喷嘴装置及成膜设备的制作方法

1.本技术涉及半导体晶片成膜技术领域，具体涉及一种喷嘴装置及成膜设备。


背景技术：

2.薄膜沉积技术是利用喷嘴装置将反应气体导入反应腔中，使得稀释于载气中的金属有机化合物与v族或vi族元素的氢化物在被加热的外延衬底上进行分解并发生反应，通过控制反应时间、反应温度以及气体流速等因素，利用反应后的生成物沉积到外延衬底上从而形成不同厚度的外延薄膜。
3.喷嘴装置的部分伸入反应腔内，将反应气体导入反应腔，因此喷嘴装置内部通设有冷却剂。现有技术中冷却管道延伸至喷嘴装置位于反应腔内的端壁处，以利用冷却剂对喷嘴装置尤其是位于反应腔内的部分进行冷却。为保证喷嘴装置的冷却效果，在喷嘴装置的中间位置开设冷却管道，用以输送冷却剂。但是为了对气流通道进行保护，不得不通过冷却剂使得喷嘴整体都保持较低的温度，进而很难针对喷嘴装置的端面的温度形成独立的控制。


技术实现要素：

4.本技术提供一种喷嘴装置及成膜设备，以解决冷却管道延伸至喷嘴装置的端面，导致喷嘴装置的端面易发生变形的技术问题。
5.本技术提供一种喷嘴装置包括主体、至少两个气体通道以及至少一个冷却通道，所述主体包括设于所述主体下侧的底壁及与所述底壁相连的侧壁，所述侧壁开设有多个出气口；气体通道设于所述主体内，并连通至所述出气口；冷却通道设于所述主体内，并与所述气体通道隔绝；所述冷却通道包括至少一个平行于所述底壁布置的第一冷却室；其中，至少一个所述气体通道的部分设于所述第一冷却室与所述底壁之间。
6.可选的，所述气体通道包括扩散室及连通所述扩散室的气体管道，所述扩散室平行于所述底壁布置；至少一个所述扩散室位于所述第一冷却室与所述底壁之间。
7.可选的，所述侧壁，沿靠近所述底壁的方向，依次形成至少一个第二区及一个第一区；定义位于所述第一区内的所述出气口为第一孔，位于所述第二区内的所述出气口为第二孔；所述气体通道包括相互隔绝的第一气体通道及至少一个第二气体通道，所述第一气体通道的第一气体管道沿所述主体的中心轴向底部延伸设置，并与所述第一气体通道的第一扩散室连通，所述第一扩散室平行于所述底壁设置，并直接或间接连通至所述第一孔；所述第二气体通道包括第二扩散室及与该第二扩散室连通的第二气体管道，所述第二扩散室连通至所述第二孔；所述第一冷却室至少部分位于所述第一扩散室与所述第二扩散室之间。
8.可选的，所述主体包括第二侧壁及连接壁，所述第二侧壁与所述侧壁呈台阶设置，所述连接壁连接所述侧壁与所述第二侧壁，并平行于所述底壁；以所述侧壁在上下方向上的延伸面作为分界，所述主体包括第一主体及第二主体，所述第二主体包括所述第二侧壁
及所述连接壁，至少一个第三气体通道设于所述第二主体内；所述冷却通道还包括第二冷却室，第二冷却室位于所述第三气体通道与所述第一主体之间。
9.可选的，所述第二冷却室包括不直接连通的进液腔及出液腔，所述进液腔连通至进液口，所述出液腔连通至出液口；所述冷却通道还包括至少两个连通管，每一所述连通管的一端连通至所述第一冷却室，其另一端连通至所述进液腔或所述出液腔；所述连通管包括沿所述主体的上下方向延伸的第一管段，所述第一管段位于所述第一气体管道与所述第二气体管道之间。
10.可选的，所述气体通道包括第一气体通道，所述第一气体通道包括沿所述主体的中心轴向底部延伸设置的第一气体管道，对应于所述第一冷却室及所述第一管段的位置，所述第一气体管道包括一收缩段，所述收缩段的管径为d1，所述第一气体管道中与所述收缩段衔接部分的管径为d2，则0＜d1＜d2。
11.可选的，所述主体由纯镍制备。
12.可选的，所述气体通道还包括至少一个分配腔，所述分配腔绕所述主体的中心轴环形设置；每一所述气体通道包括多个所述气体管道，所述气体管道沿所述分配腔的周向排布，并连通至所述分配腔。
13.可选的，多个不同的所述气体通道的所述气体管道位于以所述主体的中心轴为圆心的不同的圆周上。
14.可选的，在上下方向上，所述第一冷却室的底面不高于所述第一孔的位置。
15.相应的，本技术还提供一种成膜设备，其包括喷嘴装置，所述喷嘴装置为上述任一项所述的喷嘴装置。
16.本技术提供一种喷嘴装置及成膜设备，由于至少一个气体通道的部分设于第一冷却室与底壁之间，使得第一冷却室的底壁及顶壁均能直接与气体通道进行热交换，提高第一冷却室与气体通道的接触面积，从而改善对气体通道的温度控制。同时气体通道的温度与底壁的温度可以存在较大落差，从而可以在保护好气体通道的内壁的情况下，对主体的外壁进行有效清洁，延长了喷嘴装置的使用寿命。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本技术提供的成膜设备的结构示意；
