CN112283590A - 一种用于制造半导体的化学品供应系统及其工作方法 - Google Patents

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戴志超
叶国梁
沈琦
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Abstract

本发明公开了一种用于制造半导体的化学品供应系统，包括完全相同的至少两套供应设备以及和每套供应设备化学药品罐的出口连接的沉积腔，每套供应设备包括一个用于储存需要进行沉积的化学药品的化学药品罐，化学药品罐内具有能够实施检测罐内药品余量的传感器，化学药品罐的进口同时连接到另一个化学药品罐的出口以及当前套供应设备的载气罐出气口，载气罐的进气口和空压机连接。一个化学药品罐的进口和另一个化学药品罐的出口连接的共用管路上设有至少一个截止阀。本发明还公开了此种供应系统的工作方法。采用本发明的设计方案，能够使得化学药品罐的药品被完全用光，实现0残留，降低生产成本。

Description

一种用于制造半导体的化学品供应系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种化学品供应系统，特别是一种用于制造半导体的化学品供应系统。
背景技术
外延工程(epitaxy)是制造半导体、LED、Solar Cell等工程中的一种，是为了在单晶硅上放置各种半导体相关材料而采用的一种薄膜覆盖硅表面的上涂层工艺。是固定各个材料在特定位置的基础性工程。一般的外延层可以是同质外延层，也可以是异质外延。但是氧化膜、氮化膜等被绝缘膜盖住就不会有外延生长。
使用特殊气体化学沉积涂层物质的工程叫CVD(Chemical Vapor Deposition)。
具体的说，外延工程可分为在低压环境中与特殊气体产生化学反应沉积的LPCVD(Low Pressure CVD)，在一般大气压环境中沉积的APCVD(Atmospheric Pressure CVD)，在高压环境中沉积的HPCVD(High Pressure CVD)，用高电压产生等离子沉积的PECVD(PlasmaEnhanced CVD)，沉积镓、磷、铝等有机金属物的MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)等。
此工程使用TEOS、TiCL4、TMA、LTO520、TEMAZr、TEMAHf、HBO、4MS、3MS、TEB、TEPO等化学药品(特殊药液)。载气(carrier gas)使用高纯度的氩气(Ar)、氦气(He)、氢气(H2)、氮气(N2)等。
跟氩气一样的载气，在泵的作用下给需要沉积的化学药品推进力，使其可以流动。
化学药品在沉积腔内部使用于半导体电路模式的沉积。
为了正常的形成半导体电路模式，供应到沉积腔的化学药品是绝对不能中断。虽然化学药品罐内还剩余一定量的化学药品，但是考虑到切换成第二个供应线所需要的时间，在花絮药品罐内的花絮药品用尽之前，需要切换供应线。因未用尽化学药品罐内的化学药品，所以会造成制造半导体的成本提高的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有的半导体供应系统一般采用单套形式，当到达的化学药品罐不足以完成沉积时，需要先将多个尺寸较小的化学药品罐中药品通过系统转移到尺寸较大的化学药品罐，费事费力，提高了生产成本的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于制造半导体的化学品供应系统，包括完全相同的至少两套供应设备以及和每套供应设备化学药品罐的出口连接的沉积腔，每套供应设备包括一个用于储存需要进行沉积的化学药品的化学药品罐，化学药品罐内具有能够实施检测罐内药品余量的传感器，化学药品罐的进口同时连接到另一个化学药品罐的出口以及当前套供应设备的载气罐出气口，载气罐的进气口和空压机连接；一个化学药品罐的进口和另一个化学药品罐的出口连接的共用管路上设有至少一个截止阀。
