目前，在半导体界最广为使用的装置即是炉管装置，其主要功能是提供常 压(AP)的热氧化、热扩散与低压化学气相沉积(LPCVD)等制程应用。
随着集成电路设计的复杂化，为了提高芯片中组件的密度，单一组件的尺 寸不断被缩小，目前生产线上已使用线宽0.18μm以下的制程技术来制造芯片， 而对于线宽0.18μm左右的MOS晶体管，其闸氧化层厚度通常为32左右；而 对于线宽0.15μm左右的MOS晶体管，其闸氧化层厚度通常为20左右。
而随着闸氧化层厚度的减少，薄氧化层的均一性(uniformity)更显的重 要，目前此薄氧化层形成方法仍以炉管装置为主流，而利用炉管装置中的干氧 化(dry oxidation)制程、湿氧化(wet oxidation)制程或采用干/湿/干 (dry/wet/dry oxidation)混合制程皆为目前主流制程。
而关于薄氧化层的制程，无论是采用上述任一种氧化制程，于制程当中通 常会通入含有反式二氯乙烯(trans-1，2 dichloroethylene；t-DCE)的氮气以 作为一洁净用气体(scavenger gas)，其形成方式是藉由氮气作为载气(carrier gas)，通过装有液态反式二氯乙烯的钢瓶，进而形此成含有反式二氯乙烯的氮 气。而此含有反式二氯乙烯的氮气于高温下(约900℃)，其所包含的反式二氯 乙烯可与氧气(O2)反应而分解成二氧化碳(CO2)与气态的氯化氢(HCl)，此气态 的氯化氢可更分解为氢离子(H+)与氯离子(Cl-)，并藉由上述氯离子与附着于 晶圆表面或炉管环境中甚至是由洁净室(clean room)环境中所带入的碱金族 (group I)及碱土族(group II)等阳离子形成反应以去除上述阳离子，临场 (in-situ)地完成洁净晶圆表面的目的，以于晶圆表面形成一薄膜品质良好的 薄氧化层，以提升此薄氧化层甚至是薄闸氧化层的可靠度与电性表现。
然而，于实际应用上此作为洁净用气体的含反式二氯乙烯的氮气仍有问 题，设备人员常于预防保养(preventive maintenance；PM)炉管设备时发现有 反式二氯乙烯残留物(t-DCE residue)残留于气体管线内；而制程人员亦发现， 此不期望的反式二氯乙烯残留物(t-DCE residue)，对于接连批次(batch)的制 程中，部分残留物将被后续制程中所供应的反应气体带入反应腔体内，进而影 响下一批次制程中薄氧化层的均一性(uniformity)。
然而，影响此薄氧化层的均一性的因素并非只有此不期望的反式二氯乙烯 残留物(t-DCE residue)，由于炉管装置往往提供数道制程使用，以常压热氧 化炉管为例，不同制程间所采用的制程条件不一，其可为干氧化反应、湿氧化 反应或其相互搭配的氧化反应，炉管装置实际的运用则依照生产需求而安排， 故于实际的应用上，干氧化制程与湿氧化制程往往需要于接连的批次制程内进 行，而于湿氧化制程后，仍有部分的水气(moisture)残留于供应管线内及相关 前反应装置如高温湿氧化反应的加热火炬(heater torch)与低温湿氧化反应的 触媒火炬(catalysis torch)，此残留的水气亦为造成下一批次制程中薄氧化 层甚至是薄闸氧化层的均一性(uniformity)不佳的主因。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的就是提供一种改善薄氧化层均一性的炉 管装置，可改善炉管中单一晶圆内薄氧化层的均一性(in-wafer uniformity)、 炉管中不同位置的晶圆间薄氧化层的均一性(wafer to wafer uniformity)及 不同批次间相同薄氧化层制程的晶圆上整体的薄氧化层均一性(run to run uniformity)。
为达上述目的，本实用新型提供一种炉管装置，用以减少炉管装置中，反 式二氯乙烯残留物(t-DCE residue)及水气残留(moisture residue)，可大幅 地提升炉管中单一晶圆内薄氧化层的均一性(in-wafer uniformity)、炉管中 不同位置的晶圆间薄氧化层的均一性(wafer to wafer uniformity)及不同批 次间相同薄氧化层制程的晶圆上整体的薄氧化层均一性(run to run uniformity)。
本实用新型所提供的改善薄氧化层均一性的炉管装置是由如下技术方案来 实现的。
一种改善薄氧化层均一性的炉管装置，包括：
一反应腔体，为提供一氧化反应的空间，以形成一薄氧化层于半导体硅晶 圆上；
一第一导管，连接该反应腔体，以提供水气或反应气体进入该反应腔体；
一第一氮气导管，连接该第一导管以供应一吹净用氮气进入该反应腔体；
