本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種提高膜厚均勻性的爐管出氣孔結(jié)構(gòu)及方法、爐管裝置。

背景技術(shù)：

1、采用爐管進(jìn)行原子層沉積例如氮化硅時，因為沉積形成的膜層具有較好的厚度均勻性(u％)和臺階覆蓋率，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體先進(jìn)工藝之中。

2、請參閱圖1。現(xiàn)有的一種爐管，設(shè)有雙層結(jié)構(gòu)的外管12和內(nèi)管11。在內(nèi)管11的兩個相對的側(cè)壁上沿內(nèi)管11的軸向分別設(shè)有進(jìn)氣孔13和出氣孔14，在對應(yīng)出氣孔14一側(cè)的外管12側(cè)壁底部上設(shè)有排氣口15。內(nèi)管11中用于放置裝載有多層產(chǎn)品(晶片或晶圓，wafer)的晶舟。工藝中，在排氣口15的抽氣負(fù)壓作用下，由進(jìn)氣孔13通入內(nèi)管11的工藝氣體(前驅(qū)體)，經(jīng)各個出氣孔14流出，并匯入排氣口15排出爐管。其中，為保持排氣量/壓力的一致，出氣孔14通常按遠(yuǎn)離排氣口15方向尺寸(面積)逐漸增大的方式設(shè)置。圖2顯示了與此對應(yīng)的出氣孔14在不同開孔位置處的開孔面積變化情況(圖中橫坐標(biāo)方向為遠(yuǎn)離排氣口15方向的出氣孔14開孔位置)。

3、在利用上述爐管對控片進(jìn)行沉積工藝調(diào)試時，膜層厚度在控片上有著很好的片內(nèi)均勻性(wiw?u％)，片間均勻性(wtw?u％)和批間均勻性(rtr?u％)。但是，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)中，由于爐管上負(fù)載效應(yīng)的影響，產(chǎn)品上膜層厚度的片間均勻性較差，且受制于產(chǎn)品上復(fù)雜圖形的影響，位于爐管兩端處的產(chǎn)品上膜層厚度相對更厚，而位于爐管中部位置處的產(chǎn)品上膜層厚度相對更薄。這種現(xiàn)象在同爐中批量越大時，將會變得越明顯。

4、為了解決負(fù)載效應(yīng)，一種方法是采用在靠近晶舟上下兩端的位置上放置擋片(dummy?wafer)，只在兩端之間的晶舟位置上放置產(chǎn)品(product?wafer)的方式，以避免因產(chǎn)品放置在晶舟兩端而產(chǎn)生膜厚不均勻問題，如圖3所示。但因擋片上不帶有圖形結(jié)構(gòu)，與具有圖形結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品的表面積差異巨大，進(jìn)入爐管的前驅(qū)體在擋片集中的爐管兩端處的分壓較高，使得靠近此處的產(chǎn)品上的膜厚也較厚，而在產(chǎn)品集中的爐管中部處的前驅(qū)體分壓較低，使得位于此處的產(chǎn)品上的膜厚也較薄，因而仍將產(chǎn)生同爐產(chǎn)品片間的膜厚均勻性較差現(xiàn)象。圖4顯示了與此對應(yīng)的產(chǎn)品在晶舟上不同槽位(slot)處的膜厚(thk)變化情況(圖中橫坐標(biāo)方向為遠(yuǎn)離排氣口方向的槽位位置)，圖5顯示了因負(fù)載效應(yīng)造成的不同開孔位置處的壓力損失δp情況(圖中橫坐標(biāo)方向為遠(yuǎn)離排氣口方向的出氣孔開孔位置)。

5、目前，能做到的應(yīng)對措施包括通過批間控制系統(tǒng)(run?to?run，rtr系統(tǒng))，針對不同的批量，給出不同的工藝循環(huán)次數(shù)，來平衡負(fù)載效應(yīng)造成的批間均勻性變差損失，但對單管中產(chǎn)品片間均勻性的改善，卻難以起到效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種提高膜厚均勻性的爐管出氣孔結(jié)構(gòu)及方法、爐管裝置。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種提高膜厚均勻性的爐管出氣孔結(jié)構(gòu)，包括：

4、沿軸向設(shè)于第一工藝管側(cè)壁上的多個出氣孔，所述出氣孔的尺寸按由所述第一工藝管的任意一端向沿軸向的中間方向逐漸減小的方式設(shè)置，直至最小尺寸交匯于所述第一工藝管兩端之間的一個出氣孔處，以減小工藝中工藝氣體在所述第一工藝管兩端處的分壓，平衡因負(fù)載效應(yīng)在所述第一工藝管兩端處造成的壓力上升問題。

5、進(jìn)一步地，所述出氣孔的尺寸在所述第一工藝管的兩端處不同。

6、進(jìn)一步地，所述出氣孔的尺寸在所述第一工藝管靠近排氣口的一端處小于遠(yuǎn)離排氣口的另一端處的尺寸，所述排氣口位于靠近所述第一工藝管的其中一端的外部。

