CN219972456U - 匀气装置和半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种匀气装置和半导体工艺设备，匀气装置用于向反应室内输入反应气体，包括壳体、气体扩散室、进气口、多个匀气管和流阻调节机构。气体扩散室由所述壳体包绕形成；进气口由所述壳体穿入并与所述气体扩散室连通；多个匀气管设于所述气体扩散室中并与所述反应室相通；流阻调节机构设于至少部分所述匀气管以对流经对应所述匀气管的气体所受阻力进行调节，使由各匀气管通出匀气装置时的反应气体的流量均匀化，从而达到匀气的效果。使用匀气装置的半导体工艺设备，可将经匀气装置进行流阻调节后的反应气体均匀导入反应室，能够在基板表面上形成厚度均匀的膜层。

Description

匀气装置和半导体工艺设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种匀气装置和半导体工艺设备。

背景技术

请参阅图12。用于在基板(晶片)上成膜的半导体工艺设备(例如MOCVD设备等)，在反应室1中具有基板支撑部2，在基板支撑部2上放置基板3，气体喷淋头4与基板支撑部2相对设置。在气体喷淋头4上设有进气口5，反应气体6通过进气口5被导入气体喷淋头4中。在气体喷淋头4的底部具有喷淋口7，反应气体经进气口5进入气体喷淋头4，然后经喷淋口7通入反应室1中，从而在基板3上成膜，尾气经排气口8排出反应室1。

随着半导体技术的不断发展，反应室的尺寸不断增大，因而喷淋头的尺寸也需要对应增大。现有半导体工艺设备的喷淋头，在应对小尺寸反应室时，其对工艺气体的匀气效果比较均匀。但在应对大尺寸反应室时，随着喷淋头的尺寸不断增大，虽然可通过在喷淋头上增加更多的进气口，来提高由气孔喷出的工艺气体的均匀性，但是由于远离进气口处的气体压力低于靠近进气口处的气体压力，因此仍然会存在离进气口远的位置处，工艺气体出气量少的问题，导致形成在基板上的薄膜厚度不均匀。尤其是针对MOCVD工艺中的金属有机物源气体的供应，现有喷淋头更难实现对其的均匀化，从而对成膜工艺质量带来一定的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供新型的匀气装置和半导体工艺设备。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供的所述匀气装置用于向反应室内输入反应气体，包括：

壳体；

气体扩散室，由所述壳体包绕形成；

进气口，由所述壳体穿入，与所述气体扩散室连通；

多个匀气管，设于所述气体扩散室中，并与所述反应室相通；

流阻调节机构，设于至少部分所述匀气管以对至少部分所述匀气管的流阻进行调节。

进一步地，所述流阻调节机构活动套设于所述匀气管以通过沿所述匀气管的轴向运动调节所述匀气管的流阻。

进一步地，所述匀气管包括外套管，所述外套管的下端通过所述壳体与所述反应室相通，所述流阻调节机构包括自所述外套管上端动密封套设于所述外套管中以沿所述外套管的轴向运动的内套管，所述内套管的顶端设有进气孔，以使所述反应气体经所述进气孔进入所述匀气管。

进一步地，各所述匀气管中所述内套管上的所述进气孔露出于对应所述外套管上端的高度按沿靠近所述进气口向远离所述进气口的方向递减，使气体流经各匀气管所受的阻力沿靠近所述进气口向远离所述进气口的方向对应递减。

进一步地，每个所述外套管的长度相同。

进一步地，所述外套管的长度沿靠近所述进气口向远离所述进气口的方向递减。

进一步地，所述进气口为多个，所述进气口布设于所述气体扩散室的顶面上，并相对位于各所述流阻调节机构的上方，各所述进气口对应多个匀气管区，每个所述匀气管区为以所对应的所述进气口的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室的底面投影出的圆形区域，每个所述圆形区域之间互不重叠，其中0.25R≤r＜0.5R，R为所述匀气装置的等效半径；其中，每个所述匀气管区中均包括多个所述匀气管，所述圆形区域以外的区域中也包括多个所述匀气管，位于每个所述匀气管区中的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度按沿所述圆形区域的圆心指向圆周的径向递减，使气体流经各匀气管所受的阻力沿所述圆形区域的圆心指向圆周的径向对应递减，位于所述圆形区域以外的区域中的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度与位于所述圆形区域圆周处的所述匀气管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度相同。

