CN1342212A - 具有气流控制***的晶片处理反应器及方法 - Google Patents

Abstract

一种晶片处理***,用于将处理气体和惰性气体输送到室中,该室包括将所述气体输送到室并将它们从室排出的多个气体流路的CVD处理区。将流量控制***与每个排气流路耦合,并且分别控制每个处理气排气流路,以在各气体流路中维持恒定流量,而不受沉积副产品聚积的影响。利用自清洗孔,允许测量处理排气管线中的压差以测量流量。该晶片处理***具有装载区和卸载区,它们在室周围,并且各自都有另外的惰性气体排气流路,测量这些区域的每一个区域的气体的流动特性,优选横穿孔的压差并且有选择性地调整流量控制单元以维持各个区域基本恒定的排气流量,以弥补室两边的、由可能破坏APCVD***性能的内部(热负荷)或外部(环境)的不均衡引起的任何压力不平衡。

Description

具有气流控制***的晶片处理反应器及方法

在先申请

本申请对在1999年2月2日提出申请的临时申请60/118,286要求优先权。

本发明的领域

本发明通常涉及在半导体和集成电路的制备中所使用的晶片处理反应器或***和方法的领域。更准确地说，本发明涉及一种反应器和气流控制***和用于控制化学气相沉积(CVD)***中的气体流量的方法。

本发明的背景

晶片处理反应器***和方法，广泛地用于制备半导体和集成电路。一种特殊类型的晶片处理***是利用化学气相沉积(CVD)，将膜或层沉积到衬底的表面作为制备半导体和集成电路的一个步骤。在本领域使用各种不同的CVD***。例如，膜的沉积可利用低压CVD(LPCVD)***、常压CVD(APCVD)***或不同类型的等离子体增强CVD(PECVD)***。总的原则是，所有这种***都使用沉积室，在该室中某种注入的气相化学试剂起反应并将一层材料沉积到衬底的表面。许多类型的材料都可沉积，如象氧化物和掺杂氧化物的六电材料就是典型的实例。

为正确运行该***，并且特别是沉积所需的质量和可重复性的膜，反应器中气体的流动是很重要的。特别地，需要在贴近衬底表面的区域，实现气体基本上均匀流动，以便在衬底的表面能得到一定浓度的气相化学试剂或反应物，以便沉积合适的膜。而且，这种气体流动控制将会促进用于反应的气体的更有效利用。

沉积膜时另一个重要的标准是膜的厚度均匀。理想的是得到在衬底的整个表面上基本上均匀厚度的膜。当衬底的直径继续增加时，这种努力会变得更加重要。室中反应气体的流动对生成膜的厚度起重要的作用。因而，需要控制气体的流量并促进反应气体在衬底的整个表面上基本上均匀流动。

在晶片处理***中，值得足够注意的进一步考虑是最大程度减少反应器中生成的微粒和杂质。微粒和杂质主要是通过未反应的和副产气相化学试剂的聚积和在反应器的表面上形成沉积物(通常称作粉末堆积)而引起的。这种沉积物是微粒的大量来源，它们可污染在衬底上沉积的膜。为除去这种沉积物，***必须脱机并维修。在滞流区聚积的杂质和气态化学试剂，除引起污染问题以外，还加快反应器的腐蚀并能严重地降低***的使用寿命。惰性和反应气体的流动对促进或降低未反应的和副产气态化学试剂的聚积起着重要的作用，这种情况部分地决定粉末堆积的程度。因而，最理想的是提供一种***，该***能促进对惰性和反应气体流动的控制以使聚积和粉末堆积减到最少。

业已发现，可将对各种气体排气流量的控制用于论述上述关系。当反应器的排气***不能正常运行时，就会出现问题。例如，如果排气流量太高，气体则不能完全反应并阻碍衬底表面上的沉积。相反地，如果排气流量太低，气体流动是不确定的，并且在室中聚积促使在室壁上生成沉积物。因此，最理想的是提供一种控制或“测量”气体的排气流动的***和方法；也就是一种在***中达到并且维持某种所选择的气体流量值的***和方法。另外，由于不发生粉末堆积，最理想的是提供一种使用精确控制气体流动并且不随时间的推移而退化的控制装置的***和方法。

美国专利5851293中所述的一种现有技术方法是，使用一种控制反应器下游流出物流量的波动从而抑制反应器上游的波动的***。该***还使用一种处理来自反应器的流出物的消除***。因为由于粉末堆积而引起的堵塞，下游传感器没有维持压力与流量之间的恒定关系，所以这种***似乎只有抑制压力波动的功能，并不提供对上游***中气流的有意义的处理反馈控制。而且，这种***不提供测量各种排气流量从而达到并维持室中惰性和反应气流的所需值的方法。

