專利名稱：晶片熱處理的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工件熱處理的改進的方法和設(shè)備，更具體說，是涉及用于電子器件制作的半導(dǎo)體晶片的熱處理。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶片的高溫處理，對近代微電子器件制造是十分重要的。這些處理包括化學(xué)氣相淀積(CVD)、硅外延、硅鍺、和諸如注入退火、氧化與擴散注入等快速熱處理。在多片晶片批量反應(yīng)器、微晶片批量反應(yīng)器、或在單個晶片快速熱反應(yīng)器中，這些處理都在約400到1200攝氏度的范圍中進行。有許多標準的教科書和參考書描述了半導(dǎo)體晶片的升溫處理?？梢耘e出的參考書包括Peter Van Zant，“Microchip Fabrication”，第三版，McGraw-Hill，New York，1987；John L.Vossen and Werner Kern，“Thin Film Processes”，AcademicPress，Orlando，1978；S.M.Sze，“VLSI Technology”，McGraw-Hill，New York，1988。
根據(jù)目前的實踐，這些系統(tǒng)全都存在嚴重的問題。例如，一種典型的批量或微量爐，用它熾熱壁的輻射加熱約24到200片晶片。加熱源通常用Ni-Cr絲電子元件，排列在預(yù)加熱、淀積、和后加熱區(qū)內(nèi)。各區(qū)按有各自的溫度分布和控制，在該區(qū)長度上維持需要的晶片溫度分布。但是，這些爐的缺點是，例如維持溫度的極其長的時間和涉及裝入和取出晶片的長的加熱和冷卻時間。
由于晶片邊緣靠近熱壁輻射源，造成晶片邊緣比中央更熱，于是出現(xiàn)爐系統(tǒng)的另一個問題。這一情況能在晶片的晶格中產(chǎn)生熱應(yīng)力，并產(chǎn)生位錯而導(dǎo)致滑移及其他缺陷。眾所周知，因為該類缺會陷出現(xiàn)在電路中，所有這些缺陷導(dǎo)致近代器件的生產(chǎn)率問題。另一個問題是，當晶片彎曲或翹曲時，將使這些晶片不適宜作進一步處理。通常，晶片被裝入有托住晶片的槽的石英舟或SiC舟中。在處理時，環(huán)繞槽的地方產(chǎn)生均勻性問題。此外，晶片的受夾并承受的局部應(yīng)力，同樣能導(dǎo)致滑移。
另一個問題是，在升溫時，晶片受熱的時間全都不同。爐中前面的晶片受熱時間最長，而后面的晶片受熱時間最短。CVD處理對溫度極其敏感，從而處于升溫過程的時間能導(dǎo)致從這一晶片到另一晶片的均勻性問題。
當今的器件要求線寬小于1微米，而結(jié)深小至25埃。此外，300mm晶片有較小的熱聚集周期(thermal budget cycle)，因此，為滿足熱聚集周期的要求，必須縮減溫度處理時間，以限制橫向的和向下的摻雜擴散。
為滿足這些要求，半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)研發(fā)了各種途徑。其一是增加晶片間的間隔來縮減爐的批量大小，從而允許更短的裝入/取出時間和更好的晶片處理均勻性。
另一種技術(shù)是用RTP系統(tǒng)，該種系統(tǒng)一次處理一晶片，且通常使用高電流的石英鹵素燈作加熱源。它們能以高達150℃/秒的速度，把晶片快速加熱至約400℃到1200℃的溫度范圍。RTP把周期時間減少一個量級或更多、減少處于溫度的時間、并消除摻雜擴散的問題。借助RTP系統(tǒng)處理均勻性的改進，RTP有效地與爐競爭。
在一種典型的RTP系統(tǒng)中，燈放在處理室一定距離外的光學(xué)反射器中，處理室由純凈熔融石英制成。純凈的熔融石英可使燈的能量絕大部分通過處理室，加熱晶片和晶片托架。但是，石英室吸收來自燈的一些能量和來自晶片和托架的輻射。處理室必須冷卻，以防止不需要的淀積涂覆在處理室的壁上。在處理的壁上的涂覆層，干擾傳導(dǎo)至晶片的輻射能；且涂覆層能產(chǎn)生不需要的微粒，落在晶片上。晶片的邊緣接近冷卻的壁，這一點可能產(chǎn)生滑移和處理問題。由于冷壁的要求，為了使處理壁上的淀積最小化，限制了使用硅氣的生長速率。對使用硅烷的情形，生長速率僅限于約0.2微米/分。
使用燈的另一個問題是，只有一小部分(約30％)燈的能量被引導(dǎo)至晶片的位置區(qū)。由于燈與晶片有一定距離，所以該部分燈的能量是太小了。具體說，燈在室外，還要分區(qū)把能量傳送至各晶片區(qū)域。因此，難以改進溫度的均勻性。為獲得需要的溫度而單純調(diào)節(jié)燈功率所帶來的變化，能夠引起晶片加熱特性的劇烈變化。雖然把燈裝在復(fù)雜的反射器內(nèi)，試圖控制輻射能量，但是，這些反射器和燈絲隨時間和使用而降質(zhì)，導(dǎo)致晶片上不想要的溫度變化。此外，輻射加熱系統(tǒng)要求用許多燈(多達300盞)來加熱單個晶片，還有巨大的功率(高達300KW)。燈加熱反應(yīng)器要求復(fù)雜的加熱和溫度控制系統(tǒng)，這也是個麻煩問題。
熱處理的處理結(jié)果，關(guān)鍵是晶片溫度的測量和溫度的控制。燈加熱系統(tǒng)的溫度測量，同樣是非常困難的，因為溫度傳感器可能受來自燈和晶片表面的輻射變化的影響，該輻射變化隨溫度而改變，特別是晶片上形成布線圖案之后。通常，只在少數(shù)位置測量溫度，且在處理過程中，一般不測量或控制溫度梯度。
一般用多點熱電偶晶片來幫助分配燈功率輸出。但是，這樣做要把反應(yīng)器(reactor)暴露在金屬污染下，還因為用該種技術(shù)，晶片不能旋轉(zhuǎn)，無法考慮因氣流等等產(chǎn)生的溫度梯度。
晶片通常裝在頂針(pin lift)機構(gòu)的基座上，以便升起/降下晶片。這些針能刻劃晶片的背面、產(chǎn)生微粒、和在針的區(qū)域產(chǎn)生局部的溫度改變。這種情況能在硅晶片的晶體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生缺陷和淀積的不均勻問題。晶片背面的微粒，在晶片輸送機裝入/取出時，能夠污染其他晶片。一般說，300mm的晶片比200mm的晶片薄，并要求更多的針支撐點，但300mm的背面表面規(guī)格，更要求減少背面的刻劃。
