專利名稱：半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片工藝中的快速熱處理(rapid thermal processing，以下簡(jiǎn)稱為RTP)工藝，特別是涉及采旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片方式進(jìn)行均勻熱處理的RTP方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，快速熱處理或RTP工藝用于快速并且均勻地加熱晶片，其通常被應(yīng)用在離子注入之后的摻雜物活化及擴(kuò)散、形成金屬硅化物之后的回火處理以與柵極氧化層的回火處理等方面。
在RTP工藝中，單片晶片被放置在密閉的RTP反應(yīng)艙中，利用特定熱源及預(yù)設(shè)的升溫程序進(jìn)行加熱晶片，以快速達(dá)到所要求的溫度。在溫度控制方面，有以高溫計(jì)(pyrometer)量測(cè)感應(yīng)晶片所輻射出的在某特定波長(zhǎng)下的熱，以計(jì)算出最理想的精確度。過去所努力的焦點(diǎn)都是放在如何精密地控溫而提高溫度的均一性，及發(fā)展出不同的加熱周期與程序以降低熱預(yù)算(thermalbudget)。然而，影響半導(dǎo)體工藝品質(zhì)的因素除了RTP工藝溫度的均一性之外，也不能忽視在RTP工藝中產(chǎn)生的微粒污染。
請(qǐng)參閱圖1，其繪示的是現(xiàn)有技藝RTP反應(yīng)艙10的剖面示意圖，其中半導(dǎo)體晶片12被平放在三根石英針14上，并準(zhǔn)備以配置在RTP反應(yīng)艙10中的加熱燈管16及18進(jìn)行加熱。RTP反應(yīng)艙10具有外殼20，其具有高拋光內(nèi)壁22，并有氣密門24使晶片得以進(jìn)出。半導(dǎo)體晶片的溫度利用高溫計(jì)26進(jìn)行量測(cè)，并連結(jié)至計(jì)算機(jī)32以控制加熱燈管16及18的輸出，同時(shí)計(jì)算機(jī)也控制氣體流量單元30以及工藝氣體28。
現(xiàn)有技藝?yán)眯D(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片的方式使其加熱溫度或使成長(zhǎng)在晶片表面的薄膜能夠更為均勻，請(qǐng)參閱圖2，其繪示的是現(xiàn)有RTP方法的流程圖。首先，如步驟42，先將半導(dǎo)體晶片載入剛剛降溫下來的RTP反應(yīng)艙中，其中半導(dǎo)體晶片平放在石英針上，且一開始，半導(dǎo)體晶片的溫度約為室溫，低于RTP反應(yīng)艙的內(nèi)壁溫度(通常為30至80℃)。接著，如步驟44，使半導(dǎo)體晶片水平旋轉(zhuǎn)。接著，如步驟46，將工藝氣體導(dǎo)入RTP反應(yīng)艙中。最后，如步驟48，以儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的預(yù)設(shè)升溫程序，開始進(jìn)行半導(dǎo)體晶片的加熱。然而，上述現(xiàn)有技藝以旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片方式進(jìn)行均勻熱處理的RTP方法卻容易導(dǎo)入微粒污染。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在提供一種改良的半導(dǎo)體晶片熱處理方法，以解決在RTP工藝中可能產(chǎn)生的微粒污染問題。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明揭露一種半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，包括以下步驟(1)提供一快速熱處理(RTP)反應(yīng)艙，其包括有至少一加熱源、一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，用以轉(zhuǎn)動(dòng)半導(dǎo)體晶片，以及一冷卻系統(tǒng)，用以冷卻該RTP反應(yīng)艙的內(nèi)壁；(2)將一半導(dǎo)體晶片載入該RTP反應(yīng)艙中，此時(shí)該RTP反應(yīng)艙的內(nèi)壁由該冷卻系統(tǒng)降溫至第一溫度；(3)以該加熱源快速預(yù)熱該半導(dǎo)體晶片至一第二溫度，其中該第二溫度高于該第一溫度；以及(4)當(dāng)該半導(dǎo)體晶片的溫度到達(dá)該第二溫度時(shí)，始啟動(dòng)該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，進(jìn)行該半導(dǎo)體晶片的旋轉(zhuǎn)，且同時(shí)間亦持續(xù)將該半導(dǎo)體晶片的溫度拉升至第三溫度。
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖。然而所附圖式僅供參考與輔助說明用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。


圖1繪示的是現(xiàn)有技術(shù)的RTP反應(yīng)艙的剖面示意圖。
圖2繪示的是現(xiàn)有RTP方法的流程圖。
圖3繪示的是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的RTP工藝流程圖。
