CN107326433A - 外延设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种外延设备，包括反应腔体、位于反应腔体上部的盖板以及位于反应腔体下部的托盘，通过冷却水进出口在空心中通入冷却水，用于在生长外延层的过程中降低整个反应腔室的温度，防止外延设备各部件长时间承受高温，从而能够一次生长相对较厚的外延层，并且不影响外延设备的性能及机台产能；使用射频加热线圈代替现有技术中的加热灯管，并将射频加热线圈设置为空心，在其中通入冷却水，以防止射频加热线圈的温度过高；将腔室盖板的一部分设置为透明材质，在盖板上形成可视窗口，从而采用红外测温装置替换目前使用的热电阻测温，红外测温装置的探头在所述可视窗口上自由移动，能够测量整个晶圆内的温度分布。

Description

外延设备
技术领域
本发明涉及半导体制造设备，特别涉及一种外延设备。
背景技术
目前，外延设备均不能很好的一次完成相对较厚的外延产品，其受到很多方面的限制，例如：加热灯管不能承受长时间的高温；外延炉本身石英腔体和金属不能承受长时间的高温；较厚的外延层生长过程中石英腔体层积物较严重，层积物不易蚀刻而且长时间蚀刻会极大的缩短石英腔体的使用寿命。
在现有技术中，如果要使用外延设备ASM E3200或AMAT 300生产较厚的外延层，通常会采取两种做法：(1)采用牺牲外延设备维护保养(PM)周期和器件(parts)寿命直接一次完成；(2)采用分次外延的方式生产，但是反复进出外延设备会影响机台产能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外延设备，能够一次完成较厚的外延层，不会影响外延设备的性能及机台产能。
本发明的技术方案是一种外延设备，包括反应腔体、位于所述反应腔体上部的盖板以及位于所述反应腔体下部的托盘，所述反应腔体设置为空心结构，并设置有冷却水进出口，在空心中通入有冷却水。
进一步的，在所述外延设备中，所述反应腔室外表面上镀有金。
进一步的，在所述外延设备中，还包括射频加热线圈，位于所述托盘上靠近所述反应腔室的一侧。
进一步的，在所述外延设备中，所述射频加热线圈中心为空心，并设置有冷却水进出口，在所述空心中通入有冷却水。
进一步的，在所述外延设备中，在所述射频加热线圈下方安装有调节高低的螺丝调节装置。
进一步的，在所述外延设备中，一部分所述盖板为透明材质，在所述盖板上形成可视窗口，红外测温装置的探头能够在所述可视窗口上自由移动，测量所述反应腔室内晶圆的温度。
进一步的，在所述外延设备中，所述反应腔室上与所述可视窗口对应的地方是实心设置。
进一步的，在所述外延设备中，所述透明材质为石英，且所述可视窗口为长方形。
进一步的，在所述外延设备中，所述透明材质为石英，且所述可视窗口为长方形。
进一步的，在所述外延设备中，所述可视窗口位于所述盖板竖直方向上的中间位置，且在水平方向上贯穿所述盖板。
进一步的，在所述外延设备中，所述可视窗口位于所述盖板竖直方向上的中间位置，且位于所述盖板的左半侧或右半侧。
进一步的，在所述外延设备中，所述可视窗口在所述盖板上竖直设置。
进一步的，在所述外延设备中，所述可视窗口位于所述盖板水平方向上的中间位置，且在竖直方向上贯穿所述盖板。
进一步的，在所述外延设备中，所述可视窗口位于所述盖板水平方向上的中间位置，且位于所述盖板的上半侧或下半侧。
进一步的，在所述外延设备中，所述可视窗口的宽度为1mm～70mm。。
与现有技术相比，本发明提供的外延设备具有以下有益效果：
1、通过将反应腔室设置为双层空心结构，并设置有冷却水进出口，通过冷却水进出口在空心中通入冷却水，用于在生长外延层的过程中降低整个反应腔室的温度，防止外延设备各部件长时间承受高温，从而能够一次生长相对较厚的外延层，并且不影响外延设备的性能及机台产能；
2、本发明使用射频加热线圈代替现有技术中的加热灯管，并将射频加热线圈设置为空心，在其中通入冷却水，以防止射频加热线圈的温度过高，从而可以进一步提高一次生长的外延层的厚度；
