CN108475641B - 用于毫秒退火系统的预热方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于毫秒退火系统的预热方法。在一个示例性实施方案中，热处理方法可以包括：将基底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承件上；将基底加热至中间温度；以及使用毫秒加热闪光加热基底。在将基底加热至中间温度之前，所述方法可以包括将基底加热至预烘温度持续均热时段。

Description

用于毫秒退火系统的预热方法
优先权要求
本申请要求于2016年2月1日提交的题为“用于毫秒退火系统的预热方法(Pre-Heat Processes for Millisecond Anneal System)”的美国临时申请序列号第62/289,519号的优先权的权益，其通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容一般地涉及热处理室，更具体地涉及用于处理基底例如半导体基底的毫秒退火热处理室。
背景技术
毫秒退火系统可以用于基底例如硅晶片的超快速热处理的半导体处理。在半导体处理中，快速热处理可以用作退火步骤以在控制掺杂物质的扩散的同时修复植入损伤，改善沉积层的品质，改善层界面的品质，活化掺杂剂以及实现其他目的。
半导体基底的毫秒或超快速温度处理可以利用强且短暂的曝光以可超过104℃/秒的速率加热基底的整个顶表面来实现。基底的仅一个表面的快速加热可以在基底的厚度上产生大的温度梯度，同时基底的本体保持曝光之前的温度。因此基底的本体充当散热器，导致顶表面的快速冷却速率。
发明内容
本公开内容的实施方案的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从该描述中了解，或者可以通过实施方案的实践来了解。
本公开内容的一个示例性方面涉及用于毫秒退火系统的热处理方法。所述方法包括将基底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承件上；将基底加热至中间温度；以及使用毫秒加热闪光加热基底。在将基底加热至中间温度之前，所述方法可以包括将基底加热至预烘温度持续均热时段。
本公开内容的另一个示例性方面涉及用于对基底进行热处理的方法。所述方法包括将基底置于处理室中，所述处理室具有将处理室分成顶部室和底部室的晶片平板。所述方法包括使用位于底部室附近的一个或更多个热源将基底加热至预烘温度。在均热时段期间，所述方法包括将基底的温度保持在约预烘温度下。在均热时段之后，所述方法可以包括加热基底以将基底的温度增加至中间温度。
本公开内容的另一些示例性方面涉及用于对半导体基底进行热处理的系统、方法、装置和工艺。
参照以下描述和所附权利要求书，各种实施方案的这些以及其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书且构成本说明书的一部分的附图示出了本公开内容的实施方案，并与描述一起用于说明相关原理。
附图说明
在说明书中参照附图针对本领域普通技术人员阐述了实施方案的详细讨论，在附图中：
图1描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火加热曲线；
图2描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火系统的一部分的示例性立体图；
图3描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火系统的分解图；
图4描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火系统的截面图；
图5描绘了在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中使用的示例性灯的立体图；
图6描绘了在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统的晶片平板中使用的示例性边缘反射器；
