一种半导体设备的处理腔室的控氧控压系统的制作方法

本发明涉及半导体工艺技术领域，具体涉及一种半导体设备的处理腔室的控氧控压系统。

背景技术：

在半导体晶圆生产中，晶圆热处理工序的目标是生长一种厚度均匀、无缺陷的薄膜，薄膜可以是SiO₂、Si₃N₄多晶硅以及金属等。硅晶圆只要在空气中暴露，就会形成自然氧化膜，这种氧化物是不均匀的，被视为污染物，所以控制处理腔室的低氧含量是至关重要的；处理腔室保持微正压，是防止空气从密封漏点处进入处理腔室，污染晶圆且影响处理腔室中氧含量。

如图1所示为传统的低氧微正压控制系统，开始时气动阀5’与气动阀20’打开，向处理腔室11’中充入大量的氮气，排气阀13’打开。当处理腔室的微环境氧含量达到警示值时，关闭气动阀20’和排气阀13’，质量流量控制计6’控制并显示向处理腔室11’中充入的氮气量，处理腔室11’中的气体由常开排气管路支路排出，如此直至微环境氧含量达到要求值。氧气分析仪15’测定处理腔室11’中的氧含量并与要求值做比较反馈到控制器3’，控制器3’通过质量流量控制计6’精确控制进入处理腔室11’中的氮气量。压力检测器14’检测处理腔室11’中的压力，当压力超过要求值时，气动阀7’打开进行泄压；当处理腔室11’中压力为负压时，控制器3’通过质量流量控制计6’精确控制进入处理腔室11’中的氮气量使其达到要求值。循环风机9’用于加速处理腔室11’内的气体循环流动和混合；在循环风机9’上的真空阀门8’，当打开真空阀门8’时，能快速的向处理腔室11’中补充空气，从而便于人员进入处理腔室11’中进行设备检修与维护。

但是此控制系统存在以下问题：气动阀20’连通的管路上无流量计连接，不能精确的控制向处理腔室11’中充入的总氮气量；当处理腔室11’中压力超过要求值时，气动阀7’打开进行泄压，此时排到厂房的气体为纯氮气，造成氮气浪费，增加使用成本；循环风机9’上的真空阀门8’价格昂贵，占用空间大；循环风机9’在处理腔室11’外实现外循环，不易实现处理腔室11’的密封，风机盒子结构复杂，且风机在处理腔室顶板上，更换不方便。

技术实现要素：

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种成本较低、结构简单的处理腔室的控氧控压系统，能够在处理腔室完全密封的前提下实现处理腔室的氧含量和压力控制。

为了达到上述目的，本发明提供了一种半导体设备的处理腔室的控氧控压系统，包括：处理腔室、与处理腔室连通的排气阀和常开排气管路支路、循环风机、与处理腔室连通的氮气输入管路、与处理腔室连通的压力检测器、与氮气输入管路和压力检测器相连的控制器，以及与控制器相连且与处理腔室相连通的氧气分析仪，其中，

所述氮气输入管路包括两路并联的氮气输入支路，第一氮气输入支路具有第一气动阀和质量流量控制计，第二氮气输入支路具有第二气动阀和流量计；质量流量控制计控制并显示通过第一氮气输入支路的流量，流量计用于显示通过第二氮气输入支路的流量，通过质量流量控制计和流量计的显示值可以确定向处理腔室输入的总氮气流量；

所述循环风机设置于所述处理腔室内部，用于加速处理腔室内的气体循环流动；

处理腔室的腔体上还设置有泄压口，泄压口连通有泄压管路；

对处理腔室的氧含量控制时，控制器打开氮气输入管路，第一气动阀，第二气动阀和压力检测器；质量流量控制计控制第一氮气输入支路的流量达到最大，此时，控制器将排气阀打开，将处理腔室内的空气快速排出；通过氧气分析仪检测处理腔室内的氧含量，氧气分析仪将检测到的氧含量实时传输给控制器；当氧气分析仪检测到氧含量等于或低于所设定的警示值时，控制器关闭排气阀和第二气动阀，常开排气管路支路一直处在打开状态；氧气分析仪将检测的氧含量数据不断传输给控制器，控制器相应的不断调节质量流量控制计来控制第一氮气输入支路的气体流量，直至氧气分析仪检测到的处理腔室内的氧含量达到目标值；

