TWI824691B - 半導體熱處理設備的氣體噴射裝置及半導體熱處理設備 - Google Patents
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Abstract
一種半導體熱處理設備的氣體噴射裝置及半導體熱處理設備，該裝置包括進氣管，第一管段包括第一管壁和嵌套在第一管壁中的第二管壁，且第一管壁的內壁與第二管壁的外壁之間構成緩衝空間；在第一管壁上沿豎直方向均勻分佈有多個第一氣孔，第一氣孔分別與緩衝空間和製程腔室相連通；在第二管壁上設置有多個第二氣孔，第二氣孔分別與第二管壁的內部空間和緩衝空間相連通；第二管壁的內徑在豎直方向上的變化規則和/或多個第二氣孔的排布規則滿足：使經由多個第二氣孔流入緩衝空間中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量相同。
Description
本發明涉及半導體製造領域，具體地，涉及一種半導體熱處理設備的氣體噴射裝置及半導體熱處理設備。
半導體熱處理設備，例如立式熱處理設備，作為在半導體晶圓表面成膜的關鍵設備，其製程穩定性、均勻性、可靠性等性能指標，直接影響著晶片的電性指標及良率。尤其在將立式熱處理設備應用於膜層沉積製程時，為了保證晶圓間的膜厚分佈均勻，應盡可能均勻地向各晶圓所在位置處供給製程氣體。
現有的立式熱處理設備中，氣體噴射裝置的佔用空間較大，可能無法配置於預先確定好大小的處理容器內，而且氣體噴射裝置距離晶舟較近，導致氣體噴射裝置噴出的氣體沒有足夠的空間均勻混合，從而無法保證氣體分佈均勻性，進而可能導致不同晶圓獲得的氣體量不均勻，從而對製程結果產生不良的影響。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種半導體熱處理設備的氣體噴射裝置及半導體熱處理設備，其可以提高向製程腔室中通入的製程氣體在豎直方向上分佈的均勻性，從而可以保證不同晶圓能夠獲得均勻的氣體量，進而可以保證晶圓成膜的厚度均勻性及製程結果一致性。
為實現本發明的目的而提供一種半導體熱處理設備的氣體噴射裝置，包括用於向該半導體熱處理設備的製程腔室中輸送製程氣體的進氣管，該進氣管包括第一管段和第二管段，其中，該第一管段豎直設置在該製程腔室中，且該第一管段的上端是封閉的，該第一管段的下端與該第二管段的上端連接，該第二管段的下端用於與氣源連接；該第一管段包括第一管壁和嵌套在該第一管壁中的第二管壁，且該第一管壁的內壁與該第二管壁的外壁之間構成緩衝空間；該第二管壁的內部空間與該第二管段的內部空間相連通，其中，在該第一管壁上沿豎直方向間隔設置有多個第一氣孔，該第一氣孔分別與該緩衝空間和該製程腔室相連通；在該第二管壁上設置有多個第二氣孔，該第二氣孔分別與該第二管壁的內部空間和該緩衝空間相連通；該第二管壁的內徑在豎直方向上的變化規則和/或多個該第二氣孔的排布規則滿足：使經由多個該第二氣孔流入該緩衝空間中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量相同。
可選的，多個該第二氣孔的排布規則包括：多個該第二氣孔的排布密度由下而上逐漸增大。
可選的，多個該第二氣孔排成至少一列第二氣孔列，每一列第二氣孔列中有多個該第二氣孔，且沿豎直方向間隔設置，並且相鄰兩個該第二氣孔之間的豎直間距由下而上逐漸減小。
可選的，多個該第二氣孔排成一列該第二氣孔列；多個該第一氣孔排成一列第一氣孔列，且該第二氣孔的出氣方向與該第一氣孔的出氣方向相反。
可選的，該第二管壁的內徑在豎直方向上的變化規則包括：該第二管壁的內徑由下而上逐漸減小；或者，該第二管壁包括沿豎直方向依次設置的多個直管段，且多個該直管段的內徑由下而上逐漸減小。
可選的，多個該第一氣孔沿該第一管壁的軸向排成多列第一氣孔列，每一列第一氣孔列中有多個該第一氣孔，且沿豎直方向間隔設置。
