半导体设备喷淋头及气体输送装置的制作方法

1.本发明涉及半导体设备技术领域，尤其是涉及一种半导体设备喷淋头及气体输送装置。


背景技术：

2.半导体设备进行沉积反应时，通常使用多孔结构的喷头来均匀特定区域有差异的供应薄膜沉积基底所需的气体、电场、温度等必要条件。
3.现有技术中，喷头包括喷淋头和下喷头，喷淋头上固定安装有挡板和进气装置，喷淋头上一般会通过接触面的传热来调节喷淋头的表面的温度。
4.但是，现有技术中在次常压化学气象沉积设备在进行工艺开发时，由于工艺的温度、压力、气体流量均不固定，喷淋头表面反应温度也不同，导致成膜后的膜厚及膜厚的均匀性有差异；另外，由于接触面的不同位置，也会造成喷淋头的部分区域温度差异较大，如果喷淋头部分区域表面温度不合适，有可能会使喷淋头表面的粘附力较差，在工艺过程中腔体颗粒掉落至晶圆表面，会导致产品直接报废。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种半导体设备喷淋头及气体输送装置，以缓解现有技术中存在的喷淋头表面反应温度不同，以及喷淋头各部分区域温度差异大，有可能会导致在工艺过程中腔体颗粒掉落至晶圆表面，造成产品报废的技术问题。
6.本发明提供的一种半导体设备喷淋头，包括：喷头主体和冷却机构；
7.所述喷头主体上开设有至少两组冷却通道，多组所述冷却通道沿着所述喷头主体的中心向外部依次间隔布置，所述冷却机构的数量与所述冷却通道的数量一一对应，所述冷却机构对应与所述冷却通道连通，多组所述冷却机构用于分别通过多组所述冷却通道对所述喷头主体形成多区域温度调节。
8.在本发明较佳的实施例中，所述喷头主体包括第一喷淋区域和第二喷淋区域；
9.所述第一喷淋区域与所述第二喷淋区域一体成型，所述第一喷淋区域环形包覆于所述第二喷淋区域的外部，所述第一喷淋区域上至少开设有一条所述冷却通道，所述第二喷淋区域至少开设有一条所述冷却通道。
10.在本发明较佳的实施例中，所述冷却通道包括第一冷却通道和第二冷却通道；
11.所述第一冷却通道沿着所述第一喷淋区域的环形布置，所述第二冷却通道沿着所述第二喷淋区域环形布置。
12.在本发明较佳的实施例中，所述冷却通道包括入口和出口；
13.所述冷却通道沿着所述喷头主体的圆周方向呈弧状环形布置，所述入口和所述出口分别与所述冷却通道的两端连通，所述冷却机构分别与所述入口和所述出口连通，所述冷却机构通过所述入口向所述冷却通道内部输送冷却液，且经所述冷却通道换热后的冷却液通过所述出口输送回所述冷却机构内。
14.在本发明较佳的实施例中，所述冷却机构包括输入管、输出管和冷却器；
15.所述冷却器通过所述输入管与所述入口密封连接，所述冷却器通过所述输出管与所述出口密封连接。
16.在本发明较佳的实施例中，所述冷却机构还包括第一控制阀和第二控制阀；
17.所述第一控制阀安装于所述输入管上，所述第一控制阀用于控制所述冷却器向所述冷却通道输送冷却液的流量范围；
18.所述第二控制阀安装于所述输出管上，所述第二控制阀用于控制所述冷却通道向所述冷却器输回冷却液的流量范围。
19.在本发明较佳的实施例中，所述冷却机构还包括循环管路和第三控制阀；
20.所述循环管路的两端分别与所述输入管和所述输出管连接，且所述循环管路与所述输入管的连接端位于所述冷却器与所述第一控制阀之间，所述循环管路与所述输出管的连接端位于所述出口与所述第二控制阀之间；
21.所述第三控制阀安装于所述循环管路中，所述第三控制阀用于控制所述循环管路的连通或关闭，以调节所述冷却器输送的冷却液经所述循环管路循环回流至所述冷却器内部。
22.在本发明较佳的实施例中，所述喷头主体包括喷淋上板和密封板；
23.沿着所述喷淋上板的圆周方向间隔开设有多个冷却槽，所述密封板的数量与所述冷却槽的一一对应布置，每个所述密封板对应与相应的一个所述冷却槽密封连接。
24.在本发明较佳的实施例中，所述喷淋上板上贯穿设置有多个输气孔。
25.本发明提供的一种气体输送装置，包括所述的半导体设备喷淋头。
26.本发明提供的半导体设备喷淋头，包括：喷头主体和冷却机构；喷头主体上开设有至少两组冷却通道，多组冷却通道沿着喷头主体的中心向外部依次间隔布置，冷却机构的数量与冷却通道的数量一一对应，冷却机构对应与冷却通道连通；通过多组冷却机构分别对多组冷却通道输送冷却液，即能够对喷头主体形成多区域的温度调节，利用对喷头主体的各个区域部分进行温度调节，实现了提高膜厚均匀性以及改善腔体颗粒度，缓解了现有技术中存在的喷淋头表面反应温度不同，以及喷淋头各部分区域温度差异大，有可能会导致在工艺过程中腔体颗粒掉落至晶圆表面，造成产品报废的技术问题。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例提供的半导体设备喷淋头的整体结构示意图；
29.图2为本发明实施例提供的半导体设备喷淋头的喷头主体的剖面结构示意图；