另一方面，业已发现反应器的装载和卸载可在反应器中引起诸如压力扰动的瞬间干扰。因而，需要提供一种控制并将最大限度地减少这种干扰的***和方法。

本发明的概述和目的

由此，本发明的目的是提供一种改进的晶片处理***，特别是一种改进的化学气相沉积(CVD)***。

本发明的目的是提供一种在晶片处理***中提供气体流量控制的***和方法。

更具体地是，本发明的目的是提供一种在***中提供可重复控制和测量气体流量的***和方法。

本发明的另一个目的是提供一种将***中气体的聚积和不需要的沉积物的生成减到最少的***和方法。

本发明的更进一步目的是提供一种促进衬底表面上基本上均匀的膜的沉积的***和方法。

本发明的另一个目的是提供一种将***中瞬间干扰减到最少的***和方法。

本发明的相关目的是提供一种减少停机检修时间并增加***寿命的***。

本发明的这些和其它目的是通过用于输送至少一种气体的晶片处理***来实现的。所述***包括：包括在其中形成的处理区和具有多个用于输送惰性和反应气体的气体流路的室。排气流路是为惰性气体和来自反应气体的反应的排气的排出而安置的。流量控制***与每个排气流路和每个气体流路耦合，分别控制所述流路以维持所选择的每个气体流路中的气体的基本恒定流量。

在本发明的另一个实施方式中，提供一种向反应器输送和从其中排出气体的方法。该方法包括在反应器中安置至少一个气体流路的步骤。将气体通过气体流路输送，并测定该气体的流量特性。响应于所测定的流量特性，选择性地调整流量控制单元以维持气体流量在所选择的基本恒定的值上。另外，气体可流过多个气体流路，分别调整气体流量以维持各个气体流路内的所选择的气体流量。另外，即使气体温度或路径的几何结构随着时间的推移发生变化，也可使气体流量在每个气体流路中维持在基本恒定的值以促进气体的均匀输送和排出。

在本发明的另一个实施方式中，依据与周围环境相通的开放***中的常压CVD反应器的装载区和卸载区来确定两个气体流路。在开口沉积室的周围的反应器相对的末端上，反应器拥有装载区和卸载区。测定优选为压力的每个区中的气体流量特性，并有选择性地调整流量控制器以维持开口室两端的压差基本恒定。在这种方式中，沉积室中气体的流量维持平衡，并且由于暴露在环境中，其在***中基本不受瞬变现象如压力瞬变的干扰。这个***可称作套筒平衡***或瞬变压力响应。来自沉积室的排气流量通过保护室内的流动和压力免受外界干扰，也维持在所选择的基本恒定的值上。

附图的简要说明

本发明的这些目的和其它目的和优点，在下述参考附图所作的详细说明和所附的权利要求中是很明显的。其中：

图1是现有技术晶片处理***和排气流量控制***的示意图。

图2是可在本发明中可使用的具有改进的气体流路设计的示范化学气相沉积***截面示意图。

图3a显示图2的***的一部分的放大截面图。

图3b是说明当各种气体和排气通过图3a的CVD***排出时的路径的俯视图。

图4是本发明的排气流量控制***实施方式的示意图，包括本发明的瞬间压力响应流量控制***。

图5是本发明的化学气相沉积的另一种实施方式和具有改进的气体流路设计的排气流量控制***的示意图。

图6是说明本发明的瞬间压力响应流量控制方法的一种实施方式的流程图。

图7是可在本发明中使用的另一个示范化学气相沉积***的一个处理室的截面示意图。

图8是说明当各种气体通过具有图7中所示类型的处理室和缓冲模块的APCVD***排出时的路径的俯视图。

本发明的详细说明

借助于附图，其中给相同的组件使用相同的参考代码，现有技术的带有排气流量控制***的晶片处理***参考图1所示。晶片处理***10包括反应器12和排气流量控制***14。该反应器包括室16和输送来自反应器12的排气的气体流路18。可以使用许多类型的反应器，如各种CVD反应器和蚀刻反应器。

参看图1，显示出两种气体流路的流量控制。需明确的是控制***14由两个子***14a和14b组成。每个气体流路都有一个控制***。第一流量控制***14a对一个气体流路起流量控制的作用，在这种情况下，该流路是室的排气流路。第二控制***14b对第二流路起流量控制作用，在这种情况下，该流路是输入/输出(装载/卸载)排气流路。在其最简单的形式中，流量控制***包括一个检测所关心的气体流路中的气体流量特性的传感器。控制器与传感器耦合并接收来自传感器的诸如孔两端的压差的流量特性测定。控制器与流量控制装置耦合，并依据所收到的来自于传感器的测量信号，控制器调整流量控制装置以获得一定的流量特性。***作为反馈控制***进行运作—控制器持续收到来自传感器的信号并根据需要通过流量控制单元进行调整。

更具体的是，流量控制***14a包括用于测定在气体流路18中至少一种气体的流量特性的传感器20，和接收传感器20的输出信号的控制器22。响应于该控制器信号，控制器22有选择性地调整流量控制装置24。该流量装置24进行调整以使在该气体流路中达到和/或维持所选择的流量。优选地，控制器22是本领域已知的计算机。可以使用任何适合的传感器，但是，在优选的实施方式中，传感器20由环形孔21和压力转换器23组成。该压力转换器23检测孔两端的压降(ΔP)并将相应的输出信号传给控制器22。如在本领域已知的用于减少噪音而提供时均ΔP值的vTO ΔP信号调节器的一种信号调节器25可优选使用。同样地，可使用任何合适的流量控制装置24，优选MKS流量控制阀。

