一种提高薄膜沉积均匀性的方法技术

本发明专利技术提供一种提高薄膜沉积均匀性的方法，属于半导体制造技术领域，方法包括：据需要沉积的薄膜厚度预先设定一温度上限值和一温度下限值，控制沉积温度于温度上限值和温度下限值之间以预设的温度变化速率做周期性变化；上述技术方案有益效果是：使得半导体基板的边缘位置与中心位置薄膜沉积的平均速度趋近于相等，达到提高薄膜沉积厚度的均匀性的效果，提升半导体基板的良率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高薄膜沉积均匀性的方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种提高薄膜沉积均匀性的方法。
技术介绍
在半导体制造工艺中，经常需要在半导体基板表面沉积不同的膜层，化学气相沉积中的垂直炉管沉积工艺最为常用，炉管沉积工艺为批量作业，即大量的半导体基板垂直的放置于晶舟上，同时在炉管内进行沉积作业，位于晶舟上的半导体基板在垂直方向上布置的较为紧密，通常相邻的两个半导体基板的上下距离不足7毫米。在炉管沉积工艺中，承载半导体基板的晶舟置于反应腔室内，加热装置则围绕晶舟的外围设置，来对反应腔室进行加热。现有技术中，炉管沉积工艺是在恒温下进行的，通过控制加热装置的间歇性加热，来确保反应腔室内处于一个相对恒定的温度值。由于位于晶舟上的半导体基板在垂直方向上布置的较为紧密，且随着半导体基板的尺寸越来越大，在薄膜沉积的过程中，由于热辐射的效应，使得靠近加热装置的半导体基板的边缘位置温度较高，远离加热装置的半导体基板中心位置的温度较低，且由于薄膜的沉积速度与温度呈正相关性，因此，薄膜沉积在半导体基板的中心位置和边缘位置的厚度均匀性会存在明显差异，而薄膜的均匀性是影响芯片制造的关键因素，均匀性的差异将会导致半导体基板在后续的刻蚀制程中，中心区域和边缘区域的关键尺寸不一致，导致半导体基板的良率降低。
技术实现思路
根据现有技术存在的上述问题，现提供一种提高薄膜沉积均匀性的方法及沉积机台，通过控制沉积温度做周期性的变化，使得半导体基板的边缘位置与中心位置薄膜沉积的平均速度趋近于相等，进而提高薄膜沉积厚度的均匀性。上述技术方案具体包括：一种提高薄膜沉积均匀性的方法，应用于高温炉管薄膜沉积机台，其特征在于，根据需要沉积的薄膜厚度预先设定一温度上限值和一温度下限值，于整个薄膜沉积过程中，控制沉积温度于所述温度上限值和所述温度下限值之间以预设的温度变化速率做周期性变化。优选地，其中，所述薄膜厚度、所述温度上限值、所述温度下限值和所述温度变化速率满足以下公式：其中，Y用于表示所述薄膜厚度；N用于表示周期性变化的周期数；Tmax用于表示所述温度上限值；Tmin用于表示所述温度下限值；ΔT用于表示所述温度变化速率；Rmax用于表示温度Tmax下对应的薄膜生长速率；Rmin用于表示温度Tmin下对应的薄膜生长速率。优选地，其中，所述温度上限值的选择范围为700℃至800℃。优选地，其中，所述温度下限值的选择范围为650℃至750℃。优选地，其中，所述温度变化速率的选择范围为每分钟3℃至5℃。优选地，其中，所述沉积温度从所述温度下限值上升至所述温度上限值再下降至所述温度下限值为一个周期，或者沉积温度从温度上限值下降到温度下限值再上升至温度上限值为一个周期。优选地，其中，周期性变化的周期为整数。优选地，其中，ΔT为温度上升阶段的温度变化速率与温度下降阶段的温度变化速率的平均值。优选地，其中，温度上升阶段的温度变化速率与温度下降阶段的温度变化速率相同。上述技术方案的有益效果在于：提供一种提高薄膜沉积均匀性的方法，通过控制沉积机台的沉积温度做周期性的变化，使得在温度上升的过程半导基板边缘位置温度高于中心位置温度，在温度下降的过程中，半导体基板边缘位置温度低于中心位置温度，进而使得在整个沉积工艺过程中，半导体基板的边缘位置与中心位置薄膜沉积的平均速度趋近于相等，达到提高薄膜沉积厚度的均匀性的效果，提升半导体基板的良率。附图说明图1是本专利技术中，一种提高炉管薄膜沉积均匀性方法的流程示意图；图2是现有技术中，高温炉管薄膜沉积机台沉积温度示意图；图3是现有技术中，高温炉管薄膜沉积机台于图2所示的沉积温度下，晶圆表面沉积薄膜厚度均匀性示意图；图4是本专利技术中，一种高温炉管薄膜沉积机台沉积温度示意图；图5是本专利技术中，一种高温炉管薄膜沉积机台于图4所示的沉积温度下，晶圆表面沉积薄膜厚度均匀性示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。