CN1231502A - 在半导体晶片上均匀生长薄膜的生长系统及其工艺 - Google Patents

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Abstract

大气压条件下的化学汽相淀积系统,包括平行延伸用于以间隔传送半导体晶片(15a/15b)的多个网状传送带(12a－12g),位于所述多个网状传送带(12a－12g)上用于加热传送带上的反应区的反应气体注入器(13b),和用于移动多个传送带的驱动机构(12h),其特征在于驱动机构(12h)以不同的速度移动传送带(12a－12g),以便使每个半导体晶片(15a/15b)在反应区中产生旋转(R),由此均匀地将半导体晶片整个表面暴露于反应气体,这在反应区中产生不同的淀积条件。

Description

在半导体晶片上均匀生长 薄膜的生长系统及其工艺
本发明涉及半导体器件制造技术，特别涉及用于在半导体晶片上生长薄膜的生长系统和使用该系统制造半导体器件的工艺。
制造者在半导体晶片上制造集成电路时，在半导体晶片上依次生长各种材料，并且薄层被构图成带有接触孔的层间绝缘层和用于电信号的导电条。薄膜生长的技术目标之一是半导体晶片上的厚度均匀性。
大气压条件下的化学汽相淀积系统是典型的薄膜生长设备的例子。大气压条件下的化学汽相淀积系统具有反应器，并且反应室形成在反应器的内部。传送带设置在反应室中，半导体晶片放置在传送带上。加热器设置在传送带的下面，并加热传送带上的半导体晶片。在半导体晶片穿过反应室时，气体注入装置向半导体晶片注入反应气体。反应气体彼此相互反应，并且材料淀积在半导体晶片上。
图1表示现有技术大气压条件下的化学汽相淀积系统。传送带1安装在反应室2中，半导体晶片3a/3b间隔着放置在传送带1上。加热器设置在传送带1下面，保持半导体晶片在预定温度。虽然在图1中没有示出，但是合适的驱动机构与传送带1连接，并在箭头AR1指示的方向移动半导体晶片3a/3b。传送带1是单一的，传送带1的整个表面以恒定的速度移动。为此，半导体晶片3a/3b在传送带1上是静止不动的。
气体注入装置4设置在传送带1上，半导体晶片3a/3b从气体注入装置4下面穿过。反应气体从气体注入装置4注入到半导体晶片3a/3b，反应产物生长在半导体晶片3a/3b的整个表面上。
但是，制造者遇到这样的问题，即在半导体晶片3a/3b的上表面上生长率不是保持不变的。这是因为在半导体晶片3a/3b上温度和生长时间不是严格不变的。虽然制造者改变在传送带1的侧向的气体注入面积和气体流率，但是现有技术大气压条件下的化学汽相淀积系统不能实现半导体晶片上的均匀薄膜。
日本未审查申请专利公报8-203835公开了大气压条件下的化学汽相淀积系统。该现有技术大气压条件下的化学汽相淀积系统包括沿着导向件直进运动的传送带和设置在传送带上用于向由传送带传送的半导体晶片注入反应气体的反应气体注入装置。半导体晶片没有直接放置在传送带的上表面上。多个台板放置在传送带上，每个台板具有转台和用于驱动转台转动的电动机。半导体晶片分别放置在转台上，并也在传送带上旋转。在半导体晶片穿过反应气体注入装置下面的生长区时，电动机旋转转台，相应地，半导体晶片放置在其上，薄膜分别生长在半导体晶片表面上。
该日本未审查申请专利公报声称由于旋转而使薄膜厚度均匀。但是，台板是包括电动机和转台的复杂机械装置，并且在半导体晶片周围造成了不希望的环境。首先，台板不容许传送带下面的加热器直接加热半导体晶片。加热器加热台板，而台板把热传导给半导体晶片。结果，半导体晶片上的温度不同，并且半导体晶片上的化学反应不稳定。而且传送带上的台板起防止反应气体流动的障碍的作用。为了使生长率不变，反应气体成分通过半导体晶片上的反应区应是稳定的。为此，传送带通常是合适的网状物，并且该网状传送带容许反应气体通过。换言之，网状物传送带使反应气体在反应区中是新鲜的。如果台板放置在传送带上，反应气体在反应区中趋于停滞，反应气体成分不稳定。这样，传送带上的台板干扰化学反应，并且很难在半导体晶片上均匀生长薄膜。
而且，电动机和转台被加热到高温，耐热的电动机和由耐热材料制成的转台是非常昂贵的。为此，现有技术大气压条件下的化学汽相淀积系统是不可行的。
在日本实用新型申请54-50227和日本未审查申请专利公报57-151523、3-123025和8-162416中公开了其它相关现有技术。虽然本发明人没有考虑其中公开的与本发明相对立的现有技术，在下面将介绍其中公开的现有技术。
