CN220224435U - 进气装置及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种进气装置及半导体加工设备，该装置中，在第一方向上依次连通的进气座体和匀流件，且匀流件与进气座体可拆卸地连接；其中，进气座体具有混气腔，混气腔用于与至少一个进气管路连通；匀流件用于与半导体工艺设备的工艺腔室连通，匀流件中沿垂直于第一方向的第二方向依次设置有多个自进气座体向工艺腔室靠近的方向延伸的匀流通道，且每个匀流通道在第二方向上的宽度自进气座体向工艺腔室递减。本方案可以提高工艺气体进入工艺腔室中，并到达晶圆表面的时间一致性。

Description

进气装置及半导体加工设备

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种进气装置及半导体加工设备。

背景技术

外延生长是指在单晶衬底上生长一层与衬底晶向相同的单晶层。相比于硅外延的生长环境，碳化硅外延的工艺环境温度更高，通常可以达到1500℃至1800℃，且生长周期更长。目前主要采用化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，简称CVD)的方法进行碳化硅的外延层生长，具体化学反应是SiH₄与C₃H₈(C₂H₄)在高温下(1600℃以上)发生裂解反应生成Si原子和C原子，然后在晶圆表面重新结合生成SiC。

在外延生长中，对气流场的控制是影响工艺均匀性的重要因素。

但是，现有的进气装置在实际应用中往往存在以下问题：

现有的进气装置在垂直于进气方向上依次设置有三个分流腔，用于对工艺气体进行分流，但是，由于工艺气体从不同的分流腔流出的初速度存在差异，尤其对于在垂直于进气方向上的尺寸较大(例如200mm以上)的工艺腔室，工艺气体从分流腔在垂直于进气方向上不同位置流出的初速度差异较大，这会导致工艺气体进入工艺腔室中，并到达晶圆表面的时间存在较大差异，从而造成晶圆表面形成的外延层膜厚的分布均匀性降低。

实用新型内容

本实用新型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及半导体加工设备，其可以提高工艺气体进入工艺腔室中，并到达晶圆表面的时间一致性，从而可以提高晶圆表面形成的外延层膜厚的分布均匀性。

为实现本实用新型的目的而提供一种进气装置，应用于半导体工艺设备，包括在第一方向上依次连通的进气座体和匀流件，且所述匀流件与所述进气座体可拆卸地连接；其中，

所述进气座体具有混气腔，所述混气腔用于与至少一个进气管路连通；

所述匀流件用于与所述半导体工艺设备的工艺腔室连通，所述匀流件中沿垂直于所述第一方向的第二方向依次设置有多个自所述进气座体向所述工艺腔室靠近的方向延伸的匀流通道，且每个所述匀流通道在所述第二方向上的宽度自所述进气座体向所述工艺腔室递减。

可选的，所述匀流件与所述工艺腔室的进气口连接；

所述工艺腔室的进气口在所述第二方向上的宽度小于所述混气腔在所述第二方向上的宽度。

可选的，所述匀流件在所述第二方向上的宽度自所述进气座体向所述工艺腔室递减。

可选的，所述匀流件中设置有空腔，所述空腔中设置有沿所述第二方向间隔分布的多个隔板；多个所述隔板将所述空腔隔离成多个所述匀流通道；

所述隔板的延伸方向与所述第二方向相交且不垂直。

可选的，所述隔板的延伸方向与所述第二方向的夹角大于或等于75°，且小于90°。

可选的，所述匀流件在所述第一方向上的两端分别设置有第一法兰和第二法兰，其中，所述第一法兰与所述进气座体连接，所述第二法兰用于与所述工艺腔室连接；并且，所述第二法兰的导热系数低于所述第一法兰的导热系数。

可选的，所述第一法兰的材质包括透明石英；所述第二法兰的材质包括非透明石英。

可选的，所述混气腔包括沿所述第二方向依次设置的多个子混气腔以及位于所述多个子混气腔面向所述匀流件一侧的射流板；

所述子混气腔用于与至少一个所述进气管路连通，所述进气管路的出气方向与所述第一方向平行；

所述射流板沿所述第二方向依次设置有多组射流孔组；

多个所述子混气腔、多组所述射流孔组与多个所述匀流通道三者一一对应，且每组所述射流孔组均包括多个射流孔，每个所述射流孔的两端分别与对应的所述子混气腔和对应的所述匀流通道连通。

