TW202107528A - 氫氣輔助的大氣自由基氧化 - Google Patents

氫氣輔助的大氣自由基氧化 Download PDF

Info

Publication number
TW202107528A
TW202107528A TW109114189A TW109114189A TW202107528A TW 202107528 A TW202107528 A TW 202107528A TW 109114189 A TW109114189 A TW 109114189A TW 109114189 A TW109114189 A TW 109114189A TW 202107528 A TW202107528 A TW 202107528A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gas
heat treatment
workpiece
treatment chamber
hydrogen
Prior art date
Application number
TW109114189A
Other languages
English (en)
Inventor
麥克Ｘ 楊
克利斯蒂安 普法爾
亞歷山大 克西伏
Original Assignee
美商得昇科技股份有限公司
大陸商北京屹唐半導體科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商得昇科技股份有限公司, 大陸商北京屹唐半導體科技有限公司 filed Critical 美商得昇科技股份有限公司
Publication of TW202107528A publication Critical patent/TW202107528A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/02255—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H01L21/02233—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
    • H01L21/02236—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor
    • H01L21/02238—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor silicon in uncombined form, i.e. pure silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/6719—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations characterized by the construction of the processing chambers, e.g. modular processing chambers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

提供用於處理工件的設備、系統及方法。在一示範實作中，混合惰氣的氫氣可與氧氣反應以在大氣壓下氧化工件。藉由熱工件表面所輔助的氫氣與氧氣的化學反應可正向影響氧化處理。藉由氫氣與惰氣的混合可放慢化學反應的反應速度。這類混合物可有效地降低氫氣的分壓。如此，氧化處理可在大氣壓下實行，藉此，可在大氣熱處理室內實行。

Description

氫氣輔助的大氣自由基氧化
本申請案主張於2019年4月30日申請標題名稱為「Hydrogen Assisted Atmospheric Radical Oxidation」之美國專利臨時申請案第62/840,757號的優先權，該案以引用方式合併至本文。
本案一般關於處理半導體工件。
許多半導體製程(如氧化處理)需要將工件(如半導體晶圓)加熱到高溫，以在將工件製成裝置時，可發生各種化學及物理轉變。在快速熱處理期間，例如可藉由燈陣列，透過支撐板，在典型地少於數分鐘時間內，加熱半導體晶圓至從約300℃至約1,200℃之溫度。
本案的態樣及優點將在以下的描述中部份地提出或可經由揭示內容的實行而習得。
本案一示範態樣係有關於一種用於處理工件的方法。此方法可包含將工件放置於熱處理室內。此方法可包含允許第一氣體以第一流速進入熱處理室中。熱處理室可在約大氣 壓之下。第一氣體可包含惰氣及氫氣的混合物，且在此混合物中，氫氣的濃度可小於約4體積%。此方法可包含以一或更多熱源來加熱此熱處理室內的工件。此方法可包含在約大氣壓下的熱處理室內將工件曝露至第一氣體。第一流速使熱處理室內的氫氣分壓可小於約10托。
