CN103715067A - 一种提高成膜均匀性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高工艺膜厚均匀性的方法，其在根据主工艺要求设定的工艺参数完成主工艺步骤后，继续保持与主工艺相同的温度和压力，进行仅通反应保护气体的退火稳定步骤，其中，退火稳定步骤气体流量和工艺时间，取决于退火稳定步骤完成后需达到的主工艺气体流量和时间；最后再进行降低反应腔室内的温度，继续通入反应保护气体，和/或将反应管内压力恢复至常压。因此，本发明通过在主工艺步骤后增加了退火工艺步骤，同时，通过分温区精确控制工艺过程中温度和气体流量而形成稳定温场和气流，提高了工艺硅片内/间的均匀性，该方法可行性强和重复性高，在不改变硬件条件下，对提高成膜质量效果显著。

Description

一种提高成膜均匀性的方法
技术领域
本发明涉及半导体器件及加工制造领域，更具体地说，涉及半导体集成电路设备控制成膜均匀性的方法。
背景技术
在半导体和集成电路的制造中,广泛使用晶片处理反应器系统和方法。作为制造半导体和集成电路的一个步骤，晶片处理系统的一个具体形式为使用氧化或化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition简称，CVD），即把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸汽及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。
在本领域技术人员清楚，通常对于氧化膜层厚度要求的质量参数，主要有硅片单片均匀性、片间均匀性及批次间的均匀性。
为了更好地控制膜厚均匀性，一般从几个方面下手：
①、控制工艺过程中温度的控制准确度和精度，形成稳定温场；
②、控制气流，形成稳定的气流场；
③、优化工艺步骤。
然而,在基片表面上反应或沉积的氧化膜对硅片或器件起保护、钝化、绝缘、缓冲介质等作用，在氧化工艺中，关键的质量参数之一为氧化层的厚度均匀性和重复性，这些参数的控制主要与氧化温度、气体流量控制、自然氧化层控制等有很大的关系，随着半导体工艺的发展，要求氧化层的厚度越来越薄，在几个纳米的数量级内，需要很好地控制氧化膜的厚度均匀性，以达到客户对于工艺的要求，难度非常大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高工艺膜厚均匀性的方法，其通过在主工艺步骤后增加了退火工艺步骤，提高了工艺硅片内/间的均匀性，该方法可行性强和重复性高，在不改变硬件条件下，对提高成膜质量效果显著。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种提高工艺膜厚均匀性的方法，包括：
步骤S1：通过传输系统的机械手将需处理的半导体硅片放置在晶舟上，并通过升降机构将晶舟送进反应腔室内；
步骤S2：根据主工艺要求设定的工艺参数，进行主工艺步骤；其中，主工艺设定的工艺参数包括反应腔室内的温度、通入主工艺气体的种类和浓度，反应时间和/或将反应管内压力抽至反应压力值；
步骤S3：主工艺完成后，继续保持与主工艺相同的温度和压力，进行仅通反应保护气体的退火稳定步骤，其中，退火稳定步骤气体流量和工艺时间，取决于退火稳定步骤完成后需达到的主工艺气体流量和时间；
步骤S4：降低反应腔室内的温度，继续通入反应保护气体，和/或将反应管内压力恢复至常压；
步骤S5：通过升降机构将晶舟移出所述反应腔室，通过机械手将已处理的硅片从晶舟上取出。
优选地，所述保护气体为氮气和/或惰性气体的一种或多种。
优选地，所述步骤S3中的保护气体的总流量与步骤S2中气体总流量相同。
优选地，所述步骤S2中，所通主工艺气体中包括保护气体，所述步骤S3中的保护气体的总流量与步骤S2中气体总流量相同。
优选地，在所述步骤S3中，稳定退火步骤的工艺时间为5～10分钟。
优选地，所述主工艺为淀积工艺和/或热氧化扩散工艺。
优选地，所述主工艺温度通过反应腔内每个温区温度相同的目标设定值调控。
优选地，所述工艺温度和气体流量相对于每个温区均保持一致。
