專利名稱：薄膜沉積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，特別涉及一種薄膜沉積方法。
背景技術(shù)：
隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，半導(dǎo)體的制造工藝得到了飛速的發(fā)展，薄膜沉積工藝 在半導(dǎo)體的制造流程中是一種常見的工藝。在現(xiàn)有半導(dǎo)體制造工藝中，沉積是在爐管中完 成的，為了對現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜沉積方法進(jìn)行清楚地說明，下面首先對現(xiàn)有爐管進(jìn)行簡單 介紹。圖1為現(xiàn)有爐管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有爐管主要包括加熱器 (Heater)、由石英構(gòu)成的反應(yīng)腔(Quartz tube)、底蓋(Cap)以及晶舟(Boat)，其中，各部分 均是可拆卸的。其中，底蓋和晶舟相連，并能在外界驅(qū)動系統(tǒng)(圖未示出)的驅(qū)動下帶動晶舟上下 移動；晶舟用于裝載晶圓，如圖1所示，每個格子上可放置一片。當(dāng)需要裝載晶圓時，底蓋帶 動晶舟向下移動，離開反應(yīng)腔，晶圓裝載完畢，底蓋帶動晶舟向上移動，進(jìn)入到反應(yīng)腔內(nèi)，并 和反應(yīng)腔一起構(gòu)成密閉結(jié)構(gòu)。另外，反應(yīng)腔上設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口，用于輸入反應(yīng)所需氣 體和排出廢氣。加熱器位于反應(yīng)腔外，用于對反應(yīng)腔進(jìn)行加熱。在大多數(shù)爐管的設(shè)計中，加熱器的 主體部分呈現(xiàn)圓柱形狀，并采用石棉等材料制成的頂蓋封住頂部。通常，加熱器的主體部分 的最外層由不銹鋼材料制成，中間是一層絕熱層，主要是為了防止反應(yīng)腔內(nèi)的溫度向外擴(kuò) 散，絕熱層里面為加熱電路，由環(huán)繞在絕熱層內(nèi)壁上的電阻絲等構(gòu)成。為了使加熱更為均勻，加熱器按照從上到下的順序分為5個溫區(qū)，每個溫區(qū)的加 熱電路相互獨立，互不干擾，分別用于對反應(yīng)腔內(nèi)的不同區(qū)域進(jìn)行加熱。如圖2所示，圖2為 現(xiàn)有加熱器的不同溫區(qū)的示意圖。假設(shè)共分為A、B、C、D、E 5個溫區(qū)，可以看出，雖然對于不 同的溫區(qū)來說，其不銹鋼層和絕熱層是連接在一起的，但是加熱電路是完全獨立的。按照從 上到下的順序，這5個溫區(qū)分別用于加熱反應(yīng)腔的上部、上中部、中部、中下部以及下部5個 不同的區(qū)域，一般我們將A溫區(qū)所對應(yīng)的反應(yīng)腔的溫度稱為上部溫度(Top-temperature)， 將B溫區(qū)所對應(yīng)的反應(yīng)腔的溫度稱為上中部溫度(Top-center-temperature)，將C溫區(qū)所 對應(yīng)的反應(yīng)腔的溫度稱為中部溫度(Center-temperature)，將D溫區(qū)所對應(yīng)的反應(yīng)腔的溫 度稱為中下部溫度(Center-bottom-temperature)，將E溫區(qū)所對應(yīng)的反應(yīng)腔的溫度稱為 下部溫度(Bottom-temperature)，其中，各個溫區(qū)的溫度與所對應(yīng)的反應(yīng)腔的溫度相等。需要說明的是，圖1所示僅為一種可能的爐管結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中，根據(jù)實際需要 的不同，爐管中可能還會包括其它組成部分，由于與本發(fā)明所述方案無直接關(guān)系，故不再 一一介紹。基于上述爐管，現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜沉積方法包括以下幾個步驟步驟一，通過爐管的進(jìn)氣口向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體，需要說明的是，根據(jù)欲沉積 的薄膜材料的不同，反應(yīng)氣體也有所不同，例如，若欲沉積氮化硅(SiN)薄膜，所通入的反應(yīng)氣體為二氯硅烷(DCS)和氨氣(NH3),由于晶舟上的晶圓包括一硅基底，在后續(xù)步驟中， DCS、NH3與硅基底發(fā)生反應(yīng)可生成SiN薄膜。