CN115125523A - 反应腔室及半导体设备 - Google Patents

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Abstract

一种反应腔室及半导体设备，反应腔室包括：腔体；承载装置，用于向腔体内传输晶片，承载装置包括多个从上至下依次间隔设置的承载板，多个承载板中的至少部分承载板的上表面用于承载晶片，多个承载板中的至少部分承载板内设有气体通道，气体通道贯穿承载板的下表面；进气机构，进气机构穿过腔体的侧壁，且能够相对于腔体移动，以使进气机构能够与气体通道活动连接，进气机构用于与外部气源连通，以向气体通道内通入气体；驱动机构，驱动机构与进气机构连接，用于驱动进气机构与气体通道连通或断开。该反应腔室能够提高布气均匀性，提高气体的利用率。

Description

反应腔室及半导体设备
技术领域
本发明属于半导体设备领域，更具体地，涉及一种反应腔室及包括该反应腔室的半导体设备。
背景技术
近年来，由于太阳能电池的产能越来越高，半导体设备的腔体尺寸越来越大，对产品性能的要求也越来越高。在PECVD镀膜工艺中，对太阳能电池片的镀膜均匀性要求也越来越严格。在PECVD镀膜工艺中，气场的均匀性对镀膜均匀性影响较大，提高布气的均匀性可有效提高镀膜的均匀性，从而提高电池效率。
图1示出现有PECVD设备的布气结构示意图。如图1所示，石墨舟1包括多个舟叶，能够承载多个晶片3。当石墨舟1进入腔体后，由进气装置4供给的气体(可以是一般性气体或特气，例如CF4、NH3等)通过喷淋头(showerhead)2进入腔体，喷淋头2起到匀流作用，气体从喷淋头2喷出后从相邻的舟叶之间以及舟叶与腔体之间流过，在抽气装置5的作用下从石墨舟1的一侧流动到另一侧，匀流板6进一步起到匀流作用。气体经过舟叶之间时被射频电源电离成等离子体，沉积在晶片3上。
现有设备依靠喷淋头2和匀流板6进行匀流，从舟叶与腔体之间逃逸的气体较多，难以达到较好的气场均匀性，且造成气体利用率低。气场均匀性较低进一步导致对腔体压力等工艺参数的要求提高，工艺窗口较窄。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高的气场均匀性的反应腔室及包括该反应腔室的半导体设备。
为了实现上述目的，本发明提供一种反应腔室，包括：
腔体；
承载装置，用于向所述腔体内传输晶片，所述承载装置包括多个从上至下依次间隔设置的承载板，多个所述承载板中的至少部分所述承载板的上表面用于承载所述晶片，多个所述承载板中的至少部分所述承载板内设有气体通道，所述气体通道贯穿所述承载板的下表面；
进气机构，所述进气机构穿过所述腔体的侧壁，且能够相对于所述腔体移动，以使所述进气机构能够与所述气体通道活动连接，所述进气机构用于与外部气源连通，以向所述气体通道内通入气体；
驱动机构，所述驱动机构与所述进气机构连接，用于驱动所述进气机构与所述气体通道连通或断开。
优选地，多个所述承载板包括顶部的承载板、中间的承载板和底部的承载板，所述顶部的承载板内设有所述气体通道；所述中间的承载板的上表面用于承载所述晶片，且内部设置有所述气体通道；所述底部的承载板的上表面用于承载所述晶片。
优选地，所述气体通道包括进气通道和多个出气通道，所述进气通道沿垂直于所述承载板的厚度方向延伸，所述承载板的一侧面开设有插接孔，所述插接孔与所述进气通道连通；所述出气通道沿所述承载板的厚度方向延伸，且所述出气通道的入口端与所述进气通道连通，所述出气通道的出口端贯穿所述承载板的下表面。
优选地，所述承载板的上表面设有多个晶片承载位，每个所述晶片承载位用于承载一个所述晶片，多个所述出气通道与多个所述晶片承载位一一对应设置。
优选地，所述进气机构包括多个气管，多个所述气管穿过所述腔体的侧壁分别与多个所述插接孔活动连接，且所述气管与所述腔体密封连接。
优选地，所述驱动机构包括驱动装置和连接件，所述驱动装置与所述连接件传动连接，所述驱动装置和所述连接件设于所述腔体外部，多个所述气管从上至下依次与所述连接件连接，所述连接件用于在所述驱动装置的驱动下，带动所述气管与所述插接孔连通或断开。
