CN218573312U - 一种气体混合装置及半导体工艺*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气体混合装置及半导体工艺***，包括：气体缓冲罐，气体缓冲罐的内部具有密闭的腔体，且气体缓冲罐上具有连通外界和腔体的第一通孔和第二通孔；进气接头，通过第一通孔与所述腔体连通；出气接头，通过第二通孔与腔体连通；进气管，置于腔体内，进气管的进气端与进气接头连通；至少一个缓冲盘，缓冲盘具有多个第一排气孔，缓冲盘套设在进气管上，并与进气管连通，用于向气体缓冲罐输入混合气体；其中，出气接头位于气体缓冲罐上远离进气管末端的一端。其优点在于，使得混合气体沿不同方向并分散呈多股气流的形式进入到腔体内，多股气流之间的碰撞可实现混合气体进一步混合，提升混合气体的浓度均匀性。

Description

一种气体混合装置及半导体工艺***

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种气体混合装置及半导体工艺***。

背景技术

EPI外延工艺是一个含有硅原子的气体以适当的方式通过衬底，自反应剂分子释放出的原子在衬底上运动直到它们到达适当的位置，并成为生长源的一部分，在适当的条件下就得到单一的晶向。所得到的外延层精确地为单晶衬底的延续。硅外延生长其意义是在具有一定晶向的硅单晶衬底上生长一层具有和衬底相同晶向的电阻率与厚度不同的晶格结构完整性好的晶体。半导体分立元器件和集成电路制造工艺需要外延生长技术，因半导体其中所含的杂质有N型和P型，通过不同类型的组合，使半导体器件和集成电路具有各种各样的功能，应用外延生长技术就能容易地实现。硅外延生长方法，目前国际上广泛的采用化学气相沉积生长方法满足晶体的完整性、器件结构的多样化，装置可控简便，批量生产、纯度的保证、均匀性要求。

为了使半导体器件得到所需要求的电参数，用P型或N型杂质对外延层进行掺杂是必要的。器件的效果取决于掺杂浓度的准确控制和掺杂剂浓度沿外延层的纵向分布。外延层中的杂质原子是在生长过程中被结合到外延层的晶格中。杂质的沉淀过程与外延生长过程相似，也存在质量传输和表面化学反应控制两个区域.但杂质源和硅源的化学动力学不同,情况更为复杂。杂质的掺入效率不但依赖于生长温度，同时每种掺杂剂都有其自身的特征。一般情况下，硅的生长速率相对稳定。硼的掺入量随生长温度上升而增加，而磷和砷却随生长温度的上升而下降。

中国发明专利CN113441023A公开了一种气体混合机构、进气管路结构及半导体工艺设备，包括掺杂气体和携带气体分别通过掺杂气体支管和携带气体支管进入到气体混合腔体内，实现掺杂气体和携带气体的混合。然而，这种气体混合方式为现混现用的形式，混合气体的浓度均匀性不高；现有技术方案随结构简单，但在安装过程中占地面积较大，不利于狭小空间的使用。此外，现有技术方案中在输入值气体混合腔体的气体为单束气流，且气流的流动方向沿平行与气体混合腔体的方向，无法实现气流在气体混合腔体的缓冲，气体要在气体混合腔体滞留较长的时间才能达到标准，混合效率较低。

如图1所示，中国实用新型专利CN214635484U公开了一种非预混旋流式气体混合装置，包括气体输送内管(2)和气体输送外管(1)，气体输送内管(2)通过支架(3)同轴安装在气体输送外管(1)内，混合气体通过气体输送内管(2)输送至第一叶片(6)和第二叶片(8)处，将混合气体排到导流圆锥(9)和导流槽(10)中，进一步输送到腔体中(11)，实现混合气体的浓度均匀性提升；然而，该方案整体结构较为复杂，且制造难度高；技术方案中的气体输送内管(2)需通过支架(3)固定，可靠性不强。此外，在该技术方案中，由于输送管路较长，占地面积较大，不利于狭小空间使用，还对混合气体的输送效率产生影响。

目前针对相关技术中存在的混合气体的浓度均匀性不高、混气装置结构复杂以及混合气体的输送效率较低等问题，尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种气体混合装置及半导体工艺***，以解决相关技术中存在的混合气体的浓度均匀性不高、混气装置结构复杂以及混合气体的输送效率较低等问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