特别的优点是，该流量控制***使用环形孔作为传感器20的部件。一种合适的环形孔在美国专利5113789中作了详尽的描述，这里作为参考引入。环形孔是自清洗的；即可除去聚积在该孔的孔颈处的粉末堆积，由此该孔维持清洁而不由于堆积物而变窄。这种设计最大程度地减少如果这种孔堵塞所可能引起的错误的压降读数。这种自清洗的环形孔提供更精确的压降读数，这种更精确的压降读数使之与质量流量相互关联得更好并形成更精确的和可重复的流量控制。传感器的这种设计—即在不受粉末堆积和改变排气管线尺寸的影响下，可正确测量污染的排出气流的压力、流量或其它的特性—是改进的处理气体流量控制所必需的至关重要的要素。

在现有技术的示范实施方式中，在流量控制传感器20的下游作用另一个MKS阀26。第二个MKS阀26分别受第二个控制器27控制。在管线中安置了第二压力转换器28用于测量传感器20下游的气体流路中的压力。基于通过该压力转换器提供的压力读数，第二控制器27根据需要指令MKS阀26开启或关闭以维持路径中所选择的管线压力，由此使传感器20总是在恒定的压力下运行。最后，可将诸如环形压缩机泵的泵29安装在气体流路中以将气体输送至排气设备中。

而且如图1所示，可将许多单元装在气体流路中而不干扰该流量控制***。例如，在室排气流路18中安装了罐30。在该特别的申请中，缓冲罐30起低频衰减器和收集排气流中存在的粉末(即反应沉积物)的捕集器的作用。可将流量控制传感器和流量控制器安装在排气流路中任何适当的位置上。

图1表示用于控制另一气体流路中的气体流量的另一个流量控制***14b，在这种情况下是输入/输出排气流路。压差转换器23a和23b提供表示来自沉积***12的外端的输入和输出区的流量的信号。转换器23c提供一种代表混合流的信号，将其作为控制信号给控制器22g，而控制器22g启动阀门24g去控制流向排气流路18的惰性气体的流量。启动排气阀以维持来自该***输入端和输出端的惰性气体的给定流量。

当气体反应并形成晶片表面的层或膜时，达到并维持所选择的气体流量是重要的。如上所述，气体的流量影响沉积反应的程度和均匀性。特别的优点是，本发明提供控制相关的气体流路中各种气体的流量。气体流路可以是任何定义的气体路径，并将随着应用的类型和***的机械设计而变化。对在此所示类型的晶片处理***来说，发明人已经发现，通常优选选择气体的排气流路作为用于控制一定流量的气体流路。然而，在某些情况下，也优选选择惰性气体流路。就象这里所述的一样，本发明讲授的是选择性控制多个气体流路中的多种气体的流量，以使它们的流量达到和/或维持在所选的值。所选择的值将取决于各种因素，但是其所选择的根本是使衬底的表面均匀处理。这就考虑到气体的“计量”。本发明提供分别地测量每个气体流路；也就是，提供每个气体流路中气体的均衡的反馈控制。

图2和3说明本发明的***和方法可以使用的晶片处理反应器。图2是CVD反应器30的截面示意图。具体地说，就象在此引入作为参考的美国专利4834020和5136975所述的类型一样，该CVD反应器30是安装了传送带的常压CVD反应器。另一方面，也展示了带有特殊气体流路的特殊类型的CVD反应器，对本领域的普通技术人员来说可以充分理解的是，可以用不同类型、各自具有不同定义的气体流路的反应器来应用本发明。

通常，CVD反应器30包括套筒32，具有安置在套筒32相对两端的装载区33和卸载区34。套筒32包括至少一个配置了注射器40和防护屏组件41的室36。在注射器40和防护屏组件41的下面的区域形成沉积区37。处理模块36被附近的缓冲模块38围绕。缓冲模块38的作用是将处理模块36和沉积区37与处理路径和套筒的其余部分隔开。安装了传送带的运输装置39沿着套筒32延伸以通过室36输送衬底。在专利5683516和5849088中更详细地公开了包括套筒32、注射器40和防护屏组合41的反应器室，在此清楚地引入整个说明作为参考。图2的示范实施方式显示四个室36和五个缓冲模块38，但是应当明白的是可以使用许多室和缓冲模块，并且该数量将随套筒和反应器的设计而变化。在示范实施方式中，该室包括注射器40，它有将气体输送到沉积区37的口。如图3a中所示，将防护屏组件安装在注射器的附近和并环绕注射器。该防护屏41将惰性气体、优选氮气输送到沉积区37。这种惰性气体流有助于隔离沉积区37，并还通过将注射器和室表面上的粉末堆积减到最少增加***的寿命。

装载区33安置在套筒32的一端，在其相反的一端是卸载区34。为将膜沉积在晶片的表面上，安装装载区33以接收用于处理的晶片或半导体电路。典型地，使用自动装载机械(未示出)将晶片放入套筒32的装载区33。晶片由运输装置39通过套筒输送。优选地，该运输装置39是机动运输带，但是可使用任何合适的运输装置。晶片通过套筒32和处理晶片的沉积区37。然后晶片通过卸载区34离开套筒32。

参照图3a更详细地显示出，每个处理模块36包括注射器40，用于将化学气体或反应剂注入到直接位于该注射器40下面的沉积区37中。导管(未示出)将气体输送到注射器40，该注射器优选将气体通过分开的导管输送到注射器通道42。尽管未示出，每个注射器通道42沿着注射器40的纵轴纵向延伸以将气体以薄片状流穿过沉积区37进行输送。专利5683516中公开了一种注射器，在此引入作为参考。当运输衬底通过沉积区37时，气体在沉积区37中相互作用并将一层材质沉积到衬底的表面上。从沉积区37中通过室排气孔43除去未反应的气体和沉积废物。将该室排气孔与合适的排气***如在示范实施方式中所示的室排气集气室耦合。这种室处理气体的排气形成了气体流路，在该示范实施方式中被称作室排气流路。

