应用于钨化学气相沉积工艺的气体传输系统 【技术领域】
本发明涉及半导体制造领域，且特别涉及一种应用于钨化学气相沉积工艺的气体传输系统。
背景技术
钨化学气相沉积(WCVD)工艺因其优异的空隙填充能力成为铝工艺通孔和接触的主要金属化技术。钨在集成电子学中通常被用作高传导性的互连金属、金属层间的通孔(Via)和垂直接触的接触孔(Contact)以及铝和硅间的隔离层。
虽然钨可以通过蒸发的方法来沉积，不过物理溅射(PVD)和化学气相沉积(CVD)还是首选的技术。化学气相沉积薄膜相比物理溅射薄膜有很多优势：低电阻率、对电迁移的高抵抗力，以及填充小通孔时优异的平整性。
另外，化学气相沉积工艺的阶梯覆盖能力先天地超过物理溅射工艺，垂直接触和通孔可以很容易地被填充且没有空缺。化学气相沉积的钨还可以在金属和硅上进行选择性沉积。化学气相沉积方法的钨可以由氟化钨(WF6)制备而成。最常见的WCVD工艺主要反应气体有六氟化钨(WF6)以及氢气(H2)或甲硅烷(SiH4)。
钨化学气相沉积系统(WCVD SYSTEM)是半导体集成电路制造设备中常用来生成钨金属连接的化学气相沉积系统。它结合高温，真空环境，通过化学气体参与反应，在晶圆表面产生工艺性能优异的钨金属薄膜，该金属薄膜经过化学机械研磨系统(CMP)研磨后，即得到钨金属连接线。钨化学气相沉积(WCVD)是热化学气相沉积(HIGH TEMPERATURE CVD)的一种，其沉积发生的激活能量是由高温衬底提供的，反应气体先在混合器里面混合，然后流入工艺腔内发生化学反应，并在晶圆表面形成纯钨薄膜。
当前采用的脉冲成核层(pulsed nucleation layer，PNL)沉积技术应用十分广泛，然而研究发现采用PNL沉积技术的钨生长设备的有效利用率仅为58.2％，远远低于传统的钨生长设备89％的利用率，若PNL设备能够达到传统的钨生长设备的利用率，则每台PNL设备的日生产量将大大增加。经过研究发现PNL钨生长设备的低有效利用率是因为其中的工艺过程抽气泵(process pump)出现错误警报，传统的解决方法是更换工艺过程抽气泵来解决这个问题，然而当更换新的工艺过程抽气泵之后这个问题并没有得到有效解决，出现错误警报的频率并没有明显的下降。因此急需找到一种方法能够有效降低工艺过程抽气泵出现错误警报的频率，提高PNL钨生长设备有效使用率。
【发明内容】
本发明提出一种应用于钨化学气相沉积工艺的气体传输系统，其能够有效降低工艺过程抽气泵出现错误警报的频率，解决PNL钨生长设备的低有效利用率的问题。
为了达到上述目的，本发明提出一种应用于钨化学气相沉积工艺的气体传输系统，包括反应室，第一抽气泵和第二抽气泵，以及尾气处理装置，所述反应室通过多个反应气体管道供气，所述第一抽气泵通过反应生成气体管道与所述反应室相连，所述第二抽气泵通过背面气体抽气管道与所述反应室相连，所述第一抽气泵和其中之一所述多个反应气体管道之间连接有第一回转气体管道，所述第一抽气泵和第二抽气泵连接于所述尾气处理装置，其中所述其中另一所述多个反应气体管道和所述第二抽气泵之间连接有第二回转气体管道。
可选的，所述多个反应气体管道传输的气体分别为SiH4、WF6以及H2，它们之间的比例为200∶465∶7200。
可选的，所述第一回转气体管道传输的气体为WF6，所述第二回转气体管道传输的气体为SiH4。
可选的，所述反应室内部具有反应喷头和用于放置硅片的加热器，所述反应喷头连接于所述反应气体管道，用于向所述硅片提供反应气体。
可选的，所述加热器连接有背面气体供气管道，用于提供背面气体以保持所述硅片和所述加热器之间的压力。
可选的，所述背面气体为Ar和H2的混合气体，其比例为1200∶4000。
可选的，所述反应生成气体管道传输的气体为HF和SiF4，其比例为4∶1～6∶1。
本发明提出的应用于钨化学气相沉积工艺的气体传输系统，除了第一抽气泵和反应气体管道之间连接有第一回转气体管道之外，还在反应气体管道和所述第二抽气泵之间连接有第二回转气体管道，这样将原先通过第一抽气泵的部分回转气体转移到第二抽气泵处理，降低了第一抽气泵即工艺过程抽气泵的负荷，有效地降低工艺过程抽气泵出现错误警报的频率，从而提高了PNL钨生长设备有效使用率。
【附图说明】
图1所示为现有技术地PNL钨生长设备的系统示意图。
图2所示为本发明较佳实施例的PNL钨生长设备的系统示意图。
【具体实施方式】
