CN109817545B - 半导体晶圆加工***及加工半导体晶圆的方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种半导体晶圆加工***及加工半导体晶圆的方法。半导体晶圆加工***包括沿一长轴延伸的一加工腔。半导体晶圆加工***还包括位于加工腔内的一绝缘组件。半导体晶圆加工***也包括位于加工腔内并沿平行长轴的方向延伸的一喷气管。喷气管包括一加工区段，且多个喷气孔形成于加工区段内。另外，半导体晶圆加工***包括连结加工腔的一排气端。半导体晶圆加工***还包括设置于绝缘组件上并位于喷气管与排气端之间的一晶舟。晶舟包括配置用于乘载多个半导体晶圆的多个槽状结构。位于加工区段内的排气孔对齐槽状结构设置。

Description

半导体晶圆加工***及加工半导体晶圆的方法

技术领域

本发明实施例涉及一种半导体晶圆加工***及加工半导体晶圆的方法，特别涉及一种锅炉设备及利用该锅炉设备加工半导体晶圆的方法。

背景技术

半导体装置被用于多种电子应用，例如个人电脑、移动电话、数码相机以及其他电子设备。半导体装置的制造通常是通过在半导体基板上按序沉积绝缘或介电层材料、导电层材料以及半导体层材料，接着使用微影制程图案化所形成的各种材料层，以形成电路组件和零件于此半导体基板之上。随着集成电路之材料及其设计上的技术进步，已发展出多个世代的集成电路。相较于前一个世代，每一世代具有更小且更复杂的电路。然而，这些发展提升了加工及制造集成电路的复杂度。为了使这些发展得以实现，在集成电路的制造以及生产上相似的发展也是必须的。

在半导体装置的制造中，多个制程步骤是被使用以制造集成电路在半导体晶圆之上。在持续演进至更小体积以及更高电路密度的发展中，多个困难变因之一为连续性地在既定的误差范围中形成具有更小关键尺寸的电路。举例而言，可流动式化学气像沉积(FCVD)为一种化学气相沉积技术(Chemical Vapor Deposition，CVD)，其与传统的CVD技术相比，可以填充细小尺寸的孔隙，包括深宽比高达30：1，以及非常不规则或相当复杂的剖面。故近年来流动式化学气像沉积制程被广泛应用。为了实现良好的薄膜质量，FCVD薄膜通常更进一步进行热退火(thermal annealing)制程，以使其致密化。

虽然现有的热退火制程及设备已经足以应付其需求，然而仍未全面满足。因此，需要提供一种改善热退火制程的良率的方案。

发明内容

本发明实施例提供一种晶圆加工***。加工***包括一管体及一盖体。管体沿一长轴自一下端部延伸至一上端部。盖体连结管体的下端部。加工***还包括绝缘组件。绝缘组件位于管体内并设置于盖体上。加工***也包括喷气管。喷气管位于管体内并沿平行长轴的方向延伸。喷气管包括一加工区段。多个喷气孔形成于加工区段内。另外，加工***包括一排气端及一晶舟。排气端连结管体。晶舟设置于绝缘组件上并位于喷气管与排气端之间。晶舟包括配置用于乘载多个半导体晶圆的多个槽状结构。位于加工区段内的排气孔对齐槽状结构设置。

本发明实施例提供一种加工半导体晶圆的方法。上述方法包括放置多个半导体晶圆至一锅炉设备内。上述方法还包括在一制程压力下加热所述半导体晶圆。制程压力介于约96000Pa至约100000Pa之间。上述方法也包括通过一喷气管相对半导体晶圆供应一净化气体。喷气管包括一加工区段，且多个喷气孔形成于加工区段内。喷气孔朝相邻两个半导体晶圆之间的每一个间隙供应净化气体。

