一种成膜用炉管机台
技术领域
本实用新型涉及半导体设备领域，尤其涉及一种成膜用炉管机台。
背景技术
在半导体生产制造过程中，炉管机台通常都是满晶舟生产，但是有些制程(例如HTO(高温氧化)、DPOLY(原位掺杂多晶硅)等)由于工艺原因往往无法满足满晶舟生产要求，产生较大的批次损失。
例如，就HTO立式炉管机台而言，由于底部区域温度损失较大，位于底部区域的晶圆的成膜厚度远低于位于其他区域的晶圆的成膜厚度，无法达到要求，由此导致HTO产能利用率低。当制造瓶颈为HTO时，只能通过购买更多昂贵的炉管机台设备来弥补产能损失，然而，这种方式成本高且不能从根本上提升产能利用率。
基于此，现有技术仍然有待改进。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型旨在提供一种能够提升产能利用率的成膜用炉管机台。
根据本实用新型，提供一种成膜用炉管机台，包括：
限定反应腔的主体，所述主体一端封闭，另一端开口；
用于加热反应腔的主加热器，所述主加热器围绕所述主体的外周设置；
用于承载晶圆的晶舟，所述晶舟位于所述反应腔内；
底盖，所述底盖支撑晶舟并且用于封闭所述主体的开口；以及
辅助加热器，所述辅助加热器固定于所述底盖上并且部分地位于所述晶舟内，用于对反应腔的下部区域进行加热。
根据一个实施例，所述辅助加热器包括盘部和与所述盘部连接的管部，其中所述盘部位于所述晶舟内。
根据一个实施例，所述盘部包括真空腔体和设置在所述真空腔体内的电加热丝。
根据一个实施例，所述底盖设置有孔，所述辅助加热器的所述管部穿过所述孔固定于所述底盖上。
根据一个实施例，所述晶舟包括底部端板、顶部端板和设置在所述底部端板和所述顶部端板之间的多个支撑杆，其中所述底部端板支撑在所述底盖上，其中所述支撑杆上设置有用于放置晶圆的晶圆槽。
根据一个实施例，所述底部端板限定中心孔，所述辅助加热器穿过所述底部端板的所述中心孔固定于所述底盖上。
根据一个实施例，所述辅助加热器的所述盘部与所述晶舟、所述底盖同轴设置，所述辅助加热器的所述管部相对于所述晶舟、所述底盖偏置设置。
根据一个实施例，所述反应腔内设置有多个温度传感器，其中至少一个温度传感器靠近所述辅助加热器设置。
根据一个实施例，所述辅助加热器为石英加热器。
根据一个实施例，所述成膜用炉管机台为高温氧化制程用炉管机台。
采用上述技术方案，本实用新型至少具有如下有益效果：
本实用新型提供的成膜用炉管机台通过在反应腔的下部区域设置辅助加热器，补偿了反应腔的下部区域的温度损失，使位于该区域的晶圆的成膜厚度有所增加，由此提高了整个批次的晶圆的成膜均匀度，降低了批次损失，从根本上提升了产能利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的HTO炉管机台的示意图；
图2为本实用新型提供的HTO炉管机台的示意性主视图；
图3为本实用新型提供的HTO炉管机台的晶舟和底盖的示意性侧视图；
图4A为现有的HTO炉管机台与本实用新型提供的HTO炉管机台反应腔内各区域的设定温度图；
图4B为现有的HTO炉管机台与本实用新型提供的HTO炉管机台所生产的晶圆的膜厚度分布图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型实施例进一步详细说明。
图1示出了现有的成膜用炉管机台10，其包括限定反应腔11的主体12、用于加热反应腔11的主加热器13、置于反应腔11内的晶舟14、用于支撑晶舟14并且与主体12相连以封闭主体12的底盖15。晶舟14上承载有晶圆，由底盖15带动向上移动进入反应腔11内。反应腔11内设置有嵌套的石英外管和石英内管，晶舟14置于石英内管内。反应腔11还设置有用于输入反应气体的进气口16和用于排出废气的排气口17，气体的流动方向如箭头所示。位于反应腔11外部围绕主体12的外周设置的主加热器13对反应腔11进行加热，使得反应气体在反应腔11内发生化学反应，最终在置于反应腔11内的晶圆表面上形成一层膜。
