CN111243978B - 半导体加工设备和半导体加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体加工设备和半导体加工方法,属于半导体加工技术领域,其可至少部分解决现有的半导体加工设备中工艺腔室出气口附近区域易产生颗粒沉积的问题。本发明的半导体加工设备中工艺腔室包括进气口,反应气体产生装置包括出气口,反应气体存储装置包括进气口和出气口;反应气体产生装置用于产生第一反应气体,反应气体存储装置用于存储第一反应气体;第一携带气体管路与工艺腔室的进气口连通,反应气体产生装置的出气口通过第一阀门与反应气体存储装置的进气口可通断地连通,反应气体存储装置的出气口通过第二阀门与第一携带气体管路靠近工艺腔室的一端可通断地连通。
Description
技术领域
本发明属于半导体加工技术领域,具体涉及一种半导体加工设备和半导体加工方法。
背景技术
现有的半导体加工设备中,在进行薄膜沉积时,常需要臭氧气体作为反应气体。由于臭氧从开始产生到品质达到工艺要求需要一定时间,故臭氧通常是不断产生的。当工艺腔室内需要臭氧时,臭氧的产生装置将臭氧通入工艺腔室,当工艺腔室内不需要臭氧时,臭氧的产生装置将臭氧改为将臭氧通向工艺腔室的出气口所连的管路。工艺腔室的出气口所连的管路通常都会再连接抽气装置,从而可以利用这个抽气装置将不需要进入工艺腔室的臭氧抽走。
当臭氧从通入工艺腔室的进气口切换为通向工艺腔室的出气口所连的管路时,会在工艺腔室的出气口附近造成臭氧的倒灌,从而容易在工艺腔室的出气口附近发生化学反应,造成颗粒物沉积。
发明内容
本发明至少部分解决现有的半导体加工设备中工艺腔室出气口附近区域易产生颗粒沉积的问题,提供一种半导体加工设备和半导体加工方法。
本发明提供一种半导体加工设备,包括工艺腔室、反应气体产生装置、反应气体存储装置、第一携带气体管路,所述工艺腔室包括进气口,所述反应气体产生装置包括出气口,所述反应气体存储装置包括进气口和出气口;所述反应气体产生装置用于产生第一反应气体,所述反应气体存储装置用于存储第一反应气体;所述第一携带气体管路与所述工艺腔室的进气口连通,所述反应气体产生装置的出气口通过第一阀门与所述反应气体存储装置的进气口可通断地连通,所述反应气体存储装置的出气口通过第二阀门与所述第一携带气体管路靠近所述工艺腔室的一端可通断地连通。
可选地,所述半导体加工设备还包括第三阀门;所述第三阀门的进气端与所述第一阀门的进气端共同连通于所述反应气体产生装置的出气口;所述第三阀门的出气端与所述第二阀门的出气端相连通。
可选地,所述工艺腔室上还连通有第一出气管路,所述第一出气管路上还设置有第四阀门,所述半导体加工设备还包括抽气装置,所述抽气装置与所述第一出气管路的末端连通。
可选地,所述第三阀门的出气端通过第五阀门与所述第四阀门和所述抽气装置之间的所述第一出气管路相连通。
可选地,所述反应气体存储装置还包括压力检测部件,所述压力检测部件用于检测所述反应气体存储装置内第一反应气体的压强。
可选地,所述反应气体存储装置还包括温控部件,所述温控部件用于控制所述反应气体存储装置内第一反应气体的温度。
可选地,所述反应气体产生装置用于产生臭氧气体,所述反应气体存储装置用于存储臭氧气体。
可选地,所述半导体加工设备还包括源瓶和第二携带气体管路,所述第二携带气体管路与所述工艺腔室连通,所述源瓶包括进气口和出气口,所述源瓶的进气口和所述第二携带气体管路均用于通入第二携带气体,所述源瓶的出气口与所述第二携带气体管路靠近所述工艺腔室的一端可通断地连通。
可选地,所述半导体加工设备为原子层沉积设备。
本发明还提供一种半导体加工方法,应用于上述的半导体加工设备,该半导体加工方法包括:控制所述反应气体产生装置产生第一反应气体,并打开所述第一阀门以将所述反应气体产生装置产生的预定量的第一反应气体存储在所述反应气体存储装置中,随后关闭所述第一阀门;向所述第一携带气体管路中通入第一携带气体,以对所述工艺腔室进行吹扫;在所述吹扫步骤完成后,
