進(jìn)氣裝置以及半導(dǎo)體加工設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種進(jìn)氣裝置以及半導(dǎo)體加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)氣相沉積外延生長(zhǎng)的基本原理是將反應(yīng)氣體輸送到反應(yīng)腔室內(nèi)，并通過加熱等方式使反應(yīng)氣體在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，獲得的生長(zhǎng)原子淀積在襯底表面上，并生長(zhǎng)形成單晶層薄膜。在進(jìn)行化學(xué)氣相沉積外延生長(zhǎng)的過程中，通常借助氣體輸運(yùn)和控制系統(tǒng)(包含管道、流量及閥門等)來保證及時(shí)準(zhǔn)確地向反應(yīng)腔室內(nèi)輸運(yùn)反應(yīng)氣體。
[0003]為了滿足生長(zhǎng)薄膜所需的摻雜均勻、厚度均勻等的要求，提高薄膜的濃度和厚度均勻性，需要襯底表面附近存在均勻分布的氣流場(chǎng)、溫場(chǎng)和濃度場(chǎng)，這就要求在生長(zhǎng)過程中，氣體輸運(yùn)和控制系統(tǒng)能夠保證反應(yīng)氣體被輸運(yùn)到襯底表面各個(gè)區(qū)域的反應(yīng)物及摻雜物的速率相等，以及使氣流場(chǎng)保持均勻平行層流狀態(tài)，以避免氣流場(chǎng)產(chǎn)生任何波動(dòng)、湍流和對(duì)流渦旋。
[0004]目前，半導(dǎo)體加工設(shè)備主要分為水平進(jìn)氣和垂直進(jìn)氣兩種方式。其中，水平進(jìn)氣方式是指沿水平方向(即，平行于襯底上表面的方向)自反應(yīng)腔室的一側(cè)向相對(duì)的另一側(cè)輸送反應(yīng)氣體；垂直進(jìn)氣方式是指沿垂直方向(即，垂直于襯底上表面的方向)自反應(yīng)腔室的頂部向底部輸送反應(yīng)氣體。以垂直進(jìn)氣方式為例，如圖1所示，為現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工設(shè)備的剖視圖。半導(dǎo)體加工設(shè)備包括反應(yīng)腔室11，在反應(yīng)腔室11內(nèi)設(shè)置有托盤13，用于承載襯底12 ;并且，在反應(yīng)腔室11的頂部設(shè)置有進(jìn)氣裝置14，用于自反應(yīng)腔室11的頂部向反應(yīng)腔室11內(nèi)輸送反應(yīng)氣體。此外，在反應(yīng)腔室11的底部還設(shè)置有排氣裝置15，用于排出反應(yīng)腔室11內(nèi)的殘余氣體。在進(jìn)行工藝的過程中，反應(yīng)氣體經(jīng)由進(jìn)氣裝置14豎直向下流入反應(yīng)腔室11，并在經(jīng)過托盤12時(shí)與其上的襯底13發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的殘余氣體隨載氣一起通過排氣裝置15排出反應(yīng)腔室11。
[0005]上述進(jìn)氣裝置14的具體結(jié)構(gòu)為:其包括進(jìn)氣口、分流子腔和出氣口。其中，進(jìn)氣口具有三路，分別為:分別對(duì)應(yīng)于反應(yīng)腔室11的中心區(qū)域和位于該中心區(qū)域兩側(cè)的兩個(gè)邊緣區(qū)域的中央進(jìn)氣口 141和兩路邊緣進(jìn)氣口 142 ;分流子腔包括一個(gè)中央分流子腔143和兩個(gè)邊緣分流子腔144，三者——對(duì)應(yīng)地與上述三路進(jìn)氣口連接，且沿反應(yīng)腔室11的徑向排成一排；出氣口的數(shù)量為28個(gè)，且沿分流子腔的排列方向同樣排成一排，其中，位于中部的16個(gè)中部出氣口 145與中央分流子腔143連接，用以將中央分流子腔143內(nèi)的反應(yīng)氣體沿水平方向輸送至反應(yīng)腔室的中心區(qū)域；分別位于該16個(gè)出氣口兩側(cè)的6個(gè)邊緣出氣口 146一一對(duì)應(yīng)地與兩個(gè)邊緣分流子腔144連接，用以分別將兩個(gè)邊緣分流子腔144內(nèi)的反應(yīng)氣體沿水平方向輸送至反應(yīng)腔室的邊緣區(qū)域。此外，在每個(gè)出氣口內(nèi)還設(shè)置有調(diào)節(jié)閥(例如針閥)，用以調(diào)節(jié)進(jìn)氣口的氣流量。
