CN116092980A - 一种气体扩散系统及半导体设备 - Google Patents

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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本公开提供了一种气体扩散系统及半导体设备，气体扩散系统设置于制程腔室，包括第一气流通道，用于提供第一气流；第二气流通道，用于提供第二气流；加热装置，用于对制程腔室进行加热；气体扩散装置，气体扩散装置与第一气流通道和第二气流通道连通，气体扩散装置用于将第一气流和第二气流混合形成混合气流，并将混合气流输出至制程腔室中。通过气体扩散系统中的气体扩散装置，使得第一气流和第二气流可以在气体扩散装置中混合形成混合气流，降低气流混合时间；加热装置在加热制程腔室的过程中还可以对气体扩散装置中的混合气流进行预热，提高通入制程腔室内的混合气流的温度均匀性，提高半导体器件形成的薄膜厚度的均一性，提高产品的整体性能。

Description

一种气体扩散系统及半导体设备
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种气体扩散系统及半导体设备。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，常需要在半导体器件上形成薄膜，薄膜的形成方法可以包括热氧化法、化学气相沉积法和物理气相沉积法等等。原位水蒸汽氧化工艺(In-Situ Steam Generation，ISSG)是一种通过高温水汽氛围形成薄膜的工艺，在ISSG工艺中，反应气体通入制程腔室中混合，在高温低压的环境下形成活性自由基，活性自由基与半导体器件表面的硅发生反应，以在半导体器件的表面形成氧化薄膜。
在目前的ISSG工艺中，反应气体通常由制程腔室的一侧单独通入，且在制程腔室内混合，通入的反应气体的温度相对制程腔室内部的高温环境较低，使得半导体器件靠近反应气体的入口的温度低于半导体器件其它位置的温度，使得半导体器件靠近反应气体的入口的位置形成的氧化薄膜的厚度较低，半导体器件上的薄膜均一性较低，导致半导体器件的不同位置的电性能不一致，影响半导体器件的整体性能。
发明内容
以下是对本公开详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本公开提供了一种气体扩散系统及半导体设备。
本公开的第一方面，提供了一种气体扩散系统，设置于制程腔室，所述气体扩散系统包括：
第一气流通道，用于提供第一气流；
第二气流通道，用于提供第二气流；
加热装置，用于对所述制程腔室进行加热；
气体扩散装置，所述气体扩散装置与所述第一气流通道和所述第二气流通道连通，所述气体扩散装置用于将所述第一气流和所述第二气流混合形成混合气流，并将所述混合气流输出至所述制程腔室中。
本公开的一些实施例中，所述气体扩散装置包括：
混合部，所述混合部分别与所述第一气流通道的出口以及所述第二气流通道的出口连通，所述混合部用于混合所述第一气流和所述第二气流，以形成所述混合气流；
输出部，所述输出部包括输气结构，所述输气结构用于将所述混合气流输出至所述制程腔室。
本公开的一些实施例中，所述混合部包括第一进气口和第二进气口，所述第一进气口与所述第一气流通道的出口连通，所述第二进气口与所述第二气流通道的出口连通，所述第一进气口的孔径大于所述第二进气口的孔径。
本公开的一些实施例中，所述输气结构包括多个第一输气环和多个第二输气环，沿所述输出部的径向方向，所述第一输气环和所述第二输气环交错排布。
本公开的一些实施例中，所述第一输气环包括多个第一输气孔，所述第二输气环包括多个第二输气孔，所述第一输气孔的孔径大于所述第二输气孔的孔径。
本公开的一些实施例中，所述输气结构还包括第三输气环，沿所述输出部的径向方向，所述第三输气环设置于所述输出部的外侧；
所述第三输气环包括多个第三输气孔，所述第三输气孔为T字形输气孔。
本公开的一些实施例中，所述第三输气孔包括相互垂直的第一边和第二边，所述第一边的长度大于所述第二边的长度；
