專利名稱：多區(qū)半導體爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導體，具體地涉及用于晶片加工工藝的半導體爐的加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
半導體制備半導體作過程中的某些工藝步驟包括氧化、擴散、摻雜、退火和化學氣 相淀積(CVD)。這些工藝步驟一般都在有熱力控制的高溫環(huán)境中完成進行。CVD是一種個 反應(yīng)步驟，用于制造或淀積位于晶片上的材料薄膜，薄膜材料包括但不限于金屬、，二氧化 硅、，鎢、，氮化硅、，氮氧化硅和各種電介質(zhì)。CVD過程中必需把一個或者多個晶片放置于一 個加熱室或者熱反應(yīng)室內(nèi)，且在室內(nèi)引加入一種或多種反應(yīng)氣體。這些反應(yīng)氣體包括各種 化學前體(如形成氮化硅膜的硅烷和氮)，在加熱的晶片表面發(fā)生反應(yīng)，形成所需要的半導 體材料薄膜，且該膜具有所需要的厚度。通過CVD形成的晶片表面的淀積薄膜的均一性會 受到影響，可以通過調(diào)節(jié)和優(yōu)化CVD工藝過程的參數(shù)來影響控制和控制，如晶片的溫度，反 應(yīng)室的壓力，反應(yīng)氣體的流路和比例，以及淀積時間(或持續(xù)時間)。一種在CVD工藝中使用的加熱室或者熱反應(yīng)室是立式半導體爐。這些立式爐能夠 固定很多垂直堆疊的半導體晶片，使晶片同時進行CVD過程。立式爐包括一個熱反應(yīng)管或 者室，可以填裝多個晶片，根據(jù)本領(lǐng)域中的一些實施方式，這些晶片被作為一個晶片梯或者 晶片船(wafer ladder or boat)固定在一個可垂直堆疊(參閱現(xiàn)有技術(shù))的架子上。晶 片船包括一個具有多個水平槽的框架，每個槽里都容納一個晶片，和其他晶片在空間上彼 此分開，彼此呈垂直狀堆疊。晶片船一般可固定大約100 125個晶片。在晶片之間垂直 方向上留有空間，可以使得CVD的反應(yīng)氣體在空間內(nèi)循環(huán)來在晶片表面形成所需要的材料 薄膜淀積。熱反應(yīng)室一般呈圓柱形(也可能和反應(yīng)管形狀相似)，通常有一個封閉的頂和開 放的底，使得固定有垂直晶片堆疊的晶片船能夠插入。美國專利6538237，6435865，6187102，6031205 和 7241701 披露了一些傳統(tǒng)的立式
半導體爐和相關(guān)的裝置，所有這些都全部引入。立式半導體爐包括一個熱源，在某些實施方式中可能包括電阻型加熱器、輻射型 加熱器或者其組合。電阻型加熱器的實施例中通常包括電阻線圈元件或者其類似物。輻射 型加熱器的一些實施例包括加熱燈或者石英加熱組件。加熱器通常位于外部但是靠近石英 反應(yīng)室，用以加熱該室，升高內(nèi)部溫度。為了提高制造效率并降低制造成本，多年來晶片尺寸一直逐步增加。標準硅晶片 尺寸已經(jīng)逐漸地從大約200mm (直徑約8英寸)增加到了 300mm (直徑約12英寸)。下一代 晶片尺寸標準已經(jīng)定為450mm(大約直徑18英寸)。新一代尺寸為450mm的晶片，會對保 持CVD過程中晶片船內(nèi)垂直堆疊晶片溫度的一致性形成影響，而理想的CVD工藝應(yīng)該在每 一個晶片表面淀積形成均勻一致的材料薄膜。已經(jīng)證明，現(xiàn)有的CVD熱反應(yīng)室的加熱器構(gòu)造，不足以提供所需要的均勻溫度以 保持所期望的一致性，既包括保持材料薄膜在每一個晶片的整個表面淀積厚度的一致性，也包括更大尺寸的新一代晶片制造過程中整個一批或者一疊晶片之間的一致性方面。理 想地，CVD中位于熱反應(yīng)室中的整批晶片中的每一個，都應(yīng)該有一致的膜厚度，應(yīng)滿足存在 于單個晶片和晶片之間基底上的、該過程中可接受的厚度允許差異量。