在锅炉内加工半导体晶圆的方法与流程

本发明实施例涉及一种半导体加工方法，特别涉及一种在一锅炉内加工半导体晶圆的方法。

背景技术：

半导体装置被用于多种电子应用，例如个人电脑、移动电话、数码相机以及其他电子设备。半导体装置的制造通常通过在半导体基板上依序沉积绝缘或介电层材料、导电层材料以及半导体层材料，接着使用微影(光刻)制程图案化所形成的各种材料层，以形成电路组件和零件于此半导体基板之上。数十或数百个集成电路通常制造于单一个半导体晶圆上。各个晶粒通过沿分割道切割而个体化。各个晶粒接着再各自进行封装而以例如多芯片模块或其他种类的封装呈现。

用于制造半导体的一些加工步骤包括氧化，扩散，掺杂，退火和化学气相沉积(cvd)。这些过程通常在加热的温控环境中升高温度下进行。cvd是用于在芯片上产生或沉积薄膜材料的加工过程，包括但不限于金属，二氧化硅，钨，氮化硅，氮氧化硅和各种电介质。通过调节诸如芯片温度、反应室压力、反应气体的流动路径和速率以及处理时间或持续时间的加工参数来影响和控制通过cvd沉积在芯片上的薄膜的均匀性。

尽管用于在芯片上产生或沉积薄膜材料的现有装置和方法通常已经足以达到其预期目的，但它们并非在所有方面皆完全令人满意。因此，希望提供用于形成用于芯片加工设备中形成薄膜的解决方案。

技术实现要素：

本公开多个实施例提供一种在锅炉内加工多个半导体晶圆的方法。上述方法包括形成一薄膜在每一半导体晶圆上。上述方法还包括在形成薄膜的期间，控制锅炉的温度在一第一热模式。在第一热模式下，锅炉中顺序排列的一第一端控温区、一中间控温区、及一第二端控温区的温度依序递增。上述方法还包括在形成薄膜之后，控制锅炉的温度在一第二热模式下。在第二热模式下，第一端控温区、中间控温区、及第二端控温区的温度依序递减。

本公开多个实施例提供一种在锅炉内加工多个半导体晶圆的方法。上述方法包括在锅炉内顺序排列的一第一端控温区、一中间控温区、及一第二端控温区中，形成一薄膜在每一半导体晶圆上。上述方法还包括在形成薄膜的过程中，控制锅炉在一第一热模式下。在第一热模式下，锅炉的中央控温区维持在一第一温度，第一端控温区中的温度低于第一温度，且第二端控温区中的温度高于第一温度。上述方法还包括在形成薄膜之后，控制锅炉在一第二热模式下。在第二热模式下，锅炉的中央控温区维持在一第二温度，第一端控温区中的温度高于第二温度，且第二端控温区中的温度低于第二温度。

本公开多个实施例提供一种在锅炉内加工多个半导体晶圆的方法。上述方法包括经由一入口埠供应一加工材料至锅炉内。上述方法还包括经由一出口埠将加工材料自锅炉排出。锅炉包括一第一端控温区及一第二端控温区，并且第二端控温区较第一端控温区靠近出口埠。上述方法还包括停止供应加工材料以及自锅炉移除半导体晶圆。在加工材料供应期间，半导体晶圆是在一第一热模式下进行加热，在第一热模式下，第二端控温区中的温度是高于第一端控温区的温度。在加工材料停止供应之后，半导体晶圆是在一第二热模式下进行加热，在第二热模式下，第二端控温区中的温度是低于第一端控温区的温度。

附图说明

根据以下的详细说明并配合说明书附图做完整公开。应注意的是，根据本产业的一般作业，图示并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸，以做清楚的说明。

图1显示根据部分实施例加工半导体晶圆的锅炉的示意图。

图2显示根据部分实施例用于加工锅炉中的多个半导体晶圆的方法的流程图。

图3a显示根据部分实施例供应一加工材料进入反应腔的示意图，其中来自侧壁加热器的热量输出从反应腔的底侧至顶侧依序增加。

图3b显示根据部分实施例半导体晶圆覆盖一薄膜的示意图。

图4显示根据部分实施例在一加工半导体晶圆的程序中一锅炉的不同控温区中的温度相对于时间的关系图。

图5显示根据部分实施例供应一清除气体进入反应腔的示意图，其中来自侧壁加热器的热量输出从反应腔的底侧至顶侧依序减少。

图6显示根据部分实施例加工半导体晶圆的锅炉的示意图。

图7显示根据部分实施例用于加工锅炉中的多个半导体晶圆的方法的流程图。

图8显示根据部分实施例供应一加工材料进入反应腔的示意图，其中来自侧壁加热器的热量输出从反应腔的顶侧至底侧依序增加。

图9显示根据部分实施例在一加工半导体晶圆的程序中一锅炉的不同控温区中的温度相对于时间的关系图。

图10显示根据部分实施例供应一清除气体进入反应腔的示意图，其中来自侧壁加热器的热量输出从反应腔的顶侧至底侧依序减少。

附图标记说明：

10、10a～锅炉

20～绝缘壳

30～反应腔

31～管体

32～密封盖

33～顶侧

34～侧壁

35～底侧

351～凸缘

40～绝缘盖

41～石英基座

42～支撑框架

43～侧框件

44～顶框件

5～半导体晶圆

50～晶舟

51～底板件

52～顶板件

53～栏架

60～方法

61-64～操作

7～加工材料

70～气体供应单元

71、71a～入口埠

72a～气管

73、73a～出口埠

74a～排气孔

700～薄膜

80～方法

81-84～操作

9～清除气体

90～加热组件

91、92、93、94、95～侧壁加热器

t11、t12～温度

t31～第一温度

t32～第二温度

t51、t52～温度

z1～控温区(第一端控温区)(第二端控温区)

z2～控温区(第一过渡控温区)(第二过渡控温区)

z3～控温区(中间控温区)

z4～控温区(第二过渡控温区)(第一过渡控温区)

z5～控温区(第二端控温区)(第一端控温区)

z～长轴

具体实施方式

以下公开内容提供许多不同的实施例或优选范例以实施本公开的不同特征。当然，本公开也可以许多不同形式实施，而不局限于以下所述的实施例。以下公开内容配合附图详细叙述各个构件及其排列方式的特定范例，为了简化说明，使公开得以更透彻且完整，以将本公开的范围完整地传达予同领域熟悉此技术者。