所述第二边沿所述输出部的径向方向延伸。
本公开的一些实施例中，所述气体扩散装置采用石英材质形成；和/或，
所述第一气流包括氧气，所述第二气流包括氢气。
本公开的一些实施例中，所述气体扩散系统还包括：
固定装置，所述固定装置与所述制程腔室的内壁连接，所述固定装置与所述气体扩散装置可拆卸连接，所述气体扩散装置通过所述固定装置固定于所述制程腔室的内壁。
本公开的一些实施例中，所述固定装置包括第一连杆和第二连杆，所述第二连杆设置为伸缩杆，所述第一连杆的两端分别与制程腔室的内壁和所述第二连杆连接，所述第二连杆的远离所述第一连杆的一端与所述气体扩散装置可拆卸连接。
本公开的一些实施例中，所述加热装置设置于制程腔室的顶部，所述气体扩散装置设置于所述加热装置的下方。
本公开的一些实施例中，所述加热装置在所述气体扩散装置上的投影覆盖所述气体扩散装置，所述加热装置包括多个阵列设置的加热源，多个所述加热源均布设置。
本公开的第二方面，提供了一种半导体设备，所述半导体设备包括制程腔室以及本公开第一方面所述的气体扩散系统，半导体器件在所述制程腔室中进行加工制程。
本公开的一些实施例中，沿所述制程腔室的高度方向，所述气体扩散系统的气体扩散装置设置于所述制程腔室的2/3高度处。
本公开的一些实施例中，所述制程腔室包括支撑装置，所述支撑装置包括承载盘，所述承载盘用于承载所述半导体器件，所述气体扩散装置在所述半导体器件上的投影覆盖所述半导体器件。
本公开提供的气体扩散系统及半导体设备中，通过在制程腔室中设置包括气体扩散装置的气体扩散系统，使得第一气流和第二气流可以在气体扩散装置中混合形成混合气流，加热装置在加热制程腔室的过程中还可以对气体扩散装置中的混合气流进行预热，降低气流混合时间的同时，提高通入制程腔室内的混合气流的温度均匀性，提高制程腔室中半导体器件形成的薄膜厚度的均一性，提高半导体器件的整体性能。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与描述一起用于解释本公开实施例的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本公开的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种半导体设备的剖视图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种气体扩散系统的局部剖视图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种气体扩散装置的仰视图。
附图标记说明：
100、气体扩散系统；10、第一气流通道；20、第二气流通道；30、加热装置；31、加热源；40、气体扩散装置；41、混合部；411、第一进气口；412、第二进气口；42、输出部；43、输气结构；44、第一输气环；441、第一输气孔；45、第二输气环；451、第二输气孔；46、第三输气环；461、第三输气孔；4611、第一边；4612、第二边；50、固定装置；51、第一连杆；52、第二连杆；200、制程腔室；210、支撑装置；300、半导体器件；1000、半导体设备。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域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，都属于本公开保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在半导体器件的制造过程中，原位水蒸汽氧化工艺(In-Situ Steam Generation，ISSG)是一种通过高温水汽氛围形成薄膜的工艺，在ISSG工艺中，反应气体通入制程腔室中混合，在高温低压的环境下形成活性自由基，活性自由基与半导体器件表面的硅发生反应，以在半导体器件的表面形成氧化薄膜。