当气体反应并在晶片表面形成层或膜时，达到并维持所需的气体流量是重要的。如上所述气体的流量影响沉积反应的程度和均匀性。特殊的优点是，本发明提供控制相关的气体流路中的气体流量。发明人业已发现在这种情况下，优选选择用于控制流量的排气流路。根据本发明，将一种排气流路确定为室排气流路。运行该室排气流路以从沉积区37中排出副产物和未用过的反应气体。根据本发明的***和方法，这些气体以所选择的流量从集气室44排出。而且，本发明通过将所选择的流量维持在基本恒定的值上，提供对室排气流路中的这些气体流量的控制。这提供反应气体的更完全的反应和晶片表面上的膜更均匀的沉积。更进一步的是，对反应气体的这种控制或“计量”，促进更均匀厚度的膜在晶片的整个表面上沉积。

为沉积高质量的膜，在反应器中除反应气体外，还需要包括惰性气流。惰性气体可用于帮助限制反应气体到沉积区。而且，惰性气体可用于将沉积区与该***的其它部分隔离。典型地，将惰性气体通过室的侧面和/或底部注入室中。如在图3a中所示，将惰性气体经防护组件41注入沉积区37。在示范实施方式中提供缓冲模块38，以除去惰性气体而又能隔离沉积区37。该缓冲模块38安置在室36的附近，在各室36的每一侧配有一个缓冲模块38。延长缓冲模块38并将其沿着室36的长度延伸横跨反应器。该缓冲模块38的作用是接收来自室36的如图3b中箭头70所示的过量的惰性气体，并从通过如箭头72所示的旁路排气管49所确定的分开的气体流路排出气体。如上所述，将反应气体从室排气流路排出。以这种方式分开的气体流路考虑到气体流量的调整，以在晶片表面和沉积区中创造所需的气体流动环境。

图3a更详细地展示了缓冲模块38。在该实施方式中，缓冲模块由延伸跨过套筒32的加长的旁管45组成。该旁管模块包括安置在该管较低的位置上的两个加长的隔板46和隔板46上部的大空腔47。这两个隔板46安置在彼此附近，并间隔分开以在其间形成通道48。将通道48延长并延伸至旁管45的长度。来自室36和套筒32其它部分的惰性气体流入缓冲模块并经旁管45除去。为排空缓冲模块38，将旁管45与两个沿着套筒32的侧面的旁路排气管49耦合。一路旁路排气管49安置在旁管45的各端。旁管45的空腔部分47在管45的各端是开口的，并因此形成进入旁路排气管49的通道。气体从该空腔流入安置在旁管45各端的旁路排气管49。因而，将另一种气体流路确定为所述的旁路排气流路。通过缓冲模块38和旁路排气管49形成该旁路排气流路。确定旁路排气流路，考虑到室中的气体流路分开，并分别控制旁路排气流路和室排气流路中的气体。可以选择在室排气流路和旁路排气流路中的流量，以使反应气体基本上从室排气流路排出，并使惰性气体基本上从旁路排气流路排出。这种有目的的控制室36中的气流，促进反应气体在沉积区37中保留。这种保留提高了沉积在晶片上的膜的均匀性，并减少了在注射器周围和室表面上的粉末堆积。

晶片处理***典型地包括用于接收和卸载晶片的装载和卸载口。当将晶片装入***和从***移去时，***受到外部环境的影响。与外部环境接触通常会将杂质引入***中。因此，晶片处理***可以在装载和卸载区使用惰性气体入口，以清洗通过装载口和卸载口进入***的杂质区。这种***的一个实例如图2和3所示。反应器30包括安置在套筒32的相反端的装载区33和卸载区34。装载区33和卸载区34各使用多个用于将惰性气体注入该区的气体入口或帘幕50。优选地，帘幕50注入薄的、细长的幕状流动的惰性气体。这些帘幕如所示的内部50A、中心50B和外部50C帘幕，但是可以使用任何适当数量的帘幕。这种幕状流动的惰性气体在晶片下面经过，清扫整个晶片的表面，并且“清洗”该晶片表面。该幕状流动的惰性气体还起的作用是将室36和旁管45与外部环境隔开。

在示范实施方式中，装载区33和卸载区34是各自经排气口51和52分别地排放。装载排气口和卸载排气口51和52的作用是从各区排出大部分惰性气体。优选地，装载排气口51和卸载排气口52大约分别安置在装载区和卸载区的中间位置。排气口可以由任何合适的气体出口组成，并在优选的实施方式中，它们分别包括两级集气室53(仅在装载区示出，卸载区与之相同)。具体地，集气室53包括两个延长的送气阶段—下部集气室54和上部集气室55。下部集气室54包括在下部集气室54的侧面形成的槽56。上部集气室55包括一排在该上部集气室55底面上形成的孔(未示出)。将来自各区的惰性气体通过下部集气室54中的槽56导入，并且然后通过孔输入到上部集气室55，接着将气体通过排气孔51从上部集气室55输出。因而，确定两个另外的气体流路是所述的装载和卸载排气流路。装载和卸载排气流路分别由集气室50和装载及卸载排气口51和52形成的。

