半导体生产设备及半导体工艺方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种半导体生产设备及半导体工艺方法。

背景技术：

化学气相沉积(cvd)工艺在半导体芯片制造和液晶面板制造中被广泛应用，其基本原理是将一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基板的反应腔室，借助空间气相化学反应或使原料气体发生热分解而在基板表面上沉积形成薄膜。钨膜(w)沉积就是一个很好的例子，它一般是利用wf6、sih4和b2h6这几种蒸汽压气体的热分解以及化学反应最终在晶圆表面形成稳定的钨膜。通过cvd沉积虽然能得到生产者希望的薄膜，但同时在设备腔体以及蒸汽压气体经过的各种管路中，包括排气管路中都容易沉积生产者所不希望的薄膜，这些沉积的薄膜不仅容易引起颗粒污染导致良率下降，而且极易导致设备性能下降乃至设备寿命缩短，最常见的一种危害是，生产过程中排放到干泵的尾气在排气管路和干泵中发生化学反应沉积在排气管路和干泵上，导致排气管路排气功能下降和干泵停机现象高发，而若干泵停机，尾气可能倒灌回反应腔室引发设备污染和晶圆污染，造成严重的生产事故。但现有的半导体设备中，单个反应腔室一般只配备一个排气管路和一个干泵，生产过程中产生的各种尾气和反应副产物都通过此单一路径排放，生产人员通过定期的设备清洗保养维持设备运转。cvd薄膜沉积中反应气体可能是依次通入反应腔室并被依次排放，但因为排放的尾气容易滞留在排气管路和干泵中而使得不同的尾气相遇而发生反应。虽然有一些专利提出了双排气系统的观念，但也只是将一个排气系统作为另外一个排气系统的备用，而没有从根本上解决尾气排放过程中尾气之间相互反应生成薄膜沉积于排气管路上和干泵中，导致排气管路故障和干泵停机等问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体生产设备及半导体工艺方法，用于解决现有技术中尾气排放过程中由于尾气由同一排气管路排出，尾气之间相互反应生成薄膜沉积在排气设备中而导致排气设备故障甚至引发严重生产事故的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体生产设备，所述半导体生产设备包括反应腔室、气体供给系统、第一排气系统及第二排气系统。所述反应腔室包括进气口和排气口；气体供给系统包括第一气体源、第二气体源、第一供气管路及第二供气管路；所述第一供气管路一端与所述第一气体源相连接，另一端与所述反应腔室的进气口相连接，用于向所述反应腔室内通入第一类反应气体；所述第二供气管路一端与所述第二气体源相连接，另一端与所述反应腔室的进气口相连接，用于向所述反应腔室内通入第二类反应气体；其中，所述第一类反应气体与所述第二类反应气体会发生反应；第一排气系统包括第一排气管路和第一泵，所述第一排气管路的一端与所述反应腔室的排气口相连接，另一端与所述第一泵相连接，所述第一排气系统用于在所述第一供气管路向所述反应腔室内通入所述第一类反应气体预设时间后排放所述反应腔室内残留的所述第一类反应气体；第二排气系统包括第二排气管路和第二泵，所述第二排气管路的一端与所述反应腔室的排气口相连接，另一端与所述第二泵相连接，所述第二排气系统用于在所述第二供气管路向所述反应腔室内通入所述第二类反应气体预设时间后排放所述反应腔室内残留的所述第二类反应气体；其中，

所述第一排气系统和所述第二排气系统分别用于将所述第一类反应气体和所述第二类反应气体分离排放，以避免在排放过程中所述第一类反应气体和第二类反应气体直接相互接触而发生反应。

优选地，所述第一排气系统还包括第三排气管路，所述第三排气管路一端与所述第一供气管路相连接，另一端与所述第一排气管路相连接；所述第二排气系统还包括第四排气管路，所述第四排气管路一端与所述第二供气管路相连接，另一端与所述第二排气管路相连接。其中，所述第三排气管路用于在所述反应腔室不需要所述第一类反应气体时排放所述第一类反应气体；所述第四排气管路用于在所述反应腔室不需要所述第二类反应气体时排放所述第二类反应气体。

优选地，所述气体供给系统还包括气压阀，所述气压阀分别位于所述第三排气管路与所述反应腔室之间的所述第一供气管路上及位于所述第四排气管路与所述反应腔室之间的所述第二供气管路上。