30.图3为本发明实施例提供的半导体设备喷淋头的冷却机构的管路结构示意图。
31.图标：100-喷头主体；101-喷淋上板；102-密封板；200-冷却机构；201-冷却器；202-输入管；203-输出管；204-第一控制阀；205-第二控制阀；206-循环管路；207-第三控制阀；300-冷却通道；301-第一冷却通道；302-第二冷却通道；400-输气孔。
具体实施方式
32.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
33.如图1-图3所示，本实施例提供的一种半导体设备喷淋头，包括：喷头主体100和冷却机构200；喷头主体100上开设有至少两组冷却通道300，多组冷却通道300沿着喷头主体100的中心向外部依次间隔布置，冷却机构200的数量与冷却通道300的数量一一对应，冷却机构200对应与冷却通道300连通，多组冷却机构200用于分别通过多组冷却通道300对喷头主体100形成多区域温度调节。
34.需要说明的是，本实施例提供的半导体设备喷淋头能够实现对喷头主体100的冷却调温，具体地，喷头主体100作为流体喷头结构的基础，喷头主体100可以与挡板以及进料块连接，并且喷头主体100能够接触面对输送的流体进行传热，为了保证喷头主体100的整体表面的温度调节，通过在喷头主体100环形开设有多组冷却通道300，冷却通道300能够以喷头主体100的中心依次向外间隔布置，当多个冷却机构200分别向对应的冷却通道300输送冷却液时，通过表面传热的方式能够对喷头主体100的整体温度进行调节，即当喷头主体100接收输送流体过程中，能够完保证喷头主体100的每个位置的温度范围处于一致，进而提高喷头主体100输送流体的工艺更加稳定，针对半导体成膜设备而言，通过保证工艺气体的温度一致，提高成膜后的膜厚均匀性一致性，提高半导体产品的成品率。
35.本实施例提供的半导体设备喷淋头，包括：喷头主体100和冷却机构200；喷头主体100上开设有至少两组冷却通道300，多组冷却通道300沿着喷头主体100的中心向外部依次间隔布置，冷却机构200的数量与冷却通道300的数量一一对应，冷却机构200对应与冷却通道300连通；通过多组冷却机构200分别对多组冷却通道300输送冷却液，即能够对喷头主体100形成多区域的温度调节，利用对喷头主体100的各个区域部分进行温度调节，实现了提高膜厚均匀性以及改善腔体颗粒度，缓解了现有技术中存在的喷淋头表面反应温度不同，以及喷淋头各部分区域温度差异大，有可能会导致在工艺过程中腔体颗粒掉落至晶圆表面，造成产品报废的技术问题。
36.在上述实施例的基础上，进一步地，在本发明较佳的实施例中，喷头主体100包括第一喷淋区域和第二喷淋区域；第一喷淋区域与第二喷淋区域一体成型，第一喷淋区域环形包覆于第二喷淋区域的外部，第一喷淋区域上至少开设有一条冷却通道300，第二喷淋区域至少开设有一条冷却通道300。
37.本实施例中，利用将喷头主体100区分为第一喷淋区域和第二喷淋区域，第一喷淋区域位于第二喷淋区域的外部环形布置，且第一喷淋区域与第二喷淋区域之间形成凹槽，第二喷淋区域可以与进料块以及输送管路连接，利用第二喷淋区域可以进入气体，气体沿着喷头主体100的内部扩散，最后通过第一喷淋区域和第二喷淋区域分别对不同的气体进行换热冷却，实现了对不同气体的输送和温度调节。
38.在本发明较佳的实施例中，冷却通道300包括第一冷却通道301和第二冷却通道302；第一冷却通道301沿着第一喷淋区域的环形布置，第二冷却通道302沿着第二喷淋区域环形布置。
39.本实施例中，由于喷头主体100分别具有内外划分的第一喷淋区域和第二喷淋区域，通过在第一喷淋区域内开设有第一冷却通道301，在第二喷淋区域内开设有第二冷却通道302，即沿着喷头主体100的中心向外依次布置有第二冷却通道302和第二冷却通道302，利用第二冷却通道302对第二喷淋区域进行冷却液输送的过程中，调节喷头主体100沿着第二喷淋区域能够对喷头主体100的该部分区域进行温度调节，同样地，利用第一冷却通道301对第一喷淋区域进行冷却液输送的过程中，调节喷头主体100沿着第一喷淋区域能够对喷头主体100的该部分区域进行温度调节，实现了对喷头主体100的整体的分区温度调节，进而作为提高膜厚均匀性及改善腔体颗粒情况的一种调节手段。
40.在本发明较佳的实施例中，冷却通道300包括入口和出口；冷却通道300沿着喷头主体100的圆周方向呈弧状环形布置，入口和出口分别与冷却通道300的两端连通，冷却机构200分别与入口和出口连通，冷却机构200通过入口向冷却通道300内部输送冷却液，且经冷却通道300换热后的冷却液通过出口输送回冷却机构200内。