在下文中所使用的空间相关用词，例如“在……下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位之外，这些空间相关用词也意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，而在此所使用的空间相关用词也可依此相同解释。

必须了解的是，未特别图示或描述的元件可以本领域技术人士所熟知的各种形式存在。此外，若实施例中叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的情况，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使得上述第一特征与第二特征未直接接触的情况。

以下不同实施例中可能重复使用相同的元件标号及/或文字，这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。在附图中，结构的形状或厚度可能扩大，以简化或便于标示。

图1显示根据部分实施例加工半导体晶圆5的锅炉10的示意图。在部分实施例中，锅炉10包括一绝缘壳20(部分在图1中示出)、一反应腔30、一绝缘盖40、一晶舟50、一气体供应单元70和一加热组件90。额外的特征可以被添加到锅炉10。对于锅炉10的另外的实施例，下面描述的一些特征可以被替换或消除。

根据部分实施例，绝缘壳20配置并适用于提供围绕反应腔30的热环境(thermalenclosure)以对反应腔30建立一温度受控环境。反应腔30包括一管体31和一密封盖32。管体31在其长轴z上延伸一高度并具有一顶侧33、一侧壁34和一底侧35。

顶侧33为封闭，并且底侧35为开放以允许晶舟50进入至反应腔30中以及自反应腔30移除，以对半导体晶圆5执行批次处理。顶侧33和底侧35位于管体31的二侧并沿着长轴z排列。侧壁34连结顶侧33至底侧35。在一个实施例中，底侧35可以设置有如图3所示的凸缘351，以用于接收密封盖32。

在一个实施例中，反应腔30可以具有圆柱形形状，并且可以由石英或任何其他合适的材料(例如sic)制成，但并不局限于此。反应腔30可以包括诸如多晶硅之类的涂层或者其他涂层材料，涂层材料的选定取决于通常在腔室中进行的加工的类型。根据每批次中待加工的晶圆的数量，反应腔30可具有任何合适的高度或长度。在一些示例性实施例中，反应腔30可具有100cm至150cm的主要垂直高度或长度。

绝缘盖40配置为使经由密封盖32损失的热量最小化。在部分实施例中，绝缘盖40位于反应腔30靠近底侧35的下侧位置，并且包括一石英基座41和一支撑框架42。石英基座41可以固定在面对反应腔30内部的绝缘盖40的内表面上。支撑框架42位于石英基座41上方用以支撑晶舟50。

在部分实施例中，支撑框架42包括一侧框件43和一顶框件44。侧框件43固定在石英基座41上，并沿远离密封盖32且平行于管体31的长轴轴线方向延伸。顶框件44连接至侧框件43的末端并且平行于密封盖32延伸。支撑框架42可以由合适的材料制成，例如碳化硅或石英，但并不局限于此。侧框件43和顶框件44可以一体成形的制造，并且侧框件43和顶框件44可以具有相同的厚度。

在部分实施例中，一旋转台(图未示)取代绝缘盖40。旋转台位于密封盖32上。并且，一驱动构件(例如：马达)连结至旋转台。驱动构件配置使旋转台在操作中可围绕平行于反应腔30的长轴z的一旋转轴旋转，并且旋转位于旋转台上的晶舟50。于是，提升沉积过程中加工材料7的薄膜的均匀性。

晶舟50适用于支撑和夹持多个垂直堆叠的半导体晶圆5并允许反应气体在多个半导体晶圆5的表面上水平地流动，以在半导体晶圆5上形成具有一期望厚度的氧化层。在部分实施例中，晶舟50位于绝缘盖40上方，并包括一底板件51、一顶板件52和多个栏架53。

底板件51和顶板件52彼此相对排列。栏架53连结底板件51至顶板件52。每一栏架53具有凹槽(图未示)，用于直接夹持以多层放置的半导体晶圆5或者用于夹持以多层放置的环形支撑板(图未示)，而半导体晶圆5放置在环形支撑板上。

在部分实施例中，晶舟50中的多个半导体晶圆5的一般垂直间距可以大约为6mm至约10mm。在部分实施例中，晶舟50的尺寸可以夹持50至125片半导体晶圆5或者更多。然而，根据所供应的反应腔30的高度，晶舟可以夹持任何合适数量的晶圆。晶舟50可以由石英、碳化硅、硅或本领域中普遍使用的任何其他合适的材料制成。

晶舟50可以通过任何合适的方法固定在绝缘盖40上。举例而言，晶舟50可以通过像是螺钉的紧固构件固定在绝缘盖40上。紧固构件穿过底板件51和顶框件44，并将底板件51固定在顶框件44上；然而，任何合适的紧固方法皆可被使用。

气体供应单元70配置以控制加工气体向反应腔30的供应。在部分实施例中，气体供应单元70包括一入口埠71和一出口埠73。一入口埠71连接到侧壁34上与底侧35相邻的下部。出口埠73连接到反应腔30的顶侧32。一控制器(图未示)可以连接到入口埠71，并且配置为控制加工材料供应到反应腔30开关和流速。控制器可以包括像是阀门、流量计、传感器等的装置。

