CN102766853B - 直立式沉积炉管 - Google Patents

Abstract

一种直立式沉积炉管，包括：外管、多分支腔体、气体输入管、尾气排出管和保温层；所述外管的一端具有开口，另一端封闭；所述多分支腔体与所述外管具有开口的一端连接，所述多分支腔体的侧壁上设置有安装通孔，用于安装所述气体输入管和尾气排出管；所述保温层位于所述多分支腔体的内壁上，所述保温层上设置有与所述安装通孔相对应的孔洞，适于所述气体输入管和尾气排出管通过所述安装通孔和孔洞延伸至所述气体反应腔。本发明通过在多分支腔体内壁上设置保温层来提高直立式沉积炉管的保温性，进而提高通过直立式沉积炉管所形成薄膜的均匀性。

Description

直立式沉积炉管

技术领域

本发明涉及半导体工艺制程领域，尤其涉及一种直立式沉积炉管。

背景技术

在半导体的制造工艺流程中，经常需要在晶圆上沉积薄膜，例如二氧化硅薄膜等。沉积薄膜的方法有多种，其中较为常见的一种方法是化学气相沉积法，化学气相沉积是将反应气体输送到高温沉积炉管，使其与炉管内的晶圆在一定条件下产生化学反应，以在晶圆表面沉积一层薄膜。

化学气相沉积方法常用的沉积炉管为直立式沉积炉管，如图1所示，直立式沉积炉管包括外管101、内管102、气体反应腔103、多分支腔体105、气体输入管107、尾气排出管109、晶舟111和基座113。其中，外管101的一端具有开口，另一端封闭；内管102的两端具有开口；多分支腔体105与所述外管101具有开口的一端连接；基座113用于支撑晶舟111，且与外管101和多分支腔体103构成气体反应腔103；晶舟111被置于气体反应腔103内，用于加载晶圆；所述气体输入管107和尾气排出管109与所述多分支腔体105相配，所述气体输入管107将沉积反应所需的反应气体输送到气体反应腔103内以进行化学反应，并在晶圆上沉积所需要的薄膜，尾气排出管109用以将沉积反应产生的副产物或未反应的气体排出气体反应腔103。

通过图1中直立式沉积炉管沉积二氧化硅薄膜时，先通过炉管基座113带动载有晶圆的晶舟111上升，晶舟111升入气体反应腔103当中，通过与多分支腔体105相配的气体输入管107向气体加热腔103内输送反应气体二氯硅烷(DCS)和氧化亚氮(N₂O)，二氯硅烷和氧化亚氮在气体反应腔103内发生化学反应，在晶圆上形成二氧化硅薄膜，沉积反应产生的副产物以及未反应的二氯硅烷和氧化亚氮通过尾气排出管109排出气体反应腔103。然而，在对晶舟111上同一批次中晶圆进行分析中发现：在靠近直立式沉积炉管底部的晶圆上形成的二氧化硅薄膜与其它位置(中部或顶部)的晶圆上形成的二氧化硅薄膜厚度相比，均匀性较差。

现有工艺中，主要通过减少梯形晶舟(ladderboat)保温桶所加载晶圆的数量或者采用环形晶舟(ringboat)保温桶来增大晶舟111上晶圆间的间距，进而改善于晶圆上二氧化硅薄膜的均匀性。然而，由于上述方法在同一批次中所处理的晶圆个数较少，进而导致在晶圆上形成二氧化硅薄膜的成本升高，不利于成本控制。

更多直立式沉积炉管的结构请参考公开号为CN201530863U的中国专利。

因此，提供一种直立式沉积炉管，以改善形成于晶圆上薄膜的均匀性，就成了亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种直立式沉积炉管，提高通过直立式沉积炉管在晶圆上形成薄膜的均匀性。

为解决上述问题，本发明提供了一种直立式沉积炉管，包括：外管、多分支腔体、气体输入管、尾气排出管以及保温层；所述外管的一端具有开口，另一端封闭；所述多分支腔体与所述外管具有开口的一端连接，所述多分支腔体的侧壁上设置有安装通孔，用于安装所述气体输入管和尾气排出管；所述保温层位于所述多分支腔体的内壁上，所述保温层上设置有与所述安装通孔相对应的孔洞，适于所述气体输入管和尾气排出管通过所述安装通孔和孔洞延伸至所述气体反应腔。

可选的，所述保温层的材质为二氧化硅。

可选的，所述保温层的厚度为3~4mm。

可选的，所述多分支腔体的材质为不锈钢。

可选的，所述安装通孔的延伸方向垂直于所述多分支腔体的侧壁。

可选的，所述孔洞的延伸方向垂直于所述保温层的侧壁。

可选的，所述安装通孔呈圆形或半圆形。

可选的，所述孔洞的形状与其相对应的安装孔洞的形状相同。

可选的，所述直立式沉积炉管还包括：气体反应腔、内管、晶舟以及基座；所述内管位于所述外管内，所述内管的两端具有开口；所述晶舟用于承载晶圆；所述基座用于支撑晶舟，并与所述外管和多分支腔体构成气体反应腔。

