气体混合装置及半导体加工设备的制作方法

本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种气体混合装置及半导体加工设备。

背景技术：

化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)是半导体工业中应用最为广泛一种沉积技术，通常是在反应腔室中通入两种或者两种以上的工艺气体，辅以温度和压力等工艺条件的控制，实现多种工艺气体之间的化学反应，从而在晶片上沉积需要的薄膜。

在化学气相沉积工艺装备中，多种工艺气体需要在进入反应腔室前进行预混合，但是，由于一般使用的管路内径小，工艺气体在管路中混合很难达到理想的混合效果，从而导致工艺结果不稳定

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种气体混合装置及半导体加工设备，能够提高多种工艺气体在进入反应腔室前的预混合效果，从而提高半导体加工工艺的工艺效果。

为实现本发明的目的而提供一种气体混合装置，包括引流组件、混合腔和出气组件，其中，

所述引流组件与用于提供多种工艺气体的多个工艺气体管路连接，用于将每种所述工艺气体均分流为多股气流；且所述引流组件还与所述混合腔连通，用于将分流形成的多种所述工艺气体的每股气流均输送至所述混合腔中；

所述出气组件分别与所述混合腔和反应腔室的进气组件连接，用于将多种所述工艺气体在所述混合腔中混合后的气体输送至所述反应腔室中。

优选的，所述引流组件包括第一引流件和第二引流件，其中，所述第一引流件设置有第一引流口，所述第一引流口与多个所述工艺气体管路中的一个所述工艺气体管路连接；

所述第二引流件与所述第一引流件连接，并设置有多条第一分流气道、多条第二分流气道和至少一个第二引流口，所述第二引流口的数量与多个所述工艺气体管路除与所述第一引流口连接的所述工艺气体管路的数量相同，并一一对应连接；

每条所述第一分流气道均与所述混合腔和所述第一引流口连接，用于将自所述第一引流口进入的工艺气体进行分流，每条所述第二分流气道均与所述混合腔和所有的所述第二引流口连接，用于将自所述第二引流口进入的工艺气体进行分流。

优选的，当所述工艺气体管路具有三条或三条以上时，所述第二引流件设置有多个第二引流口，且多个所述第二引流口沿所述第二引流件的周向间隔设置。

优选的，当所述工艺气体管路具有三条或三条以上时，所述第二引流件包括多个子引流件，多个子引流件在所述第一引流件至所述反应腔室的方向上依次设置；

每个所述子引流件均设置有一个所述第二引流口，且每个所述子引流件均设置有多条第一子分流气道和多条第二子分流气道，其中，多个所述子引流件中，靠近所述第一引流件的所述子引流件中的每条所述第一子分流气道均与所述第一引流口连接，靠近所述混合腔的所述子引流件中的每条所述第一子分流气道均与所述混合腔连接，相邻的所述子引流件的多条所述第一子分流气道一一对应的相互连通，多个所述子引流件的多条所述第一子分流气道形成多条所述第一分流气道；

多个所述子引流件中，靠近所述混合腔的所述子引流件中的每条所述第二子分流气道均与所述混合腔连接，每个所述子引流件的多条所述第二子分流气道与其所述第二引流口连接，相邻的所述子引流件的多条所述第二子分流气道一一对应的相互连通，多个所述子引流件的多条所述第二子分流气道形成多条所述第二分流气道。

优选的，所述混合腔中设置有第一汇流气道，所述第一汇流气道与多条所述第一分流气道和多条所述第二分流气道连通，且在所述第一汇流气道的轴线方向上，所述第二分流气道与所述第一汇流气道的连通处位于所述第一分流气道与所述第一汇流气道的连通处的下游，且所述第二分流气道的轴线与所述第一汇流气道的轴线之间具有汇流夹角；

或者，在所述第一汇流气道的轴线方向上，所述第一分流气道与所述第一汇流气道的连通处位于所述第二分流气道与所述第一汇流气道的连通处的下游，且所述第一分流气道的轴线与所述第一汇流气道的轴线之间具有汇流夹角。

