一种外延设备进气调节装置及外延设备的制作方法

1.本实用新型属于硅外延反应设备技术领域，具体涉及一种外延设备进气调节装置。


背景技术：

2.外延生长速率与气体流速紧密相关，基本上与总气体流量的平方根成正比。在一定的工艺温度下，外延层厚度和掺杂均匀性主要受气体流速、气体流均匀性等因素影响。由于气源的耗尽，基座入口处的气流密度将大于出口处的气流密度，易造成膜层的不均匀。
3.相关现有技术中，外延反应室采用增加流速的方式补偿气源耗尽引起的淀积速率下降，即采用气流通道逐渐变窄的结构形式，进气口处截面大于出气口的截面，采用支座相对遮流板倾斜的方法促使截面积下降，导致气流速度的增加补偿沿支座长度方向的气源耗尽而产生的淀积速率的下降。
4.对于基片需保持水平状态的情况，可在基片上方设计一个遮流板，遮流板相对基片倾斜一定角度，使得气流在流出时与基片间的气隙变小，在气体流量不变的情况下流速增大，而气源密度不变。同时对进气块进行了气流均匀性设计，在进气块中设置了不同数量的气流分配腔以及排气通道。但此类设计仅单纯考虑进气流量对于气流均匀性的影响，忽略了进气流速影响，并且对于单独某个排气通道而言，无法做到精确控制。在相关现有技术中，为了节省外延设备空间，进气块与门阀集成处理，门阀采用外置气缸与连杆以及密封板等技术方式进行密封，存在密封件多、且动作复杂、漏气风险大等缺陷。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是克服现有外延设备进气块与门阀集成装置进气门阀密封性差，进气量与流速无法精确控制等不足，提供一种密封性能好、装调简易、进气量与流速可单独精确控制的外延设备进气调节装置。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种外延设备进气调节装置，包括：进气门阀、进气调节组件和阀芯，所述进气门阀上设有晶圆传送槽和缓冲均压腔，所述进气调节组件安装于进气门阀的上表面，所述阀芯安装于进气门阀的下表面，阀芯用于密封隔断进气门阀内部的晶圆传送槽；所述进气调节组件包括：调节组件本体、进气接头、进气腔、气流分配腔和第二调节阀，所述进气接头位于调节组件本体的上表面，所述进气腔位于调节组件本体内部，且进气腔与进气接头连通；所述进气门阀由内向外开设与第二调节阀一一对应的气流注入孔，所述气流注入孔间隔均匀、整列布置，所述气流注入孔与进气腔之间通过气流分配腔和缓冲均压腔连通，所述第二调节阀的调节件伸入缓冲均压腔内且可远离或靠近气流注入孔的进气端。
8.作为本实用新型的进一步改进，所述进气调节组件还包括第一调节阀，所述第一调节阀的调节件伸入进气腔内且可远离或靠近气流分配腔的进气端。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述第二调节阀的调节件延伸至调节组件本体的
上方，多个所述第二调节阀沿调节组件本体的侧边整列布置，多个所述气流注入孔的出气端延伸至进气门阀的侧面且与上方的第二调节阀一一对齐。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述进气调节组件还包括多个u型槽，所述u型槽位于调节组件本体下部，且分别与气流分配腔和缓冲均压腔连通。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述缓冲均压腔包括相互独立的第一辅助缓冲均压腔、主缓冲均压腔和第二辅助缓冲均压腔，每个缓冲均压腔下部均设有多个气流分配孔和多个气流注入孔，气流分配孔用于连通缓冲均压腔和气流注入孔，所述第二调节阀的调节件伸入气流分配孔内且可远离或靠近气流注入孔的进气端。