一种半导体炉管的温度设置方法.pdf

本发明提供了一种半导体炉管的温度设置方法，该炉管分为内管和外管，外管的外部具有加热装置，内管内部装设有用于装载晶片的晶舟和用于监控内管内部情况的监控器，内管的上、下端和外管的下端均设置有进气口和排气口；炉管沿轴向分为至少3个区域，利用加热装置使该至少3个区域的温度彼此相同或不同。本发明的有益效果在于，利用加热装置的按位置不同地加热，保证炉管内的热量分布均匀，能够使得晶片的膜厚更加均匀，有利于保证晶片的电性和性能。

1、  一种半导体炉管的温度设置方法，该炉管分为内管和外管，外管的外部具有加热装置，内管内部装设有用于装载晶片的晶舟和用于监控内管内部情况的监控器，其特征在于，
内管的上、下端和外管的下端均设置有进气口和排气口；
炉管沿轴向分为至少3个区域，利用加热装置使该至少3个区域的温度彼此相同或不同。

2、  根据权利要求1所述的温度设置方法，其特征在于通入气体时，内管中有气体流动，气体流动方向包括从内管底部流入内管顶部的方向，从内管顶部流入内管底部的方向。

3、  根据权利要求1或2所述的温度设置方法，其特征在于通入反应气体时，上述至少3个区域的温度沿内管中的气体流动方向逐渐增加；通入清洁用气体时，上述至少3个区域的温度沿内管中的气体流动方向逐渐减小。

4、  根据权利要求1所述的温度设置方法，其特征在于上述监控器包含温度监控装置，用于监控内管内的温度。

5、  根据权利要求1或4所述的温度设置方法，其特征在于上述加热装置的温度可以根据需要，由连接加热装置的控制装置调节。

6、  根据权利要求5所述的温度设置方法，其特征在于调节加热装置的温度的方法包括以下步骤：
步骤1、监控器监测内管内各段的温度；
步骤2、监控器监测到的各段温度传送给上述控制装置；
步骤3、上述控制装置比较预设温度和当前温度的差异，如果当前温度与预设温度相同，则返回步骤1，如果当前温度与预设温度不同，则控制装置设定各段需要的温度并将该温度的信号传送该加热装置。

7、  根据权利要求6所述的温度设置方法，其特征在于还包括：
步骤4、加热装置根据信号升高或降低各段的温度。

8、  根据权利要求1所述的温度设置方法，其特征在于上述加热装置的分区为一固定值，由待加热的机台和待加热的晶片决定。

9、  根据权利要求1所述的温度设置方法，其特征在于通入反应气体时，如果反应气体从上述内管下部进气口流入，从内管上部出气口流出，进入外管，而后从外管下部出气口流出，则上述加热装置的上述区域的温度按从炉管顶部到底部顺序逐渐降低；如果反应气体从上述外管下部进气口流入，从内管上部出气口流入内管，而后从内管下部出气口流出时，上述加热装置的上述区域的温度按从炉管顶部到底部顺序逐渐升高。

10、  根据权利要求1所述的温度设置方法，其特征在于通入清洁用气体时，如果清洁用气体从上述内管下部进气口流入，从内管上部出气口流出，进入外管，而后从外管下部出气口流出，则上述加热装置的上述区域的温度按从炉管顶部到底部顺序逐渐升高；如果清洁用气体从上述外管下部进气口流入，从内管上部出气口流入内管，而后从内管下部出气口流出时，上述加热装置的上述区域的温度按从炉管顶部到底部顺序逐渐降低。