可选的，多个所述子混气腔在所述第二方向上的宽度与多个所述匀流通道的进气口在所述第二方向上的宽度一一对应地相等。

可选的，多个所述子混气腔包括中心子混气腔，以及对称分布在所述中心子混气腔两侧的多个边缘子混气腔，其中，所述中心子混气腔平行于所述第一方向的中心轴线与所述工艺腔室平行于所述第一方向的中心轴线重合；

所述中心子混气腔在所述第二方向上的宽度大于各所述边缘子混气腔在所述第二方向上的宽度。

可选的，所述边缘子混气腔为两个，且分布在所述中心子混气腔的两侧；

所述中心子混气腔所连通的所述进气管路的数量与各所述边缘子混气腔所连通的所述进气管路的数量的比例大于或等于2:1，且小于或等于5:1。

可选的，所述中心子混气腔与多个所述进气管路连通，且与所述中心子混气腔连通的多个所述进气管路在所述第二方向上相对于所述中心子混气腔均匀分布。

作为另一个技术方案，本实用新型还提供一种半导体加工设备，包括腔体外壳、工艺腔室和本实用新型提供的上述进气装置；其中，

所述工艺腔室和所述进气装置中的所述匀流件均设置在所述腔体外壳内；

所述工艺腔室内具有用于承载托盘的承载台，所述托盘用于承载晶圆。

可选的，所述工艺腔室包括隔热腔体、第一加热体、第二加热体、第一侧面挡条和第二侧面挡条，其中，所述第一加热体和第二加热体间隔设置在所述隔热腔体中，所述第一侧面挡条和所述第二侧面挡条沿所述第二方向相对设置于所述第一加热体和第二加热体之间，且所述第一加热体、所述第二加热体、所述第一侧面挡条和所述第二侧面挡条所限定的空间构成工艺空间；

所述承载台位于所述第二加热体上且暴露在所述工艺空间中。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的进气装置，其匀流件中的每个匀流通道在第二方向上的宽度自进气座体向工艺腔室递减，即，每个匀流通道均为渐缩变径通道。在进入匀流通道的气量不变的条件下，通气截面积越小，气体流速越大，基于此，由于每个匀流通道均为渐缩变径通道，其通气截面积自进气座体向工艺腔室不断减小，这使得流经的气体不断加速，进入工艺腔室的对应区域时，气体流速达到最大，气体流速的增加可以有效缩短反应时间，提高大大提高外延工艺的成膜速率，同时提高了成膜质量。同时，通过将上述匀流件与进气座体结合使用，进气座体中的混气腔可以对流入的各路工艺气体进行均匀混合，可以使工艺气体在混气腔中的压力稳定之后再流入匀流件中，从而可以提高工艺气体进入工艺腔室中，并到达晶圆表面的时间一致性，从而可以提高晶圆表面形成的外延层膜厚的分布均匀性。

本实用新型提供的半导体加工设备，其通过采用本实用新型提供的上述进气装置，可以有效缩短反应时间，提高大大提高外延工艺的成膜速率，同时提高了成膜质量。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的半导体工艺设备的工艺腔室的剖面图；

图2为本实用新型实施例提供的进气装置与工艺腔室的俯视剖面图；

图3为本实用新型实施例采用的进气座体、射流板和进气管路的剖面图；

图4为采用等径通道的匀流件的外延生长设备的气流场分布图；

图5为采用渐缩变径通道的匀流件的外延生长设备的气流场分布图；

图6为采用等径通道的匀流件与采用渐缩变径通道的匀流件的成膜速率曲线的对比图；

图7为本实用新型实施例采用的匀流件的剖面图；

图8为本实用新型实施例采用的进气座体、射流板和进气管路的结构图；

图9A为本实用新型实施例采用的工艺腔室的剖面图；

图9B为本实用新型实施例采用的工艺腔室的局部剖面图；

图10为本实用新型实施例采用的四个隔热罩的结构图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图来对本实用新型提供的进气装置及半导体加工设备进行详细描述。