优选地，所述退火稳定步骤完成后需达到的主工艺气体浓度为45～70%，进一步地，退火稳定步骤完成后需达到的主工艺气体浓度下降三分之一。
从上述技术方案可以看出，本发明通过在主工艺步骤后增加了退火工艺步骤，同时，通过分温区精确控制工艺过程中温度和气体流量而形成稳定温场和气流，提高了工艺硅片内/间的均匀性，该方法可行性强和重复性高，在不改变硬件条件下，对提高成膜质量效果显著。
附图说明
图1为本发明提高工艺膜厚均匀性的方法一较佳实施例的流程示意图
具体实施方式
本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
请参阅图1,图1为本发明提高工艺膜厚均匀性的方法一较佳实施例的流程示意图。如图所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1：通过传输系统的机械手将需处理的半导体硅片放置在晶舟上，并通过升降机构将晶舟送进反应腔室内。
在该步骤中，对反应腔室的工艺温度和气体流量控制精度要求比较高,例如,如果是采用目前比较普遍的5个温区升温的话,主工艺温度通过反应腔内每个温区温度相同的目标设定值进行调控,以使每个温区的在反应的各个步骤中，温度均保持一致。
步骤S2：根据主工艺要求设定的工艺参数，进行主工艺步骤；其中，主工艺设定的工艺参数包括反应腔室内的温度、通入主工艺气体的种类和浓度，反应时间和/或将反应管内压力抽至反应压力值。
具体地，主工艺步骤可以是淀积工艺,也可以为热氧化扩散工艺。本实施例所适用的工艺温度也很广泛，例如:300～350的低温反应工艺,600～650的高温反应工艺,以及700～1000度以上的超高温反应工艺。
所通气体的主工艺气体，也可适当混合一定比例保护气体进行稀释,以达到反应所需的浓度；通入主工艺气体的种类和浓度，反应时间和将反应管内压力抽至反应压力值可以根据工艺所需的参数设定,在此不再赘述。
步骤S3：主工艺完成后，继续保持与主工艺相同的温度和压力，进行仅通反应保护气体的退火稳定步骤，其中，退火稳定步骤气体流量和工艺时间，取决于退火稳定步骤完成后需达到的主工艺气体浓度。
在该步骤中,主工艺气体已停止进入,仅通入保护气体,这种情况下,主工艺气体的浓度会逐步下降,通常为主工艺气体浓度为45～70%比较合适,在一些实施例中,可以下降到原来的三分之一左右。
保护气体可以为氮气和/或惰性气体的一种或多种。较佳地,步骤S3中的保护气流总流量与步骤S2中气体总流量相同,也就是说,如果在主工艺步骤中有部分保护气体输入的话,步骤S3中的保护气体就只需要增加输入主工艺气体中反应气体的流量即可,如果在主工艺步骤中没有保护气体输入的话,步骤S3中的保护气体就需要增加输入主工艺气体中反应气体的流量即可。一般情况下,稳定退火步骤的工艺时间限定在为5～10分钟为佳。
步骤S4：降低反应腔室内的温度，继续通入反应保护气体，和/或将反应管内压力恢复至常压；
步骤S5：通过升降机构将晶舟移出所述反应腔室，通过机械手将已处理的硅片从晶舟上取出。
上述两个步骤均为常规工艺步骤,在此不再赘述。下面通过三个不同主工艺温度为具体的实施步骤进行详细说明。
实施例1:
在本实施例中,主工艺步骤为氧化工艺，反应温度为700～1100℃，通主工艺气体O2，流量为3～20SLM，反应时间为20～60分钟。在工艺过程中，升高反应腔内的温度，从600～650℃升至反应温度700～1100℃，通入高纯N2，流量为5～30SLM，也可通入少量氧气，流量为100～500SCCM。主工艺后的退火稳定步骤为：通入高纯N2，温度保持不变，气体流量与主工艺气体步骤中的保持一致，稳定时间为5～10分钟。最后，降低工艺管内温度至600～650℃，通入高纯N2，流量为5～30SLM。
实施例2:
在本实施例中,主工艺步骤为LPCVD(Low Pressure Chemical VaporDeposition)非晶硅工艺。主工艺步骤为：升高反应腔室内的温度，从300～350℃升至反应温度500～600℃，通入高纯H2和N2，流量分别为0.2～2SLM和1～20SLM，抽真空至0.8～1Torr；这时,通入主工艺气体SiH4，流量为0.05～0.15SLM，可以分五路通入，真空压力值为0.8～1Torr，反应时间为1～2小时。然后进行主工艺后稳定退火步骤：通入高纯H2，温度保持不变，压力值不变，气体流量与主工艺步骤中的保持一致，反应时间为5～10分钟。最后，降低工艺管内温度至300～350℃，通入高纯H2和N2，流量分别为0.2～2SLM和1～20SLM，先底抽将主工艺气体从石英管内抽取干净再返常压。