步驟二，分別調(diào)整上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度、下部溫度，例如， 上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度、下部溫度分別為770 V至790 V、763 V至 783°C、750°C至 770°C、737°C至 757°C、727°C至 747°C，使分別處于 A、B、C、D、E 5 個溫區(qū)內(nèi) 的晶圓上所沉積的SiN薄膜的厚度均約為1150埃。其中，反應(yīng)腔內(nèi)壓力為0. 1托(torr)至0. 5torr、反應(yīng)時間為53. 1分鐘至64. 9分 鐘、DCS流量為IOsccm至lOOOsccm、NH3流量為20sccm至2000sccm。在實際應(yīng)用中，還可 根據(jù)欲沉積的厚度而對反應(yīng)時間進(jìn)行調(diào)整，這樣，A、B、C、D、E 5個溫區(qū)內(nèi)的晶圓上所沉積 的SiN薄膜的厚度均是相等的，但不局限于1150埃。采用上述方法，在爐管中每進(jìn)行一次薄膜沉積，位于晶舟上的所有晶圓表面所沉 積的薄膜厚度是相等的，然而，在實際應(yīng)用中，由于需要對半導(dǎo)體工藝進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)常需要 在不同的參數(shù)下在控片上模擬實際的產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)。需要說明的是，控片是一種專門用作 實驗的晶圓，例如，若需對SiN薄膜的化學(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP)進(jìn)行優(yōu)化，則采用當(dāng)前的CMP 參數(shù)對沉積有SiN的控片進(jìn)行研磨，并測量研磨后控片的相關(guān)參數(shù)，例如控片的厚度、劃痕 率等，若研磨后控片的相關(guān)參數(shù)不滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，則對CMP參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并重復(fù)上 述步驟，以此來對CMP進(jìn)行優(yōu)化。可見，為了對不同類型的產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，其中，所述不同類 型的產(chǎn)品體現(xiàn)在薄膜厚度的不同，我們有時需要在控片上沉積不同厚度的薄膜，以進(jìn)行實 驗。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，在爐管中每進(jìn)行一次薄膜沉積，位于晶舟上的所有晶圓表面所沉 積的薄膜厚度是相等的，若需獲得具有N種不同厚度薄膜的控片，那么至少需要進(jìn)行N次沉 積，其中，N為正整數(shù)，而每次沉積所獲得的沉積有薄膜的控片并不會被完全利用，這就造成 了浪費，成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出薄膜沉積方法，能夠節(jié)約成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種薄膜沉積方法，該方法應(yīng)用于爐管中，所述爐管包括用于按照從上至下的 順序承載晶圓的晶舟、用于反應(yīng)氣體在晶圓表面進(jìn)行薄膜沉積的反應(yīng)腔、用于對反應(yīng)腔進(jìn) 行加熱的加熱器，其中，加熱器按照從上到下的順序分為5個溫區(qū)，用于分別對反應(yīng)腔的上 部、上中部、中部、中下部和下部進(jìn)行加熱；在晶舟上放置M個晶圓，并向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng) 氣體，反應(yīng)腔的上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度和下部溫度分別被調(diào)整至能 使反應(yīng)氣體在從上至下的第1個至M/3個晶圓、第(M/3)+l至2M/3個晶圓、第QM/3)+l個 至M個晶圓表面分別沉積為三種不同厚度的薄膜的溫度，其中，M為大于3的正整數(shù)，當(dāng)M/3 非整數(shù)時，M/3為向上取整或向下取整的結(jié)果。所述薄膜為氮化硅SiN薄膜，所述反應(yīng)氣體為二氯硅烷DCS和氨氣NH3。反應(yīng)腔內(nèi)壓力為0. 1托至0. 5托、反應(yīng)時間為53. 1分鐘至64. 