对处理腔室的压力控制时，通过压力检测器来检测处理腔室的压力值，并且将压力值传输给控制器，当压力值为正值且超过设定值时，控制器控制打开泄压管路，对处理腔室进行泄压，直至处理腔室的压力达到所设定值；当压力值为负值时，控制器调节质量流量控制计来控制经氮气输入管路进入处理腔室的氮气流量，直至处理腔室内的压力达到设定值。

优选地，所述氮气输入管路上还设置有三通阀，三通阀与氧气分析仪相连通；控制器控制氮气输入管路打开时，三通阀也同时打开，氧气分析仪收集氮气输入管路的氮气以及处理腔室的气体，通过对比分析得出处理腔室的氧含量；经分析的氮气和处理腔室的气体从氧气分析仪的排气管路排出。

优选地，还包括：泄压管路上设置有第三气动阀，第三气动阀与控制器相连，在控制器的控制下实现泄压管路的通断。

优选地，在处理腔室上设置有空气进入口，空气进入口连通有空气进入管路，空气进入管路上设置换向阀，换向阀控制空气进入管路的通断。

优选地，处理腔室的外侧壁上还设置有过滤器，外界气体通过过滤器才能进入处理腔室内部，过滤器用于净化进入处理腔室的气体。

优选地，处理腔室的外侧壁上还设置有热交换器，热交换器用于降低处理腔室内的温度。

优选地，处理腔室内的下部设置有晶圆台，循环风机设置于处理腔室内的底部，气体从晶圆表面至处理腔室底部如此循环。

优选地，所述氮气输入管路上还设置有开关阀，开关阀用于控制氮气输入管路的通断。

优选地，所述氮气输入管路上还设置调压阀和压力表，调压阀用于调节氮气输入管路的压力，压力表用于监测氮气输入管路的压力。

优选地，所述警示值为所述目标值的4～7倍。

本发明将氮气输入管路设置并联的两路氮气输入支路，在两路氮气输入支路上均连接有流量计，可以准确的控制向处理腔室中充入的氮气量。并且，为防止处理腔室内的过压而造成器件的损坏，处理腔室上连通有泄压管路，例如由第三气动阀来控制泄压管路的通断，泄压管路排出的气体为空气和氮气的混合气体，避免传统控制系统中从真空阀8’排出纯氮气造成的浪费。此外，循环风机设置在处理腔室内部，加速了处理腔室内的气体循环流动的作用。循环风机设置在处理腔室内部还使得处理腔室的密封更为容易，而且密封度更高，从而使得系统对处理腔室的控压控氧更容易，还简化了风机盒的结构，容易加工，风机更换方便。进一步的，处理腔室上设有空气进入口，能快速补充空气，方便维修人员进入处理腔室进行设备检修与维护。空气进气口由换向阀来控制空气管路的通断，成本低且占用空间小。

附图说明

图1为传统低氧微正压控制系统的结构示意图

图2为本发明的一个较佳实施例的控氧控压系统的结构示意图

附图标记：

开关阀 1

调压阀 2

压力表 3

三通阀 4

第一气动阀 5

质量流量控制计 6

循环风机 9

过滤器 10

处理腔室 11

热交换器 12

排气阀 13

压力检测器 14

氧气分析仪 15

控制器 16

流量计 17

换向阀 18

第三气动阀 19

第二气动阀 20

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

以下结合附图2和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图2，本实施例的一种半导体设备的处理腔室的控氧控压系统，包括：处理腔室11、与处理腔室11连通的排气阀13和常开排气管路支路、循环风机9、与处理腔室11连通的氮气输入管路、与处理腔室11连通的压力检测器14、与氮气输入管路和压力检测器14相连的控制器16，以及与控制器16相连且与处理腔室11相连通的氧气分析仪15。

具体的，氮气输入管路包括两路并联的氮气输入支路，第一氮气输入支路具有第一气动阀5和质量流量控制计6，第二氮气输入支路具有第二气动阀20和流量计17；质量流量控制计6控制并显示通过第一氮气输入支路的流量，流量计20用于显示通过第二氮气输入支路的流量，通过质量流量控制计6和流量计20的显示值可以确定向处理腔室11输入的总氮气流量；