標準系統(tǒng)還涉及處理氣體溫度控制的一些問題。當把氣體引進系統(tǒng)時，晶片的前緣被冷卻。這樣可能產(chǎn)生滑移并使膜的質(zhì)量惡化。半導(dǎo)體工業(yè)認識到這個問題。為此，半導(dǎo)體工業(yè)嘗試通過預(yù)加熱氣體和在晶片外側(cè)區(qū)域用滑移環(huán)來緩解該問題。但是，已經(jīng)作出的改變?nèi)耘f不能令人滿意，也不能完全解決晶片的熱處理問題，特別是對大直徑的晶片。
很清楚，有許多應(yīng)用要求可靠的和高效的方法與設(shè)備，用于如半導(dǎo)體晶片等工件的熱處理。遺憾的是，通常用于老式熱處理的方法和設(shè)備的特性，不適宜用于某些當前的應(yīng)用和將來的應(yīng)用。因此仍舊需要一種半導(dǎo)體晶片熱處理系統(tǒng)，為晶片和處理氣體提供改進的溫度控制。需要一種易于操作并易于維護的系統(tǒng)。需要一種系統(tǒng)來提供改進的微粒性能、改進的處理結(jié)果、和更高的產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明力圖提供能克服已知方法和設(shè)備缺點的方法和設(shè)備，用于如半導(dǎo)體晶片等工件的熱處理。本發(fā)明的一個方面，包括半導(dǎo)體晶片熱處理的方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備使用的熱壁處理室，有執(zhí)行升溫處理步驟的等溫區(qū)。該處理室裝在更易于進行氣體處理的外殼之中。處理室的加熱器位于外殼與處理室之間。加熱器的構(gòu)造，能為等溫區(qū)產(chǎn)生高度穩(wěn)定的和高度均勻的溫度。氣體在晶片上的流動是受控的，以獲得均勻的處理結(jié)果。本發(fā)明還有一個方面，包括處理室中的各個區(qū)，每一區(qū)的溫度能夠獨立控制，使處理氣體的溫度在該氣體到達晶片前和通過晶片后，都能被控制。
本發(fā)明的另一個方面，包括一種設(shè)備，它有改進的升起和旋轉(zhuǎn)晶片的部件，以便減少微粒的產(chǎn)生、簡化晶片的裝入、和改善晶片處理的均勻性。
本發(fā)明還有一個方面，包括一種設(shè)備，它在晶片的升溫處理時，有提供能量效率的部件。該設(shè)備還包括有效地使用處理氣體的部件。
應(yīng)當指出，本發(fā)明不把它的應(yīng)用，限制在后面說明或示于附圖的部件結(jié)構(gòu)細節(jié)和部件排列。本發(fā)明能用于其他的實施例，且能以各種方式實施和實現(xiàn)。還應(yīng)指出，本文采用的詞匯和術(shù)語，只為說明的目的，因而不能認為是限制。
如上所述，本領(lǐng)域熟練人員容易用這里公開的基本概念作為基礎(chǔ)，設(shè)計出實現(xiàn)本發(fā)明各個方面的其他結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)。因此，重要的是，應(yīng)當認為本文的權(quán)利要求書包括該類等效的結(jié)構(gòu)，只要它們不違背本發(fā)明的精神和范圍。
還有，前述提要的目的，是使美國專利與商標局和一般公眾，特別是不熟悉專利及法律術(shù)語或詞匯的本領(lǐng)域科學(xué)家、工程師、專業(yè)人員，能根據(jù)粗略瀏覽而很快判定本申請公開的技術(shù)性質(zhì)和實質(zhì)。無論如何，前述提要既不企圖用來定義本申請的發(fā)明，因為本申請的發(fā)明是由權(quán)利要求書界定的，也不企圖限制本發(fā)明的范圍。
在考慮本發(fā)明的特定實施例，特別是結(jié)合附圖的下述詳細說明后，本發(fā)明的上述和更進一步的特征和優(yōu)點，將一目了然。


圖1是本發(fā)明一個實施例的剖面圖。
圖1a是圖1所示設(shè)備的另一視圖。
圖2是圖1中處理室的一個實施例的剖面圖。
圖3是電功率加熱單元的假設(shè)的有代表性的溫度分布。
圖3a是使用電功率加熱單元的一種示例性構(gòu)造。
圖4是處理室另一個實施例的剖面圖。
圖5畫出處理室氣體注入器的一個例子。
圖6畫出隔熱屏(heat shield)的另一個實施例。
圖7畫出一種旋轉(zhuǎn)與升降系統(tǒng)的簡圖。
具體實施例方式
本發(fā)明各實施例的工作原理，將在下面就晶片的外延層淀積方面說明。但是應(yīng)當指出，按照本發(fā)明的各實施例，基本上可以執(zhí)行任何需要升溫處理的半導(dǎo)體晶片處理步驟，特別是那些在晶片上需要溫度均勻性的步驟。有關(guān)需要升溫處理的半導(dǎo)體晶片處理步驟的評論，容易在專利文獻和標準的科學(xué)文獻中找到。
現(xiàn)在參考圖1，圖中畫出用于工件如半導(dǎo)體晶片的熱處理設(shè)備20。該設(shè)備包括外殼30。在一個優(yōu)選的實施例中，外殼30包括主體34和至少一個可拆卸的部件，如蓋38。主體34與蓋38的結(jié)構(gòu)，能形成基本上氣密的接觸。該氣密接觸可以是任何類型標準的可移出的密封圈42，例如用O形環(huán)的密封圈及用墊圈的密封圈。外殼30把容積46封閉。在某些實施例中，外殼30包括如陶瓷材料、石英、鋁合金、和鐵合金如不銹鋼等材料的結(jié)構(gòu)。在一個優(yōu)選的實施例中，外殼30的結(jié)構(gòu)能自主冷卻。在一個實施例中，外殼30的壁形成傳送冷卻劑的冷卻劑導(dǎo)管50。在又一個實施例中，外殼30包括冷卻蛇管(未畫出)。冷卻蛇管與外殼30的表面接觸，當冷卻劑流過蛇管時，能把熱量帶走。
處理室54安裝在外殼30內(nèi)。處理室54最好用耐熱材料構(gòu)成。合適的材料例子包括碳化硅、涂覆石墨的碳化硅、石墨、石英、硅、陶瓷、氮化鋁、氧化鋁、氮化硅、氧化鎂、氧化鋯、及陶瓷材料。
處理室54包括處理區(qū)(未在圖1畫出)。在優(yōu)選的各實施例中，處理區(qū)在主要的處理步驟中，維持基本上等溫處理的溫度。晶片支座(未在圖1畫出)在處理區(qū)中支承晶片，以便晶片在主要處理步驟中經(jīng)受基本上等溫處理的溫度。本發(fā)明各實施例可以包括不同的晶片支座結(jié)構(gòu)。例如，在一個實施例中，晶片支座包括處理區(qū)的底部內(nèi)側(cè)表面。在另一個實施例中，晶片支座包括位于處理區(qū)內(nèi)的板(未畫出)。