本案另一態樣係有關於一種熱處理設備。此熱處理設備可包含熱處理室，其經配置以維持在約大氣壓之下。此熱處理設備可包含工件支架，其經配置以在熱處理期間支承熱處理室內的工件。此熱處理設備可包含一或更多熱源，其經配置以在熱處理期間加熱工件。此熱處理設備可包含氣體供應器。此氣體供應器可包含第一氣體管線，其經配置以允許組成氣體以第一流速進入熱處理室中。組成氣體可包含惰氣及氫氣的混合物。此混合物中氫氣的濃度可小於約4體積%。第一流速可使熱處理室內氫氣的分壓小於約10托。工件可在約大氣壓下曝露至組成氣體。
可針對本案示範實施例做出變更及修改。
本案的這些及其他的特徵、態樣、及優點，在參照下文描述及後附申請專利範圍之下，將得到更佳的瞭解。合併在此說明書中並構成其一部份的附圖繪示本案的實施例，並連同說明用來解釋相關原理。
50:Structure 結構
52:Silicon wafer 矽晶圓
54:Bulk interface 本體界面
56:Silicon molecule 矽分子
58:Oxygen molecule 氧分子
60:Hydrogen molecule 氫分子
64:Oxygen radical 氧自由基
66:Water vapor 水蒸氣
68:Silicon dioxide 二氧化矽
100:Rapid thermal processing(RTP)system 快速熱處理(RTP)系統
105:Thermal processing chamber 熱處理室
110:Workpiece 工件
115:Support pin 支撐銷
120:Support plate 支撐板
130:Heat source 熱源
135:Rotatable base 旋轉式基座
140:Heat source 熱源
145:Air bearing 空氣軸承
150:Gas supply 氣體供應器
150A:Gas flow direction 氣流方向
150B:Gas flow direction 氣流方向
165:Pyrometer 高溫計
170:Feed gas line 餵氣管線
172:Feed gas line 餵氣管線
174:Feed gas line 餵氣管線
175:Controller 控制器
180:Door 門
185:Gas supply 氣體供應器
190:End plate 端板
300:Method 方法
400:Gas supply 氣體供應器
410:Gas inlet 氣入口
420:Gas flow plate 氣流板
510:Upper row 上列
520:Bottom row 底列
針對本技術領域中具通常知識者的實施例之詳細 討論係陳述於說明書中，其參照附圖，其中：
第一圖繪出依照本案示範實施例的一結構上的一示例氧化處理；
第二圖繪出依照本案示範實施例的一示例快速熱處理(RTP)系統；
第三圖繪出依照本案示範實施例之一示例方法的流程圖；
第四圖繪出依照本案示範實施例之一示例氣體供應器；
第五圖繪出依照本案示範實施例之流入熱處理室的氣體的示例頂視圖。
現詳細地參照實施例，其一或多個範例已在圖式中加以圖解。以解釋實施例而非限制本揭露的方式提出各個範例。事實上，熟悉所屬技術領域者應能輕易看出，可對實施例做出各種修改及變化而不會偏離本揭露的範疇或精神。例如，經繪出或描述為某一實施例之某一部分的特徵可配合另一具體實施例使用，以產生又更進一步的實施例。因此，本揭露之態樣企圖涵蓋這類修改及變化。
本案示例態樣係有關於用於處理工件(如半導體晶圓、或矽及/或含矽結構)之方法與設備，使此工件的一部分至少部分地受到氧化。氧化處理(如快速熱處理設備內的氧化 處理)，有時可能產生安全問題。例如，氫氣及氧氣可在工件表面上反應，以降低氧化溫度及改善氧化物品質。然而氫氣係可燃的，且在氫氣與空氣及氧氣混合時，可能引起安全問題。
依照本案示範態樣，與惰氣(亦稱載體氣體，如氬、氦、氙、氖或氮)混合的氫氣可與氧氣反應，以在大氣壓下氧化工件。為了本揭露的目的，將氮氣(N2)包括在惰氣例子之內。藉由已被加熱的工件表面進行輔助的氫氣與氧氣的化學反應可正向地影響氧化處理。可藉由氫氣與惰氣的混合減慢此化學反應的反應速度。這類混合物能有效地降低氫氣的分壓。如此，此氧化程序可在大氣壓下進行，藉此，可在大氣熱處理室內進行。
在某些實施例中，除了氫氣的分壓之外，氣體分布及氧化溫度也可正向地影響氧化程序。例如，除氫氣分壓外，流到工件表面的氣體，可沿著不同方向(如相對於工件表面垂直及/或平行)在高速下進行，以影響工件表面邊界層厚度。另外，可使用氧化溫度來影響氧化程序的生長速率及氧化物品質。如此，成品氧化物層的一致性及選擇性可受到控制。