在目前的ISSG工艺中，反应气体通常由制程腔室的一侧单独通入，且在制程腔室内混合，通入的反应气体的温度相对制程腔室内部的高温环境较低，使得半导体器件靠近反应气体的入口的温度低于半导体器件其它位置的温度，使得半导体器件靠近反应气体的入口的位置形成的氧化薄膜的厚度较低，半导体器件上的薄膜均一性较低，导致半导体器件的不同位置的电性能不一致。例如，当使用ISSG工艺在晶圆上形成双栅氧化层时，形成的二氧化硅薄膜的厚度会出现偏单边的现象，厚度不均匀容易导致晶圆上不同区域的栅极的阈值电压不同，从而影响半导体器件如晶圆的整体性能。目前ISSG工艺形成的膜厚不均匀的现象很难通过调整反应气体的配比或调整制造工艺进行改善。
有鉴于此，本公开提供了一种气体扩散系统，气体扩散系统设置于制程腔室，包括第一气流通道，用于提供第一气流；第二气流通道，用于提供第二气流；加热装置，用于对制程腔室进行加热；气体扩散装置，气体扩散装置与第一气流通道和第二气流通道连通，气体扩散装置用于将第一气流和第二气流混合形成混合气流，并将混合气流输出至制程腔室中。通过气体扩散系统中的气体扩散装置，使得第一气流和第二气流可以在气体扩散装置中混合形成混合气流，降低气流混合时间；加热装置在加热制程腔室的过程中还可以对气体扩散装置中的混合气流进行预热，提高通入制程腔室内的混合气流的温度均匀性，提高半导体器件形成的薄膜厚度的均一性，提高产品的整体性能。
在一个示例性实施例中，参考图1所示，本公开提供了一种气体扩散系统100，设置于制程腔室200，气体扩散系统100可以设置于半导体设备的制程腔室200的内部，制程腔室200可以是对半导体器件如晶圆进行ISSG工艺的反应腔室。
气体扩散系统100包括第一气流通道10、第二气流通道20、加热装置30和气体扩散装置40。其中，第一气流通道10用于提供第一气流；第二气流通道20用于提供第二气流；加热装置30用于对制程腔室200进行加热；气体扩散装置40与第一气流通道10和第二气流通道20连通，气体扩散装置40用于将第一气流和第二气流混合形成混合气流，并将混合气流输出至制程腔室200中。
第一气流通道10和第二气流通道20可以分别提供第一气流和第二气流，第一气流和第二气流用于与制程腔室200中的半导体器件如晶圆发生反应，第一气流和第二气流中的气体成分不同，示例性地，第一气流和第二气流可以分别是氢气和氧气中的一种。第一气流通道10和第二气流通道20可以是气体输送管道形成的气流通道，第一气流通道10和第二气流通道20可以分别外接存储有不同成分气体的气体储存装置，以便于第一气流通道10和第二气流通道20向制程腔室提供不同成分的反应气体。
加热装置30可以是采用电阻加热、感应加热、电弧加热、电子束加热等方式加热器件，加热装置30设置于制程腔室200中，例如可以设置于制程腔室200的顶部、底部、侧壁等位置，加热装置30用于对制程腔室200进行加热，使得制程腔室200处于高温环境，以使得通入制程腔室200的反应气体可以形成活性自由基，并使得活性自由基与半导体器件反应以在半导体器件形成所需的薄膜。
气体扩散装置40与第一气流通道10和第二气流通道20连通，例如可以是通过螺纹连接、法兰连通、焊接连接、承插连接、粘合连接等方式连通。第一气流通道10提供的第一气流以及第二气流通道20提供的第二气流在气体扩散装置40中混合以形成混合气流。气体扩散装置40可以是出口朝向制程腔室200的管路、风筒等，以使得第一气流和第二气流可以混合形成混合气流，并输出制程腔室200中。第一气流和第二气流在气体扩散装置40中形成混合气流，相当于第一气流和第二气流在进入制程腔室200之前进行提前混合，以降低第一气流和第二气流和混合时间，提高包括第一气流和第二气流的反应气体的分布均匀性，还可以降低RPT(Raw Process Time，制程加工时间)，提高制程腔室200的生产效率。
由于气体扩散系统100设置于制程腔室200中，气体扩散装置40设置于制程腔室200，以使得加热装置30在对制程腔室200进行加热的过程中，加热装置30同时还会对气体扩散装置40中的混合气流进行加热，以使得混合气流由气体扩散装置40输出至制程腔室200中时，混合气流的温度均匀，使得制程腔室200中的半导体器件与混合气流进行反应生成的薄膜厚度具有良好的均一性，提高产品的整体性能。
