CN214361677U - 可增温操作气体的反应炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种可增温操作气体的反应炉，适用于高温气相沉积反应的技术。反应炉包括在反应腔内设置晶圆承载装置，以及热交换器设置在反应腔的废热区上，提供交换反应腔的热能至气体输送管。其中气体输送管曲绕设置在热交换器中，令气体输送管内的操作气体吸收热交换器的热能，以将增温后的操作气体输送至晶圆承载装置，驱动晶圆承载装置。由于本实用新型气体输送管曲绕设置在热交换器中，能吸收热交换器的热能，以产生与反应炉反应温差较小的操作气体，可降低操作气体对于反应炉温度的影响，维持制作晶圆的品质。

Description

可增温操作气体的反应炉

技术领域

本实用新型涉及一种应用于制造或处理半导体的技术，特别是一种可增温操作气体的反应炉。

背景技术

有机金属化学气相沉积法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，意指利用气相中发生的物理及化学过程，在固体表面形成沉积物的技术。常被应用在半导体晶圆的反应面形成薄膜的制程方法。

请参图1，目前有机金属化学气相沉积法的技术提供在一反应炉90中进行。进行气相沉积时，反应炉90提供一加热单元91对反应腔92加热到高温至少600℃以上。再通过一喷头93将反应气体供给单元94提供的载气及有机金属气体，导入高温的反应腔92中，进行气相沉积反应，以在晶圆(图中未示)的反应面上成长半导体薄膜。反应完成的废气则汇入废气汇集单元95，再进入废气回收单元96，废气回收单元96提供进行废气净化等后续废气的处理。

除此之外，为了使薄膜均匀地沉积，反应炉90更提供承载晶圆的晶圆承载单元97，带动晶圆高速旋转，以在气相沉积时，薄膜能均匀地沉积于晶圆上。目前反应炉90中操作晶圆的旋转的机构，是采用操作气体供给单元98提供操作气体至气动控制机构99，令气动控制机构99控制晶圆承载单元97带动晶圆旋转。

在进行气相沉积反应时，反应腔92内会处于至少600℃以上的高温状态。此时，若操作气体供给单元98提供的操作气体的温度，与反应腔92内的温度差距过大时，操作气体的会输入影响到反应腔92的温度，从而干扰到晶圆反应面上的沉积，进而影响晶圆制作的品质。

有鉴于此，本实用新型遂针对上述现有技术的缺失，提出一种可增温操作气体的反应炉，以有效克服上述的所述的这些问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在提供一种可增温操作气体的反应炉，其可提供与反应炉反应温差较小的操作气体，将其给反应炉进行操作，从而降低操作气体对于反应炉中温度的影响，以维持晶圆制程的品质。

为达上述的目的，本实用新型提供一种可增温操作气体的反应炉，其适用于高温气相沉积反应的技术。反应炉包括一反应腔、一操作气体供给单元、一热交换器以及一气体输送管。反应腔内设有一晶圆承载装置。操作气体供给单元用以提供一操作气体。热交换器设置在反应腔的废热区，以交换反应腔的热能至气体输送管。气体输送管提供曲绕设置在热交换器中，且连通操作气体供给单元以及晶圆承载装置，以将操作气体供给单元提供的操作气体，输送至晶圆承载装置，驱动晶圆承载装置。更重要的是，气体输送管曲绕设置在热交换器中，令气体输送管内的操作气体吸收热交换器的热能。

在本实施例中，可增温操作气体的反应炉更包括一废气汇集环，环设于反应腔侧面的腔壁，以收集反应腔中完成气相沉积反应后的高温废气。

在本实施例中，废气收集环包括一壳体，壳体上设有一入气口以及一排气口，入气口连通反应腔，排气口连通一废气排气管，废气排气管更连通一废气回收单元。

在本实施例中，废气排气管更通过热交换器，并曲绕设置于热交换器内，令高温废气的热能提供给热交换器，以进行热交换。

在本实施例中，气体输送管为石墨气体输送管、石英气体输送管、钼气体输送管或不锈钢气体输送管。

在本实施例中，晶圆承载装置用于承载至少一晶圆，晶圆承载装置包括，至少一碟盘，其具有一上方开放的晶圆槽，以供晶圆以反应面朝下的方式置入，晶圆槽下方设有一反应口以供反应面裸露。一下大盘，其具有至少一个上方开放的碟盘槽，以供碟盘置入，碟盘槽下方设有一底口以供反应面裸露。一上大盘遮盖于下大盘的上方并将碟盘槽上方封闭。

