用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶及氧化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶及氧化方法，該保溫桶包括底座、固定于底座上的限位柱、至少一片鰭片，該鰭片被限位柱阻擋以防止掉落并平行層疊于底座上，該鰭片之間具有一間隙。本發(fā)明的保溫桶具有可拆卸式的一片或多片鰭片，通過支柱安裝在保溫桶的底座上，根據(jù)不同濕氧工藝溫度需求來調(diào)整鰭片的數(shù)量，能有效防止低工藝溫度時水蒸汽形成的水珠對工藝和器件產(chǎn)生的不良影響，同時避免高工藝溫度對工藝門密封部件造成的損傷。
【專利說明】用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶及氧化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于半導(dǎo)體加熱氧化工藝的氧化爐保溫桶及氧化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硅片作為一種重要的半導(dǎo)體材料，其加工處理，尤其氧化處理是一種非常精密的工藝。目前，國內(nèi)外普遍采用立式氧化爐取代臥式結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)硅片的氧化工藝。
[0003]立式氧化爐采用的是上部進氣下部排氣的氣體供給/排出方式，排氣管路在爐管下部，接近工藝門，工藝中為了保證良好的熱場，工藝門上部裝有保溫桶?，F(xiàn)有的保溫桶是一體式結(jié)構(gòu)，鰭片不可拆卸。保溫桶的主要作用包括:1.防止爐體內(nèi)部熱量散失；2.防止高溫輻射對工藝門及附近元器件造成損壞。
[0004]如圖1所示，現(xiàn)有立式氧化爐內(nèi)的保溫桶4安裝于氧化爐下部工藝門的水冷盤3上，保溫桶4上方裝有石英舟6，用來承載工藝片5。為了提高工藝門的密封性，工藝門上裝有O形圈(高分子材料，未圖示)以及磁流體I (其內(nèi)部有磁性懸浮液)，然而，這兩個部件都有一定的耐溫極限，溫度過高對部件都會造成損壞，因此，一般會在工藝門和工藝管底部設(shè)有冷卻水管路2，工藝時會通入一定流量的循環(huán)冷卻水。
[0005]硅片在氧化爐內(nèi)進行濕氧工藝時，主要的反應(yīng)過程包括氏+02 — H2O和Si+H20 — Si02+H2。反應(yīng)過程中多余的或未參與反應(yīng)的水蒸汽會隨氣流從排氣管路排出，如果工藝溫度較低，產(chǎn)生水珠過多，工藝結(jié)束后降舟過程中水珠就會從工藝門流下，給工藝門下部電纜以及各元器件造成損壞；另一方面，如果工藝溫度較高，保溫桶熱容較小，工藝門處溫度過高，就可能導(dǎo)致工藝門上密封各部件受熱輻射而損壞。
[0006]因此，如何根據(jù)不同濕氧工藝需求(工藝溫度)來調(diào)整保溫桶的鰭片數(shù)量，從而防止低工藝溫度形成的水珠對工藝和器件產(chǎn)生的不良影響，同時避免高工藝溫度對工藝門器件的損傷，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，而提供一種用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶及氧化方法，通過增減保溫桶鰭片(FIN)數(shù)量來保證工藝門處溫度，可以避免低溫水蒸汽凝聚產(chǎn)生水珠，也可以避免高溫?zé)彷椛鋵に囬T密封元器件造成損壞。
[0008]本發(fā)明的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其包括底座、固定于底座上的限位柱、數(shù)片鰭片，該限位柱包括至少三根設(shè)于底座邊緣并限位該鰭片邊緣的支柱和/或至少一根設(shè)于底座上并穿過該鰭片上預(yù)設(shè)的孔的支柱，該鰭片被限位柱阻擋以防止掉落并平行層疊于底座上，該鰭片的上表面和/或下表面具有數(shù)個等高的凸出部，以與上下相鄰的鰭片形成固定間隙。
[0009]進一步地，該限位柱為至少三根支柱且任意兩根與底座中心點連線的夾角均小于180。。[0010]進一步地，該限位柱為均勻分布于底座邊緣的四根支柱。
[0011]進一步地，該鰭片邊緣平均分布有四個凹槽，該四根支柱的設(shè)置位置與四個凹槽相對應(yīng)，以限位鰭片。
[0012]進一步地，該限位柱包括一根設(shè)于底座中心位置的支柱和/或至少兩根設(shè)于底座邊緣位置以內(nèi)的支柱。