已有的制造傳統(tǒng)的 200 300mm小直徑晶片中使用的一些加熱裝置沒有提供必要的溫度控制和保持溫度一致 性，來滿足450mm晶片所期望的允許誤差。晶片邊緣和中心的水平溫度變化通常導致每一晶 片上淀積層厚度超出允許誤差范圍的變化。晶片中心的溫度通常會低于邊緣的溫度。晶片船 上晶片疊的垂直溫度變化通常會導致各個晶片之間淀積層厚度差異超出允許誤差范圍。因此，需要一種改良的用于立式半導體爐的加熱器，來滿足新一代晶片尺寸的挑 戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明實施例之一，一種適于化學氣相淀積晶片工藝的半導體爐包括立式 熱反應(yīng)室，具有一定高度、頂部、底部、側(cè)壁和用以可移動地容納一批固定晶片的內(nèi)部空腔； 固定在反應(yīng)室上的晶片船，用以容納多個呈垂直堆疊的晶片；和加熱系統(tǒng)，包括多個配置的 加熱器，用以加熱該反應(yīng)室。加熱系統(tǒng)包括至少一個頂加熱器、至少一個底加熱器和多個側(cè) 壁加熱器，側(cè)壁加熱器沿著反應(yīng)室的高度間隔排布。優(yōu)選地，側(cè)壁加熱器的結(jié)構(gòu)為，每10個 晶片或者少于10個晶片至少對應(yīng)一個側(cè)壁加熱器，以保證晶片膜淀積厚度的一致性。有利 之處在于，前述 加熱器結(jié)構(gòu)提高了每一批晶片在爐內(nèi)制造過程中，每一晶片上和晶片與晶 片之間薄膜厚度的一致性。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種用于化學氣相淀積工藝過程的半導體爐和在其中 處理在其中加工的多個晶片的組合半導體爐，包括立式垂直的熱反應(yīng)室，具有一定高度、 頂部、底部、側(cè)壁和一內(nèi)部空腔，用以容納可移動地容納可移出的一批固定晶片的內(nèi)部空 腔；晶片船固定在反應(yīng)室且，用以容納多個呈垂直堆疊狀的晶片的晶片船；和加熱系統(tǒng)，包 括多個配置的加熱器，用以操作加熱該反應(yīng)室，加熱系統(tǒng)包括至少一個頂加熱器、至少一個 底加熱器和多個側(cè)壁加熱器，側(cè)壁加熱器沿著反應(yīng)室的高度間隔排布。優(yōu)選地，側(cè)壁加熱器 的結(jié)構(gòu)為，每10個晶片至少對應(yīng)一個側(cè)壁加熱器，以保證晶片膜淀積厚度的一致性。組合 結(jié)構(gòu)進一步包括多個晶片，每一晶片直徑至少450mm ；晶片在反應(yīng)室內(nèi)進行化學氣相淀積。 優(yōu)選地，每一晶片上形成的材料淀積膜厚度變化最大不超過1. 5%。在另一實施例中，晶片 上形成的材料淀積膜厚度，在晶片與晶片之間的變化，最大小于0. 5%。根據(jù)本發(fā)明另一實施例，利用化學氣相淀積在半導體晶片上形成一層材料薄膜的 方法包括提供半導體爐，該爐包括立式的熱反應(yīng)室，具有一定高度、頂部、開放的底部、側(cè) 壁和用以容納可移動的一批晶片的內(nèi)部空腔，所述半導體爐進一步包括加熱系統(tǒng)，該加熱 系統(tǒng)包括至少一個頂加熱器、至少一個底加熱器和多個側(cè)壁加熱器，側(cè)壁加熱器的配置為， 每10個垂直堆疊狀的晶片至少對應(yīng)一個側(cè)壁加熱器，以保證晶片膜淀積厚度的一致性；將 容納有多個垂直堆疊狀晶片的晶片船插入到反應(yīng)室；加熱系統(tǒng)加熱該反應(yīng)室；將前置反應(yīng) 氣體加入反應(yīng)室；通過化學氣相淀積在每一晶片上形成材料薄膜。


優(yōu)選實施方式的特征將通過參考以下附圖進行說明，圖中相同元件都用相同符號標明，其中圖1是半導體爐的一種現(xiàn)有加熱器結(jié)構(gòu)的示意性截面?zhèn)纫晥D；圖2是半導體爐的另一種現(xiàn)有加熱器結(jié)構(gòu)的示意性截面?zhèn)纫晥D；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半導體爐加熱器結(jié)構(gòu)的示意性截面?zhèn)纫晥D；圖4是圖3所示的一種可能的實施例的半導體爐和加熱器結(jié)構(gòu)的示意性截面?zhèn)纫?圖；圖5是圖3所示側(cè)壁加熱器的頂視圖。
