使用炉管处理晶圆的方法技术

本发明专利技术揭示了一种使用炉管处理晶圆的方法，包括以下步骤：将载有晶圆的晶舟装载至炉管腔体中；将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从初始温度升高至设定的目标温度；保持炉管腔体内的温度不变，将炉管腔体内的压力降低至设定的目标压力值；开始工艺以处理晶圆；工艺完成后，保持炉管腔体内的温度不变，将炉管腔体内的压力从目标压力值升高至第一压力值之上；将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从目标温度降低至初始温度；将炉管腔体中的压力值升高至大气压；将载有晶圆的晶舟从炉管腔体中转移出来。相对于传统的工艺步骤，采用本发明专利技术能够减少晶圆上的颗粒物数量。用本发明专利技术能够减少晶圆上的颗粒物数量。用本发明专利技术能够减少晶圆上的颗粒物数量。

【技术实现步骤摘要】
使用炉管处理晶圆的方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种使用炉管处理晶圆的方法。

技术介绍

[0002]使用LPCVD(Low pressure chemical vapor deposition，低压力化学气相沉积法)工艺生长的介质薄膜是半导体器件常用的薄膜类型，LPCVD工艺使用的设备为炉管，在低压和高温条件下，将相应的反应气体通入炉管，在晶圆上生长相关薄膜。炉管还可用于其他工艺，例如合金退火。
[0003]在工艺过程中，颗粒缺陷是一个艰巨的挑战，因为严重的颗粒缺陷能够导致半导体晶圆的良品率下降甚至报废。在工艺菜单开发过程中，大量的数据证明颗粒缺陷的产生主要发生在炉管升温和降温过程中。LPCVD颗粒缺陷的一个主要来源是由于在晶舟及炉管衬管上沉积的薄膜的剥离而掉落到晶圆上产生的。薄膜剥离的一个重要原因是在升温、降温过程中，由于薄膜和衬管以及晶舟的热膨胀系数不同而产生的应力过大从而使薄膜从衬管或者晶舟上脱落导致颗粒缺陷。工艺开始和结束过程中，炉管中会有温度和压力的变化，导致环境中的颗粒持续运动，最后掉落到晶圆上而产生缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述技术问题提出一种使用炉管处理晶圆的方法，工艺完成后，与现有水平相比，晶圆表面的颗粒数量能显著降低。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种使用炉管处理晶圆的方法，包括以下步骤：
[0006]将载有晶圆的晶舟装载至炉管腔体中；
[0007]将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从初始温度升高至设定的目标温度；
[0008]保持炉管腔体内的温度不变，将炉管腔体内的压力降低至设定的目标压力值；
[0009]开始工艺以处理晶圆；
[0010]工艺完成后，保持炉管腔体内的温度不变，将炉管腔体内的压力从目标压力值升高至第一压力值之上；
[0011]将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从目标温度降低至初始温度；
[0012]将炉管腔体中的压力值升高至大气压；
[0013]将载有晶圆的晶舟从炉管腔体中转移出来。
[0014]进一步的，将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从初始温度升高至设定的目标温度的步骤进一步包括:将炉管腔体中的压力值从大气压降低至设定的第一压力值之上，在这个过程中，逐渐将炉管腔体内的温度从初始温度升高至设定的目标温度。
[0015]进一步的，第一压力值为0.05Torr。
[0016]具体地，处理晶圆包括：在晶圆表面进行薄膜生长或合金退火。
[0017]进一步的，晶舟的材料与晶圆的材料具有相同的热膨胀系数。
[0018]本专利技术依据气体分子自由程理论，对传统的工艺步骤进行改进，能减少颗粒物的运动距离，从而减少晶圆上的颗粒物数量；将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，然后进行升温和降温，既能够减少晶圆上的颗粒物数量还可以缩短整个工艺时间；使晶舟和晶圆的材料具有相同的热膨胀系数，可以进一步减少颗粒物数量。
附图说明
[0019]图1示例了本专利技术方法和现有方法产生的颗粒的平均自由程对比图。
[0020]图2示例了A工艺与B工艺产生的颗粒物结果柱状图。
[0021]图3示例了A工艺与C工艺产生的颗粒物结果柱状图。
[0022]图4示例了本专利技术的方法流程图。
[0023]图5示例了本专利技术的实施例1的方法流程图。
具体实施方式
