專(zhuān)利名稱(chēng)：化學(xué)氣相淀積裝置中硅基氣體的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及化學(xué)氣相淀積(Chemical VaporDeposition, CVD),尤其涉及化學(xué)氣相淀積裝置中娃基氣體的控制方法。
背景技術(shù)：
CVD是一種常見(jiàn)的薄膜制備方法，其在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域廣泛使用。常規(guī)地，按照薄膜沉積原理的具體差異，CVD包括PECVD (等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積)、MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)、HDPCVD (高密度等離子體化學(xué)氣相淀積)、SACVD (次常壓化學(xué)氣相淀積)、APCVD (常壓化學(xué)氣相淀積)等類(lèi)型。但是，對(duì)于每一種CVD，在沉積硅基薄膜時(shí)(例如，氧化硅、氮化硅、氮氧硅等)，必須通入含硅的薄膜生長(zhǎng)氣體，也即硅基氣體，作為硅基薄膜的硅的來(lái)源。例如，在CVD生長(zhǎng)SiO2時(shí)，必須通入一定流量的SiH4的硅基氣體作為薄膜生長(zhǎng)氣 體，當(dāng)然也還會(huì)通入氧氣、氬氣等其它氣體。圖I所示為現(xiàn)有的CVD裝置中的硅基氣體的氣路控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實(shí)例中，氣路控制裝置100用于控制SiH4。氣路控制裝置100包括流量控制氣路110，流量控制氣路110上依次設(shè)置有進(jìn)口閥111、質(zhì)量流量控制器(Mass Flow Controller, MFC) 113、出口閥115，進(jìn)口閥111和出口閥115打開(kāi)以后，MFC 113用于控制SiH4的氣體流量。流量控制氣路110在出口閥115之后被分為兩個(gè)氣路，即排出氣路150、入腔氣路130 ;入腔氣路130與CVD裝置的腔體(Chamber) 133連通，入腔氣路130上設(shè)置腔體氣閥131 ;通常地，排出氣路150連接泵153 (例如真空泵)，排出氣路150上設(shè)置排氣(divert)閥151。圖2所示為現(xiàn)有的硅基氣體的控制方法過(guò)程示意圖。在CVD裝置沉積薄膜時(shí)，氣路控制裝置100的具體工作過(guò)程如下
首先，如圖2中所示的t2時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)口閥111打開(kāi)，開(kāi)始流入硅基氣體，出口閥115打開(kāi)。第二步，即預(yù)排氣過(guò)程；如圖2所示的t3時(shí)間點(diǎn)，排出氣路150上的排氣閥151打開(kāi)，流量控制氣路110初期流出的氣體被泵153排走(如圖I中實(shí)線(xiàn)箭頭所示)；這樣，可以使氣路中的空氣被排走，有利于使氣路中的SiH4氣體流穩(wěn)定。第三步，氣體流量穩(wěn)定后，如圖2所示的t4時(shí)間點(diǎn)，腔體氣閥131打開(kāi)，排氣閥151關(guān)閉，硅基氣體將按照MFC所控制的流量、穩(wěn)定輸入至腔體133 (如圖I中虛線(xiàn)箭頭所示)。此后，腔體中的薄膜沉積開(kāi)始?，F(xiàn)有技術(shù)中，以上第二步的時(shí)間(即(t4_t3))相對(duì)較短，通常地僅將排氣閥151打開(kāi)5秒左右以穩(wěn)定硅基氣體的氣體流量。并且，一般地，CVD沉積是在一定的溫度條件下進(jìn)行，硅基氣體流入流量控制氣路110之前，需要對(duì)腔體中所置放的用于沉積薄膜的晶圓進(jìn)行加熱，也即加熱步驟(Heat up step)。如圖2中所示,在tl時(shí)間點(diǎn)，開(kāi)始對(duì)晶圓進(jìn)行加熱，直至t3時(shí)間點(diǎn)。但是，在排出氣路150出現(xiàn)堵塞等異常情況時(shí)，將出現(xiàn)流量控制氣路110初期流出的氣體不能被泵153排走或者充分排走，從而導(dǎo)致硅基氣體在氣路中積壓而壓力升高(腔體氣閥131此時(shí)會(huì)打開(kāi))。在排氣閥151打開(kāi)的時(shí)間較短的情況下，CVD裝置通常來(lái)不及報(bào)警就開(kāi)始執(zhí)行以上第三步。此時(shí)，由于氣路內(nèi)壓力過(guò)高，腔體氣閥131打開(kāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生硅基氣體的過(guò)沖(burst)現(xiàn)象。