专利名称：低氧控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体生产装置领域，具体涉及一种晶片氧化工艺中的低氧控制系统。
背景技术：
在半导体生产中，经常需要经过热处理工序。经热处理后，晶片近表面层形成一个没有缺陷的区域保护层，半导体制造工艺中，晶片热处理的目标是按厚度要求生长无缺陷、均匀的薄膜。所谓薄膜，是一种在衬底上生长的薄固体物质，这层膜可以是导体、绝缘物质或者是半导体材料。薄膜可以是二氧化硅(S叫)、氮化硅(Si3N4)多晶硅以及金属等。
Si02是具有熔点温度1732°C的本征(纯)玻璃体。热生长的Si02能紧紧粘附在硅衬底上，并具有优良的介质特性。硅表面总是覆盖一层Si(^，这是因为晶片只要在空气中
暴露，就会立刻在其上形成几个原子层的自然氧化膜。即使长时间暴露在25t:的室温下，这
层氧化膜的厚度也只能达到40埃左右。这种氧化物是不均匀的，在半导体工艺中常被认为
是种污染物。自然氧化层的影响给薄膜工艺技术带来了挑战，对于薄膜厚度很薄的工艺，晶
圆表面氧分子给薄膜厚度带来的变化，将会明显影响微晶体管的性能。 因此，在晶片的热处理前、以及热处理之后都需要在一个能够控制氧气浓度的空
间中进行取片、传片操作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种低氧控制系统，来控制相对空间(即微环境)中的氧气浓度，从而有效控制晶片的自然氧化状况。 为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种低氧控制系统，包括依次连接的氮气输送装置、循环风机和处理腔室，其中，所述处理腔室外部还连接有循环管路和氧气分析仪，所述氧气分析仪的另一入口端与氮气输送装置连接，所述循环风机上还安装有换气阀门。 其中，所述处理腔室上连接有排气管路，所述排气管路上安装有排气阀，所述氮气输送装置上包括有控制阀。 其中，还包括控制系统，所述控制系统的一端与氧气分析仪连接，另一端与所述氮
气输送装置上的控制阀连接，所述排气阀与控制系统连接。 其中，所述氮气输送装置上的控制阀为两个并联的二位二通换向阀。 其中，所述两个并联的二位二通换向阀之一的后部还连接有流量计。 其中，所述腔室还连接有压力检测装置，所述压力检测装置与控制系统连接。 其中，所述处理腔室内还安装有过滤器和热交换器，所述控制阀与循环风机的管
路之间还连接有二位二通阀。 其中，还包括立式氧化炉装置，所述处理腔室的上部与立式氧化炉的炉口相连接。
低氧控制系统的操作控制方法，包括以下步骤
(1)开启循环风机、氮气输送装置上两个并联的二位二通换向阀和排气管路上的排气阀以及氧气分析仪，同时补充氮气和排出处理腔室内的气体； (2)氧气浓度低于第一阈值时，控制系统自动关闭一个二位二通换向阀，保留与流量计相连的二位二通换向阀开启； (3)氧气浓度低于第二阈值时，控制系统自动关闭排气阀，控制系统控制通过流量计的氮气流量为100-500L/min ; (4)压力高于设定值时，系统自动开启二位二通阀。 其中，所述氧气浓度的第一阈值为30ppm，所述氧气浓度的第二阈值为10ppm，所述压力的设定值为5000mTorr。 本发明的优点和有益效果在于将晶片的热处理之前的取片、放片程序和热处理之后的氧化程序放置在一个能控制氧气浓度的微环境中进行，从而有效的减少晶片的氧化。
图1是本发明低氧控制系统的系统原理图。
图中 1、二位二通换向阀；2、流量计；3、控制系统；4、氧气分析仪；5、压力检测计；6、循环风机；7、过滤器；8、处理腔室；9、热交换器；10、开关阀；11、调压阀；12、压力表；13、三通阀；14、排气阀;15 :气动阀门;16 :二位二通阀。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步描述。以下实施例仅
用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。 微环境是指，设备中晶片热处理之前以及热处理之后，所暴露的环境，即本发明中
晶片在处理腔室内进行取片、氧化的环境。优选地，晶片的热处理是在立式热处理装置中进
