CN109037117B - 压力调整装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种压力调整装置。所述压力调整装置包括：排气部，包括抽气泵、以及用于连通反应腔室与所述抽气泵的排气管；注入部，连通所述排气管，用于自所述排气管向所述反应腔室内注入补偿气体；控制部，用于根据所述抽气泵的泵送信息调整所述注入部注入所述补偿气体的流速，使得所述反应腔室内的压力保持在预设压力。本发明提高了对反应腔室内压力控制的准确度，改善了半导体工艺制程的质量。

Description

压力调整装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种压力调整装置。
背景技术
随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限、现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及追求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存。
其中，3D NAND存储器以其小体积、大容量为出发点，将储存单元采用三维模式层层堆叠的高度集成为设计理念，生产出高单位面积存储密度，高效存储单元性能的存储器，已经成为新兴存储器设计和生产的主流工艺。
3D NAND存储器的制造需要经历若干步处理步骤，而许多加工工艺的实施，都需要确保反应腔室内为低压环境，例如低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)工艺、原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)工艺等。这就要求对所述反应腔室内进行压力控制。然而，现有的压力调整装置或者调整方法，都不能准确的控制所述反应腔室内的压力，导致半导体制造工艺质量的下降，从而影响3D NAND存储器的性能。
因此，如何准确控制反应腔室内的压力，提高3D NAND存储器的性能，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种压力调整装置，用于解决现有技术不能准确控制半导体反应腔室内部压力的问题，以改善3D NAND存储器的性能。
为了解决上述问题，本发明提供了一种压力调整装置，包括：
排气部，包括抽气泵、以及用于连通反应腔室与所述抽气泵的排气管；
注入部，连通所述排气管，用于自所述排气管向所述反应腔室内注入补偿气体；
控制部，用于根据所述抽气泵的泵送信息调整所述注入部注入所述补偿气体的流速，使得所述反应腔室内的压力达到预设压力。
优选的，所述排气部还包括安装于所述排气管中的阀门，所述阀门用于调整所述排气管与所述反应腔室的连通状态。
优选的，所述阀门为蝴蝶阀。
优选的，所述控制部连接所述蝴蝶阀，用于将所述蝴蝶阀的阀板调整至全开状态至全闭状态之间的任意状态。
优选的，所述注入部包括注入管，所述注入管连通位于所述抽气泵与所述蝴蝶阀之间的排气管。
优选的，所述控制部包括：
存储器，用于存储所述泵送信息，所述泵送信息为采用所述抽气泵对所述反应腔室抽气时，传输至所述反应腔室的吹扫气体流速与所述反应腔室内的压力之间的对应关系信息；
处理器，用于根据所述泵送信息调整所述注入部注入所述补偿气体的流速。
优选的，所述存储器还用于存储一基准泵的基准信息；所述基准信息为采用所述基准泵对所述反应腔室抽气时，传输至所述反应腔室的吹扫气体流速与所述反应腔室内的压力之间的对应关系信息；
所述处理器还用于判断传输至所述反应腔室内的吹扫气体流速相同时，与所述基准泵对应的反应腔室压力是否低于与所述抽气泵对应的反应腔室压力，若否，则确认所述抽气泵与所述反应腔室不匹配。
