CN112349631A - 一种输气管道、半导体机台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输气管道、半导体机台，包括：进气管和出气管，出气管在第一方向上分为至少两个出气区域，第一方向为出气管的延伸方向，每个出气区域分别与进气管连接，每个出气区域的管壁上均设置有多个出气口。由于出气管分为多个出气区域，气体通过进气管流至出气区域时进行第一次分流，降低输气管道中气体的流速。流入出气区域中的气体经过管壁上的多个出气孔流出，气体经过多个出气孔流出即为气体的第二次分流，进一步降低输气管道内的气体流速。这样，气体经过两次分流，使得输气管道中的气体的流速大大降低，气流对输气管道的冲击力较小，气体能够通过出气孔慢慢扩散至晶圆表面，避免由于强大气流将输气管道中的微粒冲至晶圆表面上。

Description

一种输气管道、半导体机台

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种输气管道、半导体机台。

背景技术

炉管(furnace)机台是目前半导体处理工艺中经常使用的一种机台，可以用于进行氧化工艺、化学气相沉积等多种半导体处理工艺。

在进行半导体处理工艺时，气体从炉管机台的输气管道(injector)进入炉管机台的反应腔室内。随着时间的积累，输气管道内容易堆积微粒(particle)，在半导体处理工艺过程中，输气管道刚开始输送气体时，输气管道与反应腔室内的气压压差太大，导致输气管道出口处堆积的微粒被冲出，微粒沿着气流方向吹至晶圆上，导致晶圆上堆积大量的微粒，影响晶圆的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种输气管道、半导体机台，降低输气管道与反应腔体内的气压压差，避免输气管道内的微粒堆积至晶圆上。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种输气管道，包括：进气管和出气管，

所述出气管在第一方向上分为至少两个出气区域，所述第一方向为所述出气管的延伸方向；每个所述出气区域分别与所述进气管连接；

每个所述出气区域的管壁上均设置有多个出气口；

所述进气管用于气体的输入，所述出气区域的管壁上的多个出气口用于气体的输出。

可选的，所述进气管的数量为多个，

所述出气管在第二方向上分为至少两个分区，所述第二方向为垂直于所述第一方向的方向，每个所述分区分别与所述进气管连接。

可选的，所述出气管在所述第一方向上分为五个出气区域，所述出气管在所述第二方向上分为四个分区。

可选的，每个所述出气区域通过第一隔板隔开，每个所述分区通过第二隔板隔开。

可选的，每个所述进气管输送的气体不同。

可选的，每个所述出气区域在所述第一方向上的尺寸相同。

可选的，每个所述出气区域与所述进气管之间均设置有流量阀和流量计，以控制所述出气区域中的气体流量。

可选的，每个所述出气区域的每个所述分区与所述进气管之间均设置有流量阀和流量计，以分别控制每个所述出气区域中每个所述分区内的气体流量。

一种半导体机台，包括：

如上述所述的输气管道；

反应腔体，所述输气管道位于所述反应腔体内；

所述反应腔体内设置有晶圆承载装置，所述晶圆承载装置用于承载晶圆。

可选的，所述反应腔体包括多个腔体区域，每个所述腔体区域具有对应的所述出气区域；

每个所述出气区域的气体流量是根据所述腔体区域的参数确定的，所述参数包括：温度、压强、流速和/或气体含量。

可选的，所述进气管位于所述反应腔体的底部，所述出气管设置于所述反应腔体顶部。

可选的，所述晶圆承载装置的数量为多个，所述晶圆承载装置分别放置于所述腔体区域内。

本发明实施例提供的一种输气管道，包括：进气管和出气管，出气管在第一方向上分为至少两个出气区域，第一方向为出气管的延伸方向，每个出气区域分别与进气管连接；每个出气区域的管壁上均设置有多个出气口，进气管用于气体的输入，出气区域的管壁上的多个出气口用于气体的输出。由于出气管分为多个出气区域，气体通过进气管流至出气管的每个出气区域时能够进行第一次分流，降低输气管道中气体的流速。流入出气区域中的气体经过管壁上的多个出气孔流出，气体经过多个出气孔流出的过程即为气体的第二次分流过程，进一步降低输气管道内的气体流速。这样，气体经过两次分流，使得输气管道中的气体的流速大大降低，气流对输气管道的冲击力较小，气体能够通过出气孔慢慢扩散至晶圆表面，避免由于强大气流将输气管道中的微粒冲至晶圆表面上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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它的附图。

