CN103280418B - 高温氧化设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子制造领域，确切的说，本发明具体涉及一种高温氧化设备，包括一立式筒状晶舟，通过在晶舟内设置多个自顶部半径至底部半径递增的圆台状的支撑环用以放置晶圆，同时保证每个支撑环斜面与晶舟内壁具有一倾斜角度α。在进行高温氧化工艺时，通入反应气体至晶舟内，由于支撑环具有一斜面，使得反应气体能够较容易流通至晶圆表面的中心位置处，减小了晶圆上表面边缘位置处与中心位置处的反应气体浓度差，进而在晶圆表面生长一层厚度较均匀的氧化膜，提高器件性能同时提升了生产工艺。

Description

高温氧化设备

技术领域

本发明涉及微电子制造领域，确切的说，本发明具体涉及一种高温氧化设备。

背景技术

随着微电子领域的技术不断进步，对晶圆的工艺水平要求也越来越高。在某些生产工艺中，需要进行HTO(HighTempOxidation，高温氧化)工艺在晶圆表面生长一层氧化膜并进行后续的工艺。高温氧化工艺由于氧化速度快、工艺简单被广泛应用为薄膜夹层电解质（thinfilminterlayerdielectric），栅极晶体管之间间隔（spacerbetweengatetransistors），围绕多晶硅导线（surroundingpoly-siinterconnectline）等生产技术中。在传统技术中在晶圆表面生成氧化膜的方法一般是将晶圆放置于晶舟内支撑架上方，然后通入反应气体，反应气体与在晶圆上表面硅产生反应进而在晶圆的表面生成一层氧化膜。但是传统技术中的高温氧化反应腔室内的晶舟一般呈梯形分布，晶舟上放置的晶圆上下相邻的晶圆的各片位置处的距离相等，气体不容易流通至晶圆表面的中心位置处，导致在通入反应气体后晶圆上表面中心位置处的反应气体浓度小于边缘位置处的气体浓度，进而造成晶圆上表面边缘位置处生长的氧化膜厚度比晶圆上表面中心位置处生长的氧化膜厚度要厚，进而影响器件的性能。

图1为传统技术中高温氧化反应腔室的侧视图，如图1所示，传统的晶舟呈梯形分布，包括侧壁1和多个在竖直方向上等距离平行排列的支撑架2且每个支撑架垂直固定在晶舟侧壁1的内壁11上。同一高度处的支撑架2上放置有晶圆3，且每上下相邻两个晶圆中心的距离D1等于相邻2个晶圆边缘的距离D2。

图2为传统技术中高温氧化反应腔室的俯视图，如图所示，晶舟内壁11内相同高度处垂直固定有多个支撑架2，相同高度处的支撑架2上放置有晶圆3。

图3为传统技术中的高温氧化反应腔室通入反应气体后的气体流动方向示意图，如图可见，气体在流动过程中不容易流通至晶圆3的中心位置处，进而造成晶圆3上表面边缘位置处的反应气体浓度大于晶圆上表面中心位置处的气体浓度，从而容易导致晶圆3上表面边缘位置处生长的氧化膜的厚度要大于晶圆中心处的氧化膜厚度。

图4为传统技术中立式高温氧化反应腔室在进行高温氧化工艺时晶圆表面生成氧化膜的示意图，如图所示，在进行高温氧化工艺后，晶圆的表面生成有一氧化膜4，晶圆表面边缘位置处的氧化膜4的厚度要大于晶圆3中心处氧化膜的厚度，这是由于在进行高温氧化工艺时，反应气体在流通过程中不容易流通至晶圆3上表面中心位置处，导致反应气体与晶圆上表面边缘位置和中心处的产生一定的浓度差，从而增大了晶圆上表面边缘位置处与中心处生成的氧化膜厚度均匀度差异。

中国专利（申请号：03148087.X）公开了一种提高热氧化均匀度的方法及氧化腔室系统，从氧化腔室腔室管进气口输入氢焰和氧气；将上述气流导向腔室管壁,使其充分散热;氧化腔室边段电偶感应过热气流，通过改变边缘加热功率平衡气流带入的热量；阻挡并吸收氢焰发出的红外辐射；提高腔室管内的压力，降低氢气喷入腔室管的速度;在腔室管的恒温区完成热氧化。

但是该发明提供的反应腔室制造成本较高，且生产工艺比较繁琐，同时该发明在进行高温氧化工艺时，也难以保证反应气体更好的进入晶圆中心位置处，从而造成晶圆表面中心位置处与边缘位置处生长的氧化膜厚度差异性较大，影响了产品的良率。

发明内容

本发明根据传统技术的不足提供了一种提高温氧化设备，通过在晶舟内设置多个圆台状的环形支撑环，且该支撑环斜壁与晶舟内壁保持一定角度，在通入反应气体进行高温氧化工艺时，气体容易流通至晶圆表面的中心位置处，进而减小了晶圆表面反应气体的浓度差，使得晶圆表面不同位置处生长的氧化膜厚度更加均匀，进而提高器件性能及生产工艺。

