不同膜厚一次工艺生长的装置及方法与流程

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种不同膜厚一次工艺生长的装置及方法。

背景技术：

半导体生产制造过程中，初期产品的下线需要在特定的制程阶段做不同的试验设计(designofexperiment，doe)以便得到该产品在当前制造阶段中的实际工艺制造能力或窗口大小。特别地在炉管薄膜生长工艺过程中，经常涉及的doe实验有厚度、温度、气体流量以及压力等参数，对产品性能的影响。

目前，厚度doe实验中通常采用时间弥补、温度小范围变动等方式来实现不同厚度doe实验，因为炉管氧化工艺中，温度对厚度敏感性较小，温度小范围变动不能获得较大跨度的厚度空间，为了获得统一的氧化膜质量，不能对温度做大范围的改变以获得不同的氧化膜厚度。以上可知，厚度doe实验中，目前主要通过氧化时间差异，需要3个不同的氧化工艺过程才能实现最终厚度(目标值、上窗口值、下窗口值)的薄膜生长。然而在机台产能满载的情况下，多个doe实验条件的工艺生产将对机台产能造成极大的浪费，且影响厚度doe实验的效率。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种用于炉管薄膜氧化工艺中的不同膜厚一次工艺生长的装置及方法，能有效解决现有技术中存在的机台产能浪费、doe实验的效率受影响等问题。

第一方面，本申请提供了一种用于炉管薄膜氧化工艺中的不同膜厚一次工艺生长装置，包括：一晶舟和若干晶圆，所述若干晶圆按照预设的大片间距和小片间距装载于所述晶舟上，以在一次炉管薄膜氧化工艺中对所述大片间距和所述小片间距的晶圆进行膜厚生长；其中，所述大片间距和所述小片间距均为所述晶舟上相邻晶圆之间的间距，且所述大片间距大于所述小片间距。

在一些实施例中，所述若干晶圆按照预设的大片间距和小片间距装载于所述晶舟上包括：将所述晶舟划分为下窗口区域、目标区域及上窗口区域；按照各个所述晶圆的氧化层膜厚需求，将各个所述晶圆装载于所述晶舟相应的窗口区域中，并与相邻的晶圆之间保持相应地所述大片间距或所述小片间距。

在一些实施例中，所述大片间距为2～3pitch，所述小片间距为1pitch。其中，所述pitch为所述晶舟上设置的两片相邻晶圆之间的最小片间距。

在一些实施例中，同一区域中所述大片间距与所述小片间距之间的间距为8～10pitch。

第二方面，本申请提供了一种用于炉管薄膜氧化工艺中的不同膜厚一次工艺生长方法，该方法包括：将若干晶圆按照预设的大片间距和小片间距装载于晶舟上，以在一次炉管薄膜氧化工艺中对所述大片间距和所述小片间距的晶圆进行膜厚生长；其中，所述大片间距和所述小片间距均为所述晶舟上相邻晶圆之间的间距。

在一些实施例中，所述将若干晶圆按照预设的大片间距和小片间距装载于晶舟上包括：将所述晶舟划分为下窗口区域、目标区域及上窗口区域；按照各个所述晶圆的氧化层膜厚需求，将各个所述晶圆装载于所述晶舟相应的窗口区域中，并与相邻的晶圆之间保持相应地所述大片间距或所述小片间距。

在一些实施例中，所述大片间距为2～3pitch，所述小片间距为1pitch。其中，所述pitch为所述晶舟上设置的两片相邻晶圆之间的最小片间距。

在一些实施例中，同一区域中所述大片间距与所述小片间距之间的间距为8～10pitch。

在一些实施例中，所述方法还包括：根据炉管薄膜氧化工艺的工艺条件，以及所有晶圆的氧化层膜厚需求，确定下窗口区域、目标区域及上窗口区域的工艺温度设定。

在一些实施例中，所述确定下窗口区域、目标区域及上窗口区域的工艺温度设定包括：保持所述炉管薄膜氧化工艺的氧化时间，并保证所述目标区域的工艺温度为所述炉管薄膜氧化工艺设定的工艺温度；根据氧化层薄膜对工艺温度的敏感性，调节所述下窗口区域和/或所述上窗口区域的工艺温度。

通过实施本申请，将若干晶圆按照预设的大片间距和小片间距装载于晶舟上，以在一次炉管薄膜氧化工艺中对所述大片间距和所述小片间距的晶圆进行薄膜生长，所述大片间距和所述小片间距均为所述晶舟上相邻晶圆之间的间距。这样能保证在一次炉管薄膜氧化工艺中实现不同氧化层膜厚的生长，从而避免了机台产能浪费、doe实验的效率受影响等问题。

附图说明

图1是现有技术提供的一种氧化层制造过程中炉管中晶舟内放置晶圆的结构示意图。

图2是本申请提供的一种氧化层制造过程中炉管中晶舟内放置晶圆的结构示意图。

图3是本申请提供的一种用于炉管薄膜氧化工艺中的不同膜厚一次工艺生长方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。