优选地，所述驱动机构还包括导向件，所述导向件的一端连接于所述腔体的侧壁，另一端穿过设于所述连接件上的导向孔，所述导向件与所述连接件滑动连接。
优选地，所述腔体的侧壁上设有多个通孔，多个所述通孔与多个所述气管一一对应设置，所述气管可滑动地穿设于所述通孔内；所述通孔与所述气管之间设有第一密封组件。
优选地，所述第一密封组件套设在所述气管外，所述第一密封组件包括第一密封法兰、间隔环、第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和所述第二密封圈之间设有所述间隔环；所述通孔为阶梯孔，所述第一密封圈抵压在所述阶梯孔的阶梯面上，所述第一密封法兰抵压在所述第二密封圈上。
优选地，所述插接孔为喇叭状，所述气管的出气端为锥形出气端，每个所述锥形出气端插接在一个所述喇叭状的所述插接孔。
优选地，所述进气机构还包括第二密封组件，所述第二密封组件套设在靠近所述气管的出气端处，所述第二密封组件包括第二密封法兰和第三密封圈，所述第二密封法兰朝向所述气管的出气端的一侧设有密封槽，所述密封槽内设有所述第三密封圈，所述第二密封组件用于将所述气管的出气端与所述气体通道密封连接。
本发明另一方面还提供一种半导体工艺设备，包括所述的反应腔室。
本发明的有益效果在于：承载板内设有气体通道，进气机构在驱动机构的作用下能够与各气体通道活动连接，向各气体通道内通入气体，气体经各承载板内的气体通道进入相邻承载板之间形成的间隙，从而直接到达承载板所承载的晶片表面。因此，即使腔体较大，气体也能被均匀地分布于每个承载板表面，进而均匀地分布于每个晶片表面，提高布气均匀性，且避免了气体从承载装置与腔体之间逃逸，提高了气体的利用率。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据现有技术的布气结构的示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的反应腔室的示意图，其中气管与气体通道处于连通状态。
图3示出了根据本发明的一个实施例的反应腔室的示意图，其中气管与气体通道处于分离状态。
图4示出了根据本发明的一个实施例的气管的示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的气体通道的局部示意图。
附图标记说明
1石墨舟；2喷淋头；3晶片；4进气装置；5抽气装置；6匀流板；
100腔体；101承载装置；102承载板；103晶片；104气体通道；1041进气通道；1042出气通道；105气管；106驱动装置；107连接件；108导向件；109插接孔；110间隔环；111第一密封法兰；112第二密封法兰；113第三密封圈；114第一密封圈；115第二密封圈；116侧壁；117抽气装置；118外部气源。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提出一种反应腔室，包括：
腔体；
承载装置，用于向腔体内传输晶片，承载装置包括多个从上至下依次间隔设置的承载板，多个承载板中的至少部分承载板的上表面用于承载晶片，多个承载板中的至少部分承载板内设有气体通道，气体通道贯穿承载板的下表面；
进气机构，进气机构穿过腔体的侧壁，且能够相对于腔体移动，以使进气机构能够与气体通道活动连接，进气机构用于与外部气源连通，以向气体通道内通入气体；
驱动机构，驱动机构与进气机构连接，用于驱动进气机构与气体通道连通或断开。
承载板内设有气体通道，进气机构在驱动机构的作用下能够与各气体通道活动连接，向各气体通道内通入气体，气体经各承载板内的气体通道进入相邻承载板之间形成的间隙，从而直接到达承载板所承载的晶片表面。因此，即使腔体较大，气体也能被均匀地分布于每个承载板表面，进而均匀地分布于每个晶片表面，提高布气均匀性，且避免了气体从承载装置与腔体之间逃逸，提高了气体的利用率。
