提高工艺片成膜均匀性的方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高工艺片成膜均匀性的方法，其包括向热的氧化炉炉管内通入氮气；旋转工艺片承载舟，并从原始位置升舟至第一位置；保持旋转工艺片承载舟，对工艺片进行主氧化工艺；主氧化工艺完成后，保持旋转工艺片承载舟，从工艺行程位置降舟至原始位置。本发明通过升舟、降舟和主氧化工艺的过程中保持低速旋转工艺片承载舟，来减小温度场、气流场分布不均匀对工艺片成膜均匀性的影响，从而优化半导体立式炉设备中工艺片的成膜均匀性，同时降低了生产成本。
【专利说明】提高工艺片成膜均匀性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造【技术领域】，特别涉及一种提高半导体立式炉设备中工艺片成膜均匀性的方法。
【背景技术】
[0002]目前，以集成电路为核心的电子信息产业已经超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。在集成电路加工制造方面，特征尺寸不断缩小，使芯片的集成度越来越高，引发了一系列工艺技术障碍和工艺问题。集成电路加工制造是一项与专用设备密切相关的技术，俗称“一代设备，一代工艺，一代产品”。其中，薄膜生成技术是集成电路制造技术中最关键的技术之一，因此对设备提出了更高的要求。以立式氧化炉为例，作为热处理工艺设备，为了保证工艺产品的性能，而对膜厚均匀性、颗粒控制、氧含量控制、升降温速率、稳定性等技术指标提出了更高的要求。
[0003]现有的工艺片氧化工艺中，会使工艺片成膜均匀性较差的主要原因是温度场和气流场，而影响温度场、气流场的因素主要为:①设备机械结构的因素，如设备装配时炉体、舟、保温桶是否在同心线上保温桶的影响；③升降舟过程中通有小氧的影响。
[0004]其中，前两项因素带来的影响可以通过机械设备的调整来改善。对于第三项因素，一般工艺片的氧化工艺是将工艺片放置在晶舟上，通过氧化炉内的升降机构，将晶舟上升到目标高度，进行主氧化工艺。在晶舟升舟或降舟的过程中，氧化炉内会通入小氧(少量氧气)，会在氧化炉内形成不均匀的温度场和气流场，上升或下降中的晶舟就会受到影响，导致成膜均匀性差。因此，如何避免氧化炉内温度场和气流场的影响，从而提高工艺片的成膜均匀性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决上述技术问题，而提供一种提高工艺片成膜均匀性的方法，用以减小温度场、气流场分布不均匀对工艺片成膜均匀性的影响。
[0006]本发明提供的提高工艺片成膜均匀性的方法，其包括:
[0007]步骤SOl，向热的氧化炉炉管内通入氮气；
[0008]步骤S02，旋转炉管内的工艺片承载舟，并从原始位置升舟至工艺行程位置；
[0009]步骤S03，保持旋转工艺片承载舟，对工艺片进行主氧化工艺；
[0010]步骤S04，主氧化工艺完成后，保持旋转工艺片承载舟，从工艺行程位置降舟至原始位置。
[0011]进一步地，步骤S02包括步骤S021旋转工艺片承载舟，同时以第一速度从原始位置升舟至第一位置，步骤S022保持旋转工艺片承载舟，同时以第二速度升舟至工艺行程位置，其中，该第二速度小于第一速度；步骤S04包括步骤S041主氧化工艺完成后，保持旋转工艺片承载舟，同时以第三速度降舟至第二位置，步骤S042保持旋转工艺片承载舟，同时以第四速度降舟至第三位置，步骤S043停止旋转工艺片承载舟，并以该第三速度降舟至该原始位置，其中，该第三速度小于第四速度。
[0012]进一步地，该方法中旋转工艺片承载舟的旋转速率为l-5rpm(转每分)，且各步骤中为同向旋转。
[0013]进一步地，该第一速度和第四速度范围为100-150mm/min (毫米每分钟)，该第二速度和第三速度范围为20-50mm/min。
[0014]进一步地,该第一位置和第二位置在原始位置上方1550-1600mm之间。
[0015]进一步地，该第三位置在原始位置上方10_20mm之间。
[0016]进一步地，步骤S02过程中通入少量氧气，步骤S04过程中不通入氧气。
[0017]进一步地，该少量氧气为100_500SCCM(标准立方厘米每分钟)；步骤S03中主氧化工艺通入氧气的量为1000-10000SCCM。
[0018]进一步地，步骤S02中升舟之前先旋转工艺片承载舟10-60s，旋转速率为l_5rpm。
[0019]进一步地，步骤SOl之前还包括步骤S00，稳定氧化炉炉管内温度，并开启风机以形成稳定气流。
[0020]进一步地，步骤SOO中稳定氧化炉炉管内温度于600-800°C，开启风机风速为0.3-0.5m/s。
[0021]进一步地，步骤SOl中通入的是高纯氮气，其流量为500-1000SLM。
[0022]进一步地，步骤S03中所述主氧化工艺包括温度稳定、升温、氧化工艺、降温和温度稳定。
