沿连接口轴线方向流动，与晶片3相接处后能够沿晶片承载基座5外周侧的第二排气口7排出反应室1，进而保护气流出环形排气间隔的外周侧后，能够顺应反应气的流动方向，进一步加快反应气的尾气流动，减少反应气于连接口处聚集，进一步避免反应气沉积形成的微粒流动至旋转轴18处的转动结构。优选的反应室的顶部设有用于缓冲反应气进气的进气室2，反应气进气口开设在进气室2的顶壁上。

进一步的，安装座上设有与连接口相连通的旋转室9，旋转轴18转动连接在旋转室9内，且旋转室9内设有驱动旋转轴18自转的驱动机构，旋转室9沿径向上的一侧开设有第一保护气进气口10，第一保护气进气口10位于驱动机构与连接口之间，另一侧开设有第三排气口8，第三排气口8的设置位置不高于驱动机构的上表面，旋转室9内的保护气气压大于反应室1内的反应气气压，旋转轴18未连接排气腔的一端伸出旋转室9，并开设有与中空腔相连通的第二保护气进气口，保护气通过第一保护气进气口10流入旋转室9后，一部分流向连接口处，并聚集在连接口与旋转轴18之间的间隙处，有效避免反应气沉积形成的微粒流动至旋转轴18处的转动结构，降低转轴旋转稳定性，另一部分穿过驱动机构后通过第三排气口8流出旋转室9，将驱动机构处产生的油脂等污染物颗粒在保护气的带动下排出旋转室9，进一步避免薄膜生长过程中油脂杂质混入影响晶片3成膜质量。

作为本实用新型优选的实施方式，旋转室9连接有与其相隔断的通气室，通气室位于旋转室9远离连接口的一端，并与中空腔相连通，通气室开设有与保护气供给机构13相连通的第二保护气进气口，通过通气室与保护气供给机构13密封连通，既能够避免外界杂质进入中空腔内，且降低了通气室与保护气供给机构13密封连通的困难度。

且作为优选的，旋转轴18上套接有用于隔断排污区和通气区的隔断板，隔断板与旋转轴18同步转动，且隔断板的外周边缘抵近旋转室9的内周壁，通过隔断板与旋转轴18同步转动，并能够形成对排污区和通气区的充分隔断，避免排污区内的油污颗粒通过通气区进入中空腔中。

进一步的，旋转室9上还设有与第一保护气进气口10位于同一侧的第三保护气进气口，第三保护气进气口位于驱动机构远离连接口的位置处，第三排气口8沿旋转轴18轴向位于第一保护气进气口10和第三保护气进气口之间。成膜工艺过程中，由第一保护气进气口10和第三保护气进气口通入保护气，使旋转室9的两端均处于保护气的气氛环境，防止油脂污染物飞出进入反应室1和通气室内。

而且，保护气供给机构13配套有两并联的供气支路，且两供气支路上均设有流量调节阀15，第一保护气进气口10和第三保护气进气口连通在一供气支路的出口处，第二保护气进气口连通在另一供气支路的出口处，方便对两供气支路的流量调节。优选的，各供气支路还安装有关断阀14控制气流的通闭。两供气支路的流量之和应大于第三排气口8的排气速率，且旋转室9气压略大于反应室1气压，呈旋转室9保护气向反应室1扩散的趋势。反应室1的第二排气口7与旋转室9的第三排气口8共用同一排气系统，旋转室9排气管路中安装隔断阀单独控制，与反应室1排气管路连接于靠近泵侧，真空泵16快速抽出尾气，使得反应室1内呈负压状态。

作为优选的，反应室1的内壁上贴附有环绕在连接口外周侧的环形隔板6，其采用石英片制作而成，环形隔板6的内周边缘抵近旋转轴18的外周壁，环形隔板6与排气腔之间存在排气间隔，环形隔板6对旋转轴18和连接口内周边缘的安装间隙进行遮挡，避免污染物直接从旋转轴18和连接口内周边缘的安装间隙进入反应室1。优选的，连接口为朝所述安装座延伸的凹陷通孔，其顶端与所述反应室1的底壁相平齐，使得环形隔板6能够有效的贴附在反应室1的底壁上，并能够在连接口处形成有效的遮挡。且进一步的，排气腔的底端结构可视为直径大于连接口的圆盘，遮挡旋转轴18与环形隔板6的间隙。