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述第一辅助缓冲均压腔、主缓冲均压腔和第二辅助缓冲均压腔分别与一组进气调节组件对应连接，以实现单独调节进气；且中间的主缓冲均压腔上气流注入孔布置的数量大于两侧的第一辅助缓冲均压腔和第二辅助缓冲均压腔上气流注入孔布置的数量。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述调节组件本体、进气接头、进气腔、气流分配腔和u型槽一体成型。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述进气门阀一体成型。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述第一调节阀和第二调节阀均为针阀，且第一调节阀和第二调节阀的调节件上均设有刻度。
16.作为一个总的技术构思，本实用新型还提供了一种外延设备，包括过渡腔、工艺腔和上述的外延设备进气调节装置，所述外延设备进气调节装置用于连接过渡腔和工艺腔。
17.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
18.1、本实用新型外延设备进气调节装置，通过将进气调节组件安装在进气门阀上方，气体由进气调节组件进入阀体内，经过缓冲均压腔后，流入气流注入孔，最终由气流注入孔注入外延设备的反应腔室内；进一步地，进气门阀内部布置有阀芯，关闭时，形成密封状态，可将反应腔室与过渡腔室在气流上进行密封隔离，开启后，可满足晶圆传送要求。本实用新型克服了现有外延设备中进气调节组件与进气门阀集成设置而导致阀体密封性差、进气量与流速无法精确控制等不足，提供了一种密封性能佳、装调简易、进气量与流速可单独精确控制的外延设备进气调节装置。
19.2、本实用新型外延设备进气调节装置，通过将第二调节阀与气流注入孔一一对应设置，进气门阀上的缓冲均压腔与进气调节组件中的气流分配腔也相互对应，且通过u型槽相互连通，气流从进气接头流入气流分配腔前，第一调节阀精确控制单个进气单元的进气流量，气流注入孔中的气体流速由第二调节阀进行控制，且所有气流注入孔均可单独控制，通过调整各第二调节阀的调节件伸入气流分配孔内的位置，从而达到对反应腔室注入气流流量以及流速的精确控制，保证了反应腔室内反应气体均匀性可控，改善了基片成膜厚度均匀性。本实用新型通过采用进气机构与门阀集成的方式，提高的设备内部空间利用率，而且门阀的阀体为一次成型，阀芯运动部件外置在阀体外，整体密封件少，密封性能优越，门阀开启与关闭仅通过电磁阀控制，控制简单，操作简便。
20.3、本实用新型外延设备，通过在过渡腔与工艺腔之间设置了上述的进气调节装置，既实现了工艺气流的精确调节，又有效确保了非工艺状态时工艺腔能够与外部环境密封隔离，提高了工艺的稳定可靠性。
附图说明
21.图1为本实用新型外延设备进气调节装置的立体结构原理示意图。
22.图2为本实用新型外延设备进气调节装置的主视结构原理示意图。
23.图3为图2中a-a向的阶梯剖面结构原理示意图。
24.图4为本实用新型外延设备进气调节装置中进气门阀的剖面结构原理示意图。
25.图5为本实用新型外延设备进气调节装置中进气调节组件的结构原理示意图。
26.图6为图5中b-b向的剖面结构原理示意图。
27.图7为本实用新型外延设备进气调节装置中进气调节组件的底部结构原理示意图。
28.图8为本实用新型外延设备的结构原理示意图。
29.图例说明：1、进气门阀；10、气流注入孔；11、第一辅助缓冲均压腔；12、主缓冲均压腔；13、第二辅助缓冲均压腔；14、气流分配孔；15、晶圆传送槽；2、进气调节组件；20、调节组件本体；21、第一调节阀；22、进气接头；23、进气腔；24、气流分配腔；25、第二调节阀；26、u型槽；3、阀芯；4、过渡腔；5、工艺腔；100、外延设备进气调节装置。
具体实施方式
30.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