在本实施例中，碟盘槽更设有一环槽沟，碟盘设有一嵌入于环槽沟的对接部，环槽沟内设有一环状气浮通道。环状气浮通道以切线方向衔接一入气引道，其连通气体输送管，以引入操作气体施力于对接部，使碟盘悬浮及旋转。环槽沟衔接于一第一泄出口，以供操作气体排出。

在本实施例中，上大盘设有一第二泄出口与第一泄出口衔接。

在本实施例中，可增温操作气体的反应炉更包括一反应气体喷射装置，设置穿设于反应腔内，以提供反应气体在反应腔中进行气相沉积反应。

在本实施例中，反应腔内且靠近顶部设有至少一加热单元。

综上所述，本实用新型通过将气体输送管设置在热交换器中，以提供交换反应腔及废气排气管内的高温废气的热能，令操作气体输入到晶圆承载装置的操作气体与反应腔的温度差距较小，从而降低操作气体对于反应腔中温度的影响，能有效维持晶圆制程的品质。

兹为对本实用新型的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后。

附图说明

图1为现有反应炉装置方块图。

图2为本实用新型反应炉剖面示意图。

图3为本实用新型反应炉半侧剖面示意图。

图4为本实用新型热交换器立体示意图。

图5为本实用新型晶圆承载装置的俯视分解图。

图6为本实用新型晶圆承载装置的剖视分解图。

附图标记说明：1-反应炉；10-反应腔；12-加热单元；20-晶圆承载装置；21-碟盘；211-晶圆槽；212-反应口；213-对接部；214-承载指；22-下大盘；221-碟盘槽；222-底口；223-环槽沟；224-环状气浮通道；225-入气引道；226-第一泄出口；222-底口；23-上大盘；231-第二泄出口；30-反应气体喷射装置；32-喷头；34-反应气体供给单元；40-废气汇集环；42-壳体；44-入气口；46-排气口；47-废气排气管；48-废气回收单元；50-操作气体供给单元；60-气体输送管；70-热交换器；80-晶圆；82-反应面；90-反应炉；91-加热单元；92-反应腔；93-喷头；94-反应气体供给单元；95-废气汇集单元；96-废气回收单元；97-晶圆承载单元；98-操作气体供给单元；99-气动控制机构。

具体实施方式

本实用新型提供一种可增温操作气体的反应炉，其适用于提供与反应炉的反应温度温差较小的操作气体，从而降低操作气体对于反应炉中温度的影响。

请参照图2至图4，以说明本实用新型可增温操作气体的反应炉1结构。在本实施例中，反应炉1为面下型(Face Down)的化学气相沉积反应炉1，当然反应炉1也可为一般令晶圆反应面朝上的，面上型的反应炉，并不以本实施例使用面下型反应炉1为限制。

在本实施例中，反应炉1包括一反应腔10、一晶圆承载装置20、一反应气体喷射装置30、一废气汇集环40、一操作气体供给单元50、一气体输送管60以及一热交换器70。在本实施例中，反应腔10内且靠近顶部设有至少一加热单元12，其中加热单元12可为阻式加热器、红外线加热器或感应式加热器，或者可为前述各种加热器的组合。在本实施例中，加热单元12具有复数个分别铺设在反应腔10内且靠近顶部的位置，以提供加热反应腔10内的温度。

晶圆承载装置20设置于反应腔10内，由于本实施例为面下型(Face Down)的反应炉1，因此晶圆承载装置20提供设置在反应腔10内，靠近反应腔10顶部的位置，且位于复数加热单元12的下方。同时晶圆承载装置20令其上所承载的晶圆80的反应面82朝下。

