一种外延反应器

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，更具体地说，涉及一种外延反应器。

背景技术

随着时代的不断发展，微电子领域中半导体器件所占的比重也越来越大，其中外延生长是半导体器件制造中尤为重要的一个步骤。目前外延生长的最主要方法就是采用化学气相沉积(CVD)的气相外延法，以二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅或硅烷为反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，其中衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。

在微电子领域中，使用CVD反应器向衬底上沉积薄且均匀的半导体材料层，然后经过清洗、切割、加工等一系列工序后得到电子器件，尤其是指集成电路的晶片。在此生长过程中，半导体材料会同时在衬底和反应腔室内壁上沉积，产生了CVD反应器的热壁效应，这一效应使得在外延生长的每一过程，都会在石墨腔室内壁中出新的半导体材料薄层，经过多个不同的过程之后，石墨腔室内就会随之生长出一层厚材料，这层材料改变了腔室结构，改变了反应气体的走向，从而影响了外延生长的过程。

为了解决这一问题，通常采取的方案都是周期性的从反应腔内拆除石墨腔室，并通过物理或化学的方法对石墨腔室内壁生长出的材料进行清除，此后再将清理好的石墨腔室重新安装到反应腔内。在此安装过程中往往是通过卷尺、深度尺、游标卡尺甚至肉眼的方式来判断石墨腔室是否安装到位，这样的定位方式通常存在很大的误差，而石墨腔室位置的偏移很容易导致反应腔内的温场发生改变，从而影响外延生长的过程。当出现这种情况往往需要重新拆除石墨腔室再调整位置进行石墨腔室的安装，这样的反复调试耗费了大量的时间，降低了生产效率。

因此，如何实现对石墨腔室的安装定位，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种外延反应器，以实现对石墨腔室的安装定位。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种外延反应器，包括石墨腔室和反应腔室，所述石墨腔室包括上半月和下半月，所述上半月和所述下半月均设置于所述反应腔室内，且所述上半月和所述下半月之间形成供工艺气流通过的气流通道，还包括：

测距装置，用于测定所述上半月和所述下半月在所述反应腔室内部的位置，以实现对所述石墨腔室的定位。

可选地，在上述的外延反应器中，所述反应腔室包括：

石英钟罩，所述石墨腔室设置于所述石英钟罩内；

进气法兰，设置于所述石英钟罩的第一端；

尾气法兰，设置于所述石英钟罩的第二端，且沿工艺气流的流动方向，所述进气法兰位于所述尾气法兰的上游。

可选地，在上述的外延反应器中，所述测距装置包括：

第一测距件，设置于第一法兰上，用于测定所述上半月与所述第一法兰之间的距离，所述第一法兰为所述进气法兰或所述尾气法兰；

第二测距件，设置于第二法兰上，用于测定所述下半月与所述第二法兰之间的距离，所述第二法兰为所述进气法兰或所述尾气法兰。

可选地，在上述的外延反应器中，所述石墨腔室还包括：

上游隔热罩，沿工艺气流的流动方向，所述上游隔热罩设置于所述上半月和所述下半月位于上游的一端；

下游隔热罩，沿工艺气流的流动方向，所述下游隔热罩设置于所述上半月和所述下半月位于下游的一端。

可选地，在上述的外延反应器中，所述测距装置包括上游测距装置，所述上游测距装置设置于所述进气法兰上，用于检测所述上游隔热罩沿竖直方向上至少两个处于不同高度的定位点的位置，以判断所述上游隔热罩与竖直方向的夹角；

若所述上游隔热罩与竖直方向的夹角在预设角度范围内，则通过所述进气法兰与所述上游隔热罩之间的距离对所述石墨腔室进行定位。

可选地，在上述的外延反应器中，所述测距装置包括下游测距装置，所述下游测距装置设置于所述尾气法兰上，用于通过测距角度的变化检测所述下游隔热罩沿竖直方向上至少两个处于不同高度的定位点的位置，以判断所述下游隔热罩与竖直方向的夹角；