保持向所述第一携带气体管路通入所述第一携带气体,并打开所述第二阀门以将第一反应气体与所述第一携带气体混合后通入所述工艺腔室。
本发明实施例提供了一种半导体加工设备及加工方法,该半导体加工设备的反应气体产生装置所产生的第一反应气体可以被存储在反应气体存储装置中。当工艺腔室内需要通入第一反应气体时,可打开第二阀门,从而由第一携带气体管路内的第一携带气体携带着第一反应气体进入反应腔室。当工艺腔室内不需要通入第一反应气体时,关闭第二阀门即可。从而在向工艺腔室通入第一反应气体和停止向工艺腔室通入第一反应气体两种状态切换时,无需如现有技术那样将持续产生的第一反应气体改为通向抽气装置而在工艺腔室的出气口附近产生负压,从而避免了工艺腔室的出气口附近产生第一反应气体的倒灌,也就避免了工艺腔室的出气口附近的颗粒沉积。当然这样也减少了第一反应气体的浪费,以及降低了对第一反应气体进行无害化处理的成本。
附图说明
图1为本发明的实施例的一种原子层沉积设备的结构示意图。
图2为图1所示原子层沉积设备的工作流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的实施例提供一种半导体加工设备,参见图1,包括工艺腔室1、反应气体产生装置2、反应气体存储装置3、第一携带气体管路P2,工艺腔室1包括进气口11,反应气体产生装置2包括出气口22,反应气体存储装置3包括进气口31和出气口32;反应气体产生装置2用于产生第一反应气体,反应气体存储装置3用于存储第一反应气体;第一携带气体管路P2与工艺腔室1的进气口11连通,反应气体产生装置2的出气口22通过第一阀门V1与反应气体存储装置3的进气口31可通断地连通,反应气体存储装置3的出气口32通过第二阀门V2与第一携带气体管路P2靠近工艺腔室1的一端可通断地连通。
反应气体产生装置2可以一次产生足量的第一反应气体并通过开启第一阀门V1而将第一反应气体保存在反应气体存储装置3内。反应气体产生装置2进行反应的原料从其进气口21通入。当然该进气口21也可能是进料口,即该原料可能是气体,也可能是液体或固体。当工艺腔室1内需要通入第一反应气体时,可开启第二阀门V2使反应气体存储装置3与工艺腔室1连通,从而第一反应气体流入工艺腔室1内。如第一反应气体需要第一携带气体的稀释,那么可以通过向第一携带气体管路P2通入第一携带气体,其与第一反应气体在第二阀门V2与第一携带气体管路P2的连接处汇合后再通入反应腔室1。当然,该汇合位置也可以是工艺腔室1的进气口11位置处。在该半导体加工设备处于工作状态期间,当工艺腔室1内不需要第一反应气体时,只需关闭反应气体存储装置3的出气口32(即关闭第二阀门V2)即可,而无需像现有技术那样将不需要的第一反应气体排出,从而在向工艺腔室1内通入第一反应气体和不通入第一反应气体两种状态切换时,不会如现有技术那样在工艺腔室1的出气口附近发生第一反应气体的倒灌,也就避免了工艺腔室1的出气口附近产物颗粒沉积。
可选地,半导体加工设备还包括第三阀门V3;第三阀门V3的进气端与第一阀门V1的进气端共同连通于反应气体产生装置2的出气口22;第三阀门V3的出气端与第二阀门V2的出气端相连通。
第三阀门V3的引入是使得反应气体产生装置2产生的第一反应气体能够流入反应气体存储装置3也能够不流入反应气体存储装置3。这样可以保证当反应气体产生装置2产生的第一反应气体品质不达标时,这些不达标的反应气体并不会存储到反应气体存储装置3中。
可选地,工艺腔室1上还连通有第一出气管路P1,第一出气管路P1上还设置有第四阀门V4,半导体加工设备还包括抽气装置4,抽气装置4与第一出气管路的末端连通。
第一出气管路P1的一端连接在工艺腔室1的出气口处,另一端(也就是末端)连通抽气装置4。从而抽气装置4可以抽取工艺腔室1内的废气等。第四阀门V4的作用是控制工艺腔室1与抽气装置4之间的通断。
可选地,第三阀门V3的出气端通过第五阀门V5与第四阀门V4与抽气装置4之间的第一出气管路P1相连通。
