CN117080129B - 一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法及***，该方法包括步骤：提供一常压炉管，其炉内压力随大气压变化而变化；基于常压炉管的历史生产数据获取通过其形成的氧化层的膜厚与形成氧化层过程中其炉内压力之间的第一关系系数k1及通过其形成的氧化层的膜厚与形成氧化层的氧化时间之间的第二关系系数k2；提供一半导体层并将其置于常压炉管中进行热氧化工艺以于其上生长氧化层并监测常压炉管实时炉内压力；基于实时炉内压力、k1及k2对生长氧化层的氧化时间进行动态调节控制氧化层厚度稳定性。该方法能够解决在常压炉管内生长的氧化层膜厚因大气压波动而波动的问题，提升常压炉管热氧化工艺制程能力，保证氧化层膜厚稳定性。

Description

一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法及***

技术领域

本发明属于半导体生产技术领域，涉及一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法及***。

背景技术

在半导体器件的整体结构中，二氧化硅层发挥中各种各样的作用，例如，应用于两层金属之间的绝缘介质层、应用于掺杂元素扩散时的掩蔽层、应用于MOS晶体管的绝缘栅介质层（即栅氧层）及实现相邻区域隔离的隔离介质层等。通常情况下形成二氧化硅层的方法包括热氧法及化学气相沉积法，由于热氧法制备的二氧化硅薄膜具有结构致密、均匀性好、电特性好及光刻胶粘附性好等优点，成为制作半导体器件关键部分的高质量二氧化硅薄膜的首选方法。

随着产品迭代与技术更新，半导体器件结构朝向尺寸微缩方向发展以大幅度提升器件性能，在此发展趋势下，对于半导体器件中各结构层（包括氧化层）的制程控制均在逐步缩进，而结构层的厚度差异会对器件的性能产生较大影响，以典型的栅氧层为例，目前的趋势是通过减小栅氧层厚度来提高栅控能力，增强晶体管的电流驱动能力和速度，但是，当栅氧层厚度低于一定值时又会产生量子隧道效应而产生隧穿电流，也就是栅氧层的厚度需要严格控制在一定数值范围内，稍微偏离厚度区间则会产生严重影响。目前，热氧法通常在常压炉管内进行，普通常压炉管内通常不会配备绝对控压装置，若想达到绝对控压效果则需要额外增加$100000/台的设备成本，而FAB厂常压炉管占比80%，基本不能对所有常压炉管配备绝对控压装置，因此，在使用常压炉管生长氧化层的过程中，氧化层的膜厚会随大气压波动而波动，请参阅图1，显示为一般情况下常压炉管生长氧化层时氧化层膜厚随大气压变化而变化的数据图（图1中点状线所示为炉内压力数据图，图1中实线所示为氧化层膜厚数据图），通过对执行相同热氧化工艺的不同生产批次中氧化层膜厚与大气压数据进行收集整理后可知（图1 中横坐标对应不同生产批次），大气压波动会导致氧化层膜厚产生数纳米的偏差，使得膜厚稳定性较差，进而导致产品一致性较差。

因此，如何提供一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法及***，以实现不需要在常压炉管内装设绝对控压装置而能够提高膜厚稳定性和工艺制程能力，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法及***，用于解决现有技术中在常压炉管内进行热氧化工艺时氧化层的膜厚受大气压波动影响较大而影响膜厚均匀性的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，包括以下步骤：

提供一常压炉管，所述常压炉管用于进行热氧化工艺以形成氧化层，所述常压炉管的炉内压力随大气压变化而变化；

基于所述常压炉管进行热氧化工艺的历史生产数据获取通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力之间的第一关系系数k1及氧化层的膜厚与氧化时间的第二关系系数k2；

