專利名稱：批式處理裝置及晶片處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體裝置及制造方法，且特別是有關于一種晶舟及使用此晶舟的批式處理(batch type)裝置及晶片處理方法。
背景技術：
爐管式反應器是一種批式處理裝置，因此可以一次對大量的晶片進行處理，其中爐管式反應器可應用于化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)工藝與摻雜(Doping)工藝。在化學氣相沉積工藝的應用上，主要用于多晶硅、氧化硅以及氮化硅等材料的沉積，至于在摻雜工藝的應用上，例如是可以應用于金屬氧化物半導體晶體管的柵極多晶硅層的摻雜劑預置等。爐管式反應器主要可分為水平式與垂直式等兩種方式，由于垂直式爐管(VerticalFurnace)所需的整體體積較小，因此在使用上已漸漸取代傳統(tǒng)水平式爐管化學氣相沉積法，成為產(chǎn)業(yè)界中的主流。
圖1是顯示現(xiàn)有一種垂直式爐管設備的剖面圖。請參照圖1，垂直式爐管設備至少包括升降底座100、爐管102、氣體入口106、晶舟110、加熱裝置Z1、加熱裝置Z2、加熱裝置Z3、加熱裝置Z4以及加熱裝置Z5。爐管102的升降底座100上配置有晶舟110，且晶舟110上具有多個晶片插槽(waferslot)，用來將晶片水平地配置在晶舟110上，且此些晶片插槽是等間距并可使配置于其中的晶片108的表面互相平行。而氣體入口106配置在爐管102的底部112，且加熱裝置Z1～Z5配置在爐管102的外壁，用來提供工藝中爐管102內所需要的熱能。而工藝中所使用的反應氣體由氣體入口106由底部112朝向頂部114的注入至爐管102內，以使反應氣體由爐管102的底部112流動、擴散至爐管102的中段部與頂部114，并流經(jīng)過晶片108的表面。
在上述工藝中，由于爐管102內的壓力不高，所以爐管102中段部與頂部114的反應氣體濃度會遠少于在爐管102底部112的反應氣體濃度，以致于愈往爐管102的頂部114，其沉積于晶片108上的薄膜的沉積速率愈低，因而造成同批處理的晶片108沉積薄膜厚度不均的問題。現(xiàn)有解決晶片與晶片間厚度不均的方法，藉由調整加熱裝置Z1～Z5的功率，使加熱裝置Z1～Z5所提供的熱能由加熱裝置Z5往加熱裝置Z1遞增，以提高爐管102內頂部114與中段部的溫度，進而增加薄膜在晶片108表面上的沉積速率，以使同批處理的晶片得到良好的膜厚均勻度。
雖然晶片的膜厚均勻度的問題可以藉由調整不同位置的加熱裝置的溫度以克服，然而，上述的晶片處理工藝仍存在著某些問題。
以在晶片表面上沉積氮化硅的工藝為例，上述的方法會使垂直式爐管內不同位置的晶片的熱預算不同，導致同批處理的晶片間，位于頂部的晶片與位于底部的晶片會產(chǎn)生相當大的電性差異。
另外，以砷(As)對多晶硅柵極層的摻雜工藝為例，由于爐管102的底部112的反應氣體濃度較爐管102的頂部114的反應氣體濃度高，所以晶片108上所摻雜的砷的濃度，會由爐管102底部朝向爐管102頂部逐漸變小，并且靠近爐管102底部112的晶片108上所摻的砷的濃度會遠大于靠近爐管102的頂部114的晶片108。而晶片108在經(jīng)過另一熱工藝后，摻有較多砷的晶片所測得的電阻值便會較摻有較少砷的晶片所測得的電阻值低，同樣會造成電性差異較大的問題。