一种半导体炉管的温度设置方法
技术领域
本发明涉及半导体制造方法的技术领域，特别涉及一种半导体炉管的温度设置方法。
背景技术
炉管是半导体制造中的一种重要设备，用来进行通入气体加热、净化等处理，进行炉管回火制造工艺。公知的炉管周围有加热装置，可以为炉管进行加热，从而完成对炉管内的晶片的处理。炉管还包含进气口和出气口，用于通入气体；一个或多个监控器，用于对通入气体的流量和加热的温度进行监测和控制。
然而，在目前的处理程序中，加热装置所提供的温度是在整个炉管内相同的，因此，在整个炉管中加热装置的各部分散发的热量相同，在通入气体的情况下，由于气体在流动中的消耗，会使得反应气体随着流动而逐渐减少，而且流动的气体会使得整个炉管内的热量不稳定，此时如果不能进行控制，则对晶片产生负面影响，此时通入可以通过通入相反方向的气体保证晶片的膜厚均匀，但是由于炉管不同位置的热量分布不同，容易导致产品的性能和电性受到影响。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的在于提供一种新的炉管加热方法，可以为晶片加热时使炉管中的晶片厚度保持均匀。
为达上述目的，本发明提供了一种半导体炉管的温度设置方法，该炉管分为内管和外管，外管的外部具有加热装置，内管内部装设有用于装载晶片的晶舟和用于监控内管内部情况的监控器，
内管的上、下端和外管的下端均设置有进气口和排气口；
炉管沿轴向分为至少3个区域，利用加热装置使该至少3个区域的温度彼此相同或不同。
作为优选，通入气体时，内管中有气体流动，气体流动方向包括从内管底部流入内管顶部的方向，从内管顶部流入内管底部的方向。
作为优选，通入反应气体时，上述至少3个区域的温度沿内管中的气体流动方向逐渐增加；通入清洁用气体时，上述至少3个区域的温度沿内管中的气体流动方向逐渐减小。
作为优选，上述监控器包含温度监控装置，用于监控内管内的温度。
作为优选，上述加热装置的温度可以根据需要，由连接加热装置的控制装置调节。
作为优选，调节加热装置的温度的方法包括以下步骤：
步骤1、监控器监测内管内各段的温度；
步骤2、监控器监测到的各段温度传送给上述控制装置；
步骤3、上述控制装置比较预设温度和当前温度的差异，如果当前温度与预设温度相同，则返回步骤1，如果当前温度与预设温度不同，则控制装置设定各段需要的温度并将该温度的信号传送该加热装置。
作为优选，还包括：
步骤4、加热装置根据信号升高或降低各段的温度。
作为优选，上述加热装置的分区为一固定值，由待加热的机台和待加热的晶片决定。
作为优选，通入反应气体时，如果反应气体从上述内管下部进气口流入，从内管上部出气口流出，进入外管，而后从外管下部出气口流出，则上述加热装置的上述区域的温度按从炉管顶部到底部顺序逐渐降低；如果反应气体从上述外管下部进气口流入，从内管上部出气口流入内管，而后从内管下部出气口流出时，上述加热装置的上述区域的温度按从炉管顶部到底部顺序逐渐升高。
作为优选，通入清洁用气体时，如果清洁用气体从上述内管下部进气口流入，从内管上部出气口流出，进入外管，而后从外管下部出气口流出，则上述加热装置的上述区域的温度按从炉管顶部到底部顺序逐渐升高；如果清洁用气体从上述外管下部进气口流入，从内管上部出气口流入内管，而后从内管下部出气口流出时，上述加热装置的上述区域的温度按从炉管顶部到底部顺序逐渐降低。
本发明的有益效果在于，利用加热装置的按位置不同地加热，保证炉管内的热量分布均匀，能够使得晶片的膜厚更加均匀，有利于保证晶片的电性和性能。并且，采用本发明所述方法可以提高每次加热的芯片的数量，可以使数量提高50％。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的从内管下部通入气体的炉管示意图。
图2是本发明一较佳实施例的从外管下部通入气体的炉管示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种半导体炉管的温度设置方作进一步的详细说明。
如图1、2所示，炉管10至少包括外管12，位于外管内部的内管13，外管的外部具有加热装置11，内管13内部装设有用于装载晶片的晶舟14和用于监控内管内部情况的监控器15，内管13和外管12均设置有喷嘴18和喷嘴19，用于进入和排出气体，上述内管的上述具有通向外管的开口17，装载台16位于内管下部。炉管10可以是卧式炉管、立式炉管等类型，用于在通入气体的对晶片进行加热，用于晶片的氧化处理。
在本实施例中，首先炉管10沿轴向分为四个区域，分别成为U区、CU区、CL区和L区，当然也可以分为多个区，例如三个，五个等等，该分区与加热装置11的分区相同，为一固定值，不同的加热装置可以有不同的分区数目，由待加热的机台本身决定，应当知道的是，分区越多，机台越精密。