加热组件90沿着反应腔30的侧壁34排列。在部分实施例中，加热组件90包括沿着反应腔30的侧壁34从底侧35排列至顶侧33的多个侧壁加热器。举例而言，加热组件90包括但不限于五个侧壁加热器91、92、93、94、95。值得注意的是，侧壁加热器的数量可以根据需要而变更。在其余部分实施例中，加热组件90包括四个侧壁加热器。在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93、94、95可以沿反应室的垂直高度大致均匀分布。

在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93、94、95具有可控热输出的电阻式加热器，这种电阻式加热器可通过调节经由一电控制装置输入到每个加热器的能量而进行调控。各个加热器区域中的温度可以通过微调来自侧壁加热器91、92、93、94、95的热输出而进行调节。在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93、94、95完全围绕反应腔30的圆周而延伸。电阻线圈通过导体电耦合到电源，且如同在产业中经常使用的方式，电源可以通过合适的可变电阻电子控制器来路由(routed)，以允许从每个侧壁加热器91、92、93、94、95调节热量输出(例如：btu/h)。

在部分实施例中，如图1所示，反应腔30具有五个控温区z1、z2、z3、z4、z5。五个控温区z1、z2、z3、z4、z5沿长轴方向z顺序排列。具体而言，控温区z1排列在管体31的底侧35的附近，且比其余控温区z2～z5更靠近入口埠71。控温区z5排列在管体31的顶侧33附近，且比其余控温区z1-z4更靠近出口埠73。控温区z3远离控温区z1和控温区z5，并排列在管体31的中间部分。控温区z2排列在控温区z1和控温区z3之间，控温区z4排列在控温区z3和控温区z5之间。

在部分实施例中，五个控温区z1、z2、z3、z4、z5对应侧壁加热器91、92、93、94、95设置。五个控温区z1、z2、z3、z4、z5可以沿反应室的垂直高度大致均匀分布。两个相邻的控温区z1、z2、z3、z4、z5之间的边界线(如图1中虚线所示)可以穿过两个相邻的侧壁加热器91、92、93、94、95的中心。于是，控温区z1、z2、z3、z4、z5中的温度是由相应的侧壁加热器91、92、93、94、95所支配。

在此示例中，每一个控温区z1、z2、z3、z4、z5中的温度指的是在每一控温区z1、z2、z3、z4、z5中所测量的温度的平均值。另外，由于热损失和其他厂房产生的热量影响，每一个控温区z1、z2、z3、z4、z5中的温度可能略低于或高于对应的侧壁加热器91、92、93、94、95。举例而言，控温区z1中的温度可能低于侧壁加热器91的实际温度，因为即使密封盖32关闭，热量也可能通过管体31的开口端损失。

在部分实施例中，部分控温区具有多于一个的侧壁加热器，并且部分控温区没有设置侧壁加热器。举例而言，控温区z1包括两个侧壁加热器91和92，控温区z3包括一个侧壁加热器93，并且控温区z5包括两个侧壁加热器94和95。在控温区z2和z4中没有其他侧壁加热器。控温区z2和z4中的温度由位于相邻热区的侧壁加热器调整。在控温区z2和z4中没有其他侧壁加热器。控温区z2和z4中的温度由位于相邻控温区的侧壁加热器进行调整。

在部分实施例中，在每一个控温区z1、z2、z3、z4、z5中晶舟50具有相同数量的槽。举例而言，在每个控温区z1、z2、z3、z4、z5中，有20个用于接收相应数量的半导体晶圆5的槽。然而，每个控温区z1、z2、z3、z4、z5可以设置任何合适数量的槽。

应当理解的是，侧壁加热器配置的数量可以进行选择，使每一个侧壁加热器控制小于或等于20片垂直堆叠的半导体晶圆5的温度，借此提供更好的温度均匀性，以及在每个半导体晶圆5上(例如从芯片的中心到其边缘)以及由晶舟50所支撑的垂直堆叠的半导体晶圆5之间的两种类型中皆提供相对应的晶圆级厚度的均匀性。在这些情况下，反应腔30中的控温区的数量对应于设置在锅炉10中的侧壁加热器的数量。

为了清楚说明，在以下方法60的说明中，控温区z1称作为“第一端控温区”；控温区z2称作为“第一过渡控温区”；控温区z3称作为“中间控温区”；控温区z4称作为“第二过渡控温区”；而控温区z5称作为“第二端控温区”。

应当注意的是，由于反应腔30中的控温区的数量对应于侧壁加热器的数量。中间控温区的定义可能会根据侧壁加热器的数量而改变。在设置有奇数个控温区的情况下，位于两个端部控温区之间的中间位置的控温区称作为“中间控温区”。在存在偶数个控温区(例如四个)的情况下，在两个端部控温区之间的中间位置相邻两侧的两个控温区合称为“中间控温区”。

图2显示根据部分实施例用于加工锅炉10中的多个半导体晶圆5的方法60的流程图。为了说明，将配合参照图6、图8至图10一起描述流程图。不同的操作可以在方法80之前、期间或之后提供，并且在一些不同的实施例中，后续方法的部分操作程序可以被更换或取消。

方法60开始于操作61，在操作61中将多个半导体晶圆5送入锅炉10的反应腔30中。在部分实施例中，为了将多个半导体晶圆5装载到晶舟50内，密封盖32是借助升降机构(图未示)自管体31和绝缘盖40分离，并且晶舟50移动到由管体31限定的空腔的外部。半导体晶圆5可以通过具有夹片(blade)的机械手臂(图未示)移入至晶舟50。