图2示出了根据本发明实施例的反应腔室的示意图，其中气管与气体通道处于连通状态，图3示出了根据本发明实施例的反应腔室的示意图，其中气管与气体通道处于分离状态，图4示出了根据本发明实施例的气管的示意图，图5示出了根据本发明实施例的气体通道的局部示意图。
参考图2至图5所示，反应腔室包括：
腔体100；承载装置101，用于向腔体100内传输晶片103，承载装置101包括多个从上至下依次间隔设置的承载板102，在本实施例中，多个承载板102包括顶部的承载板、中间的承载板和底部承载板，顶部的承载板内设有气体通道104，中间的承载板的上表面用于承载晶片103，且内部设置有气体通道104，底部的承载板的上表面用于承载晶片103，其内部不设气体通道，也就是说，除了最上方的承载板以外的每个承载板102的上表面用于承载晶片103，除了最下方的承载板以外的每个承载板102内设有气体通道104；气体通道104贯穿承载板102的下表面；进气机构，进气机构穿过腔体100的侧壁116，且能够相对于腔体100移动，以使进气机构能够与气体通道104活动连接，进气机构用于与外部气源连通，以向气体通道内通入气体；驱动机构，驱动机构与进气机构连接，用于驱动进气机构与气体通道104连通或断开。
在本实施例中，多个承载板102从上至下依次间隔设置，相邻承载板102之间通过支撑杆(例如陶瓷杆)支撑。除了最上方的承载板以外，每个承载板承载多个晶片103，即最上方的承载板下方的每个承载板均承载多个晶片103，以保证这些承载板所承载的晶片均与其上方承载板内的气体通道相对应。除了最下方的承载板之外，每个承载板内设有气体通道104，即最下方的承载板上方的每个承载板内均设有气体通道104。为避免气体损失，提高气体利用率，最下方的承载板内不设置气体通道。气体通道104贯穿承载板102的下表面，当驱动机构驱动进气机构与气体通道104连通时，来自于外部气源的气体可依次通过进气机构、气体通道104到达承载板102所承载的晶片103表面，达到均匀布气的效果。进气结束后，驱动机构驱动进气机构远离腔体100，与气体通道104断开，腔体内继续后续工艺步骤。
在本实施例中，气体通道104包括进气通道1041和多个出气通道1042，进气通道1041沿垂直于承载板102的厚度方向延伸，承载板102的一侧面开设有插接孔109，插接孔109与进气通道1042连通。承载板102通常为平板状，以稳定地承载晶片。因此，进气通道1041沿承载板102的长度和宽度所在的平面方向延伸。
出气通道1042沿承载板102的厚度方向延伸，且出气通道1042的入口端与进气通道1041连通，出气通道1042的出口端贯穿承载板102的下表面。在本实施例中，承载板102的厚度方向即高度方向，出气通道1042沿承载板的高度方向设置。
除了最上方的承载板以外的每个承载板102的上表面设有多个晶片承载位，每个晶片承载位用于承载一个晶片103，除了最下方的承载板之外，每个承载板的多个出气通道1042与多个晶片承载位一一对应设置。优选地，多个晶片承载位均布于承载板102的上表面。每个出气通道1042的位置与一个晶片承载位的位置相对应，例如每个出气通道1042的中心轴对准一个晶片承载位的中心，从而通过出气通道1042流出的气体可以直接流动至所对应的晶片承载位，直接到达晶片表面。
进气通道1041的形状优选地与晶片承载位在承载板102上的分布相适应，以便尽量通过每个晶片承载位。例如，多个晶片承载位沿承载板102的径向方向或周向方向设置，那么进气通道1041可沿承载板102的径向方向或周向方向设置，在这种情况下，进气通道1041的一端与开设在承载板102的侧面的插接孔109连通，另一端封闭。多个出气通道1042与多个晶片承载位一一对应设置。通过这种设置，气体经进气机构、进气通道1041、出气通道1042向下流动，直接分布于每个晶片承载位承载的晶片表面，从而提高布气均匀性。
在本实施例中，进气机构包括多个气管105，多个气管105穿过腔体100的侧壁116分别与多个插接孔109活动连接，且气管105与腔体100密封连接。气管105与外部气源118连接，在图2和图3中，示意性地绘出了一个外部气源118，每个气管105通过管路(未示出)与外部气源118连接；或者可以每个气管连接于一个外部气源，这是本领域技术人员可以根据实际情况选择的。气体从外部气源118经过插接孔1042进入气管105。