[0013]進一步地，該鰭片的上表面或下表面中的一個面具有至少三個凸出部，且任意兩個凸出部與鰭片中心點連線的夾角均小于180°，以使鰭片平穩(wěn)層疊放置。
[0014]進一步地，該鰭片邊緣與氧化爐內(nèi)壁相抵貼。
[0015]進一步地，該支柱上具有固定件，并向下抵貼最上方的鰭片以在縱向方向上限位鰭片。
[0016]進一步地，該鰭片為1-20片，且為石英片，該鰭片之間的間隙為10_20mm。
[0017]進一步地，該鰭片中具有至少由兩片鰭片焊接而成的鰭片組，該鰭片組中鰭片之間的間隙為10-20mm。
[0018]本發(fā)明還提供一種利用上述氧化爐保溫桶氧化硅片的方法，其包括以下步驟:
[0019]a.預(yù)設(shè)第一溫 度和第二溫度，并根據(jù)該第一溫度或/和第二溫度確定保溫桶內(nèi)鰭片的數(shù)量，在該第一溫度下，通入氫氣和氧氣，對硅片進行濕氧工藝30-60分鐘；
[0020]b.繼續(xù)通入氫氣和氧氣，進行濕氧工藝20-30分鐘，并從該第一溫度升溫至的第二溫度;
[0021]c.在該第二溫度下，通入氫氣和氧氣，進行濕氧工藝60-120分鐘；
[0022]d.在該第二溫度下，通入氮氣吹掃硅片。
[0023]進一步地，若該第一溫度和第二溫度均在400-600°C之間，則保溫桶內(nèi)鰭片數(shù)量調(diào)整為10-15片；若該第一溫度和第二溫度均在600-1000°C之間，則保溫桶內(nèi)鰭片數(shù)量調(diào)整為15-20片。
[0024]進一步地，步驟a、b和c中通入氫氣和氧氣的流量分別為5500-6500SLM和4000-5000SLM，步驟d中通入氮氣的流量為9000-11000SLM，該第一溫度與第二溫度的溫差為50-150°C，本方法中氧化爐工藝門和爐體底部冷卻水流量為2-3L/min。
[0025]本發(fā)明提供的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶及氧化方法，采用組裝式保溫桶結(jié)構(gòu)，其具有可拆卸式的一片或多片鰭片，通過支柱安裝在保溫桶的底座上，根據(jù)不同濕氧工藝溫度需求來調(diào)整鰭片的數(shù)量，致使保溫桶的熱容發(fā)生變化，工藝門處溫度隨之改變，以提高工藝門的性能；并有效防止低工藝溫度時水蒸汽形成的水珠對工藝和器件產(chǎn)生的不良影響，同時避免高工藝溫度對工藝門密封部件造成的損傷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細描述，其中:
[0027]圖1是現(xiàn)有氧化爐內(nèi)部分部件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明第一實施例保溫桶的立體圖；
[0029]圖3是本發(fā)明第二實施例保溫桶的俯視圖；
[0030]圖4是本發(fā)明第三實施例保溫桶的俯視圖；[0031]圖5是本發(fā)明第四實施例保溫桶的俯視圖；
[0032]圖6是本發(fā)明第五實施例保溫桶的俯視圖。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明的保溫桶用于半導(dǎo)體制造的氧化爐底部，其包括底座、固定于底座上的限位柱、數(shù)片鰭片，該限位柱包括至少三根設(shè)于底座邊緣并限位該鰭片邊緣的支柱和/或至少一根設(shè)于底座上并穿過該鰭片上預(yù)設(shè)的孔的支柱，該鰭片被限位柱阻擋以防止掉落并平行層疊于底座上，每片鰭片的上表面具有數(shù)個等高的凸出部且/或下表面具有數(shù)個等高的凸出部，以與上下相鄰的鰭片形成固定間隙。以下通過實施例具體說明。
[0034]第一實施例
[0035]請首先參閱圖2，本實施例的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其包括第一底座11、固定于第一底座11邊緣位置的四根A支柱12、二十片石英材質(zhì)的第一鰭片13。其中，第一鰭片13的邊緣具有等距的四個供A支柱12穿過的凹槽131，四根A支柱12固設(shè)在與這四個凹槽131對應(yīng)位置的第一底座11上并構(gòu)成本發(fā)明所述“第一支柱”，第一鰭片13被A支柱12阻擋以防止掉落并可拆卸地平行層疊于第一底座11上。通過這樣的設(shè)置，有利于鰭片的取放，從而增減鰭片數(shù)量，也可以避免第一鰭片13在保溫桶內(nèi)的晃動和轉(zhuǎn)動。