31.实施例1
32.如图1至图7所示，本实用新型的外延设备进气调节装置，包括：进气门阀1、进气调节组件2和阀芯3。进气门阀1上设有晶圆传送槽15和缓冲均压腔，进气调节组件2垂直安装于进气门阀1的上表面，阀芯3安装于进气门阀1的下表面，阀芯3用于密封隔断进气门阀1内部的晶圆传送槽15。进气调节组件2包括：调节组件本体20、进气接头22、进气腔23、气流分配腔24和第二调节阀25。进气接头22位于调节组件本体20的上表面，进气腔23位于调节组件本体20内部，且进气腔23与进气接头22连通。进气门阀1由内向外开设与第二调节阀25一一对应的气流注入孔10，气流注入孔10间隔均匀、整列布置，气流注入孔10与进气腔23之间通过气流分配腔24和缓冲均压腔连通，第二调节阀25的调节件伸入缓冲均压腔内且可远离或靠近气流注入孔10的进气端。
33.本实施例中，为满足晶圆传输要求，在进气门阀1上设计晶圆传送槽15，可选的，槽口形状与尺寸可根据晶圆尺寸及传送位置进行适当调整，满足晶圆传输要求即可。绝大部分情况下，当反应腔室5进入工艺状态时，反应腔室5应隔绝大气环境影响，此时需要相应装置对进气门阀1的晶圆传送槽15做封闭处理。设置阀芯3与进气门阀1配合使用，阀芯3根据阀体腔内尺寸调整运动行程，满足上限位形成密封、下限位不干扰晶圆传送即可。
34.进一步地，阀芯3与进气门阀1间仅存在单个静密封、密封性能佳，仅通过外部电磁阀即可完成阀芯3的关闭与开启控制，控制简单、操作便捷，并可对进气门阀1的状态进行实时监测，保证了反应腔室工艺安全。更进一步地，可在阀芯3外侧加装石英挡板，以提高阀芯3外侧耐腐蚀和耐高温性能。
35.本实施例中，通过将进气调节组件2安装在进气门阀1上方，气体由进气调节组件2进入阀体内，经过缓冲均压腔后，流入气流注入孔10，最终由气流注入孔10注入外延设备的
反应腔室5内。进一步地，进气门阀1内部布置有阀芯3，关闭时，形成密封状态，可将反应腔室5与过渡腔室4在气流上进行密封隔离，开启后，可满足晶圆传送要求。本实用新型克服了现有外延设备中进气调节组件与进气门阀集成设置而导致阀体密封性差、进气量与流速无法精确控制等不足，提供了一种密封性能佳、装调简易、进气量与流速可单独精确控制的外延设备进气调节装置。
36.如图4至图7所示，本实施例中，进气调节组件2还包括第一调节阀21，第一调节阀21的调节件伸入进气腔23内且可远离或靠近气流分配腔24的进气端。可以理解，第一调节阀21的阀芯尺寸与进气腔23相匹配，阀芯底部呈锥形，当阀芯下降至进气腔23底部时，阀芯锥面与进气腔23锥面形成密封，满足进气流量彻底关闭的需求。
37.本实施例中，第二调节阀25的调节件延伸至调节组件本体20的上表面，多个第二调节阀25沿调节组件本体20的侧边整列布置，多个气流注入孔10的出气端延伸至进气门阀1的侧面且与上方的第二调节阀25一一对齐。
38.本实施例中，进气调节组件2还包括多个u型槽26，u型槽26位于调节组件本体20下部，且分别与气流分配腔24和缓冲均压腔连通，以避免存在气流死区。
39.如图4所示，本实施例中，缓冲均压腔包括相互独立的第一辅助缓冲均压腔11、主缓冲均压腔12和第二辅助缓冲均压腔13，每个缓冲均压腔下部均设有多个气流分配孔14和多个气流注入孔10，气流分配孔14与气流注入孔10一一对应，气流分配孔14用于连通缓冲均压腔和气流注入孔10，气流可通过缓冲均压腔进入气流分配孔14内，再由气流注入孔10进入反应腔室5内。第二调节阀25的调节件伸入气流分配孔14内且可远离或靠近气流注入孔10的进气端，各气流注入孔10中的气流流速满足独立可调需求。
40.本实施例中，进气调节组件2中包括多个均匀布置的第二调节阀25，第二调节阀25相互平行且互不干扰，可独立调节第二调节阀25中的调节件高度。进一步地，第二调节阀25外观与大小与进气门阀1上的气流分配孔14相匹配，从而满足调节气流流速需求。可选的，第二调节阀25数量、间距以及安装方式可根据反应腔室及晶圆尺寸进行调整。
