CN102002758A - 一种新型的晶片快速退火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种新型的晶片快速退火装置，应用上下两排正交的加热灯管对位于石英腔体内的晶片快速加热，通过灯管的适当排列和分区控制来调节热场的分布，利用加热金属腔体的内壁涂复特殊涂层增加对红外的反射，涂层的粗糙化处理其目的是使光路随机化，从而使辐射在整个晶片上均匀地分布。该发明特别适用于快速退火炉这类热处理装置，属于半导体制造领域。
Description
技术领域
本发明是一种用于半导体晶片的快速退火装置，特别涉及半导体制造高温退火工艺中所用的快速退火炉，属于半导体器件制造领域。
背景技术
在半导体制造工艺中，离子注入是现代大规模集成电路生产的关键工序之一，其最大优点是掺杂剂量精确和掺杂分布可控。但离子注入会将原子撞击出晶格结构而损伤晶片晶格，如果注入的剂量很大，被注入层将变成非晶结构。另外，被注入离子基本不占据硅的晶格点，而是停留在间隙位置。这些间隙杂质只有经过高温退火过程才能被激活。退火能够加热被注入硅片，修复晶格缺陷，还能使杂质原子移动到晶格点，将其激活。杂质的激活与时间和温度有关。常规热退火一般在环绕加热电阻丝的石英炉管内进行，处理时间较长(数十分钟)，它是将硅片加热到800至1000℃，并保持30分钟左右，在此温度下，硅原子重新返回晶格位置，杂质原子也能替代硅原子位置进入晶格。但是，在这种温度和时间下，会导致杂质的扩散，从而破坏离子注入工艺的优良结果，是现代半导体工艺制造技术所不容许的。
我们最新研制的晶片快速退火装置如附图1所示，采用红外辐射热源的方式对晶片直接加热，该装置设计上下两排正交的专用灯管对位于其中间的晶片加热。其中石英腔体位于一个金属腔体内，金属腔体四周通水冷却，而石英腔体和灯管通压缩空气冷，为了增加对红外的反射，腔体的内壁涂复特殊材料，同时也使热辐射到达晶片时呈均匀状态，保证晶片表面温度的均匀性。
晶片的温度测量采用两个非接触式的红外高温计测量，它们安装在装置的底板上，其中正对晶片中心的高温计1测量晶片的温度，高温计2测量石英腔体及环境温度，这两个温度值经过处理得到晶片表面的实际温度值。
发明内容
本发明是针对现有技术中对晶片退火后晶片表面薄层电阻均匀性要求，通过加热灯管的适当排列，腔体内壁的特殊涂复以及加热灯管的分区，使晶片表面温度达到均匀。
该装置由以下部分构成：工艺气体进气板1、密封圈2、金属腔体3、加热灯管4、石英腔体5、石英托架6、炉门7、测晶片表面温度高温计8、红外通道9、安装板10、测石英腔体表面及环境温度的高温计11。如附图1所示。
所述的工艺气体进气板1是退火时所需气体的通道，使气体通过时呈均匀分布状态进入石英腔体内；
所述的密封圈2是用来密封石英腔体，使石英腔体内外高纯工艺气体与冷却气体隔开。
所述的金属腔体3是用来安装石英腔体、加热灯管并提供稳定的工艺外部环境；
所述的加热灯管4为晶片加热提供热源；
所述的石英腔体5是晶片退火的地方，石英托架安装在它的内部；
所述的石英托架6用于支撑晶片；
所述的炉门7是用于使石英腔体与外界隔开；同时是晶片进出石英腔体的通道；
所述的测晶片表面温度高温计8是用来测量晶片背面中心的温度；
所述的红外通道9是一个长条形的小孔，是红外辐射进入高温计的通道；
所述的安装板10是用于固定两个高温计；
所述的测石英腔体表面及环境温度的高温计11是用来测量石英腔体及金属腔体内环境的温度值；
本发明具有如下显著优点：
1、与传统的管式高温炉比较，晶片升温和降温速度极快；
2、较小的腔体体积能够提供晶片干净的热处理环境；
3、热预算小；
4、由于采用直接辐射加热的方式，因此能够节约能源；
5、大大缩短生产周期，减少制造耗时；
附图说明
图1为本发明的晶片快速退火装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍，但不作为对本发明的限定。
在本装置中，晶片放置在一石英腔中，加热灯管安装在石英腔体的上下方。用氮气来冷却灯管和石英腔体的外表面。反应腔内壁镀金，金的表面被糙化，以确保实现漫反射，其目的是使光路随机化，从而使辐射在整个晶片上均匀地分布。同时为减少系统中的热不均匀性，在该装置中把加热灯管设计为数个可以独立控制的加热区，通过选择合适的功率设定组合保证在较宽的工艺条件范围内实现相对来说近似均匀的温度分布。
本发明的特定实施例已对本发明的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (4)
1.利用上下正交的两排灯管做为红外辐射热源，灯管的排列设计为数个可以独立控制的加热区域。
2.石英腔体和灯管采用压缩空气冷却，金属腔体的四周用水冷却保持腔体的冷壁环境。
3.腔体的内壁涂复一层金膜，金膜的表面进行粗糙化处理。
4.晶片的表面温度由位于金属腔体下面的两个高温计测量。
Priority Applications (1)
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| CN2009100906602A CN102002758A (zh) | 2009-09-03 | 2009-09-03 | 一种新型的晶片快速退火装置 |
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| CN2009100906602A CN102002758A (zh) | 2009-09-03 | 2009-09-03 | 一种新型的晶片快速退火装置 |
Publications (1)
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| CN102002758A true CN102002758A (zh) | 2011-04-06 |
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| CN2009100906602A Pending CN102002758A (zh) | 2009-09-03 | 2009-09-03 | 一种新型的晶片快速退火装置 |
Country Status (1)
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2009
- 2009-09-03 CN CN2009100906602A patent/CN102002758A/zh active Pending
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20110406 |