CN105390363A - 一种高密度等离子体机台的管路装置 - Google Patents

一种高密度等离子体机台的管路装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高密度等离子体机台的管路装置，通过将用来清扫腔体的NF3气体和参与刻蚀工艺的NF3气体分别采用独立的第一、第二支管进入腔体，使参与刻蚀工艺的NF3气体不经过远程等离子体系统而直接进入机台腔体，从而避免了在进行STI刻蚀工艺时，因参与刻蚀工艺的NF3气体腐蚀而带来的金属元素遗留在远程等离子体系统内部腔体内，因此可减少STI刻蚀工艺制程中金属元素超规格所带来的金属污染问题。

Description

一种高密度等离子体机台的管路装置
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，更具体地，涉及一种应用于高密度等离子体机台的可减少STI制程金属污染的气体管路装置。
背景技术
高密度等离子体机台工艺是在腔体内的高温环境下,通过对特定的工艺气体在等离子体增强条件下在硅片表面进行化学气相沉积形成薄膜。例如AMAT(美国应用材料半导体设备有限公司)HDP(highdensityplasma，高密度等离子体)机台，它的特点是成膜速度快，薄膜均匀度好，填洞能力强。其中，STI(ShallowTrenchIsolation，浅沟槽隔离)工艺为其腔体所提供的主要工艺之一。
随着集成电路的线宽逐渐降低，越来越多地面临填充空洞的问题。传统纯沉积的方式会造成空洞的发生，而在AMATHDP机台采用新的工艺引入NF3(三氟化氮)作为STI刻蚀工艺气体的同时，也引入了金属污染的问题。这些金属尤其是重金属(例如Cr，Ti，Zn，Cu，Fe，Mn)超规格后会造成产品良率的降低。
请参阅图1，图1是现有AMATHDP机台NF3气体管路配置示意图。如图1所示，在AMATHDP机台腔体10的外部装有RPS(RemotePlasmaSystem，远程等离子体系统)部件12，并通过连接管11相连通，其作用是在腔体作清扫的时候，解离作为清扫气体的NF3，产生氟离子进行清扫。RPS内部腔体的主要材质为Al合金，其掺杂物质可包括Cr、Ti、Zn、Cu、Fe、Mn、Mg等。而目前AMATHDP机台的管路设计是用来清扫腔体的NF3和参与STI刻蚀工艺的NF3(不会被解离，只是经过RPS)都会经过RPS进入机台腔体。即由气体柜15分别引出用来清扫腔体的NF3气体分管路14和参与刻蚀工艺的NF3气体分管路16，并在RPS之前并入一总管路13进入RPS。
在上述现有AMATHDP机台NF3气体管路配置结构中，由于腔体清扫后会进行腔体抽空的过程及腔体预涂层，这样因用来清扫腔体的NF3腐蚀RPS内部腔体而带来的污染金属，一部分会被抽走、一部分会被预涂层包裹；而在STI刻蚀工艺过程中因没有抽空的过程及进行预涂层，所以，因参与刻蚀工艺的NF3腐蚀而带来的金属元素就会遗留在RPS内部腔体内，从而造成刻蚀工艺时金属元素超规格的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种高密度等离子体机台的管路装置，可减少STI刻蚀工艺制程中的金属污染问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高密度等离子体机台的管路装置，所述高密度等离子体机台的腔体外部装有远程等离子体系统，并通过一连接管相连通，所述管路装置包括第一、第二支管，其中，第一支管的两端分别连接气体柜和远程等离子体系统，其仅在清扫腔体时打开，用于由气体柜经远程等离子体系统向机台腔体通入清扫腔体的NF3气体，第二支管的一端连接气体柜，另一端连接连接管，其仅在进行STI刻蚀工艺时打开，用于由气体柜直接向机台腔体通入参与STI刻蚀工艺的NF3气体。
优选地，所述第一、第二支管分别装有隔离阀，用于控制其开闭。
优选地，所述第一、第二支管分别装有质量流量控制器，用于控制其气体流量。
优选地，所述第一、第二支管分别装有压力传感器，用于检测其管压。
优选地，所述第一、第二支管分别装有温度传感器，用于检测其气体温度。
优选地，所述隔离阀为手动隔离阀、气动隔离阀或电磁控制阀。
优选地，所述手动隔离阀设有安全销。
优选地，所述压力传感器为压力表。
优选地，所述温度传感器为温度表或热偶。
