阅读说明：本技术 一种提高薄膜沉积均匀性的方法 (method for improving film deposition uniformity ) 是由 陈飞 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种提高薄膜沉积均匀性的方法,属于半导体制造技术领域,方法包括：据需要沉积的薄膜厚度预先设定一温度上限值和一温度下限值,控制沉积温度于温度上限值和温度下限值之间以预设的温度变化速率做周期性变化；上述技术方案有益效果是：使得半导体基板的边缘位置与中心位置薄膜沉积的平均速度趋近于相等,达到提高薄膜沉积厚度的均匀性的效果,提升半导体基板的良率。(The invention provides a method for improving the deposition uniformity of a film, belonging to the technical field of semiconductor manufacturing and comprising the following steps: presetting a temperature upper limit value and a temperature lower limit value according to the thickness of a film to be deposited, and controlling the deposition temperature to periodically change at a preset temperature change rate between the temperature upper limit value and the temperature lower limit value; the beneficial effects of the above technical scheme are: the average speed of the film deposition at the edge position and the center position of the semiconductor substrate is approximately equal, the effect of improving the uniformity of the film deposition thickness is achieved, and the yield of the semiconductor substrate is improved.)

一种提高薄膜沉积均匀性的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种提高薄膜沉积均匀性的方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，经常需要在半导体基板表面沉积不同的膜层，化学气相沉积中的垂直炉管沉积工艺最为常用，炉管沉积工艺为批量作业，即大量的半导体基板垂直的放置于晶舟上，同时在炉管内进行沉积作业，位于晶舟上的半导体基板在垂直方向上布置的较为紧密，通常相邻的两个半导体基板的上下距离不足7毫米。

在炉管沉积工艺中，承载半导体基板的晶舟置于反应腔室内，加热装置则围绕晶舟的***设置，来对反应腔室进行加热。现有技术中，炉管沉积工艺是在恒温下进行的，通过控制加热装置的间歇性加热，来确保反应腔室内处于一个相对恒定的温度值。由于位于晶舟上的半导体基板在垂直方向上布置的较为紧密，且随着半导体基板的尺寸越来越大，在薄膜沉积的过程中，由于热辐射的效应，使得靠近加热装置的半导体基板的边缘位置温度较高，远离加热装置的半导体基板中心位置的温度较低，且由于薄膜的沉积速度与温度呈正相关性，因此，薄膜沉积在半导体基板的中心位置和边缘位置的厚度均匀性会存在明显差异，而薄膜的均匀性是影响芯片制造的关键因素，均匀性的差异将会导致半导体基板在后续的刻蚀制程中，中心区域和边缘区域的关键尺寸不一致，导致半导体基板的良率降低。

发明内容

根据现有技术存在的上述问题，现提供一种提高薄膜沉积均匀性的方法及沉积机台，通过控制沉积温度做周期性的变化，使得半导体基板的边缘位置与中心位置薄膜沉积的平均速度趋近于相等，进而提高薄膜沉积厚度的均匀性。

上述技术方案具体包括：

一种提高薄膜沉积均匀性的方法，应用于高温炉管薄膜沉积机台，其特征在于，根据需要沉积的薄膜厚度预先设定一温度上限值和一温度下限值，于整个薄膜沉积过程中，控制沉积温度于所述温度上限值和所述温度下限值之间以预设的温度变化速率做周期性变化。

优选地，其中，所述薄膜厚度、所述温度上限值、所述温度下限值和所述温度变化速率满足以下公式：

其中，

Y用于表示所述薄膜厚度；

N用于表示周期性变化的周期数；

T_max用于表示所述温度上限值；

T_min用于表示所述温度下限值；

ΔT用于表示所述温度变化速率；

R_max用于表示温度T_max下对应的薄膜生长速率；

R_min用于表示温度T_min下对应的薄膜生长速率。

优选地，其中，所述温度上限值的选择范围为700℃至800℃。

优选地，其中，所述温度下限值的选择范围为650℃至750℃。

优选地，其中，所述温度变化速率的选择范围为每分钟3℃至5℃。

优选地，其中，所述沉积温度从所述温度下限值上升至所述温度上限值再下降至所述温度下限值为一个周期，或者沉积温度从温度上限值下降到温度下限值再上升至温度上限值为一个周期。

