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CN116083877A - 一种炉管与形成薄膜的方法 - Google Patents

一种炉管与形成薄膜的方法 Download PDF

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CN116083877A
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nitrogen
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silicon
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王庆隆
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Changxin Memory Technologies Inc
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Changxin Memory Technologies Inc
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Abstract

本申请实施例提供一种炉管与形成薄膜的方法。其中，所述炉管包括：反应室；所述反应室中设置有承载衬底的晶舟和用于通入气体的注入管路集；其中，所述通入气体至少包括：含硅反应气体、含氮反应气体、除杂反应气体和清洁气体；所述注入管路集包括竖直设置的第一气体注入管路和第二气体注入管路，其中：所述第一气体注入管路为从顶部至底部均设置有喷气孔的单管，所述第一气体注入管路至少延伸至所述晶舟的顶部和底部；所述第二气体注入管路为采用弯管接头和两个单管形成的U型或倒U型管路，所述第二气体注入管路至少延伸至所述晶舟的顶部和底部，在所述两个单管中远离进气口的单管上从顶部至底部均设置有喷气孔。

Description

一种炉管与形成薄膜的方法
技术领域
本申请涉及但不限于半导体储存器技术领域，尤其涉及一种炉管与形成薄膜的方法。
背景技术
相关技术中，半导体器件在制备过程中会采用原子层沉积工艺在硅衬底表面形成薄膜，此工艺是将反应气体交替的通入反应腔室，并在沉积表面发生化学反应形成薄膜，具有较好的阶梯覆盖性能、精确的单层膜厚的控制。但在薄膜形成的过程中，由于反应气体分布不均，通入的反应气体往往会引入杂质，导致薄膜成型不均，影响后续工艺效果，导致最终形成的半导体器件性能差异过大，良率较低。
发明内容
本申请实施例提供一种炉管与形成薄膜的方法。
第一方面，本申请实施例提供一种炉管，包括：反应室；所述反应室中设置有承载衬底的晶舟和用于通入气体的注入管路集；
其中，所述通入气体至少包括：含硅反应气体、含氮反应气体、除杂反应气体和清洁气体；所述注入管路集包括竖直设置的第一气体注入管路和第二气体注入管路，其中：
所述第一气体注入管路为从顶部至底部均设置有喷气孔的单管，所述第一气体注入管路至少延伸至所述晶舟的顶部和底部；
所述第二气体注入管路为采用弯管接头和两个单管形成的U型或倒U型管路，所述第二气体注入管路至少延伸至所述晶舟的顶部和底部，在所述两个单管中远离进气口的单管上从顶部至底部均设置有喷气孔。
第二方面，本申请实施例提供一种形成薄膜的方法，包括：
通过注入管路集向反应室注入含硅反应气体，使所述含硅反应气体吸附到反应室中的衬底表面上；
通过注入管路集向所述反应室中注入含氮反应气体，将被吸附的含硅反应气体暴露于包含氮自由基的等离子体中，使被吸附的含硅反应气体在衬底上形成薄膜层；
在注入含氮反应气体之前或之后，向所述反应室中注入除杂反应气体，去除含硅反应气体引入的杂质；
至少循环含硅反应气体、含氮反应气体和除杂反应气体的通入工序，直至衬底上形成薄膜层达到预设厚度。
