CN105331952B - 进气装置以及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种进气装置以及半导体加工设备，其包括进气口和进气室，进气室包括N级匀气层，其中，第1级匀气层包括1个子单元，用于将来自进气口的反应气体沿垂直于输送反应气体的方向均匀分配成两个分路；第i级匀气层包括多个子单元，第i级匀气层中的各个子单元一一对应地将由第i‑1级匀气层中所有子单元分配的各个分路沿垂直于输送反应气体的方向再次均匀分配成至少两个分路，且该分路的数量为偶数，i＝2,3,…,N；第N级匀气层中所有子单元用于将由各自分配的各个分路输送至反应腔室内。本发明提供的进气装置，其不仅可以提高反应腔室内的气流分布均匀性，而且可以提高调节气体流量的有效性和效率，从而可以提高工艺效率。

Description

进气装置以及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种进气装置以及半导体加工设备。

背景技术

化学气相沉积外延生长的基本原理是将反应气体输送到反应腔室内，并通过加热等方式使反应气体在衬底表面发生化学反应，获得的生长原子淀积在衬底表面上，并生长形成单晶层薄膜。在进行化学气相沉积外延生长的过程中，通常借助气体输运和控制系统(包含管道、流量及阀门等)来保证及时准确地向反应腔室内输运反应气体。

为了满足生长薄膜所需的掺杂均匀、厚度均匀等的要求，提高薄膜的浓度和厚度均匀性，需要衬底表面附近存在均匀分布的气流场、温场和浓度场，这就要求在生长过程中，气体输运和控制系统能够保证反应气体被输运到衬底表面各个区域的反应物及掺杂物的速率相等，以及使气流场保持均匀平行层流状态，以避免气流场产生任何波动、湍流和对流涡旋。

目前，主流的外延生长设备的进气方式为水平进气。如图1所示，为现有的外延生长设备的结构简图。外延生长设备包括反应腔室11，在反应腔室11内设置有石墨托盘12，用于承载衬底13；并且，在反应腔室11的一侧设置有进气装置14，用于沿水平方向(即，平行于衬底13上表面的方向)向反应腔室11内输送反应气体。此外，在反应腔室11的与进气装置14相对的另一侧还设置有排气装置15，用于排出反应腔室11内的残余气体。在进行工艺的过程中，腔室内部的气流方向如图1所示的箭头方向，即：反应气体自进气装置14沿水平方向流入反应腔室11，并在经过石墨托盘12时与其上的衬底13发生化学反应，反应后的残余气体随载气一起通过排气装置15排出反应腔室11。

上述进气装置14的具体结构为：如图2所示，进气装置14包括进气口、分流子腔和出气口。其中，进气口具有三路，分别为：分别对应于反应腔室的中心区域和位于该中心区域两侧的两个边缘区域的中央进气口141和两路边缘进气口142；分流子腔包括一个中央分流子腔143和两个边缘分流子腔144，三者一一对应地与上述三路进气口连接；出气口的数量为28个，其中，位于中部的16个中部出气口145与中央分流子腔143连接，用以将中央分流子腔143内的反应气体沿水平方向输送至反应腔室的中心区域；分别位于该16个出气口两侧的6个边缘出气口146一一对应地与两个边缘分流子腔144连接，用以分别将两个边缘分流子腔144内的反应气体沿水平方向输送至反应腔室的边缘区域。此外，在每个出气口内还设置有调节阀(例如针阀)，用以调节进气口的气流量。

上述进气装置14在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：由于每路进气口设置在与之对应的分流子腔的中心位置处，这使得进入分流子腔内的反应气体朝向中间的进气口扩散的速度大于朝向两侧的进气口扩散的速度，从而造成对应于各个出气口的反应气体的流速出现差异，即，射流效应。该射流效应在16个中部出气口145中尤为明显，如图3所示，为28个出气口的气体流速图。由图可以看出，在16个中部出气口145中，位于中间的两个出气口(序号为8和9)的气体流速明显大于位于二者旁边的出气口(例如序号为7和10的两个出气口)的气体流速。图4为反应腔室内反应气体的流速分布图。如图4所示，由于受到射流效应的影响，导致在气体流速存在差异的进气口附近会出现涡团，从而造成反应腔室内的气流分布不均。

