[发明专利]一种热氧化法生长二氧化硅薄膜的装置和方法

说明书

本发明公开了一种热氧化法生长二氧化硅薄膜的装置和方法，装置包括石英炉管、氧气输送装置，氧气输送装置向石英炉管内输送氧气，氧气输送装置还向石英炉管内输送水蒸汽，石英炉管内沿轴向分布设置有两组均流罩，两组均流罩之间设置有至少两个晶舟，石英炉管内一端与对应方向的均流罩之间设有保温腔。本发明方法通过均流罩实现均流，进而可实现多排晶舟上硅片热氧化。本发明中可使产能与效率在原有基础上大为增加、更有利于批量生产与节能降耗。

技术领域

本发明涉及二氧化硅薄膜热氧生长装置和方法领域，具体是一种热氧化法生长二氧化硅薄膜的装置和方法。

背景技术

半导体器件一般采用硅片作为电路基底材料，硅片表面需要形成二氧化硅薄膜，以起到掩蔽杂质、掺杂、绝缘、保护、介电、缓冲等作用。形成二氧化硅薄膜的方法很多，如热氧化、热分解淀积、溅射、蒸发等。其中由于热氧化的氧化反应发生在Si- SiO₂交界面，接触到的杂质、污染比较少，形成的二氧化硅薄膜质量也就较高，所以，多采用热氧化法生长二氧化硅薄膜。目前行业内基本上常用水平式石英炉管进行热氧化生长，石英炉管一端可打开形成炉盖，石英炉管内设置晶舟承载衬底硅片，并通过氧气鼓泡瓶向石英炉管通入氧气进行加热和氧化。受内部气流与控制工艺的影响，现有的石英炉管内往往仅能设置一个晶舟用于承载单个衬底硅片，并且只能对单一硅片进行单排热氧化，存在产能浪费和生产效率低下的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种热氧化法生长二氧化硅薄膜的装置和方法，以解决现有技术石英炉管热氧化形成二氧化硅薄膜时只能进行单个硅片热氧化的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种热氧化法生长二氧化硅薄膜的装置，包括石英炉管、具有加热功能的氧气输送装置，所述石英炉管一端设有进气孔、另一端设有排气孔，所述氧气输送装置通过排气孔向石英炉管内输送氧气，所述氧气输送装置还通过排气孔向石英炉管内输送水蒸汽，所述石英炉管内沿轴向分布设置有两组均流罩，所述均流罩用于供气体通过时均流气体，石英炉管内位于两组均流罩之间设置有至少两个晶舟，所述晶舟用于放置衬底硅片，所述石英炉管内具有排气孔的一端与对应方向的均流罩之间设有保温腔，所述保温腔中设有引流孔与所述排气孔连通。

进一步的，所述氧气输送装置为带有加热器的氧气鼓泡瓶。

进一步的，所述保温腔为石英材料的圆筒内衬氧化锆保温棉构成。

进一步的，还包括悬臂，所述悬臂从石英炉管一端穿入石英炉管内，且悬臂可在石英炉管内沿轴向水平滑动，所述均流罩、晶舟、保温腔均固定于悬臂上。

进一步的，所述悬臂由碳化硅浆材料制成。

一种热氧化法生长二氧化硅薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤1、在各个晶舟上装载衬底硅片，通悬臂将均流罩、晶舟、保温腔整体移动至石英炉管内要求的位置；

步骤2、通过氧气输送装置加热氧气并输送至石英炉管内，以将石英炉管内升温至700℃；

步骤3、通过氧气输送装置持续加热氧气并输送至石英炉管内，以将石英炉管内升温至1150℃；当石英炉管内升温至1150°时，向氧气输送装置加入水，通过氧气输送装置形成水蒸汽；

步骤4、由氧气输送装置将携带水蒸汽的氧气输送至1150℃的石英炉管内，携带水蒸汽的氧气经进气孔对应方向的均流罩均流后到达晶舟上的衬底硅片，并与衬底硅片进行接触热氧化反应，使衬底硅片上生长形成二氧化硅薄膜，生长形成二氧化硅薄膜过程中通过控制氧气输送装置输出的氧气温度，以使石英炉管内温度保持1150℃恒温，直至恒温时间达到生长工艺要求；

步骤5、恒温结束后，抽走氧气输送装置内残余的水，停止加热氧气输送装置，并令氧气输送装置向石英炉管内输送未加热的氧气，以将石英炉管内的生长有二氧化硅薄膜的衬底硅片降温至700℃；

步骤6、当衬底硅片降温至700℃时，通过悬臂将晶舟移出石英炉管，进而移出衬底硅片，然后令衬底硅片自然冷却至常温后，取走衬底硅片。