第一方面，本实用新型提供一种气体混合装置，包括：

气体缓冲罐，所述气体缓冲罐的内部具有密闭的腔体，且所述气体缓冲罐上具有连通外界和所述腔体的第一通孔和第二通孔；

进气接头，通过所述第一通孔与所述腔体连通；

出气接头，通过所述第二通孔与所述腔体连通；

进气管，置于所述腔体内，所述进气管的进气端与所述进气接头连通；

至少一个缓冲盘，所述缓冲盘具有多个第一排气孔，所述缓冲盘套设在所述进气管上，并与所述进气管连通，用于向所述气体缓冲罐输入混合气体；

其中，所述出气接头位于所述气体缓冲罐上远离所述进气管末端的一端。

在其中的一些实施例中，所述进气管延伸至所述腔体内远离所述进气接头的一端；和/或

所述进气管延伸至所述腔体内的中段位置。

在其中的一些实施例中，所述缓冲盘为若干个，若干所述缓冲盘沿所述进气管的延伸方向间隔设置。

在其中的一些实施例中，所述气体缓冲罐的内壁呈光滑设置；和/或

所述气体缓冲罐的内壁呈凹凸不平设置。

在其中的一些实施例中所述腔体内的远离所述进气接头的一侧内壁具有弧形凹槽。

在其中的一些实施例中，还包括：

连接件，将所述进气管和所述进气接头转动连接；

驱动件，设置在所述气体缓冲罐外侧，且所述驱动件的驱动轴穿过所述气体缓冲罐伸入所述腔体内，并与所述进气管的末端同轴固定，用于驱动所述进气管和所述缓冲盘转动。

在其中的一些实施例中，还包括：

支架，所述支架将所述驱动件固定在所述气体缓冲罐的外侧壁上。

在其中的一些实施例中，所述进气管的管壁上具有间隔开设的多个第二排气孔。

在其中的一些实施例中，还包括：

密封件，所述密封件设置于所述进气接头与所述气体缓冲罐的连接位置以及所述出气接头与所述气体缓冲罐的连接位置进气管400。

第二方面，本实用新型提供一种半导体工艺***，包括如上所述的气体混合装置。

本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本实用新型的一种气体混合装置，通过在进气管末端的缓冲盘，使得从进气管输送至气体缓冲罐内的混合气体沿不同方向并分散呈多股气流的形式进入到腔体内，多股气流之间的碰撞可实现混合气体进一步混合，提升混合气体的浓度均匀性。

本实用新型的一种气体混合装置，可通过进气管和缓冲盘的转动，带动混合气体在气体缓冲罐内加速流动，进一步的使得混合气体在气体缓冲罐进一步融合，提升混合气体的混合浓度均匀性。

附图说明

图1是现有技术中气体混合机构的结构示意图(一)；

图2是根据本实用新型实施例的气体混合装置的示意图(一)；

图3是根据本实用新型实施例的气体混合装置中缓冲盘的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的气体混合装置的示意图(二)；

图5是根据本实用新型实施例的气体混合装置的示意图(三)；

图6是根据本实用新型实施例的气体混合装置的示意图(四)；

图7是根据本实用新型实施例的气体混合装置的示意图(五)；

图8是根据本实用新型实施例的半导体工艺***的结构框图。

其中的附图标记为：100、气体缓冲罐；110、腔体；120、第一通孔；130、第二通孔；140、弧形凹槽；200、进气接头；300、出气接头；400、进气管；410、第二排气孔；500、缓冲盘；510、第一排气孔；600、连接件；700、驱动件；800、支架；910、气源；920、预混装置；930、气体混合装置；940、工艺腔室。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，所描述的实施例仅仅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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

本申请实施例提供一种半导体工艺***的气体混合装置，用于对掺杂气体和携带气体初步混合的气体进行充分混合，保证连续进入到工艺腔室内的混合气体浓度均匀。在不同的半导体制造工艺中，掺杂气体和携带气体的类型也不同，例如，采用化学气相沉积(即CVD)工艺进行碳化硅的外延生长时，掺杂气体可选为氮气和三甲基铝，携带气体可选为氢气；或者，掺杂气体也可选为硅烷，携带气体可选为二氧化氮等。

实施例1

本实施例涉及本实用新型的气体混合装置。

本实用新型的一个示意性实施例，如图2所示，一种气体混合装置，包括气体缓冲罐100、进气接头200、出气接头300、进气管400和缓冲盘500。气体缓冲罐100的内部具有密闭的腔体110，且气体缓冲罐100上具有连通外界和腔体110的第一通孔120和第二通孔130；进气接头200通过第一通孔120与腔体110连通；出气接头300通过第二通孔130与腔体110连通；进气管400置于腔体110内，且进气管400的进气端与进气接头200连通；缓冲盘500设在进气管400上，且进气管400与缓冲盘500连通。