附图说明

图1显示本发明部分实施例的一加工***的方框图。

图2显示本发明部分实施例的一锅炉设备的剖面示意图。

图3显示本发明部分实施例的一锅炉设备的部分元件的剖面示意图。

图4显示本发明部分实施例一锅炉设备的部分元件的上视示意图。

图5显示本发明部分实施例加工半导体晶圆的方法的流程图。

图6显示本发明部分实施例的加工半导体晶圆的方法的剖面示意图。

图7显示本发明部分实施例中通过半导体晶圆的净化气体的流速与半导体晶圆所在槽状结构的位置的关系图。

图8显示本发明部分实施例中通过一半导体晶圆的净化气体的浓度变化。

附图标记说明：

1～半导体晶圆加工***

3～气体供应设备

4～供应流水线

5～气流控制装置

6～排除流水线

7～气体处理设备

10～锅炉设备

20～绝缘隔体

30～加工腔

31～管体

32～盖体

33～上端部

34～侧壁

35～下端部

40～绝缘组件

41～基座

411～下基板

412～上基板

413～连结柱

414～片状结构

42～支撑架

43～侧架体

44～上架体

50～晶舟

51～底板

52～顶板

53～柱体

531～槽状结构

531L～槽状结构

531U～槽状结构

532～下空置区段

533～上空置区段

60～气体供应单元

61～进气端

62～连结管

63～喷气管

630～第一端

631～上缓冲区段

632～加工区段

633～下缓冲区段

634～上辅助区段

635～下辅助区段

636～第二端

64～喷气孔

65～清洁孔

70～排气端

71～外管道

72～内管道

90～加热单元

91、92、93、94～侧壁加热器

a1～第一位置

a2～第二位置

α～夹角

B1～第一边界

B2～第二边界

B3～第三边界

B4～第四边界

β～夹角

DW～仿基板

P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7～间距

W～晶圆

具体实施方式

以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例，以实施本发明的不同特征而本说明书以下的公开内容是叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以求简化发明的说明。当然，这些特定的范例并非用以限定本发明。例如，若是本说明书以下的公开内容叙述了将一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦包含了尚可将附加的特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。另外，本发明的说明中不同范例可能使用重复的参考符号及/或用字。这些重复符号或用字为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构之间的关系。

再者，为了方便描述附图中一元件或特征部件与另一(多个)元件或(多个)特征部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及类似的用语等。可以理解的是，除了附图所示出的方位之外，空间相关用语涵盖使用或操作中的装置的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。可以理解的是，在所述方法之前、期间及之后，可提供额外的操作步骤，且在某些方法实施例中，所述的某些操作步骤可被替代或省略。

应注意的是，此处所讨论的实施例可能未必叙述出可能存在于结构内的每一个部件或特征。举例来说，附图中可能省略一个或多个部件，例如当部件的讨论说明可能足以传达实施例的各个样态时可能将其从附图中省略。再者，此处所讨论的方法实施例可能以特定的进行顺序来讨论，然而在其他方法实施例中，可以以任何合理的顺序进行。

图1显示本发明部分实施例用于加工一或多个半导体晶圆W的半导体晶圆加工***1。在部分实施例中，半导体晶圆加工***1包括一气体供应设备3、一气流控制装置5、一气体处理设备7及一锅炉设备10。在一实施例中，气体供应设备3经由供应流水线4供应一净化气体至锅炉设备10内，之后再经由气流控制装置5与气体处理设备7自锅炉设备10排除。

在部分实施例中，气体处理设备7经由排除流水线6将净化气体自锅炉设备10抽离。气流控制装置5位于气体处理设备7与锅炉设备10之间。气流控制装置5配置用于增加位于排除流水线6内净化气体的压力差，以增加单位时间内通过排除流水线6的气体流量。在一实施例中，气流控制装置5包括一自动压力控制器(automatically pressurecontroller，APC)，且气体处理设备7包括一真空来源。

根据本发明实施例，锅炉设备10的结构说明如下：

图2显示本发明部分实施例的一锅炉设备10的剖面示意图。在部分实施例中，锅炉设备10包括一绝缘壳体20(部分显示于图2中)、一加工腔30、一绝缘组件40、一晶舟50及一气体供应单元60。锅炉设备10的元件数量可以增加或减少，并不受本发明的实施例所限制。

根据本公开多个实施例，绝缘隔体20用于提供一绝缘密闭环境于加工腔30的***，以替加工腔30建立一个控温环境。加工腔30包括一管体31以及一盖体32。管体31具有一长轴Z通过管体31的实质中心。并且管体31具有一上端部33、一侧壁34以及一下端部35。

上端部33为封闭而下端部35为开放以允许晶舟50置入加工腔30进行半导体晶圆W的批次加工，或者允许成载有完成批次加工的半导体晶圆W的晶舟50自加工腔30内移除。上端部33以及下端部35分别位于管体31的相反两侧并位于长轴Z上。侧壁34连结上端部33以及下端部35。在一实施例中，下端部35可具有一凸缘用于接收盖体32。

加工腔30可具有一圆柱状外型并以任何适当的材质，例如石英或碳化硅(SiC)所制成。加工腔30可涂布有例如多晶硅等材料，或者加工腔30可根据在加工腔30内所欲进行的加工制程涂布特定材料。加工腔30可根据所欲单一批次内所欲加工的晶圆的数量而具有任意高度。在一示范性的实施例中，加工腔30可具有约100公分至约150公分的垂直高度，然而本发明的实施例并不仅此为限。在一实施例中，加工腔30为一在大气压力下运行的退火酸洗管(Annealed and Pickled Pipe)。

参照图3，绝缘组件40配置用于减少通过盖体32所散失的热量。在部分实施例中，绝缘组件40包括一基座41以及一支撑架42。基座41包括一下基板411、一上基板412、多个连结柱413及多个片状结构414。下基板411固定于上盖体32面向加工腔30的内表面，上基板412与下基板411彼此对向配置。连结柱413连结下基板411至上基板412之间。

在部分实施例中，片状结构414设置于连结柱413上，并彼此间隔排列。在部分实施例中，每两个相邻片状结构414的间距为P7，并且片状结构414与下基板411及上基板412的间距也同样为P7，但本发明实施例并不仅此为限。在部分实施例中，相邻两个片状结构414的间距具有变动，例如朝盖体32的方向，相邻两个片状结构414的间距逐渐减少。另外，片状结构414与下基板411及上基板412也可大于或小于相邻两个片状结构414的间距。