若所述下游隔热罩与竖直方向的夹角在预设角度范围内，则通过所述尾气法兰与所述下游测距装置之间的距离对所述石墨腔室进行定位。

可选地，在上述的外延反应器中，所述石墨腔室还包括：

石墨上保温层，设置于所述上半月和所述石墨腔室之间；

石墨下保温层，设置于所述下半月和所述石墨腔室之间，并与所述石墨上保温层扣合，所述石墨上保温层、所述石墨下保温层、所述上游隔热罩和所述下游隔热罩形成保温层。

可选地，在上述的外延反应器中，所述石墨上保温层上设置有上定位部，所述石墨下保温层设置有用于与所述上定位部扣合的下定位部。

可选地，在上述的外延反应器中，所述石墨上保温层设置有供所述上游隔热罩和所述下游隔热罩嵌入的限位台阶；

所述石墨下保温层设置有供所述上游隔热罩和所述下游隔热罩嵌入的限位台阶。

可选地，在上述的外延反应器中，所述测距装置为激光测距装置。

本发明提供的外延反应器包括石墨腔室和反应腔室，石墨腔室包括上半月和下半月，上半月和下半月均设置于反应腔室内，且上半月和下半月之间形成供工艺气流通过的气流通道，该外延反应器还包括测距装置，测距装置可测定上半月和下半月在反应腔室内部的位置，以实现对石墨腔室相对反应腔室位置的精确定位。

由于上半月和下半月与工艺气流直接接触，会形成沉积，因此需要定期拆除石墨腔室进行沉积物的处理。在每次拆除石墨腔室之前，通过测距装置可以精确得到石墨腔室在反应腔室中的安装位置，以此为位置基准，在重新安装石墨腔室时，再次通过测距装置进行测距，根据前后数据的对比即可以清晰的判断出石墨腔室在反应腔室中的位置有无偏移，如有偏移，则根据位置的偏差大小重新调整石墨腔室即可，避免由于石墨腔室的定位不准而导致的再次拆装。在初次安装石墨腔室时，位置基准可根据实际情况进行设计。

相较于现有技术，本发明提供的外延反应器结构简单、操作方便、精确度高，可以实现石墨腔室相对于反应腔室的精准定位，从而保证了石墨腔室在重新安装后，反应腔的温场不会发生改变，使外延工艺过程更加稳定，适合推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的外延生长器的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的测距装置和石墨腔保温层；

图3为本发明实施例公开的石墨保温层的连接结构示意图；

图4为本发明实施例公开的石墨保温层的拆分结构示意图；

图5为本发明实施例公开的石墨保温层的剖面图；

图6为本发明实施例公开的上游隔热罩的正视图；

图7为本发明实施例公开的上游隔热罩的侧视图；

图8为本发明实施例公开的下游隔热罩的正视图；

图9为本发明实施例公开的下游隔热罩的侧视图。

其中，100为反应腔室，110为石英钟罩，120为进气法兰，130为尾气法兰；

200为石墨腔室，201为气流通道，210为石墨上保温层，211为上半月，220为石墨下保温层，221为下半月，230为上游隔热罩，240为下游隔热罩，250为动力托盘；

300为感应线圈；

400为上游测距装置，410为下游测距装置。

具体实施方式

本发明的核心在于公开一种外延反应器，以实现对石墨腔室的安装定位。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

结合图1，本发明实施例公开的外延反应器包括石墨腔室200和反应腔室100，石墨腔室200包括上半月211和下半月221，上半月211和下半月221均设置于反应腔室100内，且上半月211和下半月221之间形成供工艺气流通过的气流通道201，该外延反应器还包括测距装置，测距装置可测定上半月211和下半月221在反应腔室100内部的位置，以实现对石墨腔室200相对反应腔室100位置的精确定位。