這種過(guò)沖會(huì)導(dǎo)致腔體內(nèi)產(chǎn)生顆粒、薄膜生長(zhǎng)質(zhì)量不合格等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響CVD薄膜的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，避免CVD裝置中產(chǎn)生硅基氣體的過(guò)沖現(xiàn)象。為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種化學(xué)氣相淀積裝置中硅基氣體的控制方法，其中，所述化學(xué)氣相淀積裝置的氣路控制裝置包括
流量控制氣路；
與所述流量控制氣路相通的排氣氣路；以及 與所述流量控制氣路相通的入腔氣路；
所述流量控制氣路上設(shè)置流量控制裝置和出口閥，所述排氣氣路上設(shè)置排氣閥，所述入腔氣路上設(shè)置腔體氣閥；
其中，在所述腔體氣閥打開(kāi)前，所述排氣閥在開(kāi)始對(duì)所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱時(shí)、或者在對(duì)所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱中被打開(kāi)，以延長(zhǎng)打開(kāi)所述排氣閥與打開(kāi)所述腔體氣閥之間的時(shí)間段。較佳地，打開(kāi)所述排氣閥與打開(kāi)所述腔體氣閥之間的時(shí)間段大于或等于15秒。按照本發(fā)明提供的控制方法中，其中，所述流量控制氣路還設(shè)置有進(jìn)口閥，在所述排氣閥被打開(kāi)前，所述進(jìn)口閥和所述出口閥被打開(kāi)以向所述流量控制氣路通入所述硅基氣體。在一實(shí)施例中，所述進(jìn)口閥和所述出口閥的打開(kāi)相對(duì)先于所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱的開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)。在又一實(shí)施例中，所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱時(shí)間大于或等于20秒時(shí)，所述進(jìn)口閥和所述出口閥的打開(kāi)相對(duì)遲于對(duì)所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱的開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)。其中，所述硅基氣體可以為SiH4、SiHCl3或者SiF4。。所述化學(xué)氣相淀積可以為PECVD、MOCVD、HDPCVD、SACVD或者PACVD。所述流量控制裝置可以為質(zhì)量流量控制器。在一實(shí)例中，所述排氣氣路的一端與真空泵連通；所述入腔氣路的一端與所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體連通。本發(fā)明的技術(shù)效果是，通過(guò)將排氣閥的打開(kāi)時(shí)間點(diǎn)往前移至所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱時(shí)、或者在對(duì)所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱中，以延長(zhǎng)打開(kāi)所述排氣閥與打開(kāi)所述腔體氣閥之間的時(shí)間段；這樣，即使在排氣氣路中出現(xiàn)堵塞等異常狀況，氣路控制裝置也可以及時(shí)報(bào)警以阻值腔體氣閥打開(kāi)，從而可以阻值硅基氣體過(guò)沖地通入腔體中，有利提高CVD的薄膜沉積質(zhì)量。并且不增加工藝時(shí)間。