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
请参考图1，图1所示为现有技术的PNL钨生长设备的系统示意图。从图中可以看出现有技术的PNL钨生长设备通过多个反应气体管道10向反应室20供气，其中多个反应气体管道10包括H2反应气体管道11，SiH4反应气体管道12，WF6反应气体管道13分别向反应室20提供H2、SiH4以及WF6三种反应气体。SiH4反应气体管道12以及WF6反应气体管道13分别通过SiH4回转气体管道52和WF6回转气体管道51与工艺过程抽气泵31相连。正常反应气体在进入反应室(Chamber)之前，为使其流速稳定，需由反应气体先流一段时间，当其达到稳定后才会切换到反应室内，我们称这种不流入反应室的气体为回转气体。反应室20内具有反应喷头21连接于所述多个反应气体管道10，用于向放置于加热器22上的硅片23提供反应气体。同时通过背面气体供气管道55向硅片23和加热器22之间通入背面气体，所述背面气体为Ar和H2的混合气体，用于保持硅片23与加热器22之间特定压力。反应后生成的HF和SiF4等气体通过反应生成气体管道53输入到第一抽气泵即工艺过程抽气泵31中，而背面气体则通过背面气体抽气管道54输入到第二抽气泵即背压泵32中。之后，第一抽气泵即工艺过程抽气泵31以及第二抽气泵即背压泵32中的气体都被输入到尾气处理装置40中进行相应处理。第一抽气泵即工艺过程抽气泵31不仅需要抽取多种反应气体作为回转气体还需要抽取反应生成气体，负荷较大，而第二抽气泵即背压泵32仅仅需要抽取背面气体，负荷较小。正是由于第一抽气泵即工艺过程抽气泵31长期处于高负荷的工作状态下才使得其经常出现错误警报，从而造成了PNL钨生长设备有效使用率较低情况的发生。
再请参考图2，图2所示为本发明较佳实施例的PNL钨生长设备的系统示意图。针对现有技术的PNL钨生长设备的系统中第一抽气泵负荷远远大于第二抽气泵的情况，作出修改设计。本发明较佳实施例的PNL钨生长设备通过多个反应气体管道100向反应室200供气，其中多个反应气体管道100包括H2反应气体管道110，SiH4反应气体管道120，WF6反应气体管道130分别向反应室200提供H2、SiH4以及WF6三种反应气体，SiH4、WF6以及H2三种反应气体的流量比例为200∶465∶7200，单位皆为标况毫升每分(standard-state cubic centimeterper minute，sccm)。WF6反应气体管道130通过第一回转气体管道510与第一抽气泵310即工艺过程抽气泵310相连，第一回转气体管道510传输的为WF6气体，用于使WF6气体流速稳定，当它达到稳定后才会将反应气体切换到反应室内。SiH4反应气体管道120通过第二回转气体管道520与第二抽气泵320即背压泵320相连，第二回转气体管道520传输的为SiH4气体，用于使SiH4气体流速稳定，当它达到稳定后才会将反应气体切换到反应室内。反应室200内具有反应喷头210连接于所述多个反应气体管道100，用于向放置于加热器220上的硅片230提供反应气体。同时通过背面气体供气管道550向硅片230和加热器220之间通入背面气体，所述背面气体为Ar和H2的混合气体，其比例为1200∶4000，单位皆为标况毫升每分(sccm)，用于保持硅片230与加热器220之间特定压力。具体在反应室200内发生如下反应：3SiF4+4WF6＝＞4W+3SiF4+12HF以及WF6+3H2＝＞W+6HF，反应后生成的HF和SiF4等气体通过反应生成气体管道530输入到第一抽气泵即工艺过程抽气泵310中，HF和SiF4的比例为4∶1～6∶1，具体根据反应情况以及实际操作而定。而背面气体则通过背面气体抽气管道540输入到第二抽气泵即背压泵320中。之后，第一抽气泵即工艺过程抽气泵310以及第二抽气泵即背压泵320中的气体都被输入到尾气处理装置400中进行相应处理。
本发明较佳实施例中的设计，将原先通过第二回转气体管道520传输的SiH4气体通入到第二抽气泵即背压泵320中，如此减少了第一抽气泵即工艺过程抽气泵310的负荷也有效地提高了第二抽气泵即背压泵320的使用率，同时减少了第一抽气泵即工艺过程抽气泵310出现错误警报的频率，从而提高了PNL钨生长设备有效使用率。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。