CN115125621B - 一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，涉及半导体制造领域，利用氧化反应炉形成氧化膜的方法包括：对氧化反应炉进行保养，以确保暴露在氧化工艺环境中的所有能够发生氧化反应的硬件表面均具有一硬件氧化膜；在反应腔内，对产品晶圆的表面执行氧化工艺，以在产品晶圆的表面形成产品氧化膜，并在每预设批次数的产品晶圆完成氧化工艺后更换挡控片，在对产品晶圆的表面执行氧化工艺时，通入反应腔的氧气流量小于1slm，使得硬件氧化膜配合产品晶圆的表面执行的氧化工艺时的低氧气流量解决了形成氧化膜时出现的均匀度差异性问题，减少了氧化反应炉因机台异常的当机作业时间。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法。
背景技术
目前，氧化反应炉在晶圆制造业中有多种用途，热生长氧化物、离子注入后晶圆表面的热退火等。由于国产机台的反应腔的腔室小（例如较目前通常的反应炉的腔室容积小5%左右）以及晶舟节距的距离小（例如较目前通常的晶舟节距的距离小2mm左右），因此，在热生长氧化物时，若采用现有的工艺进行生产将会在晶舟底部区域的产品晶圆上形成氧化膜时会出现氧化膜均匀度差异性问题。存在氧化膜均匀度差异性问题的产品晶圆在每个产品晶圆表面不同区域的氧化膜厚度差异非常小，但是在实际生产过程中这种过小的厚度差异不是生产所需要的。
为了解决以上问题，通常采用频繁更换晶舟上的挡控片，但是这种方法增加了挡控片的支出费用，同时，增加了人力更换挡控片的时间，还减少了机台生产的时间，影响了产能。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，可以解决形成氧化膜时出现的均匀度差异性问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，包括以下步骤：
对氧化反应炉进行保养，以确保暴露在所述氧化反应炉的反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件表面均具有一硬件氧化膜；以及
在所述反应腔内，对产品晶圆的表面执行氧化工艺，以在所述产品晶圆的表面形成产品氧化膜，并在每预设批次数的所述产品晶圆完成所述氧化工艺后更换挡控片，其中，在对产品晶圆的表面执行所述氧化工艺时，通入所述反应腔的氧气流量小于1slm。
可选的，对所述氧化反应炉进行保养，以确保暴露在所述氧化反应炉的反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件表面均具有一硬件氧化膜包括：
在第一次保养时，所述反应腔实施氧化工艺，以在暴露在所述反应腔内所有能够发生氧化反应的原硬件表面均形成一硬件氧化膜；
在第N次保养，且所述反应腔内存在更换能够发生氧化反应的新硬件时，对所述反应腔再次实施氧化工艺，以在所述新硬件表面生成一硬件氧化膜，其中，N＞1，且为正整数。
进一步的，所述原硬件和新硬件的材料均包括硅和碳化硅。
进一步的，所述原硬件和新硬件均包括氧气管路、氮气管路和晶舟。
进一步的，所述硬件氧化膜的厚度为3000埃~5000埃。
可选的，对所述产品晶圆的表面执行氧化工艺时，从所述反应腔的底部向所述反应腔中通入氮气，所述氮气的流量为8slm~15 slm。
可选的，所述预设批次数大于8次。
进一步的，所述预设批次数为20次~42次。
可选的，所述产品氧化膜的厚度小于100nm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，包括以下步骤：对氧化反应炉进行保养，以确保暴露在所述氧化反应炉的反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件表面均具有一硬件氧化膜；以及在所述反应腔内，对产品晶圆的表面执行氧化工艺，以在所述产品晶圆的表面形成产品氧化膜，并在每预设批次数的所述产品晶圆完成所述氧化工艺后更换挡控片，其中，在对所述产品晶圆的表面执行所述氧化工艺时，通入所述反应腔的氧气流量小于1slm。本发明通过在对产品晶圆的表面执行氧化工艺前反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件提前进行制程氧化膜作业，以避免硬件影响产品晶圆的表面执行的氧化工艺，同时通过硬件氧化膜配合产品晶圆的表面执行氧化工艺时的低氧气流量解决了形成氧化膜时出现的均匀度差异性问题，还减少了氧化反应炉因机台异常的当机作业时间。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的氧化反应炉的结构示意图。
附图标记说明：
11-外管；12-内管；21-氧气管路；22-第一氮气管路；23-基座；24-排气管路；3-晶舟；31-第一挡控片；32-第二挡控片；33-产品晶圆。
具体实施方式
目前，在氧化膜形成过程中，氧气流量较小（例如氧气流量为10slm），且形成氧化膜的厚度较薄（例如氧化膜厚度为50nm左右），这样很容易在晶舟底部区域的产品晶圆上形成氧化膜时出现均匀度差异性问题。
为了解决上述问题，需要每8批次的产品晶圆在完成氧化工艺之后就要更换一次挡控片，相较于量产机台的每42批次的产品晶圆在完成氧化工艺之后更换一次挡控片而言，这种方法消耗大量的挡控片，增加了成本，同时不能从根本上解决上述问题。
