进气装置及半导体设备的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种进气装置及半导体设备。

背景技术：

目前，硅外延工艺作为半导体产业的前道工序，为半导体产业提供优质的原材料，是集成电路领域和功率半导体领域中的关键工艺，是半导体产业健康快速发展的基础。硅外延工艺最初应用于双极性集成电路，现在已经广泛应用于集成电路和半导体分立器件，例如，集成电路器件应用硅外延工艺，可以生长重掺埋层上的轻掺外延层，也能外延生成pn结，形成有效的隔离区；功率半导体器件应用硅外延工艺可大幅度提高器件的耐压能力；互补型金属氧化物半导体电路应用硅外延工艺制作，还可以抑制闩锁效应等。

随着半导体技术的发展，集成电路硅外延片向大尺寸发展，而集成电路特征尺寸向更小的尺寸发展，因此对硅外延片的晶体完整性、厚度均匀性、电阻率均匀性、缺陷密度要求越来越严格。功率半导体器件当前正在向高耐压、高频率、大电流、低功耗的方向发展，而且一个单管包含有几百到几千个硅外延片，其表面积较大，由于硅外延片的厚度均匀性和电阻率均匀性与器件的耐压值和导通电阻的稳定性密切相关，所以对硅外延片的厚度、电阻率均匀性有着更为苛刻的要求。根据硅外延技术的反应机理可知：使基片的温度均匀和流过基片的反应气体浓度和速度尽量均匀一致，可以保证外延片具有良好的厚度均匀性和电阻率均匀性。而气体输运和控制系统是外延设备中的关键部件，是保证向反应腔室及时和准确输运反应气体的系统，也是保证流过基片的反应气体浓度和速度均匀性的关键系统。

现有工艺腔室的进气装置通常包括主进气管路和分进气管路，分进气管路将工艺气体输送至基片周围的不同区域，并在分进气管路上设置阀门和流量计，以调节各分进气管路的流量，即调节基片周围不同区域的气体流量。但是由于主进气管路的流量通常是定量的，当调节某一分进气管路的阀门时，其它分进气管路的流量也随之改变，例如有两条分进气管路时，增加其中一条分进气管路(将工艺气体输送至基片的中部)的气体流量，那么它所影响的整个基片的生长厚度会增加；但是另一条分进气管路(将工艺气体输送至基片的边缘区域)的气体流量会等量减少，那么它所影响的基片边缘区域的生长厚度会减小；反之亦然。如图1所示，即两条分进气管路中不同气流比例对厚度均匀性的影响示意图，由图可知，改变中部区域和边缘区域的气流比，基片中部区域厚度变化大(变化比较敏感)，而基片边缘区域厚度变化较小(变化不太敏感)。这样就造成了调节基片某区域的气流流量，都能影响其它区域的气流流量，即不能单独对基片周围不同区域气体流量进行调节，导致基片的厚度均匀性不好调节，基片的厚度变化不敏感，从而不利于基片整体厚度均匀性的优化。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种进气装置及半导体设备。

为实现本实用新型的目的，第一方面提供一种进气装置，用于向半导体设备的工艺腔室提供工艺气体，包括主进气管路、第一组支进气管路、第二组支进气管路及调压机构；所述调压机构与所述主进气管路相连接，用于控制所述主进气管路内的气体流量稳定在预设范围；