如图2所示，气体缓冲罐100为一首尾封闭设置的中空圆柱体，第一通孔120和第二通孔130位于气体缓冲罐100长度方向的任意一端，且第一通孔120和第二通孔130之间存在一定的间距。需要说明的是，第一通孔120和第二通孔130之间的间距可根据实际的混合气体浓度均匀性的情况进行调整，本实施例中对此不做过多的限制。

在本实施例中，气体缓冲罐100的内壁呈光滑设置，以便混合气体在气体缓冲罐100内流动。在其他实施例中，气体缓冲罐100的内壁呈凹凸不平设置，以降低混合气体在气体缓冲罐100内的流动速度，增加混合气体中掺杂气体和携带气体的混合时间。

此外，腔体110内的远离进气接头200的一侧内壁具有弧形凹槽140，弧形凹槽140可便于混合气体的流动，当混合气体流动至腔体110内远离进气接头200的一端，弧形凹槽140可引导混合气体沿四周扩散并流向出气接头300处。需要说明的是，在本实施例中，弧形凹槽140中心处的槽深为6.35mm。在其他实施例中，弧形凹槽140中心处的槽深还可为6.15mm、6.55mm等，可根据混合气体流动的实际需求进行适应调整，本实施例中对此不做过多的限制。

需要说明的是，在本实施例中，气体缓冲罐100的长度为500mm、直径为165mm，上述气体缓冲罐100的尺寸在实际装配过程中可避免由于管路过长、体积较大等对安装空间的需求，可满足在狭小空间的使用要求，降低混合气体装置整体的体积生产成本。

在其他实施例中，气体缓冲罐100的长度还可为400mm、600mm等。

在其他实施例中，气体缓冲罐100的直径还可为155mm、175mm等。

对于气体缓冲罐100的长度和管径可根据实际配套的半导体工艺***进行适应性选择，本实施例中对此不做过多的限制。

如图2所示，出气接头300位于气体缓冲罐100上远离进气管400末端的一端。进一步的，在本实施例中，进气接头200和出气接头300在气体缓冲罐100的同一侧。需要说明的是，进气接头200通过外接管路将混合气体输入气体缓冲罐100内，出气接头300通过外接管路将混合浓度均匀的气体输送至半导体工艺***的工艺腔室内。此外，进气接头200和出气接头300可通过焊接的方式与气体缓冲罐100连通，甚至为保证气体混合装置的结构强度还可将进气接头200和出气接头300与气体缓冲罐100一体成型。

如图2所示，在本实施例中，进气管400在气体缓冲罐100中设置有一个，且进气管400的进气端与进气接头200连通，进气管400的出气端延伸至腔体110内远离进气接头200的一端，且进气管400的出气端与气体缓冲罐100的内底壁之间存在一定的间距。此外，在其他实施例中，进气管400还可延伸至腔体110内的中段位置，需要说明的是，进气管400的延伸长度可根据气体缓冲罐100的尺寸以及实际混气的效果进行适应性调整，本实施例中对此不做过多的限制。

具体的，进气管400的长度为440mm，进气管400的管径为15mm，进气管400的壁厚为1mm。

在其他实施例中，进气管400的长度还可为4200mm、460mm等。

在其他实施例中，进气管400的管径还可为14mm、16mm等。

在其他实施例中，进气管400的壁厚还可为0.9mm、1.1mm等。

需要说明的是，进气管400的长度和管径可根据气体缓冲罐100的尺寸进行适应性调整，本实施例中对此不做过多的限制。

如图2和图3所示，缓冲盘500在进气管400上设置有一个，缓冲盘500同轴连接在进气管400的末端并与进气管400连通。缓冲盘500内部具有可供气体流通的腔室和与该腔室连通的第一排气孔510，第一排气孔510在缓冲盘500上设置有多个，多个第一排气孔510均匀分布在缓冲盘500的盘面上。通过进气管400传输到缓冲盘500处的混合气体，可通过缓冲盘500上的第一排气孔510沿多个方向输入气体缓冲罐100内，增加气体流动性并提升气体混合效果。

