技术领域
本发明涉及化学气相外延技术领域，特别涉及一种气相外延装置。
背景技术：
外延工艺已在半导体制作工艺中得到广泛的应用，外延生长的单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。现有外延层的生长有多种方法，但采用最多的是气相外延工艺。
气相外延工艺是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质外延在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术，其通过气相外延装置得以实现。具体地，气相外延装置通过进气口将源气体通入反应室中，并控制反应室的压强、温度等反应条件，使得源气体发生反应，从而完成外延工艺步骤。
参考图1，图1为现有气相外延装置的结构示意图，包括：反应腔室10，所述反应腔室10包括底板101、上盖板103和位于底板101和上盖板103之间的侧壁102；位于所述底板101上的基板104，所述基板104用于放置待处理衬底；位于侧壁102下端的进气口106，所述进气口106用于通入源气体；位于侧壁102下端相对进气口106一侧的出气口105，所述出气口105用于排出反应腔室10内的气体；还包括位于基板104下方的加热装置(图中未示出)，用于给反应腔室10和待处理衬底加热。
更多关于气相外延装置请参考公开号为US2008/0072820A1的美国专利。
随着晶圆尺寸的不断增大，采用现有气相外延装置形成外延层时均匀性的控制面临极大的挑战。
技术实现要素：
本发明解决的问题是提供一种气相外延装置，提高外延层的均匀性。
为解决上述问题，本发明提供了一种气相外延装置，包括：
底板、上盖板、位于底板和上盖板之间的侧壁和位于底板上的基板，所述底板、上盖板、侧壁和基板构成反应腔室，还包括：位于侧壁下端等夹角分布的至少4个的排气口，用于排出反应腔室内的气体；位于上盖板上与基板相对设置的加热装置，所述加热装置上分布有若干加热灯管。
可选的，所述加热装置上还包括与所述加热灯管间隔分布的进气口，用于向反应腔室通入源气体。
可选的，所述加热灯管在加热装置上呈若干平行的第一直线分布，每条第一直线上加热灯管间的间距相等，相邻第一直线间的间距相等。
可选的，所述进气口分布在相邻两条第一直线之间，呈若干与第一直线平行的第二直线，每条第二直线上进气口间的间距相等，相邻第二直线间的间距相等。
可选的，所述进气口分布在第一直线上的加热灯管之间，呈与第一直线重合的第三直线，每条第三直线上进气口间的间距相等，相邻第三直线间的间距相等。
可选的，所述加热灯管在加热装置上呈若干第一同心圆分布，每个第一同心圆上加热灯管间的间距相等，第一同心圆间的间距相等，所述第一同心圆的圆心为加热装置的中心。
可选的，所述进气口分布在相邻两个第一同心圆之间，呈若干与第一同心圆同心的第二同心圆，每个第二同心圆上进气口间的间距相等，相邻第二同心圆间的间距相等。
可选的，所述进气口分布在第一同心圆上的加热灯管之间，呈与第一同心圆重合的第三同心圆，每个第三同心圆上进气口间的间距相等，相邻第三同心圆间的间距相等。
可选的，进气口的长度大于加热灯管的长度，进气口的顶端与加热灯管顶端的距离范围为5厘米～20厘米。
可选的，所述进气口和加热灯管之间设置有隔离板，防止反应腔室内的源气体在反应时沾污加热灯管，所述进气口贯穿隔离板。
可选的，所述隔离板的材料为石英、碳化硅或者陶瓷。
可选的，所述加热装置为直径大于待处理衬底直径的圆盘体。
可选的，还包括位于所述侧壁上等夹角分布的至少4个进气口，所述进气口位于基板的上方。
可选的，所述进气口与垂直于侧壁的法线的夹角范围为0度～60度。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：
排气口在侧壁上成等夹角分布，使得各个方向排气时的气流的流速是均匀的，待处理衬底在形成外延层时受到气流变化的影响减小，提高了外延层的均匀性；
进一步，加热灯管均匀的分布在加热装置上，通过调节加热灯管，半导体腔室和基底上的待处理衬底能得到均匀的温度，有益于提高外延层的均匀性；进气口是均匀的分布在加热装置上，源气体通过进气口从待处理衬底上方供入，气流方向是垂直于待处理衬底表面，气流在待处理衬底上方获得较均匀的流速和浓度，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性；
更进一步，加热灯管和进气口间隔的分布在加热装置上，加热灯管在给半导体腔室和基底加热时，使得进气口中的源气体也被加热，提前激活了源气体的活性，并且加热的源气体的温度与半导体腔室的温度相等或相差很小，源气体进入半导体腔室不需要升温的过程，即不需要分担半导体腔室的热量，使得待处理衬底上方的温度的均匀性保持稳定，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性。