优选的，所述基准信息与所述泵送信息均是在所述蝴蝶阀的阀板处于全开状态时测量得到的传输至所述反应腔室内的吹扫气体流速与所述反应腔室内的压力之间的对应关系信息。
优选的，所述补偿气体为氮气。
优选的，所述反应腔室为原子层沉积工艺的反应腔室。
本发明提供的压力调整装置，能够直接根据抽气泵的泵送信息，调整向反应腔室内补充气体的流速，实现对抽气泵泵送性能的补偿，提高了对反应腔室内压力控制的准确度，改善了半导体工艺制程的质量。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中压力调整装置的结构示意图；
附图2是本发明具体实施方式中压力调整装置的结构框图；
附图3是本发明具体实施方式中基准信息与泵送信息的结构示意图；
附图4是本发明具体实施方式中压力调整方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的压力调整装置及压力调整方法的具体实施方式做详细说明。
半导体处理工艺中，在通过与所述反应腔室连通的传输管道向所述反应腔室内持续通入吹扫气体的同时，对所述反应腔室抽气，利用气体的流动，将所述反应腔室内的压力保持在预设值。对所述反应腔室抽气通常有两种方法：一种是利用蝴蝶阀的方式，另一种是利用氮气鼓吹的方式。利用蝴蝶阀的方式是在连通反应腔室与抽气泵的排气管道上安装一蝴蝶阀，所述蝴蝶阀中阀板的开合角度可以在0度(全闭状态)到90度(全开状态)之间变化，控制部根据压力计测得的所述反应腔室内的压力实时调整所述阀板的开合角度，从而使所述反应腔室内的压力降低至所述预设值。利用氮气鼓吹的方式是在抽气泵全速对所述反应腔室抽气的同时，向所述反应腔室内补充注入氮气，且控制部根据所述反应腔室内的压力调整所述氮气的流速：在需要降低所述反应腔室内的压力时，减小所述氮气注入所述反应腔室的流速，在需要增大所述反应腔室内的压力时，则增大所述氮气注入所述反应腔室的流速。
但是蝴蝶阀控制方式与氮气鼓吹方式都存在以下几个方面的缺陷：(1)上述两种方式的实施都是以所述反应腔室内气体压力稳定为前提，如若反应腔室内的压力波动太快，在所述控制部控制所述蝴蝶阀的阀板找到合适的开合角度之前或者所述控制部找到合适的氮气鼓吹流速之前所述反应腔室内的压力都处于不稳定状态，则上述两种控制方法都不能实现对反应腔室内压力的准确控制；(2)上述两种控制方式都与抽气泵的泵送性能有关，而抽气泵的泵送性能又取决于泵的种类、前级管线、排气负载等因素，例如采用两种不同类型的泵以相同的气体流速对所述反应腔室抽气时，所述反应腔室内达到的压力值也可能存在较大差别，这一差别可能会引起工艺制程的差异，例如沉积的膜层厚度的改变。另外，随着使用时间的延迟，抽气泵的泵送性能也会改变。因此，在更换抽气泵之后，需要花费大量的人力、时间成本对抽气泵与反应腔室所要达到的压力值进行匹配，降低了半导体制造工艺的效率。这些缺陷在原子层沉积工艺中更为明显。
为了解决上述问题，本具体实施方式提供了一种压力调整装置，附图1是本发明具体实施方式中压力调整装置的结构示意图，附图2是本发明具体实施方式中压力调整装置的结构框图。
如图1、图2所示，本具体实施方式提供的压力调整装置，包括：排气部，包括抽气泵11、以及用于连通反应腔室10和所述抽气泵11的排气管14；注入部，连通所述排气管14，用于自所述排气管14向所述反应腔室10内注入补偿气体；控制部20，用于根据所述抽气泵11的泵送信息调整所述注入部注入所述补偿气体的流速，使得所述反应腔室10内的压力达到预设压力。图1中箭头151表示所述补偿气体的流动方向，箭头152表示所述抽气泵11的抽气管111的排气方向。其中，所述反应腔室10优选为原子层沉积工艺的反应腔室。