具体的，缓冲盘500的直径为80mm，缓冲盘500整体的厚度为10mm，缓冲盘500的壁厚为1mm，缓冲盘500上第一排气孔510的孔径为0.5mm。

在其他实施例中，缓冲盘500的直径还可为70mm、90mm等。

在其他实施例中，缓冲盘500整体的厚度还可为9mm、11mm等。

在其他实施例中，缓冲盘500的壁厚还可为0.9mm、1.1mm等。

在其他实施例中，缓冲盘500上第一排气孔510的孔径还可为0.4mm、0.6mm等。

需要说明的是，缓冲盘500的尺寸、第一排气孔510设置的数量及尺寸可根据实际混气的效果进行适应性调整，本实施例中对此不做过多的限制。

此外，若干第一排气孔510的轴线与进气管400的轴线平行和/或非平行。具体地，包括以下几种实施方式：

1)第一排气孔510的轴线与进气管400的轴线平行或共线；

2)第一排气孔510的轴线与进气管400的轴线相交；

3)第一排气孔510的轴线与进气管400的轴线既不平行也不相交。

在本实施例中，气体混合装置还包括密封件，密封件设置在进气接头200与第一通孔120的连通处，还设置在出气接头300与第二通孔130的连通处，以实现对进气接头200和出气接头300与气体缓冲罐100连接处的密封，提升整体装置的密闭性。需要说明的是，本实施例中的密封件可为橡胶圈、密封胶或者密封胶条等，即密封件为可对进气接头200和出气接头300与气体缓冲罐100连接处实现密封的所有结构，本实施例中对此不做过多的限制。

本实用新型的使用方法如下：

实际混气过程中，将进气接头200与外部管路连通，进气接头200与进气管400连通，缓冲盘500连接在进气管400的末端，使得掺杂气体和携带气体初步混合的气体通过缓冲盘500上的第一排气孔510进入到气体缓冲罐100内，使得混合气体沿不同方向并分散呈多股气流的形式进入到腔体110内，多股气流之间的碰撞在实现混合气体进一步混合后，通过出气接头300输送至半导体工艺***的工艺腔室内。

本实用新型的优点在于，通过在进气管400末端的缓冲盘500，使得从进气管400输送至气体缓冲罐100内的混合气体沿不同方向并分散呈多股气流的形式进入到腔体110内，多股气流之间的碰撞可实现混合气体进一步混合，提升混合气体的浓度均匀性。

实施例2

本实施例为实施例1的一个变形实施例。

如图4所示，进气管400的管壁上还可具有间隔开设的多个第二排气孔410，且第二排气孔410沿进气管400的长度方向间隔设置。

需要说明的是，相邻两个第二排气孔410之间间隔10mm，第二排气孔410的孔径为0.5mm。

在其他实施例中，相邻两个第二排气孔410之间间距还可为15mm、20mm等。

在其他实施例中，第二排气孔410的孔径还可为0.4mm、0.6mm等。

对于第二排气孔410的设置位置以及尺寸可根据进气管400的结构进行适应性调整，在此不做过多的限定。

实施例3

本实施例为实施例1～2的一个变形实施例。

如图5所示，气体混合装置包括若干缓冲盘500。其中，若干缓冲盘500沿进气管400的延伸方向间隔设置。

在其中的一个实施方式中，缓冲盘500在进气管400上设置有三个，三个缓冲盘500沿进气管400的延伸方向间隔设置，三个缓冲盘500从进气管400的末端间隔排列。

具体的，相邻两个缓冲盘500之间的隔间为30mm。在其他实施例中，相邻两个缓冲盘500之间的间隔还可为25mm、35mm等。

需要说明的是，缓冲盘500的设置数量及排列方式可根据进气管400的尺寸和实际混气效果进行调整，本实施例中对此不做过多的限制。此外，缓冲盘500的结构、尺寸以及缓冲盘500上第一排气孔510的尺寸、设置数量、排布方式同实施例1基本相同，在此不再赘述。

如图6所示，在本实施例中，进气管400的管壁上具有间隔开设的多个第二排气孔410，且第二排气孔410沿进气管400的长度方向间隔设置，且第二排气孔410的排布位于进气管400的进气端和靠近进气接头200的缓冲盘500之间。需要说明的是，第二排气孔410的设置数量、第二排气孔410的设置位置以及尺寸同实施例2基本相同，在此不再赘述。

实施例4

本实施例为实施例1～3的一个变形实施例。

如图7所示，气体混合装置还包括连接件600、驱动件700和支架800。其中，支架800将驱动件700固定在气体缓冲罐100的外侧壁上，并位于气体缓冲罐100远离进气接头200的一端，具体的，支架800为多个直杆，支架800一端与驱动件700的壳体连接，另一端与气体缓冲罐100的外壁连接，以实现对驱动件700的固定。在本实施例中，连接件600为轴承，连接件600将进气管400和进气接头200转动连接，实现进气管400在腔体110内可转动；驱动件700的输出轴穿过气体缓冲罐100的外侧壁伸入腔体110内，并与进气管400的末端同轴固定，用于驱动进气管400和缓冲盘500转动。

