CN104217982A - 一种快速热过程机台反应气体的预热系统 - Google Patents

一种快速热过程机台反应气体的预热系统 Download PDF

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苏俊铭
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Abstract

本发明提出一种快速热过程机台反应气体的预热系统，包括：第一预热装置，穿设有导气管，所述导气管一端连接于反应气瓶，用于输送反应气体；第二预热装置，连接于所述导气管的另一端，所述导气管将经过第一预热装置处理的反应气体输送到第二预热装置中，经过第二预热装置处理的反应气体被输送到反应腔中。本发明提出一种快速热过程机台反应气体的预热系统，可以将反应气预热到一定温度，进而改进晶圆边缘温度的均一性。本发明改进了机台的进气系统，使反应或者保护气体进入反应腔后更少的带走晶圆表面的热量，从而提高了整片晶圆的均一性和晶圆边缘的良率。

Description

一种快速热过程机台反应气体的预热系统
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，且特别涉及一种快速热过程机台反应气体的预热系统。本发明涉及一种气体预热设备和方法，其通过电热系统对气体加热，使反应或者保护气体进入反应腔前带上一定温度。
背景技术
随着半导体产业的科技不断的发展，不但早已进入纳米时代，更是有望迈入16纳米甚至14纳米工艺。为了顺应各项电子产品越做越小，功能越做越强的趋势，半导体制程中的晶圆大小由原来的8英寸、10英寸迈向现今的12英寸晶圆，甚至在未来进一步发展为18英寸晶圆。
而伴随这股晶圆越来越大，元件越做越小的趋势而来的，便是对制程中各种不同环节的技术要求。由此可见，因为元件越来越小，对制程中各项参数的细微变化必定会更敏感，原先可以容许的制程条件误差，在元件体积大幅缩小后，可能会对元件的性能造成极大的影响，因此，为达到良好的元件性能，对制程条件的要求必会日趋严谨。制程条件的包含范围极广，就半导体设备而言，制程条件的控制包含了反应温度、晶圆冷却效果、反应室压力及晶圆均一性等等，皆直接深切影响产品的良率。
随着晶圆尺寸越做越大，对整个晶圆的均一性控制就越来越难，任何微小的因素的改变都会导致晶圆均一性的下降。目前，业界提高晶圆温度均一性的常用方法为：对不同区域的加热灯泡设定不同的加热功率，达到热补偿的效果。但是，由于加热灯泡是环形设定的，因此很难解决同一圈中温度的均一性不够的问题。
目前，业界使用的快速热过程机台都是将常温反应气直接通入到反应腔中，反应气先接触的晶圆部分会损失比较多的热量，从而对整片晶圆的温度均一性造成一定影响。以尖峰退火的方块电阻变化为例，温度对方块电阻的影响为温度越高电阻越低，如图1A和图1B所示，晶圆A为通20slm氮气，晶圆B为通5slm氮气，如图2判断晶圆在反应腔中的位置可以看出，通大剂量氮气直接导致气体入口处的晶圆边缘方块电阻变大，说明在其它情况不变的情况下晶圆在大剂量气体入口处的温度比小剂量的气体入口处温度更低。随着晶圆尺寸越做越大，对晶圆边缘的利用率也越来越高，因此有必要设计一种提高晶圆边缘温度均一性的方法。
发明内容
本发明提出一种快速热过程机台反应气体的预热系统，可以将反应气预热到一定温度，进而改进晶圆边缘温度的均一性。本发明改进了机台的进气系统，使反应或者保护气体进入反应腔后更少的带走晶圆表面的热量，从而提高了整片晶圆的均一性和晶圆边缘的良率。
为了达到上述目的，本发明提出一种快速热过程机台反应气体的预热系统，包括：
第一预热装置，穿设有导气管，所述导气管一端连接于反应气瓶，用于输送反应气体；
第二预热装置，连接于所述导气管的另一端，所述导气管将经过第一预热装置处理的反应气体输送到第二预热装置中，经过第二预热装置处理的反应气体被输送到反应腔中。
进一步的，所述第一预热装置为电热套。
进一步的，所述第一预热装置将导气管中的反应气体加热到200～300摄氏度。
进一步的，所述第二预热装置具有储气腔，所述储气腔的体积为700～900升。
进一步的，所述第二预热装置中设置有电热丝，用于加热反应气体。
进一步的，所述第二预热装置将反应气体加热到500～1000摄氏度。
进一步的，所述第二预热装置中设置有温度传感器。
本发明提出的快速热过程机台反应气体的预热系统，通过加入包括第一预热装置和第二预热装置的气体预热系统，将反应气体通入反应腔前做预热处理，可以将反应气预热到一定温度，使晶圆靠近通风口处的温度和其它位置一致，改进晶圆边缘温度的均一性。本发明改进了机台的进气系统，使反应或者保护气体进入反应腔后更少的带走晶圆表面的热量，从而提高了整片晶圆的均一性和晶圆边缘的良率。