优选地，还包括控制模块，所述第一、第二支管分别装有隔离控制阀、温度传感器、质量流量控制器和压力传感器，并连接控制模块，其中，在清扫腔体时，所述控制模块通过控制关闭所述第二支管的隔离控制阀、打开所述第一支管的隔离控制阀，以向所述第一支管通入清扫腔体的NF3气体，对包括远程等离子体系统在内的腔体进行清扫，在进行刻蚀工艺时，所述控制模块通过控制关闭所述第一支管的隔离控制阀、打开所述第二支管的隔离控制阀，以向所述第二支管通入参与STI刻蚀工艺的NF3气体，直接供机台腔体进行STI刻蚀工艺，所述控制模块并通过采集温度传感器、质量流量控制器和压力传感器的信息，控制对应支管的气体温度、流量和压力满足工艺设定。
从上述技术方案可以看出，本发明通过将用来清扫腔体的NF3气体和参与刻蚀工艺的NF3气体分别采用独立的第一、第二支管进入腔体，使参与刻蚀工艺的NF3气体不经过远程等离子体系统而直接进入机台腔体，从而避免了在进行STI刻蚀工艺时，因参与刻蚀工艺的NF3气体腐蚀而带来的金属元素遗留在远程等离子体系统内部腔体内，因此可减少STI刻蚀工艺制程中金属元素超规格所带来的金属污染问题。
附图说明
图1是现有AMATHDP机台NF3气体管路配置示意图；
图2是本发明一较佳实施例的一种高密度等离子体机台的管路装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图2，图2是本发明一较佳实施例的一种高密度等离子体机台的管路装置结构示意图。如图2所示，本发明的一种高密度等离子体机台的管路装置可应用于例如AMAT(美国应用材料半导体设备有限公司)HDP(highdensityplasma，高密度等离子体)机台。该高密度等离子体(HDP)机台在其工艺腔体20外部装有远程等离子体系统(RemotePlasmaSystem，RPS)22，RPS22与腔体20之间通过一连接管21相连通。在HDP机台外部设有气体柜28，气体柜28连接厂务气源，用于向HDP机台腔体20供应各种工艺气体。
请参阅图2。本发明的管路装置包括由第一支管24和第二支管29组成的管路系统。第一支管24的进口端连接气体柜28，出口端连接到RPS22的入口。这样，由气体柜28通入的清扫腔体的NF3气体，必须经过RPS22的内部腔体，并通过RPS22解离产生氟离子后进入机台腔体20，对包括RPS22内部腔体在内的整个机台腔体进行清扫。第一支管24仅在清扫腔体时打开。
请继续参阅图2。第二支管29的进口端也连接气体柜28，但与第一支管24的进口端是分开连接的；第二支管29的出口端连接在RPS22与腔体20之间的连接管21上。由于在进行STI刻蚀工艺时，NF3气体无须被解离，因此，由气体柜28通入的参与STI刻蚀工艺的NF3气体，就不再需要经过RPS22，而是绕过RPS22直接进入机台腔体20进行STI刻蚀工艺。第二支管29仅在进行STI刻蚀工艺时打开，即第一、第二支管24、29采用择一的方式打开使用。
在如图1所示的现有AMATHDP机台NF3气体管路配置结构中，用来清扫腔体的NF3和参与STI刻蚀工艺的NF3都会经过RPS12再进入机台腔体10。由于腔体清扫后会进行腔体抽空的过程及腔体预涂层，这样因用来清扫腔体的NF3腐蚀RPS内部腔体而带来的污染金属，一部分会被抽走、一部分会被预涂层包裹；而在STI刻蚀工艺过程中因没有抽空的过程及进行预涂层，所以，因参与刻蚀工艺的NF3腐蚀而带来的金属元素就会遗留在RPS内部腔体内，从而造成刻蚀工艺时金属元素超规格的问题。
因此，本发明对现有AMATHDP机台NF3气体管路进行了优化改进，将用来清扫腔体的NF3气体和参与刻蚀工艺的NF3气体分别采用独立的第一、第二支管24、29进入腔体20，并使参与刻蚀工艺的NF3气体不经过RPS22而直接进入机台腔体20，从而避免了在进行STI刻蚀工艺时，因参与刻蚀工艺的NF3气体腐蚀而带来的金属元素遗留在RPS22内部腔体内，因此可减少STI刻蚀工艺制程中金属元素超规格所带来的金属污染问题。
请继续参阅图2。作为一优选的实施方式，可分别在所述第一、第二支管管路中加装隔离阀27，以方便控制第一、第二支管的打开及关闭。可选地，所述隔离阀27可以采用手动隔离阀、气动隔离阀或电磁控制阀等各类适用的阀门。其中，还可对所述手动隔离阀加装安全销，以避免因误操作而造成对隔离阀的不当关闭。
作为进一步优选的实施方式，还可分别在所述第一、第二支管管路中加装质量流量控制器25，用于控制第一、第二支管管路中NF3气体的流量。
作为更进一步优选的实施方式，还可分别在所述第一、第二支管管路中加装压力传感器26，用于检测第一、第二支管管路中的管压。所述压力传感器26可采用例如压力表。
