CN209490704U

CN209490704U - 气体混合设备

Info

Publication number: CN209490704U
Application number: CN201821979457.1U
Authority: CN
Inventors: 李国强; 林宗贤; 吴孝哲
Original assignee: Huaian Imaging Device Manufacturer Corp
Current assignee: Huaian Imaging Device Manufacturer Corp
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2019-10-15
Anticipated expiration: 2028-11-28

Abstract

该实用新型涉及一种气体混合设备，包括：腔体，用于进行气体的混合；压力控制器，连通至所述腔体，用于调控腔体内的压力；温控单元，包括加热套，安装至所述腔体，用于调控腔体内的温度；至少两块导流板，卡设于所述腔体内，设置在所述腔体的入口和出口之间，将所述腔体的入口和出口隔开；所述导流板设置有通孔，用于供待混合的气体通过，连通所述腔体的入口和出口，且各导流板相对设置，每一导流板对应导流一种待混合的气体。本实用新型的气体混合设备具有压力控制器和温控单元，能够对腔体内的压力和温度进行调控，隔绝外界压强和温度对腔体内气体的混合的影响，保证混合气体的浓度的稳定性和一致性。

Description

气体混合设备

技术领域

本实用新型涉及半导体外延工艺领域，具体涉及一种气体混合设备。

背景技术

现有技术中，在对气体进行混合时，通常直接在管道中进行。使用这种方法时，混合后的气体的浓度容易受到管道压力、气体温度和气体流速等因素的影响，因此混合后的气体的浓度不具有稳定性和一致性，影响之后的使用。

在半导体外延工艺中就经常使用气体混合的方法，用来稀释掺杂气体的浓度。这是因为，目前气体生产工艺只能够稳定生产几十PPM(Parts per million，百万分比浓度)浓度的掺杂气体，而更低浓度的掺杂气体的制备很困难，不同生产批次间掺杂气体的浓度不稳定。在一般情况下，当需要使用更低浓度的掺杂气体时，通常会在需要使用掺杂气体的设备端前设置一段管道，并在管道中向掺杂气体内通入稀释气体，使两者混合，实现对掺杂气体进行再稀释。

在这种方法中，由于两种气体的混合发生在管道中，获取到的稀释后掺杂气体容易受到管道压力、气体温度和气体流速等因素的影响，不具有稳定性和一致性。然而掺杂气体的浓度将会直接影响到对半导体器件进行掺杂时的掺杂浓度，掺杂浓度又是半导体外延工艺的重要参数，当掺杂气体的浓度不具有稳定性和一致性时，掺杂浓度也会随着发生变化，半导体器件的外延掺杂加工工艺通过率将会降低。

以50PPM的PH₃在设备端的稀释为例：在设备端前的一段管道中通入150sccm的掺杂气体PH₃(50PPM)，以及30000sccm的稀释气体H₂，以获取250PPB(Parts per billion，十亿分比浓度)浓度的稀释后掺杂气体PH₃。这样获取到的稀释后掺杂气体PH₃会受到管道压力、气体温度和气体流速等因素的影响，浓度不具有稳定性和一致性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种气体混合设备，保证多种气体进行混合时不会受到气体压力、气体温度和气体流速影响，保证混合气体的浓度的稳定性和一致性，保证使用混合后的气体进行半导体外延工艺加工时的加工通过率。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气体混合设备，包括：腔体，用于进行气体的混合；压力控制器，连通至所述腔体，用于调控腔体内的压力；温控单元，包括加热套，安装至所述腔体，用于调控腔体内的温度；至少两块导流板，卡设于所述腔体内，设置在所述腔体的入口和出口之间，将所述腔体的入口和出口隔开；所述导流板设置有通孔，用于供待混合的气体通过，连通所述腔体的入口和出口，且各导流板相对设置，每一导流板对应导流一种待混合的气体。

可选的，所述通孔的个数为多个，均匀分布于所述导流板的表面。

可选的，还包括：隔板，设置在所述导流板和所述腔体的出口之间，卡设于所述腔体内，用于隔档流经两块导流板后的气体，防止流经两块导流板后的气体经由所述腔体的出口直接输出；气体扩散器，安装至所述隔板，设置有气体扩散孔，用于供流经两块导流板后的气体流入至所述隔板另一侧，经由所述腔体的出口输出。

可选的，还包括：气体管道，具有朝向所述导流板设置的管道口，用于朝向所述导流板喷出待混合的气体，使待混合的气体通过所述导流板上的通孔流出；每一种待混合的气体对应一气体管道；每一气体管道用于将一种待混合的气体喷出至一导流板。

