TW423054B - Apparatus for depositing thin films on semiconductor wafer by continuous gas injection - Google Patents

Apparatus for depositing thin films on semiconductor wafer by continuous gas injection Download PDF

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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1423054 W 4844Pif doc/002 A7 _______ B7 五、發明説明（I ) 發明背景 發明頜域 本發明是有關於一種以連續氣體注射在如半導體基底 的晶圓上？几彳貝薄@吳的裝置。 習知技藝 請參照第1圖，習知的薄膜沉積裝置包括反應氣體轉 移部位（reaction gas transfer portion)100爲將反應氣體移入 反應器200，以及排氣部位300爲將氣體排出反應器200。 反應氣體供給部位100包括對反應器200提供第一反 應氣體的第一反應氣體供給部位110、對反應器200提供 第二反應氣體的第二反應氣體供給部位12〇、以及對反應 器200提供鈍氣的鈍氣提供部位丨30。排氣部位300包括 將氣體排出反應器的排氣泵浦。氣體供給部位110、120 ' 以及130與排氣泵浦310是藉由具有複數個開/關閥 (valves)lll 、 112 、 113 ' 114 、 115 、 121 、 122 、 123 、 124 、 125、13卜132、133、以及134的管線線所連接，其中該 閥是由與每一閥連接的連接器(未繪示於圖中）所控制。 第一反應氣體供給部位110包括第一氣源容器容器U6 充滿第一液體原料以做爲第一反應氣體源，以及大流量控 制器(mass flow controller, MFC)爲控制將第一反應氣體移 至反應器200的轉移氣體之流量。第二反應氣體供給部位 120包括第二氣源容器126充滿第二液體原料爲第二反應 氣體源，以及大流量控制器爲控制將第二反應氣體移至反 應器200的轉移氣體流量。鈍器供給部位包括鈍氣源 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4規格（210X297公翁） L—--.---------------訂------^ {請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 3 υ 5 4 4a44pii.doc/0 0 2 A 7 B7 五、發明説明（之） 容器B6以提供鈍氣，以及大流量控制器以控制流入反應 器200的鈍氣流量。 例如，在具有上述結構的薄膜沉積裝置，當閥Π1、 112、113是呈開放狀態時，由第一供給管線11以及閥111 _所提供的轉移氣體是與裝在第一氣源容器116的第一反應 氣體經由閥112、113以及第一反應器管線21 —起進入反 應器200。 當閥1M與115是呈開放狀態時，由第一供給管線11 所提供的轉移氣體是經由閥114與115、第一排氣管線71、 以及排氣泵浦310所排出。 當閥131、132、134是呈開放狀態時，鈍氣是經由第 一反應器管線21以及第三反應器管線23流入反應器200， 因此排出殘留在第一反應器管線21以及反應器200的反 應氣體。 當閥132、134是呈關閉而閥121、122' 123是呈開放 狀態時，由第二供給管線12以及閥121所提供的轉移氣 體與裝在第二氣源容器126的第二反應氣體是經由閥122、 123、以及第二反應器管線22 —起進入反應器200。 然而，爲將另一反應氣體移入反應器200而關閉閥134 時，就無法對第一反應器管線21提供更多的鈍氣。因此 殘留在第一反應器管線21的反應氣體既然無法排出，就 與下一反應氣體混合。另外，當閥132是呈關閉狀態時， 就無法排出在排氣管線附近的一部份反應器200內之反應 氣體，因此殘留的反應氣體就與下一反應氣體混合。 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 V 4 2 3 〇 b 4 -· 4844pit'.doc/0 02 A7 __B7__________ 五、發明説明（> ) 另一方面，爲轉移另一反應氣體而將閥轉到開/關的狀 態時，就改變了與對應閥連接的管線之內壓。