CN102817014B - 化学气相淀积装置中硅基气体的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种化学气相淀积（ChemicalVaporDeposition，CVD）装置中硅基气体的控制方法，属于半导体制造技术领域。在该控制方法中，在CVD装置的腔体气阀打开前，排气气路的排气阀在开始对CVD装置的腔体中的晶圆加热时、或者在对CVD装置的腔体中的晶圆加热中被打开，以延长打开所述排气阀与打开所述腔体气阀之间的时间段。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，涉及化学气相淀积（Chemical Vapor Deposition，CVD），尤其涉及化学气相淀积装置中硅基气体的控制方法。
背景技术
CVD是一种常见的薄膜制备方法，其在半导体制造领域广泛使用。常规地，按照薄膜沉积原理的具体差异，CVD包括PECVD（等离子增强型化学气相淀积）、MOCVD（金属有机化学气相淀积）、HDPCVD（高密度等离子体化学气相淀积）、SACVD（次常压化学气相淀积）、APCVD（常压化学气相淀积）等类型。但是，对于每一种CVD，在沉积硅基薄膜时（例如，氧化硅、氮化硅、氮氧硅等），必须通入含硅的薄膜生长气体，也即硅基气体，作为硅基薄膜的硅的来源。例如，在CVD生长SiO2时，必须通入一定流量的SiH4的硅基气体作为薄膜生长气体，当然也还会通入氧气、氩气等其它气体。
图1所示为现有的CVD装置中的硅基气体的气路控制装置的结构示意图。在该实例中，气路控制装置100用于控制SiH4。气路控制装置100包括流量控制气路110，流量控制气路110上依次设置有进口阀111、质量流量控制器（Mass Flow Controller，MFC）113、出口阀115，进口阀111和出口阀115打开以后，MFC 113用于控制SiH4的气体流量。流量控制气路110在出口阀115之后被分为两个气路，即排出气路150、入腔气路130；入腔气路130与CVD装置的腔体（Chamber）133连通，入腔气路130上设置腔体气阀131；通常地，排出气路150连接泵153（例如真空泵），排出气路150上设置排气（divert）阀151。
图2所示为现有的硅基气体的控制方法过程示意图。在CVD装置沉积薄膜时，气路控制装置100的具体工作过程如下：
首先，如图2中所示的t2时间点，进口阀111打开，开始流入硅基气体，出口阀115打开。
第二步，即预排气过程；如图2所示的t3时间点，排出气路150上的排气阀151打开，流量控制气路110初期流出的气体被泵153排走（如图1中实线箭头所示）；这样，可以使气路中的空气被排走，有利于使气路中的SiH4气体流稳定。
第三步，气体流量稳定后，如图2所示的t4时间点，腔体气阀131打开，排气阀151关闭，硅基气体将按照MFC所控制的流量、稳定输入至腔体133（如图1中虚线箭头所示）。此后，腔体中的薄膜沉积开始。
现有技术中，以上第二步的时间（即（t4-t3））相对较短，通常地仅将排气阀151打开5秒左右以稳定硅基气体的气体流量。并且，一般地，CVD沉积是在一定的温度条件下进行，硅基气体流入流量控制气路110之前，需要对腔体中所置放的用于沉积薄膜的晶圆进行加热，也即加热步骤（Heat up step）。如图2中所示，在t1时间点，开始对晶圆进行加热，直至t3时间点。
但是，在排出气路150出现堵塞等异常情况时，将出现流量控制气路110初期流出的气体不能被泵153排走或者充分排走，从而导致硅基气体在气路中积压而压力升高（腔体气阀131此时会打开）。在排气阀151打开的时间较短的情况下，CVD装置通常来不及报警就开始执行以上第三步。此时，由于气路内压力过高，腔体气阀131打开时，会产生硅基气体的过冲（burst）现象。这种过冲会导致腔体内产生颗粒、薄膜生长质量不合格等现象，严重影响CVD薄膜的质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，避免CVD装置中产生硅基气体的过冲现象。
为解决以上技术问题，本发明提供一种化学气相淀积装置中硅基气体的控制方法，其中，所述化学气相淀积装置的气路控制装置包括：
流量控制气路；
与所述流量控制气路相通的排气气路；以及
与所述流量控制气路相通的入腔气路；
所述流量控制气路上设置流量控制装置和出口阀，所述排气气路上设置排气阀，所述入腔气路上设置腔体气阀；
其中，在所述腔体气阀打开前，所述排气阀在开始对所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热时、或者在对所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热中被打开，以延长打开所述排气阀与打开所述腔体气阀之间的时间段。
较佳地，打开所述排气阀与打开所述腔体气阀之间的时间段大于或等于15秒。
按照本发明提供的控制方法中，其中，所述流量控制气路还设置有进口阀， 在所述排气阀被打开前，所述进口阀和所述出口阀被打开以向所述流量控制气路通入所述硅基气体。