一個優(yōu)選的實施例包括多個電功率加熱單元66，位于外殼30與處理室54之間，用于加熱處理室54。圖1畫出沿處理室54上表面與下表面排列的加熱單元66的剖面。加熱單元66也可以沿處理室54的側(cè)面排列；為清楚起見，在圖1中沒有畫出沿處理室54側(cè)面排列的加熱單元66。
加熱單元66與處理室54之間距離的變化，給出本發(fā)明的另一個實施例。對某一特定實施例，該距離將由加熱單元66的類型和所選的加熱處理室54的工作模式?jīng)Q定。適合用作加熱單元66的加熱單元類型例子，包括電阻條加熱器、IR燈、RF功率感應(yīng)加熱器、和電弧燈。
在一個優(yōu)選的實施例中，電阻條加熱器是涂覆石墨的碳化硅電阻條加熱器。該種電阻條加熱器市面上可以買到，用于各種高溫使用中。
本發(fā)明使用電阻條加熱器的實施例中，包括一個實施例，在該實施例中，電阻條加熱器與處理室54是直接物理接觸的。在另一個實施例中，電阻條加熱器的安排基本上避免與處理室54的直接物理接觸。在又一個另外的實施例中，電阻條加熱器與處理室54之間夾有第三種物體(未在圖1中畫出)。
溫度控制系統(tǒng)(未在圖1中畫出)控制傳送至加熱單元66的功率。至少一個溫度傳感器(未在圖1中畫出)至少為下述三者之一導(dǎo)出溫度信息a)加熱單元66，b)處理室54，和c)晶片(未在圖1中畫出)。
一個優(yōu)選的實施例，包括安排多個溫度傳感器，為溫度控制系統(tǒng)導(dǎo)出溫度信息。溫度控制系統(tǒng)測量溫度的優(yōu)選位置，包括處理室54、加熱單元66、和晶片(未在圖1中畫出)。溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能對來自至少一個溫度傳感器的溫度信息作出響應(yīng)；溫度控制系統(tǒng)能對來自多個溫度傳感器的溫度信息作出響應(yīng)則更好。能夠用于半導(dǎo)體處理的標準溫度傳感器，都可用于本發(fā)明各實施例。某些能用的溫度傳感器例子，包括電熱偶、高溫計、和溫度計。
圖上至少一個隔熱屏70位于加熱單元66與外殼30之間。在另外的實施例中，基本上所有加熱單元66都可以有隔熱屏。為清楚起見，圖1只畫出沿處理室54底部的隔熱屏70。隔熱屏70至少執(zhí)行下述功能之一a)阻隔處理室54與外殼30之間的熱傳導(dǎo)，以便減少處理室54需要的加熱能量，b)為加熱單元66提供支撐，和c)為處理室54提供支撐。
在一個優(yōu)選的實施例中，隔熱屏70由耐熱材料制成。能用作隔熱屏70材料的例子包括石英、碳化硅、涂覆石墨的碳化硅、和陶瓷材料。在一個實施例中，隔熱屏70與外殼連結(jié)，且安排該隔熱屏70，要用該隔熱屏70來支承處理室54。作為又一個實施例，一支承臂(未在圖1中畫出)把隔熱屏70與外殼30連結(jié)，以便在外殼30內(nèi)支承隔熱屏70。支承臂最好由耐熱材料制作；適合的材料例子包括石英和陶瓷材料。在別的實施例中，可以把多個隔熱屏放在加熱單元66與外殼30之間。
在另一個實施例中，支承臂(未在圖1中畫出)把處理室54與外殼30連結(jié)，以便把處理室54支承在外殼30內(nèi)。支承臂最好由耐熱材料制作；適合的材料例子包括石英和陶瓷材料。
氣體注入導(dǎo)管74與處理室54連結(jié)，把處理氣體傳送至處理室54。氣體排放導(dǎo)管78與處理室54連結(jié)，把用過的氣體從處理室54排出。注入導(dǎo)管74與排放導(dǎo)管78最好由耐熱材料如石英、碳化硅、和陶瓷材料制作。
外殼30與輸入驅(qū)氣氣體導(dǎo)管82連結(jié)，以便向外殼30的容積46輸送驅(qū)氣氣體(purge gas)。外殼30有一端口86，用于從外殼30的容積46中除去驅(qū)氣氣體。在另一個實施例中，排放導(dǎo)管78的結(jié)構(gòu)能經(jīng)過端口86穿越外殼30。
外殼30要安排向加熱單元66提供電的連接。用于本任務(wù)的標準電連通線(未在圖1中畫出)可在市面上購到。此外，要安排外殼30容納溫度傳感器。例如，如果溫度傳感器包括電熱偶，那么外殼30要有電熱偶的連通線。同樣，如果溫度傳感器包括高溫計，那么外殼30要有孔或其他種類的穿通裝置來容納高溫計或與高溫計連結(jié)的光纖。
作為本發(fā)明的另一個實施例，在外殼30的內(nèi)表面附近設(shè)置襯套88。襯套88用于保護外殼30內(nèi)表面區(qū)域。例如在涉及淀積處理的應(yīng)用中，襯套88的排列能基本上阻擋外殼30內(nèi)表面上的淀積。因此，從處理室54泄漏的處理氣體，把材料淀積在外殼30的可能性降低了。
襯套88最好包括穩(wěn)定的材料，使襯套88能經(jīng)得起各種清潔處理，如為除去襯套88表面淀積物的液體清潔處理、氣體清潔處理、和物理清潔處理。適合用作襯套88的材料例子包括石英和陶瓷材料。在各優(yōu)選實施例中，襯套88是可移去的，所以可以移去襯套88，加以清潔，并重新裝回外殼30內(nèi)。
在一個用于某些淀積應(yīng)用的優(yōu)選實施例中，安排襯套88與外殼30接觸，使襯套88能維持基本上高于外殼30溫度的工作溫度。這樣安排的優(yōu)點是，襯套88更高的溫度，有利于降低可能從處理室54逸出的處理氣體淀積在襯套88上。通過令襯套88與外殼30之間熱傳導(dǎo)的接觸的設(shè)計，能夠獲得該種安排。在一個實施例中，把熱傳導(dǎo)的接觸限制在最小，以能滿足在外殼30中穩(wěn)定地支承襯套88為度。
現(xiàn)在參考圖1a，圖中畫出本發(fā)明實施例的另一個視圖。圖上的外殼30，有端口90，用于向和從外殼30裝入和取出晶片。在一個優(yōu)選的實施例中，把一外殼進出板94放在端口90的附近，且可移動地與外殼30連結(jié)，便于晶片裝入和取出時，提供與外殼30內(nèi)部的進出，也便于在晶片處理時，把外殼30的內(nèi)部隔離。外殼進出板94移動至第一位置時，供晶片的裝入和取出；外殼進出板94移動至第二位置時，供晶片處理時把外殼30隔離。
圖上畫出的處理室54，有端口98，用于向和從處理室54裝入和取出晶片。安排端口90和端口98，使它們排成直線，以便移動晶片進入和離開處理室54。室進出板102靠近端口98。室進出板102可移動地與處理室54、外殼30、隔熱屏70(未在圖1中畫出)連結(jié)，或與它們的組合連結(jié)。進出板102可在第一位置與第二位置之間移動，在第一位置時，能進入處理室54的端口98，以便能把晶片裝入和取出。當進出板102在第二位置時，進出板102阻止進入處理室54的端口98，以便在晶片處理時，減少處理室內(nèi)部的輻射熱損耗。在另一個實施例中，進出板102有加熱單元66，用于加熱進出板102。