分开的装载和卸载排气流路的确定，考虑到套筒中气体流路的分开及装载和卸载区气体的分别控制。可以各自选择并选择性地控制装载和卸载排气流路中的气体流量。在将晶片装入***或从***中取出时，这种对装载区和卸载区中的气流有目的的控制，促进对晶片表面的清洗。另外，控制气流有助于将室36与套筒的其它部分以及外部环境隔开，并且促进将反应气体保留在沉积区37。例如，可以选择装载和/或卸载区中气体流量，以使在这些区中的惰性气体分别从装载和/或卸载口充分排出，但是该流量不能大到将反应气体从沉积区37抽出并进入排气口51和/或52。另外，可以选择装载和/或卸载排气流路中的气体流量，以将最外面的缓冲模块中的部分惰性气体抽入装载和/或卸载排气流路。装载和/或卸载排气流路中的气体流量也可选择，以补偿外部压力或流量不平衡，因此也可典型地将开放式APCVD***安装在洁净加压室环境中。换句话说，根据本发明可以选择气体流路，以通过各种方式导引***中的气体流动。参看图3b，箭头示意性地说明主要的惰性气体的气体流路。

如上所述，通过给出各种气体流路的定义，本发明提供很大的灵活性。因而，可以确定许多气体流路，并适应具体的应用和***。当然，在本发明中可以定义并使用许多不同的气体流路，详细的实施例仅为说明目的而提供，而不以任何方式限制本发明所讲授的内容。

为提供在所定义的气体流路中气体的流量控制，使用流量控制***14。图1表示现有技术中使用的流量控制***14a和14b。图4和5表示根据本发明的两个实施方式的流量控制***。该流量***包括如图1所示和如上所述的流量控制。运行该流量控制***以选择性地控制气体流路中气体的流量，以使在晶片处理过程中达到所需的流量，并可使其维持在基本恒定的值上。特定的流量值将随许多因素而改变，所述因素包括如何定义气体流路，***的机械设计类型和性质、应用和所使用的气相化学试剂的类型。

特别的优点是，本发明提供许多所定义的气体流路的分开的流量控制。在图4中描述了具有改进的排气流路设计和四个流量控制***14a-14d的本发明的实施方式。与现有技术的区别主要是通过在化学气相沉积***中通过设计布置多路排气流路和单独控制每个排气流路，以使开放式APCVD***的室与任何外部流体的侵入相隔离，并使室外部流动不平衡的任何瞬间压力或静压力可以通过排气流动控制***来均衡。旁路集气室的有效排气，允许多余的室流量从***中抽出而不引起围绕不同室的不均匀的流动条件。这种在惰性气体帘幕之间的***内部的装载和卸载排气的布置，使排气流量控制***能有效地维持所需的横穿暴露于变化的外部环境条件下的、开放式APCVD***中的室的压差(接近零)。除两个另外的气体流路(装载和卸载气体流路的组合和旁路排气流路)并入室排气流路之外，第一流量控制***14a与图1中所示相似。根据本发明，可将气体流路组合并控制组合的气体流路达到和/或维持选择的气体流量。另外，可将所述路径组合，并且可以在组合之前和/之后对单个路径的流量进行控制。

在这个实施方式中，装载和卸载排气路径分别由流量控制***14b和14c控制。具体地，用流量控制***14b控制该***的装载区33中的惰性气体的流动。如上所述，达到一定的所需的气体流量，和/或维持在基本恒定的流量下的气体流动有助于***中气流的平衡，并导致改进的膜在晶片的表面上沉积。另外，对装载区中气体的分开控制可将***内的气体导向所需的气体流路。也就是说，如上所述，可将流入装载区附近的缓冲模块，尤其是最外面的靠近装载区的缓冲模块的气体，引入装载区并经装载排气流路排出。这是通过将旁路排气流路中的气体流量维持在比旁管(由流量控制***14d控制)中气体的输入流量低的速率来完成的。再借助于图4，通过流量控制***14b来控制装载排气流路，该流量控制***包括由压力转换器60和孔61、控制器62和流量控制单元4组成的传感器。为控制装载排气流路中的气体流动，传感器60测量该路径中气体的流量特性，诸如路径内横穿孔61的压降。传感器20将表示测量值的信号传送给控制器62。控制器62将该测量值与储存在控制器存储器里的所选择的值比较。然后控制器62响应这个测量值将指令发送给流量控制器64，指挥该控制器64开启或关闭，以使气体的流量在该气体流路中维持恒定。该控制器可以是任何合适类型的控制器。附加的传感器(未示出)如用于测量该气体流路中的温度的传感器，还可以发送信号给控制器62，以使对流量控制单元64的指令来均衡温度的变化，以维持基本上恒定的质量流量。

同样地，可以通过流量控制***14c来控制卸载区34中的气体流动。流量控制***14c还包括由压力转换器66和孔67、控制器68和流量控制器70组成的传感器单元。为控制装载排气流路中的气体流动，该传感器测量该路径中气体的流量特性，诸如横穿路径中孔67的压降。该传感器发送表示测量值的信号给控制器68，并且控制器68将该测量值与储存在控制器存储器里的所选择的值比较。然后控制器68响应这个测量值，发送指令给流量控制器70，指挥控制器70开启或关闭，以使该路径中气体的流量维持恒定。