本案的一示範態樣係有關於用於處理工件的方法。方法可包含將工件放置於熱處理室內。方法可包含允許組成氣體(如惰氣及氫氣的混合物)與含氧氣體(如氧氣或含氧氣的氣體)進入熱處理室中。方法可包含以一或更多熱源來加熱熱處理室內的工件。方法可包含在加熱工件的同時，將工件曝 露至在約大氣壓下的熱處理室內之組成氣體及含氧氣體，以至少部分地氧化工件的一部分。
依照本案的一示範態樣，可將工件放置於熱處理室內的支架板上。熱處理室可為一種大氣熱處理室，其可操作在約大氣壓下。例如，熱處理室係快速熱處理(RTP)系統的一部分，其將在下文進一步詳述。
依照本案的一示範態樣，組成氣體可為與惰氣混合之氫氣的混合物。例如，在氫氣及氮氣混合物內的氫氣濃度可小於約4體積%。在氫氣及氬氣混合物內的氫氣濃度可小於約3體積%。如此，混合物內氫氣濃度可維持在可燃性極限以下。結果，以混合惰氣之氫氣作為基礎的氧化程序可在大氣壓下執行。
在某些實施例中，熱處理室內的反應物分壓可依據組成氣體、含氧氣體及/或稀釋氣體(如惰氣)當中的流速進行調整。例如，可允許組成氣體在某一流速下進入熱處理室中，這樣氫氣的分壓係小於約10托(Torr)。可允許含氧氣體在某一流速下進入熱處理室中，這樣含氧氣體的分壓係在約30托至約50托的範圍內。稀釋氣體可為惰氣，以稀釋組成氣體及氧氣。
例如，為了取得混合至氮(N2)大氣之總流速約每分鐘24標準公升(slm)的約40托氧(O2)分壓及約10托氫(H2)分壓，依照本案示範實施例的一示例實作的示範流速係提供如下：
Figure 109114189-A0202-12-0006-1
在某些實施例中，為了提供增加的反應物(其供應到氧化程序中的工件表面)，可調整總流速為小於約350slm，這遠大於標準快速熱氧化程序中的典型流速(如約25slm)。
在某些實施例中，稀釋氣體可與組成氣體中的惰氣相同。例如，氬氣及氮氣皆可用於組成氣體及稀釋氣體中。在某些實施例中，稀釋氣體可與組成氣體中的惰氣不同。例如，可在組成氣體中使用氬氣，並且可在稀釋氣體中使用氮氣，反之亦然。在某些實施例中，沒有稀釋氣體，只可允許組成氣體及含氧氣體進入熱處理室中。
在某些實施例中，除組成氣體及含氧氣體外，此方法也可包含允許額外的氣體進入熱處理室中。例如，此額外氣體可為氨氣。
在某些實施例中，組成氣體係預混合氣體。例如，氫氣及含氧氣體，在允許進入熱處理室之前，可先混合。在某些實施例中，組成氣體可在熱處理室內形成。例如，氫氣及含氧氣體可在不同流速下獨立地進入熱處理室中，以實現各自的分壓。
在某些實施例中，可允許組成氣體、含氧氣體、稀釋氣體及/或額外氣體，沿著不同氣體流向，如垂直於工件的氣流向、平行於工件的氣流向、或其組合，進入熱處理室中。如此，可調整反應物的供應，以流到更深的溝槽中及/或有效地移除反應物副產物。
依照本案的一示例態樣，此方法可包含以一或更多熱源來加熱熱處理室內的工件。熱源可為燈、閃光燈、弧光燈、雷射、電漿熱源、脈衝式熱源或任何其他用來加熱工件的合適熱源。
在某些實施例中，熱處理室可包含被排列成加熱工件兩側的熱源(如第一表面及相對第二表面)。例如，工件上的不同區域或結構可以不同方式來吸收能量。可能會發生不同的局部溫度，影響局部氧化物生長速率。從前及後側以不同的可調功率來加熱工件可降低局部溫度差異，且可降低負作用(如工件翹曲)。
依照本案的一示範態樣，此方法可包含在加熱工件的同時，將工件曝露至約在大氣壓下的熱處理室內的組成氣體及含氧氣體，以至少部分地氧化工件的一部分。例如，可藉由已加熱的工件幫助組成氣體及含氧氣體之間的反應。在已加熱的工件表面上，來自組成氣體的氫可與氧分子反應而留下氧自由基。由於組成氣體及/或稀釋氣體內的惰氣，可以延遲兩個氧自由基形成氧分子的再結合。相較於與另一氧自由基反 應，一氧自由基較可能擴散到氧化物的本體界面，以與一矽原子反應。額外地，某些氧自由基可與氫反應，產生水蒸氣。早先形成的水蒸氣可在已加熱的工件上解離，作為氧自由基擴散到氧化物本體界面上的額外來源。因為此反應係在大氣壓下進行，不會影響(如增加)氣相反應物的平均自由路徑，可以降低找到反應參與者的機率。
在某些實施例中，組成氣體可使用氮作為載體氣體。氫分子及自由基的存在有提升氮擴散的額外效用。如此，可在氧化物生長期間形成氮氧化物。
本案另一態樣係有關於用於處理工件的熱處理設備。熱處理設備可包含約處於大氣壓之下的熱處理室。熱處理設備可包含工件支架，以於熱處理期間支承熱處理室內的工件。熱處理設備可包含一或更多熱源，在熱處理期間加熱工件。熱處理設備可包含氣體供應器。氣體供應器可包含第一氣體管線，其經配置以允許組成氣體以第一流速進入熱處理室中。組成氣體可包含惰氣及氫氣的混合物。混合物中氫氣的濃度可小於約4體積%。第一流速可以使熱處理室內的氫氣分壓小於約10托。工件可在約大氣壓下曝露至組成氣體。