在線寬較寬的半導體工藝中，上述在沉積工藝或是摻雜工藝所產(chǎn)生的電性差異可能尚在工藝裕度(process window)可容許的范圍內，然而，隨著近年來在半導體元件工藝的持續(xù)縮小化，此晶片間的電性差異的容忍裕度將會隨之縮小，在此種情形下，現(xiàn)有工藝的晶片電性差異值將會超出新的工藝容忍裕度，因而造成不合格品的產(chǎn)生。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的就是在提供一種晶舟及使用此晶舟的批式處理裝置及晶片處理工藝，可以縮小同批處理的晶片間的電性差異。
本發(fā)明提供一種晶舟，適用于晶片批式處理裝置。其中，于晶舟的第一端部至第二端部間，具有多個晶片插槽，且晶片插槽使配置于其中的晶片表面互相平行。而其特征在于晶片插槽的間距由晶舟的第一端部朝向第二端部逐漸增加。
此外，本發(fā)明提供一種批式處理裝置，至少包括晶舟以及氣體入口。其中，晶舟的第一端部至第二端部間有多個晶片插槽，且晶片插槽使配置于其中的晶片的表面互相平行。而氣體入口由第一端部朝向第二端部提供氣體，以使氣體與晶片產(chǎn)生反應，其中晶片插槽的間距由晶舟的第一端部朝向第二端部逐漸增加。
另外，本發(fā)明更提供一種晶片處理工藝，適用于一批式處理裝置。其中，此批式處理裝置至少具有晶舟以及氣體入口。此晶舟的第一端部至第二端部間有多個晶片插槽，且晶片插槽使配置于其中的晶片的表面互相平行。而氣體入口由第一端部朝向第二端部提供氣體，以使氣體與晶片產(chǎn)生反應。而晶片處理的工藝至少包括先在晶舟中配置晶片，且晶片的配置間距由晶舟第一端部朝向第二端部逐漸增加，再以批式處理裝置對晶片進行處理。
由上述可知，上述的晶舟應用于批式處理裝置時，能夠藉由其晶片插槽間距是沿著反應氣體的供應與流動、擴散方向逐漸增加，因此可以縮小兩端部的反應速率的差異，并藉此縮小兩端部的熱預算差異，從而進一步縮小同一批晶片的電性差異。
并且，藉由對此晶舟的晶片插槽間距進行適當?shù)恼{整，還可以使此晶舟的晶片置放量不至于減少太多，從而維持應用此晶舟的批式處理裝置的產(chǎn)率。
尚且，本發(fā)明亦可以利用傳統(tǒng)的晶舟，將之應用于批式處理裝置時，藉由將晶片的置放間距沿著反應氣體的供應與流動、擴散方向逐漸增加，同樣能夠使同批處理的晶片間的電性差異縮小，減少不合格品的產(chǎn)生。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1是顯示現(xiàn)有的垂直式爐管反應器的剖面圖；圖2是顯示本發(fā)明一優(yōu)選實施例的一種晶舟剖面圖；圖3是顯示本發(fā)明一優(yōu)選實施例的一種批式裝置配置圖；圖4是顯示本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的一種批式裝置配置圖；圖5是顯示利用本實施例以及現(xiàn)有技術進行砷的摻雜工藝時，晶片中砷的強度與晶片放置位置的關系圖；圖6是顯示本實施例以及現(xiàn)有技術中加熱裝置Z1～Z5所提供的溫度的示意圖；圖7是顯示利用本實施例以及現(xiàn)有技術進行摻雜多晶硅的沉積工藝時，晶片經(jīng)過另一熱工藝后所呈現(xiàn)出來的電阻值與晶片放置位置的關系圖。
附圖標記說明100 基座 102 爐管106 氣體入口 110、200 晶舟108、108a、108b、108c、204a、206a、208a 晶片112 爐管底部 114 爐管頂部202、216 端部 204、206、208 晶片插槽210、212、214 間距 218、418 晶舟的第一部份220、420 晶舟的第二部份222、422 晶舟的第三部份Z1、Z2、Z3、Z4、Z5加熱裝置具體實施方式