在一個實施例中，進出板102的第二位置，使進出板102與處理室54保持一定距離，所以在圍繞進出端口90的區(qū)域，進出板102基本上不與處理室54接觸。使進出板102與處理室54保持一定距離的作用，是減少因進出板102與處理室54的物理接觸而產(chǎn)生微粒的可能性。
控制器106與進出板102及外殼進出板94連結(jié)，以便控制進出板102和進出板94的移動，以便裝入和取出晶片。在另外一個實施例中，控制器106還包括溫度控制系統(tǒng)。在又一個實施例中，控制器106的結(jié)構(gòu)，能控制流向處理室54的處理氣體。
現(xiàn)在參考圖2，圖上畫出處理室54一個實施例的剖面圖。處理室54包括三個區(qū)處理區(qū)58、預(yù)處理區(qū)114、和后處理區(qū)118。處理區(qū)58把預(yù)處理區(qū)114和后處理區(qū)118隔開。
為在處理區(qū)58支承晶片，設(shè)置晶片支座122。晶片支座122與處理室54連結(jié)，以便能旋轉(zhuǎn)晶片支座122，從而當晶片支承在晶片支座122上時，能旋轉(zhuǎn)晶片。晶片支座122包括一盤126，上有基本上平的與晶片背面接觸的區(qū)域。晶片支座122與晶片背面接觸的該區(qū)域，即盤126，最好小于晶片面積，以方便裝入和取出晶片。晶片支座122還包括晶片托架桿130，基本上約成90度角連結(jié)在盤126的中心。在一個實施例中，處理室54在底部表面有一孔，且桿130從盤126伸延，穿過該處理室54底部的孔。桿130可旋轉(zhuǎn)地與電機(未在圖1中畫出)連結(jié)，使晶片支座122能繞桿130的軸旋轉(zhuǎn)。
圖2給出的實施例，還畫出處理區(qū)58有一凹進區(qū)域134。選擇凹進區(qū)域134的大小，使盤126能托住晶片，且晶片的前表面基本上與處理區(qū)58底部表面周圍持平，目的是在與淀積有關(guān)的處理中，遮擋晶片背面，避免背面的淀積。
工作時，晶片裝在盤126上。盤126基本上維持與處理區(qū)58相同的溫度。在各優(yōu)選的實施例中，晶片由盤126支承，所以必需用針升降機構(gòu)。這樣，晶片不必經(jīng)受針升降機構(gòu)在其背面的刻劃；產(chǎn)生較少的微粒；且在晶片中產(chǎn)生的晶體應(yīng)力也少。
預(yù)處理區(qū)114與處理氣體注入導(dǎo)管74連結(jié)，所以處理氣體能經(jīng)過預(yù)處理區(qū)114進入處理室54。后處理區(qū)118與氣體排放導(dǎo)管78(未在圖2中畫出)連結(jié)，所以處理氣體能經(jīng)過后處理區(qū)118離開處理室54。因此，處理氣體進入預(yù)處理區(qū)114；沿基本上平行于盤126表面的方向，流過處理區(qū)58；并經(jīng)后處理區(qū)118，流出處理室54。
環(huán)繞處理室54的外部，放置多個電阻條加熱器110。對圖2所示實施例，電阻條加熱器110與處理室54接觸。應(yīng)當指出，圖2所示實施例，只是電阻條加熱器110相對于處理室54多種可能的安排之一。對圖2所示實施例，電阻條加熱器110可以沿處理室54的上表面排列；電阻條加熱器110可以沿處理室54的下表面排列；電阻條加熱器110還可以沿處理室54的側(cè)表面排列。
電阻條加熱器110與溫度控制系統(tǒng)(未在圖2中畫出)連結(jié)，所以預(yù)處理區(qū)114、處理區(qū)58、和后處理區(qū)118，各能控制在獨立的溫度上，或者，在另一個實施例中，它們都能控制在相同的溫度上。具體說，預(yù)處理區(qū)114能夠控制在預(yù)處理溫度上、處理區(qū)58能夠維持在處理溫度上、而后處理區(qū)118能夠維持在后處理溫度上。獨立地控制三個區(qū)溫度的能力，是本發(fā)明一些實施例的優(yōu)點。該優(yōu)點是靠在多個位置測量溫度的能力、和向各組許多電阻條加熱器110個別傳送功率的獨立控制能力實現(xiàn)的。
例如，能夠安排一個或多個溫度傳感器來測量特定電阻條加熱器的溫度，并且能夠響應(yīng)該測量的溫度，控制該電阻條加熱器的溫度。或者，能夠安排一個或多個溫度傳感器來測量處理室上特定位置的溫度，并控制處理室在該區(qū)域的溫度。
獨立溫度控制的優(yōu)點在于，進入預(yù)處理區(qū)114的處理氣體，在該氣體進入裝有晶片的處理區(qū)58之前，能夠被預(yù)加熱。處理氣體的預(yù)加熱，能更好地控制晶片在處理時的溫度。換句話說，處理氣體的預(yù)加熱，有助于減輕晶片被處理氣體冷卻。在諸如外延膜生長的應(yīng)用中，維持晶片一致的溫度，有助于防止在外延膜中形成缺陷。在涉及化學(xué)氣相淀積的應(yīng)用中，均勻的晶片溫度，有助于減輕因晶片溫度不均勻而產(chǎn)生的膜厚和膜性質(zhì)的不均勻性。此外，使晶片溫度均勻的優(yōu)點，還能在涉及升溫晶片處理的其他集成電路制作工藝中實現(xiàn)。
三個區(qū)能獨立溫度控制的另一個優(yōu)點，是能用后處理區(qū)118把排出氣體維持在后處理的溫度，直至用過的氣體離開處理室54并從處理區(qū)58除去。在涉及淀積的應(yīng)用中，控制排放氣體的溫度，能控制后處理區(qū)118中淀積材料的性質(zhì)。例如，由于把后處理區(qū)118維持在預(yù)選的溫度，暴露在后處理區(qū)118的排放氣體，是在預(yù)選的溫度下淀積材料的。預(yù)選的溫度最好選取后處理區(qū)淀積高質(zhì)量膜的溫度，而不是低質(zhì)量膜的溫度。低質(zhì)量膜包括諸如具有與處理室54粘結(jié)性質(zhì)不好的性質(zhì)的膜。眾所周知，與壁不粘結(jié)的淀積，是半導(dǎo)體晶片處理的微粒污染源。另一種低質(zhì)量膜例子，包括其蝕刻特性與處理區(qū)58淀積的膜的蝕刻特性不一致或不相符的膜。不一致或不相符的蝕刻特性，使清潔處理室54變得更為困難；這一點能使現(xiàn)場清潔處理成為特別嚴重的問題。