进一步地，所述进气口为多个，所述进气口布设于所述气体扩散室的侧面上，并相对位于所述匀气管的外侧，各所述进气口对应多个匀气管区，每个所述匀气管区为以对应的所述进气口的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室的底面投影出的第一圆形与所述气体扩散室的底面相交的区域，每个所述相交的区域之间互不重叠，其中0.25R≤r＜0.5R，R为所述匀气装置的等效半径；其中，每个所述匀气管区中均包括多个所述匀气管，所述匀气管区以外的区域中也包括多个所述匀气管，位于每个所述匀气管区中的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度按沿所述第一圆形的圆心指向圆周的径向递减，使气体流经各匀气管所受的阻力沿所述第一圆形的圆心指向圆周的径向对应递减，位于所述匀气管区以外的区域中的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度与位于所述第一圆形圆周处的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度相同。

进一步地，所述壳体上设有多个出气孔，所述出气孔与所述反应室连通，所述外套管的下端与所述出气孔一一对应连通设置。

本实用新型还提供一种半导体工艺设备，包括设于反应室内用于设置基板的基板支撑部，以及上述的匀气装置，所述匀气装置与所述基板支撑部相对设置，用于将经所述匀气装置进行流阻调节后的反应气体均匀导入所述反应室内，以在所述基板的表面上形成厚度均匀的膜层。

本实用新型通过在匀气装置的气体扩散室中设置与反应室相通的多个匀气管，并在至少部分匀气管上设置流阻调节机构来调节气体所进入的匀气管的流阻，可使得由各匀气管通出匀气装置时的气体的流量均匀化，从而达到匀气的效果。

本实用新型的半导体工艺设备上设置本实用新型的匀气装置，可以将经匀气装置进行流阻调节后的反应气体均匀导入反应室内，因此能够在基板表面上形成厚度均匀的膜层。而且由于各匀气管的流阻可单独设置，因此可适用不同工艺需求，而无需更换匀气装置，节省成本。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例一的一种匀气装置的结构示意图；

图2为本实用新型一较佳实施例的一种流阻调节机构的结构示意图；

图3为本实用新型一较佳实施例的一种顶面进气口的设置结构示意图；

图4为本实用新型一较佳实施例的一种顶面进气口对应匀气管区的分布形式示意图；

图5为本实用新型一较佳实施例的一种侧面进气口的设置结构示意图；

图6为本实用新型一较佳实施例的一种侧面进气口对应匀气管区的分布形式示意图；

图7为针对图6的匀气管区中的匀气管进行流阻调节时的原理图；

图8为本实用新型一较佳实施例二的一种匀气装置的结构示意图；

图9为图8中一种匀气装置的局部结构放大示意图；

图10为图8中一种匀气装置的进气口设置结构示意图；

图11为本实用新型一较佳实施例的一种匀气装置在半导体工艺设备上的设置结构示意图；

图12为现有的一种用于在基板上成膜的半导体工艺设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

本实用新型实施例提供了匀气装置，用于向反应室内输入反应气体，包括：

壳体；

气体扩散室，由所述壳体包绕形成；

进气口，由所述壳体穿入，与所述气体扩散室连通；

多个匀气管，设于所述气体扩散室中，并与所述反应室相通；

流阻调节机构，设于至少部分所述匀气管以对至少部分所述匀气管的流阻进行调节。

本实用新型实施例的匀气装置中，气体扩散室中设置与反应室相通的匀气管，至少部分匀气管上设置流阻调节机构来调节气体所进入的匀气管的流阻，可使得由各匀气管通出匀气装置时的气体的流量均匀化，从而达到匀气的效果。

利用在半导体工艺设备上设置本实用新型的匀气装置，可以将经匀气装置进行流阻调节后的反应气体均匀导入反应室内，因此能够在基板表面上形成厚度均匀的膜层。而且由于各匀气管的流阻可单独设置，因此可适用不同工艺需求，而无需更换匀气装置，节省成本。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

请参阅图1，图1为本实用新型一较佳实施例一的一种匀气装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型的一种匀气装置10，可用于对通入半导体工艺设备(例如化学气相沉积设备、物理气相沉积设备、等离子体增强气相沉积设备、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备等)反应室的反应气体进行均匀化处理，以使经处理后的反应气体能够以均匀的流量导入反应室内，从而能够在基板(例如半导体晶片)表面上形成厚度均匀的膜层。

请参阅图1，本实用新型的一种匀气装置10，包括由壳体11包绕形成的气体扩散室13，和设于气体扩散室13中的多个匀气管12，匀气管12与反应室(图中未标示)相通。

一些实施例中，壳体11可设于待处理的基板的正上方，并具有与基板表面平行且形状对应的底面。例如，当基板为圆形时，壳体11也将对应具有尺寸相适应的圆形的底面。

一些实施例中，壳体11的底面同时也作为气体扩散室13的底面。

一些实施例中，各匀气管12可竖直设置在气体扩散室13的底面上，并可按一定规律形成匀气管阵列。例如，匀气管阵列中的各匀气管12可按中心对称方式均匀分布在气体扩散室13的底面上；或者，匀气管阵列中的各匀气管12也可按行列排列，并均匀分布在气体扩散室13的底面上。也可以形成其他根据工艺需求所需排列形式的匀气管阵列。

