半导体外延设备中的反应腔室及半导体外延设备
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种半导体外延设备中的反应腔室及半导体外延设备。
背景技术
单晶硅薄膜作为一种重要材料，广泛应用于芯片、太阳能电池的生产制造中，目前业界大多使用气相沉积外延法制备单晶硅薄膜，制备过程中，放置在半导体外延设备中的平板状硅源(含硅衬底)与氢气等反应气体在低压高温环境中发生还原反应，从而在平板状硅源的上表面形成一层单晶硅薄膜。
现有技术中，往往将半导体外延设备设置为球形或者椭球形以增强低压反应时对大气压力的抵抗力，但这样会干扰氢气等反应气体在半导体外延设备内的扩散过程，从而使平板状硅源的反应程度不均。
发明内容
本申请实施例提供一种半导体外延设备中的反应腔室，以解决上述问题。
本申请实施例采用下述技术方案：
本申请实施例提供一种半导体外延设备中的反应腔室，包括自上而下依次叠置的上拱顶、基座环、支撑座，所述上拱顶、基座环、支撑座配合围成所述反应腔室的反应腔，所述反应腔中设置有用于承载待加工工件的承载台，所述上拱顶包括拱顶环和透明的拱顶本体，所述拱顶本体与所述拱顶环连接，所述拱顶环叠置在所述基座环上，所述拱顶本体具备向上拱起的顶面和与所述承载台的承载面平行的底面。
优选的，所述拱顶本体包括透明的上壳和下壳，所述上壳及所述下壳分别与所述拱顶环连接，且均被所述基座环周向围绕，所述上壳向上拱起，所述下壳呈平板状。
优选的，所述下壳的底面与所述拱顶环的底面平齐。
优选的，拱顶本体还包括：设置在所述上壳及所述下壳之间的加强结构。
优选的，所述加强结构包括环绕所述拱顶本体的轴线均匀设置的多个支撑柱，所述支撑柱均沿竖直方向延伸至与所述上壳及所述下壳接触。
优选的，所述上壳及所述下壳分别与所述拱顶环密封连接，所述上壳、所述下壳及所述拱顶环配合围成一密封腔，该密封腔中的气压小于标准大气压。
优选的，所述加强结构包括设置在所述下壳上且位于所述上壳和所述下壳之间的加强筋组，所述加强筋组包括加强筋环以及加强筋棱，所述加强筋环环绕所述拱顶本体的轴线设置，所述加强筋棱环绕所述加强筋环呈放射状设置。
优选的，所述上壳及所述下壳分别与所述拱顶环密封连接，所述上壳、所述下壳及所述拱顶环配合围成一密封腔，该密封腔中的气压为标准大气压。
本申请实施例还提供一种半导体外延设备，包括如上所述的反应腔室。
本申请所提供的半导体外延设备的反应腔室中设置有承载台，该承载台具备朝上的承载面，反应腔室具备朝向承载面的底面和向上拱起的顶面，本申请通过将承载面和底面设置为一对相对且相互平行的表面，使得当反应进行时，氢气等反应气体在竖直方向上的扩散程度均一，提高了平板状硅源中心处和边缘处气体浓度的一致性，而向上拱起的顶面提高了在内部负压的情况下承受内外压差的能力，在承受反应腔内外压差的前提下，增加了平板状硅源反应程度的均匀性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种半导体外延设备的截面示意图；
图2为本申请实施例提供的一种上拱顶的截面示意图；
图3为本申请实施例提供的一种上拱顶的横截面示意图。
附图标记：
1-反应腔室、2-承载台、10-上拱顶、12-基座环、14-支撑座、16-反应腔、20-承载面、100-底面、101-顶面、102-透光腔、103-上壳、104-下壳、105-拱顶环、106-加强结构、107-加强面、108-拱顶本体、120-开口、122-进气口、124-出气口、1020-测温通道、1050-环面、1060-加强筋环、1062-加强筋棱。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供一种半导体外延设备，该半导体外延设备优选的用于低压高温红外加热法制备单晶硅的制造工艺，也可以适用于其他低压高温照射加热法制备如石墨烯等其他材料。本申请实施例所述的低压，包括真空。
