CN2480380Y

CN2480380Y - 液相沉积生产装置

Info

Publication number: CN2480380Y
Application number: CN 01224833
Authority: CN
Inventors: 梁沐旺; 蒋邦民; 陈朝明; 黄振荣; 叶清发
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2002-03-06
Anticipated expiration: 2011-05-28

Abstract

本实用新型系有关于一种液相沉积(LPD)生产装置,其主要构造包括一组饱和反应设备、一组稳流过饱和循环反应设备、一组溶液化学浓度自动监控设备,及一组废液回收处理设备。其中饱和反应设备包含一只混合槽、两只以上的原物料供给装置、搅拌器、过滤装置。稳流过饱和循环反应设备含一只过饱和反应槽、一只液位控制槽、两只以上的反应剂供给装置、搅拌器、过滤循环装置。废液回收处理设备包含两只以上的废液储存槽。其中并搭配相关管路阀体控制组件。由于本实用新型采用单槽密闭、双出入口暨两侧溢流式稳流循环设备进行低温液相沉积,可使饱和反应液过滤、循环、加热使用,达到良好的沉积薄膜可靠度。

Description

液相沉积生产装置

本实用新型涉及一种液相沉积(Liquid Phase Deposition，LPD)生产装置，特别是一种光电领域或半导体基板(Semi-conductor Substrate)以化学沉积方式形成金属或非金属镀膜的制程所需的设备。

对于近年来极大规模集成电路(ULS1)或液晶显示器(LCD)的制程技术都有倾向低温化的趋势，其主要是为了避免薄膜应力所造成的组件特性劣化。由于低温新颖制程技术，对各种低熔点基板系如玻璃或塑料基板，皆适合在其上成长低温应力暨高品质的薄膜。有鉴于此，低温制程研发必是今后业界竞争的重点。

而众所皆知，氧化硅(silicon oxide)在半导体技术系为极重要的应用材料，不同成长方式的氧化硅都有其不同的用途。在早期，氧化硅是以炉管的方式在700～1000℃成长。而制程技术的革新，后续便发展出制程温度在300～400℃电浆辅助化学气相沉积(plasma-enhanced VCD，PECVD)的成长氧化硅制程。然而需注意的是，以电浆辅助成长的氧化硅在深次微米制程中仍然偏高，在电浆成长氧化硅的环境下，各组件亦容易遭受破坏。接续有所谓以真空溅镀(sputtering)长膜方式，但其亦受制于产能限制，且会有金属离子外漏的疑虑。因此下一代半导体制造技术或LCD制造技术的研发，都有低温化的趋势，如能发展出一种低温无电浆的氧化硅长膜方式实有极大助益。

在一般技术中，仅有实验型低温液相浸置湿槽(wet betch)沉积机台，然而因湿槽中所产生的微粒子(particle)将互相污染，使得温度、线上监测系统、镀液补充及清洗等不易控制得宜，造成线上量产技术极大的困扰。尤其在更精密的0.18μm制程，更有湿槽化学液蒸汽污染环境的现象存在。

依上所述，本实用新型系提出一种液相沉积(1iquid phase deposition，LPD)生产装置，其采用密闭式循环过滤系统，可进行低温液相沉积于基板上，减少微粒子交互污染，且其制程条件易控制，并具特殊双槽稳流循环系统，可克服现有技术问题，提高薄膜沉积均匀度，达到高量率分辨率、反应速度快、节省制程成本的优点，产生极大的功效。

本实用新型目的是提供一种液相沉积(LPD)生产装置，特别是关于一种半导体基板以化学沉积方式形成金属或非金属镀膜的制程所需的设备，可达良好的沉积薄膜可靠度。

为实现上述的目的，本实用新型的液相沉积(LPD)生产装置包括：一组饱和反应设备，该饱和反应设备包含一只混合槽、两只以上的原物料供给装置；一组稳流过饱和循环反应设备，该稳流过饱和循环反应设备包含一只过饱和反应槽、至少一只液位控制槽、两只以上的反应剂供给装置，并以相关管路阀体控制组件与所述的饱和反应设备相连通。

