專利名稱：用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件制造方法，特別是涉及ー種用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法。
背景技術(shù)：
在摩爾定律的推動(dòng)下，過(guò)去十多年來(lái)半導(dǎo)體エ業(yè)發(fā)展非常迅速。隨著更多復(fù)雜エ藝技術(shù)的開發(fā)，對(duì)半導(dǎo)體制造而言，エ藝熱預(yù)算的良好控制變得越來(lái)越重要。例如，集成電路進(jìn)入深亞微米以及納米級(jí)之后，特征尺寸持續(xù)縮小，而離子注入或擴(kuò)散形成的摻雜區(qū)內(nèi)的雜質(zhì)離子可能在多次熱處理過(guò)程中累積獲得足夠的能量脫離襯底材質(zhì)的束縛而擴(kuò)散到 相隔距離已減小的相鄰區(qū)域內(nèi)，這往往會(huì)導(dǎo)致器件失效。在半導(dǎo)體制造エ序期間，最多的熱能來(lái)源于加熱步驟，例如熱氧化、熱退火、熱擴(kuò)散、真空蒸發(fā)、CVD等等，因?yàn)樗械募訜岵襟E通常是高溫長(zhǎng)時(shí)間的加熱處理。但是對(duì)于加熱エ序而言，有時(shí)需要調(diào)整主エ藝時(shí)間以確保目標(biāo)物上一定的薄膜厚度。例如對(duì)于熱氧化而言，對(duì)于Si的(100)晶面，在800°C溫度下進(jìn)行干氧氧化時(shí)，當(dāng)氧化劑氣氛中水汽含量小于Ippm時(shí)，氧化700分鐘得到的氧化層厚度為300人，要得到更厚的氧化層則需要更長(zhǎng)的時(shí)間，大體上呈線性關(guān)系，因此一定程度上也意味著更多的熱預(yù)算。重要的是，主エ藝幾乎總是溫度最高的處理步驟。例如對(duì)于制備氧化硅而言，主エ藝?yán)缡茄趸瑴囟葟?00至1300°C不等，加熱處理時(shí)間通常是十幾分鐘、小時(shí)或十?dāng)?shù)小時(shí)的量級(jí)。而熱退火時(shí)間通常是分鐘或秒量級(jí)，對(duì)于注入Si中Sb+的低劑量損傷，300°C退火即可基本消除缺陷。CVD時(shí)間通常是分鐘量級(jí)，溫度從300至750°C不等。此外，在爐內(nèi)加熱的各個(gè)步驟エ序中，主エ藝耗時(shí)較長(zhǎng)。由此可見，熱氧化最能代表高溫長(zhǎng)時(shí)間的主エ藝，很大程度上決定了半導(dǎo)體エ藝的熱預(yù)算。因此，改變主エ藝的處理時(shí)間將最終顯著導(dǎo)致器件熱預(yù)算的變化。進(jìn)ー步地，熱預(yù)算變化較大時(shí)，后續(xù)對(duì)于晶片的進(jìn)ー步處理可能使得晶片總體承受的熱能超出保持器件穩(wěn)定性的需要，也即熱預(yù)算突增時(shí)，若后續(xù)處理未能依照熱預(yù)算流出足夠冗余，則可能造成器件因超過(guò)總熱預(yù)算而使得擴(kuò)散失控最終導(dǎo)致器件失效?？偠灾?，需要ー種能保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱エ序優(yōu)化方法，以便降低制造成本、節(jié)省エ藝時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
由上所述，本發(fā)明的目的在于提供ー種保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱エ序優(yōu)化方法。本發(fā)明提供了一種用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法，包括升溫，將反應(yīng)爐內(nèi)的溫度從第一溫度上升至第二溫度；主エ序步驟，用于對(duì)晶片處理形成薄膜，占用第一時(shí)間Tl ；虛擬エ藝步驟，占用第二時(shí)間T2 ；降溫，將反應(yīng)爐內(nèi)的溫度從第二溫度下降至第一溫度；
其特征在于，所述第一時(shí)間和第二時(shí)間之和為ー固定常數(shù)。其中，所述主エ序?yàn)闊嵫趸纬裳趸?。其中，所述固定常?shù)依據(jù)主エ序成膜厚度控制而確定。其中，能夠調(diào)整所述第一時(shí)間Tl和第二時(shí)間T2。其中，T1+T2= (1+a) XT0,TO為不同批次的主エ序耗時(shí)的算木平均值，a為不同批次的主エ序耗時(shí)變化最大值與TO的比率。其中，a小于等于10%。其中，所述虛擬エ藝步驟為在N2氛圍下退火。依照本發(fā)明的加熱エ序優(yōu)化方法，通過(guò)在主エ序后插入ー個(gè)虛擬エ序，使得整個(gè)加熱エ藝的總時(shí)間保持不變，有利于保持熱預(yù)算穩(wěn)定，進(jìn)一歩有利于器件性能維持穩(wěn)定。本發(fā)明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申請(qǐng)獨(dú)立權(quán)利要求的范圍內(nèi)得以滿足。本發(fā)明的實(shí)施例限定在獨(dú)立權(quán)利要求中，具體特征限定在其從屬權(quán)利要求中。


