反应腔室及半导体加工设备的制作方法

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半导体加工设备。

背景技术：

化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)方法，是一种利用不同气体在高温下相互反应来制备外延薄膜层的方法。通常利用cvd设备在单晶衬底(基片)上进行外延生长，即在单晶衬底上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层。以硅外延为例，硅外延的化学气相沉积外延生长的原理是：在高温(大于1000℃)的衬底上输送硅的化合物(例如sihcl3或sicl4或sih2cl2等)，然后利用氢气(h2)在衬底上通过还原反应析出硅。

外延生长必须处于一个严格密封的空间之中，一旦腔室有微小的泄露，都将导致空气或水汽进入腔室，从而影响外延片的生长，降低成片质量，更严重会造成腔室炸裂，造成极大的经济损失和人员伤亡。

图1为现有的一种反应腔室的俯视图。图2为图1中反应腔室的剖面图。图3为图2中i区域的放大图。请一并参阅图1-3，反应腔室包括石英腔体1、前法兰2、后法兰3、气动顶针4和后顶板5。其中，石英腔体1呈桶状，前法兰2和后法兰3分别与石英腔体1的两个端面对接，并且反应腔室通过气动顶针4和后顶板5来对前法兰2和后法兰3进行预紧，从而实现前法兰2和后法兰3与石英腔体1的固定连接。此外，在前法兰2与石英腔体1之间以及后法兰3与石英腔体1之间分别设置有双密封圈，用以实现反应腔室的密封。双密封圈的具体结构如图3所示，其由间隔设置的内、外密封圈(6，7)组成，用以起到对反应腔室多重密封的效果。而且，通过抽取外、内 密封圈(6，7)之间的空隙中的空气，使该空隙中存在负压，然后利用压力计监测空隙中的压力，可以根据压力计的数值变化判断内外密封圈6与大气之间、内密封圈7与反应腔室的内部之间是否存在气体泄漏，从而可以及时地获知腔室的气体泄漏情况，达到保护设备及人员的目的。

上述反应腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题：

由于外、内密封圈(6，7)之间的空隙存在负压，这在内密封圈7与反应腔室的内部之间存在气体泄漏时，会导致腔室内的有害气体流入空隙中，从而存在有害气体泄入大气的风险。

技术实现要素：

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化学气相沉积设备，其不仅可以防止外部的气体进入密封空间内，而对其内的零件造成损害，而且还可以避免腔室内的有害气体流入大气中，从而可以保护设备及人员。

为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，包括腔体，还包括密封板组件、第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，其中，所述密封板组件与所述腔体对接形成封闭空间，且在所述密封板组件与所述腔体上形成有用于传输晶片的开口；所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈位于所述密封板组件与所述腔体的对接面之间，且自靠近所述开口的位置依次间隔设置，用以密封所述开口；并且，在所述第一密封圈和第二密封圈之间形成负压；在所述第二密封圈和第三密封圈之间形成正压。

优选的，所述腔体采用一体式的空腔结构。

优选的，所述密封板组件包括上密封板和下密封板，二者在竖直方向上相互对接，且将所述腔体嵌套在所述上密封板和下密封板之间；并且，所述腔体的侧面、上表面和下表面分别为与所述上密封板和下密封板对接的对接面，在所述侧面处，且围绕所述开口环绕设置有所述第一密封圈；在所述上表面与所述上密封板的下表面之间设置有所述第二密封圈和所述第三密封圈；在所述下表面与所述下密封板 的上表面之间设置有所述第二密封圈和所述第三密封圈。

优选的，所述腔体由基座环、上盖板和下盖板组成，其中，所述基座环包括内环部和外环部，其中，所述内环部的上端面和下端面分别与所述上盖板和下盖板对接，以形成所述密封空间；在所述内环部的上端面与所述上盖板的下表面之间设置有所述第一密封圈和第二密封圈，在所述内环部的下端面与所述下盖板的上表面之间设置有所述第一密封圈和第二密封圈；所述密封板组件包括上密封板和下密封板，所述上密封板叠置在所述上盖板的上表面；所述下密封件叠置在所述下盖板的下表面；在所述上密封板的下表面的边缘区域和所述下密封板的上表面的边缘区域均设置有环形延伸部；所述外环部的上端面和下端面分别与所述上密封板和下密封板的环形延伸部对接；在所述外环部的上端面与所述第一环形延伸部的下端面之间设置有所述第三密封圈；以及，在所述外环部的下端面与所述第二环形延伸部的上端面之间设置有第三密封圈。