请参阅图1，本实用新型实施例提供一种进气装置，应用于半导体工艺设备，用于将工艺气体输送至与工艺腔室1中。该半导体工艺设备例如为外延生长设备，其工艺腔室1的进气口11和出气口12例如在平行于水平面的第一方向X上相对设置，工艺腔室1中设置有用于承载至少一个晶圆14的托盘13，从进气口11流入工艺腔室1的工艺气体，沿上述第一方向X流动，并在经过托盘表面时，与晶圆表面反应形成外延层，工艺腔室1中的气体会经由出气口12排出。

具体地，为了能够对工艺腔室1的气体分布实现分区控制，即对流入不同分区的气体种类、气体流量、流速等进行单独控制，以满足工艺腔室1内部气流场均一性的要求，工艺腔室1在第二方向Y上划分有多个不同区域，该第二方向Y平行于水平面，且垂直于第一方向X。例如，如图2所示，工艺腔室1在第二方向Y上划分有五个区域，即，1个中心区域C1，2个中间区域C2和2个边缘区域C3，其中，2个中间区域C2分别位于该中心区域C1两侧，且相对于工艺腔室1平行于第一方向X的中心轴线对称分布；2个边缘区域C3分别位于2个中间区域C2远离彼此的一侧，且相对于工艺腔室1平行于第一方向X的中心轴线对称分布，当然，在实际应用中，根据具体需要，工艺腔室1在第二方向Y上还可以划分不同数量的区域，本实用新型实施例对此没有特别的限制。例如，工艺腔室1在第二方向Y上也可以划分有三个区域，分别为中心区域C1和分别位于该中心区域C1两侧的两个边缘区域C2，可选的，两个边缘区域C2可以相对于工艺腔室1平行于第一方向X的中心轴线对称分布。容易理解的是，工艺腔室1在第二方向Y上划分的多个区域均为虚拟划分的区域，工艺腔室1中的工艺空间在实际上为一连续完整的区域。

在一些实施例中，中心区域C1在第二方向Y上的宽度大于两侧的各边缘区域C2和各边缘区域C3在第二方向Y上的宽度，在这种情况下，工艺腔室1中的托盘13表面，其中间区域位于工艺腔室1的上述中心区域C1中，而托盘13表面在第二方向Y上的两侧边缘区域分别位于工艺腔室1的两个上述边缘区域C2和两个边缘区域C3中。通过分别独立地调节工艺腔室1的中心区域C1和两侧边缘区域C2和边缘区域C3的气体种类(例如反应气体、掺杂气体等)、气体流量、流速等参数，可以使托盘表面的中间区域和两侧边缘区域之间的气体分布趋于均匀，从而可以提高外延层膜厚均匀性。

在此基础上，进气装置包括在第一方向X上依次连通的进气座体2和匀流件4，匀流件4与进气座体2可拆卸地连接；其中，匀流件4用于与工艺腔室1连通，且该匀流件4中沿上述第二方向Y依次设置有多个匀流通道41，多个匀流通道41用于与工艺腔室1在第二方向Y上划分的多个不同区域对应连通，以工艺腔室1划分有五个区域为例，匀流通道41为五个，且与工艺腔室1划分的五个区域一一对应地连通。

可选的，为了保证进入工艺腔室1中的工艺气体能够不改变方向，始终沿第一方向X流动，工艺腔室1的进气口11在第二方向Y上的宽度与工艺腔室1的内部在第二方向Y上的宽度基本一致，从而可以使自各个匀流通道41流出的工艺气体可以保持沿第一方向X流动至工艺腔室1的对应区域。

进气座体2具有混气腔，该混气腔用于与至少一个进气管路连通。该混气腔可以是一个，且与多个匀流通道41连通。或者，如图2和图3所示，混气腔也可以包括沿第二方向Y依次设置的多个子混气腔21，以及射流板3。子混气腔21用于与至少一个进气管路5连通，该进气管路5的出气方向与第一方向X平行。具体地，进气管路5的进气端用于与气源(图中未示出)连通，出气端与子混气腔21连通，由气源提供的工艺气体经由进气管路5流入相应的子混气腔21中。每个子混气腔21可以与一个或多个进气管路5连通，在实际应用中，可以根据各子混气腔21所需的进气量来设置与该子混气腔21连通的进气管路5的数量。另外，对于在第二方向Y上的宽度较大的子混气腔21，优选设置多个进气管路5，有助于提高气流场分布均匀性，但是，进气管路5的数量也不宜过多，否则会导致工艺调节参数中的变量较多，增加工艺调试难度，调节精度降低。