在某些實施例中，氣體供應器更可包含第二氣體管線，以允許氧氣以第二流速進入熱處理室中。在一或更多熱源加熱工件的同時，工件可曝露至在約大氣壓下的熱處理室內的氧氣，這樣組成氣體及氧氣可至少部分地氧化工件的一部 分。在某些實施例中，第二流速可以使熱處理室內的氧分壓在約在30托到約50托的範圍內。在某些實施例中，可包含第三氣體管線以允許稀釋氣體進入熱處理室中。稀釋氣體可稀釋組成氣體及氧氣。稀釋氣體可以與組成氣體內的惰氣相同或不同。在某些實施例中，氣體供應器可包含第四氣體管線，以允許氨氣或其他氣體進入熱處理室中。在某些實施例中，混合氬氣與氫氣之混合物內的氫氣濃度可小於約3體積%。在某些實施例中，混合氮氣與氫氣的混合物內的氫氣濃度可小於約4體積%。在某些實施例中，氣體供應器可包含位在熱處理室內工件上方的氣流板，如此允許組成氣體以垂直及/或平行工件的氣體流向進入。
本案的示範態樣提供數個技術功效及優點。例如，與惰氣混合的氫氣可與氧氣反應，以便在大氣壓下氧化工件。可藉由將氫氣與惰氣混合來減慢此反應的反應速度。這類混合物可有效地減少氫氣的分壓。如此，可在大氣壓下執行氧化程序，而不影響(如增加)氣相反應物的平均自由路徑。這樣可減少找到反應參與者的機率，且可控制成品氧化物層的一致性及選擇性。
為了說明和討論的目的，參照「工件」、「晶圓」、或半導體晶圓來討論本案諸態樣。所屬技術領域中具有通常知識者在使用本文所提供的揭露內容的情況下將理解到，本案的示例態樣可與任何半導體基板或其他合適的基板結合使用。另 外，術語「約」與一數值或其他值結合使用意指在所述數值的百分之二十(20%)之內。「基座」指可用於支撐工件的任何結構。
現在參考附圖，現在將詳細討論本案的示例具體實施例。第一圖繪出依照本案示範實施例之結構50上的一示例氧化程序。結構50包含矽晶圓52及氧化物本體界面54。氧化物本體界面54係介於矽晶圓52及諸氣體之間的界面，在此處發生矽氧化反應。如能夠在70A及70B所見，將與氬氣混合的氫氣，及氧氣輸送到矽晶圓52之上。氧分子(O2)58、氫分子(H2)60、及以具有垂直線的圓圈來標示的氬(Ar)分子，係在氧化物本體界面54上解離。某些氧自由基(如氧自由基64)擴散進入氧化物本體界面54中。某些氧自由基與氫分子反應，產生水蒸氣66。氬分子的存在可降低氧自由基之間再結合的機率。如70C所示，氧自由基64與矽晶圓52的矽分子56反應，形成二氧化矽68。如70D可見到，先前形成的水蒸氣66又在氧化物本體界面54上再次解離，作為一種形成擴散進入氧化物本體界面54中的氧自由基64的額外源，以氧化矽分子56。由於反應係在大氣壓下進行，不影響(如增加)氣相反應物的平均自由路徑，可降低找尋到反應參與者的機率。
在某些實施例中，(第一圖中未示)，氫氣可與氮氣混合。氫分子及自由基的存在，可具有促進氮擴散的額外效果。如此，可在氧化物生長期間形成氮氧化合物。
第二圖繪出依照本案示範實施例之一示例快速熱處理(RTP)系統100。如圖所示，RTP系統100包含熱處理室105、工件110、支撐板120、熱源130及140、空氣軸承145、高溫計165、控制器175、門180及氣體供應器185。
利用支撐板120將待處理的工件110支承於處理室105(如石英RTP室)內。支撐板120(如石英支撐板)在熱處理期間支承工件110。支撐板120的例子可包含一或更多支撐銷、環形支架、或任何與工件接觸並支承之的合適支架。如第二圖所示，支撐板120包含一或更多支撐銷115(僅示出一者)。支撐板120可將熱從熱源140輸送出去，並可從工件110吸收熱。在某些實施例中，支撐板120可以石英製成。在某些實施例中，支撐板120可包含旋轉式基座135，其以特定的轉向及特定的轉速來旋轉工件110。端板190將熱處理室105密封，而門180允許工件110進入，且在其關閉時，允許熱處理室105密封。兩排熱源130(如燈、閃光燈、弧光燈、雷射、脈衝式熱源、或其他合適的熱源)及140，分別顯示在工件110的兩側。可使用控制器175(如電腦、微控制器、其他控制裝置等)來控制熱源130及140。可使用控制器175來控制氣體供應器185、門180及/或溫度測量系統(在本圖標示為高溫計165)。
如第二圖所示，依照本案示例態樣，RTP系統100包含氣體供應器150，以輸送組成氣體(如混合氫氣及惰氣的混合物)、含氧氣體(如氧氣)及稀釋氣體(如惰氣)到熱處理室105 中。氣體供應器185可包含複數餵氣管線。可使用閥及/或質流控制器(第二圖中未示)來控制每一條餵氣管線，以輸送期望的氣體量到熱處理室105中。如第二圖所示，氣體供應器150包含用於輸送組成氣體的餵氣管線170、用於輸送含氧氣體的餵氣管線172、用於輸送稀釋氣體的餵氣管線174。可使用閥及/或質流控制器(第二圖中未示)來控制每一條餵氣管線的流速，以使個別氣體流入熱處理室105中。
在某些實施例中，在混合氫氣與氮氣的混合物中之氫氣的濃度可小於約4體積%。在混合氫氣與氬氣的混合物中之氫氣的濃度可小於約3體積%。氣體的一個示例係可購自Linde公司的Varigon H2。如此，混合物內的氫氣濃度可以保持在可燃性極限以下。其結果是，以混合惰氣之氫氣為基礎的氧化程序可在大氣壓下執行。
