气体输运管路、控制气体输运的方法及半导体设备技术

本发明专利技术公开了一种气体输运管路、控制气体输运的方法及半导体设备，其中，气体输运管路包括：至少两个供气管路，供气管路的一端与气源连通，另一端与反应腔室的入口连通，供气管路上设有第一控制阀、第二控制阀以及设置在第一控制阀和第二控制阀之间的管路控制元件；管路控制元件和第二控制阀之间的管路组成气体暂存管路；第一控制阀，设于气源与管路控制元件之间，用于控制气体从气源连续性地进入气体暂存管路；管路控制元件，用于控制气体按照设定流量输入气体暂存管路；第二控制阀设于气体暂存管路的出口处，用于控制气体暂存管路内的气体间断性地供给反应腔室。本发明专利技术在气体非反应时段对气体进行暂存，避免了工艺气体的浪费。

【技术实现步骤摘要】
气体输运管路、控制气体输运的方法及半导体设备
本专利技术涉及半导体设备领域，更具体地，涉及一种气体输运管路、应用气体输运管路控制气体输运的方法及半导体设备。
技术介绍
晶圆刻蚀的原理是将通入反应腔室的气体暴露在电磁场区域形成电离气体，电离气体原子通过电场加速，轰击工件表面并发生反应，反应的挥发性副产物被真空泵抽走。随着集成电路的发展，对刻蚀技术的要求也越来越高，原子层刻蚀技术也逐步变成主流技术。原子层刻蚀是快速导入工艺气体，与晶圆的最上层原子发生反应后，然后快速导入另一种工艺气体，轰击最上层原子，这样逐层刻蚀。其主要目的是不影响下一原子层。因此在该项工艺中，气体流量控制和切换速度是关键点。原子层刻蚀(ALE)技术主要为若干个包含四个步骤的循环：1)向腔室通入刻蚀气体一，使气体分子充分吸附在衬底表面上，直到达到饱和状态；2)通入吹扫气体将剩余刻蚀气体一及其副产物去除干净；3)向腔室通入刻蚀气体二，使之刻蚀掉已吸附在衬底表面的刻蚀气体一及衬底表层原子；4)通入吹扫气体将剩余刻蚀气体二及其副产物去除干净。原子层沉积(ALD)技术步骤与ALE类似。因此，在ALE反应各步骤间需要快速切换，以实现不同气体交替通入反应腔室。为了保持工艺气体的连贯性，同时避免质量流量计因憋压导致气流波动，影响沉积薄膜质量，当某种工艺气体不通入腔室时，往往会直接通往真空泵，这样不仅造成了工艺气体的过量消耗，而且会导致两种反应物在真空泵直接相遇，形成大量颗粒，影响真空泵寿命。传统刻蚀设备中的质量流量控制器MFC的响应时间(约500ms)无法达到ALE/ALD工艺中气体快速切换的要求，因此在现有技术中，如图1所示，为了能够得到稳定气体流量的工艺气体，第一质量流量控制器2、第二质量流量控制器6和第一隔膜阀1、第二隔膜阀3、第四隔膜阀5、第五隔膜阀7为常开状态，在工艺过程中，需要有反应气体时，第三隔膜阀4和第六隔膜阀8开、第七隔膜阀9和第八隔膜阀10关，所需气体即可导入反应腔室11，需要切换时，第三隔膜阀4和第六隔膜阀8关、第七隔膜阀9和第八隔膜阀10开，气体被干泵12直接抽到尾排系统，进行处理，由于整个工艺过程中，1/4的时间需要工艺气体，3/4的时间工艺气体被抽走，直到工艺完成。设F为工艺气体单位时间的控制流量，T1为工艺时间，T2为工艺等待时间，其中T2＝3×T1，则有F×T1+F×T2＝总流量。那么总流量中有3/4的工艺气体是不参与工艺反应直接进入尾气厂排中。现有技术的不足为：工艺气体使用量过大，浪费的气体过多(约为使用总量的3/4)，增加气体使用成本。因此，如何避免工艺气体的浪费是目前需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种气体输运管路、应用气体输运管路控制气体输运的方法及半导体设备，能够解决工艺气体浪费的问题。为实现上述目的，本专利技术提出了一种气体输运管路，包括：至少两个供气管路，所述供气管路的一端与气源连通，另一端与反应腔室的入口连通，所述供气管路上设有第一控制阀、第二控制阀以及设置在所述第一控制阀和所述第二控制阀之间的管路控制元件；所述管路控制元件和所述第二控制阀之间的管路组成气体暂存管路；所述第一控制阀，设于所述气源与所述管路控制元件之间，用于控制气体从所述气源连续性地进入所述气体暂存管路；所述管路控制元件，用于控制气体按照设定流量输入所述气体暂存管路；所述第二控制阀设于所述气体暂存管路的出口处，用于控制所述气体暂存管路内的气体间断性地供给所述反应腔室。作为可选方案，所述管路控制元件为质量流量控制器。作为可选方案，所述供气管路上还设有限流垫片，所述限流垫片设置于所述反应腔室的入口与所述第二控制阀之间，用于限制气体按照限定流量进入所述反应腔室。作为可选方案，所述反应腔室设有排气口，所述气体输运管路还包括抽气管路，所述抽气管路与所述排气口连通，用于将剩余的气体抽出所述反应腔室。作为可选方案，所述气体暂存管路的长度大于设定长度L，所述设定长度L与其中一路所述供气管路相邻两次供气给所述反应腔室的时间间隔T、单位时间内的气体流量F、标准大气压力P标、所述气体暂存管路内的压力P管、所述气体暂存管路的管路截面积S和零摄氏度所对应的开尔文温度T标相关。作为可选方案，所述设定长度L采用以下公式计算：其中，T的单位为分钟，L的单位为厘米，F1的单位为毫升/分钟，P标和P管的单位为千帕，截面积S的单位为平方厘米。本专利技术还提供了一种半导体设备，包括反应腔室和与所述反应腔室连通的上述的气体输运管路。本专利技术还提供了一种应用上述的气体输运管路控制气体输运的方法，用于在每个周期向所述反应腔室交替输入不同的气体，所述方法包括：当达到每个周期的当前气体非反应时段，控制打开对应供气管路上的所述第一控制阀和所述管路控制元件以及控制关闭对应供气管路上的所述第二控制阀，以控制来自所属气源的当前气体按照设定流量输入并缓存在所述气体暂存管路；当达到每个周期的当前气体反应时段，控制打开所述第二控制阀，以控制来自所属气源和预先缓存在所述气体暂存管路中的当前气体均输入所述反应腔室。作为可选方案，所述当前气体非反应时段包括当前气体排气时段、其他气体反应时段和其他气体排气时段，所述方法还包括：当达到每个周期的所述当前气体排气时段，控制抽气管路将剩余的当前气体抽出所述反应腔室。作为可选方案，所述设定流量由所述当前气体反应时段与单个周期的长度比值确定。本专利技术的有益效果在于：在供气管路上设置用于暂存气体的气体暂存管路，在气体非反应时段将气体存储在气体暂存管路中，在气体反应时段内对反应腔室供气，避免了工艺气体的浪费，减少工艺气体使用量，降低工艺用气成本。进一步地，在反应腔室的入口处设置限流垫片，防止工艺气体进气时出现压力激增，有效解决了工艺结果的稳定性和重复性问题。进一步地，通过对第一控制阀、第二控制阀和质量流量控制器的开启和关闭及气体流量的控制，控制时间精确，简单易实现。本专利技术还具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了现有的一种气体输运管路结构示意图。图2示出了根据本专利技术一实施例的一种气体输运管路结构示意图。图3示出了未安装限流垫片时气体进入反应腔室后流量示意图。图4示出了安装限流垫片后气体进入反应腔室后流量示意图。附图标记说明：1-第一隔膜阀；2-第一质量流量控制器；3-第二隔膜阀；4-第三隔膜阀；5-第四隔膜阀；6-第二质量流量控制器；7-第五隔膜阀；8-第六隔膜阀；9-第七隔膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体输运管路，其特征在于，包括：/n至少两个供气管路，所述供气管路的一端与气源连通，另一端与反应腔室的入口连通，所述供气管路上设有第一控制阀、第二控制阀以及设置在所述第一控制阀和所述第二控制阀之间的管路控制元件；/n所述管路控制元件和所述第二控制阀之间的管路组成气体暂存管路；/n所述第一控制阀，设于所述气源与所述管路控制元件之间，用于控制气体从所述气源连续性地进入所述气体暂存管路；/n所述管路控制元件，用于控制气体按照设定流量输入所述气体暂存管路；/n所述第二控制阀设于所述气体暂存管路的出口处，用于控制所述气体暂存管路内的气体间断性地供给所述反应腔室。/n

