專利名稱：一種氧化反應(yīng)爐及利用該反應(yīng)爐進(jìn)行氧化反應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立式反應(yīng)爐，尤其涉及一種氧化反應(yīng)爐及利用該反應(yīng)爐進(jìn)行氧化反應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
爐管低壓HT0(High Temp Oxidation,高溫氧化)工藝被廣泛應(yīng)用于薄膜夾層電解質(zhì)(thin film interlayer dielectric),柵極晶體管之間間隔(spacer between gatetransistors),圍繞多晶娃導(dǎo)線(surrounding poly-si inter connect line)等結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制造。一些氧化設(shè)備例如東京電子(TEL)的INDY PLUS機(jī)臺(tái)是目前應(yīng)用最廣泛的低壓高溫氧化設(shè)備，也是目前現(xiàn)有技術(shù)中所采用的主要生產(chǎn)設(shè)備。中國專利(申請(qǐng)?zhí)?00910053376.8)公開了一種提高晶圓的高溫氧化物層均勻性的方法，在放置晶圓的晶舟內(nèi)持續(xù)通入高溫氧化物層的氣體，直到在晶圓內(nèi)表面形成高溫氧化物層。但是該發(fā)明只公開了往在晶舟內(nèi)持續(xù)通入高溫氧化物層的氣體來形成氧化膜的方法，同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)爐一般只設(shè)置有兩根特氣管用來將反應(yīng)氣體輸送至反應(yīng)爐，且特氣管位于反應(yīng)爐的高度較低，反應(yīng)氣體最先與反應(yīng)爐內(nèi)晶圓底端的硅片表面進(jìn)行氧化反應(yīng)并在其表面形成一層氧化膜，此過程需要消耗一定量的反應(yīng)氣體，從而造成反應(yīng)爐上下不同位置處的反應(yīng)氣體濃度存在一定的差異，導(dǎo)致不同位置處的硅片上生成氧化膜的厚度也存在一定差異性，降低了硅片生產(chǎn)的良品率。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的氧化反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)圖，包括兩根特氣管路、晶舟、內(nèi)石英管壁、外石英管壁和排氣管路，晶舟用來放置硅片，特氣管路包括N2O管路I以及DCS管路，N2O管路I用于輸送N2O氣體至反應(yīng)爐，DCS管路用于輸送DCS氣體至反應(yīng)爐，由于N2O管路I和DCS管路的高度低于晶舟的底部表面高度，N2O管路I和DCS管路輸送的反應(yīng)氣體最先在底端產(chǎn)生反應(yīng)并在底端的硅片上生成氧化膜附著其上，然后在繼續(xù)向上流通并在較上層的硅片生成氧化膜。同時(shí)由于反應(yīng)氣體在流通的過程中逐漸產(chǎn)生消耗，故反應(yīng)爐上下不同位置處的反應(yīng)氣體濃度可能存在一定差異性，從而影響了硅片上氧化膜的厚度均勻度，對(duì)生產(chǎn)造成了一些影響。如圖2和圖3所示，圖2所示為氧化反應(yīng)爐硅片在晶舟上的分布圖:I為硅片，2為擋控片，3為監(jiān)控片，4為晶舟，硅片1、擋控片2和監(jiān)控片3位于晶舟4內(nèi)，其中，晶舟的上中下位置處分別設(shè)置有3片監(jiān)控片，晶舟的最頂端和最底端還設(shè)有擋控片；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的立式反應(yīng)爐生產(chǎn)過程中監(jiān)控片厚度均勻度趨勢圖(UCL Upper Control Limit,控制上線，USL upper specification limit,規(guī)格上線，within unif,內(nèi)部均勻度),包括三個(gè)區(qū)域:3% 4%區(qū)域，2% 3%區(qū)域，1% 2%區(qū)域，其中，3% 4%區(qū)域?qū)?yīng)最頂端監(jiān)控片均勻度變化的數(shù)據(jù)，2% 3%區(qū)域?qū)?yīng)中間監(jiān)控片均勻度變化的數(shù)據(jù)，1% 