一种气源输送装置及碳化硅外延生长设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造设备技术领域，特别是涉及一种气源输送装置及碳化硅外延生长设备。


背景技术：

2.化学气相沉积(chemical vapor deposition，以下简称cvd)工艺是一种利用不同气体在高温条件下相互反应来制备外延薄膜的方法。气体在反应室内的流速影响着外延薄膜的质量。
3.目前市场上主流的商用半导体设备大部分都采用了垂直式反应腔设计，通过反应腔上方的喷头将沉积所需要的源气体输运进反应腔，垂直的气流到达石墨基座后，在基座表面形成一层很薄的滞留层，在该滞留层内反应物通过扩散作用越过滞留层扩散至衬底表面，并在衬底表面成核、进行薄膜生长。
4.碳化硅(sic)材料是继第一代半导体材料硅(si)和第二代半导体(砷化镓gaas)后的第三代宽禁带半导体材料。目前，碳化硅外延材料一般采用化学 cvd制备，生长过程中生长气体在外延层直径方向上的耗尽导致了外延层上局部分点的生长速率及掺杂浓度随气源混合均匀性、气源流速和位置的变化量，造成碳化硅外延厚度及掺杂浓度的不均匀性。因此碳化硅外延材生长过程中气流不均匀，造成流过产品表面的气体量不同，使生长的产品各部位产生差异，质量出现波动，影响产品生长的一致性。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种气源输送装置及碳化硅外延生长设备，能够改善产品的生长均匀性，提高碳化硅外延生长的一致性。
6.本实用新型的第一方面，提供了一种气源输送装置，包括隔板和导流板，所述隔板上设置有至少三个通气单元，每个所述通气单元包括至少一个气孔，每个所述气孔包括设置在所述隔板上表面的第一开口、设置在所述隔板下表面的第二开口和连通所述第一开口和所述第二开口的通道，所述第二开口的面积大于所述第一开口的面积；所述导流板上设置有多个导流孔，所述隔板的下表面与所述导流板对接，所述隔板上每个所述气孔的所述第二开口连通多个所述导流孔。
7.在一个可行的实现方式中，当所述第一开口为所述气源输送装置的进气端时，所述导流孔为所述气源输送装置的出气端；当所述第一开口为所述气源输送装置的出气端时，所述导流孔为所述气源输送装置的进气端。
8.在一个可行的实现方式中，属于同一所述通气单元的各所述气孔在所述隔板上呈环形分布，各所述通气单元对应的环形具有相同的中心。
9.在一个可行的实现方式中，属于同一所述通气单元的各所述气孔在所述隔板上呈圆形分布，各所述通气单元对应的圆形具有相同的中心，并且所述中心与所述隔板的中心重合。
10.在一个可行的实现方式中，属于同一所述通气单元的各所述气孔均匀间隔设置于所述隔板上。
11.在一个可行的实现方式中，所述导流板包括基板和基座，所述基板上设置有第一通孔，所述基座上设置有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔连通并形成所述导流孔；所述基板设置在所述隔板与所述基座之间，每个所述气孔的所述第二开口连通多个所述第一通孔。
12.在一个可行的实现方式中，所述隔板的下表面上还设有缓冲通道，所述缓冲通道环绕所述隔板上最外侧的所述通气单元，所述隔板的侧面设有侧孔，所述侧孔与所述缓冲通道连通。
13.在一个可行的实现方式中，所述气源输送装置还包括贯穿所述隔板和所述基板的测温孔；所述导流板的所述基座上还设置有支撑筋板，所述支撑筋板沿所述基座的周向设置。
14.在一个可行的实现方式中，所述气源输送装置还包括衬套，所述衬套套设于所述基座的外部，且所述基座和所述衬套的材质为石英。
15.本实用新型的第二方面，还提供了一种碳化硅外延生长设备，包括上述第一方面的气源输送装置。
16.实施本实用新型，具有如下有益效果：
17.本实用新型通过设计一种包括隔板和导流板的气源输送装置，其中隔板上设置有多组通气单元且每组通气单元包括至少一个气孔，导流板上设置有多个导流孔。首先气源通过隔板上不同的通气单元的气孔输入后，再经过导流板上的导流孔进行更均匀的分流，从而使输出的气流实现更加均匀的分布，进而可以改善产品的生长均匀性，提高碳化硅外延生长的一致性。