在某些實施例中，可依據組成氣體、含氧氣體及/或稀釋氣體(如惰氣)當中的流速，調整熱處理室105內的反應物分壓。例如，可允許組成氣體以一流速進入熱處理室105中，使氫氣分壓可小於約10托。可允許含氧氣體以一流速進入熱處理室105中，使氧氣分壓可在約30托到約50托的範圍內。稀釋氣體可以是用來稀釋組成氣體及氧氣兩者的惰氣。
在某些實施例中，為了供應增加的反應物(其在氧化程序中被供應到工件表面)，可調整總流速至小於約350slm，這遠大於標準快速熱氧化程序中的典型流速(如約25 slm)。
在某些實施例中，稀釋氣體可以是與組成氣體中所包含者相同或不同的惰氣。例如，氬氣或氮氣皆得利用於組成氣體及稀釋氣體中。在某些實施例中，稀釋氣體可與組成氣體內的惰氣不同。例如，在組成氣體中可使用氬氣，而在稀釋氣體中可使用氮氣，反之亦然。在某些實施例中，沒有稀釋氣體，只有組成氣體及含氧氣體可被允許進入熱處理室中。
在某些實施例中，(第二圖未示)，氣體供應器150更可包含用於輸送額外氣體(如氨氣)進入熱處理室105中的餵氣管線。
如第二圖所示，依照本案示例態樣，氣體供應器150可沿著不同的氣流方向，例如垂直於工件的氣流方向150A、平行於工件的氣流方向150B、或其組合，輸送組成氣體、含氧氣體、稀釋氣體及/或額外氣體到熱處理室105中。如此，可以調整反應物的供應，而流到更深的溝槽及/或有效地移除反應副產物。
在某些實施例中(第二圖未示)，氣體供應器150可包含位在熱處理室105內工件110上方的氣流板，這樣可允許組成氣體、含氧氣體、稀釋氣體及/或額外氣體以垂直於工件110的氣流方向150A進入熱處理室105中。
第三圖繪出依照本案示範實施例之一示例方法(300)的流程圖。將以舉例的方式參照第三圖的RTP系統100來 討論方法(300)。可在任何合適的熱處理設備內執行方法(300)。第三圖繪示了出於說明和討論目的而以特定順序執行的步驟。所屬技術領域中具有通常知識者在使用本文提供的揭露內容的情況下將理解到，可以各種方式省略、擴展、同時執行、重新排列及/或修飾本文所述的任何方法的各個步驟，而不偏離本發明的範疇。此外，可在不偏離本發明範疇的情況下執行各種步驟(未示出)。
在(310)，此方法可包含將工件放置在熱處理室內的工件支架上。例如，工件110可放置在熱處理室105的工件支撐板120上。熱處理室105可為大氣熱處理室，其可在約大氣壓下進行工作。
在(320)，方法可包含允許第一氣體(如組成氣體)進入熱處理室中。例如，組成氣體可包含混合氫氣及惰氣(如氬或氮)的混合物。氣體供應器150可以垂直於工件的氣體流向150A及/或平行於工件的氣體流向150B，透過餵氣管線170，將組成氣體輸送到熱處理室105內。
在(330)，方法可包含允許第二氣體(如含氧氣體)進入熱處理室中。例如，氣體供應器150可以垂直於工件的氣體流向150A及/或平行於工件的氣體流向150B，透過餵氣管線172，將含氧氣體輸送到熱處理室105內。
在(340)，方法可包含以一或更多熱源加熱工件。例如，熱源130及140可加熱工件110到達某一溫度，使氧化程 序能夠發生。
在(350)，方法可包含曝露工件至第一氣體及第二氣體，以氧化工件。例如，工件110可在約大氣壓下曝露至組成氣體及含氧氣體，以氧化工件110。
在(360)，方法可包含冷卻第一氣體及第二氣體。例如，組成氣體及含氧氣體可在快速熱處理(RTP)系統100內冷卻。
在(370)，方法可包含沖洗熱處理室。例如，可沖洗熱處理室105，以為下一個待處理工件做好準備。
第四圖繪出依照本案示範實施例的一示例氣體供應器400。如圖所示，氣體供應器400包含兩個氣入口410及一個氣流板420。一個氣入口用來以垂直於工件110的氣體流向輸送氣體，而另一個氣入口用來以平行於工件110的氣體流向輸送氣體。氣流板420係位在工件110的上方，這樣可以垂直於工件110的氣體流向均勻地輸送氣體。例如，第四圖顯示工件110有大於氣流板420直徑的直徑。在某些實施例中，氣流板420的直徑可以小於或約相等於工件110的直徑。
第五圖繪出依照本案示範實施例之氣體流入熱處理室105的一示例頂視圖。上列510顯示以平行於工件的氣體流向所輸送的氣體(如組成氣體及含氧氣體)。從室的一側將氣體輸送到熱處理室105內。當時間從1秒增加到60秒時，熱處理室105內水蒸氣的濃度變得越來越均勻。底列520顯示以平行於工 件的氣體流向，及垂直於工件的氣體流向，來輸送氣體。如第五圖可見，相較於上列510，水蒸氣濃度更加快地變得更加均勻。
雖然已參考本發明標的的特定示例具體實施例詳細地描述了本發明標的，但將理解到，所屬技術領域中具有通常知識者在理解前述內容後，可輕易地產生這些具體實施例之修改、變化和等效者。因此，本文揭示內容的範圍僅作為示範，而非作為限制，且本揭示內容並未排除包含對所屬技術領域中具有通常知識者而言係可輕易完成的對本發明標的的這類修飾、變化及/或添加。