41.本实施例中，冷却通道300能够沿着喷头主体100内部进行环形布置，为了保证冷却液在沿着冷却通道300输送完成后回流至冷却机构200处，通过将冷却通道300开设成弧形结构，即冷却通道300的环形结构之间具有间隔段，当冷却机构200通过入口向冷却通道300输送冷却液后，冷却液能够沿着冷却通道300与喷头主体100实现换热，即当喷头主体100对流体进行喷淋时，保证对各个位置的流体均实现换热调节，最后换热完成后的冷却液经出口回流至冷却机构200处，通过弧形布置的冷却通道300在保证散热面积最大扩散的基础上，能够保证冷却液的单向输送和回流，实现了对冷却液的循环使用。
42.在本发明较佳的实施例中，冷却机构200包括输入管202、输出管203和冷却器201；冷却器201通过输入管202与入口密封连接，冷却器201通过输出管203与出口密封连接。
43.本实施例中，冷却器201作为冷却液的输送和回流结构，冷却器201能够对冷却液进行温度调节，从而可以将预设好温度的冷却液经输入管202输送至冷却通道300中，当冷却液完成换热后通过输出管203回流至冷却器201进行温度调节后，可以再次输送至冷却通道300中，完成了冷却液的循环流动，保证了喷头主体100的持续温度调节。
44.在本发明较佳的实施例中，冷却机构200还包括第一控制阀204和第二控制阀205；第一控制阀204安装于输入管202上，第一控制阀204用于控制冷却器201向冷却通道300输送冷却液的流量范围；第二控制阀205安装于输出管203上，第二控制阀205用于控制冷却通道300向冷却器201输回冷却液的流量范围。
45.可选地，第一控制阀204和第二控制阀205可以为多种，例如：流量阀或者截止阀，优选地，第一控制阀204和第二控制阀205均可以采用流量阀，即通过第一控制阀204能够控制输入管202的流量输出，同样也可以通过第二控制阀205控制输出管203的流量输出，通过控制不同的流量也可以针对喷头主体100需要的不同温度范围进行调节。
46.在本发明较佳的实施例中，冷却机构200还包括循环管路206和第三控制阀207；循环管路206的两端分别与输入管202和输出管203连接，且循环管路206与输入管202的连接端位于冷却器201与第一控制阀204之间，循环管路206与输出管203的连接端位于出口与第二控制阀205之间；第三控制阀207安装于循环管路206中，第三控制阀207用于控制循环管路206的连通或关闭，以调节冷却器201输送的冷却液经循环管路206循环回流至冷却器201内部。
47.本实施例中，循环管路206作为输入管202和输出管203的并联管路，并且在循环管路206上安装有第三控制阀207，第三控制阀207同样可以采用流量阀或者截止阀，通过第三控制阀207能够调节循环管路206的冷却液的流量输送；具体地，冷却器201可以一直处于开启状态，当喷头主体100需要持续冷却液输送调温时，此时第三控制阀207处于关闭状态，第一控制阀204和第二控制阀205处于开启状态，即冷却器201内的冷却液完全输送至喷头主体100内部进行换热；当喷头主体100不需要冷却液调温时，此时关闭第一控制阀204，开启第二控制阀205和第三控制阀207，即冷却器201内的冷却液依次通过循环管路206和输出管203形成循环连通，保证了冷却液不会进入到喷头主体100内部；当喷头主体100内需要部分冷却液时，此时可以根据不同比例分别开启第一控制阀204和第二控制阀205，即冷却器201内冷却液分别按照不同的输送比例向喷头主体100和循环管路206输送冷却液，最后汇流至输出管203后回流至冷却器201内部。
48.在本发明较佳的实施例中，喷头主体100包括喷淋上板101和密封板102；沿着喷淋上板101的圆周方向间隔开设有多个冷却槽，密封板102的数量与冷却槽的一一对应布置，每个密封板102对应与相应的一个冷却槽密封连接。
49.本实施例中，喷淋上板101作为喷头主体100的基础结构，通过在喷淋上板101上开设有冷却槽，利用密封板102与冷却槽密封连接，完成了对冷却通道300的密封输送；可选地，密封板102可以采用t型密封盖，保证了冷却通道300的密封性。
50.在本发明较佳的实施例中，喷淋上板101上贯穿设置有多个输气孔400；多个输气孔400沿着喷头板的表面均匀布置，通过利用冷却液对喷淋上板101的每个位置的温度进行调节，使得多个输气孔400喷淋过程中的流体的温度位于统一调节范围内，保证了工艺温度的一致性，避免了喷淋上板101的部分区域表面温度不合适，可能使喷淋上板101表面的粘附力较差，在工艺过程中腔体颗粒掉落至晶圆表面，导致产品报废的可能性。
51.本实施例提供的一种气体输送装置，包括的半导体设备喷淋头；由于本实施例提供的气体输送装置的技术效果与上述实施例提供的半导体设备喷淋头的技术效果相同，此处对此不再赘述。
52.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。