19.图2是申请提供的喷嘴装置的结构示意图；
20.图3是本技术提供的喷嘴装置的剖视图；
21.图4是图3中b-b的剖视图。
22.附图标记说明：
23.100、主体；110、第二主体；111、第二侧壁；112、连接壁；120、第一主体；121、第一区；122、第二区；123、侧壁；124、底壁；210、第一孔；220、第二孔；310、第一气体管道；311、收缩段；320、第一扩散室；410、第二气体管道；420、第二扩散室；430、分配腔；440、第三气体通
道；510、进液管；520、出液管；600、第一冷却室；700、第二冷却室；710、进液腔；720、出液腔；810、第一连通管；820、第二连通管；830、第一管段；910、反应腔；920、基座。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。
25.本技术提供一种喷嘴装置及成膜设备，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本技术实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
26.请参阅图1-4，本技术提供一种喷嘴装置，其可以安装至反应室，从而利用喷嘴装置将反应气体导入反应腔910内部。上述喷嘴装置包括主体100，主体100包括设于其下侧的底壁124及与该底壁124相连的侧壁123，且侧壁123开设有多个出气口，用于向反应腔910内排放反应气体。将主体100安装至反应室上时，上述底壁124与侧壁123伸入至反应腔910的内部。喷嘴装置还包括至少两个气体通道以及至少一个冷却通道，上述气体通道设于主体100的内部，并且连通至上述出气口；冷却通道设于主体100的内部，并与上述气体通道隔绝。冷却通道包括至少一个平行于底壁布置的第一冷却室600；并且至少一个气体通道的部分设于第一冷却室600与底壁124之间。
27.由于至少一个气体通道的部分设于第一冷却室600与底壁124之间，使得第一冷却室600的底壁及顶壁均能直接与气体通道进行热交换，提高第一冷却室600与气体通道的接触面积，从而改善对气体通道的温度控制。同时，由于第一冷却室600与主体100的底壁124之间仅具有一个供气体流通的气体通道，该气体通道不会导致第一冷却室600与主体100的底壁124之间的距离过大而影响到对底壁124的冷却。另外，在清洁刻蚀工艺中，相对于现有技术中将冷却通道开设至喷嘴的底壁处的方案，本技术可以在反应腔910-主体100的底壁124-气体通道-第一冷却室600之间形成温度梯度，即气体通道的温度与底壁124的温度可以存在较大落差，从而可以在保护好气体通道的内壁的情况下，对主体100的外壁124进行有效清洁，延长了喷嘴装置的使用寿命。同时可以通过在第一冷却室600与底壁124之间的气体通道中通入不同热导率的载气，来改变前述温度梯度，从而可以控制前述温度落差的大小，使得喷嘴在对气流通道仍能起到较佳保护的前提下，可以根据工艺的需要改变底壁的外表面温度，提高对底壁温度的可控性。
28.进一步的，气体通道包括扩散室及连通上述扩散室的气体管道，扩散室平行于主体100的底壁124布置；并且至少一个扩散室位于第一冷却室600与底壁124之间。
29.利用气体管道导入反应气体，使得上述反应气体通过扩散室及出气口流动至反应腔910内部，本技术中扩散室沿主体的周向环形开设，并且出气口沿扩散室的侧壁分布，以
利用开设在扩散室上的多个出气口向反应腔内均匀地导入反应气体，提高晶片成膜的均匀性。同时，由于第一冷却室600与主体100的底壁124之间的至少一个扩散室，可以在主体100的底壁124和第一冷却室600之间形成温度梯度，使得在清洁工艺中，能够有效地对喷嘴外壁面进行清洁的同时不损伤内部的气体通道，延长喷嘴装置的使用寿命。