实施例3:
在本实施例中,主工艺步骤为LPCVD(Low Pressure Chemical VaporDeposition)多晶硅工艺,主工艺步骤为：升高工艺管内的温度，从600℃升至反应温度600～620℃，通入高纯H2和N2，流量分别为0.2～2SLM和1～20SLM，抽真空至100～300mTorr；到达反应温度600～620℃后，通主工艺气体SiH4，流量为0.05～0.2SLM，分五路通入，反应时间为5～30分钟,真空压力值为100～300mTorr。然后进行主工艺后的稳定退火步骤：通入高纯H2，温度保持不变，压力值不变，气体流量与主工艺温度保持一致，反应时间为5～10分钟。最后，降低工艺管内温度至600℃，通入高纯H2和N2，流量分别为0.2～2SLM和1～20SLM，先底抽将主工艺气体从石英管内抽取干净再返常压。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，包括：
步骤S1：通过传输系统的机械手将需处理的半导体硅片放置在晶舟上，并通过升降机构将晶舟送进反应腔室内；
步骤S2：根据主工艺要求设定的工艺参数，进行主工艺步骤；其中，主工艺设定的工艺参数包括反应腔室内的温度、通入主工艺气体的种类和浓度，反应时间和/或将反应管内压力抽至反应压力值；
步骤S3：主工艺完成后，继续保持与主工艺相同的温度和压力，进行仅通反应保护气体的退火稳定步骤，其中，退火稳定步骤气体流量和工艺时间，取决于退火稳定步骤完成后需达到的主工艺气体流量和时间；
步骤S4：降低反应腔室内的温度，继续通入反应保护气体，和/或将反应管内压力恢复至常压；
步骤S5：通过升降机构将晶舟移出所述反应腔室，通过机械手将已处理的硅片从晶舟上取出。
2.如权利要求1所述的工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述保护气体为氮气和/或惰性气体的一种或多种。
3.如权利要求1所述的工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S3中的保护气体的总流量与步骤S2中气体总流量相同。
4.如权利要求1所述的工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所通主工艺气体中包括保护气体，所述步骤S3中的保护气体的总流量与步骤S2中气体总流量一致。
5.如权利要求1所述的工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，稳定退火步骤的工艺时间为5～10分钟。
6.如权利要求1所述的工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述主工艺为淀积工艺和/或热氧化扩散工艺。
7.如权利要求1所述的工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述主工艺温度通过反应腔内每个温区温度相同的目标设定值调控。
8.如权利要求7所述的工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述工艺温度和气体流量相对于每个温区均保持相同。
9.如权利要求1所述的工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述退火稳定步骤完成后需达到的主工艺气体浓度为45～70%。
10.如权利要求9所述的工艺膜厚均匀性的方法，其特征在于，所述退火稳定步骤完成后需达到的主工艺气体浓度下降三分之一。
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