CN201194219Y - 半导体器件制作设备以及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种半导体器件制作设备，包括反应室；通过连接管与反应室连接的控制阀；恒压室，所述控制阀通过管道与恒压室连通；用于检测反应室压力的压力计；通过管道与恒压室相连的调压装置，所述调压装置与大气环境连通。本实用新型还提供一种半导体器件制作系统，包括，一个以上的半导体器件制作设备，与所述一个以上的半导体器件制作设备分别连通的恒压室，用于检测恒压室压力的压力计，通过管道与恒压室相连的调压装置，所述调压装置与大气环境连通。所述的半导体器件制作设备以及系统在不改变现有的半导体器件制作设备的基础上，保持反应室内压力的稳定，提高了形成的栅介质层的厚度均匀性。

Description

半导体器件制作设备以及系统

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体器件制作设备。

背景技术

半导体制作的主要工艺就是在晶圆内制作若干MOSFET晶体管，而栅介质层是MOSFET晶体管制作工艺中最重要的工艺之一，直接决定了晶体管的性能。因此在集成电路制造业中对栅介质层的质量要求很高，例如要求具有比较薄的栅介质层，而且要求栅介质层的厚度均匀分布。目前栅介质层的制作方法很多，比如申请号为200610001049.4的中国专利申请给出的栅介质层的制作方法，目的即在于控制栅介质层的厚度均匀性。

随着整个半导体器件的尺寸越来越小，栅介质层的厚度也越做越薄，对厚度均匀性的要求也越来越高。现有技术中，通常采用炉管(furnace)设备制作栅介质层，制作过程需要炉管中保持700摄氏度至950摄氏度的高温，以及700torr至900torr(1torr＝13Pa)的高压状态，形成的栅介质层的厚度通常在

至通常情况下，要求栅介质层的厚度变化能够控制在

以下，最多，不能超过

在采用炉管制作栅介质层的工艺中，栅介质层的增长速度与反应室的压力成正比例，因此，形成的栅介质层的厚度也随着反应室的压力变化而变化根据经验，反应室的压力变化10torr，栅介质层的厚度会产生

的波动。这种波动会对半导体器件例如晶体管的性能产生很大的影响。

现有技术的半导体器件制作设备结构如附图1所示，图中所示设备为炉管，包括反应室10，控制阀12通过连接管11与反应室10连接，所述的控制阀12通过调节阀门开合的大小控制反应室10内的压力，并排出反应室10内的有害气体，控制阀12通过管道13与大气连通。

通常情况下，所述的控制阀12通过调节反应室10内的压力与大气之间的压力差恒定为常数3.7torr左右(50Pa左右)，在认为大气压力是恒定的情况下，从而控制反应室内的压力保持恒定。

遗憾的是，大气压力会随着季节，环境温度等发生变化，变化的幅度能够达到大约30torr(400Pa左右)，如附图2所示，为不同时间大气压力的变化曲线图。因此，采用现有的炉管设备制作栅介质层时，随着大气压力的变化，形成的栅介质层的厚度也随之发生变化，变化幅度可达到

至

如附图3所示，为采用现有技术的炉管设备，在不同的大气压力下，形成的栅介质层的厚度变化曲线图，从中可以看出，栅介质层的厚度变化幅度较大。

因此，必须对炉管设备进行改进，稳定反应室内的压力，提高形成的栅介质层的厚度均匀性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型解决的技术问题是提供一种半导体器件制作设备，以保持所述半导体器件制作设备反应室内的压力稳定性，提高制作栅介质层时形成的栅介质层的厚度稳定性。

一种半导体器件制作设备，包括反应室；通过连接管与反应室连接的控制阀；还包括：恒压室，所述控制阀通过管道与恒压室连通；用于检测反应室压力的压力计；通过管道与恒压室相连的调压装置，所述调压装置与大气环境连通。

优选的，所述压力计与恒压室连通。

优选的，所述压力计与连接恒压室和调压装置的管道连通。

优选的，所述的压力计包括：压力信号传感器，感应反应室的压力；与压力信号传感器连接的压力信号发射装置，用于接收压力信号传感器感受到的压力信号并发出所述压力信号。

优选的，所述的调压装置包括：压力信号接收装置，接收从压力计传送来的压力数值，控制装置，判断压力信号接收装置接收到的压力数值，向调节阀下达调整的指令；调节阀，根据指令，自动调整开合状态。