可選的，該製程腔室中設置有承載裝置，該承載裝置具有多個用於承載晶圓的承載面，多個該承載面沿該豎直方向間隔設置；該第一管壁上具有與各個相鄰兩個該承載面之間的間隔相對應的分區，該分區中分佈有至少一個該第一氣孔。
可選的，該分區中的所有的該第一氣孔的軸線的高度均與該間隔在該豎直方向上的中點高度相同。
可選的，該第二管段的管壁與該第二管壁連為一體，且該第二管段的內徑與該第二管壁的內徑相同，並且該第一管壁的下端設置有第一封閉部，該第一封閉部與該第二管壁的外壁密封連接。
可選的，該第二管段的管壁與該第一管壁連為一體，且該第二管段的外徑和內徑分別等於該第一管壁的外徑和內徑，並且該第二管壁的下端設置有第二封閉部，該第二封閉部與該第一管壁的內壁密封連接。
可選的，該第一氣孔的直徑的取值範圍為大於等於0.1mm，且小於等於40mm；豎直方向上相鄰兩個該第一氣孔之間的間距的取值範圍為大於等於1mm，且小於等於200mm。
可選的，該第二氣孔的直徑的取值範圍為大於等於0.1mm，且小於等於20mm；同一列第二氣孔列中相鄰兩個該第二氣孔之間的豎直間距的取值範圍為大於等於1mm，且小於等於500mm。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種半導體熱處理設備，包括製程腔室和設置在該製程腔室中的承載裝置，該承載裝置具有沿豎直方向間隔設置的多個用於承載晶圓的承載面，還包括至少一個氣體噴射裝置，該氣體噴射裝置採用本發明提供的上述氣體噴射裝置，其中，該進氣管設置在該承載裝置的一側，用於向該製程腔室中通入製程氣體。
本發明具有以下有益效果：
本發明提供的半導體熱處理設備的氣體噴射裝置，其通過使進氣管中的第二管壁的內徑在豎直方向上的變化規則和/或多個第二氣孔的排布規則滿足：使經由多個第二氣孔流入緩衝空間中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量相同，在第二管段由下而上向第二管壁的內部通入製程氣體時，可以補償因製程氣體由下而上流經各個第二氣孔產生的壓強損失，而導致的流入緩衝空間中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量差異，同時借助第一管壁的內壁與第二管壁的外壁之間的上述緩衝空間對製程氣體進行均勻且充分地混合，可以有效提高自各個第一氣孔通入製程腔室中的製程氣體在豎直方向上分佈的均勻性，從而可以保證不同晶圓能夠獲得均勻的氣體量，進而可以保證晶圓成膜的厚度均勻性及製程結果一致性。此外，上述進氣管採用的雙管壁結構，可以減小體積，減少在製程腔室中的佔用空間，從而可以應用到更多種類的製程腔室中。
本發明提供的半導體熱處理設備，其通過採用本發明提供的上述氣體噴射裝置，可以保證不同晶圓能夠獲得均勻的氣體量，進而可以保證晶圓成膜的厚度均勻性及製程結果一致性。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
相關技術的立式熱處理設備中，一種氣體噴射裝置採用倒置的U形噴射管，且在該噴射管上位於彎折處兩側的兩個管段上均分佈有多個第一氣孔，用以向製程腔室中噴出製程氣體，其中，兩個管段上的第一氣孔在豎直方向上相互交錯，以提高出氣量在豎直方向上的均勻性，但是，上述U形噴射管的佔用空間較大，可能無法配置於預先確定好大小的處理容器內，而且上述U形噴射管距離晶舟較近，導致由兩個管段上的第一氣孔噴出的氣體沒有足夠的空間均勻混合，從而無法保證氣體分佈均勻性，進而可能導致不同晶圓獲得的氣體量不均勻，從而對製程結果產生不良的影響。
第一實施例