一第二导管，连接该反应腔体并与该第一导管连接于一共通接点，以提供 水气或反应气体进入该反应腔体；以及
一排放导管，连接该反应腔体侧底，以排出该反应腔体内的气体，其特征 是：
一旁通导管，连接该第一氮气导管与该排放导管，以提供至该排放导管毋 需经过该反应腔体的旁绕路径；
一第二氮气导管，连接该第二导管以提供一吹净用氮气，并可配合该旁通 导管作用而产生一回拉效应，以去除上述管线内的残留物。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：设有一第三导管以及 一第四导管，该第三导管以及一第四导管通过一加热火炬连接该第一导管；经 由该第一导管进入该反应腔体的水气或反应气体，是由该第三导管以及该第四 导管所提供，并通过该加热火炬而进入该第一导管。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该第三导管所提供的 气体为氮气、氢气或由上述气体的混合气体。
所述的炉管装置，其特征是：该第四导管所提供的气体为氮气、氧气、一 氧化氮(NO)或上述气体的混合气体。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该第四导管，更连接 有一第五导管以供应洁净用反应气体。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该第五导管中更包括 有一气动阀与一逆止阀以控制气体流动方向与开关状态。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该第五导管所供应的 洁净用反应气体为含有反式二氯乙烯的氮气
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：设有一第六导管以及 一第七导管，该第六导管以及该第七导管经由触媒火炬连接该第二导管，该第 二导管进入该反应腔体的水气或反应气体，是由一第六导管以及一第七导管所 提供，并通过一触媒火炬而进入该第二导管。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该第六导管所提供的 气体为氮气、氢气或由上述气体组成的混合气体。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该第七导管所提供的 气体为氮气、氧气或由上述气体组成的混合气体。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该水气是形成于该触 媒火炬中，而后再进入该第二导管内。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：于该反应腔体形成膜 厚均一性低于3.5％的薄氧化层。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：于该反应腔体形成膜 厚标准差低于0.3％的薄氧化层。
一种改善薄氧化层均一性的炉管装置，产生一回拉效应，以去除炉管装置 内的残留物，包括：
一反应腔体，为提供一氧化反应的空间，以形成一薄氧化层于半导体硅晶 圆上；
一第一导管，连接该反应腔体，以提供一预定量的氮气进入该反应腔体；
一第一氮气导管，连接该第一导管以提供一预定量的吹净用氮气进入该第 一导管；
一第二导管，连接该反应腔体并与该第一导管连接于一共通接点，以提供 一预定量的氮气进入该反应腔体；以及
一排放导管，连接该反应腔体侧底，并与该旁通导管相接，具有一负压以 利气体排出；其特征是：
一旁通导管，连接该第一氮气导管与一排放导管，于一预定状态下开启一 预定时间，以提供至该排放导管毋需经过该反应腔体的旁绕路径；
一第二氮气导管，连接该第二导管以提供一预定量的吹净用氮气，利用开 启的该旁通导管与该排放导管间的正压差，而于该第二导管与该第一导管的共 通接点处，产生了一回拉作用，将来自该第二导管的气体回拉至该第一导管内 并经由该旁通导管排放至该排放导管内，以去除上述管线内的残留物。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该旁通导管开启的预 定状态为于生产制程中，该反应腔体内不含有晶圆的任何程序步骤中、制程交 替状态炉管装置空转时或炉管装置预防保养时。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该第一氮气导管中所 通入的该吹净用氮气流量介于1-2slm。