低氧控制系統的製作方法

2023-09-21 01:25:45 3

專利名稱：低氧控制系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於半導體生產裝置領域，具體涉及一種晶片氧化工藝中的低氧控制系統。
背景技術：
在半導體生產中，經常需要經過熱處理工序。經熱處理後，晶片近表面層形成一個沒有缺陷的區域保護層，半導體製造工藝中，晶片熱處理的目標是按厚度要求生長無缺陷、均勻的薄膜。所謂薄膜，是一種在襯底上生長的薄固體物質，這層膜可以是導體、絕緣物質或者是半導體材料。薄膜可以是二氧化矽(S叫)、氮化矽(Si3N4)多晶矽以及金屬等。
Si02是具有熔點溫度1732°C的本徵(純)玻璃體。熱生長的Si02能緊緊粘附在矽襯底上，並具有優良的介質特性。矽表面總是覆蓋一層Si(^，這是因為晶片只要在空氣中
暴露，就會立刻在其上形成幾個原子層的自然氧化膜。即使長時間暴露在25t:的室溫下，這
層氧化膜的厚度也只能達到40埃左右。這種氧化物是不均勻的，在半導體工藝中常被認為
是種汙染物。自然氧化層的影響給薄膜工藝技術帶來了挑戰，對於薄膜厚度很薄的工藝，晶
圓表面氧分子給薄膜厚度帶來的變化，將會明顯影響微電晶體的性能。 因此，在晶片的熱處理前、以及熱處理之後都需要在一個能夠控制氧氣濃度的空
間中進行取片、傳片操作。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的缺陷，設計一種低氧控制系統，來控制相對空間(即微環境)中的氧氣濃度，從而有效控制晶片的自然氧化狀況。 為實現上述目的，本發明的技術方案是提供一種低氧控制系統，包括依次連接的氮氣輸送裝置、循環風機和處理腔室，其中，所述處理腔室外部還連接有循環管路和氧氣分析儀，所述氧氣分析儀的另一入口端與氮氣輸送裝置連接，所述循環風機上還安裝有換氣閥門。 其中，所述處理腔室上連接有排氣管路，所述排氣管路上安裝有排氣閥，所述氮氣輸送裝置上包括有控制閥。 其中，還包括控制系統，所述控制系統的一端與氧氣分析儀連接，另一端與所述氮
氣輸送裝置上的控制閥連接，所述排氣閥與控制系統連接。 其中，所述氮氣輸送裝置上的控制閥為兩個並聯的二位二通換向閥。 其中，所述兩個並聯的二位二通換向閥之一的後部還連接有流量計。 其中，所述腔室還連接有壓力檢測裝置，所述壓力檢測裝置與控制系統連接。 其中，所述處理腔室內還安裝有過濾器和熱交換器，所述控制閥與循環風機的管
路之間還連接有二位二通閥。 其中，還包括立式氧化爐裝置，所述處理腔室的上部與立式氧化爐的爐口相連接。
低氧控制系統的操作控制方法，包括以下步驟
(1)開啟循環風機、氮氣輸送裝置上兩個並聯的二位二通換向閥和排氣管路上的排氣閥以及氧氣分析儀，同時補充氮氣和排出處理腔室內的氣體； (2)氧氣濃度低於第一閾值時，控制系統自動關閉一個二位二通換向閥，保留與流量計相連的二位二通換向閥開啟； (3)氧氣濃度低於第二閾值時，控制系統自動關閉排氣閥，控制系統控制通過流量計的氮氣流量為100-500L/min ; (4)壓力高於設定值時，系統自動開啟二位二通閥。 其中，所述氧氣濃度的第一閾值為30ppm，所述氧氣濃度的第二閾值為10ppm，所述壓力的設定值為5000mTorr。 本發明的優點和有益效果在於將晶片的熱處理之前的取片、放片程序和熱處理之後的氧化程序放置在一個能控制氧氣濃度的微環境中進行，從而有效的減少晶片的氧化。


圖1是本發明低氧控制系統的系統原理圖。
圖中 1、二位二通換向閥；2、流量計；3、控制系統；4、氧氣分析儀；5、壓力檢測計；6、循環風機；7、過濾器；8、處理腔室；9、熱交換器；10、開關閥；11、調壓閥；12、壓力表；13、三通閥；14、排氣閥;15 :氣動閥門;16 :二位二通閥。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步描述。以下實施例僅
用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。 微環境是指，設備中晶片熱處理之前以及熱處理之後，所暴露的環境，即本發明中
晶片在處理腔室內進行取片、氧化的環境。優選地，晶片的熱處理是在立式熱處理裝置中進