為瞭解決上述問題，請參閱圖1，本實施例提供的氣體噴射裝置，其應用於半導體熱處理設備，尤其是立式熱處理設備，該氣體噴射裝置包括用於向該半導體熱處理設備的製程腔室中輸送製程氣體的進氣管1，該進氣管1包括第一管段11和第二管段12，其中，第一管段11豎直設置在製程腔室中，且第一管段11的上端是封閉的，第一管段11的下端與第二管段12的上端連接，第二管段12的下端用於與用於提供製程氣體的氣源（圖中未示出）連接。可選的，第二管段12的下端貫穿製程腔室的腔室壁，延伸至製程腔室的外部，並與外部的氣源連接。
請一併參閱圖2和圖3，第一管段11採用雙管壁結構，即，第一管段11包括第一管壁111和嵌套在該第一管壁111中的第二管壁112，且第一管壁111的內壁與第二管壁112的外壁之間構成緩衝空間13，並且，第二管壁112的內部空間14與第二管段12的內部空間相連通。
在一些可選的實施例中，第二管段12的管壁與上述第二管壁112連為一體，且第二管段12的內徑與第二管壁112的內徑相同，這樣，第二管段12的至少一部分與上述第二管壁112構成了一個連續的直管道，以使第二管壁112的內部空間14與第二管段12的內部空間相連通，而且通過使第二管段12的內徑與第二管壁112的內徑相同，可以保證第二管段12中的氣流能夠平穩地流動至第二管壁112的內部空間14中，而不會產生氣流擾動或壓強損失，從而有助於製程氣體快速流動至第二管壁112的上端，提高進氣效率。
並且，第一管壁111的下端設置有第一封閉部15，該第一封閉部15與第二管壁112的外壁密封連接，從而保證緩衝空間13的底部是封閉的。第一封閉部15例如為與第一管壁111一體成型的端壁，該端壁上形成有供第二管段12與第二管壁112構成的直管道穿過的開口。
在一些可選的實施例中，如圖2所示，第一管壁111的上端具有端壁，以保證緩衝空間13的頂部是封閉的。而且，第二管壁112的上端與該端壁相抵，以保證第二管壁112的內部空間14的頂部也是封閉的。當然，在實際應用中，也可以在第二管壁112的上端單獨設置端壁，以封閉內部空間14的頂部。
上述進氣管1通過採用的雙管壁結構，可以減小體積，減少在製程腔室中的佔用空間，從而可以應用到更多種類的製程腔室中。
其中，在第一管壁111上沿豎直方向間隔設置有多個第一氣孔21，可選的，該第一氣孔21在第一管壁111上均勻分佈。第一氣孔21分別與緩衝空間13和製程腔室相連通；在第二管壁112上設置有多個第二氣孔22，該第二氣孔22分別與第二管壁112的內部空間14和緩衝空間13相連通。氣流方向如圖2中的箭頭所示，由氣源提供的製程氣體經由第二管段12的內部空間流入第二管壁112的內部空間14中，並在空間14中由下而上流動，然後經由各個第二氣孔22流入緩衝空間13中；製程氣體在緩衝空間13中進行均勻且充分的混合之後，最後經由各個第一氣孔21流入製程腔室中。
製程氣體在內部空間14中由下而上流動的過程中，每經過第二氣孔22時，會有一部分製程氣體自該第二氣孔22流出，導致內部空間14中的氣流會產生一定的壓強損失，且越向上流動，壓強損失越大，從而在多個第二氣孔22豎直方向上等間距設置的前提下，流入緩衝空間13中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量存在差異，即，出氣量由下而上逐漸減小。為此，借助上述緩衝空間13對製程氣體進行均勻且充分的混合，可以在一定程度上提高自各個第一氣孔21通入製程腔室中的製程氣體在豎直方向上分佈的均勻性。而且，由於第二管壁112的頂部是封閉的，製程氣體只能經由管壁上的多個第二氣孔22流入緩衝空間13中，從管壁一側出氣相對於頂端出氣，更有利於製程氣體在緩衝空間13中豎直方向上的擴散，從而可以進一步促進製程氣體進行均勻且充分的混合。
