一种高品质的高温栅氧工艺的制作方法

本发明涉及半导体加工，具体而言，涉及一种高品质的高温栅氧工艺。

背景技术：

1、高温栅氧工艺是一种制造半导体器件的重要技术，主要用于在硅片上生长一层氧化硅（sio2）薄膜，以便在薄膜上形成金属电极。在半导体器件制造中，栅氧被广泛用作场效应晶体管（fet）的绝缘层和导电沟道的隔离层。

2、这一步骤的关键在于对氧化过程的把控，即控制氧化的湿度，以确保生成的氧化层质量良好、均匀、致密。高质量的氧化层对于器件的性能和稳定性至关重要，因此高温栅氧是半导体制造中一个重要的工艺步骤。

3、现有技术（中国专利公告号：cn110579105a）公开了氧化炉，其通过湿氧氧化的方式来形成氧化硅薄膜，并且将炉腔分为工艺区a、隔热区b、燃烧区c和保温区d，燃烧区c用于使氢气和部分氧气反应生成水蒸气，水蒸气通过隔热区b形成进气通道流入工艺区a内，从而实现形成湿氧气流进行氧化。

4、但是上述技术具有以下缺陷，一方面仅通过单一的湿氧氧化在硅片表面生成氧化膜，由于湿氧氧化生长膜的致密性较差，极易吸附水，导致与光刻胶的粘附性较差。

5、另一方面在燃烧区c内，氢气和氧气反应后，过量的氧气与水蒸气混合形成湿氧气流，但是氧气的浓度影响水生成的速率，水和氧气最终混合的比例会随着氧气的浓度呈非线性变化，这样流入工艺区a内的湿氧气流氧气含量不一致，无法产生恒定湿度的氧气，导致无法产生均匀的氧化膜。

6、并且由于工艺舟上设置有沿竖直方向间隔排布的固定槽，硅片可以水平的插入至固定槽内，且硅片在工艺舟上为纵向分布，而流入工艺区a内的湿氧气流会围绕着硅片外围向上流动并从内炉体上端开口排出，这样湿氧气流无法与硅片表面接触时间短且不充分，进而降低了氧化膜形成品质，存在缺陷。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、因此，本发明的目的在于提供了一种高品质的高温栅氧工艺，包括如下步骤：

3、一、对硅片进行清洁，去除表面杂质和污物；

4、二、将清洁后的硅片放置于氧化炉中进行高温氧化，从而在硅片表面形成氧化膜；

5、其中，氧化炉包括炉筒，和设置于炉筒两端的端盖，以及设置于炉筒内的第一隔板，

6、所述第一隔板将炉筒分隔为氧化区和工作区，所述氧化区内部设置有用于放置硅片的第一晶舟和第二晶舟，以及设置有用于硅片氧化的氧化机构，

7、所述第一隔板上设置有用于支撑第一晶舟和第二晶舟的支撑组件，所述第一晶舟和第二晶舟通过连接板分隔开来。

8、所述氧化机构包括出气管和蒸汽出管，以及套设于蒸汽出管上的套管，所述出气管和套管通过导气管相连通，所述蒸汽出管上开设有两组通孔，所述蒸汽出管外壁上贴合有交错分布的上挡板和下挡板。所述上挡板和下挡板分别用于遮挡两组通孔。

9、所述套管壁体通过连通筒与出气板相连通，所述出气板内圆面开设有多个出气槽口。

10、所述工作区设置有固定盒，以及和固定盒对接的进气机构，所述固定盒内部被第二隔板分隔为传动腔和燃烧腔，所述燃烧腔用于产生水蒸气并送入至蒸汽出管内，所述燃烧腔底端的固定盒壁体上设置有电加热器。

11、所述固定盒外壁上套设有导热盘管，所述导热盘管用于加热氧气并送入至出气管内。

12、所述传动腔内设置有用于驱动支撑组件旋转的旋转机构。

13、作为优选的技术方案：

14、如上所述的一种高品质的高温栅氧工艺，所述氧化区还包括吸气板，所述出气板和吸气板均为弧形板并将第一晶舟和第二晶舟包裹住，所述吸气板内圆面开设有多个吸气槽口，所述吸气板外圆面焊接连通有排气管。