支撑架42放置于基座41之上以支撑晶舟50。在部分实施例中，支撑架42包括一侧架体43以及一上架体44。侧架体43可固定于基座41的上基板412之上并朝远离盖体32的方向平行管体31的长轴Z(图2)延伸。上架体44连结至侧架体43的一端并平行盖体32延伸。支撑架42可以任何适当的材质制成，例如碳化硅或者石英。侧架体43与上架体44可一体成形的方式制成，并且侧架体43与上架体44可具有相同的厚度，但本发明的实施例并不仅此为限。

晶舟50配置用于承载以及夹持多个垂直堆迭的半导体晶圆W(图2)并且允许反应气体水平流过半导体晶圆W的表面以沉积期望厚度的材料于其上。在部分实施例中，晶舟50设置于绝缘组件40之上并包括一底板51、一顶板52以及多个柱体53(图3仅显示一个柱体53)。底板51以及顶板52彼此对向配置。柱体53连结底板51至顶板52。每一柱体具有用于直接夹持半导体晶圆W的多个槽状结构531。在部分实施例中，每两个相邻槽状结构531的间距为P6，上述间距P6小于片状结构414间的间距P7。

上述间距P6可以介于约6厘米至约10厘米之间，例如约6.3厘米。另外，晶舟50可根据其高度而承载对应数量的晶圆，例如50至180片晶圆。晶舟50可利用例如：石英、碳化硅或硅等任何适当的材质制成。

在部分实施例中，柱体53包括一下空置区段532，下空置区段532定义于底板51与最靠近底板51的槽状结构531L之间，柱体53的下空置区段532内未设置有可供半导体晶圆W放置的槽状结构。另外，柱体53还包括一上空置区段533，上空置区段533定义于顶板52与最靠近顶板52的槽状结构531U之间，柱体53的上空置区段533未设置有可供半导体晶圆W放置的槽状结构。在部分实施例中，上述下空置区段532的长度大于上空置区段533的长度。

晶舟50可利用任何适当的手段固定于绝缘组件40。举例而言，晶舟50的底板51可以通过多个锁附元件，例如螺丝，固定于绝缘组件40的上架体44之上。上述锁附元件可穿设底板51以及上架体44以固定底板51于上架体44之上，然而本发明的实施例并不仅此为限，晶舟50可以利用其他方式固定于绝缘组件40之上。

参照图4，气体供应单元60配置用于导引来自气体供应设备3的净化气体进入加工腔30内部。根据本发明部分实施例，气体供应单元60包括一进气端61、一或多个连结管62以及一喷气管63。

在部分实施例中，进气端61固定于管体31邻近下端部35的外表面，并通过供应流水线4与气体供应设备3流体连结，以接收来自气体供应设备3提供的净化气体。连结管62连结进气端61至喷气管63，以导引净化气体自进气端61流向喷气管63。在部分实施例中，连结管62的第一端连结进气端61，并沿管体31的侧壁34的外表面延伸至管体31的上端部33(图1更清楚显示此特征)，再通过位于上端部33的开口310进入加工腔30内部，最后以第二端与位于加工腔30内部的喷气管63连结。

在部分实施例中，连结管62自管体31的上端部33的第一位置a1延伸至位于管体31的上端部33的第二位置a2。上述第一位置a1与第二位置a2相对于管体31的长轴Z夹设夹角β。在一示范例当中，上述夹角β大约为150度。并且，连结管62位于管体31的上端部33的部分与管体31的长轴Z偏移设置，并未通过管体31的长轴Z。

再次参照图3，喷气管63包括沿平行管体31的长轴Z的方向的管体。根据本发明部分实施例，喷气管63自一第一端630延伸至一第二端636，且按序包括一上缓冲区段631、一加工区段632、一下缓冲区段633、一上辅助区段634及一下辅助区段635。

在部分实施例中，上缓冲区段631自喷气管63的第一端630延伸至第一边界B1。加工区段632自第一边界B1延伸至第二边界B2。下缓冲区段633自第二边界B2延伸至第三边界B3。上辅助区段634自第三边界B3延伸至第四边界B4。下辅助区段635自第四边界B4延伸至喷气管63的第二端636。

上述第一边界B1沿垂直长轴Z的方向的投影位于槽状结构531U的上缘。上述第二边界B2沿垂直长轴Z的方向的投影位于槽状结构531L的下缘。上述第三边界B3沿垂直长轴Z的方向的投影位于槽状结构531L的下缘与绝缘组件40的上架体44之间。上述第四边界B4沿垂直长轴Z的方向的投影位于基座41的上基板412的下表面。

在部分实施例中，喷气管63的上缓冲区段631、加工区段632、下缓冲区段633、上辅助区段634及下辅助区段635皆包括多个喷气孔64。喷气孔64贯穿喷气管63的管壁并连通位于喷气管63内部的气体通道。自连结管62供应至喷气管63的净化气体经由上述气体通道与喷气孔64供应至喷气管63外部。