在此基礎上，為了補償因內部空間14中的氣流產生的壓強損失造成的流入緩衝空間13中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量的差異，多個第二氣孔22的排布規則滿足：使經由多個第二氣孔22流入緩衝空間13中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量相同。也就是說，通過設定多個第二氣孔22的排布規則來補償上述出氣量的差異。由此，可以保證不同晶圓能夠獲得均勻的氣體量，進而可以保證晶圓成膜的厚度均勻性及製程結果一致性。
在一些可選的實施例中，多個第二氣孔22的排布規則包括：多個第二氣孔22的排布密度由下而上逐漸增大。所謂多個第二氣孔22的排布密度，是指第二管壁112上單位面積中排布的第二氣孔22的數量，單位面積中排布的第二氣孔22的數量越大，該單位面積對應區域的出氣量越大；反之，則越小。基於此，通過使多個第二氣孔22的排布密度由下而上逐漸增大，可以起到補償出氣量的作用，以提高流入緩衝空間13中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量的均勻性。
實現多個第二氣孔22的排布密度由下而上逐漸增大的方式可以有多種，例如，多個第二氣孔22排成至少一列第二氣孔列，每一列第二氣孔列中有多個第二氣孔22，且沿第二管壁112的軸向（即，豎直方向）間隔設置，並且相鄰兩個第二氣孔22之間的豎直間距由下而上逐漸減小。例如，圖2中多個第二氣孔22排成一列第二氣孔列。
作為一個優選的實施例，如圖2所示，多個第二氣孔22排成一列第二氣孔列，多個第一氣孔21排成一列第一氣孔列，且第二氣孔22的出氣方向與第一氣孔21的出氣方向相反，即，第二氣孔22的軸線與第一氣孔21的軸線在水平面內的夾角為180°，也就是說，第二氣孔列位於第二管壁112的背離第一氣孔列一側。這樣，可以使製程氣體自第二氣孔22經過緩衝空間13流向第一氣孔21的路徑最長，從而可以進一步促進製程氣體進行均勻且充分的混合。
需要說明的是，在實際應用中，第二氣孔22的軸線與第一氣孔21的軸線在水平面內的中心角可以在0°-180°的範圍內自由設定，只要能夠保證自各個第一氣孔21通入製程腔室中的製程氣體在豎直方向上分佈的均勻性即可。
還需要說明的是，在實際應用中，多個第二氣孔22還可以排成一列或多列第二氣孔列，且多列第二氣孔列可以在第二管壁112的背離第一氣孔列的半圓區域（0°-180°的範圍）內沿周向間隔排列。並且，多個第一氣孔21也可以排成一列或多列第一氣孔列，且多列第一氣孔列可以在第一管壁111的背離第二氣孔列的半圓區域（0°-180°的範圍）內沿周向間隔排列。
另外需要說明的是，實現多個第二氣孔22的排布密度由下而上逐漸增大的方式並不局限於上述實施例採用的方式，在實際應用中，多個第二氣孔22還可以採用其他任意方式排布，例如隨機分佈，只要可以實現多個第二氣孔22的排布密度由下而上逐漸增大即可。
在一些可選的實施例中，製程腔室中設置有承載裝置，該承載裝置具有多個用於承載晶圓的承載面，多個承載面沿該豎直方向間隔設置；第一管壁111上具有與各個相鄰兩個承載面之間的間隔相對應的分區，該分區中分佈有至少一個第一氣孔21。例如，在製程腔室中的承載裝置為晶舟（例如圖8中示出的晶舟105），該晶舟能夠在豎直方向上承載多個晶圓，晶舟上用於承載晶圓的表面即為上述承載面。通過在第一管壁111的各個分區上分佈至少一個第一氣孔21，可以進一步提高不同晶圓獲得的氣體量的均勻性。
作為一個優選的實施例，第一管壁111的分區中的所有的第一氣孔2中至少一個第一氣孔2軸線的高度與對應的兩個承載面之間的間隔在豎直方向上的中點高度相同，可選的，第一管壁111的分區中的所有的第一氣孔21的軸線的高度均與各個相鄰兩個承載面之間的間隔的中點高度相同，也就是說，同一分區中的所有的第一氣孔21的軸線均位於同一高度，且與各個相鄰兩個承載面之間的間隔的中點高度相同，這樣，可以使第一氣孔21與相鄰兩個承載面之間的距離相等，從而可以使經由第一氣孔21流出的製程氣體朝向相鄰兩個承載面擴散的路徑相同，進而可以進一步提高不同晶圓獲得的氣體量的均勻性。