本申请实施例中，通过在反应室中设置用于通入气体的注入管路集；其中所述注入管路集包括竖直设置的第一气体注入管路和第二气体注入管路，其中：所述第一气体注入管路为从顶部至底部均设置有喷气孔的单管，所述第一气体注入管路至少延伸至所述晶舟的顶部和底部；所述第二气体注入管路为采用弯管接头和两个单管形成的U型或倒U型管路，所述第二气体注入管路至少延伸至所述晶舟的顶部和底部，在所述两个单管中远离进气口的单管上从顶部至底部均设置有喷气孔。本申请实施例中，通过设置不同形状的气体注入管路，使气体均匀分布在晶舟上的衬底上，提高衬底表面的薄膜均匀率，从而保证后续在薄膜上实施的刻蚀工艺能够在不同薄膜处维持统一的刻蚀速率，保证器件制备的精度。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1a至图1d为本申请实施例提供的一种炉管的组成结构示意图；
图1e为本申请实施例提供的一种炉管中的氢气或者氨气流场分布示意图；
图1f为本申请实施例提供的一种炉管的组成结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种炉管的组成结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种薄膜形成方法的实现流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种薄膜形成方法的实现流程示意图；
图5为本申请实施例提供的一种薄膜形成方法的实现流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
氮化硅薄膜在集成电路的器件制备过程中有重要作用，可以被用作间隔层、蚀刻阻挡、电容器、层间绝缘物等，氮化硅薄膜工艺也是重要的制备工序之一。氮化硅薄膜采用原子层沉积工艺时，需要采用二氯硅烷(SiH2Cl2，DCS)作为前驱气体，但二氯硅烷在生成氮化硅的过程中，会有氯气产生，少量氯气沉积在氮化硅薄膜内，氯气会造成器件的稳定度差和湿式蚀刻率过快问题；原子沉积工艺采用批次式反应的方式，而所采用的炉管无法让反应气体均匀分布，导致不同位置处的晶舟所接处的反应气体浓度也不同，生成的氮化硅薄膜厚度不均，容易造成湿式蚀刻率在薄膜不同位置有差异。例如，过快的湿式蚀刻率对于位线侧壁的氮化硅而言，需要较厚膜厚度来抵抗漏电流问题，增加位线侧壁的厚度会导致位于两个位线之间的接触节点面积过小，会对器件的读写速度造成变慢问题。如何通过原子沉积工艺制备厚度均匀，杂质含量极少的氮化硅薄膜，提高器件的工艺稳定性。
下面通过附图及具体实施例对本申请做进一步的详细说明。
本申请实施例提供一种炉管，如图1a所示，包括：反应室10；反应室中堆叠设置有晶舟12和用于通入气体的注入管路集13，其中，晶舟上承载半导体衬底11或晶圆11；
其中，通入气体至少包括：含硅反应气体、含氮反应气体、除杂反应气体和清洁气体；注入管路集13包括竖直设置的第一气体注入管路131和第二气体注入管路132，其中：
第一气体注入管路131为从顶部至底部均设置有喷气孔133的单管，第一气体注入管路131至少延伸至晶舟12的顶部121和底部122；
第二气体注入管路132为采用弯管接头132a和两个单管132b形成的U型或倒U型管路，第二气体注入管路132至少延伸至晶舟12的顶部121和底部122，在两个单管132b中远离进气口的单管上从顶部至底部均设置有喷气孔133。
这里，所述炉管可以为分批式垂直炉，可以使得多个衬底(也可称为晶圆或晶片)按预定的间距以多级方式支撑在各自的晶舟中，晶舟可以为石英舟。反应室可以为圆柱状或其他形状，晶舟位于圆柱状的反应室中。在沉积形成氮化硅或者其他薄膜期间，晶舟可以由旋转组件带动旋转，能够使氮化硅在衬底上更为均匀的生长，进一步提高了氮化硅薄膜的均一性。