15、通过上述技术方案，第一晶舟和第二晶舟为竖向放置，硅片在第一晶舟和第二晶舟上为水平插入，出气板通过出气槽口喷出的气流同样为水平状，进而与硅片放置姿态相匹配，气流可以硅片充分接触，有利于氧化反应的进行。

16、如上所述的一种高品质的高温栅氧工艺，出气管和蒸汽出管均贯穿第一隔板，所述蒸汽出管上套有密封贴合的套环，所述套环外圆壁与套管内壁密封贴合，

17、所述套环和旋转柱之间通过连接杆焊接连接，所述套环顶面与上挡板焊接，所述套环底面与下挡板焊接。

18、通过上述技术方案，套环和旋转柱通过连接杆形成为一体，这样套环和旋转柱两者可以同步旋转，进而通过旋转，可以带动上挡板和下挡板交替的将两组通孔遮挡住，结构合理。

19、如上所述的一种高品质的高温栅氧工艺，所述套管底端与第一隔板表面焊接连接，所述套管顶端轴承连接有旋转柱，所述旋转柱上套设于与其焊接连接的齿轮，所述齿轮与齿圈相啮合；

20、所述齿圈套设固定于第一晶舟的顶端，所述齿圈为不完全齿轮，所述齿圈上的齿分布长度为齿轮周长的一半。

21、通过上述技术方案，齿圈上的齿分布设计，使得齿圈旋转一圈后，只会带动齿轮旋转半圈，即旋转柱可以随着齿轮旋转180°。

22、如上所述的一种高品质的高温栅氧工艺，所述套管上开设有用于连通筒插入的长方形通槽，所述连通筒与通槽焊接连接，所述连通筒和出气板均设置有两个，

23、所述出气板和吸气板均为中空结构，所述出气板与连通筒焊接连通。

24、通过上述技术方案，出气板和吸气板中空设计，使得气流可以通过连通筒进入至出气板内部，最后气流通过出气槽口均匀排出，而氧化反应产生的废气可以通过吸气槽口进入至吸气板内部，最后通过排气管排出，确保氧化反应不受废气的干扰和运行。

25、如上所述的一种高品质的高温栅氧工艺，所述进气机构包括氧气进管和氢气进管，所述氧气进管通过三通分别连通有第一支管和第二支管，所述第一支管与传动腔一侧的固定盒壁体焊接连通，所述第二支管一端延伸形成有第三支管，所述第三支管与燃烧腔一侧的固定盒壁体焊接连通，所述第三支管内径小于第二支管内径，

26、所述第二支管和第三支管上套设有套筒，所述套筒两端为封闭状并与第二支管和第三支管之间形成密封结构，所述氢气进管一端与套筒焊接连通，所述第三支管上焊接连通有抽气管，所述抽气管底端伸入至氢气进管内。

27、通过上述技术方案，第二支管内的气流在流入至第三支管内时，由于第三支管的管径突然变小，此时进入至第三支管内的气体流速变大，根据伯努利原理，由于第三支管的流速增加，此时抽气管处的压强变小，从而氢气进管与套筒连通处的氢气，通过抽气管被抽入至第三支管内，实现氧气和氢气的快速混合，这样有利于氧气和氢气充分反应，避免造成气体浪费。

28、如上所述的一种高品质的高温栅氧工艺，所述传动腔另一侧的固定盒壁体焊接连通有连通管，所述连通管与导热盘管进气端对接，所述导热盘管的出气端与出气管底端对接。

29、通过上述技术方案，第一支管通过传动腔与连通管连通，这样第一支管内的氧气最终会进入至导热盘管内，结构合理。

30、如上所述的一种高品质的高温栅氧工艺，所述支撑组件包括第一旋转杆，以及与第一旋转杆焊接连接的固定块，所述固定块上套设有固定筒，所述固定筒与第二晶舟的底端焊接连接，所述固定块和固定筒横截面均为方形；

