CN201620191U - 沉积高温氧化物的低压化学沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种沉积高温氧化物的低压化学沉积设备，包括：具有外管和内管的炉管；炉管基座；可载有晶圆的晶舟；自外管封闭端覆盖于外管的外侧、且与炉管基座之间保持预定间隔、并可对内管内部加热的加热器；可穿过炉管基座向内管内部通入N2O的第一气体注入管；可穿过炉管基座向内管内部通入二氯硅烷DCS的第二气体注入管；第一气体注入管穿过炉管基座深入内管内部、并在靠近外管封闭端的预定位置反向折弯至加热器与炉管基座之间的预定间隔处，以使N2O经加热器预热后再通入至内管内部。本实用新型在成本低的基础上提高在晶圆上沉积的高温氧化物的厚度均匀性。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种沉积高温氧化物的低压化学沉积设备。
背景技术
目前，在半导体工艺中，由于二氧化硅具有适当的介电常数并与硅表面具有良好的结合能力，因此其应用十分广泛，一般用来作为栅极氧化膜(gateoxide)、区域隔离氧化层(local oxidation of silicon，LOCOS)或场氧化层(field oxide)、层间介质层(Interlayer dielectric layer)以及垫氧化层(padoxide)等等。而随着半导体元件以及工艺的微小化，对二氧化硅薄膜的品质要求也更为严格。
目前形成二氧化硅薄膜的方法主要有：等离子增强型化学气相沉积法(PECVD)、高温氧化法(HTO，High Temperature Oxidation)等等。本申请文件针对高温氧化法的低压化学沉积(LPCVD)设备进行讨论。现有技术中沉积高温氧化物的低压化学沉积设备的结构示意图如图1所示。
该化学沉积设备包括炉管100、加热器103、晶舟(boat)104和炉管基座105，其中，炉管还包括：外管101和内管102。外管101具有一端开口、另一端封闭；该外管101内还置有一两端开口的内管102；加热器103自外管封闭端覆盖于外管的外侧、且与炉管基座之间保持预定间隔、并可对内管内部加热；炉管基座105与载有晶圆的晶舟104连接，可与外管101开口端接触、并与所述外管101构成密闭空间；晶舟104装设于所述炉管基座上、并收容于内管102内部。
进行沉积工艺时，首先炉管基座105带动载有晶圆的晶舟104上升，晶舟104升入内管102当中，炉管基座105与外管101构成用于沉积的密闭结构，炉管基座105上设置有第一气体注入管106和第二气体注入管107，用于将沉积反应所需的气体输送至炉管内。排气口108同样设置在炉管基座105上，用于排出废气。
在沉积高温氧化物的过程中，通过第一气体注入管106向炉管内通入氧化亚氮(N2O)，通过第二气体注入管107向炉管内通入二氯硅烷(DCS，SiH2Cl2)，二者发生反应在晶圆表面生成高温氧化物，即二氧化硅。反应气体按图中箭头所示的方向，在炉管内流动，从内管102的顶部流向外管101与基座105交接处的排气口108，废气从排气口108排出。从图1中可以看出，第一气体注入管106和第二气体注入管107的出气端均位于炉管的底部，使得两个出气端排出的两种气体在炉管底部混合，就可以发生化学反应，生成了二氧化硅。通过对在晶舟内形成的同一批晶圆进行分析发现：在靠近炉管底部的晶圆上形成的二氧化硅与其它位置(中间部和顶部)的晶圆上生成的二氧化硅厚度相比，均匀性很差。这是因为沉积高温氧化物所需要的合适温度在700～800摄氏度，而现有设置在炉管外的加热器离炉管底部还有一段距离，N2O通向炉管中的位置恰好是炉管底部的位置，也是晶圆最先接触气体流的位置。向炉管中不断通入N2O时，N2O从第一气体注入管106进入炉管的初始温度只有室温的温度，N2O刚进入炉管时，还无法达到沉积所需要的温度就与DCS发生部分化学反应，生成了厚度质量较差的二氧化硅层。
现有一种DCS-HTO预处理加温装置，用于在炉管外就对DCS气体进行预加热，使其达到沉积所需要的温度，但是这种装置需要将炉管进行改造才能与其适配，成本很高，给半导体工艺的制作增加了相当大的一笔费用。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型解决的问题是：在成本低的基础上提高在晶圆上沉积的高温氧化物的厚度均匀性。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：