可以理解的是，含硅反应气体可以包括以下至少之一：二氯硅烷(Si2H2Cl2，DCS)、六氯乙硅烷(HCD)等；含氮反应气体可以包括以下至少之一：氨(NH3)和肼(N2H4)等。清洁气体可以采用与反应气体和氮化硅不反应的非活性气体，例如氩(Ar)、氮(N2)、氦(He)、氙(Xe)、氖(Ne)等。除杂反应气体可以为氢气，用于去除含硅反应气体引入的杂质，例如DCS引入的氯离子或者氯自由基，从而组合产生氯气。通过通入除杂反应气体，可以减少DCS与氨气生成HCl，减少对氮化硅薄膜的侵蚀造成氮化硅薄膜不均匀，进而提高器件的稳定度并减少刻蚀速率过快的问题。
在一些实施例中，所述含硅反应气体可以替换为含钛反应气体，进而可以生成氮化钛薄膜。
在实施时，第一气体注入管路的材质可以为石英材质，第二气体注入管路的材质也可以为石英材质，也可以为其他耐高温且不与通入的气体进行反应的材质。
在一些实施例中，如图1b所示，反应室内还设置有用于支撑晶舟的底盘14，第一气体注入管路131和第二气体注入管路132设置在底盘14的侧边缘，如此，第一气体注入管路和第二气体注入管路可以稳定的固定在反应室内。
在实施时，第一气体注入管路和第二气体注入管路的喷气孔可以根据实际需要来确定，这里并不限定。例如，第一气体注入管路从底部到顶部的方向上，喷气孔的孔径依次减小；第二气体注入管路从靠近进气口的一端到远离所述进气口另一端的方向上，所述喷气孔孔径依次减小。这样，第一气体注入管路和第二气体注入管路上均具有孔径不一的喷气孔，可以使反应室内不同晶舟位置的气体分布均匀。
在一些实施例中，从底部到顶部的方向上，所述第一气体注入管路的喷气孔的孔径依次减小，上部喷气孔孔径为底部喷气孔孔径的1/3至2/3倍，中部喷气孔孔径为底部喷气孔孔径的3/4至2/3倍。
在一些实施例中，底部的喷气孔孔径为1.0毫米(mm)，中部的喷气孔孔径为0.75mm，顶部的喷气孔孔径为0.5mm。通过在不同形状的气体注入管路中设置不同孔径的喷气孔，使气体更加均匀地分布在晶舟上的衬底上。
本申请实施例中，通过设置不同形状的气体注入管路，使气体均匀分布在晶舟上的衬底上，提高衬底表面的薄膜均匀率，从而保证后续在薄膜上实施的刻蚀工艺能够在不同薄膜处维持统一的刻蚀速率，保证器件制备的精度。
在一些实施例中，如图1b所示，所述注入管路集13还包括竖直设置的第三气体注入管路134；
所述第三气体注入管路134为从顶部至底部均设置有喷气孔133的单管，所述第三气体注入管路134至少延伸至所述晶舟的底部和中部。
这里，第三气体注入管路的长度可以是第一气体注入管路长度的一半，其顶部位于晶舟的中部，可以设置在第一气体注入管路与第二气体注入管路的中间。
在一些实施例中，如图1c所示，所述注入管路集13还包括水平设置的第四气体注入管路135，所述第四气体注入管路135设置有喷气孔的单管。
这里，第四气体注入管路可以是一根水平设置的短直管，可以与第二气体注入管路相邻地设置在底盘边缘；第四气体注入管路也可以是一个缠绕在底盘上的曲形管，这里并不限定。
在一些实施例中，如图1d所示，所述注入管路集13可以同时包括所述第一气体注入管路131、所述第二气体注入管路132、所述第三气体注入管路134和所述第四气体注入管路135。如此，通入的反应气体就可以更加均匀地分布在晶舟上的衬底上。通过采用如图1d所示的炉管，第一气体注入管路、第二气体注入管路、第三气体注入管路和第四气体注入管路中的氨气或氢气流场分布如图1e所示，可以看出，第一气体注入管路131中的氢气或者氨气，在炉管的顶部区域浓度最大，从炉管的顶部区域至底部区域浓度逐渐减小；第二气体注入管路132中的氢气或者氨气，在炉管的中心区域浓度最大，从炉管的中心区域至顶部区域或者底部区域浓度逐渐减小；第三气体注入管路134中的氢气或者氨气，在炉管的下部区域浓度最大，顶部区域浓度最小；第四气体注入管路135中的氢气或者氨气，在炉管的底部区域浓度最大，从炉管的底部区域至炉管的顶部区域浓度逐渐减小。
在一些实施例中，参见图1f，所述炉管还包括：进气管17，与所述反应室10连通，至少用于通入所述含硅反应气体、所述含氮反应气体、所述除杂反应气体和所述清洁气体；