圖4以及圖5分別繪示的是本發(fā)明RTP工藝在“浸泡(soak)”模式及“尖峰(spike)”模式下的升溫程序曲線圖。
簡(jiǎn)單符號(hào)說明
10 RTP反應(yīng)艙 12 半導(dǎo)體晶片14 石英針 16 加熱燈管18 加熱燈管20 外殼22 高拋光內(nèi)壁 24 氣密門26 高溫計(jì) 28 藝氣體30 氣體流量單元32 計(jì)算機(jī)具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種新穎的RTP工藝流程，特別修正在RTP工藝過程中晶片的旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)機(jī)，以解決在RTP工藝中可能產(chǎn)生的微粒污染問題。這種微粒污染來自于同一RTP反應(yīng)艙需要處理許多批次的晶片，而使得RTP反應(yīng)艙不可避免地會(huì)在其內(nèi)壁上附著污染物所致。當(dāng)處理完某一片晶片之后，下一片晶片(存放在室溫下)會(huì)自動(dòng)地被加載到剛剛降溫下來的RTP反應(yīng)艙中。
在現(xiàn)有技藝中，為了使產(chǎn)能能夠提升或者其它工藝因素，前述的RTP反應(yīng)艙通常被降溫至30至80℃左右，而不是室溫。當(dāng)下一片晶片被加載到RTP工藝中，隨即開始旋轉(zhuǎn)，工藝氣體也開始注入RTP反應(yīng)艙中，然后，儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的預(yù)設(shè)升溫程序，這時(shí)才被啟動(dòng)并在所謂的“浸泡(soak)”模式下或者“尖峰(spike)”模式下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)中半導(dǎo)體晶片的加熱。
在經(jīng)過許多批次的晶片的處理之后，發(fā)現(xiàn)到在RTP反應(yīng)艙內(nèi)壁上附著并累積微粒污染物。本案發(fā)明人經(jīng)過長(zhǎng)期悉心觀察以及多年經(jīng)驗(yàn)的累積發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)有技藝的RTP工藝流程會(huì)導(dǎo)致附著并累積在RTP反應(yīng)艙的較熱內(nèi)壁上的微粒污染物有朝向剛載入RTP反應(yīng)艙中的半導(dǎo)體晶片的較冷表面移動(dòng)擴(kuò)散的傾向，而造成半導(dǎo)體晶片的污染。這種發(fā)生在RTP工藝早期階段的微粒污染物擴(kuò)散傾向會(huì)嚴(yán)重影響到后續(xù)光刻工藝的精密度，進(jìn)行惡化集成電路產(chǎn)品的可靠度、成品率及品質(zhì)。本發(fā)明的主要目的之一即在于去除這種發(fā)生在RTP工藝早期階段的微粒污染物擴(kuò)散傾向。
本發(fā)明經(jīng)改良的RTP工藝流程在可采旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片方式進(jìn)行熱處理的先進(jìn)RTP系統(tǒng)中實(shí)施，這種RTP系統(tǒng)可以由許多知名的快速熱處理設(shè)備供貨商購得，例如美商應(yīng)用材料公司(Applied Materials，Inc.)、德國瑪特森科技公司(Mattson Technology，Inc.)或者德國史特克公司(Steag AST)。舉例來說，本發(fā)明經(jīng)改良的RTP工藝流程可在德國史特克公司(Steag AST)所生產(chǎn)的Steag AST 3000型RTP機(jī)器上進(jìn)行。通常，這類的RTP機(jī)器包括一RTP反應(yīng)艙，支撐半導(dǎo)體晶片的部分特定內(nèi)壁會(huì)以相對(duì)于其它部位做旋轉(zhuǎn)，使得在加熱過程中，半導(dǎo)體晶片也等于相對(duì)于加熱源，例如鹵素?zé)艋蜴u絲燈，做相對(duì)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。此外，RTP反應(yīng)艙的內(nèi)壁通常有一部份是能夠使鹵素?zé)羲尫诺臒彷椛浯┩?，達(dá)到直接或間接均勻加熱晶片的目的。由于這種RTP機(jī)器的使用在該領(lǐng)域及業(yè)界乃通常知識(shí)，因此其細(xì)部構(gòu)造將不再贅述，以簡(jiǎn)潔篇幅。
請(qǐng)參閱圖3，其繪示的是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例改良的RTP工藝流程圖。如圖3所示，首先進(jìn)行步驟152，將半導(dǎo)體晶片加載RTP反應(yīng)艙中，半導(dǎo)體晶片靜置平放在石英針上，并不進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，且此時(shí)半導(dǎo)體晶片的溫度約為室溫，低于RTP反應(yīng)艙的內(nèi)壁溫度(通常為30至80℃)。接著，如步驟154，先以儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的預(yù)設(shè)升溫程序執(zhí)行半導(dǎo)體晶片的加熱升溫，此時(shí)，半導(dǎo)體晶片仍然靜置平放在石英針上，并不進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。上述的計(jì)算機(jī)除了控制加熱源的輸出功率之外，亦同時(shí)可以控制RTP系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及控制工藝氣體流量單元。