根据本发明部分实施例，喷气管63的上缓冲区段631、加工区段632、下缓冲区段633、上辅助区段634及下辅助区段635上喷气孔64的排列方式说明如下：

喷气管63的加工区段632包括一既定数目的喷气孔64。上述既定数目对应于晶舟50上单一柱体53上的槽状结构531的数量。举例而言，晶舟50上单一柱体53上包括有180个槽状结构531，喷气管63的加工区段632亦包括有180个喷气孔64。喷气管63的加工区段632的喷气孔64间相隔间距P2，上述间距P2相等于两个相邻槽状结构531的间距P6，例如6.3mm。并且，喷气管63的加工区段632的喷气孔64沿垂直长轴Z的方向的投影各自对应于单一柱体53上的一个槽状结构531。

喷气管63的上缓冲区段631包括两个喷气孔64。喷气管63的上缓冲区段631的两个喷气孔64间相隔间距P1。喷气管63的上缓冲区段631的喷气孔64间的间距P1可相等于喷气管63的加工区段632的喷气孔64间的间距P2，例如6.3mm。并且，喷气管63的上缓冲区段631与加工区段632中相邻第一边界B1的两个喷气孔64同样相隔上述间距P2。

喷气管63的下缓冲区段633包括两个喷气孔64。喷气管63的下缓冲区段633的两个喷气孔64间相隔间距P3。喷气管63的下缓冲区段633的喷气孔64间的间距P3可相等于喷气管63的加工区段632的喷气孔64间的间距P2，例如6.3mm。并且，喷气管63的下缓冲区段633与加工区段632中相邻第一边界B2的两个喷气孔64同样相隔上述间距P2。

喷气管63的下辅助区段635包括一既定数目的喷气孔64。上述既定数目满足方程式N+1，其中N为基座41的片状结构414的数量。举例而言，基座41上包括有12个片状结构414(图3仅示意性示出4个片状结构414)，喷气管63的下辅助区段635即包括有13个喷气孔64。

喷气管63的下辅助区段635的喷气孔64间相隔间距P5，上述间距P5相等于两个相邻片状结构414的间距P7，例如14mm。并且，在垂直长轴Z的方向上，片状结构414位于喷气管63上的投影与下辅助区段635内的排气孔64交错设置。

喷气管63的上辅助区段634的喷气孔64间相隔的间距P4是相同于喷气管63的下辅助区段635的喷气孔64间相隔的间距P5。并且，喷气管63的上辅助区段634与下辅助区段635中相邻第四边界B4的两个喷气孔64同样相隔上述间距P5。于是，喷气管63的上辅助区段634的喷气孔64的数目是根据喷气管63的上辅助区段634的长度所决定。在一示范例中，喷气管63的上辅助区段634包括13个喷气孔64，然而本发明实施例并不仅此为限。

在其他示范例中，喷气管63的上辅助区段634的喷气孔64间的间距不完全相同于喷气管63的上辅助区段634的喷气孔64间的间距P5。举例而言，喷气管63的上辅助区段634的喷气孔64间的间距在朝向第二端636的方向自上述间距P3逐渐增加至间距P5。喷气管63的下缓冲区段633与上辅助区段634中相邻第三边界B3的两个喷气孔64相隔上述间距P3。喷气管63的上辅助区段634与下辅助区段635中相邻第四边界B4的两个喷气孔64相隔上述间距P5。

在上述实施例中，喷气管63的上缓冲区段631、加工区段632、下缓冲区段633、上辅助区段634及下辅助区段635的喷气孔64实质为圆形且具有相同的孔径，但本发明实施例并不仅此为限喷气管63的上缓冲区段631、加工区段632、下缓冲区段633、上辅助区段634及下辅助区段635的喷气孔64可以具有相异的形状且具有相异的孔径。

举例而言，喷气管63的上缓冲区段631、加工区段632、下缓冲区段633的喷气孔64具有第一孔径，且喷气管63的上辅助区段634及下辅助区段635的喷气孔64具有第二孔径，上述第二孔径大于第一孔径，藉此增加经由喷气管63的上辅助区段634及下辅助区段635的喷气孔64的净化气体的流量，同时增加通过喷气管63的上缓冲区段631、加工区段632、下缓冲区段633的喷气孔64的净化气体的流速。

在部分实施例中，喷气管63的下辅助区段635靠近第二端636的位置还包括一清洁孔65。清洁孔65是配置用于加工制程结束后，供清洁液体进入喷气管63内部进行清洁使用。在部分实施例中，清洁孔65省略设置。

参照图4，在部分实施例中，锅炉设备10还包括一排气端70。排气端70连结于管体30靠近下端部35的侧壁34上。在一示范性实施例中，进气端61与排气端70位于相同高度，并且相对于管体30的长轴Z的夹角α互补于第一位置a1与第二位置a2相对于管体30的长轴Z的夹角β。在一示范例中，夹角α约为30度，且夹角β约为150度。藉此配置，喷气管63的喷气孔64正对于排气端70，以优化净化气体于加工腔内的流动路径。

在部分实施例中，排气端70包括一外管道71与一内管道72。外管道71固定于管体30的侧壁34上，并连通形成在侧壁34上的开口311。外管道71的内端开口系直接连接管体30内部的空间，而未连结其与管线。内管道72与外管道71具有实质相同形状的剖面，例如圆形。内管道72的外径大致相同于外管道71的内径，且内管道72以可卸除的方式套设于外管道71内部。