本实施例中，氮气输入管路上还设置有开关阀1，调压阀2和压力表3；开关阀1用于控制氮气输入管路的通断；压力表3用于监测氮气输入管路的压力，调压阀2用于调节氮气输入管路的压力；氮气输入管路上还设置有三通阀4，三通阀4与氧气分析仪15相连通；

这里，处理腔室11内的下部设置有晶圆台，循环风机9设置于处理腔室11内部，用于加速处理腔室11内的气体循环流动；具体的，循环风机9设置与处理腔室11内的底部，气体从晶圆表面至处理腔室11内的底部如此循环；这里的循环风机9可以为一个，也可以为多个。为了能够使循环风机9置于处理腔室11内部，本实施例的循环风机11与传统的循环风机不同，本实施例的循环风机11的尺寸小于传统循环风机的尺寸，本实施例的循环风机11小于过滤器10的横向尺寸。

并且，处理腔室11的腔体上还设置有泄压口，泄压口连通有泄压管路；泄压管路上设置有第三气动阀19，第三气动阀19与控制器16相连，在控制器16的控制下实现泄压管路19的通断；

本实施例中，处理腔室11的外侧壁上还设置有过滤器10和热交换器12，外界气体通过过滤器10才能进入处理腔室11内部，过滤器10用于净化进入处理腔室11的气体，热交换器12用于降低处理腔室11内的温度。

对处理腔室11的氧含量控制时，控制器16打开氮气输入管路，三通阀4，第一气动阀5，第二气动阀20和压力检测器14；质量流量控制计6控制第一氮气输入支路的流量达到最大，此时，控制器16将排气阀13打开，将处理腔室11内的空气快速排出；通过氧气分析仪15检测处理腔室11内的氧含量，氧气分析仪将检测到的氧含量实时传输给控制器；具体的，氧气分析仪15收集氮气输入管路的氮气以及处理腔室11的气体，通过对比分析得出处理腔室11的氧含量；经分析的氮气和处理腔室11的气体从氧气分析仪15的排气管路排出。

当氧气分析仪检测到氧含量等于或低于所设定的警示值时，控制器16关闭排气阀13和第二气动阀20，常开排气管路支路一直处在打开状态；氧气分析仪15将检测的氧含量数据不断传输给控制器16，控制器16相应的不断调节质量流量控制计6来控制第一氮气输入支路的气体流量，直至氧气分析仪15检测到的处理腔室11内的氧含量达到目标值。具体的，通过预先设定氧含量警示值，氧含量警示值大于氧含量的目标值，警示值为目标值的4～7倍，例如，所设定的警示值为30ppm，目标值为5ppm；当氧气分析仪15检测处理腔室11内的氧含量等于或低于30ppm时，氧气分析仪15将检测的此氧含量数据传输给控制器16，控制器16关闭排气阀13和第二气动阀20；此后氧气分析仪15将检测的氧含量数据不断传输给控制器16，控制器16相应的不断调节质量流量控制计6来控制第一氮气输入支路的气体流量，直至氧气分析仪15检测到的处理腔室11内的氧含量达到目标值5ppm。

对处理腔室11的压力控制时，通过压力检测器14来检测处理腔室11的压力值，并且将压力值传输给控制器16，当压力值为正值且超过设定值时，控制器16控制打开泄压管路的第三气动阀19，对处理腔室11进行泄压，直至处理腔室11的压力达到所设定值；当压力值为负值时，控制器16调节质量流量控制计6来控制经氮气输入管路进入处理腔室11的氮气流量，直至处理腔室11内的压力达到设定值。

通过循环上述控制过程保持处理腔室11内的氧含量和压力处于所希望的值，例如可以确保处理腔室11内的低氧含量微正压环境。

此外，为了方便对处理腔室11的维护，使维护人员能够对处理腔室11进行处理，本实施例中还在处理腔室11上设置有空气进入口，空气进入口不限于两个，还可以为一个或多个，空气进入口连通有空气进入管路，空气进入管路上设置换向阀18，换向阀18控制空气进入管路的通断，从而能快速补充空气，方便维修人员进入处理腔室进行设备检修与维护。这里，每个空气进入管路对应连接一个空气进入口，每个空气进入管路上对应设置一个换向阀18，或者每个空气进入管路都汇聚到一个空气进入总管路，在空气进入总管路上设置一个换向阀18即可。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。