2%區(qū)域?qū)?yīng)最底端監(jiān)控片均勻度變化的數(shù)據(jù)，由此可明顯看出，晶舟上中下監(jiān)控片不同位置處的均勻度存在明顯差異，從而可以得出不同位置處的硅片的厚度均勻度也存在較大的差異性，這是由于反應(yīng)氣體在通入反應(yīng)爐時(shí)最先在底端的硅片生成的氧化膜，這個(gè)過程需要消耗一定量的反應(yīng)氣體，從而導(dǎo)致頂端位置處的反應(yīng)氣體濃度小于底端反應(yīng)氣體濃度，造成不同位置處的硅片表面生成的氧化膜厚度存在一定差異性進(jìn)而影響了各位置硅片厚度均勻度，對(duì)硅片的生產(chǎn)的良品率造成一些不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種氧化反應(yīng)爐及利用該反應(yīng)爐進(jìn)行氧化反應(yīng)的方法，通過在現(xiàn)有技術(shù)中的反應(yīng)爐增添了一根特氣管路，該特氣管道的頂部開口段位于反應(yīng)爐晶舟高度的1/3到2/3位置處，并在生產(chǎn)過程中將該特氣管路的氣體流量控制在一定范圍內(nèi)，可減少反應(yīng)爐上下不同位置處氣體的濃度差異，從而保證了反應(yīng)腔室內(nèi)硅片的厚度均勻度，提高硅片生廣的良品率。為了實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)方案，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種氧化反應(yīng)爐，所述反應(yīng)爐內(nèi)設(shè)置有內(nèi)石英管壁、外石英管壁、晶舟和排氣管路，其中，所述反應(yīng)爐內(nèi)還設(shè)置有多根特氣管路，所述特氣管路包括至少一根DCS管路和至少兩根N2O管路；所述多跟特氣管路將反應(yīng)氣體通入由所述內(nèi)石英管壁和外石英管壁構(gòu)成的腔室內(nèi)，所述排氣管將所述腔室內(nèi)的氣體排出所述反應(yīng)爐。上述的氧化反應(yīng)爐，其中，至少一根所述N2O管路的頂部開口端位于所述晶舟高度的1/3至2/3位置處。上述的氧化反應(yīng)爐，其中，至少一根所述DCS管路和至少一根所述N2O管路的高度均低于所述晶舟的底部表面高度。上述的氧化反應(yīng)爐，其中，所述特氣管路設(shè)置在所述內(nèi)石英管壁與晶舟之間。上述的氧化反應(yīng)爐，其中，所述特氣管路包括一根DCS管路、一根低N2O管路和一根高N2O管路；所述DCS管路和所述低N2O管路高度均低于所述晶舟的底部表面高度，所述高N2O管路的頂部開口端位于所述晶舟高度的1/3至2/3位置處。上述的氧化反應(yīng)爐,其中，所述DCS管路通入氣體時(shí)的流量為90-1 IOslm ;所述低N2O管路通入氣體時(shí)的流量為190-220slm ;所述高N2O管路通入氣體時(shí)的流量為40_60slm。上述的氧化反應(yīng)爐，其中，所述反應(yīng)爐在進(jìn)行氧化工藝時(shí)，該反應(yīng)爐的沉積溫度為7500C _800°C，沉積氣壓為 0.3-0.4 托。上述任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)爐進(jìn)行低壓高溫氧化的方法，其中，包括以下步驟:S1、將多個(gè)硅片置入所述晶舟后，通過所述特氣管路輸將所述反應(yīng)氣體輸送至所述反應(yīng)爐中；S2、所述反應(yīng)氣體在所述反應(yīng)爐內(nèi)與所述硅片的表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，以在所述硅片的表面上生成一層氧化膜；S3、進(jìn)行氧化反應(yīng)后反應(yīng)氣體通過所述排氣管路排出所述反應(yīng)爐。由于采用了以上技術(shù)方案，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可最大程度減小反應(yīng)爐上下不同位置處反應(yīng)氣體濃度的差異性，從而減小反應(yīng)氣體在硅片上生成氧化膜厚度均勻度的差異，提聞了娃片的良品率和生廣工藝。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的氧化反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)圖。圖2所示為氧化反應(yīng)爐的局部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所為現(xiàn)有技術(shù)中氧化反應(yīng)爐監(jiān)控片厚度均勻度的趨勢圖。