优选地，所述第一排气系统及所述第二排气系统均包括控制阀，所述控制阀分别位于所述第一排气管路、所述第二排气管路、所述第三排气管路及所述第四排气管路上。

优选地，所述第一气体源用于提供包括wf6及b2h6的第一类反应气体，所述第二气体源用于提供包括sih4的第二类反应气体。

优选地，所述气体供给系统还包括质量流量控制器(mfc)，所述质量流量控制器分别位于所述第一供气管路及位于所述第二供气管路上。

本发明还提供一种半导体工艺方法，所述半导体工艺方法包括如下步骤：

1)提供如上述任一方案中所述的半导体生产设备；

2)提供一待处理基板，将所述待处理基板置于所述反应腔室内；

3)使用所述第一供气管路向所述反应腔室内通入第一类反应气体，经过预设时间后，使用所述第一排气系统将所述反应腔室内残留的所述第一类反应气体排出；

4)使用所述第二供气管路向所述反应腔室内通入第二类反应气体，经过预设时间后，使用所述第二排气系统将所述反应腔室内残留的所述第二类反应气体排出。

优选地，上述方法中的第一类反应气体包括wf6及b2h6，第二类反应气体包括sih4

优选地，所述步骤3)与步骤4)之间还包括重复步骤3)至少一次的步骤；步骤4)之后还包括重复步骤4)至少一次的步骤。

在另一优选方案中，所述步骤4)之后还包括重复步骤3)至步骤4)至少一次的步骤。

如上所述，本发明的半导体生产设备及半导体工艺方法，具有以下有益效果：本发明的半导体生产设备通过第一排气系统和第二排气系统将相互之间会发生反应的尾气进行分离排放，避免因尾气之间的相互反应形成薄膜沉积在排气管路和干泵中导致排气管路故障和干泵停机等问题。使用本发明的半导体生产设备能减少设备的保养周期、有效提高设备的使用寿命从而降低生产成本。使用本发明的半导体工艺方法，能减少设备保养的周期，节约生产时间和成本，同时能够避免因尾气排放产生的停机问题从而有效提高生产效率。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中的半导体生产设备的结构示意图。

图2显示为本发明实施例二中的半导体生产设备的结构示意图。

图3显示为本发明实施例三的半导体工艺方法的流程图。

元件标号说明

1半导体生产设备

11反应腔室

111进气口

112排气口

113基座

21气体供给系统

211第一气体源

212第一供气管路

213气压阀

221第二气体源

222第二供气管路

223质量流量控制器

31第一排气系统

311第一排气管路

312第一泵

313第三排气管路

314控制阀

41第二排气系统

411第二排气管路

412第二泵

413第四排气管路

s01～s04步骤

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容变更下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种半导体生产设备1，所述半导体生产设备1包括反应腔室11、气体供给系统21、第一排气系统31及第二排气系统41。所述反应腔室11包括进气口111和排气口112；气体供给系统21包括第一气体源211、第二气体源221、第一供气管路212及第二供气管路222；所述第一供气管路212一端与所述第一气体源211相连接，另一端与所述反应腔室11的进气口111相连接，用于向所述反应腔室11内通入第一类反应气体；所述第二供气管路222一端与所述第二气体源221相连接，另一端与所述反应腔室11的进气口111相连接，用于向所述反应腔室11内通入第二类反应气体；其中，所述第一类反应气体与所述第二类反应气体会发生反应。更具体地，所述第一气体源211用于提供包括wf6及b2h6的第一类反应气体，所述第二气体源221用于提供包括sih4的第二类反应气体。第一排气系统31包括第一排气管路311和第一泵312，所述第一排气管路311的一端与所述反应腔室11的排气口112相连接，另一端与所述第一泵312相连接，所述第一排气系统31用于在所述第一供气管路212向所述反应腔室11内通入所述第一类反应气体预设时间后排放所述反应腔室11内残留的所述第一类反应气体；第二排气系统41包括第二排气管路411和第二泵412，所述第二排气管路411的一端与所述反应腔室11的排气口112相连接，另一端与所述第二泵412相连接，所述第二排气系统41用于在所述第二供气管路411向所述反应腔室11内通入所述第二类反应气体预设时间后排放所述反应腔室11内残留的所述第二类反应气体。所述第一排气系统31和所述第二排气系统41分别用于将所述第一类反应气体和所述第二类反应气体分离排放，以避免在排放过程中所述第一类反应气体和第二类反应气体直接相互接触而发生反应。