请参阅图1，进气口14设于所述壳体11上，并由所述壳体11穿入，与气体扩散室13连通。

一些实施例中，进气口14可设置在气体扩散室13的顶面上，并可由壳体11的顶面上穿出；并且，进气口14可相对位于匀气管阵列的上方。进气口14可在气体扩散室13上设置一至多个。

请参阅图1，气体扩散室13底部的壳体11上设有与反应室(图中未标示)连通的多个出气孔17。所述匀气管12设有作为匀气管本体的外套管12’，出气孔17与外套管12’一一对应连通设置，由此外套管12’的下端可通过对应的出气孔17与反应室相通。在一些实施例中，外套管12’与出气孔17一一对应地焊接于所述气体扩散室13底部，从而与出气孔17连通。

一些实施例中，至少部分匀气管12设有流阻调节机构15，即可以根据工艺需要(如，结合工艺温度、气体流量、反应室压力等)在需要进行流阻调节处的匀气管12上设置流阻调节机构15，也可以将所有的匀气管12均设置流阻调节机构15，如此即使工艺条件发生变化，也可通过流阻调节机构15对匀气管12的流阻进行调节，从而改善气体均匀性。由匀气管12和对应设置的流阻调节机构15所组成的结构，以及未设置流阻调节机构15的匀气管12均为流道结构以供气体扩散室13内的气体在其中流通。

由于在气体扩散室13中，远离进气口14处的气体压力低于靠近进气口14处的气体压力，因此，在一些实施例中，通过所述流阻调节机构15对所述匀气管12的流阻进行调节，使靠近进气口14的流道结构的流阻大于远离进气口14的流道结构的流阻，在另一些实施例中，使流道结构的流阻沿靠近进气口14向远离进气口14的方向(如图1所示A方向)递减，这样，反应气体流过设在靠近进气口14处的流道结构时所承受的阻力大于反应气体流过设在远离进气口14处的流道结构时所承受的阻力，使反应气体流入反应室内的均匀性得到提高。请参阅图1-图2，本实施例中，流阻调节机构15包括自外套管12’上端动密封套设于外套管12’中的内套管152，内套管152的上端设有进气孔16，气体扩散室13通过所述进气孔16与所述外套管12’相通，所述反应气体经所述进气孔16进入所述外套管12’。通过使内套管152在外套管12’中沿轴向上下移动，来调节内套管152露出于外套管12’上端的高度(即调节匀气管12和对应流阻调节机构15所组成的流道结构的长度)以调节流道结构的流阻大小。其中，可通过使内套管152向下移动，减小内套管152露出于外套管12’上端的高度，即减小匀气管12和流阻调节机构15所组成的流道结构的长度，以对应减小所述反应气体所流过的该流道结构的流阻；反之，可通过使内套管152向上移动，增大内套管152露出于外套管12’上端的高度，即增大匀气管12和流阻调节机构15所组成的流道结构的长度，以对应增大所述反应气体所流过的该流道结构的流阻(即由进气孔16通入内套管152和外套管12’中的气体所流经的内套管152和外套管12’的流阻大小与内套管152露出于外套管12’上端的高度成正比)。

在一些实施例中，调节所述流阻调节机构15，使靠近进气口14的外套管12’上进气孔16露出于外套管12’上端的高度大于远离进气口14的外套管12’上进气孔16露出于外套管12’上端的高度，以使反应气体流过设在靠近进气口14处的由匀气管12和对应流阻调节机构15组成的流道结构时的阻力大于反应气体流过设在远离进气口14处的对应流道结构时的阻力，使反应气体流入反应室内的均匀性得到提高。具体地，可通过调节内套管152在外套管12’中的上下位置，使得最靠近进气口14位置的外套管12’上的内套管152具有最大的露出高度，且最远离进气口14位置的外套管12’上的内套管152具有最小的露出高度，介于二者之间的各外套管12’上对应具有依次递减的内套管152(进气孔16)露出高度。如此，可使各流道结构的气体流阻沿靠近进气口14向远离进气口14的方向递减，从而可使得最终由各出气孔17排出的反应气体的流量趋于一致。这样，通过对由匀气管12和流阻调节机构15所组成流道结构的长度进行调节来对由气体扩散室13通入内套管152的气体流经的流道结构流阻大小进行调节，即可实现使由各外套管12’通出气体扩散室13底面时的气体的流量的均匀化。