如图3所示，以子混气腔21在第二方向Y上的数量为三个为例，三个子混气腔21分别为中心子混气腔，以及对称分布在该中心子混气腔两侧的两个边缘子混气腔，其中，中心子混气腔与工艺腔室1的中心区域对应，两个边缘子混气腔分别与工艺腔室1的两个边缘区域对应。当然，在实际应用中，根据工艺腔室1在第二方向Y上所划分的区域的数量不同，子混气腔21的数量还可以为其他数量，本实用新型实施例对此没有特别的限制。

在一些实施例中，如图3所示，每个子混气腔21在第二方向Y上的宽度处处相等，并且中心子混气腔在第二方向Y上的宽度等于工艺腔室1的中心区域在第二方向Y上的宽度；各边缘子混气腔在第二方向Y上的宽度等于对应的边缘区域在第二方向Y上的宽度。这样，工艺腔室1的中心区域在第二方向Y上的宽度大于各边缘区域C2在第二方向Y上的宽度的情况下，对应地，中心子混气腔在第二方向Y上的宽度大于各边缘子混气腔在第二方向Y上的宽度。这样，在工艺腔室1的中心区域在第二方向Y上的宽度大于两侧的各边缘区域的情况下，由于中心区域在第二方向Y上所占比例较大，为了满足工艺腔室1的中心区域的进气量需求，提高该区域的气体分布均匀性，可选的，中心子混气腔所连通的进气管路5的数量多于各边缘子混气腔所连通的进气管路5的数量。进一步优选的，为了进一步提高该区域的气体分布均匀性，与中心子混气腔连通的多个进气管路5在第二方向Y上相对于中心子混气腔均匀分布。进一步优选的，如图3所示，各边缘子混气腔所连通的进气管路5为1个，这样设置是因为通入边缘子混气腔的气体通常用作调节边缘区域膜厚的调节气体或掺杂气体，对其进气量的需求较小，且单路进气管路不容易出现气体掺杂不均匀的情况。为了同时达到上述效果，中心子混气腔所连通的进气管路5的数量与各边缘子混气腔所连通的进气管路的数量的比例大于或等于2:1，且小于或等于5:1，优选为3:1。

如图2所示，匀流件4用于与工艺腔室1连通，且该匀流件4中沿上述第二方向Y依次设置有多个匀流通道41，多个匀流通道41用于与工艺腔室1在第二方向Y上划分的多个不同区域对应连通，以工艺腔室1划分有五个区域(即，中心区域C1、两个边缘区域C2和两个边缘区域C3)为例，匀流通道41为五个，且分别与工艺腔室的中心区域C1、两个边缘区域C2和两个边缘区域C3一一对应地连通。

在一些实施例中，匀流件4与工艺腔室1的进气口连接；工艺腔室1的进气口在第二方向Y上的宽度小于上述混气腔(多个子混气腔21)在第二方向Y上的宽度。在这种情况下，为了起到变径效果，以实现宽度不同的子混气腔21与工艺腔室1之间的连通，匀流件4在第二方向Y上的宽度自进气座体2向工艺腔室1递减。同时，每个匀流通道41自进气座体2向工艺腔室1靠近的方向延伸，每个匀流通道41的延伸轴线可以与第一方向X平行，也可以呈夹角，且每个匀流通道41在第二方向Y上的宽度自进气座体2向工艺腔室1递减。也就是说，每个匀流通道41均为渐缩变径通道。

本申请实施例提供的上述进气装置，通过将混气腔、射流板3以及匀流件4结合使用，可以实现晶圆表面工艺气体流速差较小，尤其针对在垂直于进气方向上的尺寸较大(例如200mm以上)的工艺腔室，本申请可以解决现有技术中工艺气体从分流腔在垂直于进气方向上不同位置流出的初速度差异较大的问题，从而可以提高工艺气体进入工艺腔室中，并到达晶圆表面的时间一致性，进而可以提高晶圆表面形成的外延层膜厚的分布均匀性。