所有圖例均為示意性的，并非按比例繪制。
具體實施例方式此說明性實施方式的描述應(yīng)與相應(yīng)的附圖相結(jié)合，附圖應(yīng)作為完整的說明書的一 部分。此處實施例的描述，有關(guān)方向和方位的任何參考，均僅是為了便于描述，而不能理解 為對本發(fā)明保護范圍的任何限制。相關(guān)術(shù)語，如“更低”、“更高”、“水平的”、“垂直的”、“在 上”、“在下”、“上”、“下”、“頂部”和“ I底部”以及其派生詞(如“水平地”、“向下地”、“向上 地”等等)均應(yīng)被解釋為說明中描述的或附圖中示出所討論的方位。這些相關(guān)術(shù)語僅僅為 了方便描述，而不應(yīng)認為是對儀器設(shè)備的解釋或者在特定方位上的具體操作。術(shù)語，如“附
上......的”(attached)、“固定于......的”(affixed)、“相連的”(connected)和“彼此
相連的”(interconnected)指代一種關(guān)系，其中結(jié)構(gòu)被直接或間接地通過插入結(jié)構(gòu)，固定或 附著于另一結(jié)構(gòu)，除非有明確的描述，所述結(jié)構(gòu)包括可移動的、或者固定不動的、或者相關(guān) 聯(lián)的。此外，本發(fā)明的特點和優(yōu)點通過參照優(yōu)選實施方案進行說明。因此，優(yōu)選實施方式說 明可能的非限定的特征的組合，這些特征可能獨立存在或者組合存在，本發(fā)明并不特別地 限定于優(yōu)選的實施方式。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書所界定。圖1和圖2是兩種在傳統(tǒng)的300mm或者更小尺寸的晶片制造中使用的半導體爐的 常規(guī)加熱器排列方式的示意圖。在圖1中，在CVD反應(yīng)室的側(cè)壁上有5個側(cè)壁加熱器區(qū)域。 每個加熱器區(qū)域限定于并包括一個加熱器，在一些實施例中加熱器是一電阻型加熱器圈或 元件。另一種傳統(tǒng)加熱器排列方式如圖2所示，在反應(yīng)室側(cè)壁上包括3個加熱器區(qū)域，一個 頂加熱器區(qū)，和一個底加熱器區(qū)。前述加熱器中均包括傳統(tǒng)的電力或電子的加熱控制器，通 過調(diào)整電源能量的輸入，使得每一個加熱器的溫度輸出得以調(diào)節(jié)。在如圖1和圖2所示的加熱器結(jié)構(gòu)中，側(cè)壁加熱區(qū)域上加熱器對晶片的比例大約 是一個加熱器平均控制20 25個晶片的溫度。但是，當任意前述加熱器用于更大尺寸的 新一代450mm晶片制造的CVD過程中時，通過精細調(diào)節(jié)和調(diào)整每一加熱器能量輸出，均不能 有效地控制整個垂直堆疊晶片的溫度分布(如本發(fā)明的背景技術(shù)中所述)，使得每一個晶 片或者晶片和晶片之間淀積材料膜的厚度差異均不能達到預(yù)期的厚度變化標準的規(guī)定。當上述現(xiàn)有的加熱器裝置中的任何一個用于新一代大尺寸450mm晶片制造的CVD 過程中時，僅通過精細調(diào)節(jié)和調(diào)整每一加熱器能量輸出，不能有效地控制整個反應(yīng)室垂直 堆疊晶片整體的溫度分布(如本發(fā)明背景技術(shù)部分所述)，從而達到目標溫度分布或者使 每一晶片或晶片與晶片之間淀積材料膜的厚度足夠均一，達到規(guī)定的厚度變化標準。因此， 至少部分單個晶片管芯通不過管芯應(yīng)力試驗和可靠性試驗，導致高于所預(yù)定的管芯不合格 率。