可选的，所述内管的材质为二氧化硅。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

(1)通过在现有直立式沉积炉管的多分支腔体内壁上设置保温层，保障加载于晶舟上的同一批次晶圆所处的反应环境温度相同，进而使同一批次晶圆上所形成薄膜的厚度一致，提高形成于晶圆上薄膜的均匀性。

(2)可选方案中，通过在多分支腔体内壁上设置化学性质稳定、保温性好的二氧化硅保温层来提高直立式沉积炉管的保温性，使加载于晶舟上的同一批次晶圆所处的反应环境温度相同，提高形成于晶圆上薄膜的均匀性。

附图说明

图1是现有的直立式沉积炉管的结构示意图；

图2为本发明直立式沉积炉管的结构示意图；

图3为图2中多分支腔体与多分支腔体内壁上保温层的侧视图；

图4为本发明一个实施例中直立式沉积炉管中多分支腔体的侧视图；

图5为本发明另一个实施例中直立式沉积炉管中多分支腔体的侧视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景部分所述，现有直立式沉积炉管在靠近直立式沉积炉管底部的晶圆上形成的二氧化硅薄膜与其它位置(中部或顶部)的晶圆上形成的二氧化硅薄膜厚度相比，均匀性较差，而通过环形晶舟或减少加载于梯形晶舟上晶圆数量，以增大晶圆间的间距的方法，虽然能够提高晶圆上二氧化硅薄膜的均匀性，但由于每一批次所处理的晶圆数量有限，导致形成晶圆上二氧化硅薄膜的成本较高，不利于成本控制。

本发明的发明人发现，利用现有的直立式沉积炉管在晶圆上形成二氧化硅薄膜时，与外管连接的金属多分支腔体由于其热传导较快，致使直立式沉积炉管底部环境温度低于其他位置(中间或顶部)的环境温度，进而导致靠近直立式沉积炉管底部的晶圆上形成的二氧化硅薄膜与其它位置的晶圆上形成的二氧化硅薄膜厚度相比，均匀性较差。由上述分析可知，可以通过提高直立式沉积炉管中多分支腔体的保温性来提高形成于晶圆上薄膜的均匀性。

基于上述分析，发明人提供了一种直立式沉积炉管，包括：外管、多分支腔体、气体输入管、尾气排出管和保温层；所述外管的一端具有开口，另一端封闭；所述多分支腔体与所述外管具有开口的一端连接，所述多分支腔体的侧壁上设置有安装通孔，用于安装所述气体输入管和尾气排出管；所述保温层位于所述多分支腔体的内壁上，所述保温层上设置有与所述安装通孔相对应的孔洞，适于所述气体输入管和尾气排出管通过所述安装通孔和孔洞延伸至所述气体反应腔。本发明通过在多分支腔体上设置保温层来提高直立式沉积炉管的保温性，进而提高形成于晶圆上薄膜的均匀性。

下面结合附图进行详细说明。

如图2所示，本实施例中直立式沉积炉管除包括外管201、内管202、气体反应腔203、多分支腔体205、气体输入管207、尾气排出管209、晶舟211以及基座213外，还包括：位于所述多分支腔体205内壁上的保温层215。图2中多分支腔体205以及位于多分支腔体205内壁上保温层215的俯视图如图3所示。

本实施例中，所述外管201为一端具有开口、另一端封闭的半封闭腔体；所述内管202的两端具有开口，所述内管202套于所述外管201内。

所述多分支腔体205为一两端具有开口的不锈钢管，所述多分支腔体205的侧壁上设置有安装通孔217，用于安装所述气体输入管207和尾气排出管209，所述多分支腔体205的一端与外管201具有开口的一端连接；所述保温层215位于所述多分支腔体205的内壁上，所述保温层215上设置有与所述安装通孔217相对应的孔洞219，适于所述气体输入管207和尾气排出管209通过所述安装通孔217和孔洞219延伸至所述气体反应腔203内；所述气体输入管207用于将沉积反应所需的反应气体输送到气体反应腔203内以进行化学反应，并在晶圆上形成所需要的薄膜；所述尾气排出管209用以将沉积反应产生的副产物或未反应的气体排出气体反应腔203。

所述晶舟211用于承载晶圆；所述基座213用于支撑晶舟211，其与多分支腔体205的另一端连接，与所述外管201和多分支腔体205构成气体反应腔203。

本实施例中，所述内管202的材质为二氧化硅，能够对气体反应腔203中的反应气体以及加载于晶舟211上的晶圆进行保温，以利于晶圆上薄膜的沉积。

本实施例中，所述保温层215的材质为二氧化硅，所述保温层215的厚度d为3~4毫米(mm)。

由于二氧化硅具有性质不活泼、不易与水和大部分酸性溶液发生反应以及保温性好等优点，在多分支腔体205内壁上设置二氧化硅保温层215能够保障直立式沉积炉管中各处的温度相同，使加载于晶舟211上同一批次晶圆所处的反应温度相同，进而使同一批次晶圆上所形成薄膜的厚度一致，提高形成于晶圆上薄膜的均匀性。