优选的，所述汇流夹角的角度包括90°。

优选的，多条所述第一分流气道沿所述第二引流件的周向间隔设置，所述第一引流件中还设置有缓冲气道，所述缓冲气道设置在所述第一引流口与多条所述第一分流气道之间，并与所述第一引流口和多个所述第一分流气道连通，所述缓冲气道的轴线沿所述第一引流口径向方向延伸。

优选的，所述混合腔中设置有分流板，所述分流板的轴线与所述混合腔的径向截面相互垂直，所述分流板上间隔分布有多个贯穿其厚度的分流孔，多个所述分流孔与所述第一汇流气道连通，用于供进入所述混合腔中的多种所述工艺气体通过。

优选的，多个所述分流孔包括中心分流孔和多个边缘分流孔，其中，所述中心分流孔的轴线与所述分流板的轴线重合，多个所述边缘分流孔间隔分布在所述中心分流孔的周围，且所述中心分流孔的孔径大于任意一个所述边缘分流孔的孔径。

优选的，所述第二引流件包括朝向所述分流板的导向表面，所述导向表面与所述分流板之间具有第二汇流气道，所述第二汇流气道与所述第一汇流气道和多个所述分流孔连通，且所述分流板自边缘向中心逐渐远离所述第一汇流气道，所述导向表面自边缘向中心逐渐远离所述第一汇流气道。

优选的，所述气体混合装置还包括加热件，所述加热件套设在所述引流组件、所述混合腔和所述出气组件的周围，用于对流经所述引流组件、所述混合腔和所述出气组件的多种所述工艺气体进行加热。

为实现本发明的目的，本发明还提供一种半导体加工设备，包括气体混合装置、反应腔室和用于提供多种工艺气体的多个工艺气体管路，其中，所述气体混合装置采用如本发明提供的气体混合装置，所述气体混合装置与所述反应腔室和多个所述工艺气体管路连接，用于对多种所述工艺气体进行预混合。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的气体混合装置，借助引流组件将自多个工艺气体管路输送来的每种工艺气体均分流为多股气流，再将分流形成的多种工艺气体的每股气流均输送至混合腔中，使多种工艺气体的每股气流均在混合腔中汇流，以使多种工艺气体能够在混合腔中充分混合，充分混合后的多种工艺气体，通过与混合腔和反应腔室的进气组件连接的出气组件被输送进入反应腔室中，从而提高多种工艺气体在进入反应腔室前的预混合效果，进而提高半导体加工工艺的工艺效果。

本发明提供的半导体加工设备，借助本发明提供的气体混合装置，使多种工艺气体在进入反应腔室前充分混合，从而提高多种工艺气体在进入反应腔室前的预混合效果，进而提高半导体加工工艺的工艺效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的半导体加工设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的气体混合装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的气体混合装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的气体混合装置中第二引流件的侧视图的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的气体混合装置中分流板的结构示意图；

附图标记说明：

1-气体混合装置；11-混合腔；101-第一汇流气道；102-第二汇流气道；12-出气组件；13-第一引流件；131-第一引流口；132-缓冲气道；14-第二引流件；141-第二引流口；142-第一分流气道；143-第二分流气道；144-导向表面；15-分流板；151-中心分流孔；152-边缘分流孔；16-加热件；2-工艺气体管路；21-质量流量控制器；22-上游气动阀；23-下游气动阀；3-反应腔室。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的气体混合装置及半导体加工设备进行详细描述。

如图1-图5所示(图1和图3中箭头表示工艺气体的流动方向)，本实施例提供一种气体混合装置1，包括引流组件、混合腔11和出气组件12，其中，引流组件与用于提供多种工艺气体的多个工艺气体管路2连接，用于将每种工艺气体均分流为多股气流；且引流组件还与混合腔11连通，用于将分流形成的多种工艺气体的每股气流均输送至混合腔11中；出气组件12分别与混合腔11和反应腔室3的进气组件连接，用于将多种工艺气体在混合腔11中混合后的气体输送至反应腔室3中。