圖2是顯示本發(fā)明一優(yōu)選實施例的一種晶舟的剖面示意圖。請參照圖2，晶舟200中包括多個晶片插槽(wafer slot)204、206以及208，其中此些晶片插槽204、206、208使配置于其中的晶片(未顯示)是以晶片的表面互相平行，并且于晶舟200中，晶片插槽的間距由端部202沿著垂直晶片表面的方向朝向端部216逐漸增加。
于本實施例中，將晶舟200從端部202至端部216區(qū)分為第一部份218、第二部分220以及第三部分222。其中第一部份218中具有多個晶片插槽204，且晶片插槽204間具有相同的間距，第二部分220中具有多個晶片插槽206，且晶片插槽206間具有相同的間距，而第三部分222中則具有多個晶片插槽208，并且晶片插槽208間具有相同的間距。
此外，于本發(fā)明優(yōu)選實施例中，晶片插槽206的間距212例如是可以設計為與現(xiàn)有的晶舟中的晶片插槽間距相同，且晶片插槽204的間距210為晶片插槽206的間距212的0.6倍，而晶片插槽208的間距214則例如是晶片插槽206的間距212的2倍。經(jīng)由此種設計的話，既能夠符合使晶片插槽的間距由端部202沿著垂直晶片表面的方向朝向端部216逐漸增加的原則，同時又能夠使可置放的晶片數(shù)不至于減少太多，因而能夠顧及生產(chǎn)率(throughput)的要求。
雖然于上述的實施例中將晶舟區(qū)分為三部分來作說明，但本發(fā)明并不限定于此，由晶舟所區(qū)分的部分數(shù)以及晶片插槽間距，可以依照實際工藝所需來作調整。
圖3是顯示配置有本發(fā)明的晶舟的一種批式處理裝置的配置示意圖，于圖3中，構件與圖1相同者使用相同的標記并省略其說明。請參照圖3，此批式處理裝置例如是垂直式爐管反應器，至少包括晶舟200以及氣體入口106。晶舟200以端部202在下，而端部216在上的方向，配置于爐管102的升降基座100上，用來將晶片水平地配置在其上的晶片插槽中，以進行例如是化學氣相沉積工藝或是摻雜工藝，且爐管102例如是石英管。而晶舟200的第一部份218位于爐管102的底部附近，且晶舟200的第三部份222位于爐管102的頂部附近。另外，氣體入口106例如是氣體注入器，其配置在爐管102的底部附近，其中反應氣體的注入方向由爐管102的底部朝向爐管102的頂部114，以使反應氣體能夠由下往上流動、擴散并流經(jīng)晶片的表面。
請繼續(xù)參照圖3以詳細說明利用上述的批式處理裝置對晶片進行處理的工藝。以化學氣相沉積工藝為例，首先將晶片204a、206a以及208a配置于晶舟200上的晶片插槽中，再將反應氣體自外界通過氣體入口106注入，再由爐管102的底部112往頂部114(亦即是由晶舟200的端部202朝向端部216)流動、擴散并流經(jīng)爐管102內晶片204a、206a以及208a的表面，之后再由配置在爐管102外壁的加熱裝置Z1～Z5提供爐管102內熱能，則所輸入的反應氣體即會與晶片204a、206a以及208a的表面產(chǎn)生化學反應，而在其表面上形成薄膜。
于上述的晶片處理工藝中，由于本發(fā)明將晶舟200區(qū)分為三部分，且晶片相隔的間距由端部202往端部216的方向逐漸增加。而反應氣體經(jīng)由氣體入口106注入并從爐管102的底部112流至爐管102的頂部114，因此，反應氣體朝向爐管102頂部的流速會加快，且因晶舟200的第一部份218中的晶片插槽間距較小，所以反應氣體與此處的晶片204a表面產(chǎn)生的反應速率較慢，而能夠提供爐管102頂部較高的反應氣體濃度。對于爐管102的頂部而言，由于晶片的間距變寬，在氣體流速較快且濃度提高的情形下，反應氣體水平進入晶片間距的流量亦會增加。而且，由于氣流與晶片表面的邊界層變薄且濃度提高的情形下，反應氣體垂直向下沉積的流量亦會隨之增加。而對于爐管102的底部而言，由于晶片的間距變窄，上述反應氣體的水平流量與垂直流量則會相對應的縮減，進而使得爐管內的頂部與底部的反應氣體的沉積速率差距將會縮小。