沉积腔只是一种选择方式，在本领域内，可以更改为其他需要进行化学处理的腔体。
进一步地，每套供应设备中，沿空压机压送气体方向，载气罐到化学药品罐的管路上设有截止阀。
进一步地，每套供应设备中，沿空压机压送气体方向，化学药品罐到沉积腔的管路上设有截止阀。
进一步地，每套供应设备中，截止阀设置于化学药品罐的进口管路所形成的到载气罐的支路上。
使得各截止阀功能互不影响。
进一步地，每套供应设备中，截止阀设置于化学药品罐的出口管路所形成的到沉积腔的支路上。
使得各截止阀功能互不影响。
进一步地，所述截止阀为电磁阀，所有的电磁阀和设置于化学药品罐中的传感器均连接到同一个控制器。
进一步地，沿空压机压送气体方向，每个电磁阀后方的管路内设置设有一个用于在管路内形成螺旋气流的垫片。
进一步地，所述垫片沿管路延伸方向的截面设置，在垫片靠近中心的周向设有均匀分布的贯穿垫片的通孔，所述通孔的通孔壁沿垫片的厚度方向呈楔形，楔形的朝向均为沿同样的周向方向。
一种用于制造半导体的化学品供应系统的工作方法，包括以下步骤：
1)当需要在沉积腔中沉积化学药品时，通过控制器打开任意一套供应设备的载气罐到化学药品罐的截止阀以及化学药品罐到沉积腔的截止阀，关闭当前化学药品罐到另一个化学药品罐的截止阀；
2)打开空压机，压送载气罐中气体，进一步地使得气体推动化学药品罐中化学药品输送到沉积腔；
3)当传感器获取到正在输送的化学药品罐中化学药品余量不足时，控制器控制关闭当前化学药品罐到沉积腔的截止阀，打开当前化学药品罐到另一个化学药品罐的截止阀，并同时打开另一个化学药品罐到沉积腔的截止阀；
4)当前空压机继续压送气体，并进一步地使得当前化学药品罐中残留药品输送到另一个化学药品罐，另一个化学药品罐中药品被输送到沉积腔；
5)当沉积完成后，关闭所有的截止阀，并更换已经清除了所有残留药品的化学药品罐，然后打开未更换化学药品罐的供应设备的载气罐到化学药品罐的截止阀以及化学药品罐到沉积腔的截止阀，回到步骤1)，进行下一轮的沉积操作。
进一步地，所述载气罐中气体为氩气、氦气、氢气或氮气中任意一种。
有益效果：本发明与现有技术相比：
采用本发明的设计方案，因没有浪费或扔掉用于半导体沉积化学药品，并完全使用到用尽化学药品为止，所以控制了制造半导体的化学药品供应的成本。
在管道中采用能够形成螺旋的垫片，首先由于垫片上流体能够通过的截面小于管路的截面，使得垫片后能够形成喷溅型的气体或液体，在气体或液体流量较足的情况下，能够提高垫片后气体或液体的流速，同时形成螺旋形的前进状态，使得化学药品不易附着于罐壁上。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明管路处安装垫片的结构示意图；
图4为本发明安装的垫片单个通孔的剖面示意图；
图5为本发明安装垫片后，在垫片后方气体或液体形成螺旋前进状态的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1
如图1所示，一种用于制造半导体的化学品供应系统，包括完全相同的两套供应设备以及和每套供应设备化学药品罐的出口连接的沉积腔1，每套供应设备包括一个用于储存需要进行沉积的化学药品的化学药品罐2，化学药品罐2内具有能够实施检测罐内药品余量的传感器3，化学药品罐2的进口同时连接到另一个化学药品罐2的出口以及当前套供应设备的载气罐4出气口，载气罐4的进气口和空压机5连接；一个化学药品罐2的进口和另一个化学药品罐2的出口连接的共用管路上设有至少一个截止阀P。