其中，所述泵送信息包括所述抽气泵11的种类、排气负载、前级管线、抽气过程中传输至所述反应腔室10的吹扫气体流速与所述反应腔室10内的压力之间的关系中的一种或几种。采用本具体实施方式提供的所述压力调整装置调整所述反应腔室10内的气体压力时，所述控制部20根据所要达到的预设压力以及所述抽气泵11的泵送信息来调整所述补偿气体的流速，而不是仅仅根据所述反应腔室内部的实时压力进行调整，这样，一方面避免了由于所述反应腔室10内部压力波动大而不能实现对所述反应腔室内的压力进行准确调整的问题；另一方面，在更换抽气泵或者抽气泵老化时，减少了实现抽气泵与反应腔室匹配所花费的人力成本及时间成本。
优选的，所述排气部还包括安装于所述排气管14中的阀门12，所述阀门12用于调整所述排气管14与所述反应腔室10之间的连通状态。优选的，所述阀门12为蝴蝶阀。具体来说，所述控制部20用于将所述蝴蝶阀的阀板调整至全开状态至全闭状态之间的任意状态。
优选的，所述注入部包括注入管13，所述注入管13连通位于所述抽气泵11与所述蝴蝶阀之间的排气管14。
具体来说，所述蝴蝶阀包括圆盘状的阀板以及连接所述阀板的阀杆。所述阀杆沿所述排气管14的径向方向延伸，并能够带动所述阀板在0度(全闭状态)到90度(全开状态)范围内转动。将所述注入管13设置于抽气过程中所述蝴蝶阀的下游，可以避免因所述阀板角度的改变，导致反应腔室10内的压力偏离所述预设压力的问题，进一步对所述反应腔室10内部压力控制的准确度。
优选的，所述控制部20包括：存储器201，用于存储所述泵送信息，所述泵送信息为采用所述抽气泵11对所述反应腔室10抽气时，传输至所述反应腔室10内的吹扫气体流速与所述反应腔室10内的压力之间的对应关系信息；处理器202，用于根据所述泵送信息调整所述注入部注入所述补偿气体的流速。传输至所述反应腔室10内的所述吹扫气体，一方面对处于所述反应腔室10内部的半导体器件、反应物等进行保护；另一方面对所述反应腔室10进行吹扫，排除所述反应腔室10内的反应副产物或者杂质粒子。
附图3是本发明具体实施方式中基准信息与泵送信息的结构示意图，在图3中，第一曲线31表示采用第一抽气泵对所述反应腔室10抽气时，传输至所述反应腔室10内的吹扫气体流速与所述反应腔室10内的压力之间的对应关系，即第一泵送信息；第二曲线32表示采用另一抽气泵对所述反应腔室10抽气时，传输至所述反应腔室10内的吹扫气体流速与所述反应腔室10内的压力之间的对应关系，即第二泵送信息。
举例来说，当所述预设压力为0.5Torr、传输至所述反应气腔室10的吹扫气体流速为6Slm时，采用所述第一抽气泵对所述反应腔室10抽气时，通过图3中的第一曲线31可知，无需再对所述反应腔室10充入补偿气体，则控制所述补偿气体的流速为0；而当所述预设压力同样为0.5Torr、传输至所述反应气腔室10的吹扫气体流速仍为6Slm时，采用所述第二抽气泵对所述反应腔室10抽气时，所述反应腔室10内的压力为0.4Torr，即低于所述预设压力，通过图3中的所述第二曲线可知32，当传输至所述反应腔室10内的吹扫气体流速为8Slm时，所述反应腔室10内的压力才能达到0.5Torr，因此，调节所述补偿气体的流速为2Slm，使得所述反应腔室10内的压力升高至0.5Torr。
优选的，所述存储器201还用于存储一基准泵的基准信息；所述基准信息为采用所述基准泵对所述反应腔室10抽气时，传输至所述反应腔室10内的吹扫气体流速与所述反应腔室10内的压力之间的对应关系信息；所述处理器202还用于判断在传输至所述反应腔室10内的吹扫气体流速相同时，与所述基准泵对应的反应腔室10压力是否低于与所述抽气泵11对应的反应腔室10压力，若否，则确认所述抽气泵11与所述反应腔室10不匹配。
具体来说，在对所述反应腔室10抽气之前，根据所述基准信息对所述抽气泵的性能进行判断，以进一步减少所述反应腔室10与所述抽气泵11的匹配时间，提高半导体制造工艺的效率。其中，所述基准泵优选为所述补偿气体的流速为0时，能够通过对所述反应腔室10抽气使所述反应腔室10内的压力达到预设压力的抽气泵。