日本实用新型申请54-50227公开了用于把半导体晶片传送到下一阶段的传送装置。在该日本实用新型申请中公开的传送装置包括平行延伸用于把半导体晶片传送到下一处理系统的两橡皮带，并且两个橡皮带以不同的速度独立地被驱动。众所周知，半导体晶片具有称为“定向平面”的直边。检测器监测两橡皮带上的半导体晶片以观察是否直边被定向到预定方向。如果直边没有定向到预定方向，则两橡皮带以不同的速度运动以便旋转半导体晶片，直到预定方向为止。另一方面，当直边定向到预定方向时，两个橡皮带以相同的速度运动，该现有技术传送装置保持两橡皮带上的半导体晶片的状态。
该现有技术传送装置独立地改变橡皮带的运动速度，并且以不同速度运动的橡皮带致使半导体晶片旋转。但是，此现有技术传送装置适用于从一个装置到下一装置的传送，橡皮带之间的相对运动速度为状态控制而改变。换言之，该日本实用新型申请既没有教导也没有建议所有半导体晶片在反应区中连续旋转。
日本未审查申请专利公报57-151523公开了用于盘形部件的传送装置。在该日本未审查申请专利公报中公开的此现有技术传送装置也旨在用于盘形部件的状态控制。该现有技术传送装置包括以不同速度运动的两直进传送机和沿着直进传送机延伸的导向部件。盘形部件具有从盘形部件的周边径向凸出的突起，并且设置在两直进传送机上。
两个直进传送机以不同的速度运动，相对速度致使两传送机上的盘形部件旋转。突起与导向部件接触，盘形部件停止在传送机上的旋转。最后，所有盘形部件在传送机上被调整到相同的状态，并达到传送装置的末端。
虽然该现有技术传送装置致使盘形部件的旋转，但是旋转的目的在于状态控制。该日本未审查申请专利公报既没教导也没建议对半导体制造技术的任何应用。这是可以清楚理解的，因为半导体晶片不具有在现有技术状态控制中必不可少的突起。
日本未审查申请专利公报3-123025公开了大气压条件下的化学汽相淀积系统。在该日本未审查申请专利公报中公开的现有技术大气压条件下的化学汽相淀积系统具有由相互连接用于形成环路的热板实现的传送机。半导体晶片放置在热板上，依次穿过反应气体注入器下面的反应区。
当热板沿着环路改变运动方向时，热板自身转动，热板上的半导体晶片也转动。但是，反应气体注入器放置在环路的直线部分上，所以热板和半导体晶片都不在反应气体注入器下面转动。
日本未审查申请专利公报8-162416公开了大气压条件下的化学汽相淀积系统。该现有技术大气压条件下的化学汽相淀积系统目的也在于通过反应气体注入器和传送带上的半导体晶片之间的相对运动而均匀生长。
该日本未审查申请专利公报提出了两种相对运动。第一相对运动是指反应气体注入器的往复运动。反应气体注入器在垂直于传送带运动方向的方向往复运动。第二相对运动是指旋转传送带上的半导体晶片。该日本未审查申请专利公报只教导了在以间隔形成在传送带中的孔中提供转台。该日本未审查申请专利公报没有说明转台如何在孔中旋转。但是，转台是用于在日本未审查申请专利公报8-203835中公开的现有技术大气压条件下的化学汽相淀积系统中造成固有的稳定化学反应的不希望的环境的原因。
在这种情况下，不可能促使本领域技术人员把日本实用新型申请54-50227和日本未审查申请专利公报57-151523中公开的现有技术与日本未审查申请专利公报8-162416和8-203835中公开的大气压条件下的化学汽相淀积系统组合，因为通过状态控制的均匀定向不要求反应气体注入器和半导体晶片之间的相对运动。
因此本发明的重要目的是提供生长系统，其能在稳定的环境下在半导体晶片上均匀生长材料。
本发明的另一重要目的是提供该生长系统中使用的工艺。
为实现该目的，本发明建议旋转以不同速度运动的传送机上的半导体晶片。
根据本发明的一个方案，提供的生长系统包括产生用于在晶片上生长材料的生长区的生长装置，穿过生长区并把晶片通过生长区传送到目的地的多个传送部件，和与多个移动部件相连并把多个传送部件调整到彼此不同的各自运动速度以便在通过生长区的传送期间使多个传送部件上的每个晶片旋转的控制器。
根据本发明的另一方案，提供的用于在晶片上生长材料的工艺包括以下步骤：a)将每个晶片放置在以不同速度运动的多个传送部件上，b)将每个晶片向目的地运送，以便使多个传送部件上的前述每个晶片旋转，和c)在前述每个晶片上生长材料，同时多个传送部件旋转前述每个晶片。
通过下面结合附图的说明使本发明生长系统和工艺的特点和优点更明显，附图中：
图1是表示现有技术大气压条件下的化学汽相淀积系统的透视图；
图2是表示根据本发明的大气压条件下的化学汽相淀积系统的透视图；和