30.进一步的，主体的侧壁123，沿靠近其底壁124的方向，依次形成至少一个第二区122及一个第一区121；定义位于第一区121内的出气口为第一孔210，位于所述第二区122内的出气口为第二孔220。气体通道包括相互隔绝的第一气体通道及至少一个第二气体通道，第一气体通道包括第一扩散室320及与该第一扩散室320连通的第一气体管道310，上述第一气体管道310沿主体的中心轴向底部延伸设置，并与第一扩散室320连通。该第一扩散室320平行于底壁124设置，并直接或间接连通至第一孔210。在本实施例中，该第一扩散室320低于所述第一区121，并通过多个上下延伸的孔道(未标号)间接连通至第一孔210。第二气体通道包括第二扩散室420及与该第二扩散室420连通的第二气体管道410，第二扩散室420连通至第二孔220；并且第一冷却室600至少部分位于第一扩散室320与第二扩散室420之间，使得第一冷却室600的底壁及顶壁均能直接与第一扩散室320、第二扩散室420进行热交换，提高第一冷却室600与气体通道的接触面积，从而改善对气体通道的温度控制。
31.沿远离主体100底壁124的方向，主体100的侧壁123形成一第一区121及n个第二区122，并且n≥1；本技术中第一区121与基座920上表面之间的最短距离为x1，任一第二区122与基座920上表面之间的最短距离为x2，并且0＜x1＜x2，以使得第一区121位于更加靠近基座920的上表面。当n≥2时，多个第二区122沿主体100的侧壁123依次排布。定义位于第一区121内的出气口为第一孔210，位于第二区122内的出气口为第二孔220。
32.喷嘴装置还包括第一扩散室320以及第一气体管道310，其中，第一扩散室320沿主体100的周向开设于第一区121的内部，并且上述第一扩散室320连通至第一孔210，以使得第一扩散室320与反应腔910连通。第一气体管道310由主体100的顶壁延伸至靠近其底壁124处，并且沿主体100的中心轴延伸，使得第一气体管道310位于主体100的中心处。
33.喷嘴装置还包括n个第二扩散室420以及n个与第二扩散室420对应的第二气体管道组，上述每一第二气体管道组包括若干第二气体管道410，其中n≥1。每一第二扩散室420对应开设于一第二区122内部，并且上述第二扩散室420连通至分布于该第二区122侧壁上的第二孔220，以使得第二扩散室420与反应腔910连通。每一第二气体管道410由主体100的顶壁延伸至靠近其底壁124处，并且第二气体管道410沿主体100的轴向延伸，使得第二气体管道410位于第一气体管道310的侧边。每一第二气体管道410的下端对应连通至一第二扩散室420，从而将第二气体管道410内的反应气体经第二扩散室420、第二孔220导入至反应腔910内部。本技术中第二区122的数量、第二扩散室420的数量、第二气体管道组的数量相等，并且一一对应。
34.当n≥2时，多个第二区122沿主体100的轴向依次排布，同时开设于第二区122内部的第二扩散室420也沿主体100的轴向与第二区122对应排布，此时每个第二扩散室420均连通有分布于该第二区122侧壁上的第二孔220。每一个第二气体管道410分别连通至对应的第二扩散室420，以使得每一个第二气体管道410内的反应气体可以经由对应的第二扩散室420排出。本技术中第二气体管道410与第二扩散室420的对应关系为，沿主体100径向的离心方向，距离第一气体管道310越远位置处的第二气体管道410，其对应的第二扩散室420的
位置越靠近进气段110。
35.利用第一气体管道310与第一扩散室320，以及第二气体管道410与第二扩散室420的组合能够实现同步导入多组反应气体，以满足晶片成膜时的多种要求。
36.进一步的，当n≥2时，第一冷却室600部分延伸到位于最下方的第二区122的平面内，并与最下方的第二扩散室420的底壁和内侧壁相邻。在保证主体100强度、第一冷却室600的冷却效果及第一冷却室600的体积的前提下，使得第一冷却室600在上下方向上独立占据的尺寸降到最小，利于喷嘴主体的小型化。
37.进一步的，主体100由纯镍制备，纯镍具有较高的导热系数，从而能够进一步提升冷却效果。
38.进一步的，主体100包括第二侧壁111及连接壁112，第二侧壁111与侧壁112呈台阶设置，连接壁112连接侧壁123与第二侧壁111，并平行于底壁124。以侧壁123在上下方向上的延伸面作为分界，主体100包括第一主体120及第二主体110，第二主体110包括第二侧壁111及连接壁112，至少一个第三气体通道440设于第二主体110内。冷却通道还包括第二冷却室700，并且第二冷却室700位于第三气体通道440与第一主体120之间。本技术中定义喷嘴装置安装至反应腔910时，主体100与反应腔910的顶壁对齐的平面为基准面x；第二冷却室700的顶壁位于基准面x内。
