薄膜沉积装置及薄膜沉积方法
【专利摘要】本发明公开了一种薄膜沉积装置，包括晶舟，反应炉管和气体供给单元。晶舟包括多个支柱以及设置于所述多个支柱内周侧相互对应位置、用于保持所述多个硅片的外周侧的多个保持部。每一所述支柱的多个保持部配置为：各个相邻的所述保持部的间隔以第一间隔和第二间隔依次交替排列且间隔为所述第一间隔的两个相邻的保持部以待处理表面相对的方式保持所述硅片，所述第一间隔大于所述第二间隔。本发明能够有效提高膜厚均匀性。
【专利说明】薄膜沉积装置及薄膜沉积方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造【技术领域】，特别涉及一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法。【背景技术】
[0002]具有良好的隔热性和相对较低的介电常数的二氧化硅薄膜在电子器件中有着很重要的作用。二氧化硅薄膜具有良好的隔离特性，并且与硅之间有着良好的界面，这也使得二氧化娃薄膜在超大规模集成电路(VLSI, Very Large Scale Integration)系统有着成功的应用。化学气相沉积(CVD)技术是制备二氧化硅薄膜的主要方法之一，其利用气态的前驱体，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜。其中前驱体可以是SiH4和O2的气态材料，也可以是如TEOS的液态源材料高温分解后形成的TEOS特气。以TEOS沉积工艺为例，其将Si (OC2H5)4 (正硅酸乙酯)液态源加热到沸点(169°C)左右变为气态后进入炉管，在炉管内高温条件下分解产生SiO2淀积在硅片表面形成薄膜。
[0003]化学气相反应可以概括描述为:[0004]Si (OC2H5) 4 — SiO2 + 4C2H4 + 2H20
[0005]对于沉积二氧化硅膜来说，均匀性是一个很大的问题。薄膜的均匀性一般分片内均匀性和片间均匀性。对于片内均匀性来说，容易发生因气体的扩散不均造成硅片各部分淀积速率快慢不一的问题。特别是采用TEOS工艺时，由于TEOS特气分子量约208，蒸汽密度约为空气的7.2倍，意味着气化后的TEOS特气本身较氧气或氮气具有较差的流动性(氧气分子量32，氮气分子量28)，在TEOS特气在炉管内从四周向中间扩散的过程中，较难到达娃片中间。图1所不为现有技术中进行TEOS工艺时娃片的装载不意图。如图所不，晶舟I为水平设置于炉管(图中未示)内进行沉积工艺，其例如石英制成，具有作为两块平行的板的圆板12a和12b，以及水平设置在两块圆板之间的多个如3个支柱11 (示意图中仅显示一个支柱)。在各支柱11相对的一侧，设置有多个切口。这些切口以能够使硅片取出的方式保持着硅片的外周侧，沿各支柱的长度方向以相等的间隔2d设置为如25个。也就是说，晶舟I以垂直状态且娃片的方式沿横向保持25枚待处理表面Wa朝向一致的娃片W。然而如图2所示，由于硅片的间距较小，加之TEOS特气流动性较差，TEOS特气不容易进入到硅片中间，导致硅片中间部分的厚度比边缘薄。
[0006]因此，如何促使沉积工艺中反应气体更容易到达硅片中间，是提高工艺薄膜片内均匀度亟需解决的问题。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种提高膜厚均匀性的薄膜沉积装置及薄膜沉积方法。
[0008]为达成上述目的，本发明提供一种薄膜沉积装置，包括可保持多个硅片的晶舟；容纳所述晶舟及其保持的所述多个硅片的反应炉管；以及向所述反应炉管内供给反应气体以对所述多个硅片的待处理表面进行薄膜沉积工艺的气体供给单元。其中，所述晶舟包括多个支柱和设置于所述多个支柱内周侧相互对应位置、用于保持所述多个硅片的外周侧的多个保持部。每一所述支柱的多个保持部配置为各个相邻的所述保持部的间隔以第一间隔和第二间隔依次交替排列且间隔为所述第一间隔的两个相邻的保持部以待处理表面相对的方式保持所述硅片，所述第一间隔大于所述第二间隔。
[0009]优选的，所述保持部为形成于所述支柱内周侧的切口，所述硅片的外周侧保持于所述切口内。
[0010]优选的，所述多个支柱为水平设置，所述多个保持部用于垂直保持所述多个硅片。
[0011]优选的，所述反应气体为TEOS气体。
[0012]优选的，所述反应炉管内的工艺温度为大于等于550°C。
[0013]本发明还提供了一种基于上述薄膜沉积装置进行薄膜沉积的方法，包括如下工序:[0014]硅片装载工序，通过所述多个保持部保持所述硅片的外周侧，其中各相邻的所述硅片之间的间隔以第一间隔和第二间隔依次交替排列且间隔为所述第一间隔的两个相邻的所述硅片的待处理表面相对，所述第一间隔大于所述第二间隔；