在一些实施例中，请参阅图2，内套管152的外壁上可设有第一螺纹182，外套管12’的内壁上可设有与第一螺纹182适配的第二螺纹181。从而，内套管152可旋入外套管12’中与外套管12’形成动密封配合，并可通过转动内套管152来调节其在外套管12’中的上下移动位置。

进一步地，内套管152的内壁上可设置内六角结构183，以内六角结构183为转动操控结构，通过转动工具(如扳手、套筒等)与内六角结构183的配合，使内套管152作相对于外套管12’的转动，来调节内套管152与外套管12’的上下相对位置。

在一些实施例中，每个外套管12’的长度相同，通过流阻调节机构15在外套管12’中的上下移动对匀气管12的流阻进行调节；在另一些实施例中，外套管12’的长度沿靠近进气口14向远离进气口14的方向递减，也即在对所述匀气装置10进行初始设计时，就使靠近进气口14的地方的外套管12’的长度长，远离进气口14的地方的外套管12’的长度短以对匀气管12的流阻进行粗调，然后再根据具体工艺需求，通过流阻调节机构15在外套管12’中的上下移动，对匀气管12的流阻进行微调。

本实施例中，所述进气口14的数量为一至多个。当进气口14的数量为一个时，各匀气管12所在区域可组成一个匀气管区，并可通过对流阻调节机构15的调节，使得由内套管152和外套管12’所组成流道结构的气体流阻沿靠近进气口14向远离进气口14的方向递减。

在一些实施例中，当进气口14的数量为多个时，多个进气口14布设于气体扩散室13的顶面上，并相对位于所述流阻调节机构15的上方，各进气口14对应多个匀气管区，每个匀气管区为以所对应的所述进气口14的中心点为圆心、半径为r在所述气体扩散室13的底面投影出的圆形区域，每个所述圆形区域之间互不重叠，其中0.25R≤r＜0.5R，R为所述匀气装置的等效半径。一些实施例中，所述匀气装置的等效半径取值为所述气体扩散室13底面的半径。当多个进气口14布设于气体扩散室13的顶面上时，所述多个进气口14可以是在所述气体扩散室13的顶面上均匀分布，例如所述多个进气口14在所述气体扩散室13的顶面上绕所述气体扩散室13的中心轴线均匀分布；在另一些实施例中，所述多个进气口14中的至少2个在所述气体扩散室13上绕所述气体扩散室13的中心轴线均匀分布；在又一些实施例中，所述多个进气口14在所述气体扩散室13的顶面上呈不规则分布，具体根据实际工艺而定。

示例性地，参阅图3-图4，进气口14的数量为4个，包括进气口141-144，均匀布设于气体扩散室13的顶面(即壳体11的顶面)上，4个进气口141-144对应4个第一匀气管区A1-A4。其中，进气口141对应第一匀气管区A1，第一匀气管区A1为以进气口141的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室13的底面投影出的圆形区域，进气口142对应第一匀气管区A2，第一匀气管区A2为以进气口142的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室13的底面投影出的圆形区域，进气口143对应第一匀气管区A3，第一匀气管区A3为以进气口143的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室13的底面投影出的圆形区域，进气口144对应第一匀气管区A4，第一匀气管区A4为以进气口144的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室13的底面投影出的圆形区域。第一匀气管区A1-A4之间互不重叠，其中0.25R≤r＜0.5R，R为所述匀气装置的等效半径。一些实施例中，所述匀气装置的等效半径取值为所述气体扩散室13底面的半径。每个第一匀气管区中均包括多个匀气管12，不在所述圆形区域中的区域(如图示标记B1-B5区域)也包括多个匀气管12。

调节所述流阻调节机构15，使在每个所述圆形区域中的任意半径上，所述匀气管12上的所述进气孔16露出于所述外套管12’上端的高度，按沿所述圆形区域的圆心指向圆周的径向递减，所述流道结构的流阻沿所述圆形区域的圆心指向圆周的径向上以第一斜率k1递减，不在所述圆形区域中的所述流道结构的流阻与所述圆形区域最边缘处的流道结构的流阻调节为相同，即位于所述圆形区域以外的区域中的所述匀气管12上的所述进气孔16露出于所述外套管12’上端的高度，与位于所述圆形区域圆周处的所述匀气管12上的所述进气孔16露出于所述外套管12’上端的高度相同。在一些实施例中，所述第一斜率k1满足-h/r≤k1＜0，其中，0＜h＜H，H为所述气体扩散室的高度。

可以理解，位于任意一个第一匀气管区最边缘处的流道结构的气体流阻相对最小，位于任意两个相邻第一匀气管区之间的流道结构的气体流阻与第一匀气管区最边缘处的流道结构的气体流阻一样，也相对为最小(例如，在各外套管12’的高度一致的情况下，该处外套管12’上的内套管152具有最小的露出高度，如图1所示)。