圖4所示為本發(fā)明改進(jìn)后的氧化反應(yīng)爐的示意圖。圖5所示本發(fā)明改進(jìn)后的氧化反應(yīng)爐進(jìn)行低壓高溫氧化方法的步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。圖4所示為本發(fā)明改進(jìn)后的氧化反應(yīng)爐的示意圖，包括三根特氣管路、晶舟、內(nèi)石英管壁、外石英管壁和排氣管路，特氣管路在反應(yīng)爐的位置位于內(nèi)石英管壁與晶舟之間，三根特氣管路分別為N2O管路UN2O管路2以及DCS管路，N2O管路I和DCS管路的高度低于晶舟的底部表面高度，N20-2管路位于反應(yīng)爐內(nèi)的高度大于N2O管路I位于反應(yīng)爐內(nèi)的高度，且隊(duì)0管路2位于反應(yīng)爐內(nèi)的高度介于反應(yīng)爐高度的1/3到2/3之間。圖5所示本發(fā)明改進(jìn)后的氧化反應(yīng)爐進(jìn)行低壓高溫氧化方法的步驟示意圖，包括以下步驟:S1、將多個(gè)硅片置入所述晶舟后，通過特氣管路輸將反應(yīng)氣體輸送至反應(yīng)爐中，N2O管路I輸送N2O氣體至反應(yīng)爐，N2O管路2輸送N2O氣體至反應(yīng)爐，DCS管路輸入DCS反應(yīng)氣體至反應(yīng)爐，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，將反應(yīng)爐生產(chǎn)的沉積溫度控制在780°C，將沉積氣壓控制在在0.35torr (氣壓單位，托)，將N2O管路I氣體流量保持在200標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，將N2O管路2氣體流量保持在50標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，將DCS管路氣體流量保持在100標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘。S2、反應(yīng)氣體在反應(yīng)爐內(nèi)與娃片的表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，以在娃片的表面上生成一層氧化膜，通入的反應(yīng)氣體最先在底端產(chǎn)生反應(yīng)并在底端的硅片上生成一層氧化膜，由于反應(yīng)需要消耗一定量的氣體，從而導(dǎo)致反應(yīng)爐上下不同位置處的氣體濃度存在一定差異性，通過在反應(yīng)爐內(nèi)增設(shè)一根N2O管路2且將該管路的頂部開口端設(shè)置在晶舟高度1/3到2/3處，可將反應(yīng)氣體直接通入到較上方的位置，避免在反應(yīng)爐底端產(chǎn)生消耗從而影響反應(yīng)爐上下不同位置處的氣體濃度，同時(shí)，本發(fā)明技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，在增添了一根N2O管路2后，同時(shí)將N2O管路2的氣體流量控制在40到60標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘，可最大程度減小反應(yīng)爐上下不同位置處的氣體濃度差，減小了特氣的消耗而造成不同位置處硅片形成氧化膜的厚度差異性較大的問題，提聞了娃片的良品率。S3、進(jìn)行氧化反應(yīng)后反應(yīng)氣體通過排氣管路排出反應(yīng)爐。綜上所述，本發(fā)明一種提高熱氧化工藝硅片內(nèi)厚度均勻度的裝置通過在現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)爐增添了一根N2O管路，同時(shí)將N2O管路位于反應(yīng)爐的高度設(shè)置在晶舟高度的1/3到2/3之間，并在反應(yīng)過程中，將該N2O管路的氣體流量控制在一定范圍內(nèi)，可減少反應(yīng)爐底端由于氣體的消耗從而導(dǎo)致反應(yīng)爐上下不同位置處反應(yīng)氣體濃度的差異性，進(jìn)而減少了反應(yīng)氣體在硅片上生成氧化膜厚度均勻度的差異，提高了硅片的良品率和生產(chǎn)工藝。