3、将腔室盖板的一部分设置为透明材质，在盖板上形成可视窗口，从而采用红外测温装置替换目前使用的热电阻测温，红外测温装置的探头在所述可视窗口上自由移动，能够测量整个晶圆内的温度分布，降低设备维护成本，使得维护简单方便，且不影响外延设备的稳定性。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的外延设备的结构示意图。
图2为本发明一实施例所提供的反应腔室的结构示意图。
图3为本发明一实施例所提供的反应腔室的结构示意图
图4为本发明一实施例所提供的射频加热线圈的结构示意图。
图5为本发明一实施例所提供的外延设备盖板的结构示意图。
图6为本发明一实施例所提供的外延设备盖板的结构示意图。
图7为本发明一实施例所提供的外延设备盖板的结构示意图。
图8为本发明一实施例所提供的外延设备盖板的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。
本发明的核心思想是：通过将反应腔室设置为双层空心结构，并设置有冷却水进出口，通过冷却水进出口在空心中通入冷却水，用于在生长外延层的过程中降低整个反应腔室的温度，防止外延设备各部件长时间承受高温，；使用射频加热线圈代替现有技术中的加热灯管，并将射频加热线圈设置为空心，在其中通入冷却水，以防止射频加热线圈由于长时间工作造成的高温；将腔室盖板的一部分设置为透明材质，在盖板上形成可视窗口，从而采用红外测温装置替换目前使用的热电阻测温，能够测量整个晶圆内的温度分布。
图1为本发明一实施例所提供的外延设备的结构示意图，如图1所示，本发明提出一种外延设备10，包括反应腔体100、位于所述反应腔体100上部的盖板200以及位于所述反应腔体100下部的托盘300，所述反应腔体100设置为空心结构，并设置有冷却水进出口(图中为示出)，通过所述冷却水进出口在空心101中通入冷却水，并且所述反应腔室100外表面上镀有金。
反应腔室100具体的结构请参照图2所示，其为本发明一实施例所提供的反应腔室的结构示意图，所述反应腔室100设置有空心结构101，并设置有冷却水进出口(图中为示出)，通过冷却水接触口在空心101中通入冷却水，用于降低整个反应腔室100的温度，在形成外延层的过程中防止反应腔室100的温度过高，并且所述反应腔室100外表面上镀有金102，防止所述反应腔室100散热过快，与现有技术相比，本发明提供的外延设备避免了其中的部件承受长时间的高温，能够一次生长相对较厚的外延层，并且不影响外延设备的性能及机台产能。
需要说明的是，在空心101中通入的冷却水可以是流动的，也可以是静止定时更换的，例如在生长外延层的前期定时更换冷却水，随着时间的增加更换的频率随之增加，在后期可以通入流动的冷却水；或者也可以进行一次成膜更换一次冷却水，在此对于所述空心101中冷却水的更换不做限定。
请继续参考图1，所述外延设备10还包括射频加热线圈400，位于所述托盘300上靠近所述反应腔室100的一侧，用于向所述反应腔室100提供热量。所述射频加热线圈400的结构示意图请参照图4，所述射频加热线圈400设置为空心结构，如图中的空心401，并设置有冷却水进口402与出口403，用于向所述空心401中通入冷却水，以防止射频加热线圈400的温度过高，避免射频加热线圈400承受长时间的高温，从而可以进一步提高一次生长的外延层的厚度。与所述空心101类似，在所述空心401中通入的冷却水可以是流动的，也可以是静止并定时更换的，例如在生长外延层的前期定时更换冷却水，随着时间的增加更换的频率随之增加，在后期可以通入流动的冷却水；或者也可以进行一次成膜更换一次冷却水，在此对于冷却水的更换不做限定。在所述射频加热线圈400下方安装有调节高低的螺丝调节装置404，用于调节所述射频加热线圈400不同部分的高度，在所述反应腔室100内温度需求比较高的地方抬高所述射频加热线圈400的高度，在所述反应腔室100内温度需求比较低的地方降低所述射频加热线圈400的高度，总之，根据所述反应腔室100内温度的需求调整所述射频加热线圈400的高度。
请继续参考图1，一部分所述盖板为透明材质，在所述盖板200上形成可视窗口201，红外测温装置的探头20能够在所述可视窗口201上自由移动，从而探测到反应腔室100内部晶圆30的温度。