而且，因反應爐管內的頂部與底部的反應氣體的沉積速率差距縮小，加熱器Z1～Z5的溫度梯度亦能夠縮小，從而使得爐管頂部與底部的熱預算的差距能夠縮小，因此，就沉積工藝而言，能夠使得同批處理的晶片具有相同的薄膜特性，并縮小晶片間的電性差異。
此外，就摻雜工藝而言，能夠使得在同批處理的晶片，位于爐管頂部的晶片與位于爐管底部的晶片其注入摻雜劑的強度差異縮小，進而同樣能夠達成縮小晶片間的電性差異的目的。
然而，本發(fā)明的晶片處理工藝并不限定使用上述的晶舟。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例的晶片處理工藝中，還可以使用搭載現(xiàn)有的晶舟的批式處理裝置以達成本發(fā)明的目的。圖4是顯示使用現(xiàn)有的批式處理裝置以進行本發(fā)明的晶片處理工藝，于圖4中，構件與圖1相同者使用相同的標記并省略其說明。請參照圖4，將晶舟110區(qū)分為第一部份418、第二部分420以及第三部分422。于第一部份418中，晶片108a例如是插入每一個晶片插槽中，且于第二部分420中，晶片108b例如是間隔一個晶片插槽置放，而于第三部分422中，晶片108c則例如是間隔二個晶片插槽置放。將晶片108a、108b、108c依上述配置方式插入晶舟110后，再將反應氣體自外界通過氣體入口106注入，再由爐管102的底部112往頂部114(亦即是由晶舟位于爐管底部的端部朝向位于爐管頂部的端部)流動、擴散并流經(jīng)爐管102內的晶片108a、108b以及108c的表面，之后再由配置在爐管102外壁的加熱裝置Z1～Z5提供爐管102內熱能，則所輸入的反應氣體即會與晶片108a、108b以及108c的表面產(chǎn)生化學反應，而在其表面上形成薄膜。
于本實施例中，在現(xiàn)有晶片插槽間距相等的晶舟110中，以上述的間隔若干晶片插槽的方式置放晶片，其結果同樣能夠使得晶片的間距是由晶舟110位于爐管底部112的端部朝向爐管頂部114的另一端部增加，進而同樣能夠達到使同批晶片的電性差異縮小的目的。
同樣的，雖然于圖4中將晶舟區(qū)分為三部分來作說明，但本發(fā)明并不限定于此，由晶舟所區(qū)分的部分數(shù)及其晶片間距，可以依照實際工藝所需來作調整。
圖5是顯示利用本實施例以及現(xiàn)有技術進行砷的摻雜工藝時，晶片中砷的強度與晶片放置位置的關系圖。請同時參照圖1及圖5，現(xiàn)有技術中將晶片108配置于每個晶片插槽內，所以晶片108以等間距的方式排列于晶舟110中，則配置于靠近爐管底部的晶片108中砷的強度例如是4.7％，且配置于靠近爐管中段部的晶片108中砷的強度例如是4.15％，而配置于靠近爐管頂部的晶片108中砷的強度例如是3.76％，如圖5中的虛線曲線所示。請再同時參照圖4及圖5，在砷的摻雜工藝中，將晶片108a、108b以及108c變間距地配置在晶片插槽116內，則晶片108a中砷的強度例如是4.55％，且晶片108b中砷的強度例如是4.46％，而晶片108c中砷的強度例如是4.15％，如圖5中的實線曲線所示。