圖3是本發(fā)明一個實施例的示意圖，半導體爐10和CVD熱反應(yīng)室20。半導體爐 10可以包括一個常規(guī)的隔熱室12(局部地顯示于圖3)，其被安裝用以提供一個在反應(yīng)室20 周圍基本保溫的環(huán)境，來為反應(yīng)室20創(chuàng)造一個溫度可控的環(huán)境。CVD反應(yīng)室20包括一個內(nèi) 腔21，內(nèi)腔的空間可以容納可拆卸的常規(guī)晶片船22，用以按照常規(guī)方式支撐并固定垂直堆 疊的多個晶片W。在一個實施例中，反應(yīng)室20具有一個封閉的頂部23、側(cè)壁24和開放的底 部25，使得在晶片W批量處理過程中，晶片船22能夠被插入和移出反應(yīng)室。在一個實施例 中，晶片船22包括一個常規(guī)的開放_框架結(jié)構(gòu)，如一個具有多個水平槽的梯子形狀，用以容 納晶片W并使得反應(yīng)氣體水平地在晶片W表面流動以形成所需厚度的材料膜。在一些實施 例中，晶片船22的尺寸可設(shè)計為容納50 125個或者更多晶片W ；但是，在反應(yīng)室20高度 允許的情況下，晶片船可以固定任意適當數(shù)量的晶片。晶片船22可以由石英、SiN或者任 何其他本領(lǐng)域常用的合適材料制成。典型地，在一些實施例中，晶片船22上晶片W之間的垂直間隔大約彼此相距6 IOmm0在一個實施例當中反應(yīng)室20可是常規(guī)的圓柱形，由石英或者其他常用的適當材 料構(gòu)成，例如而不僅限于SiC。反應(yīng)室20可以包括一敷層，如多晶硅或者根據(jù)室內(nèi)反應(yīng)的類 別而選用其他常用涂覆材料。反應(yīng)室20可以根據(jù)每一批處理晶片的數(shù)量而具有適當?shù)母?度或長度。在一些實施例中，反應(yīng)室20—般垂直高度或長度可在100 150cm之間；但是， 任何適當?shù)母叨然蜷L度均可以采用。450mm晶片 制造的反應(yīng)室20尺寸必須大于直徑450mm 并且在一些實施例中室長度大約50 150cm。一個可密封且可移開的底部閉合蓋26，可以密封于反應(yīng)室20的底部25以形成一 個氣密室蓋，用于進行晶片W處理。在一實施例中，底部25可如圖所示有一個凸緣，以固定 閉合蓋26。底部閉合蓋26可包括一個支撐結(jié)構(gòu)以支持晶片船22按照常規(guī)方式附著于閉合
ΓΤΠ ο其他常規(guī)的CVD反應(yīng)室20組合裝置和半導體爐聯(lián)合使用的附屬設(shè)備可同時使 用。例如，設(shè)置反應(yīng)氣體源進口連接結(jié)構(gòu)30和出口連接結(jié)構(gòu)31，使得一種或多種工藝氣體 (process gas)可進或出反應(yīng)室20。氣體管線和氣體噴嘴，可使得晶片批(wafer batches) 迅速變化的爐冷卻裝置，一個將反應(yīng)室20包括其內(nèi)的外部隔離室(external insulated housing)，晶片船升降器或者提升裝置，用以定位、提升和降下晶片船22出入反應(yīng)室20的 機器控制臂等等。(未在圖中列出)這些裝置中的一部分曾被披露，如美國專利6538237、 6435865,6031205和7241701，這些被披露的裝置全部和參考文獻的整體在此引為參考。在一些實施例中，晶片船20可以具有常規(guī)電機驅(qū)動裝置(圖中未顯示)使得晶片 W疊在CVD過程中可被旋轉(zhuǎn)(見圖3所示轉(zhuǎn)動箭頭)，以提高晶片上淀積的材料層厚度的一 致性。半導體爐10和晶片W的批處理的操作，可由適當?shù)?、商業(yè)上可購得的本領(lǐng)域常規(guī) 溫度控制器來調(diào)節(jié)爐加熱系統(tǒng)的熱輸出，包括溫度上升速率和下降速率。繼續(xù)參照圖3，半導體爐10包括多個加熱器，優(yōu)選方式是沿CVD熱反應(yīng)室20的側(cè) 壁24、頂部23和底部25進行排列。