41.本实施例中，第一辅助缓冲均压腔11、主缓冲均压腔12和第二辅助缓冲均压腔13分别与一组进气调节组件2对应连接，以实现单独调节进气；且中间的主缓冲均压腔12上气流注入孔10布置的数量大于两侧的第一辅助缓冲均压腔11和第二辅助缓冲均压腔13上气流注入孔10布置的数量。通过在第一辅助缓冲均压腔11、主缓冲均压腔12和第二辅助缓冲均压腔13上均安装独立的进气调节组件2，缓冲均压腔与气流分配腔24共同组成气流分配室，满足了气流均匀分配需求，提高了反应腔室内的气流流量整体动态均匀性。
42.本实施例中，为保证进气门阀1整体密封性，避免加工误差以及密封件过多带来的漏气风险，进气门阀1采用一体成型。考虑到进气门阀1与反应腔室5直接接触，不可避免的将暴露在高温以及腐蚀环境下，优选的，进气门阀1采用不锈钢材料或另外耐高温及耐腐蚀材料。
43.本实施例中，调节组件本体20、进气接头22、进气腔23、气流分配腔24和u型槽26一体成型。具体地，进气接头22采用高洁净接头，通过焊接等成型方式与调节组件本体20进行连接，除第一调节阀21和第二调节阀25外，进气调节组件2采用一体成型方式，避免因密封件过多及加工精度等误差出现漏气现象。
44.本实施例中，第一调节阀21和第二调节阀25均为针阀，且第一调节阀21和第二调
节阀25的调节件上均设有刻度(图中未示出)。在进行晶圆表面均匀性工艺时，可对气流流量进行精确控制。
45.本实施例中，气流由进气调节组件2的进气接头22流入进气腔23中，此时可通过调整第一调节阀21控制进入气流分配腔24的气体流量，气流进入气流分配腔24进行气流初次分配后，经由均匀分布的u型槽2-6进入进气门阀1的缓冲均压腔内。缓冲均压腔内布置有气流分配孔14，气流在二次分配时，由于第二调节阀25的存在，各气流分配孔14内气流流速将根据第二调节阀25的调节件深度发生改变，进气门阀1上各气流注入孔10中流速也将发生改变。由于各进气调节组件2进气量以及各气流注入孔10流速均可独立调节，针对反应腔室内各个区域的气体流量与流速均可进行补偿，可极大地提高了反应腔室内气体流量与流速的整体动态均匀性，从而达到了优化晶圆表层成膜均匀性的目的。
46.实施例2
47.如图8所示，本实用新型的外延设备，包括过渡腔4、工艺腔5和实施例1中的外延设备进气调节装置100，外延设备进气调节装置100用于连接过渡腔4和工艺腔5。在工艺过程中，过渡腔4内的晶圆可通过外延设备进气调节装置100中进气门阀1上的晶圆传送槽15送入工艺腔5内。工艺结束后，关闭外延设备进气调节装置100中进气门阀1上的阀芯3，即可实现工艺腔5与外部环境相隔绝。
48.本实施例中，通过在过渡腔4与工艺腔5之间设置了上述的进气调节装置，既实现了工艺气流的精确调节，又有效确保了非工艺状态时工艺腔能够与外部环境密封隔离，提高了工艺的稳定可靠性。
49.虽然本实用新型以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种外延设备进气调节装置，其特征在于，包括：进气门阀(1)、进气调节组件(2)和阀芯(3)，所述进气门阀(1)上设有晶圆传送槽(15)和缓冲均压腔，所述进气调节组件(2)安装于进气门阀(1)的上表面，所述阀芯(3)安装于进气门阀(1)的下表面，阀芯(3)用于密封隔断进气门阀(1)内部的晶圆传送槽(15)；所述进气调节组件(2)包括：调节组件本体(20)、进气接头(22)、进气腔(23)、气流分配腔(24)和第二调节阀(25)，所述进气接头(22)位于调节组件本体(20)的上表面，所述进气腔(23)位于调节组件本体(20)内部，且进气腔(23)与进气接头(22)连通；所述进气门阀(1)由内向外开设与第二调节阀(25)一一对应的气流注入孔(10)，所述气流注入孔(10)间隔均匀、整列布置，所述气流注入孔(10)与进气腔(23)之间通过气流分配腔(24)和缓冲均压腔连通，所述第二调节阀(25)的调节件伸入缓冲均压腔内且可远离或靠近气流注入孔(10)的进气端。