提供至少一半导体层并将所述半导体层置于所述常压炉管中进行热氧化工艺以于所述半导体层上生长氧化层，并监测所述常压炉管的实时炉内压力；

基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节以控制所述氧化层的厚度稳定性。

可选地，监测所述常压炉管的实时炉内压力的方法包括设置至少一用于检测所述实时炉内压力的气压传感器。

可选地，所述气压传感器的位置包括所述常压炉管内及所述常压炉管外中的至少一种。

可选地，基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节以控制所述氧化层的厚度稳定性包括以下步骤：

提供一调机***，所述调机***与所述常压炉管及所述气压传感器连接；

将所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2输入所述调机***；

通过所述调机***基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节。

可选地，所述调机***包括调节数值计算模块及氧化时间调节模块，所述调节数值计算模块与所述气压传感器连接以基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2计算对生长所述氧化层的氧化时间的调节数值，所述氧化时间调节模块与所述常压炉管连接以对生长所述氧化层的氧化时间进行调节。

可选地，通过所述调机***基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节的方法包括：

当所述实时炉内压力低于预设值时，基于所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2减少所述氧化时间；

当所述实时炉内压力等于预设值时，维持所述氧化时间；

当所述实时炉内压力高于预设值时，基于所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2增加所述氧化时间。

可选地，通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力之间的第一关系系数k1及氧化层的膜厚与氧化时间的第二关系系数k2包括以下步骤：

保持第一预设工艺参数相同，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力进行拟合以得到所述第一关系系数k1；

保持第二预设工艺相同，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与氧化时间进行拟合以得到所述第二关系系数k2；

其中，所述第一预设工艺参数包括氧化时间，所述第二预设工艺参数包括所述常压炉管的炉内压力。

可选地，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力进行拟合的方法包括线性拟合，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与氧化时间进行拟合包括线性拟合。

可选地，所述第一预设工艺参数还包括氧化温度、氧化气体类型、氧化气体流量、硅片表面晶向及硅片掺杂类型中的至少一种；所述第二预设工艺参数还包括氧化温度、氧化气体类型、氧化气体流量、硅片表面晶向及硅片掺杂类型中的至少一种。

可选地，所述第一关系系数k1包括0.2 A/torr。

可选地，所述氧化层包括栅氧层、电容介质层、掩蔽氧化层、表面钝化层及场氧层中的至少一种。

可选地，所述热氧化工艺包括湿氧法及干氧法中的至少一种。

本发明还提供一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的***，包括：

常压炉管，用于执行热氧化工艺以形成氧化层，所述常压炉管的炉内压力随大气压变化而变化；

关系系数计算模块，所述关系系数计算模块的输入端与所述常压炉管连接以基于所述常压炉管的历史生产数据计算通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力之间的第一关系系数k1及氧化层的膜厚与氧化时间的第二关系系数k2；

实时气压采集模块，用于检测所述常压炉管的实时炉内压力；

调机***，包括调节数值计算模块及氧化时间调节模块，所述调节数值计算模块的输入端与所述关系系数计算模块及所述实时气压采集模块相连以基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2计算对对生长所述氧化层的氧化时间的调节数值，所述氧化时间调节模块的输入端与所述调节数值计算模块的输出端相连以对生长所述氧化层的氧化时间进行调节。

如上所述，本发明的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，在不需要购置绝对控压装置对常压炉管内炉内压力进行控制的前提下，通过监测常压炉管的实时炉内压力对氧化时间进行实时动态调整，能够解决在常压炉管内生长的氧化层膜厚因大气压波动而波动的问题，有效提升常压炉管执行热氧化工艺时的制程能力，保证氧化层的膜厚稳定性，从而进一步确保产品良率。本发明的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的***，在常压炉管执行热氧化工艺时能够基于对常压炉管的炉内压力实时监测而实时调整氧化时间从而实现氧化层膜厚基本不受大气压波动的影响，能够有效提升常压炉管执行热氧化工艺时的制程能力，保证氧化层的膜厚稳定性。

附图说明

图1显示为一般情况下常压炉管生长氧化层时氧化层膜厚随大气压变化而变化的数据图。

图2显示为常压炉管的尾排与炉内压力差数据图。

图3显示为FAB厂务端对FAB内外压差进行控制的控压模型工作示意图。

图4显示为本发明的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法的步骤流程图。

图5显示为本发明的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法中对炉内压力与氧化层膜厚进行线性拟合的数据图。

图6显示为采用本发明的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法前后同一常压炉管执行热氧化工艺时氧化层膜厚与炉内压力的数据图。