如此设置,抽气装置4可通过第五阀门V5、第三阀门V3将反应气体产生装置2所产生的不达标的第一反应气体抽走。
可选地,反应气体存储装置3还包括压力检测部件33,压力检测部件33用于检测反应气体存储装置3内第一反应气体的压强。
如此设置,可实时监控反应气体存储装置3内第一反应气体的储量,当该储量不足时,可继续向反应气体存储装置3内充入第一反应气体。
可选地,反应气体存储装置3还包括温控部件34,温控部件34用于控制反应气体存储装置3内第一反应气体的温度。
这主要是因为温度对第一反应气体的稳定性会造成影响。例如温度越高臭氧的寿命越短。温控部件34检测并控制反应气体存储装置3内第一反应气体的温度,可以有效管控第一反应气体的寿命。
具体地,反应气体存储装置3的储气部分的外壳可以是不锈钢等热传导性较好的材料构成,从而方便对其温度进行控制。对于第一反应气体为臭氧的情况,臭氧的温度优选控制在小于或等于20℃。
可选地,反应气体产生装置2用于产生臭氧气体,反应气体存储装置3用于存储臭氧气体。
可选地,半导体加工设备为原子层沉积设备。这是由于现有的原子层沉积设备存在因抽走不需要的反应气体而造成工艺腔室1气体倒灌的问题,可应用以上方案进行改进。当然,其他类型的半导体加工设备如果也存在类似问题,也可应用本发明所提供的方案。
可选地,半导体加工设备还包括源瓶5和第二携带气体管路P3,第二携带气体管路P3与工艺腔室1连通,源瓶5包括进气口51和出气口52,源瓶5的进气口51和第二携带气体管路P3均用于通入第二携带气体,源瓶5的出气口52与第二携带气体管路P3靠近工艺腔室1的一端可通断地连通。
以上述半导体加工设备为原子层沉积设备为例,反应前驱物可以是第一反应气体,存储在反应气体存储装置3中;反应前驱物也可以是液体状态,存储在源瓶5中,由诸如氮气的第二携带气体将反应前驱物带入工艺腔室1。
第二携带气体可以通过第六阀门V6、源瓶5、第七阀门V7之后与从流量计61中流入的第二携带气体汇合之后再流入工艺腔室1。
本发明的实施例还提供一种半导体加工方法,应用于上述的半导体加工设备,该半导体加工方法包括如下步骤。
首先,控制反应气体产生装置2产生第一反应气体,并使反应气体产生装置2的出气口22与反应气体存储装置3的进气口31之间导通(即开启第一阀门V1)以将反应气体产生装置2产生的预定量的第一反应气体存储在反应气体存储装置3中。
之后,向第一携带气体管路P2中通入第一携带气体,以对工艺腔室1进行吹扫。
随后,在上述吹扫步骤完成,保持向第一携带气体管路P2通入第一携带气体,并打开第二阀门V2以将第一反应气体与第一携带气体混合后通入工艺腔室1。
由于不需要实时地产生第一反应气体,也就避免了浪费,节省了对第一反应气体进行无害化处理的成本。也不会如现有技术那样在工艺腔室1的出气管路P1及工艺腔室1内产生颗粒沉积。
参见图2,以下以图1所示原子层沉积设备沉积Al2O3薄膜的工艺介绍具体的工艺步骤。
第一步为反应气体产生装置2的准备阶段。反应气体产生装置2具体为臭氧发生器。氧气经流量计64被充入臭氧发生器。臭氧发生器的交流电源开启,氧气分子破解并合成臭氧分子。此时臭氧浓度不足,臭氧经第三阀门V3、第五阀门V5被抽气装置4抽走。该步骤中,第一阀门V1、第二阀门V2关闭。
第二步为反应气体存储装置3的储气阶段。臭氧发生器生成的臭氧存储到反应气体存储装置3内,该步骤中第一阀门V1开启,第二阀门V2、第三阀门V3、第五阀门V5关闭。
随后将待加工的晶圆放入工艺腔室1的载品台12上,进入原子层沉积工艺的各个工艺步骤。
第三步为将前驱物三甲基铝通入工艺腔室1。具体地,第六阀门V6、第七阀门V7开启,第八阀门V8关闭,氮气从源瓶5内流过,携带三甲基铝并汇合从流量计61流出的氮气一起进入工艺腔室1。
第四步为吹扫三甲基铝流经的管路以及工艺腔室1。具体地,第六阀门V6、第七阀门V7关闭,第八阀门V8开启,从流量计61、62流入的氮气在第三管道P3的末端汇合后进入工艺腔室1,并最后由抽气装置4抽走。