·以下參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中圖I為現(xiàn)有的加熱各個(gè)エ序不意圖；以及圖2A及圖2B為依照本發(fā)明的優(yōu)化前后的加熱エ序的主エ序時(shí)間-溫度關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖并結(jié)合示意性的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果，公開了保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱エ序優(yōu)化方法。需要指出的是，類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)中所用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修飾各種制造エ序。這些修飾除非特別說(shuō)明并非暗示所修飾制造エ序的空間、次序或?qū)蛹?jí)關(guān)系。圖I為現(xiàn)有的加熱エ序?qū)嵗疽鈭D。其中，橫軸表示時(shí)間，具體而言代表整個(gè)加熱エ序各個(gè)步驟所耗費(fèi)的時(shí)間，縱軸表示反應(yīng)爐內(nèi)溫度，単位為。C。需要說(shuō)明的是，圖I僅為示意圖，各個(gè)步驟所占時(shí)間并未嚴(yán)格按照比例顯示，具體的各步驟開始以及結(jié)束時(shí)間可參照表I。通常的整個(gè)加熱エ序包括以下若干步驟。步驟S01，準(zhǔn)備，通常代表加熱エ序流程的開始，也即時(shí)間原點(diǎn)或零點(diǎn)，計(jì)時(shí)為0小時(shí)0分鐘0秒；此時(shí)反應(yīng)爐內(nèi)溫度為上ー批次熱處理過(guò)后的爐內(nèi)剩余溫度，稱為第一溫度，本發(fā)明所舉實(shí)施例中爐內(nèi)恒定的第一溫度例如為6000C。步驟S02，等待，此時(shí)與爐相連的控制系統(tǒng)啟動(dòng)，等待輸入エ藝參數(shù)，一般耗時(shí)I分鐘，也即步驟S02結(jié)束于0小時(shí)01分0秒。步驟S03，預(yù)裝載，此時(shí)爐門打開，機(jī)械臂等輸送裝置將包含待處理晶片的晶片盒從傳送帶上依次取出，轉(zhuǎn)運(yùn)到爐內(nèi)的晶舟上，這ー過(guò)程取決于晶片數(shù)量以及機(jī)械操作時(shí)間，對(duì)于每分鐘能將晶片輸送IOOmm的機(jī)械系統(tǒng)而言(也即輸送系統(tǒng)的吞吐能力為IOOmm/min)，本發(fā)明實(shí)施例中步驟S03耗時(shí)20分鐘，也即步驟03結(jié)束于0小時(shí)21分0秒。步驟S04，檢查，控制系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置在爐門處的檢測(cè)裝置(例如機(jī)械、電磁、光學(xué)等傳感器)來(lái)檢測(cè)爐門或爐蓋是否完全關(guān)閉，這ー檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)10秒，也即步驟S04結(jié)束于0小時(shí)21分10秒。步驟S05，穩(wěn)定，由于裝載時(shí)爐門開啟，爐內(nèi)氣氛和溫度存在一定擾動(dòng)，步驟S05用于等待使得爐內(nèi)環(huán)境再次達(dá)到平衡，耗時(shí)15分鐘，也即步驟S05結(jié)束于O小時(shí)36分10秒。步驟S06，升溫，此時(shí)爐溫控制系統(tǒng)依據(jù)步驟S02等待時(shí)輸入的指令控制例如為電磁耦合線圈的加熱裝置對(duì)爐內(nèi)環(huán)境加熱，升溫速度例如為5°C /min，達(dá)到所需的第二溫度后停止加熱，第二溫度例如為920°C，耗時(shí)64分鐘，也即步驟S06結(jié)束于I小時(shí)40分10秒。步驟S07，恢復(fù)，由于加熱難免具有不均勻性和造成爐內(nèi)氣流擾動(dòng)，步驟S07等待以便爐內(nèi)再次達(dá)到平衡，同時(shí)開啟爐內(nèi)晶舟的旋轉(zhuǎn)機(jī)制，保證稍后熱處理時(shí)晶片各個(gè)方向上處理均勻，步驟S07耗時(shí)15分鐘，也即步 驟S07結(jié)束于I小時(shí)55分10秒。步驟S08，點(diǎn)火，此時(shí)通入純氧或水汽，用作形成氧化硅的供氧原料，耗時(shí)具體可由流量和流速?zèng)Q定，例如I分鐘，也即步驟S08結(jié)束于I小時(shí)56分10秒。