專利名稱：低壓淀積氧化硅工藝方法
技術領域：
本發明涉及半導體芯片制造工藝技術領域，尤其涉及一種低壓淀積氧化硅工藝 方法。
背景技術：
通常，制造半導體器件的方法主要包括生成薄膜和在薄膜上形成圖案。用于制 造半導體器件的薄膜根據需要可分為絕緣薄膜、電介質薄膜、導電薄膜、平面薄膜和鈍 化薄膜等。淀積薄膜的方法有物理淀積、真空淀積、化學氣相淀積(CVD)和濺射淀積 等。其中，化學氣相淀積是最常用的方法。化學氣相淀積方法生成薄膜，就是在基片上形成材料氣體，基片上或氣體中產 生的粒子散布在基片的表面，原子經歷遷移和膜形成化學反應進而淀積成膜(例如氧化 硅)。最常用的化學氣相淀積設備有常壓化學氣相淀積(APCVD)設備、低壓化學氣相淀 積(LPCVD)設備以及等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)設備等。低壓化學氣相淀積 設備的低壓化學淀積方法較常壓化學氣相淀積方法，改進了分步覆蓋，而且淀積生成的 薄膜厚度均勻。但是，在現有的低壓淀積氧化硅(LPTEOS)工藝實現中，低壓化學氣相淀積設 備由已寫入有預設程式的軟件控制。具體而言，如圖5所示，即采用實時溫度自適控制 的方法，通過軟件控制淀積室不同區段的第一溫度點51、第二溫度點52、第三溫度點53 和第四溫度點54。分步淀積過程中，在第三溫度點53降溫到第四溫度點54的過程中， 便開始低壓淀積氧化硅工藝。上述分步淀積過程依次循環執行3次，每次淀積膜厚1000 埃。由于軟件的程式已經寫入，且固定設置第一溫度點51、第二溫度點52、第三溫度點 53和第四溫度點54，因而必然導致在低壓淀積氧化硅的工藝過程中，需相應地調整低壓 化學氣相淀積設備的二十多項參數，以控制上述四個不同的溫度點，使得現有低壓淀積 氧化硅工藝協調難度大，效率低，并且不能滿足芯片制造商對不同膜厚淀積的需求。同 時，所述用于控制低壓化學氣相淀積設備的軟件價格昂貴，進而限制了低壓化學氣相淀 積設備的使用范圍。針對現有技術存在的問題，本案設計人憑借從事此行業多年的經驗，積極研究 改良，于是有了本發明低壓淀積氧化硅工藝方法。
發明內容
本發明是針對現有技術中，低壓淀積氧化硅的工藝協調難度大，效率低，并且 不能滿足芯片制造商對不同膜厚淀積的需求，以及用于控制低壓化學氣相淀積設備的軟 件價格昂貴，成本高等缺陷，提供一種低壓淀積氧化硅工藝方法。為了解決上述問題，本發明提供一種低壓淀積氧化硅工藝方法，所述方法包 括固定晶圓，并置入反應腔；向反應腔輸送反應氣體；調節反應腔加熱裝置上控溫區 的上溫度點和下控溫區的下溫度點，所述上溫度點和下溫度點的調節方式為將上溫度點和下溫度點同步上調或降低相同的溫度；氧化硅膜的分步淀積，所述分步淀積是在反應 腔的上溫度點下降到下溫度點的過程中執行；重復執行分步淀積，完成氧化硅膜淀積。可選的，所述加熱裝置為電阻加熱裝置。可選的，所述反應腔為具有不同區段的立式爐管。所述立式爐管的各不同區段 的上溫度點和下溫度點具有相同的差值。可選的，所述上控溫區的溫度范圍為680 710°C。可選的，所述下控溫區的溫度范圍為660 685°C。可選的，所述反應氣體包括硅源氣體和氧化源氣體。所述硅源氣體包括但不限 于硅烷、乙硅烷、甲基硅烷和鹵代硅烷。所述氧化源氣體包括但不限于氮氧化物、臭 氧、氧氣和四乙基甲硅烷。可選的，所述完成氧化硅膜淀積的淀積時間為9 12分鐘。可選的，所述重復執行分步淀積的次數為3次或3次以上。可選的，所述重復執行分步淀積的次數為5次。可選的，所述分步淀積生成的氧化硅膜的厚度為600埃。可選的，所述完成氧化硅膜淀積的淀積時間為10分鐘33秒。綜上所述，本發明通過調節反應腔的上控溫區的上溫度點和同步調節下控溫區 的下溫度點，并在上溫度點下降到下溫度點的過程中，進行氧化硅膜分步淀積，不僅能 極大的改善氧化硅膜淀積的均勻度，提高產品品質，而且該工藝方法操作簡單，又能滿 足芯片制造商對不同膜厚的需求。
