专利名称：薄膜沉积方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术，特别涉及一种薄膜沉积方法和装置。
背景技术：
随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，薄膜沉积工艺 在半导体的制造流程中是一种常见的工艺。在现有半导体制造工艺中，薄膜沉积装置为炉 管，下面首先对现有炉管进行介绍。图1为现有炉管的剖面结构示意图。如图1所示，现有炉管主要包括加热器 (Heater)、由石英构成的反应腔(Quartz tube)、底盖(Cap)以及晶舟(Boat)，其中，各部分 均是可拆卸的。其中，底盖和晶舟相连，并能在外界驱动系统(图未示出)的驱动下带动晶舟上下 移动；晶舟用于装载晶圆，如图1所示，每个格子上可承载一片晶圆，其中，相邻格子之间是 等间距的，例如，若一个晶舟包括100个格子，在每个格子上均放置一片晶圆，由于相邻格 子之间的间距相等，则相邻两片晶圆之间的间距也相等。当需要装载晶圆时，底盖带动晶舟 向下移动，离开反应腔，晶圆装载完毕，底盖带动晶舟向上移动，进入到反应腔内，并和反应 腔一起构成密闭结构。另外，反应腔上设置有进气口和出气口，用于输入反应所需气体和排 出废气。加热器位于反应腔外，用于对反应腔进行加热。在大多数炉管的设计中，加热器的 主体部分呈现圆柱形状，加热器的主体部分的最外层由不锈钢材料制成，中间是一层绝热 层，主要是为了防止反应腔内的温度向外扩散，绝热层里面为加热电路，由环绕在绝热层内 壁上的电阻丝等构成。如图1所示，当进气口设置于反应腔的下部时，反应腔下部的反应气体浓度总是 高于反应腔上部的反应气体浓度，并且随着高度的升高，反应气体的浓度会越来越小，然 而，在实际应用中，要求在晶舟上的所有晶圆表面所沉积的薄膜厚度是相等的，这就要求当 进行薄膜沉积时，反应气体在所有晶圆表面发生化学反应的速率是相同的，为了克服由于 反应气体浓度在反应腔内分布的不均勻而导致化学反应速率存在差异的缺陷，加热器按照 从上到下的顺序分为5个温区，每个温区的加热电路相互独立，互不干扰，分别用于对反应 腔内的不同区域进行加热，且这五个温区的温度互不相同。如图2所示，图2为现有加热器的不同温区的示意图。假设共分为A、B、C、 D、E 5个温区，可以看出，虽然对于不同的温区来说，其不锈钢层和绝热层是连接在一 起的，但是加热电路是完全独立的。按照从上到下的顺序，这5个温区分别用于加热 反应腔的上部、上中部、中部、中下部以及下部5个不同的区域，一般我们将A温区所 对应的反应腔的温度称为上部温度(Top-temperature)，将B温区所对应的反应腔的 温度称为上中部温度(Top-center-temperature)，将C温区所对应的反应腔的温度 称为中部温度(Center-temperature)，将D温区所对应的反应腔的温度称为中下部 温度(Center-bottom-temperature)，将E温区所对应的反应腔的温度称为下部温度3(Bottom-temperature)，其中，各个温区的温度与所对应的反应腔的温度相等。当进气口设 置于反应腔的下部时，上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度依次递减， 以对由于反应气体浓度在反应腔内分布不均勻而导致化学反应速率的差异进行弥补，从而 使得反应气体在晶舟上所有晶圆表面的化学反应速率基本一致。需要说明的是，图1所示仅为一种可能的炉管结构，在实际应用中，根据实际需要 的不同，炉管中可能还会包括其它组成部分，由于与本发明所述方案无直接关系，故不再一一介绍。基于上述炉管，现有技术中的薄膜沉积方法包括以下几个步骤步骤一，在晶舟的每个格子上放置一片晶圆，并将晶舟装载至反应腔内，其中，相 邻格子的间距相等。步骤二，通过炉管的进气口向反应腔内通入反应气体。需要说明的是，根据欲沉积的薄膜材料的不同，反应气体也有所不同，例如，若欲 沉积氮化硅(SiN)薄膜，所通入的反应气体为二氯硅烷(DCS)和氨气(NH3),由于晶舟上的 晶圆包括一硅基底，在后续步骤中，DCS、NH3与硅基底发生反应可生成SiN薄膜。步骤三，分别调整上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度、下部温度，使分 别处于A、B、C、D、E 5个温区内的晶圆上所沉积的薄膜的厚度相等，其中，若进气口设置于 反应腔的下部，则上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度依次递减，若进 气口设置于反应腔的上部，则上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度依 次递增。采用上述方法，在炉管中每进行一次薄膜沉积时，位于晶舟上的所有晶圆表面所 沉积的薄膜厚度是相等的，然而，由于A、B、C、D、E 5个温区的温度存在差异，晶舟上的不同 晶圆吸收的热量不完全相同，也就是说，晶舟上的不同晶圆的热容量(thermal budget)不 完全相同，这就有可能对后续的工艺产生影响，例如，当进行离子注入时，离子在不同晶圆 中的扩散速率不完全相同，最后经扩散而形成的区域，例如，漏极或源极，在性能上也不同， 因此造成同一批产品在性能上存在较大差异。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种薄膜沉积方法，能够降低同一批产品在性能上的差异。本发明还提出一种薄膜沉积装置，能够降低同一批产品在性能上的差异。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种薄膜沉积方法，该方法应用于炉管中，所述炉管包括加热器、反应腔、底盖、 晶舟、进气口和出气口，其中，底盖和晶舟相连，用于在外界驱动系统的驱动下带动晶舟上 下移动；晶舟包括若干个格子，每个格子用于装载一片晶圆；反应腔，用于反应气体在晶圆 表面进行薄膜沉积；加热器，位于反应腔的外部，用于对反应腔进行加热，其中，加热器按照 从上到下的顺序分为5个温区，用于分别对反应腔的上部、上中部、中部、中下部和下部进 行加热；进气口，位于反应腔的上部或下部，用于输入反应所需气体；出气口，位于反应腔 的上部或下部，用于排出废气，该方法包括在晶舟的每个格子上放置一片晶圆，将晶舟装载至反应腔内，并向反应腔内通入 反应气体，其中，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距为一等差数列；