一种半导体器件制作系统，包括，一个以上的半导体器件制作设备，与所述一个以上的半导体器件制作设备分别连通的恒压室，用于检测恒压室压力的压力计，通过管道与恒压室相连的调压装置，所述调压装置与大气环境连通。

优选的，所述的半导体器件制作设备包括反应室；与反应室通过管道连通的控制阀，所述控制阀通过管道连接至恒压室。

优选的，所述压力计与恒压室连通。

优选的，所述压力计与连接恒压室和调压装置的管道连通。

优选的，所述的压力计包括：压力信号传感器，感应反应室的压力；与压力信号传感器连接的压力信号发射装置，用于接收压力信号传感器感受到的压力信号并发出所述压力信号。

优选的，所述的调压装置包括：压力信号接收装置，接收从压力计传送来的压力数值，控制装置，判断压力信号接收装置接收到的压力数值，向调节阀下达调整的指令；调节阀，根据指令，自动调整开合状态。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：

本实用新型所述的半导体器件制作设备，在不改变现有技术的半导体器件制作设备结构的基础上，增加恒压室以及调节恒压室压力的调压装置，通过调节恒压室内的压力，使其保持稳定，从而达到保持反应室内压力稳定的目的，提高了制作栅介质层时形成的栅介质层的厚度均匀性。

本实用新型所述的半导体器件制作系统将若干半导体器件制作设备通过管道连接至同一个恒压室中，通过压力计和压力调节设备保持恒压室中的压力保持恒定，从而在不改动现有的若干半导体器件制作设备的条件下，同时保证若干半导体器件制作设备反应室压力的稳定，降低了设备的改进成本，提高了半导体器件制作设备工作的稳定性，提高制作栅介质层时形成的栅介质层的厚度均匀性。

附图说明

图1为现有技术所述的半导体器件制作设备结构示意图；

图2为不同时间大气压力的变化曲线图；

图3为现有技术的炉管设备，在不同的大气压力下，形成的栅介质层的厚度曲线图；

图4为本实用新型实施例1所述的半导体器件制作设备结构示意图；

图5为本实用新型实施例1所述的压力计与调压装置结构以及连接关系示意图；

图6为本实用新型实施例1恒压室内压力的变化曲线图；

图7为本实用新型实施例1所述的半导体器件制作设备，形成的栅介质层的厚度曲线图；

图8为本实用新型实施例2所述的半导体器件系统设备结构示意图；

图9为本实用新型实施例2所述的半导体器件制作设备结构示意图；

图10为本实用新型实施例2所述的压力计与调压装置结构以及连接关系示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

本实用新型的目的在于提供一种半导体器件制作设备，在不改变现有技术的半导体器件制作设备结构的基础上，增加恒压室以及调节恒压室压力的调压装置，以保持所述半导体器件制作设备反应室内的压力稳定性，提高制作栅介质层时形成的栅介质层的厚度稳定性。

本实用新型的目的还在于提供一种半导体器件制作系统，同时保持若干半导体器件制作设备反应室内的压力稳定性，提高制作栅介质层时形成的栅介质层的厚度稳定性。

实施例1

参考附图4所示，为本实施例所提供的半导体器件制作设备的结构示意图，包括反应室20，控制阀22通过连接管21与反应室20连接，所述的控制阀22通过调节阀门开合的大小控制反应室20内的压力，并排出反应室20内的有害气体，控制阀22通过管道23与恒压室100连通，所述的半导体器件制作设备还包括用于检测恒压室压力的压力计150，通过管道110与恒压室100相连的调压装置120，连通调压装置120和大气环境的管道130。

所述的反应室20为放置晶圆并进行半导体制作工艺的工艺腔，以制作栅介质层的炉管设备为例，晶圆放置在反应室20内，在晶圆表面形成栅介质层时，反应气体通过反应室20的进气管道(图中未示出)通入反应室20内，在反应室20内发生化学反应，生成栅介质层。

反应室内产生的有害气体通过控制阀22以及与控制阀22连接的恒压室100排出，并且，控制阀22以及恒压室用于调节反应室内的压力，以保证进行半导体器件制作工艺中反应室内的压力符合工艺要求。

