CN220767244U - 气体供应装置及外延设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种气体供应装置及外延设备，气体供应装置包括：第一供气单元；第二供气单元；气量控制单元，与第一供气单元和第二供气单元连通，用于在第一供气单元剩余气量小于一阈值时，逐渐减小第一供气单元的第一供气量，同时开启并逐渐增加第二供气单元的第二供气量。本申请可以使新旧气瓶气体供应可平稳缓和的过渡，对工艺影响在可控范围，只需在气体供应过渡过程中，根据工艺结果对工艺逐步调节即可保证工艺质量，不需要停机更换和重新检测的过程，可大大提高机台效率。

Description

气体供应装置及外延设备

技术领域

本申请属于半导体集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种气体供应装置及外延设备。

背景技术

在先进半导体制程中，对于外延工艺有极高稳定性的要求，因此对于外延工艺的原物料供应要保持稳定，外延工艺中，通常通过气瓶提供外延的反应气体。现有的外延工艺中，在一瓶反应气体用完后，需要对机台进行停机后更换新的气瓶，然后通过虚拟外延进行工艺参数调节，并通过工艺监测，产品工艺配方调节(pi-run)等一系列工程测试流程，确保工艺正常后再进行生产。然而，上述流程会严重影响机台的使用效率，浪费生产资源。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本申请提供了一种气体供应装置，包括：第一供气单元；第二供气单元；气量控制单元，与第一供气单元和第二供气单元连通，用于在第一供气单元剩余气量小于一阈值时，逐渐减小第一供气单元的第一供气量，同时开启并逐渐增加第二供气单元的第二供气量。

可选地，气量控制单元包括第一气量调节阀和第二气量调节阀，第一气量调节阀设置于连接第一供气单元的第一气路，用于调节第一供气单元的第一供气量，第二气量调节阀设置于连接第二供气单元的第二气路，用于调节第二供气单元的第二供气量。

可选地，通过控制第一气量调节阀减小的开度与第二气量调节阀增加的开度相等，以维持第一供气单元和第二供气单元共同输出的总供气量不变。

可选地，阈值为第一供气单元所能存储的最大气量的30％～50％。

可选地，第一供气单元和第二供气单元包括气瓶。

可选地，气瓶的材质包括不锈钢。

可选地，第一气量调节阀和第二气量调节阀中设置有气压检测装置或气流检测装置，用于监测第一气量调节阀和第二气量调节阀的气流量。

可选地，第一供气单元和第二供气单元连接至一机台以为机台提供气体。

可选地，第一供气单元和第二供气单元的气路在气量控制单元中合并为一根共用气路，并通过共用气路与机台连接以为机台提供气体。

本发明还提供一种外延设备，外延设备设置有如上任意一项方案所述的气体供应装置。

如上所述，本申请的气体供应装置及外延设备，具有以下有益效果：

本申请提供了一种气体供应装置，通过优化新旧气瓶模式解决了因外延机台换气而导致生产效率损失的问题。首先在气瓶供应端加入气量控制单元，可以调控新旧两气瓶的供应百分比，在旧瓶气体即将耗尽时，逐步引入新瓶气体，实现新旧气瓶供应的平稳缓和切换，避免新旧气瓶的突然切换而导致工艺参数产生较大的波动，进而避免在更换气瓶后因需要重新验机和调节才能确保达到工艺生产条件，牺牲机台生产时间的问题。本申请可以使新旧气瓶气体供应平稳缓和的过渡，对工艺影响在可控范围。只需在气体供应过渡过程中，根据工艺结果对工艺逐步调节即可保证工艺质量，不需要停机更换和重新检测的过程，可大大提高机台效率。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请较佳的实施例并配合附图对本申请进行详细说明。

