專利名稱：沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種沉積高溫氧化物的低壓化學(xué) 沉積設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，在半導(dǎo)體工藝中，由于二氧化硅具有適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)并與硅表面具有良 好的結(jié)合能力，因此其應(yīng)用十分廣泛，一般用來作為柵極氧化膜(gateoxide)、區(qū)域隔離 氧化層(local oxidation of silicon, LOCOS)或場(chǎng)氧化層(field oxide)、層間介質(zhì)層 (Interlayer dielectric layer)以及墊氧化層(padoxide)等等。而隨著半導(dǎo)體元件以及 工藝的微小化，對(duì)二氧化硅薄膜的品質(zhì)要求也更為嚴(yán)格。目前形成二氧化硅薄膜的方法主要有等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PECVD)、 高溫氧化法(ΗΤ0，High Temperature Oxidation)等等。本申請(qǐng)文件針對(duì)高溫氧化法的低 壓化學(xué)沉積(LPCVD)設(shè)備進(jìn)行討論?，F(xiàn)有技術(shù)中沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備的結(jié) 構(gòu)示意圖如圖1所示。該化學(xué)沉積設(shè)備包括爐管100、加熱器103、晶舟(boat) 104和爐管基座105，其中， 爐管還包括外管101和內(nèi)管102。外管101具有一端開口、另一端封閉；該外管101內(nèi)還 置有一兩端開口的內(nèi)管102;加熱器103自外管封閉端覆蓋于外管的外側(cè)、且與爐管基座之 間保持預(yù)定間隔、并可對(duì)內(nèi)管內(nèi)部加熱；爐管基座105與載有晶圓的晶舟104連接，可與外 管101開口端接觸、并與所述外管101構(gòu)成密閉空間；晶舟104裝設(shè)于所述爐管基座上、并 收容于內(nèi)管102內(nèi)部。進(jìn)行沉積工藝時(shí)，首先爐管基座105帶動(dòng)載有晶圓的晶舟104上升，晶舟104升入 內(nèi)管102當(dāng)中，爐管基座105與外管101構(gòu)成用于沉積的密閉結(jié)構(gòu)，爐管基座105上設(shè)置有 第一氣體注入管106和第二氣體注入管107，用于將沉積反應(yīng)所需的氣體輸送至爐管內(nèi)。排 氣口 108同樣設(shè)置在爐管基座105上，用于排出廢氣。在沉積高溫氧化物的過程中，通過第一氣體注入管106向爐管內(nèi)通入氧化亞氮 (N2O),通過第二氣體注入管107向爐管內(nèi)通入二氯硅烷(DCS，SiH2Cl2), 二者發(fā)生反應(yīng)在晶 圓表面生成高溫氧化物，即二氧化硅。反應(yīng)氣體按圖中箭頭所示的方向，在爐管內(nèi)流動(dòng)，從 內(nèi)管102的頂部流向外管101與基座105交接處的排氣口 108，廢氣從排氣口 108排出。從 圖1中可以看出，第一氣體注入管106和第二氣體注入管107的出氣端均位于爐管的底部， 使得兩個(gè)出氣端排出的兩種氣體在爐管底部混合，就可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了二氧化硅。 通過對(duì)在晶舟內(nèi)形成的同一批晶圓進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)在靠近爐管底部的晶圓上形成的二氧化 硅與其它位置(中間部和頂部)的晶圓上生成的二氧化硅厚度相比，均勻性很差。這是因 為沉積高溫氧化物所需要的合適溫度在700 800攝氏度，而現(xiàn)有設(shè)置在爐管外的加熱器 離爐管底部還有一段距離，N2O通向爐管中的位置恰好是爐管底部的位置，也是晶圓最先接 觸氣體流的位置。向爐管中不斷通入N2O時(shí)，N2O從第一氣體注入管106進(jìn)入爐管的初始溫 度只有室溫的溫度，N2O剛進(jìn)入爐管時(shí)，還無法達(dá)到沉積所需要的溫度就與DCS發(fā)生部分化 學(xué)反應(yīng)，生成了厚度質(zhì)量較差的二氧化硅層。