9分鐘、DCS流量為 IOsccm至lOOOsccm、NH3流量為20sccm至2000sccm，上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中 下部溫度、下部溫度分別為7691至7891、7621至7821、7521至7721、7391至7591、 730°C至750°C，當(dāng)M為30時，按照從上至下的順序第1個至第10個晶圓上所沉積的SiN薄膜為1100埃，第11個至第20個晶圓上所沉積的SiN薄膜為1170埃，第21個至第30個晶 圓上所沉積的SiN薄膜為12000埃?？梢?，采用本發(fā)明所述方案，在晶舟上放置M個晶圓，并向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣 體，反應(yīng)腔的上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度、下部溫度分別被調(diào)整至能使反 應(yīng)氣體在從上至下的第1個至M/3個晶圓、第(M/3)+l至2M/3個晶圓、第QM/3)+l個至M 個晶圓表面分別沉積為三種不同厚度的薄膜的溫度，這樣在爐管中每進(jìn)行一次薄膜沉積就 可獲得三種不同厚度的薄膜，節(jié)約了成本。


圖1為現(xiàn)有爐管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有加熱器的不同溫區(qū)的示意圖。圖3為本發(fā)明所提供的一種薄膜沉積方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。本發(fā)明的核心思想為通過調(diào)整反應(yīng)腔的上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下 部溫度和下部溫度，可使得反應(yīng)氣體在從上至下的第1個至M/3個晶圓、第(M/;3)+l至2M/3 個晶圓、第OM/3)+l個至M個晶圓表面分別沉積為三種不同厚度的薄膜的溫度，因此，在爐 管中每進(jìn)行一次薄膜沉積，就可獲得具有三種不同厚度的薄膜，降低了成本。圖3為本發(fā)明所提供的一種薄膜沉積方法的流程圖，如圖3所示，該方法包括以下 步驟步驟301，在晶舟上放置M個晶圓，并向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體，其中，M為大于3 的正整數(shù)，當(dāng)Μ/3非整數(shù)時，Μ/3為向上取整或向下取整的結(jié)果。步驟302，反應(yīng)腔的上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度和下部溫度分別 被調(diào)整至能使反應(yīng)氣體在從上至下的第1個至Μ/3個晶圓、第(M/;3)+l至2Μ/3個晶圓、第 OM/3)+l個至M個晶圓表面分別沉積為三種不同厚度的薄膜的溫度。下面通過一個實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。在本實施例中，假設(shè)在爐管的晶舟上共放置30個晶圓，按照從上到下的順序，欲 使得第ι個至第10個晶圓上所沉積的SiN薄膜為1100埃，第11個至第20個晶圓上所沉 積的SiN薄膜為1170埃，第21個至第30個晶圓上所沉積的SiN薄膜為12000埃。本發(fā)明所提供的一種薄膜沉積方法的實施例包括以下步驟步驟一，通過爐管的進(jìn)氣口向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體，所通入的反應(yīng)氣體為DCS 和NH3,由于晶舟上的晶圓包括一硅基底，在后續(xù)步驟中，DCS、NH3與硅基底發(fā)生反應(yīng)可生成 SiN薄膜。
本步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不予贅述。 步驟二，分別調(diào)整反應(yīng)腔的上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度和下部 溫度，其中，上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度、下部溫度分別調(diào)整至769°C至 789°C、762°C至 782°C、752°C至 772°C、739°C至 759°C、730°C至 750°C，按照從上至下的順序，使得第ι個至第10個晶圓上所沉積的SiN薄膜為1100埃，第11個至第20個晶圓上所 沉積的SiN薄膜為1170埃，第21個至第30個晶圓上所沉積的SiN薄膜為12000埃。反應(yīng)腔內(nèi)壓力為0. Itorr至0. 5torr、反應(yīng)時間為53. 1分鐘至64. 9分鐘、DCS流 量為IOsccm至lOOOsccm、NH3流量為20sccm至2000sccm，在實際應(yīng)用中，還可根據(jù)欲沉積 的厚度而對反應(yīng)時間進(jìn)行調(diào)整。