图7显示为本发明的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的***的整体结构示意图。

元件标号说明：S1~S4 步骤。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

目前，针对氧化层膜厚受大气压波动影响较大的应对方法是：根据前一批次热氧化工艺过程中大气压的平均值，在后一批次热氧化工艺之前对氧化时间进行适量调整，以尽量减小氧化层的膜厚偏差值，但是，一方面，这样的操作方法需要人力手动按时调整，发生氧化层膜厚偏离的风险仍然较大，另一方面，由于大气压波动的随机性较大，两个批次对应的大气压平均值可能存在较大差异，依据前一批次大气压值调整后一批次氧化时间的方法依旧不能达到很好地控制氧化层膜厚稳定性的效果。经过对背景技术中描述的在常压炉管中生长的氧化层膜厚随大气压波动而波动的现象进行分析后，发明人认为常压炉管中生长的氧化层膜厚受到大气压影响的原因在于以下四点：第一，热氧化工艺属于高温制程，对于气压变化较为敏感，轻微的气压变化会导致氧化层的膜厚发生较大偏差；第二，普通常压炉管设备未配备绝对控压装置，不能实现内部压力的绝对控制，导致炉内气压直接受炉外气压影响；第三，炉管内进行热氧化后反应气体量与炉管排气量基本一致，请参阅图2，显示为常压炉管的尾排与炉内压力差数据图，通过常压炉管设备尾排传感器确认炉内压力与炉外压力之间的压力差值为恒定值（持续稳定，不会因制程而发生波动）；第四，请参阅图3，显示为FAB厂务端对FAB内外压差进行控制的控压模型工作示意图，厂务端仅能控制FAB厂内外压差为恒定值而不能控制FAB厂内部区域压力维持定值，使得炉内压力随FAB厂外大气压变化而变化，并且炉内压力与大气压之间的气压差值同样为恒定值。由于氧化层的膜厚不仅仅只受到大气压变化的影响，在氧化层的生长过程中，还会因氧化时间、氧化温度、氧化气体类型、氧化气体流量等因素的影响，而基于常压炉管的历史生产数据进行分析并进行多次试验后发现，在控制其他参数条件不变的情况下，氧化层的膜厚与炉内压力之间实际上呈线性关系，也就是，膜厚随炉内压力变化的影响是线性变化，每增加或降低一定的炉内压力值，膜厚增加或降低的数值为定值，而经过进一步分析后发现，若保持其他参数条件不变的情况下，氧化层的膜厚与进行氧化工艺所需的氧化时间之间同样存在线性关系，因此，发明人认为，在没有办法控制炉内压力保持定值的情形下，可以通过氧化层的膜厚与氧化时间之间的特定关系以及氧化层的膜厚与炉内压力之间的特定关系两者协同作用进行实时调整，从而提高氧化层膜厚稳定性和热氧化工艺制程能力，具体技术方案请参阅如下内容。

实施例一

本实施例提供一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，请参阅图4，显示为该方法的步骤流程图，包括以下步骤：

S1：提供一常压炉管，所述常压炉管用于进行热氧化工艺以形成氧化层，所述常压炉管的炉内压力随大气压变化而变化；

S2：基于所述常压炉管进行热氧化工艺的历史生产数据获取通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力之间的第一关系系数k1及氧化层的膜厚与氧化时间的第二关系系数k2；

S3：提供至少一半导体层并将所述半导体层置于所述常压炉管中进行热氧化工艺以于所述半导体层上生长氧化层，并监测所述常压炉管的实时炉内压力；

S4：基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节以控制所述氧化层的厚度稳定性。

首先，执行步骤S1，提供一常压炉管，所述常压炉管用于进行热氧化工艺以形成氧化层，所述常压炉管的炉内压力随大气压变化而变化。也就是将待生长氧化层的半导体层置于常压炉管中进行热氧化工艺以得到预设膜厚的氧化层，由于常压炉管内未配备绝对控压装置使得常压炉管的内部压力（即炉内压力）随着大气压的变化而变化，导致置于所述常压炉管内的半导体层上生长的氧化层厚度产生波动，可能会偏离预设膜厚而影响膜厚稳定性，对后续制程均会产生不利影响。

