CN116417381A - 快速热退火机台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种快速热退火机台。该快速热退火机台包括反应腔室；边缘环，配置于所述反应腔室中，用于承载晶圆，所述边缘环与所述反应腔室的内壁之间形成供气体流经的环形间隙；多个气体引流件，配置于所述反应腔室内壁上；排气口，呈环状设置于所述反应腔室的内壁上；其中，所述排气口分布在形成所述环形间隙的反应腔室的内壁上。本发明通过将进气管以及排气口设置于反应腔室的内壁上，并且将排气口设置为环状，通过更改进气口和排气口排布方式，以及排气口的形状，能够提高反应腔室内气氛的均匀性，从而能够解决反应腔室内出现加热不充分或者局部过热的问题，避免出现晶圆外圈良率损失的问题。

Description

快速热退火机台
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种快速热退火机台。
背景技术
在集成电路制造的过程中，掺现今掺杂离子通常以离子注入的形式掺杂到半导体衬底中，然而掺杂离子只有被激活也就是处于晶格中的硅的位置时才能提供载流子。所以在注入之后，通常都会采用退火工艺来激活杂质并修复离子注入对衬底晶格造成的损伤。然而，随着硅基器件特征尺寸减小到28纳米以下，集成度和复杂性的增强，特别是超浅结对掺杂元素的扩散控制更加严格，为了控制热预算，尖峰快速热退火已经替代了传统的均温热退火工艺用于掺杂剂的活化。
尖峰快速热退火(Rapid Thermal Process SpikeAnneal)的特点是注重快速升/降温过程，基本没有保温过程。尖峰快速热退火在高温点滞留时间很短，其主要作用是激活掺杂元素。在实际应用中，晶圆由某一稳定待机温度点开始快速升温，到达目标温度点后立即降温。由于在目标温度点(即尖峰温度点)的维持时间很短，因此使该退火过程能够实现杂质活化程度最大化和杂质扩散程度最小化，同时具有良好的缺陷退火修复特性，形成的接合质量较高，漏电流较低，尖峰快速热退火在65nm之后的超浅结工艺中得到广泛应用。
尖峰快速退火工艺是将晶圆在一定时间内置于所需温度与环境条件下，利用热能促使晶圆内的原子进行晶格位置的重排，以降低晶格缺陷，激活掺杂元素。尖峰快速热退火工艺由于加热时间短，对机台要求相对更加严格。理论上来说，放置晶圆的腔室内各处氛围应一致，此处的氛围指腔室内的气体流速以及腔室内温度，保证晶圆各区域加热的一致性。
如图1所示的机台，是现有技术中用于尖峰快速退火工艺的一种机台，机台中设置有用于反应的腔室101，腔室101中安装有承载晶圆的边缘环104、进气口102，以及排气口103。进气口102和排气口103分布于腔室101的两侧。在预热阶段，由于晶圆是静止的，并且从进气口102的进气较为分散，而从排气口103排出的气却较为集中，因此，这种进气口02和排气口103的分布方式会造成反应的腔室101内气氛不均匀，故而，排气方向和进气方向产生温度的差异，排气方向较进气方向会偏冷一些，在对应区域易产生加热不充分或者局部过热的问题，从而易产生晶圆外圈良率损失的问题。如果用温度补偿，门方向的晶圆外圈预热温度将会高于预设值，则使得门方向的晶圆外圈易产生漏电现象，从而给产品调控增加了难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速热退火机台，以解决现有的快速热退火机台在反应的腔室内由于气氛不均匀，所造成的加热不充分或者局部过热的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种快速热退火机台，包括：
反应腔室；
边缘环，配置于所述反应腔室中，用于承载晶圆，所述边缘环与所述反应腔室的内壁之间形成供气体流经的环形间隙；
多个气体引流件，配置于所述反应腔室内壁上；
排气口，呈环状设置于所述反应腔室的内壁上；
其中，所述排气口分布在形成所述环形间隙的反应腔室的内壁上。
优选地，所述排气口设置于所述反应腔室的底部。
优选地，所述排气口设置于所述反应腔室的侧壁，所述排气口分布在形成所述环形间隙的反应腔室的侧壁上。
优选地，多个所述气体引流件沿所述反应腔室的内壁呈环状间隔设置。
优选地，所述气体引流件包括：
至少一个进气管，设置于所述反应腔室的内壁上。
优选地，所述进气管沿垂直于所述边缘环所在的平面的第一方向倾斜向上延伸。
优选地，该快速热退火机台还包括：