在一個實施例中，加熱器包括如圖所示的側(cè)壁加熱器 40A 40F，頂加熱器41和底加熱器42。為在新一代450mm直徑晶片的CVD工藝中提供更好的溫度控制并保證反應(yīng)室20內(nèi)均一熱度，優(yōu)選的方式是沿著反應(yīng)室20的側(cè)壁24，安裝多于5個的側(cè)壁加熱器40A 40F，每一個側(cè)壁加熱器40A 40F具有一個如圖3所示的加熱器區(qū)Z。優(yōu)選地，每一個側(cè)壁 加熱器40A 40F控制的溫度少于或等于不多于10個垂直堆疊狀的晶片W，以保證更佳的 溫度一致性，因此，使得晶片船22上每一晶片(如從晶片中心到邊緣)和垂直堆疊狀的晶 片W的各晶片之間晶片厚度水平的均一性。這樣的結(jié)構(gòu)加強了 CVD過程中對反應(yīng)室20溫 度分布的控制能力。在一些實施例中，側(cè)壁加熱器40A 40F和加熱器區(qū)Z可沿著反應(yīng)室的垂直高度 大約均勻地分布，優(yōu)選地每個加熱器控制各自加熱器區(qū)內(nèi)的溫度且該區(qū)內(nèi)具有不多于10 個垂直堆疊的晶片W。
繼續(xù)參考圖3，在實施例中側(cè)壁加熱器40A 40F可以是具有可控熱輸出的電阻 型加熱器，可以通過一個可變電阻，如可變電阻器或者其他恰當?shù)念愃齐娍卦O(shè)備的控制，調(diào) 整每一個加熱器的能量輸入。側(cè)壁加熱器40A 40F優(yōu)選地固定于最近的外側(cè)壁24上，并 且間隔地沿著反應(yīng)室20高度彼此呈垂直關(guān)系排列。因此，反應(yīng)室20內(nèi)，側(cè)壁加熱器40A 40F限定了多個垂直的加熱器區(qū)Z，各區(qū)溫度由單個加熱器40A 40F所控制。側(cè)壁加熱器40A 40F的熱輸出可被精細調(diào)節(jié)以調(diào)整每個加熱器區(qū)Z的溫度。優(yōu) 選地，每一側(cè)壁加熱器40A 40F的熱輸出可同其他側(cè)壁加熱器彼此獨立地被調(diào)整。每一 側(cè)壁加熱器的熱輸出可通過使用者手動地調(diào)節(jié)，或者通過一熱控制器自動地調(diào)節(jié)，或通過 與溫度控制信號相連的計算機自動地調(diào)節(jié)，所述溫度控制信號產(chǎn)生于同半導體爐10相連 接的溫度傳感器和/或根據(jù)經(jīng)驗以及加工的晶片尺寸和/或晶片W上淀積材料膜的類型所 相關(guān)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)定的加熱器溫度輸出值。在實施例中，側(cè)壁加熱器40A 40F可為傳統(tǒng)的環(huán)狀電阻線圈或者元件，每個加熱 器均沿側(cè)壁24圓周狀地伸展，至少覆蓋反應(yīng)室20的絕大部分外層圓周。圖3示意性地顯 示出每個環(huán)形側(cè)壁加熱器40A 40F的左右部分。電阻圈加熱器通過常規(guī)導體在電路上同 電力供應(yīng)裝置相連，電力供應(yīng)可通過恰當?shù)?、特定地用于工業(yè)的、可變電阻的常規(guī)電控制器 發(fā)送，在本發(fā)明此處使得每一個加熱器40A 40F的熱力輸出(例如Btuh)可得到調(diào)節(jié)。電阻圈或電阻元件包括側(cè)壁加熱器40A 40F，可具有任何適當?shù)臋M截面形狀，如 圓形、正方形、矩形等。某一矩形橫截面的側(cè)壁加熱器40A 40F的實施例如圖4所示。圖 4顯示了一些側(cè)壁加熱器40A 40F的一半。圖5為側(cè)壁加熱器40A 40F的俯視圖。參考圖3，頂加熱器41可以是塊狀的電阻圈或元件，加熱器形狀也可以根據(jù)溫度 需要和反應(yīng)室20的形狀和/或尺寸加以變化。優(yōu)選地，至少具備兩個頂加熱器41，且更優(yōu) 選地，至少具備3個頂加熱器，以保證CVD過程中反應(yīng)室20頂部的溫度均勻性。