调整反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度，且反应 腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度相等。当进气口位于反应腔的上部时，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距依次递+曰O当进气口位于反应腔的下部时，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距依次递 减。一种薄膜沉积装置，该装置包括加热器、反应腔、底盖、晶舟、进气口和出气口，其 中，底盖和晶舟相连，用于在外界驱动系统的驱动下带动晶舟上下移动；反应腔，用于反应 气体在晶圆表面进行薄膜沉积；加热器，位于反应腔的外部，用于对反应腔进行加热；进气 口，位于反应腔的上部或下部，用于输入反应所需气体；出气口，位于反应腔的上部或下部， 用于排出废气，晶舟包括若干个格子，每个格子用于装载一片晶圆，按照从上到下的顺序相 邻格子之间的间距为一等差数列；加热器按照从上到下的顺序分为5个温区，用于分别对 反应腔的上部、上中部、中部、中下部和下部进行加热，所述5个温区的温度相等。当进气口位于反应腔的上部时，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距依次递+曰O当进气口位于反应腔的下部时，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距依次递 减。可见，采用本发明所述方案，在晶舟的每个格子上放置一片晶圆，将晶舟装载至反 应腔内，并向反应腔内通入反应气体，其中，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距为一 等差数列，然后调整反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度，且 反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度相等，这就使得晶圆表 面所沉积的薄膜厚度基本一致，而且，晶舟上的不同晶圆的热容量相同，降低了同一批产品 在性能上的差异。
图1为现有炉管的剖面结构示意图。图2为现有加热器的不同温区的示意图。图3为本发明所提供的一种薄膜沉积方法的流程图。图4为本发明所提供的一种薄膜沉积装置的剖面结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明作进一步地详细说明。本发明的核心思想为在晶舟上，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距为一 等差数列，且反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度相等，这就 保证了晶圆表面所沉积的薄膜厚度基本一致，而且，晶舟上的不同晶圆的热容量相同，能够 降低同一批产品在性能上的差异。图3为本发明所提供的一种薄膜沉积方法的流程图，如图3所示，该方法包括以下 步骤5
步骤301，在晶舟的每个格子上放置一片晶圆，将晶舟装载至反应腔内，并向反应 腔内通入反应气体，其中，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距为一等差数列。步骤302，调整反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温 度，且反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度相等。下面通过一个实施例对本发明进行详细说明，在本实施例中，假设晶舟包括100 个格子，可用于承载100片晶圆，晶舟的高度约为1782毫米，且进气口位于反应腔的上部， 本发明所提供的一种薄膜沉积方法的实施例包括以下步骤步骤一，在晶舟的每个格子上放置一片晶圆，将晶舟装载至反应腔内，并向反应腔 内通入反应气体，其中，若按照从上到下的顺序剩余相邻格子之间的间距进行命名，则可分别称为第一间距、第二间距......第九十九间距，若将第一间距设置为10毫米，则以后每个间距都比前一间距递增0. 136毫米，具体为，第二间距为10. 136毫米，第三间距为10. 326 毫米，以此类推，第九十九间距为25. 974毫米。在实际应用中，根据晶舟的高度和晶舟所包括的格子的数目来确定第一间距和相 邻间距之间的差值，第一间距和相邻间距之间的差值视具体情况而定。需要说明的是，由于进气口位于反应腔的上部，按照从上至下的顺序，反应气体的 浓度越来越小，因此，在反应气体浓度较大的区域放置较多的晶圆、在反应气体浓度较小的 区域放置较少的晶圆，这就使得平均和每片晶圆发生反应的反应气体的浓度基本一致。步骤二，调整反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度， 且反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度相等。