[0036]本實施例中，鰭片是通過均勻分布在底座邊緣的四根支柱來限位的，實驗證明四根均勻分布的支柱的限位效果和防止鰭片位移效果最佳。但實際應(yīng)用中，支柱的數(shù)量不限于四根，兩根(互呈180° )或兩根以上的支柱也可以起到限位作用，但任意兩根支柱與底座中心點連線的夾角均應(yīng)小于等于180°，以將鰭片限位其中，否則鰭片的一個半邊由于沒有支柱阻擋而容易掉落。
[0037]本實施例中，每個第一鰭片13的上表面都具有4個凸塊132，凸塊132具有相同厚度，這樣就能與上下相鄰的鰭片之間形成固定間隙，提高保溫效果。其中，本實施例的4個凸塊132均勻分布于每兩根A支柱12之間的鰭片邊緣，以防止鰭片在平行層疊之后重心偏移，因此，在其他實施例中，只要鰭片的上表面或下表面中一個面具有至少三個凸出部，且任意兩個凸出部與鰭片中心點連線的夾角均小于180°，以確保三個凸出部不同時設(shè)置在鰭片的同一個半邊內(nèi)，就可以保證每片鰭片可以平穩(wěn)地層疊放置，即使有外力，也不易發(fā)生翹起等情況。在其他實施例中，凸塊或其他凸出部也可以設(shè)于鰭片的下表面。
[0038]本實施例中，20片鰭片是包含:3個由5片鰭片焊接而成的鰭片組，I個由3片鰭片焊接而成的鰭片組，以及2個單片的鰭片。通過這樣的設(shè)置，一方面通過鰭片組的結(jié)構(gòu)可以盡量減少單片鰭片之間的相對移動，保證系統(tǒng)和工藝的穩(wěn)定性；另一方面，也可以便于鰭片的數(shù)量調(diào)節(jié)和裝卸，如取出一個由5片鰭片組成的鰭片組就相當(dāng)于一下子減少了 5片鰭片。
[0039]其中，同一轄片上的凸塊，以等聞為佳，這樣可以提聞轄片層置后的穩(wěn)定性；兩兩鰭片之間的間隙，也以等距為佳，可以提高保溫桶自上而下熱容梯度的穩(wěn)定性；本實施例中，鰭片組內(nèi)部鰭片的間距為15mm，單片鰭片之間以及鰭片與鰭片組之間的間距為14.5mm,即凸塊132的高度大致為15_。為了保證氧化爐內(nèi)給晶舟留有足夠的工藝空間，鰭片的間距不宜過大；同時，又考慮到鰭片本身防止熱散失等功效，其間距也不宜過小，因此，本發(fā)明以10-20mm為宜，較佳地為13_15mm。[0040]本實施例中，鰭片與底座均呈圓形，且直徑基本相同，在該保溫桶放入氧化爐底部之后，鰭片和底座邊緣均與氧化爐內(nèi)壁相抵貼，避免熱量從保溫桶邊緣流過而散失，以獲得最佳的使用功效。
[0041]第二實施例
[0042]請參閱圖3，本實施例的保溫桶包括第二底座21、B支柱22和數(shù)片第二鰭片23。其中，第二底座21的邊緣等距設(shè)置三根B支柱22，與第一實施例不同的是，第二鰭片23邊緣不設(shè)置凹槽，僅依靠三根等距的B支柱22限位?？梢姡緦嵤├慕Y(jié)構(gòu)是最簡單的一個應(yīng)用，避免了在脆性材質(zhì)的鰭片(如石英)邊緣開設(shè)凹槽可能導(dǎo)致鰭片的損壞，也保證了鰭片的完整性，有利于提聞保溫桶的熱容。
[0043]本實施例中，鰭片上表面的邊緣位置均勻分布有三個等高的凸出部，以與上下相鄰的鰭片形成固定間隙。
[0044]在實際應(yīng)用中，B支柱的數(shù)量不僅限于三根，只要有三根以上且任意兩根與底座中心點連線的夾角小于180°的支柱，就可以將鰭片限位其中并平行層疊。
[0045]第三實施例
[0046]請接著參閱圖4，本實施例的保溫桶包括第三底座31、C支柱32和數(shù)片第三鰭片33。其中，第三底座31的邊緣設(shè)有兩根互呈180°且截面均呈弧形的C支柱32，該形狀與第三鰭片33的邊緣形狀相匹配，以將第三鰭片33限位其中。在實際應(yīng)用中，C支柱的數(shù)量不僅限于兩根，只要有兩根以上且任意兩根與底座中心點連線的夾角小于或等于180°的支柱，就可以對鰭片起到限位作用，以使多片鰭片平行層疊其中，但限位效果以三根均勻分布的支柱為佳。
[0047]本實施例中，鰭片下表面的邊緣位置均勻分布有三個等高的凸出部，以與上下相鄰的鰭片形成固定間隙。
[0048]對本實施例的結(jié)構(gòu)進行擴展，數(shù)個C支柱連成一個環(huán)柱，將數(shù)片鰭片限位其中并
平行層疊。
[0049]第四實施例
[0050]請繼續(xù)參閱圖5，本實施例的保溫桶包括第四底座41、D支柱42和數(shù)片鰭片(未圖示)。其中，第四底座41的中心位置設(shè)置一根D支柱42，鰭片的中心位置預(yù)設(shè)一個孔，通過D支柱42插入到鰭片預(yù)設(shè)的孔中，層疊數(shù)片鰭片，并將鰭片限位于保溫桶內(nèi)。本實施例的D支柱設(shè)于底座中心，鰭片的孔也設(shè)于中心，可以防止因鰭片旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致保溫桶側(cè)緣鰭片層次不齊，提聞轄片層置之后的穩(wěn)定性。
