[发明专利]薄膜沉积方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，特别涉及一种薄膜沉积方法和装置。

背景技术

随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，薄膜沉积工艺在半导体的制造流程中是一种常见的工艺。在现有半导体制造工艺中，薄膜沉积装置为炉管，下面首先对现有炉管进行介绍。

图1为现有炉管的剖面结构示意图。如图1所示，现有炉管主要包括：加热器(Heater)、由石英构成的反应腔(Quartz tube)、底盖(Cap)以及晶舟(Boat)，其中，各部分均是可拆卸的。

其中，底盖和晶舟相连，并能在外界驱动系统(图未示出)的驱动下带动晶舟上下移动；晶舟用于装载晶圆，如图1所示，每个格子上可承载一片晶圆，其中，相邻格子之间是等间距的，例如，若一个晶舟包括100个格子，在每个格子上均放置一片晶圆，由于相邻格子之间的间距相等，则相邻两片晶圆之间的间距也相等。当需要装载晶圆时，底盖带动晶舟向下移动，离开反应腔，晶圆装载完毕，底盖带动晶舟向上移动，进入到反应腔内，并和反应腔一起构成密闭结构。另外，反应腔上设置有进气口和出气口，用于输入反应所需气体和排出废气。

加热器位于反应腔外，用于对反应腔进行加热。在大多数炉管的设计中，加热器的主体部分呈现圆柱形状，加热器的主体部分的最外层由不锈钢材料制成，中间是一层绝热层，主要是为了防止反应腔内的温度向外扩散，绝热层里面为加热电路，由环绕在绝热层内壁上的电阻丝等构成。

如图1所示，当进气口设置于反应腔的下部时，反应腔下部的反应气体浓度总是高于反应腔上部的反应气体浓度，并且随着高度的升高，反应气体的浓度会越来越小，然而，在实际应用中，要求在晶舟上的所有晶圆表面所沉积的薄膜厚度是相等的，这就要求当进行薄膜沉积时，反应气体在所有晶圆表面发生化学反应的速率是相同的，为了克服由于反应气体浓度在反应腔内分布的不均匀而导致化学反应速率存在差异的缺陷，加热器按照从上到下的顺序分为5个温区，每个温区的加热电路相互独立，互不干扰，分别用于对反应腔内的不同区域进行加热，且这五个温区的温度互不相同。

如图2所示，图2为现有加热器的不同温区的示意图。假设共分为A、B、C、D、E 5个温区，可以看出，虽然对于不同的温区来说，其不锈钢层和绝热层是连接在一起的，但是加热电路是完全独立的。按照从上到下的顺序，这5个温区分别用于加热反应腔的上部、上中部、中部、中下部以及下部5个不同的区域，一般我们将A温区所对应的反应腔的温度称为上部温度(Top-temperature)，将B温区所对应的反应腔的温度称为上中部温度(Top-center-temperature)，将C温区所对应的反应腔的温度称为中部温度(Center-temperature)，将D温区所对应的反应腔的温度称为中下部温度(Center-bottom-temperature)，将E温区所对应的反应腔的温度称为下部温度(Bottom-temperature)，其中，各个温区的温度与所对应的反应腔的温度相等。当进气口设置于反应腔的下部时，上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度依次递减，以对由于反应气体浓度在反应腔内分布不均匀而导致化学反应速率的差异进行弥补，从而使得反应气体在晶舟上所有晶圆表面的化学反应速率基本一致。

需要说明的是，图1所示仅为一种可能的炉管结构，在实际应用中，根据实际需要的不同，炉管中可能还会包括其它组成部分，由于与本发明所述方案无直接关系，故不再一一介绍。

基于上述炉管，现有技术中的薄膜沉积方法包括以下几个步骤：

步骤一，在晶舟的每个格子上放置一片晶圆，并将晶舟装载至反应腔内，其中，相邻格子的间距相等。

步骤二，通过炉管的进气口向反应腔内通入反应气体。

需要说明的是，根据欲沉积的薄膜材料的不同，反应气体也有所不同，例如，若欲沉积氮化硅(SiN)薄膜，所通入的反应气体为二氯硅烷(DCS)和氨气(NH₃)，由于晶舟上的晶圆包括一硅基底，在后续步骤中，DCS、NH₃与硅基底发生反应可生成SiN薄膜。

步骤三，分别调整上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度、下部温度，使分别处于A、B、C、D、E 5个温区内的晶圆上所沉积的薄膜的厚度相等，其中，若进气口设置于反应腔的下部，则上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度依次递减，若进气口设置于反应腔的上部，则上部温度、上中部温度、中部温度、中下部温度和下部温度依次递增。