本实用新型公开了一种沉积高温氧化物的低压化学沉积设备，包括：
炉管，其具有一端开口、另一端封闭的外管，该外管内还置有一两端开口的内管；
可与外管开口端接触、并与所述外管构成密闭空间的炉管基座；
自外管封闭端覆盖于外管的外侧、且与炉管基座之间保持预定间隔、并可对内管内部加热的加热器；
可载有晶圆的晶舟，其装设于所述炉管基座、并收容于内管内部；
可穿过炉管基座向内管内部通入氧化亚氮N2O的第一气体注入管；
可穿过炉管基座向内管内部通入二氯硅烷DCS的第二气体注入管；
第一气体注入管穿过炉管基座深入内管内部、并在靠近外管封闭端的预定位置反向折弯至加热器与炉管基座之间的预定间隔处，以使N2O经加热器预热后再通入至内管内部。
第一气体注入管平行于内管延伸方向深入至内管内部、并平行于内管延伸方向反向折弯。
所述第二气体注入管穿过炉管基座、且其出气端与炉管基座装设晶舟的一侧表面平齐。
所述第二气体注入管穿过炉管基座深入内管内部，且其出气端与第一气体注入管的出气端在垂直于内管延伸的方向上平齐。
在平行于炉管基座的平面上，第一气体注入管和第二气体注入管的出气端之间的间距小于预定间隔。
所述第一气体注入管和第二气体注入管为石英管。
由上述的技术方案可见，本实用新型在节约成本的基础上，对第一气体注入管，即对通入N2O的进气管进行改造，使第一气体注入管在原有基础上，向内管里面延伸，由于靠近加热器，所以N2O在第一气体注入管内就经过预热，达到沉积所需要的温度，这样从第一气体注入管中出来与从第二气体注入管出来的DCS发生反应，就可以使晶圆上生成的二氧化硅具有较好的厚度均匀性，尤其对于位于炉管底部的晶圆，效果更为明显。
附图说明
图1为现有技术中沉积高温氧化物的低压化学沉积设备的结构示意图。
图2为本实用新型优选实施例沉积高温氧化物的低压化学沉积设备的结构示意图。
图3为本实用新型另一实施例沉积高温氧化物的低压化学沉积设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
本实用新型利用示意图进行了详细描述，在详述本实用新型实施例时，为了便于说明，表示结构的示意图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本实用新型的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本实用新型的核心思想是：对第一气体注入管，即对通入N2O的进气管进行改造，使第一气体注入管在原有基础上，向内管里面延伸，由于靠近加热器，所以N2O在第一气体注入管内就经过预热，达到沉积所需要的温度，这样从第一气体注入管中出来与从第二气体注入管出来的DCS发生反应，就可以使晶圆上生成的二氧化硅具有较好的厚度均匀性，尤其对于位于炉管底部的晶圆，效果更为明显。
从图1中的示意图可以看出：现有技术中的第一气体注入管106和第二气体注入管107的构造基本相同，以第一气体注入管106为例进行说明：第一气体注入管106穿过炉管基座105、且其出气端与炉管基座105装设晶舟的一侧表面平齐，气体N2O从端部出来进入炉管内，即进入炉管底部，恰好造成了如前所述的缺陷：使得炉管底部的晶圆上形成的二氧化硅厚度均匀性很差。
为了解决此问题，本实用新型优选实施例沉积高温氧化物的低压化学沉积设备的结构示意图如图2所示。图2的低压化学沉积设备显示：第一气体注入管106穿过炉管基座105深入内管102内部、并在靠近外管101封闭端的预定位置反向折弯，至加热器103与炉管基座105之间的预定间隔处，以使N2O经加热器103预热后再通入至内管102内部。具体地，第一气体注入管106平行于内管102延伸方向深入至内管内部、并平行于内管延伸方向反向折弯。这样加热器103的高温就可以将第一气体注入管106内通入的N2O预热。由于本实用新型实施例中并没有对第二气体注入管107，即通入DCS气体的注入管，进行改造，仍然像图1中那样，第二气体注入管107穿过炉管基座105、且其出气端与炉管基座105装设晶舟的一侧表面平齐，所以为了两种气体能够在注入管端口处就能发生反应，第一气体注入管106的反向折弯部分的端口设于加热器103与炉管基座105之间的预定间隔处，稍微高于炉管基座的105的上表面，在平行于炉管基座105的平面上，第一气体注入管106和第二气体注入管107的出气端之间的间距小于预定间隔，但仍能保证气体的排放流畅。这里对于第一气体注入管106靠近外管101封闭端的预定位置，不作具体限定，达到内管102高度的2/3至3/4即可，只要能使气体N2O受到加热器103的充分预热就能够实现本实用新型的目的。