排气管18，与所述反应室10连通，至少用于排出所述清洁气体和反应后剩余的所述含硅反应气体、所述含氮反应气体和所述除杂反应气体。
本申请实施例提供一种炉管，如图2所示，其中，左图为炉管的平面组成结构示意图，右图为注入管路集的组成结构示意图。炉管包括：反应室10；反应室中设置有承载衬底11的晶舟12和用于通入气体的注入管路集13；
其中，通入气体至少包括：含硅反应气体、含氮反应气体、除杂反应气体和清洁气体；注入管路集13包括竖直设置的第一气体注入管路131和第二气体注入管路132，其中：
第一气体注入管路131为从顶部至底部均设置有喷气孔133的单管，第一气体注入管路131至少延伸至晶舟12的顶部121和底部122；
第二气体注入管路132为采用弯管接头132a和两个单管132b形成的U型或倒U型管路，第二气体注入管路132至少延伸至晶舟12的顶部121和底部122，在两个单管132b中远离进气口的单管上从顶部至底部均设置有喷气孔133；
设置于反应室10内的射频电极15，用于对通入反应室10内的含氮反应气体、除杂反应气体进行自由基活化；
加热组件16，用于对所述衬底11进行高温回火处理。
这里，射频电极15对含氮反应气体、除杂反应气体进行自由基活化，可以减小负载效应，提高形成氮化硅薄膜的质量。在实施时，射频电极的功率可以是50瓦至500瓦。
这里，加热组件16可以是加热器，为了使加热更加均匀，加热器可以包括多个子加热器，例如5个子加热器，5个子加热器分别用于加热反应室的顶部区域、上部区域、中心区域、下部区域和底部区域。在实施时，加热组件还用于维持反应室中的温度，使含硅反应气体与含氮反应气体进行反应。高温回火处理可以优化氮化硅薄膜微观结构，从而提高形成氮化硅薄膜的致密度，改善湿式蚀刻率过快问题。
在一些实施例中，所述炉管还包括：进气管，与所述反应室连通，至少用于通入所述含硅反应气体、所述含氮反应气体、所述除杂反应气体和所述清洁气体；
排气管，与所述反应室连通，至少用于排出所述清洁气体和反应后剩余的所述含硅反应气体、所述含氮反应气体和所述除杂反应气体。
在一些实施例中，所述炉管还包括：设置于所述进气管上的阀门，用于调整所述反应室内的压力。
通过调整阀门可以改变反应室内的压力，如此，可以解决反应室内压力分布不均的问题，降低反应室不同高度位置的反应气体浓度差异，甚至使得反应室不同高度位置的反应气体浓度均一，以提高氮化物薄膜在反应室不同高度位置的膜厚均匀性，进而提器件的稳定度。
在一些实施例中，所述炉管还包括：设置于所述反应室内的底盘，所述底盘用于支撑晶舟；所述注入管路集设置在所述底盘侧边缘。
在一些实施例中，所述炉管还包括：设置于所述进气管上的质量流量控制器，用于在通入气体时按照气体类型通过所述质量流量控制器控制所述气体的质量。如此，可以精确控制通入气体的量，从而促进反应生成氮化硅的速率。
本申请实施例提供一种形成薄膜的方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S301，通过注入管路集向反应室注入含硅反应气体，使所述含硅反应气体吸附到反应室中的衬底表面上。
这里，为了使注入的反应气体分布更加均匀，注入管路集可以是本申请提供的炉管中的注入管路集。例如，如图1a所述的注入管路集13，包括竖直设置的第一气体注入管131和第二气体注入管路132，其中：第一气体注入管路131为从顶部至底部均设置有喷气孔133的单管，第一气体注入管路131至少延伸至晶舟12的顶部121和底部122；第二气体注入管路132为采用弯管接头132a和两个单管132b形成的U型或倒U型管路，第二气体注入管路132至少延伸至晶舟12的顶部121和底部122，在两个单管132b中远离进气口的单管上从顶部至底部均设置有喷气孔133。在一些实施例中，也可以采用如图1b、1c或1d中所示的注入管路集。
这里，衬底可以是硅衬底、锗衬底、锗硅衬底、Ⅲ-Ⅳ族衬底、碳化硅衬底、二氧化硅层等，也可以为形成于上述衬底中的沟槽、深孔等凹槽结构或者其他需要形成氮化硅薄膜的结构，例如待形成位线侧墙结构的衬底、待形成刻蚀阻挡层、层间绝缘物或间隔层的衬底。含硅反应气体会被衬底吸附，待衬底表面吸附饱和，会停止吸附。