行。本发明中的低氧，即指氧气浓度低于10ppm。 如附图1所示，依照发明具体实施的方案的低氧控制系统，包括依次连接的氮气输送装置、循环风机6和处理腔室8，处理腔室8是一个容积很大的容器，处理腔室8外部还连接有循环管路，其上部有开口 ，其开口与立式热处理装置的炉口相连接。
处理腔室8与循环风机6连接的部位安装有过滤器7，处理腔室8外部还连接有循环管路，过滤器7用于过滤已经输送到处理腔室8内的气体。与过滤器7相对的一端安装有热交换器9，热交换器9用于处理腔室8内的热量交换。处理腔室8上还连接有排气管路，排气管路上连接有排气阀14，处理腔室8内多余的气体通过排气阀管路排出。氮气输送装置主要为管路输送，管路与氮气产生装置(例如纯氮罐，氮气生产厂房等连接)，管路上依次连接有开关阀10、调压阀11 (优选为100psi的调压阀)、压力表12和三通阀13，以便于输送氮气。 开关阀10和调压阀11用于控制管路中的氮气输送的开关、流量及压力。三通阀13的后部连接两条分支管路，其中一条分支管路是由两个并联的二位二通换向阀1组成的管路，其中一个二位二通换向阀1的后部还连接有流量计2。另一条分支管路上连接有氧气分析仪4，在处理腔8中，随着氮气的流动，输送气体到氧气分析仪4中，使得氧气分析仪4能收集到氮气输送管路中的纯氮，从而能提供纯氮与氧气的对比数据。氧气分析仪4的一端与处理腔室8连接，处理腔室8内的气体采集到氧气分析仪4，与氧气分析仪4中收集的纯氮进行分析对比，该对比数据输送给控制系统3，氧气分析仪4用于检测处理腔室8内的氧气浓度或含量。经分析的气体从氧气分析仪4的排气管路排出。 处理腔室8上还连接有压力检测装置，例如压力检测计5，压力检测计5用于检测处理腔室8内的压力，压力检测计5测得的压力值输送给控制系统3。控制系统3与一个电磁阀组连接，通过电磁阀组控制并联的二位二通换向阀1以及二位二通阀16的开闭，流量计2通过控制系统3来控制其流量。两个并联的二位二通换向阀1组成的管路后端连接循环风机6，循环风机6用于加速处理腔室8内的气体循环流动和混合。由于处理腔室8内的氮气浓度很高，为了便于设备检测，在循环风机6的上部还安装有换气阀门，例如气动阀门15，打开气动阀门15时，能快速补充空气进入处理腔室8，从而便于人员进入处理腔室8进行设备检测。 为防止设备过载，在二位二通换向阀1与循环风机6的管路之间还连接有二位二通阀16。 在设备运行之前，处理腔室8内气体为超净间空气。首先通过自动控制系统3打开氮气输送管路上的开关阀10、调压阀11、二位二通换向阀1，同时打开处理腔室8上的排气阀14，压力检测计5，以及循环风机6，快速填充氮气，将处理腔室8内空气排出，处理腔室8的气体在循环风机6的作用下，循环流动，混合。当处理腔室8内氧气浓度低于第一阈值时，例如，低于50ppm，特别是低于30ppm时，控制系统3通过控制电磁阀，关闭其中一个二位二通换向阀1 ，保留与流量计2连接的二位二通换向阀1 ，在流量计2指引下，填充氮气。在循环风机6的作用下，处理腔8内的气体不断的循环流动，伴随着氮气的流动，不断的带动处理腔8内的气体进入氧气分析仪4，从而在氧气分析仪4中不断与设定的标准含量值进行比较，从而分析出标准含量与采样气体的比率，进而不断检测出微环境的氧气浓度，当氧气浓度低于第二阈值时，例如低于28卯m，优选为10卯m，最佳为5ppm时，系统自动关闭排气阀14。氧气分析仪4能时刻监视、检测微环境内氧气浓度，从而精确控制补充氮气，保持环境氧气浓度。氧气浓度低于30ppm时，控制系统自动关闭排气阀14，控制系统控制通过流量计2的氮气流量为100-500L/min，优选通过流量计2控制氮气流量达到100-200L/min。压力高于设定值时，例如，压力高于5000mTorr时，系统自动开启二位二通阀16，起到过载保护作用，即当压力检测计5检测到处理腔8内的压力过大，即进气过大时，控制系统自动将多余的进气从阀16直接排出，从而起到过载保护作用。 本设备运行时，处理腔室8内的采样气体，不断的循环流动，伴随着氮气的流动，不断的带动处理腔8内的气体进入氧气分析仪4，从而在氧气分析仪4中不断与设定的标准含量值进行比较，从而分析出标准含量与采样气体的比率，进而不断检测出微环境的氧气浓度，当氧气浓度低于低于第二阈值时(如28卯m)，控制系统3通过流量计2进行精确控制进气管路中的氮气流量，从而保证处理腔8内的氧气浓度。 当设备检测维修，需要打开处理腔室8舱门时，打开排气阀14以及循环风机6上风向的气动阀门15，快速补充空气，排出处理腔室8内的氮气，经氧气分析仪4到的氧气浓度达到供工作人员呼吸的程度时，例如18%，即可打开舱门，进入人员维修。