灯源，用于对晶圆进行加热，所述灯源由多个灯泡组成，多个所述灯泡呈多层环状设置于所述反应腔室的顶部。
优选地，所述排气口与最外圈的多个所述灯泡组成的环状位置相对应。
优选地，该快速热退火机台还包括：
至少一个冷却管，贯穿所述反应腔室的底部，且所述冷却管的出气端口位于所述反应腔室内。
优选地，冷却管设置有两个，且两个所述冷却管沿所述边缘环的中轴线对称分布。
与现有技术相比，本发明的快速热退火机台具有如下优点：
本发明通过将进气管以及排气口设置于反应腔室的内壁上，并且将排气口设置为环状，通过更改进气口和排气口排布方式，以及排气口的形状，能够提高反应腔室内气氛的均匀性，从而能够解决反应腔室内出现加热不充分或者局部过热的问题，避免出现晶圆外圈良率损失的问题。
通过将多个进气管呈环状间隔设置于反应腔室的内壁上。不仅实现了对晶圆快速预热的目的，同时，也能够进一步提高反应腔室内气氛的均匀性，解决了反应腔室内加热不充分或者局部过热的问题，防止出现晶圆外圈良率损失的问题。
通过将多个灯泡呈多层环状设置于反应腔室的顶部，灯泡加热的正下方区域都能够充分预热，通过将进气管和排气口设置于反应腔室内，能够使得处于进气口和排气口的区域也能够得到充分预热。通过将排气口设置于形成环形间隙的反应腔室的侧壁上或者将排气口设置于反应腔室的底部，能够使得承载晶圆的边缘环的边缘处也能够得到充分的预热，从而能够避免由于反应腔室预热不均所导致的晶圆受热不均匀，防止造成工艺参数不合格，甚至晶圆翘曲变形等产品品质问题。
附图说明
图1是一种快速热退火机台的结构示意图；
图2是本发明一实施方式中快速热退火机台的结构示意图；
图3是本发明另一实施方式中快速热退火机台的结构示意图；
图4是本发明一实施例中进气管与边缘环所在平面的位置关系图；
图5是本发明一实施例中的反应腔室的俯视图；
图中，
100-反应腔室；200-边缘环；
300-晶圆；400-进气管；
500-排气口；600-灯泡；
700-冷却管；10-机台。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的快速热退火机台(以下简称“机台10”)作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参图2至图5所揭示的一种快速热退火机台的一种具体实施方式。该机台10包括反应腔室100；边缘环200，配置于反应腔室100中，用于承载晶圆300，边缘环200与反应腔室100的内壁之间形成供气体流经的环形间隙(未标示)；多个气体引流件(未标示)，配置于反应腔室100内壁上；排气口500，呈环状设置于反应腔室100的内壁上；其中，排气口500分布在形成环形间隙的反应腔室100的内壁上。
其中，反应腔室100为晶圆300快速热退火提供反应场所，本实施例中，反应腔室100为圆柱形。通入反应腔室100的气体可为惰性气体，惰性气体在反应腔室100内形成气氛。惰性气体用于排出反应腔室100内的氧气，防止在晶圆300快速热退火时进一步氧化，通入反应腔室100的气体也可为其他所需的气体。惰性气体通过多个气体引流件通入反应腔室100。在下文中，为了便于描述，将用于排出反应腔室100内的氧气而通入的惰性气体，以氮气为例进行说明。
边缘环200设置于反应腔室100的内部，也可位于反应腔室100的底部。边缘环200为圆环形，用于放置和固定晶圆300，用于保证在晶圆300预热和退火中不会出现移动。
示例性地，排气口500设置于反应腔室100的侧壁，排气口500分布在形成环形间隙的反应腔室100的侧壁上。
具体地，参图2所示，排气口500呈环状设置于反应腔室100的侧壁。为了避免通入的气体不经过晶圆300直接从排气口500排出，将排气口500配置于形成环形间隙的反应腔室100的侧壁上。当氮气经过多个气体引流件通入反应腔室100，并按照如图2中箭头a、箭头b和箭头c的路径顺序，从环形的排气口500排出时，能够提高反应腔室100内气氛均匀性，从而能够使得反应腔室100内加热均匀，避免出现晶圆外圈良率损失的问题。
进一步地，参图3所示，作为该实施例的优选，排气口500设置于反应腔室100的底部。为了便于将晶圆300载入和载出边缘环200，将边缘环200同样设置于反应腔室100的底部。通过将排气口500设置于反应腔室100的底部，当氮气经过多个气体引流件通入反应腔室100，并按照如图3中箭头a、箭头b和箭头c的路径顺序，从环形的排气口500排出时，能够延长气体流经的路径，进一步减小排气方向和进气方向产生的温度的差异，避免在对应区域易产生加热不充分或者局部过热的问题。同时，也能够使得晶圆300在快速热退火时，能够完全被通入的氮气包围，在防止晶圆300被氧化的同时，也能够进一步提高反应腔室100内气氛均匀性，从而能够使得反应腔室内加热均匀，避免出现晶圆外圈良率损失的问题。
