[发明专利]气体输运管路、控制气体输运的方法及半导体设备

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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；