本發(fā)明的特征在于上述儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的預(yù)設(shè)升溫程序在半導(dǎo)體晶片仍然靜置平放在石英針上，不進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下即已啟動(dòng)，且該預(yù)設(shè)升溫程序包括有一預(yù)熱階段，其快速地將靜置平放在石英針上的半導(dǎo)體晶片的溫度在極短時(shí)間內(nèi)從原本的T1(約為室溫)加熱至T2，其中T2約為100至250℃，如步驟154。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，前述的預(yù)熱階段由封閉回路控制，并在固定的加熱功率下進(jìn)行，而通常達(dá)到溫度T2的時(shí)間約為5至30秒內(nèi)。由于RTP反應(yīng)艙的內(nèi)壁是由冷卻水系統(tǒng)冷卻，其升溫不會(huì)如半導(dǎo)體晶片般快速，如此，使得RTP反應(yīng)艙的內(nèi)壁在完成前述的預(yù)熱階段后，其溫度變成低于半導(dǎo)體晶片的溫度。
如步驟156，在半導(dǎo)體晶片的溫度達(dá)到T2后，立即啟動(dòng)RTP系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，這時(shí)才開始旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片，同時(shí)間亦繼續(xù)將半導(dǎo)體晶片的溫度拉升到更高的工藝目標(biāo)溫度T3。本發(fā)明RTP系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制可以為機(jī)械方式，例如利用齒輪組合，或者以磁力方式或氣動(dòng)(gas-driven)方式。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不論用何種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，半導(dǎo)體晶片的旋轉(zhuǎn)速率約在70rpm至85rpm之間，最重要的是在前述的預(yù)熱階段完成后，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制始被啟動(dòng)。
在步驟156中，半導(dǎo)體晶片從溫度T2到更高的工藝目標(biāo)溫度T3的加熱過程仍是以前述的固定加熱功率進(jìn)行。而實(shí)際的工藝目標(biāo)溫度T3端視RTP工藝的目的而決定，如離子注入之后的摻雜物活化及擴(kuò)散、形成金屬硅化物之后的回火處理或柵極氧化層的回火處理等皆有不同工藝目標(biāo)溫度T3的設(shè)定。通常，工藝目標(biāo)溫度T3介于700℃與1100℃之間。
此外，本發(fā)明并不限于在“浸泡(soak)”模式或者“尖峰(spike)”模式下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)中半導(dǎo)體晶片熱處理。請(qǐng)參閱圖4以及圖5，其分別繪示的是本發(fā)明RTP工藝在“浸泡(soak)”模式及“尖峰(spike)”模式下的升溫程序曲線圖，且圖中皆標(biāo)示出啟動(dòng)半導(dǎo)體晶片旋轉(zhuǎn)的時(shí)機(jī)點(diǎn)。在圖4中，當(dāng)半導(dǎo)體晶片從溫度T2到工藝目標(biāo)溫度T3后，溫度即保持在定值，并維持一段時(shí)間，例如，30至90分鐘，而升溫程序曲線即有如圖所示的高原區(qū)域。之后，再將溫度降至30-80℃，如步驟158。圖5所示的“尖峰(spike)”模式則無圖4中的高原區(qū)域，直接在溫度達(dá)到工藝目標(biāo)溫度T3后，立刻降溫到30-80℃。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，包括提供一快速熱處理反應(yīng)艙，其包括有至少一加熱源、一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，用以轉(zhuǎn)動(dòng)半導(dǎo)體晶片，以及一冷卻系統(tǒng)，用以冷卻該快速熱處理反應(yīng)艙的內(nèi)壁；將一半導(dǎo)體晶片加載該快速熱處理反應(yīng)艙中，此時(shí)該快速熱處理反應(yīng)艙的內(nèi)壁由該冷卻系統(tǒng)降溫至第一溫度；以該加熱源快速預(yù)熱該半導(dǎo)體晶片至一第二溫度，其中該第二溫度高于該第一溫度；以及當(dāng)該半導(dǎo)體晶片的溫度到達(dá)該第二溫度時(shí)，開始啟動(dòng)該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，進(jìn)行該半導(dǎo)體晶片的旋轉(zhuǎn)，且同時(shí)間亦持續(xù)將該半導(dǎo)體晶片的溫度拉升至第三溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中以該加熱源快速預(yù)熱該半導(dǎo)體晶片至該第二溫度在30秒內(nèi)完成。