由圖5可知，本發(fā)明圖4的實施例中底部與頂部的晶片中的砷強度僅相差0.4％，而現(xiàn)有技術中底部與頂部的晶片中的砷強度卻相差了0.94％，因此可明顯得知本發(fā)明的實施例與現(xiàn)有技術相較之下，能夠將差異范圍縮小57％，從而大幅地改善了現(xiàn)有技術中晶片的砷摻雜強度差異過大的問題。
圖6是顯示本發(fā)明圖4的實施例以及現(xiàn)有技術中加熱裝置Z1～Z5所提供的溫度大小，請同時參照圖1及圖6，在圖1中，爐管102的底部112的加熱裝置Z5所提供的溫度是攝氏608.5度，而爐管102的頂部114的加熱裝置Z1所提供的溫度是攝氏653度，所以靠近頂部114的加熱裝置Z1與靠近底部112的加熱裝置Z5相差攝氏44.5度。然而，請同時參照圖4及圖6，在本實施例中，爐管102的底部112的加熱裝置Z5所提供的溫度是攝氏607.5度，而爐管102的頂部114的加熱裝置Z1所提供的溫度是攝氏634度，所以靠近頂部114的加熱裝置Z1與靠近底部112的加熱裝置Z5只相差攝氏26.5度。相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的實施例將加熱裝置Z1～Z5的溫度差異縮小了40％，能夠大幅地改善現(xiàn)有技術中熱預算差異過大所造成的問題。
圖7則是顯示利用本實施例以及現(xiàn)有技術進行摻雜多晶硅的沉積工藝時，晶片經(jīng)過另一熱工藝擴散入硅底材后所呈現(xiàn)出來的電阻值與晶片放置位置的關系圖。且由圖6可知，本發(fā)明的實施例中的晶片間所受的熱預算較現(xiàn)有技術中的晶片間所受的熱預算均勻，且摻雜濃度較一致，所以晶片間的電阻值差異也會較現(xiàn)有技術的晶片間的電阻值差異小。請同時參照圖1及圖7，靠近爐管102的底部112的晶片108所測得的電阻值為440歐姆/面積，且靠近爐管102中段部的晶片108所測得的電阻值為532歐姆/面積，而靠近爐管102的頂部114的晶片108所測得的電阻值為570歐姆/面積，此晶片間的電阻值差異范圍是130歐姆/面積。然而，請同時參照圖4及圖7，靠近爐管102的底部112的晶片108a所測得的電阻值為482歐姆/面積，且靠近爐管102中段部的晶片108b所測得的電阻值為511.5歐姆/面積，而靠近爐管102的頂部114的晶片108c所測得的電阻值為540歐姆/面積，此晶片間的電阻值差異范圍是58歐姆/面積。
由此可知，本發(fā)明圖4的實施例能夠將現(xiàn)有技術中的晶片電阻值的差異范圍縮小55％，大幅地改善現(xiàn)有技術中晶片電性差異過大的問題，從而能夠避免在線寬要求較小的工藝中產(chǎn)生不合格品。
綜合以上所述，本發(fā)明提供一種晶舟，此晶舟應用于批式處理裝置例如是垂直式熱爐管時，能夠藉由其晶片插槽間距是由爐管底部向頂部(等同沿著氣體供應與流動方向)逐漸增加，因此可以使同批處理的晶片具有相同的薄膜特性，并可改善現(xiàn)有技術中由于同批處理的晶片所受的熱預算不同，而導致晶片間的電性差異太大的問題，減少不合格品的產(chǎn)生。
并且，藉由對此晶舟的晶片插槽間距進行適當?shù)恼{整，還可以使此晶舟的晶片置放量不至于減少太多，從而維持應用此晶舟的處理裝置的生產(chǎn)率。
而且，本發(fā)明亦可以利用傳統(tǒng)的晶舟，將之應用于批式處理裝置例如是垂直式熱爐管時，藉由將晶片的置放間距是由爐管底部向頂部(等同沿著氣體供應與流動方向)逐漸增加，同樣能夠使同批處理的晶片具有相同的薄膜特性，并縮小晶片間的電性差異太大的問題，減少不合格品的產(chǎn)生。
