用于集成电路的快速热处理系统技术方案

在快速热处理系统中，一排加热灯可发出用于将半导体基片例如半导体晶片加热到选定温度或设定温度的辐射热，且同时灯被固定在一个封闭的腔内。一个或多个透光罩单独或成组地环绕加热灯，从而将加热灯与腔内环境和位于腔内的一个或多个晶片隔离开。透光罩可包括与其相关的反射器和／或透镜，以便将灯发出的大部分辐射热能射向半导体晶片。在灯和基片之间还设有薄的平面石英衬片。通过控制辐射热能在腔中的分布并取消了通常在现有技术的ＲＴＰ系统中用于隔离灯的厚平面石英窗，从而提高了生产率和可靠性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及集成电路的制造。更具体地说，本专利技术涉及一种用于在可控的压力和温度环境中加热半导体基片的系统。
技术介绍
制造集成电路例如金属氧化物半导体(MOS)需要在可控的压力条件例如真空条件下对半导体晶片进行快速热处理。例如，在制造MOS晶体管的过程中，栅氧化层通常通过硅基片在基本上纯氧的大气环境中进行热氧化而形成。但是，在有些应用场合例如MOS ULSI电路中，栅氧化层呈现出不良的特性，例如相对较高的缺陷密度和电荷俘获与由于热载效应而产生的相对较低的可靠性和电阻问题。众所周知，通过对硅基片进行快速热处理(RTP)就可提高MOS晶体管的栅介电特性。其处理步骤包括(1)利用氧化氮(NO)产生氮氧化物；(2)通过化学气相淀积(CVD)涂覆氮化硅(SiN)；(3)用氨(NH3)进行退火；(4)用N2O进行退火。通常在真空和可控的温度条件下进行各种RTP处理步骤。RTP炉由石英窗进行分隔而形成用于盛放晶片的中间真空腔，晶片通过多排辐射加热灯进行加热。石英窗将晶片与加热灯和加热过程中产生的其它污染源相隔离开。石英窗的边缘与腔壁密封而形成一个气密的腔罩。在腔被抽成真空时，就会有2-4吨的大气压力作用于石英窗。石英窗要足够的厚以便于承受这种力，且厚度通常至少大约为25-35毫米。通常至少大约为3-6毫米厚的较薄石英窗只用于可在大气压下工作的腔。石英窗的隔离腔结构尽管可保持内腔环境免受污染，但会在加热源(灯)和腔内的晶片之间产生较大的热质量，从而降低了加热效率并使晶片的温度更加难以控制。额外的热质量使得难以保持处理的可重复性和控制质量。石英窗由于其厚度的原因容易破裂并显著地增加了RTP装置的成本。因此，迫切需要提供一种可克服由采用石英窗的炉所产生的结构复杂、价格昂贵和可重复性的问题的快速热处理系统。而且，除了采用灯进行加热以外，还可选择某些其它的代替方式进行加热以提高半导体晶片RTP过程的生产率。Mattson Technology就提供了一种ASPEN II RTP系统，其采用感受器进行加热在一个处理腔中处理两个晶片。US 6133550公开了一种通过将晶片快速插入炉中并从炉中取出来对晶片进行RTP的方法。增大晶片的尺寸并着重于越来越增大用于腔的窗口以容纳较大的晶片已经限制了通过在一个腔中处理多个晶片来提高采用灯进行加热的RTP系统的生产率的潜能。因此，也迫切需要提供一种晶片生产率较高的采用灯进行加热的快速热处理系统。
技术实现思路
本专利技术的快速热处理(RTP)系统提供了一个用于处理基片例如半导体晶片和集成电路的可控的压力和温度环境。该装置包括一个加热腔和一排加热灯，所述加热灯可产生辐射热以便根据所需的加热方法将固定在腔内的半导体晶片的温度保持在选定值或选定范围内。每个加热灯包括包括一个灯泡，这种灯泡至少由一个透光罩包围，透光罩将灯泡与腔的内部以及其中的晶片隔离开。最好，透光罩由石英制成并具有对于灯泡所发出的辐射热能完全或基本上是透明的表面。通过将腔的内部以及其中的晶片与灯泡和加热灯的相关部件隔离开，透光罩有助于避免加热灯所发出的污染物进入腔或沉积在位于腔中的半导体晶片上。本专利技术另一方面是通过利用带有灯泡的加热灯来改善温度控制，所述灯泡具有反射表面，所述反射表面设置在至少一部分灯泡表面上或设置在至少一部分透光罩上。在处理过程中，反射器有助于控制灯所发出的辐射射线并将其引导到半导体晶片的表面。另外，反射表面可设立在腔壁上，特别是设立在具有凹形或抛物线型内表面的腔壁空腔中。当加热灯设置在空腔中时，在处理过程中，空腔上的反射表面有助于控制灯所发出的辐射射线并将其引导到半导体晶片的表面。在一个优选实施例中，环绕灯泡的透光罩形成一个透镜结构将灯泡发出的辐射热汇集到半导体晶片表面。当加热灯固定在空腔内时，透镜结构就形成一个位于腔壁空腔开口上方的凸形弯曲盖。另外，透镜结构可制成一个如石英这样的透光材料的固体块或片，其具有一个敞开的内芯部分以容纳加热灯，其中，所述块的一个侧表面形成凸形或凹形透镜，以便于引导或控制灯泡发出的辐射热能射向进行处理的半导体晶片。在本专利技术的另一个实施例中，在一排封闭加热灯和位于处理腔罩内的一个晶片或多个晶片之间设置透光衬片。除了环绕灯泡的透光罩以外还设置透光衬片，进一步将灯泡与晶片隔离开，从而进一步防止污染物到达晶片表面。透光衬片与现有技术的石英窗不同，它与腔侧壁不密封，且在腔内抽成真空时，它不必承受较大的压力差，因此可制成一个较薄的片。如果将透光衬片密封到腔的侧壁上，可设置一系列的阀和泵来平衡衬片两侧的压力，以避免压力差在其它情况下产生破坏力。另外，为避免应力过大，也可采用一系列具有较小表面面积的多个透光衬片与灯泡一起使用。对于本领域技术人员来说，本专利技术的其它目的和优点可通过下面对本专利技术优选实施例所进行的描述中清楚地看出。应当认识到，本专利技术也可有其它不同的实施方式，在不脱离本专利技术宗旨的情况下，其多处具体结构都可以各种清楚的方式进行修改。因此，说明书应当被认为是示例性的而非限制性的。