流量控制***14d控制旁路排气流路中气体的流量。将气体通过反应器每侧的两个旁路排气管49输送。优选地，气体在每个排气管49的一端排出，并且两股气流混合。用压力转换器72测量该混合气流横穿孔73的压力。同样在另一个流量控制***中，将压力测量值传送到控制器74，并且控制器74响应地调整流量控制单元76以维持一定的流量。

当优选用于惰性气体的自动反馈流量控制***时，应当注意的是可以采用人工***来控制一个或多个气体流路，其中排气流是干净的，并且不受由于长时间地生成沉积副产物而造成的几何结构改变的影响。参看图5，示出流量控制***14b、14c和14d，其中控制器已经主要由操作员代替。为达到和/或维持气体流路中基本恒定的流量，操作员调整诸如常规手动球阀的人工流量控制单元78，80或82。通过手动调节该阀，操作员可以选择诸如压力或流量的稳定的流量特性。对于每个处理或在反应器中实施的配方条件，操作员将典型地选择稳定的流量特性。当输入新处理条件时，将典型地需要调整该阀以达到新的稳定的流量特性。

对***中气体流量的控制，可以带来许多好处。一个最重要的过程是如上所述沉积出质量好的膜。在本发明的另一个实施方式中，采用流量控制的方法来控制***中的瞬变现象或干扰。在晶片处理***的运行过程中，在***的外部环境与内部环境之间典型地存在压差。装载和卸载晶片的活动，使该***受到这种外部环境的影响，并在***中引起瞬变压力干扰。甚至当该***是APCVD反应器时，与外部环境相比，仍典型地存在压差。特别是对APCVD反应器来说，外部环境中的任何干扰，诸如开门进入该设备周围的加压的绝对无尘室区域，可通过进入该反应器的开口路径而直接地影响沉积室的环境。瞬变压力干扰影响***中气体的流动。再参看图4，根据本发明的另一个实施方式示出瞬变流量控制***14e。为使瞬变干扰减到最少，本发明通过调整套筒的装载区33或卸载区34中的气体流量，使横穿***中室的压力平衡。将该***称作套筒平衡过程，或瞬变压力响应过程。优选地，本发明的***和方法使装载区33和卸载区34之间维持基本为零的压差(即ΔP≈0)。这在图4中的流量控制***14e中进行了说明。流量控制***14e包括压力转换器84，该转换器与套筒的装载和卸载区耦合。压力转换器84测量套筒32的装载区33和卸载区34之间的压差，并将该信息作为信号传送到控制器62。在这种情况下，控制器62与在装载排气流量控制***14b中使用的相同，但是，可使用另外的控制器。通过控制器62接收信号，并且该控制器输出信号以调整分别与装载区或卸载区耦合的一个流量控制阀64或70。通过控制器62来选择性地调整流量控制阀64或70，以使通过增加或减少来自装载或卸载区的排气流量，来保持套筒的装载区和卸载区之间的压差近似为零。通过维持零压差，可使沉积室中的气体流量维持在基本恒定的速率，并且基本上不随影响套筒装载端和卸载端的气流的瞬变压力干扰而变化。

除由于装载和卸载晶片而产生的瞬变压力干扰之外，***中的热量不平衡也会引起从套筒的一端到另一端的压差。时常地，由于在该区存在所需更高的能量输入以加热晶片和处理用的运输装置，所以在套筒32的装载区33的热负荷更大。有利地是，在这种情况下瞬变控制***14e也提供用于维持横穿沉积室所希望的最小压差的***和方法。

通过图6中的流程图100来示意说明瞬变流量控制方法。首先，用于反应器的处理条件在步骤102中确立。该处理条件包括将特殊类型的膜沉积到晶片表面上所需的关于各种反应性和惰性气体的气流。例如，该处理条件可以包括注射器口中气体的输入流量。基于得到晶片上所希望的均匀气流，来选择这些流量值。还可确定通过防护屏的惰性气体的流量。可选择室处理排气的流量以保留化学试剂。可以确定旁路排气流量，并选择套筒装载区和卸载区中的气体流量。

其次，在步骤104中测量最外面的装载区和最外面的卸载区之间的压差(ΔP₁)。可经与流量控制路径耦合的流量控制单元，对许多流量控制路径进行调整，以使在步骤106中ΔP₁维持近似等于零。具体地，开启或关闭流量控制单元，可以增加或降低流量控制路径中的流量，以使维持ΔP₁的值大约等于零。可以调整下列气体流路的任何一个或其组合：装载排气流路、卸载排气流路、装载外部和中心帘幕、和卸载外部和中心帘幕。如在该图中所示，气体流路可以包括诸如装载和卸载外部或中心帘幕的气体入口，并且不限于排气路径。

由于套筒装载区和卸载区的长度可以相对较长，优选还分别测量装载区和卸载区最里面位置的压力。因此，在步骤108中测量最里面的装载区和最里面的卸载区之间的压差(ΔP₂)。可经耦合的流量控制单元来对许多流量控制路径调整流量，以使在步骤110中维持ΔP₂大约等于零。可以调整下列气体流路的任何一个或其组合：装载中心和内部帘幕、卸载中心和内部帘幕以及旁路排气流路。

