CN102383197B - 用工艺气体处理基底的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用工艺气体处理基底的方法，属于表面处理技术领域，其可解决现有的用工艺气体处理基底的方法不能兼具良好的均匀性和高产能的问题。本发明的用工艺气体处理基底的方法包括：将设有至少两个待处理的基底的处理设备的腔室加热到第一温度，各所述基底表面相对且相间隔的排成至少一列；将所述腔室以第一冷却速度冷却到第二温度，该第一冷却速度足够大以使所述基底中部的温度高于其周边部的温度；在所述基底中部的温度高于其周边部的温度的情况下，向所述腔室通入工艺气体以处理所述基底。本发明可用于半导体工艺领域中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用工艺气体处理基底的方法，尤其涉及用于半导体工艺领域的用工艺气体处理基底的方法。
背景技术
用工艺气体对基底进行处理是半导体工艺领域的一种常用工艺。例如，用三氯氧磷(PCLO3)气体和氧气对晶圆进行掺杂，其中三氯氧磷与氧气反应生成五氧化二磷，五氧化二磷再与晶圆中的硅反应生成磷，磷经退火扩散到晶圆内部生成导电层(N层)，完成掺杂。
如图1所示，现有的三氯氧磷掺杂通常在炉管1中进行，多片晶圆5设在石英舟3上，并沿炉管1的腔室2排成一列，相邻晶圆5的表面相对且相间隔，石英舟3两端设有挡片4；如图2所示，进行掺杂时腔室2从700℃的待机温度(腔室2通常保持在此温度，晶圆5也在此温度进/出炉)升温至900℃的工艺温度，并保温一段时间以使晶圆5各部分的温度达到均匀，之后从炉管1的一端通入三氯氧磷气体和氧气，反应一段时间(在反应时间内保持腔室2温度稳定)后停止通气，降温至待机温度，取出晶圆5完成掺杂。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：如果各晶圆间的间隔较小，则晶圆间的气体流动会受到较大限制，这样在反应过程中到达晶圆中部的气体量就少于到达晶圆周边部的气体量，从而使晶圆中部的掺杂浓度低于其周边部的掺杂浓度，造成掺杂不均匀；而如果扩大晶圆间的间隔或采用其它的方式排列晶圆，则会使每炉能处理的晶圆数量减少，降低产能。
发明内容
本发明的实施例提供一种用工艺气体处理基底的方法，其可同时达到较好的处理均匀性和较高的产能。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种用工艺气体处理基底的方法，包括：
将设有至少两个待处理的基底的处理设备的腔室加热到第一温度；各所述基底表面相对且相间隔的排成至少一列；
将所述腔室以第一冷却速度冷却到第二温度，该第一冷却速度足够大以使所述基底中部的温度高于其周边部的温度；
在所述基底中部的温度高于其周边部的温度的情况下，向所述腔室通入工艺气体以处理所述基底。
由于在本发明的实施例的用工艺气体处理基底的方法中，基底在与工艺气体接触时中间部的温度高于周边部的温度，而工艺气体在温度高的区域反应较快，从而弥补因了工艺气体分布不均造成的不均匀现象，可同时达到较好的处理均匀性和较高的产能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为炉管和其中排布的晶圆的结构示意图；
图2为现有的用三氯氧磷对晶圆进行掺杂的方法的工艺曲线；
图3为本发明实施例一的用三氯氧磷对晶圆进行掺杂的方法的工艺曲线；
图4为本发明实施例二的用硅烷气体在半导体基片上生长多晶硅的方法的工艺曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种用工艺气体处理基底的方法，包括：
将设有至少两个待处理的基底的处理设备的腔室加热到第一温度；各所述基底表面相对且相间隔的排成至少一列；
将所述腔室以第一冷却速度冷却到第二温度，该第一冷却速度足够大以使所述基底中部的温度高于其周边部的温度(由于基底排成一列，故降温时必然周边部温度降低较快而中部温度降低较慢)；
在所述基底中部的温度高于其周边部的温度的情况下，向所述腔室通入工艺气体以处理所述基底。
由于在本发明的实施例的用工艺气体处理基底的方法中，基底在与工艺气体接触时中间部的温度高于周边部的问题，而工艺气体在温度高的区域反应较快，从而弥补因了工艺气体分布不均造成的不均匀现象，可同时达到较好的处理均匀性和较高的产能。
实施例一
本发明实施例提供一种用三氯氧磷对晶圆进行掺杂的方法，其包括：
步骤1、在700℃的待机温度下，将装有多片直径6英寸的晶圆的石英舟缓慢移入炉管的腔室中，各晶圆在石英舟上表面相对地排成一列，两相邻晶圆间的距离为4.76毫米，在一列晶圆的两端各设置一块挡片，挡片与相邻晶圆间的距离也为4.76毫米(这样设置挡片是为了保证处于列端部的晶圆的外表面获得均匀的处理)。
步骤2、以5℃/min的加热速度将炉管的腔室加热至1050℃。
步骤3、在1050℃保温20min，以使每片晶圆各部分的温度均匀。
步骤4、以10℃/min的冷却速度冷却腔室至950℃，以使晶圆中部的温度高于其周边部的温度。
步骤5、待腔室降温至950℃时，从腔室的一端通入氧气和三氯氧磷气体，同时开始以6℃/min的冷却速度冷却腔室；其中氧气通入量为1SLM(L/min)，三氯氧磷气体被载气(此处使用氮气)从装有液态三氯氧磷的源瓶中带入腔室，氮气的流量为10到16SLM。