[0051 ] 本實施例中，鰭片上表面的邊緣位置均勻分布有四個等高的凸出部，以與上下相鄰的鰭片形成固定間隙。
[0052]第五實施例
[0053]請參閱圖6，本實施例的保溫桶包括第五底座51、E支柱52和數(shù)片鰭片(未圖示)。其中，第五底座51上設(shè)置兩根E支柱52，鰭片的同樣位置也預(yù)設(shè)兩個孔，通過E支柱52插入到鰭片預(yù)設(shè)的孔中，層疊數(shù)片鰭片，并將鰭片限位于保溫桶內(nèi)。本實施例的E支柱設(shè)于底座邊緣位置以內(nèi)，通過至少兩個E支柱的設(shè)置，可以有效防止鰭片在保溫桶內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。
[0054]本實施例中，鰭片上表面的邊緣位置均勻分布有四個等高的凸出部，以與上下相鄰的鰭片形成固定間隙。[0055]在其他實施例中，為了固定鰭片，使鰭片不會上下位移，還可在保溫桶內(nèi)如支柱上固定幾個固定件，其一端可拆卸地固定于支柱上，調(diào)整高低位置，并最終其另一端向下抵貼最上方的鰭片，以實現(xiàn)防止鰭片上下位移的目的。
[0056]上述實施例的保溫桶放入氧化爐后的固定方式和使用方式等可參閱現(xiàn)有技術(shù)。
[0057]工藝實施例1
[0058]向具有第一實施例保溫桶的氧化爐內(nèi)通入氫氣和氧氣，對硅片進行濕氧氧化，其中，
[0059](I)保溫桶鰭片數(shù)量為12?15片；
[0060](2)濕氧工藝溫度為400?500°C ；
[0061](3)主工藝過程為:400°C濕氧工藝進行 30 ?60min，H2:02=6000SLM:4500SLM (標準升每分鐘，下同);400°C升溫至500°C濕氧工藝進行20?30min，H2:02=6000SLM:4500SLM ；500 °C 濕氧工藝進行 60 ?120min, H2:02=6000SLM:4500SLM ;500°C 條件下 N2 吹掃 30 ?60min, N2 流量為 10000SLM ；
[0062](4)工藝門(帶有O型圈和磁流體的密封部件)和爐體底部冷卻水流量為2?3L/min0
[0063]在本實施例中，工藝溫度較低，使用較少鰭片數(shù)量就可以保證保溫桶的熱容，避免對工藝門密封元件的損傷，同時也可以避免水蒸汽凝聚產(chǎn)生水珠對工藝門密封元件的損傷。
[0064]工藝實施例2
[0065]向具有第一實施例保溫桶的氧化爐內(nèi)通入氫氣和氧氣，對硅片進行濕氧氧化，其中，
[0066](I)保溫桶鰭片數(shù)量為15?18片；
[0067](2)濕氧工藝溫度為700?800°C ；
[0068](3)主工藝過程為:700°C濕氧工藝進行 30 ?60min，H2:02=6000SLM:4500SLM ；700°C升溫至 800°C濕氧工藝進行 20 ?30min，H2:02=6000SLM:4500SLM ;800°C濕氧工藝進行 60 ?120min, H2:02=6000SLM:4500SLM ;800°C條件下 N2 吹掃 30 ?60min, N2 流量為10000SLM ；
[0069](4)工藝門(帶有O型圈和磁流體的密封部件)和爐體底部冷卻水流量為2?3L/min0
[0070]在本實施例中，工藝溫度較高，使用較多鰭片數(shù)量才可以保證保溫桶的熱容，避免對工藝門密封元件的損傷，同時也可以避免水蒸汽凝聚產(chǎn)生水珠對工藝門密封元件的損傷。
[0071]工藝實施例3
[0072]向具有第一實施例保溫桶的氧化爐內(nèi)通入氫氣和氧氣，對硅片進行濕氧氧化，其中，
[0073](I)保溫桶鰭片數(shù)量為18?20片；
[0074](2)濕氧工藝溫度為900?1000°C ；
[0075](3)主工藝過程為:900°C濕氧工藝進行 30 ?60min，H2:02=6000SLM:4500SLM ；900°C升溫至 1000°C濕氧工藝進行 20 ?30min，H2: 02=60 00SLM:4500SLM ;1000°C濕氧工藝進行 60 ?120min, H2:02=6000SLM:4500SLM ;1000°C條件下 N2 吹掃 30 ?60min, N2 流量為10000SLM ；
[0076](4)工藝門(帶有O型圈和磁流體的密封部件)和爐體底部冷卻水流量為2?3L/min0
