一種半導(dǎo)體處理裝置的供氣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體處理裝置的供氣系統(tǒng)，其特征在于，包括：壓力調(diào)節(jié)器，流量控制器，反應(yīng)腔；壓力調(diào)節(jié)器包括一個(gè)輸入端接收來(lái)自氣源的處理氣體，還包括一個(gè)輸出端輸出處理氣體；流量控制器包括一個(gè)輸入端接收來(lái)自壓力調(diào)節(jié)器的處理氣體，還包括一個(gè)輸出端連接到反應(yīng)腔；其特征在于，在壓力調(diào)節(jié)器輸出端與流量控制器輸入端之間還連接有儲(chǔ)氣腔，所述儲(chǔ)氣腔內(nèi)的儲(chǔ)氣空間大于5立方厘米。通過(guò)本發(fā)明儲(chǔ)氣腔的設(shè)置可以避免在氣體流通瞬間產(chǎn)生過(guò)沖。
【專利說(shuō)明】一種半導(dǎo)體處理裝置的供氣系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種半導(dǎo)體處理裝置的供氣系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]用于集成電路的制造的半導(dǎo)體處理工藝中包括化學(xué)氣相沉積工藝、和等離子體刻蝕工藝等。其中主要是利用等離子輔助工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體基片的處理，所述等離子體處理工藝的原理包括:使用射頻功率源驅(qū)動(dòng)等離子體發(fā)生裝置(例如電感耦合線圈)產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻交變磁場(chǎng)，使得低壓的反應(yīng)氣體被電離產(chǎn)生等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基等活性粒子，所述活性粒子可以和待處理晶圓的表面發(fā)生多種物理和化學(xué)反應(yīng)，使得晶圓表面的形貌發(fā)生改變，即完成等離子體處理工藝。
[0003]在等離子處理工藝中需要通入指定數(shù)量、指定氣壓和特定氣體成分的反應(yīng)氣體或者其它輔助氣體。要獲得這些具有特定參數(shù)的反應(yīng)氣體或輔助氣體需要一個(gè)能精確控制氣體流量、壓力的供氣系統(tǒng)連接在氣源和反應(yīng)腔之間。
[0004]如圖1a所示為現(xiàn)有技術(shù)的供氣系統(tǒng)示意圖,供氣系統(tǒng)包括手動(dòng)閥門(mén)10,接收來(lái)自氣源的氣體，來(lái)自氣源的氣體可以是單種氣體也可以是混合后的氣體。圖1a中氣體從左側(cè)也就是輸入端流入手動(dòng)閥門(mén)10，從輸出端流出，經(jīng)過(guò)一段管道連接到壓力調(diào)節(jié)器20的輸入端，壓力調(diào)節(jié)器20可以根據(jù)設(shè)定的壓力控制其內(nèi)部機(jī)構(gòu)的移動(dòng)來(lái)確保流過(guò)調(diào)節(jié)器內(nèi)的氣體壓力保持在設(shè)定的壓力。壓力調(diào)節(jié)器的輸出端連接到一個(gè)氣體監(jiān)控裝置30，氣體監(jiān)控裝置30內(nèi)可以包括互相氣體聯(lián)通的多個(gè)部件，如氣壓計(jì)、氣體過(guò)濾器、氣動(dòng)閥門(mén)等。氣體監(jiān)控裝置30包括一個(gè)輸出端，通過(guò)氣體管路連接到一個(gè)流量控制器(MFC)40，流量控制器40能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)流過(guò)的氣體流量的精確控制。經(jīng)過(guò)流量控制器40調(diào)節(jié)后輸出的反應(yīng)氣體被送入后端的反應(yīng)腔100，反應(yīng)腔內(nèi)包括待加工的基片，反應(yīng)腔內(nèi)還包括一個(gè)抽真空裝置，保持反應(yīng)腔內(nèi)的氣壓相對(duì)供氣系統(tǒng)內(nèi)的氣壓處于較低位置。圖1a所示的現(xiàn)有技術(shù)在開(kāi)始供應(yīng)氣體前壓力調(diào)節(jié)器20和流量控制器40內(nèi)以及供氣系統(tǒng)管道內(nèi)沒(méi)有氣體流動(dòng)，內(nèi)部氣壓維持在壓力調(diào)節(jié)器所設(shè)定氣壓數(shù)值。