18.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理，并不构成对本技术的不当限定。
20.图1是本实用新型实施例提供的一种气体输送装置的剖面结构示意图；
21.图2是本实用新型实施例提供的一种隔板的结构示意图；
22.图3是本实用新型实施例提供的一种基板的结构示意图。
23.图4是本实用新型实施例提供的一种基座的结构示意图。
24.图中的附图标记：1-隔板，10-通气单元，101-第一通气单元，102-第二通气单元，103-第三通气单元，100-气孔，11-第一开口，12-第二开口， 13-缓冲通道，14-侧孔，15-测温孔，2-导流板，20-导流孔，201-第一组导流孔，202-第二组导流孔，203-第三组导流孔，204-第四组导流孔，21-基板， 210-第一通孔，22-基座，220-第二通孔，221-支撑筋板，3-衬套。
具体实施方式
25.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
28.碳化硅外延材料一般采用化学cvd方法制备，而目前市场上主流的商用半导体cvd设备大部分都采用了垂直式反应腔设计，通过反应腔上方的喷头将沉积所需要的源气体输运进反应腔，垂直的气流到达石墨基座后，在基座表面形成一层很薄的滞留层，在该滞留层内反应物通过扩散作用越过滞留层扩散至衬底表面，并在衬底表面成核、进行薄膜生长。然而这样会导致碳化硅外延片生长过程中气流不均匀，从而造成流过产品表面的气体量不同，使生长的产品各部位产生差异，质量出现波动，影响产品生长的一致性。
29.因此针对上述提到的由于碳化硅外延片生长过程中气流不均匀而使生长的产品各部位产生差异、影响产品生长一致性的问题，本实用新型设计了一种气源输送装置，如图1所示，气源输送装置包括隔板1和导流板2，隔板1上设置有至少三个通气单元10，每个通气单元10包括至少一个气孔 100，每个气孔100包括设置在隔板1上表面的第一开口11、设置在隔板1 下表面的第二开口12和连通第一开口11和第二开口12的通道，第二开口 12的面积大于第一开口11的面积；导流板2上设置有多个导流孔20，隔板1的下表面与导流板2对接，隔板1上每个气孔100的第二开口12连通多个导流孔20。
30.如图1和图2所示，属于同一通气单元10的各气孔100在隔板1上呈环形分布，各通气单元10对应的环形具有相同的中心。进一步地，属于同一通气单元10的各气孔100在隔板1上可以呈圆形分布，各通气单元10 对应的圆形具有相同的中心，并且中心与隔板的中心o重合。属于同一通气单元10的各气孔100均匀间隔设置于隔板1上。隔板1的下表面上还设有缓冲通道13，缓冲通道13环绕隔板1上最外侧的通气单元10，隔板1 的侧面设有侧孔14，侧孔14与缓冲通道13连通。在一种可能的实现方式中，隔板1还可以设置测温孔15，测温孔15用于在碳化硅外延片生长设备外部探测设备腔室内的温度，从而便于适时调整碳化硅外延片生长所需的温度。
31.在一种可能的实现方式中，如图1和图3所示，导流板2可以包括基板21和基座22，基板21上设置有第一通孔210，基座22上设置有第二通孔220，第一通孔210和第二通孔220连通并形成导流孔20；基板21设置在隔板1与基座22之间，每个气孔100的第二开口12连通多个第一通孔 210。基座22上还设置有支撑筋板221，支撑筋板221沿基座22的周向设置。基
板21上同样设置有测温孔15，且测温孔15贯穿隔板1和基板21。
32.如图1所示，气源输送装置还包括衬套3，衬套3套设于基座22的外部，且基座22和衬套3的材质为石英。这是由于基座22和衬套3作为气源输送装置的出气端，直接和生长设备的腔室内部连接，而cvd设备反应腔内会产生较高的反应温度，因此基座22和衬套3的石英材质，对于整个气源输送装置可以起到隔热和保护的作用。