50:Structure 結構
52:Silicon wafer 矽晶圓
54:Bulk interface 本體界面
56:Silicon molecule 矽分子
58:Oxygen molecule 氧分子
60:Hydrogen molecule 氫分子
64:Oxygen radical 氧自由基
66:Waer vapor 水蒸氣
68:Silicon dioxide 二氧化矽

Claims (20)

  1. 一種用於處理一工件的方法，該方法包括：
    將該工件放置於一熱處理室中；
    允許一第一氣體以一第一流速進入該熱處理室中，該熱處理室係處在大約大氣壓，該第一氣體包括一惰氣及一氫氣的一混合物，在該混合物中該氫氣的一濃度係小於約4體積%；
    以一或更多熱源加熱該熱處理室內的該工件；及
    在約大氣壓下的該熱處理室內將工件曝露至該第一氣體；
    其中該第一流速使該熱處理室內的該氫氣的一分壓小於約10托。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，更包括：
    允許一第二氣體進入該熱處理室中，該第二氣體包括在一第二流速之下的氧；及
    在加熱該工件的同時，在約大氣壓下的該熱處理室內將工件曝露至該第二氣體，以至少部分地氧化該工件的一部分。
  3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該第二流速使該熱處理室內的該氧的一分壓在約30托至約50托的一範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該惰氣包括氬氣，該混合物內的該氫氣的該濃度係小於約3體積%。
  5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該惰氣包括氬 氣，該混合物內的該氫氣的該濃度係小於約4體積%。
  6. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該第一流速及該第二流速的一總流速係小於約350slm。
  7. 如申請專利範圍第1項的方法，更包括允許一稀釋氣體進入該熱處理室中，該稀釋氣體經過配置以稀釋該第一氣體及該第二氣體。
  8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中該稀釋氣體係相異於該第一氣體中的該惰氣。
  9. 如申請專利範圍第2項的方法，更包括允許一第三氣體進入該熱處理室中，該第三氣體包括一氨氣。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中加熱該工件更包括以該一或更多熱源加熱該工件的一第一表面及一相對的第二表面。
  11. 如申請專利範圍第2項的方法，其中在約大氣壓之下由該第一氣體及該第二氣體之間的反應而產生的水蒸氣解離，以至少部分地氧化該工件的該部分。
  12. 如申請專利範圍第1項的方法，其中允許該第一氣體以垂直於該工件的一氣體流向進入該熱處理室中。
  13. 如申請專利範圍第1項的方法，其中允許該第一氣體以平行於該工件的氣體流向進入該熱處理室中。
  14. 一種熱處理設備，包括：
    一熱處理室，其係經配置以維持在約大氣壓之下；
    一工件支架，其係經配置以在一熱處理期間支承該熱處理室內的一工件；
    一或更多熱源，其係經配置以在該熱處理期間加熱該工件；及
    一氣體供應器，包括：
    一第一氣體管線，其係經配置以允許一組成氣體以一第一流速進入該熱處理室中，該組成氣體包括一惰氣及一氫氣的一混合物，該混合物內該氫氣的一濃度係小於約4體積%；
    其中該第一流速使該熱處理室內該氫氣的一分壓小於約10托，且該工件係在約大氣壓下曝露至該組成氣體。
  15. 如申請專利範圍第14項的熱處理設備，其中該氣體供應器更包括一第二氣體管線，其經配置以允許一氧氣以一第二流速進入該熱處理室中，其中在該一或更多熱源加熱該工件的同時，該工件在約大氣壓下的該熱處理室內曝露至該氧氣，這樣該組成氣體及該氧氣至少部分地氧化該工件的一部分。
  16. 如申請專利範圍第15項的熱處理設備，其中該第二流速使該熱處理室內的該氧氣的一分壓在約30托至約50托的一範圍內。
  17. 如申請專利範圍第15項的熱處理設備，其中該氣體供應器包括一第三管線，其經配置以允許一稀釋氣體進入該熱處理室中，該稀釋氣體經過配置以稀釋該組成氣體及該氧氣，其中該稀釋氣體係相異於該組成氣體中的該惰氣。
  18. 如申請專利範圍第14項的熱處理設備，其中該惰氣包括氬氣，該氬氣內的該氫氣的該濃度係小於約3體積%。