在本实施例中，密封件还设置在连接件600与进气接头200、进气管400的连通处，驱动件700的输出轴伸入气体缓冲罐100处，以实现对连接件600与进气接头200、进气管400的连通处和驱动件700的输出轴伸入气体缓冲罐100处的密封，提升整体装置的密闭性。需要说明的是，本实施例中的密封件的结构同实施例1基本相同，在此不再赘述。

本实用新型的使用方法如下：

实际混气过程中，将进气接头200与外部管路连通，随后启动驱动件700，驱动件700带动连接件600700转动，从而使得进气管400和缓冲盘500随着连接件600转动，进而使得掺杂气体和携带气体初步混合的气体通过缓冲盘500上的第一排气孔510和/或进气管400的第二排气孔410进入气体缓冲罐100内，由于进气管400和缓冲盘500的转动，可带动混合气体在气体缓冲罐100内加速流动，进一步的使得混合气体在气体缓冲罐100进一步融合，提升混合气体的混合浓度均匀性。

本实用新型的优点在于，可通过进气管400和缓冲盘500的转动，带动混合气体在气体缓冲罐100内加速流动，进一步的使得混合气体在气体缓冲罐100进一步融合，提升混合气体的混合浓度均匀性。

实施例5

本实施例涉及本实用新型的半导体工艺***。

一种半导体工艺***，包括如实施例1～4任一所述的气体混合装置。

进一步地，半导体工艺***包括若干气源910、气体混合装置930和工艺腔室940。若干气源910与气体混合装置930中的进气接头200连通，用于向气体混合装置930通入不同的工艺气体；工艺腔室940与气体混合装置930的出气接头300连通，用于将混合气体通入工艺腔室940。此处的工艺气体也可以是掺杂气体和/或携带气体，也即混合处理之前的气体。

如图8所示，半导体工艺***还包括预混装置920，若干气源910与预混装置920连通，预混装置920的出气端与气体混合装置930中的进气接头200连通，工艺腔室940与气体混合装置930的出气接头300连通；先将不同的工艺气体通入预混装置920中，预混装置920对不同的工艺气体进行初步混合，随后将初步混合后的混合气体通入气体混合装置930进行进一步的混合，将混合浓度达标后的混合气体在通入工艺腔室940内。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气体混合装置，其特征在于，包括：

气体缓冲罐，所述气体缓冲罐的内部具有密闭的腔体，且所述气体缓冲罐上具有连通外界和所述腔体的第一通孔和第二通孔；

进气接头，通过所述第一通孔与所述腔体连通；

出气接头，通过所述第二通孔与所述腔体连通；

进气管，置于所述腔体内，所述进气管的进气端与所述进气接头连通；

至少一个缓冲盘，所述缓冲盘具有多个第一排气孔，所述缓冲盘套设在所述进气管上，并与所述进气管连通，用于向所述气体缓冲罐输入混合气体；

其中，所述出气接头位于所述气体缓冲罐上远离所述进气管末端的一端。

2.根据权利要求1所述的气体混合装置，其特征在于，所述进气管延伸至所述腔体内远离所述进气接头的一端；和/或

所述进气管延伸至所述腔体内的中段位置。

3.根据权利要求1所述的气体混合装置，其特征在于，所述缓冲盘为若干个，若干所述缓冲盘沿所述进气管的延伸方向间隔设置。

4.根据权利要求1所述的气体混合装置，其特征在于，所述气体缓冲罐的内壁呈光滑设置；和/或

所述气体缓冲罐的内壁呈凹凸不平设置。

5.根据权利要求1所述的气体混合装置，其特征在于，所述腔体内的远离所述进气接头的一侧内壁具有弧形凹槽。

6.根据权利要求1所述的气体混合装置，其特征在于，还包括：

连接件，将所述进气管和所述进气接头转动连接；

驱动件，设置在所述气体缓冲罐外侧，且所述驱动件的驱动轴穿过所述气体缓冲罐伸入所述腔体内，并与所述进气管的末端同轴固定，用于驱动所述进气管和所述缓冲盘转动。

7.根据权利要求6所述的气体混合装置，其特征在于，还包括：

支架，所述支架将所述驱动件固定在所述气体缓冲罐的外侧壁上。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的气体混合装置，其特征在于，所述进气管的管壁上具有间隔开设的多个第二排气孔。

9.根据权利要求1所述的气体混合装置，其特征在于，还包括：

密封件，所述密封件设置于所述进气接头与所述气体缓冲罐的连接位置以及所述出气接头与所述气体缓冲罐的连接位置进气管。

10.一种半导体工艺***，其特征在于，包括如权利要求1～9中任一项所述的气体混合装置。

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