附图说明
图1为现有气相外延装置的结构示意图；
图2为本发明第一实施例气相外延装置的剖面结构示意图；
图3为图2所示的隔离板剖面结构示意图；
图4为图2所示的加热装置第一实例的仰视结构示意图；
图5为图2所示的加热装置第二实例的仰视结构示意图；
图6为图2所示的加热装置第三实例的仰视结构示意图；
图7为图2所示的加热装置第四实例的仰视结构示意图；
图8为本发明第二实施例气相外延装置的剖面结构示意图；
图9为图2或图8所示的排气口的俯视结构示意图；
图10为图8所示的进气口的俯视结构示意图。
具体实施方式
发明人在采用现有气相外延装置形成外延层的过程中发现，加热装置位于基板下方，很难调节腔室内温度和待处理衬底温度的均匀性，在源气体进行反应形成外延层时，腔室内的温度和待处理衬底的温度的均匀性不好，影响待处理衬底上形成外延层的均匀性。
参考图1，发明人进一步研究发现，现有气相外延装置的进气口106和排气口105位于反应腔室10的侧壁102下端，源气体是通过平行于基底方向通入反应腔室10，容易产生热对流涡旋，源气体的流速和浓度变化较大，并且源气体是通过进气口106进入反应腔室10后才加热，温度低的源气体，进入高温反应腔室10后，源气体在反应腔室10升温，升温过程会影响反应腔室10内和待处理衬底表面温度的均匀性，而且源气体是一直供应的，因此升温过程一直在持续，气体的活性会降低，最终影响半导体衬底上形成的外延层的均匀性。
为解决上述问题，发明人提出了一种气相外延装置，提高外延层的均匀性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，表示气相外延装置的示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
参考图2，图2为本发明第一实施例气相外延装置的剖面结构示意图，包括：
底板301、上盖板303、位于底板301和上盖板303之间的侧壁302、位于底板301上用于放置待处理衬底的基板304，所述底板301、上盖板303、侧壁302和基板304构成反应腔室20，所述气相外延装置还包括：位于侧壁302下端等夹角分布的至少4个的排气口305；位于上盖板303上与基板304相对设置的加热装置306。
具体的，所述上盖板303与侧墙302通过铰链或者螺栓连接，上盖板303与侧墙302可分离，便于反应腔室20的维护和加热灯管307的更换。
所述排气口305数量至少4个，位于侧壁302下端等夹角分布，用于排出反应腔室20内的气体，具体请参考图9，以四个排气口305为示例，四个排气口305等夹角90度分布在圆形侧壁302上，所述夹角为圆形侧壁302的圆心发出的穿过排气口305的射线的夹角，在本发明的其他实施例中，若侧壁302俯视图形不是圆形，则所述夹角为从侧壁302俯视图形的中心发出的射线的夹角，排气口305在侧壁302上成等夹角分布，使得各个方向排气时的气流的流速是均匀的，待处理衬底在形成外延层时受到气流变化的影响减小，提高了外延层的均匀性，发明人发现排气口305数量大于等于4个时效果最佳，但是随着排气口305数量的增加将带来了制作成本上升以及排气功耗的增加。
请继续参考图2，所述加热装置306上有若干间隔分布的加热灯管307和进气口308，加热灯管307和进气口308之间有多种排列方式，后续将详细描述，所述进气口308为耐高温耐腐蚀材料制成的管状结构，所述进气口308的长度大于灯管307的长度，进气口308的顶端与加热灯管307顶端的距离a的范围为5厘米～20厘米，便于在进气口308和加热灯管307之间安装隔离板309，所述隔离板309用于隔离反应腔室20与加热灯管307，防止反应腔室20内的源气体在反应时沾污加热灯管307，影响加热灯管的使用寿命和加热效率。进气口308贯穿隔离板309，隔离板309的两端与侧壁302相连，所述隔离板309与进气口308之间以及隔离板309与侧壁302之间均设置有密封装置(图中未示出)，所述隔离板309的材料为耐高温的石英、碳化硅或者陶瓷。
请参考图3，在本发明的其他实施例中，所述隔离板309为“U”型结构，包括底部和位于底部上的环形侧壁。进气口308贯穿隔离板309底部，隔离板309的侧壁上部与上盖板303相连，所述隔离板309与进气口308之间以及隔离板309与上盖板303均设置有密封装置(图中未示出)，所述隔离板309的材料为耐高温的石英、碳化硅或者陶瓷，“U”型结构的隔离板309在保护加热灯管307不受沾污的同时，由于其与反应腔室20的侧壁302没有接触，更方便反应腔室20的维护。