39.当主体100安装至反应室时，在主体100与反应腔910的顶壁相邻接的基准面处，由于直接的热传导，使得主体100位于该位置受热最为集中。通过限定第二冷却室700位于第三气体通道440与第一主体120之间，使得第二冷却室700的开设位置位于主体100受热最为集中的位置，从而利用第二冷却室700内的冷却液进行冷却。本技术中利用第一冷却室600对出气段120，尤其是靠近主体100下表面的位置进行冷却；同时利用第二冷却室700对主体100位于第二侧壁111内热量集中的位置进行冷却；因而利用第一冷却室600与第二冷却室700的相互配合，可以实现冷却液对喷嘴装置的充分冷却，从而使得冷却效果最大化。
40.进一步的，第二冷却室700包括不直接连通的进液腔710及出液腔720，进液腔710连通至进液口，出液腔720连通至出液口。同时，冷却通道还包括至少两个连通管，每一连通管的一端连通至第一冷却室600，其另一端连通至进液腔710或出液腔720；连通管包括沿主体100的上下方向延伸的第一管段830，第一管段830位于第一气体管道310与第二气体管道410之间。其中，上述至少两个连通管包括至少一个第一连通管810以及至少一个第二连通管820，本技术中第一连通管810的一端连通至进液腔710，第二连通管820的一端连通至出液腔720。第一管段830的一端连通至第一冷却室600，其另一端连通至第一连通管810或第二连通管820。本技术中喷嘴装置包括两个第一管段830，其中一第一管段830连通至第一连通管810，另一第一管段830连通至第二连通管820。
41.喷嘴装置还进液管510以及出液管520，冷却液经由进液管510流动至进液腔710内部，进液腔710内部的冷却液经第一连通管810流动至部分第一管段830中，然后经由该第一管段830流入第一冷却室600内部，热交换后的冷却液经另一部分第一管段830流动至第二连通管820中，并经由第二连通管820排至出液腔720内部，并经由出液管520排出。利用第一冷却室600与第二冷却室700的组合，能够增加主体100与冷却液的热交换面积，进一步提升冷却效果。
42.进一步的，气体通道包括第一气体通道，第一气体通道包括沿主体100的中心轴向
底部延伸设置的第一气体管道310，对应于第一冷却室600及第一管段830的位置，第一气体管道310包括一收缩段311，该收缩段311的管径为d1，第一气体管道310中与收缩段311衔接部分的管径为d2，则0＜d1＜d2。
43.本技术中全部的第一管段830环绕于第一气体管道310与相邻的第二气体管道410之间，并且对应于第一冷却室600及第一管段830的位置，收缩段311的管径相对较小，从而使得第一管段830以及第一冷却室600具有更大的冷却面积，以提高冷却效果。同时，通过减小收缩段311的管径可以使得第一气体管道310与第二气体管道410的排布更加紧凑，从而实现喷嘴装置的小型化设计。
44.进一步的，喷嘴装置还包括n个分配腔430，其中n≥1。n个分配腔430绕主体100的中心轴环形设置；每一气体通道包括多个气体管道，气体管道沿分配腔430的周向排布，并连通至分配腔430。
45.每一气体管道内的反应气体流动至分配腔430内部，然后经由多个与分配腔430连通的气体管道流动至一对应的扩散室内部。利用分配腔430与多个气体管道的组合，能够离散气体管道内的反应气体，使得气体能够均匀地流动至扩散室的内部，从而提高流出喷嘴的气流的均匀性，进而改善成膜均匀性。
46.进一步的，当n≥2时，多个不同的气体通道的气体管道位于以主体100的中心轴为圆心的不同的圆周上。
47.由于每一个第二气体管道410均连通有一环形的分配腔430，为保证主体100的强度，并且避免分配腔430之间相互干涉，不同第二气体管道410分布于不同的圆周上。本技术中多个分配腔430沿主体100的轴向排布，靠近出气段120上表面的分配腔430，其更加靠近主体100中心轴的位置，并且与该分配腔430连通的第二气体管道410更加接近主体100的中心。
48.在本技术另一些实施例中，提供一成膜装置，上述成膜装置包括一喷嘴装置，该喷嘴装置的结构与前述的喷嘴装置的结构相同，在此不做赘述。
49.以上对本技术提供一种喷嘴装置及成膜设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。