参阅图4，以进气口141对应第一匀气管区A1为例，在从进气口141的中心点在所述气体扩散室13的底面上的投影O1指向第一匀气管区A1的边缘的径向上，使第一匀气管区A1中由匀气管12和对应流阻调节机构15所组成的流道结构的流阻逐渐减小(例如，第一匀气管区A1中各匀气管12的高度相同，并使外套管12’上的内套管152的露出高度逐渐减小)。可以假设点O1处的内套管152的露出高度最高，使得该处外套管12’的长度为h，极端情况下最边缘处(第一匀气管区A1中该径向上离进气口141最远的地方)外套管12’的长度为0，如此可计算出最小的斜率为-h/r，其中0＜h＜H(外套管12’最长的长度小于气体扩散室13的高度)。因此，在由点O1指向第一匀气管区A1的边缘的径向上，第一匀气管区A1中流道结构的流阻以-h/r≤k1＜0之间的任意斜率递减均可。其他第一匀气管区A2-A4与第一匀气管区A1类似，在此不再赘述。为了避免外套管12’的长度在边界发生陡变，导致气流不均，因此，不在所述圆形区域的区域(如图示标记B1-B5区域)中的多个由匀气管12和对应流阻调节机构15所组成的流道结构的流阻调节为与所述圆形区域最边缘处的流道结构相同。

在另一些实施例中，当进气口14的数量为多个时，多个进气口14布设于气体扩散室13的侧面上，并相对位于所述匀气管12的外侧，各进气口14对应多个匀气管区，每个匀气管区为以对应的所述进气口14的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室13的底面投影出的第一圆形与所述气体扩散室13的底面相交的区域，每个所述相交的区域之间互不重叠，其中0.25R≤r＜0.5R，R为所述匀气装置的等效半径。一些实施例中，所述匀气装置的等效半径取值为所述气体扩散室13底面的半径。当多个进气口14布设于气体扩散室13的侧面上时，所述多个进气口14可以是在所述气体扩散室13的侧面上均匀分布，例如所述多个进气口14在所述气体扩散室13的侧面上位于同一水平面，并绕所述气体扩散室13的中心轴线均匀分布；在另一些实施例中，所述多个进气口14中的至少2个在所述气体扩散室13的侧面上位于同一水平面并绕所述气体扩散室13的中心轴线均匀分布；在又一些实施例中，所述多个进气口14在所述气体扩散室13的侧面上呈不规则分布，具体根据实际工艺而定。

示例性地，参阅图5-图6，进气口14的数量为4个，包括进气口141’-144’，均匀布设于气体扩散室13的侧面(即壳体11的侧面)上，4个进气口141’-144’对应4个第二匀气管区A1’-A4’。其中，进气口141’对应第二匀气管区A1’，第二匀气管区A1’为以对应的所述进气口141’的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室13的底面投影出的第一圆形c1与所述气体扩散室13的底面相交的区域，如图6中阴影面积所示；进气口142’对应第二匀气管区A2’，第二匀气管区A2’为以对应的所述进气口142’的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室13的底面投影出的第一圆形c2与所述气体扩散室13的底面相交的区域；进气口143’对应第二匀气管区A3’，第二匀气管区A3’为以对应的所述进气口143’的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室13的底面投影出的第一圆形c3与所述气体扩散室13的底面相交的区域；进气口144’对应第二匀气管区A4’，第二匀气管区A4’为以对应的所述进气口144’的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室13的底面投影出的第一圆形c4与所述气体扩散室13的底面相交的区域。第二匀气管区A1’-A4’之间互不重叠，其中0.25R≤r＜0.5R，R为所述匀气装置的等效半径。一些实施例中，所述匀气装置的等效半径取值为所述气体扩散室13底面的半径。每个第二匀气管区中均包括多个匀气管12，不在所述相交的区域内的区域(如图示标记B1’-B5’区域)也包括多个匀气管12。

以对应的所述进气口14的中心点为圆心、半径为L的在所述气体扩散室13的底面投影出的第二圆形与所述相交的区域相交于一弧线上，调节所述流阻调节机构15，使在该弧线上各流道结构的流阻相同，且随着L的增大，所述弧线上对应的流道结构的流阻以第二斜率k2递减，不在所述相交的区域中的流道结构的流阻与所述相交的区域最边缘处的流道结构的流阻调节为相同，即使得位于每个所述匀气管区中的所述匀气管12上的所述进气孔16露出于所述外套管12’上端的高度，按沿所述第一圆形的圆心指向圆周的径向递减，位于所述匀气管区以外的区域中的所述匀气管12上的所述进气孔16露出于所述外套管12’上端的高度，与位于所述第一圆形圆周处的所述匀气管12上的所述进气孔16露出于所述外套管12’上端的高度相同。其中，定义对应的所述进气口14的中心点在所述气体扩散室的底面上的投影为O点，所述弧线不经过所述O点，L为所述O点与所述气体扩散室13的底面的中心点之间的连线上任一点与所述O点之间的径向距离，0≤L≤r。