[0006]上述進(jìn)氣裝置14在實(shí)際應(yīng)用中不可避免地存在以下問題，即:由于每路進(jìn)氣口設(shè)置在與之對(duì)應(yīng)的分流子腔的中心位置處，這使得進(jìn)入分流子腔內(nèi)的反應(yīng)氣體朝向中間的進(jìn)氣口擴(kuò)散的速度大于朝向兩側(cè)的進(jìn)氣口擴(kuò)散的速度，從而造成對(duì)應(yīng)于各個(gè)出氣口的反應(yīng)氣體的流速出現(xiàn)差異，即，射流效應(yīng)。受到該射流效應(yīng)的影響，在氣體流速存在差異的進(jìn)氣口附近會(huì)出現(xiàn)渦團(tuán)，從而造成反應(yīng)腔室內(nèi)的氣流分布不均。
[0007]雖然可以利用28個(gè)調(diào)節(jié)閥單獨(dú)調(diào)節(jié)28個(gè)出氣口的氣流量，以補(bǔ)償各個(gè)出氣口的流速差異，但是，這種調(diào)節(jié)方式不僅工作量大且復(fù)雜，而且由于每個(gè)出氣口的關(guān)閉均會(huì)對(duì)反應(yīng)腔室的氣流均勻性整體產(chǎn)生影響，工藝變量過多，因而不利于工藝的穩(wěn)定控制，且該調(diào)節(jié)方式的有效性及效率不高，很難滿足連續(xù)的生產(chǎn)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種進(jìn)氣裝置以及半導(dǎo)體加工設(shè)備，其不僅可以提高反應(yīng)腔室內(nèi)的氣流分布均勻性，而且可以提高調(diào)節(jié)氣體流量的有效性和效率，從而可以提高工藝效率。
[0009]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種進(jìn)氣裝置，其包括進(jìn)氣口和進(jìn)氣室，所述進(jìn)氣室用于將自所述進(jìn)氣口流出的反應(yīng)氣體自反應(yīng)腔室的頂部輸送至反應(yīng)腔室內(nèi)，其特征在于，所述進(jìn)氣室包括N級(jí)勻氣層，N為大于1的整數(shù)；其中，第1級(jí)勻氣層包括1個(gè)子單元，用于將來自所述進(jìn)氣口的反應(yīng)氣體沿垂直于輸送反應(yīng)氣體的方向均勻分配成至少兩個(gè)分路；第i級(jí)勻氣層包括多個(gè)子單元，且第i級(jí)勻氣層中的子單元數(shù)量等于由第i_l級(jí)勻氣層中所有子單元分配的分路數(shù)量的總和，并且第i級(jí)勻氣層中的各個(gè)子單元一一對(duì)應(yīng)地將由第1-Ι級(jí)勻氣層中所有子單元分配的各個(gè)分路沿垂直于輸送反應(yīng)氣體的方向再次均勻分配成至少兩個(gè)分路，i = 2，3，...，Ν;第N級(jí)勻氣層中所有子單元用于將由各自分配的各個(gè)分路輸送至所述反應(yīng)腔室內(nèi)。
[0010]其中，所述Ν級(jí)勻氣層沿垂直方向逐級(jí)輸送反應(yīng)氣體；或者，第1?N-ι級(jí)勻氣層沿水平方向逐級(jí)輸送反應(yīng)氣體，且第Ν級(jí)勻氣層沿垂直方向輸送反應(yīng)氣體；并且在第i級(jí)勻氣層中，由每個(gè)子單元分配的分路數(shù)量為兩個(gè)。
[0011]其中，第1?N-ι級(jí)勻氣層沿水平方向逐級(jí)輸送反應(yīng)氣體，且在第1?N-ι級(jí)勻氣層中，由每個(gè)子單元分配的分路數(shù)量為兩個(gè)；第”級(jí)勻氣層沿垂直方向輸送反應(yīng)氣體，且在第N級(jí)勻氣層中，由每個(gè)子單元分配的分路數(shù)量為至少兩個(gè)，且為偶數(shù)。
[0012]其中，所述N級(jí)勻氣層沿垂直方向逐級(jí)輸送反應(yīng)氣體，且至少一級(jí)勻氣層中的每個(gè)子單元還包括一個(gè)氣流擋板，用以對(duì)上一級(jí)勻氣層中與本級(jí)勻氣層的子單元一一對(duì)應(yīng)的分路起到阻礙作用；并且，對(duì)于設(shè)置有所述氣流擋板的勻氣層，由每個(gè)子單元分配的分路數(shù)量為至少兩個(gè)，且為偶數(shù)；對(duì)于未設(shè)置所述氣流擋板的勻氣層，由每個(gè)子單元分配的分路數(shù)量為兩個(gè)。