其中，温度的调整可根据欲沉积的薄膜厚度而定。需要说明的是，在实际应用中，也并非严格要求反应腔的上部温度、上中部温度、 中部温度、中下部温度和下部温度相等，相等的情况仅为一种较佳实施例，根据实际情况， 只要反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度彼此之间的温差比 较小，也可实现本发明的目的。基于上述方法，本发明还提供了 一种薄膜沉积装置。图4为本发明所提供的一种薄膜沉积装置的剖面结构示意图。如图4所示，该装 置包括加热器、反应腔、底盖、晶舟、进气口和出气口。其中，底盖和晶舟相连，用于在外界驱动系统(图未示出)的驱动下带动晶舟上下 移动；晶舟包括若干个格子，每个格子用于装载一片晶圆，其中，按照从上到下的顺序相邻 格子之间的间距为一等差数列；反应腔，用于反应气体在晶圆表面进行薄膜沉积；加热器， 位于反应腔的外部，用于对反应腔进行加热，其中，加热器按照从上到下的顺序分为5个温 区，用于分别对反应腔的上部、上中部、中部、中下部和下部进行加热，所述5个温区的温度 相等；进气口，位于反应腔的上部或下部，用于输入反应所需气体；出气口，位于反应腔的 上部或下部，用于排出废气。本发明所提供的一种薄膜沉积装置的具体说明请参照图3所示方法的相应说明， 此处不再赘述。由本发明所提供的技术方案可见，在晶舟的每个格子上放置一片晶圆，将晶舟装 载至反应腔内，并向反应腔内通入反应气体，其中，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间 距为一等差数列，然后调整反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度，且反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度相等，这就使得 晶圆表面所沉积的薄膜厚度基本一致，而且，晶舟上的不同晶圆的热容量相同，降低了同一 批产品在性能上的差异。 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1.一种薄膜沉积方法，该方法应用于炉管中，所述炉管包括加热器、反应腔、底盖、晶 舟、进气口和出气口，其中，底盖和晶舟相连，用于在外界驱动系统的驱动下带动晶舟上下 移动；晶舟包括若干个格子，每个格子用于装载一片晶圆；反应腔，用于反应气体在晶圆表 面进行薄膜沉积；加热器，位于反应腔的外部，用于对反应腔进行加热，其中，加热器按照从 上到下的顺序分为5个温区，用于分别对反应腔的上部、上中部、中部、中下部和下部进行 加热；进气口，位于反应腔的上部或下部，用于输入反应所需气体；出气口，位于反应腔的 上部或下部，用于排出废气，其特征在于，该方法包括在晶舟的每个格子上放置一片晶圆，将晶舟装载至反应腔内，并向反应腔内通入反应 气体，其中，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距为一等差数列；调整反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度，且反应腔的 上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度相等。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当进气口位于反应腔的上部时，按照从上 到下的顺序相邻格子之间的间距依次递增。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当进气口位于反应腔的下部时，按照从上 到下的顺序相邻格子之间的间距依次递减。
4.一种薄膜沉积装置，该装置包括加热器、反应腔、底盖、晶舟、进气口和出气口，其 中，底盖和晶舟相连，用于在外界驱动系统的驱动下带动晶舟上下移动；反应腔，用于反应 气体在晶圆表面进行薄膜沉积；加热器，位于反应腔的外部，用于对反应腔进行加热；进气 口，位于反应腔的上部或下部，用于输入反应所需气体；出气口，位于反应腔的上部或下部， 用于排出废气，其特征在于，晶舟包括若干个格子，每个格子用于装载一片晶圆，按照从上 到下的顺序相邻格子之间的间距为一等差数列；加热器按照从上到下的顺序分为5个温 区，用于分别对反应腔的上部、上中部、中部、中下部和下部进行加热，所述5个温区的温度 相等。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，当进气口位于反应腔的上部时，按照从上 到下的顺序相邻格子之间的间距依次递增。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，当进气口位于反应腔的下部时，按照从上 到下的顺序相邻格子之间的间距依次递减。
全文摘要
本发明公开了一种薄膜沉积方法，该方法包括在晶舟的每个格子上放置一片晶圆，将晶舟装载至反应腔内，并向反应腔内通入反应气体，其中，按照从上到下的顺序相邻格子之间的间距为一等差数列；调整反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度，且反应腔的上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度相等。同时，本发明还公开了一种薄膜沉积装置，采用该方法和装置能够降低同一批产品在性能上的差异。
文档编号C23C16/46GK102051602SQ20091019849
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者唐兆云 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司