本实施例提供的气体混合装置1，借助引流组件将自多个工艺气体管路2输送来的每种工艺气体均分流为多股气流，再将分流形成的多种工艺气体的每股气流均输送至混合腔11中，使多种工艺气体的每股气流均在混合腔11中汇流，以使多种工艺气体能够在混合腔11中充分混合，充分混合后的多种工艺气体，通过与混合腔11和反应腔室3的进气组件连接的出气组件12被输送进入反应腔室3中，从而提高多种工艺气体在进入反应腔室3前的预混合效果，进而提高半导体加工工艺的工艺效果。

具体的，工艺气体管路2用于输送一种工艺气体，多个工艺气体管路2中的每个工艺气体管路2可以输送不同种工艺气体，也可以部分输送同种工艺气体，每个工艺气体管路2输送的工艺气体均单独进入引流组件，进入引流组件的每种工艺气体的整股气流均被引流组件分流为多股气流，随后，每种工艺气体分流形成的多股气流均被引流组件输送至混合腔11中，使每种工艺气体分流形成的每一股气流均在混合腔11内汇流，与现有技术的直接将不同种工艺气体的整股气流直接在管路中混合相比，能够使多种工艺气体的混合更加充分，从而提高多种工艺气体在进入反应腔室3前的预混合效果，进而提高半导体加工工艺的工艺效果。

在本实施例中，出气组件12包括设置在混合腔11上的出气口，出气口可以通过管路与反应腔室3连通，混合腔11中预混合后的工艺气体可以通过出气口进入反应腔室3中。

可选的，引流组件包括第一引流件13和第二引流件14，其中，第一引流件13中设置有第一引流口131，第一引流口131与多个工艺气体管路2中的一个工艺气体管路2连接；第二引流件14与第一引流件13连接，并设置有多条第一分流气道142、多条第二分流气道143和至少一个第二引流口141，第二引流口141的数量与多个工艺气体管路2除与第一引流口131连接的工艺气体管路2的数量相同，并一一对应连接；每条第一分流气道142均与混合腔11和第一引流口131连接，用于将自第一引流口131进入的工艺气体进行分流，每条第二分流气道143均与混合腔11和所有的第二引流口141连接，用于将自第二引流口141进入的工艺气体进行分流。

在本实施例中，工艺气体管路2具有两条，每条工艺气体管路2提供一种工艺气体，两条工艺气体管路2提供不同种的工艺气体，引流组件包括第一引流件13和第二引流件14，第一引流件13中设置有一个第一引流口131，第一引流口131与两条工艺气体管路2中的一条工艺气体管路2连接，该条工艺气体管路2输送的工艺气体经过第一引流口131进入第一引流件13中，第二引流件14中设置有一个第二引流口141，第二引流口141与两条工艺气体管路2中的另一条工艺气体管路2连接，该条工艺气体管路2输送的工艺气体经过第二引流口141进入第二引流件14中，从而实现引流组件与两条工艺气体管路2均连接，且使每个工艺气体管路2输送的工艺气体均单独进入引流组件。

在实际应用中，工艺气体管路2的数量和第二引流口141的数量并不以此为限，第二引流口141的数量可以根据工艺气体管路2的数量进行设定，当工艺气体管路2具有多条时，第二引流口141的数量与多条工艺气体管路2中除与第一引流口131连接的工艺气体管路2的数量相同，以使多条工艺气体管路2中除与第一引流口131连接的工艺气体管路2能够一一对应的与第二引流口141连接，以使引流组件与多条工艺气体管路2均连接，且使每个工艺气体管路2输送的工艺气体均单独进入引流组件。

在本实施例中，当工艺气体管路2具有三条或三条以上时，第二引流件14设置有多个第二引流口141，多个第二引流口141沿第二引流件14的周向间隔设置，多条工艺气体管路2中除与第一引流口131连接的工艺气体管路2以外的每条工艺气体管路2，均与一个第二引流口141连接，每个第二引流口141均与第二分流气道143连通。