参考图4，图4为图2所示的加热装置306第一实例的仰视结构示意图，包括，加热装置306，所述加热装置306为直径大于待处理衬底直径的圆盘体，保证加热装置上的加热灯管307覆盖的面积大于待处理衬底的面积，以给待处理衬底均匀的加热，所述加热装置306上分布有若干间隔的加热灯管307和进气口308，所述加热灯管307在加热装置306的上呈若干平行的第一直线310分布，每条第一直线310上加热灯管307间的间距b相等，相邻第一直线310间的间距c相等；所述进气口308分布在相邻两条第一直线310之间，呈若干与第一直线310平行的第二直线311，每条第二直线311上进气口308间的间距e相等，相邻第二直线311间的间距d相等。
加热灯管307呈若干等间距的第一直线310均匀的分布在加热装置306上，且每条第一直线310上加热灯管307间的间距相等，通过调节加热灯管307，反应腔室20和基底304(参考图2)上的待处理衬底能得到均匀的温度，有益于提高外延层的均匀性；
进气口308呈若干等间距的第二直线311均匀的分布在加热装置306上，且每条第二直线311上进气口间308的间距相等，每个进气口308可以通入不同的源气体，源气体通过进气口308从待处理衬底上方供入，气流方向是垂直于待处理衬底表面，气流在待处理衬底上方获得较均匀的流速和浓度，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性；
加热灯管307和进气口308间隔的分布在加热装置306上，加热灯管307在给反应腔室20和基底304加热时，使得进气口308的源气体也被加热，提前激活了源气体的活性，并且加热的源气体的温度与反应腔室20的温度相等或相差很小，源气体进入反应腔室20不需要升温的过程，即不需要分担反应腔室20的热量，使得待处理衬底上方的温度的均匀性保持稳定，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性。
参考图5，图5为图2所示的加热装置306第二实例的仰视结构示意图，包括：加热装置306，所述加热装置306为直径大于待处理衬底直径的圆盘体，保证加热装置上的加热灯管307覆盖的面积大于待处理衬底的面积，以给待处理衬底均匀的加热，所述加热装置306上分布有若干间隔的加热灯管307和进气口308，所述加热灯管307在加热装置306的上呈若干平行的第一直线310分布，每条第一直线310上加热灯管307间的间距h相等，相邻第一直线310间的间距f相等；所述进气口308分布在第一直线310上的加热灯管307之间，所述进气口308可以分布在每条第一直线310上，也可以分布在第奇数条或者偶数条第一直线310上，本实例中所述进气口308分布在第奇数条第一直线310上的加热灯管307之间，呈与第一直线310重合的第三直线，每条第三直线上进气口308间的间距l相等，相邻第三直线间的间距g相等，本实例中第三直线上相邻两个进气口308之间间隔的加热灯管307的数量为一个，在本发明的其他实施例中第三直线上相邻两个进气口308之间间隔的加热灯管307的数量大于一个。
在本发明的其他实施例中所述进气口308分布在每条第一直线310上的加热灯管307之间，增加了进气口308的数量，提高反应腔室内源气体的均匀分布。
加热灯管307呈若干等间距的第一直线310均匀的分布在加热装置306上，且每条第一直线310上加热灯管307间的间距相等，通过调节加热灯管307，反应腔室20和基底304(参考图2)上的待处理衬底能得到均匀的温度，有益于提高外延层的均匀性；
进气口308呈若干等间距的第三直线均匀的分布在加热装置306上，且每条第三直线上进气口间308的间距相等，每个进气口308可以通入不同的源气体，源气体通过进气口308从待处理衬底上方供入，气流方向是垂直于待处理衬底表面，气流在待处理衬底上方获得较均匀的流速和浓度，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性；
加热灯管307和进气口308间隔的分布在加热装置306上，加热灯管307在给反应腔室20和基底304加热时，使得进气口308的源气体也被加热，提前激活了源气体的活性，并且加热的源气体的温度与反应腔室20的温度相等或相差很小，源气体进入反应腔室20不需要升温的过程，即不需要分担反应腔室20的热量，使得待处理衬底上方的温度的均匀性保持稳定，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性；
相比于加热装置306的第一实例，本实例加热灯管307的第一直线310的密度增大，加大了加热灯管307温度调节时的灵敏度。