[0015]将所述晶舟装载至所述反应炉管内的工序；
[0016]通过所述气体供给单元将所述反应气体向所述反应炉管内供给以在所述硅片的待处理表面形成薄膜的工序；
[0017]将所述晶舟从所述反应炉管内搬出的工序；以及
[0018]将所述多个硅片从所述晶舟卸下的工序。
[0019]优选的，所述保持部为形成于所述支柱内周侧的切口，所述硅片的外周侧保持于所述切口内。
[0020]优选的，将所述晶舟装载至所述反应炉管内的工序为将所述晶舟沿水平方向装载入所述反应炉管内，所述多个保持部垂直保持所述多个硅片。
[0021]优选地，所述反应气体为TEOS气体。
[0022]优选地，所述反应炉管内的工艺温度为大于等于550°C。
[0023]本发明的有益效果在于在保持晶舟长度和硅片装载量不变的情况下，利用晶舟保持部的设计及相应的新型的硅片装载方式，增加了硅片待处理表面之间的片距，改善了现有技术中片间工艺气体扩散不均匀而导致硅片各部分淀积速率快慢不一的缺陷，提高了硅片的膜厚均匀性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为现有技术的TEOS工艺时娃片在晶舟上的装载不意图；
[0025]图2为现有技术TEOS工艺时TEOS气体流向示意图；
[0026]图3为本发明一实施例薄膜沉积装置的晶舟的结构示意图；
[0027]图4为本发明一实施例TEOS工艺时硅片在晶舟上的装载示意图；
[0028]图5为本发明一实施例TEOS工艺时TEOS气体流向示意图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0030]本发明是关于在硅片上沉积薄膜。在以下实施例中，薄膜在卧式批处理反应炉管中沉积，特别是利用TEOS作为前驱体的二氧化硅薄膜的沉积。然而，应注意本发明的薄膜沉积不限于此，可以用其它前驱体如SiH4和O2进行二氧化硅薄膜的沉积，也可以用于进行其他类型薄膜，诸如金属膜、有机硅酸盐膜的沉积，并且可以在其他类型的批处理反应炉管中进行，诸如立式炉。大量的细节描述对于所描述的实施方式而言是明确的，并且可以被替换为本领域技术人员公知的。
[0031]薄膜沉积装置包括可保持多个硅片的晶舟，容纳该晶舟及其保持的多个硅片的反应炉管，以及向反应炉管内供给反应气体(本实施例中为TEOS气体)以对多个硅片的待处理表面进行薄膜沉积工艺的气体供给单元。
[0032]请参考图3，其所示为本发明一实施例的薄膜沉积装置晶舟的结构示意图。
[0033]晶舟20具有圆盘状的板22a、22b，和设置在板22a和22b之间且以水平状态连结两者的第一支柱21a、第二支柱21b及第三支柱21c。板22a、22b及各支柱21a~21c的材料可以是碳化硅或石英等耐热材料。支柱21a~21c分别设置有保持部23a~23c。本实施例中，保持部23a~23c为设置在支柱21a~21c相对的一侧(内周侧)各自相互对应位置的切口。切口 23a~23c以能够使硅片取出的方式保持硅片的外周侧。切口 23a~23c沿各支柱21a~21c的长度方向设置例如25个，因此可以垂直状态且中心对齐的方式沿横向保持25枚娃片。
[0034]相较于现有技术，本发明中保持部23a~23c在支柱21a~21c的长度方向上成规律性分布。具体来说，在每一个支柱上，以支柱21a为例，各个相邻的保持部23a的间隔是以第一间隔dl和第二间隔d2依次交替排列。其中第一间隔dl要大于第二间隔d2。进一步地，保持部23a以如下方式保持硅片:间隔为第一间隔dl的两个相邻的保持部23a所保持的硅片的待处理表面相对，而间隔为第二间隔d2的两个相邻的保持部23a所保持的硅片的背面(即与待处理表面相对的表面)相对。
[0035]请参考图4，其所示为进行TEOS工艺沉积二氧化硅薄膜时硅片在晶舟上的装载示意图。硅片W以基本垂直的状态嵌入切口中，被晶舟保持。相邻硅片W的间隔为第一间隔3d和第二间隔d依次交替排列，并且间隔为3d的相邻硅片W的待处理表面Wa相对，间隔为d的相邻硅片W的背面相对。通过上述晶舟结构及硅片装在方式的设计，在晶舟整体长度和硅片装载量不变的情况下，增加了硅片待处理表面Wa之间的距离，因此在进行TEOS工艺时，导入的高分子量流动性差的TEOS气体更容易到达硅片W中间部分(如图5所示)，使得硅片内各部分的沉积速率趋向一致，从而有效改善了形成在待处理表面Wa上的二氧化硅薄膜的厚度均匀度。虽然相邻硅片背面的距离变小，易造成背面的二氧化硅薄膜的厚度均匀度变差，但由于该二氧化硅层在硅片背面属于无用的附加层，所以不会对硅片质量产生影响。
[0036]接下来将结合上述的薄膜沉积装置对本发明的薄膜沉积方法加以说明。
