CN111270220A - 化学气相淀积装置及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种化学气相淀积装置，包括反应器及多个进气管，所述进气管的进气端位于所述反应器外并连接一供气设备，出气端位于所述反应器内且能够伸长或缩短，至少两个所述进气管的出气端在竖直方向上位于所述反应器的不同位置处。通过调整所述进气管的出气端在所述反应器内的位置以调整所述反应器内的反应气体的分布，降低反应器内各处的反应气体浓度差，从而使同一批次的晶圆上淀积的薄膜一致性更好。基于此，本发明还提供了一种所述化学气相淀积装置的调节方法，根据测试晶圆所处的位置及淀积的薄膜厚度绘制关系模型，并通过关系模型获取反应器内各处反应气体的浓度，然后精细化地调整进气管出气端的位置以降低反应气体的浓度差。

Description

化学气相淀积装置及其调节方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种化学气相淀积装置及其调节方法。
背景技术
化学气相淀积是把含有构成薄膜元素的反应气体引入反应器并在晶圆表面发生化学反应从而在晶圆的表面生成所需的固态薄膜的工艺。化学气相淀积工艺具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易控、均匀性与重复性好、台阶覆盖好及操作方便等优点，所以被广泛应用于芯片制造过程中。不论是导体、半导体或是介电材料所需的薄膜材料，通常都可以用化学气相淀积工艺来制备，如二氧化硅膜、氮化硅膜、多晶硅膜等。为了提高生产效率，通常需要将多片晶圆放入反应器内并同时进行化学气相淀积。然而，由于反应器内各晶圆所处位置的温度和反应气体浓度存在差异，导致晶圆上淀积的薄膜厚度不一致，从而导致晶圆的电参数特性存在差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学气相淀积装置及其调节方法，能够减小反应器内各晶圆所处位置处反应气体的浓度差，以使同一批次的多片晶圆上淀积的薄膜一致性更好。
为了达到上述目的，本发明提供了一种化学气相淀积装置，包括反应器及多个进气管，所述进气管的进气端位于所述反应器外并连接一供气设备，出气端位于所述反应器内且能够伸长或缩短，至少两个所述进气管的出气端在竖直方向上位于所述反应器的不同位置处。
可选的，所述进气管上设置有气动阀。
可选的，所述进气管上设置有流量计。
可选的，所述进气管为可伸缩管。
可选的，所述进气管的材质为石英套管。
可选的，所述反应器内设置有多片晶圆，多片所述晶圆沿竖直方向堆叠，且相邻所述晶圆之间具有间隙。
可选的，所述晶圆通过一晶舟承载。
基于此，本申请还提供了一种所述的化学气相淀积装置的调节方法，包括：
将多片测试晶圆沿竖直方向堆叠于反应器内，并获取每片所述测试晶圆在竖直方向上的位置；
通过进气管往所述反应器内通入反应气体以在所述测试晶圆的表面淀积薄膜；
测量每片所述测试晶圆上淀积的薄膜厚度，建立所述测试晶圆在竖直方向上的位置与薄膜厚度的关系模型；
根据所述关系模型调整所述进气管的出气端在竖直方向上的位置。
可选的，所述反应器内的压强小于等于0.15托。
可选的，所述反应器内的温度介于600摄氏度-650摄氏度之间。
在本发明提供的化学气相淀积装置中，包括反应器及多个进气管，所述进气管的进气端位于所述反应器外并连接一供气设备，出气端位于所述反应器内且能够伸长或缩短，至少两个所述进气管的出气端在竖直方向上位于所述反应器的不同位置处。通过调整所述进气管的出气端在所述反应器内的位置以调整所述反应器内的反应气体的分布，降低反应器内各处的反应气体浓度差，从而使同一批次的晶圆上淀积的薄膜一致性更好。基于此，本发明还提供了一种所述化学气相淀积装置的调节方法，根据测试晶圆所处的位置及淀积的薄膜厚度绘制关系模型，并通过关系模型获取反应器内各处反应气体的浓度，然后精细化地调整进气管出气端的位置以降低反应气体的浓度差。
附图说明
图1为本发明实施例提供的化学气相淀积装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的化学气相淀积装置调节方法的步骤图；
图3为本发明实施例提供的测试晶圆的位置与薄膜厚度的关系模型；
其中，附图标记为：
10-反应器；20-进气管；进气端-210；出气端-220；30-晶舟；31-晶圆。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参照图1，本实施例提供了一种化学气相淀积装置，包括反应器10及多根进气管20，所述进气管20的进气端210位于所述反应器10外并连接一供气设备，出气端220位于所述反应器10内且能够伸长或缩短，至少两个所述进气管20的出气端220在竖直方向上位于所述反应器10的不同位置处。
