避免殘留氣體汙染晶片的設備及方法

2023-09-10 13:32:45

專利名稱：避免殘留氣體汙染晶片的設備及方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體設備及工藝，特別是涉及一種能有效避免殘留氣體汙染晶片的設備及方法。
背景技術：
化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)，是一種利用化學反應的方式，在反應室內使反應物(通常為反應氣體)生成固態的產物，並沉積於晶片表面的一種薄膜沉積技術。化學氣相沉積法的應用範圍極為廣泛，舉凡半導體元件所需製備的薄膜，不論是導體、半導體、或是介電材料(Dielectrics)，都可藉由化學氣相沉積法來進行製備。而且，由於化學氣相沉積法是藉由反應氣體間的化學反應來形成所需要的薄膜，因此，以化學氣相沉積法所製備的薄膜材料，其結晶性(Crystallinity)和理想配比(Stoichiometry)等一些與材料特性相關的性質，將優於傳統的濺射法。所以，在先進的半導體工藝中，化學氣相沉積法儼然已成為最主要的薄膜沉積工具。
當欲對晶片進行化學氣相沉積工藝時，會將晶片放置於化學氣相沉積機器內，並藉由一輸送管路將反應氣體輸送至此化學氣相沉積機器內，然後反應氣體則在化學氣相沉積機器內產生反應生成固態的產物，而沉積於晶片的表面。
舉例來說，以高密度等離子體(HDP)化學氣相沉積工藝形成氧化矽薄膜時，使用矽烷(SiH4)及氧氣(O2)作為反應氣體，然後再將反應氣體矽烷(SiH4)及氧氣(O2)分別藉由輸送管路輸送至化學氣相沉積機器內，使反應氣體矽烷(SiH4)及氧氣(O2)產生反應而生成氧化矽(SiO2)並沉積晶片的表面。然而，值得注意的是，由於輸送管路內容易積存反應氣體，這些反應氣體在經過一段時間後容易產生反應而形成微粒，因此當化學氣相沉積設備待機(停機)一段時間而再開啟時，輸送管路內的殘存反應氣體及微粒就會進入化學氣相沉積機器內，而附著於晶片上，並造成晶片汙染。
圖1為現有晶片遭受汙染的示意圖。請參閱圖1，現有的化學氣相沉積機器待機(停機)再開啟時，由於輸送管路內殘存有反應氣體及微粒，其在晶片10的表面會產生如噴射狀的微粒(Jet Type Particle)進而影響產品的成品率，甚至嚴重時還會使得晶片報廢。而且，即使在開始進行化學氣相沉積工藝之前，先進行一道清潔輸送管路的步驟，也無法避免上述微粒汙染晶片的現象產生。因此如何避免輸送管路內的殘存氣體回流至化學氣相沉積機器內，而造成晶片汙染，是目前有待解決的問題。

發明內容
因此，本發明的目的就是在提供一種避免殘留氣體汙染晶片的設備及方法，可避免在對晶片進行化學氣相沉積時，因輸送管路內的殘存氣體回流而對晶片造成汙染。
基於上述的目的，本發明提出一種避免殘留氣體汙染晶片的設備，此設備主要由化學氣相沉積機器、氣體儲存槽、輸送管路、清潔管路、轉向閥以及逆止閥(check valve)所構成。化學氣相沉積機器用以容置晶片。氣體儲存槽適於至少提供一反應氣體。輸送管路連接於氣體儲存槽及化學氣相沉積機器之間。清潔管路其一端與輸送管路連接。轉向閥配置於輸送管路與清潔管路的連接處。逆止閥配置於清潔管路上，以防止殘留氣體回流至輸送管路，而對晶片造成汙染。
本發明再提出一種避免殘留氣體汙染晶片的方法，此方法適用於避免殘留氣體汙染晶片的設備中，此設備至少包括化學氣相沉積機器、輸送管路以及清潔管路，其中輸送管路與化學氣相沉積機器連接，且清潔管路與輸送管路連接，此方法首先進行一清潔步驟，提供一清潔氣體至輸送管路，並改變氣流方向使清潔氣體由清潔管路排出，以清除輸送管路內的一殘留氣體。接著利用安裝於清潔管路的一逆止閥，防止殘留氣體回流至輸送管路。
在本發明的優選實施例中，上述避免殘留氣體汙染晶片的設備還包括配置質流控制器(Mass Flow Controller)於輸送管路上，且此質流控制器位於氣體儲存槽及轉向閥之間，用以控制氣體流量。
在本發明的優選實施例中，上述避免殘留氣體汙染晶片的設備，還包括配置第一開關閥於輸送管路上，且此第一開關閥位於轉向閥及化學氣相沉積機器之間，用以控制氣體的流通與否。
在本發明的優選實施例中，上述避免殘留氣體汙染晶片的設備，還包括在清潔管路的另一端連接抽氣裝置。此外，化學氣相沉積機器及抽氣裝置之間還連接排氣管路，並可配合抽氣裝置以將化學氣相沉積機器內的廢氣抽離。另外，排氣管路上還可配置第二開關閥，用以控制氣體的流通與否。