處理區(qū)能獨立溫度控制的又一個優(yōu)點，是能把排放區(qū)118溫度維持在低于處理區(qū)58溫度的能力。排放區(qū)118較低的溫度，能使排放的氣體在進入排放導(dǎo)管冷卻段之前緩慢冷卻。在某些應(yīng)用中，由于不能恰當冷卻排放的氣體，能夠引起排放氣體的熱激波；該熱激波能夠在排放導(dǎo)管中產(chǎn)生大量淀積。排放線管線中的淀積是潛在的危險；該種淀積物能產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，當清潔系統(tǒng)而暴露在空氣中時可引發(fā)自燃。
三個區(qū)能獨立溫度控制還有另一個優(yōu)點，就是在晶片處理步驟中，處理區(qū)58能維持在處理溫度上。在晶片處理步驟中，處理區(qū)58最好維持基本上等溫的條件。處理區(qū)58的等溫條件，對本發(fā)明的實施例而言，是更容易獲得的，因為在本發(fā)明的實施例中，溫度控制系統(tǒng)包括多個溫度傳感器，并且向各個電阻條加熱器的功率傳送是獨立控制的。對其他類型的加熱單元，如紅外燈、電弧燈、和RF感應(yīng)加熱器，也可獲得類似的優(yōu)點。
現(xiàn)在參考圖3，圖上畫出加熱單元66。電接頭67a和電接頭67b形成與加熱單元66的電接觸，以便讓電流在電接頭67a和電接頭67b之間通過加熱單元66。分布69表示加熱單元66工作時假設(shè)的溫度曲線例子。加熱單元66靠近電接頭67a和電接頭67b的溫度，通常基本上低于加熱單元66其他電流流過的區(qū)域的溫度。通常，靠近電接觸處需要較低的溫度，使之與標準電線材料如銅適應(yīng)。為了在電接觸處獲得適當?shù)臏囟?，加熱單元如電阻條加熱器的設(shè)計，要使電阻條加熱器在電接觸區(qū)域有較低的電阻。該較低的電阻導(dǎo)致電阻條加熱器在電接觸處產(chǎn)生較小的熱。但是，加熱單元66離開電接觸處的區(qū)域，要能維持基本上等溫的溫度。具體說，電阻條加熱器的設(shè)計，要求在基本上等溫的部分有較高的電阻，而在電接觸區(qū)域則有較小的電阻。
在本發(fā)明的一個實施例中，只有加熱單元66基本上等溫的部分，被用來為處理區(qū)58獲得基本上等溫的條件。例如，加熱單元66非等溫的部分，遠離處理區(qū)58，所以處理區(qū)58的溫度控制，基本上不受加熱單元66非等溫部分的影響。要達到這一點，可以把加熱單元66基本上等溫部分安排在更接近處理區(qū)58的位置，同時把非等溫部分安排離處理區(qū)58更遠。作為結(jié)構(gòu)的一個例子，可以增大加熱單元66，使之大于處理區(qū)58，于是加熱單元66的非等溫部分伸延至處理單元58邊界之外，如圖3a所示。換而言之，把電接觸處放在遠離處理區(qū)58的地方。
另一種結(jié)構(gòu)包括，把加熱單元66的非等溫部分，例如通過彎曲或改變形狀等調(diào)整操作，使之遠離處理區(qū)58，于是，加于處理區(qū)58的熱，基本上全部來自加熱單元66的等溫部分。另外的結(jié)構(gòu)對本領(lǐng)域一般人員是容易了解的。
在其他實施例中，預(yù)處理區(qū)114和后處理區(qū)118能夠用剛剛說明的處理區(qū)58的結(jié)構(gòu)維持等溫。不過對許多應(yīng)用，也只有處理區(qū)需要等溫。
現(xiàn)在參考圖4，圖中畫出處理室54另一個實施例的剖面圖。處理室54包括預(yù)處理區(qū)114、處理區(qū)58、和后處理區(qū)118。氣體注入導(dǎo)管74與預(yù)處理區(qū)114連結(jié)，以便向處理室54供應(yīng)處理氣體。在一個實施例中，處理室54有孔136，氣體注入導(dǎo)管74通過該孔進入處理室54。密封襯圈138在氣體注入導(dǎo)管74周圍形成密封，以便限制處理氣體從處理室54漏失。在一個實施例中，密封襯圈138不形成氣密封，所以密封襯圈138能讓氣體在處理室54和外殼30之間泄漏。
在一個實施例中，氣體注入導(dǎo)管74包括氣體分散頭142，上有用于在處理室54預(yù)處理區(qū)114中使處理氣體分散的孔。
處理氣體預(yù)熱器146位于氣體分散頭142與處理區(qū)58之間，使進入預(yù)處理區(qū)114的處理氣體，在進入處理區(qū)58之前，經(jīng)過氣體預(yù)熱器146。氣體預(yù)熱器146便于把處理氣體加熱至預(yù)處理溫度。氣體預(yù)熱器146包括耐熱材料的實體，耐熱材料如碳化硅、涂覆石墨的碳化硅、石英、和陶瓷材料。氣體預(yù)熱器146有多個孔讓處理氣體通過。在一個優(yōu)選的實施例中，排列氣體預(yù)熱器146中的孔，以便分配處理氣體，使處理氣體在離開氣體預(yù)熱器146時，被迫維持層流。
處理區(qū)58在處理室54的底部表面有一凹進區(qū)域134。晶片支座122位于處理區(qū)58內(nèi)。晶片支座122有一盤126，與晶片保持接觸。在一個優(yōu)選實施例中，盤126剛好適合放進凹進區(qū)域134，以便晶片的上表面能夠與包圍凹進區(qū)域134的處理區(qū)58底部表面區(qū)域基本上持平。在晶片處理時，晶片支座122要能讓晶片旋轉(zhuǎn)。具體說，晶片支座122與處理室54的連結(jié)，要能讓晶片支座旋轉(zhuǎn)。電機(未在圖4中畫出)可旋轉(zhuǎn)地與晶片支座122連結(jié)，以便使晶片支座122旋轉(zhuǎn)。
一速度梯度板150與處理室54連結(jié)。速度梯度板150最好基本上是剛性的且對處理氣體基本上是惰性的。速度梯度板150放在晶片支座附近，以便對處理氣體在晶片支座122晶片托架表面上的流動通道的一端，加以限制，使該通道的截面面積，隨速度梯度板150與晶片支座122晶片托架表面之間垂直距離的變化，沿處理氣體流動方向而減小。速度梯度板150最好由耐熱材料構(gòu)成。能夠用作速度梯度板150的材料的例子，包括諸如石英、碳化硅、涂覆石墨的碳化硅、和陶瓷材料等材料。
在另一個實施例中，速度梯度板150是可移動地與處理室54連結(jié)，以便速度梯度板150與晶片支座122間的距離，能夠作為另一個處理參數(shù)進行調(diào)節(jié)。最好是，速度梯度板150與晶片支座122間的距離能夠調(diào)節(jié)，速度梯度板150與晶片支座122間的角度也能夠調(diào)節(jié)。作為例子，用速度梯度板連接器154，把速度梯度板150懸掛在處理室54的頂部。連接器154的長度可以變化，以便改變速度梯度板150相對于晶片支座122的位置。