需要說明的是，反應(yīng)腔內(nèi)壓力、反應(yīng)時間、DCS流量和NH3與現(xiàn)有技術(shù)相同，本發(fā)明 所提供的方法僅對五個溫區(qū)的溫度進(jìn)行調(diào)整。另外，本發(fā)明所提供的方法并不僅限于SiN薄膜的沉積，例如，對于正硅酸乙酯氧 化硅(TEOS)薄膜或其他種類的合金(Alloy)薄膜均適用，本發(fā)明所提供的方法可應(yīng)用于多 種沉積工藝中，例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PE-CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LP-CVD)寸。由本發(fā)明所提供的技術(shù)方案可見，通過調(diào)整反應(yīng)腔的上部溫度、上中部溫度、中 部溫度、中下部溫度和下部溫度，可使得反應(yīng)氣體在從上至下的第1個至M/3個晶圓、第 (M/3)+l至2M/3個晶圓、第OM/3)+l個至M個晶圓表面分別沉積為三種不同厚度的薄膜的 溫度，也就是說，若該晶圓的主要用途是被用作實驗，則該晶圓可被看作為控片，在爐管中 每進(jìn)行一次薄膜沉積，就可獲得具有三種不同厚度薄膜的控片，降低了成本。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜沉積方法，該方法應(yīng)用于爐管中，所述爐管包括用于按照從上至下的順 序承載晶圓的晶舟、用于反應(yīng)氣體在晶圓表面進(jìn)行薄膜沉積的反應(yīng)腔、用于對反應(yīng)腔進(jìn)行 加熱的加熱器，其中，加熱器按照從上到下的順序分為5個溫區(qū)，用于分別對反應(yīng)腔的上 部、上中部、中部、中下部和下部進(jìn)行加熱；在晶舟上放置M個晶圓，并向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng) 氣體，其特征在于，反應(yīng)腔的上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度和下部溫度分別 被調(diào)整至能使反應(yīng)氣體在從上至下的第1個至M/3個晶圓、第(M/;3)+l至2M/3個晶圓、第 OM/3)+l個至M個晶圓表面分別沉積為三種不同厚度的薄膜的溫度，其中，M為大于3的正 整數(shù)，當(dāng)Μ/3非整數(shù)時，Μ/3為向上取整或向下取整的結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜為氮化硅SiN薄膜，所述反應(yīng)氣 體為二氯硅烷DCS和氨氣NH3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，反應(yīng)腔內(nèi)壓力為0.1托至0. 5托、反 應(yīng)時間為53. 1分鐘至64. 9分鐘、DCS流量為IOsccm至lOOOsccm、NH3流量為20sccm 至2000sCCm，上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度、下部溫度分別為769 °C至 789°C、762°C至 782°C、752°C至 772°C、739°C至 759°C、730°C至 750°C，當(dāng) M 為 30 時，按照從 上至下的順序第1個至第10個晶圓上所沉積的SiN薄膜為1100埃，第11個至第20個晶圓 上所沉積的SiN薄膜為1170埃，第21個至第30個晶圓上所沉積的SiN薄膜為12000埃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜沉積方法，該方法應(yīng)用于爐管中，所述爐管包括用于按照從上至下的順序承載晶圓的晶舟、用于反應(yīng)氣體在晶圓表面進(jìn)行薄膜沉積的反應(yīng)腔、用于對反應(yīng)腔進(jìn)行加熱的加熱器，其中，加熱器按照從上到下的順序分為5個溫區(qū)，用于分別對反應(yīng)腔的上部、上中部、中部、中下部和下部進(jìn)行加熱；在晶舟上放置M個晶圓，并向反應(yīng)腔內(nèi)通入反應(yīng)氣體，反應(yīng)腔的上部溫度、上中部溫度、中部溫度、中下部溫度和下部溫度分別被調(diào)整至能使反應(yīng)氣體在從上至下的第1個至M/3個晶圓、第(M/3)+1至2M/3個晶圓、第(2M/3)+1個至M個晶圓表面分別沉積為三種不同厚度的薄膜的溫度。采用該方法能夠節(jié)約成本。
文檔編號C23C16/52GK102051601SQ20091019809
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者趙星, 高劍鳴 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司