所述主进气管路的出气端分别与所述第一组支进气管路、所述第二组支进气管路的进气端相连接；

所述第一组支进气管路、所述第二组支进气管路的出气端分别与所述工艺腔室连通，用于将所述工艺气体输送至所述工艺腔室内的指定区域；

所述第一组支进气管路、第二组支进气管路上分别设置有支路气体流量调节装置。

可选地，所述调压机构包括压力测量计、主路气体流量调节装置、与所述主进气管路连通的调压管路及调压装置；其中，

所述压力测量计，用于表征通过所述主进气管路上的气体的压力值；

所述主路气体流量调节装置，设置在所述主进气管路上，用于根据所述压力测量计的测量结果，将所述主进气管路的压力值调节至所述预设范围内；

所述调压装置，设置在所述调压管路上，用于根据所述主进气管路的压力值调节所述调压管路内的工艺气体流量。

可选地，所述进气装置还包括与所述调压机构气路连通的工艺气体收集装置；

所述工艺气体收集装置设置于所述调压管路的末端，用于收集计入所述调压管路的工艺气体。

可选地，所述气体流量调节装置一端连接所述主进气管路的进气端，另一端分别连接所述压力测量计的进气端和所述调压装置的进气端；

所述压力测量计的出气端分别与所述第一组支进气管路、所述第二组支进气管路的进气端相连接；

所述调压管路的进气端设置在所述主进气管路上，且位于所述压力测量计和所述主路气流量调节装置之间；

所述调压装置设置在所述调压管路上，且所述调压装置的出气端连接所述工艺气体收集装置的进气端。

可选地，所述调压装置包括调节阀，所述调节阀用于调节所述调压管路内的工艺气体流量。

可选地，所述主路气体流量调节装置、支路气体流量调节装置为质量流量控制器。

可选地，所述进气装置还包括控制器，所述控制器分别与所述压力测量计和所述调压机构电连接，用于监测所述压力测量计的测量值，并根据所述测量值控制所述调压机构，以使所述主进气管路内的气体流量稳定在预设范围。

可选地，所述指定区域包括所述工艺腔室内的待处理工件的中部区域和/或两侧区域。

可选地，所述调压装置包括蝶阀。

为实现本实用新型的目的，另一方面提供一种半导体设备，包括工艺腔室和与所述工艺腔室气路连通的进气装置，所述进气装置为如第一方面所述的进气装置。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的进气装置，可以通过调压机构泄掉主进气管路一定的压力(或者减小泄掉的压力)，以调节主进气管路内的气体流量，控制主进气管路内的气体流量稳定在预设范围，以防止单独调节第一组支进气管路或第二组支进气管路时对彼此造成影响，从而可以实现单独调节工艺腔室内指定区域的工艺气体流量，提高了工艺稳定性，从而有利于工艺腔室内位于指定区域的基片的整体厚度均匀性的优化，可大大提高基片厚度均匀性和厚度可调的灵活性，提高了工艺结果和设备性能。

附图说明

图1为现有技术中两条分进气管路中不同气流比例对厚度均匀性的影响效果示意图；

图2为本申请实施例提供的进气装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的进气装置的另一结构示意图；

图4为本申请实施例提供的工艺腔室的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的进气连接件的主视结构示意图；

图6为图5中b-b处的剖视结构示意图；

图7为图6中c-c处的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也可包括复数形式。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面结合附图以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本实施例提供一种进气装置，应用于半导体设备的工艺腔室，可以向工艺腔室提供工艺气体。如图2所示，该进气装置包括主进气管路10、第一组支进气管路21、第二组支进气管路22及调压机构30，其中：主进气管路10的出气端分别与第一组支进气管路21、第二组支进气管路22的进气端相连接；第一组支进气管路21、第二组支进气管路22的出气端分别与工艺腔室连通，用于将工艺气体输送至工艺腔室内的指定区域；第一组支进气管路21和第二组支进气管路22上可以分别设置有支路气体流量调节装置40；调压机构30与主进气管路10相连接，用于控制主进气管路10内的气体流量稳定在预设范围。

如图2所示，在主进气管路10的末端分别连接第一组支进气管路21和第二组支进气管路22，将主进气管路10内的工艺气体通过第一组支进气管路21和第二组支进气管路22分别输送至工艺腔室内的指定区域，如工艺腔室内基片60(即待处理工件，为便于理解以下均采用基片60进行说明)的不同区域，其中，第一组支进气管路21可以将工艺气体输送至基片60中部的a区域，第二组支进气管路22可以将工艺气体输送至基片60两侧的b区域和c区域，并在第一组支进气管路21和第二组支进气管路22上分别设置支路气体流量调节装置40，分别用于调节第一组支进气管路21和第二组支进气管路22的气体流量。

需要说明的是，本实施例并不限定第一组支进气管路21、第二组支进气管路22和调压机构30在主进气管路10上的连接位置，二者的连接位置也可以互换，即将调压机构30设于主进气管路10的末端、将第一组支进气管路21和第二组支进气管路22设于主进气管路10的其它位置；本实施例也不限定支进气管路只包括第一组支进气管路21和第二组支进气管路22，还可以包括第三组支进气管路。

本实施例提供的进气装置，包括第一组支进气管路21和第二组支进气管路22，可以分别将工艺气体输送至工艺腔室的指定区域，如工艺腔室内基片60的中部和两侧区域，且在第一组支进气管路21和第二组支进气管路22上分别设置支路气体流量调节装置40，以便分别调节第一组支进气管路21和第二组支进气管路22的气体流量；为了实现对第一组支进气管路21和第二组支进气管路22的分别调节，还在主进气管路10上设置调压机构30，在主进气管路10的工艺气体流量比第一组支进气管路21和第二组支进气管路22内的总气体流量多时，若单独调节第一组支进气管路21或第二组支进气管路22，可以通过调压机构30泄掉主进气管路10一定的压力(或者减小泄掉的压力)，以调节主进气管路10内的气体流量，控制主进气管路10内的气体流量稳定在预设范围，防止单独调节第一组支进气管路21或第二组支进气管路22时对彼此造成影响，从而可以实现单独调节工艺腔室内指定区域的工艺气体流量，提高了工艺稳定性，从而有利于工艺腔室内位于指定区域的基片60的整体厚度均匀性的优化，可大大提高基片60的厚度均匀性和厚度可调的灵活性，提高了工艺结果和设备性能。