在一些实施例中，当制程腔室200中的半导体器件为晶圆，需要在晶圆的表面形成二氧化硅薄膜时，加热装置30对制程腔室200进行加热，以使得制程腔室200处于高温环境，例如可以处于800-1200℃范围。制程腔室200还可以处于真空低压环境，压力例如可以处于6-15torr范围，第一气流通道10提供的第一气流可以包括氧气，第二气流通道20提供的第二气流可以包括氢气。制程腔室200中，氢气和氧气在高温低压的环境下产生活性自由基，活性自由基在制程腔室200中扩散，与制程腔室200中的晶圆的表面的硅(Si)接触，以在高温低压的环境下在晶圆的表面形成二氧化硅薄膜，反应机理可以表示如下：
H2+O2→ 2OH·         (1)
H2+OH·→ H2O+H·    (2)
O2+H·→ OH·+O·    (3)
H2+O·→ OH·+H·    (4)
2O·+Si→ SiO2         (5)
示例性地，气体扩散装置40的材质可以采用石英材质形成，石英材质的主要成分为二氧化硅，与氢气和氧气在高温低压的环境下在晶圆表面形成的薄膜的成分相同，使得气体扩散装置40在受到加热装置30的加热过程中不会产生对制程有负面影响的二次化合物。同时，石英材质具有良好的耐热性，在高温环境(900-1100℃)下几乎处于透明状态，透光性强，从而不会降低加热装置30对制程腔室200的加热效果，使得气体扩散装置40可以提升混合气流的成分均匀性和温度均匀性的情况下，还可以确保制程腔室200内的制程的良好进行。
在一个示例性实施例中，参考图2所示，气体扩散装置40包括混合部41和输出部42，混合部41分别与第一气流通道10的出口以及第二气流通道20的出口连通，混合部41用于混合第一气流和第二气流，以形成混合气流。输出部42包括输气结构43，输气结构43用于将混合气流输出至制程腔室200。
示例性地，当制程腔室200中进行半导体制程的半导体器件为晶圆时，气体扩散装置40可以是圆柱形且包括混合部41和输出部42的具有容置空间的装置，其中，混合部41为气体扩散装置40未朝向制程腔室200内放置半导体器件一侧的侧壁，例如，参考图1中的方位，当气体扩散装置40设置于半导体器件的上方时，混合部41可以是气体扩散装置40的顶壁和/或气体扩散装置40的四个侧壁。图2示出的气体扩散装置40的剖视图中，混合部41为气体扩散装置40的侧壁，混合部41分别与第一气流通道10的出口以及第二气流通道20的出口连通，以使得第一气流通道10输送的第一气流和第二气流通道20输送的第二气流通过混合部41进入气体扩散装置40，并在混合部41以及气体扩散装置40的其它侧壁形成的容置空间中混合以形成混合气流。
输出部42为气体扩散装置40朝向制程腔室200内放置半导体器件一侧的侧壁，例如，参考图1中的方位，当气体扩散装置40设置于半导体器件的上方时，输出部42可以是气体扩散装置40的底壁。输出部42包括输气结构43，输气结构43例如可以是输气通道或者输气孔，气体扩散装置40中经过混合以及经过加热装置30加热过的混合气流通过输气结构43均匀输出至制程腔室200中，以与制程腔室200中的半导体器件发生反应。
在一些可能的实施方式中，参考图2所示，混合部41包括第一进气口411和第二进气口412，第一进气口411与第一气流通道10的出口连通，第二进气口412与第二气流通道20的出口连通，第一进气口411的孔径大于第二进气口412的孔径。
第一进气口411和第二进气口412可以是设置在气体扩散装置40侧壁上的开口，第一进气口411和第二进气口412可以分别是一个或多个。第一进气口411与第一气流通道10的出口连通，第二进气口412与第二气流通道20的出口连通，第一进气口411的孔径大于第二进气口412的孔径，以使得在相同的时间内，通过第一进气口411通入气体扩散装置40的第一气流的流量大于通过第二进气口412通入气体扩散装置40的第二气流的流量，以对混合气流中的第一气流和第二气流的占比进行调节。例如，当制程腔室200用于在晶圆的表面形成二氧化硅薄膜时，所需的反应气体中氧气的量大于氢气的量，此时第一气流通道10提供的第一气流为氧气，第二气流通道20提供的第二气流为氢气，使得当氧气和氢气分别通过第一进气口411和第二进气口412通入气体扩散装置40内时，混合气流中氧气的量大于氢气的量，以满足制程要求。