在處理氣體在晶片上流過時，速度梯度板150能改善處理氣體的質(zhì)量輸運特性。對涉及如淀積、外延生長、和其他要求處理氣體中有反應(yīng)物的應(yīng)用中，改善了的質(zhì)量輸運特性有助于補償處理氣體中反應(yīng)物的消耗。消耗偏差的減少，改善了淀積層性質(zhì)的均勻性，如厚度均勻性、化合性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、和電學(xué)性質(zhì)。
速度梯度板150置于氣體預(yù)熱器146的附近，所以，離開氣體預(yù)熱器146的處理氣體，在通過處理區(qū)58時受速度梯度板150的影響。
對用高溫計測量晶片溫度的本發(fā)明實施例，速度梯度板150可以有孔(未在圖4中畫出)，以便用光纖觀察晶片而不受速度梯度板150的阻礙。這些孔最好大小適當，對流過處理區(qū)58的處理氣體基本上不產(chǎn)生影響。
在另外一個實施例中，速度梯度板150呈倒“U”形，以改善對流過晶片上的處理氣體的制約。對本實施例，速度梯度板150兩相對邊緣向下彎，使速度梯度板150至少對晶片上氣體流過的通道的部分側(cè)壁有所限制。排放隔板158把處理區(qū)58與后處理區(qū)118分開。隔板158至少有一孔，讓氣體從處理區(qū)58流進后處理區(qū)118。隔板158的一種功能，是幫助減少氣體從后處理區(qū)118返回處理區(qū)58的反向循環(huán)。
在另一個實施例中，預(yù)處理區(qū)114包括處理室驅(qū)氣氣體注入器162，用于向處理室54提供驅(qū)氣氣體，如氫氣或惰性氣體。在一個優(yōu)選實施例中，驅(qū)氣氣體注入器162用于使驅(qū)氣氣體從預(yù)處理區(qū)114流過處理區(qū)58的容積166。容積166基本上不包括位于速度梯度板150與晶片支座122之間的容積170。驅(qū)氣氣流的一種功能，是幫助限制處理氣體流進容積170，以便最大限度地讓處理氣體出現(xiàn)在晶片之上。對速度梯度板150上有溫度測量孔的實施例，處理室的驅(qū)氣氣流是十分重要的。驅(qū)氣氣流通過后處理區(qū)118，離開處理室54。排放隔板158至少有一孔，讓驅(qū)氣氣體從處理區(qū)58到達后處理區(qū)118。后處理區(qū)118有一孔174，供排放的氣體和驅(qū)氣氣體離開處理室54。
現(xiàn)在參考圖5，圖上畫出使處理氣體和驅(qū)氣氣體流向處理室54的氣體注入器178的例子。氣體注入器178包括三部分傳送處理氣體的處理氣體部分182a及182b，和傳送驅(qū)氣氣體的驅(qū)氣氣體部分186。各部分都有多個孔189。在一個優(yōu)選實施例中，這些孔在每部分內(nèi)基本上是平行的。這些孔分配處理氣體，使氣流方向基本上平行于晶片托架平面。換句話說，一種噴淋頭類型的氣流近似平行地被引向晶片表面。作為又一個實施例，氣體注入器178的結(jié)構(gòu)，能使氣體可選擇地在晶片上或獨立分配或共同分配，以便改善處理均勻性的控制。通過可選擇的晶片上氣體的分配，補償因溫度梯度和氣流產(chǎn)生的反應(yīng)速率變化，從而獲得改善的均勻性。
此外，直立的典型的噴淋頭結(jié)構(gòu)能獲得高的生長速率，但要避免一些常規(guī)噴淋頭共有的產(chǎn)生微粒的問題。例如，直立的噴淋頭較少可能有微粒從噴淋頭落在晶片表面上。用在淀積應(yīng)用的本發(fā)明各實施例包括噴淋頭材料，該種材料要對淀積材料有良好粘附性質(zhì)。現(xiàn)在參考圖6，圖上畫出一種隔熱屏190的示例性結(jié)構(gòu)。隔熱屏190包括第一隔熱屏190a和第二隔熱屏190b。隔熱屏190a和隔熱屏190b要適當定位，以便為處理室54同一區(qū)域提供熱隔離。為了降低隔熱屏190a和隔熱屏190b之間的熱傳導(dǎo)，要在隔熱屏之間維持一定的間隔。隔熱屏之間最好保持最少的物理接觸。在一個實施例中，隔熱屏之間的間隔，是通過在隔熱屏之間放置一個或多個襯墊194保持的。適合用作襯墊194的材料，包括諸如石英、多晶硅、碳化硅、涂覆石墨的碳化硅、和陶瓷材料等耐熱材料。在一個優(yōu)選的實施例中，襯墊194作成球形，直徑約等于隔熱屏間需要維持的間隔。襯墊194還能用于本設(shè)備其他部件間維持需要的間隔，例如用于加熱單元66、電阻條加熱器110、與處理室54之間。如圖6所示，襯墊194用來維持隔熱屏190b與處理室54外表面之間的間隔。圖上的電阻條加熱器110夾在隔熱屏190b與處理室54之間。
在一個另外的實施例中，利用隔熱屏的表面結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生與使用剛說明的襯墊基本上相同的結(jié)果。例如，隔熱屏可以有突出部，從隔熱屏表面伸出，那么，該突出部基本上維持了相鄰隔熱屏之間或其他相鄰表面之間需要的間隔。
對本發(fā)明各種實施例，可把單個隔熱屏，或多個隔熱屏，用于同一區(qū)域的熱隔離。
現(xiàn)在參考圖7，圖上畫出包括盤126和晶片托架桿130的晶片支座122。晶片托架桿130基本上附著在盤126的中央，以便晶片支座122能繞晶片托架桿130的軸旋轉(zhuǎn)，從而使晶片旋轉(zhuǎn)。晶片托架桿130伸延穿過處理室54(未在圖7中畫出)；晶片支座122與處理室54的連結(jié)，要能使晶片支座122旋轉(zhuǎn)。晶片托架桿130伸延穿過外殼30的底部表面；晶片托架桿130與外殼30底部的連結(jié)，要能讓晶片支座122旋轉(zhuǎn)。晶片托架桿130可旋轉(zhuǎn)地耦合至旋轉(zhuǎn)晶片支座122的電機198。線性執(zhí)行機構(gòu)202與電機198連結(jié)；線性執(zhí)行機構(gòu)202能升起和降下電機198。電機198與晶片托架桿130耦合，所以線性執(zhí)行機構(gòu)202升起和降下電機198時，也使晶片托架122升起和下降?？梢岳镁ё?22的升起和下降，方便地向和從晶片支座122裝入和取出晶片。