在步骤112中重新测量ΔP₁，并且按需要根据步骤106，可将流量调整到维持ΔP₁≈0。最后，使***在步骤114中维持稳定，并将产生的ΔP值作为给定值输入控制器，以通过反馈控制来调整一个装载或卸载排气阀或N₂帘幕来自动地维持。对于新的处理条件在步骤102中重新执行该程序。

在图7中示出本发明的另一个实施方式。图7是用于另一个CVD***的两个处理室36和它们之间的缓冲模块38的示意图，特别是显示处理室模块36的放大图。使用注射器组合300和屏蔽组合302。该屏蔽组合302在作为参考在此引入的美国专利US5849088中进一步公开。在旁管45中缓冲模块结合氮气室帘幕304，使在沉积区中保留化学试剂的同时，反应室排气率小于1.0。另外的氮气幕状气流将补充室排气和旁路排气，因此室旁路流出物将除去杂质，诸如可从旁管逸出的铬(Cr)汽化物。可以使室间和路径间的装载/卸载的Cr峰值杂质减到最少。优选地，用如图3a所示的三个氮气帘幕50a、50b和50c分别清洗罩筒的装载和卸载区。特别的优点是，根据本发明可以沉积出含有非常少的Cr杂质的膜。***中的气流和图7的罩筒在图8中示出。

总之，改进的晶片处理反应器结合旁路排气集气室，由此将来自沉积室内部或来自室间缓冲区的过剩惰性气体，从该反应器中可控制地除去。本发明提供了改进的彼此隔离的处理室、改进的室间平衡，并除去可能以另外的方式引入处理室的处理区的杂质。对装载和卸载惰性幕状排气的控制，在装载和卸载晶片过程中可能发生的热负荷波动和内部压力波动，和如开门时可能发生的外部干扰的情况下，提供横穿该反应器的压力平衡。该晶片处理反应器包括多路排气流量控制，以在室沉积区中维持稳定的压力和流量。

如上所述很显然的是，本发明提供改进的流量控制***和方法。本发明的***和方法可以和晶片处理***一起使用，以在沉积区中获得改进的均匀的反应物，并对***中的气体流动提供更强的控制和导引，由此提高所沉积的膜的质量。本发明的上述具体实施方式，已经显示出说明的目的。它们不意味着是彻底的或是限制本发明为所公开的明确的形式，很显然，根据上述教导可能进行许多改进和变化。为了最好地解释本发明的原理和它的实际应用，选择并公开实施方式，由此使本领域其它技术人员能够最好地使用本发明和带有适于所考虑的特殊用途的各种改进的各种实施方式。这里的意图是通过在此所附的权利要求和它们的等同物来确定本发明的范围。

Claims (22)

1.一种化学气相沉积处理***，用于输送至少一种反应气体和惰性气体以处理晶片或其它衬底，该***包括：

至少一个处理室，该室包括在其中形成的处理区，并且该室具有至少一个将所述至少一种反应气体输送到所述处理区的气体流路，和另一个将所述惰性气体输送到所述晶片处理区的气体流路，

单个排气流路，用于将一个所述路径中全部所述反应气体和部分所述惰性气体一起除去，和另一个所述路径，用于仅将过剩的惰性气体从所述处理室除去，和

排气流量控制***，用于分别控制来自各个所述排气流路的气体流量来限制反应区，以使只有在所述处理室内部输送的所述反应性和惰性气体从所述处理区排出。

2.权利要求1的***，其中配置用于至少一种反应气体排气流路的排气流量控制***，以从所述处理区中按基本恒定的选择流量排出反应气体和部分所述惰性气体。

3.权利要求1或2的***，其中所述另一个气体流路包括邻近所述处理室的惰性气体缓冲模块，用于输送和/或接收惰性气体以进一步隔离  处理区，和旁路排气集气室，用于排出供给到反应器室和惰性气体缓冲模块的过剩的惰性气体。

4.权利要求1、2或3的***，包括在所述处理***的晶片装载区和卸载区的至少一个惰性气体流路，各所述区中的排气流路，和用于控制从各所述区中排出惰性气体以使横穿所述处理区的压差基本上减到最小的装置，尽管所述处理***存在由于温度、室压、室气流或其它这种差异而引起的横穿它的不平衡压力梯度。

5.权利要求1、2、3或4的***，其中所述另一个气体流路包括旁路排气流路，该旁路排气流路是由所述至少一个处理室每侧上延长了的缓冲模块构成的，该处理室具有彼此邻近安置的两个延长的挡板，他们构成横跨***整个宽度的延长的槽，和在所述槽之上的开口空腔，用于接收所述至少一种气体，和配置在用于排出所述气体的所述空腔的每一端的旁路集气室。

6.权利要求4或5的***，其中至少一种惰性气体流路包括：

装载排气流路，用于排出所述至少一种气体，所述路径是由安置在所述处理室一侧的装载区构成的并具有集气室，该集气室带有在底面有槽的下部集气室，用于接收所述至少一种气体，和在底面带有一排孔的上部集气室，用于接收来自所述下部集气室的所述至少一种气体，和与所述上部集气室耦合的装载出口，用于从所述装载区排出所述气体；和