可选的，还包括：第一质量流量控制器，设置于所述气体管道上，用于控制自所述气体管道流入至所述导流板的待混合的气体的流量。

可选的，所述加热套套设于所述腔体的外表面。

可选的，还包括：混合气体输出管，连通至所述腔体的出口，用于向所述气体混合设备外输出混合气体；第二质量流量控制器，设置于混合气体输出管上，用于控制所述混合气体输出管向外输出的混合气体的流量。

本实用新型的气体混合设备具有压力控制器和温控单元，能够对腔体内的压力和温度进行调控，隔绝外界压强和温度对腔体内环境的影响，从而隔绝外界压强和温度对腔体内气体的混合的影响，保证混合气体的浓度的稳定性和一致性，在使用所述气体混合设备进行掺杂气体的进一步稀释时，能够保证使用混合后的气体进行半导体外延工艺加工时的加工通过率。

附图说明

图1为本实用新型的一种具体实施方式中的气体混合设备的结构示意图。

图2为本实用新型的一种具体实施方式中的气体混合设备的腔体内的结构示意图。

图3为本实用新型的一种具体实施方式中的气体混合设备的第一导流板的结构示意图。

图4为本实用新型的一种具体实施方式中的气体混合设备的第二导流板的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的一种气体混合设备作进一步详细说明。

请参阅图1、图2，其中图1为本实用新型的一种具体实施方式中的气体混合设备的结构示意图，图2为本实用新型的一种具体实施方式中的气体混合设备的腔体内的结构示意图。

在该具体实施方式中，所述气体混合设备包括：腔体100，用于进行气体的混合；压力控制器201，连通至所述腔体100，用于调控腔体100内的压力；温控单元203，包括加热套205，安装至所述腔体100，用于调控腔体100内的温度；至少两块导流板206，卡设于所述腔体100内，设置在所述腔体100的入口200和出口202之间，将所述腔体100的入口200和出口202隔开；所述导流板206设置有通孔204，用于供待混合的气体通过，连通所述腔体100的入口200和出口202，且各导流板206相对设置，且每一导流板206对应导流一种待混合的气体。

在一种具体实施方式中，气体通过腔体100的入口200和出口202通入或通出所述腔体100。通过在腔体100安装温控单元203，以及在腔体100的入口200或出口202处安装压力控制器201，可实现对腔体100内的压强和温度的控制。当腔体100内的压强和温度稳定时，待混合气体在所述腔体100内混合后，混合气体的浓度的稳定性和一致性得以保证，不会对混合气体的后续使用造成影响。

在一种具体实施方式中，由于待混合的气体可能具有腐蚀性，因此所述腔体100应当采用具有一定抗腐蚀性能的材料制成，或者腔体100的内壁的材质具有一定抗腐蚀性能。具有抗腐蚀性能的材质包括石英、玻璃钢、天然橡胶以及聚异丁烯橡胶等。或者采用在所述腔体100的内壁表面涂覆具有抗腐蚀性能的涂层，也可防止所述腔体100被带有腐蚀性的掺杂气体或稀释气体腐蚀。

在图2所示的具体实施方式中，所述压力控制器201设置在腔体100的出口202处，连通所述腔体100。所述压力控制器201通过控制腔体100内的混合气体被排出的速度，来控制所述腔体100内的压力，以使所述腔体100内的压力保持恒定。具体的，当所述压力控制器201检测到当前腔体100内压强过小时，即放慢所述腔体100内的混合气体被排出的速度，减小混合气体流速，以增大所述腔体100内的压强。当所述压力控制器201检测到当前腔体100的压强过大时，则加快所述腔体100内的混合气体被排出的速度，增大混合气体流速，以减小所述腔体100内的压强。

在一种具体实施方式中，所述温控单元203可以用来控制所述腔体100内的温度，对腔体100内的温度进行调控，使腔体100内的温度整体发生变化，或保持腔体100内的恒温状态。在图2所示的具体实施方式中，所述加热套205套设于所述腔体100的外表面，将所述腔体100的外表面整个包裹住。此时，所述加热套205能够对腔体100进行均匀加热，腔体100内各处温度均匀。实际上，也可根据需要使用其他的加热结构对所述腔体100的温度进行控制，如设置在所述腔体壁内的加热丝。

在其他的具体实施方式中，所述温控单元203还包括制冷套，也套设在所述腔体100的外表面，用于对温度过高的腔体100进行冷却降温。

在一种具体实施方式中，所述温控单元203还包括温度检测计和控制器，所述温度检测计设置到腔体100内，并与所述控制器相连接。所述控制器与所述加热套205、制冷套相连接。由温度检测计检测腔体100内的温度，控制器根据所述温度检测计检测到的温度控制所述加热套205以及制冷套，对腔体100的温度进行调控，从而实现恒温。

请参阅图1、图2，所述气体混合设备用于对掺杂气体进行再稀释，需要在掺杂气体中通入稀释气体，使两者混合从而实现稀释作用。在该具体实施方式中，所述掺杂气体为PH₃，所述稀释气体为H₂。

