多区半导体炉制造技术

适用于晶片的化学气相淀积工艺的半导体炉。该炉包括一个热反应室，该室具有顶部、底部、侧壁和内部空腔，用以容纳一批垂直堆叠的晶片。具有一加热系统，包括多个配置的加热器，可以加热反应室。加热系统包括至少一个顶加热器、至少一个底加热器和多个沿反应室的高度间隔排布的侧壁加热器，以控制室内温度变化和提高晶片膜淀积厚度的一致性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及半导体，具体地涉及用于晶片加工工艺的半导体炉的加热系统。
技术介绍
半导体制备半导体作过程中的某些工艺步骤包括氧化、扩散、掺杂、退火和化学气 相淀积(CVD)。这些工艺步骤一般都在有热力控制的高温环境中完成进行。CVD是一种个 反应步骤，用于制造或淀积位于晶片上的材料薄膜，薄膜材料包括但不限于金属、，二氧化 硅、，钨、，氮化硅、，氮氧化硅和各种电介质。CVD过程中必需把一个或者多个晶片放置于一 个加热室或者热反应室内，且在室内引加入一种或多种反应气体。这些反应气体包括各种 化学前体(如形成氮化硅膜的硅烷和氮)，在加热的晶片表面发生反应，形成所需要的半导 体材料薄膜，且该膜具有所需要的厚度。通过CVD形成的晶片表面的淀积薄膜的均一性会 受到影响，可以通过调节和优化CVD工艺过程的参数来影响控制和控制，如晶片的温度，反 应室的压力，反应气体的流路和比例，以及淀积时间(或持续时间)。一种在CVD工艺中使用的加热室或者热反应室是立式半导体炉。这些立式炉能够 固定很多垂直堆叠的半导体晶片，使晶片同时进行CVD过程。立式炉包括一个热反应管或 者室，可以填装多个晶片，根据本领域中的一些实施方式，这些晶片被作为一个晶片梯或者 晶片船(wafer ladder or boat)固定在一个可垂直堆叠(参阅现有技术)的架子上。晶 片船包括一个具有多个水平槽的框架，每个槽里都容纳一个晶片，和其他晶片在空间上彼 此分开，彼此呈垂直状堆叠。晶片船一般可固定大约100 125个晶片。在晶片之间垂直 方向上留有空间，可以使得CVD的反应气体在空间内循环来在晶片表面形成所需要的材料 薄膜淀积。热反应室一般呈圆柱形(也可能和反应管形状相似)，通常有一个封闭的顶和开 放的底，使得固定有垂直晶片堆叠的晶片船能够插入。美国专利6538237，6435865，6187102，6031205 和 7241701 披露了一些传统的立式半导体炉和相关的装置，所有这些都全部引入。立式半导体炉包括一个热源，在某些实施方式中可能包括电阻型加热器、辐射型 加热器或者其组合。电阻型加热器的实施例中通常包括电阻线圈元件或者其类似物。辐射 型加热器的一些实施例包括加热灯或者石英加热组件。加热器通常位于外部但是靠近石英 反应室，用以加热该室，升高内部温度。为了提高制造效率并降低制造成本，多年来晶片尺寸一直逐步增加。标准硅晶片 尺寸已经逐渐地从大约200mm (直径约8英寸)增加到了 300mm (直径约12英寸)。下一代 晶片尺寸标准已经定为450mm(大约直径18英寸)。新一代尺寸为450mm的晶片，会对保 持CVD过程中晶片船内垂直堆叠晶片温度的一致性形成影响，而理想的CVD工艺应该在每 一个晶片表面淀积形成均勻一致的材料薄膜。已经证明，现有的CVD热反应室的加热器构造，不足以提供所需要的均勻温度以 保持所期望的一致性，既包括保持材料薄膜在每一个晶片的整个表面淀积厚度的一致性，也包括更大尺寸的新一代晶片制造过程中整个一批或者一叠晶片之间的一致性方面。理 想地，CVD中位于热反应室中的整批晶片中的每一个，都应该有一致的膜厚度，应满足存在 于单个晶片和晶片之间基底上的、该过程中可接受的厚度允许差异量。已有的制造传统的 200 300mm小直径晶片中使用的一些加热装置没有提供必要的温度控制和保持温度一致 性，来满足450mm晶片所期望的允许误差。晶片边缘和中心的水平温度变化通常导致每一晶 片上淀积层厚度超出允许误差范围的变化。晶片中心的温度通常会低于边缘的温度。晶片船 上晶片叠的垂直温度变化通常会导致各个晶片之间淀积层厚度差异超出允许误差范围。因此，需要一种改良的用于立式半导体炉的加热器，来满足新一代晶片尺寸的挑 战。
技术实现思路
根据本专利技术实施例之一，一种适于化学气相淀积晶片工艺的半导体炉包括立式 热反应室，具有一定高度、顶部、底部、侧壁和用以可移动地容纳一批固定晶片的内部空腔； 固定在反应室上的晶片船，用以容纳多个呈垂直堆叠的晶片；和加热系统，包括多个配置的 加热器，用以加热该反应室。加热系统包括至少一个顶加热器、至少一个底加热器和多个侧 壁加热器，侧壁加热器沿着反应室的高度间隔排布。优选地，侧壁加热器的结构为，每10个 晶片或者少于10个晶片至少对应一个侧壁加热器，以保证晶片膜淀积厚度的一致性。有利 之处在于，前述 加热器结构提高了每一批晶片在炉内制造过程中，每一晶片上和晶片与晶 片之间薄膜厚度的一致性。