從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說(shuō)明中，將會(huì)使本發(fā)明的上述和其它目的及優(yōu)點(diǎn)更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標(biāo)號(hào)表示。圖I是現(xiàn)有的CVD裝置中的硅基氣體的氣路控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有的硅基氣體的控制方法過(guò)程示意圖。圖3是按照本發(fā)明一實(shí)施例提供的硅基氣體的控制方法的過(guò)程示意圖。圖4是按照本發(fā)明又一實(shí)施例提供的硅基氣體的控制方法的過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面介紹的是本發(fā)明的多個(gè)可能實(shí)施例中的一些，旨在提供對(duì)本發(fā)明的基本了解，并不旨在確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù) 的范圍。容易理解，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出可相互替換的其它實(shí)現(xiàn)方式。因此，以下具體實(shí)施方式
以及附圖僅是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的示例性說(shuō)明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定或限制。在本發(fā)明中，“硅基氣體”是指含有硅元素的化合物氣體，其用來(lái)反應(yīng)生成含硅元素的薄膜。在本發(fā)明的控制方法過(guò)程中，并沒(méi)有對(duì)CVD裝置的硅基氣體的氣路控制裝置進(jìn)行改進(jìn)，因此，以下實(shí)施例繼續(xù)結(jié)合圖I所示的氣路控制裝置100對(duì)硅基氣體的控制方法進(jìn)行說(shuō)明。圖3所示為按照本發(fā)明一實(shí)施例提供的硅基氣體的控制方法的過(guò)程示意圖。在該實(shí)施例中，CVD裝置具體地為NVLS SPEED機(jī)臺(tái)(諾發(fā)半導(dǎo)體設(shè)備公司制造的型號(hào)為SPEED的機(jī)臺(tái))，其用于生長(zhǎng)氧化硅薄膜，因此，其腔體中需要通入SiH4氣體作為薄膜生長(zhǎng)氣體，通過(guò)如圖I所示的氣路控制裝置控制的SiH4流入。該控制方法包括以下過(guò)程。首先，在如圖3所示的T2時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)口閥111打開(kāi)，開(kāi)始流入硅基氣體，出口閥115打開(kāi)。進(jìn)一步，在如圖3所示的Tl時(shí)間點(diǎn)，該CVD裝置按照預(yù)先設(shè)置，會(huì)開(kāi)始對(duì)腔體133中的晶圓進(jìn)行加熱(例如加熱至300°C)，并且，此時(shí)同時(shí)打開(kāi)排氣閥151(此時(shí)腔體氣閥131關(guān)閉)。因此，流量控制氣路110流出的氣體經(jīng)過(guò)排氣氣路150從泵153中抽出。此時(shí)，MFC113開(kāi)始控制氣體流量，以使SiH4的氣體流量穩(wěn)定于預(yù)定值。進(jìn)一步，在如圖3所示的T4時(shí)間點(diǎn)，腔體氣閥131打開(kāi)，排氣閥151關(guān)閉，SiHjf按照MFC所控制的流量值、穩(wěn)定輸入至腔體133 (如圖I中虛線(xiàn)箭頭所示)。此后，腔體中的薄膜沉積開(kāi)始。以上控制方法過(guò)程中，相比于圖2所示的現(xiàn)有控制方法，可以發(fā)現(xiàn)，將排氣閥151的打開(kāi)時(shí)間點(diǎn)提前，也即在開(kāi)始腔體133中的晶圓進(jìn)行加熱的同時(shí)，打開(kāi)排氣閥151，這樣，可以延長(zhǎng)排氣閥151的打開(kāi)時(shí)間，其打開(kāi)時(shí)間由原來(lái)的(t4-t3)延長(zhǎng)為(T4-T1)。通常地，腔體133中的晶圓的加熱時(shí)間大于或等于15秒，例如20秒，從而(T4-T1)相比于原來(lái)的5秒左右的時(shí)間大大延長(zhǎng)，例如其變?yōu)?5秒。因此，即使排出氣路150出現(xiàn)堵塞等異常情況，CVD裝置將有足夠的時(shí)間反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生報(bào)警(CVD的報(bào)警控制裝置在圖I中未示出)，阻止腔體氣閥151打開(kāi)，從而可以避免過(guò)沖現(xiàn)象；同時(shí)，由于排氣閥151的打開(kāi)時(shí)間加長(zhǎng)，氣路中的硅基氣體之外的氣體(原本殘存于管路中的空氣)會(huì)被充分排除。圖4所示為按照本發(fā)明又一實(shí)施例提供的硅基氣體的控制方法的過(guò)程示意圖。在該實(shí)施例中，CVD裝置具體地為NVLS SPEED CVD機(jī)臺(tái)，其用于生長(zhǎng)氧化硅薄膜，因此，其腔體中需要通入SiH4氣體作為薄膜生長(zhǎng)氣體，通過(guò)如圖I所示的氣路控制裝置控制的SiH4流入。