反应气体喷射装置30提供穿设于反应腔10上。在本实施例中，反应气体喷射装置30包括一喷头32以及反应气体供给单元34，喷头32穿设于反应腔10，喷头32连通反应气体供给单元34，以接收并喷出反应气体供给单元34提供的反应气体至反应腔10内，令反应气体与晶圆承载装置20上晶圆80的反应面82进行反应气相沉积，以在晶圆80的反应面82上形成薄膜。

废气汇集环40提供环设于反应腔10的侧壁，废气汇集环40用以收集反应腔10中，与晶圆80完成气相沉积反应后的高温废气。在本实施例中，废气汇集环40包括一壳体42，壳体42上设有一入气口44以及一排气口46。入气口44连通反应腔10，以接收反应腔10中的高温废气，令高温废气汇集到废气汇集环40的壳体42内。废气汇集环40的排气口46则通过废气排气管47连通一废气回收单元48，以将由入气口44进入到壳体42内高温废气排出至废气回收单元48。

操作气体供给单元50用以提供操作气体，操作气体可为氮气或氢气等惰性气体，使用惰性气体能减少操作气体输入至反应腔10时，操作气体产生与晶圆80反应的状况。

气体输送管60连通操作气体供给单元50以及晶圆承载装置20，气体输送管60接收操作气体供给单元50提供的操作气体，并将操作气体输送至晶圆承载装置20，以驱动晶圆承载装置20带动晶圆80转动，使反应腔10中的反应气体与晶圆80接触更为均匀。其中气体输送管60可为石墨气体输送管、石英气体输送管、钼气体输送管或不锈钢气体输送管等，在高温600℃以上不熔化的材质制成气体输送管60。

热交换器70设置在反应腔10的废热区，废热区范围为反应腔10中，除了晶圆反应区域以外的位置，如反应腔10的腔壁内外两侧，亦包括废气汇集环40上。在本实施例中，热交换器70设置在反应腔10底部的腔壁，以提供交换反应腔10的热能。当然热交换器70亦可提供设置在反应腔10的腔壁内侧，或者废气汇集环40内，并不以上述实施例为限制。请配合参照图4，值得注意的是，本实施例将热交换器70设置在反应腔10底部的腔壁，为达到提供与反应腔10的反应温度温差较小的操作气体的功效，将气体输送管60曲绕设置在热交换器70中。由于热交换器70服贴于反应腔10设置，使得热交换器70能将反应腔10的热能提供给气体输送管60，令操作气体供给单元50输出的操作气体，通过气体输送管60时，能吸收热交换器70的热能后，产生与反应腔10的温度差异较小的操作气体，再输送至反应腔10内的晶圆承载装置20，对晶圆承载装置20进行操作，如此降低操作气体对于反应腔10温度的影响，以维持晶圆80制程的品质。

除此之外，热交换器70中更提供连通废气汇集环40的废气排气管47通过热交换器70。详细来说，本实施例举例废气排气管47通过体输送管60下方，且于热交换器70内曲绕设置，以将废气排气管47内流通的高温废气的热能，提供给上方的气体输送管60吸收反应腔10的热能。因此本实施例的气体输送管60通过热交换器70时，可同时交换反应腔10及废气排气管47中的高温废气所产生的热能，令气体输送管60内的操作气体吸收热交换器70的热能。

接着请配合参图3、图5至图6，以说明晶圆承载装置20如何通过气体输送管60输送的操作气体驱动晶圆80转动。首先说明晶圆承载装置20的结构，晶圆承载装置20包含至少一碟盘21、一下大盘22以及一上大盘23。碟盘21具有一上方开放的晶圆槽211以供晶圆80以反应面82朝下的方式置入，晶圆槽211下方设有一反应口212以供晶圆80的反应面82裸露，且晶圆槽211内壁边缘设有若干承载指214以承托晶圆80的边缘，承载指214的顶面朝向晶圆槽211中心倾斜。下大盘22具有至少一个上方开放的碟盘槽221以供碟盘21置入，碟盘槽221下方设有一底口222以供反应面82裸露。上大盘23遮盖于下大盘22的上方并将碟盘槽221上方封闭，上大盘23的半径大于下大盘22。