另一方面，本实用新型的液相沉积生产装置的液位控制槽的特点在于，在两个液位控制槽底部设有连通通道，使所述两个液位控制槽相连通，维持两液位控制槽内的液面高度一致。

此外，利用本实用新型液相沉积生产装置进行基板的液相沉积步骤如下；

-首先系将两种以上的原物料，由饱和反应设备的原物料供给装置加入混合槽，经充分搅拌反应至饱和后，经过滤装置滤除多余固体物，同时以稳流过饱和循环反应设备的循环泵浦为动力，经由连通主管路阀体控制组件，送入稳流过饱和循环反应设备的过饱和反应槽。当过饱和反应槽充满并溢流至液位化控制槽，且液位控制槽液面到达设定位置时，即停止饱和物料输送，并切换管路阀体控制组件至稳流过饱和循环反应设备独立循环状态。然后放置欲处理的基板于过饱和反应槽，再由反应剂供给装置加入反应剂于过饱和反应槽中，形成溶液过饱和现象即可在基板上产生镀膜。反应中产生的颗粒状杂质可由过滤循环装置加以滤除，并由液位计与加热器控制反应条件，即可维持镀膜的品质。

本实用新型的优点是，可消弭制程中的微粒子污染现象，在0.18微米以下的制程达到更佳效果；采用特殊的循环设计，于基板上进行液相沉积，可达到低热应力、低制程成本的高品质薄膜。

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

图1是本实用新型实施例中稳流过饱和循环反应设备中，过饱和反应槽及液位控制槽的单边溢流示意图。

图2是本实用新型实施例中稳流过饱和循环反应设备中，过饱和反应槽及液位控制槽的两侧溢流示意图。

图3是本实用新型实施例的液相沉积生产装置的示意图。

图中标号分别为：

2，4，6，8，10-循环泵浦；50-反应药剂区；55-回收废液储存槽；60-原物料；65-混合槽盖；70-混合槽；75-搅拌器；80a-过饱和反应槽；80b-液位控制槽；85-反应槽盖；90-过滤器；95-纯水；102-回收废液液位传感器；104-回收废液传感器；106-过滤器；107，108-滤心阻塞传感器；109-溶液化学浓度自动监测设备；110-加热器；112-泄漏传感器；114-过饱和反应槽液位传感器；116-热电耦；118-过热传感器；120-泵浦保护传感器；122，124，126-加热器人工取样口；200，300-反应槽；205，305-进液孔；210，310-出液孔；215，315-过饱和反应槽；220，320-液位控制槽；320a L型通道。

下面说明的用意是为了进一步解释本实用新型的目的、特征及功效。当然，本实用新型可以多种不同方式实施，并不只限于本说明书中所述内容。

本实用新型提供了一种液相沉积(LPD)生产装置，其对于各种低熔点基板，系如玻璃或塑料等，可进行成长低热应力、高品质的薄膜，当然，任何应用液相沉积生产装置的有关制程皆适用于本实用新型，皆含盖在本实用新型的精神的之下。

本实用新型的液相沉积生产装置主要包括有：一组饱和反应设备、一组稳流过饱和循环反应设备、一组溶液化学浓度自动监控设备，及一组废液回收处理设备。

其中图1系本实用新型实施例中稳流过饱和循环反应设备中，反应槽200的过饱和反应槽215及液位控制槽220的示意图。它采用了“单边溢流”设计。反应槽200包含过饱和反应槽215及液位控制槽220。而在过饱和反应槽215的底部设有一可供反应剂进入的进液孔205；在液位控制槽220的底部设有一可供反应剂流出的出液孔210。反应剂由进液孔205进入过饱和反应槽215，而当过饱和反应槽215内的液面过高时，反应剂即溢出至液位控制槽220，再由出液孔210流出。如此设计成单边溢流的形式。