图7描绘了可以在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中使用的示例性反射器；
图8描绘了可以在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中使用的示例性弧灯；
图9至图10描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性弧灯的操作；
图11描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性电极的截面图；
图12描绘了用于将水和气体(例如氩气)供应到在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中使用的示例性弧灯的示例性闭环系统；
图13描绘了用于根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统的示例性温度测量系统；
图14描绘了根据本公开的示例性实施方案的具有用于加热半导体基底的卤钨灯的示例性毫秒退火系统；
图15描绘了根据本公开的示例性实施方案的具有在斜升至用于毫秒退火闪光的中间温度之前在均热时段期间预烘以使氧化物质脱气的示例性加热周期；以及
图16描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照实施方案，在附图中示出了实施方案的一个或更多个示例。通过说明实施方案而不是限制本公开内容的方式来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员而言明显的是，在不偏离本公开内容的范围或精神的情况下可以对实施方案进行各种修改和改变。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以与另一实施方案一起使用以产生又一实施方案。因此，本公开内容的方面旨在涵盖这样的修改和改变。
概述
本公开内容的示例性方面涉及用于毫秒退火系统的预热方法，以减少或限制在基底和介电膜之间的界面上的氧化物生长。出于说明和讨论的目的，参考“晶片”或半导体晶片来讨论本公开内容的方面。利用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，本公开内容的示例性方面可以与任何半导体基底或其他合适的基底结合使用。另外，术语“约”与数值一起使用旨在指在所述数值的10％内。
半导体晶片的毫秒或超快速热处理可以通过使用强且短暂的曝光(例如“闪光”)以可超过104℃/秒的速率加热晶片的整个顶表面来实现。典型的热处理周期可以包括：(a)将冷的半导体基底装载到室中；(b)用例如氮气(大气压)对室进行吹扫；(c)将半导体基底加热至中间温度Ti；(d)通过半导体基底的顶表面的闪光曝光来毫秒加热，而晶片的本体保持在Ti；(e)通过半导体基底的顶表面的传导冷却来快速冷却，其中半导体基底的本体是传导耦合的散热器；(f)通过热辐射和对流使半导体基底的本体缓慢冷却，其中大气压下的处理气体作为冷却剂；以及(g)将半导体基底传送回盒(cassette)。
在所谓的工艺方案(recipe)中规定了热处理周期中的处理步骤的确切参数(例如持续时间、温度设定点、加热速率等)。方案是可编辑的，并且可以由使用者修改。方案可以在运行时间由电子系统控制器执行。控制器可以包括一个或更多个处理器和一个或更多个存储装置。存储装置可以将方案存储为计算机可读指令，所述计算机可读指令在由一个或更多个处理器执行时使控制器实施方案。
系统可以具有存储在一个或更多个存储装置中的多个预定义方案。应用或热处理的类型可以确定执行哪个方案。半导体基底可以通过FOUP(前开式标准晶圆盒，FrontOpening Unified Pods)装载到系统上，该FOUP包括容置例如25个半导体基底的盒。25个半导体基底的实体可以构成半导体基底的“批”或“批次”。通常一批次用相同的工艺方案来处理。如果用相同方案的处理批次之间没有中断，则可以说系统以连续模式运行。