這樣的氣壓 改變將無法確定的提供反應氣體並且將造成供給管線的空 化(cavitation)，因此使反應氣體的轉移變得困難。 發明槪述 因此本發明的目的是要提供一種在半導體晶圓上沉 積薄膜的裝置，其中將反應器或排氣泵浦的氣流控制在一 定的流量，而使不同反應氣體在反應器中不會產生混合。 爲達到本發明的目的，提供了在半導體晶圓上沉積 薄膜的裝置，包括維持在一定氣壓下的反應器；將反應氣 體供給反應器的至少兩個氣體供給部位；將氣體排出反應 氣體供給部位以及/或反應器的排氣泵浦；安裝在每一反應 氣體供給部位與反應器之間的第一流量閥，以控制反應氣 體供給部位與反應器之間的氣體流量；安裝在每一反應氣 體供給部位與排氣泵浦之間的第二流量閥，以控制反應氣 體供給部位與排氣泵浦之間的氣體流量；將鈍氣供入反應 器的鈍氣供給部位；反應氣體管線，其中由反應氣體供給 部位所提供的反應氣體經由反應氣體管線流到反應器及/或 排氣泵浦；鈍氣管線，其中由鈍氣供給部位所提供的鈍氣 經由鈍氣管線流到反應器；以及安裝在反應氣體管線及/或 鈍氣管線的複數個閥’以控制流入反應器以及/或排氣泵浦 的反應氣體以及鈍氣之流量。 較佳的第一與第二流量控制閥爲計量閥或控制閥， 7 中國國家橾CNS> A4祕(—210X297公釐)" ' (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ί 423〇54 4S4ipil'.dnc/{)02 A 7 B7五、發明説明（（f ) 係安裝在反應氣體供給部位與反應器間的閥前與反應氣體 供給部位與排氣泵浦之間。而較佳的分流管線則具有大約 0.1至0.5毫米的內直徑，以及大約15至25毫米的長度。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作 詳細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖是繪示了以連續氣體注射在半導體晶圓上沉積 薄膜的裝置之管線圖：以及 第2圖是根據本發明繪示了以連續氣體注射在半導體 晶圓上沉積薄膜的裝置之管線圖。 圖式之標記說明： 11 :第一供給管線 12 :第二供給管線 21 :第一反應器管線 22 :第二反應器管線 23 :第三反應器管線 71 :第一排氣管線 72 :第二排氣管線 100 :反應氣體轉移部位 110、1110 :第一反應氣體供給部位 111 、 112 、 113 、 114 、 115 、 121 、 122 、 123 、 124 、 125 、 131、132、133、134 :開/關閥 112a、122a :第一流量控制閥 8
Li H-— ^— j I - fl _ I _ _ n .1> T I _ _ : I n ώκ. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 423054 4S44pif.d〇o/〇02 A7 B7 五、發明説明（Γ) 114a、124a :第二流量控制閥 1」6 :第一氣源容器 120、1120 :第二反應氣體供給部位 126 :第二氣源容器 130、1130 :鈍氣供給部位 132a :第三流量控制閥 133a、134a :分流管線 136 :鈍氣容器 200 :反應器 300、1300 :排氣部位 310 :排氣泵浦 MFC ‘·大流量控制器 實施例 請參照第2圖，本發明的薄膜沉積裝置包括將反應氣 體移至反應器200的反應氣體轉移部位1000，其內壓維持 在一定的程度，以及爲將氣體排出反應器200的排氣部位 1300。在此，與第1圖那些相同的標號將代表相同的物件。 反應氣體轉移部位1000包括對反應器200提供第一 反應氣體的第一氣體供給部位1110、對反應器200提供第 二反應氣體的第二氣體供給部位1120、以及對反應器200 提供鈍氣的鈍氣供給部位1130。排氣部位1300具有將氣 體排出反應器200的排氣泵浦310。 第一、第二、以及第三氣體供給部位1110、1120、1130 還有排氣泵浦310是藉由具有複數個開/關閥丨11、112、 9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :咬I. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 “2305 4 48-44pii.d〇c/002 A7 __________B7_ 五、發明説明（6 ) 113、114、115、m、122、123、124 ' 125、131、132、133、 134的管線所連接’其中該閥是由與每一閥連接的連接器 (未繪示於圖中）所控制。 