为了能够使用光照加热反应物，同时承受低压的反应环境，本申请实施例所述的半导体外延设备具备反应腔室1和承载台2，如图1所示，反应腔室1可以如图1所示设置为近似椭球形，也可以根据具体需要设置为球形等能够在内部负压的情况下更好的抵抗大气压力的形状，如图1所示，反应腔室1包括上拱顶10、基座环12和支撑座14，三者围成反应腔16，反应腔16如图1所示为反应腔室1内部的一个空腔，当反应进行时，反应腔16的内部会被抽成真空或近乎真空，反应腔16具备朝上的开口120，上拱顶10与开口120配合封闭反应腔16。
承载台2用于承载待加工工件，待加工工件可以是硅材质的，也可以是其他可作为反应物的材质。承载台2与上拱顶10之间具备一定距离，从而在承载台2和上拱顶10之间形成一个气体流通通道，便于氢气等反应气体与平板状硅源等反应物充分接触。
为了便于在如红外加热硅外延等反应过程中进行光照加热，上拱顶10可以如图1所述包括透明的拱顶本体108，拱顶本体108可以如图1所示具备透光腔102，如图1所示，拱顶本体108被拱顶环105周向围绕并由上壳103和下壳104组成，上壳103设置于下壳104的上方，两者均与拱顶环105固定连接，并与拱顶环105配合围成透光腔102，上壳103朝上的侧面为顶面101，下壳104朝下的侧面为底面100，上壳103、下壳104均具备透光性，可以是上壳103和下壳104均整体由透明石英或有机玻璃等其他透光材料制成，也可以是上壳103和下壳104均具备对应的透光区域，从而形成透光通道，这样红外线等加热射线可以自上壳103穿过透光腔102及下壳104向下照射至承载台2，从而加热放置在承载台2上的反应物。
在本实施例中，如图1所示，承载台2具备朝上的承载面20，拱顶本体108具备朝下的底面100和朝上的顶面101，为了使氢气等反应气体能够以均一的速率在承载面20至底面100之间的空间内扩散，在本实施例中，将承载面20与底面100设置为相互平行，同时使顶面101向上拱起，以保证较好的承载大气压力的能力，本申请实施例所提供的拱顶本体108，如图1所示，在底面100和顶面101之间具备一个透光腔102，以获得较好的透光率。作为一种可选方式，也可以是拱顶本体108整体为实心结构并由透明材料制成。
本申请实施例所提供的半导体外延设备具备反应腔室1和设置在反应腔室1内的承载台2，承载台2具备朝上的承载面20，上拱顶10具备朝向承载面的底面100和向上拱起的顶面101，本申请通过将承载面20和底面100设置为一对相对且相互平行的表面，使得当反应进行时，氢气等反应气体在竖直方向上的扩散程度均一，提高了平板状硅源中心处和边缘处气体浓度的一致性，而向上拱起的顶面101提高了在内部负压的情况下承受内外压差的能力，在承受反应腔内外压差的前提下，增加了平板状硅源反应程度的均匀性。
由于在硅外延等反应过程中，需要使用激光测温方式测量反应物的温度，这需要一个尽可能受到结构干扰较小的区域，因此在本实施例中，透光腔102具备测温通道1020，本实施例所述的测温通道1020为设置在透光腔102中部的一个区域，在此区域内应尽量避免设置其他结构，以免影响测温准确度。测温通道1020沿竖直方向延伸并设置在透光腔102的中部，如图2所示，这样可以经由测温通道1020完成激光测温，在本实施例中，测温通道1020可以如图2所示，为透光腔102的中心区域。
为了支撑上壳103和下壳104，使整个上拱顶10的机械结构更稳定，在本实施例中，设置有拱顶环105，拱顶环105周向围绕拱顶本体108，如图2所示，拱顶环105周向围绕上壳103和下壳104，上壳103设置于下壳104的上方，两者均与拱顶环105固定连接，并与拱顶环105配合围成透光腔102，上壳103朝上的侧面为顶面101，下壳104朝下的侧面为底面100。