虽然可以利用28个调节阀单独调节28个出气口的气流量，以补偿各个出气口的流速差异，但是，这种调节方式不仅工作量大且复杂，而且由于每个出气口的关闭均会对反应腔室的气流均匀性整体产生影响，工艺变量过多，因而不利于工艺的稳定控制，且该调节方式的有效性及效率不高，很难满足连续的生产要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种进气装置以及半导体加工设备，其不仅可以提高反应腔室内的气流分布均匀性，而且可以提高调节气体流量的有效性和效率，从而可以提高工艺效率。

为实现本发明的目的而提供一种进气装置，其包括进气口和进气室，所述进气室用于将自所述进气口流出的反应气体输送至所述反应腔室内，所述进气室包括N级匀气层，N为大于1的整数；其中，第1级匀气层包括1个子单元，用于将来自所述进气口的反应气体沿垂直于输送反应气体的方向均匀分配成两个分路；第i级匀气层包括多个子单元，且第i级匀气层中的子单元数量等于由第i-1级匀气层中所有子单元分配的分路数量的总和，并且第i级匀气层中的各个子单元一一对应地将由第i-1级匀气层中所有子单元分配的各个分路沿垂直于输送反应气体的方向再次均匀分配成至少两个分路，且该分路的数量为偶数，i＝2,3,…,N；第N级匀气层中所有子单元用于将由各自分配的各个分路输送至所述反应腔室内。

其中，所述N级匀气层沿水平方向逐级输送反应气体；或者，第1～N-1级匀气层沿垂直方向逐级输送反应气体，且第N级匀气层沿水平方向输送反应气体；并且在第i级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量为两个。

其中，第1～N-1级匀气层沿垂直方向逐级输送反应气体，且在第1～N-1级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量为两个；第N级匀气层沿水平方向输送反应气体，且在第N级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量为至少两个。

其中，所述N级匀气层沿水平方向逐级输送反应气体，且至少一级匀气层中的每个子单元还包括一个气流挡板，用以对上一级匀气层中与本级匀气层的子单元一一对应的分路起到阻碍作用；并且，对于设置有所述气流挡板的匀气层，由每个子单元分配的分路数量为至少两个；对于未设置所述气流挡板的匀气层，由每个子单元分配的分路数量为两个。

其中，每个子单元包括沿其所在的匀气层输送反应气体的方向依次设置的匀流子腔和分流子板，且在所述分流子板上间隔设置有两个出气口，所述两个出气口与所述匀流子腔连接，且相对于所述匀流子腔沿垂直于输送反应气体的方向均匀分布，并且关于该匀流子腔的中心线对称；其中，所述进气口与第1级匀气层中的匀流子腔连接，且位于该匀流子腔的中心位置处；第i-1级匀气层中各个出气口一一对应地与第i级匀气层中各个匀流子腔连接，并且第i-1级匀气层中每个出气口位于第i级匀气层中与之对应的所述匀流子腔的中心位置处；第N级匀气层中的各个出气口与所述反应腔室连接。

其中，每个子单元包括沿其所在的匀气层输送反应气体的方向依次设置的匀流子腔和分流子板，且在所述分流子板上间隔设置有至少两个出气口，所述出气口的数量与由该子单元分配的分路数量相等；所述至少两个出气口与所述匀流子腔连接，且相对于所述匀流子腔沿垂直于输送反应气体的方向均匀分布，并且关于该匀流子腔的中心线对称；其中，所述进气口与第1级匀气层中的匀流子腔连接，且位于该匀流子腔的中心位置处；第i-1级匀气层中出气口数量的总和等于第i级匀气层中匀流子腔数量的总和，且第i-1级匀气层中各个出气口一一对应地与第i级匀气层中各个匀流子腔连接，并且第i-1级匀气层中每个出气口位于第i级匀气层中与之对应的所述匀流子腔的中心位置处；第N级匀气层中的各个出气口与所述反应腔室连接。