控制阀22为本领域技术人员熟知的常规的控制阀门，通过调节所述控制阀门开关的角度调节反应室与恒压室之间的压力差，并可以将反应室内产生的废弃等通过恒压室排出。

在栅介质层的制作工艺中，通常采用炉管(furnace)设备，所述的反应室20即为炉管设备的反应室(chamber)。

本实施例所述的恒压室100为一个密闭的独立腔室，对其结构，形状等没有过多的限制。

本实施例所述的管道110是与恒压室100连接的排气管道，一方面，用来控制恒压室内的压力，另一方面，用于排出恒压室内产生的气体。

为了有效控制恒压室内的压力恒定，本实施例所述的炉管设备，在排气管道110上连接调压装置120，调压装置120的一端与恒压室相连，另一端，通过管道130连通大气。

为了随时观测恒压室内的压力，在恒压室内或者恒压室和调压装置120连接的管道上设置有压力计150。进行栅介质层的制作工艺时，如果调压装置120处于全开状态，则恒压室内的压力应该与环境的压力相同，即为大气压力，因为大气压力随着季节、温度等发生变化，恒压室内的压力也会随着环境压力的改变而改变。因此，在环境压力发生变化时，需要调节调压装置的状态，使恒压室内的压力保持恒定。

在本实用新型的一个实施例中，所述的调压装置120为常规的手动调节阀，进行栅介质层的制作工艺时，压力计150显示出反应室内的压力后，根据显示的压力，手动调节所述的调压装置，使反应室压力保持恒定。

在本实用新型的另一个实施例中，参考附图5所示，所述的压力计150具有压力信号传感器31，感应反应室的压力；与压力信号传感器连接的压力信号发射装置32，用于接收压力信号传感器感受到的压力信号并发出所述压力信号。在反应室内压力发生变化时，压力计的压力信号传感器31感应到反应室的压力，并将压力信号传送至压力信号发射装置32，将所述的压力信号传送至调压装置，通过调压装置调整反应室内的压力。本实用新型中，所述的压力计还可以是本领域技术人员熟知的任何与炉管设备型号匹配的市售产品。

参考附图5所示，所述的调压装置120具有压力信号接收装置33，可以接收从压力计传送来的压力数值，控制装置34，所述的控制装置将压力信号接收装置33接收到的压力数值与设定的压力值进行对比，判断反应室内压力的变化状态，根据判断结构，向调节阀35下达调整的指令，调节阀35根据指令，自动调整开合状态，从而达到调整反应室压力的目的。

本实用新型中，所述的压力计和调压装置都可以选择常规的与半导体器件制作设备匹配的市售产品，例如，所述的调压装置例如是日本CKD株式会社生产的CKD阀，或者其它常规的蝴蝶阀(butter fly valve)，可以在较大的幅度内调整反应室内的压力。

采用所述产品，本实用新型的具体工作流程为：在恒压室内或者与恒压室相连的管道上设置压力计，所述的压力计能及时检测到恒压室的压力，并将压力的数值反馈至调压装置，调压装置接受压力计检测到的恒压室压力后，对其数值进行判断，如果恒压室压力大于设定压力，则调压装置的调节阀加大“开”的角度，使恒压室压力变小，如果恒压室压力小于设定压力，则调压装置的调节阀减小“开”的角度，使恒压室压力变大，以此保持恒压室内的压力维持在设定值附近。

由于恒压室通过管道以及控制阀直接与反应室相连，当恒压室内的压力保持恒定时，反应室内的压力也保持恒定，在反应室内放置晶圆，用于制作栅介质层时，可以使栅介质层的厚度保持均匀。

采用本实施例所述的半导体器件制作设备，在现有的半导体器件制作设备的基础上，设置与反应室以及控制阀连接的恒压室，并在恒压室内或者与恒压室连接的管道上设置压力计，可以方便直观的检测恒压室内的压力，在恒压室内压力发生变化时，通过压力计上的压力信号反馈传感器将压力变化的信号反馈至调压装置，通过调压装置的调节阀对恒压室的压力进行调整，当恒压室的压力保持恒定时，与恒压室相连的反应室的压力也相应的保持恒定，一方面，保证反应室内压力的稳定性，另一方面，减少了对现有的半导体器件制作设备的改进，现有的半导体器件制作设备可直接连接在所述的恒压室上。