該控制方法包括以下過(guò)程。首先，在如圖4所示的T2時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)口閥111打開(kāi)，開(kāi)始流入硅基氣體，出口閥115打開(kāi)。進(jìn)一步，在如圖4所示的Tl時(shí)間點(diǎn)，該CVD裝置按照預(yù)先設(shè)置，會(huì)開(kāi)始對(duì)腔體133中的晶圓進(jìn)行加熱。進(jìn)一步，在如圖4所示的T3時(shí)間點(diǎn)，即加熱腔體133中的晶圓的過(guò)程中，打開(kāi)排氣閥151 (此時(shí)腔體氣閥131關(guān)閉)。因此，流量控制氣路110流出的氣體經(jīng)過(guò)排氣氣路150從泵153中抽出。此時(shí)，MFC 113開(kāi)始控制氣體流量，以使SiH4的氣體流量穩(wěn)定于預(yù)定值。進(jìn)一步，在如圖4所示的T4時(shí)間點(diǎn)，腔體氣閥131打開(kāi)，排氣閥151關(guān)閉，SiHjf 按照MFC所控制的流量值、穩(wěn)定輸入至腔體133 (如圖I中虛線(xiàn)箭頭所示)。此后，腔體中的薄膜沉積開(kāi)始。以上控制方法過(guò)程中，相比于圖2所示的現(xiàn)有控制方法，可以發(fā)現(xiàn)，同樣可以將排氣閥151的打開(kāi)時(shí)間點(diǎn)提前，也即在對(duì)加熱腔體133中的晶圓進(jìn)行加熱的過(guò)程中打開(kāi)排氣閥151 (這相比于圖3所示實(shí)施例難于實(shí)現(xiàn))，這樣，可以延長(zhǎng)排氣閥151的打開(kāi)時(shí)間(也即打開(kāi)排氣閥151與打開(kāi)腔體氣閥131之間的時(shí)間段)，其打開(kāi)時(shí)間由原來(lái)的(t4-t3)延長(zhǎng)為(T4-T3)。在該發(fā)明中，將排氣閥151的打開(kāi)時(shí)間(T4-T3)應(yīng)該設(shè)置為大于CVD裝置因氣路堵塞而報(bào)警所需要的時(shí)間，較佳地，(T4-T3)大于或等于15秒。因此，即使排出氣路150出現(xiàn)堵塞等異常情況，CVD裝置將有足夠的時(shí)間反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生報(bào)警(CVD的報(bào)警控制裝置在圖I中未示出)，阻止腔體氣閥151打開(kāi)，從而可以避免過(guò)沖現(xiàn)象；同時(shí)，由于排氣閥151的打開(kāi)時(shí)間加長(zhǎng)，氣路中的娃基氣體之外的氣體(原本殘存于管路中的空氣)會(huì)被充分排除。以上圖3和圖4所示實(shí)施例中，該控制方法并不是簡(jiǎn)單地向后推遲腔體氣閥打開(kāi)時(shí)間點(diǎn)(如圖2中所示的t4)來(lái)延長(zhǎng)打開(kāi)排氣閥與打開(kāi)腔體氣閥之間的時(shí)間段，而是突破本領(lǐng)域技術(shù)人員的思維定勢(shì)，并利用CVD沉積薄膜時(shí)所包括的加熱晶圓的時(shí)間段，將排氣閥在開(kāi)始對(duì)化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱時(shí)、或者在對(duì)化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱中被打開(kāi)。因此，該控制方法并不會(huì)增加CVD沉積薄膜的時(shí)間。需要說(shuō)明的是，在圖4所示實(shí)施例中，在晶圓的加熱過(guò)程比較長(zhǎng)的情況下(例如大于或等于20s)，T2時(shí)間點(diǎn)也可以被設(shè)置在Tl時(shí)間點(diǎn)之后。需要說(shuō)明的是，硅基氣體并不限于以上實(shí)施例的SiH4，其還可以為