优选地，其中，周期性变化的周期为整数。

优选地，其中，ΔT为温度上升阶段的温度变化速率与温度下降阶段的温度变化速率的平均值。

优选地，其中，温度上升阶段的温度变化速率与温度下降阶段的温度变化速率相同。

上述技术方案的有益效果在于：

提供一种提高薄膜沉积均匀性的方法，通过控制沉积机台的沉积温度做周期性的变化，使得在温度上升的过程半导基板边缘位置温度高于中心位置温度，在温度下降的过程中，半导体基板边缘位置温度低于中心位置温度，进而使得在整个沉积工艺过程中，半导体基板的边缘位置与中心位置薄膜沉积的平均速度趋近于相等，达到提高薄膜沉积厚度的均匀性的效果，提升半导体基板的良率。

附图说明

图1是本发明中，一种提高炉管薄膜沉积均匀性方法的流程示意图；

图2是现有技术中，高温炉管薄膜沉积机台沉积温度示意图；

图3是现有技术中，高温炉管薄膜沉积机台于图2所示的沉积温度下，晶圆表面沉积薄膜厚度均匀性示意图；

图4是本发明中，一种高温炉管薄膜沉积机台沉积温度示意图；

图5是本发明中，一种高温炉管薄膜沉积机台于图4所示的沉积温度下，晶圆表面沉积薄膜厚度均匀性示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

一种提高炉管薄膜沉积均匀性的方法，应用于高温炉管薄膜沉积机台，如图1所示，其中，根据需要沉积的薄膜厚度预先设定一温度上限值和一温度下限值，于整个薄膜沉积过程中，控制沉积温度于温度上限值和温度下限值之间以预设的温度变化速率做周期性变化。

如图2所示，在现有技术中，高温炉管薄膜沉积机台中设置有多种工作模式，不同的工作模式对应着不同的沉积温度，但在同一种工作模式下，沉积机台内部的沉积温度保持相对恒定，由于沉积机台的加热方法是通过环绕在晶舟***的加热装置以热辐射的形式对晶舟及晶舟上承载的半导体基板进行加热，因此在加热装置进行加热的过程中，半导体基板的边缘位置由于靠近加热装置而温度较高，升温较快，半导体基板的中心位置则由于远离加热装置而温度较低，升温较慢；半导体基板于晶舟的竖直方向上的密集布置进一步加剧了上述的温度不均匀性，导致在薄膜沉积的过程中，处于半导体基板边缘位置的薄膜由于温度较高，沉积速度较快；处于半导体基板中心位置的薄膜由于温度较低，沉积速度较慢，因此造成了如图3示的呈弧形的薄膜表面。

在本实施例中，如图4所示，将高温炉管薄膜沉积机台中每个工作模式下原本恒定不变的沉积温度更改设置为于一个预定的温度上限值和一个预定温度下限值之间反复的做周期性的变化；当沉积温度由温度下限值上升至温度上限值的过程中，高温炉管薄膜沉积机台的加热装置开启加热，此时半导体基板的边缘位置由于靠近加热装置而温度较高，升温较快，薄膜沉积的速度相应的也更快；而远离加热装置的半导体基板的中心位置升温较慢，温度相对于边缘位置也较低，相应的半导体基板的中心位置的薄膜沉积速度相对也较慢，沉积温度上升的过程中，沉积在半导体基板上的薄膜呈现出中间薄边缘厚的趋势。

当沉积温度由温度的上限值下降至温度的下限值的过程中，半导体基板的边缘位置由于靠近晶舟的边缘，热量流失的速度较快，因此，温度下降的也更快；而半导体基板的中心位置的热量流失速度相较于边缘位置就要慢很多，温度下降的也相对较慢，因此就导致在整个沉积温度下降的过程中，半导体基板上边缘位置的温度低于中心位置的温度，相应的在薄膜的沉积速度上，半导体基板边缘位置也要慢于中心位置。因此，在沉积温度下降的整个过程中，沉积在半导体基板上的薄膜呈现出中间厚边缘薄的趋势。

