氣體過濾方法

2023-07-05 20:08:11 1

氣體過濾方法
【專利摘要】本發明涉及半導體製備領域，具體涉及一種氣體過濾方法，在利用乙炔進行PECVD沉積工藝之前，先對鋼瓶內存儲的乙炔進行過濾、乾燥處理，可有效避免鋼瓶內的其他物質隨著乙炔進入行PECVD機臺進行生產從而導致非晶碳薄膜厚度產生漂移。
【專利說明】氣體過濾方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製備領域，具體涉及一種氣體過濾方法。

【背景技術】
[0002]非晶碳薄膜是集成電路製造上常見的掩膜材料，其優點是與Si，S12等材料相比有很高的刻蝕選擇比，而且可灰化容易去除，通常用PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposit1n,等離子體增強化學汽相沉積)的方法形成，主要反應氣體為乙炔(C2H2)。反應式為=C2H2 — C+H2。
[0003]乙炔在高壓下易發生分解，並且不穩定，會發生爆炸。為了將這種危險性大的氣體穩定地貯存在鋼瓶中，需要在瓶中填滿一種多孔物質，由活性炭、木屑、浮石以及硅藻土等合制而成的。並在多孔物質上浸潤丙酮作為溶劑，當乙炔被壓縮充入瓶中時，由於溶劑吸附在多孔物質的毛細孔中，而高壓乙炔又被溶解在溶劑中，從而達到安全貯存、運輸和使用的目的。這種被稱為溶解乙炔氣瓶的特殊鋼瓶的誕生，使溶解乙炔在工業上得到了更廣泛的應用。
[0004]溶解乙炔氣瓶能夠解決乙炔氣體的安全問題，但是丙酮的沸點只有56.050C，很容易揮發，所以進入到反應腔的乙炔氣體混有丙酮蒸汽雜質。而且隨著鋼瓶中乙炔的消耗，進入到反應腔的乙炔氣體裡混有的丙酮比例會增加。在PECVD工藝進行之前，一般要對進入到反應腔的氣體流量進行控制，在反應氣體流量設置一定的情況下，乙炔氣體裡丙酮的含量越高，就意味著進入到反應腔的乙炔氣體越少。這導致一個很嚴重的問題，就是隨著乙炔的消耗，在同樣的乙炔流量設置下，PECVD機臺所沉積的非晶碳膜厚度將越來越薄，如圖1所示。C2H2滿瓶時對應的厚度是2020A，但是在同樣的工藝條件下，C2H2消耗到只剩10%
的時候，對應的厚度只有1820A。而集成電路製造過程中對薄膜的厚度是有精確的要求，薄膜厚度隨著氣源的消耗有如此大的波動是不允許的。
[0005]為了儘量減少薄膜厚度的漂移，工程師可以根據情況調整沉積時間或者流量設置去解決這個問題，但這無疑會增加工程師的負擔，而且厚度的下降幅度與機臺的跑貨量直接相關，使問題變得更複雜。


【發明內容】

[0006]本發明根據現有技術的不足提供了一種氣體過濾方法，具體方案如下:
[0007]一種氣體過濾方法，應用於PECVD工藝中，其中，包括如下步驟:
[0008]步驟S1:提供一氣體存儲裝置，所述氣體存儲裝置內儲存有包括乙炔氣體和雜質的混合氣體，通過所述氣體存儲裝置外設的一氣閥將所述混合氣體輸送至一過濾系統；
[0009]步驟S2:利用所述過濾系統對所述混合氣體進行過濾，濾去所述雜質,並將乙炔氣體輸送至一乾燥系統；
[0010]步驟S3:利用所述乾燥系統對乙炔氣體進行乾燥處理後輸送至反應腔，以進行PECVD工藝。[0011 ] 上述的方法，其中，所述雜質為丙酮。
[0012]上述的方法，其中，所述過濾系統包括一密閉的腔室，所述腔室內裝有去離子水，將所述混合氣體通入去離子水進行過濾，以濾去所述雜質。
[0013]上述的方法，其中，所述過濾系統還設置有一加熱裝置，通過所述加熱裝置使所述去離子水保持恆溫；
[0014]且所述去離子水溫度為45°C?55°C。
[0015]上述的方法，其中，所述過濾系統設置有進水口和出水口，通過所述進水口和所述出水口使所述去離子水循環流動。
[0016]上述的方法，其中，所述乾燥系統包括有冷凝管和乾燥器，所述冷凝管的一端通過管路連接所述腔室的頂部，且該冷凝管的另一端連接所述乾燥器；
[0017]通過所述冷凝管對乙炔氣體進行初步冷卻並去除部分水汽，之後通過所述乾燥器繼續進行冷卻處理。
[0018]上述的方法，其中，所述乾燥器為低溫乾燥器或固鹼乾燥器。
[0019]上述的方法，其中，將經過所述乾燥系統處理後的乙炔氣體輸送至所述反應腔之前，先通過一質量流量控制器對氣體流量進行調整。
[0020]通過本發明採用的方法，在利用乙炔氣體進行PECVD工藝之前，先對乙炔氣體進行過濾，進而得到較為純淨的乙炔氣體，並繼續進行冷卻後再進行PECVD生產，進而有效避免了在進行PECVD生產時，由於通入的乙炔氣體含有雜質從而導致生成薄膜的厚度產生漂移，進而提升產品性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明及其特徵、夕卜形和優點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。並未刻意按照比例繪製附圖，重點在於示出本發明的主旨。
[0022]圖1為採用PECVD製備非晶碳薄膜厚度與鋼瓶內C2H2的趨勢對比圖；
[0023]圖2為本發明對氣體進行過濾、乾燥的示意圖。