根据部分实施例，半导体晶圆5由硅、锗或其他半导体材料所制成。根据部分实施例，半导体晶圆5由复合半导体所制成，如碳化硅(sic)、砷化镓(gaas)、砷化铟(inas)或磷化铟(inp)。根据部分实施例，半导体晶圆5由合金半导体所制成，如硅锗(sige)、硅锗碳(sigec)、磷砷化镓(gaasp)或磷化铟镓(gainp)。根据部分实施例，半导体晶圆5包括一晶膜层。举例而言，半导体晶圆5具有一晶膜层覆盖于大型半导体(bulksemiconductor)上。根据部分实施例，半导体晶圆w可为硅绝缘体(silicon-on-insulator；soi)或锗绝缘体(germanium-on-insulator；goi)基板。

半导体晶圆5上可包括有多个装置元件。举例而言，形成于半导体晶圆5上的装置元件可包括一晶体管，例如：半金属氧化物半导体场效晶体管(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistors(mosfet))、互补式半金属氧化物半导体晶体管(complementarymetaloxidesemiconductor(cmos)transistors)、双载子接面晶体管(bipolarjunctiontransistors(bjt))、高电压晶体管、高频晶体管、p型场效晶体管(p-channeland/orn-channelfield-effecttransistors(pfet))或者p型场效晶体管(n-channelfield-effecttransistors(nfet)等，以及或者其他元件。半导体晶圆5上的多个装置元件已经经过多个加工制程，例如沉积、蚀刻、离子植入、光刻、退火、以及或者其他制程。

在半导体晶圆55装载到晶舟50之后，移动晶舟50进入至反应腔30当中。晶舟50可以通过升降机构(图未示)抬升密封盖32而装入管体31中。当密封盖32连接到管体31的底侧35时，晶舟50位于气密的反应腔30中。

方法60继续至操作62，在操作62中，在半导体晶圆5上形成加工材料的薄膜。在部分实施例中，加工材料7供应至锅炉10中以沉积加工材料7的一薄膜700在每个半导体晶圆5上，如图3a和图3b所示。

如图3a的箭头所示，加工材料7从底侧35流向反应腔30的顶侧33。具体而言，加工材料7经由入口埠71进入反应腔30，并顺序经过第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4、第二端控温区z5后经由出口埠73排出。加工材料7可以含有各种化学前躯物(例如：sih2cl2和nh3或者硅烷和nh3以形成氮化硅薄膜；si(oc2h5)4以形成teos薄膜；以及水蒸气或反式-lc(c2h2cl2)以形成氧化物层薄膜)。化学前躯物在加热的半导体晶圆表面上反应，以在半导体晶圆表面上形成具有期望厚度的半导体材料的薄膜。

在部分实施例中，操作62是在加热的温控环境下，并通过来自侧壁加热器91、92、93、94、95的热量输出执行，以使第一端控温区z1，第一过渡控温区z2，中间控温区z3，第二过渡控温区z4和第二端控温区z5具有预定的温度。

各个侧壁加热器91、92、93、94、95的热量输出可独立于另一个侧壁加热器而进行调节。每个侧壁加热器的热量输出可以通过使用者手动调节，或者通过加热器控制器或计算机自动调节。热量输出的控制是可以与设置在锅炉10中的温度传感器产生的控制信号作连结，以及/或者根据加热器预定的热量输出而设定，此预定的热量输出可从经验和经验数据导出并与正在加工的晶圆的尺寸相关。一个合适的温度控制器可以用来调节来自锅炉加热组件的热量输出，包括升高温度和降低温度的速率。

在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93、94、95是控制在第一热模式下，使侧壁加热器91、92、93、94、95的热量输出依序增加，于是第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5中的温度依序增加。如此一来，放置于靠近顶侧33的半导体晶圆5的加工温度，比放置于靠近底侧35的半导体晶圆5的加工温度高。

举例而言，如图3a所示，从侧壁加热器91、92、93、94、95输出的热量沿远离底侧35的方向依序增加(作为指示侧壁加热器91-95的长条格中较大的着色区域表示相应的侧壁加热器91-95具有较高的热量输出)。因此，第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5中的温度沿着远离底侧35的方向依序增加。

在部分实施例中，由于晶圆薄膜厚度沉积速率直接与加工温度成正比，所以在第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5中，用于薄膜沉积制程的预定温度是根据加工材料7在相应热区的浓度而进行控制。

因此，通过在操作62期间以第一热模式对多个半导体晶圆5进行加热，原本因为加工材料7的浓度在流动方向上逐渐减少的因素，而造成整个批次或一层叠的晶圆中晶圆与晶圆间薄膜厚度不一致的问题可以获得避免或改善。

在部分实施例中，第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5是在供应加工材料7之前加热到其预定温度。举例而言，如图4所示，在完成加载晶圆的操作61之前，第一端控温区z1和第二端控温区z5分别被加热到升高的温度t11和升高的温度t51。

在部分实施例中，如图4所示，在操作63之前和操作61之后，进一步执行预先调整制程。在预先调整制程中，反应腔30的控温区z1-z5被连续加热，使热量均匀地散布在每个控温区中。另外，在预先调整制程中，将反应腔30内的压力调整为执行薄膜加工的加工压力。

在部分实施例中，相邻加热器之间的热量输出的差异可能在摄氏5度以内。因此，如图3a所示的情况下，第一端控温区z1与第二端控温区z5之间的温差在摄氏20度以内。然而，应当理解的是，可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在部分其他实施例中，控温区z1和控温区z2中的温度相同，并且控温区z3中的温度高于控温区z1和控温区z2中的温度。并且，控温区z4和控温区z5中的温度相同并且高于控温区z3的温度。第一端控温区z1与第二端控温区z5之间的温差在摄氏20度以内。