图3是表示结合在图1所示的大气压条件下的化学汽相淀积系统中的传送机上的半导体晶片的旋转的示意图。
参照图2，体现本发明的大气压条件下的化学汽相淀积系统包括反应器11，反应室11a限定在反应器11中。反应区产生在反应室11a中，这将在下面介绍。
大气压条件下的化学汽相淀积系统还包括传送机12，反应气体注入器13和加热器4。反应气体注入器13向传送机12注入反应气体，并在传送机12上产生反应区。反应气体在反应区中产生预定材料。预定材料可以是半导体、导电材料或绝缘材料，例如二氧化硅、磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃。
半导体晶片15a/15b放置在传送机12上，传送机12把半导体晶片15a/15b通过反应区运送到末端。加热器14放置在传送机12下面，通过传送机12对半导体晶片15a/15b辐射热量。半导体晶片15a/15b升高到目标温度，促进反应区中的化学反应。在半导体晶片15a/15b穿过反应区时，预定材料淀积在半导体晶片15a/15b上，并在半导体晶片15a/15b上生长成层。
传送机12包括由合适的网状物制成的多个传送带12a/12b/12c/12d/12e/12f/12g和用于驱动传送带12a-12g的驱动机构12h。传送带12a-12g形成为环路，并在驱动轴(未示出)之间伸展。驱动机构12h以不同的速度旋转传送带12a-12g，相应地，传送带12a-12g以不同的速度Va、Vb、Vc、Vd、Ve、Vf和Vg运动。在这种情况下，驱动机构12h将传送带12a/12b/12c/12d/12e/12f/12g调整为Va＞Vb＞Vc＞Vd＞Ve＞Vf＞Vg。这样，驱动机构12h在传送带12a-12g之间产生相对速度，并且该相对速度使传送带12a-12g上的半导体晶片15a/15b产生旋转R，如图3所示。这种情况下，传送带以顺时针方向旋转半导体晶片15a/15b。半导体晶片15a/15b从P1通过P2和P3移动到P4，并通过旋转R改变在传送带12a-12g上的状态。半导体晶片15a/15b在反应区中旋转，并且预定材料均匀地生长在半导体晶片15a/15b上。
再参见图2，反应气体注入器13包括反应气体源13a和注入装置13b。反应气体源13a通过气管13c连接到注入装置13b，并且开口13d形成在注入装置13b的底板中。开口13d横向伸长，并且比半导体晶片15a/15b的直径宽。反应气体从开口13d向下注入，并在半导体晶片15a/15b上产生反应区。注入的反应气体穿过网状传送带12a-12g，在任何时候都由新鲜反应气体形成反应区。
即使在反应区的反应子区反应条件不同，但是旋转的半导体晶片15a/15b把整个表面暴露给反应子区，并且生长率在半导体晶片15a/15b的整个表面上均衡。结果，预定材料的层在整个表面上具有厚度。
加热器14包括设置在传送带12a-12g下面的热产生装置14a和与热产生装置14a连接的电源14b。电源14b激励热产生装置14a，热产生装置14a通过网状传送带12a-12g辐射热量。结果，半导体晶片15a/15b可靠地升高到目标温度。
在操作中，半导体晶片15a/15b以间隔设置在传送带12a-12g上，并通过反应区继续送到传送带12a-12g的末端。热产生装置14a将半导体晶片15a/15b加热到目标温度，注入装置13b使新鲜反应气体流过反应区。在半导体晶片15a/15b继续向末端运行时，传送带12a-12g由于相对速度而使半导体晶片15a/15b产生旋转R，旋转的半导体晶片15a/15b均匀地将整个表面暴露给反应子区中的反应产物或预定材料。结果，预定材料的生长率保持均衡，预定材料在半导体晶片15a/15b上生长到恒定厚度。
在这种情况下，反应气体注入器13用作生长装置，传送带12a-12g作为多个传送部件。驱动机构12h对应于控制器。
从上面的说明可以理解，传送带12a-12g以不同的速度Va-Vg运动，并使半导体晶片15a/15b在反应区中产生旋转R。结果，生长率被均衡，预定材料在半导体晶片15a/15b上生长到恒定厚度。
相对速度是由驱动机构12h产生的，并且在传送带12a-12g上没有放置妨碍热和气体流动的任何障碍物。因此，反应条件在反应区中相当均匀，并且预定材料层被生长到比现有技术的更严格的目标厚度。
而且，驱动机构12h没有受热，标准电动机和标准机械元件适用于驱动机构12h。为此，驱动机构12h比现有技术的台板更经济。