而图2显示为本实用新型实施例中稳流过饱和循环反应设备中，反应槽300的过饱和反应槽315及液位控制槽320的示意图。其系采用“两侧溢流”设计。反应槽300包含过饱和反应槽315及其两侧的液位控制槽320。而在过饱和反应槽315的底部设有两处可供反应剂进入的进液孔305；在液位控制槽320的底部设有两处可供反应剂流出的出液孔310。其中需注意的是：两液位控制槽320的底部有“∏”型的通道设计，亦可使用连通管使两液位控制槽320相连通，以维持两液位控制槽320的液面高度一致。同样地，反应剂由进液孔305进入过饱和反应槽315，而当过饱和反应槽315内的液面过高时，反应剂即溢出至两侧的液位控制槽320，再由出液孔320流出。如此设计成两侧溢流的形式。

图3为本实用新型实施例的液相沉积生产装置的示意图。该液相沉积生产装置主要包含一组饱和反应设备、一组稳流过饱和循环反应设备、一组溶液化学浓度自动监控设备及一组废液回收处理设备四部分。

其中该饱和反应设备包含一只混合槽70、两只以上的原物料供给装置60、搅拌器75、过滤器90及循环泵浦2、4等相关管路阀体控制组件；

一组稳流过饱和循环反应设备，该稳流过饱和循环反应设备包含一只过饱和反应槽80a、至少一只液位控制槽80b、两只以上的反应剂供给装置的反应药剂区50、搅拌器、过滤循环装置及相关管路阀体控制组件；该过滤循环装置包含循环泵浦6、过滤器106、滤心阻塞传感器108、加热器110、过热传感器118以及泵浦保护传感器120等。

一组溶液化学浓度自动监控设备109，可控制反应浓度；及一组废液回收处理设备，该废液回收处理设备包含两只以上的回收废液储存槽55、一回收废液液位传感器102以及回收废液传感器104及相关管路阀体控制组件。

本装置可以三种方式进行氧化硅沉积，其反应式如下：

1、利用温差法，本制程的温度在15～50℃的间，当温度上升时，溶解度下降，则反应速率加快。

2.在饱和的氢氟硅酸加水，使其在基板上沉积含氟的氧化硅。

3.在饱和的氢氟硅酸加硼酸(H₃BO₃)，使其在基板上沉积含氟的氧化硅。

接续以一具体的液相沉积方法实施例说明本实用新型的精神。本实施例以本实用新型的液相沉积装置在基板上沉积二氧化硅(SiO₂)薄膜制程为说明例，其实施步骤如下：

步骤(1)：如图3所示，于饱和反应设备的原物料供给装置60，将氢氟硅酸(H₂SiF₆)及二氧化硅(SiO₂)或硅酸(H₂SiO₄)粉末经输送循环泵浦2、4加入混合槽70，经搅拌器75充分搅拌反应至饱和。其中设有溶液化学浓度自动监测设备109，监控溶液化学浓度。