圖1b所示為在開(kāi)通前后流過(guò)壓力控制器20和流量控制器40的氣體流量和壓力變化圖，其中51為流量變化圖形，52是壓力變化圖形。圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，左側(cè)縱坐標(biāo)為氣體流量，右側(cè)縱坐標(biāo)為氣體壓力。從圖中可知在開(kāi)通瞬間，由于流量控制器40內(nèi)的氣體被抽到低壓的反應(yīng)腔100內(nèi)，流量控制器40輸入端的氣壓也迅速下降。由于壓力調(diào)節(jié)器20的響應(yīng)速度無(wú)法跟上下游MFC的響應(yīng)速度，所以壓力調(diào)節(jié)器20在氣體流通瞬間無(wú)法進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，造成其輸出端的氣壓同步快速下降，而且往往會(huì)有過(guò)沖(圖1b中Pl點(diǎn))，下降幅度超過(guò)設(shè)定數(shù)值。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間如1.5秒以后壓力調(diào)節(jié)器20開(kāi)始起作用，供氣系統(tǒng)內(nèi)的氣壓開(kāi)始快速恢復(fù)到設(shè)定數(shù)值。在氣壓過(guò)沖偏低現(xiàn)象發(fā)生之后，氣體流量為了補(bǔ)償這一低壓也會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生一個(gè)氣體流量的過(guò)沖(圖1b中流量曲線51上的P2點(diǎn))。這些過(guò)沖在部分處理工藝中危害不大，但是在一些對(duì)流量精度要求很高的場(chǎng)合(比如氣體流量過(guò)沖P2點(diǎn)不能大于目標(biāo)氣流1%)或者需要頻繁開(kāi)關(guān)的處理工藝，如循環(huán)交替進(jìn)行刻蝕和沉積步驟的Bosch刻蝕法，Bosch刻蝕法中如果每次開(kāi)關(guān)都會(huì)存在過(guò)沖，在長(zhǎng)期快速交替的刻蝕工藝中會(huì)造成嚴(yán)重的處理效果偏差。
[0005]為了解決供氣系統(tǒng)在開(kāi)通瞬間能柔和的實(shí)現(xiàn)氣體流量增加，需要一種低成本的、簡(jiǎn)單的方法防止過(guò)沖現(xiàn)象的出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種避免供氣系統(tǒng)在開(kāi)通瞬間產(chǎn)生過(guò)沖的裝置，使半導(dǎo)體處理裝置內(nèi)的氣流更穩(wěn)定，半導(dǎo)體體處理的質(zhì)量提高。
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種處理氣體供氣系統(tǒng)，其特征在于，包括:壓力調(diào)節(jié)器，流量控制器，反應(yīng)腔；壓力調(diào)節(jié)器包括一個(gè)輸入端接收來(lái)自氣源的處理氣體，還包括一個(gè)輸出端輸出處理氣體；流量控制器包括一個(gè)輸入端接收來(lái)自壓力調(diào)節(jié)器的處理氣體，還包括一個(gè)輸出端連接到反應(yīng)腔；其特征在于，在壓力調(diào)節(jié)器輸出端與流量控制器輸入端之間還連接有儲(chǔ)氣腔，所述儲(chǔ)氣腔內(nèi)的儲(chǔ)氣空間大于5立方厘米。通過(guò)本發(fā)明儲(chǔ)氣腔的設(shè)置可以避免在氣體流通瞬間產(chǎn)生氣流過(guò)沖。
[0008]其中壓力調(diào)節(jié)器輸出端與流量控制器輸入端之間還包括至少一個(gè)氣體監(jiān)控裝置，所述氣體監(jiān)控裝置選自氣壓計(jì)、氣體過(guò)濾器、氣動(dòng)閥門(mén)三種部件之一，或者多種部件的串聯(lián)組合，其中本發(fā)明的儲(chǔ)氣腔可以設(shè)置在氣體監(jiān)控裝置前端或后端，也可以串聯(lián)在氣體監(jiān)控裝置中兩個(gè)部件之間。
[0009]可以包括一個(gè)手動(dòng)閥門(mén)聯(lián)通在氣源和壓力調(diào)節(jié)器輸入端之間，可以實(shí)現(xiàn)供氣系統(tǒng)的手動(dòng)開(kāi)關(guān)。