[0024]在LPCVD工艺中，晶圆承载于晶舟上，晶舟位于炉管的腔体中，理想的腔体环境是无颗粒物的。
[0025]当前最广泛使用的晶舟为石英玻璃材质，石英玻璃的热膨胀系数约为12.3
×
10
‑6K
‑1，而晶圆材料硅的热膨胀系数约为2.5
×
10
‑6K
‑1，由于晶舟材料与晶圆材料有不同的热膨胀系数，炉管升温和降温过程中，晶舟与晶圆的热胀冷缩引起的形变程度不同，因此晶舟与晶圆之间发生位移进而产生摩擦，摩擦产生的颗粒物在气流的作用下运动，最终依附在晶圆上。
[0026]现有的使用炉管处理晶圆的方法包括以下步骤：
[0027]Step1，升高炉管腔体内的温度并同时降低炉管腔体内的压力，使炉管腔体内的温度从初始温度升高至设定的目标温度，并且压力从初始压力降低至设定的目标压力；
[0028]Step2，处理晶圆；
[0029]Step3，降低炉管腔体内的温度并同时升高炉管腔体内的压力，使炉管腔体内的温度从目标温度降低至初始温度、压力从目标压力升高至初始压力。
[0030]在分子平均自由程理论中，其中λ为分子的平均自由程，即分子与其他分子碰撞所通过的平均距离，k
B
为玻尔兹曼常量，T为环境温度，d为分子有效直径，P为气体压强。
[0031]由于颗粒物主要为晶舟和晶圆摩擦后产生的细小颗粒，其体积分布在为5～130nm3之间，而炉管的腔体的容积大约为0.2～0.3m3，因此，相对于炉管的腔体而言，颗粒物可以等同于一个气体分子。基于分子平均自由程理论，环境温度和压力的改变都会导致分子运动的距离变化。具体在炉管工艺中，环境温度和压力的改变会导致颗粒运动距离的变化。例如，高温低压环境下，颗粒有更长的自由程，更有可能从晶舟迁移至晶圆上并在晶圆上移动更长的距离，从而产生更严重的颗粒缺陷。而现有方法存在的颗粒物缺陷比较严重，已经不能满足当前的工艺要求。
[0032]本专利技术基于分子平均自由程理论依据，提出了新的使用炉管处理晶圆的方法，旨在解决LPCVD工艺过程中颗粒缺陷的问题。
[0033]本专利技术提出的使用炉管处理晶圆的方法包括以下步骤：
[0034]S1，将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从初始温度升高至设定的目标温度；
[0035]S2，保持炉管腔体内的温度不变，将炉管腔体内的压力降低至设定的目标压力值；
[0036]S3，开始工艺以处理晶圆；
[0037]S4，工艺完成后，保持炉管腔体内的温度不变，将炉管腔体内的压力从目标压力值升高至第一压力值之上；
[0038]S5，将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从目标温度降低至初始温度；
[0039]S6，将炉管腔体中的压力值升高至大气压。
[0040]为了更好的展示现有方法与本专利技术方法的区别，表1.1将两种方法进行了步骤对比。
[0041]表1.1现有方法与本专利技术方法的对比
[0042][0043][0044]与现有方法相比，本专利技术将升温、降压的过程分开，将降温、升压的过程分开，总的工艺时间更长，但是颗粒运动距离减小，其中的理论依据可以参考图1。
[0045]如图1所示，横坐标为时间，纵坐标为颗粒的平均自由程。根据分子平均自由程理论，其中λ为分子的平均自由程，即分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用炉管处理晶圆的方法，其特征在于，包括以下步骤：将载有晶圆的晶舟装载至炉管腔体中；将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从初始温度升高至设定的目标温度；保持炉管腔体内的温度不变，将炉管腔体内的压力降低至设定的目标压力值；开始工艺以处理晶圆；工艺完成后，保持炉管腔体内的温度不变，将炉管腔体内的压力从目标压力值升高至第一压力值之上；将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从目标温度降低至初始温度；将炉管腔体中的压力值升高至大气压；将载有晶圆的晶舟从炉管腔体中转移出来。2.根据权利要求1所述的使用炉管处理晶圆的方法，其特征在于，所述将炉管腔体中的压力值设定在第一压力值之上，将炉管腔体内的温度从初始温度升高至设定的目标温度的步骤进一步包括:将炉管腔体中的压力值从大气压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晖，张山，朴载成，沈辉，金宗焕，陈宇，石家燕，张晓燕，周东成，夏光煜，王俊，金泳律，
申请(专利权)人：盛帷半导体设备上海有限公司盛美半导体设备韩国有限公司清芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：