优选的，所述反应腔室还包括第四密封圈，在所述上盖板的上表面与所述上密封板的下表面之间设置所述第四密封圈；以及，在所述下盖板的下表面与所述下密封板的上表面之间设置所述第四密封圈。

优选的，分别在所述下盖板的下表面与所述下密封板的上表面之间设置一个或多个所述第四密封圈，且多个所述第四密封圈相互嵌套、且间隔排布。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用了本发明提供的上述反应腔室。

优选的，所述半导体加工设备为化学气相沉积设备。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的反应腔室，其在密封板组件与腔体的对接面之间、且自靠近用于传输晶片的开口位置依次间隔设置有第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，用以密封该开口，且在第一密封圈和第二密封圈之间形成负压；在第二密封圈和第三密封圈之间形成正压。由于在第一密封圈和第二密封圈之间形成负压，这可以防止外部的空气进入 密封空间内，而对其内的零件造成损害。同时，由于在第二密封圈和第三密封圈之间形成正压，这不仅可以防止内部的有害气体流入大气中，从而可以保护设备及人员，而且还可以对腔体起到缓冲的作用，从而可以避免腔体碎裂。

本发明提供的化学气相沉积设备，其通过采用本发明提供的上述反应腔室，不仅可以防止外部的气体进入密封空间内，而对其内的零件造成损害，而且还可以避免腔室内的有害气体流入大气中，从而可以保护设备及人员。

附图说明

图1为现有的一种反应腔室的俯视图；

图2为图1中反应腔室的剖面图；

图3为图2中i区域的放大图；

图4为本发明第一实施例提供的反应腔室的剖视图；

图5为本发明第二实施例提供的反应腔室的剖视图。

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半导体加工设备进行详细描述。

图4为本发明第一实施例提供的反应腔室的剖视图。请参阅图4，反应腔室包括腔体11、密封板组件、第一密封圈13、第二密封圈14和第三密封圈15。其中，腔体11采用一体式的空腔结构，其可以采用石英材料一体成型制作。腔体11在水平面上的正投影形状可以为圆形、矩形或者五边形等等，具体来说，腔体11由侧壁、上壁和下壁组成，其中，侧壁呈环状，该环状可以为圆环、矩形环或者五边形环等等，与之相对应的，上壁和下壁在水平面上的正投影形状为圆形、矩形或者五边形。在这种情况下，腔体11的外表面由侧面、上表面和下表面组成，且三者在水平面上的正投影形状为圆形、矩形或者五边形。

在本实施例中，密封板组件与腔体11对接形成封闭空间10，且 在该密封板组件与腔体11上形成有用于传输晶片的开口(图中未示出)。该密封板组件包括上密封板121和下密封板122，二者在竖直方向上相互对接，且将腔体11嵌套在上密封板121和下密封板122之间。由于一体成型的石英腔体存在易碎的特质，借助上密封板121和下密封板122，可以将腔体11包覆在其中，并构成一个整体进行密封和安装，从而可以有效避免石英腔体碎裂，提高反应腔室的使用寿命。

第一密封圈13、第二密封圈14和第三密封圈15位于上述密封板组件与腔体11的对接面之间，且自靠近用于传输晶片的上述开口的位置依次间隔设置，用以密封该开口。具体地，腔体11的侧面、上表面和下表面分别为与上密封板121和下密封板122对接的对接面。其中，在侧面处，且围绕上述开口环绕设置有第一密封圈13。而且，在腔体11的上表面与上密封板121的下表面之间设置第二密封圈14和第三密封圈15，以及在腔体11的下表面与下密封板122的上表面之间设置第二密封圈14和第三密封圈15。并且，由于气体是自高压区向低压区流动，通过在第一密封圈13和第二密封圈14之间形成负压，即，使第一密封圈13和第二密封圈14之间的间隙中的气压小于标准大气压以及密封空间10内的气压，可以防止外部的空气自开口进入密封空间10内，而对其内的零件(例如托盘等)造成损害。同时，通过在第二密封圈14和第三密封圈15之间形成正压，即，使第二密封圈14和第三密封圈15之间的间隙中的气压大于标准大气压，可以防止内部的有害气体流入大气中，从而可以保护设备及人员。而且，第二密封圈14和第三密封圈15还可以对腔体11起到缓冲的作用，避免腔体11直接落在其他物体上，从而可以避免腔体11碎裂。