[0077]在本實施例中，工藝溫度更高，使用更多鰭片數(shù)量才可以保證保溫桶的熱容，避免對工藝門密封元件的損傷，同時也可以避免水蒸汽凝聚產(chǎn)生水珠對工藝門密封元件的損傷。
【權(quán)利要求】
1.一種用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:其包括底座、固定于底座上的限位柱、數(shù)片鰭片，該限位柱包括至少三根設(shè)于底座邊緣并限位該鰭片邊緣的支柱和/或至少一根設(shè)于底座上并穿過該鰭片上預(yù)設(shè)的孔的支柱，該鰭片被限位柱阻擋以防止掉落并平行層疊于底座上，該鰭片的上表面和/或下表面具有數(shù)個等高的凸出部，以與上下相鄰的鰭片形成固定間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:該限位柱為至少三根支柱且任意兩根與底座中心點連線的夾角均小于180°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:該限位柱為均勻分布于底座邊緣的四根支柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:該鰭片邊緣平均分布有四個凹槽，該四根支柱的設(shè)置位置與四個凹槽相對應(yīng)，以限位鰭片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:該限位柱包括一根設(shè)于底座中心位置的支柱和/或至少兩根設(shè)于底座邊緣位置以內(nèi)的支柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:該鰭片的上表面或下表面中的一個面具有至少三個凸出部，且任意兩個凸出部與鰭片中心點連線的夾角均小于180°，以使鰭片平穩(wěn)層疊放置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:該鰭片邊緣與氧化爐內(nèi)壁相抵貼。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:該支柱上具有固定件，并向下抵貼最上方的鰭片以在縱向方向上限位鰭片。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:該鰭片為1-20片，且為石英片，該鰭片之間的間隙為10-20mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于半導(dǎo)體制造的氧化爐保溫桶，其特征在于:該鰭片中具有至少由兩片鰭片焊接而成的鰭片組，該鰭片組中鰭片之間的間隙為10-20mm。
11.一種利用權(quán)利要求1所述氧化爐保溫桶氧化硅片的方法，其包括以下步驟: a.預(yù)設(shè)第一溫度和第二溫度，并根據(jù)該第一溫度或/和第二溫度確定保溫桶內(nèi)鰭片的數(shù)量，在該第一溫度下，通入氫氣和氧氣，對硅片進行濕氧工藝30-60分鐘； b.繼續(xù)通入氫氣和氧氣，進行濕氧工藝20-30分鐘，并從該第一溫度升溫至的第二溫度； c.在該第二溫度下，通入氫氣和氧氣，進行濕氧工藝60-120分鐘； d.在該第二溫度下，通入氮氣吹掃硅片。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氧化硅片的方法，其特征在于:若該第二溫度在400-600°C之間，則保溫桶內(nèi)鰭片數(shù)量調(diào)整為10-15片；若該第一溫度在600-1000°C之間，則保溫桶內(nèi)鰭片數(shù)量調(diào)整為15-20片。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的氧化硅片的方法，其特征在于:步驟a、b和c中通入氫氣和氧氣的流量分別為5500-6500SLM和4000-5000SLM，步驟d中通入氮氣的流量為9000-11000SLM，該第一溫度與第二溫度的溫差為50_150°C，本方法中氧化爐工藝門和爐體底部冷卻水流量為2-3L/min。
【文檔編號】H01L21/673GK103871940SQ201410117707
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】林偉華, 蘭天, 宋辰龍, 王兵 申請人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司