因此，为了从根本上解决上述问题，本发明提供一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，包括以下步骤：对氧化反应炉进行保养，以确保暴露在所述氧化反应炉的反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件表面均具有一硬件氧化膜；以及在所述反应腔内，对产品晶圆的表面执行氧化工艺，以在所述产品晶圆的表面形成产品氧化膜，并在每预设批次数的所述产品晶圆完成所述氧化工艺后更换挡控片，其中，在对所述产品晶圆的表面执行所述氧化工艺时，通入所述反应腔的氧气流量小于1slm。本发明通过在对产品晶圆的表面执行氧化工艺前反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件提前进行制程氧化膜作业，以避免硬件影响产品晶圆的表面执行的氧化工艺，同时通过硬件氧化膜配合产品晶圆的表面执行的氧化工艺时的低氧气流量解决了形成氧化膜时出现的均匀度差异性问题，还减少了氧化反应炉因机台异常的当机作业时间。
以下将对本发明的一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。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，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本实施例提供的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法的流程示意图。如图1所示，本实施例提供的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，包括以下步骤：
对氧化反应炉进行保养，以确保暴露在所述氧化反应炉的反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件表面均具有一硬件氧化膜；以及
在所述反应腔内，对产品晶圆的表面执行氧化工艺，以在所述产品晶圆的表面形成产品氧化膜，并在每预设批次的所述产品晶圆完成所述氧化工艺后更换挡控片，其中，在对所述产品晶圆的表面执行所述氧化工艺时，通入所述反应腔的氧气流量小于1slm。
以下结合图1-2对本实施例提供的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法进行详细说明。
首先，对氧化反应炉进行保养，以确保暴露在所述氧化反应炉的反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件表面均具有一硬件氧化膜。
图2为本实施例提供的氧化反应炉的结构示意图。如图2所示，在本步骤中，所述氧化反应炉的反应腔包括外管11和内管12，所述内管12套设在所述外管11内部，且所述内管12的侧壁与所述外管11的侧壁之间具有间隙。所述外管11在其底部具有开口，所述内管12在其顶部和底部均设置的开口，例如是顶部开口和底部开口，所述内管12的底部开口连接在所述外管11的底部开口附近，且所述外管11的底部开口低于所述内管12的底部开口，所述内管12的顶部开口连通所述内管12和所述外管11之间的空隙与所述内管12的内部空间，即所述内管12通过所述顶部开口连通所述外管11和内管12。其中，所述内管和外管可以均为石英管。
所述内管12的外壁上附着有氧气管路21，所述氧气管路21的一端位于所述反应腔的外侧，并用于通入氧气，所述氧气管路21的另一端位于所述内管12的顶部开口处，并从所述顶部开口向所述内管12中通入氧气。所述外管11和内管12之间的间隙中设置有第一氮气管路22，所述第一氮气管路22的一端位于所述反应腔的外侧，并用于向所述第一氮气管路22中通入氮气，所述第一氮气管路22的另一端靠近所述外管11的底部设置，且与所述外管11和内管12之间的间隙连通，以在所述外管11和内管12之间的间隙中充斥着稀薄的氮气。所述外管11的底部设置有基座23，以将所述外管11置于其上，所述外管11中设置有第二氮气管路（图中未示出），所述第二氮气管路的一端位于所述反应腔外侧，并用于从所述外管的底部向所述内管12通入氮气，所述第二氮气管路的另一端位于所述内管12的底部开口下方的所述外管11的底部内壁上。所述外管11的底部开口附近设置有排气管路24，所述排气管路24的一端从所述外管11的底部与所述内管的内部环境连通，另一端设置在所述反应腔外侧，以将所述反应腔中的气体抽出。在执行氧化工艺时，所述反应腔的内管12中设置有晶舟3，所述晶舟3从下至上依次间隔堆叠有第二挡控片32、产品晶圆33和第一挡控片31。
由于氧化反应炉机台的变更，使得氧化反应炉的反应腔的室内容积减小了5%左右，晶舟节距减小了2mm左右，这样，在氧化工艺中容易在产品晶圆上形成氧化膜时出现均匀度差异性问题。为了解决以上问题，先在第一次保养时，对所述反应腔实施氧化工艺，以在暴露在所述反应腔内所有能够发生氧化反应的原硬件表面均形成一硬件氧化膜，以利用保养作业，在产品晶圆执行氧化工艺前提早对所述反应腔中所有硬件表面均形成一硬件氧化膜，可以避免在产品晶圆的表面执行氧化工艺时硬件扮演抢夺氧化的角色造成产品晶圆形成氧化膜时氧气不足的发生，从而有利于解决形成氧化膜时出现的均匀度差异性问题。其中，所述原硬件包括但不限于氧气管路、氮气管路（例如第一氮气管路和第二氮气管路）和晶舟，且所述原硬件的材料通常为硅材料或者碳化硅材料。
