一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，主体为腔体，还包括配气装置，腔体包括炉门、石英腔体和石英托架，炉门位于石英腔体上，石英托架与炉门相连，且石英托架位于石英腔体内，石英托架上还设有石英板匀流板，石英板匀流板上均布若干孔洞，配气装置包括进气气路、排气气路和尾气处理气路，进气气路包括氩气气路、氮气气路、氧气气路、氢气气路和氯化氢气路。一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，石英匀流板装置，利用气体流动过程中的流量和气阻的分配关系使气氛在各处均匀分布；增加氢气气路作为高温退火时的气氛，在湿氧氧化的基础上可以做氢氧合成氧化方面的改进，改善硅片的质量。
【专利说明】一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉
【技术领域】
[0001]本发明创造属于半导体制造设备领域，尤其是涉及一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉。
【背景技术】
[0002]随着集成电路的发展，特征线宽不断减小，要求硅片的晶格缺陷和对器件有害的杂质含量更低。而硅中很多晶格缺陷都与氧有关。为了防止硅片表面沾污等影响器件性能，硅片的退火和热生长须在气氛洁净的密闭腔体内进行。现有的退火炉腔体由超纯不锈钢腔体、石英腔体、石英托架、多区加热管、红外温度计、炉门等部分组成。石英舟用于搁置加工的硅片，根据硅片的尺寸，每个硅片之间设有固定的间隔，加工时，石英舟被放置在两个由与炉门连结的管状石英托架上，由传送装置送入石英腔体内。通常石英腔体内通入氮气作为保护气体，保护气体流量影响传热效率。但是现有退火炉的氮气配气支路结构单一，效果不稳定。
【发明内容】
[0003]本发明创造要解决以上技术问题，提供一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，能使气流分布更加均匀，使硅晶圆片边缘与中心的温度差达标，改善硅片质量。
[0004]为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是:一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，主体为腔体，还包括配气装置，所述腔体包括炉门、石英腔体和石英托架，所述炉门位于所述石英腔体上，所述石英托架与所述炉门相连，且所述石英托架位于所述石英腔体内，所述石英托架上还设有石英板匀流板，所述石英板匀流板上均布若干孔洞，所述配气装置包括进气气路、排气气路和尾气处理气路，所述进气气路与所述炉门相连，所述排气气路和所述尾气处理气路分别与所述石英腔体的出气端相连，所述进气气路包括氩气气路、氮气气路、氧气气路、氢气气路和氯化氢气路，所述氩气气路包括通过管路依次相连的氩气瓶、第一调压阀、第一过滤器和第一质量流量控制器，所述氮气气路包括通过管路依次相连的氮气瓶、第二调压阀、第二过滤器和第二质量流量控制器，所述氧气气路包括通过管路依次相连的氧气瓶、第三调压阀、第三过滤器和第三质量流量控制器，所述氢气气路包括通过管路依次相连的氢气瓶、第四调压阀、第四过滤器和第四质量流量控制器，所述氯化氢气路包括通过管路依次相连的氯化氢瓶、第五调压阀、第五过滤器和第五质量流量控制器，所述排气气路包括通过管路相连的第六调压阀和真空泵，所述第六调压阀与所述石英腔体的出气端相连。
[0005]进一步，所述第一质量流量控制器、所述第二质量流量控制器、所述第三质量流量控制器、所述第四质量流量控制器和所述第五质量流量控制器的前后两端均连接进气阀。
[0006]进一步，所述尾气处理气路包括相互连接的尾气处理装置和排气口，所述尾气处理装置与所述石英腔体的出气端相连，所述真空泵与所述尾气处理装置相连。