本实用新型沉积高温氧化物的低压化学沉积设备的另一实施例的结构示意图如图3所示。
图3中，对第一气体注入管106和第二气体注入管107同时进行改造.第二气体注入管107穿过炉管基座105深入内管102内部，且其出气端与第一气体注入管106的出气端在垂直于内管延伸的方向上平齐，但端口要低于加热器103所在的高度。第一气体注入管106穿过炉管基座105深入内管102内部、并在靠近外管101封闭端的预定位置反向折弯至加热器103与炉管基座105之间的预定间隔处，以使N2O经加热器103预热后再通入至内管102内部。具体地，第一气体注入管106平行于内管102延伸方向深入至内管102内部、并平行于内管延伸方向反向折弯，在平行于炉管基座105的平面上，第一气体注入管106和第二气体注入管107的出气端之间的间距小于预定间隔。同样，这里对于第一气体注入管106靠近外管101封闭端的预定位置，不作具体限定，达到内管102高度的2/3至3/4即可，只要能使气体N2O受到加热器103的充分预热就能够实现本实用新型的目的。
本实用新型中第一气体注入管106和第二气体注入管107的内外径，仍然为现有气体注入管的内外径，且都采用石英制作而成。
另一方面需要注意的是：由于DCS在一定温度下就会发生分解(通常在300摄氏度以上就会分解成多晶硅)，加热器达到沉积高温氧化物所需要的温度在700～800摄氏度，DCS如果非常靠近处于高温的加热器，就会发生分解反应，所以第二气体注入管107的端部从炉管基座105上表面向内管102中延伸时，端口需要低于加热器所在的位置，这样才可能避免被分解掉。
在具有本实用新型两种实施例中所述的气体注入管及具有该气体注入管的低压化学沉积设备后，首先通过第一气体注入管106向炉管内通入N2O，使N2O充满整个炉管，且达到一定的压力，同时利用加热器103给炉管加热，使炉管内达到沉积所需要的温度，这时，继续由第二气体注入管107向炉管内通入DCS。由于N2O在第一气体注入管106内经过预热过程，温度已经达到沉积所需要的温度，所以在本实用新型实施例所示出的第一气体注入管106和第二气体注入管107的出气端，两种气体发生反应，在晶圆上生成的二氧化硅具有较好的厚度均匀性。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种沉积高温氧化物的低压化学沉积设备，包括：
炉管，其具有一端开口、另一端封闭的外管，该外管内还置有一两端开口的内管；
可与外管开口端接触、并与所述外管构成密闭空间的炉管基座；
自外管封闭端覆盖于外管的外侧、且与炉管基座之间保持预定间隔、并可对内管内部加热的加热器；
可载有晶圆的晶舟，其装设于所述炉管基座、并收容于内管内部；
可穿过炉管基座向内管内部通入氧化亚氮N2O的第一气体注入管；
可穿过炉管基座向内管内部通入二氯硅烷DCS的第二气体注入管；
其特征在于，第一气体注入管穿过炉管基座深入内管内部、并在靠近外管封闭端的预定位置反向折弯至加热器与炉管基座之间的预定间隔处，以使N2O经加热器预热后再通入至内管内部。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，第一气体注入管平行于内管延伸方向深入至内管内部、并平行于内管延伸方向反向折弯。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第二气体注入管穿过炉管基座、且其出气端与炉管基座装设晶舟的一侧表面平齐。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第二气体注入管穿过炉管基座深入内管内部，且其出气端与第一气体注入管的出气端在垂直于内管延伸的方向上平齐。
5.如权利要求3或4所述的设备，其特征在于，在平行于炉管基座的平面上，第一气体注入管和第二气体注入管的出气端之间的间距小于预定间隔。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第一气体注入管和第二气体注入管为石英管。
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