于一具体实施方式中，如图3所示，调压机构30可以包括压力测量计12、主路气体流量调节装置11、与主进气管路10连通的调压管路31及调压装置33；其中，压力测量计12用于表征通过主进气管路10上的气体的压力值；主路气体流量调节装置11设置在主进气管路10上，用于根据压力测量计12的测量结果，将主进气管路10的压力值调节至预设范围内；调压装置33设置在调压管路31上，用于根据主进气管路10的压力值调节调压管路31内的工艺气体流量。

在本实施例中，具体可以在主进气管路10的上游，即靠近其进气端的位置设置主路气体流量调节装置11，如此，工艺气体的总流量可以维持在预设范围内，即进行调节时，可以减少变化因子，可以进一步保证通入气体的整体稳定性。且调压机构30包括与主进气管路10连通的调压管路31，并在调压管路31上设有调压装置33，当调节第一组支进气管路21和第二组支进气管路22内的气体流量，致使主进气管路10内的压力增大时，主进气管路10内的工艺气体可以进入调压管路31，调压管路31上的调压装置33可以根据压力测量计12的测量的压力值，调节调压管路31内的工艺气体流量，以维持主进气管路10内的压力，从而保证了工艺气体的稳定性和均匀性。另外，由于管路内的压力可以影响质量流量控制器的精确度、灵敏度及反应时间，将主进气管路10的压力维持在预设范围内，保证了采用质量流量控制器作为支路气体流量调节装置40，进行气体流量调节的可行性，从而进一步保证了对工艺腔室内指定区域的气体流量进行单独调节的稳定性和精确性，可以进一步提高工艺腔室内的基片60的厚度均匀性和厚度可调的灵活性，提高了工艺结果和设备性能。

需要说明的是，本实施例并不以压力测量计12为限，即使未设置压力测量计12，通过调压机构30和第一组支进气管路21和第二组支进气管路22上的支路气体流量调节装置40，设置二者调节量相当，也可保证第一组支进气管路21和第二组支进气管路22的精确调节量和整体调节稳定性。

进一步地，该进气装置还可以包括与调压机构气路连通的工艺气体收集装置32；工艺气体收集装置32可以设置于调压管路的末端，如此，工艺气体收集装置32可以将进入调压管路31内的工艺气体进行收集，便于工艺气体的回收再利用，从而可以减少工艺气体的使用量，有效减少投入成本。

需要说明的是，本实施例并不以此为限，只要调压机构30能够调节主进气管路10的气体流量和压力即可，例如调压管路31也可以只包括一个泄压阀或者气体调节阀等。

更具体地，主路气体流量调节装置11可以一端连接主进气管路10的进气端，另一端分别连接压力测量计12的进气端和调压装置33的进气端。压力测量计12的出气端可以分别与第一组支进气管路21、第二组支进气管路22的进气端相连接。调压管路31的进气端可以设置在主进气管路10上，且位于压力测量计12和主路气体流量调节装置11之间。调压装置33可以设置在调压管路31上，且调压装置33的出气端可以连接工艺气体收集装置32的进气端。如此，实现各管路及器件的连接，便于管路布置和功能的实现。需要说明的是，本实施例并不以此为限，只要能将压力测量计12、主路气体流量调节装置11、调压管路31及调压装置33进行连接，并是实现上述各自的功能即可。

需要说明的是，本实施例并不以质量流量控制器为限，也可以设置流量计和调节阀以代替质量流量控制器，也可以不设置质量流量控制器，只要能保证第一组支进气管路21和第二组支进气管路22内的气体的单独调节，及气体稳定性和均匀性即可。

于一具体实施方式中，调压装置33可以包括调节阀，调节阀设于调压管路31上，通过控制调节阀的开启大小来调节调压管路31内的气体流量。其中，调节阀可以是蝶阀，即采用圆形蝶板作启闭件并随阀杆转动，来开启、关闭和调节流体通道开度的大小。蝶阀的蝶板可以安装在调压管路31的直径方向，在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转，旋转角度可以为0°～90°之间，旋转到0°时，阀门全闭状态，旋转到90°时，阀门全开状态，通过调节阀门的开度大小，可以调节主进气管路10中的压力，蝶阀开度越大，主进气管路10压力越低；蝶阀开度越小，主进气管路10压力越高。需要说明的是，本实施例并不限定调节阀为蝶阀，只要其能够通过开启大小来调节调压管路31内的气体流量，继而调节主进气管路10内的压力即可。