采用本实施例所述的半导体器件制作设备，可以使恒压室以及反应室内的压力波动在0.2torr(2.6Pa)左右，制作栅介质层时，避免了反应室内压力波动较大导致的栅介质层厚度均匀度降低的缺陷。

参考附图6所示，为采用本实施例所述的半导体器件制作设备，在不同的时间内，反应室内压力的变化图，从图中可以看出，反应室内的压力变化幅度小于0.4torr。

参考附图7所示，为采用本实施例所述的半导体器件制作设备，在不同的时间内，制作的栅介质层的厚度变化图，从图中可以看出，栅介质层的厚度变化在

左右。

实施例2

本实施例提供一种半导体器件制作系统，参考附图8所示，包括，一个以上的半导体器件制作设备，如附图中的设备一，设备二，......设备N，与所述一个以上的半导体器件制作设备分别单独连通的恒压室200，用于检测恒压室压力的压力计250，通过管道210与恒压室200相连的调压装置220，所述调压装置220与大气环境连通。

本实施例中，所述的半导体器件制作设备一，设备二，......设备N的结构都可以参考附图9所示，包括反应室300，与反应室300通过管道310连通的控制阀320。

所述的设备一，设备二，......设备N的控制阀分别通过管道1，管道2，......管道N与恒压室200连接，从而，将设备一，设备二，......设备N的反应室与恒压室连接起来。

所述的反应室300为放置晶圆并进行半导体制作工艺的工艺腔，以制作栅介质层的炉管设备为例，晶圆放置在反应室300内，在晶圆表面形成栅介质层时，反应气体通过反应室300的进气管道(图中未示出)通入反应室300内，在反应室300内发生化学反应，生成栅介质层。

反应室内产生的有害气体通过控制阀320以及与控制阀320连接的恒压室200排出，并且，控制阀320以及恒压室用于调节反应室内的压力，以保证进行半导体器件制作工艺中反应室内的压力符合工艺要求。

控制阀320为本领域技术人员熟知的常规的控制阀门，通过调节所述控制阀门开关的角度调节反应室与恒压室之间的压力差。

在栅介质层的制作工艺中，通常采用炉管(furnace)设备，所述的反应室300即为炉管设备的反应室(chamber)。

本实施例所述的恒压室200为一个密闭的独立腔室，对其结构，形状等没有过多的限制。

本实施例所述的管道310是与恒压室200连接的排气管道，一方面，用来控制恒压室200内的压力，另一方面，用于排出恒压室200内产生的气体。

为了有效控制恒压室200内的压力恒定，本实施例所述的炉管设备，在排气管道210上连接调压装置220，调压装置220的一端与恒压室相连，另一端，通过管道230连通大气。

为了随时观测恒压室内的压力，在恒压室内或者恒压室和调压装置220连接的管道上设置有压力计250。进行栅介质层的制作工艺时，如果调压装置220处于全开状态，则恒压室内的压力应该与环境的压力相同，即为大气压力，因为大气压力随着季节、温度等发生变化，恒压室内的压力也会随着环境压力的改变而改变。因此，在环境压力发生变化时，需要调节调压装置的状态，使恒压室内的压力保持恒定。

在本实用新型的一个实施例中，所述的调压装置220为常规的手动调节阀，进行栅介质层的制作工艺时，压力计250显示出反应室内的压力后，根据显示的压力，手动调节所述的调压装置，使反应室压力保持恒定。

在本实用新型的另一个实施例中，参考附图10所示，所述的压力计250具有压力信号传感器41，感应反应室的压力；与压力信号传感器连接的压力信号发射装置42，用于接收压力信号传感器感受到的压力信号并发出所述压力信号。在反应室内压力发生变化时，压力计的压力信号传感器41感应到反应室的压力，并将压力信号传送至压力信号发射装置42，将所述的压力信号传送至调压装置，通过调压装置调整反应室内的压力。本实用新型中，所述的压力计还可以是本领域技术人员熟知的任何与炉管设备型号匹配的市售产品。

参考附图10所示，所述的调压装置220具有压力信号接收装置43，可以接收从压力计传送来的压力数值，控制装置44，所述的控制装置将压力信号接收装置33接收到的压力数值与设定的压力值进行对比，判断反应室内压力的变化状态，根据判断结构，向调节阀45下达调整的指令，调节阀45根据指令，自动调整开合状态，从而达到调整反应室压力的目的。