为了使整个上拱顶10的下表面尽可能平整，从而适应不同尺寸的承载台2，在本实施例中，拱顶环105具备朝下的环面1050，环面1050周向围绕底面100，两者在竖直方向上平齐，如图2所示。
由于本申请实施例提供的半导体外延设备在使用过程中，反应腔内部压力存在“常压-真空-近真空”的剧烈变化，当在上拱顶10内部设置透光腔102时，有机械强度降低而导致下壳破裂的风险，为降低上述风险，本申请实施例提供的上拱顶10内部具备加强结构106，加强结构106设置于透光腔102的内部并避让测温通道1020，本申请实施例所述的避让，是指加强结构106与测温通道1020之间不发生重叠，下面分透光腔102设置为负压腔和非负压腔两种情况分别描述不同的加强结构106的具体结构。此处所述的负压腔，包括真空腔或近真空腔的情况，足以抵消大部分反应腔内真空或近真空时与透光腔之间的压差即可。
透光腔102设置为负压腔的好处在于，由于本申请实施例所述的半导体外延设备在使用过程中内部大部分时间为近真空或真空状态，这时上拱的上壳103能够承载外部大气压力，透光腔102内部与反应腔16内的压力差较小，设置为平板结构的下壳104足以承受压力差，但将透光腔102设置为负压腔后，在反应腔内为正压的情况下，下壳104会承受较大的压力差，有发生破裂的风险。因此透光腔102设置为负压腔时，其内部的加强结构106设置为支撑柱，加强结构106沿竖直方向延伸并与上壳103及下壳104均固定连接，为了均匀受力，上拱顶10具备对称轴，如图1所示，多根加强结构106围绕对称轴周向均匀排布，优选的，加强结构106可以设置为4根，且每根加强结构106设置于透光腔102半径的1/2处，这样所获得的受力均匀性较好，当上拱顶10上下均受到大气压力时，加强结构106可以支撑上壳103和下壳104，避免其变形破裂。
以上是将透光腔102设置为负压腔的情况，下面就透光腔102设置为常压腔或近常压腔的情况进行描述。
当透光腔102设置为常压腔或近常压腔时，当半导体外延设备工作时，下壳104会受到来自透光腔102内部的压力，如图2所示，下壳104具备与底面100背离的加强面107，加强结构106设置为自加强面107凸起的加强筋组，如图3所示，加强结构106包含加强筋环1060和加强筋棱1062，其中，加强筋环1060设置于下壳104的中部且周向围绕测温通道1020设置，从而避让测温通道1020，加强筋棱1062自加强筋环1060向下壳104的边缘呈放射状延伸，如图3所示的加强筋棱1062之间放射夹角为45°，也可以设置为30°等其他角度。
如图1所示，本申请实施例提供的半导体外延设备还包括基座环12和支撑座14，上拱顶10、基座环12和支撑座14相互叠放设置构成整个反应腔室1并包围反应腔16，开口120设置于基座环12的上部，如图1所示，上拱顶10通过基座环12与支撑座14可拆卸连接，可以是如图1所示，基座环12具备分别对应上拱顶10和支撑座14的环形台阶，三者通过形状配合彼此连接，也可以是使用搭扣等固定结构将三者固定连接。
为了进一步增强氢气等反应气体扩散的均匀性，在本实施例中，基座环12具备在周向上相对的进气口122和出气口124，如图1所示，进气口122和出气口124距离承载面20和底面100的距离相等，这样自进气口122吹至出气口124的反应气体在竖直方向上的扩散程度可以获得更好的均匀程度。
本申请实施例所提供的半导体外延设备具备反应腔室1和设置在反应腔室内的承载台2，承载台2具备朝上的承载面20，反应腔室具备朝向承载面的底面100，本申请通过将承载面20和底面100设置为一对相对且相互平行的表面，使得当反应进行时，氢气等反应气体在竖直方向上的扩散程度均一，提高了平板状硅源中心处和边缘处气体浓度的一致性，增加了平板状硅源外延程度的均匀性。
以上所述的具体实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