在一些可選的實施例中，第一氣孔21的直徑的取值範圍為大於等於0.1mm，且小於等於40mm；豎直方向上相鄰兩個第一氣孔21之間的間距的取值範圍為大於等於1mm，且小於等於200mm。
在一些可選的實施例中，第二氣孔22的直徑的取值範圍為大於等於0.1mm，且小於等於20mm；同一列第二氣孔列中相鄰兩個第二氣孔22之間的豎直間距的取值範圍為大於等於1mm，且小於等於500mm。
第二實施例
請一併參閱圖4和圖5，本實施例提供的氣體噴射裝置，其與上述第一實施例相比，同樣包括進氣管3，該進氣管3包括第一管段31和第二管段32，其中，第一管段31豎直設置在製程腔室中，且第一管段31的上端是封閉的，第一管段31的下端與第二管段32的上端連接，第二管段32的下端用於與用於提供製程氣體的氣源（圖中未示出）連接。
而且，第一管段31採用雙管壁結構，即，第一管段31包括第一管壁311和嵌套在該第一管壁311中的第二管壁312，且第一管壁311的內壁與第二管壁312的外壁之間構成緩衝空間33，並且，第二管壁312的內部空間34與第二管段32的內部空間相連通。
如圖4所示，上述第二管段32的管壁與第一管壁311連為一體，且第二管段32的外徑和內徑分別等於第一管壁311的外徑和內徑，這樣，第二管段32的至少一部分與上述第一管壁311構成了一個連續的直管道，而第二管壁312設置在第一管壁311的內部，其底端是敞開的，以使其內部空間34能夠與第二管段12的內部空間相連通。通過使第二管段32的外徑和內徑分別等於第一管壁311的外徑和內徑，可以進一步減小體積，減少在製程腔室中的佔用空間，從而可以應用到更多種類的製程腔室中。
並且，第二管壁312的下端設置有第二封閉部35，該第二封閉部35與第一管壁311的內壁密封連接，從而保證緩衝空間33的底部是封閉的。第一封閉部35例如為與第二管壁312一體成型的環形凸緣，該環形凸緣與第一管壁311的內壁相抵，以保證緩衝空間33的底部是封閉的。
其中，在第一管壁311上沿豎直方向均勻分佈有多個第一氣孔41，該第一氣孔41分別與緩衝空間33和製程腔室相連通；在第二管壁312上設置有多個第二氣孔42，該第二氣孔32分別與第二管壁312的內部空間34和緩衝空間33相連通。由氣源提供的製程氣體經由第二管段32流入第二管壁312的內部空間34中，並在該內部空間34中由下而上流動，然後經由各個第二氣孔42流入緩衝空間33中；製程氣體在緩衝空間33中進行均勻且充分的混合之後，最後經由各個第一氣孔41流入製程腔室中。
本實施例提供的氣體噴射裝置的其他結構和功能與上述第一實施例相同，在此不再贅述。
第三實施例
請參閱圖6，本實施例提供的氣體噴射裝置，其與上述第一實施例相比，同樣包括進氣管5，該進氣管5包括第一管段51和第二管段52，其中，第一管段51豎直設置在製程腔室中，且第一管段51的上端是封閉的，第一管段51的下端與第二管段52的上端連接，第二管段52的下端用於與用於提供製程氣體的氣源（圖中未示出）連接。
而且，第一管段51採用雙管壁結構，即，第一管段51包括第一管壁511和嵌套在該第一管壁511中的第二管壁512，且第一管壁511的內壁與第二管壁512的外壁之間構成緩衝空間53，並且，第二管壁512的內部空間54與第二管段52的內部空間相連通。
為了補償因內部空間14中的氣流產生的壓強損失造成的流入緩衝空間13中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量的差異，上述第二管壁512的內徑在豎直方向上的變化規則滿足：使經由多個第二氣孔62流入緩衝空間53中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量相同。也就是說，通過設定第二管壁512的內徑在豎直方向上的變化規則來補償上述出氣量的差異。由此，可以保證不同晶圓能夠獲得均勻的氣體量，進而可以保證晶圓成膜的厚度均勻性及製程結果一致性。