[0008]現(xiàn)有一種DCS-HTO預(yù)處理加溫裝置，用于在爐管外就對(duì)DCS氣體進(jìn)行預(yù)加熱，使其 達(dá)到沉積所需要的溫度，但是這種裝置需要將爐管進(jìn)行改造才能與其適配，成本很高，給半 導(dǎo)體工藝的制作增加了相當(dāng)大的一筆費(fèi)用。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型解決的問題是在成本低的基礎(chǔ)上提高在晶圓上沉積的高 溫氧化物的厚度均勻性。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型公開了一種沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備，包括爐管，其具有一端開口、另一端封閉的外管，該外管內(nèi)還置有一兩端開口的內(nèi)管；可與外管開口端接觸、并與所述外管構(gòu)成密閉空間的爐管基座；自外管封閉端覆蓋于外管的外側(cè)、且與爐管基座之間保持預(yù)定間隔、并可對(duì)內(nèi)管 內(nèi)部加熱的加熱器；可載有晶圓的晶舟，其裝設(shè)于所述爐管基座、并收容于內(nèi)管內(nèi)部；可穿過爐管基座向內(nèi)管內(nèi)部通入氧化亞氮N2O的第一氣體注入管；可穿過爐管基座向內(nèi)管內(nèi)部通入二氯硅烷DCS的第二氣體注入管；第一氣體注入管穿過爐管基座深入內(nèi)管內(nèi)部、并在靠近外管封閉端的預(yù)定位置反 向折彎至加熱器與爐管基座之間的預(yù)定間隔處，以使N2O經(jīng)加熱器預(yù)熱后再通入至內(nèi)管內(nèi) 部。第一氣體注入管平行于內(nèi)管延伸方向深入至內(nèi)管內(nèi)部、并平行于內(nèi)管延伸方向反 向折彎。所述第二氣體注入管穿過爐管基座、且其出氣端與爐管基座裝設(shè)晶舟的一側(cè)表面 平齊。所述第二氣體注入管穿過爐管基座深入內(nèi)管內(nèi)部，且其出氣端與第一氣體注入管 的出氣端在垂直于內(nèi)管延伸的方向上平齊。在平行于爐管基座的平面上，第一氣體注入管和第二氣體注入管的出氣端之間的 間距小于預(yù)定間隔。所述第一氣體注入管和第二氣體注入管為石英管。由上述的技術(shù)方案可見，本實(shí)用新型在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，對(duì)第一氣體注入管，即 對(duì)通入N2O的進(jìn)氣管進(jìn)行改造，使第一氣體注入管在原有基礎(chǔ)上，向內(nèi)管里面延伸，由于靠 近加熱器，所以N2O在第一氣體注入管內(nèi)就經(jīng)過預(yù)熱，達(dá)到沉積所需要的溫度，這樣從第一 氣體注入管中出來與從第二氣體注入管出來的DCS發(fā)生反應(yīng)，就可以使晶圓上生成的二氧 化硅具有較好的厚度均勻性，尤其對(duì)于位于爐管底部的晶圓，效果更為明顯。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意 圖。圖3為本實(shí)用新型另一實(shí)施例沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)用新型利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)施例時(shí)，為了便于 說明，表示結(jié)構(gòu)的示意圖會(huì)不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本實(shí)用新型的限定， 此外，在實(shí)際的制作中，應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。本實(shí)用新型的核心思想是對(duì)第一氣體注入管，即對(duì)通入N2O的進(jìn)氣管進(jìn)行改造， 使第一氣體注入管在原有基礎(chǔ)上，向內(nèi)管里面延伸，由于靠近加熱器，所以N2O在第一氣體 注入管內(nèi)就經(jīng)過預(yù)熱，達(dá)到沉積所需要的溫度，這樣從第一氣體注入管中出來與從第二氣 體注入管出來的DCS發(fā)生反應(yīng)，就可以使晶圓上生成的二氧化硅具有較好的厚度均勻性， 尤其對(duì)于位于爐管底部的晶圓，效果更為明顯。