由于上半月211和下半月221与工艺气流直接接触，会形成沉积，因此需要定期拆除石墨腔室200进行沉积物的处理。在每次拆除石墨腔室200之前，通过测距装置可以精确得到石墨腔室200在反应腔室100中的安装位置，以此为位置基准，在重新安装石墨腔室200时，再次通过测距装置进行测距，根据前后数据的对比即可以清晰的判断出石墨腔室200在反应腔室100中的位置有无偏移，如有偏移，则根据位置的偏差大小重新调整石墨腔室200即可，避免由于石墨腔室100的定位不准而导致的再次拆装。在初次安装石墨腔室200时，位置基准可根据实际情况进行设计。

相较于现有技术，本发明实施例公开的外延反应器结构简单、操作方便、精确度高，可以实现石墨腔室200相对于反应腔室100的精准定位，从而保证了石墨腔室200在重新安装后，反应腔的温场不会发生改变，使外延工艺过程更加稳定，适合推广使用。

结合图1，反应腔室100包括石英钟罩110、进气法兰120和尾气法兰130。石墨腔室200设置于石英钟罩110内，进气法兰120设置于石英钟罩110的第一端；尾气法兰130设置于石英钟罩110的第二端，且沿工艺气流的流动方向，进气法兰120位于尾气法兰130的上游。工艺气流由进气法兰120进入石墨腔室200，并流经位于下半月221上的动力托盘250和生长晶片，最后由尾气法兰130排出。

在进行石墨腔室200的安装时，可以依次向石英钟罩110内装入上半月211和下半月221。在一具体的实施例中，为了保证上半月211和下半月221在重装后均处于指定位置，测距装置包括第一测距件和第二测距件。第一测距件可固定设置于第一法兰上，以测定上半月211与第一法兰之间的距离，第一法兰可以为进气法兰120或尾气法兰130，通过与预设距离的对比，即可判断上半月211的安装位置是否准确。第二测距件可固定设置于第二法兰上，以测定下半月221与反应腔室100之间的距离，第二法兰可以为进气法兰120或尾气法兰130，通过与预设距离的对比，即可判断下半月221的安装位置是否准确。

其中，预设距离为石墨腔室200重装前，上半月211和下半月221与进气法兰120或尾气法兰130之间的距离，或由作业人员设计的距离。

为了简化安装结构，第一测距件和第二测距件可以为同一测距元件，该测距元件的安装位置固定，通过检测角度的变化，可实现对上半月211和下半月221安装位置的确定。

如图1所示，反应腔室100外设置有感应线圈300，以对石墨腔室100的反应腔进行加热。

石墨腔室200还包括上游隔热罩230和下游隔热罩240。沿工艺气流的流动方向，上游隔热罩230设置于上半月211和下半月221位于上游的一端，下游隔热罩240设置于上半月211和下半月221位于下游的一端。

当石墨腔室200在反应腔室100外安装好再整体放入反应腔室100内时，若上半月211和下半月221存在错位时，会使二者的端面处于不同平面上，进而使与上半月211和下半月221的端面贴合的上游隔热罩230或下游隔热罩240发生翘起，此时通过检测上游隔热罩230和下游隔热罩240是否沿竖直方向放置即可判断上半月211和下半月221是否存在位置偏差。如图1所示，若上半月211和下半月221不存在错位，则上游隔热罩230和下游隔热罩240均与上半月211和下半月221的端面贴合，并保持竖直方向放置。

在本发明公开的一具体的实施例中，测距装置包括上游测距装置400，上游测距装置400设置于进气法兰120上，通过测距角度的变化检测上游隔热罩230沿竖直方向上至少两个处于不同高度的定位点的位置，可以判断上游隔热罩230与竖直方向的夹角。若上游隔热罩230与竖直方向的夹角在预设角度范围内，则说明上半月211和下半月221之间不存在错位，通过进气法兰120与上游隔热罩230之间的距离即可对石墨腔室200的安装位置进行定位。如果存在错位，即需要对上半月211、下半月221、上游隔热罩230和下游隔热罩240进行位置的调整。