其中进行这种处理周期的处理室通常在具有受控的气体环境的大气压下进行。在一些应用中，需要避免氧气的出现。出于该目的环境气体可以是纯的氮气。也可以使用其他气体例如氨、氢气、氘气或合成气体，或其混合物。其他应用可以利用宽范围的气体环境，例如氧气、臭氧、氮的氧化物如N2O和NO、氧气和氢气的混合物、以及含有卤素的化合物如NF3或HCl。
在先前处理步骤中膜层(例如介电膜层)已沉积在基底上的情况下，氧化物可以在对基底进行热处理期间在膜的下面生长。氧化剂可以为膜自身内残留的氧气。通常氧化物可以是在半导体晶片的硅表面或硅锗表面的界面上形成的二氧化硅。这种氧化物可以导致装置的电参数的劣化。
例如，沉积的膜可能是具有相对高的介电常数的材料的膜。这些“高k”膜具有大于二氧化硅介电常数的介电常数。高k膜通常用于形成晶体管的栅极电介质，或者电容器中采用的电介质。在这些应用中，最大化或增加每单位面积的电容是有用的。然而，如果氧化物在高k膜和半导体基底之间生长，那么它倾向于减小每单位面积的电容。
氧化速率随氧化物质浓度和温度增加。高k膜通常通过原子层沉积(ALD)或金属有机物化学气相沉积(MOCVD)来沉积，因此它们可能包括来自沉积过程的残留的杂质，例如在沉积过程中使用的化学前驱体。例如，诸如H2O、OH、氯或碳的物质可能留在膜中。这些物质中的一些可能增加不期望的基底的氧化或者可能以其他方式使电特性劣化。
一种用于从膜中快速去除残留氧气的方法可以是采用低压氢气环境。氢气可以与氧物质化学反应或者可以减少形成的任何氧化物。
本公开内容的示例性方面涉及使用预热方法对半导体基底进行热处理，该预热方法可以减少或限制在半导体晶片和介电膜之间的界面上的氧化物的生长。在一些实施方案中，在进行标准的毫秒退火加热周期之前，可以将半导体基底加热至高于室温的预烘温度。
例如，在一个示例性实施方案中，热处理方法可以包括将基底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承件上；将基底加热至中间温度；以及使用毫秒加热闪光加热基底。在将基底加热至中间温度之前，所述方法可以包括将基底加热至预烘温度持续均热时段。
在一些实施方案中，选择预烘温度以减小与基底相关的氧化的反应速率。在一些实施方案中，选择预烘温度以防止与基底相关的层间生长。例如，在一些实施方案中，预烘温度在约200℃至约500℃的范围内。在一些实施方案中，均热时段可以为约0.5秒至约10分钟，例如小于约100秒，例如小于30秒。
在一些实施方案中，所述方法可以包括将环境气体引入处理室中。在一些实施方案中，环境气体可以包括氮气、氩气或氦气。在一些实施方案中，环境气体可以在大气压下。在一些实施方案中，环境气体可以在低于约1托的压力下。在一些实施方案中，环境气体可以包括氢气、氘气、氨或肼物质中的一种或更多种。在一些实施方案中，所述方法包括诱导等离子体以产生化学还原物质。在一些实施方案中，可以使用UV光源以产生激发的物质和自由基。
本公开内容的另一个示例性方面涉及用于对基底进行热处理的方法。所述方法包括将基底置于处理室中，所述处理室具有将处理室分成顶部室和底部室的晶片平板。所述方法包括使用位于底部室附近的一个或更多个热源将基底加热至预烘温度。在均热时段期间，所述方法包括将基底的温度保持在大约预烘温度下。在均热时段之后，所述方法可以包括加热基底以将基底的温度增加至中间温度。在一些实施方案中，预烘温度可以在约200℃至约500℃的范围内。在一些实施方案中，均热时段可以为约0.5秒至约10分钟。
在一些实施方案中，所述方法可以包括在均热时段之前或者在均热时段期间将环境气体引入处理室中。环境气体可以包括氢气、氘气、氨或肼物质中的一种或更多种。在一些实施方案中，所述方法可以包括在均热时段之前或者在均热时段期间，诱导处理室中的等离子体以产生化学还原物质。在一些实施方案中，可以使用UV光以产生激发的物质和自由基。
在一些实施方案中，在均热时段之后，所述方法可以包括加热基底以将基底的温度增加至中间温度。在将基底加热至中间温度之后，所述方法可以包括使用毫秒加热闪光加热基底。
示例性毫秒退火系统
