晶舟及利用该晶舟生长氧化层的方法
【专利摘要】本发明公开了一种晶舟及利用该晶舟生长氧化层的方法，通过改变硅片承载件的延伸方向，使其承载的硅片与相邻上方硅片或硅片承载件的距离，调整为中间位置距离大而边缘位置距离小，从而使特气，尤其是流动性差的特气，在炉管内流动的时候，能够更容易地到达空间更大的硅片中间位置，而对边缘位置的特气量进行控制，对硅片表面进行均匀氧化，使得生成的氧化薄膜边缘与中心厚度均匀，提高整片硅片的厚度均匀性。
【专利说明】晶舟及利用该晶舟生长氧化层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种新的晶舟及利用该晶舟生长氧化 层的方法。
【背景技术】
[0002] 在半导体制造工艺中，为了设置分立器件和集成电路，需要在晶圆的衬底上沉积 不同种类的薄膜。而在各种沉积薄膜的方法中，低压化学气相沉积（LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition)是一种常用的方法，已经被广泛应用到各种薄膜的沉积工艺 中。
[0003] 在LPCVD工艺中，当前采用的主流设备是立式炉管。利用立式炉管对晶圆沉积薄 膜的工艺一般为：反应特气通过管路供给到炉管，晶舟在装载区载入若干晶圆后，将装载了 晶圆的晶舟升入炉管内，特气管路供应特气，开始对晶圆进行沉积工序。沉积工序结束后， 特气管路停止供应，氮气管路开始供应氮气，对晶圆和晶舟进行清洗，去除晶圆表面和晶舟 上残留的特气。
[0004] 传统的立式炉管晶舟由顶板、底板及连接顶板和底板的三根外支撑柱构成框架结 构，并通过支撑柱上向内伸出的多个脚构成承载硅片的三个支撑点，使硅片平行层叠在晶 舟内。传统晶舟米用61片娃片、齿间距为8mm的石英材质的梯形晶舟（自上而下阶梯式排 布），如图1所示。对于流动性较好的特气，沉积工序过程中，特气能够进入每一层的硅片 中，与硅片表面均匀反应，生成厚度均匀的薄膜。而对于一些流动性较差的特气，如正硅酸 乙酯（Si (0C2H5) 4，俗称TE0S特气，其分子量约208,蒸汽密度约为空气的7. 2倍），比较难以 到达硅片中间位置，如图2所示，导致出现硅片中间生成的二氧化硅薄膜厚度相对于硅片 边缘的薄膜厚度较薄的现象，如图3所示。
[0005] 中国发明专利ZL 200910053376. 8提供了一种提高晶圆的高温氧化物层均匀性 的方法，其包括在未放置晶圆的晶舟中持续通入形成高温氧化物层的气体，直到在该晶舟 内表面上形成厚度大于等于20000埃的高温氧化物层；将多片晶圆放入该晶舟，淀积高温 氧化物层。
[0006] 该专利虽然能一定程度上提高晶圆沉积氧化物层的均匀性，但仍然不能很好地解 决特气难以进入硅片中间位置的情况所导致的硅片中间薄、四周厚的现象，尤其对TE0S等 流动性较差的特气，无法解决其沉积过程中硅片厚度均匀性差的技术问题。
【发明内容】
[0007] 为了实现本发明的发明目的，本发明提供一种晶舟及利用该晶舟生长氧化层的方 法，用来解决现有技术中流动性较差的特气对硅片沉积过程中硅片中间厚度较薄、厚度均 匀性差的技术问题。
[0008] 本发明提供的晶舟，其包括底座、设于底座上的数条外支撑柱、自下而上间隔地设 于外支撑柱上的数个娃片承载件，该娃片承载件由外支撑柱向晶舟轴心方向伸出并向上延 伸，硅片可通过该数个硅片承载件间隔地平行层叠于晶舟内，并且该硅片承载件具有放置 硅片后对应硅片中间位置的第一部位以及对应硅片边缘位置的第二部位，以使得硅片放置 后该硅片的中间位置与上层硅片承载件第一部位的垂直投影距离大于该硅片的边缘位置 与上层硅片承载件第二部位的垂直投影距离。
[0009] 其中，该第一部位可以是硅片中心正下方的硅片承载件部分或离硅片中心最近的 硅片承载件部分；该第二部位可以是硅片边缘向下垂直投影所对应的硅片承载件部分。 [0010] 进一步地，该硅片承载件由外支撑柱向晶舟轴心倾斜地延伸。
[0011] 进一步地，该硅片承载件由外支撑柱向晶舟轴心横向伸出并在横向伸出外端处向 上方延伸，形成L型硅片承载件。