在一些可選的實施例中，如圖6所示，第二管壁512內徑在豎直方向上的變化規則包括：第二管壁512的內徑由下而上逐漸減小。例如圖6中示出的第二管壁512呈錐桶狀。由於第二管壁512的內徑越小，流經的氣體流速則越大，因此由下而上縮小第二管壁512的內徑，能夠起到補償出氣量的作用，以提高流入緩衝空間13中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量的均勻性。
作為本實施例的一個變型，如圖7所示，與上述進氣管5相同的，進氣管5’同樣包括第一管段51’和第二管段52，其中，第一管段51’包括第一管壁511和第二管壁512’，而區別僅在於：第二管壁512內徑在豎直方向上的變化規則包括：第二管壁512’包括沿豎直方向依次設置的多個直管段，且多個直管段的內徑由下而上逐漸減小。這同樣可以由下而上縮小第二管壁512的內徑，以能夠起到補償出氣量的作用，從而可以提高流入緩衝空間13中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量的均勻性。
其中，在第一管壁511上沿豎直方向均勻分佈有多個第一氣孔61，該第一氣孔61分別與緩衝空間53和製程腔室相連通；在第二管壁512上設置有多個第二氣孔62，該第二氣孔62分別與第二管壁512的內部空間54和緩衝空間53相連通。由氣源提供的製程氣體經由第二管段52流入第二管壁512的內部空間54中，並在該空間54中由下而上流動，然後經由各個第二氣孔62流入緩衝空間53中；製程氣體在緩衝空間53中進行均勻且充分的混合之後，最後經由各個第一氣孔61流入製程腔室中。
需要說明的是，在實際應用中，可以設定第二管壁512的內徑在豎直方向上的變化規則，和/或設定多個第二氣孔22的排布規則，來補償上述出氣量的差異。例如，圖6和圖7中，在由下而上縮小第二管壁512的內徑基礎上，相鄰兩個第二氣孔62之間的豎直間距由下而上逐漸減小。通過將這兩種規則結合使用，可以更有效地起到補償出氣量的作用。當然，在實際應用中，可以根據具體需要自由選擇兩種規則中的至少一者。
還需要說明的是，圖6和圖7中，第二管段52的管壁與第二管壁512（或第二管壁512’）連為一體，但是，本發明並不局限於此，在實際應用中，也可以採用與上述第二實施例相同的結構，即，上述第二管段52的管壁與第一管壁511連為一體。
本實施例提供的氣體噴射裝置的其他結構和功能與上述第一、第二實施例相同，在此不再贅述。
綜上所述，上述各個實施例提供的半導體熱處理設備的氣體噴射裝置，其通過使進氣管中的第二管壁的內徑在豎直方向上的變化規則和/或多個第二氣孔的排布規則滿足：使經由多個第二氣孔流入緩衝空間中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量相同，在第二管段由下而上向第二管壁的內部通入製程氣體時，可以補償因製程氣體由下而上流經各個第二氣孔產生的壓強損失，而導致的流入緩衝空間中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量差異，同時借助第一管壁的內壁與第二管壁的外壁之間的上述緩衝空間對製程氣體進行均勻且充分地混合，可以有效提高自各個第一氣孔通入製程腔室中的製程氣體在豎直方向上分佈的均勻性，從而可以保證不同晶圓能夠獲得均勻的氣體量，進而可以保證晶圓成膜的厚度均勻性及製程結果一致性。此外，上述進氣管採用的雙管壁結構，可以減小體積，減少在製程腔室中的佔用空間，從而可以應用到更多種類的製程腔室中。
第四實施例