附图说明

图1和图2是本申请实施例中的一种气体供应装置的结构示意图。

图3是本申请实施例中的气体供应装置的第一供气单元与第二供气单元供气比例变化流程示意图。

图4显示为本申请实施例中的气体供应装置从第一供气单元逐步切换至第二供气单元对外延工艺中外延膜厚度的影响曲线。

图5分别显示为现有外延工艺气瓶更换模式(A)与图3中本申请实施例的气体供应装置的气瓶更换模式(B)的时间-气量供应曲线图。

附图标记说明：

201 第一供气单元

202 第二供气单元

203 气量控制单元

2031 第一气量调节阀

2032 第二气量调节阀

204 第一气路

205 第二气路

206 共用气路

207 机台

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。在整份说明书中，相同的附图标记表示为相同的元件。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者也可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者“电性连接”或“耦合”可以在二个元件之间存在其他元件。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于包覆不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

图1为本申请实施例中一种气体供应装置的结构示意图。如图1所示，本申请提供了一种气体供应装置，气体供应装置包括：第一供气单元201、第二供气单元202和气量控制单元203。

在一个实施例中，第一供气单元201提供的气体例如可以为惰性气体或反应气体，惰性气体例如可以为氮气、氩气、氦气等，反应气体例如可以为氢气、氧气、含碳气体、含氮气体、含硅气体、三五族前驱物、金属聚合物等。在一个具体示例中，第一供气单元201可以为气瓶，气瓶例如可以为不锈钢材质的气瓶等。

在一个实施例中，第二供气单元202提供的气体例如可以为惰性气体或反应气体，惰性气体例如可以为氮气、氩气、氦气等，反应气体例如可以为氢气、氧气、含碳气体、含氮气体、含硅气体、三五族前驱物、金属聚合物等。在一个具体示例中，第一供气单元201可以为气瓶，气瓶例如可以为不锈钢材质的气瓶等。

第二供气单元202提供的气体可以与第一供气单元201相同，也可以依据实际工艺需求使用与第一供气单元201不完全相同的气体。

在一个实施例中，如图1所示，气量控制单元203通过气路与第一供气单元201和第二供气单元202连通，用于在第一供气单元201剩余气量小于一阈值时，逐渐减小第一供气单元201的第一供气量，同时开启并逐渐增加第二供气单元202的第二供气量。在一个实施例中，第一供气单元201和第二供气单元202的气路在气量控制单元203中合并为一根共用气路206，并通过该共用气路206与机台207连接以为机台207提供气体。

图2是本申请实施例中气体供应装置的一种具体实施方式示意图。如图2所示，气量控制单元203包括第一气量调节阀2031和第二气量调节阀2032，第一气量调节阀2031设置于连接第一供气单元201的第一气路204，用于调节第一供气单元201的第一供气量，第二气量调节阀2032设置于连接第二供气单元202的第二气路205，用于调节第二供气单元202的第二供气量。在一个实施例中，第一气量调节阀2031和第二气量调节阀2032中设置有气压检测装置或气流检测装置，通过气压检测装置或气流检测装置监测第一气量调节阀2031和第二气量调节阀2032的相应第一气路204和第二气路205的气流量，并通过监测结果调整第一气量调节阀2031和第二气量调节阀2032的开度，从而实现相应第一供气单元201和第二供气单元202的供气量的调节。

在一个实施例中，阈值为第一供气单元201所能存储的最大气量的30％～50％。即当第一供气单元201剩余气量为30％～50％时，逐渐减小第一供气单元201的第一供气量，同时开启并逐渐增加第二供气单元202的第二供气量。在一个具体示例中，阈值可以为第一供气单元201所能存储的最大气量的30％、35％、40％等。

在一个实施例中，第一供气单元201的第一供气量所减小的供气量与第二供气单元202增加的供气量相等，以维持第一供气单元201和第二供气单元202共同输出的总供气量不变。

在一个实施例中，第一供气单元201的第一供气量的变化方式包括线性变化和梯度变化中的一种或组合，第二供气单元202的第二供气量的变化方式包括线性变化和梯度变化中的一种或组合。上述的线性变化包括线性减小和线性增大中的一种，梯度变化包括梯度减小和梯度增大中的一种。