方法60继续至操作63，在操作63中将供应一个或多个清除气体9至锅炉10中。在部分实施例中，操作63在操作62完成后执行，以去除残留在反应腔30中的加工材料7。在部分实施例中，如图5所示，用于供应清除气体9的操作63包括将第一清除气体供应到反应腔30中。并且，操作63还包括将第二清除气体供应到反应腔30中。第一清除气体可以与留在反应腔30中的加工材料7发生反应，第二清除气体可以去除所有的残余气体包括在操作62中所产生的气体产物。举例而言，在半导体晶圆5上形成氮化硅薄膜的例子中，第一清除气体可以包括nh3，第二清除气体可以包括n2。

在部分实施例中，供应第一清除气体的时间可小于供应第二清除气体的时间。然而，应当理解的是，可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。供应第一清除气体的时间可以等于或长于供应第二清除气体的时间。

方法60继续至操作64，在操作64中卸载半导体晶圆5。在部分实施例中，为了从晶舟50卸载半导体晶圆5，将密封盖32与管体31分离，并且将绝缘盖40和晶舟50移动到管体31所限定的腔体外部。半导体晶圆5可以通过具有夹片(blade)的机械手臂(图未示)从晶舟50移除。

操作64可以在操作63完成之后执行。在部分实施例中，如图4所示，在操作64开始之前，方法60还包括后期调整制程。在后期调整制程中，反应腔30中的压力可从真空提升至环境压力。

在部分实施例中，在操作62完成后(或在操作63期间)，改变侧壁加热器91、92、93、94、95的热量输出，以使第一端控温区z1、第一过渡控温区z2，中间控温区z3，第二过渡控温区z4和第二端控温区z5具有与操作62不同的温度。

在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93、94、95被控制在第二热模式中。在第二热模式下，侧壁加热器91、92、93、94、95的热量输出依序下降。因此，第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5中的温度依序降低。如此一来，放置在靠近顶侧33的半导体晶圆5的加工温度比放置在靠近底侧35的半导体晶圆5的加工温度低。

举例而言，如图5所示，从侧壁加热器91、92、93、94、95输出的热量沿远离底侧35的方向逐渐减小。因此，第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5中的温度沿着远离底侧35的方向依序递减。

在操作62之后以第二热模式加热半导体晶圆5可以减轻或避免因为操作62执行期间的温度变化，使加工材料7的薄膜在后续加工步骤中显示不同物理性质的问题(例如：在蚀刻加工中不同的蚀刻速率)。因此，晶圆与晶圆间在后续蚀刻加工中的临界尺寸(cd)的变异量则最小化。根据实验结果，半导体晶圆5在第一端控温区z1和第二端控温区z5的临界尺寸提高了0.3％。

在部分实施例中，为了防止薄膜中产生热应力，第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5中的温度是缓慢进行调整。在部分实施例中，将第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5加热到具有与第二热模式相关的温度共费时约4至5分钟。

然而，应当理解的是，可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在其他部分实施例中，第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5中温度的调控是与供应清除气体9至锅炉10内的操作同时进行。在第一清除气体的供给完成之前，第一端控温区z1、第一过渡控温区z2、中间控温区z3、第二过渡控温区z4和第二端控温区z5即加热到具有与第二热模式相关的温度。

在部分实施例中，如图4所示，在从第一热模式转变为第二热模式的过程中，第二端控温区z5中的温度降低，直到第二端控温区z5中的温度被调整到与第二热模式相关的温度。另外，第一端控温区z1中的温度被增加，直到第一端控温区z1中的温度被调节到与第二热模式相关的温度。

在部分实施例中，在从第一热模式转换到第二热模式的期间，第一端控温区z1中的温度增加量不同于第二端控温区z5中的温度下降量。举例而言，在第一热模式下，第一端控温区z1中的温度为t11，并且在第二热模式下，第一端控温区z1中的温度为t12。另一方面，在第一热模式下，第二端控温区z5中的温度是t51，并且在第二热模式下，第二端控温区z5中的温度是t52。温度t11和温度t12之间的温差大于温度t51和温度t52之间的温差。在一个示例性的实施例中，温度t11和温度t52约为570℃，温度t51约为590℃，温度t12约为600℃。

在部分实施例中，中间控温区z3中的温度在第一热模式和第二热模式中被固定为相同的值。然而，应当理解的是，可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在部分其他实施例中，在第一热模式和第二热模式中，中间控温区z3中的温度不同。

在部分实施例中，在第一热模式和第二热模式下，中间控温区z3中的温度在第一端控温区z1和第二端控温区z5中的温度之间。举例而言，如图4所示，在第一热模式下，中间控温区z3保持在第一温度t31。第一端控温区z1中的温度t11低于第一温度t31，并且第二端控温区z5中的温度t51高于第一温度t31。第一温度t31可以是第一热模式中第一端控温区z1中的温度t11和第二端控温区z5中的温度t51的平均值。

另外，在第二热模式下，中间控温区z3保持在第二温度t32，第一端控温区z1中的温度t12高于第二温度t32，并且第二端控温区z5中的温度t52低于第二温度t32。第二温度t32可以是第二热模式中的第一端控温区z1中的温度t12和第二端控温区z5中的温度t52的平均值。

在部分实施例中，中间控温区z3在第一热模式与第二热模式之间的温差，小于第一端控温区z1在第一热模式与第二热模式之间的温差。或者，中间控温区z3在第一热模式与第二热模式之间的温差，小于第二端控温区z5在第一热模式与第二热模式之间的温差。

图6显示根据部分实施例加工半导体晶圆5的锅炉10a的示意图。在此实施例中，与图1锅炉10相同或相似的元件以相同的元件符号标示，并且其特征将不再说明以简化内容。锅炉10a与锅炉10差异之处包括气体供应单元70以气体供应单元70a取代。