步骤6、待达到预定的掺杂量后停止通三氯氧磷气体和氧气，继续使腔室降温至700℃的待机温度，移动石英舟取出晶圆，完成。
实施例二
本发明实施例提供一种用硅烷气体在半导体基片上生长多晶硅的方法，包括：
步骤1、在600℃的待机温度下，将装有多片半导体基片的石英舟缓慢移入炉管的腔室中，各基片的排列方式与实施例一中的晶圆的排列方式相同。
步骤2、以6℃/min的加热速度将炉管的腔室加热至900℃。
步骤3、在900℃保温20min，以使每片半导体基片各部分的温度均匀。
步骤4、以8℃/min的冷却速度冷却腔室至700℃，以使半导体基片中部的温度高于其周边部的温度。
步骤5、待腔室降温至700℃时，向腔室通入硅烷，同时开始以4℃/min的冷却速度冷却腔室；其中硅烷通入量为0.1SLM，硅烷在半导体基片表面分解为硅和氢气，硅沉积成为多晶硅。
步骤6、待生长了预定厚度的多晶硅层后停止通硅烷，继续使腔室降温至600℃的待机温度，移动石英舟取出半导体基片，完成。
显然，上述两实施例中的许多参数都可在一定范围内变化，例如，基底尺寸、基底间隔、各温度、加热速度、冷却速度、保温时间、气体流量等。且上述两实施例中的工艺过程也可进行本领域技术人员公知的变化，例如：腔室中可设有多列基底，每列中的各基底均表面相对且相间隔的排列，且每列基底的两端均设有挡片；气体可从不同位置通入腔室中；腔室中各部分的温度可不同从而形成温度梯度；在腔室降到第二温度后，可先保温一段时间或以不同的冷却速度冷却一段时间后再开始通入工艺气体(当然，该保温或冷却后仍要保证基底中部的温度高于其周边部的温度)；在开始通入工艺气体后，腔室的温度可按不同的冷却速度分段下降，也可进行一些保温或升温的过程(例如可在反应初期利用基底的温度差使基底中部的反应速度高于周边部的反应速度，之后保温使基底的温度均匀，并利用气体浓度的差别使基底中部的反应速度低于周边部的反应速度，两段反应相结合最终得到反应均匀基底)；在停止通入工艺气体后，还可进行一系列的加热、冷却、保温等过程。但不论如何变化，只要方法中包括将腔室冷却从而使基底中部的温度高于其周边部的温度，并在基底存在上述温度差的情况下通入工艺气体的步骤，即属于本发明的保护范围。
显而易见，本发明的方法也可被用于除上述实施例外的其它处理工艺中，例如：表面反应(如氧化、氮化等)、表面渗入(如渗氮、渗碳等)、外延生长、薄膜生长、薄膜沉积、腐蚀、刻蚀等。其中所用的工艺气体也可包括水蒸气、氨气、氮气、二氯乙烷、锗烷、磷烷、氧化锑、氯化氢等；基底也可为单质半导体、化合物半导体、晶片、陶瓷、金属、合金、有机材料、高分子材料、复合材料等；处理设备也可为方形炉、马蹄形炉、氧化设备、刻蚀设备、沉积设备、表面反应设备等。只要是使用工艺气体对多个基底进行处理，而各基底表面相对且相间隔的排列，就可使用本发明的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用工艺气体处理基底的方法，其特征在于，包括：
将设有至少两个待处理的基底的处理设备的腔室加热到第一温度；各所述基底表面相对且相间隔的排成至少一列；
将所述腔室以第一冷却速度冷却到第二温度，该第一冷却速度足够大以使所述基底中部的温度高于其周边部的温度；
在所述基底中部的温度高于其周边部的温度的情况下，向所述腔室通入工艺气体以处理所述基底。
2.根据权利要求1所述的用工艺气体处理基底的方法，其特征在于，所述处理设备为炉管。
3.根据权利要求1或2所述的用工艺气体处理基底的方法，其特征在于，所述第一冷却速度为6℃/分钟至12℃/分钟。
4.根据权利要求1或2所述的用工艺气体处理基底的方法，其特征在于，所述第一冷却速度为8℃/分钟至10℃/分钟。
5.根据权利要求1或2所述的用工艺气体处理基底的方法，其特征在于，在所述将处理设备的腔室加热到第一温度和将所述腔室以第一冷却速度冷却到第二温度之间，还包括：
将所述腔室在第一温度保温第一时间，以使所述基底各部分的温度均匀。
6.根据权利要求5所述的用工艺气体处理基底的方法，其特征在于，所述第一时间为20分钟。
7.根据权利要求1或2所述的用工艺气体处理基底的方法，其特征在于：
在向所述腔室通入工艺气体的同时开始以第二冷却速度冷却所述腔室，所述第二冷却速度小于第一冷却速度。
8.根据权利要求7所述的用工艺气体处理基底的方法，其特征在于，所述第二冷却速度为4℃/分钟至6℃/分钟。
9.根据权利要求7所述的用工艺气体处理基底的方法，其特征在于，所述第二冷却速度为5℃/分钟。
10.根据权利要求1所述的用工艺气体处理基底的方法，其特征在于，包括：
将设有至少两个晶圆的炉管的腔室加热到1050℃；各所述晶圆表面相对且相间隔的排成至少一列；
将所述腔室在1050℃保温20分钟，以使所述晶圆各部分的温度均匀；
将所述腔室以8℃/分钟至10℃/分钟的冷却速度冷却到950℃，以使所述晶圆中部的温度高于其周边部的温度；
在所述晶圆中部的温度高于其周边部的温度的情况下，向所述腔室通入氧气和三氯氧磷气体，同时开始以5℃/分钟的冷却速度冷却所述腔室。
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