上述碟盘槽221内更设有一环槽沟223，碟盘21设有一嵌入于环槽沟223的对接部213，环槽沟223内设有一环状气浮通道224。环状气浮通道224以切线方向衔接一入气引道225，入气引道225连通气体输送管60，以引入气体输送管60中的操作气体施力于对接部213，使碟盘21悬浮及旋转。环槽沟223衔接于一第一泄出口226，以供操作气体排出，上大盘23设有一第二泄出口231与第一泄出口226衔接。其中气体的引入流量大小可用以控制碟盘21的悬浮高度。

综上所述，本实用新型通过将气体输送管60设置在热交换器70中，以提供交换反应腔10及废气排气管47内的高温废气的热能，令操作气体输入到晶圆承载装置20的操作气体与反应腔10的温度差距较小，从而降低操作气体对于反应腔10中温度的影响，能有效维持晶圆制程的品质。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可增温操作气体的反应炉，其适用于高温气相沉积反应的技术，其特征在于，该反应炉包括：

一反应腔，其内设有一晶圆承载装置；

一操作气体供给单元，提供一操作气体；

一热交换器，设置在该反应腔的废热区；以及

一气体输送管，该气体输送管连通该操作气体供给单元以及该晶圆承载装置，以将该操作气体供给单元提供的该操作气体输送至该晶圆承载装置，该气体输送管曲绕设置在该热交换器中，令该气体输送管内的该操作气体能够吸收该热交换器的热能。

2.如权利要求1所述的可增温操作气体的反应炉，其特征在于：还包括一废气汇集环，其环设于该反应腔侧面的腔壁，以收集该反应腔中完成气相沉积反应后的高温废气。

3.如权利要求2所述的可增温操作气体的反应炉，其特征在于：该废气收集环包括一壳体，该壳体上设有一入气口以及一排气口，该入气口连通该反应腔，该排气口连通一废气排气管，该废气排气管连通一废气回收单元。

4.如权利要求3所述的可增温操作气体的反应炉，其特征在于：该废气排气管通过该热交换器，并曲绕设置于该热交换器内。

5.如权利要求1所述的可增温操作气体的反应炉，其特征在于：该气体输送管为石墨气体输送管、石英气体输送管、钼气体输送管或不锈钢气体输送管。

6.如权利要求1所述的可增温操作气体的反应炉，其特征在于：该晶圆承载装置用于承载至少一晶圆，该晶圆承载装置包括：

至少一碟盘，具有一上方开放的晶圆槽，以供该晶圆以反应面朝下的方式置入，该晶圆槽下方设有一反应口以供该反应面裸露；

一下大盘，具有至少一个上方开放的碟盘槽，以供该碟盘置入，该碟盘槽下方设有一底口以供该反应面裸露；及

一上大盘，遮盖于该下大盘的上方并将该碟盘槽上方封闭。

7.如权利要求6所述的可增温操作气体的反应炉，其特征在于：该碟盘槽设有一环槽沟，该碟盘设有一嵌入于该环槽沟的对接部，该环槽沟内设有一环状气浮通道；该环状气浮通道以切线方向衔接一入气引道，该入气引道连通该气体输送管，以引入该操作气体施力于该对接部，使该碟盘悬浮及旋转；该环槽沟衔接于一第一泄出口，以供该操作气体排出。

8.如权利要求7所述的可增温操作气体的反应炉，其特征在于：该上大盘设有一第二泄出口，该第二泄出口与该第一泄出口衔接。

9.如权利要求1所述的可增温操作气体的反应炉，其特征在于：还包括一反应气体喷射装置，设置穿设于该反应腔内，以提供反应气体在该反应腔中进行气相沉积反应。

10.如权利要求1所述的可增温操作气体的反应炉，其特征在于：该反应腔内且靠近顶部设有至少一加热单元。

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