2.根据权利要求1所述的外延设备进气调节装置，其特征在于，所述进气调节组件(2)还包括第一调节阀(21)，所述第一调节阀(21)的调节件伸入进气腔(23)内且可远离或靠近气流分配腔(24)的进气端。3.根据权利要求2所述的外延设备进气调节装置，其特征在于，所述第二调节阀(25)的调节件延伸至调节组件本体(20)的上方，多个所述第二调节阀(25)沿调节组件本体(20)的侧边整列布置，多个所述气流注入孔(10)的出气端延伸至进气门阀(1)的侧面且与上方的第二调节阀(25)一一对齐。4.根据权利要求1所述的外延设备进气调节装置，其特征在于，所述进气调节组件(2)还包括多个u型槽(26)，所述u型槽(26)位于调节组件本体(20)下部，且分别与气流分配腔(24)和缓冲均压腔连通。5.根据权利要求4所述的外延设备进气调节装置，其特征在于，所述缓冲均压腔包括相互独立的第一辅助缓冲均压腔(11)、主缓冲均压腔(12)和第二辅助缓冲均压腔(13)，每个缓冲均压腔下部均设有多个气流分配孔(14)和多个气流注入孔(10)，气流分配孔(14)用于连通缓冲均压腔和气流注入孔(10)，所述第二调节阀(25)的调节件伸入气流分配孔(14)内且可远离或靠近气流注入孔(10)的进气端。6.根据权利要求5所述的外延设备进气调节装置，其特征在于，所述第一辅助缓冲均压腔(11)、主缓冲均压腔(12)和第二辅助缓冲均压腔(13)分别与一组进气调节组件(2)对应连接，以实现单独调节进气；且中间的主缓冲均压腔(12)上气流注入孔(10)布置的数量大于两侧的第一辅助缓冲均压腔(11)和第二辅助缓冲均压腔(13)上气流注入孔(10)布置的数量。7.根据权利要求4所述的外延设备进气调节装置，其特征在于，所述调节组件本体(20)、进气接头(22)、进气腔(23)、气流分配腔(24)和u型槽(26)一体成型。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的外延设备进气调节装置，其特征在于，所述进气门阀(1)一体成型。9.根据权利要求2或3所述的外延设备进气调节装置，其特征在于，所述第一调节阀(21)和第二调节阀(25)均为针阀，且第一调节阀(21)和第二调节阀(25)的调节件上均设有刻度。10.一种外延设备，其特征在于，包括过渡腔(4)、工艺腔(5)和权利要求1至9中任意一项所述的外延设备进气调节装置(100)，所述外延设备进气调节装置(100)用于连接过渡腔
(4)和工艺腔(5)。

技术总结
本实用新型公开了一种外延设备进气调节装置及外延设备，装置包括：进气门阀、进气调节组件和阀芯，进气门阀上设有晶圆传送槽和缓冲均压腔，进气调节组件和阀芯分别安装于进气门阀的上下表面，阀芯用于密封隔断进气门阀内部；进气调节组件包括：调节组件本体、进气接头、进气腔、气流分配腔和第二调节阀，进气接头位于调节组件本体的上表面，进气腔位于调节组件本体内部，进气腔与进气接头连通；进气门阀由内向外开设与第二调节阀一一对应的气流注入孔，气流注入孔与进气腔之间通过气流分配腔和缓冲均压腔连通，第二调节阀的调节件伸入缓冲均压腔内且可远离或靠近气流注入孔的进气端。本实用新型具有密封性能佳、装调简易、控制精确等优点。精确等优点。精确等优点。


技术研发人员：万胜强 刘柱 王娟
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十八研究所
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/9/3