專利名稱：半導(dǎo)體圓片的熱處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體圓片的熱處理器，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于處理至少有一個(gè)半導(dǎo)體圓片的熱處理器。
硅圓片在傳統(tǒng)上例如以一次二十至四十個(gè)圓片的批量分成諸如沉積、氧化和刻蝕等階段進(jìn)行處理的。該批量在石英管里處理，其中圓片在石英“圓片載架”上分隔固定，管子和圓片在爐中加熱至約800℃至1200℃的溫度。這些爐子一般是電阻加熱爐結(jié)構(gòu)，例如用通電金屬線圈加熱的爐子，處理時(shí)間達(dá)數(shù)小時(shí)。
近來開發(fā)的單圓片處理不是用帶圓片載架的長管而是用較小的處理室，而處理一個(gè)圓片的時(shí)間為一分鐘的數(shù)量級(jí)。一種最流行的單圓片處理使用一石英室，稱為快速熱處理(RTP)。RTP和其他類似的單圓片處理仍然將圓片加熱為1000℃至1200℃；但使用的是鹵鎢燈而不是電阻加熱。在些批量處理同樣使用鹵鎢燈而不使用電阻加熱。這種處理一般稱為“快速批量處理”，因它們比單圓片處理需要更多的時(shí)間但較傳統(tǒng)批量處理的時(shí)間少。
半導(dǎo)體制造中的常用RTP系統(tǒng)使用鹵鎢燈，以便將石英平行板反應(yīng)器里水平放置的單硅圓片快速加熱。在這種系統(tǒng)中，由于釘鎢的光譜發(fā)射是朝紅外區(qū)斜照的(此時(shí)硅吸收低)，并由于熱硅表面所輻照的熱透過反應(yīng)器壁而在反應(yīng)器外消失，故對(duì)效率有所損害。除了需考慮上述理由而要用大量熱能外，圓片面上因圓片相對(duì)于燈的位置引起了熱量變化。
半導(dǎo)體圓片的熱處理器最好較常用處理器有較高的功效(從而燈的壽命較長而且功耗較低)。
半導(dǎo)體圓片熱處理器的加熱均勻性也最好較常用處理器有所改進(jìn)，從而取得均勻的表面溫度。
在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，通過以一波長選擇層涂覆透明反應(yīng)器壁以增加效率，使紫外光(UV)和可見光輻射可以從燈進(jìn)入反應(yīng)器，而將熱半導(dǎo)體圓片所發(fā)射的紅外輻射的出射堵住。將輻射陷俘在反應(yīng)器里，由于需要較少的入射輻射進(jìn)入處理室將增加處理效率，而通過增加非直接輻射的分量(它對(duì)燈的位置不敏感)來改進(jìn)加熱均勻性。
在另一實(shí)施例中，使用鹵素紅外白熾燈或波長較短的汞或金屬鹵化物放電燈，因它發(fā)射出硅吸收較高的波長，故較鎢燈需用較少的功率。又因此燈無需鎢燈絲故而更為可靠。
這兩種實(shí)施例可在例如單圓片處理、批量處理、快速熱處理例如快速批量處理中單獨(dú)或結(jié)合使用。
本發(fā)明的特點(diǎn)據(jù)信是新穎的，因而特別在所附權(quán)利要求書中提出。但就本發(fā)明本身來說，無論是機(jī)構(gòu)還是操作方法及其進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)都可從下面參考附圖的說明得到良好的理解，其中，相同的編號(hào)表示相同的元件，附圖中

圖1是本發(fā)明的最佳實(shí)施例的熱處理器的截面?zhèn)纫晥D。
圖2是類似于圖1的視圖，其中在內(nèi)室壁上有波長選擇性涂層，并覆有鈍化層。
圖3-5是類似于圖1的視圖，但有雙壁室。
圖6是本發(fā)明垂直熱處理器實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D。
圖1是本發(fā)熱處理器實(shí)施例1的截面?zhèn)纫晥D。半導(dǎo)體圓片10位于反應(yīng)室12中并由小桿14支承。反應(yīng)室有一波長選擇涂層16，從燈的加熱元件18和燈反射器20接收輻照能量。
圖片10可包括任意數(shù)目的半導(dǎo)體材料，例如硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵等。需要時(shí)，這些半導(dǎo)體材料可以和薄絕緣體和/或金屬層結(jié)合起來。反應(yīng)室12可包括充分透光的材料，使紫外光和/或可見光(包括波長約200毫微米至800毫微米的光)的透射率高。反應(yīng)室12的材料例如包括石英、摻氧化鋁的石英、氧化鋁和合成二氧化硅。
在圖1的實(shí)施例中，圓片10平放在反應(yīng)室里，由含石英的桿14支承，器件的表面面向反應(yīng)室的對(duì)面(非桿子側(cè))和燈的加熱元件。圓片在反應(yīng)室中的位置不嚴(yán)格。例如，圓片可以傾斜或垂直支承或在反應(yīng)室中部由石英架支承。