在一实施例中，所述进口阀和所述出口阀的打开相对先于所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热的开始时间点。
在又一实施例中，所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热时间大于或等于20秒时，所述进口阀和所述出口阀的打开相对迟于对所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热的开始时间点。
其中，所述硅基气体可以为SiH4、SiHCl3或者SiF4。。
所述化学气相淀积可以为PECVD、MOCVD、HDPCVD、SACVD或者PACVD。
所述流量控制装置可以为质量流量控制器。
在一实例中，所述排气气路的一端与真空泵连通；所述入腔气路的一端与所述化学气相淀积装置的腔体连通。
本发明的技术效果是，通过将排气阀的打开时间点往前移至所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热时、或者在对所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热中，以延长打开所述排气阀与打开所述腔体气阀之间的时间段；这样，即使在排气气路中出现堵塞等异常状况，气路控制装置也可以及时报警以阻值腔体气阀打开，从而可以阻值硅基气体过冲地通入腔体中，有利提高CVD的薄膜沉积质量。并且不增加工艺时间。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1是现有的CVD装置中的硅基气体的气路控制装置的结构示意图。
图2是现有的硅基气体的控制方法过程示意图。
图3是按照本发明一实施例提供的硅基气体的控制方法的过程示意图。
图4是按照本发明又一实施例提供的硅基气体的控制方法的过程示意图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
在本发明中，“硅基气体”是指含有硅元素的化合物气体，其用来反应生成含硅元素的薄膜。
在本发明的控制方法过程中，并没有对CVD装置的硅基气体的气路控制装置进行改进，因此，以下实施例继续结合图1所示的气路控制装置100对硅基气体的控制方法进行说明。
图3所示为按照本发明一实施例提供的硅基气体的控制方法的过程示意图。在该实施例中，CVD装置具体地为NVLS SPEED机台（诺发半导体设备公司制造的型号为SPEED 的机台），其用于生长氧化硅薄膜，因此，其腔体中需要通入SiH4气体作为薄膜生长气体，通过如图1所示的气路控制装置控制的SiH4流入。该控制方法包括以下过程。
首先，在如图3所示的T2时间点，进口阀111打开，开始流入硅基气体，出口阀115打开。
进一步，在如图3所示的T1时间点，该CVD装置按照预先设置，会开始对腔体133中的晶圆进行加热（例如加热至300℃），并且，此时同时打开排气阀151（此时腔体气阀131关闭）。因此，流量控制气路110流出的气体经过排气气路150从泵153中抽出。此时，MFC 113开始控制气体流量，以使SiH4的气体流量稳定于预定值。
进一步，在如图3所示的T4时间点，腔体气阀131打开，排气阀151关闭，SiH4将按照MFC所控制的流量值、稳定输入至腔体133（如图1中虚线箭头所示）。此后，腔体中的薄膜沉积开始。
以上控制方法过程中，相比于图2所示的现有控制方法，可以发现，将排气阀151的打开时间点提前，也即在开始腔体133中的晶圆进行加热的同时，打开排气阀151，这样，可以延长排气阀151的打开时间，其打开时间由原来的（t4-t3）延长为（T4-T1）。通常地，腔体133中的晶圆的加热时间大于或等于15秒，例如20秒，从而（T4-T1）相比于原来的5秒左右的时间大大延长，例如其变为25秒。因此，即使排出气路150出现堵塞等异常情况，CVD装置将有足够的时间反应来产生报警（CVD的报警控制装置在图1中未示出），阻止腔体气阀151打开，从而可以避免过冲现象；同时，由于排气阀151的打开时间加长，气路中的硅基气体之外的气体（原本残存于管路中的空气）会被充分排除。
图4所示为按照本发明又一实施例提供的硅基气体的控制方法的过程示意图。在该实施例中，CVD装置具体地为NVLS SPEED CVD机台，其用于生长氧化硅薄膜，因此，其腔体中需要通入SiH4气体作为薄膜生长气体，通过如图1所示的气路控制装置控制的SiH4流入。该控制方法包括以下过程。
首先，在如图4所示的T2时间点，进口阀111打开，开始流入硅基气体，出口阀115打开。
进一步，在如图4所示的T1时间点，该CVD装置按照预先设置，会开始对腔体133中的晶圆进行加热。
进一步，在如图4所示的T3时间点，即加热腔体133中的晶圆的过程中，打开排气阀151（此时腔体气阀131关闭）。因此，流量控制气路110流出的气体经过排气气路150从泵153中抽出。此时，MFC 113开始控制气体流量，以使SiH4的气体流量稳定于预定值。
进一步，在如图4所示的T4时间点，腔体气阀131打开，排气阀151关闭，SiH4将按照MFC所控制的流量值、稳定输入至腔体133（如图1中虚线箭头所示）。此后，腔体中的薄膜沉积开始。