在一种具体实施方式中，待混合的气体通过气体管道从所述腔体100的入口200伸入所述腔体，将待混合的气体通入至所述腔体100内部。在一些具体实施方式中，所述气体管道用于朝向所述导流板206喷出待混合的气体，使待混合的气体通过所述导流板206上的通孔204流出。每一种待混合的气体对应一气体管道，每一气体管道用于将一种待混合的气体喷出至一导流板206。

由于在图1、2所示的具体实施方式中包含两种待混合的气体，因此在图1、2中，所述气体混合设备包括两根气体管道，分别为第一气体管道104和第二气体管道105。第一气体管道104用于供待混合的第一种气体通入所述腔体100，即稀释气体H₂，第二气体管道105用于供待混合的第二种气体通入所述腔体100，即掺杂气体PH₃。实际上，有多少种待混合的气体，就可以设置多少种气体管道。使用不同的气体管道向所述腔体100内通入气体，使得可以分别对各种气体的流量和流速进行控制，最终获得的混合气体中各种气体的量更加准确。

在一种具体实施方式中，可通过在各个气体管道上设置第一质量流量控制器101，来控制自所述气体管道流入至所述导流板206的待混合的气体的流量。

质量流量控制器由流量传感器、分流器通道、流量调节阀和放大控制电路等部件组成，气体通过质量流量控制器时，大部分气体通过分流器，少量气体流过流量传感器。流量传感器采用毛细管传热温差量热法原理，电桥将检测的流量信号转换为电信号。电信号经放大器放大为0～5VDC，放大后的流量检测电压与设定电压进行比较，再将比较后的差值电压放大后去驱动控制阀门，使用比例-积分-微分(PID)控制器对流过通道的流量进行闭环控制，使流过通道的流量与设定的流量相等，所述第一质量流量控制器101的流量控制范围为满量程的2％到100％。

实际上，若预算有限，或不需要严格把控输入至所述腔体100内的待混合的气体的流量，也可不在各个气体管道上设置第一质量流量控制器101。

如图1，所述第二气体管道105上设置有第一质量流量控制器101，用于控制自所述第二气体管道105进入所述腔体100的第二种待掺杂的气体的流量，使自所述第二气体管道105输入至所述腔体100的第二种气体的流量符合用户的要求。

在该具体实施方式中，气体管道朝向所述导流板206设置，用于朝向所述导流板206喷出待混合的气体，使待混合的气体通过所述导流板206上的通孔204流出，且每一导流板206都对应设置有一气体管道。在一种具体实施方式中，经气体管道喷出的气体，以及导流该气体管道流出的气体的导流板206，是相互垂直的，这样，导流板206具有最大的导流效率。

在图2中，由于具有两种混合气体，因此具有两块导流板206，分别为第一导流板2061和第二导流板2062。在一种具体实施方式中，对每一种待混合的气体都设置有相应的导流板206进行导流，因此有多少种待混合气体，就设置多少块导流板206。通过导流板206上设置的通孔204的个数、尺寸以及分布方式的不同，可以对每种待混合气体在混合时的流量和均匀度进行控制，从而能够实现对最后获取到的混合气体的更精确的控制。

请同时参阅图2至图4，其中图3为本实用新型的一种具体实施方式中的气体混合设备的第一导流板的结构示意图，图4为本实用新型的一种具体实施方式中的气体混合设备的第二导流板的结构示意图。

在该具体实施方式中，用于导流掺杂气体的第二导流板2062上设置有17个通孔204，用于导流稀释气体的第一导流板2061上仅设置有9个通孔204。值得注意的是，图2至图4中的两个导流板206都具有设置在中心位置处的通孔204。该通孔204可用于插接气体管道，使气体管道直接吹送气体至用于导流该种气体的导流板206处。

所述导流板206上通孔204的个数和尺寸均与该导流板206导流的气体的需求量的多少相关。对该气体的需求量越大，该导流板206上通孔204越多、尺寸越大。需要注意的是，设置在导流板206的中心的通孔204可以被视为一个特殊的孔，尺寸与待插入的气体管道的尺寸相同，而无需在尺寸上与其他通孔204的尺寸保持一致。而导流板206上的通孔204均匀分布，则使得在使用导流板206进行导流的过程中，与其他种类的气体发生混合时，具有更加均匀的混合效果。

在一种具体实施方式中，所述导流板206也优选为使用耐腐蚀的材料制成，或是具有抗腐蚀的外壳。在一种具体实施方式中，也可以在所述导流板206外侧涂覆具有抗腐蚀性质的涂料，以防止导流板206被带有腐蚀性的气体腐蚀。