优选的，所述基准信息与所述泵送信息均是在所述蝴蝶阀的阀板处于全开状态时测量得到的所述反应腔室10内的气体流速与所述反应腔室10内的压力之间的对应关系信息。
本具体实施方式在采用同一所述抽气泵11对所述反应腔室10抽气过程中，所述蝴蝶阀的阀板角度保持固定，不随所述反应腔室10内气体压力的变化而调整。在所述反应腔室10内所需的压力值不变时，所述蝴蝶阀的阀板角度保持固定；当所述反应腔室10内所需的压力值改变或者更换所述抽气泵后，则可以根据需要调整所述蝴蝶阀的阀板角度。同时，本具体实施方式中的所述泵送信息是在所述蝴蝶阀的阀板处于全开状态时测量得到，当所述蝴蝶阀的阀板为其他状态时，无需再次获取泵送信息，根据内插法计算即可得到。
优选的，所述补偿气体为氮气。此外，本领域技术人员还可以根据需要选择惰性气体作为吹扫气体。所述吹扫气体的类型优选与所述补偿气体的类型相同，例如所述吹扫气体与所述补偿气体均为氮气。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种压力调整方法，附图4是本发明具体实施方式中压力调整方法的流程图，采用本具体实施方式提供的压力调整方法进行压力控制时的结构示意图参见图1-图3。如图1-图4所示，本具体实施方式提供的压力调整方法，包括如下步骤：
步骤S41，提供一反应腔室10。所述反应腔室优选为原子层沉积工艺的反应腔室。
步骤S42，采用抽气泵11对所述反应腔室10抽气，并根据所述抽气泵11的泵送信息向所述反应腔室10注入补偿气体，使所述反应腔室10内的压力保持在预设压力。
优选的，在对所述反应气腔室10抽气之前还包括如下步骤：
开启连接于所述反应腔室10与所述抽气泵11之间的阀门12，连通所述反应腔室10与所述抽气泵11。所述阀门12优选为蝴蝶阀。
优选的，所述反应腔室内持续通入预设流速的吹扫气体；根据所述抽气泵11的泵送信息向所述反应腔室注入补偿气体的具体步骤包括：
获取所述泵送信息，所述泵送信息为采用所述抽气泵11对所述反应腔室10抽气时，传输至所述反应腔室10的吹扫气体流速与所述反应腔室10内的压力之间的对应关系信息；
从所述泵送信息中选择与所述预设压力匹配的所述反应腔室10内的吹扫气体流速，作为理论气体流速；
以所述理论气体流速与所述预设流速之差作为所述补偿气体的注入流速。
具体来说，在向所述反应腔室10通入预设流速的吹扫气体的同时，对所述反应腔室10抽气，利用所述吹扫气体在所述反应腔室10内的流动使所述反应腔室10内的压力降低。为了使得所述反应腔室10内的压力稳定在预设值，实现对所述反应腔室10内压力的准确控制，本具体实施方式根据所述抽气泵11的泵送信息向所述反应腔室10注入补偿气体，而不是根据所述反应腔室10内的压力实时调整所述阀门12的状态，因此，即使在所述反应腔室10内压力波动较大的情况下，也能对所述反应腔室10内的压力进行准确控制。
举例来说，如图3所示，以0.5Torr为预设压力、6Slm为预设流速，采用与第二曲线32表示的另一抽气泵对所述反应腔室10抽气时，要使得所述反应腔室10内达到0.5Torr的压力另一抽气泵的理论气体流速为8Slm，则所述补偿气体的注入流速为所述理论气体流速与所述预设流速之差，即2Slm。
优选的，本具体实施方式提供的压力调整方法还包括如下步骤：
提供一基准泵；
获取所述基准泵的基准信息，所述基准信息是采用所述基准泵对所述反应腔室10抽气时，传输至所述反应腔室的吹扫气体流速与所述反应腔室10内的压力之间的对应关系信息；
从所述基准信息中选择与所述预设流速匹配的所述反应腔室10内的压力，作为第一压力；
从所述泵送信息中选择与所述预设流速匹配的所述反应腔室内的压力，作为第二压力；
判断所述第一压力是否低于所述第二压力，若是，则确认所述抽气泵11与所述反应腔室10不匹配，更换所述抽气泵。