在一些实施例中，第一进气口411和第二进气口412的孔径可以相同，在与第一进气口411连通的第一气流通道10和与第二进气口412连通的第二气流通道20上可以设置流量控制装置，流量控制装置例如可以包括气动调节阀等阀门。通过分别调节第一气流通道10和第二气流通道20上的流量控制装置的开度，以控制向制程腔室200中输送的混合气流中各成分的比例。
在一些可能的实施方式中，参考图3所示，输气结构43包括多个第一输气环44和多个第二输气环45，沿输出部42的径向方向，第一输气环44和第二输气环45交错排布。
第一输气环44和第二输气环45可以是环状的输气装置，例如可以是贯穿输出部42的圆环状开口，也可以是多个通孔沿输出部42的周向方向排布形成的输气环。第一输气环44和第二输气环45向制程腔室200输送混合气流的流量可以不同，沿输出部42的径向方向，即沿输出部42的直径的延伸方向，第一输气环44和第二输气环45交错排布，以提升气体扩散装置40输送的混合气流在制程腔室200内的分布均匀性，从而提升半导体器件表面形成的薄膜厚度的均一性。
示例性地，由于第一输气环44和第二输气环45沿输出部42的径向方向交错排布，多个第一输气环44的周长不尽相同，多个第二输气环45的周长也不尽相同，沿输出部42的径向方向，靠近输出部42内侧的第一输气环44和第二输气环45的周长小于靠近输出部42外侧的第一输气环44和第二输气环45的周长。
示例性地，参考图3所示，第一输气环44包括多个第一输气孔441，第二输气环45包括多个第二输气孔451，第一输气孔441的孔径大于第二输气孔451的孔径。
第一输气孔441和第二输气孔451可以是贯穿输出部42的通孔，第一输气孔441和第二输气孔451可以是圆形通孔、椭圆形通孔，等等。多个第一输气孔441分别沿输出部42的周向方向排布，以形成周长不同的多个第一输气环44。多个第二输气孔451分别沿输出部42的周向方向排布，以形成周长不同的多个第二输气环45。第一输气孔441的孔径大于第二输气孔451的孔径，以使得第一输气环44和第二输气环45向制程腔室200输送混合气流的流量不同，以提升气体扩散装置40输送的混合气流在制程腔室200内的分布均匀性。示例性地，第一输气孔441的孔径的范围可以是1～1.2cm，例如可以是1cm、1.08cm、1.52cm等等。第二输气孔451的孔径的范围可以是0.7～0.9cm，例如可以是0.7cm、0.76cm、0.8cm等等。
在一些可能的实施方式中，参考图3所示，输气结构43除多个第一输气环44和多个第二输气环45外，还包括第三输气环46，沿输出部42的径向方向，第三输气环46设置于输出部42的外侧，第三输气环46包括多个第三输气孔461，第三输气孔461为T字形输气孔。
第三输气孔461可以是贯穿输出部42的通孔，多个第三输气孔461设置于输出部42的径向外侧，多个第三输气孔461沿输出部42的周向方向排布，以形成设置于输出部42的径向外侧的第三输气环46。设置第三输气环46中的第三输气孔461为T字形输气孔，以使得靠近输出部42外侧的混合气流可以通过第三输气孔461输出至制程腔室200中，有利于由气体扩散装置40中输出的混合气流集中于制程腔室200中的半导体器件的表面，提升半导体器件表面形成的薄膜厚度的均一性。
在一些可能的实施方式中，参考图3所示，第三输气孔461包括相互垂直的第一边4611和第二边4612，第一边4611的长度大于第二边4612的长度，第二边4612沿输出部42的径向方向延伸。