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该第二氮气导管中所 通入的该吹净用氮气流量介于1-2slm。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该第一导管及该第二 导管氮气流量介于8-10slm。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：该旁通导管开启的一 预定时间为20-30分。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：于该反应腔体形成膜 厚均一性低于3.5％的薄氧化层。
所述的改善薄氧化层均一性的炉管装置，其特征是：于该反应腔体形成膜 厚标准差低于0.3％的薄氧化层
本实用新型提供一种炉管装置，包括：反应腔体，为提供氧化反应的空间， 以形成薄氧化层于半导体硅晶圆上；第一导管，连接该反应腔体，以提供水气 或反应气体进入该反应腔体；第一氮气导管，连接该第一导管以供应一吹净用 氮气(purge N2)进入该反应腔体；旁通导管，连接该第一氮气导管与该排放导 管，以提供至该排放导管毋需经过该反应腔体的旁绕(bypass)路径；第二导管， 连接该反应腔体并与该第一导管连接于一共通接点，以提供水气或反应气体进 入该反应腔体；第二氮气导管，连接该第二导管以提供一吹净用氮气(purge N2)，并可配合该旁通导管作用而产生一回拉(pull back)效应，以去除上述管 线内的残留物；以及一排放导管，连接该反应腔体侧底，以排出该反应腔体内 的气体。
本实用新型的优点在于：
于使用本实用新型的炉管装置用以清除反式二氯乙烯残留物及残留水气， 其使用时机可于生产制程中，反应腔体内不含有晶圆的任何程序步骤中(recipe steps)、制程交替炉管装置空转时(idle)或炉管装置预防保养(preventive maintainance；PM)时。因此，薄氧化层均一性不会受到前一批次制程中反式 二氯乙烯残留物或残留水气的影响，同时使得后续制程中薄氧化层整体具有良 好的均一性，可进而提升薄氧化层的品质。
为让本实用新型的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特 举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1：为习知技术中炉管装置。
图2：为依据本实用新型的改善薄氧化层均一性的炉管装置。

本实用新型的实施例将配合图1至图2作一详细叙述如下，首先请参阅图 1，为习知技术中的炉管装置，其具有反应腔体10，作为氧化反应的空间，上 述氧化反应可为高温干氧化反应、高温湿氧化反应或低温湿氧化反应，以形成 薄氧化层于半导体硅晶圆上，以及第一导管70与第二导管80连接于反应腔体 10，以提供水气或反应气体进入反应腔体10，其中第二导管80并与第一导管 70连接于反应腔体10上的一共通接点，以及排放导管50，连接反应腔体10 侧底，以排出反应腔体10内的气体，其气体排放的原理是藉由反应腔体10与 排放管路50间维持一正压差，约为5mmH2O，以确保反应腔体10内的气体可藉 由此压差自然地排放至排放管路50中，最后通往工厂排放管路(Factory Exhaust)。
上述第一导管10所提供的水气或反应气体是经由第三导管22与第四导管 24供应，并通过加热火炬20而进入第一导管70内，其中上述水气是形成于 加热火炬20内，而后再进入第一导管70内。第三导管22所提供的气体为氮 气、氢气或由上述气体组成的混合气体，而第四导管24所提供的气体为氮气、 氧气、一氧化氮(NO)或上述气体的混合气体，并与第五导管26连接以供应洁 净用反应气体(scavenger gas)如含有反式二氯乙烯(trans-1，2 dichloroethylene；C2H2Cl2；t-DCE)的氮气进入第四导管24内，而于第五导 管26内则包括有第四控制阀21与逆止阀23以控制上述导管开关状态与气体 流动方向，而第四控制阀21的种类例如为一气动阀(air valve)，以及第一氮 气导管60，连接第一导管70以供应吹净用氮气(purge N2)进入反应腔体10。
而上述第二导管所提供的水气或反应气体，是经由第六导管32以及第七 导管34所提供，并通过触媒火炬30而进入第二导管80，其中上述水气是形 成于触媒火炬30内，而后再进入第二导管80。其中第六导管32所提供的气 体为氮气、氢气或由上述气体组成的混合气体，而第七导管34所提供的气体 为氮气、氧气或由上述气体组成的混合气体。
