CN108624955B - 反应腔室及外延生长设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应腔室及外延生长设备，其包括腔体和第一吹扫机构，在该腔体内设置有基座和旋转轴，其中，基座与腔体的底部之间存在间隙。在腔体的底部设置有开口，旋转轴的上端与基座连接，旋转轴的下端竖直向下穿过开口。第一吹扫机构用于通过开口向基座与腔体之间的间隙提供吹扫气体。本发明提供的反应腔室不仅可以使外延生长设备持续工作的时间延长，提高工艺效率；而且可以降低因腔室颗粒增多影响外延质量的风险。

Description

反应腔室及外延生长设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，涉及一种反应腔室及外延生长设备。

背景技术

硅外延设备是利用化学气相沉积原理进行工艺的一种常见设备，其包括反应腔***、晶片传输***、工艺气路***、冷却***和控制***等的组成部分。其中，反应腔***一般通过基座来承载晶片，进行外延反应。为了有利于反应腔室的温度均匀性和气流场均匀性，要求基座能够在反应腔室内进行旋转。

在进行外延工艺时，反应气体充满整个腔室。在一定的温度、压力条件下，腔室内部都将附着有反应副产物。为了保证基座能够旋转，在基座与腔体底部之间具有间隙，随着外延反应的进行，产生的反应副产物会随气流进入该间隙，并附着在基座和腔体底部的零部件表面上，导致零部件的正常工作受到影响。另外，附着在基座和腔体底部的零部件表面上的反应副产物还会影响反应腔室的洁净度，从而可能给外延层带来颗粒污染，严重影响外延质量。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种反应腔室及外延生长设备，其不仅可以外延生长设备持续工作的时间，提高工艺效率，而且还可以降低因腔室颗粒增多影响外延质量的风险。

为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，包括腔体和第一吹扫机构，其中，在所述腔体内设置有基座和旋转轴，所述基座与所述腔体的底部之间存在间隙；在所述腔体的底部设置有开口，所述旋转轴的上端与所述基座连接，所述旋转轴的下端竖直向下穿过所述开口；

所述第一吹扫机构用于通过所述开口向所述基座与所述腔体之间的间隙提供吹扫气体。

优选的，所述第一吹扫机构包括环形部件、第一进气管路和第一吹扫气体源，其中，

所述环形部件环绕设置在所述旋转轴的外周，并与所述旋转轴形成环形空间；所述环形部件的上端与所述腔体的底部密封连接，所述开口位于所述环形部件上端的内侧；所述环形部件的下端设置有封堵部件，用以密封所述环形空间；

所述第一气体管路与所述环形空间连接；

所述第一吹扫气体源与所述第一进气管路连接，所述第一吹扫气体源通过所述第一进气管路向所述环形空间提供吹扫气体，进而向所述基座与所述腔体之间的间隙提供吹扫气体。

优选的，所述封堵部件包括环绕设置在所述旋转轴的外周壁上的法兰，所述法兰的上端面与所述环形部件的下端面密封连接。

优选的，在所述法兰上设置有一个或者多个与所述环形空间相连通的第一进气口，且多个第一进气口沿所述旋转轴的周向对称分布；

所述第一进气管路的出气端的数量与所述第一进气口的数量相对应，且各个所述第一进气管路的出气端一一对应地与各个所述第一进气口连接。

优选的，在所述基座与所述旋转轴之间还设置有转接组件，在所述转接组件与所述基座之间具有间隙；

所述反应腔室还包括第二吹扫机构，所述第二吹扫机构用于向所述转接组件与所述基座之间的间隙提供吹扫气体。

优选的，所述第二吹扫机构包括轴向通道、第二进气管路和第二吹扫气体源，其中，

所述轴向通道沿所述旋转轴的轴向贯穿所述旋转轴和转接组件，所述轴向通道的上端延伸至所述转接组件的上端面；

所述第二进气管路与所述轴向通道连接；

所述第二吹扫气体源与所述第二进气管路连接；

所述第二吹扫气体源通过所述第二进气管路向所述轴向通道中提供吹扫气体，进而向所述转接组件与所述基座之间的间隙提供吹扫气体。

优选的，所述转接组件包括基座连接件和轴连接件，其中，

在所述基座的下表面，且与所述旋转轴相对应的位置处形成有凹部，所述基座连接件内嵌在所述凹部中，所述基座连接件设置有第一轴向中心孔；

所述轴连接件包括连为一体的固定部和连接部，其中，所述固定部自所述旋转轴的上表面内嵌在所述轴向通道位于所述旋转轴内的第一部分中；所述连接部内嵌在所述第一轴向中心孔中。