31、所述第一隔板内部开设有空腔，所述第一旋转杆底端伸入至空腔内并与第一隔板轴承连接。

32、通过上述技术方案，固定块和固定筒的形状设计，使得固定块和固定筒卡合后，第一旋转杆可以将第一晶舟和第二晶舟平稳支撑住，并且第一旋转杆通过固定块和固定筒可以带动第一晶舟和第二晶舟旋转。

33、如上所述的一种高品质的高温栅氧工艺，所述旋转机构包括设置于传动腔内的传动叶片，以及与传动叶片固定连接的第二旋转杆，所述第二旋转杆顶端贯穿固定盒并伸入至空腔内，所述第二旋转杆与固定盒以及第一隔板均轴承连接；

34、所述空腔内轴承设置有传动柱，所述传动柱通过减速齿轮组与第一旋转杆传动连接，所述第二旋转杆通过减速齿轮组与传动柱传动连接。

35、通过上述技术方案，第二旋转杆旋转时，通过齿轮减速来带动传动柱低速旋转，而传动柱通过齿轮减速来带动第一旋转杆缓慢旋转，以此来实现第一晶舟和第二晶舟可以平缓的转动，这样避免硅片被甩出，同时延长了单次干氧和湿氧的时间，确保氧化反应充分。

36、相对于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

37、（1）本发明通过设置第一支管和第二支管，这样氧气进管内的氧气可以分流，第二支管内的氧气与氢气进管内的氢气混合燃烧生产水蒸气，氢气和氧气燃烧反应产生的热能可以对第一支管内的氧气进行加热，水蒸气与第一支管内的氧气均匀混合后可以形成湿氧气流，湿氧气流中的氧气和水蒸气比例恒定，有利于生成质地均匀的氧化膜。

38、（2）通过在蒸汽出管上贴合两个挡板，两个挡板可以交替的将蒸汽出管上的通孔遮挡住，这样蒸汽出管上的一组通孔可以喷出水蒸气，另一组通孔则无法喷出，这样喷出的水蒸气与氧气混合形成湿氧气流，而无法喷出的通孔处只能形成干氧气流，这样通过旋转挡板，可以交替形成湿氧气流和干氧气流，从而实现湿氧、干氧多次交替的氧化方法制备氧化膜，这样既能保证氧化膜质量，又能保证氧化速率；干氧氧化即在高温下当氧气与硅片接触时,氧分子与表面的硅原子反应生成二氧化硅起始层，其反应式为si+o2=si02,氧化层特点是:结构致密，但是氧化速度慢:表面是非极性的硅烷(si-0-si)结构,所以与光刻胶的粘附良好，不易产生浮胶现象。氢氧合成氧化:把高纯的氢和氧混合,使之在一定的温度下燃烧生成水，水在高温下气化，其反应式为h2+02=h20，2h20+si=sio2+2h2,这种氧化方式制备的氧化层特点是:结构疏松，但是氧化速度快,质量不如干氧氧化的好，极易吸附水，所以与光刻胶的粘附性差。本发明采用干氧氧化和湿氧氧化交替氧化，提高了氧化的效率，并且可以更好地控制氧化层中的氧化物和氢氧化物的分布。这有助于减少氧化层中的电荷固化，从而提高器件的性能和可靠性。

39、（3）本发明通过第一晶舟和第二晶舟放置硅片，第一晶舟和第二晶舟可以缓慢旋转，并且第一晶舟和第二晶舟被出气板包裹住，出气板上通过出气槽口可以喷出多道水平状的湿氧气流层或干氧气流层，同时将硅片水平放置，水平流动的湿氧气流或干氧气流可以从硅片表面流动，进而使得硅片表面可以与湿氧气流层或干氧气流层充分接触，有利于氧化反应的进行，进一步提高了氧化膜的品质。