可以理解，位于任意一个第二匀气管区，该第二匀气管区的最边缘处即为对应的所述第一圆形与对应的所述相交的区域相交处的不经过所述O点的弧线，在该最边缘处的匀气管12和对应流阻调节机构15所组成的流道结构的气体流阻相对最小，位于任意两个相邻第二匀气管区之间的流道结构的气体流阻与该最边缘处的流道结构的气体流阻一样，也相对为最小(例如，在各匀气管12高度一致的情况下，该处的外套管12’上的内套管152具有最小的露出高度)。

参阅图6-图7，以进气口141’对应第二匀气管区A1’为例，进气口141’的中心点在所述气体扩散室13的底面上的投影为O1’点，O1’点与所述气体扩散室13的底面的中心点N点之间的连线O1’N上任一点M点与O1’点之间的距离为L，其中0≤L≤r，以O1’点为圆心、半径为L在所述气体扩散室13的底面形成第二圆形，该第二圆形与第二匀气管区A1’相交于一不经过所述O1’点的弧线P1P2，调节所述流阻调节机构15，使在该弧线P1P2上所述匀气管12与对应流阻调节机构15所组成的流道结构的流阻相同(例如，在该弧线P1P2上各匀气管12高度一致的情况下，使各外套管12’上的内套管152的露出高度相同)。随着M点远离O1’点，L增大，对应的所述弧线上的流道结构的流阻以第二斜率k2递减(例如，在对应弧线上各匀气管12高度一致的情况下，使外套管12’上的内套管152的露出高度逐渐减小)。可以假设O1’点处的内套管152的露出高度最高，使得该处外套管12’的长度为h，极端情况下在边缘M’点处(即第二匀气管区A1’中在连线O1’N上离O1’点最远的地方，距离O1’点的距离为r)外套管12’的长度为0，如此可计算出最小的递减斜率为-h/r，其中0＜h＜H(外套管12’最长的长度小于气体扩散室13的高度H)。因此，随着L的增大，对应弧线上的各流道结构的流阻以-h/r≤k2＜0之间的任意斜率递减均可。

其他第二匀气管区A2’-A4’与第二匀气管区A1’类似，在此不再赘述。为了避免外套管12’的长度在边界发生陡变，导致气流不均，因此，不在所述相交的区域(如图示标记B1’-B5’区域)中的多个流道结构的流阻调节为与所述相交的区域(如图示标记A1’-A4’区域)最边缘处的流道结构流阻相同。

需注意的是，上述实施例中以进气口14的数量为4个进行了描述，但本发明实施例所述进气口不限于4个，只要每个气体扩散室的进气口数量大于等于2个，均适用于依此对该气体扩散室中的匀气管进行分区设置及流阻调节。

请参阅图8-图9，图8为本实用新型一较佳实施例二的一种匀气装置的结构示意图，图9为图8中一种匀气装置的局部结构放大示意图。如图8-图9所示，匀气装置10的壳体11内可设有多个气体扩散室13；多个气体扩散室13可依次上下叠设，形成堆叠结构，各气体扩散室13之间相互隔离。在一些实施例中，相邻两个气体扩散室之间可通过隔板19进行分离，以形成两个相互隔离的气体扩散室13。

每个气体扩散室13上都可对应设有一至多个进气口14。其中，位于最上层的一个气体扩散室13上的进气口14可设于壳体11(气体扩散室13)的顶面上；位于下层的各气体扩散室13上的进气口14可设于壳体11(气体扩散室13)的侧面上。如此，可通过不同的进气口14，向对应的各气体扩散室13通入不同的反应气体。位于最下层的一个气体扩散室13上层的各气体扩散室13中的外套管12’，分别隔离地向下贯通至位于最下层的一个气体扩散室13的底面上，且与位于最下层的一个气体扩散室13中的外套管12’也相互隔离，最后通过各自对应并设于壳体11底面上的出气孔17(喷淋口)共同通出匀气装置10。