优选的，在所述轴连接件上设置有第二轴向中心孔，作为所述轴向通道的第二部分；

在所述基座连接件与所述基座的两个接触面中，在至少一个接触面上设置有沿所述旋转轴的周向均匀分布的多条径向凹槽。

优选的，在所述旋转轴的外周壁上，且靠近所述轴向通道的下端设置有一个或多个与所述轴向通道相连通的第二进气口，且多个第二进气口沿所述旋转轴的周向对称分布；

所述第二进气管路的出气端的数量与所述第二进气口的数量相对应，且各个所述第二进气管路的出气端一一对应地与各个所述第二进气口连接。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种外延生长设备，其包括本发明提供的上述反应腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的反应腔室，其利用第一吹扫机构通过腔体底部的开口向基座与腔体之间的间隙提供吹扫气体，可以使腔体内部的反应气体无法进入基座与腔体之间的间隙，从而有效减少附着在基座和腔体底部的零部件表面上的反应副产物，进而不仅可以外延生长设备持续工作的时间，提高工艺效率，而且还可以降低因腔室颗粒增多影响外延质量的风险。

本发明提供的外延生长设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，不仅可以增加持续工作的时间，提高工艺效率，而且还可以降低因腔室颗粒增多影响外延质量的风险。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的反应腔室的剖视图；

图2为图1中A区域的放大图；

图3为本发明第一实施例中法兰的仰视图；

图4为本发明第二实施例提供的反应腔室的剖视图；

图5为图4中B区域的放大图；

图6为本发明第二实施例中基座上的径向凹槽的分布示意图。

附图标记说明：

腔体1；基座2；旋转轴3；间隙5；开口11；环形部件6；第一进气管路8；第一吹扫气体源10；环形空间12；封堵部件7；密封圈15；第一进气口71；热屏蔽件4；水平圆盘41；环形挡板42；第二进气管路9；基座连接件13；第一轴向中心孔131；轴连接件14；第一部分31；第二轴向中心孔141；径向凹槽21；第二进气口32。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的反应腔室及外延生长设备进行详细描述。

请一并参阅图1～图3，本发明第一实施例提供的反应腔室包括腔体1，在该腔体1内设置有基座2和用于带动该基座2旋转的旋转轴3，其中，基座2与腔体1的底部之间存在间隙5，以保证基座2能够正常旋转。并且，在腔体1的底部设置有开口11，旋转轴3的上端与基座2连接，旋转轴3的下端竖直向下穿过开口11，以能够与腔体1外部相应的驱动机构(图中未示出)连接。

而且，反应腔室还包括第一吹扫机构，该第一吹扫机构用于通过开口11向基座2与腔体1之间的间隙5提供吹扫气体。该吹扫气体包括氮气、氢气或者惰性气体等的不与反应气体相互作用的气体。

在本实施例中，吹扫机构包括环形部件6、第一进气管路8和第一吹扫气体源10，其中，环形部件6环绕设置在旋转轴3的外周，并与旋转轴3形成环形空间12。该环形部件6的上端与腔体1的底部密封连接，例如焊接。并且，开口11位于环形部件6上端的内侧，即，环形部件6将开口11包围在其中。环形部件6的下端设置有封堵部件7，用以密封环形空间12。第一进气管路8的出气端与环形空间12相连通；第一进气管路8的进气端与第一吹扫气体源10连接。第一吹扫气体源10与第一进气管路8连接，用于通过该第一进气管路8向环形空间12内提供吹扫气体，进而向基座2与腔体1之间的间隙5提供吹扫气体。

由上可知，环形空间12和开口11形成了与基座2和腔体1之间的间隙5相连通的气体通道。由第一吹扫气体源10提供的吹扫气体依次经由第一进气管路8和该气体通道向该间隙5内输送吹扫气体。由于该吹扫气体在间隙5中具有一定的气压，使得腔体1内部的反应气体无法进入间隙5，从而有效减少附着在基座2和腔体1底部的零部件表面上的反应副产物，进而不仅可以外延生长设备持续工作的时间，提高工艺效率，而且还可以降低因腔室颗粒增多影响外延质量的风险。

在本实施例中，封堵部件7可以为环绕设置在旋转轴3的外周壁上的法兰，如图2所示，该法兰的上端面与环形部件6的下端面密封连接。例如，可以使用螺钉固定连接，并且在法兰的上端面与环形部件6的下端面之间设置有密封圈15，用以对二者之间的间隙进行密封，从而保证环形空间12的封闭性，防止气体泄漏。