請參閱圖8，本實施例提供一種半導體熱處理設備100，以立式熱處理設備為例，其包括外管101、嵌套在其內部的內管102以及套設在外管101周圍的加熱器104，其中，該內管102的內部構成製程腔室，且在該製程腔室中的承載裝置，該承載裝置具有沿豎直方向間隔設置的多個用於承載晶圓的承載面，承載裝置例如為晶舟105，該晶舟105能夠在豎直方向上承載多個晶圓106，晶舟上用於承載晶圓106的表面即為上述承載面。
半導體熱處理設備100還包括至少一個氣體噴射裝置，該氣體噴射裝置採用上述各個實施例提供的氣體噴射裝置，該氣體噴射裝置中，以第一實施例提供的進氣管1為例，如圖8所示，該進氣管1設置在晶舟105的一側，用於向製程腔室中通入製程氣體。
需要說明的是，在實際應用中，上述氣體噴射裝置的數量可以根據製程所需的氣體種類而設計，以半導體熱處理設備100應用於氧化製程為例，氣體噴射裝置的數量可以為至少兩個，具體可以包括用於向製程腔室中通入O2等的氧化性氣體的氣體噴射裝置，以及用於向製程腔室中通入H2等的還原性氣體的氣體噴射裝置，可選的，還可以包括用於向製程腔室中通入N2等的不活潑氣體的氣體噴射裝置。
在一些可選的實施例中，結合圖2和圖8所示，第一管壁111上與各個相鄰兩個承載面之間的間隔相對應的分區中分佈有一個第一氣孔21，該第一氣孔21的軸線的高度與各個相鄰兩個承載面之間的間隔在豎直方向上的中點高度相同，這樣，可以使第一氣孔21與相鄰兩個承載面之間的距離相等，從而可以使經由第一氣孔21流出的製程氣體朝向相鄰兩個承載面擴散的路徑相同，進而可以進一步提高不同晶圓106獲得的氣體量的均勻性。
在一些可選的實施例中，如圖8所示，在內管102的遠離進氣管1的一側設置有排氣縫隙103，且在外管101的底部，與該排氣縫隙103相對的位置處設置有排氣通道107，製程腔室中的氣體可以依次經由排氣縫隙103和排氣通道107排出。
本實施例提供的半導體熱處理設備，其通過採用上述各個實施例提供的氣體噴射裝置，可以保證不同晶圓能夠獲得均勻的氣體量，進而可以保證晶圓成膜的厚度均勻性及製程結果一致性。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
1:進氣管
3:進氣管
5:進氣管
5’:進氣管
11:第一管段
12:第二管段
13:緩衝空間
14:內部空間
15:第一封閉部
21:第一氣孔
22:第二氣孔
31:第一管段
32:第二管段
33:緩衝空間
34:內部空間
35:第一封閉部
41:第一氣孔
42:第二氣孔
51:第一管段
51’:第一管段
52:第二管段
53:緩衝空間
54:內部空間
61:第一氣孔
62:第二氣孔
100:半導體熱處理設備
101:外管
102:內管
103:排氣縫隙
104:加熱器
105:晶舟
106:晶圓
107:排氣通道
111:第一管壁
112:第二管壁
311:第一管壁
312:第二管壁
511:第一管壁
512:第二管壁
512’:第二管壁
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1為本發明第一實施例提供的半導體熱處理設備的氣體噴射裝置的結構圖；
圖2為本發明第一實施例提供的半導體熱處理設備的氣體噴射裝置的軸向截面圖；
圖3為本發明第一實施例提供的半導體熱處理設備的氣體噴射裝置的局部剖視圖；
圖4為本發明第二實施例提供的半導體熱處理設備的氣體噴射裝置的軸向截面圖；
圖5為本發明第二實施例提供的半導體熱處理設備的氣體噴射裝置的局部剖視圖；
圖6為本發明第三實施例提供的半導體熱處理設備的氣體噴射裝置的一種軸向截面圖；
圖7為本發明第三實施例提供的半導體熱處理設備的氣體噴射裝置的另一種軸向截面圖；
圖8為本發明第四實施例提供的半導體熱處理設備的結構示意圖。
11:第一管段
12:第二管段
13:緩衝空間
14:內部空間
15:第一封閉部
21:第一氣孔
22:第二氣孔
111:第一管壁