驱动机构包括驱动装置106和连接件107，驱动装置106与连接件107传动连接，驱动装置106和连接件107设于腔体100外部，多个气管105从上至下依次与连接件107连接，连接件107用于在驱动装置106的驱动下，带动气管105与插接孔109连通或断开。
驱动装置106可以是液压缸，连接件107可以为板状，且平行于腔体的侧壁116。连接件107与驱动装置106的驱动端(例如活塞杆)连接，以在驱动装置106的驱动下靠近或远离腔体的侧壁116。承载装置101从腔体100外传输进腔体100内并定位之后，驱动装置106驱动连接件107靠近腔体的侧壁116，带动多个气管105向腔体内部移动，从而多个气管105分别与多个插接孔109连通，即可通过外部气源118向气体通道104供气。供气结束后，驱动装置106驱动连接件107远离腔体的侧壁116，带动多个气管105向腔体外部移动，从而多个气管105分别与多个插接孔109断开。
驱动机构还包括导向件108，导向件108的一端连接于腔体的侧壁116，另一端穿过设于连接件上的导向孔，导向件108与连接件107滑动连接。导向件108可以引导连接件107的运动方向，进而能够引导多个气管105能够同步移动，以使多个气管105能够同步与插接孔107对接，提高连接的对准度。优选地，导向件108为杆状，垂直于侧壁116和连接件107设置，使连接件107沿直线靠近或远离侧壁116。导向件108的数量优选为两个，相对于连接件107的中心对称设置，以保证导向效果。
在本实施例中，腔体的侧壁116上设有多个通孔，多个通孔与多个气管105一一对应设置，气管105可滑动地穿设于通孔内；通孔与气管105之间设有第一密封组件。
第一密封组件套设在气管105外，第一密封组件包括第一密封法兰111、间隔环110、第一密封圈114和第二密封圈115，第一密封圈114和第二密封圈115之间设有间隔环110；通孔为阶梯孔，第一密封圈114抵压在阶梯孔的阶梯面上，第一密封法兰111抵压在第二112密封圈上。
通过设置第一密封组件，气管105不与通孔的孔壁接触，而是与第一第一密封圈114和第二密封圈115直接接触，由第一密封圈114和第二密封圈115的压缩提供真空密封。当气管105在驱动装置106的驱动下沿通孔滑动时，第一密封圈114和第二密封圈115能够提供气管与孔壁之间的动态密封，从而实现反应腔室的密封。第一密封法兰111可将第一密封圈114和第二密封圈115轴向压紧。
插接孔109为喇叭状，气管105的出气端为锥形出气端，每个锥形出气端插接在一个喇叭状的插接孔109。插接孔109和气管105的出气端也可以是其他形状，只要便于二者之间的连接即可。
在本实施例中，进气机构还包括第二密封组件，第二密封组件套设在靠近气管105的出气端处，第二密封组件包括第二密封法兰112和第三密封圈113，第二密封法兰112朝向气管105的出气端的一侧设有密封槽，密封槽内设有第三密封圈113，第二密封组件用于将气管105的出气端与气体通道104密封连接。
当气管105与气体通道104连通时，第二密封法兰112密封连接于承载板102的侧面。第三密封圈113起到端向密封的作用。密封槽优选是燕尾槽，以避免气管105与承载板102分离时第三密封圈113脱落。
进一步参考图2和图3所示，反应腔室还包括抽气装置117，抽气装置117设于腔体110的底部，以利于气体向下流出腔体110。
本发明实施例还提供一种半导体工艺设备，包括所述的反应腔室。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (12)

1.一种反应腔室，其特征在于，包括：
腔体；
承载装置，用于向所述腔体内传输晶片，所述承载装置包括多个从上至下依次间隔设置的承载板，多个所述承载板中的至少部分所述承载板的上表面用于承载所述晶片，多个所述承载板中的至少部分所述承载板内设有气体通道，所述气体通道贯穿所述承载板的下表面；