作为更进一步优选的实施方式，还可分别在所述第一、第二支管管路中加装温度传感器23，用于检测第一、第二支管管路中NF3气体的温度。所述温度传感器23可采用例如温度表或热偶。
请继续参阅图2。作为一优选的实施方式，本发明的一种高密度等离子体机台的管路装置还包括控制模块(图略)，在所述第一、第二支管24、29管路中分别装有隔离控制阀27、温度传感器23、质量流量控制器25和压力传感器26，并连接控制模块。所述控制模块可控制隔离控制阀27的打开和关闭，并可通过采集温度传感器23、质量流量控制器25和压力传感器26的信息，控制质量流量控制器25调节管路中气体的流量，以及控制对应支管的气体温度和压力满足工艺设定。
当需要清扫腔体时，所述控制模块可通过控制所述第二支管的隔离控制阀27关闭所述第二支管29、通过控制所述第一支管的隔离控制阀27打开所述第一支管24，从而只向所述第一支管24通入用于清扫腔体的NF3气体，对包括RPS22内部腔体在内的整个机台腔体进行清扫。当需要进行STI刻蚀工艺时，所述控制模块可通过控制所述第一支管的隔离控制阀27关闭所述第一支管24、通过控制所述第二支管的隔离控制阀27打开所述第二支管29，从而只向所述第二支管29通入参与STI刻蚀工艺的NF3气体，使该参与STI刻蚀工艺的NF3气体直接进入机台腔体20进行STI刻蚀工艺，因而不会在RPS22内部腔体产生金属元素遗留。
综上所述，本发明通过将用来清扫腔体的NF3气体和参与刻蚀工艺的NF3气体分别采用独立的第一、第二支管进入腔体，使参与刻蚀工艺的NF3气体不经过远程等离子体系统而直接进入机台腔体，从而避免了在进行STI刻蚀工艺时，因参与刻蚀工艺的NF3气体腐蚀而带来的金属元素遗留在远程等离子体系统内部腔体内，因此可减少STI刻蚀工艺制程中金属元素超规格所带来的金属污染问题。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高密度等离子体机台的管路装置，所述高密度等离子体机台的腔体外部装有远程等离子体系统，并通过一连接管相连通，其特征在于，所述管路装置包括第一、第二支管，其中，第一支管的两端分别连接气体柜和远程等离子体系统，其仅在清扫腔体时打开，用于由气体柜经远程等离子体系统向机台腔体通入清扫腔体的NF3气体，第二支管的一端连接气体柜，另一端连接连接管，其仅在进行STI刻蚀工艺时打开，用于由气体柜直接向机台腔体通入参与STI刻蚀工艺的NF3气体。
2.根据权利要求1所述的高密度等离子体机台的管路装置，其特征在于，所述第一、第二支管分别装有隔离阀，用于控制其开闭。
3.根据权利要求1所述的高密度等离子体机台的管路装置，其特征在于，所述第一、第二支管分别装有质量流量控制器，用于控制其气体流量。
4.根据权利要求1所述的高密度等离子体机台的管路装置，其特征在于，所述第一、第二支管分别装有压力传感器，用于检测其管压。
5.根据权利要求1所述的高密度等离子体机台的管路装置，其特征在于，所述第一、第二支管分别装有温度传感器，用于检测其气体温度。
6.根据权利要求2所述的高密度等离子体机台的管路装置，其特征在于，所述隔离阀为手动隔离阀、气动隔离阀或电磁控制阀。
7.根据权利要求6所述的高密度等离子体机台的管路装置，其特征在于，所述手动隔离阀设有安全销。
8.根据权利要求4所述的高密度等离子体机台的管路装置，其特征在于，所述压力传感器为压力表。
9.根据权利要求5所述的高密度等离子体机台的管路装置，其特征在于，所述温度传感器为温度表或热偶。
10.根据权利要求1所述的高密度等离子体机台的管路装置，其特征在于，还包括控制模块，所述第一、第二支管分别装有隔离控制阀、温度传感器、质量流量控制器和压力传感器，并连接控制模块，其中，在清扫腔体时，所述控制模块通过控制关闭所述第二支管的隔离控制阀、打开所述第一支管的隔离控制阀，以向所述第一支管通入清扫腔体的NF3气体，对包括远程等离子体系统在内的腔体进行清扫，在进行刻蚀工艺时，所述控制模块通过控制关闭所述第一支管的隔离控制阀、打开所述第二支管的隔离控制阀，以向所述第二支管通入参与STI刻蚀工艺的NF3气体，直接供机台腔体进行STI刻蚀工艺，所述控制模块并通过采集温度传感器、质量流量控制器和压力传感器的信息，控制对应支管的气体温度、流量和压力满足工艺设定。
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