涂層16可以選自任意數(shù)目的能反射紅外光的波長選擇材料，例如氧化銦錫(ITO)、氧化銻錫(ATO)、氧化氟錫(FTO)、非摻雜的氧化錫、選色鏡或金屬薄膜例如銀、鋁或金屬膜。選色鏡可由疊層的氧化鈦和二氧化硅層或氧化鉭和二氧化硅層制得，優(yōu)點(diǎn)是在高溫下可長時(shí)間使用。和反應(yīng)室材料相同，涂層材料也能透射波長在約200毫微米至800毫微米范圍內(nèi)的光。
紅外選擇反射涂層包括摻半導(dǎo)體的氧化物，稱為Drude反射涂層，其對(duì)光和材料性質(zhì)的特點(diǎn)見于T.Gerfin和M.Gratzel“由光譜橢圓儀確定摻錫氧化銦的光學(xué)性質(zhì)”(J.Appl.Phys.，Vol.79，pp 1722-1792，1 Feb.1996)中的討論。Drude反射涂層曾用于暖房玻璃板上以降低因紅外輻射引起的能量損耗，同時(shí)允許日光自由進(jìn)入(見S.D.Silverstein“Effect of Infrared Transparency on the Heat Transfer ThroughWindowsA Clarification of the Greenhouse Effect”，Science，Vol.193，pp.229-31，16 July 1976)。氧化銻錫(ATO)膜以化學(xué)汽相沉積法沉積在氧化硅層上(見T.P.Chow，M.Chezzo，and B.J.Baliga，“Antimony-doped tin oxide films deposited by the oxidation of tetramethyltin andtrimethylantimony”，J.Electrochem.Soc.，pp.1040-45，May 1982)，因而期望ATO膜可沉積在石英上。選色鏡曾用于鹵素、IR拋物形鋁反射器(PAR)燈(可由General Electric Company，Cleveland，Ohio，買到)，以從燈罩反射紅外輻射熱，又允許可見光透射到外。本發(fā)明與這種鹵素IR PAR燈不同之處在于光源是在涂層反應(yīng)室里，因本發(fā)明的光源位于涂層反應(yīng)室外。
燈的加熱元件18可包括紫外(UV)放電燈，例如汞放電燈、金屬鹵化物可見光放電燈或鹵素紅外白熾燈?？梢姽庾V的波長范圍由約200毫微米至400毫微米，紫外光譜的波長范圍由約400毫微米至800毫微米。因此，反應(yīng)室12和涂層16最好能通過波長包括在范圍約200毫微米至800毫微米的光。
如果燈的加熱元件是圓柱形的，它們彼此以周期性距離并以等距離離開半導(dǎo)體圓片平行排齊。燈的反射器20可包括置于燈上的一組凹面鏡22，它們有效地反射燈的背面照明。
使用UV放電燈來處理硅圓片，即使反應(yīng)室上無涂層，也期望光的利用率能比常用鎢燈設(shè)計(jì)時(shí)增加百分之三十以上。期望的效率增加是由于硅的吸收光譜和放電燈的發(fā)射光譜有較大的重疊。期望使用涂層能提供熱量恢復(fù)，功率效率的改進(jìn)約增加百分之六十五，總的改進(jìn)可望達(dá)到約百分之九十五。
圖2是與圖1相類似的視圖，其中波長選擇涂層16a位于反應(yīng)室壁12a的內(nèi)側(cè)，并覆以鈍化層24。將涂層置于壁的內(nèi)側(cè)因室壁12a的吸收有助于減少IR輻射。本實(shí)施例中的涂層應(yīng)是耐高溫的材料，它不能在圓片上丟落任何顆粒，并且也不會(huì)污染。鈍化層24可包括一種例如氧化硅(SiO2)的材料，厚度范圍約0.1微米至0.2微米，并可加到圖2的涂層16a或圖1的16以保護(hù)涂層。
圖3-5為類似于圖1的視圖，圖中的雙壁室用于氣體冷卻，這在單壁將導(dǎo)致室壁溫度超過涂層的熱能力時(shí)是有用，因硅圓片能達(dá)到例如超過1000℃的溫度。在圖3和4中，涂層16b和16c分別置于室壁12b和26及12c和26c之間。壓力空氣28和28c可泵入室壁之間。在圖3中，涂層16b置于室壁12b的外表面上，而在圖4中，涂層16c置于室壁28c的內(nèi)表面中。在圖5中，室壁12d和26d具有泵入其間的壓力空氣28d，涂層出現(xiàn)在室壁12d的內(nèi)表面。此外，圖5說明單反應(yīng)室12d中的多個(gè)圓片10a和10b。
圖6是本發(fā)明一種垂直熱處理實(shí)施例2的截面?zhèn)纫晥D，其中反應(yīng)室612涂覆有波長選擇涂層616，并封入3多個(gè)又例如使用石英桿(未示出)以疊放的圓片610。反應(yīng)室由可包括例如石英材料的蓋罩630密封。氣體，例如N2、O2或熱分解產(chǎn)生的蒸汽可通過氣體入口632供應(yīng)，并通過氣體出口634釋放。輻照能量由燈裝置619的燈加熱元件618提供。