33.在一种可能的实现方式下，如图2所示，隔板1上设置有三个通气单元10，三个通气单元10对应的环形具有相同的中心o，即三个通气单元 10分别位于以隔板1的中心o为圆心的同心圆上，且三个通气单元10所在的同心圆以隔板1的中心o为基点从内到外依次为第一通气单元101、第二通气单元102以及第三通气单元103。三个通气单元10可分别输送不同的气源作为不同的反应气体，当然三个通气单元10也可分别输送相同的反应气体，或者三个通气单元10可间隔输送相同的反应气体。即可以第一通气单元101输送气体a、第二通气单元102输送气体b以及第三通气单元103输送气体c(其中气体a、气体b和气体c可分别代表不同的气体种类)；也可以第一通气单元101、第二通气单元102以及第三通气单元103 均同时输送气体a或气体b或气体c；也可以第一通气单元101和第三通气单元103输送气体a，第二通气单元102输送气体b等。当然。在其他可能的实现方式下，隔板1上设置有四个通气单元10或者五个通气单元10 或者更多个通气单元10。即可以根据工作反应的需要增加气源输送装置的通气单元10来输送更多种类的反应气源或者更多比例及更多量的反应气体。
34.上述通气单元的气孔还可以具有以下特征：属于同一通气单元10的各气孔100在隔板1上呈环形分布，优选的，属于同一通气单元10的各气孔 100在隔板1上呈圆形分布且属于同一通气单元10的各气孔100均匀间隔设置于隔板1上。属于同一通气单元10的气孔100的个数不少于1个，当气孔100的中心与隔板的中心o重合时，此时该组通气单元10的气孔100 的个数可以为1个；当气孔100的中心不与隔板的中心o重合时，即此时该通气单元10对应的圆形是与以隔板的中心o为圆心的同心圆，那么此时属于该通气单元10的各气孔100均匀间隔设置于隔板1上，即此时该组通气单元10的气孔100的个数大于1个；如图2所示，第一通气单元101的气孔100的中心和隔板1的中心o重合，此时第一通气单元101包括1个气孔100，即此时第一通气单元101由中心1个气孔100构成；而第二通气单元102和第三通气单元103的各气孔100均匀间隔设置于与以隔板1的中心o为圆心的同心圆上，如图2所示，第二通气单元102的气孔100的个数为2个，且分别间隔180
°
布置于以隔板1的中心o为圆心的同心圆上，即此时第二通气单元102由中心2个气孔100构成。而第三通气单元 103气孔100的个数为4个，且分别间隔90
°
布置于以隔板1的中心o为圆心的同心圆上，即此时第三通气单元103由中心4个气孔100构成。当然，第二通气单元102的气孔100的个数也可以为3个，且分别间隔120
°
布置于以隔板1的中心o为圆心的同心圆上；而第三通气单元103气孔100 的个数为5个，且分别间隔72
°
布置于以隔板1的中心o为圆心的同心圆上；以此类推
……
，可以根据反应气体的实际需要来合理布置每个通气单元10的气孔100的个数。
35.进一步地，每个气孔100包括设置在隔板1上表面的第一开口11、设置在隔板1下表面的第二开口12和连通第一开口11和第二开口12的通道，第二开口12的面积大于第一开口11的面积；第一开口11为气源输送装置的进气端，第二开口12的面积大于第一开口11的面积的目的是为了通过第一开口11输入气源后，使气源在连通第一开口11和第二开口12的通道中进行缓冲，进而再以较为匀缓的流速进入后续的导流孔20中进行更均匀的分流。如图1
所示，当气孔100的结构为阶梯孔时，满足第二开口12的面积大于第一开口11的面积；当然，还可以设置为梯形孔、锥形孔等各种满足第二开口12的面积大于第一开口11的面积的孔，均可以达到使气源进入连通第一开口11和第二开口12的通道后可以进行缓冲的目的。