实际工艺中，晶舟的不同区域受热温度略有差异，由此导致放置在晶舟不同区域处的晶圆的成膜厚度有所不同。一般来说，温度越高的区域，沉积速率越大，晶圆的成膜厚度越大，温度越低的区域，沉积速率越小，晶圆的成膜厚度越小。为了便于说明，如图所示，整个晶舟纵向上大致分为四个区域：上部区域(U)、中上部区域(CU)、中下部区域(CL)和下部区域(L)，其中下部区域(L)由于冷却水(用于冷却底盖和主体之间设置的橡胶密封圈以防止密封圈高温老化)及层流风扇冷却因素等导致温度损失较大，该区域的温度相比于其他区域较低，导致位于该区域的晶圆的成膜厚度通常较小，不能满足生产要求，进而导致炉管机台的产能利用率低。
为解决上述问题，本实用新型提供了一种改进的成膜用炉管机台100，如图2和3所示，该成膜用炉管机台100包括：限定反应腔110的主体120，主体120一端封闭，另一端开口；用于加热反应腔110的主加热器130，主加热器130围绕主体120的外周设置；用于承载晶圆的晶舟140，晶舟140位于反应腔110内；底盖150，底盖150支撑晶舟140并且用于封闭主体120的开口；以及辅助加热器180，辅助加热器180固定于底盖150上并且部分地位于晶舟140内。辅助加热器180配置为在主加热器130加热的同时对反应腔的下部区域进行辅助加热，以补偿该区域的温度损失。
主体120上端封闭，下端开口。反应腔110内设置有嵌套的石英外管和石英内管，晶舟140置于石英内管内。反应腔110还设置有用于输入反应气体的进气口160和用于排出废气的排气口170，气体的流动方向如箭头所示，反应气体从进气口160进入，然后经过石英内管，在石英内管内发生化学反应从而在晶圆上形成薄膜，反应结束之后的废气进入石英内管和石英外管之间，并经由其间设置的排气口170排出。反应腔110纵向上大致分为四个区域：上部区域(U)、中上部区域(CU)、中下部区域(CL)和下部区域(L)。
辅助加热器180包括盘部182和与盘部182连接的管部184。如图所示，盘部182的外径大于管部184的外径。盘部182相对于管部184偏置设置，也就是说，盘部182的中心轴线偏离管部184的中心轴线(从图3可以清楚地看出)。盘部182包括真空腔体和设置在真空腔体内的电加热丝。电加热丝可以是盘设于真空腔体内的一根或多根加热丝，电加热丝可以以多种可行的方式排布，例如，圆环形、放射形等，本实用新型并不对此进行限制。辅助加热器180的管部184固定于底盖150上。在一个实施例中，底盖150设置有用于安装辅助加热器180的孔，辅助加热器180的管部184穿过所述孔固定于底盖150上。在其他实施例中，辅助加热器180的管部184通过本领域常规的其他方式固定于底盖150上，例如，焊接、粘接等。辅助加热器180的盘部182与底盖150同轴设置，也就是说，盘部182的中心轴线与底盖150的中心轴线重合(从图2和3可以清楚地看出)。辅助加热器180的管部184与底盖150偏置设置，也就是说，管部184的中心轴线偏离底盖150的中心轴线(从图3可以清楚地看出)。
晶舟140通过晶舟支架141支撑在底盖150上。具体地，晶舟140包括底部端板142、顶部端板144和设置在底部端板142和顶部端板144之间的多个支撑杆146，支撑杆146上设置有用于放置晶圆的晶圆槽，底部端板142支撑在晶舟支架141上。在一个优选实施例中，底部端板142和晶舟支架190通过形状锁合结构连接，例如，晶舟支架190的上表面上设置有凸起，底部端板142的下表面上设置有与凸起形状匹配的凹槽，底部端板142和晶舟支架190通过凸起和凹槽的配合实现稳定可靠的连接。在图2和3所示的实施例中，示出了三根支撑杆146，然而，在其他实施例中，支撑杆146的数量可以是四根或者其他数量，本实用新型并对此进行限制。
辅助加热器180的盘部182与晶舟140(及其底部端板142、顶部端板144)同轴设置，也就是说，盘部182的中心轴线与晶舟140(及其底部端板142、顶部端板144)的中心轴线重合(从图2和3可以清楚地看出)。辅助加热器180的管部184与晶舟140(及其底部端板142、顶部端板144)偏置设置，也就是说，管部184的中心轴线偏离底盖150的中心轴线(从图3可以清楚地看出)。