行。本發明中的低氧，即指氧氣濃度低於10ppm。 如附圖1所示，依照發明具體實施的方案的低氧控制系統，包括依次連接的氮氣輸送裝置、循環風機6和處理腔室8，處理腔室8是一個容積很大的容器，處理腔室8外部還連接有循環管路，其上部有開口 ，其開口與立式熱處理裝置的爐口相連接。
處理腔室8與循環風機6連接的部位安裝有過濾器7，處理腔室8外部還連接有循環管路，過濾器7用於過濾已經輸送到處理腔室8內的氣體。與過濾器7相對的一端安裝有熱交換器9，熱交換器9用於處理腔室8內的熱量交換。處理腔室8上還連接有排氣管路，排氣管路上連接有排氣閥14，處理腔室8內多餘的氣體通過排氣閥管路排出。氮氣輸送裝置主要為管路輸送，管路與氮氣產生裝置(例如純氮罐，氮氣生產廠房等連接)，管路上依次連接有開關閥10、調壓閥11 (優選為100psi的調壓閥)、壓力表12和三通閥13，以便於輸送氮氣。 開關閥10和調壓閥11用於控制管路中的氮氣輸送的開關、流量及壓力。三通閥13的後部連接兩條分支管路，其中一條分支管路是由兩個並聯的二位二通換向閥1組成的管路，其中一個二位二通換向閥1的後部還連接有流量計2。另一條分支管路上連接有氧氣分析儀4，在處理腔8中，隨著氮氣的流動，輸送氣體到氧氣分析儀4中，使得氧氣分析儀4能收集到氮氣輸送管路中的純氮，從而能提供純氮與氧氣的對比數據。氧氣分析儀4的一端與處理腔室8連接，處理腔室8內的氣體採集到氧氣分析儀4，與氧氣分析儀4中收集的純氮進行分析對比，該對比數據輸送給控制系統3，氧氣分析儀4用於檢測處理腔室8內的氧氣濃度或含量。經分析的氣體從氧氣分析儀4的排氣管路排出。 處理腔室8上還連接有壓力檢測裝置，例如壓力檢測計5，壓力檢測計5用於檢測處理腔室8內的壓力，壓力檢測計5測得的壓力值輸送給控制系統3。控制系統3與一個電磁閥組連接，通過電磁閥組控制並聯的二位二通換向閥1以及二位二通閥16的開閉，流量計2通過控制系統3來控制其流量。兩個並聯的二位二通換向閥1組成的管路後端連接循環風機6，循環風機6用於加速處理腔室8內的氣體循環流動和混合。由於處理腔室8內的氮氣濃度很高，為了便於設備檢測，在循環風機6的上部還安裝有換氣閥門，例如氣動閥門15，打開氣動閥門15時，能快速補充空氣進入處理腔室8，從而便於人員進入處理腔室8進行設備檢測。 為防止設備過載，在二位二通換向閥1與循環風機6的管路之間還連接有二位二通閥16。 在設備運行之前，處理腔室8內氣體為超淨間空氣。首先通過自動控制系統3打開氮氣輸送管路上的開關閥10、調壓閥11、二位二通換向閥1，同時打開處理腔室8上的排氣閥14，壓力檢測計5，以及循環風機6，快速填充氮氣，將處理腔室8內空氣排出，處理腔室8的氣體在循環風機6的作用下，循環流動，混合。當處理腔室8內氧氣濃度低於第一閾值時，例如，低於50ppm，特別是低於30ppm時，控制系統3通過控制電磁閥，關閉其中一個二位二通換向閥1 ，保留與流量計2連接的二位二通換向閥1 ，在流量計2指引下，填充氮氣。在循環風機6的作用下，處理腔8內的氣體不斷的循環流動，伴隨著氮氣的流動，不斷的帶動處理腔8內的氣體進入氧氣分析儀4，從而在氧氣分析儀4中不斷與設定的標準含量值進行比較，從而分析出標準含量與採樣氣體的比率，進而不斷檢測出微環境的氧氣濃度，當氧氣濃度低於第二閾值時，例如低於28卯m，優選為10卯m，最佳為5ppm時，系統自動關閉排氣閥14。氧氣分析儀4能時刻監視、檢測微環境內氧氣濃度，從而精確控制補充氮氣，保持環境氧氣濃度。氧氣濃度低於30ppm時，控制系統自動關閉排氣閥14，控制系統控制通過流量計2的氮氣流量為100-500L/min，優選通過流量計2控制氮氣流量達到100-200L/min。壓力高於設定值時，例如，壓力高於5000mTorr時，系統自動開啟二位二通閥16，起到過載保護作用，即當壓力檢測計5檢測到處理腔8內的壓力過大，即進氣過大時，控制系統自動將多餘的進氣從閥16直接排出，從而起到過載保護作用。 本設備運行時，處理腔室8內的採樣氣體，不斷的循環流動，伴隨著氮氣的流動，不斷的帶動處理腔8內的氣體進入氧氣分析儀4，從而在氧氣分析儀4中不斷與設定的標準含量值進行比較，從而分析出標準含量與採樣氣體的比率，進而不斷檢測出微環境的氧氣濃度，當氧氣濃度低於低於第二閾值時(如28卯m)，控制系統3通過流量計2進行精確控制進氣管路中的氮氣流量，從而保證處理腔8內的氧氣濃度。 當設備檢測維修，需要打開處理腔室8艙門時，打開排氣閥14以及循環風機6上風向的氣動閥門15，快速補充空氣，排出處理腔室8內的氮氣，經氧氣分析儀4到的氧氣濃度達到供工作人員呼吸的程度時，例如18%，即可打開艙門，進入人員維修。