沉积腔只是一种选择方式，在本领域内，可以更改为其他需要进行化学处理的腔体。
每套供应设备中，沿空压机5压送气体方向，载气罐4到化学药品罐2的管路上设有截止阀P。
每套供应设备中，沿空压机5压送气体方向，化学药品罐2到沉积腔1的管路上设有截止阀P。
截止阀P为电磁阀，所有的电磁阀和设置于化学药品罐2中的传感器3均连接到同一个控制器(未图示)。
所述控制器可以采用PLC控制，也可以采用单片机控制，采用最基本的89C51单片机即可实现本申请中获取数据，并进行阀门开闭的基本操作。
化学药品罐中的药品能够被完全排空。
采用此种设计方案，载气罐到化学药品罐的主路上如果设置了截止阀，就会和到另一个化学药品罐的截止阀产生功能冲突，在同时打开两个截止阀后，相当于同时通过两套设备输送化学药品，空压机所需的功率需要增大，浪费能源。
实施例2
如图2所示，一种用于制造半导体的化学品供应系统，包括完全相同的至少两套供应设备以及和每套供应设备化学药品罐的出口连接的沉积腔1，每套供应设备包括一个用于储存需要进行沉积的化学药品的化学药品罐2，化学药品罐2内具有能够实施检测罐内药品余量的传感器3，化学药品罐2的进口同时连接到另一个化学药品罐2的出口以及当前套供应设备的载气罐4出气口，载气罐4的进气口和空压机5连接；一个化学药品罐2的进口和另一个化学药品罐2的出口连接的共用管路上设有至少一个截止阀P。
每套供应设备中，沿空压机5压送气体方向，载气罐4到化学药品罐2的管路上设有截止阀P。
每套供应设备中，沿空压机5压送气体方向，化学药品罐2到沉积腔1的管路上设有截止阀P。
每套供应设备中，截止阀P设置于化学药品罐2的进口管路所形成的到载气罐4的支路上。
使得各截止阀功能互不影响。
每套供应设备中，截止阀P设置于化学药品罐2的出口管路所形成的到沉积腔1的支路上。
使得各截止阀功能互不影响。
截止阀P为电磁阀，所有的电磁阀和设置于化学药品罐2中的传感器3均连接到同一个控制器。
化学药品罐中的药品能够被完全排空。
各截止阀功能独立，输送到沉积腔的开闭，不影响输送到另一个化学药品罐的开闭。
由于未设置能够形成螺旋气流或液体的垫片，使得在清洗当前管路内壁时，可以发现在内壁中仍然会附着少许的化学药品，导致浪费。
实施例3
相对于实施例2，在管路中增加了垫片的设计，其他不变。
沿空压机5压送气体方向，每个电磁阀后方的管路内设置设有一个用于在管路内形成螺旋气流的垫片6。
垫片6沿管路延伸方向的截面设置，在垫片靠近中心的周向设有均匀分布的贯穿垫片6的通孔7，所述通孔7的通孔壁沿垫片6的厚度方向呈楔形，楔形的朝向均为沿同样的周向方向。
化学药品罐中的药品能够被完全排空。
各截止阀功能独立，输送到沉积腔的开闭，不影响输送到另一个化学药品罐的开闭。
由于设置能够形成螺旋气流或液体的垫片，使得在清洗当前管路内壁时，可以发现在内壁中相对于实施例3中附着的化学药品量更少，几乎看不到化学药品附着，节约了化学药品，降低了生产成本。
实施例4
一种用于制造半导体的化学品供应系统的工作方法，包括以下步骤：
1)当需要在沉积腔1中沉积化学药品时，通过控制器打开任意一套供应设备的载气罐4到化学药品罐2的截止阀P以及化学药品罐2到沉积腔1的截止阀P，关闭当前化学药品罐2到另一个化学药品罐2的截止阀P；
2)打开空压机5，压送载气罐4中气体，进一步地使得气体推动化学药品罐2中化学药品输送到沉积腔1；
3)当传感器3获取到正在输送的化学药品罐2中化学药品余量不足时，控制器控制关闭当前化学药品罐2到沉积腔1的截止阀P，打开当前化学药品罐2到另一个化学药品罐2的截止阀P，并同时打开另一个化学药品罐2到沉积腔1的截止阀P；
4)当前空压机5继续压送气体，并进一步地使得当前化学药品罐2中残留药品输送到另一个化学药品罐2，另一个化学药品罐2中药品被输送到沉积腔1；