[0012] 进一步地，每条该外支撑柱的同一高度处分别设置一硅片承载件以形成硅片承载 层，该同一高度的多个硅片承载件的第一部位相连或不相连。
[0013] 进一步地，该硅片承载件是与该晶舟轴心同轴的圆盘，该圆盘具有供硅片放置的 平顶面且其边缘与该外支撑柱相固定。
[0014] 进一步地，该圆盘中心具有通孔。
[0015] 进一步地，硅片放置后该硅片的中间位置与上层硅片承载件第一部位的距离是该 硅片的边缘位置与上层硅片承载件第二部位的距离的1. 2-3倍。
[0016] 进一步地，该晶舟还包括与该数条外支撑柱顶部相固定的顶板。
[0017] 本发明还提供一种利用上述晶舟生长氧化层的方法，其包括以下步骤：
[0018] 步骤S01，将硅片放入晶舟内的硅片承载件之上，形成间隔地平行层叠，硅片中间 位置上方的空间大于边缘位置上方的空间；
[0019] 步骤S02,向炉管内通入特气，特气从每一层硅片的边缘位置上方进入空间更大的 中间位置上方，对娃片表面均勻氧化；
[0020] 步骤S03,硅片表面生成厚度均匀的薄膜。
[0021] 进一步地，该特气流动性较差的特气，尤其是正硅酸乙酯。
[0022] 本发明的晶舟及利用该晶舟生长氧化层的方法，通过改变硅片承载件的延伸方 向，使其承载的硅片与相邻上方硅片或硅片承载件的距离，调整为中间位置距离大而边缘 位置距离小，从而使特气，尤其是流动性差的特气，在炉管内流动的时候，能够更容易地到 达空间更大的硅片中间位置，而对边缘位置的特气量进行控制，对硅片表面进行均匀氧化， 使得生成的氧化薄膜边缘与中心厚度均匀，提高整片硅片的厚度均匀性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实 施例进行详细描述，其中：
[0024] 图1是传统晶舟工艺前的侧视图；
[0025] 图2是传统晶舟在工艺过程中特气的流动方向示意图；
[0026] 图3是传统晶舟工艺完成后的侧视图；
[0027] 图4是本发明第一实施例晶舟侧视图；
[0028] 图5是本发明第一实施例娃片承载件的俯视图；
[0029] 图6是本发明第二实施例晶舟侧视图；
[0030] 图7是本发明第二实施例硅片承载件的俯视图；
[0031] 图8是本发明第二实施例晶舟侧视图；
[0032] 图9是本发明第一实施例晶舟工艺完成后的侧视图。
【具体实施方式】
[0033] 第一实施例
[0034] 请同时参阅图4和图5,本实施例的晶舟包括底座11、设于底座11上的三条外支 撑柱12、自下而上间隔地设于外支撑柱12上的数个环形的硅片承载件13 (图4中仅示出两 层硅片承载件）。
[0035] 其中，硅片承载件13是与晶舟轴心同轴的圆盘，该圆盘具有供硅片放置的平顶面 且其边缘与三条外支撑柱12的同高度处相固定，从侧视图图4可见，该圆盘截面是"八"字 型，即由三条外支撑柱12的同一高度处分别向晶舟轴心方向倾斜地向上延伸，形成硅片承 载层，每一层硅片承载层用于承载一片硅片，硅片通过这些硅片承载层间隔地平行层叠于 晶舟内。
[0036] 娃片承载件13上具有放置娃片19后对应娃片19中间位置的第一部位15以及 对应硅片边缘位置的第二部位16,以使得硅片放置后，下层硅片的中间位置与相邻上层硅 片承载件的第一部位的垂直投影距离D1大于下层硅片的边缘位置与上层硅片承载件第二 部位的垂直投影距离D2。其中，本实施例中的第一部位是离硅片中心最近的硅片承载件部 分，也就是圆盘平顶面的内圈，该第一部位也与下层硅片的中间位置相对应；本实施例中的 第二部位是硅片边缘向下垂直投影所对应的硅片承载件部分，该第二部位也与下层硅片的 边缘相对应。
[0037] 本实施例通过改变娃片承载件的延伸方向，使其承载的娃片与相邻上方娃片或娃 片承载件的距离，调整为中间位置距离大而边缘位置距离小，从而使特气，尤其是流动性差 的特气，在炉管内流动的时候，能够更容易地到达空间更大的硅片中间位置，而对边缘位置 的特气量进行控制，对硅片表面进行均匀氧化，使得生成的氧化薄膜边缘与中心厚度均匀， 提高整片硅片的厚度均匀性。