第一反應氣體供給部位1110包括第一氣源容器116 .充滿第一液體原料爲第一反應氣體源、大流量控制器(mass flow controller，MFC)以控制由第一反應氣體移至反應器200 的轉移氣體之流量、安裝在第一氣源容器丨16與閥112之 間的第一流量控制閥112a、以及安裝在大流量控制器與閥 114之間的第二流量控制閥ii4a。此時第一與第二流量控 制閥112a、114a連續的控制氣流，因此提昇或維持反應器 200內的氣流壓到一定的程度。 第二反應氣體供給部位1120包括第二氣源容器126 充滿第二液體原料爲第二反應氣體源、大流量控制器以控 制第二反應氣體移至反應器200的轉移氣體流量、安裝在 桌一氣源容器126與閥丨22之間的第一流量控制閥i22a、 以及安裝在大流量控制器與閥124之間的第二流量控制閥 124a。此時第一與第二流量控制閥122a、124a連續的控制 氣流，因此提昇或維持反應器200內的氣流壓到一定的程 度。 鈍氣供給部位Π30包括提供鈍氣的鈍氣容器136、大 流量控制器以控制鈍氣流入反應器200、安裝在閥13卜132 之間的第三流量控制閥132a、與閥133兩端連接的分流管 線(bypass lme)133a、以及與閥丨34兩端連接的分流管線 ]34a。此時第三流量控制閥132a連續的控制氣流，因此提 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐） ί--^--------ί------I 訂 *------嗓.r (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智葸財產局員工消費合作社印製 42305: 4H44pi i .dtic/002 A7 B7 五、發明説明（？） 當閥114與115是呈開放狀態時，由第一供給管線11 所提供的轉移氣體是經由第二流量控制閥114a、閥114與 115、第一排氣管線71、以及排氣泵浦310所排出。此時， 第一與第二流量控制閥112a、114a連續的控制轉移氣體的 流量，因此提高或維持流入反應器200的氣壓到一定的程 度。另外，流入反應器200的氣壓將與流入排氣泵浦310 的氣壓相同。 此後，鈍氣是經由閥131、134以及第一反應器管線21， 並且經由閥131、第三流量控制閥132a、閥132、以及第 三反應器管線23流入反應器200，因此將殘留在第一反應 器管線2丨以及反應器200內的反應氣體排出。 接著由第二供給管線12以及閥121所輸送的轉移氣 體將與源自於第二氣源容器126的第二反應氣體經由第一 控制閥122a、閥122 ' 123、以及第二反應器管線22 —起 流入第二反應器200。轉移氣體是經由第二流量控制閥 124a、閥124、125、以及排氣泵浦310所排出。此時，第 -一與第二流量控制閥122a、124a連續的控制轉移氣體的流 量，因此提高或維持流入反應器200的氣壓到一定的程度。 另外，流入皮應器200的氣壓將與流入排氣泵浦310的氣 壓相同。 此後，鈍氣是經由閥以及第二反應器管線22， \ 並且經由閥131、第三流量_婦—132a'閥132、以及第 三反應器管線23流入反應器因此將殘留在第二反應 器管線22以及反應器200內應氣體排出。 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（2!OX29?公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4230 5 4- 4K44pit doc/Oi)2 A7 B7 五、發明説明（7) 此時，當閥133或Π4呈關閉狀態時，鈍氣將經由分 流閥133a、134a連續的流入第一供給管線21或第二供給 管線22。因此，殘留在第一與第二供給管線21、22的反 應氣體將完全流入反應器200,並且與經由第三流量控制 閥132a以及閥丨32所提供的鈍氣一起排出反應器200。 如上所述，爲將另一反應氣體移至反應器而關閉閥 133、134時，鈍氣能經由分流管線133a或134a流入反應 器200 '而使殘留在第一反應器管線21或第二反應器管線 22的反應氣體能完全流入反應器200。另外，反應氣體與 在第三供給管線23的鈍氣一起完全排出反應器200，因此 反應氣體不會與下一反應氣體混合。 