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該第一溫度介于30℃至80℃。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該第二溫度介于100℃至250℃。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該第三溫度介于700℃至1100℃。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制為機(jī)械方式，包括齒輪組合。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制為磁力方式。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制為氣動(dòng)方式。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該快速熱處理反應(yīng)艙另有一計(jì)算機(jī)，控制該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制、該加熱源的輸出以及工藝氣體的流量。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該半導(dǎo)體晶片的溫度被拉升至該第三溫度后，維持在該第三溫度一段時(shí)間。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該半導(dǎo)體晶片的溫度被拉升至該第三溫度后，隨即被冷卻。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，其中該加熱源包括鹵素?zé)粢约版u絲燈。
13.一種半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法，包括提供一快速熱處理反應(yīng)艙，其包括有至少一加熱源、一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，用以轉(zhuǎn)動(dòng)半導(dǎo)體晶片，以及一冷卻系統(tǒng)，用以冷卻該快速熱處理反應(yīng)艙的內(nèi)壁；將一半導(dǎo)體晶片加載該快速熱處理反應(yīng)艙中，此時(shí)該快速熱處理反應(yīng)艙的內(nèi)壁由該冷卻系統(tǒng)降溫至第一溫度，且該半導(dǎo)體晶片的溫度低于該第一溫度，導(dǎo)致附著并累積在該快速熱處理反應(yīng)艙的較熱內(nèi)壁上的微粒污染物有朝向剛載入快速熱處理反應(yīng)艙中的該半導(dǎo)體晶片的較冷表面移動(dòng)擴(kuò)散的傾向；以該加熱源快速預(yù)熱該半導(dǎo)體晶片至一第二溫度，其中該第二溫度高于該第一溫度，藉此消除該微粒污染物擴(kuò)散傾向；以及當(dāng)該半導(dǎo)體晶片的溫度到達(dá)該第二溫度時(shí)，開始啟動(dòng)該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，進(jìn)行該半導(dǎo)體晶片的旋轉(zhuǎn)，且同時(shí)間亦持續(xù)將該半導(dǎo)體晶片的溫度拉升至第三溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體晶片的快速熱處理方法。提供RTP反應(yīng)艙，包括加熱源、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及冷卻系統(tǒng)，用以冷卻該RTP反應(yīng)艙的內(nèi)壁。將半導(dǎo)體晶片加載RTP反應(yīng)艙中時(shí)，RTP反應(yīng)艙的內(nèi)壁由冷卻系統(tǒng)降溫至第一溫度，且半導(dǎo)體晶片的溫度低于第一溫度，導(dǎo)致附著并累積在RTP反應(yīng)艙的較熱內(nèi)壁上的微粒污染物有朝向剛載入RTP反應(yīng)艙中的半導(dǎo)體晶片的較冷表面移動(dòng)擴(kuò)散的傾向。接著，以加熱源快速預(yù)熱該半導(dǎo)體晶片至第二溫度，其中第二溫度高于該第一溫度，藉此消除微粒污染物擴(kuò)散傾向。當(dāng)半導(dǎo)體晶片的溫度到達(dá)第二溫度時(shí)，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，進(jìn)行半導(dǎo)體晶片的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)間亦持續(xù)將半導(dǎo)體晶片的溫度拉升至第三溫度。
文檔編號(hào)H01L21/477GK1885506SQ20051007952
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者蔡宗洵 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司