【具體實施方式】
[0024]在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對於本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術特徵未進行描述。
[0025]為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發明的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
[0026]本發明提供了一種氣體過濾方法，應用於PECVD工藝中，具體包括如下步驟:
[0027]步驟S1:提供一氣體存儲裝置10，氣體存儲裝置10內儲存有包括乙炔氣體和雜質的混合氣體，通過氣體存儲裝置外設的一氣閥將混合氣體輸送至一過濾系統。
[0028]在本發明的實施例中，該氣體存儲裝置10為高壓鋼瓶，該雜質為丙酮。
[0029]步驟S2:利用過濾系統20對混合氣體進行過濾，濾去雜質，並將純淨的乙炔氣體輸送至一乾燥系統30。
[0030]在本發明的實施例中，該過濾系統20包括一密閉的腔室21，腔室內裝有去離子水22，通過管路將混合氣體通入去離子水22中進行過濾，以濾去雜質。參照圖2所示。
[0031]進一步的，該過濾系統還設置有進水口 23和出水口 24，通過進水口 23和出水口24使去離子水循環流動，在提高過濾速度的同時，也有利於提高過濾效果。
[0032]進一步的，該過濾系統20還設置有一加熱裝置(圖中未示出)，通過加熱裝置使去離子水22保持恆溫。優選的，在進行過濾時，腔室21內的去離子水22的溫度保持在45°C?55°C，之所將去離子水22的溫度保持在該溫度範圍內，是由於本發明之目的是為了過濾乙炔裡面的丙酮，所以希望乙炔本身的消耗越小越好，因此溫度越高越好，但是不能超過丙酮的沸點56°C，因此去離子水溫度保持在45°C?55°C為最佳，在儘可能減小乙炔本身消耗的同時，還降低了熱預算，進而控制了生產成本。
[0033]過濾系統20是依靠乙炔和丙酮在水中的溶解度區別去除乙炔中的丙酮。同時由於乙炔在水中的溶解度與水溫有很強的關係，如表I所示，而本發明通過加熱裝置使得去離子水22保持在一恆溫狀態，當去離子水22溫度為50°C時，乙炔在水中的溶解度為萬分之五，而丙酮與水可以任意比例互溶。由於丙酮易揮發，去離子水採用「少量，循環」的方式來進行過濾，「少量」是為了降低乙炔的消耗，「循環」是為了防止溶解在水中的丙酮又揮發出來。通過精確的控制溫度使得乙炔不被溶解在去離子水中，而同時丙酮和水能以任意比例互溶，所以經過去離子水之後，乙炔中的丙酮將被去除，得到一較為純淨的乙炔氣體，並揮發至腔室21內。
[0034]