第三输气孔461中的第二边4612沿输出部42的径向方向延伸，即第二边4612靠近并朝向第一输气环44或第二输气环45，第一边4611靠近输出部42的外侧。也就是说，具有更长的长度且与第二边4612垂直的第一边4611沿输出部42的周向方向延伸，多个第三输气孔461中，以每个第三输气孔461的第二边4612的延长线与输出部42的交点作为输出部42的切点，沿输出部42的切点作输出部42的切线，每个第三输气孔461的第一边4611均与该第三输气孔461的第二边4612与输出部42的交点形成的切线平行。第一边4611的长度大于第二边4612的长度，以使得靠近输出部42外侧的混合气流可以更顺畅地通过第一边4611流入第三输气孔461，并通过长度较短且沿输出部42的径向方向延伸的第二边4612输出至制程腔室200中靠近输出部42内侧的半导体器件的表面，提升半导体器件表面形成的薄膜厚度的均一性。示例性地，第一边4611的长度范围可以是1～1.2cm，例如可以是1cm、1.08cm、1.52cm等等。第二边4612的长度范围可以是0.7～0.9cm，例如可以是0.7cm、0.76cm、0.8cm等等。相邻两个第三输气孔461的间隔，例如是两个第三输气孔461的第二边4612的间隔可以是0.4～0.5cm。
在一个示例性实施例中，参考图1所示，气体扩散系统100还包括固定装置50，固定装置50与制程腔室200的内壁连接，固定装置50与气体扩散装置40可拆卸连接，气体扩散装置40通过固定装置50固定于制程腔室200的内壁。
固定装置50的一端与制程腔室200的内壁连接，固定装置50与制程腔室200的内壁的连接方式可以是固定连接，例如通过焊接的方式连接，也可以设置为可拆卸连接，例如通过卡扣、卡套等方式连接。固定装置50的另一端与气体扩散装置40可拆卸连接，例如通过卡扣、卡套等方式连接。当气体扩散装置40符合制程要求时，气体扩散装置40通过固定装置50固定于制程腔室200的内壁，使得气体扩散装置40可以起到混合第一气流和第二气流，提升混合气流的成分均匀性和温度均匀性的作用。当气体扩散装置40不符合制程要求时，可以由制程腔室200的内壁拆卸以进行清洗、保养或更换，确保通过制程腔室200加工的半导体设备的表面形成的薄膜厚度的均一性。固定装置50可以是采用石英材质或与制程腔室200内壁相同材料形成的组件，例如可以是连杆、承载盘等等。
在一些可能的实施方式中，参考图1所示，固定装置50包括第一连杆51和第二连杆52，第二连杆52设置为伸缩杆，第一连杆51的两端分别与制程腔室200的内壁和第二连杆52连接，第二连杆52的远离第一连杆51的一端与气体扩散装置40可拆卸连接。
固定装置50的第一连杆51的两端分别与制程腔室200的内壁和第二连杆52连接，连接方式可以是固定连接或可拆卸连接。第二连杆52的一端与第一连杆51连接，第二连杆52的远离第一连杆51的一端与气体扩散装置40可拆卸连接，例如可以通过卡扣、卡套等方式连接。第二连杆52设置为伸缩杆，在第二连杆52的延伸方向，第二连杆52的长度可以延伸或缩短，以使得当气体扩散装置40与第二连杆52处于连接状态时，通过对第二连杆52的长度进行调整，以调节气体扩散装置40在制程腔室200内的位置，使得气体扩散装置40可以覆盖制程腔室200内的半导体器件，使得气体扩散装置40向制程腔室200输出的混合气流集中于半导体器件的表面。
示例性地，气体扩散装置40的两侧可以分别设置一个固定装置50，当固定装置50分别与气体扩散装置40可拆卸连接时，通过调整一个和/或两个固定装置50的第二连杆52的长度，以更好的调节气体扩散装置40在制程腔室200内的位置，使得气体扩散装置40向制程腔室200输出的混合气流集中于半导体器件的表面。
在一些可能的实施方式中，参考图1所示，加热装置30设置于制程腔室200的顶部，气体扩散装置40设置于加热装置30的下方。由于半导体器件进入制程腔室200时，是由制程腔室200的一侧进入制程腔室200，半导体器件待加工的表面朝向制程腔室200的顶部。将加热装置30设置于制程腔室200的顶部，可以使得加热装置30提供的热能可以集中于半导体器件的表面，为半导体器件的表面发生的反应提供高温。将气体扩散装置40设置于加热装置30的下方，可以使得气体扩散装置40可以接收一部分加热装置30的热能，气体扩散装置40内的混合气流可以受到预热，提高与半导体器件表面接触的混合气流的温度，提高半导体设备的表面形成的薄膜厚度的均一性。
示例性地，加热装置30在气体扩散装置40上的投影覆盖气体扩散装置40，加热装置30包括多个阵列设置的加热源31，多个加热源31均布设置。