作为示例，所述热氧化工艺包括湿氧法及干氧法中的至少一种，由于湿氧法和干氧法形成的氧化层的性能存在差异，在所述常压炉管内可以基于实际需要选择进行湿氧法工艺或干氧法工艺形成所述氧化层。

作为示例，所述氧化层包括栅氧层、电容介质层、掩蔽氧化层、表面钝化层及场氧层中的至少一种。本实施例中所述氧化层为栅氧层，由于栅氧层相对其他氧化层而言整体膜厚较小，轻微的大气压波动会导致其偏离预设膜厚的程度较大（偏移值占整体厚度的比例较大），并且就目前器件的结构要求而言，对于栅氧层的膜厚要求极高，栅氧层的膜厚偏低或偏高均对器件整体性能造成严重影响，在当前常压炉管中生长栅氧层时，由于大气压波动所带来的影响已经远超制程可接受范围。当然，在其他实施例中，所述氧化层也可为其他厚氧化层，如场氧层等，大气压波动同样会对较厚的氧化层膜厚稳定性产生影响，不过就目前而言，在使用常压炉管进行厚氧化层的热氧化工艺时，大气压波动产生的膜厚偏差对厚氧化层整体厚度影响不是非常大（偏移值占整体厚度的比例较小），能够被接收，但是同样通过该方法提高制程能力。

执行步骤S2，基于所述常压炉管进行热氧化工艺的历史生产数据获取通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力之间的第一关系系数k1及氧化层的膜厚与氧化时间的第二关系系数k2。

作为示例，步骤S2具体包括以下步骤：

保持第一预设工艺参数相同，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力进行拟合以得到所述第一关系系数k1；

保持第二预设工艺相同，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与氧化时间进行拟合以得到所述第二关系系数k2；

其中，所述第一预设工艺参数包括氧化时间，所述第二预设工艺参数包括所述常压炉管的炉内压力。

作为示例，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力进行拟合的方法包括线性拟合，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与氧化时间进行拟合包括线性拟合。以对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力进行线性拟合为例，请参阅图5，显示为对炉内压力与氧化层膜厚进行线性拟合的数据图，以所述炉内压力为自变量，以所述氧化层的膜厚为因变量，对所述炉内压力与所述氧化层的膜厚进行线性拟合即可得到所述第一关系系数k1，图5中所示k1为0.2 A/torr。需要说明的是，由于所述炉内压力在形成一定膜厚的氧化层的整个过程中存在波动，线性拟合中采用的炉内压力为生长对应膜厚的氧化层的过程中的炉内压力平均值。

作为示例，所述第一预设工艺参数还包括氧化温度、氧化气体类型、氧化气体流量、硅片表面晶向及硅片掺杂类型中的至少一种，所述第二预设工艺参数还包括氧化温度、氧化气体类型、氧化气体流量、硅片表面晶向及硅片掺杂类型中的至少一种。

作为示例，所述第一关系系数k1包括0.2 A/torr。

具体的，在保持其他参数（包括氧化时间）不变的情况下，在所述常压炉管内通过热氧化工艺生长的氧化层的膜厚与炉内压力之间存在恒定的关系系数（即所述第一关系系数k1），同样，在保持其他参数（包括炉内压力）不变的情况下，在常压炉管内通过热氧化工艺生长的氧化层的膜厚与进行热氧化工艺的氧化时间之间存在恒定的关系系数（即所述第二关系系数k2），因此，通过收集所述常压炉管的一部分或全部历史生产数据并进行计算分析能够得到所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2，历史生产数据指的是所述常压炉管在执行步骤S3之前执行的所有生产批次中热氧化生长氧化层时所记录的参数（包括炉内压力、膜厚、氧化时间等）数据。