示例性毫秒退火系统可以被配置成提供强且短暂的曝光来以可超过例如约104℃/秒的速率加热晶片的顶表面。图1描绘了使用毫秒退火系统实现的半导体基底的示例性温度曲线100。如图1所示出的，在斜升阶段102期间，半导体基底(例如硅晶片)的本体被加热至中间温度Ti。中间温度可以在约450℃至约900℃的范围内。当达到中间温度Ti时，半导体基底的顶侧可以暴露于非常短暂且强的闪光，引起高至约104℃/秒的加热速率。窗口110示出了在短暂且强的闪光期间半导体基底的温度曲线。曲线112表示在闪光曝光期间半导体基底的顶表面的快速加热。曲线116描绘了在闪光曝光期间半导体基底的其余部分或本体的温度。曲线114表示通过充当散热器的半导体基底的本体对半导体基底的顶表面的冷却传导而导致的快速冷却。半导体基底的本体充当散热器，为基底产生高的顶侧冷却速率。曲线104表示通过热辐射和对流使半导体基底的本体缓慢冷却，其中工艺气体作为冷却剂。根据本公开内容的示例性方面，热过程可以包括在将基底加热至中间温度之前将半导体基底加热至预烘温度持续均热时段(见图15)。
示例性毫秒退火系统可以包括复数个弧灯(例如四个氩弧灯)作为光源，以用于半导体基底的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”。当基底已被加热至中间温度(例如约450℃至约900℃)时，可以将闪光施加到半导体基底。可以使用复数个连续模式弧灯(例如两个氩弧灯)或其他灯(例如钨灯)以将半导体基底加热至预烘温度和/或中间温度。在一些实施方案中，将半导体基底加热至预烘温度和/或中间温度通过以斜升速率经过半导体基底的底表面加热晶片的整个本体来实现。
图2至图5描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性毫秒退火系统80的多个方面。如图2至图4所示出的，毫秒退火系统80可以包括处理室200。处理室200可以被晶片平板210分成顶部室202和底部室204。半导体基底60(例如硅晶片)可以由安装到晶片支承件板214(例如插入晶片平板210中的石英玻璃板)的支承销212(例如石英支承销)支承。
如图2和图4所示出的，毫秒退火系统80可以包括布置在顶部室202附近的复数个弧灯220(例如四个氩弧灯)作为光源，以用于半导体基底60的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”。当基底已被加热至中间温度(例如约450℃至约900℃)时，可以将闪光施加到半导体基底。
可以使用位于底部室204附近的复数个连续模式弧灯240(例如两个氩弧灯)以将半导体基底60加热至预烘温度和/或中间温度。在一些实施方案中，将半导体基底60加热至预烘温度和/或中间温度通过从底部室204以斜升速率经过半导体基底的底表面加热半导体基底60的整个本体来实现。
如图3所示出的，来自底弧灯240(例如用于将半导体基底加热至中间温度)和来自顶弧灯220(例如用于提供通过闪光的毫秒加热)的加热半导体基底60的光可以通过水窗260(例如水冷石英玻璃窗)进入处理室200。在一些实施方案中，水窗260可以包括如下夹层结构：两个石英玻璃板，约4mm厚的水层在其间循环以冷却石英板，并且提供针对例如大于约1400nm的波长的滤光。
还如图3中图示的，处理室壁可以包括用于反射加热光的反射镜270。反射镜270可以为例如水冷抛光铝面板。在一些实施方案中，在毫秒退火系统中使用的弧灯的主体可以包括用于灯照射的反射器。例如，图5描绘了可以在毫秒退火系统200中使用的顶部灯阵列220和底部灯阵列240二者的立体图。如所示出的，每个灯阵列220和240的主体可以包括用于反射加热光的反射器262。这些反射器262可以形成毫秒退火系统80的处理室200的反射表面的一部分。
可以通过操纵落到半导体基底的不同区域上的光密度来控制半导体基底的温度均匀性。在一些实施方案中，可以通过改变小尺寸反射器到主反射器的反射度和/或通过使用围绕晶片安装在晶片支承件平面上的边缘反射器来实现均匀性调节。
例如，边缘反射器可以用于将来自底部灯240的光重新引导至半导体基底60的边缘。作为示例，图6描绘了示例性边缘反射器264，边缘反射器264形成晶片平板210的可以用于将来自底部灯240的光引导至半导体基底60的边缘的部分。边缘反射器264可以安装至晶片平板210并且可以围绕或至少部分地围绕半导体基底60。