其中，每个子单元包括沿其所在的匀气层输送反应气体的方向依次设置的匀流子腔和分流子板，且在所述分流子板上间隔设置有至少两个出气口，所述出气口的数量与由该子单元分配的分路数量相等；所述至少两个出气口与所述匀流子腔连接，且相对于所述匀流子腔沿垂直于输送反应气体的方向均匀分布，并且关于该匀流子腔的中心线对称；其中，所述进气口与第1级匀气层中的匀流子腔连接，且位于该匀流子腔的中心位置处；第i-1级匀气层中出气口数量的总和等于第i级匀气层中匀流子腔数量的总和，且第i-1级匀气层中各个出气口一一对应地与第i级匀气层中各个匀流子腔连接，并且第i-1级匀气层中每个出气口位于第i级匀气层中与之对应的所述匀流子腔的中心位置处；第N级匀气层中的各个出气口与所述反应腔室连接；所述气流挡板设置在所述匀流子腔内，且位于与该匀流子腔连接的出气口相对的位置处；并且在垂直于输送反应气体的方向上，所述气流挡板的长度与所述匀流子腔的宽度相适配；所述气流挡板的宽度与上一级匀气层中与该匀流子腔连接的出气口的直径相适配。

优选的，所述气流挡板与所述出气口相对的表面为平面、弧形凸面或者锥面。

优选的，所述进气口的数量为一个或多个，且多个所述进气口沿垂直于输送反应气体的方向依次排列；所述进气室的数量与所述进气口的数量相对应，且所述进气室一一对应地将自所述进气口流出的反应气体输送至反应腔室内。

优选的，本级匀气层中的出气口直径小于下一级匀气层中与之相对应的相邻两个出气口之间的间隔。

优选的，对于同级匀气层中的各个子单元，对应于所述反应腔室中部的各个子单元中的出气口直径小于或大于对应于所述反应腔室两侧边缘的各个子单元中的出气口直径，或者，对应于反应腔室不同位置的各个子单元中的出气口直径相同。

优选的，自第1级匀气层至第N级匀气层，所述出气口的直径按预设比例逐级减小，和/或同级匀气层中相邻的两个出气口之间的间隔按预设比例逐级减小。

优选的，所诉出气口为圆形直通孔、方形直通孔、圆锥形孔或方锥形孔。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室以及用于向所述反应腔室提供反应气体的进气装置，所述进气装置采用了本发明提供的上述进气装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的进气装置，其首先借助第1级匀气层中的子单元将来自进气口的反应气体沿垂直于输送反应气体的方向均匀分配成两个分路；然后借助第i级匀气层中的各个子单元一一对应地将由第i-1级匀气层中所有子单元分配的各个分路沿垂直于输送反应气体的方向再次均匀分配成至少两个分路，最后借助第N级匀气层中的所有子单元将由各自分配的各个分路输送至反应腔室内，其中，i＝2,3,…,N，N为大于1的整数。由于每级匀气层是借助每个子单元将由上一级匀气层分配的与之对应的一个分路进行再次均匀分配，即，各个子单元均是将单个分路进行再分配，这与将单路气体一次性分配成多个分路相比，可以克服射流效应，从而可以提高反应腔室内的气流分布均匀性。此外，本发明提供的进气装置无需利用调节阀单独调节各路进气通道的流量，而仅依靠自身结构即可提高反应腔室内的气流分布均匀性，从而可以提高调节的有效性及效率，进而可以提高工艺效率。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的进气装置，不仅可以提高反应腔室内的气流分布均匀性，而且可以提高调节气体流量的有效性和效率，从而可以提高工艺效率。

附图说明

图1为现有的外延生长设备的结构简图；

图2为现有的进气装置的剖视图；

图3为每路进气通道的进气口的流速图；

图4为反应腔室的流速分布图；

图5A为本发明第一实施例提供的进气装置的原理图；

图5B为本发明第一实施例提供的进气装置的剖视图；

图5C为图5B中沿A-A线的剖视图；

图5D为本发明第一实施例的一个变型实施例提供的进气装置的剖视图；

图5E为本发明第一实施例的另一个变型实施例提供的进气装置的原理图；

图6A为本发明第二实施例提供的进气装置的原理图；

图6B为本发明第二实施例提供的进气装置的剖视图；

图6C为图6B中沿A-A线的剖视图；

图7A为本发明第三实施例提供的进气装置的原理图；

图7B为本发明第三实施例提供的进气装置的剖视图；

图8A为本发明第四实施例提供的进气装置的原理图；

图8B为本发明第四实施例提供的进气装置的剖视图；

图8C为图8B中沿B-B线的剖视图；以及

图9为气流挡板与出气口相对的表面的形状示意图。

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进气装置以及半导体加工设备进行详细描述。

第一实施例

图5A为本发明第一实施例提供的进气装置的原理图。请参阅图5A，进气装置包括进气口20和进气室100，二者均位于反应腔室50的一侧，其中，进气室100用于将自进气口20流出的反应气体沿水平方向(Y方向)输送至反应腔室50内。所谓水平方向，是指平行于置于反应腔室50内的被加工工件表面的方向。在进行工艺的过程中，反应气体自反应腔室50的一侧沿水平方向流入反应腔室50内，并在经过被加工工件表面时，与其发生化学反应，反应后的残余气体随载气一起自反应腔室50的另一侧排出。