[0038] 本实施例中，硅片承载件13圆盘的中心具有通孔14,如图5所示，目的是为了增加 垂直投影距离D1，以进一步扩大硅片中间位置上方的空间，供特气进入。本实施例中的垂直 投影距离D1为10mm，D2为5mm，实际应用中垂直投影距离比D1 :D2较佳地为1. 2 :1-3 :1。
[0039] 本实施例中，外支撑柱的数量可根据实际需要调整，较佳地为3- 4条。
[0040] 实际应用中，本实施例的晶舟还包括与外支撑柱顶部相固定的顶板。
[0041] 第二实施例
[0042] 请同时参阅图6和图7,本实施例的晶舟包括底座21、设于底座21上的三条外支 撑柱22、自下而上间隔地设于外支撑柱22上的数个的硅片承载件23 (图6中仅示出两层硅 片承载件）。
[0043] 其中，三条外支撑柱22的同一高度处分别向晶舟轴心方向倾斜地延伸出硅片承 载件23,形成硅片承载层，每一层硅片承载层的三个硅片承载件延伸相连并具有平顶面，用 于承载一片硅片，硅片通过这些硅片承载层间隔地平行层叠于晶舟内。
[0044] 娃片承载件23上具有放置娃片29后对应娃片29中间位置的第一部位25以及 对应硅片边缘位置的第二部位26,以使得硅片放置后，下层硅片的中间位置与相邻上层硅 片承载件的第一部位的垂直投影距离D3大于下层硅片的边缘位置与上层硅片承载件第二 部位的垂直投影距离D4。其中，本实施例中的第一部位是硅片中心正下方的硅片承载件部 分，也就是三个硅片承载件相交的中心，即平顶面的中心，该第一部位也与下层硅片的中间 位置相对应；本实施例中的第二部位是硅片边缘向下垂直投影所对应的硅片承载件部分， 该第二部位也与下层硅片的边缘相对应。
[0045] 本实施例通过改变娃片承载件的延伸方向，使其承载的娃片与相邻上方娃片或娃 片承载件的距离，调整为中间位置距离大而边缘位置距离小，从而使特气，尤其是流动性差 的特气，在炉管内流动的时候，能够更容易地到达空间更大的硅片中间位置，而对边缘位置 的特气量进行控制，对硅片表面进行均匀氧化，使得生成的氧化薄膜边缘与中心厚度均匀， 提高整片硅片的厚度均匀性。
[0046] 本实施例中，同一层硅片承载件23延伸相连，目的是为了提高硅片承载层的牢固 度，并给予硅片平面的、可靠的承载。本实施例中的垂直投影距离D3为8mm，D4为5mm，实 际应用中垂直投影距离比D3 :D4较佳地为1. 2 :1 - 3 :1。
[0047] 本实施例中，外支撑柱的数量可根据实际需要调整，较佳地为3- 4条。
[0048] 实际应用中，本实施例的晶舟还包括与外支撑柱顶部相固定的顶板。
[0049] 第三实施例
[0050] 请参阅图8,本实施例的晶舟包括底座31、设于底座31上的三条外支撑柱32、自下 而上间隔地设于外支撑柱32上的数个的硅片承载件33 (图6中仅示出两层硅片承载件）。
[0051] 其中，同一层的三个硅片承载件33由三条外支撑柱32的同一高度处分别向晶舟 轴心横向伸出并在横向伸出外端处向上方延伸，形成L型娃片承载件，同层三个娃片承载 件形成硅片承载层，每一层硅片承载层的三个硅片承载件具有同高的顶端，用于承载一片 硅片，硅片通过这些硅片承载层间隔地平行层叠于晶舟内。
[0052] 娃片承载件33上具有放置娃片39后对应娃片39中间位置的第一部位35以及对 应硅片边缘位置的第二部位36,以使得硅片放置后，下层硅片的中间位置与相邻上层硅片 承载件的第一部位的垂直投影距离D5大于下层硅片的边缘位置与上层硅片承载件第二部 位的垂直投影距离D6。其中，本实施例中的第一部位是离硅片中心最近的硅片承载件部分， 也就是硅片承载件33延伸最外端，该第一部位也与下层硅片的中间位置相对应；本实施例 中的第二部位是硅片边缘向下垂直投影所对应的硅片承载件部分，该第二部位也与下层硅 片的边缘相对应。
[0053] 本实施例通过改变娃片承载件的延伸方向，使其承载的娃片与相邻上方娃片或娃 片承载件的距离，调整为中间位置距离大而边缘位置距离小，从而使特气，尤其是流动性差 的特气，在炉管内流动的时候，能够更容易地到达空间更大的硅片中间位置，而对边缘位置 的特气量进行控制，对硅片表面进行均匀氧化，使得生成的氧化薄膜边缘与中心厚度均匀， 提高整片硅片的厚度均匀性。