如圖4所 示的本發(fā)一個可能的實施例，頂加熱器41優(yōu)選地制成與反應(yīng)室20的形狀和大小相一致，以 使得反應(yīng)室和晶片W處理中加熱反應(yīng)更加一致。底加熱器42可以是塊狀的電阻圈或元件，加熱器形狀也可以根據(jù)溫度需要和反 應(yīng)室20的形狀和/或尺寸加以變化。優(yōu)選地，至少具備兩個底加熱器42，且更優(yōu)選地，至少 具備3個底加熱器，以保證CVD過程中反應(yīng)室20底部的溫度均勻性。頂部和底部加熱器41，42的熱輸出，更優(yōu)選地采用一種類似本發(fā)明描述的側(cè)壁加 熱器40A 40F的常規(guī)模式，實現(xiàn)獨立可控，使得反應(yīng)室20的頂部和底部加熱區(qū)域的溫度 可被精細調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)最適宜的CVD過程，并使得晶片表面薄膜厚度差異最小。
如圖4所示本發(fā)明可能之一個實施例，側(cè)壁加熱器40A 40F和頂加熱器41可以 分別安裝于半導體爐10室的側(cè)壁和頂部內(nèi)。底加熱器42可以配置并安裝于底部閉合蓋26 上或者旁邊。底加熱器可以是可移動的或者不利用其進行供熱。晶片膜厚度淀積率直接同CVD工藝溫度和氣體反應(yīng)率成比例。據(jù)此，應(yīng)盡可能最 大限度地準確控制反應(yīng)室20內(nèi)的溫度，以使得CVD中每一晶片和晶片之間基底淀積膜的厚 度變化盡可能最小化。理想地，所需要的均勻的膜厚度，應(yīng)使得每一晶片上所有管芯和同一 批的晶片與晶片之間的所有管芯具有相同的機械性、電屬性和耐用性。如果膜厚度差異過 大，后面的半導體加工步驟——管芯經(jīng)過一系列的材料淀積和去除步驟一層層制造形成， 會可能受到負面影響，以及最終影響到管芯的集成度。此外，壞管芯率由此而增加，隨后晶 片等級和良品檢測也會受到影響。典型的CVD工藝溫度可在200 800°C上下浮動，這取決于晶片W上淀積材料的類 型。在CVD過程中，反應(yīng)氣體通過進口連接物30進入反應(yīng)室20，在反應(yīng)室和堆疊晶片之間 循環(huán)，再通過出口連接物31排出反應(yīng)室。(如圖3所示)CVD過程中，根據(jù)所使用的特殊氣體，有時反應(yīng)氣體需要在進入反應(yīng)室之前進行預(yù) 熱。氣體可以通過一般的方式預(yù)熱，如在供氣管上安裝附加帶狀或者套環(huán)型加熱器。帶狀 加熱器優(yōu)選溫度可控的。通過膜厚度淀積一致性檢測，比較出本發(fā)明實施例所述的具有新的加熱器結(jié)構(gòu)方 式和已有的傳統(tǒng)加熱器結(jié)構(gòu)方式對CVD工藝的影響。檢測是針對半導體爐中新一代450mm 直徑晶片批次進行的。氮化硅(SiN)膜，通過SiH2C12(或者SiH4)和NH3在反應(yīng)室20內(nèi) 反應(yīng)而形成，通過CVD淀積于每一晶片的表面。目標膜厚度是1650A(埃)。結(jié)果如下表所
示
現(xiàn)有加熱器結(jié)構(gòu)新加熱器結(jié)構(gòu)(根據(jù)本
___發(fā)明)_
單一晶片膜厚度 % 1.5-2.5%__1.0-1.5%_
一致性__范圍 50A~80A__3 OA 5 OA_
晶片與晶片之間 % <1%_<0.5%_
膜厚度一致性 I范國|<30A_[<16A_如上表所示，SiN膜厚度一致性提高了，每一晶片厚度變化下降到1. 0 1. 5%，或 者厚度范圍在30A 50A。類似的，同一批次晶片與晶片之間SiN膜厚度一致性也提高了， 晶片船上所有晶片之間厚度變化下降到少于0.5%，或者少于16A。這種提高，歸因于晶片 船上每一晶片水平的和整個晶片疊貫穿上下垂直的溫度更好的一致性，由此導致整個CVD 反應(yīng)室20內(nèi)更一致的材料淀積率。