在实施时，在通入所述含硅反应气体时，调整所述反应室的压力为1至10托(torr)；例如，可以是7torr。含硅气体的流量可以是2slm(表示标况下升每分钟)。
步骤S302，通过注入管路集向所述反应室中注入含氮反应气体，将被吸附的含硅反应气体暴露于包含氮自由基的等离子体中，使被吸附的含硅反应气体在衬底上形成薄膜层。
这里，含硅反应气体会与含氮自由基的等离子体进行反应，在衬底上生成氮化硅薄膜层。在实施时，可以采用远程等离子体工艺在反应室外产生含氮自由基的等离子体，之后利用气流、电场、磁场等引入反应室中的反应区；也可以在反应室中设置射频电极，在通过注入管路集向反应室中注入含氮反应气体后，采用射频电极将含氮反应气体在反应室中的反应区内活化产生含氮自由基的等离子体。
步骤S303，在注入含氮反应气体之前或之后，向所述反应室中注入除杂反应气体，去除含硅反应气体引入的杂质。
这里，步骤S303结合步骤S301和步骤S302，向所述反应室中注入的气体包括以下两种情况：
情况1)含硅反应气体、含氮反应气体、除杂反应气体；
情况2)含硅反应气体、除杂反应气体、含氮反应气体；
其中，情况1)为在注入含氮反应气体之后的情况，情况2)为在注入含氮反应气体之前的情况。
这里，可以在注入含氮反应气体之前，向反应室中注入除杂反应气体，去除含硅反应气体引入的杂质；其中，除杂气体为氢气，杂质可以是氯离子，氢气与氯离子形成氯化氢，从而去除含硅反应气体引入的杂质；也可以注入含氮反应气体之后，向反应室中注入除杂反应气体，去除含硅反应气体引入的杂质。
在实施时，在通入除杂反应气体时，调整所述反应室的压力为0.1torr至1torr，例如可以是0.5torr，除杂气体的流量可以是3slm。
步骤S304，至少循环含硅反应气体、含氮反应气体和除杂反应气体的通入工序，直至衬底上形成薄膜层达到预设厚度。
这里，预设厚度根据实际需求确定，通过调整所述循环周期的数目，来调整形成的氮化硅薄膜层的厚度。
本申请实施例中，通过在注入含氮反应气体之前或之后，向所述反应室中注入除杂反应气体，去除含硅反应气体引入的杂质，进而增加形成氮化硅薄膜的致密度，可以改善湿式蚀刻率过快的问题；进而，在形成较薄的位线侧墙厚度时就可以抵抗漏电流，进而增大接触节点的接触面积，提高器件的稳定度和读写速度。
在一些实施例中，所述方法还包括：在向所述反应室内注入所述含氮反应气体和所述除杂反应气体时，分别对所述含氮反应气体和所述除杂反应气体进行自由基活化。
这里，对含氮反应气体和除杂反应气体进行自由基活化可以采用相同的方式。例如，可以采用远程等离子体工艺在反应室外产生含氮自由基的等离子体和除杂气体的等离子体，之后利用气流、电场、磁场等引入反应室中的反应区；也可以在反应室中设置射频电极，在通过注入管路集向反应室中注入含氮反应气体和除杂反应气体后，采用射频电极将含氮反应气体在反应室中的反应区内活化产生含氮自由基的等离子体和除杂气体的等离子体。
在一些实施例中，所述方法还包括：步骤S305，在注入所述含硅反应气体之前或之后、注入所述含氮反应气体之前或之后以及注入所述除杂反应气体之前或之后，通过所述注入管路集向所述反应室内注入清洁气体进行清扫。
为了减少前一反应气体对后一反应过程造成影响，在两次反应过程之间都通过注入清洁气体进行清扫。这里，步骤S305结合步骤S303，循环通入的气体依次包括至少包括以下两种方式：
方式一：清洁气体、含硅反应气体、清洁气体、含氮反应气体、清洁气体、除杂反应气体；
方式二：清洁气体、含硅反应气体、清洁气体、除杂反应气体、清洁气体、含氮反应气体。
本申请实施例中，注入清洁气体进行清扫可以除去没有反应的含硅反应气体、含氮反应气体和除杂反应气体，还可以除去衬底上的杂质，以改善形成氮化硅薄膜的质量。
在一些实施例中，含硅反应气体为Si2H2Cl2；含氮反应气体为氨气，或氨气和氢气的混合气体；除杂反应气体为氢气；清洁气体包括氮气。