I塊在水中通抓)(g/Kg)
一 O 一1.73
—5 ~'1.49
10 — 1.31
_15__115_
_20___
251.93 ~
30.0.84
_40__OJi_
_50__OJ_
—600.37 —
70.0.25
_80__M5_
900.05
[0035]表I
[0036]步驟S3:利用乾燥系統30對經過濾處理後的乙炔氣體進行乾燥處理，進而輸出乾燥純淨的乙炔氣體至反應腔50，進行PECVD工藝。
[0037]優選的，該乾燥系統30包括有冷凝管31和乾燥器32，冷凝管31的一端通過管路通入腔室21的頂部，且該冷凝管31的另一端連接乾燥器32。通過冷凝管31對經過濾後的乙炔氣體進行初步冷卻並去除部分水汽。由於經過去離子水的過濾，乙炔氣體中會有一定的水汽混入，而同時去離子水由於具有一定溫度，因此需要對過濾後的乙炔氣體進行乾燥和冷卻處理。冷凝管31的作用是對乙炔氣體進行初步冷卻並去除一部分水氣雜質，當隨著乾燥系統30不斷進行過濾，冷凝管31會存儲一定量的水，操作人員需要定期對其進行清理。經過冷凝管31對過濾後的乙炔氣體進行冷卻、脫水處理後，之後繼續通過乾燥器32對流經冷凝管31內的乙炔氣體進行自然冷卻，最終得到乾燥純淨的乙炔氣體。
[0038]進一步優選的，該乾燥器32為低溫乾燥器，為所以選擇低溫乾燥器是因為對乙炔的低溫乾燥已經是比較成熟的技術，而且在冷卻過程中不會引入其它雜質，進而保證乙炔氣體的純度，但是本領域技術人員也可根據實際情況選擇固鹼乾燥器，對本發明並不影響。
[0039]當經過過濾、乾燥處理以得到乾燥且純淨的乙炔氣體後，通過乾燥器32輸出至PECVD反應腔室50進行反應，以在晶圓(或襯底)表面製備非晶碳(A-C)薄膜。同時，在將乾燥純淨的乙炔氣體輸出至反應腔室50內進行反應之前，還可通過一質量流量控制器(mass flow controller,MFC)40對氣體流量進行精確調整,進而實現控制晶碳(A-C)薄膜沉積的厚度。
[0040]綜上所述，由於本發明採用了如上技術方案，能夠有效去除乙炔氣體裡會有的丙酮，而且不會引入其它雜質，所以乙炔氣體到達MFC(質量流量控制器)時，已經不混有丙酮。所以雖然隨著鋼瓶中乙炔的消耗，出鋼瓶的初始乙炔氣體裡的丙酮含量依然會增加，但是經過MFC到達反應腔的乙炔氣體不會變少，進而有效的避免了在PECVD過程中非晶碳薄膜厚度漂移的問題。
[0041]以上對本發明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這並不影響本發明的實質內容。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
【權利要求】
1.一種氣體過濾方法，應用於PECVD工藝中，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟S1:提供一氣體存儲裝置，所述氣體存儲裝置內儲存有包括乙炔氣體和雜質的混合氣體，通過所述氣體存儲裝置外設的一氣閥將所述混合氣體輸送至一過濾系統； 步驟S2:利用所述過濾系統對所述混合氣體進行過濾，濾去所述雜質，並將乙炔氣體輸送至一乾燥系統； 步驟S3:利用所述乾燥系統對乙炔氣體進行乾燥處理後輸送至一反應腔，並進行PECVD工藝。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述雜質為丙酮。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述過濾系統包括一密閉的腔室，所述腔室內裝有去離子水，將所述混合氣體通入去離子水進行過濾，以濾去所述雜質。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述過濾系統還設置有一加熱裝置，通過所述加熱裝置使所述去離子水保持恆溫； 且所述去離子水溫度為45°C?55°C。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述過濾系統設置有進水口和出水口，通過所述進水口和所述出水口使所述去離子水循環流動。
6.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述乾燥系統包括有冷凝管和乾燥器，所述冷凝管的一端通過管路連接所述腔室的頂部，且該冷凝管的另一端連接所述乾燥器； 通過所述冷凝管對乙炔氣體進行初步冷卻並去除部分水汽，之後通過所述乾燥器繼續進行冷卻處理。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述乾燥器為低溫乾燥器或固鹼乾燥器。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，將經過所述乾燥系統處理後的乙炔氣體輸送至所述反應腔之前，先通過一質量流量控制器對氣體流量進行調整。
【文檔編號】C23C16/26GK104190180SQ201410374698
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】雷通, 桑寧波 申請人:上海華力微電子有限公司