为了实现以上目的本发明采用的技术方案为：

一种高温氧化设备，其中，所述高温氧化设备用于提高硅片上方所沉积的薄膜的厚度的均匀性；

其中，所述高温氧化设备包括一立式筒状晶舟，所述晶舟内设置有多个在竖直方向上等距离平行排列的支撑环，所述支撑环上下均匀排列分布于所述晶舟内；

每个所述支撑环均为圆台状的环形支撑环，且每个支撑环的半径自顶部向底部逐步递增，支撑环底部的半径与晶舟的内径相同，从而将支撑环的底部的周边连接在晶舟的内壁上。

如上所述的高温氧化设备，其中，每个所述支撑环的斜壁与所述晶舟的内壁之间的夹角皆为70°～80°。

如上所述的高温氧化设备，其中，每个所述支撑环顶部和底部均设置有开口。

如上所述的高温氧化设备，其中，所述晶舟为石英晶舟。

如上所述的高温氧化设备，其中，所述支撑环的顶部放置有晶圆，且上下相邻的两个晶圆各自中心处之间距离，要大于下方晶圆边缘位置处与用于承载上方晶圆的支撑环的侧壁之间的距离。

如上所述的高温氧化设备，其中，所述晶舟内壁和外壁之间为空心结构。

如上所述的高温氧化设备，其中，所述晶舟的底端上设置有进气孔。

如上所述的高温氧化设备，其中，以环绕的方式在晶舟的位于上下相邻的支撑环之间的内壁上设置有多个排气孔。

由于本发明将传统高温氧化反应腔室晶舟内的支撑架替换为圆台状的环形晶舟，在进行高温氧化工艺时，可使得反应气体在容易流通至晶圆中心位置处，进而保证在晶圆上表面生成氧化膜厚度的均匀度，提升了生产工艺，保证了产品的良率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为传统技术中高温氧化反应腔室的侧视图；

图2为传统技术中高温氧化反应腔室的俯视图；

图3为传统技术中高温氧化反应腔室在进行高温氧化工艺时反气体流动方向的示意图；

图4为传统技术中高温氧化反应腔室在进行高温氧化工艺时晶圆表面生成氧化膜的示意图；

图5为本发明一种高温氧化设备的侧视图；

图6为本发明一种高温氧化设备的俯视图；

图7为本发明一种提高温氧化设备的支撑环的主视图；

图8为本发明一种高温氧化设备在进行高温氧化工艺时晶圆表面生成氧化膜的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

图5为本发明一种高温氧化设备的侧视图，如图5所示，该高温氧化设备包括一立式筒状晶舟，该晶舟为石英晶舟，包括一侧壁10，其中，该晶舟侧壁10的内壁12与外壁13之间为空心结构，且上下相邻两个支撑环5之间的晶舟内壁12上环绕设置有多个孔径大小相等的排气孔。

晶舟侧壁10的内壁12设置有多个在竖直方向上等距离平行排列的支撑环5，各支撑环5上下均匀排列分布于晶舟内且每个支撑环5的形状结构完全相同。

在本发明的实施例中，每个支撑环5均为圆台状的环形支撑环，且支撑环5的顶部和底部皆设置有开口，支撑环5的顶半径至底部半径逐渐递增。且支撑环5底部的半径与晶舟内壁的内径相同，从而将支撑环的底部的周边连接在晶舟的内壁12上，以固定支撑环5。

每个支撑环5的斜壁与晶舟内壁12均有一夹角α，优选的，该角度α为70°～80°。支撑环5顶部放置有晶圆3，上下相邻的两个晶圆各自中心处之间距离D1′大于下方晶圆边缘位置处与用于承载上方晶圆的支撑环5的侧壁之间的距离D2′，即D1′＞D2′。

图6为本发明一种高温氧化设备的俯视图，如图所示，该高温氧化设备包括一筒状晶舟，该晶舟内壁12设置有圆台形状的支撑环，该支撑环为圆台形状的环形支撑环5，且每个支撑环的半径自顶部向底部逐步递增，支撑环5底部的半径与晶舟内壁12的半径相同，从而将支撑环的底部的周边连接在晶舟的内壁上。图7为本发明一种提高温氧化设备的支撑环的主视图，如图所示，该支撑环5为圆台状的环形支撑环，且每个支撑环5顶部的内圈8半径自底部外圈7半径递增且每个支撑环5的高度自中心向边缘位置处逐渐递减且该支撑环5顶部和底部均设置有开口。

图8为本发明一种高温氧化设备在进行高温氧化工艺时晶圆生成氧化膜的示意图，如图所示，在进行高温氧化工艺前，将晶圆3放置在圆台状支撑环5的顶部；

由于支撑环5斜壁与晶舟内壁12具有一定角度α（70°＜α＜80°），在将晶圆3放置在支撑环5顶部时，上下相邻的晶圆3、支撑环5和晶舟内壁12构成了一拱形区域。在晶舟侧壁1内通入反应气体，反应气体通过晶舟内壁12的排气孔流通至上下相邻的晶圆3和支撑环5构成的拱形区域，如图所示，气体在此拱形区域内可更好的进行流通至晶圆3的表面的中心位置处，最终于晶圆3上表面形成一厚度较均匀的氧化膜6。同时由于本发明采用环形支撑环来固定晶圆，在进行高温氧化工艺时，气体能够更均匀在晶圆表面流通，进一步保证了晶圆表面生成氧化膜的厚度均匀度。