在本实施例中，该进气室100包括N级匀气层，N＝4，且N级匀气层沿水平方向(Y方向)逐级输送反应气体。其中，如图5A所示，第1级匀气层包括1个子单元41，用于将来自进气口20的反应气体沿垂直于输送反应气体的方向(X方向)均匀分配成两个分路；第2级匀气层包括2个子单元42，2个子单元42用于一一对应地将由第1级匀气层中的子单元41分配的两个分路沿X方向再次均匀分配成两个分路，最终获得总共4个分路；第3级匀气层包括4个子单元43，4个子单元43用于一一对应地将由第2级匀气层中的2个子单元42分配的4个分路沿X方向再次均匀分配成两个分路，最终获得总共8个分路；第4级匀气层包括8个子单元44，8个子单元44用于一一对应地将由第3级匀气层中的4个子单元43分配的8个分路沿X方向再次均匀分配成两个分路，最终获得总共16个分路，然后将这16个分路输送至反应腔室50内。

由上可知，在第2～4级匀气层中，第i级匀气层中的子单元数量等于由第i-1级匀气层中所有子单元分配的分路数量的总和，即，由每个子单元分配的分路数量为两个，并且第i级匀气层中的各个子单元一一对应地将由第i-1级匀气层中所有子单元分配的各个分路沿垂直于输送反应气体的方向再次均匀分配成两个分路，i＝2,3,…,N。由于每级匀气层是借助每个子单元将由上一级匀气层分配的与之对应的一个分路进行再次均匀分配，即，各个子单元均是将单个分路进行再分配，并且由每个子单元分配的分路数量为2个，最终获得总共16个分路，这与将单路气体一次性分配成16个分路相比，可以克服射流效应，从而可以提高反应腔室内的气流分布均匀性。

下面对具有上述功能的进气装置的结构进行详细描述。具体地，图5B为本发明第一实施例提供的进气装置的剖视图。图5C为图5B中沿A-A线的剖视图。请一并参阅图5B和图5C，在第1级匀气层中，子单元41包括沿其所在的匀气层输送反应气体的方向(即，Y方向)依次设置的匀流子腔21和分流子板31，进气口20与匀流子腔21连接，且位于该匀流子腔21的中心位置处；在分流子板31上间隔设置有两个出气口311，两个出气口311(上端)与匀流子腔21连接，且相对于匀流子腔21沿垂直于输送反应气体的方向(即，X方向)均匀分布，并且关于该匀流子腔21在Y方向上的中心线对称。在进气室100输送反应气体的过程中，来自进气口20的单路反应气体流入匀流子腔21中，并被两个出气口311均匀分配成两路后流出。

在第2级匀气层中，每个子单元42包括沿Y方向依次设置的匀流子腔22和分流子板32，在分流子板32上间隔设置有两个出气口321，两个出气口321(上端)与匀流子腔22连接，且相对于匀流子腔22沿X方向均匀分布，并且关于该匀流子腔22在Y方向上的中心线对称。而且，第1级匀气层中的两个出气口311(下端)一一对应地与第2级匀气层中的两个匀流子腔22连接，并且第1级匀气层中的每个出气口311位于第2级匀气层中与之对应的匀流子腔22的中心位置处。在进气室100输送反应气体的过程中，自第1级匀气层中的两个出气口311流出的反应气体一一对应地流入第2级匀气层中的两个匀流子腔22中，即，第1级匀气层中的出气口311可以视为第2级匀气层中的匀流子腔22的进气口，然后，每个匀流子腔22内的反应气体会被与该匀流子腔22连接的两个出气口311再次均匀分配成两路后流出。