由于在外延层生长过程中，所述射频加热线圈400用于向所述腔室100提供热量，所以所述透明材质应该是耐高温的材质，本实施例中，优选的透明材质为石英，在其他实施例中，所述透明材质可以为本领域技术人员已知的其余的耐高温的透明的材质。
所述可视窗口201可以为各种形状，例如长方形、正方形、圆形等，优选的，所述可视窗口201为长方形，设置在所述盖板200的中间位置，所述红外测温装置的探头20能够沿所述长方形可视窗口201移动，测量所述晶圆30的温度。所述可视窗口201在所述盖板200上的位置并不固定，通过以下几个实施例介绍所述可视窗口201在所述盖板200上的优选位置。
首先，所述可视窗口201在所述盖板200上横向设置。
请参考图5所示，其为本发明一实施例所提供的外延设备的盖板的结构示意图。所述可视窗口201位于所述盖板200竖直方向上的中间位置，且位于所述盖板200的左半侧，由于在外延硅生长过程中，所述晶圆30需要不断的旋转，其整个所述晶圆30都会经过所述可视窗口201，因此可以测量到整个晶圆30的温度分布。同样的，所述可视窗口201也可以位于所述盖板200的右半侧，与位于所述盖板200的左半侧的情况相同。需要说明的是，在这种情况下，所述可视窗口201应该从所述盖板200的左端延伸至所述盖板200的中间，或者从所述盖板200的右端延伸至所述盖板200的中间，即所述可视窗口201的长度为所述盖板200长度的一半，或大于所述盖板200长度的一半，由此保证所述红外测温装置的探头20能够探测到整个所述晶圆30的温度。
请参考图6所示，其为本发明一实施例所提供的外延设备的盖板的结构示意图。在上一实施例的基础上，所述可视窗口201位于所述盖板200竖直方向上的中间位置，且在水平方向上贯穿所述盖板200，所述红外测温装置的探头20能够在水平方向上从所述盖板200的一端移动到另一端，测量所述晶圆30某一水平方向上的温度，然后通过晶圆30的旋转，测量到整个所述晶圆30上的温度分布。与上一实施例相比，所述可视窗口201的面积增加，使用的透明材质也增加，虽然在一定程度上增加了成本，但是测量整个晶圆30的温度分布所用的时间减少，对所述晶圆30的温度分布情况的分析会更加准确，提高了温度测量的效率。
其次，所述可视窗口201在所述盖板200上竖直设置。
请参考图7所示，其为本发明一实施例所提供的外延设备的盖板的结构示意图。所述可视窗口201位于所述盖板200水平方向上的中间位置，且位于所述盖板200的上半侧，由于在外延硅生长过程中，所述晶圆30需要不断的旋转，其整个所述晶圆30都会经过所述可视窗口201，因此可以测量到整个晶圆30的温度分布。同样的，所述可视窗口201也可以位于所述盖板200的下半侧，与位于所述盖板200的上半侧的情况相同。需要说明的是，在这种情况下，所述可视窗口201应该从所述盖板200的上端延伸至所述盖板200的中间，或者从所述盖板200的下端延伸至所述盖板200的中间，即所述可视窗口201的长度为所述盖板200宽度的一半，或大于所述盖板200宽度的一半，由此保证所述红外测温装置的探头20能够探测到整个所述晶圆30的温度。
请参考图8所示，其为本发明一实施例所提供的外延设备的盖板的结构示意图。在上一实施例的基础上，所述可视窗口201位于所述盖板200水平方向上的中间位置，且在竖直方向上贯穿所述盖板200。所述红外测温装置的探头20能够在竖直方向上从所述盖板200的一端移动到另一端，测量晶圆30某一竖直方向上的温度，然后通过晶圆30的旋转，测量到整个所述晶圆30上的温度分布。与上一实施例相比，所述可视窗口201的面积增加，使用的透明材质也增加，虽然在一定程度上增加了成本，但是测量整个晶圆30的温度分布所用的时间减少，对所述晶圆30的温度分布情况的分析会更加准确，提高了温度测量的效率。
在上述实施例中，所述可视窗口201在所述盖板200上横向设置或竖直设置，在其他实施例中，所述可视窗口201也可以在所述盖板200上斜向设置，或者所述可视窗口201呈其他形状，并在所述盖板200上的不同位置或沿不同方向设置。本发明中，仅提供了所述可视窗口201的最优形状及最佳位置，但是对所述可视窗口201的形状，以及所述可视窗口201在所述盖板200上的位置不做限定，以所述探头20能够尽可能的检测到所述晶圆30上不同位置的温度为原则。
