改善炉体两端膜厚面内均一性的方法

摘要

本发明公开了一种改善炉体两端膜厚面内均一性的方法，采用加厚小舟两端的充填假片或选用低热传导率的材料来提高小舟两端的硅片中心温度。本发明可有效改善炉体两端的硅片面内的成膜均一性，增加小舟内可作业长度，提高炉体的产量。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术，特别是涉及一种改善炉管作业中硅片面内均一性的方法。

背景技术

在半导体芯片制造过程中，由于炉管式作业的产量较高，在其前端处理时，一般要通过很多步的炉管式处理。由于气体耗尽的原因，炉管式成膜的基本形态是中心薄、周边厚。目前使用的传统方法是在炉管的两端放上小舟两端的充填假片(硅或碳化硅)。但是，由于目前采用的小舟两端的充填假片(Side Dummy)传热性较高，造成小舟(boat)两端硅片的中心温度较低，从而导致其中心膜厚偏薄，小舟两端的面内均一性较差。目前解决这一问题的通常做法是增加小舟两端的充填假片的枚数，但是，这样又会导致其一次性处理量的减少。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种改善炉体两端膜厚面内均一性的方法，它可有效改善炉体两端的硅片面内的成膜均一性，增加小舟内可作业长度，提高炉体的产量。

为解决上述技术问题，本发明所述的改善炉体两端膜厚面内均一性的方法，其基本构思是：采用加厚小舟两端的充填假片或选用低热传导率的材料来提高小舟两端的硅片中心温度，从而降低其面内均一性。

作为实现本发明基本构思的第一种技术方案，采用＞0.725mm的碳化硅或单晶硅片作为小舟两端的充填假片。

作为实现本发明基本构思的第二种技术方案，采用石英或氮化硅材料作为小舟两端的充填假片。

作为上述第一种技术方案的改进，所述碳化硅或单晶硅片的厚度为1.3mm。

本发明采用1.3mm碳化硅或单晶硅片取代现有技术中的0.725mm单晶硅片，由于厚度增加，导致其热交换的减慢，使硅片的中心温度提高，从而提高其中心膜厚，改善其膜厚的面内均一性。

采用本发明的方法后，氮化硅装置的产量由原来每炉处理4卡硅片(1卡＝25枚硅片)，提高到每炉处理5卡硅片，提高了25％左右。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1表示现有技术中使膜厚形成中心薄、周边厚的形态；

图2表示现有技术中在小舟的中间部分，其两端的温度较高，与外界的热传导量较少的形态：

图3表示现有技术中小舟两端部分其外端的温度较低，中心部分与外界的热传导较多的形态；

图4表示本发明采用加厚的碳化硅片导致其热交换减慢的形态。

具体实施方式

为了提高炉体的产量，可以减少小舟两端的充填假片的数量。但减少后，小舟两端的均一性很差，通过测量其为中心薄，周边厚的同心圆分布。其原因是，随着气体从硅片边缘进入的同时也在不断地反应消耗，进入硅片中心的气体浓度越来越低，造成中心膜厚偏薄(如图1所示)。由于小舟中间部分其两端的温度较高，与外界的热交换较少(如图2所示)，所以小舟中间部分的硅片中心膜厚相对较高。而小舟两端部分其外端的温度较低，中心部分与外界的热传导较多(如图3所示)，造成其中心温度偏低，中心膜厚偏薄。

本发明采用采用＞0.725mm的碳化硅或单晶硅片作为小舟两端的充填假片。由于厚度增加，导致其热交换减慢(如图4所示)，使硅片的中心温度提高，从而提高其中心膜厚，改善其膜厚的面内均一性。在一个具体实施例中，作为小舟两端的充填假片的碳化硅或单晶硅片的厚度为1.3mm。

下面以两种氮化硅工艺为例，对本发明作进一步详细的说明。所述两种氮化硅工艺参数如下表所示：

本发明在氮化硅工艺上的实验采用的是东电半导体设备有限公司(Tokyo Electron Limited)的α-8S的装置，分别采用0.725mm厚度的单晶硅片和1.3mm的碳化硅片作为小舟两端的充填假片，其面内均一性[R/2X：均一性的一种计算方式，为(测量的最大点-最小点)/(2倍的平均值)]的结果如上表所示，可以降低0.5％~1.5％。在上述实验中分别采用了两种工艺条件：

1.760℃中心温度[5根T/C(热电偶)中最中间的一根的设定温度]，DCS流量为75sccm，NH3流量为750sccm，炉体内的压力为0.0266Kpa。小舟的槽与槽之间的间距为6.35mm，通过气体化学反应在硅片的表面成膜时：小舟的旋转速度为1周/min。

2.750℃中心温度，DCS流量为75sccm，NH3流量为225sccm，炉体内的压力为0.0266Kpa，小舟的槽与槽之间的间距为6.35mm，通过气体化学反应在硅片的表面成膜时：小舟的旋转速度为1周/min。

两种工艺条件的结果和前面的分析表明，改善小舟两端硅片的成膜面内均一性的关键是提高硅片的中心温度，而提高其中心温度的关键是降低其热传导。减少热传导的方法可以采用增加小舟两端的充填假片的枚数；增加小舟两端的充填假片的厚度；选择热传导率较小的材料等三种方法。第一种方法是目前采用的传统方法。为提高产量可以选择第二种或第三种方法。第三种方法的缺点是成本较高，并且存在小舟两端的充填假片的再生问题。相对而言第二种方法最好。