在部分实施例中，外管道71与内管道72是以相异材质制成。举例而言，外管道71是以石英(quartz)制成，而内管道72是以聚四氟乙烯(Teflon)制成，内管道72的热传导(thermal conductance)系数较外管道的热传导系数小，较不易增温，以避免反应气体附着于其上而产生污染。然而，本发明实施例并不仅此为限，外管道71与内管道72可以利用相同的材质制成。在部分实施例中，排气端70省略设置内管道72，外管道71是以可卸除的方式连结管体30的侧壁34上。关于排气端70的优点将于后方关于图5的加工晶圆的方法的实施例中进一步说明。

再次参照图2，加热单元90用于在半导体晶圆W的加工制程中产生热能，使加工腔30达到既定制程温度。在部分实施例中，加热单元90沿加工腔30的侧壁34排列，且包括四个侧壁加热器91、92、93及94。侧壁加热器91、92、93及94沿着加工腔30的侧壁34排列。在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93及94可在加工腔30的垂直方向上大致间隔相等间距。在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93及94为电阻式加热器，通过一个电力控制装置调节输入至每一加热器的输入电力，侧壁加热器91、92、93及94可各自设定于相异温度。于是，加工腔30内各个区段内的加热温度可以通过控制侧壁加热器91、92、93及94的输出温度而进行调节。

图5显示本发明的部分实施例的加工一半导体晶圆W的方法1000的流程图。为了举例，该流程以图6的示意图来说明。在不同的实施例中，部分阶段可以替换或是消去。可加入额外的特性至半导体装置结构中。在不同的实施例中，部分上述特性可以替换或是消去。

方法1000起始于操作S1，提供锅炉设备10。在部分实施例中，锅炉设备10可设置于一待机模式以及一加工模式。在待机模式之下，加工腔30为开启。盖体32与管体31分离，并且绝缘组件40以及晶舟50位于管体31所定义的空间之外。在加工模式之下，加工腔30为关闭。盖体32连结至管体31，并且绝缘组件40以及晶舟50设置于管体31所定义的空间之内。

方法1000继续至操作S2，放置多个半导体晶圆W于锅炉设备10的晶舟50。半导体晶圆W可通过具有一承载片的机械手臂(未显示于图示)移入至锅炉设备10的晶舟50内部。在半导体晶圆W放置于晶舟50时，半导体晶圆W受晶舟50的柱体53上的沟槽结构所夹持，且相邻两个半导体晶圆W间维持相等间距。

根据部分实施例，半导体晶圆W由硅、锗或其他半导体材料所制成。根据部分实施例，半导体晶圆W由复合半导体所制成，如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)或磷化铟(InP)。根据部分实施例，半导体晶圆W由合金半导体所制成，如硅锗(SiGe)、硅锗碳(SiGeC)、磷砷化镓(GaAsP)或磷化铟镓(GaInP)。根据部分实施例，半导体晶圆W包括一晶膜层。举例来说，半导体晶圆W具有一晶膜层覆盖于大型半导体(bulk semiconductor)上。根据部分实施例，半导体晶圆W可为硅绝缘体(silicon-on-insulator；SOI)或锗绝缘体(germanium-on-insulator；GOI)基板。

半导体晶圆W上可包括有多个装置元件。举例而言，形成于半导体晶圆W上的装置元件可包括一晶体管，例如：金氧半导体场效晶体管(metal oxide semiconductor fieldeffect transistors(MOSFET))、互补式金氧半导体晶体管(complementary metal oxidesemiconductor(CMOS)transistors)、双载子接面晶体管(bipolar junction transistors(BJT))、高电压晶体管、高频晶体管、P型场效晶体管(p-channel and/or n-channelfield-effect transistors(PFET))或者P型场效晶体管(n-channel field-effecttransistors(NFET)等，以及或者其他元件。半导体晶圆W上的多个装置元件已经经过多个加工制程，例如沉积、蚀刻、离子植入、光刻、退火、以及或者其他制程。

在部分实施例中，除了半导体晶圆W之外，晶舟50内更设置有一或多个仿基板(dummy wafer)DW，以增加制程均匀度。任意数量的仿基板DW可以设置于晶舟50当中。在部分实施例中，二群仿基板DW分别设置于晶舟50靠近底板51与顶板52的区段，并且分别位于批次堆迭的待加工半导体晶圆W上方与下方。

方法1000继续至操作S3，移动晶舟50进入锅炉设备10的加工腔30。晶舟50可通过一升降设备(未显示于图示)抬升盖体32以移动晶舟50进入管体31内。当盖体32连结至管体31的下端部35，晶舟50位于气密的加工腔30内。

方法1000继续至操作S4，利用加热单元90加热加工腔30。在部分实施例中，侧壁加热器91、92、93及94的热输出可独立进行调节。侧壁加热器91、92、93及94的热输出可以通过人工方式或者通过一加热控制器或电脑自动进行调节，上述加热控制器可根据设置于锅炉设备10内部的温度检测器的检测数值提供控制信号，或者上述加热控制器根据既定的加热温度对侧壁加热器91、92、93及94进行加热。