在部分实施例中，气体供应单元70a包括一气管72a和一出口埠73a。出口埠73a连接到侧壁34上与底侧35相邻的下部。气管72a位于管体31内并与出口埠73a位于长轴z的两侧。气管72a沿着与长轴z平行的方向从顶侧33延伸到相邻管体31的底侧35的位置。

在部分实施例中，气管72a包括多个排气孔74a。排气孔74a穿过气管72a的外壁，以将气管72a中的气体排出到反应腔30当中。排气孔74a的数量可以对应于形成在晶舟50的栏架53中的槽的数量。举例而言，晶舟50的每个栏架53具有180个用于支撑半导体晶圆5的槽，气管72a即包括180个排气孔74a形成在其上。

在部分实施例中，两个相邻排气孔74a之间的节距可以与晶舟50的两个相邻槽之间的节距相同。另外，在沿垂直于长轴z的方向上，每个排气孔74a的投影位于晶舟50的一个槽上。于是，来自排气孔的气体排放到装载在晶舟50上的两个相邻半导体晶圆5之间的间隙中。

管体31相邻顶侧33的上端上形成有一入口埠71a，气管72a经由入口埠71a连接到一气体供应源。控制器(图未示)可以连接到入口埠71a并且被配置为控制加工材料供应到反应腔30的连接和输送速率。控制器可以包括例如：阀门、流量计、传感器等装置。

图7显示根据部分实施例用于加工锅炉10a中的多个半导体晶圆5的方法80的流程图。为了说明，将配合参照图6、图8至图10一起描述流程图。不同的操作可以提供在方法80之前、期间或之后，并且在一些不同的实施例中，后续方法的部分操作程序可以被更换或取消。

方法80开始于操作81，在操作81中将多个半导体晶圆5送入锅炉10a的反应腔30中。在部分实施例中，为了将多个半导体晶圆5装载到晶舟50内，密封盖32是借助升降机构(图未示)自管体31和绝缘盖40分离，并且晶舟50移动到由管体31限定的空腔的外部。半导体晶圆5可以通过具有夹片(blade)的机械手臂(图未示)移入至晶舟50。

在半导体晶圆55装载到晶舟50之后，移动晶舟50进入至反应腔30当中。晶舟50可以通过升降机构(图未示)抬升密封盖32而装入管体31中。当密封盖32连接到管体31的底侧35时，晶舟50位于气密的反应腔30中。

方法80继续至操作82，在操作82中，在半导体晶圆5上形成加工材料的薄膜。在部分实施例中，加工材料7供应至锅炉10a中以沉积加工材料7的一薄膜700(图3b)在每个半导体晶圆5上。

如图8的箭头所示，加工材料7从顶侧33流向反应腔30的底侧35。具体而言，加工材料7经由入口埠71a进入气管72a，并通过气孔排气孔74a填充进入第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5后，再经由出口埠73a排出。加工材料7可以含有各种化学前躯物(例如：sih2cl2和nh3或者硅烷和nh3以形成氮化硅薄膜；si(oc2h5)4以形成teos薄膜；以及水蒸气或反式-lc(c2h2cl2)以形成氧化物层薄膜)。化学前躯物在加热的半导体晶圆表面上反应，以在半导体晶圆表面上形成具有期望厚度的半导体材料的薄膜。

为了清楚说明，在以下方法80的说明中，控温区z1称作为“第二端控温区”；控温区z2称作为“第二过渡控温区”；控温区z3称作为“中间控温区”；控温区z4称作为“第一过渡控温区”；而控温区z5称作为“第一端控温区”。

在部分实施例中，操作82是在加热的温控环境下，并通过来自侧壁加热器91、92、93、94、95的热量输出执行，以使第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5具有预定的温度。

在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93、94、95是控制在第一热模式下，使侧壁加热器91、92、93、94、95的热量输出依序减少，于是第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5中的温度依序减少。如此一来，放置于靠近底侧35的半导体晶圆5的加工温度，比放至于靠近顶侧33的半导体晶圆5的加工温度高。

举例而言，如图8所示，从侧壁加热器91、92、93、94、95输出的热量沿远离底侧35的方向依序减少(作为指示侧壁加热器91、92、93、94、95的长条格中较大的着色区域表示相应的侧壁加热器91、92、93、94、95具有较高的热量输出)。因此，第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5中的温度沿着远离底侧35的方向依序减少。

在部分实施例中，由于晶圆薄膜厚度沉积速率直接与加工温度成正比，所以在第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5中，用于薄膜沉积制程的预定温度是根据加工材料7在相应热区的浓度而进行控制。

因此，通过在操作82期间以第一热模式对多个半导体晶圆5进行加热，原本因为加工材料7的浓度在流动方向上(在图8的例子中是指自顶侧33至底侧35的方向)逐渐减少的因素，而造成整个批次或一层叠的晶圆中晶圆与晶圆间薄膜厚度不一致的问题可以获得避免或改善。

在部分实施例中，第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5是在供应加工材料7之前加热到其预定温度。举例而言，如图9所示，在完成加载晶圆的操作81之前，第二端控温区z1和第一端控温区z5分别被加热到升高的温度t11和升高的温度t51。

在部分实施例中，如图9所示，在操作83之前和操作81之后，进一步执行预先调整制程。在预先调整制程中，反应腔30的控温区z1-z5被连续加热，使热量均匀地散布在每个控温区中。另外，在预先调整制程中，将反应腔30内的压力调整为执行薄膜加工的加工压力。