附图说明图1示出了用于为半导体晶片提供可控的温度和压力环境的现有技术的快速热处理系统；图2是本专利技术快速热处理系统的一个优选实施例的截面图；图2A是图2沿2A-2A的局部横截面侧视图；图3是快速热处理系统的另一个实施例的截面图；图4是快速热处理系统中用于将辐射能射向半导体晶片的加热灯的截面图；图5是快速热处理系统中用于将辐射能射向半导体晶片的加热灯的另一个实施例的截面图；图6是具有用于引导辐射能的反射器的加热灯的截面图；图7是快速热处理系统中具有另一种可将辐射能引导向半导体晶片的结构的加热灯的截面图；图8是快速热处理系统中具有又一种结构的可将辐射能引导向半导体晶片的反射器的加热灯的截面图；图9是嵌入到快速热处理系统腔壁内的一排加热灯的横截面图；图10A是支承在快速热处理系统腔壁上的加热灯和石英罩的截面图； 图10B是局部嵌入到腔壁中的另一种结构的石英封装加热灯的截面图；图10C是完全嵌入到腔壁的空腔中的又一种结构的石英封装加热灯的截面图；图10D是嵌入到腔壁的空腔中并带有用于盖住空腔口的石英窗的加热灯的截面图；图10E是嵌入到腔壁中并具有用于控制灯所发出的辐射能发生散射的透镜的加热灯的截面图；图10F是位于支承在腔壁上的单石英罩内的多个加热灯的截面图；图11A是由石英透镜封装的点光源灯的截面图；图11B是嵌入到光导管中并由石英透镜封装的灯的截面图；图11C是位于光导管中并在光导管末端具有透镜的灯的截面图；图11D是嵌入到腔壁的空腔中并由石英透镜包围的灯的另一种结构的截面图；图12是位于发散石英透镜中的加热灯的截面图；图13是位于石英罩内的灯的另一个实施例的截面图，石英罩由冷却源包围并嵌入到腔壁的空腔中；图14是本专利技术另一种快速热处理系统的腔壁的底部平面图，其中，点光源灯固定在腔壁的槽中，所述的槽盖有透光罩；图15是根据本专利技术一个优选实施例的另一种快速热处理系统的截面图，其中，两个晶片固定在腔中；图16是根据本专利技术一个优选实施例的又一种快速热处理系统的截面图，其中示出了与一系列点光源加热灯组合在一起的一系列透光衬片。具体实施例方式根据现有技术，图1是用于对半导体晶片7进行快速热处理(RTP)的装置10的纵向截面图。装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对半导体基片进行快速热处理的装置，其包括：一个用于提供可控压力环境的腔，半导体基片放入在该可控压力环境中，所述的腔具有第一壁；至少沿所述腔的所述第一壁支承的加热灯，所述加热灯具有可将加热灯与所述可控压力环境隔离开的透 光封罩，所述透光封罩可传递灯所发出的辐射热能以便于在处理过程中对所述基片进行加热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2001-4-17 09/836,0981.一种用于对半导体基片进行快速热处理的装置，其包括一个用于提供可控压力环境的腔，半导体基片放入在该可控压力环境中，所述的腔具有第一壁；至少沿所述腔的所述第一壁支承的加热灯，所述加热灯具有可将加热灯与所述可控压力环境隔离开的透光封罩，所述透光封罩可传递灯所发出的辐射热能以便于在处理过程中对所述基片进行加热。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括多个至少沿所述腔的所述第一壁支承的加热灯，每个所述加热灯具有一个相关的可将加热灯与所述可控压力环境隔离开的透光封罩。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括用于向所述透光封罩供应冷却流体以便控制所述加热灯的温度的冷却槽。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括设置在所述加热灯和所述基片之间的透光衬片。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，其还包括用于平衡所述透光衬片两侧压力的装置。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括与加热灯相关的反射器，用于将所述辐射热能引导向所述基片。7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，多个加热灯布置成第一和第二排，第一排设置在所述腔的第一壁上或靠近其设置，第二排设置在所述腔的第二壁上或靠近其设置，其中，所述第一和第二壁相互面对。8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透光封罩具有一个面向所述基片的表面，该表面形成引导辐射热能射向所述基片的透镜。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透光封罩由石英制成。10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，半导体基片是半导体晶片。11.如权利要求2所述的装置，其特征在于，加热灯具有直线型的灯泡。12.如权利要求2所述的装置，其特征在于，加热灯具有点光源灯泡。13.一种用于处理半导体基片的热处理系统，其包括一个用于提供可控压力环境的腔，一个或多个半导体基片放入在该可控压力环境中，所述的腔具有第一壁；通过一个或多个透光表面与所述可控压力环境隔离开的多个辐射加热灯，所述透光表面可传递灯所发出的辐射热能以便于在处理过程中对所述基片进行加热，每个所述加热灯具有与其相关的反射表面，以便可控制地将辐射热能引导向所...

【专利技术属性】
技术研发人员：SP泰，YZ胡，M豪夫，
申请(专利权)人：马特森技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]