本實施例的優點在於，能夠有效地檢測設備微環境中的氧氣含量，從而有效的減 少晶片的氧化，進一步保證了晶片的氧化工藝。處理腔室內保持正壓，可以有效防止腔室各 密封處的氣體和汙染雜質等進入腔室，保證了潔淨度。氧氣分析閉環系統可以有效檢測、監 測腔室內02濃度，既保證了工藝要求，又保證了維修時人身安全。使用壓力檢測閉環系統， 可以有效地檢測、監檢測腔室的壓力值。當微環境氣壓高於要求上限值時，控制系統3會使 二位二通閥16自動打開，保證壓力的穩定。循環風機可以使得微環境內的氣體充分混合， 保證其均勻性。上風向的氣動閥門15為空氣補充閥門，當微環境內系統需要維修時，利用 風機上風向的高抽速，使得空氣快速進入，節省了維修等待時間。採用主輔路供氣，主路快 速補充氮氣，輔路微調控制，從而更好的滿足工藝條件。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
一種低氧控制系統，包括依次連接的氮氣輸送裝置、循環風機和處理腔室，其特徵在於，所述處理腔室外部還連接有循環管路和氧氣分析儀，所述氧氣分析儀的一入口端與氮氣輸送裝置連接，所述循環風機上還安裝有換氣閥門。
2. 如權利要求1所述的低氧控制系統，其特徵在於，所述處理腔室上連接有排氣管路， 所述排氣管路上安裝有排氣閥，所述氮氣輸送裝置上包括有控制閥。
3. 如權利要求2所述的低氧控制系統，其特徵在於，還包括控制系統，所述控制系統的 一端與氧氣分析儀連接，另一端與所述氮氣輸送裝置上的控制閥連接，所述排氣閥與控制 系統連接。
4. 如權利要求3所述的低氧控制系統，其特徵在於，所述氮氣輸送裝置上的控制閥為 兩個並聯的二位二通換向閥。
5. 如權利要求4所述的低氧控制系統，其特徵在於，所述兩個並聯的二位二通換向閥 之一 的後部還連接有流量計。
6. 如權利要求5所述的低氧控制系統，其特徵在於，所述腔室還連接有壓力檢測裝置， 所述壓力檢測裝置與控制系統連接。
7. 如權利要求6所述的低氧控制系統，其特徵在於，所述處理腔室內還安裝有過濾器 和熱交換器，所述控制閥與循環風機的管路之間還連接有二位二通閥。
8. 如權利要求1-7中任一項所述的低氧控制系統，其特徵在於，還包括立式氧化爐裝 置，所述處理腔室的上部與立式氧化爐的爐口相連接。
9. 一種用於權利要求1-8的低氧控制系統的操作控制方法，其特徵在於，包括以下步驟(1) 開啟循環風機、氮氣輸送裝置上兩個並聯的二位二通換向閥和排氣管路上的排氣 閥以及氧氣分析儀，同時補充氮氣和排出處理腔室內的氣體；(2) 氧氣濃度低於第一閾值時，控制系統自動關閉一個二位二通換向閥，保留與流量計 相連的二位二通換向閥開啟；(3) 氧氣濃度低於第二閾值時，控制系統自動關閉排氣閥，控制系統控制通過流量計的 氮氣流量為100-500L/min ;(4) 壓力高於設定值時，系統自動開啟二位二通閥。
10. 如權利要求9所述的低氧控制系統的操作控制方法，其特徵在於，所述氧氣濃度的 第一閾值為30卯m，所述氧氣濃度的第二閾值為10卯m，所述壓力的設定值為5000mTorr。
全文摘要
本發明涉及半導體生產裝置領域。本發明的一種低氧控制系統，包括依次連接的氮氣輸送裝置、循環風機和處理腔室，其中，所述處理腔室外部還連接有循環管路和氧氣分析儀，所述氧氣分析儀的另一入口端與氮氣輸送裝置連接，所述循環風機上還安裝有換氣閥門。本發明低氧控制系統，能控制相對空間(即微環境)中的氧氣濃度，從而有效控制晶片的自然氧化狀況。
文檔編號H01L21/00GK101789359SQ20091026076
公開日2010年7月28日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者林松, 趙星梅, 鍾華 申請人:北京七星華創電子股份有限公司