虽然已经表示和说明了本发明的具体实施例，但是很显然，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种修改和改型。
例如，驱动机构可以以不同于本最佳实施例的数量级增加运动速度，以便传送带使半导体晶片旋转。
本发明可以适用于其它类型生长系统。
为了以不同速度驱动传送带，驱动机构可以包括分别与传送带相关的电机和用于把电机调整到各自目标速度的控制器。要不然，驱动机构可以只包括一个电机和齿数量不同的链轮。链轮固定到用电机驱动的单个轴上，驱动力通过传动机构从链轮传送到各个固定在驱动传送带轴上的链轮上。
在上述实施例中，七个传送带平行排列。传送带的数量根据半导体晶片尺寸和/或适用于传送机的空间可以改变。

Claims (18)

1．一种生长系统，包括：
产生用于在晶片(15a/15b)上生长材料的生长区的生长装置(13)；
穿过所述生长区并将所述晶片(15a/15b)通过所述生长区运送到目的地的多个传送部件(12a/12b/12c/12d/12e/12f/12g)；和
与所述多个移动部件连接用于移动所述多个传送部件的控制器(12h)，
其特征在于，所述控制器(12h)将所述多个传送部件调整到彼此不同的各自运动速度(Va/Vb/Vc/Vd/Ve/Vf/Vg)，以便在运送通过所述反应区过程中使所述多个传送部件(12a-12g)上的每个所述晶片(15a/15b)旋转。
2．根据权利要求1的生长系统，其特征在于所述运动速度(Va-Vg)从放置在所述多个传送部件的一侧的所述多个传送部件的一个(12g)向放置在所述多个传送部件的另一侧的所述多个传送部件的另一个(12a)逐渐增加。
3．根据权利要求2的生长系统，还包括用于将所述晶片(15a/15b)加热到适于在所述生长区中生长的目标温度的加热器(14)。
4．根据权利要求3的生长系统，其特征在于所述材料是通过在所述反应区中的反应材料之间的化学反应生长的。
5．根据权利要求4的生长系统，其特征在于所述反应材料以汽相输送到生长区。
6．根据权利要求5的生长系统，其特征在于所述反应材料在大气压左右彼此反应。
7．根据权利要求6的生长系统，其特征在于所述生长装置包括位于所述多个传送部件(12a-12g)上并向所述多个传送部件以汽相注入所述反应材料用于产生所述生长区的注入装置(13b)。
8．根据权利要求7的生长系统，其特征在于所述多个传送部件(12a-12g)由网状物形成，以便容许所述反应材料穿过。
9．根据权利要求8的生长系统，其特征在于所述多个传送部件(12a-12g)容许从放置在其下的所述加热器(14)辐射热量。
10．根据权利要求9的生长系统，其特征在于所述控制器(12h)位于所述加热器和所述晶片之间的加热区外边的位置。
11．根据权利要求6的生长系统，其特征在于所述晶片(15a/15b)是由半导体材料形成的。
12．用于在晶片(15a/15b)上生长材料的工艺，包括以下步骤：
a)将每个所述晶片(15a/15b)放置在以不同速度(Va-Vg)运动的多个传送部件(12a-12g)上；
b)将所述每个晶片(15a/15b)向目的地运送，以便使所述多个传送部件上的所述每个晶片旋转；和
c)在所述每个晶片上生长所述材料，同时所述多个传送部件(12a-12g)旋转所述每个晶片(15a/15b)。
13．根据权利要求12的工艺，其中所述多个传送部件(12a-12g)的速度从位于所述多个传送部件的一侧的一个传送部件(12g)向位于另一侧的另一个传送部件(12a)逐渐增加。
14．根据权利要求12的工艺，其中所述材料在所述步骤c)通过反应气体之间的化学反应生长。
15．根据权利要求14的工艺，其中所述反应气体在大气压条件下彼此反应。
16．根据权利要求14的工艺，还包括在所述步骤b)和所述步骤c)之间将所述晶片(15a/15b)加热到适于所述化学反应的目标温度的步骤。
17．根据权利要求12的工艺，其中所述晶片是由半导体材料形成的。
18．一种表面处理系统，包括：
用于处理晶片(15a/15b)表面的表面处理装置(13)；
穿过所述表面处理装置并将所述晶片(15a/15b)通过所述表面处理装置运送到目的地的多个传送部件(12a/12b/12c/12d/12e/12f/12g)；和
与所述多个传送部件连接的控制器(12h)，
其特征在于，所述控制器(12h)将所述多个传送部件调整到彼此不同的各自运动速度，以便在运送通过所述反应区过程中使所述多个传送部件上的每个所述晶片旋转。
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