图1示出了两种炉管机台的结构示意图；

图2示出了一种处理之前的晶圆和处理之后的晶圆的对比示意图；

图3示出了根据本发明实施例一种输气管道的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术的描述，随着时间的积累，输气管道内容易堆积微粒(particle)，在半导体处理工艺过程中，输气管道刚开始输送气体时，输气管道与反应腔室内的气压压差太大，导致输气管道出口处堆积的微粒被冲出，微粒沿着气流方向吹至晶圆上，导致晶圆上堆积大量的微粒，影响晶圆的性能。

图1为两种炉管机台的结构示意图，气体由输气管道进入反应腔体中，图中示出了两种输气管道，分别为长型管道(long type)102和短型管道(short type)202。对于长型管道102，参考图1(a)所示，长型管道102位于反应腔体的一侧，且从反应腔体的底部延伸至反应腔体的顶部，长型管道102上包括多个出气口，每个出气口分别对应晶圆承载装置104的不同区域，可以理解为每个出气口具有对应的晶圆，气体从出气口中输出后相应的晶圆上沉积，而后剩余气体从反应腔体的另一侧输出。对于短型管道202，参考图1(b)所示，短型管道202设置于反应腔体一侧底部，反应腔体中设置有内部管道206，晶圆承载装置204设置于内部管道204中，气体从短型管道202进入反应腔体后，流入内部管道204内，而后利用气体的流动性对晶圆进行处理，剩余后的气体从内部管道204外侧流出。

但是，在图1示出的两种炉管机台中进行晶圆处理之后，晶圆表面沉积大量微粒，参考图2所示。(a1)-(c1)表示处理之前的晶圆，(a2)-(c2)表示处理之后的晶圆，此处的处理是指通过输气管道输送气体，以在晶圆上沉积薄膜。(a1)和(a2)表示位于反应腔室上部的晶圆，(b1)和(b2)表示位于反应腔室下部的晶圆，(c1)和(c2)表示位于反应腔室中部的晶圆。显然，处于反应腔室任何位置的晶圆在经过处理之后，均会在晶圆表面沉积大量微粒。目前，主要是利用氮气对输气管道进行清洗(purge)，以清理输气管道中的微粒(particle)，但是该方法并不能有效解决晶圆表面沉积大量微粒的问题，通常需要更换输气管道，但是更换输气管道的时间较长，影响机台的正常运行。

为此，本申请实施例提供一种输气管道，包括：进气管和出气管，

所述出气管在第一方向上分为至少两个出气区域，所述第一方向为所述出气管的延伸方向；每个所述出气区域分别与所述进气管连接；

每个所述出气区域的管壁上均设置有多个出气口；

所述进气管用于气体的输入，所述出气区域的管壁上的多个出气口用于气体的输出。

本申请实施例中，输气管道包括进气管和出气管，进气管的一端和出气管相连，进气管的另一端与气体供应装置相连，气体从进气管进入，经出气管流出。出气管在第一方向上分为至少两个出气区域，第一方向为出气管的延伸方向。在出气管的延伸方向上，将出气管分为多个出气区域，可以通过第一隔板将出气管分隔为多个出气区域。每个出气区域相互独立且分别与进气管连接，即气体从进气管进入后，可以分流至各个出气区域，这样通过对进气管流至出气管的气体进行第一次分流，降低输气管道中的气体的流速。每个出气区域的管壁上均设置有多个出气口，这样每个出气区域中的气体均通过该出气区域的管壁上的多个出气口流出，气体经过出气口进行第二次分流，进一步降低输气管道中的气体的流速，使得从出气管流出的气体能够慢慢扩散至晶圆表面，避免由于强大气流将输气管道中的微粒冲至晶圆表面上。

本实施例中，进气管可以包括主进气管和多个支进气管，主进气管与气体供应装置相连，每个支进气管分别和每个出气区域相连，一个支进气管对应一个出气区域，从而使得气体能够进入到每个出气区域中。每个出气区域的管壁上的多个出气孔可以均匀分布于管壁上，例如可以以方形或者圆形分布。在具体的应用中，出气区域的数量可以为五个，则支进气管的数量也为五个。

本实施例中，进气管的数量可以为多个。出气管在第二方向上可以分为至少两个分区，第二方向为垂直于第一方向的方向，即为垂直于出气管延伸方向的方向，每个分区分别与进气管连接。

