一种气体混合器及化学气相沉积装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体设备领域，具体涉及一种气体混合器及化学气相沉积装置。


背景技术：

2.在半导体器件生产过程中，需要进行大量的微观加工，其中常用的方式为采用气相沉积对半导体基片进行处理加工。根据薄膜沉积过程是否含有化学反应，薄膜气相沉积可分为物理气相沉积(physical vapor deposition，简称pvd)和化学气相沉积(chemical vapor deposition，简称cvd)。其中，cvd目前是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，通常用来沉积大范围的绝缘材料、大多数金属材料和金属合金材料。
3.然而随着半导体器件特征尺寸的日益缩小以及器件集成度的日益提高，对化学气相沉积的薄膜均匀性提出了越来越高的要求。化学气相沉积装置虽经多次更新换代，性能得到极大提升，但在薄膜沉积均匀性方面仍存在诸多不足，尤其是随着基片尺寸日益增大，现有的气相沉积方法和设备已难以满足薄膜的均匀性要求。
4.在薄膜沉积过程中，多种工艺条件都会对基片表面薄膜沉积的均匀性造成影响，特别是反应气体在引入反应室之前的混合均匀程度。由于反应气体是由多种气体混合形成，而每种气体的物理性质不同，导致每种气体流动速度的不均匀，从而导致多种气体混合形成的反应气体无法达到预期的混合质量。若反应气体混合不均匀，会使基片表面上沉积的薄膜厚度不均匀、组分不均匀、物理特性不均匀，进而降低基片生产的良品率。
5.因此，需要对现有的化学气相沉积装置进行改进以改善反应气体的混合均匀性，提高基片薄膜沉积的均匀性。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种气体混合器及化学气相沉积装置，该气体中间通道与混合腔通过接入部侧壁上的若干通孔连通，使由该中间通道提供的第一气体能够通过通孔扩散至混合腔，与由旁侧通道提供的第二气体更均匀地混合。
7.为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
8.一种气体混合器，包括：
9.混合器本体，其内部设有混合腔；
10.接入部，由所述混合器本体的顶部伸入所述混合腔的内部设置；
11.中间通道，设置在所述接入部的内部；
12.所述接入部伸入所述混合腔的内部的侧壁上开设有若干通孔，使所述中间通道与所述混合腔连通，用于输送第一气体至所述混合腔；
13.第一旁侧通道，设置于所述混合器本体上，所述第一旁侧通道的输出端与所述混合腔连通，用于输送第二气体至所述混合腔，使第一气体和第二气体在所述混合腔内均匀混合。
14.优选地，所述接入部伸入所述混合腔的内部的底部与接入部的侧壁气密连接。
15.优选地，所述旁侧通道设置为与所述混合腔的侧壁形成一夹角，所述夹角的大小为15-60度。
16.优选地，所述第一旁侧通道的输入端的高度高于所述第一旁侧通道的输出端的高度。
17.优选地，还包括第二旁侧通道，所述第一旁侧通道和所述第二旁侧通道分别设置在所述中间通道的两侧，所述第二旁侧通道用于输送第三气体至所述混合腔。
18.优选地，所述第一旁侧通道与所述混合腔的侧壁形成的夹角和所述第二旁侧通道与所述混合腔的侧壁形成的夹角相同。
19.优选地，所述通孔在所述接入部的侧壁上沿周向均匀分布。
20.优选地，相邻两个通孔之间的间距为2mm-7mm。
21.优选地，所述通孔在所述接入部的侧壁上沿竖直方向上阵列排布。
22.优选地，相邻两行通孔之间的行距相等。
23.优选地，所述通孔的直径为0.5mm-1.5mm。
24.优选地，所述接入部伸入混合腔部分的侧壁厚度为3mm-7mm。
25.优选地，所述混合器本体顶部上方还设置有连接部，与第一气体源连接，且与所述中间通道连通，用于从所述第一气体源向所述混合器接入第一气体。
26.优选地，所述接入部与所述连接部一体成型制成。
27.优选地，由所述中间通道输送的第一气体的粘度大于由所述第一旁侧通道输送的第二气体的粘度。
28.优选地，所述气体混合器还包括，清洁气体管道，所述清洁气体管道环绕所述混合腔设置。
29.一种化学气相沉积装置，包括：反应腔；设置在所述反应腔上部的喷淋头组件；所述喷淋头组件包括一气体扩散腔；设置在所述反应腔内位于所述喷淋头组件下方的基座，用于放置待处理的基片，还包括：
30.所述的气体混合器，设置于所述气体扩散腔的上方且与所述气体扩散腔连接，将均匀混合后的气体通过所述喷淋头组件输送至反应腔内，以对所述基片进行处理。
31.优选地，所述混合腔为圆台形，且该混合腔与所述气体扩散腔连接一端的直径大于另一端的直径。
32.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