请参见图1，图1是现有技术提供的氧化层制造过程中炉管中晶舟内放置晶圆的结构示意图。现有doe实验在炉管薄膜氧化工艺中，晶舟的布局方式如图1所示，反应腔内晶舟被晶圆完全填充，相邻两个晶舟之间的距离为1pitch。在炉管薄膜氧化工艺中，目前厚度doe实验常常采用通过时间弥补、温度小范围变动以获得不同膜厚来试下厚度doe的实验监测。在实践中发现，需要3个不同的炉管薄膜氧化工艺才能实现不同氧化层膜厚的需求(目标值、上窗口值及下窗口值)。在机台满载生产的情况下，多个doe实验的工艺生产过程将对机台产能造成极大的浪费，且厚度doe实验效率较低。

为解决上述问题，本申请提供另一种用于炉管薄膜氧化工艺中的薄膜生长装置及方法。请参见图2示出一种薄膜生长结构示意图。如图2，该装置20包括一晶舟201和若干晶圆202。在反应腔中，若干晶圆按照预设的大片间距和小片间距装载于晶舟201中，以在一次炉管薄膜氧化工艺中对大片间距和小片间距的晶圆进行膜厚生长。其中，大片间距和小片间距均为晶舟上相邻晶圆之间的间距，且大片间距大于小片间距。如图2所示，大片间距具体可为图示中的a2、b2及c2所示，小片间距具体如图示中的a1、b1及c1所示，图示仅为示例并不构成限定。可选地，大片间距和小片间距均可为系统自定义设置的，也可为根据用户经验设置的经验值。优选地，大片间距为2～3pitch，小片间距为1pitch。其中，pitch是指晶舟上设置的两片相邻晶圆之间的最小片间距。

在一个示例中，如图2所示，可将整个晶舟划分为三个区域a、b及c，其对应氧化层膜厚需求分别为下窗口区域、目标区域及上窗口区域。在每个区域中引入大片间距和小片间距(例如a2/2、b2/2及c2/2)，以在一次氧化工艺过程中，实现同一区域大片间距的晶圆厚度大于小片间距的晶圆厚度，从而可实现整个晶舟同一区域内不同晶圆上很大厚度的跨越。也就是说，如图2可将晶舟划分为下窗口区域、目标区域及上窗口区域，进而按照各个晶圆的氧化层膜厚需求，将各个晶圆装载于晶舟上相应地窗口区域中，并与相邻的晶圆之间保持相应地大片间距或小片间距，从而实现整个晶舟区域不同晶圆上的很大厚度的跨越。可选地，同一区域中大片间距和小片间距之间的距离/间距为8～10pitch。

通过实施本申请，将若干晶圆按照预设的大片间距和小片间距装载于晶舟上，以在一次炉管薄膜氧化工艺中对所述大片间距和所述小片间距的晶圆进行薄膜生长，所述大片间距和所述小片间距均为所述晶舟上相邻晶圆之间的间距。这样能保证在一次炉管薄膜氧化工艺中实现不同氧化层膜厚的生长，从而避免了机台产能浪费、doe实验的效率受影响等问题。

基于上述实施例，请参见图3，图3是本申请提供的一种用于炉管薄膜氧化工艺中的不同膜厚一次工艺生长方法的流程示意图。如图3所示的方法包括：

s1、将若干晶圆按照预设的大片间距和小片间距装载于晶舟上。其中，大片间距和小片间距均为晶舟上相邻晶圆之间的间距。

本申请大片间距和小片间距均指晶舟上相邻晶圆之间的间距，其具体可为系统自定义设置的，也可为根据用户经验设置的经验值。优选地，大片间距为2～3pitch，小片间距为1pitch。

在一个示例中，将晶舟划分为下窗口区域、目标区域及上窗口区域。按照各个晶圆的氧化层膜厚需求(或要求)将各个晶圆装载于晶舟相应的窗口区域中，并与相邻的晶圆之间保持相应地大片间距或小片间距。可选地，同一区域中大片间距与小片间距之间的间距为8～10pitch。

可选地，还可根据炉管薄膜氧化工艺的各种工艺条件对晶圆数量的要求，来设定不同区域中所承载的晶圆数量，即在各区域中进行大片间距和小片间距的晶圆设定。

s2、在一次炉管薄膜氧化工艺中对所述大片间距和所述小片间距的晶圆进行薄膜生长。

在一个示例中，根据炉管薄膜氧化工艺的工艺条件及所有晶圆的氧化层膜厚需求，确定三个区域(下窗口区域、目标区域及上窗口区域)各自的工艺温度设定。具体地，保持炉管薄膜氧化工艺的氧化时间，并保证目标区域的工艺温度为炉管薄膜氧化工艺设定的工艺温度，再根据氧化层薄膜对工艺温度的敏感性，调节下窗口区域和/或上窗口区域的工艺温度。在没有温度补偿的情况下，有实验表明：晶舟采用片间距布局对晶圆厚度的差异可做到5.6％。设定上述条件后，在一次炉管薄膜氧化工艺中即可实现不同膜厚的晶圆监测。

通过实施本申请，通过控制产品在炉管薄膜氧化工艺中晶舟上的片间距，在同一次工艺过程中来实现获得不同产品厚度的需求，从而实现对初期产品厚度doe实验的效率提升，效率提升为66％。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本发明实施例终端设备中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。