同时参阅图1、2，在该具体实施方式中，用于导流掺杂气体的第二导流板2062设置在更靠近腔体100的出口202的位置，而用于导流稀释气体的第一导流板2061设置在更靠近腔体100的入口200的位置。向腔体100内输入掺杂气体的第二气体管道105直接穿过第一导流板2061，向第二导流板2062吹送掺杂气体。而向腔体100内输入稀释气体的第一气体管道104则直接向用于导流稀释气体的导流板206吹送稀释气体。

掺杂气体和稀释气体在第一导流板2061和第二导流板2062之间时就开始混合，直至到达腔体100的出口202之前，两种气体一直处在混合过程中。

在一种具体实施方式中，可以通过设置足够长的腔体100，以增加各种待混合的气体的混合时间，使得待混合的气体混合的更加均匀。在另一种具体实施方式中，也可以采用在最后一块导流板206和腔体100的出口202之间加装一个隔板207的方法，控制混合后的气体直接经由腔体100的出口202输出，从而控制待混合气体的混合时间，增加待混合气体的混合均匀度。

所述隔板207卡设于所述腔体100内，用于隔档流经两块导流板206后的气体，防止流经两块导流板206后的气体经由所述腔体100的出口202直接输出。所述隔板207上安装有气体扩散器208，所述气体扩散器208设置有气体扩散孔。所述气体扩散器208通过气体扩散孔向腔体100的出口202扩散流经两块导流板206后的气体，减缓流经两块导流板206后的气体经腔体100的出口202流出的速率。并且，流经两块导流板206后的气体经过气体扩散器208后，流速更慢，在隔板207和腔体100的出口202之间可进行再一次的混合，使最终输出的混合气体更加均匀。

在一种具体实施方式中，所述导流板206上设置的通孔204的数目为多个，均匀分布在所述导流板206表面。在一种具体实施方式中，用于导流不同气体的导流板206具有不同数目、不同分布状况的通孔204。

在一种具体实施方式中，所述气体混合设备还包括：混合气体输出管106，连通至所述腔体100的出口202，用于向所述气体混合设备外输出混合气体；第二质量流量控制器103，设置于混合气体输出管106上，用于控制所述混合气体输出管106向外输出的混合气体的流量。

实际上，在不需要对混合气体的输出量进行严格的控制的时候，也可不设置所述第二质量流量控制器103，而是仅通过所述混合气体输出管106向外输出混合气体。

在一种具体实施方式中，所述气体混合设备还包括排气管道107，也连通至所述腔体100的出口202，用于向所述气体混合设备外排出多余气体。在一种更优的具体实施方式中，所述排气管道107还连通至一真空泵102，由所述真空泵102通过所述排气管道107抽出所述腔体100内的多余气体。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种气体混合设备，其特征在于，包括：

腔体，用于进行气体的混合；

压力控制器，连通至所述腔体，用于调控腔体内的压力；

温控单元，包括加热套，安装至所述腔体，用于调控腔体内的温度；

至少两块导流板，卡设于所述腔体内，设置在所述腔体的入口和出口之间，将所述腔体的入口和出口隔开；

所述导流板设置有通孔，用于供待混合的气体通过，连通所述腔体的入口和出口，且各导流板相对设置，每一导流板对应导流一种待混合的气体。

2.根据权利要求1所述的气体混合设备，其特征在于，所述通孔的个数为多个，均匀分布于所述导流板的表面。

3.根据权利要求1所述的气体混合设备，其特征在于，还包括：

隔板，设置在所述导流板和所述腔体的出口之间，卡设于所述腔体内，用于隔挡流经两块导流板后的气体，防止流经两块导流板后的气体经由所述腔体的出口直接输出；

气体扩散器，安装至所述隔板，设置有气体扩散孔，用于供流经两块导流板后的气体流入至所述隔板另一侧，经由所述腔体的出口输出。

4.根据权利要求1所述的气体混合设备，其特征在于，还包括：

气体管道，具有朝向所述导流板设置的管道口，用于朝向所述导流板喷出待混合的气体，使待混合的气体通过所述导流板上的通孔流出；

每一种待混合的气体对应一气体管道；

每一气体管道用于将一种待混合的气体喷出至一导流板。

5.根据权利要求4所述的气体混合设备，其特征在于，还包括：

第一质量流量控制器，设置于所述气体管道上，用于控制自所述气体管道流入至所述导流板的待混合的气体的流量。

6.根据权利要求1所述的气体混合设备，其特征在于，所述加热套套设于所述腔体的外表面。

7.根据权利要求1所述的气体混合设备，其特征在于，还包括：

混合气体输出管，连通至所述腔体的出口，用于向所述气体混合设备外输出混合气体；

第二质量流量控制器，设置于混合气体输出管上，用于控制所述混合气体输出管向外输出的混合气体的流量。