执行步骤S3，提供至少一半导体层并将所述半导体层置于所述常压炉管中进行热氧化工艺以于所述半导体层上生长氧化层，并监测所述常压炉管的实时炉内压力。

作为示例，监测所述常压炉管的实时炉内压力的方法包括设置至少一用于检测所述实时炉内压力的气压传感器。

进一步地，所述气压传感器的位置包括所述常压炉管内及所述常压炉管外中的至少一种。经过前述内容可知，对于同一常压炉管而言，所述常压炉管内的压力（炉内压力）与所述常压炉管外的压力（炉外压力）之间的差值为定值，因此，将所述气压传感器置于所述常压炉管内及所述常压炉管外均可以实现对炉内压力的检测，区别在于，若是将所述气压传感器置于常压炉管外，在后续对氧化时间的调节数值计算时需要将炉内压力与炉外之间的压力差考虑进去，并不会额外增加计算难度，此外，由于热氧化工艺属于高温工艺（＞700℃），若将压力传感器设置于所述常压炉管内检测炉内压力时，对于气压传感器的耐高温性能需要进行限定，需要采用耐热氧化工艺温度上限的压力传感器，否则会存在对于气压检测不准确以及造成压力传感器损坏的问题发生，增加不必要的生产成本。

作为示例，检测所述常压炉管的实时炉内压力在所述半导体层开始生长氧化层之前以及所述半导体层生长氧化层的过程中进行，即将所述半导体层置于常压炉管中之后即可开始监测炉内压力值而不是在热氧化工艺进行过程中才开始监测，这样，能够保证氧化层生长过程从始至终均稳定进行，提高制程能力。

执行步骤S4，基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节以控制所述氧化层的厚度稳定性。

作为示例，步骤S4具体包括以下步骤：

提供一调机***，所述调机***与所述常压炉管及所述气压传感器连接；

将所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2输入所述调机***；

通过所述调机***基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对所述常压炉管的氧化时间进行动态调节。

作为示例，所述调机***包括调节数值计算模块及氧化时间调节模块，所述调节数值计算模块与所述气压传感器连接以基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2计算对生长所述氧化层的氧化时间的调节数值，所述氧化时间调节模块与所述常压炉管连接（更具体的是与常压炉管的控制端连接以能够对常压炉管的工艺菜单中的工艺参数进行修改）以对生长所述氧化层的氧化时间进行调节。

作为示例，通过所述调机***基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对所述常压炉管的氧化时间进行动态调节的方法包括：

当所述实时炉内压力低于预设值时，基于所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2减少所述氧化时间；

当所述实时炉内压力等于预设值时，维持所述氧化时间；

当所述实时炉内压力高于预设值时，基于所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2增加所述氧化时间。需要说明的是，此处所说的预设值指的是在常压炉管内生长理想膜厚的氧化层时需要在特定的炉内压力下执行特定氧化时间的热氧化工艺时所对应的特定炉内压力值。

具体的，保持其他工艺参数相同条件下，对炉管内压力与膜厚进行拟合得到膜厚与炉管内压力之间的第一关系系数k1（比如，k1为0.2 A/torr，即意味着大气压每升高1torr，膜厚增加0.2埃），同样，在保持其他工艺参数相同条件下，获取膜厚与氧化时间之间的第二关系系数k2（比如，当采用湿氧法制作100埃以内氧化层时，k2为0.03 A/s，即氧化时间每增加1s，膜厚增加0.03埃），执行热氧化工艺并实时监测炉管内压力，将检测到的炉管内压力值输出到调机***，调机***接收到炉管内压力值后，基于所述炉管内压力值至、第一关系系数k1和第二关系系数k2综合计算出需要对氧化时间进行调整的数值，并基于该氧化时间调整数值对氧化时间作出实时调整（例如，大气压升高了1torr，相当于膜厚会增加0.2埃，那么就要减少氧化时间6.67s），从而保持膜厚稳定性，上述第一关系系数k1及第二关系系数k2的数值仅对如何结合实时炉内压力值以对氧化时间进行调节进行示例说明，实际中并不一定与上述两个数值相等。