所述第一泵312和所述第二泵412优选为干式真空泵，具体型号可以相同或不同，但抽气速率等参数最好设为一致。为控制气体的供应或中断，所述气体供给系统21还包括气压阀213，所述气压阀213分别位于所述第一供气管路212上及所述第二供气管路222上。半导体行业通常需严格限制气体的流向，故所述气压阀213一般为单通阀，即保证气体只能往一个方向流动而不能倒流，并且除配备自动式阀门外一般还配置手动阀，以备紧急情况下能切断气体供应。所述第一排气系统31及所述第二排气系统41还均包括控制阀314，所述控制阀314分别位于所述第一排气管路311及所述第二排气管路411上。同样的，所述控制阀314也一般是单通式的，其具体规格和型号可以和所述气压阀212一样。为精确控制供应气体的流量，所述气体供给系统21通常还包括质量流量控制器223(mfc)，所述质量流量控制器223位于所述第一供气管路212及所述第二供气管路222上，通过控制所述质量流量器223的关闭或导通亦可实现反应气体的供应或中断。所述质量流量控制器223和所述气压阀213的相对位置可以根据需要而定，即所述质量流量控制器223可以安装在相较于所述气压阀213更靠近所述反应腔室11的方向，也可以将所述气压阀213安装在更靠近所述反应腔室11的方向，当然，也可以于所述质量流量控制223的两侧均设置所述气压阀213，这样可以避免将有问题的气体通入所述质量流量控制器223，也可以在所述质量流量控制器223检测到供应气体出现问题时避免将气体供应到所述反应腔室11中。一般的，所述半导体生产设备1内通常会有控制模块，于控制模块中设定产品的工艺生产菜单(recipe)，此工艺生产菜单通常包含通气时间和排气时间等参数。并且还可以设定紧急程序使得在所述第一排气系统31或所述第二排气系统41任何一个出现故障时，另一个可以作为备用，当然，这种备用只限于紧急情况下的短时间备用，在故障消除后需立即恢复。本实施例中的半导体生产设备1的反应腔室11中通常只包括一个基座113，待处理的基板，如晶圆，将置于所述基座113上，然后依设定的工艺生产菜单通过所述气体供给系统21向所述反应腔室11内供应反应气体，并于预设的时间后进行尾气排放。本实施例中所述的半导体生产设备1尤其适合钨膜的沉积。钨膜沉积中常用的气体包括wf6、b2h6和sih4，由于sih4容易和wf6发生化学反应，因此可以将wf6及b2h6纳入第一类反应气体进行排放，而将sih4作为第二类反应气体分离排放，需要说明的是，第一类和第二类只是一个相对的概念，比如，可以将wf6及b2h6称为第二类反应气体而将sih4称为第一类反应气体分离排放。还特别需要说明的是，所述第一供气管路212和所述第二供气管路222连接的是同一个进气口111，所述第一排气管路311和第二排气管路411连接的是同一个排气口112，此示意图只为示意各部分的连接关系而并非对具体结构的限定。

实施例二

如图2所示，本发明还提供另一种半导体生产设备1。本实施例中的半导体生产设备1的结构与实施例一中所述的半导体生产设备1的结构大致相同，且同样适用于钨膜的沉积，二者的区别在于：本实施例中的半导体生产设备1相较于实施例一中的半导体生产设备1，在实施例一的基础上，所述第一排气系统31还包括第三排气管路313，所述第三排气管路313一端与所述第一供气管路212相连接，另一端与所述第一排气管路311相连接，当然，其另一端也可以不与所述第一排气管路311相连接而直接与所述第一泵312相连接；所述第二排气系统41还包括第四排气管路413，所述第四排气管路413一端与所述第二供气管路222相连接，另一端与所述第二排气管路411相连接，当然，其另一端也可以不与所述第二排气管路411相连接而直接与所述第二泵412相连接，所述第三排气管路313用于在所述反应腔室11不需要所述第一类反应气体时排放所述第一类反应气体；所述第四排气管路413用于在所述反应腔室11不需要所述第二类反应气体时排放所述第二类反应气体。通过此种结构，能够实现对所述反应腔室11内进行脉冲式气体供应，即所述第一气体源211和和所述第二气体源221一直处于供气状态，但在所述反应腔室11不需要时，通过所述第三排气管路313排放所述第一类反应气体，通过所述第四排气管路413排放所述第二类反应气体。在所述第三排气管路313及所述第四排气管路413上同样设置有控制阀314。本实施例中的所述气体供给系统21的气压阀213更为具体的分别位于所述第三排气管路313与所述反应腔室11之间的所述第一供气管路212上及位于所述第四排气管路413与所述反应腔室11之间的所述第二供气管路222上。此外，本实施例中的半导体生产设备1的反应腔室11中有多个基座113(譬如，如图2所示的四个等等)，即可以同时进行多片基板的处理且基板将通过所述第一泵312或所述第二泵412的真空抽气吸附在所述基座113的上表面，所述多个基座113的供气和排气都可以独立进行。而实施例一中的半导体生产设备1的反应腔室中有一个所述基座113。除了上述区别之外，本实施例中的半导体生产设备1的其他结构与实施例一中的半导体生产设备1的其他结构相同，具体请参阅实施例一，此处不再累述。