在第3级匀气层中，每个子单元43包括沿Y方向依次设置的匀流子腔23和分流子板33，在分流子板33上间隔设置有两个出气口331，两个出气口331(上端)与匀流子腔23连接，且相对于匀流子腔23沿X方向均匀分布，并且关于该匀流子腔23在Y方向上的中心线对称。而且，第2级匀气层中4个出气口321(下端)一一对应地与第3级匀气层中的4个匀流子腔23连接，并且第2级匀气层中的每个出气口321位于第3级匀气层中与之对应的匀流子腔23的中心位置处。容易理解，第2级匀气层中的出气口321可以视为第3级匀气层中的匀流子腔23的进气口，且反应气体自第2级匀气层流入第3级匀气层的过程与上述自第1级匀气层流入第2级匀气层的过程相类似。

在第4级匀气层中，每个子单元44包括沿Y方向依次设置的匀流子腔24和分流子板34，在分流子板34上间隔设置有两个出气口341，两个出气口341(上端)与匀流子腔24连接，且相对于匀流子腔24沿X方向均匀分布，并且关于该匀流子腔24在Y方向上的中心线对称。而且，第3级匀气层中8个出气口331(下端)一一对应地与第4级匀气层中的8个匀流子腔24连接，并且第3级匀气层中的每个出气口331位于第4级匀气层中与之对应的匀流子腔24的中心位置处。第N级匀气层中的各个出气口341与反应腔室50连接。容易理解，第3级匀气层中的出气口331可以视为第4级匀气层中的匀流子腔24的进气口，且反应气体自第3级匀气层流入第4级匀气层的过程与上述自第1级匀气层流入第2级匀气层的过程相类似。

借助上述匀流子腔，可以使反应气体的压力和流速得以释放，从而起到了过渡和匀气的作用。而且，由于每个子单元中的两个进气口相对于该子单元中的匀流子腔沿X方向均匀分布，并且关于该匀流子腔在Y方向上的中心线对称，且本级匀气层中每个出气口位于下一级匀气层中与之对应的匀流子腔的中心位置处，这使得反应气体在流入下一级匀气层中与该出气口连接的匀流子腔中后，可以同时扩散至该匀流子腔的两个出气口，从而可以将单路气体均匀分配成两个分路，且这两个分路的流速相同，进而可以克服射流效应而实现自两个出气口流出的气流分布均匀。

此外，由于第i级匀气层中的子单元数量等于由第i-1级匀气层中所有子单元分配的分路数量的总和，并且第i级匀气层中的各个子单元一一对应地将由第i-1级匀气层中所有子单元分配的各个分路沿X方向再次均匀分配成两个分路，i＝2,3,…,N，这使得匀气层的级数越大，子单元的数量越多，且由所有子单元分配成的分路数量的总和越多，即，第i级匀气层的气路数量总和等于2i-1，从而可以实现分路数量的逐级倍增，最终可以获得相对于反应腔室50均匀分布的多个分路。容易理解，由于本实施例提供的进气装置是借助N级匀气层的逐级均匀分配而获得均匀的多个分路，因而该进气装置仅依靠自身结构即可提高反应腔室内的气流分布均匀性，而无需利用调节阀单独调节各路进气通道的流量，从而可以提高调节的有效性及效率，进而可以提高工艺效率。

在本实施例中，每个子单元中的匀流子腔和分流子板的设置方式具体为：在进气室100的腔体内沿Y方向间隔设置有四层平板，四个平板将该腔体分隔成四层空间，且每层空间和位于其下游、且与之相邻的一层平板组成一级匀气层，四层空间和四层平板共组成4级匀气层。其中，在第1级匀气层中，子单元41中的匀流子腔21即为第一层空间，分流子板31即为与该第一层空间相邻的第一层平板；在第2～4级匀气层中，每级匀气层中的相邻两个子单元是由分隔板11分隔而成，即，在每层空间内设置有至少一个分隔板11，且多个分隔板11沿X方向间隔设置，从而将该层空间分隔成多个作为匀流子腔的子空间，同时将与该层空间相邻的平板分隔成多个作为分流子板的平板段，该平板段的数量和位置与子空间的数量和位置一一对应，且每个子单元由每个子空间和与之对应的平板段组成。例如，在第2级匀气层中，在第2层空间的中心位置处设置有一个分隔板11，从而将该层空间分隔成两个匀流子腔22，同时将与该层空间相邻的平板分隔成两个分流子板32。