具体的，请参阅图6，显示为采用该控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法前后同一常压炉管执行热氧化工艺时氧化层膜厚与炉内压力的数据图，图6中点状线所示为炉内压力数据图，图6中实线所示为氧化层膜厚数据图，在采用该方法控制氧化层膜厚稳定性之前，氧化层的膜厚受炉内压力影响较大，当炉内压力随着大气压波动剧烈时，氧化层的膜厚会因此而产生较大偏差，整体稳定性较差，影响最终制作得到的晶体管结构与性能；而在采用该方法控制氧化层膜厚稳定性之后，即使炉内压力仍然随大气压波动而发生较大变化，但是氧化层膜厚的波动程度明显减小，控制在一个较小的偏差范围内（如图中虚线框所示），相较于采用该方法之前，氧化层膜厚稳定性显著提升，有效提升常压炉管热氧化工艺制程能力和产品良率。

本实施例的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，在不需要购置绝对控压装置对常压炉管内炉内压力进行控制的前提下，通过监测常压炉管的实时炉内压力对氧化时间进行实时动态调整（相当于随炉内压力变化自适应调节氧化时间），能够解决在常压炉管内生长的氧化层膜厚因大气压波动而波动的问题，有效提升常压炉管执行热氧化工艺时的制程能力，保证氧化层的膜厚稳定性，从而进一步确保产品良率。

实施例二

本实施例提供一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的***，该***用于实现如实施例一中所述的方法或其他合适方法，请参阅图7，显示为该***的整体结构示意图，包括常压炉管、关系系数计算模块、实时气压采集模块及调机***。

具体的，所述常压炉管用于执行热氧化工艺以形成氧化层，所述常压炉管的炉内压力随大气压变化而变化；所述关系系数计算模块的输入端与所述常压炉管连接以基于所述常压炉管的历史生产数据计算所述氧化层的膜厚与所述炉内压力之间的第一关系系数k1并计算所述氧化层的膜厚与形成所述氧化层的氧化时间之间的第二关系系数k2；所述实时气压采集模块用于检测所述常压炉管的实时炉内压力，所述调机***包括调节数值计算模块及氧化时间调节模块，所述调节数值计算模块的输入端与所述关系系数计算模块的输出端及所述实时气压采集模块的输出端分别相连以基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2计算对所述氧化时间的调节数值，所述氧化时间调节模块的输入端与所述调节数值计算模块的输出端相连以对所述常压炉管的氧化时间进行调节。

作为示例，所述实时气压采集模块包括至少一气压传感器，所述气压传感器的位置位于所述常压炉管内及所述常压炉管内中的至少一种。

作为示例，所述关系系数计算模块及调机***可装设于同一计算机装置中，或者分别装设于不同的计算机装置中，例如，可以装设于常压炉管的控制端装置。

本实施例的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的***，在常压炉管执行热氧化工艺时能够基于对常压炉管的炉内压力实时监测而实时动态调整氧化时间从而实现氧化层膜厚基本不受大气压波动的影响，能够有效提升常压炉管执行热氧化工艺时的制程能力，保证氧化层的膜厚稳定性。

综上所述，本发明的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，在不需要购置绝对控压装置对常压炉管内炉内压力进行控制的前提下，通过监测常压炉管的实时炉内压力对氧化时间进行实时动态调整，能够解决在常压炉管内生长的氧化层膜厚因大气压波动而波动的问题，有效提升常压炉管执行热氧化工艺时的制程能力，保证氧化层的膜厚稳定性，从而进一步确保产品良率。本发明的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的***，在常压炉管执行热氧化工艺时能够基于对常压炉管的炉内压力实时监测而实时动态调整氧化时间从而实现氧化层膜厚基本不受大气压波动的影响，能够有效提升常压炉管执行热氧化工艺时的制程能力，保证氧化层的膜厚稳定性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一常压炉管，所述常压炉管用于进行热氧化工艺以形成氧化层，所述常压炉管的炉内压力随大气压变化而变化；

基于所述常压炉管进行热氧化工艺的历史生产数据获取通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力之间的第一关系系数k1及氧化层的膜厚与氧化时间的第二关系系数k2；

提供至少一半导体层并将所述半导体层置于所述常压炉管中进行热氧化工艺以于所述半导体层上生长氧化层，并监测所述常压炉管的实时炉内压力；

基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节以控制所述氧化层的厚度稳定性；

其中，基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节包括以下步骤：当所述实时炉内压力低于或高于预设压力时，将所述实时炉内压力与所述预设压力作差以得到炉内压力偏移值，基于所述炉内压力偏移值及所述第一关系系数k1得到氧化层的膜厚偏移值，并基于所述氧化层的膜厚偏移值及所述第二关系系数k2得到氧化时间的调节值。