盡管這里只解釋和敘述了本發(fā)明的某些最佳特點(diǎn)。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可有許多改型和變化。因此，應(yīng)理解所附的權(quán)利要求是要覆蓋所有這種改型和變化，使其適用于本發(fā)明的真實(shí)特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于處理至少有一個(gè)半導(dǎo)體圓片的熱處理器，包括-反應(yīng)室，用以吸持至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片，該反應(yīng)室包括的一種材料基本上能透射波長范圍在200毫微米至800毫微米的光-至少在一部分反應(yīng)室上的涂層，該涂層包括的材料基本上能透射波長范圍在200毫微米至800毫微米的光；并基本上能反射紅外輻射；以及-光源，通過涂層和反應(yīng)室向至少一個(gè)半導(dǎo)體圖片提供輻射能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的處理器，其特征在于光源是一紫外放電燈、鹵素紅外白熾燈或金屬鹵化物可見光放電燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的處理器，其特征在于反應(yīng)室包括石英、摻氧化鋁石英、氧化鋁或金屬薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的處理器，其特征在于涂層包括由氧化銦錫、氧化銻錫、氧化氟錫、未摻雜的氧化錫、選色鏡或金屬薄膜。
5.一種用于處理至少有一個(gè)半導(dǎo)體圓片的熱處理器，包括-反應(yīng)室，用以吸持至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片，該反應(yīng)室包括的一種材料基本上能透射波長范圍在200毫微米至800毫微米的光；以及-光源燈，包括紫外放電燈、鹵素紅外白熾燈或金屬鹵化物可見光放電燈，該燈通過反應(yīng)室向至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片提供輻射能。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的處理器，其特征在于該反應(yīng)室包括石英、摻氧化鋁石英、氧化鋁或合成氧化硅。
7.一種用于處理至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片的熱處理器，包括-基本上透光的反應(yīng)室，用以吸持至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片；-涂層，包括一至少覆蓋一部分反應(yīng)室的選擇紅外反射材料；以及-紫外光放電燈，通過涂層和反應(yīng)室向至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片提供輻射能。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的處理器，其特征在于該反應(yīng)室包括石英、摻氧化鋁石英、氧化鋁或合成氧化硅，而涂層包括氧化銦錫、氧化銻錫、氧化氟錫、未摻雜氧化錫、選色鏡或金屬薄膜。
9.一種用于熱處理器的設(shè)備，該設(shè)備包括-反應(yīng)室，用于吸持至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片，該反應(yīng)室包括的一種材料基本上能透射波長范圍在200毫微米至800毫微米的光；以及-涂層，至少在一部分反應(yīng)室上，該涂層包括的材料基本上能透射波長范圍在200毫微米至800毫微米的光，并基本上能反射紅外輻射。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于該反應(yīng)室包括石英、摻氧化鋁石英、氧化鋁或合成氧化硅。
全文摘要
一種用于處理至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片的熱處理器包括一能吸持至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片的反應(yīng)室,反應(yīng)室材料基本能透射波長范圍在200—800nm的光。涂層包括的基本上能反射紅外輻射的材料可涂在至少一部分反應(yīng)室上。光源通過涂層和反應(yīng)室向至少一個(gè)半導(dǎo)體圓片提供輻射能。光源包括紫外光放電燈、鹵素紅外白熾燈或金屬鹵化物可見光放電燈。涂層位于反應(yīng)室的內(nèi)或外表面。如反應(yīng)室有內(nèi)和外壁,涂層可位于內(nèi)壁,也可以在外壁。
文檔編號(hào)C30B33/00GK1188823SQ9712244
公開日1998年7月29日 申請(qǐng)日期1997年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月4日
發(fā)明者M·赫佐, T·D·帕格, T·B·勾爾茨卡, R·S·貝爾曼, H·B·瓦基爾, C·S·胡伊, S·D·思維爾斯丁 申請(qǐng)人:通用電氣公司