CN103243308B - 抽气装置、低压化学气相沉积设备以及化学气相沉积方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供抽气装置、低压化学气相沉积设备以及化学气相沉积方法。一种抽气装置，用于抽取低压化学气相沉积设备的炉管内的气体，其特征在于，所述抽气装置包括：并联的第一阀、第二阀和第三阀，其通过导管与炉管的排气口相连；抽气泵，其通过导管与第一至第三阀相连，其中第一阀、第二阀和第三阀分别与抽气泵一起工作用于降低炉管内气压且降低炉管内气压的速率依次递减。利用本发明可以改善现有的低压化学气相沉积设备内颗粒污染较为严重的问题。

Description

抽气装置、低压化学气相沉积设备以及化学气相沉积方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种低压化学气相沉积设备。
背景技术
在半导体技术大发展的今天，低压化学气相沉积（LPCVD）设备广泛地应用于多晶硅、二氧化硅以及氮化硅等薄膜的沉积。沉积时，向沉积室内通入气态的含有形成薄膜所需的原子或分子的化学物质，该化学物质在沉积室内混合并发生反应，最终在晶片表面聚集形成希望形成的固态薄膜和气态产物。在这一薄膜形成过程中，除了在晶片表面形成薄膜外，必然也会在沉积室的内壁表面积累附着物。因此，在多次沉积后，当内壁上的附着物较厚时，易因其发生脱落，对沉积室和晶舟上的晶片造成玷污，形成晶片上的缺陷，降低产品的成品率。尤其对于低压化学气相沉积设备而言，其沉积室通常为石英炉管，属于热壁式的反应过程，会有较多的颗粒沉积在其炉管的内壁上，颗粒污染问题更为严重。
解决上述问题的传统方法是湿法清洁方法，即每间隔一段时间将脏的石英炉管从设备中取出，对其进行湿法腐蚀以去除炉管壁上的累积附着物（如，对于生长氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的LPCVD炉管，通常是利用49%的HF酸腐蚀溶液对其进行浸泡，腐蚀去除内壁上的累积物）；去除后，再用大量去离子水对该炉管进行冲洗，并烘干待用。这一传统的湿法清洁方法存在有以下不足：
1、湿法清洁过程较长，且这个清洁过程中该LPCVD设备无法使用，大大增加了设备的闲置时间，对生产效率不利。
2、炉管一般是由石英制成的，易受损失，每次炉管清洁对炉管进行的拆卸运送，都可能导致炉管因人为因素而受损。
3、湿法清洁过程中需要将炉管浸泡在腐蚀液中，而该腐蚀液不仅可以腐蚀炉壁上的氧化硅、氮化硅或氮氧化硅附着物，也会对由石英制成的炉管本身有损害，缩短了炉管的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种低压化学气相沉积设备，以改善现有的低压化学气相沉积设备内颗粒污染较为严重的问题。
有鉴于此，本发明提供以下技术方案：
一种抽气装置，用于抽取低压化学气相沉积设备的炉管内的气体，其特征在于，所述抽气装置包括：
并联的第一阀、第二阀和第三阀，其通过导管与炉管的排气口相连；
抽气泵，其通过导管与第一至第三阀相连，其中第一阀、第二阀和第三阀分别与抽气泵一起工作用于降低炉管内气压且降低炉管内气压的速率依次递减。
优选地，所述第一阀与所述抽气泵一起工作能够在1分钟内将炉内气压降至5mtor以下，所述第二阀与所述抽气泵一起工作能够在6-8分钟内将炉内气压从760tor降至3tor，所述第三阀与所述抽气泵一起工作能够在6-8分钟内将炉内气压从760tor降至100tor。
一种低压化学气相沉积设备，其特征在于，所述设备包括：
具有一端开口、另一端封闭的炉管，所述炉管包括进气口、排气口；
炉管基座，用于与所述炉管开口端接触并与所述炉管构成密闭空间；
晶舟，装设于所述炉管基座并收容于所述炉管内部；以及
如上述的抽气装置，与炉管的排气口相连。
优选地，所述低压化学气相沉积设备还包括：
关闭件，用于与所述炉管开口端接触并与所述炉管构成密闭空间。
一种利用上述的低压化学气相沉积设备的化学气相沉积方法，其特征在于，包括步骤：
A.将晶圆装载到晶舟上；
B.将晶舟送入炉管；