圖1是本發明低壓淀積氧化硅工藝方法的實現裝置的結構示意圖；圖2是本發明低壓淀積氧化硅工藝方法的流程圖；圖3是本發明低壓淀積氧化硅工藝方法的控溫淀積過程圖；圖4(a)是采用現有技術所獲得的氧化硅膜均勻度的示意圖。圖4(b)是采用本發明低壓淀積氧化硅工藝方法所獲取的氧化硅膜均勻度的示意 圖；圖5是現有技術低壓淀積氧化硅工藝方法的控溫淀積過程圖。
具體實施例方式為詳細說明本發明創造的技術內容、構造特征、所達成目的及功效，下面將結 合實施例并配合附圖予以詳細說明。請參閱圖1，圖1為低壓淀積氧化硅工藝實現裝置1的結構示意圖。所述低壓淀 積氧化硅工藝實現裝置1包括氣體控制體系11、反應腔12、真空泵13以及用以連通所述 氣體控制體系11、反應腔12、真空泵13的管線14。其中，所述氣體控制體系11用以向反應腔12輸送反應氣體、穩定氣體或清洗氣 體。所述反應氣體包括硅源氣體和氧化源氣體。硅源氣體包括但不限于硅烷、乙硅烷、 甲基硅烷和鹵代硅烷。氧化源氣體包括但不限于氮氧化物、臭氧、氧氣和四乙基甲硅烷 (TEOS)。硅源氣體和氧化物源氣體的流量通過流量計(未圖示)控制。在本實施例中，
4真空泵13為機械真空泵。反應腔12為立式爐管。低壓淀積氧化硅工藝需要在低壓反應 腔12中進行。反應腔12為該工藝提供沒有污染氣體的工藝條件。反應腔12的低壓真 空環境通過真空泵13獲得。請繼續參閱圖1，所述低壓淀積氧化硅工藝實現裝置1用于形成氧化硅膜。該工 藝是使用反應腔12中的熱能源分解由氣體控制系統11輸送到反應腔12內的反應氣體以 形成氧化物膜。所述用于反應腔12中進行氧化硅膜淀積的熱能源由加熱裝置(未圖示) 控制。在本實施例中，加熱裝置為電阻加熱裝置。所述加熱裝置具有上控溫區121和下 控溫區122。其中，所述上控溫區121的溫度范圍為680 710°C。所述下控溫區122 的溫度范圍為660 685 °C。請參閱圖2，并結合參閱圖1與圖3，圖2所示為低壓淀積氧化硅工藝2的流程 圖。圖3為低壓淀積氧化硅工藝2的控溫淀積過程圖。所述低壓淀積氧化硅工藝2的流 程包括以下步驟執行步驟S21 將晶圓3固定在晶舟(未圖示)上，并置入反應腔12。執行步驟S22 通過氣體控制體系11向反應腔12輸送反應氣體。反應氣體在 與晶圓3的表面面積相一致的面積上進行分布。執行步驟S23:反應腔12的加熱裝置溫度調控。具體而言，即根據氧化硅膜厚 的要求，調控加熱裝置的上控溫區121和下控溫區122的溫度，使反應腔12的不同區段 具有預期的溫度設置。具體而言，即使上控溫區121具有上溫度點1211，下控溫區具有 下溫度點1221。執行步驟S24:氧化硅膜的分步淀積。分步淀積過程中，在反應腔12的上控溫 區121的上溫度點1211下降到下控溫區122的下溫度點1221的過程中，反應腔12內部 和晶圓3上的溫度控制在預定水平，足以熱分解反應氣體，便開始在晶圓3上淀積形成氧 化硅膜。其中，在分步淀積過程中，反應腔12的各個不同區段，其上控溫區121的上溫 度點1211和下控溫區122的下溫度點1221具有相同的差值。同時，根據氧化硅膜淀積 的厚度要求，可相應地將上溫度點1211和下溫度點1221同步上調或降低相同的溫度。執行步驟S25:氧化硅膜的淀積。依次重復執行步驟S24，重復執行的次數為3 次或3次以上，淀積時間為9 12分鐘。在本實施例中，優選的重復執行次數為5次， 淀積時間為10分33秒，每次淀積氧化硅膜厚為600埃。利用注入到反應腔內的反應氣體，同時保持期望的溫度和壓力恒定不變，反應 氣體熱分解，硅和氧中間反應并在晶圓3的表面上形成氧化硅膜。根據所期望的氧化硅 膜的厚度、壓力，以及所有反應氣體的流速，可相應地調控加熱裝置的上控溫區121的 上溫度點1211和下控溫區122的下溫度點1221以控制氧化硅膜的厚度。請參閱圖4 (a)、圖4 (b)，圖4 (a)所示為采用現有技術所獲得的氧化硅膜均勻度 的示意圖。圖4(b)所示為采用上述低壓淀積氧化硅工藝2的流程所獲取的氧化硅膜均勻 度的示意圖。