具体来说，由于气体在管路中流动时，靠近管路中央的位置会产生剧烈扰动，导致流速分布不均，且不稳定，而气体只有在靠近管壁处才能够维持层流状态，且流速分布均匀稳定，基于此，借助多个射流孔31构成的多孔结构，可以使流经射流板3的大部分气体靠近管壁(即，射流孔孔壁)流动，形成稳定层流，再结合使用混气腔对流入的各路工艺气体进行均匀混合，可以使工艺气体在混气腔中的压力稳定之后再从各射流孔31流出。工艺气体在混气腔中被混匀，并达到压力稳定时，混气腔的压力与工艺腔室1的压力之间的压差达到稳定，依据伯努利原理，工艺气体的动能等于混气腔与工艺腔室1之间的压降势能差与射流孔31流阻的差值，在各射流孔流阻大致相同的条件下，从各射流孔31流出的气体动能接近，即工艺气体经由各个射流孔31流出时的流速稳定，且初速度接近，如图5中的A2区域所示，工艺气体经由各个射流孔31流出时的流速更稳定，且流速更接近。因此，本实用新型实施例通过将射流孔31与混气腔结合使用，可以使工艺气体在经由各个射流孔31流出时的流速稳定，且初速度接近，由于从各射流孔31进入工艺腔室1中，并到达晶圆表面的路径基本一致，工艺气体进入工艺腔室1中，并到达晶圆表面的时间也基本一致，从而可以提高晶圆表面形成的外延层膜厚的分布均匀性。对于碳化硅外延领域，工艺气体进入工艺腔室1中，并到达晶圆表面的时间一致性，与外延层的缺陷指标强相关，因此，本实用新型实施例提供的进气装置尤其可以满足碳化硅外延领域对上述时间一致性的要求。

另外，本申请通过将匀流件设计成每个匀流通道在第二方向上的宽度自进气座体向工艺腔室递减的结构，即，每个匀流通道均为渐缩变径通道，可以适配于反应腔室的进气口宽度小于进气座体宽度的情况。

进一步地，在本申请中，由于气体流速v＝Q/T，其中Q为进入匀流通道的气量，T为匀流通道在垂直于流速方向上的通气截面积。在气量Q不变的条件下，通气截面积T越小，气体流速v越大。基于此，由于每个匀流通道41均为渐缩变径通道，其通气截面积自进气座体2向工艺腔室1不断减小，这使得流经的气体不断加速，进入工艺腔室1的对应区域时，气体流速达到最大，气体流速的增加可以有效缩短反应时间，提高大大提高外延工艺的成膜速率，同时提高了成膜质量。

图4为采用等径通道的匀流件进入工艺腔室1的气体流速分布图，图5为采用渐缩变径通道的匀流件进入工艺腔室1的气体流速分布图。对比图4和图5可知，相比于图4中的A1区域，如图5中的A2区域所示，采用渐缩变径通道的匀流件4时，进入工艺腔室1的气体流速较高，且各区域之间的气体流速差异较小，气流场更加稳定。另外，如图6所示，纵坐标为成膜速率，横坐标为晶圆在其直径方向上的不同位置；实线为采用渐缩变径通道的匀流件对应的成膜速率曲线，虚线为采用等径通道的匀流件对应的成膜速率曲线。通过对比可知，采用等径通道的匀流件对应的成膜速率较低，未超过61um/h，片内膜厚均匀性为3.36％，而采用渐缩变径通道的匀流件4对应的成膜速率较高，达到63.5um/h以上，片内膜厚均匀性达到0.2％。

实现上述功能的匀流件4可以有多种结构，例如，如图7所示，匀流件4中设置有空腔，该空腔中设置有沿第二方向Y间隔分布的多个隔板42；多个隔板42将空腔隔离成多个匀流通道41；隔板42的延伸方向与第二方向Y相交且不垂直。在这种情况下，通过设置各隔板42的延伸方向，即可形成上述渐缩变径通道。

可选的，隔板42的延伸方向与第二方向Y的夹角a大于或等于75°，且小于90°。通过使该夹角a小于90°，可以形成上述渐缩变径通道，同时，通过使该夹角a大于或等于75°，可以避免因该夹角a过小而使沿第一方向X流动的气流，其在第二方向Y上的侧向分量过大，造成通道下游边缘处形成局部涡流，进而导致工艺腔室1中的气流场不均匀。