附图说明
图1A所示为氮气流量为5slm时，尖峰退火的晶圆方块电阻分布图。
图1B所示为氮气流量为20slm时，尖峰退火的晶圆方块电阻分布图。
图2所示为反应腔的气体入口和出口位置，及晶圆位置示意图。
图3所示为本发明较佳实施例的快速热过程机台反应气体的预热系统结构示意图。
图4所示为本发明较佳实施例反应气体的预热系统操作流程图。
具体实施方式
以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图3，图3所示为本发明较佳实施例的快速热过程机台反应气体的预热系统结构示意图。本发明提出一种快速热过程机台反应气体的预热系统，包括：第一预热装置300，穿设有导气管200，所述导气管200一端连接于反应气瓶100，用于输送反应气体；第二预热装置400，连接于所述导气管200的另一端，所述导气管200将经过第一预热装置300处理的反应气体输送到第二预热装置400中，经过第二预热装置400处理的反应气体被输送到反应腔500中。
第一预热装置300为对反应气体从反应气瓶100出来时的初步预热，其在反应气瓶100出来的导气管200外侧加装一个电热套，目的是使反应气在进入第二预热装置400前有一个较高的初始温度。进一步的，所述第一预热装置300将导气管200中的反应气体加热到200～300摄氏度。
第二预热装置400为将从第一预热装置300中处理后通过导气管200出来的气体精确控制到反应腔需要的温度，所述第二预热装置400具有储气腔，所述储气腔的体积为700～900升，所述储气腔容积较大且能耐高温。进一步的，所述第二预热装置400中设置有电热丝410，用于加热反应气体，所述第二预热装置400将反应气体加热到500～1000摄氏度。所述第二预热装置400中设置有温度传感器，所述储气腔通过电热丝410将气体加热到高温，再通过温度传感器控制气体温度到反应温度。最后将预升温到反应温度的气体通入反应腔500，确保气体不会对晶圆表面温度造成影响。3.具体预热条件可以根据档控片实验条件确认。
设定第一预热装置300和将第二预热装置400的预热储气腔设置较大的目的是：保证反应腔工作时，预热到反应温度的气体能持续不断通入到反应腔中。
在请参考图4，图4所示为本发明较佳实施例反应气体的预热系统操作流程图。本发明提出的快速热过程机台反应气体的预热系统操作流程为：
步骤S100：反应气瓶释放反应气体；
步骤S200：反应气体进入第一预热装置初步预热；
步骤S300：反应气体进入第二预热装置预热到反应温度；
步骤S400：反应气体通入反应腔。
本发明提出的快速热过程机台反应气体的预热系统，通过加入包括第一预热装置和第二预热装置的气体预热系统，将反应气体通入反应腔前做预热处理，可以将反应气预热到一定温度，使晶圆靠近通风口处的温度和其它位置一致，改进晶圆边缘温度的均一性。本发明改进了机台的进气系统，使反应或者保护气体进入反应腔后更少的带走晶圆表面的热量，从而提高了整片晶圆的均一性和晶圆边缘的良率。
虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种快速热过程机台反应气体的预热系统，其特征在于，包括：
第一预热装置，穿设有导气管，所述导气管一端连接于反应气瓶，用于输送反应气体；
第二预热装置，连接于所述导气管的另一端，所述导气管将经过第一预热装置处理的反应气体输送到第二预热装置中，经过第二预热装置处理的反应气体被输送到反应腔中。
2.根据权利要求1所述的快速热过程机台反应气体的预热系统，其特征在于，所述第一预热装置为电热套。
3.根据权利要求1所述的快速热过程机台反应气体的预热系统，其特征在于，所述第一预热装置将导气管中的反应气体加热到200～300摄氏度。
4.根据权利要求1所述的快速热过程机台反应气体的预热系统，其特征在于，所述第二预热装置具有储气腔，所述储气腔的体积为700～900升。
5.根据权利要求1所述的快速热过程机台反应气体的预热系统，其特征在于，所述第二预热装置中设置有电热丝，用于加热反应气体。
6.根据权利要求1所述的快速热过程机台反应气体的预热系统，其特征在于，所述第二预热装置将反应气体加热到500～1000摄氏度。
7.根据权利要求1所述的快速热过程机台反应气体的预热系统，其特征在于，所述第二预热装置中设置有温度传感器。
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