所述循环含硅反应气体、含氮反应气体和除杂反应气体的通入工序包括以下工序中的一种：
工序1：依次通入氮气、Si2H2Cl2、氮气、氨气、氮气和氢气工序；
工序2：依次通入氮气、Si2H2Cl2、氮气、氢气、氮气和氨气工序；
工序3：依次通入氮气、Si2H2Cl2、氮气、氢气、氮气以及氨气和氢气的混合气体工序；
工序4：依次通入氮气、Si2H2Cl2、氮气、氨气和氢气的混合气体、氮气以及氢气工序。
在多种工序通过除杂反应气体与含氮反应气体的顺序设置，能够有效去除Si2H2Cl2气体引入的杂质Cl，避免Cl原子及Cl2沉积在氮化硅薄膜内，提高氮化硅薄膜的沉积质量。
本申请实施例针对上述的工序1提供一种形成薄膜的方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S401，通过注入管路集向反应室注入氮气进行清扫；
步骤S402，通过所述注入管路集向所述反应室注入Si2H2Cl2，使所述Si2H2Cl2吸附到反应室中的衬底表面上；
步骤S403，通过所述注入管路集向所述反应室注入所述氮气进行清扫；
步骤S404，通过所述注入管路集向所述反应室注入氨气；将被吸附的Si2H2Cl2暴露于包含氮自由基的等离子体中，使被吸附的Si2H2Cl2在衬底上形成薄膜层；
这里，工序1氨气作为含氮反应气体，在另一实施例中，含氮反应气体还可以为氨气和氢气的混合气体，即为工序4。
步骤S405，通过所述注入管路集向所述反应室注入所述氮气进行清扫；
步骤S406，通过所述注入管路集向所述反应室注入氢气，对所述氢气进行自由基活化，去除Si2H2Cl2引入的杂质；
步骤S407，循环步骤S401至步骤S406，直至衬底上形成薄膜层达到预设厚度。
这里，在S401至步骤S406中，保持反应室中温度为350℃至650℃；步骤S401中氮气的流量可以是5slm，以使反应室中的杂质被最大化的清扫。步骤S403和步骤S405中氮气的流量可以是2slm，也可以根据实际需求进行选择，这里并不限定。
本申请实施例针对上述的工序3提供一种形成薄膜的方法，如图5所示，包括以下步骤：
步骤S501至步骤S503参见上述的步骤S401至步骤S403；
步骤S504，通过所述注入管路集向所述反应室注入氢气，对所述氢气进行自由基活化，去除Si2H2Cl2引入的杂质；
步骤S505，通过所述注入管路集向所述反应室注入所述氮气进行清扫；
步骤S506，通过所述注入管路集向所述反应室注入氨气和氢气的混合气体，将被吸附的Si2H2Cl2暴露于包含氮自由基的等离子体和含氢自由基的等离子体中，使被吸附的Si2H2Cl2在衬底上形成薄膜层；
这里，工序3中的氨气和氢气的混合气体作为含氮反应气体，在另一实施例中，含氮反应气体还可以为氨气，即为工序2。
步骤S507，循环步骤S501至步骤S506，直至衬底上形成薄膜层达到预设厚度。
在一些实施例中，所述注入管路集通过第一气体注入管路和第二气体注入管路控制注入所述反应室中气体的均匀分布；
所述第一气体注入管路为从顶部至底部均设置有喷气孔的单管；
所述第二气体注入管路为采用弯管接头和两个单管形成的U型或倒U型管路，在所述两个单管中远离进气口的单管上从顶部至底部均设置有喷气孔。通过第一气体注入管路和第二气体注入管路控制注入所述反应室中气体的均匀分布，可以改善反应室中不同位置晶舟上衬底上气体分布情况，进而改善氮化硅薄膜的稳定性。
在一些实施例中，在向所述反应室内通入气体时，调整所述反应室内的压力，通过调节与所述反应室连接的进气管阀门开度来调整所述反应室内的压力。不同的阀门开度可以对应不同的气体通入量，如此，可以使通入的气体均匀分布在不同位置的晶舟上的衬底上。
在一些实施例中，在向所述反应室中通入清洁气体时，调节所述阀门的开度为90％至100％，例如可以是100％；在向所述反应室中通入含硅反应气体时，调节所述阀门的开度为5％至7％，例如可以是5％；在向所述反应室中通入含氮反应气体和除杂反应气体时，调节所述阀门的开度为10％。