步骤(2)：切换管路阀体控制组件至加料模式，以稳流过饱和循环反应设备的循环泵浦6为动力，经过滤器90滤除多余固体物，再由连通的管路阀体控制组件，送入稳流过饱和循环反应设备的过饱和反应槽80a；其中进入稳流过饱和循环反应设备的过饱和反应槽80a的路径有三种，可藉由调整相关管路控制阀件达成(a)加热暨过滤方式；流经循环泵浦6、过滤器106及加热器110；(b)过滤但未加热方式：流经循环泵浦6及过滤器106进入过饱和反应槽80a；(c)未加热过滤方式：流经循环泵浦6直接进入过饱和反应槽80a。其可依实际制程情况做出最佳路径。其中本实施例的过饱和反应槽80a及液位控制槽80b采用“两侧溢流”设计作示范。当过饱和反应槽80a充满并溢流至液位控制槽80b，且液位控制槽液面到达液位计114设定位置时，即停止饱和物料输送，并切换管路阀体控制组件至循环模式，使稳流过饱和循环反应设备内溶液借由循环泵浦6的动力，由过饱和反应槽80a溢流至液位控制槽80b，再回流进入过饱和反应槽80a。其中循环回流进入过饱和反应槽80a的路径有三种，可藉由调整相关管路控制阀件加以达成，(a)加热暨过滤方式：流经循环泵浦6、过滤器106及加热器110；(b)过滤但未加热方式：流经循环泵浦6及过滤器106进入过饱和反应槽80a；(c)未加热过滤方式：流经循环泵浦6直接进入过饱和反应槽80a。其可依实际制程情况做出最佳路径。其中加热步骤可用于温差沉积法，亦即加热反应液，使其将低二氧化硅(SiO₂)的溶解度，使其在基板上沉积。

步骤(3)：放置欲处理的基板于过饱和反应槽80a中，再由反应剂供给装置50以输送泵浦8或10加入反应剂水(H₂O)或硼酸(H₃BO₃)于过饱和反应槽中80a，形成溶液过饱和现象即可在基板上产生二氧化硅镀膜。反应中产生的颗粒状杂质可由过滤器106加以滤除，由加热器110配合热电耦116控制反应温度，由溶液化学浓度自动监控设备109控制反应浓度。其中并可由摇摆机构12配合特殊槽体几何设计增加沉积均匀度，并设有液位计114，可测知液位控制槽80b的液位高度。另有滤心阻塞传感器108、过热传感器118与泵浦空抽传感器120等设计检测设备异常，以维持设备正常运作。其中亦设有溶液化学浓度自动监测设备109监控溶液化学浓度。

步骤(4)：当过饱和反应槽溶液浓度到达设定寿命上限时，沉积操作即需停止。此时切换管路阀体控制组件至排放模式，以循环泵浦6为动力，将稳流过饱和循环反应设备的溶液，经由连通的管路阀体控制组件，送入废液收集槽55，并由回收废液液位传感器102及回收废液传感器104确保操作正确。

步骤(5)：当稳流过饱和循环反应设备的溶液排放完毕后，切换管路阀体控制组件至清洗模式。加入纯水95于过饱和反应槽80a中，至过饱和反应槽充满并溢流至液位控制槽80b，且液位控制槽液面到达液位计114设定位置时，即停止加入纯水，并切换管路阀体控制组件至循环模式，使稳流过饱和循环反应设备内纯水借由循环泵浦6的动力，由过饱和反应槽80a溢流至液位控制槽80b，流经循环泵浦6、过滤器106及加热器110，再回流进入过饱和反应槽80a。循环操作数分钟后重复步骤(4)排放清洗废水。或是不经回流进入过饱和反应槽80a，而直接排放清洗废水。

步骤(5a)：另外可加入一混合槽70清洗步骤。加入纯水95于过饱和混合槽70中，经过滤器90滤除多余固体物，再由连通的管路阀体控制组件将清洗后的废水排入回收废液区55；或是不经过滤器90直接将清洗后的废水排入回收废液区55。

步骤(6)：当清洗步骤完成后，即可重复步骤(1)起的循环操作。本装置除上述的循环操作外，另设有泄漏传感器112以确保溶液泄漏安全保护，并设有过滤器及加热器人工取样口122、124、126以便随时抽检设备运作状态。