为了便于理解，以出气管在第一方向上分为五个出气区域，出气管在第二方向分为四个分区进行详细说明，参考图3所示。

为了便于描述，将出气管的五个出气区域称为第一出气区域10、第二出气区域20、第三出气区域30、第四出气区域40和第五出气区域50，将出气管的四个分区称为第一分区1、第二分区2、第三分区3和第四分区4。

由于出气管包括五个出气区域，则每一个进气管的支进气管数量为五。由于每个出气区域分为五个分区，则进气管的数量为五个。将五个进气管称为第一进气管100、第二进气管200、第三进气管300和第四进气管400。每个进气管均包括主进气管和支进气管，一个出气区域的一个分区与一个进气管的其中一个支进气管连接。

对于第一出气区域10，第一分区1与第一进气管100中的第一支进气管连接，第二分区2与第二进气管200中的第一支进气管连接，第三分区3与第三进气管300中的第一支进气管连接，第四分区4与第四进气管400中的第一支进气管连接。

对于第二出气区域20，第一分区1与第一进气管100中的第二支进气管连接，第二分区2与第二进气管200中的第二支进气管连接，第三分区3与第三进气管300中的第二支进气管连接，第四分区4与第四进气管400中的第二支进气管连接。

对于第三出气区域30，第一分区1与第一进气管100中的第三支进气管连接，第二分区2与第二进气管200中的第三支进气管连接，第三分区3与第三进气管300中的第三支进气管连接，第四分区4与第四进气管400中的第三支进气管连接。

对于第四出气区域40，第一分区1与第一进气管100中的第四支进气管连接，第二分区2与第二进气管200中的第四支进气管连接，第三分区3与第三进气管300中的第四支进气管连接，第四分区4与第四进气管400中的第四支进气管连接。

对于第五出气区域50，第一分区1与第一进气管100中的第五支进气管连接，第二分区2与第二进气管200中的第五支进气管连接，第三分区3与第三进气管300中的第五支进气管连接，第四分区4与第四进气管400中的第五支进气管连接。

本实施例中，每个出气区域可以通过第一隔板隔开，每个分区可以通过第二隔板隔开，则对于具有5个出气区域，4个分区的进气管而言，进气管可以包括20个独立的空间。20个独立空间的进气管管壁上均设置有多个出气孔，以便气体通过出气孔流出。

在具体的应用中，每个出气区域在第一方向上的尺寸可以相同，即每个出气区域的容积相同。进气管的数量为多个时，每个进气管输送的气体可以不同，则进入每个分区的气体不同，进而可以在晶圆上沉积不同的薄膜。例如，第一进气管通入A气体，第二进气管通入B气体，第三进气管通入C气体，第四进气管通入D气体。当然，进气管的数量为多个时，每个进气管输送的气体也可以相同，在此不做限定。每个分区的容积可以相同，也可以不同。

本实施例中，当出气管分为多个出气区域时，每个出气区域与进气管之间均设置有流量阀和流量计，流量阀用于控制向出气区域中通入气体，流量计用于监查向出气区域中通入气体的流量，通过流量计和流量阀控制向出气区域通入的气体的流量。例如，当出气区域的数量为5个时，流量计和流量阀的数量分为5个，并可以分别设置进气管的5个支进气管上。这样，通过流量计和流量阀控制通入每个出气区域中的气体流量，进而可以控制不同区域对应的晶圆上的薄膜厚度。

当出气管分为多个出气区域和多个分区时，每个出气区域的每个分区与进气管之间均设置有流量阀和流量计，进而可以精确控制每个出气区域中的每个分区内的气体流量。例如，当出气区域的数量为5个，分区数量为4个时，由于每个出气区域分别与一个支进气管连接，每个分区分别与一个进气管连接，则流量计和流量阀的数量为20个，并分别设置于每个进气管的每个支进气管上。这样，通过流量计和流量阀控制通入每个出气区域中的每个分区的气体流量，进而可以控制不同区域对应的晶圆上的不同薄膜的厚度。