在一些实施例中，所述方法还包括：高温回火处理工序，所述高温回火处理工序在所述衬底上的薄膜层达到预设厚度后执行；
所述高温处理工序包括：向所述反应室中通入保护气体，调整所述反应室温度为550℃至800℃，调整所述反应室压力为0.1torr至1torr，控制所述保护气体的流速为0.5slm至5slm；所述保护气体包括氢气，所述保护气体通入反应室时进行自由基活化。高温回火处理可以使形成的氮化硅薄膜层致密度更高，如此，可以进一步改善湿式刻蚀速率过快的问题。在实施时，保护气体可以是氢气或氢气与氨气的组合气体。
在一些实施例中，所述高温回火处理时所述反应室的温度为630℃，反应室的压力为0.5torr。保护气体为氢气，氢气的流速为3slm。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过非目标的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上所述，仅为本申请实施例的一些实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种炉管，其特征在于，包括：反应室；所述反应室中设置有承载衬底的晶舟和用于通入气体的注入管路集；
其中，所述通入气体至少包括：含硅反应气体、含氮反应气体、除杂反应气体和清洁气体；所述注入管路集包括竖直设置的第一气体注入管路和第二气体注入管路，其中：
所述第一气体注入管路为从顶部至底部均设置有喷气孔的单管，所述第一气体注入管路至少延伸至所述晶舟的顶部和底部；
所述第二气体注入管路为采用弯管接头和两个单管形成的U型或倒U型管路，所述第二气体注入管路至少延伸至所述晶舟的顶部和底部，在所述两个单管中远离进气口的单管上从顶部至底部均设置有喷气孔。
2.根据权利要求1所述的炉管，其特征在于，所述注入管路集还包括竖直设置的第三气体注入管路；
所述第三气体注入管路为从顶部至底部均设置有喷气孔的单管，所述第三气体注入管路至少延伸至所述晶舟的底部和中部。
3.根据权利要求1所述的炉管，其特征在于，所述注入管路集还包括水平设置的第四气体注入管路，所述第四气体注入管路设置有喷气孔的单管。
4.根据权利要求1所述的炉管，其特征在于，从底部到顶部的方向上，所述喷气孔的孔径依次减小，和/或从靠近所述进气口的一端到远离所述进气口另一端的方向上，所述喷气孔孔径依次减小。
5.根据权利要求4所述的炉管，其特征在于，从底部到顶部的方向上，所述第一气体注入管路的喷气孔的孔径依次减小，上部喷气孔孔径为底部喷气孔孔径的1/3至2/3倍，中部喷气孔孔径为底部喷气孔孔径的3/4至2/3倍。
6.根据权利要求4所述的炉管，其特征在于，还包括：设置于所述反应室内的射频电极和加热组件；
所述射频电极用于对通入所述反应室内的所述含氮反应气体、所述除杂反应气体进行自由基活化；
所述加热组件用于对所述衬底进行高温回火处理。
7.根据权利要求1至6任一项所述的炉管，其特征在于，还包括：
进气管，与所述反应室连通，至少用于通入所述含硅反应气体、所述含氮反应气体、所述除杂反应气体和所述清洁气体；
排气管，与所述反应室连通，至少用于排出所述清洁气体和反应后剩余的所述含硅反应气体、所述含氮反应气体和所述除杂反应气体。
8.根据权利要求7所述的炉管，其特征在于，还包括：设置于所述进气管上的阀门，用于调整所述反应室内的压力。
9.根据权利要求1至6任一项所述的炉管，其特征在于，还包括：设置于所述反应室内的底盘，所述底盘用于支撑晶舟；
所述注入管路集设置在所述底盘侧边缘。
10.根据权利要求8所述的炉管，其特征在于，还包括：设置于所述进气管上的质量流量控制器，用于在通入气体时按照气体类型通过所述质量流量控制器控制所述气体的质量。
11.一种形成薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过注入管路集向反应室注入含硅反应气体，使所述含硅反应气体吸附到反应室中的衬底表面上；
