专利名称：使用炉管进行工艺加工的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种使用炉管进行工艺加工的方法
背景技术：
炉体设备在硅片制造业中有多种用途，广泛应用于热氧化、热退火、玻璃体的回流、淀积、扩散等工艺。炉体设备主要有三种卧式炉、立式炉和快速热处理(RTP)器。无论是卧式炉还是立式炉，都主要由五个部分组成，分别是工艺腔、硅片传输系统、气体分配系统、尾气系统、控制系统。 请参阅图1，这是立式炉的工艺腔的剖视图。工艺腔又称炉管，是对硅片(wafer)加热的场所，由内到外主要包括晶舟(boat，又称硅舟、石英舟)1，是用于搁置大量硅片的支撑物，也被称为塔(tower)，被放置在载物台(基座)5上。图I所示的晶舟I中的一条条横线，表示其中放置的一片片娃片。内管(inner tube，又称衬管)2，呈倒扣的碗状，包围在晶舟I周围，用于提高对工艺腔内气流(ambient)和温度的控制。外管(outer tube) 3，呈倒扣的碗状，包围在内管2周围。加热设备(heater) 4，例如为电热丝。加热设备4通常形成有多个加热区，以精确控制工艺腔内各部分的温度。在内管2和外管3之间，具有气体进入通道91，该气体进入通道91例如从内管2的顶端连通内管2内部，各种工艺中的反应气体和保护性气体由此进入内管2内与晶舟I中的硅片进行反应。在内管2的底部例如还有废气排放通道92，各种工艺中或工艺后的无用气体由此从内管2内排出。图I中在内管2内显示有多个朝下的箭头，表示反应气体。这些箭头在晶舟I的上部区域很紧密，表示反应气体的浓度大；而在晶舟I的下部区域很稀松，表示反应气体的浓度小。请参阅图2，这也是立式炉的工艺腔的剖视图。与图I的区别仅在于气体进入通道91是在内管2的底部，而废气排放通道92在内管2和外管3之间，且从内管2的底端连通内管2内部。与图I类似，图2中内管2内反应气体的浓度也是不均衡的，在晶舟I的下部区域反应气体浓度大，在晶舟I的上部区域反应气体浓度小。请参阅图3，现有的各种加工工艺中对炉体设备的工艺腔的使用方法包括如下步骤第I步，硅片传输系统在晶舟I上放置硅片；第2步，硅片传输系统让晶舟I进入内管2 ;
第3步，提升内管2内的温度，和/或将内管2内抽成真空；第4步，进行主要反应。所述主要反应是指硅片之所以进入炉体设备内，想要进行的那一项工艺。这一步由控制系统协同气体分配系统、尾气系统、加热设备4等，控制内管2内的气体、温度和压力。这一步中整个内管2内都保持为一个温度，即主要反应的工艺要求的固定温度值。第5步，降低内管2内的温度，和/或破除内管2内的真空环境；第6步，硅片传输系统让晶舟I移出内管2;第7步，硅片传输系统将硅片从晶舟I上取出。相对于内管2而言，晶舟I具有较大的尺寸，如同前面分析的，晶舟I的不同位置 的硅片在工艺加工时存在反应气体浓度的差异。在内管2内的温度设定一致的情况下，沿着反应气体的流向，反应气体不断被消耗，浓度越来越低，反应速率也越来越低，成膜越来越薄，产生成膜均匀性不一致的问题。这便造成炉管同批次产品品质差异。严重时将造成晶舟I的部分位置的硅片品质失控，影响产能。因此如何基于现有的炉体设备，改善炉管工艺加工的品质均匀性，对于提高炉管产能就具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种使用炉管进行工艺加工的方法，该方法可以减少炉管的不同位置硅片的品质差异。为解决上述技术问题，本发明使用炉管进行工艺加工的方法包括如下步骤(所述炉管指炉体设备的工艺腔，由内到外依次包括晶舟、内管、外管、加热设备)第I步，硅片传输系统在晶舟I上放置硅片；第2步，硅片传输系统让晶舟I进入内管2 ;第3步，提升内管2内的温度，和/或将内管2内抽成真空；第4步，进行主要反应，设定内管2内的温度由上到下或由下到上依次递增，递增方向与内管2内的反应气体浓度降低的方向相同；第5步，降低内管2内的温度，和/或破除内管2内的真空环境；第6步，硅片传输系统让晶舟I移出内管2;第7步，硅片传输系统将硅片从晶舟I上取出。