[0010]其中本發(fā)明儲(chǔ)氣空間是一個(gè)儲(chǔ)氣筒或者也可以是具有預(yù)定長(zhǎng)度的氣體管道。本發(fā)明供氣系統(tǒng)用于循環(huán)交替進(jìn)行的刻蝕步驟和沉積步驟的刻蝕工藝，在晶體硅基片上刻蝕形成深度大于30um的深孔，在這種Bosch刻蝕工藝中本發(fā)明能抑制頻繁出現(xiàn)的氣流過(guò)沖的產(chǎn)生，顯著的改善氣流穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1a是現(xiàn)有技術(shù)供氣系統(tǒng)示意圖；
[0012]圖1b是現(xiàn)有技術(shù)中供氣系統(tǒng)開(kāi)通瞬間的氣壓和流量波形圖；
[0013]圖2a是本發(fā)明實(shí)施例的供氣系統(tǒng)示意圖；
[0014]圖2b是本發(fā)明實(shí)施例中供氣系統(tǒng)開(kāi)通瞬間的氣壓和流量波形圖；
【具體實(shí)施方式】
[0015]請(qǐng)繼續(xù)參考圖1a,如圖1a所示在氣體開(kāi)始向反應(yīng)腔100流動(dòng)瞬間由于流量控制器40先于壓力調(diào)節(jié)器20開(kāi)啟流通通道，壓力調(diào)節(jié)器20反應(yīng)速度慢于下游的流量控制器40，這一反應(yīng)速度的差距導(dǎo)致氣流會(huì)存在過(guò)沖現(xiàn)象。要解決這一問(wèn)題的最簡(jiǎn)單方法是設(shè)計(jì)反應(yīng)速度能夠足夠快的壓力調(diào)節(jié)器，但是在現(xiàn)有技術(shù)水平下，要使壓力調(diào)節(jié)器20的響應(yīng)速度達(dá)到或超過(guò)MFC的響應(yīng)速度成本會(huì)非常高，而其所起的作用只是保證開(kāi)通瞬間不會(huì)出現(xiàn)氣流過(guò)沖，成本與效果嚴(yán)重不匹配。所以本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)單有效，而且成本低廉的解決方案。請(qǐng)參考圖2a，本發(fā)明在圖1a所示的供氣系統(tǒng)內(nèi)添加了一個(gè)儲(chǔ)氣腔90，該儲(chǔ)氣腔90連接在壓力調(diào)節(jié)器20的輸出端和監(jiān)控裝置30的輸入端之間。由于儲(chǔ)氣腔90的存在，在氣體開(kāi)始流通前大量氣體被儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣腔90內(nèi)。當(dāng)氣體開(kāi)始流通進(jìn)入反應(yīng)腔100時(shí)，流量控制器40內(nèi)的氣體首先被抽走，儲(chǔ)氣腔90內(nèi)的氣體隨后也開(kāi)始被抽走。由于儲(chǔ)氣腔90腔內(nèi)空間足夠大，(典型的具有內(nèi)部容積5-100立方厘米，最佳的大于10立方厘米)在壓力調(diào)節(jié)器開(kāi)始工作控制整個(gè)管道內(nèi)的氣壓前的I秒內(nèi)，壓力調(diào)節(jié)器輸出端的氣壓會(huì)相對(duì)緩慢的下降，如圖2b中的氣壓曲線52所示，在開(kāi)始流通I秒時(shí)(X2點(diǎn))，管道內(nèi)的氣壓會(huì)均勻的降至38psia，不會(huì)如圖1b中所示的現(xiàn)有技術(shù)氣壓急劇下降，在I秒時(shí)也就是圖1b中Xl點(diǎn)時(shí)降至28.7psia。隨后壓力調(diào)節(jié)器的開(kāi)始控制管道內(nèi)的氣壓，最后經(jīng)過(guò)平緩的曲線達(dá)到目標(biāo)氣壓。由于壓力調(diào)節(jié)器內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)氣壓過(guò)沖，所以伴隨氣壓過(guò)沖出現(xiàn)氣體流量過(guò)沖也消失了。如圖2b所示，氣體流量波形51顯示采用本發(fā)明供氣系統(tǒng)后氣體流量是快速上升，直到達(dá)到預(yù)定流量，中間只有輕微的跳變，但是其突變的量遠(yuǎn)小于工藝需要的標(biāo)準(zhǔn)1%。
[0016]本發(fā)明中的儲(chǔ)氣腔90可以是一個(gè)桶狀部件，該桶狀部件至少包括一個(gè)輸入端接收來(lái)自壓力調(diào)節(jié)器20輸出的氣體，還包括一個(gè)輸出端將氣體輸出都下游的流量控制器40。儲(chǔ)氣腔90也可以是一段螺旋狀管道或者其它形狀、口徑的管道或者容器，只要其內(nèi)部容積能大于5立方厘米就能保證本發(fā)明效果的實(shí)現(xiàn)。