在本发明公开的另一具体的实施例中，测距装置包括下游测距装置410，下游测距装置410设置于尾气法兰130上，通过测距角度的变化检测下游隔热罩240沿竖直方向上至少两个处于不同高度的定位点的位置，可以判断下游隔热罩240与竖直方向的夹角。若下游隔热罩240与竖直方向的夹角在预设角度范围内，则说明上半月211和下半月221之间不存在错位，通过进气法兰120与上游隔热罩230之间的距离即可对石墨腔室200的安装位置进行定位。

其中，预设角度可以根据实际需求设置，例如在±2°的范围内均判定上游隔热罩230或下游隔热罩240未发生倾斜。

由于在上半月211和下半月221的位置产生水平偏差(错位)时，会导致二者端面的位置处于不同平面上，进而使上游隔热罩230和下游隔热罩240发生倾斜，因此通过选取位于不同高度的定位点，可以在上半月211和下半月221错位时，通过上游隔热罩230和下游隔热罩240是否发生倾斜测得。或者直接通过与标注距离的对比，也可直接得出上游隔热罩230和下游隔热罩240是否发生倾斜，以及安装位置是否准确。

例如，定位点中的至少一个与上游测距装置400或下游测距装置410处于同一高度，以使上游测距装置400或下游测距装置410可直接得到石墨腔室200和反应腔室100的相对距离，其他定位点则通过对上游测距装置400或下游测距装置410测距角度的变换进行测量。且控制各个定位点之间的间距较大，以使在上游隔热罩230和下游隔热罩240存在位置的倾斜时，上游测距装置400或下游测距装置410的检测结果更加明显。

当上游测距装置400为激光测距装置时，上游测距装置400向上游隔热罩230发射若干个激光脉并计时，当接收到反射光时停止计时，通过往返所需的时间可以确定上游隔热罩230是否放正，在上游隔热罩230放正时，可由上游测距装置400和上游隔热罩230之间的距离判断石墨腔室200和反应腔室100之间的安装位置。对应地，下游测距装置410也可以为激光测距装置。

需要说明的是，上游测距装置400和下游测距装置410也可以同时设置，定位点可以设置为多个，以提高定位的精确性。

如图6和图8所示，上游隔热罩230设置有用于吹扫上半月211和下半月221的通气孔、用于向动力托盘250提供动力的通气孔、用于测温的功能孔以及供工艺气体流出的方形槽孔，下游隔热罩240设置有用于吹扫上半月211和下半月221的通气孔以及用于供工艺气体流入的方形槽孔，定位点的设置应该避开这些结构孔的位置，以避免在进行距离的测量时产生误差。

在确认好石墨腔室200和反应腔室100的位置之后，在上游隔热罩230和进气法兰120之间安装进气组件，在下游隔热罩240和尾气法兰130之间安装尾气处理组件，以实现石墨腔室200和反应腔室100位置的固定，其中，尾气处理组件包括石英圆筒、尾气处理桶等。

为了实现对反应腔的保温，石墨腔室200还包括石墨上保温层210和石墨下保温层220。石墨上保温层210设置于上半月211和石墨腔室200之间，石墨下保温层220设置于下半月221和石墨腔室200之间，并与石墨上保温层210扣合。同时，上游隔热罩230和下游隔热罩240也具有隔热作用，可减少热量扩散。石墨上保温层210、石墨下保温层220、上游隔热罩230和下游隔热罩240共同形成用于对反应腔保温的形成保温层。

结合图3和图4，石墨上保温层210上设置有上定位部，石墨下保温层220设置有用于与上定位部扣合的下定位部。上定位部和下定位部可以为定位台阶。

如图2和图5所示，石墨上保温层210设置有供上游隔热罩230和下游隔热罩240嵌入的限位台阶，石墨下保温层220设置有供上游隔热罩230和下游隔热罩240嵌入的限位台阶。结合图7和图9，上游隔热罩230和下游隔热罩240设置有用于嵌入限位台阶的嵌装台阶。

上述的测距装置可以为激光测距装置或超声波测距装置等多种测距元件，只需可实现自动测距功能即可。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。