在一些实施方案中，也可以在晶片平板210附近的室壁上安装附加的反射器。例如，图7描绘了可以安装到处理室壁的可以用作用于加热光的反射镜的示例性反射器。更具体地，图7示出了安装到下室壁254的示例性边缘反射器272。图7还示出了安装到上室壁252的反射器270的反射元件274。可以通过改变处理室200中的边缘反射器272和/或其他反射元件(例如反射元件274)的反射度来调节半导体基底60的处理的均匀性。
图8至图11描绘了可以用作用于半导体基底60的顶表面的强毫秒长曝光(例如“闪光”)的光源的示例性上弧灯220的方面。例如，图8描绘了示例性弧灯220的截面图。弧灯220可以为例如开放式流弧灯(open flow arc lamp)，其中加压的氩气(或其他合适的气体)在电弧放电期间被转换成高压等离子体。电弧放电发生在带负电的阴极222与间隔开的带正电的阳极230(例如间隔开约300mm)之间的石英管225中。一旦阴极222与阳极230之间的电压达到氩的击穿电压(例如约30kV)或其他合适的气体的击穿电压，就形成稳定的低感应等离子体，该稳定的低感应等离子体发射电磁谱的可见光和UV范围内的光。如图9所示出的，灯可以包括灯反射器262，该灯反射器262可以用于反射由用于处理半导体基底60的灯提供的光。
图10和图11描绘了根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统80中的弧灯220的示例性操作的方面。更具体地，等离子体226容置在石英管225内，石英管225由水壁228从内部水冷却。水壁228以高流量在灯200的阴极端处注入并在阳极端处排出。对于氩气229也是如此，氩气229同样在阴极端处进入灯220并从阳极端排出。形成水壁228的水垂直于灯轴注入，使得离心作用产生水涡流。因此，沿着灯的中心线形成用于氩气229的通道。氩气柱229以与水壁228相同的方向旋转。一旦形成等离子体226，水壁228就保护石英管225并将等离子体226限制至中心轴线。仅水壁228和电极(阴极230和阳极222)直接接触高能等离子体226。
图11描绘了根据本公开的示例性实施方案的与弧灯结合使用的示例性电极(例如阴极230)的截面图。图11描绘了阴极230。然而，类似的构造可以用于阳极222。
在一些实施方案中，在电极经受高热载荷时，一个或更多个电极可以各自包括梢部232。梢部可以由钨制成。梢部可以耦接至和/或熔合至水冷的铜散热器234。铜散热器234可以包括电极的内部冷却系统(例如一个或更多个水冷通道236)的至少一部分。电极还可以包括具有水冷通道236的黄铜基部235，以提供水或其他流体的循环以及电极的冷却。
在根据本公开内容的方面的示例性毫秒退火系统中使用的弧灯可以是对于水和氩气的开放流动式系统。然而，出于保持的原因，在一些实施方案中，两种介质都可以在闭环系统中循环。
图12描绘了示例性闭环系统300，示例性闭环系统300用于供应对在根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统中使用的开放式流氩弧灯进行操作所需的水和氩气。
更具体地，高纯水302和氩304被供给至灯220。高纯水302用于水壁和电极的冷却。离开灯的是气体/水混合物306。该水/气体混合物306在其可以被重新供给至灯220的入口之前被分离器310分离成无气体水302和干燥氩304。为了产生所需的跨灯220的压降，气体/水混合物306借助于水驱喷射泵320被泵送。
高功率电动泵330提供用以驱动灯220中的水壁、灯电极的冷却水以及喷射泵320的动力流的水压。喷射泵320下游的分离器310可以用于从混合物(氩)提取液相和气相。氩在其重新进入灯220之前在聚结过滤器340中被进一步干燥。如果需要，可以由氩源350供应附加的氩。
水通过一个或更多个颗粒过滤器350以去除由电弧溅射到水中的颗粒。离子污染物通过离子交换树脂去除。一部分水流过混合床离子交换过滤器370。通向离子交换旁路370的入口阀372可以通过水电阻率来控制。如果水电阻率下降成小于下限值，阀372打开，当水电阻率达到上限值时，阀372关闭。系统可以包括活性炭过滤器旁路回路380，在活性炭过滤器旁路回路380中可以附加地过滤一部分水以去除有机污染物。为了保持水温，可以使水通过热交换器390。