参考图6，图6为图2所示的加热装置306第三实例的仰视结构示意图，包括：加热装置306，所述加热装置306为直径大于待处理衬底直径的圆盘体，保证加热装置上的加热灯管307覆盖的面积大于待处理衬底的面积，以给待处理衬底均匀的加热，所述加热装置306上分布有若干间隔的加热灯管307和进气口308，所述加热灯管307在加热装置306上呈若干第一同心圆312分布，每个第一同心圆312上加热灯管307间的间距相等，第一同心圆312间的间距相等，所述第一同心圆312的圆心为加热装置306的中心，所述加热灯管307的间距为加热灯管307在第一同心圆312上的圆弧的长度；所述进气口308分布在加热灯管307相邻两个第一同心圆312之间，呈若干与第一同心圆312同心的第二同心圆313，每个第二同心圆313上进气口308间的间距相等，相邻第二同心圆313间的间距相等。
加热灯管307呈若干等间距的第一同心圆312分布在加热装置306上，且第一同心圆312上加热灯管307间的间距相等，通过调节加热灯管307，反应腔室20和基底304(参考图2)上的待处理衬底能得到均匀的温度，有益于提高外延层的均匀性，加热灯管307呈同心圆分布，相对于呈直线分布具有更高的温度调节效率，进一步提高温度的均匀性；
进气口308呈若干等间距的第二同心圆313分布在加热装置306上，且第二同心圆313上进气口308间的间距相等，每个进气口308可以通入不同的源气体，源气体通过进气口308从待处理衬底上方供入，气流方向是垂直于待处理衬底表面，气流在待处理衬底上方获得较均匀的流速和浓度，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性；
加热灯管307和进气口308间隔的分布在加热装置306上，加热灯管307在给反应腔室20和基底304加热时，使得进气口308的源气体也被加热，提前激活了源气体的活性，并且加热的源气体的温度与反应腔室20的温度相等或相差很小，源气体进入反应腔室20不需要升温的过程，即不需要分担反应腔室20的热量，使得待处理衬底上方的温度的均匀性保持稳定，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性。
参考图7，图7为图2所示的加热装置306第四实例的仰视结构示意图，包括：加热装置306，所述加热装置306为直径大于待处理衬底直径的圆盘体，保证加热装置上的加热灯管307覆盖的面积大于待处理衬底的面积，以给待处理衬底均匀的加热，所述加热装置306上分布有间隔的加热灯管307和进气口308，所述加热灯管307在加热装置306上呈若干第一同心圆312分布，每个第一同心圆312上加热灯管307间的间距相等，第一同心圆312间的间距相等，所述第一同心圆312的圆心为加热装置306的中心，所述加热灯管307的间距为加热灯管307在第一同心圆312上的圆弧的长度；所述进气口308分布在第一同心圆312上的加热灯管307之间，呈与第一同心圆312重合的第三同心圆，每个第三同心圆上进气口308间的间距相等，相邻第三同心圆间的间距相等，本实施中，第三同心圆上两个进气口308之间间隔的加热灯管307的数量为1，在本发明的其他实施例中第三同心圆上两个进气口308之间间隔的加热灯管307的数量大于1。
加热灯管307呈若干等间距的第一同心圆312分布在加热装置306上，且第一同心圆312上加热灯管307间的间距相等，通过调节加热灯管307，反应腔室20和基底304(参考图2)上的待处理衬底能得到均匀的温度，有益于提高外延层的均匀性，加热灯管307呈同心圆分布，相对于呈直线分布具有更高的温度调节效率，进一步提高温度的均匀性；
进气口308呈若干等间距的第三同心圆分布在加热装置306上，且第三同心圆上进气口308间的间距相等，每个进气口308可以通入不同的源气体，源气体通过进气口308从待处理衬底上方供入，气流方向是垂直于待处理衬底表面，气流在待处理衬底上方获得较均匀的流速和浓度，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性；
加热灯管307和进气口308间隔的分布在加热装置306上，加热灯管307在给反应腔室20和基底304加热时，使得进气口308的源气体也被加热，提前激活了源气体的活性，并且加热的源气体的温度与反应腔室20的温度相等或相差很小，源气体进入反应腔室20不需要升温的过程，即不需要分担反应腔室20的热量，使得待处理衬底上方的温度的均匀性保持稳定，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性。