在本發明的優選實施例中，氣體儲存槽還包括提供至少一惰性氣體，以作為清潔輸送管路或承載反應氣體的用途。
本發明在對化學氣相沉積設備進行淨化輸送管路的步驟時，由於在清潔管路上增加配置一逆止閥，原本在輸送管路內的殘存氣體，在由清潔管路排出後即不會再回流至輸送管路內，因此在對晶片進行化學氣相沉積時，可避免晶片因輸送管路內的殘存氣體而受到汙染。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，以下配合附圖以及優選實施例，以更詳細地說明本發明。


圖1為現有晶片遭受汙染的示意圖。
圖2是繪示依照本發明一優選實施例的一種避免殘留氣體汙染晶片的設備的示意圖。
圖3是繪示使用本發明的避免殘留氣體汙染晶片的設備改善晶片汙染情形的示意圖。
簡單符號說明10晶片110化學氣相沉積機器120氧氣供給裝置130氣體儲存槽132反應氣體134惰性氣體136質流控制器140輸送管路142開關閥150抽氣裝置160排氣管路
162開關閥170清潔管路180轉向閥190逆止閥具體實施方式
請參照圖2，其繪示依照本發明一優選實施例的一種避免殘留氣體汙染晶片的設備的示意圖。本發明的避免殘留氣體汙染晶片的設備主要由化學氣相沉積機器110、氧氣供給裝置120、氣體儲存槽130、輸送管路140、抽氣裝置150、排氣管路160、清潔管路170、轉向閥180、逆止閥190所構成，其中化學氣相沉積機器110例如是常壓化學氣相沉積機器、低壓化學氣相沉積機器、等離子體化學氣相沉積機器、高密度等離子體化學氣相沉積機器等。
化學氣相沉積機器110用以容置一至多個晶片10。氧氣供給裝置120與反應腔室110連接，且氧氣供給裝置120適於提供氧氣至化學氣相沉積機器110內，而此氧氣的用途包括進行燃燒反應使化學氣相沉積機器110處於一高溫的環境，以及用以與後續送入化學氣相沉積機器110中的反應氣體反應生成固態的產物。當然，本發明無須局限配置氧氣供給裝置120，以提供氧氣至反應腔室110內，而將氧氣儲存於氣體儲存槽130中，並藉由另一輸送管路將氧氣至反應腔室110內亦可。
氣體儲存槽130適於提供反應氣體132(如矽烷(SiH4))及惰性氣體134(如N2、Ar、He)。其中惰性氣體134(本實施例以氮氣(N2)為例作說明)用以清潔管路以及作為載氣(本實施例以氬(Ar)、氦(He)為例作說明)之用。
輸送管路140連接於氣體儲存槽130及化學氣相沉積機器110之間，藉由輸送管路140可將氣體儲存槽130中所提供的反應氣體132及惰性氣體134輸送至化學氣相沉積機器110內。
排氣管路160連接於抽氣裝置150以及化學氣相沉積機器110之間，藉由抽氣裝置150與排氣管路160的配合使用，以將化學氣相沉積機器110內的廢氣抽離。
清潔管路170其一端與輸送管路140連接，另一端與抽氣裝置150連接。轉向閥180配置於輸送管路140與清潔管路170的連接處，而逆止閥190配置於清潔管路270上。此外，可配置質流控制器136於輸送管路140上，且質流控制器136位於氣體儲存槽130及轉向閥180之間，用以控制氣體流量。另外，可藉由在位於轉向閥180及化學氣相沉積機器110之間的輸送管路140上配置開關閥142，用以控制使上述氣體是否可流通至化學氣相沉積機器110內。再者，可藉由在位於化學氣相沉積機器110及抽氣裝置150之間的排氣管路160上配置開關閥162，用以控制使上述廢氣是否可由化學氣相沉積機器110內排出。
值得注意的是，本發明的避免殘留氣體汙染晶片的裝置，由於在清潔管路270上增加配置一逆止閥190，使得原本在輸送管路內的殘存氣體，在由清潔管路排出後即不會再回流至輸送管路內，因此在對晶片進行化學氣相沉積時，可避免晶片因輸送管路內的殘存氣體而受到汙染。
承上所述，本發明又提出一避免殘留氣體汙染晶片的方法，此方法適用於上述避免殘留氣體汙染晶片的設備中，此方法先進行清潔步驟，提供清潔氣體(如氮氣)至輸送管路140，並改變氣流方向使清潔氣體由清潔管路170排出，以清除輸送管路140內的殘留氣體(如矽烷)。接著利用安裝於清潔管路170的逆止閥190，防止殘留氣體回流至輸送管路140，而造成後續進行晶片表面沉積時，晶片受到汙染。