在部分实施例中，相邻加热器之间的热量输出的差异可能在摄氏5度以内。因此，如图8所示的情况下，第二端控温区z1与第一端控温区z5之间的温差在摄氏20度以内。然而，应当理解的是，可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在部分其他实施例中，控温区z1和控温区z2中的温度相同，并且控温区z3中的温度低于控温区z1和控温区z2中的温度。并且，控温区z4和控温区z5中的温度相同并且低于控温区z3的温度。第二端控温区z1与第一端控温区z5之间的温差在摄氏20度以内。

方法80继续至操作83，在操作83中将供应一个或多个清除气体9至锅炉10a中。在部分实施例中，操作83在操作82完成后执行，以去除残留在反应腔30中的加工材料。在部分实施例中，如图9所示，用于供应清除气体9的操作83包括将第一清除气体供应到反应腔30中。并且，操作83还包括将第二清除气体供应到反应腔30中。第一清除气体可以与留在反应腔30中的加工材料发生反应，第二清除气体可以去除所有的残余气体包括在操作82中所产生的气体产物。举例而言，在半导体晶圆5上形成氮化硅薄膜的例子中，第一清除气体可以包括nh3，第二清除气体可以包括n2。

在部分实施例中，供应第一清除气体的时间可小于供应第二清除气体的时间。然而，应当理解的是，可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。供应第一清除气体的时间可以等于或长于供应第二清除气体的时间。

方法80继续至操作84，在操作84中卸载半导体晶圆5。在部分实施例中，为了从晶舟50卸载半导体晶圆5，将密封盖32与管体31分离，并且将绝缘盖40和晶舟50移动到管体31所限定的腔体外部。半导体晶圆5可以通过具有夹片(blade)的机械手臂(图未示)从晶舟50移除。

操作84可以在操作83完成之后执行。在部分实施例中，如图9所示，在操作84开始之前，方法80还包括后期调整制程。在后期调整制程中，反应腔30中的压力可从真空提升至环境压力

在部分实施例中，在操作82完成后(或在操作83期间)，改变侧壁加热器91、92、93、94、95的热量输出，以使第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5具有与操作82不同的温度。

在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93、94、95被控制在第二热模式中。在第二热模式下，侧壁加热器91、92、93、94、95的热量输出依序增加。因此，第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5中的温度依序增加。如此一来，放置在靠近顶侧33的半导体晶圆5的加工温度比放置在靠近底侧35的半导体晶圆5的加工温度高。

举例而言，如图10所示，从侧壁加热器91、92、93、94、95输出的热量沿远离底侧35的方向逐渐增加。因此，第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5中的温度沿着远离底侧35的方向依序递增。

在操作82之后以第二热模式加热半导体晶圆5可以减轻或避免因为操作82执行期间的温度变化，使加工材料的薄膜在后续加工步骤中显示不同物理性质的问题(例如：在蚀刻加工中不同的蚀刻速率)。因此，晶圆与晶圆间在后续蚀刻加工中的临界尺寸(cd)的变异量则最小化。根据实验结果，半导体晶圆5在第一端控温区z1和第二端控温区z5的临界尺寸提高了0.3％。

在部分实施例中，为了防止薄膜中产生热应力，第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5中的温度是缓慢进行调整。在部分实施例中，将第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5加热到具有与第二热模式相关的温度共费时约4至5分钟。

然而，应当理解的是，可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在其他部分实施例中，第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5中温度的调控是与供应清除气体9至锅炉10a内的操作同时进行。在第一清除气体的供给完成之前，第二端控温区z1，第二过渡控温区z2，中间控温区z3，第一过渡控温区z4和第一端控温区z5即加热到具有与第二热模式相关的温度。

在部分实施例中，如图9所示，在从第一热模式转变为第二热模式的过程中，第一端控温区z5中的温度增加，直到第一端控温区z5中的温度被调整到与第二热模式相关的温度。另外，第二端控温区z1中的温度被降低，直到第二端控温区z1中的温度被调节到与第二热模式相关的温度。

在部分实施例中，在从第一热模式转换到第二热模式的期间，第二端控温区z1中的下降量不同于第一端控温区z5中的温度增加量。举例而言，在第一热模式下，第二端控温区z1中的温度为t11，并且在第二热模式下，第二端控温区z1中的温度为t12。另一方面，在第一热模式下，第一端控温区z5中的温度是t51，并且在第二热模式下，第一端控温区z5中的温度是t52。温度t51和温度t52之间的温差大于温度t11和温度t12之间的温差。在一个示例性的实施例中，温度t12和温度t51约为570℃，温度t11约为590℃，温度t52约为600℃。

在部分实施例中，中间控温区z3中的温度在第一热模式和第二热模式中被固定为相同的值。然而，应当理解的是，可以对本公开的实施例进行许多变化和修改。在部分其他实施例中，在第一热模式和第二热模式中，中间控温区z3中的温度不同。

在部分实施例中，在第一热模式和第二热模式下，中间控温区z3中的温度在第二端控温区z1和第一端控温区z5中的温度之间。举例而言，如图9所示，在第一热模式下，中间控温区z3保持在第一温度t31。第二端控温区z1中的温度t11高于第一温度t31，并且第一端控温区z5中的温度t51低于第一温度t31。第一温度t31可以是第一热模式中第二端控温区z1中的温度t11和第一端控温区z5中的温度t51的平均值。

另外，在第二热模式下，中间控温区z3保持在第二温度t32，第二端控温区z1中的温度t12低于第二温度t32，并且第一端控温区z5中的温度t52高于第二温度t32。第二温度t32可以是第二热模式中的第二端控温区z1中的温度t12和第一端控温区z5中的温度t52的平均值。

在部分实施例中，中间控温区z3在第一热模式与第二热模式之间的温差，小于第二端控温区z1在第一热模式与第二热模式之间的温差。或者，中间控温区z3在第一热模式与第二热模式之间的温差，小于第一端控温区z5在第一热模式与第二热模式之间的温差。