进一步的，第一进气管路8与环形空间12连通的具体方式为：在法兰7上设置有一个或者多个与环形空间12相连通的第一进气口71，如图3所示，针对多个第一进气口71的情况，多个第一进气口71可以沿旋转轴3的周向对称分布。并且，第一进气管路8的出气端的数量与第一进气口71的数量相对应，且各个第一进气管路8的出气端一一对应地与各个第一进气口71连接。在实际应用中，第一进气管路8与环形空间12的连通方式并不局限于本实施例所采用的上述方式，还可以采用其他任意方式。

优选的，在腔体1的底部设置有热屏蔽件4，用于在工艺时减少向外部辐射的热量，保证腔体1的内部形成一个相对稳定的环境。具体地，该热屏蔽件4包括水平圆盘41，该水平圆盘41叠置在腔体1的底部，且与基座2同心设置；并且，水平圆盘41的直径大于基座2的直径，以保证水平圆盘41能够覆盖基座2的整个下表面。此外，在水平圆盘41的上表面的边缘处环绕设置有环形挡板42，用以遮挡基座2的外周壁，以屏蔽自基座2侧面辐射出的热量。上述热屏蔽件4可以采用导热性能低、耐高温的材料制作，例如石英。

请一并参阅图4～图6，本发明第二实施例提供的反应腔室是在上述第一实施例的基础上进行的改进。具体地，在上述第一实施例提供的反应腔室的结构基础上，在基座2与旋转轴3之间还设置有转接组件，用以将旋转轴3的旋转动力传递至基座2。该转接组件与基座2之间具有间隙。反应腔室还包括第二吹扫机构，该第二吹扫机构用于向转接组件与基座2之间的间隙提供吹扫气体。

具体地，上述第二吹扫机构包括轴向通道、第二进气管路9和第二吹扫气体源，其中，轴向通道沿旋转轴3的轴向贯穿旋转轴3和转接组件，并且该轴向通道的上端延伸至转接组件的上端面。第二进气管路9与轴向通道连接。第一吹扫气源10用作第二吹扫气源，其与第二进气管路连接，用于通过第二进气管路9向轴向通道中提供吹扫气体，进而向转接组件与基座2之间的间隙提供吹扫气体。也就是说，第一吹扫气源10同时与第一进气管路8和第二进气管路9连接。当然，在实际应用中，也可以单独设置第二吹扫气源，用于独立地向第二进气管路9提供吹扫气体。

由上可知，由第一吹扫气体源10提供的吹扫气体经由轴向通道流入转接组件与基座2之间的间隙。由于该吹扫气体在转接组件与基座2之间的间隙中具有一定的气压，使得腔体1内部的反应气体无法进入该间隙中，从而可以减少附着在基座2和连接组件的表面上的反应副产物，进而减少了反应副产物对这些部件产生的不良影响。

进一步的，如图5所示，上述转接组件包括基座连接件13和轴连接件14，其中，在基座2的下表面，且与旋转轴3相对应的位置处形成有凹部，基座连接件13内嵌在该凹部中。并且，基座连接件13中设置有第一轴向中心孔131。轴连接件14包括连为一体的固定部和连接部，其中，固定部自旋转轴3的上表面内嵌在上述轴向通道位于旋转轴3内的第一部分31中，轴连接件14的连接部内嵌在第一轴向中心孔131中。容易理解，为了能够带动基座2旋转，上述基座连接件13与上述凹部之间、轴连接件14的固定部与轴向通道31之间以及轴连接件14的连接部与第一轴向中心孔131之间均应具有例如键和键槽的配合部，由于属于常用的连接方式，在此不再详细描述。

在本实施例中，在上述轴连接件14上设置有第二轴向中心孔141，作为上述轴向通道的第二部分，该第二轴向中心孔141的下端与上述轴向通道位于旋转轴3内的第一部分31相连通。并且，如图6所示，在基座连接件13与基座2的两个接触面中，在基座2的接触面上设置有沿旋转轴3的周向均匀分布的多条径向凹槽21，用作上述轴向通道的第三部分，各条径向凹槽21的一端(内端)与第二轴向中心孔141相连通，各条径向凹槽的另一端(外端)延伸至基座2的下表面，并与基座2与腔体1之间的间隙5相连通。当然，在实际应用中，也可以在基座连接件13的接触面上设置上述径向凹槽，或者还可以在基座连接件13与基座2的两个接触面分别对应地设置径向凹槽。由上可知，上述轴向通道位于旋转轴3内的第一部分31、第二轴向中心孔141和各个径向凹槽21形成了与基座2和腔体1之间的间隙5相连通的气体通道，从而使吹扫气体能够最终从间隙5流入腔体1的内部。