通过注入管路集向所述反应室中注入含氮反应气体，将被吸附的含硅反应气体暴露于包含氮自由基的等离子体中，使被吸附的含硅反应气体在衬底上形成薄膜层；
在注入含氮反应气体之前或之后，向所述反应室中注入除杂反应气体，去除含硅反应气体引入的杂质；
至少循环含硅反应气体、含氮反应气体和除杂反应气体的通入工序，直至衬底上形成薄膜层达到预设厚度。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
在向所述反应室内注入所述含氮反应气体和所述除杂反应气体时，分别对所述含氮反应气体和所述除杂反应气体进行自由基活化。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：在注入所述含硅反应气体之前或之后、注入所述含氮反应气体之前或之后以及注入所述除杂反应气体之前或之后，通过所述注入管路集向所述反应室内注入清洁气体进行清扫。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述含硅反应气体为Si2H2Cl2；
所述含氮反应气体为氨气，或氨气和氢气的混合气体；
所述除杂反应气体为氢气；
所述清洁气体包括氮气。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述循环含硅反应气体、含氮反应气体和除杂反应气体的通入工序包括以下工序中的一种：
依次通入氮气、Si2H2Cl2、氮气、氨气、氮气和氢气工序；
依次通入氮气、Si2H2Cl2、氮气、氢气、氮气和氨气工序；
依次通入氮气、Si2H2Cl2、氮气、氢气、氮气以及氨气和氢气的混合气体工序；
依次通入氮气、Si2H2Cl2、氮气、氨气和氢气的混合气体、氮气以及氢气工序。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在向所述反应室内通入气体时，调整所述反应室内的压力，通过调节与所述反应室连接的进气管阀门开度来调整所述反应室内的压力。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述在向所述反应室内通入气体时，通过调节所述阀门的开度来调整所述反应室内的压力，包括：
在向所述反应室中通入清洁气体时，调节所述阀门的开度为90％至100％；
在向所述反应室中通入含硅反应气体时，调节所述阀门的开度为5％至7％；
在向所述反应室中通入含氮反应气体和除杂反应气体时，调节所述阀门的开度为10％。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：高温回火处理工序，所述高温回火处理工序在所述衬底上的薄膜层达到预设厚度后执行；
所述高温处理工序包括：向所述反应室中通入保护气体，调整所述反应室温度为550℃至800℃，调整所述反应室压力为0.1torr至1torr，控制所述保护气体的流速为0.5slm至5slm；
所述保护气体包括氢气，所述保护气体通入反应室时进行自由基活化。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
所述注入管路集通过第一气体注入管路和第二气体注入管路控制注入所述反应室中气体的均匀分布；
所述第一气体注入管路为从顶部至底部均设置有喷气孔的单管；
所述第二气体注入管路为采用弯管接头和两个单管形成的U型或倒U型管路，在所述两个单管中远离进气口的单管上从顶部至底部均设置有喷气孔。
20.根据权利要求11至19任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在通入所述含硅反应气体时，调整所述反应室的压力为1torr至10torr；
在通入所述含氮反应气体或者所述除杂反应气体时，调整所述反应室的压力为0.1torr至1torr。
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