在一些可选的实施例中，匀流件4在第一方向X上的两端分别设置有第一法兰43和第二法兰44，其中，第一法兰43与进气座体2连接，第二法兰44用于与工艺腔室1连接；并且，第二法兰44的导热系数低于第一法兰43的导热系数。由于第二法兰44更靠近工艺腔室1所在的高温区域，其较低的导热系数可以避免匀流通道中的工艺气体被加热而提前反应形成颗粒，造成工艺气体浪费与腔室颗粒超标。优选的，第一法兰43的材质包括透明石英；第二法兰44的材质包括非透明石英。

如图8所示，射流板3中沿第二方向Y依次设置有多组射流孔组，例如图8示出的中心射流组31a和位于其两侧的两个边缘射流组31b，多个子混气腔21、多组射流孔组与多个匀流通道41三者一一对应，且每组射流孔组均包括多个射流孔31，每个射流孔31的两端分别与对应的子混气腔21和对应的匀流通道41连通。由各进气管路5流出的工艺气体首先进入与该进气管路5连通的子混气腔21，子混气腔21会对流入的各路工艺气体进行均匀混合，待工艺气体在子混气腔21中的压力稳定之后，再从与该子混气腔21连通的各个射流孔31流出，进入对应的匀流通道41，然后再经由匀流通道41流入工艺腔室1中的对应区域。

由于气体在管路中流动时，靠近管路中央的位置会产生剧烈扰动，导致流速分布不均，且不稳定，而气体只有在靠近管壁处才能够维持层流状态，且流速分布均匀稳定，基于此，借助多个射流孔31构成的多孔结构，可以使流经射流板3的大部分气体靠近管壁(即，射流孔孔壁)流动，形成稳定层流，再结合使用子混气腔21对流入的各路工艺气体进行均匀混合，可以使工艺气体在子混气腔21中的压力稳定之后再从各射流孔31流出。工艺气体在子混气腔21中被混匀，并达到压力稳定时，子混气腔21的压力与工艺腔室1的压力之间的压差达到稳定，依据伯努利原理，工艺气体的动能等于子混气腔21与工艺腔室1之间的压降势能差与射流孔31流阻的差值，在各射流孔流阻大致相同的条件下，从各射流孔31流出的气体动能接近，即工艺气体经由各个射流孔31流出时的流速稳定，且初速度接近，如图5中的A2区域所示，工艺气体经由各个射流孔31流出时的流速更稳定，且流速更接近。因此，本实用新型实施例通过将射流孔31与子混气腔21结合使用，可以使工艺气体在经由各个射流孔31流出时的流速稳定，且初速度接近，由于从各射流孔31进入工艺腔室1中，并到达晶圆表面的路径基本一致，工艺气体进入工艺腔室1中，并到达晶圆表面的时间也基本一致，从而可以提高晶圆表面形成的外延层膜厚的分布均匀性。对于碳化硅外延领域，工艺气体进入工艺腔室1中，并到达晶圆表面的时间一致性，与外延层的缺陷指标强相关，因此，本实用新型实施例提供的进气装置尤其可以满足碳化硅外延领域对上述时间一致性的要求。

在一些可选的实施例中，射流孔31的轴向深度与孔径的比值(以下称为深宽比)满足使从各射流孔31流出的气体流速接近相等。具体地，由于气体只有在靠近管壁处才能够维持层流状态，且流速分布均匀稳定，通过采用较大深宽比的射流孔31，可以最大程度地使气体靠近孔壁。例如，射流孔31的轴向深度与孔径的比值大于或等于2，该比值范围可以使工艺气体在经由各个射流孔31流出时的流速稳定，且初速度接近。优选的，为了使工艺气体在经由各个射流孔31流出时的流速稳定，且初速度接近，多个射流孔31还可以构成的微孔结构，例如，各射流孔31的孔径小于或等于5mm。

在一些可选的实施例中，进气座体2中沿第一方向X依次设置有多组混气腔组，每组混气腔组包括混气腔，每个混气腔均可以包括沿第二方向Y依次设置的多个子混气腔21；任意相邻两组混气腔组的混气腔中的各子混气腔21一一对应地通过至少一个进气孔相互连通；位于第一方向X最上游的混气腔组中的混气腔中的各子混气腔21均与至少一个进气管路5连通，位于第一方向X最下游的混气腔组中的混气腔中的子混气腔21与对应的射流孔组中的各射流孔31连通。借助沿第一方向X依次设置有多组混气腔组，可以将工艺气体逐层进行混合，从而可以对各路工艺气体进行充分混合，使工艺气体充分扩散，进而可以进一步提高工艺气体的分布均匀性，进而可以提高工艺稳定性。