在部分实施例中，半导体晶圆W是利用FCVD制程技术形成一薄膜并经过烘烤后再送入锅炉设备10进行热退火制程，其中半导体晶圆W是在一与大气压力相当的制程压力下进行加工。在一示范例中，上述制程压力是介于约96000Pa至约100000Pa。在执行热退火制程过程中，半导体晶圆W表面薄膜可能在加工过程中产生反应气体(例如：NH3)。由于反应气体容易造成半导体晶圆W与锅炉设备10的污染，为排除上述反应气体，方法1000继续至操作S5，供应净化气体至加工腔30。

在部分实施例中，净化气体是通过加工区段632的喷气孔64相对于每一半导体晶圆W进行供应。值得注意的是，由于，加工区段632的喷气孔64是对齐沟槽结构531设置，净化气体离开来自加工区段632的喷气孔64后，将通过相邻两个半导体晶圆W间的间隙流动，并且净化气体可以沿水平方向通过每一半导体晶圆W的表面，以排除上述反应气体。

在部分实施例中，喷气管63所供应的净化气体是以介于约11mm/s至约24mm/s之间的流速通过半导体晶圆W，但本发明实施例并不仅此为限，净化气体的流速可以依照需求进行调整。

相较于自锅炉设备上方供应净化气体的实施例(净化气体通过半导体晶圆W的流速仅介于约0.1mm/s至约0.4mm/s之间)，采用喷气管63供应净化气体的实施例可以快速将反应气体自半导体晶圆W的表面吹离，故可防止半导体晶圆W受污染。在一实施例中，锅炉设备10相较于自上方供应净化气体的锅炉设备减少11％的粒子堆积，并且可以提升约4％的产品量率。

根据一实验结果观察，在利用如图6所示的喷气管63供应净化气体进入加工腔30的实施例中，在长轴Z上净化气体通过半导体晶圆W的流速大致呈现一钟形分布(bell-shaped distribution)。亦即，通过排列于中央位置的半导体晶圆W的净化气体的流速为最大，并且往底板51与顶板52的方向上，通过半导体晶圆W的净化气体的流速逐渐递减。

为了使通过所有半导体晶圆W的净化气体的流速皆维持在一门限值，使反应气体快速被排除，在部分实施例中，在操作S5执行的同时，方法1000还包括通过喷气管63的上缓冲区段631与下缓冲区段632的气孔64供应净化气体，以维持所有邻近底板51与顶板52的半导体晶圆W的净化气体的流速大于一门限值，以避免或减少邻近底板51与顶板52的半导体晶圆W在加工过程中因为反应气体未能有效排除所产生的污染。

然而，本发明实施例并不仅此为限。在部分实施例中，喷气管63的上缓冲区段631与下缓冲区段632省略设置，通过放置基板DW于垂直方向两侧的区段，使通过所有半导体晶圆W的净化气体的流速皆大于一门限值，以避免或减少半导体晶圆W受污染的情况发生。

在部分实施例中，在操作S5执行的同时，方法1000还包括通过喷气管63的上辅助区段634与下辅助区段635的气孔64供应净化气体。上辅助区段634与下辅助区段635的气孔64所供应的净化气体可以增加通过半导体晶圆W的净化气体的气流稳定性，避免通过半导体晶圆W的净化气体发生扰流(turbulent)。于是，净化气体可以通过半导体晶圆W整个表面，并排除大部分反应气体。

在部分实施例中，半导体晶圆W表面上反应气体的浓度分布介于约16％至约29％之间。相较于自锅炉设备上方供应净化气体的实施例(半导体晶圆W表面上反应气体的浓度分布介于24％至73％之间)，采用喷气管63供应净化气体的实施例可以有效降低半导体晶圆W的反应气体的浓度，故可防止半导体晶圆W受污染。

另一方面，上辅助区段634与下辅助区段635的气孔64所供应的净化气体同时可以有效移除绝缘组件40附近区段所积存的反应气体。如此一来，锅炉设备的维护周期可以延长，增加锅炉设备的产能。

方法1000继续至操作S6，自加工腔30排除净化气体。在部分实施例中，气体处理设备7产生一真空将加工腔30内的净化气体、自半导体晶圆W产生的反应气体及污染粒子经由排气端70与排除流水线6抽离加工腔30。由于加工腔30中的反应气体可以快速自加工腔30排除，故可避免半导体晶圆W与锅炉设备10受反应气体污染。操作S6可与操作S5同时开始并同时结束。或者，操作S6可较操作S5提早开始并在操作S5之后结束。在操作S6结束之后，方法1000继续至操作S7，自锅炉设备10移除半导体晶圆W，以结束锅炉设备10所进行的加工制程。

在部分实施例中，在操作S6执行的同时，气流控制装置5可选择性开启。气流控制装置5可扩大排除流水线6的上游(靠近加工腔一端)与排除流水线6的下游(靠近气体处理设备7一端)的压力差，以增加单位时间内自加工腔30排除的气体流量。

在一实施例中，在该自动压力控制器的上游与该自动压力控制器的下游的压力差介于约96000Pa至约100000Pa之间。于是，不仅反应气体可以快速自加工腔30排除，也可增加已经固化且质量较大的污染粒子自加工腔30移除的机会。另一方面，通过提升压力差，也可避免气体自排除流水线6回流至加工腔30的情况发生。