36.除此之外，如图1和图2所示，隔板1的下表面上还设有缓冲通道13，缓冲通道13环绕隔板1上最外侧的通气单元10，隔板1的侧面设有侧孔 14，侧孔14与缓冲通道13连通。即侧孔14的缓冲通道13沿隔板1的四周环绕布置，且包围通气单元的各个气孔。开设侧孔14与缓冲通道13的目的是在反应前后向生长设备的反应腔内注入吹扫气体，如氩气等惰性气体，能够对腔室内进行残余反应气体的清洁，进而保证腔室内工作气体的正常反应。
37.导流板2包括基板21和基座22，基板21上设置有第一通孔210，基座22上设置有第二通孔220，第一通孔210和第二通孔220连通并形成导流孔20；基板21设置在隔板1与基座22之间，每个气孔100的第二开口 12连通多个第一通孔210。如图3和图4所示，基板21和基座22上分别设置有均匀分布的第一通孔210和第二通孔220，第一通孔210和第二通孔 220连通并形成导流孔20。且每组通气单元10分别对应连通一组导流孔20，如图3所示，由于第一通气单元101、第二通气单元102和第三通气单元 103的各气孔100分别设置于与以隔板1的中心o为圆心的同心圆上，因此对应于第一通气单元101、第二通气单元102和第三通气单元103的各导流孔20也分别形成以基板21的中心o为圆心的环形带内，即基板21上对应于第一通气单元101的多个导流孔20为第一组导流孔201，对应于第二通气单元102的多个导流孔20为第二组导流孔202，对应于第三通气单元 103的多个导流孔20为第三组导流孔203。以第一通气单元101的气孔100 的第二开口相通的为第一组导流孔201；以第二通气单元102的气孔100的第二开口相通的为第二组导流孔202，第二组导流孔202形成包围第一组导流孔201的环形带；以第三通气单元103的气孔100的第二开口相通的为第三组导流孔203，第三组导流孔203形成以包围第二组导流孔202的环形带。侧孔14的缓冲通道13对应的多个导流孔20为第四组导流孔204，第四组导流孔204形成以包围第三组导流孔203的环形带。每组导流孔20以一定规则均匀设置于基板21和基座22上。
38.在一种可能的实现方式中，基座22上还可以设置支撑筋板221，支撑筋板221沿基座22的周向设置。基板21上同样设置有测温孔15，且测温孔15贯穿隔板1和基板21。
39.本实用新型实施例还提供了一种具有气源输送装置的碳化硅外延生长设备，该气源输送装置的具体结构请参见上述实施例，在此不赘述。在一种可能的实施方式下，当本实施例的气源输送装置作为向碳化硅外延片生长设备内输送气体时(即进气时)，第一开口11为气源输送装置的进气端，导流孔20为气源输送装置的出气端；当本实用新型的气源输送装置作为碳化硅外延片生长设备内往外部输送气体时(即抽气时)，第一开口11为气源输送装置的出气端，导流孔20为气源输送装置的进气端。当气源输送装置作为向碳化硅外延片生长设备内输送气体时(即进气时)，不同或相同种类的气体可以通过不同的通气单元10的各气孔100输入，进而通过基板21和基座22上设置的导流孔20进行更均匀的分流，使得气体的流速更加均匀，最后以均匀的流速进入生长设备的腔室内进行反应，来获得产品生长一致性更好的碳化硅外延片。同理，当本实施例的气源输送装置作为碳化硅外延片生长设备内往外部输送气体时(即抽气时)，即反应结束向外抽出反应气体时，通过基板21和基座22上设置的导流孔20以更均匀的流速使气体抽离腔室内时，使得气体离开产品表面的气体量也更加均匀，从而来获得产品生长一致性更好的碳化硅外延片。
40.通过本实用新型的气源输送装置以及碳化硅外延生长设备，可使气源均匀的进入以及抽出该设备腔室，进而反应气体通过扩散作用可以均匀的扩散至衬底表面，并在衬底表面成核、进行薄膜生长。保证了碳化硅外延片生长过程中气流的均匀，从而使得流过产品表面的气体量也更加均匀，使生长的产品各部位差异减小，从而更有利于产品生长的一致性。
41.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
42.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。