明顯地，采用本實施例低壓淀積氧化硅工藝2的流程所獲取的氧化硅膜均 勻度得到了很大的改善。具體而言，均勻度從1.5%改善到了 0.9%。在本實施例中，將 氧化硅膜淀積進行5次分步淀積，在獲得相同膜厚的同時，使得反應氣體能夠充分的反 應，并均一的淀積在晶圓3表面。綜上所述，本發明通過調節反應腔12的上控溫區121的上溫度點1211和同步調節下控溫區122的下溫度點1221，并在上溫度點1211下降到下溫度點1221的過程中，進 行氧化硅膜分步淀積，不僅能極大的改善氧化硅膜淀積的均勻度，提高產品品質，而且 該工藝方法操作簡單，又能滿足芯片制造商對不同膜厚的需求。 本領域技術人員均應了解，在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，可以對本 發明進行各種修改和變型。因而，如果任何修改或變型落入所附權利要求書及等同物的 保護范圍內時，認為本發明涵蓋這些修改和變型。
權利要求
1.一種低壓淀積氧化硅工藝方法，其特征在于所述方法包括固定晶圓，并置入反應腔；向反應腔輸送反應氣體；調節反應腔加熱裝置上控溫區的上溫度點和下控溫區的下溫度點，所述上溫度點和 下溫度點的調節方式為將上溫度點和下溫度點同步上調或降低相同的溫度；氧化硅膜的分步淀積，所述分步淀積是在反應腔的上溫度點下降到下溫度點的過程 中執行；重復執行分步淀積，完成氧化硅膜淀積。
2.如權利要求1所述的低壓淀積氧化硅工藝方法， 阻加熱裝置。
3.如權利要求1所述的低壓淀積氧化硅工藝方法， 不同區段的立式爐管。
4.如權利要求3所述的低壓淀積氧化硅工藝方法， 不同區段的上溫度點和下溫度點具有相同的差值。
5.如權利要求1所述的低壓淀積氧化硅工藝方法， 度范圍為680 710°C。
6.如權利要求1所述的低壓淀積氧化硅工藝方法， 度范圍為660 685°C。
7.如權利要求1所述的低壓淀積氧化硅工藝方法， 硅源氣體和氧化源氣體。
8.如權利要求9所述的低壓淀積氧化硅工藝方法， 但不限于硅烷、乙硅烷、甲基硅烷和鹵代硅烷。
9.如權利要求9所述的低壓淀積氧化硅工藝方法， 括但不限于氮氧化物、臭氧、氧氣和四乙基甲硅烷。
10.如權利要求1所述的低壓淀積氧化硅工藝方法 淀積的淀積時間為9 12分鐘。
11.如權利要求1所述的低壓淀積氧化硅工藝方法 淀積的次數為3次或3次以上。
12.如權利要求12所述的低壓淀積氧化硅工藝方法，其特征在于所述重復執行分 步淀積的次數為5次。
13.如權利要求13所述的低壓淀積氧化硅工藝方法，其特征在于所述分步淀積生 成的氧化硅膜的厚度為600埃。
14.如權利要求13所述的低壓淀積氧化硅工藝方法，其特征在于所述完成氧化硅 膜淀積的淀積時間為10分鐘33秒。其特征在于所述加熱裝置為電 其特征在于所述反應腔為具有 其特征在于所述立式爐管的各 其特征在于所述上控溫區的溫 其特征在于所述下控溫區的溫 其特征在于所述反應氣體包括 其特征在于所述硅源氣體包括 其特征在于所述氧化源氣體包 ，其特征在于所述完成氧化硅膜 ，其特征在于所述重復執行分步
全文摘要
一種低壓淀積氧化硅工藝方法，所述方法包括固定晶圓，并置入反應腔；向反應腔輸送反應氣體；調節反應腔加熱裝置上控溫區的上溫度點和下控溫區的下溫度點，所述上溫度點和下溫度點的調節方式為將上溫度點和下溫度點同步上調或降低相同的溫度；氧化硅膜的分步淀積，所述分步淀積是在反應腔的上溫度點下降到下溫度點的過程中執行；重復執行分步淀積，完成氧化硅膜淀積。本發明通過調節反應腔的上控溫區的上溫度點和同步調節下控溫區的下溫度點，并在上溫度點下降到下溫度點的過程中，進行氧化硅膜分步淀積，不僅能極大的改善氧化硅膜淀積的均勻度，提高產品品質，而且該工藝方法操作簡單，又能滿足芯片制造商對不同膜厚的需求。
文檔編號C23C16/40GK102011105SQ20101050469
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者王碩, 許忠義 申請人:上海宏力半導體制造有限公司