  19. 如申請專利範圍第14項的熱處理設備，其中該惰氣包括氮氣，該氮氣內的該氫氣的該濃度係小於約4體積%。
  20. 如申請專利範圍第14項的熱處理設備，其中該氣體供應器更包括一氣流板，其位在該熱處理室內該工件的上方，而得以允許該組成氣體以垂直於該工件的一氣流方向進入。
TW109114189A 2019-04-30 2020-04-28 氫氣輔助的大氣自由基氧化 TW202107528A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962840757P 2019-04-30 2019-04-30
US62/840,757 2019-04-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202107528A true TW202107528A (zh) 2021-02-16

Family

ID=73016295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109114189A TW202107528A (zh) 2019-04-30 2020-04-28 氫氣輔助的大氣自由基氧化

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11521847B2 (zh)
JP (1) JP2022531583A (zh)
KR (1) KR20210132726A (zh)
CN (1) CN112602170B (zh)
TW (1) TW202107528A (zh)
WO (1) WO2020223317A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022115275A1 (en) 2020-11-24 2022-06-02 Mattson Technology, Inc. Arc lamp with forming gas for thermal processing systems
US11610776B2 (en) 2021-02-08 2023-03-21 Applied Materials, Inc. Method of linearized film oxidation growth

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0710935U (ja) * 1993-07-24 1995-02-14 ヤマハ株式会社 縦型熱処理炉
JPH09283750A (ja) * 1996-04-10 1997-10-31 Oki Electric Ind Co Ltd 極薄ゲート酸化膜の形成方法
US6797323B1 (en) * 1996-11-29 2004-09-28 Sony Corporation Method of forming silicon oxide layer
US6037273A (en) 1997-07-11 2000-03-14 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for insitu vapor generation
JPH11162970A (ja) * 1997-11-25 1999-06-18 Sony Corp 酸化膜の形成方法
US6673126B2 (en) * 1998-05-14 2004-01-06 Seiko Epson Corporation Multiple chamber fabrication equipment for thin film transistors in a display or electronic device
US6114258A (en) * 1998-10-19 2000-09-05 Applied Materials, Inc. Method of oxidizing a substrate in the presence of nitride and oxynitride films
JP3287406B2 (ja) * 1999-06-11 2002-06-04 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
NL1013667C2 (nl) * 1999-11-25 2000-12-15 Asm Int Werkwijze en inrichting voor het vormen van een oxidelaag op wafers vervaardigd uit halfgeleidermateriaal.