进一步地，在所述方法第3步和第4步之间、或者第4步和第5步之间增加一步进行补偿反应，所述补偿反应通入的气体只是第4步主要反应中的保护性气体；所述补偿反应设定内管2内的温度由上到下或由下到上依次递增，递增方向与第4步相反；所述补偿反应的时间与第4步主要反应相同。本发明使用炉管进行工艺加工的方法，首先于主要反应步骤设定依次递增的温度，确保晶舟的各个位置硅片的成膜膜厚均匀一致；其次还可以新增补偿反应步骤，补足晶舟的各个位置硅片的热效应差异，同时确保成膜均匀性一致。
图I、图2是炉体设备的工艺腔(炉管)的简单剖视图3是本发明使用炉管进行工艺加工的方法一；图4是本发明使用炉管进行工艺加工的方法二 ；图5是现有方法完成后的硅片情况；图6是本发明方法一完成后的硅片情况；图7是本发明方法二完成后的硅片情况。图中附图标记说明I为晶舟；2为内管；3为外管；4为加热设备；5为石英载物台；91为气体输入通道；92为废气排放通道。
具体实施例方式请参阅图3，本发明使用炉管进行工艺加工的方法包括如下步骤(所述炉管指炉体设备的工艺腔，由内到外依次包括晶舟I、内管2、外管3、加热设备4，如图I所示)第I步，硅片传输系统在晶舟I上放置硅片；第2步，硅片传输系统让晶舟I进入内管2 ;第3步，提升内管2内的温度，和/或将内管2内抽成真空；第4步，进行主要反应，设定内管2内的温度由上到下或由下到上依次递增；递增方向与内管2内的反应气体浓度降低的方向相同。这里的主要反应主要是指成膜工艺，包括淀积工艺(尤其是气相化学淀积CVD)、热氧化生长工艺等。对于图I所示的工艺腔，气体从内管2的顶端进入，底端排出。内管2内反应气体的浓度由上到下依次降低。则这一步设定内管2内的温度由上到下依次递增。对于图2所示的工艺腔，气体从内管2的底端进入，底端排出。内管2内反应气体的浓度由下到上依次降低。则这一步设定内管2内的温度由下到上依次递增。主要反应的工艺要求的固定温度值设为X。本发明在这一步中优选将内管2在垂直方向(z轴)上的中间区域的温度设为X，则z轴两端则相对于X依次增加或减少。整个内管2的温度范围可以在200 1800摄氏度之间。第5步，降低内管2内的温度，和/或破除内管2内的真空环境；第6步，硅片传输系统让晶舟I移出内管2;第7步，硅片传输系统将硅片从晶舟I上取出。与现有方法相比，上述述使用炉管进行工艺加工的方法可以实现成膜均匀性一致。这是由于内管2内，反应气体浓度越低的区域，温度越高；反应气体浓度越高的区域，温度越低；利用温度差异来应对反应气体浓度的差异，从而实现晶舟I的各个位置的硅片都具有一样的成膜均匀性。但是上述方法又带来了新的热效应差异的问题。硅片在进入工艺腔进行工艺加工时，硅片上有时已进行了离子注入、扩散等工艺步骤，形成了掺杂等结构。这些掺杂等结构对于温度和时间是非常敏感的。如果晶舟I的不同位置的硅片经受不同时间、不同温度的加热，那么就会导致这些硅片的掺杂等结构发生不同程度变化，这是所不希望看到的。为此，本发明在上述方法的基础上做出了进一步改进，如图4所示。在上述方法的第3步和第4步之间、或者在第4步和第5步之间增加一步进行补偿反应。所述补偿反应采用的气体只是第4步主要反应中的保护性气体(例如氮气N2，惰性气体等不参与反应的气体)，而去除第4步主要反应中的反应气体。所述补偿反应设定内管2内的温度由上到下或由下到上依次递增，递增方向与第4步相反。所述补偿反应的时间与第4步主要反应相同。进一步地，所述补偿反应中通入的保护性气体的流量为O. 2 100SLM(standardlitre per minute,标准状态下升/分钟)。进一步地，所述补偿反应也可以分为多步进行，例如可在主要反应之前进行一次，而在主要反应之后再进行一次，只要总的补偿反应时间与主要反应大致相同即可。