根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火系统可以包括独立地测量半导体基底的两个表面(例如顶表面和底表面)的温度的能力。图13描绘了用于毫秒退火系统200的示例性温度测量系统150。
图13中示出了毫秒退火系统200的简化表示。可以通过温度传感器，例如温度传感器152和温度传感器154独立地测量半导体基底60的两侧的温度。温度传感器152可以测量半导体基底60的顶表面的温度。温度传感器154可以测量半导体基底60的底表面。在一些实施方案中，可以使用具有约1400nm的测量波长的窄带高温测量传感器作为温度传感器152和/或温度传感器154以测量例如半导体基底60的中心区域的温度。在一些实施方案中，温度传感器152和154可以是具有足够高以解决由闪光加热引起的毫秒温度尖峰的采样率的超快速辐射计(UFR，ultra-fast radiometers)。
温度传感器152和154的读数可以是发射率补偿的。如图13所示出的，发射率补偿方案可以包括诊断闪光156、参比温度传感器158以及配置成测量半导体晶片的顶表面和底表面的温度传感器152和154。诊断加热和测量可以与诊断闪光156(例如测试闪光)一起使用。来自参比温度传感器158的测量值可以用于温度传感器152和154的发射率补偿。
在一些实施方案中，毫秒退火系统200可以包括水窗。水窗可以提供抑制温度传感器152和154的测量带中的灯照射的滤光器，使得温度传感器152和154仅测量来自半导体基底的照射。
温度传感器152和154的读数可以提供给处理器电路160。处理器电路160可以定位在毫秒退火系统200的壳体内，但是替代性地，处理器电路160可以定位成远离毫秒退火系统200。如果需要，本文中描述的各种功能可以由单个处理器电路执行，或者由本地处理器电路和/或远程处理器电路的其他组合执行。
如以下将详细讨论的，温度测量系统可以包括其他温度传感器，例如配置成获得晶片支承板的一个或更多个温度测量值的温度传感器和/或配置成获得在低于例如约450℃(例如小于约300℃例如小于约250℃)的温度下的半导体基底的一个或更多个温度测量值的远红外温度传感器。处理器电路160可以被配置成对从温度传感器获得的测量值进行处理以确定半导体基底和/或晶片支承板的温度。
用于将半导体基底加热至中间温度Ti的替选源可以是位于底部处理室中的卤钨灯阵列。例如，对于250kW的总功率两个连续模式弧灯可以各自具有125kW的电功率。各自具有6kW的40个卤钨灯的阵列可以提供相同的功率。图14描绘了具有用于将半导体基底60加热至预烘温度和/或中间温度Ti的卤钨灯245的示例性毫秒退火系统。用卤素灯加热的优点是经济。卤钨灯可以更便宜并且可以具有长得多的使用寿命。此外，卤钨灯可以仅需要电连接，而不需要昂贵的水冷和水处理单元。
用于减少氧化物生长的示例性预热方法
本公开内容的示例性方面涉及对晶片进行热处理，同时减少在基底和介电膜之间的界面上的氧化物的生长，或者甚至减小夹层的厚度。根据本公开内容的示例性方面的预热方法还可以通过消除不期望杂质的影响来提高膜堆叠体的电质量。
在一些实施方案中，在进行标准的加热周期之前，可以将半导体基底加热至高于室温且低于中间温度的预烘温度。预烘温度的温度上限可以设定为使得氧化反应速率足够低以防止层间生长(例如通常＜约500℃)。预烘温度的下限可以设定为使得氧化物质或其他不期望物质的脱气速率足够高以在足够短的时间内完全去除氧化物质或其他不期望物质(例如通常＞约200℃)。
可以选择(例如优化)花在预烘温度的时间以提供最优化晶片生产量所需的最短总方案时间，同时确保提供了不期望物质离开膜所需的充足时间。该期间可以被称作“均热时段”。在一些实施方案中，在预烘温度下的均热时段可以为约0.5秒至约10分钟，例如小于约100秒，例如小于约30秒。
整个过程可以在大气压下的相对惰性气体环境例如氮气、氩气或氦气中进行，但也可以在低压环境中例如低于1托的压力下进行。它也可以借助可以协助不期望物质的解吸、有助于减少氧化物和与任何残留的氧化物质反应的物质进行。为此目的，气体环境还可以包括氢气、氘气、氨或肼物质。这些气体可以与一种相对惰性的气体物质混合。