【技术特征摘要】
1.一种气体输运管路，其特征在于，包括：
至少两个供气管路，所述供气管路的一端与气源连通，另一端与反应腔室的入口连通，所述供气管路上设有第一控制阀、第二控制阀以及设置在所述第一控制阀和所述第二控制阀之间的管路控制元件；
所述管路控制元件和所述第二控制阀之间的管路组成气体暂存管路；
所述第一控制阀，设于所述气源与所述管路控制元件之间，用于控制气体从所述气源连续性地进入所述气体暂存管路；
所述管路控制元件，用于控制气体按照设定流量输入所述气体暂存管路；
所述第二控制阀设于所述气体暂存管路的出口处，用于控制所述气体暂存管路内的气体间断性地供给所述反应腔室。


2.根据权利要求1所述的气体输运管路，其特征在于，所述管路控制元件为质量流量控制器。


3.根据权利要求1所述的气体输运管路，其特征在于，所述供气管路上还设有限流垫片，所述限流垫片设置于所述反应腔室的入口与所述第二控制阀之间，用于限制气体按照限定流量进入所述反应腔室。


4.根据权利要求1所述的气体输运管路，其特征在于，所述反应腔室设有排气口，所述气体输运管路还包括抽气管路，所述抽气管路与所述排气口连通，用于将剩余的气体抽出所述反应腔室。


5.根据权利要求1所述的气体输运管路，其特征在于，所述气体暂存管路的长度大于设定长度L，所述设定长度L与其中一路所述供气管路相邻两次供气给所述反应腔室的时间间隔T、单位时间内的气体流量F1、标准大气压力P标、所述气体暂存管路内的压力P管、所述气体暂存...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景春，张宝辉，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11