所增加的补偿反应专门用来消除热效应差异的问题，使晶舟I的各个位置的硅片经受相同时间、大致相同温度的加热，从而使硅片中的掺杂等结构发生大致相同的变化。请参阅图5，这是现有方法完成后的硅片情况。其中横坐标表示晶舟I上的由上 到下方向放置的硅片，左纵坐标表示膜厚，右纵坐标表示热效应。具有小方块的折线表示膜厚，具有小菱形的模块表示热效应。显然，现有方法中位于晶舟I的不同位置的硅片不存在热效应差异，但成膜均匀性较差。请参阅图6，这是本发明方法一(没有补偿反应)完成后的硅片情况，各部分含义与图5相同。显然，该方法中位于晶舟I的不同位置的硅片的成膜均匀性较好，但出现了热
效应差异。请参阅图7，这是本发明方法二(包括补偿反应)完成后的硅片情况，各部分含义与图5相同。显然，该方法中位于晶舟I的不同位置的硅片的成膜均匀性较好，也不存在热效应差异，当属本发明的最佳实施例。以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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
1.一种使用炉管进行工艺加工的方法，所述炉管指炉体设备的工艺腔，由内到外依次包括晶舟、内管、外管、加热设备，其特征是，包括如下步骤 第I步，硅片传输系统在晶舟上放置硅片； 第2步，硅片传输系统让晶舟进入内管； 第3步，提升内管内的温度，和/或将内管内抽成真空； 第4步，进行主要反应，设定内管内的温度由上到下或由下到上依次递增，递增方向与内管内的反应气体浓度降低的方向相同； 第5步，降低内管内的温度，和/或破除内管内的真空环境； 第6步，硅片传输系统让晶舟移出内管； 第7步，硅片传输系统将硅片从晶舟上取出。
2.根据权利要求I所述的使用炉管进行工艺加工的方法，其特征是，在所述方法第3步和第4步之间、或者第4步和第5步之间增加一步进行补偿反应； 所述补偿反应通入的气体只是第4步主要反应中的保护性气体； 所述补偿反应设定内管内的温度由上到下或由下到上依次递增，递增方向与第4步相反； 所述补偿反应的时间与第4步主要反应相同。
3.根据权利要求I或2所述的使用炉管进行工艺加工的方法，其特征是，所述方法第4步中，所述主要反应指成膜工艺，包括淀积工艺和热氧化生长工艺。
4.根据权利要求I或2所述的使用炉管进行工艺加工的方法，其特征是，所述方法第4步中，对于气体从内管的顶端进入，底端排出的工艺腔，这一步设定内管内的温度由上到下依次递增； 对于气体从内管的底端进入，底端排出的工艺腔，这一步设定内管内的温度由下到上依次递增。
5.根据权利要求I或2所述的使用炉管进行工艺加工的方法，其特征是，所述方法第4步中，将内管在垂直方向上的中间区域的温度设为X，所述X指主要反应的工艺要求的固定温度值。
6.根据权利要求2所述的使用炉管进行工艺加工的方法，其特征是，所述新增的补偿反应中，将内管在垂直方向上的中间区域的温度设为X，所述X指主要反应的工艺要求的固定温度值。
7.根据权利要求2所述的使用炉管进行工艺加工的方法，其特征是，所述补偿反应分为多步进行，总的补偿反应的时间与第4步主要反应相同。
全文摘要
本发明公开了一种使用炉管进行工艺加工的方法，首先于主反应步骤设定依次递增的温度，确保晶舟的各个位置硅片的成膜膜厚均匀一致；其次还可以新增补偿反应步骤，所述补偿反应采用的气体只是主反应中的保护性气体；所述补偿反应设定与主反应相反方向的依次递增的温度；所述补偿反应的时间与主反应相同；从而补足晶舟的各位个置的热效应差异，同时确保成膜均匀性一致。
文档编号H01L21/00GK102969220SQ20111025772
公开日2013年3月13日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者李琳松, 孙勤 申请人:上海华虹Nec电子有限公司