專利名稱：低壓化學(xué)氣相淀積裝置及其薄膜淀積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低壓化學(xué)氣相淀積(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD)裝置。尤其涉及一種在反應(yīng)爐的爐口和爐尾均設(shè)置反應(yīng)氣體輸入管路的LPCVD裝置以及使用該LPCVD裝置進(jìn)行薄膜淀積的方法。
背景技術(shù)：
LPCVD裝置在半導(dǎo)體薄膜制備中廣泛應(yīng)用，例如，在DMOS的制備中，采用LPCVD裝
置沉積多晶硅薄膜層。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的LPCVD裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，LPCVD 10包括反應(yīng)爐，其通常也稱為爐管，需要沉積薄膜的晶圓置于反應(yīng)爐中，通入反應(yīng)氣體后在一定工藝參數(shù)條件下生成各種特性的半導(dǎo)體薄膜。常規(guī)地，反應(yīng)爐包括爐口部分110、爐尾部分130以及以上二者之間的爐身部分120 ;晶圓通過爐口部分110的開口進(jìn)入反應(yīng)爐中，具體地，以晶舟900承載晶圓910以方便地進(jìn)出入反應(yīng)爐中，如圖1所示，在薄膜生長(zhǎng)過程中，承載晶圓910的晶舟900置于爐口部分110和爐尾部分130之間(也即置于爐身部分段)。同時(shí)，在爐尾部分130處設(shè)置開口連 接真空泵，以便在晶圓910置入反應(yīng)爐后(通入反應(yīng)氣體前)抽取反應(yīng)爐為真空狀態(tài)；在爐口部分110處設(shè)置一個(gè)反應(yīng)氣體輸入管路140，反應(yīng)氣體輸入管路140上可以設(shè)置流量計(jì)141和氣動(dòng)閥142。在半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)過程中，從反應(yīng)氣體輸入管路140源源不斷地向反應(yīng)爐內(nèi)通入反應(yīng)氣體(以制備多晶硅為例，通入SiH4氣體)。但是，使用圖1所示的LPCVD沉積半導(dǎo)體薄膜時(shí)，會(huì)存在晶圓之間的薄膜特性不均勻的缺點(diǎn)，例如晶圓間的薄膜厚度不均勻、晶圓間的薄膜的晶粒尺寸不均勻。這是由于，多片晶圓相對(duì)于爐口部分110的距離是不均勻的，從爐口部分110處的導(dǎo)入的反應(yīng)氣體也難以相對(duì)每片晶圓均勻分布，從而導(dǎo)致晶舟900上的多片晶圓910之間的反應(yīng)條件存在一定差異，最終導(dǎo)致產(chǎn)生以上所述缺點(diǎn)。為盡可能地避免以上缺點(diǎn)，存在兩種方法:第一種是減小每批薄膜沉積的晶圓的數(shù)量(例如，每批定量為70片)，從而，同批晶圓之間的薄膜特性差異會(huì)相對(duì)變小；第二種是設(shè)置爐尾部分與爐口部分之間的溫度差(即調(diào)整爐管溫度分布)，例如，爐尾部分的溫度相對(duì)比爐口部分的溫度高20°C，這樣能盡量縮小同批晶圓之間的薄膜厚度差異。以上第一種方法會(huì)大大制約LPCVD的薄膜沉積效率，通常只能達(dá)到75片/爐；以上第二種方法會(huì)導(dǎo)致同批晶圓之間的沉積薄膜的晶粒尺寸差異性更大(例如，多晶硅薄膜的晶粒尺寸不一致)。有鑒于此，有必要提出一種新型的LPCVD裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提高同批次晶圓的薄膜生長(zhǎng)的一致性。為實(shí)現(xiàn)以上目的或者其它目的，本發(fā)明提供一種LPCVD裝置，其包括反應(yīng)爐，所述反應(yīng)爐包括爐口部分和爐尾部分，所述爐口部分和爐尾部分之間用于置放多片晶圓；在所述爐口部分處和爐尾部分處均設(shè)置有反應(yīng)氣體輸入管路。按照本發(fā)明提供的LPCVD裝置的一實(shí)施例，其中，所述化學(xué)氣相淀積的反應(yīng)氣體為η種時(shí)，在所述爐口部分處和爐尾部分處均設(shè)置有η個(gè)反應(yīng)氣體輸入管路，其中η為大于或等于I的整數(shù)。 