以上控制方法过程中，相比于图2所示的现有控制方法，可以发现，同样可以将排气阀151的打开时间点提前，也即在对加热腔体133中的晶圆进行加热的过程中打开排气阀151（这相比于图3所示实施例难于实现），这样，可以延长排气阀151的打开时间（也即打开排气阀151与打开腔体气阀131之间的时间段），其打开时间由原来的（t4-t3）延长为（T4-T3）。在该发明中，将排气阀151的打开时间（T4-T3）应该设置为大于CVD装置因气路堵塞而报警所需要的时间，较佳地，（T4-T3）大于或等于15秒。
因此，即使排出气路150出现堵塞等异常情况，CVD装置将有足够的时间反应来产生报警（CVD的报警控制装置在图1中未示出），阻止腔体气阀151打开，从而可以避免过冲现象；同时，由于排气阀151的打开时间加长，气路中的硅基气体之外的气体（原本残存于管路中的空气）会被充分排除。
以上图3和图4所示实施例中，该控制方法并不是简单地向后推迟腔体气阀打开时间点（如图2中所示的t4）来延长打开排气阀与打开腔体气阀之间的时间段，而是突破本领域技术人员的思维定势，并利用CVD沉积薄膜时所包括的加热晶圆的时间段，将排气阀在开始对化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热时、或者在对化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热中被打开。因此，该控制方法并不会增加CVD沉积薄膜的时间。
需要说明的是，在图4所示实施例中，在晶圆的加热过程比较长的情况下（例如大于或等于20s），T2时间点也可以被设置在T1时间点之后。
需要说明的是，硅基气体并不限于以上实施例的SiH4，其还可以为SiHCl3、SiF4等用于生长薄膜的气体。CVD包括PECVD、MOCVD、HDPCVD、SACVD、APCVD等各种类型的沉积方法。
本领域技术人员应当理解的是，在CVD生成薄膜的过程中，CVD装置还包括气体用于同时通入其它气体的气体控制气路。图3和图4所示控制方法过程，可以通过CVD装置的控制模块（图1中未示出）来实现。
以上例子主要说明了本发明的硅基气体的控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (10)
1. 一种化学气相淀积装置中硅基气体的控制方法，其中，所述化学气相淀积装置的气路控制装置包括：
流量控制气路；
与所述流量控制气路相通的排气气路；以及
与所述流量控制气路相通的入腔气路；
所述流量控制气路上设置流量控制装置和出口阀，所述排气气路上设置排气阀，所述入腔气路上设置腔体气阀；
其特征在于，在所述腔体气阀打开前，所述排气阀在开始对所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热时、或者在对所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热中被打开，以延长打开所述排气阀与打开所述腔体气阀之间的时间段。
2. 如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，打开所述排气阀与打开所述腔体气阀之间的时间段大于或等于15秒。
3. 如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述流量控制气路还设置有进口阀，在所述排气阀被打开前，所述进口阀和所述出口阀被打开以向所述流量控制气路通入所述硅基气体。
4. 如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述进口阀和所述出口阀的打开相对先于所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热的开始时间点。
5. 如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热时间大于或等于20秒时，所述进口阀和所述出口阀的打开相对迟于对所述化学气相淀积装置的腔体中的晶圆加热的开始时间点。
6. 如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述硅基气体为SiH4、SiHCl3或者SiF4。
7. 如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述化学气相淀积为等离子增强型化学气相淀积、金属有机化学气相淀积、高密度等离子体化学气相淀积、次常压化学气相淀积或者常压化学气相淀积。
8. 如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述流量控制装置为质量流量控制器。
9. 如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述排气气路的一端与真空泵连通。
10. 如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述入腔气路的一端与所述化学气相淀积装置的腔体连通。
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