根據(jù)本發(fā)明之一方面，反應(yīng)室20中心部位(當晶片固定于該室時，每一晶片W的 中心保持一致，見圖3)和反應(yīng)室20邊緣或側(cè)面溫度差異區(qū)域(每一晶片外圍邊緣區(qū)域保 持一致)被很容易地最小化了。根據(jù)本發(fā)明實施例所描述的加熱器結(jié)構(gòu)可改善(即降低)溫度差異，對于450mm晶片尺寸反應(yīng)室可控制在0. 1°C以內(nèi)。但是，與傳統(tǒng)加熱器結(jié)構(gòu)相比 較，即使是對于更小的300mm晶片尺寸反應(yīng)室，溫度差異也大概在0. 5°C。如果具有傳統(tǒng)加 熱器結(jié)構(gòu)的300mm室擴大到能容納450mm晶片的大小(見如圖1和2所示)，反應(yīng)室20中 心和邊緣或側(cè)面的溫度差異甚至將會超過0. 5°C。應(yīng)該引起注意的是，僅僅一度的溫度差異 就能導致氮化物膜厚度的改變超過30A。如果材料淀積是為了在晶片形成非常薄的膜，則溫 度變化控制在0. 1°C會大大提高膜的一致性。 雖然前述說明書和附圖代表本發(fā)明優(yōu)選的或舉例性的實施方式，應(yīng)當理解為，各 種對本發(fā)明所附權(quán)利要求任何等同的增加、變形或者替代均未超出本發(fā)明的主旨和涵蓋范 圍。特別地，清楚地，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用其他形式、結(jié)構(gòu)、配置、比例、尺寸和其他元 件、材料、組成使本發(fā)明具體化，而并不背離發(fā)明主旨或基本特征。此外，對本發(fā)明應(yīng)用性描 述的發(fā)明方法/步驟和/或控制邏輯的許多變化也不背離本發(fā)明主旨。本領(lǐng)域技術(shù)人員進 一步理解本發(fā)明可以很多方式來運用，包括結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、比例、尺寸、材料和組成，以及其他 特別應(yīng)用于特殊環(huán)境和操作條件的發(fā)明實施的方式。因此目前公布的實施例應(yīng)全面理解為 示例性的而不是限定性的，所附權(quán)利要求和其等同變換才是對本發(fā)明范圍的限定，而不是 由上述的說明和實施例所限定。進一步的，所附權(quán)利要求應(yīng)被解釋為廣泛地，包括可以被本 領(lǐng)域技術(shù)人員實現(xiàn)的本發(fā)明其他變形和實施例，而不會超過本發(fā)明 的等同的范圍。
權(quán)利要求
一種半導體爐，包括立式的熱反應(yīng)室，具有一定高度、頂部、底部、連接頂部和底部的側(cè)壁、和用以容納可移動的一批固定晶片的內(nèi)部空腔，所述反應(yīng)室具有中心部分和邊緣部分；位于所述反應(yīng)室內(nèi)的晶片船，其構(gòu)造適于容納呈垂直堆疊關(guān)系的多個晶片；和包括多個加熱器的加熱系統(tǒng)，用以加熱反應(yīng)室，所述加熱系統(tǒng)包括至少一個頂加熱器；至少一個底加熱器；和多個側(cè)壁加熱器，所述側(cè)壁加熱器的配置和控制，使得在反應(yīng)室中心部分和反應(yīng)室邊緣部分測量的溫度差在0.1攝氏度以內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述半導體爐，所述側(cè)壁加熱器具有位于所述反應(yīng)室內(nèi)的多個側(cè)壁加 熱器區(qū)，所述側(cè)壁加熱器區(qū)沿反應(yīng)室的高度方向垂直配置，每一個加熱器區(qū)的溫度分別由 各自區(qū)域的側(cè)壁加熱器所控制。
3.如權(quán)利要求1所述半導體爐，每一所述側(cè)壁具有一個可由其他側(cè)壁加熱器獨立調(diào)節(jié) 的熱輸出。
4.如權(quán)利要求1所述半導體爐，所述側(cè)壁加熱器是電阻型線圈元件。