優(yōu)選地，每個(gè)所述反應(yīng)氣體輸入管路上設(shè)置有氣動(dòng)閥。優(yōu)選地，每個(gè)所述反應(yīng)氣體輸入管路上設(shè)置有流量計(jì)。其中，所述反應(yīng)爐還包括爐身部分，所述多片晶圓置放于所述爐身部分處。優(yōu)選地,所述晶圓通過晶舟承載。優(yōu)選地，所述多片晶圓的數(shù)量范圍在150片至200片之間。按照本發(fā)明的一方面，提供一種薄膜淀積方法，使用以上所述及的任一種低壓化學(xué)氣相淀積裝置給多片晶圓淀積薄膜，并且，在薄膜淀積時(shí)，每種反應(yīng)氣體同步地從所述爐口部分處的輸入管路和所述爐尾部分處的輸入管路通入所述反應(yīng)爐內(nèi)。按照本發(fā)明一實(shí)施例提供的薄膜淀積方法， 其中，所述薄膜為多晶硅薄膜。具體地,所述反應(yīng)氣體為SiH4。優(yōu)選地，所述多片晶圓的數(shù)量范圍在150片至200片之間。具體地，通過每個(gè)所述反應(yīng)氣體輸入管路上設(shè)置的氣動(dòng)閥來控制反應(yīng)氣體的流量。本發(fā)明的技術(shù)效果是，通過在爐尾部分處也設(shè)置反應(yīng)氣體輸入管路，可以避免由于反應(yīng)氣體的耗盡所導(dǎo)致的反應(yīng)氣體分布不均，提高反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)氣體條件的均勻性，使同批次晶圓的薄膜生產(chǎn)一致性得到提高；同時(shí)不需要采用反應(yīng)爐溫度分布調(diào)整的方式，反應(yīng)爐內(nèi)溫度可以均勻設(shè)置，晶粒尺寸的一致性好。反應(yīng)爐內(nèi)的同批次晶圓的數(shù)量可以大大提聞，因此生廣效率聞，生廣成本低。


從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說明中，將會(huì)使本發(fā)明的上述和其它目的及優(yōu)點(diǎn)更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標(biāo)號(hào)表示。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的LPCVD裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是按照本發(fā)明一實(shí)施例提供的LPCVD裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面介紹的是本發(fā)明的多個(gè)可能實(shí)施例中的一些，旨在提供對(duì)本發(fā)明的基本了解，并不旨在確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù)的范圍。容易理解，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出可相互替換的其它實(shí)現(xiàn)方式。因此，以下具體實(shí)施方式
以及附圖僅是對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的示例性說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定或限制。圖2所示為按照本發(fā)明一實(shí)施例提供的LPCVD裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖。在該實(shí)施例中LPCVD裝置20用于制備DMOS中的多晶硅薄膜層，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的是，LPCVD可以用來制備多種半導(dǎo)體薄膜，其具體應(yīng)用范圍不受本發(fā)明實(shí)施例限制。如圖2所示，LPCVD 20包括反應(yīng)爐(其通常也稱為爐管)，其通常以臥式結(jié)構(gòu)設(shè)置，多片需要沉積多晶硅的晶圓可以置于反應(yīng)爐內(nèi)，反應(yīng)爐內(nèi)形成薄膜沉積所需的氣氛條件。反應(yīng)爐進(jìn)一步包括爐口部分210、爐尾部分230以及以上二者之間的爐身部分220。