[發明專利]半導體設備的反應腔冷卻裝置

有效

• 申請號: 201911381868.X
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111161992B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 張高偉
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01L21/67
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 孫向民;廉莉莉

本申請涉及半導體設備的反應腔冷卻裝置。該裝置包括：反應腔冷卻裝置包括液槽、液道隔板和擋液條：所述液槽包括液槽底板和液槽側板；所述反應腔置于所述液槽中，且所述液槽用于容納冷卻液；所述液槽側板分立于所述液槽底板的左右兩側；所述擋液條分立于所述液槽底板的前后兩側、且位于液槽側板的內側；所述擋液條的高度小于所述液槽側板的高度；所述液道隔板排布于所述液槽底板上，在所述液槽中隔離出多條液道。采用本申請所公開的方案，可以提高散熱效率，并避免外延反應腔下表面局部過熱的問題。

技術領域

本申請涉及半導體技術領域，特別涉及一種半導體設備的反應腔冷卻裝置。

背景技術

APCVD設備的大致結構如圖1(a)和圖1(b)所示，其中圖1(a) 為APCVD設備的側視圖，圖1(b)為APCVD設備的俯視圖。APCVD設備利用CVD(Chemical Vapor Deposition)技術在硅基等襯底表面生長硅外延層。襯底在外延之前會被放置在圓形基座C1-1的片槽C1-5內，流經硅片表面的反應物在控制溫度下因發生化學反應而在襯底表面生成外延薄膜。一般地，為了使外延層獲得較好的厚度均勻性，基座在外延過程中需以一定速度繞支承軸旋轉。石墨基座被安放在由石英材質制作的封閉腔室 C1-2內。反應氣體從一側通入，流經基座表面后從對面一側流出。反應過程中通常也會伴隨地產生不同的副產品，但大多會隨著氣流被帶著，而不會留在反應腔中。APCVD設備還包括氣體傳輸管路C1-3和尾氣處理管路C1-4等。

外延反應腔表面涂有可以將紅外輻射反射回去的反射層(代表性的反射層為鍍金層)，可以將高溫下基座發射的紅外輻射反射至腔內，提高熱量的利用率。CVD反應溫度可高達1050℃以上，反應腔表面的溫度最高可達約200℃。反應腔表面的鍍金層在如此高的溫度下很容易發生剝離和掉落，從而影響到反應腔的使用性能。特別地，外延反應腔是APCVD設備的核心部件，成本高昂，延長其使用壽命可以降低使用成本和維護成本。因此，反應腔表面的溫度控制非常重要。

外延反應腔的下表面通常采用水冷方式來控制溫度。圖2示出現有技術中外延反應腔置于其上的一冷卻裝置的俯視圖。圖3示出該冷卻裝置的局部斜視圖。圖4示出未放置外延反應腔時冷卻裝置俯視圖。

如圖2、3、4所示，冷卻液通過進水口C2-7流入，經由反應腔兩側橫向進水管C2-1提供冷卻液，進水管C2-1相對于反應腔C2-2側開有出水孔 C2-3，冷卻液經出水孔C2-3進入X1區域，直至充滿X1區域，之后經由隔水板C2-4中間縫隙返流至擋液條C2-5，越過擋液條C2-5后傾瀉至X2 區域，之后冷卻水經由排水口C2-6流出。整個機臺運行過程中，反應腔 C2-2底部總是浸潤在冷卻液中。

上述冷卻裝置存在如下缺陷：

(1)噴嘴位于液槽邊緣位置，噴嘴發射出的冷卻水在流動過程中因阻力而減速，到達冷卻液槽中心區域時流速降低明顯，導致熱交換能力也較低，而根據實際情況，由于中心區域恰好處于石墨基座投影區，溫度最高，需要更強的冷卻能力。

(2)反應腔C2-2表面溫度可達150—200℃，而由于隔水板C2-4的存在，反應腔C2-2和隔水板C2-4之間的冷卻水層厚度較薄，容易在高溫蒸發后無法得到及時補充，從而出現反應腔C2-2底部局部過熱，也會引起鍍金層變色和剝落的情況出現。

圖5為現有技術中另一外延反應腔下表面冷卻裝置的俯視圖，圖6為其側視圖。如圖所示，通過冷卻水分配系統將冷卻水分配到2個縱向側管 P1與P2內，兩組彎曲的徑向管P3與P4分別與P1，P2連接，然后冷卻水從P3與P4上的噴射孔噴出，在液槽內形成渦流狀態，用于冷卻反應室底部。冷卻水流經反應室底面與隔水板后，經過擋液條P5，流往排水部位P6。

圖5和圖6冷卻裝置具有下列缺點：

(1)呈彎曲狀的出水管P3，P4，對水流速會造成一定的衰減，不利于冷卻。

(2)單根噴射管路的流量無法讀取，無法調節控制，無法保證水流均勻，無法有效的形成渦流。