气体扩散装置40可以设置于加热装置30的正下方，加热装置30的面积大于或等于气体扩散装置40的面积，以使得加热装置30在气体扩散装置40上的投影覆盖气体扩散装置40，使得加热装置30可以对气体扩散装置40中的全部混合气流进行预热。加热装置30包括多个阵列设置的加热源31，加热源31例如可以是热辐射光源，例如可以包括白炽灯、卤钨灯等具有热辐射的光源，多个加热源31在制程腔室200的顶部均匀阵列设置，以使得多个加热源31形成的加热装置30对制程腔室200中的半导体器件和气体扩散装置40中的混合气流进行均匀加热，提高半导体设备的表面形成的薄膜厚度的均一性。
在一个示例性实施例中，本公开还提供了一种半导体设备1000，半导体设备1000例如可以是采用热氧化法或ISSG工艺进行薄膜形成制程的半导体制程设备。半导体设备1000包括制程腔室200以及本公开上述实施例提供的气体扩散系统100，半导体器件300在制程腔室200中进行加工制程。
半导体器件300可以包括晶圆、衬底等器件，当半导体器件300需要进行制程加工时，半导体器件300可以通过机械臂等输送装置输送至制程腔室200中，半导体器件300在制程腔室200中进行加工制程。半导体设备1000中设置气体扩散系统100，以使得当加工制程需要反应气体时，反应气体可以通过气体扩散系统100进行混合和预热后输出至制程腔室200，以使得半导体器件300表面形成的薄膜具有良好的均一性，提高产品的整体性能。同时，气体扩散系统100还可以降低反应气体的混合时间，以使得半导体设备1000的生产效率得到提高。
在一些可能的实施方式中，沿制程腔室200的高度方向，气体扩散系统100的气体扩散装置40设置于制程腔室200的2/3高度处。
由于半导体器件300通过机械臂等输送装置输送至制程腔室200中时，沿制程腔室200的高度方向，通常由制程腔室200侧壁的1/2高度处进入制程腔室200。将气体扩散系统100的气体扩散装置40设置于制程腔室200的2/3高度处，以避免气体扩展装置40与半导体器件300发生碰撞或接触，保证半导体器件300表面的平整度，确保半导体器件300表面形成的薄膜的厚度均一性。
在一些可能的实施方式中，制程腔室200包括支撑装置210，支撑装置210包括承载盘，承载盘用于承载半导体器件300，气体扩散装置40在半导体器件300上的投影覆盖半导体器件300。
支撑装置210用于对进入制程腔室200的半导体器件300进行支撑的承载，以使得半导体器件300在制程腔室200内处于固定位置完成加工制程。支撑装置210可以包括支撑气缸(图中未示出)、承载盘等组件，承载盘例如可以是外边周长略大于半导体器件300周长的具有中空结构的环形承载盘。支撑气缸可以是环形气缸，以对承载盘进行支撑。气体扩散装置40设置于支撑装置210的正上方，气体扩散装置40的面积大于或等于半导体器件300的面积，示例性地，当半导体器件300为晶圆且晶圆的直径为300mm时，气体扩散装置40的直径可以为300～310mm，例如可以是305mm、307mm等，以使得气体扩散装置40在半导体器件300上的投影覆盖半导体器件300，使得由气体扩散装置40中输出的混合气流可以均匀且充分地与半导体器件300的表面接触，确保半导体器件300表面形成的薄膜的厚度均一性。
本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例性的实施例”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
可以理解的是，本公开所使用的术语“第一”、“第二”等可在本公开中用于描述各种结构，但这些结构不受这些术语的限制。这些术语仅用于将第一个结构与另一个结构区分。