5.如權(quán)利要求1所述半導體爐，進一步包括一個晶片，所述晶片直徑至少450mm并具有 表面，所述晶片在反應(yīng)室內(nèi)進行化學氣相沉淀，沉淀于所述晶片上的材料膜的厚度最大變 化不超過1. 5%。
6.如權(quán)利要求1所述半導體爐，進一步包括多個晶片，所述晶片直徑至少450mm并具有 表面，所述晶片在所述反應(yīng)室內(nèi)進行化學氣相淀積，每一晶片上淀積的材料膜的厚度在晶 片與晶片之間的變化小于0. 5%。
7.如權(quán)利要求1所述半導體爐，所述頂部和底部加熱器是電阻型線圈元件。
8.一種半導體加熱爐和在其中多個晶片的組合，該組合包括立式的熱反應(yīng)室，具有一定高度、頂部、底部、連接頂部和底部的側(cè)壁、和用以容納可移 動的一批固定晶片的內(nèi)部空腔；位于所述反應(yīng)室內(nèi)的晶片船，用以容納呈垂直堆疊關(guān)系的多個晶片； 包括多個加熱器的加熱系統(tǒng)，用以加熱反應(yīng)室，所述加熱系統(tǒng)包括 至少一個頂加熱器； 至少一個底加熱器；和多個沿所述反應(yīng)室高度間隔排列的側(cè)壁加熱器，所述側(cè)壁加熱器的結(jié)構(gòu)為，每10個垂 直堆疊狀的晶片至少對應(yīng)一個側(cè)壁加熱器，以提高晶片上膜淀積厚度的一致性。
9.如權(quán)利要求8所述組合，每一晶片上淀積的材料膜厚度在晶片與晶片之間的變化小 于 0. 5%。
10.如權(quán)利要求8所述組合，所述側(cè)壁加熱器在所述反應(yīng)室內(nèi)形成多個側(cè)壁加熱器區(qū)， 所述加熱器區(qū)沿著所述反應(yīng)室高度呈垂直地間隔配置，每一加熱器區(qū)的溫度分別由各自區(qū) 內(nèi)的加熱器加以控制。
11.如權(quán)利要求8所述組合，每一所述側(cè)壁具有一個獨立于其他側(cè)壁加熱器的、可調(diào)節(jié) 的熱輸出。
12.—種在半導體晶片上形成物質(zhì)薄層的方法，包括提供半導體爐，所述半導體爐包括立式的熱反應(yīng)室，具有一定高度、頂部、底部、連接頂 部和底部的側(cè)壁、和一用以容納可移動的一批固定晶片的內(nèi)部空腔，所述半導體爐進一步 包括加熱系統(tǒng)，該加熱系統(tǒng)包括至少一個頂加熱器、至少一個底加熱器、和多個沿所述反應(yīng) 室高度間隔排列的側(cè)壁加熱器；將晶片船插入反應(yīng)室內(nèi)，所述晶片船上容納有多個垂直狀堆疊的晶片；用加熱系統(tǒng)加熱反應(yīng)室；控制反應(yīng)室中心部位和反應(yīng)室周邊部位所測量的溫度差，使得溫度差值在0. 1攝氏度 以內(nèi)；將反應(yīng)氣體前體引入反應(yīng)室內(nèi)；以及在每一晶片上形成一層材料膜。
13.如權(quán)利要求12所述方法，每一晶片上淀積的材料膜在晶片與晶片之間的厚度變化 小于0. 5%。
14.如權(quán)利要求12所述方法，所述每一晶片的直徑至少450mm。
15.如權(quán)利要求12所述方法，沉淀于所述每一晶片上的材料膜的厚度最大變化不超過 1. 5%。全文摘要
適用于晶片的化學氣相淀積工藝的半導體爐。該爐包括一個熱反應(yīng)室，該室具有頂部、底部、側(cè)壁和內(nèi)部空腔，用以容納一批垂直堆疊的晶片。具有一加熱系統(tǒng)，包括多個配置的加熱器，可以加熱反應(yīng)室。加熱系統(tǒng)包括至少一個頂加熱器、至少一個底加熱器和多個沿反應(yīng)室的高度間隔排布的側(cè)壁加熱器，以控制室內(nèi)溫度變化和提高晶片膜淀積厚度的一致性。
文檔編號F27D11/02GK101839624SQ20091017395
公開日2010年9月22日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者吳欣賢, 張鈞琳, 楊棋銘 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司