较佳者，其中该回收废液区55更可装设有一回收废液传感器104及一回收废液液位传感器102，随时监控的。

较佳者，本实用新型的液相沉积(LPD)生产装置更可装设有一泄漏传感器112，随时监控着整个制程的感测泄漏情形。

纵上所述，本实用新型的液相沉积(LPD)生产装置至少有下述优点：

1、本实用新型采用单槽密闭、双出入口暨两侧溢流式稳流循环设备进行低温液相沉积，可使饱和反应液过滤、循环、加热使用，达到良好的沉积薄膜可靠度。

2、本实用新型具加热控温装置，可以温差法沉积，制程温度约15℃～50℃，可达到低热应力、低制程成本的高品质薄膜。

3、本实用新型可在饱和的氢氟硅酸中经监控自动加入水或硼酸，使其在基板上沉积低介电常数(k＝3.2～3.7)的含氟氧化硅薄膜。

4、本实用新型为应用于一种高良率的液相沉积制程，并可消弭制程中的微粒子污染现象，在0.18微米以下的制程达到更佳效果。

5、本实用新型可使沉积具选择性，达到高处理量、高阶梯覆盖能力，无金属离子外漏的问题，且仅需常压真空度，节省制程成本的优点。

6、本实用新型可应用于铜/低介电常数材料嵌刻导线制程、组件接触孔与沟槽隔离、复晶硅薄膜晶体管闸极氧化层等先进制程。

当然，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限制本实用新型的实施范围，任何本领域的熟练技术人员在不违背本实用新型的精神所做的修改，均应属于本实用新型的范围，因此本实用新型的保护范围当以下列所述的权利要求做为依据。

Claims

1.一种液相沉积生产装置，其特征在于包括：

一组饱和反应设备，该饱和反应设备包含一只混合槽、两只以上的原物料供给装置；

一组稳流过饱和循环反应设备，该稳流过饱和循环反应设备包含一只过饱和反应槽、至少一只液位控制槽、两只以上的反应剂供给装置，并以相关管路阀体控制组件与所述的饱和反应设备相连通。

2.如权利要求1所述的液相沉积生产装置，其特征在于在所述的饱和反应设备或稳流过饱和循环反应设备设置有溶液化学浓度自动监控设备，该溶液化学浓度自动监控设备至少有两个以上的溶液化学浓度自动监控装置，以相关管路组件连接并监控所述混合槽、过饱和反应槽及液位控制槽的溶液化学浓度。

3.如权利要求1所述的液相沉积生产装置，其特征在于在所述的饱和反应设备及稳流过饱和循环反应设备设置有废液回收处理设备，该废液回收处理设备包含两只以上的回收废液储存槽。

4.如权利要求1所述的液相沉积生产装置，其特征在于所述的饱和反应设备还包含搅拌器及过滤装置。

5.如权利要求1所述的液相沉积生产装置，其特征在于所述的稳流过饱和循环反应设备还包含搅拌器及过滤装置。

6.如权利要求1所述的液相沉积生产装置，其特征在于该稳流循环设备系包含有过滤器、滤心阻塞传感器以及一加热器。

7.如权利要求1所述的液相沉积生产装置，其特征在于该过饱和反应槽及液位控制槽取‘单边溢流’结构，其中反应槽包含过饱和反应槽及液位控制槽；在过饱和反应槽的底部设有一可供反应剂进入的进液孔；在液位控制槽的底部设有一可供反应剂流出的出液孔，当过饱和反应槽内的液面过高时，再由单边溢出至该液位控制槽。

8.如权利要求1所述的液相沉积生产装置，其特征在于该过饱和反应槽及液位控制槽取‘两侧溢流’结构，其中反应槽包含过饱和反应槽及其两侧的液位控制槽；在过饱和反应槽的底部设有两处可供反应剂进入的进液孔；在液位控制槽的底部设有两处可供反应剂流出的出液孔，当过饱和反应槽内的液面过高时，即溢出至两侧的液位控制槽内。

9.一种液相沉积生产装置的液位控制槽，其特征在于在两个液位控制槽底部设有连通通道，使所述两个液位控制槽相连通，维持两液位控制槽内的液面高度一致。

10、如权利要求9所数的液体上沉积生产装置的液位控制槽，其特征在于该液位控制槽底部的连通通道为“∏”型通道。