本实用新型中，所述的压力计和调压装置都可以选择常规的与半导体器件制作设备匹配的市售产品，例如，所述的调压装置例如是日本CKD株式会社生产的CKD阀，或者其它常规的蝴蝶阀(butter fly valve)，可以在较大的幅度内调整反应室内的压力。

通过在恒压室内或者与恒压室相连的管道上设置压力计，所述的压力计能及时检测到恒压室的压力，并将压力的数值反馈至调压装置，调压装置接受压力计检测到的恒压室压力后，对其数值进行判断，如果恒压室压力大于设定压力，则调压装置的调节阀加大“开”的角度，使恒压室压力变小，如果恒压室压力小于设定压力，则调压装置的调节阀减小“开”的角度，使恒压室压力变大，以此保持恒压室内的压力维持在设定值附近。

由于设备一，设备二，......设备N的反应室分别通过控制阀以及管道一，管道二，......管道N直接与反应室相连，当恒压室内的压力保持恒定时，反应室内的压力也保持恒定，在反应室内放置晶圆，用于制作栅介质层时，可以使栅介质层的厚度保持均匀。

本实施例所述的半导体器件制作系统将若干半导体器件制作设备通过管道连接至同一个恒压室中，通过压力计和压力调节设备保持恒压室中的压力保持恒定，从而在不改动现有的若干半导体器件制作设备的条件下，同时保证若干半导体器件制作设备反应室压力的稳定，降低了设备的改进成本，提高了半导体器件制作设备工作的稳定性，提高制作栅介质层时形成的栅介质层的厚度均匀性。

采用本实施例所述的半导体器件制作设备，可以使恒压室以及若干反应室内的压力波动都维持在0.2torr(2.6Pa)左右，制作栅介质层时，避免了反应室内压力波动较大导致的栅介质层厚度均匀度降低的缺陷。

反应室内的压力变化以及形成的栅介质层的厚度变化数据见附图6和附图7所示。

虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种半导体器件制作设备，包括反应室；通过连接管与反应室连接的控制阀；其特征在于，还包括：恒压室，所述控制阀通过管道与恒压室连通；用于检测反应室压力的压力计；通过管道与恒压室相连的调压装置，所述调压装置与大气环境连通。

2.根据权利要求1所述的半导体器件制作设备，其特征在于，所述压力计与恒压室连通。

3.根据权利要求1所述的半导体器件制作设备，其特征在于，所述压力计与连接恒压室和调压装置的管道连通。

4.根据权利要求1所述的半导体器件制作设备，其特征在于，所述的压力计包括：压力信号传感器，感应反应室的压力；与压力信号传感器连接的压力信号发射装置，用于接收压力信号传感器感受到的压力信号并发出所述压力信号。

5.根据权利要求1所述的半导体器件制作设备，其特征在于，所述的调压装置包括：压力信号接收装置，接收从压力计传送来的压力数值，控制装置，判断压力信号接收装置接收到的压力数值，向调节阀下达调整的指令；调节阀，根据指令，自动调整开合状态。

6.一种半导体器件制作系统，其特征在于，包括，一个以上的半导体器件制作设备，与所述一个以上的半导体器件制作设备分别连通的恒压室，用于检测恒压室压力的压力计，通过管道与恒压室相连的调压装置，所述调压装置与大气环境连通。

7.根据权利要求6所述的半导体器件制作系统，其特征在于，所述的半导体器件制作设备包括反应室；与反应室通过管道连通的控制阀，所述控制阀通过管道连接至恒压室。

8.根据权利要求6所述的半导体器件制作系统，其特征在于，所述压力计与恒压室连通。

9.根据权利要求6所述的半导体器件制作系统，其特征在于，所述压力计与连接恒压室和调压装置的管道连通。

10.根据权利要求6所述的半导体器件制作系统，其特征在于，所述的压力计包括：压力信号传感器，感应反应室的压力；与压力信号传感器连接的压力信号发射装置，用于接收压力信号传感器感受到的压力信号并发出所述压力信号。

11.根据权利要求6所述的半导体器件制作系统，其特征在于，所述的调压装置包括：压力信号接收装置，接收从压力计传送来的压力数值，控制装置，判断压力信号接收装置接收到的压力数值，向调节阀下达调整的指令；调节阀，根据指令，自动调整开合状态。

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