可以理解的是，所述盖板200的长度与宽度是相对而言的，在图5与图6中，所述长度代表所述可视窗口201所在方向上盖板200的尺寸，在图7与图8中，所述宽度代表所述可视窗口201所在方向上盖板200的尺寸，若在图5与图6中，所述可视窗口201所在方向上盖板200的尺寸为宽度，则在图7与图8中，所述可视窗口201所在方向上盖板200的尺寸为长度。在图5～图8中，所述盖板200的方向并未改变。并且，所述盖板200的水平方向与竖直方向也是相对而言的，所述水平方向与竖直方向均是指图1～图8中的水平方向与竖直方向。
需要说明的是，所述反应腔室100上与所述可视窗口201对应的地方是实心设置，不能设置为空心结构，防止冷却水降温影响所述探头20对所述反应腔室100内晶圆温度的测量，所述反应腔室100的结构示意图请参照图3所示，包含有实心结构103。
所述可视窗口201的宽度为1mm～70mm，例如：5mm、15mm、25mm、35mm、45mm、55mm、65mm或70mm。所述可视窗口的宽度需要保证所述红外测温装置的探头20能够探测到所述晶圆30某一位置处的温度。所述可视窗口201的长度则如上述实施例所述，大于其所在方向上所述盖板200尺寸的一半。
综上所述，本发明提供的外延设备，通过将反应腔室设置为双层空心结构，并设置有冷却水进出口，通过冷却水进出口在空心中通入冷却水，用于在生长外延层的过程中降低整个反应腔室的温度，防止外延设备各部件长时间承受高温，从而能够一次生长相对较厚的外延层，并且不影响外延设备的性能及机台产能；本发明使用射频加热线圈代替现有技术中的加热灯管，并将射频加热线圈设置为空心，在其中通入冷却水，以防止射频加热线圈的温度过高，从而可以进一步提高一次生长的外延层的厚度；将腔室盖板的一部分设置为透明材质，在盖板上形成可视窗口，从而采用红外测温装置替换目前使用的热电阻测温，红外测温装置的探头在所述可视窗口上自由移动，能够测量整个晶圆内的温度分布，降低设备维护成本，使得维护简单方便，且不影响外延设备的稳定性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (15)

1.一种外延设备，包括反应腔体、位于所述反应腔体上部的盖板以及位于所述反应腔体下部的托盘，其特征在于，所述反应腔体设置为空心结构，并设置有冷却水进出口，在空心中通入有冷却水。
2.如权利要求1所述外延设备，其特征在于，所述反应腔室外表面上镀有金。
3.如权利要求1所述外延设备，其特征在于，还包括射频加热线圈，位于所述托盘上靠近所述反应腔室的一侧。
4.如权利要求3所述外延设备，其特征在于，所述射频加热线圈中心为空心，并设置有冷却水进出口，在所述空心中通入有冷却水。
5.如权利要求4所述外延设备，其特征在于，在所述射频加热线圈下方安装有调节高低的螺丝调节装置。
6.如权利要求1所述的外延设备，其特征在于，一部分所述盖板为透明材质，在所述盖板上形成可视窗口，红外测温装置的探头能够在所述可视窗口上自由移动，测量所述反应腔室内晶圆的温度。
7.如权利要求6所述的外延设备，其特征在于，所述反应腔室上与所述可视窗口对应的地方是实心设置。
8.如权利要求6所述的外延设备，其特征在于，所述透明材质为石英，且所述可视窗口为长方形。
9.如权利要求8所述的外延设备，其特征在于，所述可视窗口在所述盖板上水平设置。
10.如权利要求9所述的外延设备，其特征在于，所述可视窗口位于所述盖板竖直方向上的中间位置，且在水平方向上贯穿所述盖板。
11.如权利要求9所述的外延设备，其特征在于，所述可视窗口位于所述盖板竖直方向上的中间位置，且位于所述盖板的左半侧或右半侧。
12.如权利要求8所述的外延设备，其特征在于，所述可视窗口在所述盖板上竖直设置。
13.如权利要求12所述的外延设备，其特征在于，所述可视窗口位于所述盖板水平方向上的中间位置，且在竖直方向上贯穿所述盖板。
14.如权利要求12所述的外延设备，其特征在于，所述可视窗口位于所述盖板水平方向上的中间位置，且位于所述盖板的上半侧或下半侧。
15.如权利要求6～14中任一项所述外延设备，其特征在于，所述可视窗口的宽度为1mm～70mm。
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