本实用新型实施例提供的进气装置，其匀流件4连接于射流板3与工艺腔室1之间，其内部的匀流通道41用于对流经的工艺气体起到匀流作用，同时匀流件4还可以对流经的工艺气体起到预热作用。另外，对于外延生长设备，其工艺腔室1的工艺温度通常较高(例如在1600℃以上)，在这种情况下，采用金属材料制作的进气座体2、射流板3不能直接与工艺腔室1连接，借助匀流件4可以起到隔热作用，使进气座体2、射流板3远离工艺腔室1。匀流件4的材质例如为石英。

本实用新型实施例提供的进气装置，匀流件4中的每个匀流通道41在第二方向上的宽度自进气座体2向工艺腔室1递减，即，每个匀流通道41均为渐缩变径通道。在进入匀流通道41的气量不变的条件下，通气截面积越小，气体流速越大，基于此，由于每个匀流通道41均为渐缩变径通道，其通气截面积自进气座体2向工艺腔室1不断减小，这使得流经的气体不断加速，进入工艺腔室1的对应区域时，气体流速达到最大，气体流速的增加可以有效缩短反应时间，提高大大提高外延工艺的成膜速率，同时提高了成膜质量。同时，通过将上述匀流件4与进气座体2结合使用，进气座体2中的混气腔可以对流入的各路工艺气体进行均匀混合，可以使工艺气体在混气腔中的压力稳定之后再流入匀流件4中，从而可以提高工艺气体进入工艺腔室1中，并到达晶圆表面的时间一致性，从而可以提高晶圆表面形成的外延层膜厚的分布均匀性。

作为另一个技术方案，本实用新型实施例还提供一种半导体加工设备。该半导体加工设备包括腔体外壳、工艺腔室和本实用新型实施例提供的上述进气装置；其中，工艺腔室和进气装置中的匀流件均设置在腔体外壳内；工艺腔室内具有用于承载托盘的承载台，该托盘用于承载晶圆。

在一些实施例中，如图9A和图9B所示，工艺腔室包括隔热腔体、第一加热体81、第二加热体82、第一侧面挡条64和第二侧面挡条65，其中，第一加热体81和第二加热体82间隔设置在隔热腔体中，第一侧面挡条64和第二侧面挡条65沿第二方向相对设置于第一加热体81和第二加热体82之间，且第一加热体81、第二加热体82、第一侧面挡条64和第二侧面挡条65所限定的空间构成工艺空间F，承载台位于第二加热体82上且暴露在工艺空间F中。在实际应用中，第一侧面挡条64和第二侧面挡条65一般由耐高温的绝缘材质形成，例如碳化硅。第一侧面挡条64和第二侧面挡条65在第二方向上的距离即为工艺空间F在第二方向上的宽度。工艺腔室还包括腔体外壳7，该腔体外壳7例如采用石英壳体，且包覆于隔热腔体外周。另外，如图9A所示，在腔体外壳7的外围还设有冷却部件9，用于对腔体外壳7进行冷却。

在具体实施时，第一加热体81、第二加热体82可以由适于通过电磁感应加热的材料形成，例如为石墨加热材料。而隔热腔体可以由石墨保温毡形成，在此不做限定。

在一些实施例中，如图10所示，上述隔热腔体包括两个半圆形的隔热罩61、下游隔热罩63和上游隔热罩62。这四个隔热罩合围成一个圆周向封闭，长度方向带有开口621的空间，上述两个半圆形的隔热罩61分别将第一加热体81和第二加热体82完全包覆。开口621即为工艺腔室的进气口，开口621沿第二方向的宽度一般等于或者略大于工艺空间F沿第二方向的宽度。

本实用新型实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本实用新型实施例提供的上述进气装置，可以有效缩短反应时间，提高大大提高外延工艺的成膜速率，同时提高了成膜质量。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型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实用新型的保护范围。

Claims (14)