优选的，在某级匀气层中，若每个分流子板上相邻的两个出气口之间的间距较小，则可以省去分隔板11，即，相邻的两个子单元之间是连通的，例如，如图5D所示，第4级匀气层中未设置分隔板11。

需要说明的是，在本实施例中，匀气层的级数为4级，即，N＝4，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，匀气层的级数还可以为2级、3级或者5级以上，即，N为大于1的整数。

在实际应用中，优选的，本级匀气层中的出气口直径小于下一级匀气层中与之相对应的相邻两个出气口之间的间隔，以保证本级匀气层中的出气口与下一级匀气层中的出气口在输送反应气体的方向上相互错开，从而可以避免因部分反应气体直接从下一级匀气层中的出气口流出而造成的气流分布不均。

在实际应用中，对于同级匀气层中的各个子单元，对应于反应腔室中部的各个子单元中的出气口直径可以小于或大于对应于反应腔室两侧边缘的各个子单元中的出气口直径，或者，也可以使对应于反应腔室不同位置的各个子单元中的出气口直径相同。

而且，自第1级匀气层至第N级匀气层，出气口的直径可以按按预设比例逐级减小，和/或相邻的两个出气口之间的间隔也可以按预设比例逐级减小。

另外，出气口可以为圆形或方形直通孔，此时出气口的直径是指圆形的直径或方形的边长；或者出气口也可以为圆锥形孔或方锥形孔，此时出气口的直径是指圆锥形的最大直径或方锥形的最大边长。当然，在实际应用中，出气口还可以根据具体情况采用其他任意结构。

进一步需要说明的是，在本实施中，进气口20的数量为一个，且进气室的数量为一个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，根据反应腔室的用于供气体通过的进气口尺寸，进气装置的进气口数量还可以为多个，且多个进气口沿垂直于输送反应气体的方向依次排列；进气室的数量与进气口的数量相对应，且进气室一一对应地将自进气口流出的反应气体输送至反应腔室内。

例如，如图5E所示，进气口的数量为两个，分别为相互并联的进气口201和202，与二者一一对应地，进气室的数量为两个，分别为进气室101和102。其中，进气室101和102相对于反应腔室50的进气口并排设置，且二者的结构完全相同。在传输反应气体的过程中，自进气管60流出的反应气体分别由进气口201和202一一对应地传输至进气室101和102中，再分别由进气室101和102逐级地分配成多个分路，并同时流入反应腔室50内。

第二实施例

图6A为本发明第二实施例提供的进气装置的原理图。请参阅图6A，本实施例提供的进气装置与上述第一实施例相比，其区别仅在于：在本实施例中，第1～N-1级匀气层沿垂直方向逐级输送反应气体，且第N级匀气层沿水平方向输送反应气体。所谓垂直方向，是指垂直于置于反应腔室内的被加工工件表面的方向。

具体地，图6B为本发明第二实施例提供的进气装置的剖视图。图6C为图6B中沿A-A线的剖视图。请一并参阅图6B和6C，对于进气室100中的第1～N-1级匀气层，其与上述第一实施例中的第1～N-1级匀气层相比，二者的结构相同，而仅是排布方向不同，即，本实施例中的第1～N-1级匀气层沿垂直方向(Z方向)逐级输送反应气体。对于第N级匀气层，其与上述第一实施例中的第N级匀气层相比，二者的结构和排布方向均相同。

在本实施例中，在第N-1级匀气层与第N级匀气层之间存在一个拐角，即，第N级匀气层中的出气口341位于匀流子腔24的一侧(右侧)，且第N-1级匀气层中的出气口331位于第N级匀气层中的匀流子腔24的上方。在输送反应气体的过程中，自子第N-1级匀气层中的出气口331流出的反应气体朝下流入第N级匀气层中的匀流子腔24中，并变换流动方向，自第N级匀气层中的出气口341朝水平方向(Y方向)流入反应腔室内。

借助在第N-1级匀气层与第N级匀气层之间的拐角，可以起到使气流无法继续沿当前方向流动的阻碍作用，从而可以使气流能够在变换流动方向的同时扩散地更均匀，进而可以进一步提高匀气效果，从而可以提高气流的分布均匀性。