本实施例的优点在于，能够有效地检测设备微环境中的氧气含量，从而有效的减 少晶片的氧化，进一步保证了晶片的氧化工艺。处理腔室内保持正压，可以有效防止腔室各 密封处的气体和污染杂质等进入腔室，保证了洁净度。氧气分析闭环系统可以有效检测、监 测腔室内02浓度，既保证了工艺要求，又保证了维修时人身安全。使用压力检测闭环系统， 可以有效地检测、监检测腔室的压力值。当微环境气压高于要求上限值时，控制系统3会使 二位二通阀16自动打开，保证压力的稳定。循环风机可以使得微环境内的气体充分混合， 保证其均匀性。上风向的气动阀门15为空气补充阀门，当微环境内系统需要维修时，利用 风机上风向的高抽速，使得空气快速进入，节省了维修等待时间。采用主辅路供气，主路快 速补充氮气，辅路微调控制，从而更好的满足工艺条件。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种低氧控制系统，包括依次连接的氮气输送装置、循环风机和处理腔室，其特征在于，所述处理腔室外部还连接有循环管路和氧气分析仪，所述氧气分析仪的一入口端与氮气输送装置连接，所述循环风机上还安装有换气阀门。
2. 如权利要求1所述的低氧控制系统，其特征在于，所述处理腔室上连接有排气管路， 所述排气管路上安装有排气阀，所述氮气输送装置上包括有控制阀。
3. 如权利要求2所述的低氧控制系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统的 一端与氧气分析仪连接，另一端与所述氮气输送装置上的控制阀连接，所述排气阀与控制 系统连接。
4. 如权利要求3所述的低氧控制系统，其特征在于，所述氮气输送装置上的控制阀为 两个并联的二位二通换向阀。
5. 如权利要求4所述的低氧控制系统，其特征在于，所述两个并联的二位二通换向阀 之一 的后部还连接有流量计。
6. 如权利要求5所述的低氧控制系统，其特征在于，所述腔室还连接有压力检测装置， 所述压力检测装置与控制系统连接。
7. 如权利要求6所述的低氧控制系统，其特征在于，所述处理腔室内还安装有过滤器 和热交换器，所述控制阀与循环风机的管路之间还连接有二位二通阀。
8. 如权利要求1-7中任一项所述的低氧控制系统，其特征在于，还包括立式氧化炉装 置，所述处理腔室的上部与立式氧化炉的炉口相连接。
9. 一种用于权利要求1-8的低氧控制系统的操作控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1) 开启循环风机、氮气输送装置上两个并联的二位二通换向阀和排气管路上的排气 阀以及氧气分析仪，同时补充氮气和排出处理腔室内的气体；(2) 氧气浓度低于第一阈值时，控制系统自动关闭一个二位二通换向阀，保留与流量计 相连的二位二通换向阀开启；(3) 氧气浓度低于第二阈值时，控制系统自动关闭排气阀，控制系统控制通过流量计的 氮气流量为100-500L/min ;(4) 压力高于设定值时，系统自动开启二位二通阀。
10. 如权利要求9所述的低氧控制系统的操作控制方法，其特征在于，所述氧气浓度的 第一阈值为30卯m，所述氧气浓度的第二阈值为10卯m，所述压力的设定值为5000mTorr。
全文摘要
本发明涉及半导体生产装置领域。本发明的一种低氧控制系统，包括依次连接的氮气输送装置、循环风机和处理腔室，其中，所述处理腔室外部还连接有循环管路和氧气分析仪，所述氧气分析仪的另一入口端与氮气输送装置连接，所述循环风机上还安装有换气阀门。本发明低氧控制系统，能控制相对空间(即微环境)中的氧气浓度，从而有效控制晶片的自然氧化状况。
文档编号H01L21/00GK101789359SQ20091026076
公开日2010年7月28日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者林松, 赵星梅, 钟华 申请人:北京七星华创电子股份有限公司