在部分实施例中，气体通过排气端70时其中的污染粒子会堆积于排气端70当中，造成单位时间通过排气端70的气体流量减少。为改善此现象，在排气端70具有内管道72的实施例中，可以通过更换排气端70的内管道72，快速针对锅炉设备10进行维护，使单位时间通过排气端70的气体流量恢复既定数值。或者，在排气端70的外管道71可自加工腔30卸除的实施例中，可以通过更换排气端70的外管道71，快速针对锅炉设备10进行维护，使单位时间通过排气端70的气体流量恢复既定数值。

如此一来，加工腔30进行维护的周期可以延长，也能确保半导体晶圆W以及加工腔30不受到污染。由于维护加工腔30的作业时间远大于维护排气端70的作业时间，即便对排气端70经常性进行维护，也能大幅延长锅炉设备10的运行时数，进而增加生产产能。在一实施例中，锅炉设备10相较于自上方供应净化气体的锅炉设备提升约40％的生产效能。

本发明多个实施例中的半导体晶圆加工***以侧边吹出的净化气体排除半导体晶圆上不利产品良率的反应气体。由于大部分反应气体可以快速自半导体晶圆上排除，故可避免半导体晶圆污染的情况发生。另外，在半导体晶圆在加工腔内进行加工时，净化气体及其他污染粒子可以通过优化后的气体排除机制快速地自加工腔移除，因此加工腔受到污染的现象也可获得改善。于是，半导体晶圆加工***的保养次数可以减少，进而增加产出能力。

本发明实施例提供一种半导体晶圆加工***。半导体晶圆加工***包括一加工腔。加工腔沿一长轴延伸。半导体晶圆加工***还包括绝缘组件。绝缘组件位于加工腔内。半导体晶圆加工***也包括喷气管。喷气管位于加工腔内并沿平行长轴的方向延伸。喷气管包括一加工区段。多个喷气孔形成于加工区段内。另外，半导体晶圆加工***包括一排气端及一晶舟。排气端连结加工腔。晶舟设置于绝缘组件上并位于喷气管与排气端之间。晶舟包括配置用于乘载多个半导体晶圆的多个槽状结构。位于加工区段内的排气孔对齐槽状结构设置。

在上述实施例中，位于加工区段内的等排气孔的数量相同于槽状结构的数量，并且每一位于加工区段内的排气孔皆对齐于槽状结构的一者设置。

在上述实施例中，喷气管包括一下辅助区段，多个喷气孔形成于下辅助区段内，并且绝缘组件包括多个片状结构，片状结构沿平行长轴的方向排列。在垂直长轴方向上，片状结构位于喷气管上的投影与下辅助区段内的排气孔交错设置。

在上述实施例中，喷气管包括一上辅助区段，上辅助区段位于加工区段与下辅助区段之间。多个喷气孔形成于上辅助区段内，位于上辅助区段内的喷气孔间的间距相同于位于下辅助区段内的喷气孔间的间距。

在上述实施例中，喷气管包括紧邻加工区段的一上缓冲区段，且多个喷气孔形成于上缓冲区段内。在平行长轴方向上，位于上缓冲区段内的喷气孔的高度较沟槽结构高。

在上述实施例中，喷气管包括紧邻加工区段的一下缓冲区段，且多个喷气孔形成于下缓冲区段内。在平行长轴方向上，位于下缓冲区段内的喷气孔的高度较沟槽结构低。

在上述实施例中，排气端与喷气管位于晶舟的相对二侧，并且排气端与喷气管相对于长轴间的夹角大约相于180度。

在上述实施例中，排气端包括一外管道以及内管道。外管道连结管体的一侧壁。内管道套设于外管道内部。

在上述实施例中，半导体晶圆晶圆加工***还包括一自动压力控制器(automatically pressure controller，APC)连结排气端，其中在自动压力控制器的上游与自动压力控制器的下游的压力差介于约96000Pa至约100000Pa之间。

第7图显示本发明部分实施例中通过半导体晶圆的净化气体的流速与半导体晶圆所在槽状结构的位置的关系图。在部分实施例中，净化气体以较高的流速通过设置于晶舟50中间位置的半导体晶圆W，并且净化气体以较低的流速通过设置邻近晶舟50两端(邻近顶板52与底板53)的半导体晶圆W。净化气体通过半导体晶圆W流速可介于约0.01mm/s至约0.03mm/s之间。第8图显示本发明部分实施例中通过一半导体晶圆的净化气体的浓度变化。在部分实施例中，在半导体晶圆W最靠近喷气孔64的边缘与距离喷气孔64约半导体晶圆W三分之二宽度的区域内，净化气体具有相当一致的浓度。而在距离喷气孔64约半导体晶圆W三分之二宽度至半导体晶圆W最远离喷气孔64的边缘的区域内，净化气体的浓度微幅增加。