[0054] 本实施例中，同一层硅片承载件33不延伸相连并留出硅片中心正下方的空间，目 的是为了增加垂直投影距离D5,以进一步扩大下层硅片中间位置上方的空间，供特气进入。 本实施例中的垂直投影距离D5为10mm，D6为5mm，实际应用中垂直投影距离比D5 :D6较佳 地为 1. 2 :1-3 :1。
[0055] 本实施例中，外支撑柱的数量可根据实际需要调整，较佳地为3- 4条。
[0056] 实际应用中，本实施例的晶舟还包括与外支撑柱顶部相固定的顶板。
[0057] 工艺实施例
[0058] 本实施例生长氧化层的方法，利用上述任意实施例晶舟，其包括以下步骤：
[0059] 步骤S01，将硅片放入晶舟内的硅片承载件之上，形成间隔地平行层叠，硅片中间 位置上方的空间大于边缘位置上方的空间；
[0060] 步骤S02,向炉管内通入特气，特气从每一层硅片的边缘位置上方进入空间更大的 中间位置上方，对娃片表面均勻氧化；
[0061] 步骤S03,硅片表面生成厚度均匀的薄膜。
[0062] 实际应用中，该特气可以是流动性较差的正硅酸乙酯。
[0063] 请继续参阅图9,图9是采用第一实施例的晶舟按照本实施例氧化方法完成后的 侧视图，可以看到二氧化硅薄膜18在硅片19上的厚度均匀，硅片边缘与中心位置的薄膜厚 度均一。
【权利要求】
1. 一种晶舟，其特征在于：其包括底座、设于底座上的数条外支撑柱、自下而上间隔地 设于外支撑柱上的数个硅片承载件，该硅片承载件由外支撑柱向晶舟轴心方向伸出并向上 延伸，硅片可通过该数个硅片承载件间隔地平行层叠于晶舟内，并且该硅片承载件具有放 置硅片后对应硅片中间位置的第一部位以及对应硅片边缘位置的第二部位，以使得硅片放 置后该硅片的中间位置与上层硅片承载件第一部位的垂直投影距离大于该硅片的边缘位 置与上层硅片承载件第二部位的垂直投影距离。
2. 根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于：该硅片承载件由外支撑柱向晶舟轴心倾 斜地延伸。
3. 根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于：该硅片承载件由外支撑柱向晶舟轴心横 向伸出并在横向伸出外端处向上方延伸，形成L型娃片承载件。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的晶舟，其特征在于：每条该外支撑柱的同一高度 处分别设置一硅片承载件以形成硅片承载层，该同一高度的多个硅片承载件的第一部位相 连或不相连。
5. 根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于：该硅片承载件是与该晶舟轴心同轴的圆 盘，该圆盘具有供硅片放置的平顶面且其边缘与该外支撑柱相固定。
6. 根据权利要求5所述的晶舟，其特征在于：该圆盘中心具有通孔。
7. 根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于：硅片放置后该硅片的中间位置与上层硅 片承载件第一部位的距离是该硅片的边缘位置与上层硅片承载件第二部位的距离的1. 2-3 倍。
8. 根据权利要求1所述的晶舟，其特征在于：该晶舟还包括与该数条外支撑柱顶部相 固定的顶板。
9. 一种利用权利要求1所述晶舟生长氧化层的方法，其特征在于，其包括以下步骤： 步骤S01，将硅片放入晶舟内的硅片承载件之上，形成间隔地平行层叠，硅片中间位置 上方的空间大于边缘位置上方的空间； 步骤S02,向炉管内通入特气，特气从每一层硅片的边缘位置上方进入空间更大的中间 位置上方，对娃片表面均勻氧化； 步骤S03,硅片表面生成厚度均匀的薄膜。
10. 根据权利要求9所述生长氧化层的方法，其特征在于：该特气为正硅酸乙酯。
【文档编号】C23C16/40GK104152866SQ201410412350
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】江润峰 申请人:上海华力微电子有限公司