[0007]本发明创造具有的优点和积极效果是:一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，石英托架上设有孔洞均匀分布的圆形石英匀流板装置，利用气体流动过程中的流量和气阻的分配关系使气氛在各处均勾分布，使边缘效应获得减低；增加氢气气路作为高温退火时的气氛，通过气阀可控制氢气和氮气或氩气的流量，进而控制气氛中氢气的浓度，改善硅片的质量；增加了氢气气路，在湿氧氧化的基础上可以做氢氧合成氧化方面的改进；兼顾硅片的多种热氧化生长和高温退火的气路设计，通过气路中气体的选择和控制将二者统一于一个腔体内。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明创造的结构示意图；
[0009]图2是石英板匀流板的结构示意图。
[0010]图中:1、炉门； 2、石英腔体； 3、石英托架； 4、石英板匀流板；
[0011]5、氩气瓶； 6、第一调压阀； 7、第一过滤器；
[0012]8、第一质量流量控制器； 9、氮气瓶； 10、第二调压阀；
[0013]11、第二过滤器； 12、第二质量流量控制器； 13、氧气瓶；
[0014]14、第三调压阀； 15、第三过滤； 16、第三质量流量控制器；
[0015]17、氢气瓶； 18、第四调压阀； 19、第四过滤器；
[0016]20、第四质量流量控制器； 21、氯化氢； 22、第五调压阀；
[0017]23、第五过滤器； 24、第五质量流量控制器； 25、第六调压阀；
[0018]26、真空泵； 27、进气阀； 28、尾气处理装置； 29、排气口。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明创造的具体实施例做详细说明。
[0020]如图1、2所示，一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，主体为腔体，还包括配气装置，所述腔体包括炉门1、石英腔体2和石英托架3，所述炉门I位于所述石英腔体2上，所述石英托架3与所述炉门I相连，且所述石英托架3位于所述石英腔体2内，所述石英托架3上还设有石英板匀流板4，所述石英板匀流板4上均布若干孔洞，所述配气装置包括进气气路、排气气路和尾气处理气路，所述进气气路与所述炉门I相连，所述排气气路和所述尾气处理气路分别与所述石英腔体2的出气端相连，所述进气气路包括氩气气路、氮气气路、氧气气路、氢气气路和氯化氢气路，所述氩气气路包括通过管路依次相连的氩气瓶5、第一调压阀6、第一过滤器7和第一质量流量控制器8，所述氮气气路包括通过管路依次相连的氮气瓶9、第二调压阀10、第二过滤器11和第二质量流量控制器12，所述氧气气路包括通过管路依次相连的氧气瓶13、第三调压阀14、第三过滤器15和第三质量流量控制器16，所述氢气气路包括通过管路依次相连的氢气瓶17、第四调压阀18、第四过滤器19和第四质量流量控制器20，所述氯化氢气路包括通过管路依次相连的氯化氢瓶21、第五调压阀22、第五过滤器23和第五质量流量控制器24，所述排气气路包括通过管路相连的第六调压阀25和真空泵26，所述第六调压阀25与所述石英腔体2的出气端相连。所述第一质量流量控制器8、所述第二质量流量控制器12、所述第三质量流量控制器16、所述第四质量流量控制器20和所述第五质量流量控制器24的前后两端均连接进气阀27。所述尾气处理气路包括相互连接的尾气处理装置28和排气口 29，所述尾气处理装置与所述石英腔体2的出气端相连，所述真空泵26与所述尾气处理装置28相连。
[0021]由于保护气体和反应气体的边缘效应使晶片边缘和表面的气体流速不一致，气体更能有效地冷却或沉积于晶片边缘部分，导致晶片边缘与中心的温度差和不均匀性。为了使气流分布更加均匀，石英托架3上设有一个孔洞均匀分布的圆形石英匀流板4装置，利用气体流动过程中的流量和气阻的分配关系使气氛在各处均匀分布，使边缘效应获得减低。增加氢气气路作为高温退火时的气氛，通过进气阀27和质量流量控制器可控制氢气和氮气或氩气的流量，进而控制气氛中氢气的浓度，改善硅片的质量。增加了氢气气路，在湿氧氧化的基础上可以做氢氧合成氧化方面的改进。本发明创造兼顾硅片的多种热氧化生长和高温退火的气路设计，通过气路中气体的选择和控制将二者统一于一个腔体内。高温氩退火工艺能显著降低硅片表面晶体原生缺陷(COP)，也能较好的控制硅片表面微粗糙度的水平。而增加氢气气氛，能够降低氧的扩散势皇，提高氧在硅中的扩散速率，并能促进氧沉淀的低温形核，从而促进近表面区域氧沉淀的消融。通过硅片高温氢气退火，使硅片表面形成一层低氧区并能有效地消除硅中的空洞型缺陷(Void)，从而改善硅片质量。另外，通过对气路的设计兼顾了硅片表面薄膜制备的热氧化方法，即硅晶圆片与含氧物质(氧气，水汽等氧化剂)在高温下进行反应从而生成二氧化硅膜。热氧法的氧化反应在硅与二氧化硅交界面处，接触到的杂质少，生成的二氧化硅氧化膜质量较高。在干氧基础上，通入HCL等含氯气体，可以在二氧化硅界面形成氯-硅-氧复合结构，保护结构不受钠离子等可动离子的影响从而减少层错等缺陷的出现，提高器件电学性能和可靠性。腔体接有真空系统，用于保持高温条件下退火时的低压状态。