雖然本發(fā)明已結合優(yōu)選實施例披露如上，然其并非用來限定本發(fā)明，本領域內的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種批式處理裝置，至少包括一晶舟，該晶舟的一第一端部至一第二端部之間具有多個晶片插槽，且該些晶片插槽使配置于其中的多個晶片以該些晶片的表面互相平行；以及一氣體入口，其中該氣體入口由該第一端部朝向該第二端部提供一氣體，以使該氣體與該些晶片反應，其中該些晶片插槽的間距由該晶舟的該第一端部朝向該第二端部逐漸增加。
2.一種晶片處理方法，適用于一批式處理裝置，其中該批式處理裝置中至少具有一晶舟，其中于該晶舟的一第一端部至一第二端部之間能夠用來配置多個晶片，且該些晶片以該些晶片的表面互相平行；以及一氣體入口，其中該氣體入口由該第一端部朝向該第二端部提供一氣體，以使該氣體與該些晶片反應；該晶片處理方法至少包括于該晶舟中配置該些晶片，其中該些晶片的配置間距由該晶舟的該第一端部朝向該第二端部逐漸增加；以及以該批式處理裝置對該些晶片進行處理。
3.如權利要求1或2所述的批式處理裝置，其中該晶舟由該第一端部朝向該第二端部的方向分為一第一部分、一第二部分以及一第三部分，且位于該第一部分的每一該些晶片插槽的間距彼此相等，并且位于該第二部分的每一該些晶片插槽的間距彼此相等，尚且位于該第三部分的每一該些晶片插槽的間距彼此相等。
4.如權利要求1或2所述的批式處理裝置，其中該批式處理裝置包括一垂直式熱爐管。
5.如權利要求4所述的批式處理裝置，其中該晶舟以該第一端部配置于該垂直式熱爐管的底部，且由該第一端部朝向該第二端部的方向與由垂直式熱爐管的底部朝向該由垂直式熱爐管的頂部的方向相同。
6.如權利要求4所述的批式處理裝置，其中該氣體入口設置于該垂直式熱爐管的底部，且由該氣體入口流出的氣體由該垂直式熱爐管的底部朝向該垂直式熱爐管的頂部流動。
7.如權利要求4所述的批式處理裝置，其中該晶舟由該垂直式熱爐管的底部朝向該垂直式熱爐管的頂部的方向分為一下段部、一中段部以及一上段部，且位于該下段部的每一該些晶片插槽的間距彼此相等，并且位于該中段部的每一該些晶片插槽的間距彼此相等，尚且位于該上段部的每一該些晶片插槽的間距彼此相等。
8.如權利要求2所述的晶片處理方法，其中該晶舟的該第一端部至該第二端部之間還包括多個晶片插槽，其中該些晶片插槽的間距彼此相等，并且該些晶片的間距藉由晶片間所間隔的晶片插槽的數(shù)目加以調整。
9.如權利要求4所述的晶片處理方法，其中以該批式處理裝置對該些晶片進行處理的步驟包括使用該垂直式熱爐管對該些晶片進行化學氣相沉積工藝。
10.如權利要求4所述的晶片處理方法，其中以該批式處理裝置對該些晶片進行處理的步驟包括使用該垂直式熱爐管對該些晶片進行摻雜工藝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種批式處理裝置及晶片處理方法，該批式處理裝置至少包括一晶舟，該晶舟的一第一端部至一第二端部之間具有多個晶片插槽，且此些晶片插槽使配置于其中的晶片以晶片表面互相平行，其中此些晶片插槽的間距由晶舟的第一端部朝向第二端部逐漸增加；和一氣體入口，其中該氣體入口由該第一端部朝向該第二端部提供一氣體，以使該氣體與該些晶片反應。此晶舟能夠配置于一垂直式熱爐管中，其中第一端部配置于底部，第二端部則位于頂部。使用具有此晶舟的垂直式熱爐管進行晶片處理工藝時，能夠縮小同一批處理的晶片的電性差異，以及沉積薄膜的特性差異。
文檔編號H01L21/22GK1607644SQ20031010109
公開日2005年4月20日 申請日期2003年10月14日 優(yōu)先權日2003年10月14日
發(fā)明者林煥順 申請人:茂德科技股份有限公司