33.本实用新型的一种气体混合器及化学气相沉积装置中，该气体中间通道与混合腔通过接入部侧壁上的若干通孔连通，使由该中间通道提供的第一气体能够通过通孔扩散至混合腔，与由第一旁侧通道提供的第二气体更均匀地混合；同时，旁侧通道与混合腔的侧壁形成一夹角，使由旁侧通道提供的第二气体能以预设角度通入混合腔，经过若干次与接入部侧壁的碰撞，从而使得第二气体可以与接入部侧壁的通孔充分接触，以与中间通道提供的第一气体进行更好的混合。此外，接入部的底部与接入腔的侧壁气密连接，使得中间通道的第一气体仅能通过通孔扩散至混合腔，而避免第一气体直接通入混合腔，造成混合不充分。从而保证了多种反应气体混合均匀性，进而提高了薄膜沉积的均匀性，提高了产品的良品率。
附图说明
34.图1为本实用新型的一种气体混合器示意图；
35.图2为本实用新型的一种化学气相沉积装置示意图。
具体实施方式
36.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做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。
37.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
或“包含
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。
38.需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型一实施例的目的。
39.请同时参考图1和图2，为本实用新型的一种气体混合器以及使用该气体混合器的化学气相沉积装置，该气体混合器包含混合器本体100，其内部设有混合腔101，用于混合多种气体；接入部102，由所述混合器本体100的顶部伸入所述混合腔101的内部设置；所述接入部102内部开设有中间通道121，所述中间通道121与第一气体源连接，用于输送所述第一气体；所述接入部102伸入所述混合腔101的内部侧壁上开设有若干通孔122，使中间通道121与所述混合腔101连通，用于将第一气体通过通孔122扩散至所述混合腔101；第一旁侧通道103，通过从混合器本体100侧壁开槽设于混合器本体100内，所述第一旁侧通道103的输出端与所述混合腔101连通，用于输送第二气体至所述混合腔101，使第一气体和第二气体在所述混合腔101内均匀混合。
40.其中，如图1所示，所述接入部102为一圆柱体，其伸入所述混合腔101的内部的底部与其侧壁气密连接，使所述接入部的底部与所述混合腔101不连通，避免所述第一气体通过接入部102的底部直接输送至混合腔101，使其无法与所述第二气体进行充分混合，进而导致气体混合不均匀；同时，所述接入部102的底部封闭有效限制了所述第一气体的流通路径，即所述第一气体只能依次经过中间通道121和接入部102侧壁上的若干通孔122传输至混合腔101，以达到所述第一气体与所述第二气体充分混合的目的；可选的，所述接入部102还可以是长方体或具有对称特性的立体图形，其伸入混合腔101部分的侧壁厚度为3mm-7mm，以保证气体扩散的效果。
41.进一步的，如图1所示，所述接入部102上的若干通孔122在所述接入部102的侧壁上沿周向均匀分布，可选的，所述通孔122的直径为0.5mm-1.5mm。具体的，所述通孔122的直径过小时，会导致所述中间通道121内的所述第一气体无法快速穿过所述通孔122，从而降低所述第一气体扩散至所述混合腔101的速率，进而降低所述第一气体和第二气体的混合
效率；所述通孔122的直径过大时，则会导致所述第一气体还未充满所述中间通道121而全部扩散至所述混合腔101，从而影响所述第一气体和所述第二气体的混合均匀性或混合质量；优选地，通孔122的直径为1mm，但本实用新型不以此为限。
42.进一步的，相邻两个通孔122之间的间距为2mm
–
7mm。具体的，相邻的所述第一通孔122的间距过大时，会导致所述接入部122的侧壁上的所述通孔122的总数过少即分布过稀，同样影响所述第一气体扩散至所述混合腔101的速率，进而影响所述第一气体和所述第二气体的混合效率；相邻的所述通孔122的间距过小时，则会导致所述接入部122的侧壁上所述通孔122的总数过多即分布过密，同样使得所述第一气体还未充满所述中间通道121便全部扩散至所述混合腔101，从而影响所述第一气体和所述第二气体的混合均匀性或混合质量；优选地，相邻的所述通孔122的间距为5mm，但本实用新型不以此为限。
43.进一步的，所述通孔122在所述接入部102的侧壁上沿竖直方向上阵列排列，且相邻两行通孔122之间的行距相等。具体的，沿接入部102的侧壁均匀设置的若干通孔122有利于第一气体沿接入部102从上到下更加均匀地流入混合腔101内，增大了第一气体与第二气体接触面积，进一步提高了第一气体和第二气体之间的混合均匀程度，有效减少和防止了混合气体的偏心，即避免了混合气体分布不均匀的现象产生。