1.一种进气装置，应用于半导体工艺设备，其特征在于，包括在第一方向上依次连通的进气座体和匀流件，且所述匀流件与所述进气座体可拆卸地连接；其中，

所述进气座体具有混气腔，所述混气腔用于与至少一个进气管路连通；

所述匀流件用于与所述半导体工艺设备的工艺腔室连通，所述匀流件中沿垂直于所述第一方向的第二方向依次设置有多个自所述进气座体向所述工艺腔室靠近的方向延伸的匀流通道，且每个所述匀流通道在所述第二方向上的宽度自所述进气座体向所述工艺腔室递减。

2.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述匀流件与所述工艺腔室的进气口连接；

所述工艺腔室的进气口在所述第二方向上的宽度小于所述混气腔在所述第二方向上的宽度。

3.根据权利要求2所述的进气装置，其特征在于，所述匀流件在所述第二方向上的宽度自所述进气座体向所述工艺腔室递减。

4.如权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述匀流件中设置有空腔，所述空腔中设置有沿所述第二方向间隔分布的多个隔板；多个所述隔板将所述空腔隔离成多个所述匀流通道；

所述隔板的延伸方向与所述第二方向相交且不垂直。

5.根据权利要求4所述的进气装置，其特征在于，所述隔板的延伸方向与所述第二方向的夹角大于或等于75°，且小于90°。

6.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述匀流件在所述第一方向上的两端分别设置有第一法兰和第二法兰，其中，所述第一法兰与所述进气座体连接，所述第二法兰用于与所述工艺腔室连接；并且，所述第二法兰的导热系数低于所述第一法兰的导热系数。

7.根据权利要求6所述的进气装置，其特征在于，所述第一法兰的材质包括透明石英；所述第二法兰的材质包括非透明石英。

8.根据权利要求1-7任一项所述的进气装置，其特征在于，所述混气腔包括沿所述第二方向依次设置的多个子混气腔以及位于所述多个子混气腔面向所述匀流件一侧的射流板；

所述子混气腔用于与至少一个所述进气管路连通，所述进气管路的出气方向与所述第一方向平行；

所述射流板沿所述第二方向依次设置有多组射流孔组；

多个所述子混气腔、多组所述射流孔组与多个所述匀流通道三者一一对应，且每组所述射流孔组均包括多个射流孔，每个所述射流孔的两端分别与对应的所述子混气腔和对应的所述匀流通道连通。

9.根据权利要求8所述的进气装置，其特征在于，多个所述子混气腔在所述第二方向上的宽度与多个所述匀流通道的进气口在所述第二方向上的宽度一一对应地相等。

10.根据权利要求9所述的进气装置，其特征在于，多个所述子混气腔包括中心子混气腔，以及对称分布在所述中心子混气腔两侧的多个边缘子混气腔，其中，所述中心子混气腔平行于所述第一方向的中心轴线与所述工艺腔室平行于所述第一方向的中心轴线重合；

所述中心子混气腔在所述第二方向上的宽度大于各所述边缘子混气腔在所述第二方向上的宽度。

11.根据权利要求10所述的进气装置，其特征在于，所述边缘子混气腔为两个，且分布在所述中心子混气腔的两侧；

所述中心子混气腔所连通的所述进气管路的数量与各所述边缘子混气腔所连通的所述进气管路的数量的比例大于或等于2:1，且小于或等于5:1。

12.根据权利要求10或11所述的进气装置，其特征在于，所述中心子混气腔与多个所述进气管路连通，且与所述中心子混气腔连通的多个所述进气管路在所述第二方向上相对于所述中心子混气腔均匀分布。

13.一种半导体加工设备，其特征在于，包括腔体外壳、工艺腔室和如权利要求1-12中任一项所述的进气装置；其中，

所述工艺腔室和所述进气装置中的所述匀流件均设置在所述腔体外壳内；

所述工艺腔室内具有用于承载托盘的承载台，所述托盘用于承载晶圆。

14.根据权利要求13所述的半导体加工设备，其特征在于，所述工艺腔室包括隔热腔体、第一加热体、第二加热体、第一侧面挡条和第二侧面挡条，其中，所述第一加热体和第二加热体间隔设置在所述隔热腔体中，所述第一侧面挡条和所述第二侧面挡条沿所述第二方向相对设置于所述第一加热体和第二加热体之间，且所述第一加热体、所述第二加热体、所述第一侧面挡条和所述第二侧面挡条所限定的空间构成工艺空间；

所述承载台位于所述第二加热体上且暴露在所述工艺空间中。