[0013]其中，所述N級(jí)勻氣層沿垂直方向逐級(jí)輸送反應(yīng)氣體，且由每個(gè)子單元分配的分路數(shù)量為至少三個(gè)；其中，在第1級(jí)勻氣層中，所述至少三個(gè)分路均勻分布在環(huán)繞所述進(jìn)氣口外圍的圓周上；由第i級(jí)勻氣層中的每個(gè)子單元分配的至少三個(gè)分路均勻分布在第1-1級(jí)勻氣層中環(huán)繞在與該子單元相對(duì)應(yīng)的分路外圍的圓周上；第N級(jí)勻氣層中所有子單元用于將由各自分配的各個(gè)分路輸送至所述反應(yīng)腔室內(nèi)。
[0014]其中，每個(gè)子單元包括沿其所在的勻氣層輸送反應(yīng)氣體的方向依次設(shè)置的勻流子腔和分流子板，且在所述分流子板上間隔設(shè)置有兩個(gè)出氣口，所述兩個(gè)出氣口與所述勻流子腔連接，且相對(duì)于所述勻流子腔沿垂直于輸送反應(yīng)氣體的方向均勻分布，并且關(guān)于該勻流子腔的中心線對(duì)稱；其中，所述進(jìn)氣口與第1級(jí)勻氣層中的勻流子腔連接，且位于該勻流子腔的中心位置處；第1-ι級(jí)勻氣層中各個(gè)出氣口一一對(duì)應(yīng)地與第i級(jí)勻氣層中各個(gè)勻流子腔連接，并且第1-ι級(jí)勻氣層中每個(gè)出氣口位于第i級(jí)勻氣層中與之對(duì)應(yīng)的所述勻流子腔的中心位置處；第N級(jí)勻氣層中的各個(gè)出氣口與所述反應(yīng)腔室連接。
[0015]其中，每個(gè)子單元包括沿其所在的勻氣層輸送反應(yīng)氣體的方向依次設(shè)置的勻流子腔和分流子板，且在所述分流子板上間隔設(shè)置有至少兩個(gè)出氣口，所述出氣口的數(shù)量與由該子單元分配的分路數(shù)量相等；所述至少兩個(gè)出氣口與所述勻流子腔連接，且相對(duì)于所述勻流子腔沿垂直于輸送反應(yīng)氣體的方向均勻分布，并且關(guān)于該勻流子腔的中心線對(duì)稱；其中，所述進(jìn)氣口與第1級(jí)勻氣層中的勻流子腔連接，且位于該勻流子腔的中心位置處；第1-Ι級(jí)勻氣層中出氣口數(shù)量的總和等于第i級(jí)勻氣層中勻流子腔數(shù)量的總和，且第1-ι級(jí)勻氣層中各個(gè)出氣口一一對(duì)應(yīng)地與第i級(jí)勻氣層中各個(gè)勻流子腔連接，并且第1-Ι級(jí)勻氣層中每個(gè)出氣口位于第i級(jí)勻氣層中與之對(duì)應(yīng)的所述勻流子腔的中心位置處；第N級(jí)勻氣層中的各個(gè)出氣口與所述反應(yīng)腔室連接。
[0016]其中，每個(gè)子單元包括沿其所在的勻氣層輸送反應(yīng)氣體的方向依次設(shè)置的勻流子腔和分流子板，且在所述分流子板上間隔設(shè)置有至少兩個(gè)出氣口，所述出氣口的數(shù)量與由該子單元分配的分路數(shù)量相等；所述至少兩個(gè)出氣口與所述勻流子腔連接，且相對(duì)于所述勻流子腔沿垂直于輸送反應(yīng)氣體的方向均勻分布，并且關(guān)于該勻流子腔的中心線對(duì)稱；其中，所述進(jìn)氣口與第1級(jí)勻氣層中的勻流子腔連接，且位于該勻流子腔的中心位置處；第1-Ι級(jí)勻氣層中出氣口數(shù)量的總和等于第i級(jí)勻氣層中勻流子腔數(shù)量的總和，且第1-ι級(jí)勻氣層中各個(gè)出氣口一一對(duì)應(yīng)地與第i級(jí)勻氣層中各個(gè)勻流子腔連接，并且第1-Ι級(jí)勻氣層中每個(gè)出氣口位于第i級(jí)勻氣層中與之對(duì)應(yīng)的所述勻流子腔的中心位置處；第N級(jí)勻氣層中的各個(gè)出氣口與所述反應(yīng)腔室連接；所述氣流擋板設(shè)置在所述勻流子腔內(nèi)，且位于與該勻流子腔連接的出氣口相對(duì)的位置處；并且在垂直于輸送反應(yīng)氣體的方向上，所述氣流擋板的長(zhǎng)度與所述勻流子腔的寬度相適配；所述氣流擋板的寬度與上一級(jí)勻氣層中與該勻流子腔連接的出氣口的直徑相適配。
[0017]優(yōu)選的，所述氣流擋板與所述出氣口相對(duì)的表面為平面、弧形凸面或者錐面。
[0018]其中，每個(gè)子單元包括沿輸送反應(yīng)氣體的方向依次設(shè)置的勻流子腔和分流子板，且在所述分流子板上設(shè)置有至少三個(gè)出氣口，所述至少三個(gè)出氣口與所述勻流子腔連接，且均