112:第二管壁
Claims (13)
- 一種半導體熱處理設備的氣體噴射裝置，包括用於向該半導體熱處理設備的一製程腔室中輸送一製程氣體的一進氣管，該進氣管包括一第一管段和一第二管段，其中，該第一管段豎直設置在該製程腔室中，且該第一管段的上端是封閉的，該第一管段的下端與該第二管段的上端連接，該第二管段的下端用於與氣源連接； 該第一管段包括一第一管壁和嵌套在該第一管壁中的一第二管壁，且該第一管壁的內壁與該第二管壁的外壁之間構成一緩衝空間；該第二管壁的內部空間與該第二管段的內部空間相連通，其中，在該第一管壁上沿豎直方向間隔設置有多個第一氣孔，該第一氣孔分別與該緩衝空間和該製程腔室相連通；在該第二管壁上設置有多個第二氣孔，該第二氣孔分別與該第二管壁的內部空間和該緩衝空間相連通； 該第二管壁的內徑在豎直方向上的變化規則和/或多個該第二氣孔的排布規則滿足：使經由多個該第二氣孔流入該緩衝空間中的製程氣體在豎直方向上不同位置處的出氣量相同。
- 如請求項1所述的氣體噴射裝置，其中，多個該第二氣孔的排布規則包括：多個該第二氣孔的排布密度由下而上逐漸增大。
- 如請求項2所述的氣體噴射裝置，其中，多個該第二氣孔排成至少一列第二氣孔列，每一列第二氣孔列中有多個該第二氣孔，且沿豎直方向間隔設置，並且相鄰兩個該第二氣孔之間的豎直間距由下而上逐漸減小。
- 如請求項3所述的氣體噴射裝置，其中，多個該第二氣孔排成一列該第二氣孔列；多個該第一氣孔排成一列第一氣孔列，且該第二氣孔的出氣方向與該第一氣孔的出氣方向相反。
- 如請求項1所述的氣體噴射裝置，其中，該第二管壁的內徑在豎直方向上的變化規則包括：該第二管壁的內徑由下而上逐漸減小；或者， 該第二管壁包括沿豎直方向依次設置的多個直管段，且多個該直管段的內徑由下而上逐漸減小。
- 如請求項1所述的氣體噴射裝置，其中，多個該第一氣孔沿該第一管壁的軸向排成多列第一氣孔列，每一列第一氣孔列中有多個該第一氣孔，且沿豎直方向間隔設置。
- 如請求項1或6所述的氣體噴射裝置，其中，該製程腔室中設置有一承載裝置，該承載裝置具有多個用於承載晶圓的承載面，多個該承載面沿該豎直方向間隔設置； 該第一管壁上具有與各個相鄰兩個該承載面之間的間隔相對應的分區，該分區中分佈有至少一個該第一氣孔。
- 如請求項7所述的氣體噴射裝置，其中，該分區中的所有的該第一氣孔的軸線的高度均與該間隔在該豎直方向上的中點高度相同。
- 如請求項1所述的氣體噴射裝置，其中，該第二管段的管壁與該第二管壁連為一體，且該第二管段的內徑與該第二管壁的內徑相同，並且該第一管壁的下端設置有一第一封閉部，該第一封閉部與該第二管壁的外壁密封連接。
- 如請求項1所述的氣體噴射裝置，其中，該第二管段的管壁與該第一管壁連為一體，且該第二管段的外徑和內徑分別等於該第一管壁的外徑和內徑，並且該第二管壁的下端設置有一第二封閉部，該第二封閉部與該第一管壁的內壁密封連接。
- 如請求項1所述的氣體噴射裝置，其中，該第一氣孔的直徑的取值範圍為大於等於0.1mm，且小於等於40mm；豎直方向上相鄰兩個該第一氣孔之間的間距的取值範圍為大於等於1mm，且小於等於200mm。
- 如請求項3所述的氣體噴射裝置，其中，該第二氣孔的直徑的取值範圍為大於等於0.1mm，且小於等於20mm；同一列第二氣孔列中相鄰兩個該第二氣孔之間的豎直間距的取值範圍為大於等於1mm，且小於等於500mm。
- 一種半導體熱處理設備，包括一製程腔室和設置在該製程腔室中的一承載裝置，該承載裝置具有沿豎直方向間隔設置的多個用於承載晶圓的承載面，其中，還包括至少一個氣體噴射裝置，該氣體噴射裝置採用請求項1-12任意一項所述的氣體噴射裝置，其中，該進氣管設置在該承載裝置的一側，用於向該製程腔室中通入製程氣體。
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