而且，驱动机构包括均固定在旋转式内的贯通轴式电机12及若干支撑轴承11，贯通轴式电机12的转子位于其轴心处，旋转轴穿过转子轴心并与其同步转动，各支撑轴承11沿旋转轴轴向分别位于贯通轴式电机12两侧，并均套接在旋转轴的外周壁上，既能够保证对旋转轴18的驱动，又能够保证对旋转轴18的支撑扶正。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本实用新型的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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)

1.一种成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，包括反应室以及相连接的晶片承载基座和旋转轴，所述反应室上开设有供所述旋转轴伸入的连接口，所述旋转轴通过安装座与所述反应室转动连接，所述旋转轴具有可通入有保护气的中空腔，所述晶片承载基座位于所述反应室内部，所述晶片承载基座上设有与所述中空腔相连通的排气腔，所述排气腔与所述反应室的内壁之间存在环形排气间隔,所述连接口位于所述环形排气间隔的内周侧，所述排气腔上开设有若干均朝向所述环形排气间隔的第一排气口，各所述第一排气口呈环形排布，并位于所述环形排气间隔的外周侧；所述反应室内的反应气气压小于所述中空腔和所述排气腔内的保护气气压。

2.根据权利要求1所述的成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，所述第一排气口的出气方向垂直于所述连接口所在平面。

3.根据权利要求2所述的成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，所述反应室与所述连接口相对的一侧开设有反应气进气口，所述反应气进气口与所述晶片承载基座相对应，所述反应室上还开设有若干第二排气口，各所述第二排气口环绕在所述晶片承载基座的外周侧。

4.根据权利要求1至3任一项所述的成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，所述安装座上设有与所述连接口相连通的旋转室，所述旋转轴转动连接在所述旋转室内，且所述旋转室内设有驱动所述旋转轴自转的驱动机构，所述旋转室沿径向上的一侧开设有第一保护气进气口，所述第一保护气进气口位于所述驱动机构与所述连接口之间，另一侧开设有第三排气口，所述第三排气口的设置位置不高于所述驱动机构的上表面，所述旋转室内的保护气气压大于所述反应室内的反应气气压，所述旋转轴未连接所述排气腔的一端伸出所述旋转室，并开设有与所述中空腔相连通的第二保护气进气口。

5.根据权利要求4所述的成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，所述旋转室连接有与其相隔断的通气室，所述通气室位于所述旋转室远离所述连接口的一端，并与所述中空腔相连通，所述通气室开设有与所述保护气供给机构相连通的第二保护气进气口。

6.根据权利要求5所述的成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，所述旋转轴上套接有用于隔断排污区和通气区的隔断板，所述隔断板与所述旋转轴同步转动，且所述隔断板的外周边缘抵近所述旋转室的内周壁。

7.根据权利要求6所述的成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，所述旋转室上还设有与所述第一保护气进气口位于同一侧的第三保护气进气口，所述第三保护气进气口位于所述驱动机构远离所述连接口的位置处，所述第三排气口沿所述旋转轴轴向位于所述第一保护气进气口和所述第三保护气进气口之间。

8.根据权利要求7所述的成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，所述保护气供给机构配套有两并联的供气支路，且两所述供气支路上均设有流量调节阀，所述第一保护气进气口和所述第三保护气进气口连通在一所述供气支路的出口处，所述第二保护气进气口连通在另一所述供气支路的出口处。

9.根据权利要求8所述的成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，所述反应室的内壁上贴附有环绕在所述连接口外周侧的环形隔板，所述环形隔板的内周边缘抵近所述旋转轴的外周壁，所述环形隔板与所述排气腔之间存在所述排气间隔。

10.根据权利要求9所述的成膜过程中降低晶片表面污染的装置，其特征在于，所述驱动机构包括均固定在所述旋转式内的贯通轴式电机及若干支撑轴承，所述贯通轴式电机的转子位于其轴心处，所述旋转轴穿过所述转子的轴心并与其同步转动，各所述支撑轴承沿所述旋转轴轴向分别位于所述贯通轴式电机两侧，并均套接在所述旋转轴的外周壁上。