再在第N次保养，且所述反应腔的内部存在更换能够发生氧化反应的新硬件时，对所述反应腔再次实施氧化工艺，以在所述新硬件表面生成一硬件氧化膜，其中，N＞1，且为正整数。也就是说，但凡所述反应腔的内部存在更换能够发生氧化反应的新硬件，都需要对所述反应腔再次实施氧化工艺，以在所述新硬件表面生成一硬件氧化膜，使得任何更换或取代的能够发生氧化反应的新硬件都进行了制程氧化膜作业，可以避免在产品晶圆的表面执行氧化工艺时硬件扮演抢夺氧化的角色造成产品晶圆形成氧化膜时氧气不足的发生，有利于解决形成氧化膜时出现的均匀度差异性问题。还减少了氧化反应炉因机台异常的当机作业时间。
其中，所述新硬件包括但不限于氧气管路、第一氮气管路、第二氮气管路和晶舟。其中，所述新硬件的材料通常为硅材料或者碳化硅材料。所述硬件氧化膜的厚度为3000埃~5000埃。依腔室内不同结构特性，亦可增加该氧化膜厚度需要。
接着，在所述反应腔内，对产品晶圆的表面执行氧化工艺，以在所述产品晶圆的表面形成产品氧化膜，并在每预设批次数的所述产品晶圆完成所述氧化工艺后更换挡控片，其中，在对产品晶圆的表面执行所述氧化工艺时，通入所述反应腔的氧气流量小于1slm。所述产品氧化膜的厚度小于100nm，例如是50nm。
在本步骤的氧化工艺中，通过所述氧气管路21向所述内管12中通入氧气的流量小于预设值，所述氧气的流量例如是小于1slm，以减少所述内管12中氧气的含量，使得硬件氧化膜配合产品晶圆的表面执行氧化工艺时的低氧气流量解决了形成氧化膜时出现的均匀度差异性问题。通过第一氮气管路通入的氮气流量例如是大于10 slm，具体例如是25 slm；通过所述第二氮气管路向所述内管12中通入氮气的流量例如是8slm~15 slm，具体例如是8slm、9 slm、10 slm、11 slm、12 slm、13 slm、14 slm或15 slm，以通过所述第二氮气管路向所述内管12中通入氮气可以稀释所述氧气，可以延长氧化工艺中氧气的反应时间，并在产品晶圆的表面形成致密度较好的氧化膜。
所述预设批次数例如是大于8次，优选的，所述预设次数例如是20次~42次，可以减少更换挡控片的次数，从而降低了挡控片的支出费用，减少了人力时间，增加了机台生产的时间。
综上所述，本发明提供一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，包括以下步骤：对氧化反应炉进行保养，以确保暴露在所述氧化反应炉的反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件表面均具有一硬件氧化膜；以及在所述反应腔内，对产品晶圆的表面执行氧化工艺，以在所述产品晶圆的表面形成产品氧化膜，并在每预设批次数的所述产品晶圆完成所述氧化工艺后更换挡控片，其中，在对所述产品晶圆的表面执行所述氧化工艺时，通入所述反应腔的氧气流量小于1slm。本发明通过在对产品晶圆的表面执行氧化工艺前反应腔内的各硬件提前进行制程氧化膜作业，以避免硬件影响产品晶圆的表面执行的氧化工艺，同时通过硬件氧化膜配合产品晶圆的表面执行氧化工艺时的低氧气流量解决了形成氧化膜时出现的均匀度差异性问题，还减少了氧化反应炉因机台异常的当机作业时间。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语 “第一”、“第二”等的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对氧化反应炉进行保养，以确保暴露在所述氧化反应炉的反应腔内所有能够发生氧化反应的硬件表面均具有一硬件氧化膜；
其中，在第一次保养时，对所述反应腔实施氧化工艺，以在暴露在所述反应腔内所有能够发生氧化反应的原硬件表面均形成一硬件氧化膜；
在第N次保养，且所述反应腔内存在更换能够发生氧化反应的新硬件时，对所述反应腔再次实施氧化工艺，以在所述新硬件表面生成一硬件氧化膜，其中，N＞1，且为正整数；以及
在所述反应腔内，对产品晶圆的表面执行氧化工艺，以在所述产品晶圆的表面形成产品氧化膜，并在每预设批次数的所述产品晶圆完成所述氧化工艺后更换挡控片，其中，在对产品晶圆的表面执行所述氧化工艺时，通入所述反应腔的氧气流量小于1slm。
2.如权利要求1所述的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，其特征在于，所述原硬件和新硬件的材料均包括硅和碳化硅。
3.如权利要求1所述的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，其特征在于，所述原硬件和新硬件均包括氧气管路、氮气管路和晶舟。
4.如权利要求1所述的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，其特征在于，所述硬件氧化膜的厚度为3000埃～5000埃。
5.如权利要求1所述的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，其特征在于，对所述产品晶圆的表面执行氧化工艺时，从所述反应腔的底部向所述反应腔中通入氮气，所述氮气的流量为8slm～15slm。
6.如权利要求1所述的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，其特征在于，所述预设批次数大于8次。
7.如权利要求6所述的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，其特征在于，所述预设批次数为20次～42次。
8.如权利要求1所述的利用氧化反应炉形成氧化膜的方法，其特征在于，所述产品氧化膜的厚度小于100nm。
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