[0017]本發(fā)明儲(chǔ)氣腔90除了如圖2a所述可以設(shè)置在監(jiān)控裝置30前端，也可以設(shè)置在該監(jiān)控裝置30的后端，或者在監(jiān)控裝置內(nèi)任意兩個(gè)部件之間。本發(fā)明儲(chǔ)氣腔90只要能連接在壓力調(diào)節(jié)器輸出端和流量控制器40的輸入端之間就能起到抑制管道內(nèi)氣壓過(guò)沖和流量過(guò)沖的作用，監(jiān)控裝置可以連接在整個(gè)流通管道的其它部位。
[0018]本發(fā)明可以應(yīng)用于各種半導(dǎo)體處理裝置的供氣系統(tǒng)，特別是需要執(zhí)行頻繁開(kāi)關(guān)供氣系統(tǒng)以進(jìn)行處理工藝的半導(dǎo)體處理裝置。典型的如進(jìn)行Bosch刻蝕法的等離子刻蝕器，在處理過(guò)程中需要快速切換不同的氣體供應(yīng)到反應(yīng)腔中。美國(guó)專利US6924235和US5501893均介紹典型的Bosch刻蝕工藝，用于在晶體硅基片上刻蝕形成TSV (ThroughSilicon Via)深孔,其孔的深度均大于30um。在Bosch刻蝕工藝中，刻蝕氣體和沉積氣體循環(huán)交替的供應(yīng)到反應(yīng)腔中，每次刻蝕步驟完成時(shí)，刻蝕氣體會(huì)被關(guān)閉或者被直接排入抽真空通道，直到沉積步驟完成再次進(jìn)行刻蝕步驟。每個(gè)步驟執(zhí)行時(shí)間只有1-6秒，所以如果采用現(xiàn)有技術(shù)每個(gè)步驟中氣體流量都會(huì)存在不可測(cè)的過(guò)沖，這會(huì)對(duì)整個(gè)工藝的精確調(diào)控帶來(lái)很大的干擾。利用本發(fā)明提供的供氣系統(tǒng)能夠使得在進(jìn)行TSV刻蝕時(shí)具有更高精度的氣體流量和刻蝕效果。
[0019]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體處理裝置的供氣系統(tǒng)，其特征在于，包括: 壓力調(diào)節(jié)器，流量控制器，反應(yīng)腔； 壓力調(diào)節(jié)器包括一個(gè)輸入端接收來(lái)自氣源的處理氣體，還包括一個(gè)輸出端輸出處理氣體； 流量控制器包括一個(gè)輸入端接收來(lái)自壓力調(diào)節(jié)器的處理氣體，還包括一個(gè)輸出端連接到反應(yīng)腔； 其特征在于，在壓力調(diào)節(jié)器輸出端與流量控制器輸入端之間還連接有儲(chǔ)氣腔，所述儲(chǔ)氣腔內(nèi)的儲(chǔ)氣空間大于5立方厘米。
2.如權(quán)利要求1所述供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力調(diào)節(jié)器輸出端與流量控制器輸入端之間還包括至少一個(gè)氣體監(jiān)控裝置，所述氣體監(jiān)控裝置選自氣壓計(jì)、氣體過(guò)濾器、氣動(dòng)閥門(mén)三種部件之一，或者所述三種部件中任意多種部件的串聯(lián)組合。
3.如權(quán)利要求2所述供氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括手動(dòng)閥門(mén)聯(lián)通在氣源和壓力調(diào)節(jié)器輸入端之間。
4.如權(quán)利要求1所述供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)氣空間是一個(gè)儲(chǔ)氣筒。
5.如權(quán)利要求1所述供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)氣空間是具有預(yù)定長(zhǎng)度的氣體管道。
6.如權(quán)利要求1所述供氣系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)氣空間大于5小于100立方厘米。
7.—種處理氣體供氣系統(tǒng),其特征在于,如權(quán)利要求1所述的供氣系統(tǒng)用于循環(huán)交替進(jìn)行的刻蝕步驟和沉積步驟，在晶體硅基片上刻蝕形成深度大于30um的深孔。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK103730392SQ201310574531
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】倪圖強(qiáng), 魏強(qiáng) 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司