由于在沉积温度上升和下降的两个过程中，半导体基板上薄膜沉积呈现完全相反的两种趋势，因此，在薄膜的整个沉积过程中，两种趋势不断互补，最终沉积得到如图5所示的相对均匀的薄膜表面。

作为优选的实施方式，薄膜厚度、温度上限值、温度下限值和温度变化速率满足以下公式：

其中，

Y用于表示薄膜厚度；

N用于表示周期性变化的周期数；

T_max用于表示温度上限值；

T_min用于表示温度下限值；

ΔT用于表示温度变化速率；

R_max用于表示温度T_max下对应的薄膜生长速率；

R_min用于表示温度T_min下对应的薄膜生长速率。

具体的，薄膜的生长速率与当前的沉积温度呈正相关性，在沉积的薄膜种类确定及外界其他因素确定的情况下，沉积温度T与薄膜生长速率R一一对应，给定相应的沉积温度可以通过查询相应的数据确定该沉积温度下对应的薄膜生长速率。

在具体实施过程中，薄膜厚度Y为待沉积晶圆的目标薄膜沉积厚度，温度上限值T_max与温度下限值T_min以及温度的变化速率ΔT由操作人员根据实际情况具体确定，为了保证沉积效果，作为优选的实施方式，应当允许的范围内通过调整T_max、T_min和ΔT的具体数值，使得周期数N为一个整数值，从而进一步提高薄膜沉积的均匀性。

作为优选的实施方式，温度上限值的选择范围为700℃至800℃。

作为优选的实施方式，温度下限值的选择范围为650℃至750℃。

具体的，在一个确定种类的薄膜沉积过程中，沉积温度通常应当满足预定的温度范围，现有的高温炉管薄膜沉积机台温度控制的上限和下限分别为800℃和650℃，作为较优的实施例，沉积温度的上限值的选择范围为700℃至800℃，沉积温度的下限值的选择范围为650℃至750℃，但在同一个沉积模式下，应当保证所选择的温度下限值小于温度的上限值，具体二者之间的差值可以根据具体的沉积工艺以及结合操作人员在实际操作过程中总结的经验具体确定。

作为优选的实施方式，温度变化速率的选择范围为每分钟3℃至5℃。

具体的，温度变化速率的具体指也应当根据具体的沉积工艺以及结合操作人员在实际操作过程中总结的经验来具体确定，最终目的是提高沉积薄膜表面的均匀性。

在一个具体实施例中，沉积温度从温度下限值上升至温度上限值再下降至温度下限值为一个周期，或者沉积温度从温度上限值下降到温度下限值再上升至温度上限值为一个周期。

如图4所示，我们假设沉积机台的沉积温度在上升过程中的温度变化速率为ΔT_升，在下降过程中的温度变化速率为ΔT_降，在本实施例中，ΔT_升与ΔT_升的取值可以相同也可以不相同，反映在温度控制图上便是表示温度上升的直线斜率与表示温度下降的直线斜率可以相同也可以不同。作为优选的实施方式，ΔT_升＝ΔT_降＝ΔT；而在ΔT_升与ΔT_降不相等的情况下，上述公式中，温度变化速率中ΔT可以取ΔT_升与ΔT_降二者的平均值作为计算公式中的ΔT，而具体到ΔT_升与ΔT_降之间的差值，同样可以根据具体的沉积工艺以及结合操作人员在实际操作过程中总结的经验具体确定。

一种高温炉管薄膜沉积机台，其中应用了如上的提高炉管薄膜沉积均匀性的装置。

上述技术方案的有益效果在于：

提供一种提高薄膜沉积均匀性的方法及沉积机台，通过控制沉积机台的沉积温度做周期性的变化，使得在温度上升的过程半导基板边缘位置温度高于中心位置温度，在温度下降的过程中，半导体基板边缘位置温度低于中心位置温度，进而使得在整个沉积工艺过程中，半导体基板的边缘位置与中心位置薄膜沉积的平均速度趋近于相等，达到提高薄膜沉积厚度的均匀性的效果，提升半导体基板的良率。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。