晶圓通過爐口部分110的開口進(jìn)入反應(yīng)爐中，具體地，以晶舟900承載晶圓910以方便地進(jìn)出入反應(yīng)爐中，如圖2所示，在薄膜生長(zhǎng)過程中，承載晶圓910的晶舟900置于爐口部分210和爐尾部分230之間(也即置于爐身部分段)。同時(shí)，在爐尾部分230處設(shè)置開口連接真空泵，以便在晶圓910置入反應(yīng)爐后(通入反應(yīng)氣體前)抽取反應(yīng)爐為真空狀態(tài)。繼續(xù)如圖2所示，在爐口部分210處設(shè)置反應(yīng)氣體輸入管路240，同時(shí)，爐尾部分230處設(shè)置反應(yīng)氣體輸入管路250。從而在薄膜沉積時(shí)，可以同時(shí)從反應(yīng)氣體輸入管路240、250輸入反應(yīng)氣體(例如，硅烷SiH4),這樣避免了僅從爐口部分210 —端輸入反應(yīng)氣體時(shí)、相對(duì)靠近爐尾部分230的晶圓的反應(yīng)氣體濃度會(huì)相對(duì)較低(由于之前反應(yīng)耗盡所導(dǎo)致)的問題，處于爐身部分的多片晶圓之間的反應(yīng)氣體濃度差大大縮小，內(nèi)部氣氛更加均勻一致，從而導(dǎo)致同一晶舟900上的多片晶圓910之間的薄膜一致性更好，例如，晶圓上沉積的多晶硅的薄膜厚度相對(duì)更均勻。這樣，也可以增加反應(yīng)爐內(nèi)同一批次置放的晶圓的數(shù)量，同一批次置放的晶圓的數(shù)量范圍在150片至200之間，例如，可以為180片，也可以達(dá)到200片，從而大大增加LPCVD的生產(chǎn)效率，降低每片晶圓的薄膜沉積成本。需要說明的是，盡管分別從反應(yīng)氣體輸入管路240和250所輸入的反應(yīng)氣體是相同的，但是，其具體所流入的流量可以不相同，具體地，可以根據(jù)晶周相對(duì)爐口部分和爐尾部分的距離差異來選擇設(shè)置反應(yīng)氣體輸入管路240和250分別所流入的反應(yīng)氣體。氣體，另外，在該實(shí)施例中，僅示意了一種反應(yīng)氣體(SiH4)通過一對(duì)管路(240和250)的情形，在反應(yīng)氣體為多種時(shí)，可以分別在爐口部分210和爐尾部分230分別設(shè)置多對(duì)相應(yīng)的管路；例如，反應(yīng)氣體為兩種時(shí)，在爐口部分210處設(shè)置兩個(gè)反應(yīng)氣體輸入管路，該兩個(gè)管路分別輸入兩種反應(yīng)氣體，在爐尾部分230處設(shè)置兩個(gè)反應(yīng)氣體輸入管路，該兩個(gè)管路分別輸入兩種反應(yīng)氣體。具體地，在反應(yīng)氣體輸入管路240上可以設(shè)置流量計(jì)241和氣動(dòng)閥242，流量計(jì)241用于控制反應(yīng)氣 體輸入管路240所輸入的反應(yīng)氣體的流量，氣動(dòng)閥242用于控制反應(yīng)氣體輸入管路240是否導(dǎo)通(決定是否通入反應(yīng)氣體至反應(yīng)爐內(nèi))。同樣地，在反應(yīng)氣體輸入管路250上可以設(shè)置流量計(jì)251和氣動(dòng)閥252，流量計(jì)251用于控制反應(yīng)氣體輸入管路250所輸入的反應(yīng)氣體的流量，氣動(dòng)閥252用于控制反應(yīng)氣體輸入管路240是否導(dǎo)通。通過以上說明可以發(fā)現(xiàn)，使用LPCVD裝置20沉積半導(dǎo)體薄膜時(shí)，可以使同批晶圓在基本同一溫度條件下完成薄膜沉積過程，各個(gè)晶圓之間的薄膜的晶粒尺寸一致性也相對(duì)較好。 需要理解的是，在采用圖2所示的LPCVD裝置進(jìn)行薄膜沉積時(shí)，其具體的工藝參數(shù)設(shè)置可以根據(jù)具體情況來設(shè)置，本發(fā)明的薄膜沉積方法的改進(jìn)之處主要在于反應(yīng)氣體的輸入方式，因此，在此不再對(duì)反應(yīng)方法的具體工藝參數(shù)條件一一贅述。以上例子主要說明了本發(fā)明的LPCVD裝置以及使用該LPCVD裝置進(jìn)行薄膜淀積的方法。盡管只對(duì)其中一些本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實(shí)施。因此，所展示的例子與實(shí)施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本 發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
