[实用新型]一种碳化硅外延炉的源载气输送结构

说明书

本发明公开了一种碳化硅外延炉的源载气输送结构，解决了如何提高源气体输送效率和成膜质量的难题；在碳化硅外延炉反应腔体的密封盖中分别设置彼此隔离的C源气进气腔、Si源气进气腔和载气进气腔，在腔体外侧设置水冷却夹层，以达到使这三种气体在进入反应腔前保持较低的相同温度；在源气体进入反应腔前的管路上设置套管，在套管与源气体输送管之间形成有环形的输送载气的通路，在源气的出口处形成筒形的载气气流，以达到使两种源气体在出口处无法碰撞相遇的场景；将Si源气的出口设置成喇叭形，降低反应腔中Si源气气压，使晶圆表面的两种反应气体达到较理想的摩尔比；在反应腔中构架了有利晶圆表面成膜的气体温度加热环境。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅外延炉，特别涉及一种碳化硅外延炉的源载气输送结构。

背景技术

碳化硅外延炉是用于碳化硅晶圆表面外延成膜工艺设备，碳化硅外延炉为一个密封的反应腔体，在腔体的上端口设置有密封盖，密封盖上设置有工艺气体进入口，在反应腔体中设置有旋转台，晶圆放置在旋转台上，边旋转边被加热，在加热的过程中，通过密封盖上的工艺气体进入口，向晶圆表面通入按照一定的比例混合的工艺气体，并保持一定的气压（常压或者负压），搭建起合适的稳定热场，使工艺气体在晶圆表面产生热反应，按照台阶方式生长成膜，在晶圆表面生成碳化硅外延单晶膜。

向碳化硅外延炉中通入的工艺气体，包括参与成膜反应的源气体和作为隔离的载气体，源气体是指C源气体和Si源气体，将这两种源气体向碳化硅外延炉的反应腔体输送过程中，需要将两种气体彼此隔离，以防止两种气体在输送中反应结晶；两种气体进入碳化硅外延炉的反应腔后，在晶圆的表面反应生成碳化硅单晶膜；现有技术一般采用近气体耦合机构，也就是说：需要将两种源气体输送到晶圆上方近距离处，然后才使两种气体混合反应；由于晶圆成膜工艺温度高，近耦合机构实现成本很高，源气体混合均匀性也差，为了克服近耦合机构的缺陷，出现了远耦合的进气方式，远耦合进气方式可以让进气口远离晶圆表面，但由于C源气和Si源气的制造输送工艺不同，两种气体的温度有所差异，当两种气体进入腔体后，两种温度的气体混合均匀性较差，温度高的源气体会优先参与晶圆表面的成膜反应，温度低的需要加热到一定温度后才能参与成膜反应，这种差异性影响到了晶圆表面的成膜质量；其次，源气体进入碳化硅外延炉后，通过管路在向反应腔体输送过程中，由于文丘里效应，气体会在输送管内壁和出口处产生紊流现象，导致两种反应气体在紊流处和出口处反应产生结晶，堵塞气体的输送管路；为了克服该问题，现有设备在源气体输送管中，采用轮流间歇式输送源气体和载气体的方式，即在同一管路中，输送源气过程中插入载气，但是这种间歇式的通气方法，降低了成膜质量和成膜效率；另外，根据成膜工艺的要求，C源气体和Si源气体所提供的C原子与Si原子的摩尔比，需要保持一定比例数值，才能正常进行成膜，通常要求晶圆表面的C源气的压力要大于Si源气，才能达到理想的C原子与Si原子的摩尔比，为了克服两种源气体在输送中结晶问题，一般要保持两种源气体的气压一致，以防止大气压的源气体反串进入到气压较小的源气体的输送管中，而发生在管路中结晶的现象，如何解决这一对矛盾，也是现场需要解决的一个问题。

发明内容

本发明提供了一种碳化硅外延炉的源载气输送结构，在晶圆表面成膜中采用远耦合机构时如何提高源气体输送效率和成膜质量的技术难题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思为：在碳化硅外延炉反应腔体的密封盖中分别设置彼此隔离的C源气进气腔、Si源气进气腔和载气进气腔，在这些腔体外侧设置水冷却夹层，以达到使这三种气体在进入反应腔前保持较低的相同温度；在源气体进入反应腔前的管路上设置套管，在套管与源气体输送管之间形成有环形的输送载气的通路，在源气的出口处形成筒形的载气气流，以达到使两种源气体在出口处无法碰撞相遇的场景；将Si源气的出口设置成喇叭形，以降低反应腔中Si源气气压，使晶圆表面的两种反应气体达到较理想的摩尔比；在反应腔中设置逐级加热的温度场，构架有利晶圆表面成膜的气体温度加热环境。