具体的，所述化学气相淀积装置可用于APCVD(常压化学气相沉积)，LPCVD(低压化学气相沉积)及等离子体辅助CVD，本申请对此不作限制。当所述化学气相淀积装置用于APCVD，所述反应器10可选用冷壁型，以防止反应器10内壁上沉积薄膜。而LPCVD中多采用热壁型反应器10，以便在很长的反应器10内获得均匀的温度控制，从而获得均匀的淀积薄膜。同时，根据工艺需求，所述反应器10可以是立式结构，也可以是卧式结构，本申请对此不作限制。
本实施例中，所述化学气相淀积装置用于LPCVD，例如是多晶硅薄膜的淀积，所述反应器10采用热壁型反应器10，其结构为卧式结构。所述反应器10内设置有多片需要淀积多晶硅薄膜的晶圆31，反应器10内通入反应气体形成薄膜淀积所需的气氛条件。本实施例中，所述反应气体为硅烷，通过使硅烷热分解以在所述晶圆31表面淀积多晶硅。
请继续参照图1，所述反应器10内设置有多片晶圆31，多片所述晶圆31沿竖直方向堆叠，且相邻所述晶圆31之间具有间隙。本实施例中，通过晶舟30承载所述晶圆31以便于晶圆31进出入反应器10内。
请继续参照图1，所述进气管20用于向所述反应器10输入反应气体，所述进气管20的进气端210位于所述反应器10外并连接一供气设备，出气端220位于所述反应器10内且能够伸长或缩短。通过伸长或缩短所述进气管20位于所述反应器10内的部分以调整所述出气端220在所述反应器10内的位置，从而调整所述反应器内的反应气体的分布，使得反应器10内多片晶圆31之间的反应气体浓度差大大缩小，内部气氛更加均匀一致，进而使同一批次的晶圆31之间的薄膜厚度一致性更好，并使最终的WTA参数更加稳定。本实施例中，调整所述进气管20的出气端220至反应气体浓度较低的位置。需要注意的是，此处反应气体浓度较低的位置是通过对上一批次或多个批次的多个晶圆31的位置和薄膜厚度进行记录并形成关系模型，可以反映出所述晶圆31在所述反应器10内的位置处的反应气体浓度。例如，当所述晶圆31上淀积的薄膜较薄时，所述晶圆31在所述反应器10内的位置处的反应气体浓度较低，那么通过使所述出气端220靠近所述位置以增大该位置处的反应气体浓度，缩小反应器10内多片晶圆31之间的反应气体浓度差。
本实施例中，利用关系模型可以计算并精细地调整所述进气管20的出气端220的位置，在计算过程中，可以综合考虑温度、反应时间等因素，以达到内部气氛更加均匀一致的目的。
具体的，所述进气管20为可伸缩管。所述进气管20位于所述反应器内的部分包括但不限于只有一节可伸缩，也可以是多节可伸缩的套管。图1中，虚线部分表示所述进气管20位于所述反应器10内的出气端220可伸缩的长度。
本实施例中，所述进气管20的数量为3根，3根所述进气管20相互平行，且所述进气管20的出气端220处于不同的高度，以便于调节所述反应器10各处的反应气体的浓度。
本实施例中，所述反应器10为立式结构，所述晶圆31沿竖直方向等间距设置，故所述进气管20位于所述反应器10内的部分沿竖直方向设置，通过调节所述进气管20的出气端220的高度以调节反应气体的分布。当然，如果反应器10为卧式结构，那么晶圆31及进气管20也可以相应的改变方向，例如晶圆沿长度方向设置，本申请对此不作限制。
可选的，所述进气管20的材质为石英套管。石英套管是一种只含二氧化硅单一成份的特种玻璃，具有热膨胀系数低、化学稳定性好、耐高温的优点，广泛应用于半导体、通讯等领域。
可选的，在所述进气管20上设置有流量计，用于控制进气管20所输入的反应气体的流量。
可选的，所述进气管20上还可以设置气动阀，用于控制进气管20是否导通。
基于此，请参照图2，本申请还提供了一种化学气相淀积装置的调节方法，包括：
S1：将多片测试晶圆沿竖直方向堆叠于反应器内，并获取每片所述测试晶圆在竖直方向上的位置；
S2：通过进气管往所述反应器内通入反应气体以在所述测试晶圆的表面淀积薄膜；
S3：测量每片所述测试晶圆上淀积的薄膜厚度，建立所述测试晶圆在竖直方向上的位置与薄膜厚度的关系模型；
S4：根据所述关系模型调整所述进气管的出气端在竖直方向上的位置。
首先，执行步骤S1，将多片测试晶圆沿竖直方向堆叠于反应器内，并获取每片测试晶圆在竖直方向上的位置。本实施例中，可通过晶舟盛放测试晶圆，并使得所述测试晶圆之间的间隙保持一致，提高生产效率。具体的，先将所述晶舟固定于所述反应器内，然后沿竖直方向依次放置测试晶圆，并记录每片测试晶圆的位置。
然后，执行步骤S2，通过所述进气管往所述反应器内通入反应气体以在所述测试晶圆的表面淀积薄膜。设定好反应器内的温度，压强等反应条件，通入反应气体。