在本实施例中，第二进气管路9与轴向通道相连通的具体方式为：如图4所示，在旋转轴3的外周壁上，且靠近上述轴向通道位于旋转轴3内的第一部分31的下端设置有一个或多个与该第一部分31相连通的第二进气口32，且多个第二进气口32沿旋转轴3的周向对称分布。并且，第二进气管路9的出气端的数量与第二进气口32的数量相对应，且各个第二进气管路9的出气端一一对应地与各个第二进气口32连接。在实际应用中，第二进气管路9与轴向通道的连通方式并不局限于本实施例所采用的上述方式，还可以采用其他任意方式，例如，也可以不设置第二进气口32，而使第二进气管路9直接与上述轴向通道位于旋转轴3内的第一部分31的下端连接。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种外延生长设备，其包括本发明上述各个实施例提供的反应腔室。

本发明提供的外延生长设备，其通过采用本发明上述各个实施例提供的上述反应腔室，不仅可以增加持续工作的时间，提高工艺效率，而且还可以降低因腔室颗粒增多影响外延质量的风险。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种反应腔室，其特征在于，包括腔体和第一吹扫机构，其中，在所述腔体内设置有基座和旋转轴，所述基座与所述腔体的底部之间存在间隙；在所述腔体的底部设置有开口，所述旋转轴的上端与所述基座连接，所述旋转轴的下端竖直向下穿过所述开口；

所述第一吹扫机构用于通过所述开口向所述基座与所述腔体之间的间隙提供吹扫气体；并且，

所述第一吹扫机构包括环形部件、第一进气管路和第一吹扫气体源，其中，

所述环形部件环绕设置在所述旋转轴的外周，并与所述旋转轴形成环形空间；所述环形部件的上端与所述腔体的底部密封连接，所述开口位于所述环形部件上端的内侧；所述环形部件的下端设置有封堵部件，用以密封所述环形空间；

所述第一进气管路与所述环形空间连接；

所述第一吹扫气体源与所述第一进气管路连接，所述第一吹扫气体源通过所述第一进气管路向所述环形空间提供吹扫气体，进而向所述基座与所述腔体之间的间隙提供吹扫气体。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述封堵部件包括环绕设置在所述旋转轴的外周壁上的法兰，所述法兰的上端面与所述环形部件的下端面密封连接。

3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，在所述法兰上设置有一个或者多个与所述环形空间相连通的第一进气口，且多个第一进气口沿所述旋转轴的周向对称分布；

所述第一进气管路的出气端的数量与所述第一进气口的数量相对应，且各个所述第一进气管路的出气端一一对应地与各个所述第一进气口连接。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的反应腔室，其特征在于，在所述基座与所述旋转轴之间还设置有转接组件，在所述转接组件与所述基座之间具有间隙；

所述反应腔室还包括第二吹扫机构，所述第二吹扫机构用于向所述转接组件与所述基座之间的间隙提供吹扫气体。

5.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述第二吹扫机构包括轴向通道、第二进气管路和第二吹扫气体源，其中，

所述轴向通道沿所述旋转轴的轴向贯穿所述旋转轴和转接组件，所述轴向通道的上端延伸至所述转接组件的上端面；

所述第二进气管路与所述轴向通道连接；

所述第二吹扫气体源与所述第二进气管路连接；

所述第二吹扫气体源通过所述第二进气管路向所述轴向通道中提供吹扫气体，进而向所述转接组件与所述基座之间的间隙提供吹扫气体。

6.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述转接组件包括基座连接件和轴连接件，其中，

在所述基座的下表面，且与所述旋转轴相对应的位置处形成有凹部，所述基座连接件内嵌在所述凹部中，所述基座连接件设置有第一轴向中心孔；

所述轴连接件包括连为一体的固定部和连接部，其中，所述固定部自所述旋转轴的上表面内嵌在所述轴向通道位于所述旋转轴内的第一部分中；所述连接部内嵌在所述第一轴向中心孔中。

7.根据权利要求6所述的反应腔室，其特征在于，在所述轴连接件上设置有第二轴向中心孔，作为所述轴向通道的第二部分；

在所述基座连接件与所述基座的两个接触面中，在至少一个接触面上设置有沿所述旋转轴的周向均匀分布的多条径向凹槽。

8.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，在所述旋转轴的外周壁上，且靠近所述轴向通道的下端设置有一个或多个与所述轴向通道相连通的第二进气口，且多个第二进气口沿所述旋转轴的周向对称分布；

所述第二进气管路的出气端的数量与所述第二进气口的数量相对应，且各个所述第二进气管路的出气端一一对应地与各个所述第二进气口连接。

9.一种外延生长设备，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的反应腔室。