辅助加热器180的盘部182位于晶舟140内(也就是说，盘部182的外径略小于三个支撑杆146所形成的外接圆的直径)，底部端板142上方，相比于顶部端板144，其更靠近底部端板142。晶舟140的底部端板142限定中心孔148，辅助加热器180的管部184穿过中心孔148。晶舟支架141同样限定用于辅助加热器180的管部184穿过的孔或缺口。由此，辅助加热器180的管部184依次穿过晶舟140的底部端板142、晶舟支架141而固定于底盖150上。
反应腔110内设置有用于感测各个区域的温度的温度传感器190(例如，热电偶)，温度传感器190可以将感测到的温度传输到炉管机台的控制器。在所示的实施例中，反应腔110的下部区域靠近辅助加热器180的位置处设置有用于感测下部区域的温度的附加温度传感器192(例如，热电偶)，附加温度传感器192可以将感测到的温度传输到炉管机台的控制器。在所示的实施例中，附加温度传感器192与辅助加热器180的管部184平行设置，位于盘部182下方，依次穿过晶舟140底部端板142的中心孔148、晶舟支架141的孔或缺口以及底盖150。
主加热器130和辅助加热器180中均设置有控温元件，可以通过控制器控制控温元件的电压来调控加热温度。在一个具体实施例中，控温精度可以是0.001V电压对应0.2℃，由此可以通过精确控制控温元件的电压来实现所需的加热温度，例如，将电压设定为42V，可以达到804摄氏度的温度。
在一个优选的实施例中，辅助加热器180为石英加热器。尽管以上说明了辅助加热器180的具体形式，但是辅助加热器180的形式并不局限于此，任何能够产生热量的加热设备均可适用。并且，任何能够辅助加热炉管机台的下部区域以补偿温度损失的形式均可适用，并涵盖于本实用新型的保护范围之内。
在一个实施例中，成膜用炉管机台100为高温氧化制程用炉管机台。但是可以理解的是，本实用新型的构思并不局限于此，成膜用炉管机台可通过改变反应条件(例如，反应温度、反应气体等)而应用于其他制程，包括但不限于，LPCVD(低压化学气相沉积)、DPOLY等。
以下结合图4A和图4B说明本实用新型的有益效果：
图4A为现有的HTO炉管机台与本实用新型提供的HTO炉管机台反应腔内各区域的设定温度图。其中纵坐标表示各个区域的设定温度，横坐标表示炉管机台反应腔的四个大致区域，曲线1对应于本实用新型提供的HTO炉管机台，曲线2对应于现有的HTO炉管机台，从中可以看出，对于本实用新型提供的HTO炉管机台，下部区域L的设定温度与上部区域U、中上部区域CU、中下部区域CL的设定温度几乎一致；而对于现有的HTO炉管机台，下部区域L的设定温度明显高于上部区域U、中上部区域CU、中下部区域CL的设定温度。
图4B为现有的HTO炉管机台与本实用新型提供的HTO炉管机台所生产的晶圆的膜厚度分布图。其中纵坐标表示晶圆的膜厚度，横坐标表示片号，即，晶舟中放置的晶圆的编号，曲线1对应于本实用新型提供的HTO炉管机台，曲线2对应于现有的HTO炉管机台，从中可以看出，现有的HTO炉管机台所生产的晶圆膜厚度均匀度较差，有很大一部分晶圆的膜厚度偏小，而本实用新型提供的HTO炉管机台所生产的晶圆的膜厚度均匀度良好，彼此偏差不大。
由此可以看出，相比于现有的HTO炉管机台，本实用新型提供的HTO炉管机台反应腔内各个区域的温度基本一致，并且所生产的晶圆成膜均匀度更高，有效减少了因厚度不达标而导致的批次损失，进而提升了HTO产能利用率。效益评估表明，利用本实用新型提供的HTO炉管机台代替现有的HTO炉管机台，能够使产能提升22.6％-35.8％。
综上所述，本实用新型实施例所公开的成膜用炉管机台通过在下部区域设置辅助加热器，补偿了下部区域的温度损失，能够显著改善晶圆的成膜均匀度并且由此提升产能利用率。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本实用新型实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型实施例的保护范围之内。