C.在晶舟完全进入炉管内时，开启抽气泵和第二阀，在压力为3tor时，开启第一阀直至炉管内气压在5mtor以下；
D.停止抽气，通入反应气体；
E.待薄膜生长完成后，停止所述反应气体的通入；
F.将晶舟从炉管内移出；以及
G.从晶舟上卸载反应后的晶圆。
优选地，在本发明的化学气相沉积方法中，步骤A还包括：
A1.闭合关闭件且开启抽气泵和第三泵。
优选地，在本发明的化学气相沉积方法中，步骤A在步骤A1之后还包括：
A2.在炉管内的气压为100tor以下时，关闭抽气泵和第三阀；以及
A3.检验炉管的密封性；如果不密封则发送报警信号并停止后续步骤，否则向炉管内通入保护气体至打开关闭件。
优选地，在本发明的化学气相沉积方法中，步骤D还包括在停止抽气之后检验炉管的密封性，如果不密封则发送报警信号并停止后续步骤，否则通入反应气体。
优选地，在本发明的化学气相沉积方法中，步骤G还包括：在反应后的晶圆冷却一定时间之后，从晶舟上卸载反应后的晶圆。
优选地，在本发明的化学气相沉积方法中，在反应后的晶圆冷却期间，闭合关闭件且开启第三阀和抽气泵。
优选地，在本发明的化学气相沉积方法中，步骤G还包括：在从晶舟上卸载反应后的晶圆期间，闭合关闭件且开启第三阀和抽气泵。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
使设备在空闲时（例如晶圆装载、晶圆冷却和晶圆卸载期间），保持抽气，使得保持设备内部的清洁。
本发明的抽气装置以及低压化学气相沉积设备，在抽气装置中设置了第一至第三阀。对抽气装置的改进，可以使得外部带入的微小颗粒被抽走，改善炉管的颗粒状况。
本发明的抽气装置及低压化学气相沉积设备，在确保薄膜形成质量的前提下，减少炉管所需的湿法清洗次数，提高设备的利用率及生产效率。
附图说明
图1为根据本发明的低压化学气相设备的结构示意图；以及
图2为根据本发明的化学气相沉积方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的装置和设备可以被广泛地应用于各个领域中，并且可以利用多种适当的材料制作，下面通过具体的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换毫无疑义地被涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明的实施例时，为了便于说明，示意图中的结构比例仅为示意性地，不应以此作为对本发明的限定。
图1为根据本发明的低压化学气相设备的示意图。如图所示，低压化学气相设备包括炉管1、炉管基座2、晶舟3和抽气装置4。
炉管1的一端开口且另一端封闭，并且包括进气口11、排气口12。进气口11用于通入气体。炉管基座2用于与炉管1的开口端接触并与炉管1构成密闭空间。晶舟3装设于炉管基座2并可以收容于炉管1的内部。
抽气装置4包括泵40、并联的第一阀41、第二阀42和第三阀43，其中第一阀41第二阀42和第三阀43通过导管与炉管1的排气口12相连，泵40通过导管与第一阀41、第二阀42和第三阀43相连。第一阀41、第二阀42和第三阀43分别与抽气泵40一起工作用于降低炉管1内气压且降低炉管1内气压的速率依次递减。
第一阀41与抽气泵40一起工作能够在1分钟内将炉内气压降至5mtor以下，第二阀42与抽气泵40一起工作能够在6-8分钟内将炉内气压从760tor降至3tor，第三阀43与抽气泵40一起工作能够在6-8分钟内将炉内气压从760tor降至100tor。
优选地，低压化学气相设备还包括关闭件（shutter）15，用于与炉管1的开口端接触并与炉管1构成密闭空间。
图2为根据本发明的化学气相沉积方法的流程示意图。如图所示，在步骤A处，将晶圆装载到晶舟上。
优选地，步骤A还包括：A1.闭合关闭件且开启抽气泵和第三泵。
优选地，步骤A在步骤A1之后还包括：
A2.在炉管内的气压为100tor以下时，关闭抽气泵和第三阀；以及
A3.检验炉管的密封性；如果不密封则发送报警信号并停止后续步骤，否则向炉管内通入保护气体至打开关闭件。优选地，所述保护气体包括但不限于氮气、惰性气体。