在一个实施例中，逐渐减小第一供气单元201的第一供气量包括多个下降阶段，每个下降阶段降低的供气量占第一供气单元201和第二供气单元202共同输出的总供气量的比例为10％～30％，逐渐增大第二供气单元202的第二供气量包括多个上升阶段，每个上升阶段增加的供气量占第一供气单元201和第二供气单元202共同输出的总供气量的比例为10％～30％。

图4是本申请实施例中的气体供应装置的第一供气单元与第二供气单元供气比例变化流程示意图。在一个具体示例中，如图3所示，逐渐减小第一供气单元201的第一供气量包括多个下降阶段，每个下降阶段降低的供气量占第一供气单元201和第二供气单元202共同输出的总供气量的比例为10％。逐渐增大第二供气单元202的第二供气量包括多个上升阶段，每个上升阶段增加的供气量占第一供气单元201和第二供气单元202共同输出的总供气量的比例为10％。直至第二供气单元202的气量输出比例上升至100％时，气量全部由第二供气单元202提供，此时，可以拆除第一供气单元201，并更换上满气的第三供气单元，以供后续第二供气单元202和第三供气单元之间的供气比例切换。

需要说明的是，图3中所显示的百分比为第一供气单元201和第二供气单元202各占总供气量的比例，而并不是第一供气单元201和第二供气单元202的剩余气量。

在一个实施例中，逐渐减小第一供气单元201的第一供气量还包括多个保持阶段，保持阶段的时间范围为8～16小时，逐渐增大第二供气单元202的第二供气量还包括多个保持阶段，保持阶段的时间范围为8～16小时。在一个具体示例中，保持阶段可以为1～2个外延制程的时间，当然，并不限于此处所列举的时间范围。

本申请还提供一种外延设备，外延设备设置有上实施例所述的气体供应装置。

本申请还提供一种如上实施例所述的气体供应装置的使用方法，使用方法包括步骤：监测第一供气单元201的剩余气量，当第一供气单元201剩余气量小于一阈值时，逐渐减小第一供气单元201的第一供气量，同时开启并逐渐增加第二供气单元202的第二供气量。

在一个实施例中，当第一供气单元201的第一供气量减小至一供气阈值时，保持第二供气单元202的第二供气量持续供应，同时将第一供气单元201更换为满载气量的第三供气单元，此时，监测第二供气单元202的剩余气量，当第二供气单元202剩余气量小于一阈值时，逐渐减小第二供气单元202的第二供气量，同时开启并逐渐增加第三供气单元的第三供气量，重复上述操作以实现不间断供气。在一个具体实施过程中，所述供气阈值可以为0。

在一个实施例中，使用方法还包括步骤：基于第一供气单元201和第一供气单元201的供气量对工艺制程的结构参数影响，同步调整第一供气单元201和第一供气单元201的供气量变化比例，以实现供气量的平稳过渡。

图4显示为本申请的气体供应装置从第一供气单元201逐步切换至第二供气单元202(其中，第二供气单元202为新加入供气的供气单元)对外延工艺中外延膜厚度的影响曲线，图中，UCL和LCL分别表示生长速率的上厚度误差警戒线和下厚度误差警戒线，Target表示目标生长厚度。以上切换过程包括：A阶段，开启第二供气单元202时，一定程度使外延膜生长厚度增大，使其偏移目标生长厚度，但外延膜的生长厚度在可接受的厚度误差范围内；B阶段，调节工艺参数，例如降低第二供气单元202的供气比例，使外延膜生长速率下降至目标生长厚度；C阶段，阶段性增加第二供气单元202供气比例时，一定程度使外延膜生长厚度增大，但外延膜的生长厚度在可接受的厚度误差范围内；D阶段，再次调节工艺参数，例如降低第二供气单元202的供气比例，使外延膜生长速率下降至目标生长厚度。通过上述过程，可以在不停机的情况下，使得外延膜的生长速率保持稳定。本申请可以使新旧气瓶气体供应可平稳缓和的过渡，对工艺影响在可控范围，只需在气体供应过渡过程中，根据工艺结果对工艺逐步调节即可保证工艺质量，不需要停机更换和重新检测的过程，可大大提高机台效率。