如图2-图4所示(图3中箭头表示工艺气体在气体混合装置1中的流动方向)，第二引流件14与第一引流件13连接，且每条第一分流气道142均与第一引流口131连通，自第一引流口131流入第一引流件13中的工艺气体会经过多条第一分流气道142流入混合腔11中，从而通过多条第一分流气道142将进入第一引流件13的工艺气体分流为多股气流。每条第二分流气道143均与第二引流口141连通，自第二引流口141流入第二引流件14中的工艺气体会经过多条第二分流气道143流入混合腔11中，从而通过多条第二分流气道143将进入第二引流件14的工艺气体进行分流为多股气流，从而实现引流组件将每种工艺气体均分流为多股气流。每条第一分流气道142和每条第二分流气道143还均与混合腔11连通，以使每条第一分流气道142中的工艺气体和每条第二分流气道143中的工艺气体能够分别通过第一分流气道142和第二分流气道143输送至混合腔11中，从而实现每种工艺气体的每股气流均能够在混合腔11中汇流。

在本实施例中，当工艺气体管路2具有三条或三条以上时，多个第二引流口141的设置方式并不限于上述方式，还可以是当工艺气体管路具有三条或三条以上时，第二引流件14包括多个子引流件，多个子引流件在第一引流件13至反应腔室3的方向上依次设置；每个子引流件均设置有一个第二引流口141，且每个子引流件均设置有多条第一子分流气道和多条第二子分流气道，其中，多个子引流件中，靠近第一引流件13的子引流件中的每条第一子分流气道均与第一引流口131连接，靠近混合腔11的子引流件中的每条第一子分流气道均与混合腔11连接，相邻的子引流件的多条第一子分流气道一一对应的相互连通，多个子引流件的多条第一子分流气道形成多条第一分流气道142；多个子引流件中，靠近混合腔11的子引流件中的每条第二子分流气道均与混合腔11连接，每个子引流件的多条第二子分流气道与其第二引流口141连接，相邻的子引流件的多条第二子分流气道一一对应的相互连通，多个子引流件的多条第二子分流气道形成多条第二分流气道143。

具体的，每个子引流件上设置一个第二引流口141，通过设置多个子引流件，以使第二引流口141的数量与多条工艺气体管路2中除与第一引流口131连接的工艺气体管路2的数量相同，多条工艺气体管路2中除与第一引流口131连接的工艺气体管路2以外的每条工艺气体管路2，分别与一个子引流件上的第二引流口141连接。多个子引流件中，靠近第一引流件13的子引流件中的每条第一子分流气道均与第一引流口131连接，以使第一引流件13中的气体能够进入第二引流件14中。靠近混合腔11的子引流件中的每条第一子分流气道均与混合腔11连接，相邻的子引流件的多条第一子分流气道一一对应的相互连通，以使自第一引流件13进入第二引流件14的气体在经过多个子引流件后，能够进入混合腔11中。多个子引流件中，靠近混合腔11的子引流件中的每条第二子分流气道均与混合腔11连接，每个子引流件的多条第二子分流气道与其第二引流口141连接，相邻的子引流件的多条第二子分流气道一一对应的相互连通，即，自每个子引流件的第二引流口141进入的气体，首先进入每个子引流件的每条第二子分流气道中，再经过所有的子引流件的第二子分流气道后，从多个子引流件中靠近混合腔11的子引流件中的第二子分流气道进入混合腔11。

在本实施例中，混合腔11中设置有第一汇流气道101，第一汇流气道101与多条第一分流气道142和多条第二分流气道143连通，且在第一汇流气道101的轴线方向上，第二分流气道143与第一汇流气道101的连通处位于第一分流气道142与第一汇流气道101的连通处的下游，且第二分流气道143的轴线与第一汇流气道101的轴线之间具有汇流夹角。