5)当沉积完成后，关闭所有的截止阀P，并更换已经清除了所有残留药品的化学药品罐2，然后打开未更换化学药品罐2的供应设备的载气罐4到化学药品罐2的截止阀P以及化学药品罐2到沉积腔1的截止阀P，回到步骤1)，进行下一轮的沉积操作。
载气罐4中气体为氩气、氦气、氢气或氮气中任意一种。

Claims (10)

1.一种用于制造半导体的化学品供应系统，其特征在于：包括完全相同的至少两套供应设备以及和每套供应设备化学药品罐的出口连接的沉积腔，每套供应设备包括一个用于储存需要进行沉积的化学药品的化学药品罐，化学药品罐内具有能够实施检测罐内药品余量的传感器，化学药品罐的进口同时连接到另一个化学药品罐的出口以及当前套供应设备的载气罐出气口，载气罐的进气口和空压机连接；一个化学药品罐的进口和另一个化学药品罐的出口连接的共用管路上设有至少一个截止阀。
2.根据权利要求1所述的用于制造半导体的化学品供应系统，其特征在于：每套供应设备中，沿空压机压送气体方向，载气罐到化学药品罐的管路上设有截止阀。
3.根据权利要求1所述的用于制造半导体的化学品供应系统，其特征在于：每套供应设备中，沿空压机压送气体方向，化学药品罐到沉积腔的管路上设有截止阀。
4.根据权利要求2所述的用于制造半导体的化学品供应系统，其特征在于：每套供应设备中，截止阀设置于化学药品罐的进口管路所形成的到载气罐的支路上。
5.根据权利要求2所述的用于制造半导体的化学品供应系统，其特征在于：每套供应设备中，截止阀设置于化学药品罐的出口管路所形成的到沉积腔的支路上。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的用于制造半导体的化学品供应系统，其特征在于：所述截止阀为电磁阀，所有的电磁阀和设置于化学药品罐中的传感器均连接到同一个控制器。
7.根据权利要求6所述的用于制造半导体的化学品供应系统，其特征在于：沿空压机压送气体方向，每个电磁阀后方的管路内设置设有一个用于在管路内形成螺旋气流的垫片。
8.根据权利要求7所述的用于制造半导体的化学品供应系统，其特征在于：所述垫片沿管路延伸方向的截面设置，在垫片靠近中心的周向设有均匀分布的贯穿垫片的通孔，所述通孔的通孔壁沿垫片的厚度方向呈楔形，楔形的朝向均为沿同样的周向方向。
9.一种如权利要求1所述的用于制造半导体的化学品供应系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)当需要在沉积腔中沉积化学药品时，通过控制器打开任意一套供应设备的载气罐到化学药品罐的截止阀以及化学药品罐到沉积腔的截止阀，关闭当前化学药品罐到另一个化学药品罐的截止阀；
2)打开空压机，压送载气罐中气体，进一步地使得气体推动化学药品罐中化学药品输送到沉积腔；
3)当传感器获取到正在输送的化学药品罐中化学药品余量不足时，控制器控制关闭当前化学药品罐到沉积腔的截止阀，打开当前化学药品罐到另一个化学药品罐的截止阀，并同时打开另一个化学药品罐到沉积腔的截止阀；
4)当前空压机继续压送气体，并进一步地使得当前化学药品罐中残留药品输送到另一个化学药品罐，另一个化学药品罐中药品被输送到沉积腔；
5)当沉积完成后，关闭所有的截止阀，并更换已经清除了所有残留药品的化学药品罐，然后打开未更换化学药品罐的供应设备的载气罐到化学药品罐的截止阀以及化学药品罐到沉积腔的截止阀，回到步骤1)，进行下一轮的沉积操作。
10.根据权利要求9所述的用于制造半导体的化学品供应系统的工作方法，其特征在于：所述载气罐中气体为氩气、氦气、氢气或氮气中任意一种。
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