7、本發(fā)明還提供一種爐管裝置，包括雙層工藝管，所述雙層工藝管設(shè)有第一工藝管和罩于所述第一工藝管外周上的第二工藝管，所述第一工藝管的側(cè)壁上設(shè)有上述的提高膜厚均勻性的爐管出氣孔結(jié)構(gòu)和與所述出氣孔結(jié)構(gòu)相對的進(jìn)氣孔結(jié)構(gòu)，所述第一工藝管中用于放置晶舟，所述第二工藝管與所述第一工藝管之間形成有空腔，所述第二工藝管的一端上設(shè)有排氣口，所述排氣口通過所述空腔連通所述爐管出氣孔結(jié)構(gòu)上設(shè)有的出氣孔。

8、進(jìn)一步地，所述排氣口對應(yīng)位于所述出氣孔一側(cè)的所述第二工藝管的底部側(cè)壁上。

9、本發(fā)明還提供一種提高膜厚均勻性的方法，包括：

10、提供爐管裝置；所述爐管裝置包括雙層工藝管，所述雙層工藝管設(shè)有第一工藝管和罩于所述第一工藝管外周上的第二工藝管，所述第一工藝管中用于放置晶舟，所述第一工藝管的側(cè)壁上沿軸向設(shè)有多個出氣孔，所述第二工藝管的一端上設(shè)有排氣口，所述出氣孔通過所述第一工藝管與所述第二工藝管之間的空腔連通排氣口；

11、對所述出氣孔的初始尺寸進(jìn)行調(diào)整，得到所述出氣孔的調(diào)整后尺寸，使所述出氣孔的調(diào)整后尺寸按由所述第一工藝管的任意一端向沿軸向的中間方向逐漸減小的方式設(shè)置，直至最小調(diào)整后尺寸交匯于所述第一工藝管兩端之間的一個出氣孔處，以減小工藝中工藝氣體在所述第一工藝管兩端處的分壓，平衡因負(fù)載效應(yīng)在所述第一工藝管兩端處造成的壓力上升問題。

12、進(jìn)一步地，所述對所述出氣孔的初始尺寸進(jìn)行調(diào)整，得到所述出氣孔的調(diào)整后尺寸，具體包括：

13、獲取各所述出氣孔的初始面積和所述排氣口的面積；

14、進(jìn)行控片實驗，并在實驗時的各爐工藝中，對所述排氣口處的壓力進(jìn)行調(diào)整，以在各爐的所述控片上對應(yīng)獲得不同厚度的膜層，并獲取各爐的所述控片上的不同膜厚值；

15、基于同爐中各所述控片的膜厚一致前提，設(shè)工藝中各所述出氣孔處的壓力相等，根據(jù)抽力等于壓力與面積的乘積公式，并根據(jù)所述排氣口處的抽力等于各所述出氣孔處的抽力之和，以及已知的各所述出氣孔的初始面積、所述排氣口的面積和所述排氣口處的壓力，得到每爐的各所述出氣孔處的控片平均壓力，從而建立膜厚與出氣孔處壓力的對應(yīng)關(guān)系模型；

16、對產(chǎn)品進(jìn)行實際工藝，獲取同爐中各所述產(chǎn)品上的膜厚值，分別代入所述膜厚與出氣孔處壓力的對應(yīng)關(guān)系模型，將得到的出氣孔處壓力值作為與同爐中各所述產(chǎn)品位置對應(yīng)的各所述出氣孔處的產(chǎn)品實際壓力；

17、將所述產(chǎn)品的目標(biāo)膜厚值代入所述膜厚與出氣孔處壓力的對應(yīng)關(guān)系模型，得到使各所述產(chǎn)品達(dá)到目標(biāo)膜厚所需的對應(yīng)的各出氣孔處目標(biāo)壓力值；

18、設(shè)產(chǎn)品進(jìn)行實際工藝時所述排氣口處的抽力和各所述出氣孔處的抽力保持不變，根據(jù)已知的各所述出氣孔的初始面積、各所述出氣孔處的產(chǎn)品實際壓力、各所述出氣孔處目標(biāo)壓力值和所述公式，得到各所述出氣孔的調(diào)整后尺寸。

19、進(jìn)一步地，通過在所述排氣口處設(shè)置壓力表，獲取所述排氣口處的壓力。

20、進(jìn)一步地，所述工藝包括原子層沉積工藝，所述膜層為包括m元素的膜層，所述排氣口處的壓力為通入含所述m元素的前驅(qū)體時的壓力。

21、進(jìn)一步地，所述m元素包括si元素，所述膜層包括siocn膜層。

22、由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過對設(shè)于現(xiàn)有爐管的第一工藝管(內(nèi)管)上的各出氣孔的初始尺寸進(jìn)行調(diào)整，使出氣孔的調(diào)整后尺寸按由第一工藝管的任意一端向沿軸向的中間方向逐漸減小的方式設(shè)置，直至最小調(diào)整后尺寸交匯于第一工藝管兩端之間的一個出氣孔處，以減小工藝中工藝氣體在第一工藝管兩端處的分壓，平衡因負(fù)載效應(yīng)在第一工藝管兩端處造成的壓力上升問題，可增加爐管工藝(例如原子層沉積工藝)的控壓穩(wěn)定性，提高沉積膜層的膜厚及成分的穩(wěn)定性，從而能有效改善同爐產(chǎn)品的膜厚片間均勻性。