較詳細的說明之，在進行晶片的表面沉積之前，可先進行預熱步驟，即藉由氧氣供給裝置120提供氧氣至化學氣相沉積機器110內，用以進行燃燒反應使化學氣相沉積機器110處於高溫的環境。接著進行清潔輸送管路140的步驟，首先提供惰性氣體134作為清潔氣體(本實施例以氮氣(N2)舉例說明)並輸送至輸送管路140，且利用轉向閥180改變氣流方向，使惰性氣體134將原本殘存於輸送管路140內的反應氣體132(本實施例以矽烷(SiH4)舉例說明)由清潔管路170排出，以完成輸送管路140的清潔動作。
承上所述，本發明的避免殘留氣體汙染晶片的方法，藉由在清潔管路170上增加配置一逆止閥190的步驟，使得原本在輸送管路140內的殘存氣體，在輸送至清潔管路170後即不會再回流至輸送管路140內，因此在化學氣相沉積機器110停機再開啟時，輸送管路140內已無殘存的氣體而不會對晶片10造成汙染。
當然，本領域技術人員應知上述方法中用於清潔輸送管路140的氣體，並不局限使用本實施例的惰性氣體，亦可直接使用反應氣體。
圖3是繪示使用本發明的避免殘留氣體汙染晶片的設備而改善晶片汙染情形的示意圖。由圖3可知，本發明在清潔管路上配置逆止閥之後，原本在輸送管路內的殘存氣體，在輸送至清潔管路後即不會再回流至輸送管路內，因此在化學氣相沉積機器停機再開啟時，輸送管路內已無殘存的氣體，而不會對晶片10造成汙染。
綜上所述，本發明在對化學氣相沉積機器進行清潔輸送管路的步驟時，由於在清潔管路上配置一逆止閥，原本在輸送管路內的殘存氣體，在輸送至清潔管路後即不會再回流至輸送管路內，因此可避免對晶片進行化學氣相沉積時，輸送管路內含有殘存氣體而對晶片造成汙染。
雖然本發明以優選實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應當以後附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種避免殘留氣體汙染晶片的設備，該設備包括一化學氣相沉積機器，用以容置一晶片；一氣體儲存槽，適於至少提供一反應氣體；一輸送管路，連接於該氣體儲存槽及該化學氣相沉積機器之間；一清潔管路，其一端與該輸送管路連接；一轉向閥，配置於該輸送管路與該清潔管路的連接處；以及一逆止閥，配置於該清潔管路上，以防止殘留氣體回流至該輸送管路，而對該晶片造成汙染。
2.如權利要求1所述的避免殘留氣體汙染晶片的設備，還包括一質流控制器，配置於該輸送管路上，且該質流控制器位於該氣體儲存槽及該轉向閥之間。
3.如權利要求1所述的避免殘留氣體汙染晶片的設備，還包括一第一開關閥，配置於該輸送管路上，且該第一開關閥位於該轉向閥及該化學氣相沉積機器之間。
4.如權利要求1所述的避免殘留氣體汙染晶片的設備，還包括一抽氣裝置，該抽氣裝置與該清潔管路的另一端連接。
5.如權利要求4所述的避免殘留氣體汙染晶片的設備，還包括一排氣管路，連接於該化學氣相沉積機器及該抽氣裝置之間。
6.如權利要求5所述的避免殘留氣體汙染晶片的設備，還包括一第二開關閥，配置於該排氣管路上。
7.如權利要求1所述的避免殘留氣體汙染晶片的設備，其中該氣體儲存槽還包括提供至少一惰性氣體。
8.一種避免殘留氣體汙染晶片的方法，適用於一設備中，該設備至少包括一化學氣相沉積機器、一輸送管路以及一清潔管路，其中該輸送管路與該化學氣相沉積機器連接，且該清潔管路與該輸送管路連接，該方法包括進行一清潔步驟，提供一清潔氣體至該輸送管路，並改變氣流方向使該清潔氣體由該清潔管路排出，以清除該輸送管路內的一殘留氣體；以及利用安裝於該清潔管路的一逆止閥，防止該殘留氣體回流至該輸送管路。
9.如權利要求8所述的避免殘留氣體汙染晶片的方法，其中該清潔氣體包括氮氣。
10.如權利要求8所述的避免殘留氣體汙染晶片的方法，其中該殘留氣體包括矽烷。
全文摘要
一種避免殘留氣體汙染晶片的設備，此設備主要由一化學氣相沉積機器、一輸送管路、一清潔管路以及一逆止閥所構成。其中，輸送管路與化學氣相沉積機器連接，而清潔管路與輸送管路連接。由於在清潔管路上配置有逆止閥，可避免殘留氣體由清潔管路回流至輸送管路，進而對晶片造成汙染。
文檔編號H01L21/31GK1763907SQ20041008823
公開日2006年4月26日 申請日期2004年10月21日 優先權日2004年10月21日
發明者黃國華, 戴政賢 申請人:力晶半導體股份有限公司