具体的，每条第一分流气道142中的工艺气体在经过第一分流气道142后进入第一汇流气道101中，每条第二分流气道143中的工艺气体在经过第二分流气道143后也进入第一汇流气道101中，被分流的工艺气体在第一汇流气道101中首次汇流，且在第一汇流气道101的轴线方向上，第二分流气道143与第一汇流气道101的连通处位于第一分流气道142与第一汇流气道101的连通处的下游，即，自第一分流气道142流入第一汇流气道101中的工艺气体在第一汇流气道101中流动的过程中，会经过第二分流气道143与第一汇流气道101的连通处，且第二分流气道143的轴线与第一汇流气道101的轴线之间具有汇流夹角，以使在第一汇流气道101中流动的工艺气体在经过第二分流气道143与第一汇流气道101的连通处时，与自第二分流气道143流入第一汇流气道101中的工艺气体之间具有汇流夹角，以使两种工艺气体在第二分流气道143与第一汇流气道101的连通处成角度的汇流，而不是平行的汇流，以使第二分流气道143中的工艺气体在流入第一汇流气道101时，能够对在第一汇流气道101中流动的工艺气体造成扰动，从而进一步使多工工艺气体的混合更加充分，进一步提高多种工艺气体的预混合效果，进而进一步提高半导体加工工艺的工艺效果。

在本实施例中，汇流夹角的角度包括90°，即，第二分流气道143的轴线与第一汇流气道101的轴线垂直设置，这样可以提高第二分流气道143中的工艺气体在流入第一汇流气道101时，对第一汇流气道101中流动的工艺气体的扰动效果，甚至可以打断第一汇流气道101中的工艺气体的流动，从而进一步使多工工艺气体的混合更加充分，进一步提高多种工艺气体的预混合效果，进而进一步提高半导体加工工艺的工艺效果。

但是，第一分流气道142与第二分流气道143在第一汇流气道101的轴线方向上的位置关系并不局限于此。在实际应用中，还可以是在第一汇流气道101的轴线方向上，第一分流气道142与第一汇流气道101的连通处位于第二分流气道143与第一汇流气道101的连通处的下游，且第一分流气道142的轴线与第一汇流气道101的轴线之间具有汇流夹角。

在本实施例中，第一汇流气道101是由混合腔11的内周壁与第二引流件14位于混合腔11中的部分的外周壁之间的间隙形成的，第一汇流气道101是环绕在第二引流件14位于混合腔11中的部分的外周壁的周围。但是，第一汇流气道101的形式并不局限于此，也可以是在混合腔11中独立设置。

在本实施例中，多条第一分流气道142沿第二引流件14的周向间隔设置(如图4所示)，第一引流件13中还设置有缓冲气道132，缓冲气道132设置在第一引流口131与多条第一分流气道142之间，并与第一引流口131和多个第一分流气道142连通，缓冲气道132的轴线沿第一引流口131径向方向延伸。

具体的，经过第一引流口131的工艺气体，会进入至缓冲气道132中，由于缓冲气道132的轴线沿第一引流口131径向方向延伸，工艺气体可以在缓冲气道132中扩散，从而避免工艺气体在第一引流口131处的堆积，避免工艺气体的堵塞，从而提高多种工艺气体的预混合效果。缓冲气道132与沿第二引流件14的周向间隔设置的多条第一分流气道142连通，以使缓冲气道132中的工艺气体能够进入多条第一分流气道142中，以被多条第一分流气道142分流为多股气流。

在本实施例中，混合腔11中设置有分流板15，分流板15的轴线与混合腔11的径向截面相互垂直，分流板15上间隔分布有多个贯穿其厚度的分流孔，多个分流孔与第一汇流气道101连通，用于供进入混合腔11中的多种工艺气体通过。

具体的，分流板15的轴线与混合腔11的径向截面相互垂直，以使多种工艺气体在第一汇流气道101中汇流后，会全部经过混合腔11中的分流板15中的多个分流孔，使在第一汇流气道101中汇流的多种工艺气体再次被多个分流孔分流成多股气流，多种工艺气体在经过多个分流孔后，再次在混合腔11中汇流，从而进一步使多工工艺气体的混合更加充分，进一步提高多种工艺气体的预混合效果，进而进一步提高半导体加工工艺的工艺效果。