然而于反应腔体10内执行完含反式二氯乙烯(t-DCE)的氧化反应后，会形 成部分的反式二氯乙烯残留物(t-DCE residule)于第五导管26与第四导管24 连接点后方的第四导管24部分、加热火炬20内与第一导管70部分；而于执 行完低温湿氧化反应后，则会形成有残留水气于触媒火炬30及第二导管80内， 以上两种不期望的残留物对于后续制程中所形成的薄氧化层的均一性 (uniformity)会有很大的影响。
接着请参阅图2，为本实用新型所提供的炉管装置，其可产生一回拉(pull back)效应，以去除炉管装置内的残留物(残留水气与反式二氯乙烯残留物)， 并改善薄氧化层均一性。
上述炉管装置具有反应腔体10，作为氧化反应的空间，上述氧化反应可 为高温干氧化反应、高温湿氧化反应或低温湿氧化反应，以形成薄氧化层于半 导体硅晶圆上，以及第一导管70与第二导管80连接于反应腔体10，以提供 水气或反应气体进入反应腔体10，其中第二导管80并与第一导管70连接于 反应腔体10上的一共通接点，以及排放导管50，连接反应腔体10侧底，以 排出反应腔体10内的气体，其气体排放的原理是藉由反应腔体10与排放管路 50间维持一正压差，约为5mmH2O，以确保反应腔体10内的气体可藉由此压差 自然地排放至排放管路50中，最后通往工厂排放管路(Factory Exhaust)。
上述第一导管10所提供的水气或反应气体是经由第三导管22与第四导管 24供应，并通过加热火炬20而进入第一导管70内，其中上述水气是形成于 加热火炬20内，而后再进入第一导管70内。第三导管22所提供的气体为氮 气、氢气或由上述气体组成的混合气体，而第四导管24所提供的气体为氮气、 氧气、一氧化氮(NO)或上述气体的混合气体，并与第五导管26连接以供应洁 净用反应气体(scavenger gas)如含有反式二氯乙烯(trans-1，2 dichloroethylene；C2H2Cl2；t-DCE)的氮气进入第四导管24内，而于第五导 管26内则包括有第四控制阀21与逆止阀23以控制上述导管开关状态与气体 流动方向，而第四控制阀21的种类例如为一气动阀(air valve)。
以及第一氮气导管60，连接第一导管70以供应吹净用氮气(purge N2)进 入反应腔体10，第一氮气导管60内更包括了旁通导管62，连接于第一氮气导 管60与排放导管50间，以提供至排放导管50毋需经过反应腔体10的旁绕 (bypass)路径，其中旁通导管62更包括有第一控制阀61以控制旁通导管62 的开关(open/close)状态。
而上述第二导管所提供的水气或反应气体，是经由第六导管32以及第七 导管34所提供，并通过触媒火炬30而进入第二导管80，其中上述水气是形 成于触媒火炬30内，而后再进入第二导管80。其中第六导管32所提供的气 体为氮气、氢气或由上述气体组成的混合气体，而第七导管34所提供的气体 为氮气、氧气或由上述气体组成的混合气体。其中于第二导管中，更包括有第 二控制阀31位于触媒火炬30侧以控制进入第二导管80内反应气体的开关状 态，其种类例如为气动阀(air valve)。
此外尚有第二氮气导管36，连接第二导管80以提供一吹净用氮气(purge N2)，而第二氮气导管36中，更包括有第三控制阀33以控制进入第二导管80 内吹净用氮气的开关(open/close)状态，其种类例如为气动阀(air valve)， 并可配合旁通导管62作用而产生一回拉(pull back)效应，以去除炉管装置内 的残留物。
利用本实用新型的炉管装置，可产生一回拉(pull back)效应，以去除炉 管装置内的残留物，此时本实用新型的炉管装置状态为：
反应腔体10，为提供一氧化反应的空间，以形成一薄氧化层于半导体硅 晶圆上。第一导管70，连接反应腔体10，以提供一预定量的氮气(8-10slm)， 而旁通导管62，连接第一氮气导管60与排放导管50，于一预定状态下开启一 预定时间(20-30分)，以提供至排放导管62毋需经过反应腔体10的旁绕 (bypass)路径；第一氮气导管60，连接第一导管70以提供一预定量(1-2slm) 的吹净用氮气(purge N2)进入第一导管70；第二导管80，连接反应腔体10并 与第一导管70连接于一共通接点，以提供一预定量的氮气(8-10slm)，此时第 二导管中的第二控制阀状态为开(open)；第二氮气导管36，连接于第二导管 80，并开启第三控制阀，以提供一预定量(1-2slm)的吹净用氮气(purge N2)， 并利用旁通导管62第一控制阀61的开启(open)所形成于旁通导管62与排放 导管50间的正压差(15-20mmH2O)，而于第二导管80与第一导管70的共通接 点处，产生了一回拉(pull back)作用，将来自第二导管80的气体经由上述共 通接点回拉(pull back)至第一导管70内并经由旁通导管62排放至排放导管 50内，以去除炉管装置内的残留物，更经由连接反应腔体10侧底并与旁通导 管62相接的排放导管50将气体排出至工厂排放管路(Factory Exhaust)。