[0037]首先，进行硅片装载的工序。通过保持部保持硅片的外周侧，将多个硅片载入晶舟中。其中，各硅片以如下方式保持:相邻硅片的间隔以第一间隔和小于第一间隔的第二间隔依次交替排列，且间隔为第一间隔的两个相邻硅片的待处理表面相对、间隔为第二间隔的两个相邻硅片的背面相对。
[0038]之后，进行将晶舟装置入反应炉管内部的工序。本实施例中，反应炉管为卧式炉管，晶舟沿水平方向载入反应炉管内，硅片则以垂直状态被保持。
[0039]接着，在反应炉管内进行薄膜沉积工序。在薄膜沉积工序中，将正硅酸乙酯(TEOS)液体加热到沸点成为气态，通过气体供给单元将TEOS气体通入反应炉管内。反应炉管内的TEOS气体在高温下分解为产生SiO2淀积在硅片表面形成薄膜。较佳的，反应炉管内的工艺温度为大于等于550°C。通过晶舟结构及硅片装载方式的设计，在硅片待处理表面上能够形成厚度均匀的SiO2薄膜。
[0040]最后，进行将晶舟从反应炉管内搬出以及将处理后的娃片从晶舟卸下的工序。[0041]综上所述，本发明的薄膜沉积装置及薄膜沉积方法，在保持晶舟长度和硅片装载量不变的情况下，利用晶舟保持部及相应的新型的硅片装载方式的设计，增加了硅片待处理表面之间的片距，使得工艺期间反应气体更容易进入到硅片的中间部位，使硅片待处理表面的中间部位不再是形成膜厚最薄的区域，有效地改善了硅片的膜厚均匀度。
[0042]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【权利要求】
1.一种薄膜沉积装置，其特征在于，包括: 可保持多个硅片的晶舟； 容纳所述晶舟及其保持的所述多个硅片的反应炉管；以及 向所述反应炉管内供给反应气体以对所述多个硅片的待处理表面进行薄膜沉积工艺的气体供给单元， 其中，所述晶舟包括: 多个支柱； 设置于所述多个支柱内周侧相互对应位置、用于保持所述多个硅片的外周侧的多个保持部；每一所述支柱的多个保持部配置为:各个相邻的所述保持部的间隔以第一间隔和第二间隔依次交替排列且间隔为所述第一间隔的两个相邻的保持部以待处理表面相对的方式保持所述硅片，所述第一间隔大于所述第二间隔。
2.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述保持部为形成于所述支柱内周侧的切口，所述硅片的外周侧保持于所述切口内。
3.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述多个支柱为水平设置，所述多个保持部用于垂直保持所述多个硅片。
4.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述反应气体为TEOS气体。
5.根据权利要求5所述的薄膜沉积装置，其特征在于，所述反应炉管内的工艺温度为大于等于550°C。
6.一种使用薄膜沉积装置的薄膜沉积方法，所述薄膜沉积装置包括:可保持多个硅片的晶舟、容纳所述晶舟及其保持的所述多个硅片的反应炉管以及向所述反应炉管内供给反应气体以对所述多个硅片的待处理表面进行薄膜沉积工艺的气体供给单元，所述晶舟包括多个支柱以及设置于所述多个支柱内周侧相互对应位置的多个保持部，所述薄膜沉积方法包括如下工序: 硅片装载工序，通过所述多个保持部保持所述硅片的外周侧，其中各相邻的所述硅片之间的间隔以第一间隔和第二间隔依次交替排列且间隔为所述第一间隔的两个相邻的所述硅片的待处理表面相对，所述第一间隔大于所述第二间隔； 将所述晶舟装载至所述反应炉管内的工序； 通过所述气体供给单元将所述反应气体向所述反应炉管内供给以在所述硅片的待处理表面形成薄膜的工序； 将所述晶舟从所述反应炉管内搬出的工序；以及 将所述多个硅片从所述晶舟卸下的工序。
7.根据权利要求6所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述保持部为形成于所述支柱内周侧的切口，所述硅片的外周侧保持于所述切口内。
8.根据权利要求6所述的薄膜沉积方法，其特征在于，将所述晶舟装载至所述反应炉管内的工序为将所述晶舟沿水平方向装载入所述反应炉管内，所述多个保持部垂直保持所述多个硅片。
9.根据权利要求6所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述反应气体为TEOS气体。
10.根据权利要求9所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述反应炉管内的工艺温度为大于等于550°C。
【文档编号】C23C16/44GK103898476SQ201410161239
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】江润峰, 曹威, 戴树刚 申请人:上海华力微电子有限公司