步驟S09，主エ序，例如是熱氧化，所耗時(shí)間依據(jù)要形成的薄膜厚度決定而可調(diào)整，本發(fā)明實(shí)施例所形成的薄膜例如需要耗時(shí)15分鐘，也即步驟S09結(jié)束于2小時(shí)11分10秒。步驟S10，熄火，關(guān)閉純氧或水汽的流入，耗時(shí)I分鐘，結(jié)束于2小時(shí)12分10秒。步驟S11，后期O2清除，開啟真空泵將參與氧氣或水汽抽出爐體，耗時(shí)5分鐘，結(jié)束于2小時(shí)17分10秒。步驟S12，N2清除，通入N2或Ar等在此エ藝條件下不與晶片反應(yīng)的化學(xué)惰性氣體以進(jìn)一歩排出爐內(nèi)殘余反應(yīng)氣體，同時(shí)通入的惰性氣體也有利于稍后要進(jìn)行的降溫處理，因?yàn)楦哒婵窄h(huán)境若缺乏氣體媒介導(dǎo)熱，其降熱過(guò)程將是十分漫長(zhǎng)的，步驟S12耗時(shí)15分鐘，結(jié)束于2小時(shí)32分10秒。步驟S13，降溫，此時(shí)爐體冷卻系統(tǒng)開啟，采用制冷媒介循環(huán)、對(duì)流或者自然冷卻等方法逐步使得爐內(nèi)溫度降回至初始的第一溫度600°C，降溫速度為2°C/min，耗時(shí)160分鐘，步驟12結(jié)束于5小時(shí)12分10秒。步驟S14，關(guān)停旋轉(zhuǎn)，熱處理完成之后晶舟轉(zhuǎn)動(dòng)停止，耗時(shí)3分鐘，結(jié)束于5小時(shí)15分10秒。步驟S15，卸載，借由機(jī)械臂將晶舟中處理完成的晶片輸送回晶片盒中，與預(yù)裝載順序相反，耗時(shí)相同均為20分鐘，結(jié)束于5小時(shí)35分10秒。步驟S16，結(jié)束，控制系統(tǒng)關(guān)閉或待機(jī)，直至下ー批次晶片處理，結(jié)束過(guò)程耗時(shí)5秒，整個(gè)エ藝流程結(jié)束于5小時(shí)35分15秒。以上各個(gè)步驟的時(shí)序關(guān)系如下表I :
權(quán)利要求
1.一種用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法，包括 升溫，將反應(yīng)爐內(nèi)的溫度從第一溫度上升至第二溫度； 主エ序步驟，用于對(duì)晶片處理形成薄膜，占用第一時(shí)間Tl ； 虛擬エ藝步驟，占用第二時(shí)間T2 ； 降溫，將反應(yīng)爐內(nèi)的溫度從第二溫度下降至第一溫度； 其特征在于，所述第一時(shí)間和第二時(shí)間之和為ー固定常數(shù)。
2.如權(quán)利要求I所述的用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法，其中，所述主エ序?yàn)闊嵫趸纬裳趸ぁ?br> 3.如權(quán)利要求I所述的用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法，其中，所述固定常數(shù)依據(jù)主エ序成膜厚度控制而確定。
4.如權(quán)利要求3所述的用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法，其中，能夠調(diào)整所述第一時(shí)間Tl和第二時(shí)間T2。
5.如權(quán)利要求4所述的用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法，其中，T1+T2=(l+a)XTO,TO為不同批次的主エ序耗時(shí)的算木平均值，a為不同批次的主エ序耗時(shí)變化最大值與TO的比率。
6.如權(quán)利要求5所述的用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法，其中，a小于等于10%。
7.如權(quán)利要求I所述的用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法，其中，所述虛擬エ藝步驟為在N2氛圍下退火。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于保持熱預(yù)算穩(wěn)定的加熱方法，通過(guò)在主工序后插入一個(gè)虛擬工序，使得整個(gè)加熱工藝的總時(shí)間保持不變，有利于保持熱預(yù)算穩(wěn)定，進(jìn)一步有利于器件性能維持穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102760638SQ20111010435
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者李春龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所