一种提高炉管薄膜沉积均匀性的方法，应用于高温炉管薄膜沉积机台，如图1所示，其中，根据需要沉积的薄膜厚度预先设定一温度上限值和一温度下限值，于整个薄膜沉积过程中，控制沉积温度于温度上限值和温度下限值之间以预设的温度变化速率做周期性变化。如图2所示，在现有技术中，高温炉管薄膜沉积机台中设置有多种工作模式，不同的工作模式对应着不同的沉积温度，但在同一种工作模式下，沉积机台内部的沉积温度保持相对恒定，由于沉积机台的加热方法是通过环绕在晶舟外围的加热装置以热辐射的形式对晶舟及晶舟上承载的半导体基板进行加热，因此在加热装置进行加热的过程中，半导体基板的边缘位置由于靠近加热装置而温度较高，升温较快，半导体基板的中心位置则由于远离加热装置而温度较低，升温较慢；半导体基板于晶舟的竖直方向上的密集布置进一步加剧了上述的温度不均匀性，导致在薄膜沉积的过程中，处于半导体基板边缘位置的薄膜由于温度较高，沉积速度较快；处于半导体基板中心位置的薄膜由于温度较低，沉积速度较慢，因此造成了如图3示的呈弧形的薄膜表面。在本实施例中，如图4所示，将高温炉管薄膜沉积机台中每个工作模式下原本恒定不变的沉积温度更改设置为于一个预定的温度上限值和一个预定温度下限值之间反复的做周期性的变化；当沉积温度由温度下限值上升至温度上限值的过程中，高温炉管薄膜沉积机台的加热装置开启加热，此时半导体基板的边缘位置由于靠近加热装置而温度较高，升温较快，薄膜沉积的速度相应的也更快；而远离加热装置的半导体基板的中心位置升温较慢，温度相对于边缘位置也较低，相应的半导体基板的中心位置的薄膜沉积速度相对也较慢，沉积温度上升的过程中，沉积在半导体基板上的薄膜呈现出中间薄边缘厚的趋势。当沉积温度由温度的上限值下降至温度的下限值的过程中，半导体基板的边缘位置由于靠近晶舟的边缘，热量流失的速度较快，因此，温度下降的也更快；而半导体基板的中心位置的热量流失速度相较于边缘位置就要慢很多，温度下降的也相对较慢，因此就导致在整个沉积温度下降的过程中，半导体基板上边缘位置的温度低于中心位置的温度，相应的在薄膜的沉积速度上，半导体基板边缘位置也要慢于中心位置。因此，在沉积温度下降的整个过程中，沉积在半导体基板上的薄膜呈现出中间厚边缘薄的趋势。由于在沉积温度上升和下降的两个过程中，半导体基板上薄膜沉积呈现完全相反的两种趋势，因此，在薄膜的整个沉积过程中，两种趋势不断互补，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高薄膜沉积均匀性的方法，应用于高温炉管薄膜沉积机台，其特征在于，根据需要沉积的薄膜厚度预先设定一温度上限值和一温度下限值，于整个薄膜沉积过程中，控制沉积温度于所述温度上限值和所述温度下限值之间以预设的温度变化速率做周期性变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高薄膜沉积均匀性的方法，应用于高温炉管薄膜沉积机台，其特征在于，根据需要沉积的薄膜厚度预先设定一温度上限值和一温度下限值，于整个薄膜沉积过程中，控制沉积温度于所述温度上限值和所述温度下限值之间以预设的温度变化速率做周期性变化。


2.根据权利要求1所述的提高薄膜沉积均匀性的方法，其特征在于，所述薄膜厚度、所述温度上限值、所述温度下限值和所述温度变化速率满足以下公式：



其中，
Y用于表示所述薄膜厚度；
N用于表示周期性变化的周期数；
Tmax用于表示所述温度上限值；
Tmin用于表示所述温度下限值；
ΔT用于表示所述温度变化速率；
Rmax用于表示温度Tmax下对应的薄膜生长速率；
Rmin用于表示温度Tmin下对应的薄膜生长速率。


3.根据权利要求1所述的提高薄膜沉积均匀性的方法，其特征在于，所述温度上限值的选择范围为700℃至800℃。

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【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42