[发明专利]气体流量控制装置和控制方法及应用该装置的半导体设备

说明书

一种气体流量控制装置和控制方法及应用该装置的半导体设备，气体流量控制装置的一端通过管路连接气体源，另一端通过管路连接半导体设备中的反应腔，用于将气体源中的沉积气体或刻蚀气体通入反应腔中，并根据工艺要求控制流入反应腔中的气体流量的变化，气体流量控制装置包含至少两个并联设置的质量流量控制器MFC，控制所述第一MFC输出第一流量的气体，第二MFC输出第二流量的气体，其中第一流量大于10倍的第二流量，在多个调整步骤中逐步调整第二MFC输出的第二流量，其中第二流量每一步的气体流量最小调整量Δ小于等于第二最大额定流量的20％。本发明利用现有的硬件设备获得了更好的气体流量控制精度，优化了制程工艺，提高了产品良率。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种气体流量控制装置和控制方法及应用该装置的半导体设备。

背景技术

半导体生产过程中的某些工艺涉及气体与半导体基片的反应，比如沉积工艺和刻蚀工艺，气体的流量将对工艺结果产生重要影响。为了使生产的半导体获得较高的良品率，必须对流入反应腔室的气体流量进行精确控制，尤其是随着半导体工艺集成度的不断提高，对气体流量的误差要求也进一步提高。

质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)是一种用于对气体流量进行精确测量和控制的器件，其不但具有质量流量计的功能，更重要的是能自动控制气体流量，即用户可根据需要进行流量设定，MFC自动地将流量恒定在设定值上，即使系统压力有波动或环境温度有变化，也不会使其偏离设定值。简单地说，质量流量控制器就是一个稳流装置,是一个可以手动设定或与计算机联接自动控制的气体稳流装置。气体质量流量单位一般以sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute，每分钟标准毫升)和slm(Standard Literper Minute，每分钟标准升)来表示。这意味着这种仪表在不同的使用条件下，指示的流量均是标准状态下的流量。标准状态规定为:气压—101325Pa(760mm Hg)；温度—0℃(273.15K)。

半导体设备基本上都会配备MFC来控制工艺气体流量，以满足工艺的要求。

假设MFC的最大额定流量为S，最小分辨率为A，则MFC的气体流量最小调整量T＝S×A，而目前市场上的MFC的流量控制精度最高能够达到当前流量的+/-0.5％，针对某些对气体流量变化的分辨率有较高要求的制程工艺来说，这样的精度是远远无法满足要求的。例如：在某种制程工艺中，气体流量的初值为24sccm，需要气体流量按照24.1sccm，24.2sccm，24.3sccm，…，24.9sccm的规律进行递增变化，最终使气体流量值达到25sccm，每次气体流量都比前一次增加0.1sccm，针对这种情况，就算使用最大额定流量只有25sccm的MFC，如果要获得0.1sccm的气体流量最小调整量，那么也至少需要分辨率达到0.1/25＝0.4％，而目前还没有MFC的精度可以小于最大额定流量的0.5％。现有MFC硬件条件无法满足在24sccm基础流量上逐步增加0.1sccm的工艺需求，MFC由于精度不够导致的流量误差(0.12)都已经大于需要的最小调整量(0.1)了，这势必会降低了精度，增加了误差，并影响工艺结果。

发明内容

本发明提供一种气体流量控制装置和控制方法及应用该装置的半导体设备，利用现有的硬件设备获得了更好的气体流量控制精度，优化了制程工艺，提高了产品良率。

为了达到上述目的，本发明提供一种气体流量控制装置，该气体流量控制装置的一端通过管路连接气体源，另一端通过管路连接半导体设备中的反应腔，用于将气体源中的反应气体通入反应腔中，并根据工艺要求控制流入反应腔中的气体流量的变化；

所述的气体流量控制装置包含：至少两个并联设置的质量流量控制器MFC，每一个MFC的进气端都通过管路连接气体源，每一个MFC的出气端都通过管路连接反应腔；

其中第一MFC具有第一最大额定流量，第二MFC具有第二最大额定流量，其中第一额定流量大于10倍的第二最大额定流量；