根据本专利技术的另一实施例，一种用于化学气相淀积工艺过程的半导体炉和在其中 处理在其中加工的多个晶片的组合半导体炉，包括立式垂直的热反应室，具有一定高度、 顶部、底部、侧壁和一内部空腔，用以容纳可移动地容纳可移出的一批固定晶片的内部空 腔；晶片船固定在反应室且，用以容纳多个呈垂直堆叠状的晶片的晶片船；和加热系统，包 括多个配置的加热器，用以操作加热该反应室，加热系统包括至少一个顶加热器、至少一个 底加热器和多个侧壁加热器，侧壁加热器沿着反应室的高度间隔排布。优选地，侧壁加热器 的结构为，每10个晶片至少对应一个侧壁加热器，以保证晶片膜淀积厚度的一致性。组合 结构进一步包括多个晶片，每一晶片直径至少450mm ；晶片在反应室内进行化学气相淀积。 优选地，每一晶片上形成的材料淀积膜厚度变化最大不超过1. 5%。在另一实施例中，晶片 上形成的材料淀积膜厚度，在晶片与晶片之间的变化，最大小于0. 5%。根据本专利技术另一实施例，利用化学气相淀积在半导体晶片上形成一层材料薄膜的 方法包括提供半导体炉，该炉包括立式的热反应室，具有一定高度、顶部、开放的底部、侧 壁和用以容纳可移动的一批晶片的内部空腔，所述半导体炉进一步包括加热系统，该加热 系统包括至少一个顶加热器、至少一个底加热器和多个侧壁加热器，侧壁加热器的配置为， 每10个垂直堆叠状的晶片至少对应一个侧壁加热器，以保证晶片膜淀积厚度的一致性；将 容纳有多个垂直堆叠状晶片的晶片船插入到反应室；加热系统加热该反应室；将前置反应 气体加入反应室；通过化学气相淀积在每一晶片上形成材料薄膜。附图说明优选实施方式的特征将通过参考以下附图进行说明，图中相同元件都用相同符号标明，其中图1是半导体炉的一种现有加热器结构的示意性截面侧视图；图2是半导体炉的另一种现有加热器结构的示意性截面侧视图；图3是根据本专利技术的一个实施例的半导体炉加热器结构的示意性截面侧视图；图4是图3所示的一种可能的实施例的半导体炉和加热器结构的示意性截面侧视 图；图5是图3所示侧壁加热器的顶视图。 所有图例均为示意性的，并非按比例绘制。具体实施例方式此说明性实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一 部分。此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解 为对本专利技术保护范围的任何限制。相关术语，如“更低”、“更高”、“水平的”、“垂直的”、“在 上”、“在下”、“上”、“下”、“顶部”和“ I底部”以及其派生词(如“水平地”、“向下地”、“向上 地”等等)均应被解释为说明中描述的或附图中示出所讨论的方位。这些相关术语仅仅为 了方便描述，而不应认为是对仪器设备的解释或者在特定方位上的具体操作。术语，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体炉，包括：　　立式的热反应室，具有一定高度、顶部、底部、连接顶部和底部的侧壁、和用以容纳可移动的一批固定晶片的内部空腔，所述反应室具有中心部分和边缘部分；　　位于所述反应室内的晶片船，其构造适于容纳呈垂直堆叠关系的多个晶片；和包括多个加热器的加热系统，用以加热反应室，所述加热系统包括：　　至少一个顶加热器；　　至少一个底加热器；和　　多个侧壁加热器，所述侧壁加热器的配置和控制，使得在反应室中心部分和反应室边缘部分测量的温度差在０．１摄氏度以内。

【技术特征摘要】
US 2009-3-20 12/408,427一种半导体炉，包括立式的热反应室，具有一定高度、顶部、底部、连接顶部和底部的侧壁、和用以容纳可移动的一批固定晶片的内部空腔，所述反应室具有中心部分和边缘部分；位于所述反应室内的晶片船，其构造适于容纳呈垂直堆叠关系的多个晶片；和包括多个加热器的加热系统，用以加热反应室，所述加热系统包括至少一个顶加热器；至少一个底加热器；和多个侧壁加热器，所述侧壁加热器的配置和控制，使得在反应室中心部分和反应室边缘部分测量的温度差在0.1摄氏度以内。2.如权利要求1所述半导体炉，所述侧壁加热器具有位于所述反应室内的多个侧壁加 热器区，所述侧壁加热器区沿反应室的高度方向垂直配置，每一个加热器区的温度分别由 各自区域的侧壁加热器所控制。3.如权利要求1所述半导体炉，每一所述侧壁具有一个可由其他侧壁加热器独立调节 的热输出。4.如权利要求1所述半导体炉，所述侧壁加热器是电阻型线圈元件。5.如权利要求1所述半导体炉，进一步包括一个晶片，所述晶片直径至少450mm并具有 表面，所述晶片在反应室内进行化学气相沉淀，沉淀于所述晶片上的材料膜的厚度最大变 化不超过1. 5%。6.如权利要求1所述半导体炉，进一步包括多个晶片，所述晶片直径至少450mm并具有 表面，所述晶片在所述反应室内进行化学气相淀积，每一晶片上淀积的材料膜的厚度在晶 片与晶片之间的变化小于0. 5%。7.如权利要求1所述半导体炉，所述顶部和底部加热器是电阻型线圈元件。8.一种半导体加热炉和在其中多个晶片的组合，该组合包括立式的热反应室，具有一定高度、顶部、底部、连接顶部和底部的侧壁、和用以容纳可移 动的一批固定晶片的内部空腔；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴欣贤，张钧琳，杨棋铭，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]