從圖1中的示意圖可以看出現(xiàn)有技術(shù)中的第一氣體注入管106和第二氣體注入 管107的構(gòu)造基本相同，以第一氣體注入管106為例進(jìn)行說明第一氣體注入管106穿過爐 管基座105、且其出氣端與爐管基座105裝設(shè)晶舟的一側(cè)表面平齊，氣體N2O從端部出來進(jìn) 入爐管內(nèi)，即進(jìn)入爐管底部，恰好造成了如前所述的缺陷使得爐管底部的晶圓上形成的二 氧化硅厚度均勻性很差。為了解決此問題，本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備的 結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。圖2的低壓化學(xué)沉積設(shè)備顯示第一氣體注入管106穿過爐管基座 105深入內(nèi)管102內(nèi)部、并在靠近外管101封閉端的預(yù)定位置反向折彎，至加熱器103與爐 管基座105之間的預(yù)定間隔處，以使N2O經(jīng)加熱器103預(yù)熱后再通入至內(nèi)管102內(nèi)部。具體 地，第一氣體注入管106平行于內(nèi)管102延伸方向深入至內(nèi)管內(nèi)部、并平行于內(nèi)管延伸方向 反向折彎。這樣加熱器103的高溫就可以將第一氣體注入管106內(nèi)通入的N2O預(yù)熱。由于 本實(shí)用新型實(shí)施例中并沒有對(duì)第二氣體注入管107，即通入DCS氣體的注入管，進(jìn)行改造， 仍然像圖1中那樣，第二氣體注入管107穿過爐管基座105、且其出氣端與爐管基座105裝 設(shè)晶舟的一側(cè)表面平齊，所以為了兩種氣體能夠在注入管端口處就能發(fā)生反應(yīng)，第一氣體 注入管106的反向折彎部分的端口設(shè)于加熱器103與爐管基座105之間的預(yù)定間隔處，稍 微高于爐管基座的105的上表面，在平行于爐管基座105的平面上，第一氣體注入管106和 第二氣體注入管107的出氣端之間的間距小于預(yù)定間隔，但仍能保證氣體的排放流暢。這 里對(duì)于第一氣體注入管106靠近外管101封閉端的預(yù)定位置，不作具體限定，達(dá)到內(nèi)管102 高度的2/3至3/4即可，只要能使氣體N2O受到加熱器103的充分預(yù)熱就能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)用 新型的目的。本實(shí)用新型沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖如 圖3所示。圖3中，對(duì)第一氣體注入管106和第二氣體注入管107同時(shí)進(jìn)行改造.第二氣體 注入管107穿過爐管基座105深入內(nèi)管102內(nèi)部，且其出氣端與第一氣體注入管106的出 氣端在垂直于內(nèi)管延伸的方向上平齊，但端口要低于加熱器103所在的高度。第一氣體注 入管106穿過爐管基座105深入內(nèi)管102內(nèi)部、并在靠近外管101封閉端的預(yù)定位置反向折彎至加熱器103與爐管基座105之間的預(yù)定間隔處，以使N2O經(jīng)加熱器103預(yù)熱后再通 入至內(nèi)管102內(nèi)部。具體地，第一氣體注入管106平行于內(nèi)管102延伸方向深入至內(nèi)管102 內(nèi)部、并平行于內(nèi)管延伸方向反向折彎，在平行于爐管基座105的平面上，第一氣體注入管 106和第二氣體注入管107的出氣端之間的間距小于預(yù)定間隔。同樣，這里對(duì)于第一氣體注 入管106靠近外管101封閉端的預(yù)定位置，不作具體限定，達(dá)到內(nèi)管102高度的2/3至3/4 即可，只要能使氣體N2O受到加熱器103的充分預(yù)熱就能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)用新型的目的。本實(shí)用新型中第一氣體注入管106和第二氣體注入管107的內(nèi)外徑，仍然為現(xiàn)有 氣體注入管的內(nèi)外徑，且都采用石英制作而成。另一方面需要注意的是由于DCS在一定溫度下就會(huì)發(fā)生分解(通常在300攝氏 度以上就會(huì)分解成多晶硅)，加熱器達(dá)到沉積高溫氧化物所需要的溫度在700 800攝氏 度，DCS如果非?？拷幱诟邷氐募訜崞鳎蜁?huì)發(fā)生分解反應(yīng)，所以第二氣體注入管107的 端部從爐管基座105上表面向內(nèi)管102中延伸時(shí)，端口需要低于加熱器所在的位置，這樣才 可能避免被分解掉。