[0022]一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，具体工艺过程包括以下方式:
[0023]方案一:干热氧化生长时，先排杂，然后通入大量氧气开始氧化反应，氯化氢气体由氮气带入，最后只通氮气，做退火处理，排净炉内其他气体或该退火时，关闭进气阀27，抽真空后，再通入氩气(或氮气)和氢气进行退火。通过质量流量控制器控制各气体的量。
[0024]方案二:湿氧氧化时，先用氮气吹扫，通入氧气的同时通入氮气(氩气)、快速升温至温度稳定后继续通一段时间，然后关掉氮气阀，稳定氧气流后，打开氢气进气阀27，高纯氢氧反应生成水，水汽化后与氧一同参与反应。或让氧气通过鼓泡器携带水汽进入石英腔体2反应。最后在氮气环境下退火。
[0025]方案三:实际生产中，还多用干氧-湿养-干氧的方式进行热氧化，可综合方案一和方案二。因为若在湿氧氧化前先通一些时间干氧，有利于保持硅片表面的完整性和生长高质量的二氧化硅，提高其间的表面性能；在湿氧氧化后再通入一段时间的干氧，可使湿氧生长的二氧化硅趋于干氧氧化膜的性质，同时表面的硅烷醇或表面吸附的水分子转变成硅氧烷，从而可以改善了二氧化硅表面与光刻胶的接触，使光刻时不易浮胶。这样做充分利用了干氧氧化和湿氧氧化的优点，解决了生长速率和工艺质量的矛盾。
[0026]方案四:硅片离子注入后退火，通入氩气(或氮气)和氢气进行退火。通过质量流量控制器控制各气体的量。
[0027]以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。
【权利要求】
1.一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，其特征在于:主体为腔体，还包括配气装置，所述腔体包括炉门、石英腔体和石英托架，所述炉门位于所述石英腔体上，所述石英托架与所述炉门相连，且所述石英托架位于所述石英腔体内，所述石英托架上还设有石英板匀流板，所述石英板匀流板上均布若干孔洞，所述配气装置包括进气气路、排气气路和尾气处理气路，所述进气气路与所述炉门相连，所述排气气路和所述尾气处理气路分别与所述石英腔体的出气端相连，所述进气气路包括氩气气路、氮气气路、氧气气路、氢气气路和氯化氢气路，所述氩气气路包括通过管路依次相连的氩气瓶、第一调压阀、第一过滤器和第一质量流量控制器，所述氮气气路包括通过管路依次相连的氮气瓶、第二调压阀、第二过滤器和第二质量流量控制器，所述氧气气路包括通过管路依次相连的氧气瓶、第三调压阀、第三过滤器和第三质量流量控制器，所述氢气气路包括通过管路依次相连的氢气瓶、第四调压阀、第四过滤器和第四质量流量控制器，所述氯化氢气路包括通过管路依次相连的氯化氢瓶、第五调压阀、第五过滤器和第五质量流量控制器，所述排气气路包括通过管路相连的第六调压阀和真空泵，所述第六调压阀与所述石英腔体的出气端相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，其特征在于:所述第一质量流量控制器、所述第二质量流量控制器、所述第三质量流量控制器、所述第四质量流量控制器和所述第五质量流量控制器的前后两端均连接进气阀。
3.根据权利要求1所述的一种用于硅晶圆片薄膜制备的退火炉，其特征在于:所述尾气处理气路包括相互连接的尾气处理装置和排气口，所述尾气处理装置与所述石英腔体的出气端相连，所述真空泵与所述尾气处理装置相连。
【文档编号】C23C8/80GK204224744SQ201420694008
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】李翔, 门小云, 王玮, 李晓东, 陈贵锋 申请人:天津中环领先材料技术有限公司