在一个或多个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的多个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的结构。在下文中描述了本公开的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本公开。但正如本领域技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本公开。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：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公开各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种气体扩散系统，其特征在于，设置于制程腔室，所述气体扩散系统包括：
第一气流通道，用于提供第一气流；
第二气流通道，用于提供第二气流；
加热装置，用于对所述制程腔室进行加热；
气体扩散装置，所述气体扩散装置与所述第一气流通道和所述第二气流通道连通，所述气体扩散装置用于将所述第一气流和所述第二气流混合形成混合气流，并将所述混合气流输出至所述制程腔室中。
2.根据权利要求1所述的气体扩散系统，其特征在于，所述气体扩散装置包括：
混合部，所述混合部分别与所述第一气流通道的出口以及所述第二气流通道的出口连通，所述混合部用于混合所述第一气流和所述第二气流，以形成所述混合气流；
输出部，所述输出部包括输气结构，所述输气结构用于将所述混合气流输出至所述制程腔室。
3.根据权利要求2所述的气体扩散系统，其特征在于，所述混合部包括第一进气口和第二进气口，所述第一进气口与所述第一气流通道的出口连通，所述第二进气口与所述第二气流通道的出口连通，所述第一进气口的孔径大于所述第二进气口的孔径。
4.根据权利要求2所述的气体扩散系统，其特征在于，所述输气结构包括多个第一输气环和多个第二输气环，沿所述输出部的径向方向，所述第一输气环和所述第二输气环交错排布。
5.根据权利要求4所述的气体扩散系统，其特征在于，所述第一输气环包括多个第一输气孔，所述第二输气环包括多个第二输气孔，所述第一输气孔的孔径大于所述第二输气孔的孔径。
6.根据权利要求4所述的气体扩散系统，其特征在于，所述输气结构还包括第三输气环，沿所述输出部的径向方向，所述第三输气环设置于所述输出部的外侧；
所述第三输气环包括多个第三输气孔，所述第三输气孔为T字形输气孔。
7.根据权利要求6所述的气体扩散系统，其特征在于，所述第三输气孔包括相互垂直的第一边和第二边，所述第一边的长度大于所述第二边的长度；
所述第二边沿所述输出部的径向方向延伸。
8.根据权利要求1至7任一项所述的气体扩散系统，其特征在于，所述气体扩散装置采用石英材质形成；和/或，
所述第一气流包括氧气，所述第二气流包括氢气。
9.根据权利要求1至7任一项所述的气体扩散系统，其特征在于，所述气体扩散系统还包括：
固定装置，所述固定装置与所述制程腔室的内壁连接，所述固定装置与所述气体扩散装置可拆卸连接，所述气体扩散装置通过所述固定装置固定于所述制程腔室的内壁。
10.根据权利要求9所述的气体扩散系统，其特征在于，所述固定装置包括第一连杆和第二连杆，所述第二连杆设置为伸缩杆，所述第一连杆的两端分别与制程腔室的内壁和所述第二连杆连接，所述第二连杆的远离所述第一连杆的一端与所述气体扩散装置可拆卸连接。
11.根据权利要求1所述的气体扩散系统，其特征在于，所述加热装置设置于制程腔室的顶部，所述气体扩散装置设置于所述加热装置的下方。
12.根据权利要求11所述的气体扩散系统，其特征在于，所述加热装置在所述气体扩散装置上的投影覆盖所述气体扩散装置，所述加热装置包括多个阵列设置的加热源，多个所述加热源均布设置。
13.一种半导体设备，其特征在于，所述半导体设备包括制程腔室以及如权利要求1至12任一项所述的气体扩散系统，半导体器件在所述制程腔室中进行加工制程。
14.根据权利要求13所述的半导体设备，其特征在于，沿所述制程腔室的高度方向，所述气体扩散系统的气体扩散装置设置于所述制程腔室的2/3高度处。
15.根据权利要求14所述的半导体设备，其特征在于，所述制程腔室包括支撑装置，所述支撑装置包括承载盘，所述承载盘用于承载所述半导体器件，所述气体扩散装置在所述半导体器件上的投影覆盖所述半导体器件。
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