以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的實(shí)施方式及保護(hù)范圍，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識(shí)到凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氧化反應(yīng)爐，所述反應(yīng)爐內(nèi)設(shè)置有內(nèi)石英管壁、外石英管壁、晶舟和排氣管路，其特征在于，所述反應(yīng)爐內(nèi)還設(shè)置有多根特氣管路，所述特氣管路包括至少一根DCS管路和至少兩根N2O管路； 所述多跟特氣管路將反應(yīng)氣體通入由所述內(nèi)石英管壁和外石英管壁構(gòu)成的腔室內(nèi)，所述排氣管將所述腔室內(nèi)的氣體排出所述反應(yīng)爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化反應(yīng)爐，其特征在于，至少一根所述N2O管路的頂部開口端位于所述晶舟高度的1/3至2/3位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化反應(yīng)爐，其特征在于，至少一根所述DCS管路和至少一根所述N2O管路的高度均低于所述晶舟的底部表面高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化反應(yīng)爐，其特征在于，所述特氣管路設(shè)置在所述內(nèi)石英管壁與晶舟之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化反應(yīng)爐，其特征在于，所述特氣管路包括一根DCS管路、一根低N2O管路和一根高N2O管路；所述DCS管路和所述低N2O管路高度均低于所述晶舟的底部表面高度，所述高N2O管路的頂部開口端位于所述晶舟高度的1/3至2/3位置處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧化反應(yīng)爐，其特征在于，所述DCS管路通入氣體時(shí)的流量為90-1 IOslm ;所述低N2O管路通入氣體時(shí)的流量為190_220slm ;所述高N2O管路通入氣體時(shí)的流量為40-60slm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化反應(yīng)爐，其特征在于，所述反應(yīng)爐在進(jìn)行氧化工藝時(shí)，該反應(yīng)爐的沉積溫度為750°C _800°C，沉積氣壓為0.3-0.4托。
8.一種利用如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)爐進(jìn)行低壓高溫氧化的方法，其特征在于，包括以下步驟: .51、將多個(gè)硅片置入所述晶舟后，通過所述特氣管路輸將所述反應(yīng)氣體輸送至所述反應(yīng)爐中； .52、所述反應(yīng)氣體在所述反應(yīng)爐內(nèi)與所述硅片的表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，以在所述硅片的表面上生成一層氧化膜； .53、進(jìn)行氧化反應(yīng)后反應(yīng)氣體通過所述排氣管路排出所述反應(yīng)爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種立式反應(yīng)爐，尤其涉及一種氧化反應(yīng)爐及利用該反應(yīng)爐進(jìn)行氧化反應(yīng)的方法，在現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)爐增設(shè)了一根N2O管，該N2O管位于反應(yīng)爐內(nèi)的高度高于其余特氣管的高度，且該N2O管的頂部開口端位于反應(yīng)爐內(nèi)晶舟高度的1/3到2/3處。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過特氣管道往反應(yīng)爐內(nèi)通入相應(yīng)的反應(yīng)氣體，并將增設(shè)的N2O管的氣體流量控制在一定范圍內(nèi)，可減小由于反應(yīng)爐上下不同位置處反應(yīng)氣體濃度的差異性，進(jìn)而保證了各個(gè)位置處的硅片生成氧化膜厚度均勻度，提高了生產(chǎn)工藝和硅片的良品率。
文檔編號(hào)H01L21/02GK103165497SQ20131005507
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者江潤峰 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司