也可以通过采用等离子体源以产生化学还原物质来增加反应速率同时保持晶片温度相对低。例如等离子体源可以在半导体基底附近提供氢自由基或氘自由基。虽然本文的焦点主要在减少物质上，但只要温度保持足够低且均热时间足够短以使这些物质自身不会引起层间生长，也可以在低温均热期间使用氧化物质。例如，氧化物质例如氧分子或氧自由基(例如来自等离子体)可以有助于去除在膜中或在其表面上的杂质。活性物质也可以通过UV能量源产生，例如加热弧灯或其他UV源。
图15描绘了根据本公开的示例性实施方案的具有在斜升至用于毫秒退火闪光的中间温度之前在均热时段期间预烘以使氧化物质脱气的示例性加热周期。如所示出的，可以将具有含有活性物质64的膜62的基底60加热至预烘温度T预烘。预烘温度T预烘可以在例如约200℃至约500℃的范围内。对于均热时段t均热，基底60可以保持在预烘温度下。可以在均热时段t均热期间使活性物质64脱气。均热时段t均热可以在例如约0.5秒至约10分钟的范围内，例如小于约100秒，例如小于约30秒。之后，在接受根据本公开的示例性实施方案的毫秒退火闪光之前，可以将温度斜升至中间温度。
图16描绘了根据本公开的示例性实施方案的示例性方法(400)的流程图。图16描绘了出于说明和讨论目的以特定顺序进行的步骤。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，可以省略、扩展、修改、同时进行和/或重新排列本文所述的任何方法的各种步骤而不偏离本公开内容的范围。
在(402)处，所述方法可以包括将基底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承件上。例如，可以将基底置于作为晶片平板的一部分提供的晶片支承件上，所述晶片平板将与毫秒退火系统相关的处理室分成顶部室和底部室。
在(404)处，所述方法可以包括将基底加热至预烘温度。如以上所讨论的，可以选择预烘温度以减小基底氧化的反应速率和/或防止层间生长。在一些实施方案中，预烘温度可以在约200℃至约500℃的范围内。在一些实施方案中，可以使用位于毫秒退火系统的底部室附近的热源(例如弧灯、卤钨灯)将基底加热至预烘温度。
在(406)处，所述方法可以包括确定均热时段是否结束。均热时段可以为足够长以提供使不期望物质离开膜但不太长以免不必要地影响总处理时间的一段时间。在一些实施方案中，在预烘温度下的均热时段可以为约0.5秒至约10分钟，例如小于约100秒，例如小于约30秒。
如果均热时段没有结束，则所述方法可以包括如在(408)处示出的将温度保持在预烘温度下。所述方法还可以任选地包括如在(410)处示出的通入可以协助不期望物质的解吸、有助于减少氧化物和与任何残留的氧化物质反应的环境气体物质。例如，环境气体可以包括氢气、氘气、氨和/或肼物质。这些气体可以与一种相对惰性的气体物质(例如氮气)混合。
在一些实施方案中，所述方法还可以包括在(410)处采用等离子体源来诱导等离子体以产生化学还原物质加同时保持晶片温度相对低。例如等离子体源可以在半导体基底附近提供氢自由基或氘自由基。
还可以使用物质以通过钝化膜中的缺陷来提高膜质量。例如，氧或含氮物质可以有助于钝化缺陷，但必须选择处理条件以限制氧化物层间生长的程度。可以选择低温均热条件以协助这种缺陷钝化过程。使用紫外(UV)照射源以产生协助杂质去除和缺陷钝化的激发的物质和自由基也可能是有用的。UV能量源可以为系统中的任何弧灯，该弧灯在低于350nm的波长下产生显著的辐射功率。例如，UV波长可以激发氧气；氮气；NO；N2O；肼；氢气；氨；水蒸气和/或含卤素物质例如三氯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烷、HCl或NF3，以产生包括激发的分子和自由基的多种活性物质，或者甚至其他化学物质例如臭氧。这些物质可以通过在晶片附近的气相中的UV辐射的吸收来产生，也可以通过吸附在晶片的表面上或者甚至吸附在晶片表面上的薄膜中的物质的激发来产生。可以使用其他UV能量源以提供UV光，例如其他弧灯如Xe弧灯或Kr弧灯。也可以使用Hg灯、氘灯、准分子灯、UV激光或UV LED。产生相对短的UV波长(例如小于约250nm)的光源可以用于一些应用，包括从氨产生激发的氮物质。