本实施例提供的进气装置的其他结构和功能与上述第一实施例相同，在此不再赘述。

第三实施例

图7A为本发明第三实施例提供的进气装置的原理图。请参阅图7A，本实施例提供的进气装置与上述第二实施例相比，其区别仅在于：N＝3，且在第3级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量为四个，即，第3级匀气层中的各个子单元43一一对应地将由第2级匀气层中所有子单元分配的各个分路沿垂直于输送反应气体的方向直接均匀分配成四个分路。

具体地，图7B为本发明第三实施例提供的进气装置的剖视图。请参阅图7B，对于进气室200中的第1～2级匀气层，其与上述第二实施例中的第1～2级匀气层相比，二者的结构和排布方向均相同。

而且，在本实施例中，第3级匀气层中的每个子单元43包括四个出气口331，四个出气口331相对于匀流子腔23沿X方向均匀分布，并且关于该匀流子腔23的中心线对称，即，在该匀流子腔23的中心线两侧分别对称地设置有两个出气口331，第2级匀气层中每个出气口321位于第3级匀气层中与之对应的匀流子腔23的中心位置处。

由此，在第3级匀气层与第2级匀气层之间同样存在一个拐角，由于该可以起到阻碍气流继续流动的作用，这使得气流能够在变换流动方向的同时扩散地更均匀，从而即使由单路气流直接分配成四个分路，也可以获得均匀的气流分布。此外，通过由单路气流直接分配成四个分路，还可以在最后一层匀气层的分路数量总和相同的前提下，减少匀气层的级数，从而可以减小进气室的体积，简化进气室的结构。

需要说明的是，在本实施例中，在第N级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量为四个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，在第N级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量可以根据具体情况设定为两个以上，且该分路数量为偶数。

本实施例提供的进气装置的其他结构和功能与上述第二实施例相同，在此不再赘述。

第四实施例

图8A为本发明第四实施例提供的进气装置的原理图。请参阅图8A，本实施例提供的进气装置与上述第一实施例相比，其区别仅在于：在本实施例中，N＝3，且在第3级匀气层中，每个子单元还包括一个气流挡板40，用以对第2级匀气层中与第3级匀气层的子单元一一对应的分路起到阻碍作用；并且在第3级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量为四个，即，第3级匀气层中的各个子单元43一一对应地将由第2级匀气层中所有子单元分配的各个分路沿垂直于输送反应气体的方向直接均匀分配成四个分路。

具体地，图8B为本发明第四实施例提供的进气装置的剖视图。图8C为图8B中沿B-B线的剖视图。请一并参阅图8B和图8C，对于进气室300中的第1～2级匀气层，其与上述第一实施例中的第1～2级匀气层相比，二者的结构和排布方向均相同。

而且，在本实施例中，第3级匀气层中的每个子单元43包括四个出气口331，四个出气口331相对于匀流子腔23沿X方向均匀分布，并且关于该匀流子腔23的中心线对称，即，在该匀流子腔23的中心线两侧分别对称地设置有两个出气口331，第2级匀气层中每个出气口321位于第3级匀气层中与之对应的匀流子腔23的中心位置处。

在第3级匀气层中，气流挡板40设置在每个匀流子腔23内，且位于第2级匀气层中与该匀流子腔23连接的出气口321相对的位置处；并且在垂直于输送反应气体的方向(X方向)上，气流挡板40的长度与匀流子腔23的宽度相适配，如图8C所示；气流挡板40的宽度与出气口321的直径相适配，如图8B所示。

借助气流挡板40，可以对自上一级匀气层中与之相对的出气口流出的反应气体起到阻碍作用，该阻碍作用与上述拐角的作用相类似，可以使气流无法继续沿当前方向流动，而在变换流动方向的同时扩散地更均匀，从而即使由单路气流直接分配成四个分路，也可以获得均匀的气流分布。此外，通过由单路气流直接分配成四个分路，还可以在最后一层匀气层的分路数量总和相同的前提下，减少匀气层的级数，从而可以减小进气室的体积，简化进气室的结构。

优选的，气流挡板40与出气口相对的表面可以为平面、如图9中所示的弧形凸面或者锥面等等。容易理解，不同形状的表面可以影响气流挡板阻碍气流的方向。

需要说明的是，在本实施例中，在第N级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量为四个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，在第N级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量可以根据具体情况设定为两个以上，且该分路数量为偶数。