以上对本申请实施例提供的一种输气管道进行了详细描述，本申请实施例还提供一种半导体机台，包括：

上述所述的输气管道；

反应腔室，所述输气管道设置于反应腔体内；

所述反应腔室内设置有晶圆承载装置，所述晶圆承载装置用于承载晶圆。

本申请实施例中，半导体机台包括输气管道和反应腔室，输气管道与反应腔室相连，输气管道用于向反应腔室内通入反应气体，反应腔室用于提供在晶圆上沉积薄膜所需的反应空间。输气管道的出气管连通入反应腔室内，以便可以利用通过各个出气区域的出气孔流出的气体对晶圆进行沉积处理或高温处理等。反应腔室内包括晶圆承载装置，晶圆承载装置上承载有待处理的晶圆，此处的待处理的晶圆可以是待沉积薄膜的晶圆，也可以是待进行高温处理的晶圆等。

申请人经过研究发现，炉管机台一次处理晶圆的数量最多可以达到125片(pieces)，但是在相同的条件下，炉管机台内不同区域的晶圆表面沉积薄膜的厚度不同。目前可以通过控制炉管机台内不同区域内的温度，使得每个区域的晶圆表面薄膜的厚度相同，但是难以通过控制气体流量精确控制不同区域的晶圆表面薄膜的厚度。本申请实施例中，通过将上述输气管道设置于反应腔体内，反应腔体包括多个腔体区域，输气管道上的每个出气区域具有对应的腔体区域。而后，可以根据腔体区域内的参数确定其对应的出气区域的气体流量，以精确控制每个腔体区域内的晶圆表面薄膜的厚度。腔体区域内的参数可以包括温度、压强、流速和气体流量等。可以实时显示每个腔体区域的参数，而后根据腔体区域的参数自动调节对应的出气区域的流量或者人工调节对应的出气区域的流量。

本实施例中，可以将输气管道的进气管设置于反应腔体的底部，将输气管道的出气管设置于反应腔体的顶部，以使得反应腔体内的气体分布均匀，增加气体反应时间。

本实施例中，晶圆承载装置的数量可以为多个，晶圆承载装置分别放置于腔体区域内。一个腔体区域内可以设置一个或者多个晶圆承载装置，对于沉积条件相同的晶圆可以放置于同一个腔体区域内。。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于半导体机台实施例而言，由于其基本相似于输气管道实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种输气管道，其特征在于，包括：进气管和出气管，

所述出气管在第一方向上分为至少两个出气区域，所述第一方向为所述出气管的延伸方向；每个所述出气区域分别与所述进气管连接；

每个所述出气区域的管壁上均设置有多个出气口；

所述进气管用于气体的输入，所述出气区域的管壁上的多个出气口用于气体的输出。

2.根据权利要求1所述的输气管道，其特征在于，所述进气管的数量为多个，

所述出气管在第二方向上分为至少两个分区，所述第二方向为垂直于所述第一方向的方向，每个所述分区分别与所述进气管连接。

3.根据权利要求2所述的输气管道，其特征在于，所述出气管在所述第一方向上分为五个出气区域，所述出气管在所述第二方向上分为四个分区。

4.根据权利要求2所述的输气管道，其特征在于，每个所述出气区域通过第一隔板隔开，每个所述分区通过第二隔板隔开。

5.根据权利要求2所述的输气管道，其特征在于，每个所述进气管输送的气体不同。

6.根据权利要求1所述的输气管道，其特征在于，每个所述出气区域在所述第一方向上的尺寸相同。

7.根据权利要求1所述的输气管道，其特征在于，每个所述出气区域与所述进气管之间均设置有流量阀和流量计，以控制所述出气区域中的气体流量。

8.根据权利要求2所述的输气管道，其特征在于，每个所述出气区域的每个所述分区与所述进气管之间均设置有流量阀和流量计，以分别控制每个所述出气区域中每个所述分区内的气体流量。

9.一种半导体机台，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任意一项所述的输气管道；

反应腔体，所述输气管道位于所述反应腔体内；

所述反应腔体内设置有晶圆承载装置，所述晶圆承载装置用于承载晶圆。

10.根据权利要求9所述的机台，其特征在于，所述反应腔体包括多个腔体区域，每个所述腔体区域具有对应的所述出气区域；

每个所述出气区域的气体流量是根据所述腔体区域的参数确定的，所述参数包括：温度、压强、流速和/或气体含量。

11.根据权利要求9所述的输气管道，其特征在于，所述进气管位于所述反应腔体的底部，所述出气管设置于所述反应腔体顶部。

12.根据权利要求10所述的机台，其特征在于，所述晶圆承载装置的数量为多个，所述晶圆承载装置分别放置于所述腔体区域内。

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