另外，爲轉移另一反應氣體而將閥轉到開/關的狀態 時，流量控制閥能連續的控制氣流，因此避免發生因氣壓 改變所產生的管線空化。於是反應氣體能不斷的流通。 除此之外，第一與第二流量控制閥能控制轉移氣體的 流量，而使反應器內氣體以及廢氣的氣壓能維持在一定的 程度。因此，雖然管線所呈受的氣壓因薄膜沉積裝置之要 件的不同規格（例如，反應器容量、管線線的內直徑、以 及管線線的長度）而有所不同，反應氣體的流量仍能維持 在一定的程度 如上所述，本發明的薄膜沉積裝置能透過連續氣體注 射，藉由使用流量控制閥以及分流管線來控制反應氣體以 及鈍氣的流量以保持在一定程度。且，這避免了在反應器 內不同反應氣體的混合。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!〇Χ297公釐）

Claims (1)

  1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 230 5 4 as ? B8 4844|lird〇C/〇(，2_g_ 六、申請專利範圍 1. 一種在半導體晶圓上沉積薄膜的裝置，包括： 一反應器，維持在一定氣壓； 於該反應器提供反應氣體的至少兩個反應氣體供給部 位； 將氣體排出該反應氣體供給部位及/或該反應器的一排 氣泵浦； 安裝在每一反應氣體供給部位與該反應器之間的第一 流量閥，以控制該反應氣體供給部位與該反應器間氣體流 * 里， 安裝在每一反應氣體供給部位與該排氣泵浦之間的第 二流量閥，以控制該反應氣體供給部位與該排氣泵浦間氣 體流量； 一鈍氣供給部位，以將一鈍氣供入該反應器； 反應氣體管線，其中由該反應氣體供給部位所提供的 反應氣體由過該反應氣體管線流到該反應器以及/或該排氣 泵浦； 一鈍氣管線，其中由該鈍氣供給部位所提供的該鈍氣 經過該鈍氣管線流到該反應器；以及 安裝在反應氣體管線以及/或該鈍氣管線的複數個閥， 以控制反應氣體以及鈍氣流入該反應器以及/或該排氣泵浦 的流量。 、 2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該第一 1 與第二流量控制閥是計量閥或控制閥，係安裝在該反應氣 體供給部位與該反應器間之閥之前，以及在該反應氣體供 (請先閲讀背面之江意事項再填寫本頁) x*-------訂---------I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4844pit'.doc/(K)2 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 給部位與該排氣泵浦間。 3. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中更包括 一第三流量控制閥，係安裝在該鈍氣供給部位與該反應器 之間，以控制該鈍氣供給部位與該反應器之間的該鈍氣流 量。 4. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中該第三 流量控制閥是一計量閥或一控制閥安裝在置於該鈍氣供給 部位與該反應器間的閥之前。 5. 如申請專利範圍第丨項所述的裝置，其中更包括 分流管線與放置在該鈍氣供給部位與該反應氣體管線間的 閥之兩端連接，以使鈍氣緩慢的流過反應氣體管線。 6. 如申請專利範圍第5項所述的裝置，其中該分流 管線具有一內直徑大約0.1至0.5毫米。 7. 如申請專利範圍第6項所述的裝置1其中該分流 管線具有一長度大約15至25毫米。 8. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中更包括 分流管線與放置在該鈍氣供給部位與該反應氣體管線間的 閥之兩端連接，而使鈍氣緩慢的流過反應氣體管線。 9. 如申請專利範圍第8項所述的裝置，其中該分流 管線具有一內直徑大約0,1至0.5毫米。 10. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中該分流 管線具有一長度大約15至25毫米。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) To --* 線！ 本紙乐尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐）
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