在步骤B处，将晶舟送入炉管。
在步骤C处，在晶舟完全进入炉管内时，开始抽气。其中开启抽气泵40和第二阀42，在压力为3tor时，开启第一阀41直至炉管内气压在5mtor以下。
在步骤D处，停止抽气，通入反应气体。优选地，步骤D还包括在停止抽气之后检验炉管的密封性，如果不密封则发送报警信号并停止后续步骤，否则通入反应气体。所述反应气体包括但不限于氮气。
在步骤E处，待薄膜生长完成后，停止所述反应气体的通入。
在步骤F处，将晶舟从炉管内移出。
在步骤G处，从晶舟上卸载反应后的晶圆。
优选地，步骤G还包括：在反应后的晶圆冷却一定时间之后，从晶舟上卸载反应后的晶圆。优选地，在反应后的晶圆冷却期间，闭合关闭件且开启第三阀和抽气泵。优选地，步骤G还包括：在从晶舟上卸载反应后的晶圆期间，闭合关闭件且开启第三阀和抽气泵。
利用本发明，使设备在空闲时（例如晶圆装载、晶圆冷却和晶圆卸载期间），保持抽气，使得保持设备内部的清洁。
对抽气装置的改进，可以使得外部带入的微小颗粒被抽走，改善炉管的颗粒状况。
本发明的抽气装置及低压化学气相沉积设备，在确保薄膜形成质量的前提下，减少炉管所需的湿法清洗次数，提高设备的利用率及生产效率。

Claims (11)

1.一种抽气装置，用于抽取低压化学气相沉积设备的炉管内的气体，其特征在于，所述抽气装置包括：
并联的第一阀、第二阀和第三阀，其通过导管与炉管的排气口相连；
抽气泵，其通过导管与第一至第三阀相连，其中第一阀、第二阀和第三阀分别与抽气泵一起工作用于降低炉管内气压且降低炉管内气压的速率依次递减；
其中，在晶圆装载、晶圆冷却和晶圆卸载期间，保持抽气。
2.如权利要求1所述的抽气装置，其特征在于，所述第一阀与所述抽气泵一起工作能够在1分钟内将炉内气压降至5mtor以下，所述第二阀与所述抽气泵一起工作能够在6-8分钟内将炉内气压从760tor降至3tor，所述第三阀与所述抽气泵一起工作能够在6-8分钟内将炉内气压从760tor降至100tor。
3.一种低压化学气相沉积设备，其特征在于，所述设备包括：
具有一端开口、另一端封闭的炉管，所述炉管包括进气口、排气口；
炉管基座，用于与所述炉管开口端接触并与所述炉管构成密闭空间；
晶舟，装设于所述炉管基座并收容于所述炉管内部；以及
如权利要求1或2所述的抽气装置，与炉管的排气口相连。
4.如权利要求3所述的低压化学气相沉积设备，其特征在于，所述设备还包括：
关闭件，用于与所述炉管开口端接触并与所述炉管构成密闭空间。
5.一种利用权利要求3或4的低压化学气相沉积设备的化学气相沉积方法，其特征在于，包括步骤：
A.将晶圆装载到晶舟上；
B.将晶舟送入炉管；
C.在晶舟完全进入炉管内时，开启抽气泵和第二阀，在压力为3tor时，开启第一阀直至炉管内气压在5mtor以下；
D.停止抽气，通入反应气体；
E.待薄膜生长完成后，停止所述反应气体的通入；
F.将晶舟从炉管内移出；以及
G.从晶舟上卸载反应后的晶圆。
6.如权利要求5所述的化学气相沉积方法，其特征在于，步骤A还包括：
A1.闭合关闭件且开启抽气泵和第三泵。
7.如权利要求6所述的化学气相沉积方法，其特征在于，步骤A在步骤A1之后还包括：
A2.在炉管内的气压为100tor以下时，关闭抽气泵和第三阀；以及
A3.检验炉管的密封性；如果不密封则发送报警信号并停止后续步骤，否则向炉管内通入保护气体至打开关闭件。
8.如权利要求5所述的化学气相沉积方法，其特征在于，步骤D还包括在停止抽气之后检验炉管的密封性，如果不密封则发送报警信号并停止后续步骤，否则通入反应气体。
9.如权利要求5所述的化学气相沉积方法，其特征在于，步骤G还包括：在反应后的晶圆冷却一定时间之后，从晶舟上卸载反应后的晶圆。
10.如权利要求9所述的化学气相沉积方法，其特征在于，在反应后的晶圆冷却期间，闭合关闭件且开启第三阀和抽气泵。
11.如权利要求5所述的化学气相沉积方法，其特征在于，步骤G还包括：在从晶舟上卸载反应后的晶圆期间，闭合关闭件且开启第三阀和抽气泵。
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