在一個實施例中，旋轉(zhuǎn)的穿通裝置206，例如標準的市面上可購得的旋轉(zhuǎn)穿通裝置，連結(jié)在電機198與晶片托架桿130之間，以便傳送旋轉(zhuǎn)運動和上下運動。波紋管210的一端與外殼30底部連結(jié)。波紋管210包圍晶片托架桿130。支撐板214附著在波紋管210的另一端。與波紋管210的附著部分最好基本上是氣密的。旋轉(zhuǎn)穿通裝置206附著在支撐板214上，以便讓電機198使晶片支座122旋轉(zhuǎn)。波紋管210的結(jié)構(gòu)能使電機198上下運動，把晶片支座122升起和降下。
在另一個實施例中，晶片托架桿130有中心孔，例如軸中心孔218。盤126有一孔222與軸中心孔218對應(yīng)。晶片托架桿130的結(jié)構(gòu)能讓真空源對軸中心孔218抽真空，在孔222上產(chǎn)生低壓?？?22上的低壓，最好足以使盤126起真空吸盤的作用，把晶片吸附在晶片支座122上。
本發(fā)明的各實施例，由處理室材料及熱壁操作產(chǎn)生的優(yōu)點是，對諸如硅外延等應(yīng)用中消除了常規(guī)生長速率的限制。本發(fā)明的各實施例，能以高本征電阻率值、按基本上更高的生長速率和更高的溫度生長外延硅，而不出現(xiàn)壁淀積問題。此外，用非氯化硅源，對已刻圖的晶片，可獲得無圖形位移、無畸變、和無擦除等優(yōu)點。
顯然，本發(fā)明各實施例能用于廣泛的各種半導(dǎo)體器件制作的升溫處理。更換所選處理氣體，能使本發(fā)明各實施例適合用于各種半導(dǎo)體晶片處理步驟，如退火、激活摻雜物、化學(xué)氣相淀積、外延淀積、摻雜、形成硅化物、氮化、氧化、淀積物回流、和再結(jié)晶。
雖然已經(jīng)說明和列舉本發(fā)明各具體實施例，但顯然，在不違背本發(fā)明的真正精神和范圍下，可以對具體說明和列舉的實施例細節(jié)作各種改變，本發(fā)明的真正精神和范圍由后面的權(quán)利要求書及其法律上等效的敘述界定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體晶片熱處理設(shè)備，該設(shè)備包括外殼，該外殼有供裝入和取出晶片的端口，該外殼有驅(qū)氣氣體進入端口和驅(qū)氣氣體離開端口，讓驅(qū)氣氣體流過該外殼；包含在該外殼內(nèi)的處理室，該處理室有供裝入和取出晶片的端口，該處理室包括托住晶片的晶片支座；位于外殼內(nèi)的多個加熱單元，通過排列這些加熱單元，使這些加熱單元對處理室的外部加熱；至少一個隔熱屏，置于至少一個加熱單元與外殼之間；溫度控制系統(tǒng)，用于控制各加熱單元，使晶片基本上維持在某一熱處理溫度。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的各加熱單元包括電阻條加熱器。
3.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的晶片支座可旋轉(zhuǎn)地耦合至處理室，以便使晶片旋轉(zhuǎn)。
4.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括置于外殼內(nèi)表面附近的襯套，用于基本上阻擋外殼內(nèi)表面上的淀積。
5.按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中的外殼有通道，用于接受冷卻外殼的流體。
6.按照權(quán)利要求3的設(shè)備，還包括與處理室連結(jié)的氣體注入導(dǎo)管，用于傳送處理氣體至處理室；和與處理室連結(jié)的氣體排放導(dǎo)管，用于從處理室除去氣體，且其中，通過排列氣體注入導(dǎo)管和氣體排放導(dǎo)管，使進入處理室的處理氣體，沿基本上平行于晶片表面方向流動。
7.按照權(quán)利要求6的設(shè)備，還包括速度梯度板，該速度梯度板基本上是剛性的，該速度梯度板與處理室連結(jié)，該速度梯度板置于晶片支座附近，以便對處理氣體在晶片支座上的流動通道的一端，加以限制，其中，該通道的截面面積，隨速度梯度板與晶片支座之間垂直距離的變化，沿處理氣體流動方向而減小。
8.按照權(quán)利要求7的設(shè)備，其中的速度梯度板可移動地與處理室連結(jié)，以便能調(diào)節(jié)速度梯度板與晶片支座之間的距離。
9.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中處理室包括預(yù)處理區(qū)、處理區(qū)、和后處理區(qū)，溫度控制系統(tǒng)能對預(yù)處理區(qū)、處理區(qū)、和后處理區(qū)獨立地控制在預(yù)先選定的溫度上，于是，各區(qū)能維持在獨立的溫度上。
10.按照權(quán)利要求9的設(shè)備，其中的預(yù)處理區(qū)包括氣體注入器，把處理氣體注入處理室，還包括能傳導(dǎo)熱量至處理氣體的氣體預(yù)熱器，使處理氣體在到達晶片支座之前，被預(yù)加熱至接近預(yù)先選定的預(yù)處理溫度。
11.按照權(quán)利要求9的設(shè)備，其中的處理區(qū)包括晶片托架。
12.按照權(quán)利要求9的設(shè)備，還包括把處理區(qū)與后處理區(qū)分隔開的隔板，該隔板能讓氣體從處理區(qū)流向后處理區(qū)，且其中后處理區(qū)能維持預(yù)先選定的后處理溫度。
13.按照權(quán)利要求2的設(shè)備，其中的處理室包括基本上等溫的處理區(qū)，且其中電阻條加熱器的電接觸處，遠離等溫處理區(qū)，只讓電阻條加熱器基本上等溫的部分，加熱處理室的等溫處理區(qū)。
14.按照權(quán)利要求2的設(shè)備，其中電阻條加熱器的電接觸處，遠離處理室，使靠近電接觸處的電阻條加熱器較冷的部分，基本上不冷卻處理室。
15.按照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中的加熱單元包括電阻條加熱器，且其中電阻條加熱器的電接觸處，遠離處理室，只讓電阻條加熱器基本上等溫的部分，加熱處理室的處理區(qū)。
16.按照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中電阻條加熱器的電接觸處，遠離處理室，使靠近電接觸處的電阻條加熱器較冷的部分，基本上不冷卻處理室的處理區(qū)。
17.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的加熱單元至少包括如下之一a)電阻條加熱器，和b)紅外燈。