[0023]进一步地，步骤S04中降舟之前先稳定氧化炉炉管内温度于600_800°C。
[0024]进一步地，步骤S042中降舟至第三位置之后继续旋转工艺片承载舟10-60S，旋转速率为l-5rpm。
[0025]进一步地，本方法还包括步骤S05，关闭炉门，通入氮气，以冷却工艺片。
[0026]本发明提供的提高工艺片成膜均匀性的方法，通过升舟、降舟和主氧化工艺的过程中保持低速旋转工艺片承载舟，来减小温度场、气流场分布不均匀对工艺片成膜均匀性的影响，从而优化半导体立式炉设备中工艺片的成膜均匀性，同时降低了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]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:
[0028]图1是本发明提高工艺片成膜均匀性方法的第一实施例流程图。
【具体实施方式】
[0029]本发明提高工艺片成膜均匀性的方法，其包括:
[0030]步骤S01，向热的氧化炉炉管内通入氮气，用氮气对炉管内部进行吹扫，制造环境；
[0031]步骤S02，以低速旋转炉管内的工艺片承载舟，并从原始位置升舟至工艺行程位置；
[0032]步骤S03，保持旋转工艺片承载舟，对工艺片进行主氧化工艺；[0033]步骤S04，主氧化工艺完成后，保持旋转工艺片承载舟，从工艺行程位置降舟至原始位置。
[0034]本发明的工艺片承载舟放置在保温桶上，保温桶设于石英盘之上，转轴穿过氧化炉底部的工艺门磁流体与石英盘相连，通过外部电机驱动转轴带动石英盘上的保温桶和工艺片承载舟实现旋转。通过步骤S02至S04，在工艺片承载舟升舟、主氧化工艺和降舟的过程中保持低速旋转，来减小温度场、气流场分布不均对工艺片成膜均匀性的影响。以下以本发明的较佳实施例具体说明本发明的各步骤。
[0035]请参阅图1，本实施例的提高工艺片成膜均匀性的方法，其包括:
[0036]步骤S00，稳定氧化炉炉管内温度在600-800°C之间，开启风机并使风速控制在
0.3-0.5m/S之间，以形成相对稳定的气流。
[0037]步骤SOI，向炉管内通入高纯氮气，且流量控制在500-1000SLM之间。
[0038]步骤S021，以2rpm的速率旋转载满硅片的工艺片承载舟，同时以100mm/min的升舟速度将工艺片承载舟从原始位置升舟至1550_的高度位置，本步骤通过旋转改善温度场、气流场的相对均勻分布；
[0039]步骤S022，以2rpm的速率旋转工艺片承载舟，同时以50mm/min的升舟速度将工艺片承载舟继续升舟至工艺行程位置，即主工艺位置，本步骤通过旋转改善温度场、气流场的相对均匀分布。
[0040]其中，升舟过程分为以上两步进行，并且第二步的升舟速度低于第一步的升舟速度，目的是为了给予一定的缓冲，在将要到达工艺行程位置的高度，降低升舟速度，可以避免因速度过快而在工艺行程位置骤停，导致转轴对工艺门处部件的冲击，防止工艺门部件如密封圈等的损坏。
[0041]其中，升舟过程中通入少量氧气(250SCCM)，以产生氧化环境。
[0042]步骤S03，对工艺片进行主氧化工艺，包括温度稳定、升温、氧化主工艺、降温和温度稳定步骤，该些步骤均为本领域常用步骤，故不再赘述。
[0043]其中，主氧化工艺通入的氧气量可以是500-1000SLM之间。
[0044]步骤S041，主氧化工艺完成后稳定氧化炉炉管内温度于600-800°C，随后，以2rpm的速率旋转工艺片承载舟，同时以50mm/min的降舟速度将工艺片承载舟降舟至1550mm的高度位置，本步骤通过旋转改善温度场、气流场的相对均匀分布；
[0045]步骤S042，以2rpm的速率旋转工艺片承载舟，同时以100mm/min的降舟速度将工艺片承载舟降舟至距离原始位置IOmm的高度，随后，继续以2rpm的速率旋转工艺片承载舟30s后停止旋转，本步骤通过旋转改善温度场、气流场的相对均匀分布；
[0046]步骤S043，停止旋转工艺片承载舟之后，以20mm/min的降舟速度将工艺片承载舟降舟至原始位置。
[0047]其中，降舟过程分为以上三步步进行，并且第一步的降舟速度低于第二步的降舟速度，目的是为了给予一定的缓冲，从工艺行程位置的高度向下移动，逐渐增加降舟速度，可以避免一开始就速度过快以及避免在原始位置骤停，而导致转轴对工艺门处部件的冲击，防止工艺门部件如密封圈等的损坏。
[0048]其中，在工艺片承载舟降舟至距离原始位置IOmm的高度之后，继续低速旋转工艺片承载舟30s，也是为了给予缓冲。其中，可以在工艺片承载舟升舟之前先低速旋转10-60s，也是为了给予缓冲。
[0049]步骤S05，关闭炉门，通入氮气，以冷却工艺片。
[0050]其中，本方法中工艺片承载舟所有上升、下降、旋转动作都是具有一定的加速度，而使其慢慢达到上述各运动参数。