用于生長(zhǎng)薄膜的氣體。CVD包括PECVD、MOCVD, HDPCVD, SACVD, APCVD等各種類(lèi)型的沉積方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在CVD生成薄膜的過(guò)程中，CVD裝置還包括氣體用于同時(shí)通入其它氣體的氣體控制氣路。圖3和圖4所示控制方法過(guò)程，可以通過(guò)CVD裝置的控制模塊(圖I中未示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上例子主要說(shuō)明了本發(fā)明的硅基氣體的控制方法。盡管只對(duì)其中一些本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實(shí)施。因此，所展示的例子與實(shí)施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本 發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)氣相淀積裝置中硅基氣體的控制方法，其中，所述化學(xué)氣相淀積裝置的氣路控制裝置包括 流量控制氣路； 與所述流量控制氣路相通的排氣氣路；以及 與所述流量控制氣路相通的入腔氣路； 所述流量控制氣路上設(shè)置流量控制裝置和出口閥，所述排氣氣路上設(shè)置排氣閥，所述入腔氣路上設(shè)置腔體氣閥； 其特征在于，在所述腔體氣閥打開(kāi)前，所述排氣閥在開(kāi)始對(duì)所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱時(shí)、或者在對(duì)所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱中被打開(kāi)，以延長(zhǎng)打開(kāi)所述排氣閥與打開(kāi)所述腔體氣閥之間的時(shí)間段。
2.如權(quán)利要求I所述的控制方法，其特征在于，打開(kāi)所述排氣閥與打開(kāi)所述腔體氣閥之間的時(shí)間段大于或等于15秒。
3.如權(quán)利要求I或2所述的控制方法，其特征在于，所述流量控制氣路還設(shè)置有進(jìn)口閥，在所述排氣閥被打開(kāi)前，所述進(jìn)口閥和所述出口閥被打開(kāi)以向所述流量控制氣路通入所述硅基氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述進(jìn)口閥和所述出口閥的打開(kāi)相對(duì)先于所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱的開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱時(shí)間大于或等于20秒時(shí)，所述進(jìn)口閥和所述出口閥的打開(kāi)相對(duì)遲于對(duì)所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體中的晶圓加熱的開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求I或2所述的控制方法，其特征在于，所述硅基氣體為SiH4、SiHCl3或者SiF4。
7.如權(quán)利要求I或2所述的控制方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相淀積為等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積、金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積、高密度等離子體化學(xué)氣相淀積、次常壓化學(xué)氣相淀積或者常壓化學(xué)氣相淀積。
8.如權(quán)利要求I或2所述的控制方法，其特征在于，所述流量控制裝置為質(zhì)量流量控制器。
9.如權(quán)利要求I或2所述的控制方法，其特征在于，所述排氣氣路的一端與真空泵連通。
10.如權(quán)利要求I或2所述的控制方法，其特征在于，所述入腔氣路的一端與所述化學(xué)氣相淀積裝置的腔體連通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)氣相淀積(ChemicalVaporDeposition，CVD)裝置中硅基氣體的控制方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。在該控制方法中，在CVD裝置的腔體氣閥打開(kāi)前，排氣氣路的排氣閥在開(kāi)始對(duì)CVD裝置的腔體中的晶圓加熱時(shí)、或者在對(duì)CVD裝置的腔體中的晶圓加熱中被打開(kāi)，以延長(zhǎng)打開(kāi)所述排氣閥與打開(kāi)所述腔體氣閥之間的時(shí)間段。
文檔編號(hào)C23C16/24GK102817014SQ201110151800
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者沈金棟, 李勇, 吳大強(qiáng) 申請(qǐng)人:無(wú)錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司, 無(wú)錫華潤(rùn)上華科技有限公司