于一具体实施方式中，设于第一组支进气管路21和第二组支进气管路22上的支路气体流量调节装置40可以为质量流量控制器，由于质量流量控制器具有较高的流量调节精度，且可以定量调节第一组支进气管路21和第二组支进气管路22内的气体流量，从而使得对于工艺腔室内指定区域(如基片60周围)的气体调节更加精确和灵活，且使得第一组支进气管路21和第二组支进气管路22输送至指定区域(如基片60周围)的工艺气体更加稳定和均匀。需要说明的是，本实施例并不限定支路气体流量调节装置40只能是质量流量控制器，也可以采用流量计和气体调节阀代替，只要能实现对第一组支进气管路21和第二组支进气管路22的气体流量进行精确、定量调节即可。

于一具体实施方式中，如图3所示，该进气装置还可以包括控制器50，控制器50分别与压力测量计12和调压机构30电连接，能够监测压力测量计12的测量值，并能够根据测量值控制调压机构30，使主进气管路10内的气体流量稳定在预设范围内。

如图3所示，可以在压力测量计12和调压机构30之间设置控制器50，以便控制器50可以同时与二者电连接，则压力测量计12、调压机构30及控制器50之间形成闭环控制，控制器50可以在读取压力测量计12的测量值后，根据该测量值控制调压机构30，使调压机构30自动进行调节，以使压力测量计12的测量值趋于预设范围内，保证了第一组支进气管路21和第二组支进气管路22上的质量流量控制器所需要的稳定压力，从而实现了该进气装置的自动调节功能。需要说明的是，本实施例并不以此为限，例如该控制器50也可以集成于该进气装置或者工艺腔室的总控制系统。

于一具体实施方式中，如图3所示，第一组支进气管路21可以将工艺气体输送至工艺腔室内基片60的中部区域，和第二组支进气管路22可以具有两个出气口，分别将工艺气体输送至工艺腔室内基片60的两侧区域。由于基片60通常是圆形结构，两侧对称，所以基片60两侧的调节量通常是一致的，所以设置第一组支进气管路21将工艺气体输送至基片60的中部区域，第二组支进气管路22通过两个出气口便可将工艺气体同时输送至基片60的两侧，可以实现基片60两侧的同步调节，且减少了第一组支进气管路21和第二组支进气管路22的管路设置，简化了整体结构。需要说明的是，本实施例并不以此为限，例如也可以设置第三组支进气管路，分别通入图3中a区域、b区域及c区域。

基于上述进气装置相同的发明构思，本实施例还提供一种半导体设备，该半导体设备可以包括工艺腔室200和进气装置，该进气装置可以为上述任一实施方式中的进气装置。具体地，如图4所示，该工艺腔室200可以是单片式圆形腔室，即工艺腔室200内一次对一个基片60进行工艺处理，可以在工艺腔室200内设置旋转托盘201，用于支撑和旋转基片60(图中未示出)，以增强基片60表面的气体均匀性。

该半导体设备至少具有以下有益效果：

该半导体设备的进气装置，包括第一组支进气管路21和第二组支进气管路22，可以分别将工艺气体输送至基片60的中部和两侧区域，且在第一组支进气管路21和第二组支进气管路22上分别设置支路气体流量调节装置40，以便分别调节第一组支进气管路21和第二组支进气管路22的气体流量；为了实现第一组支进气管路21和第二组支进气管路22的分别调节，还在主进气管路10上设置调压机构30，在主进气管路10的工艺气体流量比第一组支进气管路21和第二组支进气管路22内的总气体流量多时，若单独调节第一组支进气管路21或第二组支进气管路22，可以通过调压机构30泄掉主进气管路10一定的压力(或者减小泄掉的压力)，以调节主进气管路10内的气体流量，控制主进气管路内的气体流量稳定在预设范围，防止单独调节第一组支进气管路21或第二组支进气管路22时对彼此造成影响，从而可以实现单独调节工艺腔室内指定区域的工艺气体流量，提高了工艺稳定性，从而有利于工艺腔室内位于指定区域的基片60的整体厚度均匀性的优化，可大大提高基片60厚度均匀性和厚度可调的灵活性，提高了工艺结果和设备性能。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。