KR100711992B1 (ko) 1999-11-25 2007-05-02 에이에스엠 인터내셔널 엔.붸. 반도체 물질로 제작된 웨이퍼상에 산화물층을 형성하는방법 및 장치
US6458714B1 (en) * 2000-11-22 2002-10-01 Micron Technology, Inc. Method of selective oxidation in semiconductor manufacture
TWI313059B (zh) * 2000-12-08 2009-08-01 Sony Corporatio
JP5068402B2 (ja) * 2000-12-28 2012-11-07 公益財団法人国際科学振興財団 誘電体膜およびその形成方法、半導体装置、不揮発性半導体メモリ装置、および半導体装置の製造方法
US7053459B2 (en) * 2001-03-12 2006-05-30 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit device and process for producing the same
KR20050004924A (ko) * 2001-03-12 2005-01-12 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법
JP2003224122A (ja) * 2002-01-31 2003-08-08 Shin Etsu Handotai Co Ltd 熱処理炉の空焼き方法
US7799685B2 (en) * 2003-10-13 2010-09-21 Mattson Technology, Inc. System and method for removal of photoresist in transistor fabrication for integrated circuit manufacturing
US7285308B2 (en) * 2004-02-23 2007-10-23 Advanced Technology Materials, Inc. Chemical vapor deposition of high conductivity, adherent thin films of ruthenium
KR100994649B1 (ko) * 2005-03-08 2010-11-16 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 반도체장치의 제조 방법 및 기판처리장치
US7972441B2 (en) 2005-04-05 2011-07-05 Applied Materials, Inc. Thermal oxidation of silicon using ozone
JP4619854B2 (ja) * 2005-04-18 2011-01-26 東京エレクトロン株式会社 ロードロック装置及び処理方法
KR101100466B1 (ko) * 2005-12-22 2011-12-29 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 장치
JP2008078606A (ja) * 2006-08-22 2008-04-03 Ihi Corp アニール用治具及びアニール方法
US20080289650A1 (en) * 2007-05-24 2008-11-27 Asm America, Inc. Low-temperature cleaning of native oxide
FR2918288B1 (fr) 2007-07-03 2009-08-28 Zedel Soc Par Actions Simplifi Dispositif bloqueur de remontee sur corde double
US7951728B2 (en) 2007-09-24 2011-05-31 Applied Materials, Inc. Method of improving oxide growth rate of selective oxidation processes
JP5226336B2 (ja) * 2008-02-15 2013-07-03 株式会社神戸製鋼所 酸化シリコン膜の製造方法
EP2412849B1 (en) * 2009-03-25 2016-03-23 SUMCO Corporation Silicon wafer and method for manufacturing same
JP2011066219A (ja) * 2009-09-17 2011-03-31 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP5686487B2 (ja) * 2011-06-03 2015-03-18 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム
JP5975460B2 (ja) * 2012-01-31 2016-08-23 国立研究開発法人産業技術総合研究所 炭化ケイ素半導体装置の製造方法
US20140034632A1 (en) * 2012-08-01 2014-02-06 Heng Pan Apparatus and method for selective oxidation at lower temperature using remote plasma source
US10800092B1 (en) * 2013-12-18 2020-10-13 Surfx Technologies Llc Low temperature atmospheric pressure plasma for cleaning and activating metals
US9431238B2 (en) * 2014-06-05 2016-08-30 Asm Ip Holding B.V. Reactive curing process for semiconductor substrates
US9613828B2 (en) * 2014-06-24 2017-04-04 Ultratech, Inc. Method of laser annealing a semiconductor wafer with localized control of ambient oxygen
US9595449B1 (en) * 2015-12-21 2017-03-14 International Business Machines Corporation Silicon-germanium semiconductor devices and method of making
US20170323785A1 (en) * 2016-05-06 2017-11-09 Lam Research Corporation Method to deposit conformal and low wet etch rate encapsulation layer using pecvd

Also Published As

Publication number Publication date
US20200350158A1 (en) 2020-11-05
CN112602170B (zh) 2022-11-29
WO2020223317A1 (en) 2020-11-05
KR20210132726A (ko) 2021-11-04
JP2022531583A (ja) 2022-07-07
US12014920B2 (en) 2024-06-18
CN112602170A (zh) 2021-04-02
US11521847B2 (en) 2022-12-06
US20230099054A1 (en) 2023-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101869198B1 (ko) 에칭 방법, 기억 매체 및 에칭 장치
US12014920B2 (en) Apparatus for hydrogen assisted atmospheric radical oxidation
US10428426B2 (en) Method and apparatus to prevent deposition rate/thickness drift, reduce particle defects and increase remote plasma system lifetime
KR101814243B1 (ko) 반응관, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
KR102455368B1 (ko) 처리 챔버를 위한 개선된 측면 주입 노즐 설계
TW201247933A (en) Apparatus for deposition of materials on a substrate
JPH0945597A (ja) 半導体製造装置及びロードロック室酸素濃度の制御方法及び自然酸化膜の生成方法
US20110104896A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus
JP4495471B2 (ja) エッチング方法
JPH09148259A (ja) 横型反応装置
CN107641796B (zh) 制程设备及化学气相沉积制程
JPH04302144A (ja) 洗浄方法
JP3997379B2 (ja) ランプアニール装置
JP3998700B2 (ja) ランプアニール装置
JP5193488B2 (ja) 酸化膜の形成方法及びその装置
JP2007081147A (ja) 半導体装置の製造方法
JP4495472B2 (ja) エッチング方法
JP2008218877A (ja) 基板処理装置および半導体装置の製造方法
JP2013044043A (ja) 基板処理装置
JP2009117644A (ja) 基板処理装置
WO2021060092A1 (ja) 成膜方法及び成膜装置
JP2751015B2 (ja) 被処理体の処理方法
JP2005064538A (ja) 基板処理装置及び半導体デバイスの製造方法
JP2004214287A (ja) 基板処理装置
JPH01123411A (ja) 気相成長方法および装置