上述旁通导管开启的预定状态可为于生产制程中，该反应腔体内不含有晶 圆的任何程序步骤中(recipe steps)、制程交替状态炉管装置空转(idle)时或 炉管装置预防保养(PM)时。
本实用新型的特征在于利用第一导管70及第一氮气导管60以提供一预定 量的氮气吹出导管中的反式二氯乙烯残留物，并经由旁通导管62直接地通往 排放导管50，且利用第二导管80与第二氮气导管36内所提供的一预定量氮 气作为一推动氮气(push N2)，将残留的水气推至第一导管70与第二导管80 的共通接点处，并配合旁通导管62的开启所形成与排放导管50间具有一正压 差(15-20mmH2O)且毋需经过反应腔体10的旁绕(bypass)路径，由上述共通接 点将第二导管内的气体回拉至第一导管内，并经由旁通导管62直接地通往排 放导管50，而完成此去除残留物的炉管装置运作。
如下附表的表一及表二中，为利用图1及图2中的炉管装置，采用相同不 含反式二氯乙烯的湿氧化制程所形成的16薄氧化层均一性的比较。表一为 利用图1的习知技术中易存在有反式二氯乙烯残留物及残留水气功效的炉管装 置所形成的16薄氧化层，而表二为利用图2中依据本实用新型的具有去除 反式二氯乙烯残留物及残留水气功效的炉管装置所形成的16薄氧化层，很 明显的，经过本实用新型改良的炉管装置，于去除反式二氯乙烯残留物及残留 水气后，所进行的氧化制程，无论于反应腔体中不同位置(顶、中与底部；upper、 center&lower)的膜厚均一性及于单一晶圆中膜厚的标准差，依据本实用新型 的炉管装置皆具有较佳的功效。
表一：利用图1中，习知技术的炉管装置所形成的膜厚为16薄氧化层。     平均    值()     最大    值()     最小    值()     均一    性(％)     标准    差(％)     膜厚-     顶     16.11     16.50     15.43     3.32     0.39     膜厚-     中     15.93     16.72     15.42     4.08     0.47     膜厚-     底     16.52     17.02     15.94     3.27     0.36
表二：利用图2中，本实用新型的炉管装置所形成的膜厚为16薄氧化
                              层。     平均    值()     最大    值()     最小    值()     均一    性(％)     标准    差(％)     膜厚-     顶     16.09     16.16     16.02     0.43     0.05     膜厚-     中     16.19     16.30     16.12     0.56     0.06     膜厚-     底     16.13     16.27     16.01     0.81     0.09
值得一提的，依据本实用新型的炉管装置可将此16的薄氧化层的整体 膜厚均一性(顶、中与底部的平均值)由原先标准差的3.5％降低至0.6％，膜厚 的标准差(顶、中与底部的平均值)由原先的0.40％降低至0.07％，对于炉管中 单一晶圆内薄氧化层的均一性(in-wafer uniformity)及炉管中不同位置的晶 圆间薄氧化层的均一性(wafer to wafer uniformity)的提升，可谓有大幅地 改善。由此可见，依据本实用新型的炉管装置，可于反应腔体10中形成膜厚 厚度低于20埃，较佳为低于17埃且膜厚均一性低于3.5％，较佳为低于1％， 更佳为低于0.8％及膜厚标准差低于0.3％，较佳为低于0.1％的薄氧化层。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新 型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的 更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求范围所界定者为准。