可选的，所述反应器内的压强小于等于0.15托。本实施例中，由于是淀积多晶硅薄膜，可通过真空泵对所述反应器进行抽真空，以使所述反应器内的压强小于等于0.15托，以提升反应气体的扩散速度，从而提升所述多晶硅的淀积速度。
可选的，所述反应器内的温度范围介于600摄氏度-650摄氏度之间。通过控制所述反应器内的温度以在所述测试晶圆表面淀积均匀的薄膜。
执行步骤S3，测量每片测试晶圆上淀积的薄膜厚度，建立所述测试晶圆在竖直方向上的位置与薄膜厚度的关系模型。例如，在本实施例中，如图3所示，假设三根进气管等间距设置于所述反应器内，横坐标X表示测试晶圆在反应器内竖直方向上的位置，纵坐标Y表示测试晶圆上淀积的薄膜厚度，黑点代表测试晶圆。由图3可知，随着测试晶圆的高度增大，所述测试晶圆的薄膜厚度呈现出先减小后增大再减小的变化趋势，可以理解的是，随着反应的进行，所述测试晶圆的薄膜厚度与位置的关系模型可分为三部分：第一部分，由于反应气体的重力作用，靠近所述反应器底部的反应气体浓度较大，故薄膜厚度较大，而随着测试晶圆的高度增大，反应气体浓度逐渐降低，故出现厚度呈现减小的趋势；第二部分，由于进气管的存在，所述测试晶圆的薄膜厚度随着测试晶圆的高度增大而增加；第三部分，靠近所述反应器顶部位置的方向，反应气体浓度不断降低，所述测试晶圆的薄膜厚度随着测试晶圆的高度增大而减小。当然，根据进气管的数量及位置不同，也可能呈现出其他的变化趋势，本申请对此不做赘述。
然后执行步骤S4，根据所述关系模型调整所述进气管的出气端在竖直方向上的位置。通过关系模型得出所述测试晶圆在所述反应器中的对应位置处的反应气体浓度，然后精细地调节所述进气管的出气端的位置，使得反应器内的反应气体的浓度更加均匀。例如，根据图3的关系模型，假设三根进气管由下至上分别为第一进气管、第二进气管及第三进气管，那么可将所述第一进气管上移，第二进气管下移，第三进气管上移，即可达到比较均匀的气氛。若调整后整体还存在一定的差异，可通过略微调整温度以及控制反应时间达到符合预期的薄膜厚度。当然，如果只是局部的厚度较小，那么可适应性的调整其中一根进气管的出气口靠近对应厚度较小的测试晶圆的位置即可。
综上，本发明提供了一种化学气相淀积装置，包括反应器及多个进气管，所述进气管的进气端位于所述反应器外并连接一供气设备，出气端位于所述反应器内且能够伸长或缩短，至少两个所述进气管的出气端在竖直方向上位于所述反应器的不同位置处。通过调整所述进气管的出气端在所述反应器内的位置以调整所述反应器内的反应气体的分布，降低反应器内各处的反应气体浓度差，使得内部气氛更加均匀，从而使同一批次的晶圆上淀积的薄膜一致性更好。基于此，本发明还提供了一种所述化学气相淀积装置的调节方法，根据测试晶圆所处的位置及淀积的薄膜厚度绘制关系模型，并通过关系模型获取反应器内各处反应气体的浓度，然后精细化地调整进气管出气端的位置以降低反应气体的浓度差。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种化学气相淀积装置，其特征在于，包括反应器及多个进气管，所述进气管的进气端位于所述反应器外并连接一供气设备，出气端位于所述反应器内且能够伸长或缩短，至少两个所述进气管的出气端在竖直方向上位于所述反应器的不同位置处。
2.如权利要求1所述的化学气相淀积装置，其特征在于，所述进气管上设置有气动阀。
3.如权利要求1所述的化学气相淀积装置，其特征在于，所述进气管上设置有流量计。
4.如权利要求1所述的化学气相淀积装置，其特征在于，所述进气管为可伸缩管。
5.如权利要求1所述的化学气相淀积装置，其特征在于，所述进气管的材质为石英套管。
6.如权利要求1所述的化学气相淀积装置，其特征在于，所述反应器内设置有多片晶圆，多片所述晶圆沿竖直方向堆叠，且相邻所述晶圆之间具有间隙。
7.如权利要求6所述的化学气相淀积装置，其特征在于，所述晶圆通过一晶舟承载。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的化学气相淀积装置的调节方法，其特征在于，包括：
将多片测试晶圆沿竖直方向堆叠于反应器内，并获取每片所述测试晶圆在竖直方向上的位置；
通过进气管往所述反应器内通入反应气体以在所述测试晶圆的表面淀积薄膜；
测量每片所述测试晶圆上淀积的薄膜厚度，建立所述测试晶圆在竖直方向上的位置与薄膜厚度的关系模型；
根据所述关系模型调整所述进气管的出气端在竖直方向上的位置。
9.如权利要求8所述的化学气相淀积方法，其特征在于，所述反应器内的压强小于等于0.15托。
10.如权利要求8或9所述的化学气相淀积方法，其特征在于，所述反应器内的温度介于600摄氏度-650摄氏度之间。
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