本发明实施例提供一种加工半导体晶圆的方法。上述方法包括放置多个半导体晶圆至一锅炉设备内。上述方法还包括在一制程压力下加热半导体晶圆。制程压力介于约96000Pa至约100000Pa之间。上述方法也包括通过一喷气管相对半导体晶圆供应一净化气体。喷气管包括一加工区段，且多个喷气孔形成于加工区段内。喷气孔朝相邻两个半导体晶圆之间的每一个间隙供应净化气体。

前述的实施例或者示例已概述本发明的特征，本领域技术人员可更佳地理解本发明的各个方面。本领域技术人员应当理解，他们可轻易地使用本发明作为用于设计或者修改其他过程以及结构以实施相同的目的和/或实现本发明所介绍的实施例或示例的相同优点。本领域技术人员可理解的是，上述等效构造并未脱离本发明的精神和范围，并且可于不脱离本发明的精神和范围进行各种改变、替换和更改。

Claims (11)

1.一种半导体晶圆加工***，包括：

一加工腔，沿一长轴延伸；

一绝缘组件，位于该加工腔内；

一喷气管，位于该加工腔内并沿平行该长轴的方向延伸，其中该喷气管包括一加工区段及一下辅助区段，且多个喷气孔形成于该加工区段及该下辅助区段内，并且位于该下辅助区段内的所述喷气孔朝该绝缘组件设置；

一连结管，连接一进气端，由该加工腔外之一下端部沿平行该长轴的方向延伸至一上端部，并经由设置于该上端部的一开口与该喷气管连接；

一排气端，连结该加工腔；以及

一晶舟，设置于该绝缘组件上并位于该喷气管与该排气端之间，其中该晶舟包括配置用于乘载多个半导体晶圆的多个槽状结构，并且位于该加工区段内的所述喷气孔对齐所述槽状结构设置，

其中沿着平行该长轴的方向观察时，该进气端、该长轴以及该排气端形成一第一夹角，该进气端、该长轴与该喷气管形成一第二夹角，该第一夹角与该第二夹角互补。

2.如权利要求1所述的半导体晶圆加工***，其中位于该加工区段内的所述排气孔的数量相同于所述槽状结构的数量，并且每一位于该加工区段内的所述排气孔皆对齐于所述槽状结构的一者设置。

3.如权利要求1所述的半导体晶圆加工***，其中该绝缘组件包括多个片状结构，所述片状结构沿平行该长轴的方向排列；

其中，在垂直该长轴方向上，所述片状结构位于该喷气管上的投影与该下辅助区段内的所述排气孔交错设置。

4.如权利要求1所述的半导体晶圆加工***，其中该喷气管包括一上辅助区段，该上辅助区段位于该加工区段与该下辅助区段之间；

其中，多个喷气孔形成于该上辅助区段内，位于该上辅助区段内的所述喷气孔间的间距相同于位于该下辅助区段内的所述喷气孔间的间距。

5.如权利要求1所述的半导体晶圆加工***，其中该喷气管包括紧邻该加工区段的一上缓冲区段，且多个喷气孔形成于该上缓冲区段内；

其中，在平行该长轴方向上，位于该上缓冲区段内的所述喷气孔的高度高于所述槽状结构。

6.如权利要求1所述的半导体晶圆加工***，其中该喷气管包括紧邻该加工区段的一下缓冲区段，且多个喷气孔形成于该下缓冲区段内；

其中，在平行该长轴方向上，位于该下缓冲区段内的所述喷气孔的高度低于所述槽状结构。

7.如权利要求1所述的半导体晶圆加工***，其中该排气端与该喷气管位于该晶舟的相对二侧，并且该排气端与该喷气管相对于该长轴间的夹角相等于180度。

8.如权利要求1所述的半导体晶圆加工***，其中该排气端包括：

一外管道，连结该加工腔的一侧壁；以及

一内管道，套设于该外管道内部。

9.如权利要求1所述的半导体晶圆加工***，还包括一自动压力控制器连结该排气端，其中在该自动压力控制器的上游与该自动压力控制器的下游的压力差介于96000Pa至100000Pa之间。

10.一种加工半导体晶圆的方法，包括：

放置多个半导体晶圆至一锅炉设备内；

在一制程压力下加热所述半导体晶圆，该制程压力介于96000Pa至100000Pa之间；以及

通过一喷气管相对所述半导体晶圆及一绝缘组件供应一净化气体，

其中，该喷气管包括一加工区段及一下辅助区段，且多个喷气孔形成于该加工区段及该下辅助区段内，在该加工区段内之所述喷气孔朝相邻两个所述半导体晶圆之间的每一个间隙供应该净化气体，在该下辅助区段内之所述喷气孔朝该绝缘组件供应该净化气体；

其中藉由一连结管连接一进气端，该连结管由该加工腔外之一下端部沿平行一长轴的方向延伸至一上端部，并经由设置于该上端部的一开口与该喷气管连接；

其中沿着该长轴的方向观察时，该进气端、该长轴以及一排气端形成一第一夹角，该进气端、该长轴与该喷气管形成一第二夹角，该第一夹角与该第二夹角互补。

11.如权利要求10所述的加工半导体晶圆的方法，其中在所述半导体晶圆最靠近所述喷气孔之边缘与距离所述喷气孔所述半导体晶圆三分之二宽度的区域内，该净化气体的浓度一致。

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