卸载排气流路，用于排出所述至少一种气体，所述路径是由安置在所述处理室另一侧的卸载区构成的并具有集气室，该集气室带有在底面有槽的下部集气室，用于接收所述至少一种气体，和在底面带有一排孔的上部集气室，用于接收来自所述下部集气室的所述至少一种气体，和与所述上部集气室耦合的卸载出口，用于从所述卸载区排出所述气体。

7.权利要求1、2、3、4、5或6的***，其中所述流量控制***各自进一步包括：

与每个所述气体流路耦合的传感器，用于测量该流路中的气体的流量特性；

用于接收来自与每个所述气体流路耦合的传感器的信号的控制器；和

在每个气体流路中的选择性可调的流量控制单元，用于控制对所述控制器作出响应的所述路径中的气体流量，以按照所选的值来维持气体流路中的气体流量。

8.一种化学气相沉积处理***，用于输送至少一种反应气体和惰性气体以处理晶片或其它衬底，该***包括：

至少一个处理室，包括其中形成的处理区，并具有至少一个气体流路，用于将所述至少一种反应气体输送到所述处理区，和另一个气体流路，用于将所述惰性气体输送到所述晶片处理***，

至少一个排气流路，用于从所述处理室中除去所述反应气体和惰性气体，和

流量控制***，用于分别控制来自所述排气流路的气体流量，

在所述处理区的装载和卸载端的所述处理***中的晶片装载和卸载区，各自具有将惰性气体输送到所述装载和卸载区的至少一个气体流路，

通入所述惰性气体流动区域内部的装载排气流路和卸载排气流路，

与所述装载排气流路耦合的第一传感器，用于测量所述装载排气流路中的所述气体的流量特性；

与所述卸载排气流路耦合的第二传感器，用于测量所述卸载排气流路中的所述气体的流量特性；

用于接收来自所述第一和第二传感器的信号的控制器；和

在每个所述装载和卸载排气流路中的流量控制单元，选择性地调整所述流量控制单元，以控制在对所述控制器作出响应的每个所述装载和卸载流路中的气体流量。

9.权利要求8的***，其中调整控制单元以使在装载和卸载排气流路中的气体流量维持在基本恒定的所选的值上。

10.权利要求8的***，其中调整控制单元以使在装载和卸载排气流路中的气体流量保持在所述***的装载和卸载端之间基本上为零的压差。

11.一种权利要求8的化学气相沉积处理***，其中所述装载区具有集气室，该集气室带有在底面有槽的下部集气室，用于接收惰性气体，和在底面带有一排孔的上部集气室，用于接收来自所述下部集气室的惰性气体，和与所述上部集气室耦合的装载出口，用于从所述装载区排出所述气体；和

所述卸载区具有集气室，该集气室带有在底面有槽的下部集气室，用于接收所述至少一种气体，和在底面带有一排孔的上部集气室，用于接收来自所述下部集气室的所述至少一种气体，和与所述上部集气室耦合的卸载出口，用于从所述卸载区排出所述气体。

12.权利要求8的化学气相沉积处理***，其中处理室与环境相通，以使沉积工艺在常压或接近常压的条件下进行。

13.权利要求12的***，其中调整流量控制单元，以使在装载和卸载排气流路中的气体流量维持在基本上恒定的所选的各值上。

14.权利要求12的***，其中调整流量控制单元，以分别地并选择性地调整装载和卸载排气流路中的所述惰性气体的流量以在一个所述排气流路中维持基本上恒定的所选流量，和甚至当装载或卸载晶片时，或当外部常压或流量发生变化时，在另一个所述气体流路中改变流量，以控制横穿所述开口室的压差到近乎为零的基本恒定的值。

15.权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14的***，其中所述排气流量控制***包括自清洗孔，测量横穿该孔的压差以确定通过该孔的气体流量。

16.权利要求8的***，其中将所述惰性气体用于装载清洗帘幕和卸载清洗帘幕，并且甚至当装载或卸载晶片时，或当外部常压或流量发生变化时，选择性地调整流量控制单元以维持横穿开口室的压差在基本上恒定的近乎为零的值。

17.权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14的方法，其中通过与排气流路耦合的传感器来测量流量特性的步骤，包括安置在所述排气流路中的孔。

18.权利要求17的***，其中排气流量控制***进一步包括，用于测量孔处的气体温度以相对于气体的温度来修正压差和流量之间的相互关系的装置。

19.操作权利要求4、5、6或7的化学气相沉积处理***的方法，该方法包括分别控制来自装载和卸载区的惰性排气的流量，以使一个流路中的流量基本上恒定，并改变另一个流路中的流量，以当装载或卸载晶片时，或当外部常压、温度或流量发生变化时，保持横穿所述至少一个处理室的压差基本恒定近乎为零。

20.权利要求19的化学气相沉积处理***，其中处理室与环境相通，以使沉积工艺在常压或近乎为常压的条件下进行。

21.权利要求4、5、6或7的***，其中将所述惰性气体用于装载清洗帘幕和卸载清洗帘幕，并且甚至当装载或卸载晶片时，或当外部常压或流量发生变化时，选择性地调整流量控制单元，以维持横穿开口室的压差在基本上恒定的近乎为零的值。

22.权利要求21的化学气相沉积处理***，其中处理室与环境相通，以使沉积处理在常压或近乎为常压的条件下进行。

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