另外，利用压力计分别监测第一密封圈13和第二密封圈14之间的压力以及第二密封圈14和第三密封圈15之间的压力，可以根据压力计的数值变化及时地获知腔室的气体泄漏情况，达到保护设备及人员的目的。

图5为本发明第二实施例提供的反应腔室的剖视图。请参阅图 5，本实施例提供的反应腔室与上述第一实施例相比，其区别在于：腔体采用分体式结构，以使得腔体的装配更灵活，而且不仅可以避免制作大重量的腔体部件，降低了制作难度，而且还可以避免腔体碎裂。

具体地，在本实施例中，反应腔室包括腔体、密封板组件、第一密封圈25、第二密封圈26和第三密封圈27。其中，腔体由基座环23、上盖板21和下盖板22组成。基座环23可以为圆环、矩形环或者五边形环等等，与之相对应的，上盖板21和下盖板22在水平面上的正投影形状为圆形、矩形或者五边形。

其中，基座环23包括内环部231和外环部232，二者一体成型，且内环部231在竖直方向上的厚度小于外环部232在竖直方向上的厚度。其中，内环部231的上端面和下端面分别与上盖板21和下盖板22对接，以形成密封空间20。而且，在内环部231的上端面与上盖板21的下表面之间设置有第一密封圈25和第二密封圈26，以及在内环部231的下端面与下盖板22的上表面之间分别设置有第一密封圈25和第二密封圈26。并且，第一密封圈25位于第二密封圈26的内侧，即，第一密封圈25的内径小于第二密封圈26的内径。

密封板组件包括上密封板241和下密封板243，其中，上密封板241叠置在上盖板21的上表面；下密封件243叠置在下盖板22的下表面。而且，在上密封板241的下表面的边缘区域设置有第一环形延伸部242，以及在下密封板243的上表面的边缘区域设置有第二环形延伸部244。基座环23的外环部232的上端面和下端面分别与第一环形延伸部242和第二环形延伸部244对接，并且在外环部232的上端面与第一环形延伸部242的下端面之间设置有第三密封圈27；以及，在外环部232的下端面与第二环形延伸部244的上端面之间设置有第三密封圈27。

而且，在第一密封圈25和第二密封圈26之间形成负压，这可以防止外部的空气进入密封空间20内，而对其内的零件(例如托盘等)造成损害。同时，通过在第二密封圈26和第三密封圈27之间形成正压，可以防止内部的有害气体流入大气中，从而可以保护设备及人员，而且第二密封圈26和第三密封圈27还可以对腔体起到缓冲的 作用，避免腔体直接落在其他物体上，从而可以避免腔体碎裂。

另外，利用压力计分别监测第一密封圈25和第二密封圈26之间的压力以及第二密封圈26和第三密封圈27之间的压力，可以根据压力计的数值变化及时地获知腔室的气体泄漏情况，达到保护设备及人员的目的。

优选的，在上盖板21的上表面与上密封板241的下表面之间设置两个第四密封圈(28，29)；以及，在下盖板22的下表面与下密封板243的上表面之间设置两个第四密封圈(28，29)，两个第四密封圈(28，29)相互嵌套、且间隔排布。借助两个第四密封圈(28，29)，可以对腔体起到缓冲的作用，从而可以有效避免石英腔体碎裂，提高反应腔室的使用寿命。

需要说明的是，在本实施例中，在上盖板21的上表面与上密封板241的下表面之间以及在下盖板22的下表面与下密封板243的上表面之间各设置两个第四密封圈(28，29)，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，在上盖板21的上表面与上密封板241的下表面之间以及在下盖板22的下表面与下密封板243的上表面之间还可以各设置一个或者三个以上的第四密封圈。且三个以上的第四密封圈相互嵌套、且间隔排布。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室，该反应腔室采用了本发明上述各个实施例提供的反应腔室。

在实际应用中，半导体加工设备可以用作化学气相沉积设备。

本发明实施例提供的化学气相沉积设备，其通过采用本发明上述各个实施例提供的上述反应腔室，不仅可以防止外部的气体进入密封空间内，而对其内的零件造成损害，而且还可以避免腔室内的有害气体流入大气中，从而可以保护设备及人员。

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。