在具有本實(shí)用新型兩種實(shí)施例中所述的氣體注入管及具有該氣體注入管的低壓 化學(xué)沉積設(shè)備后，首先通過第一氣體注入管106向爐管內(nèi)通入隊(duì)0，使隊(duì)0充滿整個(gè)爐管， 且達(dá)到一定的壓力，同時(shí)利用加熱器103給爐管加熱，使?fàn)t管內(nèi)達(dá)到沉積所需要的溫度，這 時(shí)，繼續(xù)由第二氣體注入管107向爐管內(nèi)通入DCS。由于N2O在第一氣體注入管106內(nèi)經(jīng)過 預(yù)熱過程，溫度已經(jīng)達(dá)到沉積所需要的溫度，所以在本實(shí)用新型實(shí)施例所示出的第一氣體 注入管106和第二氣體注入管107的出氣端，兩種氣體發(fā)生反應(yīng)，在晶圓上生成的二氧化硅 具有較好的厚度均勻性。以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在 本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備，包括爐管，其具有一端開口、另一端封閉的外管，該外管內(nèi)還置有一兩端開口的內(nèi)管；可與外管開口端接觸、并與所述外管構(gòu)成密閉空間的爐管基座；自外管封閉端覆蓋于外管的外側(cè)、且與爐管基座之間保持預(yù)定間隔、并可對(duì)內(nèi)管內(nèi)部加熱的加熱器；可載有晶圓的晶舟，其裝設(shè)于所述爐管基座、并收容于內(nèi)管內(nèi)部；可穿過爐管基座向內(nèi)管內(nèi)部通入氧化亞氮N2O的第一氣體注入管；可穿過爐管基座向內(nèi)管內(nèi)部通入二氯硅烷DCS的第二氣體注入管；其特征在于，第一氣體注入管穿過爐管基座深入內(nèi)管內(nèi)部、并在靠近外管封閉端的預(yù)定位置反向折彎至加熱器與爐管基座之間的預(yù)定間隔處，以使N2O經(jīng)加熱器預(yù)熱后再通入至內(nèi)管內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，第一氣體注入管平行于內(nèi)管延伸方向深入 至內(nèi)管內(nèi)部、并平行于內(nèi)管延伸方向反向折彎。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二氣體注入管穿過爐管基座、且其出 氣端與爐管基座裝設(shè)晶舟的一側(cè)表面平齊。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二氣體注入管穿過爐管基座深入內(nèi) 管內(nèi)部，且其出氣端與第一氣體注入管的出氣端在垂直于內(nèi)管延伸的方向上平齊。
5.如權(quán)利要求3或4所述的設(shè)備，其特征在于，在平行于爐管基座的平面上，第一氣體 注入管和第二氣體注入管的出氣端之間的間距小于預(yù)定間隔。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一氣體注入管和第二氣體注入管為 石英管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種沉積高溫氧化物的低壓化學(xué)沉積設(shè)備，包括具有外管和內(nèi)管的爐管；爐管基座；可載有晶圓的晶舟；自外管封閉端覆蓋于外管的外側(cè)、且與爐管基座之間保持預(yù)定間隔、并可對(duì)內(nèi)管內(nèi)部加熱的加熱器；可穿過爐管基座向內(nèi)管內(nèi)部通入N2O的第一氣體注入管；可穿過爐管基座向內(nèi)管內(nèi)部通入二氯硅烷DCS的第二氣體注入管；第一氣體注入管穿過爐管基座深入內(nèi)管內(nèi)部、并在靠近外管封閉端的預(yù)定位置反向折彎至加熱器與爐管基座之間的預(yù)定間隔處，以使N2O經(jīng)加熱器預(yù)熱后再通入至內(nèi)管內(nèi)部。本實(shí)用新型在成本低的基礎(chǔ)上提高在晶圓上沉積的高溫氧化物的厚度均勻性。
文檔編號(hào)C23C16/40GK201620191SQ200920211288
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者翟立君, 趙星, 郝學(xué)濤 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司