44.进一步的，第一旁侧通道103与所述混合腔101的侧壁形成一夹角，所述夹角的大小为15-60度，且所述第一旁侧通道103的输入端高于输出端的高度，使所述第二气体能够沿第一旁侧通道103沿一定预设角度进入混合腔101。具体的，第二气体以一定预设角度进入混合腔101，使得第二气体可以经过若干次与所述接入部102的侧壁的碰撞后，使得所述第二气体可以与所述通孔122充分接触，从而保证所述第一气体与所述第二气体的混合效率和混合均匀性较好。
45.进一步的，如图1所示，该气体混合器还设置有第二旁侧通道103’，所述第一旁侧通道103和第二旁侧通道103’分别对称设置在所述中间通道121的两侧，所述第一旁侧通道103用于输送第二气体至所述混合腔101，所述第二旁侧通道103’用于输送第三气体至所述混合腔101，使从中间通道121经均匀分布的通孔122流入混合腔101的第一气体与所述第二气体，所述第三气体能够更加均匀的混合。优选地，所述第一旁侧通道103和第二旁侧通道103’设置为与所述混合腔101的侧壁形成的夹角相同，使得第二气体、第三气体与第一气体的混合接触面积相同。
46.进一步的，由所述中间通道121输送的第一气体的粘度大于由所述旁侧通道输送的第二气体的粘度，使得粘度较大的气体通过所述通孔122扩散至所述混合腔101，保证粘度较大的气体与粘度较低的气体之间的充分混合。
47.进一步的，如图1所示，所述混合器本体100顶部上方还设置有连接部104，与第一气体源连接，且与所述中间通道121连通，用于从所述第一气体源向所述混合器接入第一气体。所述第一旁侧通道103的输入端与第二气体源连接，用于从所述第二气体源向所述混合器接入第二气体。所述第二旁侧通道103’的输入端与第三气体源连接。需要说明的是，所述接入部102与连接部104一体成型制成，保证了中间通道121的气密性，有效防止第一气体泄漏。
48.进一步的，如图1和图2所示，本实用新型还提供一种化学气相沉积装置，所述化学气相沉积装置包括反应腔200；设置在所述反应腔200上部的喷淋头组件201，所述喷淋头组
件包括一气体扩散腔212；以及设置在所述反应腔200内位于喷淋头组件201下方的基座203；所述基座203用于放置待处理的基片204；所述化学气相沉积装置还包括本实用新型提供的气体混合器，所述气体混合器设置于所述气体扩散腔212的上方且与所述气体扩散腔212连接，将均匀混合后的气体通过所述喷淋头组件201经喷淋孔211输送至反应腔200内，以对所述基片204进行处理。
49.进一步的，所述混合腔101为圆台形，且该混合腔101与所述气体扩散腔212连接一端的直径大于另一端的直径，即该混合腔101具有上窄下宽的形状，不仅增大了混合腔101的体积，使所述第一气体和所述第二气体能够接触更加充分，而且更有利于混合气体的流动，使混合气体能够更加稳定的从混合腔101传输到所述气体扩散腔212，有效避免了气体流动异常导致的产品良率降低。
50.进一步的，所述气体混合器还设置有清洁气体管道105，所述清洁气体管道105环绕所述混合腔101设置，且与所述混合腔101和所述气体扩散腔212不连通，用于直接向反应腔200输送清洁气体。进一步的，所述清洁气体管道105可以与远程等离子源106连接，用于清除反应腔200的腔室壁上，以及其他腔室内的零部件上沉积的薄膜。
51.在一具体实施例中，如图1和图2所示，使用本实用新型提供的化学气相沉积装置对基片204进行处理，由于h2的粘度大于wf6和b2h6，因此采用h2作为第一气体，wf6作为第二气体，b2h6作为第三气体，以及nf3作为清洁气体；具体地，h2依次通过中间通道121和接入部102侧壁上的通孔122扩散进混合腔101；wf6和b2h6分别从第一旁侧通道103和第二旁侧通道103’进入混合腔101；使得h2、wf6和b2h6在混合腔101内均匀混合；混合均匀后的气体依次通过气体扩散腔212，经由喷淋孔211输送至反应腔200中，对放置在基座203上的基片204进行处理，nf3由清洁气体管道105通入反应腔200，用于清除反应腔200的腔室壁上，以及其他腔室内的零部件上沉积的薄膜。
52.综上所述，本实用新型的一种气体混合器及其化学气相沉积装置，该气体混合器的中间通道121连通有若干个通孔122，以第一气体能够更加均匀的流通到混合腔101内，旁侧通道以一定预设的角度通入第二气体，从而使第二气体能够与第一气体接触更为充分，进而使混合后的气体更加均匀；所述旁侧通道103倾斜设置，使第二气体能够更加均匀的流入混合腔101，进而与第一气体充分混合；同时，该混合腔101的结构为圆台形，使混合均匀的气体流入反应室时更加稳定，增大了混合均匀的气体与基片204的接触面积，从而保证薄膜沉积的均匀性，提高了产品的良品率。
53.尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。