權(quán)利要求
1.一種低壓化學(xué)氣相淀積裝置，包括反應(yīng)爐，所述反應(yīng)爐包括爐口部分和爐尾部分，所述爐口部分和爐尾部分之間用于置放多片晶圓，其特征在于，在所述爐口部分處和爐尾部分處均設(shè)置有反應(yīng)氣體輸入管路。
2.如權(quán)利要求1所述的低壓化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于，所述化學(xué)氣相淀積的反應(yīng)氣體為η種時(shí)，在所述爐口部分處和爐尾部分處均設(shè)置有η個(gè)反應(yīng)氣體輸入管路，其中η為大于或等于I的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的低壓化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于，每個(gè)所述反應(yīng)氣體輸入管路上設(shè)置有氣動(dòng)閥。
4.如權(quán)利要求1或3所述的低壓化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于，每個(gè)所述反應(yīng)氣體輸入管路上設(shè)置有流量計(jì)。
5.如權(quán)利要求1所述的低壓化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于，所述反應(yīng)爐還包括爐身部分，所述多片晶圓置放于所述爐身部分處。
6.如權(quán)利要求1所述的低壓化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于，所述晶圓通過晶舟承載。
7.如權(quán)利要求1所述的低壓化學(xué)氣相淀積裝置，其特征在于，所述多片晶圓的數(shù)量范圍在150片至200片之間。
8.一種薄膜淀積方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求1所述的低壓化學(xué)氣相淀積裝置給多片晶圓淀積薄膜，并且，在薄膜淀積時(shí)，每種反應(yīng)氣體同步地從所述爐口部分處的輸入管路和所述爐尾部分處的輸入管路通入所述反應(yīng)爐內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的薄膜淀積方法，其特征在于，所述薄膜為多晶硅薄膜。
10.如權(quán)利要求9所述的薄 膜淀積方法，其特征在于，所述反應(yīng)氣體為SiH4。
11.如權(quán)利要求8所述的薄膜淀積方法，其特征在于，所述多片晶圓的數(shù)量范圍在150片至200片之間。
12.如權(quán)利要求8所述的薄膜淀積方法，其特征在于，通過每個(gè)所述反應(yīng)氣體輸入管路上設(shè)置的氣動(dòng)閥來控制反應(yīng)氣體的流量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)氣相淀積(LPCVD)裝置及其薄膜淀積方法，屬于半導(dǎo)體薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域。該LPCVD的反應(yīng)爐的爐口部分處和爐尾部分處均設(shè)置有反應(yīng)氣體輸入管路，在薄膜沉積時(shí)，每種反應(yīng)氣體同步地從所述爐口部分處的輸入管路和所述爐尾部分處的輸入管路通入所述反應(yīng)爐內(nèi)。使用該LPCVD裝置制備的同批次晶圓的薄膜的一致性好，特別是晶粒尺寸一致性好，同時(shí)生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)C23C16/455GK103147067SQ201110402580
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者王訓(xùn)輝, 吳嘯, 過奇鈞, 范建超 申請(qǐng)人:無錫華潤(rùn)華晶微電子有限公司