本实施例中，所述安装通孔217的延伸方向与所述多分支腔体205的侧壁垂直(即)，相应的，所述孔洞219的延伸方向也与所述保温层215的侧壁垂直(即α=90°)。

在其他实施例中，所述安装通孔217的延伸方向与所述多分支腔体205的侧壁的夹角还可以根据实际工艺需要进行调整，相应的，所述孔洞219的延伸方向与所述保温层215的侧壁的夹角α也需根据安装通孔217的延伸方向与所述多分支腔体205的侧壁的夹角进行调整，以满足

参考图4，为本发明一个实施例中直立式沉积炉管中多分支腔体205的侧视图，本实施例中，所述安装通孔217的形状呈半圆形；相应的，与安装通孔217相对应孔洞219的形状也呈半圆形。

参考图5，为本发明另一个实施例中直立式沉积炉管中多分支腔体205的侧视图，本实施例中，所述安装通孔217的形状呈圆形；相应的，与安装通孔217相对应孔洞219的形状也呈圆形。

在其他实施例中，所述孔洞的形状与其相对应的安装通孔的形状相同，其还可以根据气体输入管207和尾气排出管209的外壁形状进一步确定。

上述实施例中，通过在现有沉积炉管的多分支腔体内壁设置二氧化硅保温层，确保直立式沉积炉管底部反应气体的温度与其他部分(中间或顶部)反应气体的温度一致，保障反应腔内反应气体在适合的反应温度发生化学反应，提高形成于同一批次晶圆上薄膜的均匀性。

以下以上述直立式沉积炉管形成二氧化硅薄膜为例，对本发明直立式沉积炉管的应用及效果进一步说明。

首先，将加载有晶圆的晶舟211放置于基座213上，晶舟211上的晶圆具有硅衬底；

接着，将基座213上升，通过晶舟211将晶圆置于气体反应腔203内，所述基座213与外管201和多分支腔体205构成密闭空间；

再接着，对上述直立式沉积炉管进行升温操作，将直立式沉积炉管内的温度升至适合的反应温度，例如600～900°С；

然后，通过气体输入管207向直立式沉积炉管的气体反应腔203中通入反应气体，例如二氯硅烷和氧化亚氮，在硅衬底表面形成二氧化硅薄膜，同时，通过尾气排出管209将沉积反应产生的副产物或未反应的气体排出气体反应腔203。

上述形成二氧化硅薄膜的过程中，由于保温层215能够对直立式沉积炉管底部进行保温，其能够保障气体反应腔203内反应气体在适合的反应温度发生化学反应，进而在晶圆上沉积均匀性好的氧化硅薄膜。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种直立式沉积炉管，包括外管、多分支腔体、气体输入管以及尾气排出管；所述外管的一端具有开口，另一端封闭；所述多分支腔体与所述外管具有开口的一端连接，且所述多分支腔体的侧壁上设置有安装通孔，用于安装所述气体输入管和尾气排出管；

其特征在于，还包括：位于所述多分支腔体的内壁上的保温层，所述保温层上设置有与所述安装通孔相对应的孔洞，适于所述气体输入管和尾气排出管通过所述安装通孔和孔洞延伸至所述气体反应腔；

所述保温层的厚度为3～4mm。

2.如权利要求1所述的直立式沉积炉管，其特征在于，所述保温层的材质为二氧化硅。

3.如权利要求1所述的直立式沉积炉管，其特征在于，所述多分支腔体的材质为不锈钢。

4.如权利要求1所述的直立式沉积炉管，其特征在于，所述安装通孔的延伸方向垂直于所述多分支腔体的侧壁。

5.如权利要求4所述的直立式沉积炉管，其特征在于，所述孔洞的延伸方向垂直于所述保温层的侧壁。

6.如权利要求1所述的直立式沉积炉管，其特征在于，所述安装通孔的形状呈圆形或半圆形。

7.如权利要求6所述的直立式沉积炉管，其特征在于，所述孔洞的形状与其相对应的安装孔洞的形状相同。

8.如权利要求1所述的直立式沉积炉管，其特征在于，所述直立式沉积炉管还包括：气体反应腔、内管、晶舟以及基座，所述内管套于所述外管内，所述内管的两端具有开口；所述晶舟用于承载晶圆；所述基座位于所述晶舟下方，用于支撑晶舟以及与所述外管和多分支腔体构成气体反应腔。

9.如权利要求8所述的直立式沉积炉管，其特征在于，所述内管的材质为二氧化硅。