实施例三

请参阅图3，本发明还提供一种半导体工艺方法，所述半导体工艺方法至少包含如下步骤：

步骤s01，提供如实施例一或实施例二中所述的半导体生产设备1；

步骤s02，提供一待处理基板，将所述待处理基板置于所述反应腔室11内；

步骤s03，使用第一供气管路212向所述反应腔室11内通入第一类反应气体，经过预设时间后，使用第一排气系统31将所述反应腔室11内残留的所述第一类反应气体排出；

步骤s04，使用第二供气管路222向所述反应腔室11内通入第二类反应气体，经过预设时间后，使用第二排气系统41将所述反应腔室11内残留的所述第二类反应气体排出。

作为示例，若步骤s01中采用实施例一中的半导体生产设备1，则每次只能进行一片基板的工艺处理；若采用实施例二中所述的半导体生产设备1，则可同时进行多片基板的处理，且多片基板的工艺处理通过控制模块管理，各自的工艺处理进程是独立的。当然，可以将多片基板的工艺设置为完全同步，即进行完全相同的工艺；也可以为不同步，即每片基板处于不同的工艺处理阶段或进行不同的工艺处理。

所述基板可以为晶圆，也可以是玻璃基板或太阳能电池片等其他需要进行化学气相沉积工艺处理的基板。

步骤s03和步骤s04都严格依据工艺生产菜单设定的条件进行。但需要说明的是，若采用实施例一中的半导体生产设备1，则通常通过对所述第一气体源211和所述第二气体源221的供气控制实现第一类反应气体和第二类反应气体的交替式和/或周期式供应，比如，通过控制所述气压阀213或所述质量流量控制端223的导通或关闭实现第一类反应气体和第二类反应气体的交替式和/或周期式供应；而若采用实施例二中的半导体生产设备1，则可以通过对第一排气系统31和第二排气系统41的控制实现第一类反应气体和第二类反应气体的脉冲式供应，即，所述第一气体源211和所述第二气体源221一直处于供气状态，但在不需要气体的时候，通过所述第三排气管路313或所述第四排气管路413直接将气体抽走，最终进入所述反应腔室11内的气体流量如同一个脉冲波形图一样，一会通一会断然后再通再断，以这样的方式能够实现更精细的气体流量控制。

根据所需沉积的薄膜不同，所需的反应气体不一样，比如，若是沉积钨膜，则第一类反应气体一般包括wf6及b2h6，而第二类反应气体一般包括sih4；在氧化硅的沉积中，可以将sih4作为第一类反应气体排放而将n2o作为第二类反应气体排放。同样需要说明的，定义第一类反应气体和第二类反应气体只是为便于排气管理而非对其进行限定，比如可以将wf6及b2h6称为第二类反应气体而将sih4称为第二类反应气体。

根据不同的工艺制程，所述步骤s03与所述步骤s04之间可能还包括重复所述步骤s03至少一次，所述步骤s04之后还包括重复所述步骤s04至少一次的步骤。当然，也可能所述步骤s04之后还包括重复所述步骤s03至所述步骤s04至少一次的步骤。比如，在钨膜的沉积过程中，其初始阶段可能是在一定时间内周期式供给b2h6气体以在基板表面沉积一层薄硼以利于后续钨膜的沉积并避免通入的气体可能对基板表面原有的膜层造成损伤；之后在短时间内交替重复供给wf6和sih4以形成初始钨膜，在每次气体供给后将残余的气体进行排放。在进行尾气排放时，一般还通入清洁气体如氮气(n2)，以促进残留气体的排除，而在通入第一类反应气体和第二反应气体时还可能借助载气比如氩气。由于氩气和氮气化学性质都比较稳定，故其排放没有严格规定。当然，实际的成膜过程还包含其他步骤，并且其过程非常复杂，此处不详细展开。

综上所述，本发明提供一种半导体生产设备，所述半导体生产设备包括反应腔室、气体供给系统、第一排气系统及第二排气系统。所述第一排气系统用于在所述第一供气管路向所述反应腔室内通入所述第一类反应气体预设时间后排放所述反应腔室内残留的所述第一类反应气体；第二排气系统用于在所述第二供气管路向所述反应腔室内通入所述第二类反应气体预设时间后排放所述反应腔室内残留的所述第二类反应气体其中，所述第一类反应气体与所述第二类反应气体会发生反应。本发明的半导体生产设备将相互会发生反应的尾气进行分离排放，能够避免因尾气之间的相互反应形成薄膜沉积在排气管路和干泵中导致排气管路故障和干泵停机等问题。使用本发明的半导体生产设备能减少设备的保养周期、有效提高设备的使用寿命从而降低生产成本。使用本发明的半导体工艺方法，能减少设备保养的周期，节约生产时间和成本，同时能够避免因尾气排放产生的停机问题从而有效提高生产效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。