参考图8，图8为本发明为本发明第二实施例气相外延装置的剖面结构示意图，包括：
底板301、上盖板303、位于底板301和上盖板303之间的侧壁302、位于底板301上的基板304，所述底板301、上盖板303、侧壁302和基板304构成反应腔室20，所述气相外延装置还包括：位于上盖板303上与基板304相对设置的加热装置306；位于侧壁302上方呈等夹角分布的进气口308；位于侧壁302下端等夹角分布的至少4个的排气口305；位于进气口308和加热灯管307之间的隔离板309。
具体的，所述上盖板303与侧墙302通过铰链或者螺栓连接，上盖板303与侧墙302可分离，便于反应腔室20的维护和加热灯管307的更换。
所述加热装置306上有若干间隔分布的加热灯管307，所述加热灯管307在加热装置306上呈若干平行直线或同心圆分布，在具体的实施例中，所述每条直线间的间距相等，每条直线上的加热灯管307之间的间距相等；所述同心圆之间的间距相等，每个同心圆上的加热灯管307之间的间距相等，提高了反应腔室20和待处理衬底温度的均匀性。
所述进气口308的数量至少为4个，所述进气口308位于基板304的上方侧壁302上，所述进气口308与垂直于侧壁的法线的夹角θ范围为0度～60度，且所述进气口308在侧壁302上呈等夹角分布。
具体请参考图10，图10为图8所示的进气口308的俯视结构示意图，以5个进气口308为示例，所述五个进气口308等夹角72度分布在圆形侧壁302上，所述夹角为圆形侧壁302的圆心发出的穿过进气口308的射线的夹角，源气体从基板上方供入，进气口308与侧壁302呈一定的夹角，气流在待处理衬底上方获得较均匀的流速和浓度，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性；
所述隔离板309用于隔离反应腔室20与加热灯管307，防止反应腔室20内的源气体在反应时沾污加热灯管307，影响加热灯管的使用寿命和加热效率。隔离板309的两端与侧壁302相连，所述隔离板309与进气口308之间以及隔离板309与侧壁302之间均设置有密封装置(图中未示出)，所述隔离板309的材料为耐高温的石英、碳化硅或者陶瓷。在本发明的其他实施例中，在本发明的其他实施例中，所述隔离板309为“U”型结构，包括底部和位于底部上的环形侧壁，隔离板309的环形侧壁上部与上盖板303相连，所述隔离板309与上盖板303之间设置有密封装置(图中未示出)，所述隔离板309的材料为耐高温的石英、碳化硅或者陶瓷，“U”型结构的隔离板309在保护加热灯管307不受沾污的同时，由于其与反应腔室20的侧壁302没有接触，更方便反应腔室20的维护。
所述排气口305数量至少为4个，位于侧壁302下端等夹角分布，用于排出反应腔室20内的气体，具体请参考图9，图9为图8所示排气口305的俯视结构示意图，以四个排气口305为示例，四个排气口305等夹角90度分布在圆形侧壁302上，所述夹角为圆形侧壁302的圆心发出的穿过排气口305的射线的夹角，在本发明的其他实施例中，若侧壁302俯视图形不是圆形，则所述夹角为从侧壁302俯视图形的中心发出的射线的夹角，排气口305在侧壁302上成等夹角分布，使得各个方向排气时的气流的流速是均匀的，待处理衬底在形成外延层时受到气流变化的影响减小，提高了外延层的均匀性，发明人发现排气口305数量大于等于4个时效果最佳，但是随着排气口305数量的增加将带来了制作成本上升以及排气功耗的增加。
综上，本发明实施例提供的气相外延装置，排气口在侧壁上成等夹角分布，使得各个方向排气时的气流的流速是均匀的，待处理衬底在形成外延层时受到气流变化的影响减小，提高了外延层的均匀性；
进一步，加热灯管均匀的分布在加热装置上，通过调节加热灯管，半导体腔室和基底上的待处理衬底能得到均匀的温度，有益于提高外延层的均匀性；进气口是均匀的分布在加热装置上，源气体通过进气口从待处理衬底上方供入，气流方向是垂直于待处理衬底表面，气流在待处理衬底上方获得较均匀的流速和浓度，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性；
更进一步，加热灯管和进气口间隔的分布在加热装置上，加热灯管在给半导体腔室和基底加热时，使得进气口中的源气体也被加热，提前激活了源气体的活性，并且加热的源气体的温度与半导体腔室的温度相等或相差很小，源气体进入半导体腔室不需要升温的过程，即不需要分担半导体腔室的热量，使得待处理衬底上方的温度的均匀性保持稳定，提高了待处理衬底上形成的外延层的均匀性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。