18.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的加熱單元至少包括如下之一a)電阻條加熱器，和b)紅外燈，且其中加熱單元的電接觸處，遠離處理室。
19.按照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中的加熱單元是電功率加熱單元，從包括電阻條加熱器、紅外燈、和射頻感應(yīng)加熱器的一組中選出，又，其中加熱單元的電接觸處，遠離處理室的處理區(qū)，使靠近電接觸處的加熱單元較冷的部分，基本上不冷卻處理室的處理區(qū)。
20.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的處理室由耐熱材料構(gòu)成。
21.按照權(quán)利要求20的設(shè)備，其中的耐熱材料，從包括碳化硅、涂覆石墨的碳化硅、石墨、石英、硅、陶瓷、氮化鋁、氧化鋁、氮化硅、氧化鎂、和氧化鋯的一組材料中選出。
22.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，至少一個隔熱屏包括至少兩個隔熱屏，并且還包括位于該至少兩個隔熱屏之間的襯墊，該襯墊要能防止隔熱屏之間的接觸，該襯墊由耐熱材料構(gòu)成。
23.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的溫度控制系統(tǒng)包括多個溫度傳感器，用于控制加熱單元的溫度、處理室的溫度、和晶片的溫度。
24.按照權(quán)利要求23的設(shè)備，其中的溫度傳感器至少包括如下之一a)高溫計，和b)電熱偶。
25.一種半導(dǎo)體晶片熱處理方法，該方法包括的步驟有a.設(shè)置處理室；b.用電阻條加熱器基本上等溫的部分，在處理室中產(chǎn)生基本上等溫的熱壁處理區(qū)；c.在處理區(qū)中提供晶片；d.旋轉(zhuǎn)該晶片；e.使預(yù)加熱了的氣體，沿基本上平行于晶片表面的方向，在該晶片上流動；f.在該預(yù)加熱的氣體中引發(fā)速度梯度，使氣體速度沿氣體流動方向增大；和g.在保持預(yù)先選定溫度的各區(qū)中維持氣體，直至該氣體離開處理室。
26.按照權(quán)利要求25的方法，還包括限制加熱器和處理室的熱量損失的步驟。
27.按照權(quán)利要求25的方法，還包括基本上收集所有從處理室泄漏的處理氣體的步驟。
28.按照權(quán)利要求25的方法，其中的步驟b包括在多個位置測量溫度。
29.按照權(quán)利要求25的方法，還包括在步驟d之后，當晶片正在旋轉(zhuǎn)時，在晶片上多個位置上測量溫度的步驟。
30.按照權(quán)利要求25的方法，其中步驟e中指出的氣體，要根據(jù)半導(dǎo)體晶片的處理步驟選擇，半導(dǎo)體晶片的處理步驟，從包括退火、激活摻雜物、化學(xué)氣相淀積、外延淀積、摻雜、形成硅化物、氮化、氧化、淀積物回流、和再結(jié)晶的一組中選出。
31.按照權(quán)利要求30的方法，還包括把外殼中的處理室封閉的步驟。
32.一種在半導(dǎo)體晶片上外延淀積的設(shè)備，該設(shè)備包括外殼，該外殼有供裝入和取出晶片的端口，該外殼有驅(qū)氣氣體進入端口和驅(qū)氣氣體離開端口，讓驅(qū)氣氣體流過該外殼；包含在該外殼內(nèi)的處理室，該處理室有預(yù)處理區(qū)、處理區(qū)、和后處理區(qū)，該處理室有供裝入和取出晶片的端口，該處理室包括處理區(qū)中托住晶片的晶片支座，該晶片支座可旋轉(zhuǎn)地與處理室連結(jié)，能使晶片旋轉(zhuǎn)；位于外殼內(nèi)的多個電阻條加熱器，通過排列這些電阻條加熱器，以便對處理室的外部加熱；至少一個隔熱屏，置于至少一個電阻條加熱器與外殼之間；溫度控制系統(tǒng)，用于控制各電阻條加熱器，使晶片基本上維持在某一熱處理溫度上，該溫度控制系統(tǒng)，要能對預(yù)處理區(qū)、處理區(qū)、和后處理區(qū)獨立地控制在預(yù)先選定的溫度上，于是，各區(qū)能夠維持在獨立的溫度上；與處理室連結(jié)的氣體注入導(dǎo)管，把處理氣體傳送至處理室；與處理室連結(jié)的氣體排放導(dǎo)管，用于從處理室除去氣體；速度梯度板，該速度梯度板基本上是剛性的，該速度梯度板與處理室連結(jié)，該速度梯度板置于晶片支座附近，以便對處理氣體在晶片支座上的流動通道的一端，加以限制，其中，該通道的截面面積，隨速度梯度板與晶片支座之間垂直距離的變化，沿處理氣體流動方向而減小。
33.按照權(quán)利要求32的設(shè)備，還包括置于外殼內(nèi)表面附近的襯套，用于基本上阻擋外殼內(nèi)表面上的淀積。
34.按照權(quán)利要求32的設(shè)備，其中電阻條加熱器的電接觸處，遠離處理室的處理區(qū)。
35.按照權(quán)利要求32的設(shè)備，其中的溫度控制系統(tǒng)，包括多個溫度傳感器，用于控制加熱單元的溫度、處理室的溫度、和晶片的溫度。
36.按照權(quán)利要求32的設(shè)備，還包括室進出板，該進出板放在靠近處理室中的端口，該進出板可移動地與至少下述之一連結(jié)a)處理室，b)外殼，和c)隔熱屏；且該進出板可在第一位置與第二位置之間移動，其中在第一位置時，能進入處理室的端口，以便把晶片裝入和取出，在第二位置時，則阻止進入處理室的端口，以便在晶片處理時，減少處理室內(nèi)部的輻射熱損耗。
37.按照權(quán)利要求32的設(shè)備，其中的預(yù)處理區(qū)包括氣體預(yù)熱器，在處理氣體進入處理區(qū)之前，加熱處理氣體。
全文摘要
本設(shè)備提供一種溫度控制環(huán)境，用于半導(dǎo)體晶片的升溫處理。一熱壁的處理室被用于各處理步驟。該處理室包括三個區(qū)，各有獨立的溫度控制能力。該設(shè)備除了能在晶片之上提供氣流速度梯度，以改進溫度和處理的均勻性結(jié)果之外，還能旋轉(zhuǎn)晶片。
文檔編號H01L21/205GK1430789SQ01809857
公開日2003年7月16日 申請日期2001年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月17日
發(fā)明者Sr 詹姆斯·J·梅澤 申請人:Sr 詹姆斯·J·梅澤