2.根据权利要求1所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于：监测所述常压炉管的实时炉内压力的方法包括设置至少一用于检测所述实时炉内压力的气压传感器。

3.根据权利要求2所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于：所述气压传感器的位置包括所述常压炉管内及所述常压炉管外中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于，基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节以控制所述氧化层的厚度稳定性包括以下步骤：

提供一调机***，所述调机***与所述常压炉管及所述气压传感器连接；

将所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2输入所述调机***；

通过所述调机***基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节。

5.根据权利要求4所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于：所述调机***包括调节数值计算模块及氧化时间调节模块，所述调节数值计算模块与所述气压传感器连接以基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2计算对生长所述氧化层的氧化时间的调节数值，所述氧化时间调节模块与所述常压炉管连接以对生长所述氧化层的氧化时间进行调节。

6.根据权利要求4所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于，通过所述调机***基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节的方法包括：

当所述实时炉内压力低于预设值时，基于所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2减少所述氧化时间；

当所述实时炉内压力等于预设值时，维持所述氧化时间；

当所述实时炉内压力高于预设值时，基于所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2增加所述氧化时间。

7.根据权利要求1所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于，通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力之间的第一关系系数k1及氧化层的膜厚与氧化时间的第二关系系数k2包括以下步骤：

保持第一预设工艺参数相同，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力进行拟合以得到所述第一关系系数k1；

保持第二预设工艺相同，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与氧化时间进行拟合以得到所述第二关系系数k2；

其中，所述第一预设工艺参数包括氧化时间，所述第二预设工艺参数包括所述常压炉管的炉内压力。

8.根据权利要求7所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于：对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力进行拟合的方法包括线性拟合，对通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与氧化时间进行拟合包括线性拟合。

9.根据权利要求7所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于：所述第一预设工艺参数还包括氧化温度、氧化气体类型、氧化气体流量、硅片表面晶向及硅片掺杂类型中的至少一种；所述第二预设工艺参数还包括氧化温度、氧化气体类型、氧化气体流量、硅片表面晶向及硅片掺杂类型中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于：所述第一关系系数k1包括0.2 A/torr。

11.根据权利要求1所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于：所述氧化层包括栅氧层、电容介质层、掩蔽氧化层、表面钝化层及场氧层中的至少一种。

12.根据权利要求1所述的控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的方法，其特征在于：所述热氧化工艺包括湿氧法及干氧法中的至少一种。

13.一种控制常压炉管工艺中氧化层膜厚稳定性的***，其特征在于，包括：

常压炉管，用于执行热氧化工艺以形成氧化层，所述常压炉管的炉内压力随大气压变化而变化；

关系系数计算模块，所述关系系数计算模块的输入端与所述常压炉管连接以基于所述常压炉管的历史生产数据计算通过所述常压炉管进行热氧化工艺时氧化层的膜厚与所述常压炉管的炉内压力之间的第一关系系数k1及氧化层的膜厚与氧化时间的第二关系系数k2；

实时气压采集模块，用于检测所述常压炉管的实时炉内压力；

调机***，包括调节数值计算模块及氧化时间调节模块，所述调节数值计算模块的输入端与所述关系系数计算模块及所述实时气压采集模块相连以基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2计算对对生长所述氧化层的氧化时间的调节数值，所述氧化时间调节模块的输入端与所述调节数值计算模块的输出端相连以对生长所述氧化层的氧化时间进行调节；

其中，基于所述实时炉内压力、所述第一关系系数k1及所述第二关系系数k2对生长所述氧化层的氧化时间进行动态调节包括以下步骤：当所述实时炉内压力低于或高于预设压力时，将所述实时炉内压力与所述预设压力作差以得到炉内压力偏移值，基于所述炉内压力偏移值及所述第一关系系数k1得到氧化层的膜厚偏移值，并基于所述氧化层的膜厚偏移值及所述第二关系系数k2得到氧化时间的调节值。