如图5所示，在本实施例中，多个分流孔包括中心分流孔151和多个边缘分流孔152，其中，中心分流孔151的轴线与分流板15的轴线重合，多个边缘分流孔152间隔分布在中心分流孔151的周围，且中心分流孔151的孔径大于任意一个边缘分流孔152的孔径。

由于中心分流孔151的孔径大于任意一个边缘分流孔152的孔径，因此，中心分流孔151允许通过的气体流量大于任意一个边缘分流孔152允许通过的气体流量，这样吸引位于第一汇流气道101中的混合后的多种工艺气体朝向分流板15的轴线位置流动，以使多种工艺气体能够均匀的从中心分流孔151和多个边缘分流孔152中流过，从而提高分流板15的使用效率，提高对工艺气体的分流效率。

在本实施例中，如图2所示，第二引流件14包括朝向分流板15的导向表面144，导向表面144与分流板15之间具有第二汇流气道102，第二汇流气道102与第一汇流气道101和多个分流孔连通，且分流板15自边缘向中心逐渐远离第一汇流气道101，导向表面144自边缘向中心逐渐远离第一汇流气道101。

具体的，第二引流件14朝向分流板15的表面为导向表面144，第二汇流气道102形成于导向表面144与分流板15之间，第一汇流气道101中的工艺气体在第二汇流气道102中再次汇流，并经过第二汇流气道102流至分流板15，通过将分流板15设计为自边缘向中心逐渐远离第一汇流气道101，导向表面144自边缘向中心逐渐远离第一汇流气道101，可以使工艺气体在自第一汇流气道101流动至第二汇流气道102时，朝分流板15的中心方向流动，以使工艺气体能够均匀的从分流板15中的多个分流孔中流过，从而提高分流板15的使用效率，提高对工艺气体的分流效率。

在本实施例中，气体混合装置1还包括加热件16，加热件16套设在引流组件、混合腔11和出气组件12的周围，用于对流经引流组件、混合腔11和出气组件12的多种工艺气体进行加热。通过加热件16对流经引流组件、混合腔11和出气组件12中的多种工艺气体进行加热，以避免多种工艺气体中的某一种工艺气体冷凝形成液体，从而提高多种工艺气体预混合的稳定性，加热件16的加热温度可以根据多种工艺气体的饱和蒸汽压而定。

本实施例还提供一种半导体加工设备，包括气体混合装置1、反应腔室3和用于提供多种工艺气体的多个工艺气体管路2，其中，气体混合装置1采用如本实施例提供的气体混合装置1，气体混合装置1与反应腔室3和多个工艺气体管路2连接，用于对多种工艺气体进行预混合。

具体的，多个工艺气体管路2与气体混合装置1连接，多种工艺气体经过多个工艺气体管路2通入至气体混合装置1中，并在气体混合装置1中混合后再进入反应腔室3内。本实施例提供的半导体加工设备，借助本发明提供的气体混合装置1，使多种工艺气体在进入反应腔室3前充分混合，从而提高多种工艺气体在进入反应腔室3前的预混合效果，进而提高半导体加工工艺的工艺效果。

在本实施例中，在每个工艺气体管路2上均设置有质量流量控制器21(massflowcontroller，mfc)、上游气动阀22和下游气动阀23，上游气动阀22在工艺气体管路2上位于质量流量控制器21的上游，下游气动阀23在工艺气体管路2上位于质量流量控制器21的下游，质量流量控制器21用于对流经其所在的工艺气体管路2的工艺气体的质量流量进行精密测量和控制。

综上所述，本实施例提供的气体混合装置1及半导体加工设备，能够提高多种工艺气体在进入反应腔室3前的预混合效果，从而提高半导体加工工艺的工艺效果。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明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发明的保护范围。