下面以匀气装置10的壳体11内设有两个上下堆叠的气体扩散室13为例加以说明。请参阅图8-图10。匀气装置10包括上下堆叠设置的第一气体扩散室131和第二气体扩散室132。多个第一进气口均匀布设于所述第一气体扩散室131的顶面上，用于向第一气体扩散室131内输入第一反应气体，多个第二进气口均匀布设于所述第二气体扩散室132的侧面上，用于向第二气体扩散室132内输入第二反应气体。示例性地，对于应用于氮化物MOCVD设备的匀气装置10而言，所述第一反应气体包括氢化物(Hydride)，如NH₃，所述第二反应气体包括金属有机源，如TMGa。

其中，第二气体扩散室132底部(壳体11底部)设有与反应室连通的多个第一出气孔171(第一喷淋口)和多个第二出气孔172(第二喷淋口)。第一气体扩散室131与第二气体扩散室132之间可通过隔板19进行分离，以形成两个相互隔离的气体扩散室13。匀气管12可包括设于第一气体扩散室131中的多个第一匀气管121，和设于第二气体扩散室132中的多个第二匀气管122，第一匀气管121可包括第一外套管121’，第二匀气管122可包括第二外套管122’。第一外套管121’的下端可自位于第一气体扩散室131底面上的隔板19向下贯通至第二气体扩散室132，并与设于第二气体扩散室132底部上的第一出气孔171对应连通，以将第一反应气体输入反应室内。第二外套管122’与第一外套管121’相互隔离并与第二出气孔172对应连通，以将第二反应气体输入反应室内。

流阻调节机构15(未显示)设于第一外套管121’和第二外套管122’中至少其一，用于对第一匀气管121和/或第二匀气管122的流阻进行调节。流阻调节机构15包括自上端密封穿设于外套管12’中的内套管152(参考图2)，内套管15的顶端设有进气孔16。反应气体经进气孔16进入匀气管12。并且，内套管152可在外套管12’中上下移动，因此可通过调节内套管152上的进气孔16露出于外套管12’上端的高度(即调节由匀气管12和流阻调节机构15所组成的流道结构的长度)以调节流阻大小。当第一外套管121’中设有流阻调节机构15时，通过使内套管152在所述第一外套管121’中上下移动，以调节第一匀气管12和对应流阻调节机构15所组成的流道结构的流阻大小，从而对输送至反应室内的第一反应气体的均匀性进行调节。当第二外套管122’中设有流阻调节机构15时，通过使内套管152在所述第二外套管122’中上下移动，以调节第二匀气管122和对应流阻调节机构15所组成的流道结构的流阻大小，从而对输送至反应室内的第二反应气体的均匀性进行调节。在一些实施例中，各所述第一进气口对应多个第一匀气管区，各所述第二进气口对应多个第二匀气管区，第一匀气管区的分布与设置可参考对应图3-图4的前述实施例加以理解，第二匀气管区的分布与设置可参考对应图5-图7的前述实施例加以理解，在此不再赘述。

请参阅图11并结合参阅图1-图10，图11为本实用新型一较佳实施例的一种匀气装置在半导体工艺设备上的设置结构示意图。如图11所示，本实用新型的一种半导体工艺设备20，包括设于反应室21内，用于设置基板30的基板支撑部22，以及上述的匀气装置10。匀气装置10与基板支撑部22相对设置(例如，匀气装置10设于基板支撑部22的上方)，用于将经匀气装置10进行流阻调节后的反应气体均匀导入反应室21内，以在基板30的表面上形成厚度均匀的膜层。

在一些实施例中，匀气装置10可具有与基板30的表面相平行且形状对应的喷淋底面，反应气体可通过均匀分布于喷淋底面上的出气孔17导入反应室21内。例如，喷淋底面可以是匀气装置10的壳体11底面，并在壳体11底面上设有出气孔17。

在一些实施例中，匀气装置10可以是用以将反应气体导入反应室21内的喷淋头。

在一些实施例中，匀气装置10(喷淋头)可以是与图1对应的设有一个气体扩散室13的匀气装置10，可用于通过匀气管12向反应室21内导入经匀气的反应气体。图11显示了设有一个气体扩散室13的匀气装置10。

在一些实施例中，匀气装置10(喷淋头)可以是设有多个气体扩散室13的匀气装置10，例如，匀气装置10(喷淋头)可以是与图8对应的设有两个气体扩散室13的匀气装置10，可用于向反应室21内相互隔离地导入经匀气管12匀气的两种反应气体。

在一些实施例中，半导体工艺设备20可以是化学气相沉积设备、物理气相沉积设备、等离子体增强气相沉积设备、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备等。例如，半导体工艺设备20可以是MOCVD设备，并可采用设有两个气体扩散室13的喷淋头，可通过位于上层的第一气体扩散室131，向反应室21内导入经匀气的例如氢化物源(Hydride)反应气体，并可通过位于下层的第二气体扩散室132，向反应室21内导入经匀气的例如金属有机源反应气体。