[0051]本实施例中，工艺片承载舟的旋转速率始终保持在2rpm的低速状态，在改善温度场、气流场分布均匀的同时，保证了工艺片承载舟的稳定性。在其他实施例中，旋转速率可以在l_5rpm之间。
[0052]本实施例中，工艺片承载舟承载了 125-150片工艺片，承载舟下部具有保温桶，保温桶和承载舟的总高度为1440-1500mm。
[0053]本实施例中，风机在整个工艺的过程中保持开启，风速太低不能达到快速降温效果，风速太高容易产生噪音，故风速设定值要控制在0.3-0.5m/s，形成相对稳定的气流。
[0054]本实施例中，炉管内通入的是高纯氮气，使工艺片在升降过程中始终处于氮气气氛，既保证了工艺片的膜厚，也防止了空气中的杂质颗粒进入到炉管中造成颗粒源；在风机的作用下，氮气在炉管内循环吹扫，既控制了炉管中的氧气含量，又可以促进热量散失。
[0055]本实施例中，步骤S05为关闭炉门，在高纯氮气的吹扫下，使工艺片冷却20-60min(具体冷却时间可视工艺类型而定)，降低工艺片的温度，使高温对工艺片造成的翘曲变形得到恢复，避免机械手与工艺片发生摩擦，造成颗粒源；待工艺片温度降低至20-30°C之后，即可取片。
【权利要求】
1.一种提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于，其包括: 步骤S01，向热的氧化炉炉管内通入氮气； 步骤S02，旋转炉管内的工艺片承载舟，并从原始位置升舟至工艺行程位置； 步骤S03，保持旋转工艺片承载舟，对工艺片进行主氧化工艺； 步骤S04，主氧化工艺完成后，保持旋转工艺片承载舟，从工艺行程位置降舟至原始位置。
2.根据权利要求1所述的提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于:步骤S02包括步骤S021旋转工艺片承载舟，同时以第一速度从原始位置升舟至第一位置，步骤S022保持旋转工艺片承载舟，同时以第二速度升舟至工艺行程位置，其中，该第二速度小于第一速度；步骤S04包括步骤S041主氧化工艺完成后，保持旋转工艺片承载舟，同时以第三速度降舟至第二位置，步骤S042保持旋转工艺片承载舟，同时以第四速度降舟至第三位置，步骤S043停止旋转工艺片承载舟，并以该第三速度降舟至该原始位置，其中，该第三速度小于第四速度。
3.根据权利要求2所述的提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于:该方法中旋转工艺片承载舟的旋转速率为l_5rpm，且各步骤中为同向旋转。
4.根据权利要求2所述的提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于:该第一速度和第四速度范围为100-150mm/min，该第二速度和第三速度范围为20-50mm/min。
5.根据权利要求2所述的提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于:该第一位置和第二位置在原始位置上方1550-1600mm之间，该第三位置在原始位置上方10_20mm之间。
6.根据权利要求2所述的提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于:步骤S02中升舟之前先旋转工艺片承载舟10-60s，旋转速率为l_5rpm，步骤S042中降舟至第三位置之后继续旋转工艺片承载舟10-60s，旋转速率为l-5rpm。
7.根据权利要求2所述的提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于:步骤SOl之前还包括步骤S00，稳定氧化炉炉管内温度，并开启风机以形成稳定气流，步骤S04中降舟之前先稳定氧化炉炉管内温度。
8.根据权利要求7所述的提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于:步骤SOO中稳定氧化炉炉管内温度于600-800°C，开启风机风速为0.3-0.5m/s，步骤S04中稳定氧化炉炉管内温度于600-800°C，步骤SOl中通入的是高纯氮气，其流量为500-1000SLM。
9.根据权利要求2所述的提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于:步骤S02过程中通入少量氧气，步骤S04过程中不通入氧气，步骤S03中所述主氧化工艺包括温度稳定、升温、氧化工艺、降温和温度稳定。
10.根据权利要求1所述的提高工艺片成膜均匀性的方法，其特征在于:本方法还包括步骤S05，关闭炉门，通入氮气，以冷却工艺片。
【文档编号】H01L21/67GK103928317SQ201410174514
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】黄自强 申请人:北京七星华创电子股份有限公司