一旦均热时段完成，所述方法可以包括如在(412)处示出的为毫秒退火闪光准备处理室。例如，可以吹扫在(410)中通入的环境气体以及可以将惰性气体(例如氮气)通入处理室中。之后，所述方法可以包括将基底加热至中间温度(414)以及如本文所述的使用毫秒退火闪光加热基底(416)。
虽然已经参照本主题的具体示例性实施方案详细地描述了本主题，但应理解，本领域技术人员在获得对前述内容的理解时可以容易地得出针对这样的实施方案的修改、变型和等同物。因此，本公开内容的范围是作为示例而非作为限制，并且本主题公开内容并不排除包括对于本领域普通技术人员而言显而易见的对本主题的这样的修改、变型和/或增加。

Claims (20)

1.一种用于毫秒退火系统的热处理方法，所述方法包括：
将基底置于在毫秒退火系统的处理室中的晶片支承件上；
将所述基底加热至中间温度；以及
在将所述基底加热至所述中间温度之后，使用毫秒加热闪光加热所述基底至高于所述中间温度的温度；
其中在将所述基底加热至所述中间温度之前，所述方法包括将所述基底加热至预烘温度持续均热时段；
其中将所述基底加热至所述中间温度是通过在斜升阶段将所述基底的温度从所述预烘温度斜升至所述中间温度来实现的。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其中选择所述预烘温度以减小与所述基底相关的氧化的反应速率。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其中选择所述预烘温度以防止与所述基底相关的层间生长。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其中所述预烘温度在200℃至500℃的范围内。
5.根据权利要求1所述的热处理方法，其中所述均热时段为0.5秒至10分钟。
6.根据权利要求1所述的热处理方法，其中所述均热时段小于100秒。
7.根据权利要求1所述的热处理方法，其中所述均热时段小于30秒。
8.根据权利要求1所述的热处理方法，其中所述方法包括将环境气体引入所述处理室中。
9.根据权利要求8所述的热处理方法，其中所述环境气体包括氮气、氩气或氦气。
10.根据权利要求8所述的热处理方法，其中所述环境气体在大气压下。
11.根据权利要求8所述的热处理方法，其中所述环境气体在低于1托的压力下。
12.根据权利要求8所述的热处理方法，其中所述环境气体包括氢气、氘气、氨或肼物质中的一种或更多种。
13.根据权利要求1所述的热处理方法，其中所述方法包括诱导等离子体以产生化学还原物质。
14.根据权利要求1所述的热处理方法，其中所述方法包括使用UV光产生物质。
15.一种用于在毫秒退火系统中对基底进行热处理的方法，所述方法包括：
将基底置于毫秒退火系统的处理室中，所述处理室具有将所述处理室分成顶部室和底部室的晶片平板；
使用位于所述底部室附近的一个或更多个热源将所述基底加热至预烘温度；
其中在均热时段期间，所述方法包括将所述基底的温度保持在大约所述预烘温度下，其中在所述均热时段之后，所述方法包括使用斜升方式加热所述基底以将所述基底的温度升高至中间温度；
其中在加热所述基底以将所述基底的温度升高至中间温度之后，所述方法包括使用毫秒加热闪光加热所述基底。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在所述均热时段之前或者在所述均热时段期间，所述方法包括将环境气体引入所述处理室中。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述环境气体包括氢气、氘气、氨或肼物质中的一种或更多种。
18.根据权利要求15所述的方法，其中在所述均热时段之前或者在所述均热时段期间，所述方法包括在所述处理室中诱导等离子体以产生化学还原物质。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述预烘温度在200℃至500℃的范围内。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述均热时段为0.5秒至10分钟。
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