本实用新型可适用尺寸较大的反应室21，通过在匀气装置10的气体扩散室13中设置匀气管12，并在匀气管12上设置流阻调节机构15组成流道结构，来调节气体所进入的流道结构的流阻，使得由各匀气管12通入反应室21时的气体的流量均匀化，可有效改善反应气体喷淋时的均匀度，从而能够在基板30上形成均匀膜层。并且，由于反应气体所流经的匀气管12中的流阻可单独调节，因此，可适用不同工艺需求，而无需更换喷淋头，从而节省了成本。

虽然在上文中详细说明了本实用新型的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本实用新型的范围和精神之内。而且，在此说明的本实用新型可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (10)

1.一种匀气装置，用于向反应室内输入反应气体，其特征在于，包括：

壳体；

气体扩散室，由所述壳体包绕形成；

进气口，由所述壳体穿入，与所述气体扩散室连通；

多个匀气管，设于所述气体扩散室中，并与所述反应室相通；

流阻调节机构，设于至少部分所述匀气管以对流经对应所述匀气管的气体所受阻力进行调节。

2.根据权利要求1所述的匀气装置，其特征在于，所述流阻调节机构活动套设于所述匀气管以通过沿所述匀气管的轴向运动调节所述匀气管的流阻。

3.根据权利要求2所述的匀气装置，其特征在于，所述匀气管包括外套管，所述外套管的下端通过所述壳体与所述反应室相通，所述流阻调节机构包括自所述外套管上端动密封套设于所述外套管中以沿所述外套管的轴向运动的内套管，所述内套管的顶端设有进气孔，以使所述反应气体经所述进气孔进入所述匀气管。

4.根据权利要求3所述的匀气装置，其特征在于，各所述匀气管中所述内套管上的所述进气孔露出于对应所述外套管上端的高度按沿靠近所述进气口向远离所述进气口的方向递减，使气体流经各所述匀气管所受的阻力沿靠近所述进气口向远离所述进气口的方向对应递减。

5.根据权利要求3所述的匀气装置，其特征在于，每个所述外套管的长度相同。

6.根据权利要求3所述的匀气装置，其特征在于，所述外套管的长度沿靠近所述进气口向远离所述进气口的方向递减。

7.根据权利要求3所述的匀气装置，其特征在于，所述进气口为多个，所述进气口布设于所述气体扩散室的顶面上，并相对位于各所述流阻调节机构的上方，各所述进气口对应多个匀气管区，每个所述匀气管区为以所对应的所述进气口的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室的底面投影出的圆形区域，每个所述圆形区域之间互不重叠，其中0.25R≤r＜0.5R，R为所述匀气装置的等效半径；其中，每个所述匀气管区中均包括多个所述匀气管，所述圆形区域以外的区域中也包括多个所述匀气管，位于每个所述匀气管区中的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度按沿所述圆形区域的圆心指向圆周的径向递减，使气体流经各所述匀气管所受的阻力沿所述圆形区域的圆心指向圆周的径向对应递减，位于所述圆形区域以外的区域中的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度与位于所述圆形区域圆周处的所述匀气管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度相同。

8.根据权利要求3所述的匀气装置，其特征在于，所述进气口为多个，所述进气口布设于所述气体扩散室的侧面上，并相对位于所述匀气管的外侧，各所述进气口对应多个匀气管区，每个所述匀气管区为以对应的所述进气口的中心点为圆心、半径为r的在所述气体扩散室的底面投影出的第一圆形与所述气体扩散室的底面相交的区域，每个所述相交的区域之间互不重叠，其中0.25R≤r＜0.5R，R为所述匀气装置的等效半径；其中，每个所述匀气管区中均包括多个所述匀气管，所述匀气管区以外的区域中也包括多个所述匀气管，位于每个所述匀气管区中的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度按沿所述第一圆形的圆心指向圆周的径向递减，使流道结构的流阻沿所述第一圆形的圆心指向圆周的径向对应递减，位于所述匀气管区以外的区域中的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度与位于所述第一圆形圆周处的所述匀气管上设置的所述内套管上的所述进气孔露出于所述外套管上端的高度相同。

9.根据权利要求3所述的匀气装置，其特征在于，所述壳体上设有多个出气孔，所述出气孔与所述反应室连通，所述外套管的下端与所述出气孔一一对应连通设置。

10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括设于反应室内用于设置基板的基板支撑部，以及权利要求1-9任意一项所述的匀气装置，所述匀气装置与所述基板支撑部相对设置，用于将经所述匀气装置进行流阻调节后的反应气体均匀导入所述反应室内，以在所述基板的表面上形成厚度均匀的膜层。