还需要说明的是，在本实施例中，仅在第3级匀气层中设置有气流挡板40，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，可以在N级匀气层(N为大于1的整数)中的至少一级中的每个子单元设置一个气流挡板，并且，对于设置有该气流挡板的匀气层，由每个子单元分配的分路数量为至少两个，且该分路数量为偶数；对于未设置该气流挡板的匀气层，由每个子单元分配的分路数量为两个。

本实施例提供的进气装置的其他结构和功能与上述第一实施例相同，在此不再赘述。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室以及用于向该反应腔室提供反应气体的进气装置，该进气装置采用了上述各个实施例提供的进气装置。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明上述各个实施例提供的进气装置，不仅可以提高反应腔室内的气流分布均匀性，而且可以提高调节气体流量的有效性和效率，从而可以提高工艺效率。

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。

Claims (8)

1.一种进气装置，其包括进气口和进气室，所述进气室用于将自所述进气口流出的反应气体自反应腔室的一侧，沿平行于置于所述反应腔室内的被加工工件表面的方向输送至所述反应腔室内，其特征在于，所述进气室包括N级匀气层，N为大于1的整数；其中，

第1级匀气层包括1个子单元，用于将来自所述进气口的反应气体沿垂直于输送反应气体的方向均匀分配成两个分路；第i级匀气层包括多个子单元，且第i级匀气层中的子单元数量等于由第i-1级匀气层中所有子单元分配的分路数量的总和，并且第i级匀气层中的各个子单元一一对应地将由第i-1级匀气层中所有子单元分配的各个分路沿垂直于输送反应气体的方向再次均匀分配成至少两个分路，且该分路的数量为偶数，i＝2,3,…,N；第N级匀气层中所有子单元用于将由各自分配的各个分路输送至所述反应腔室内；

第1～N-1级匀气层沿垂直方向逐级输送反应气体，且在第1～N-1级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量为两个；第N级匀气层沿水平方向输送反应气体，且在第N级匀气层中，由每个子单元分配的分路数量为至少两个，且为偶数。

2.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，每个子单元包括沿其所在的匀气层输送反应气体的方向依次设置的匀流子腔和分流子板，且在所述分流子板上间隔设置有至少两个出气口，所述出气口的数量与由该子单元分配的分路数量相等；所述至少两个出气口与所述匀流子腔连接，且相对于所述匀流子腔沿垂直于输送反应气体的方向均匀分布，并且关于该匀流子腔的中心线对称；其中，

所述进气口与第1级匀气层中的匀流子腔连接，且位于该匀流子腔的中心位置处；

第i-1级匀气层中出气口数量的总和等于第i级匀气层中匀流子腔数量的总和，且第i-1级匀气层中各个出气口一一对应地与第i级匀气层中各个匀流子腔连接，并且第i-1级匀气层中每个出气口位于第i级匀气层中与之对应的所述匀流子腔的中心位置处；

第N级匀气层中的各个出气口与所述反应腔室连接。

3.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述进气口的数量为一个或多个，且多个所述进气口沿垂直于输送反应气体的方向依次排列；

所述进气室的数量与所述进气口的数量相对应，且所述进气室一一对应地将自所述进气口流出的反应气体输送至反应腔室内。

4.根据权利要求2所述的进气装置，其特征在于，本级匀气层中的出气口直径小于下一级匀气层中与之相对应的相邻两个出气口之间的间隔。

5.根据权利要求2所述的进气装置，其特征在于，对于同级匀气层中的各个子单元，对应于所述反应腔室中部的各个子单元中的出气口直径小于或大于对应于所述反应腔室两侧边缘的各个子单元中的出气口直径，或者，对应于反应腔室不同位置的各个子单元中的出气口直径相同。

6.根据权利要求5所述的进气装置，其特征在于，自第1级匀气层至第N级匀气层，所述出气口的直径按预设比例逐级减小，和/或同级匀气层中相邻的两个出气口之间的间隔按预设比例逐级减小。

7.根据权利要求2所述的进气装置，其特征在于，所述出气口为圆形直通孔、方形直通孔、圆锥形孔或方锥形孔。

8.一种半导体加工设备，其包括反应腔室以及用于向所述反应腔室提供反应气体的进气装置，其特征在于，所述进气装置采用了权利要求1-7任意一项所述的进气装置。