由于本具体实施方式是采用气体补偿的方式实现对所述反应腔室10内的压力调整，当所述抽气泵11的泵送性能太弱时，则不能达到对所述反应腔室10内压力调整的效果。因此，为了提高压力调整的效率，在对所述反应腔室10抽气之前，需要以所述基准泵为参考，对所述抽气泵11的性能进行判定。本具体实施方式中，所述基准泵优选为所述补偿气体的流速为0时，能够通过对所述反应腔室10抽气使所述反应腔室10内的压力达到预设压力的抽气泵。在其他具体实施方式中，也可以选择所述补偿气体的流速低于预设值时，能够通过对所述反应腔室10抽气使所述反应腔室10内的压力达到预设压力的抽气泵作为基准泵。
优选的，所述基准信息与所述泵送信息均是在所述阀门处于全开状态时，分别采用所述基准泵与所述抽气泵11对所述反应腔室10抽气获取的。
为了避免所述阀门开合状态的调整影响所述反应腔室10内部压力调整的准确度，优选的，根据所述抽气泵的泵送信息向所述反应腔室注入补偿气体的具体步骤包括：
沿气体自所述反应腔室10流向所述抽气泵11的方向，于所述阀门12的下游向所述反应腔室10内注入所述补偿气体。
本具体实施方式提供的压力调整装置及压力调整方法，能够直接根据抽气泵的泵送信息，调整向反应腔室内补充气体的流速，实现对抽气泵泵送性能的补偿，提高了对反应腔室内压力控制的准确度，改善了半导体工艺制程的质量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压力调整装置，其特征在于，包括：
排气部，包括抽气泵、以及用于连通反应腔室与所述抽气泵的排气管，所述反应腔室内持续通入预设流速的吹扫气体；
注入部，连通所述排气管，用于自所述排气管向所述反应腔室内注入补偿气体；
控制部，用于根据所述抽气泵的泵送信息调整所述注入部注入所述补偿气体的流速，使得所述反应腔室内的压力达到预设压力，所述泵送信息为采用所述抽气泵对所述反应腔室抽气时，传输至所述反应腔室的吹扫气体流速与所述反应腔室内的压力之间的对应关系信息；根据所述抽气泵的泵送信息调整所述注入部注入所述补偿气体的流速是指，从所述泵送信息中选择与所述预设压力匹配的所述反应腔室内的吹扫气体流速，作为理论气体流速，并以所述理论气体流速与所述预设流速之差作为所述补偿气体的注入流速。
2.根据权利要求1所述的压力调整装置，其特征在于，所述排气部还包括安装于所述排气管中的控制阀，所述控制阀用于控制所述排气管与所述反应腔室的连通状态。
3.根据权利要求2所述的压力调整装置，其特征在于，所述控制阀为蝴蝶阀。
4.根据权利要求3所述的压力调整装置，其特征在于，所述控制部连接所述蝴蝶阀，用于将所述蝴蝶阀的阀板调整至全开状态至全闭状态之间的任意状态。
5.根据权利要求3所述的压力调整装置，其特征在于，所述注入部包括注入管，所述注入管连通位于所述抽气泵与所述蝴蝶阀之间的排气管。
6.根据权利要求5所述的压力调整装置，其特征在于，所述控制部包括：
存储器，用于存储所述泵送信息；
处理器，用于根据所述泵送信息调整所述注入部注入所述补偿气体的流速。
7.根据权利要求6所述的压力调整装置，其特征在于，所述存储器还用于存储一基准泵的基准信息；所述基准信息为采用所述基准泵对所述反应腔室抽气时，传输至所述反应腔室的吹扫气体流速与所述反应腔室内的压力之间的对应关系信息；
所述处理器还用于判断在传输至所述反应腔室的吹扫气体流速相同时，与所述基准泵对应的反应腔室压力是否低于与所述抽气泵对应的反应腔室压力，若否，则确认所述抽气泵与所述反应腔室不匹配。
8.根据权利要求7所述的压力调整装置，其特征在于，所述基准信息与所述泵送信息均是在所述蝴蝶阀的阀板处于全开状态时测量得到的传输至所述反应腔室的吹扫气体流速与所述反应腔室内的压力之间的对应关系信息。
9.根据权利要求1所述的压力调整装置，其特征在于，所述补偿气体为氮气或者惰性气体。
10.根据权利要求1所述的压力调整装置，其特征在于，所述反应腔室为原子层沉积工艺的反应腔室。
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