第五步为将前驱物臭氧通入工艺腔室1。具体地,仅第二阀门V2开启,反应气体存储装置3内存储的臭氧进入工艺腔室1。臭氧与晶圆上附着的三甲基铝发生化学反应。
第六步为吹扫臭氧流经的管路以及工艺腔室1。具体地,氮气经流量计63流入工艺腔室1。
以上第三步到第六步循环进行,当沉积设定厚度的Al2O3后,将晶圆移除工艺腔室1。
随后将下一片晶圆放入工艺腔室1,再次循环执行第三步到第六步。
当压力检测部件33检测到反应气体存储装置3内臭氧压力足时,再次执行第一步和第二步,向反应气体存储装置3内充入符合标准的臭氧。
当半导体加工设备需要停机维护或者反应气体存储装置1内的臭氧的存储时间超出使用寿命时,需要对反应气体存储装置3内的臭氧进行清空。具体地,开启第二阀门V2和第五阀门V5,关闭第一阀门V1和第三阀门V3,抽气装置4将反应气体存储装置3内的臭氧抽走。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种半导体加工设备,其特征在于,包括工艺腔室、反应气体产生装置、反应气体存储装置、第一携带气体管路,所述工艺腔室包括进气口,所述反应气体产生装置包括出气口,所述反应气体存储装置包括进气口和出气口;
所述反应气体产生装置用于产生第一反应气体,所述反应气体存储装置用于存储第一反应气体;
所述第一携带气体管路与所述工艺腔室的进气口连通,所述反应气体产生装置的出气口通过第一阀门与所述反应气体存储装置的进气口可通断地连通,所述反应气体存储装置的出气口通过第二阀门与所述第一携带气体管路靠近所述工艺腔室的一端可通断地连通。
2.根据权利要求1所述的半导体加工设备,其特征在于,所述半导体加工设备还包括第三阀门;
所述第三阀门的进气端与所述第一阀门的进气端共同连通于所述反应气体产生装置的出气口;
所述第三阀门的出气端与所述第二阀门的出气端相连通。
3.根据权利要求2所述的半导体加工设备,其特征在于,所述工艺腔室上还连通有第一出气管路,所述第一出气管路上还设置有第四阀门,所述半导体加工设备还包括抽气装置,所述抽气装置与所述第一出气管路的末端连通。
4.根据权利要求3所述的半导体加工设备,其特征在于,所述第三阀门的出气端通过第五阀门与所述第四阀门和所述抽气装置之间的所述第一出气管路相连通。
5.根据权利要求1所述的半导体加工设备,其特征在于,所述反应气体存储装置还包括压力检测部件,所述压力检测部件用于检测所述反应气体存储装置内第一反应气体的压强。
6.根据权利要求1所述的半导体加工设备,其特征在于,所述反应气体存储装置还包括温控部件,所述温控部件用于控制所述反应气体存储装置内第一反应气体的温度。
7.根据权利要求1所述的半导体加工设备,其特征在于,所述反应气体产生装置用于产生臭氧气体,所述反应气体存储装置用于存储臭氧气体。
8.根据权利要求1所述的半导体加工设备,其特征在于,所述半导体加工设备还包括源瓶和第二携带气体管路,所述第二携带气体管路与所述工艺腔室连通,所述源瓶包括进气口和出气口,所述源瓶的进气口和所述第二携带气体管路均用于通入第二携带气体,所述源瓶的出气口与所述第二携带气体管路靠近所述工艺腔室的一端可通断地连通。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的半导体加工设备,其特征在于,所述半导体加工设备为原子层沉积设备。
10.一种半导体加工方法,其特征在于,应用于根据权利要求1-9任意一项所述的半导体加工设备,该半导体加工方法包括:
控制所述反应气体产生装置产生第一反应气体,并打开所述第一阀门以将所述反应气体产生装置产生的预定量的第一反应气体存储在所述反应气体存储装置中,随后关闭所述第一阀门;
向所述第一携带气体管路中通入第一携带气体,以对所述工艺腔室进行吹扫;
在所述吹扫步骤完成后,保持向所述第一携带气体管路通入所述第一携带气体,并打开所述第二阀门以将第一反应气体与所述第一携带气体混合后通入所述工艺腔室。
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