用于处理锅炉中的半导体晶圆的方法的多个实施例以两个阶段独立地控制锅炉中的控温区中的温度。在形成薄膜期间，根据用于形成薄膜的加工材料的浓度来控制在相应的控温区中的温度。因此，半导体晶圆堆叠中芯片与芯片间的沉积薄膜的薄膜厚度的均匀性获得改善。在形成薄膜之后，调节控温区中的温度，使得在所有半导体晶圆上形成的薄膜具有基本相同的物理性质。因此，半导体晶圆的临界尺寸在后续加工过程中可以获得良好控制(根据一个实验结果，在两个端部控温区之间的临界尺寸至少提高了0.3％)。此外，后续的晶圆级失效率下降，并且根据实验结果，已知的良好晶粒测试idurtr(idsatuniformityofruntorun)在nmos提高了0.6％且在pmos提高了0.7％。

本公开多个实施例提供一种在锅炉内加工多个半导体晶圆的方法。上述方法包括形成一薄膜在每一半导体晶圆上。上述方法还包括在形成薄膜的期间，控制锅炉的温度在一第一热模式下。在第一热模式下，锅炉中顺序排列的一第一端控温区、一中间控温区、及一第二端控温区的温度依序递增。上述方法还包括在形成薄膜之后，控制锅炉的温度在一第二热模式下。在第二热模式下，第一端控温区、中间控温区、及第二端控温区的温度依序递减。

在上述实施例中，形成薄膜的方法包括供应用于形成薄膜的一加工材料进入至锅炉，使加工材料依序流过第一端控温区、中间控温区、及第二端控温区。并且，形成薄膜的方法包括停止供应加工材料。

在上述实施例中，在薄膜完成当下，升高第一端控温区中的温度，并且降低第二端控温区中的温度，直到第一端控温区中的温度和第二端控温区中的温度调节至第二热模式。

在上述实施例中，第一端控温区中的温度上升量不同于第二端控温区中的温度下降量。

在上述实施例中，上述方法还包括在薄膜形成之后，供应一清除气体进入至锅炉内。在将清除气体供应到锅炉的同时调节第一端控温区和第二端控温区的温度。

在上述实施例中，中间控温区在第一热模式下的温度，和在第二热模式下的温度不同。并且，中间控温区在第一热模式下与在第二热模式下的温度差，小于第一端控温区在第一热模式下与在第二热模式下的温度差。

本公开多个实施例提供一种在锅炉内加工多个半导体晶圆的方法。上述方法包括在锅炉内顺序排列的一第一端控温区、一中间控温区、及一第二端控温区中，形成一薄膜在每一半导体晶圆上。上述方法还包括在形成薄膜的过程中，控制锅炉在一第一热模式下。在第一热模式下，锅炉的中央控温区维持在一第一温度，第一端控温区中的温度低于第一温度，且第二端控温区中的温度高于第一温度。上述方法还包括在形成薄膜之后，控制锅炉在一第二热模式下。在第二热模式下，锅炉的中央控温区维持在一第二温度，第一端控温区中的温度高于第二温度，且第二端控温区中的温度低于第二温度。

在上述实施例中，形成薄膜的方法包括供应用于形成薄膜的一加工材料进入至锅炉，使加工材料依序流过第一端控温区、中间控温区、及第二端控温区。并且，形成薄膜的方法包括停止供应加工材料。

在上述实施例中，形成薄膜的方法包括供应用于形成薄膜的一加工材料进入至锅炉，使加工材料依序流过第一端控温区、中间控温区、及第二端控温区。并且，形成薄膜的方法包括停止供应加工材料。

在上述实施例中，第二端控温区中的温度下降量不同于第一端控温区中的温度上升量。

在上述实施例中，上述方法还包括在薄膜形成之后，供应一清除气体进入至锅炉内。在将清除气体供应到锅炉的同时调节第一端控温区和第二端控温区的温度。

在上述实施例中，中间控温区中第一温度与第二温度的温度差，小于第一端控温区在第一热模式下与在第二热模式下的温度差。

本公开多个实施例提供一种在锅炉内加工多个半导体晶圆的方法。上述方法包括经由一入口埠供应一加工材料至锅炉内。上述方法还包括经由一出口埠将加工材料自锅炉排出。锅炉包括一第一端控温区及一第二端控温区，并且第二端控温区较第一端控温区靠近出口埠。上述方法还包括停止供应加工材料以及自锅炉移除半导体晶圆。在加工材料供应期间，半导体晶圆是在一第一热模式下进行加热，在第一热模式下，第二端控温区中的温度是高于第一端控温区的温度。在加工材料停止供应之后，半导体晶圆是在一第二热模式下进行加热，在第二热模式下，第二端控温区中的温度是低于第一端控温区的温度。

在上述实施例中，在加工材料停止供应的当下，升高第一端控温区中的温度，并且降低第二端控温区中的温度，直到第一端控温区中的温度和第二端控温区中的温度调节至第二热模式

在上述实施例中，还包括加热半导体晶圆在锅炉的一中间控温区中，中间控温区位于第一端控温区与第二端控温区之间。中间控温区在第一热模式下的温度，和在第二热模式下的温度不同。中间控温区在第一热模式下与在第二热模式下的温度差，小于第一端控温区在第一热模式下与在第二热模式下的温度差。

在上述实施例中，在锅炉中的加工材料依序流过入口埠、第一端控温区、第二端控温区、及出口埠。

以上虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的本公开的构思和范围的情况下，对本公开可作出各种变化、替代和修改。此外，本申请的范围不旨在限制于说明书中所述的制程、机器、制造、物质组成、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本公开中理解，根据本公开，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与在本公开所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的制程、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些制程、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括它们的范围内。此外，每一个权利要求构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本公开的范围内。