[发明专利]用于半导体制造的氧化炉保温桶及氧化方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种用于半导体加热氧化工艺的氧化炉保温桶及氧化方法。

背景技术

硅片作为一种重要的半导体材料，其加工处理，尤其氧化处理是一种非常精密的工艺。目前，国内外普遍采用立式氧化炉取代卧式结构，来实现硅片的氧化工艺。

立式氧化炉采用的是上部进气下部排气的气体供给/排出方式，排气管路在炉管下部，接近工艺门，工艺中为了保证良好的热场，工艺门上部装有保温桶。现有的保温桶是一体式结构，鳍片不可拆卸。保温桶的主要作用包括：1.防止炉体内部热量散失；2.防止高温辐射对工艺门及附近元器件造成损坏。

如图1所示，现有立式氧化炉内的保温桶4安装于氧化炉下部工艺门的水冷盘3上，保温桶4上方装有石英舟6，用来承载工艺片5。为了提高工艺门的密封性，工艺门上装有O形圈（高分子材料，未图示）以及磁流体1（其内部有磁性悬浮液），然而，这两个部件都有一定的耐温极限，温度过高对部件都会造成损坏，因此，一般会在工艺门和工艺管底部设有冷却水管路2，工艺时会通入一定流量的循环冷却水。

硅片在氧化炉内进行湿氧工艺时，主要的反应过程包括H₂+O₂→H₂O和Si+H₂O→SiO₂+H₂。反应过程中多余的或未参与反应的水蒸汽会随气流从排气管路排出，如果工艺温度较低，产生水珠过多，工艺结束后降舟过程中水珠就会从工艺门流下，给工艺门下部电缆以及各元器件造成损坏；另一方面，如果工艺温度较高，保温桶热容较小，工艺门处温度过高，就可能导致工艺门上密封各部件受热辐射而损坏。

因此，如何根据不同湿氧工艺需求（工艺温度）来调整保温桶的鳍片数量，从而防止低工艺温度形成的水珠对工艺和器件产生的不良影响，同时避免高工艺温度对工艺门器件的损伤，是本领域技术人员需要解决的技术问题之一。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，而提供一种用于半导体制造的氧化炉保温桶及氧化方法，通过增减保温桶鳍片（FIN）数量来保证工艺门处温度，可以避免低温水蒸汽凝聚产生水珠，也可以避免高温热辐射对工艺门密封元器件造成损坏。

本发明的用于半导体制造的氧化炉保温桶，其包括底座、固定于底座上的限位柱、数片鳍片，该限位柱包括至少三根设于底座边缘并限位该鳍片边缘的支柱和/或至少一根设于底座上并穿过该鳍片上预设的孔的支柱，该鳍片被限位柱阻挡以防止掉落并平行层叠于底座上，该鳍片的上表面和/或下表面具有数个等高的凸出部，以与上下相邻的鳍片形成固定间隙。

进一步地，该限位柱为至少三根支柱且任意两根与底座中心点连线的夹角均小于180°。

进一步地，该限位柱为均匀分布于底座边缘的四根支柱。

进一步地，该鳍片边缘平均分布有四个凹槽，该四根支柱的设置位置与四个凹槽相对应，以限位鳍片。

进一步地，该限位柱包括一根设于底座中心位置的支柱和/或至少两根设于底座边缘位置以内的支柱。

进一步地，该鳍片的上表面或下表面中的一个面具有至少三个凸出部，且任意两个凸出部与鳍片中心点连线的夹角均小于180°，以使鳍片平稳层叠放置。

进一步地，该鳍片边缘与氧化炉内壁相抵贴。

进一步地，该支柱上具有固定件，并向下抵贴最上方的鳍片以在纵向方向上限位鳍片。

进一步地，该鳍片为1-20片，且为石英片，该鳍片之间的间隙为10-20mm。

进一步地，该鳍片中具有至少由两片鳍片焊接而成的鳍片组，该鳍片组中鳍片之间的间隙为10-20mm。

本发明还提供一种利用上述氧化炉保温桶氧化硅片的方法，其包括以下步骤：

a.预设第一温度和第二温度，并根据该第一温度或/和第二温度确定保温桶内鳍片的数量，在该第一温度下，通入氢气和氧气，对硅片进行湿氧工艺30-60分钟；

b.继续通入氢气和氧气，进行湿氧工艺20-30分钟，并从该第一温度升温至的第二温度；

c.在该第二温度下，通入氢气和氧气，进行湿氧工艺60-120分钟；

d.在该第二温度下，通入氮气吹扫硅片。

进一步地，若该第一温度和第二温度均在400-600℃之间，则保温桶内鳍片数量调整为10-15片；若该第一温度和第二温度均在600-1000℃之间，则保温桶内鳍片数量调整为15-20片。