进气机构，所述进气机构穿过所述腔体的侧壁，且能够相对于所述腔体移动，以使所述进气机构能够与所述气体通道活动连接，所述进气机构用于与外部气源连通，以向所述气体通道内通入气体；
驱动机构，所述驱动机构与所述进气机构连接，用于驱动所述进气机构与所述气体通道连通或断开。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，多个所述承载板包括顶部的承载板、中间的承载板和底部的承载板，所述顶部的承载板内设有所述气体通道；所述中间的承载板的上表面用于承载所述晶片，且内部设置有所述气体通道；所述底部的承载板的上表面用于承载所述晶片。
3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述气体通道包括进气通道和多个出气通道，所述进气通道沿垂直于所述承载板的厚度方向延伸，所述承载板的一侧面开设有插接孔，所述插接孔与所述进气通道连通；所述出气通道沿所述承载板的厚度方向延伸，且所述出气通道的入口端与所述进气通道连通，所述出气通道的出口端贯穿所述承载板的下表面。
4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述承载板的上表面设有多个晶片承载位，每个所述晶片承载位用于承载一个所述晶片，多个所述出气通道与多个所述晶片承载位一一对应设置。
5.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述进气机构包括多个气管，多个所述气管穿过所述腔体的侧壁分别与多个所述插接孔活动连接，且所述气管与所述腔体密封连接。
6.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述驱动机构包括驱动装置和连接件，所述驱动装置与所述连接件传动连接，所述驱动装置和所述连接件设于所述腔体外部，多个所述气管从上至下依次与所述连接件连接，所述连接件用于在所述驱动装置的驱动下，带动所述气管与所述插接孔连通或断开。
7.根据权利要求6所述的反应腔室，其特征在于，所述驱动机构还包括导向件，所述导向件的一端连接于所述腔体的侧壁，另一端穿过设于所述连接件上的导向孔，所述导向件与所述连接件滑动连接。
8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述腔体的侧壁上设有多个通孔，多个所述通孔与多个所述气管一一对应设置，所述气管可滑动地穿设于所述通孔内；所述通孔与所述气管之间设有第一密封组件。
9.根据权利要求8所述的反应腔室，其特征在于，所述第一密封组件套设在所述气管外，所述第一密封组件包括第一密封法兰、间隔环、第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和所述第二密封圈之间设有所述间隔环；所述通孔为阶梯孔，所述第一密封圈抵压在所述阶梯孔的阶梯面上，所述第一密封法兰抵压在所述第二密封圈上。
10.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述插接孔为喇叭状，所述气管的出气端为锥形出气端，每个所述锥形出气端插接在一个所述喇叭状的所述插接孔。
11.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述进气机构还包括第二密封组件，所述第二密封组件套设在靠近所述气管的出气端处，所述第二密封组件包括第二密封法兰和第三密封圈，所述第二密封法兰朝向所述气管的出气端的一侧设有密封槽，所述密封槽内设有所述第三密封圈，所述第二密封组件用于将所述气管的出气端与所述气体通道密封连接。
12.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括如权利要求1-11任意一项所述反应腔室。
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