[发明专利]立式液相外延炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶片表面外延膜生长的设备，尤其涉及特殊晶片及半导体类晶片表面外延膜生长的设备。

 

背景技术

对于半导体类晶片或其他特殊晶片，其表面外延膜生长需要在一定真空度及温度的工艺气体环境下进行。因此需要反复将晶片从外界大气状态送入该环境中，待工艺完成后，再从该环境送出外界。因此，晶片外延膜生长的空间便不可避免的需要在工艺状态和大气状态之间不断切换。这样导致的后果是生产效率低、耗能大，从而使产品成本大幅提高。

 

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种高效、节能、可降低生产成本、适用于半导体类晶片或其他特殊晶片外延膜生长的立式液相外延炉。

本发明所述立式液相外延炉主要包括机架、升降机构、工作杆、取放料腔、过渡腔、工艺腔；其中升降机构固定在机架上，升降机构通过轴承单元与工作杆相连；取放料腔、过渡腔、工艺腔通过真空阀门自上至下顺次密封连接，形成密闭腔体；工作杆密封性通入取放料腔、过渡腔、工艺腔内；取放料腔上设置取放料密封门；过渡腔上设置真空抽口和充气口。 

工作时，本发明所述立式液相外延炉按照以下步骤循环工作，首先保持放料腔、过渡腔、工艺腔连通且密闭，通过真空抽口抽真空到所需真空度，装有晶片的工作杆上升至放料密封门处，关闭工艺腔与过渡腔之间的真空阀门，保持工艺腔的真空度，通过充气口对过渡腔及取放料腔内充保护气体到大气压，打开取放料密封门进行装取料，然后关闭取放料密封门，对取放料腔与过渡腔抽真空到所需真空度，打开过渡腔与工艺腔之间的真空阀门，对整个腔室内部冲入工艺气体，工作杆下降至工艺腔，经过所需的工艺时间后即可实现在晶片表面生长了一层外延膜，最后工作杆连同晶片上升至取放料密封门处，关闭工艺腔与过渡腔之间的真空阀门，保持工作腔内的工艺气氛，通过充气口对过渡腔及取放料腔内充保护气体到大气压，打开取放料密封门进行装取料，关闭取放料密封门，重复上述过程，周而复始的进行下一轮工作。

本发明所述立式液相外延炉，其有益效果在于：进行外延膜生长的工艺腔相对为独立空间，晶片进行放入、更换、取出时均在取放料腔内进行，因而仅需对取放料腔及过渡腔进行抽真空及冲入保护气体至大气压状态，无需对工艺腔内气体做功，从而减少了不必要能源消耗，缩短了产品制造时间，提高了工作效率，降低了生产成本。而且，过渡腔的设计可以使整个设备仅设置一处真空抽口，简化设备。

为了达到更好的技术效果，本发明所述立式液相外延炉还可以采用以下措施：

1、所述取放料腔上还设置一个充气口。这样在进行取放料之前可关闭过渡腔与取放料腔之间的真空阀门，从而仅需对取放料腔单独冲入保护气体至大气压，从而避免了对过渡腔进行充气——抽真空的程序，不仅节省了时间，提高了效果，而且降低了能耗，节约了能源。

2、本发明所述立式液相外延炉还包括加热炉体、坩埚及液相材料，其中加热炉体固定在机架上，其位于工艺腔的正下方；坩埚安装于工艺腔内，液相材料装于坩埚内。加热炉体加热、恒温，当坩埚内的液相液体加热到所需要的温度后，带有晶片的工作杆也下降至工艺腔内，工作杆下降至晶片完全浸入坩埚内的液相液体中，然后工作杆上升将晶片脱离开液面、离开坩埚，再经过所需要工艺时间的停留后，即实现了在晶片表面生长了一层外延膜。

3、所述取放料腔、过渡腔、工艺腔相互之间及其与真空阀门、取放料密封门、各充气口和真空抽口之间均设有密封及水冷防护。从而使整个腔室保持密封状态，且密封效果不因温度升高而产生影响。

4、所述升降机构包括升降驱动电机、减速器、驱动丝杠、丝杠母、滑块、导轨、安装平板、刚性支撑件；其中固定在机架上的驱动电机与减速器连接，减速器与驱动丝杠连接；驱动丝杠与丝杠母配合，丝杠母及滑块均固定在安装平板上；滑块同时与导轨滑动配合，导轨固定在机架上，导轨方向与驱动丝杠平行；刚性支撑件一端固定在安装平板上，另一端通过轴承组成与工作杆相连。工作杆的升降动作由升降驱动电机及减速器驱动，驱动丝杠通过丝杠母、经导轨导向将电机旋转运动转化为直线位移，从而使安装平板上的刚性支撑件带动工作杆动作，正向驱动电机实现上升，反向驱动电机实现下降。