图5分别显示为现有外延工艺气瓶更换模式(A)与图3中本申请实施例的气体供应装置的气瓶更换模式(B)的时间-气量供应曲线图。从图5可以看出，气瓶更换模式(A)中需要一定的停机更换时间，而本申请的气瓶更换模式(B)则为气量连续供应，不需要停机更换时间，可大大提高机台效率。

当然，在其他的实施例中，可以通过逐渐减小第一气量调节阀2031的开度使第一供气单元201的第一供气量线性减小，通过逐渐增大第二气量调节阀2032的开度使第二供气单元202的第二供气量线性增大，以使气体供应装置从第一供气单元逐步切换至第二供气单元。

如上所述，本申请的气体供应装置及其使用方法，具有以下有益效果：

本申请提供了一种气体供应装置及外延设备，通过优化新旧气瓶模式解决了因外延机台换气而导致生产效率损失的问题。首先在气瓶供应端加入气量控制单元，可以调控新旧两气瓶的供应百分比，在旧瓶气体即将耗尽时，逐步引入新瓶气体，实现新旧气瓶供应的平稳缓和切换，避免新旧气瓶的突然切换而导致工艺参数产生较大的波动，进而避免在更换气瓶后因需要重新验机和调节才能确保达到工艺生产条件，牺牲机台生产时间的问题。本申请可以使新旧气瓶气体供应平稳缓和的过渡，对工艺影响在可控范围。只需在气体供应过渡过程中，根据工艺结果对工艺逐步调节即可保证工艺质量，不需要停机更换和重新检测的过程，可大大提高机台效率。

以上对本申请所提供的各种实施例组合进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制，凡依据本申请的精神与技术思想所做的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。本申请可以使新旧气瓶气体供应可平稳缓和的过渡，对工艺影响在可控范围，只需在气体供应过渡过程中，根据工艺结果对工艺逐步调节即可保证工艺质量，不需要停机更换和重新检测的过程，可大大提高机台效率。

Claims (10)

1.一种气体供应装置，其特征在于，所述气体供应装置包括：

第一供气单元；

第二供气单元；

气量控制单元，与所述第一供气单元和第二供气单元连通，用于在所述第一供气单元剩余气量小于一阈值时，逐渐减小所述第一供气单元的第一供气量，同时开启并逐渐增加所述第二供气单元的第二供气量。

2.根据权利要求1所述的气体供应装置，其特征在于，所述气量控制单元包括第一气量调节阀和第二气量调节阀，所述第一气量调节阀设置于连接所述第一供气单元的第一气路，用于调节所述第一供气单元的第一供气量，所述第二气量调节阀设置于连接所述第二供气单元的第二气路，用于调节所述第二供气单元的第二供气量。

3.根据权利要求2所述的气体供应装置，其特征在于，通过控制所述第一气量调节阀减小的开度与所述第二气量调节阀增加的开度相等，以维持所述第一供气单元和所述第二供气单元共同输出的总供气量不变。

4.根据权利要求1所述的气体供应装置，其特征在于，所述阈值为所述第一供气单元所能存储的最大气量的30％～50％。

5.根据权利要求1所述的气体供应装置，其特征在于，所述第一供气单元和所述第二供气单元包括气瓶。

6.根据权利要求5所述的气体供应装置，其特征在于，所述气瓶的材质包括不锈钢。

7.根据权利要求1所述的气体供应装置，其特征在于，所述第一气量调节阀和第二气量调节阀中设置有气压检测装置或气流检测装置，用于监测所述第一气量调节阀和第二气量调节阀的气流量。

8.根据权利要求1所述的气体供应装置，其特征在于，所述第一供气单元和第二供气单元连接至一机台以为所述机台提供气体。

9.根据权利要求8所述的气体供应装置，其特征在于，所述第一供气单元和第二供气单元的气路在所述气量控制单元中合并为一根共用气路，并通过所述共用气路与机台连接以为机台提供气体。

10.一种外延设备，其特征在于，所述外延设备设置有如权利要求1～9任意一项所述的气体供应装置。