下面提供一实施例来对本发明进行进一步阐述，采用本发明提供的一种高温氧化设备进行高温氧化工艺时，具体包括以下步骤：

步骤S1、提供一立式筒状晶舟，该晶舟10侧壁为空心结构，晶舟内上下排列分布有多个圆台状的支撑环5，且每个支撑环5的顶部半径至底部半径逐渐递增，故每支撑环5都有一斜壁，支撑环5斜壁与晶舟1侧壁具有一角度α，在本发明的实施例中，优选的，该角度α为70°至80°（如70°，75°，80°等值）；每上下相邻支撑环之间的晶舟内壁12上设置有多个排气孔，且每个排气孔的孔径大小皆相等；

将晶圆3平放在反应腔室内支撑环5顶部，由于每个支撑环5顶部8半径至底部7半径递增，且每个支撑环5的高度自中心向边缘位置处递减且支撑环顶部和底部皆设置有开口，故上下相邻的晶圆3、支撑环5和晶舟内壁12共同构成了一片拱形区域，且相邻两晶圆中心处的距离D1′大于下方晶圆边缘位置处与正上方晶舟的距离D2′，即D1′＞D2′如图5所示结构。

步骤S2、通过晶舟侧壁10底端的进气孔通入反应气体至晶舟1内壁与外壁的空心结构内，反应气体在该空心结构内流通并通过晶舟内壁12环绕设置的排气孔进入上下相邻的晶圆3和支撑环5构成的拱形区域并在晶圆3表面生成一层氧化膜6。

由于支撑环5斜壁与晶舟内壁12的角度为70°至80°，同时由于相邻两晶圆中心处的距离D1′大于下方晶圆边缘位置处与正上方晶舟的距离D2′，在进行高温氧化工艺时反应气体顺着支撑环5的斜壁进行流动容易流通至晶圆3表面的中心位置处，进而在晶圆3表面各位置处生成一厚度较均匀的氧化膜6，如图8所示结构。

同时本领域技术人员还发现，若支撑环5斜壁与晶舟1内壁之间的角度小于70°时，支撑环5顶部开口较大可能无法放置晶圆以进行高温氧化工艺；同时，若支撑环5斜壁与晶舟1内壁之间的角度大于80°时无法保证在进行高温氧化工艺时晶圆的稳定性，故支撑环5斜壁与晶舟1内壁之间的角度为70°～80°为最优技术方案，不仅保证了在进行高温氧化工艺时晶圆的稳定性，同时使得气体容易流通至晶圆3表面的中心位置处，进而减小了晶圆3表面不同位置处的反应气体浓度差，在晶圆3表面生成一层厚度较均匀的氧化膜6。

步骤S3、将气体排出，并进行后续工艺，在此不再赘述。

综上所述，由于本发明采用了以上技术方案，在进行高温氧化工艺时，可使反应气体更好的在晶舟内进行流通，减小晶圆上表面边缘位置处与中心处的气体浓度差，进而在晶圆表面生成一层厚度较均匀的氧化膜，保证了晶圆上表面各位置处生长的氧化膜厚度的均匀性，进而提升了生产工艺。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合传统技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种高温氧化设备，其特征在于，用于提高硅片上方所沉积的薄膜的厚度的均匀性，所述高温氧化设备包括一立式筒状晶舟，所述晶舟内设置有多个在竖直方向上等距离平行排列的支撑环，所述支撑环上下均匀排列分布于所述晶舟内，以环绕的方式在所述晶舟的位于上下相邻的所述支撑环之间的内壁上设置有多个排气孔；

每个所述支撑环均为圆台状的环形支撑环，且每个支撑环的半径自顶部向底部逐步递增，支撑环底部的半径与晶舟的内径相同，从而将支撑环的底部的周边连接在晶舟的内壁上。

2.根据权利要求1所述的高温氧化设备，其特征在于，每个所述支撑环的斜壁与所述晶舟的内壁之间的夹角皆为70°至80°。

3.根据权利要求1所述的高温氧化设备，其特征在于，每个所述支撑环顶部和底部均设置有开口。

4.根据权利要求1所述的高温氧化设备，其特征在于，所述晶舟为石英晶舟。

5.根据权利要求1所述的高温氧化设备，其特征在于，所述支撑环的顶部放置有晶圆，且上下相邻的两个晶圆各自中心处之间距离，要大于下方晶圆边缘位置处与用于承载上方晶圆的支撑环的侧壁之间的距离。

6.根据权利要求1所述的高温氧化设备，其特征在于，所述晶舟内壁和外壁之间为空心结构。

7.根据权利要求1所述的高温氧化设备，其特征在于，所述晶舟的底端上设置有进气孔。