现按照上述四个区域分别设置加热装置11的温度，使得加热装置11在加热时在上述四个区域产生不同的温度，利用例如是热电偶的加热装置11使该至少3个区域的温度互不相同，沿通入气体时内管中的气体流动方向逐渐增加。晶片最好位于晶舟的中心位置，使得气流能够分布得更加均匀。
现参照图1和图2具体说明晶片在立式炉管内的反应过程。图1是本发明一较佳实施例的从内管下部通入气体的炉管10示意图。首先将置于晶舟14上的晶片推入炉管10的内管13中，晶片进入炉管10后，炉管10的加热装置11开始加热，使炉管10温度逐渐上升，上升的速度根据需要和加热装置11的性能而决定。例如温度监控装置的监控器15随着温度的上升监测内管内各段的温度，并将监测到的各段温度传送给连接加热装置11的用于调节温度的控制装置(图中未示)，控制装置比较预设温度和当前温度的差异，如果当前温度与预设温度相同，继续监控，如果当前温度与预设温度不同，则控制装置设定各段需要的温度并将该温度的信号传送加热装置11，加热装置11根据信号升高或降低各段的温度。
当到达预定的氧化温度后，通入反应气体，例如干燥的氧气，此时，反应气体从上述内管下部喷嘴18流入，从内管上部出气口17流出，进入外管12，而后从外管下部喷嘴19流出，加热装置11按从炉管10顶部到底部温度逐渐降低的要求对炉管10进行加热，由于反应气体从下部通入，从而使得晶舟上层的晶片所接触的反应气体较少，但此时，上层晶片所在区域的温度比下层晶片所在的区域高，因此，上层晶片和下层晶片上沉积的氧化膜的厚度达到一致。氧化膜的厚度达到指定厚度时，关掉反应气体。而后通入氮气，对晶片进行氧化后退火，此时，炉管温度为从底部到顶部逐渐增加，虽然上、下层晶片上沉积的氧化膜的厚度一致，但是退火中温度的不一致可能产生在电性测试(WaferAcceptance Test，WAT)和电路的探针测试中(Circuit Probing，CP)产生差异，从而影响晶片的质量。因此，沉积过程后的清洁过程中，加热装置11使上述区域的温度按从炉管10顶部到底部顺序逐渐升高，从而使炉管10内的温度达到均匀，使得晶片在氮气中进行氧化后退火。接着炉管10慢慢降温，当到达闲置温度时，缓慢降下晶舟14，取出晶片。
图2是本发明一较佳实施例的从外管下部通入气体的炉管示意图。首先将置于晶舟14上的晶片推入炉管10的内管13中，晶片进入炉管10后，炉管10的加热装置11开始加热，使炉管10温度逐渐上升，上升的速度根据加热装置11的性能和需要决定。例如温度监控装置的监控器15随着温度的上升监测内管内各段的温度，并将监测到的各段温度传送给连接加热装置11的用于调节温度的控制装置(图中未示)，控制装置比较预设温度和当前温度的差异，如果当前温度与预设温度相同，继续监控，如果当前温度与预设温度不同，则控制装置设定各段需要的温度并将该温度的信号传送加热装置11，加热装置11根据信号升高或降低各段的温度。
当到达预定的氧化温度后，通入反应气体，例如干燥的氧气，此时，反应气体从上述外管下部喷嘴19流入，从外管上部出气口17流入外管12，而后从内管下部喷嘴18流出，加热装置11按从炉管顶部到底部温度逐渐所升高的要求对炉管10进行加热，由于反应气体从上部通入，从而使得晶舟下层的晶片所接触的反应气体较少，但此时，上层晶片所在区域的温度比下层晶片所在的区域低，因此，上层晶片和下层晶片上沉积的氧化膜的厚度达到一致。氧化膜的厚度达到指定厚度时，关掉反应气体。而后通入氮气，对晶片进行氧化后退火，此时，炉管温度为从底部到顶部逐渐降低，从而使炉管10内的温度达到均匀，使得晶片在氮气中进行氧化后退火。接着炉管10慢慢降温，当到达闲置温度时，缓慢降下晶舟14，取出晶片。
本实施例中，上述气体的流量和炉管内的温度仅由监控器15进行监测并报告外部的控制装置，由控制装置进行控制，在其他实施例中，上述气体的流量和炉管内的温度均可以由具有控制功能的监控器15监测和控制，从而减少温度调节时间。在该实施例中，加热装置可以由热电偶组成的加热装置，其也可以是其他任意合适的加热装置，如红外加热装置。在该实施例中，上述监控器15可以是温度计，也可以是其他合适的装置。在该实施例中，通入的清洁气体为氮气，其也可以是任意合适的清洁气体。在该实施例中，通入的反应气体可以为干燥的氧气或掺杂有氯的氧气。晶舟14可以有多层，例如6层、4层，也可以是单层，不限于上述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换的，均应涵盖在本发明的权利要求的保护范围当中。