示例性地，多个气体引流件沿反应腔室100的内壁呈环状间隔设置。
具体地，参图2和图3所示，氮气通过多个气体引流件通入反应腔室100内，以排出反应腔室100内的氧气。通过将多个气体引流件沿反应腔室100的内壁呈环状间隔设置，使得通入的氮气呈环状进入到反应腔室100内，从而，能够进一步提高反应腔室100内气氛的均匀性，避免反应腔室100内加热不充分或者局部过热的问题，防止出现晶圆外圈良率损失的问题。
示例性地，气体引流件包括：至少一个进气管400，设置于反应腔室100的内壁上。
具体地，参图2所示，气体引流件包括一个进气管400，若干个进气管400呈环状设置于反应腔室100的内壁上。通过将进气管400沿反应腔室100的内壁呈环状间隔设置，使得通入的氮气呈环状进入到反应腔室100内，从而，能够进一步提高反应腔室100内气氛的均匀性，避免反应腔室100内加热不充分或者局部过热的问题，防止出现晶圆外圈良率损失的问题。
进一步地，参图3所示，气体引流件包括两个或者两个以上的进气管400。多个进气管400呈环状间隔设置于反应腔体100的内壁上。在本实施例中，优选气体引流件包括两个进气管400。两个进气管400的位置可以对应设置，也可以错开设置。在本实施例中，对进气管400的数量并不做要求，只要多个进气管400能够呈环状设置于反应腔室100的内壁上即可。作为该优选的实施例，通过设置两个进气管400，能够增加氮气的通气量，以加快氮气气氛在反应腔室100的扩散速度，不仅，实现了对晶圆300快速预热的目的，同时，也能够进一步提高反应腔室100内气氛的均匀性，避免反应腔室100内加热不充分或者局部过热的问题，防止出现晶圆外圈良率损失的问题。
示例性地，进气管400沿垂直于边缘环200所在的平面(即，图3中的平面d)的第一方向倾斜向上延伸。
具体地，参图2、图3和图4所示，边缘环200所在的平面(即，图3中的平面d)与反应腔室100的侧壁垂直。第一方向(即，图4中箭头g所指的方向)是与反应腔室100的侧壁平行的方向。需要说明的是，第一方向既可以与图4中箭头g所指的方向一致，也可以与图4中箭头g所指的方向相反，但是，为了便于描述，在本实施例中，将第一方向定义为与图4中箭头g所指的方向一致的方向。进气管400与边缘环200所在的平面(即，图3中的平面d)形成如图4所示的α，α既可以为直角，也可以为锐角，只要，氮气能够从进气管400喷出即可，但是，为了更进一步提高气氛的均匀性，在本实施例中，优选α为锐角，也即，进气管400在反应腔室100内倾斜向上延伸。
示例性地，该机台10还包括：灯源，用于对晶圆300进行加热，灯源由多个灯泡600组成，多个灯泡600呈多层环状设置于反应腔室100的顶部。
具体地，参图2、图3和图5所示，多个灯泡600呈多层环状设置于反应腔室100的顶部，灯泡600和反应腔室100通过透光玻璃(未标示)密闭隔开，并且通过控制模块控制灯泡600的开关或功率大小。多个加热灯泡600辐射的光通过透光玻璃辐射到边缘环200上，用于给反应腔室100加热。图2和图3中灯泡600竖向箭头方向为灯泡600的光辐射方向。为了提高反应腔室100内晶圆300受热的均匀性，多个灯泡600呈多层环状设置于反应腔室100的顶部，灯泡600加热的正下方区域都能够充分预热，通过将进气管400和排气口500设置于反应腔室100内，从而能够使得处于进气口和排气口500的区域也能够得到充分预热。通过将排气口500设置于形成环形间隙的反应腔室100的侧壁上或者将排气口500设置于反应腔室100的底部，能够使得承载晶圆300的边缘环200的边缘处也能够得到充分的预热，从而能够避免由于反应腔室100预热不均所导致的晶圆300受热不均匀，防止造成工艺参数不合格，甚至晶圆300翘曲变形等产品品质问题。需要说明的是，上文中所描述的通过控制模块控制灯泡600的开关或功率大小为现有技术，由于该技术方案不是本文的发明点，在此不再赘述。
进一步地，参图3和图5所示，排气口500设置于反应腔室100的底部，将排气口500的位置与最外圈的多个灯泡600组成的环状位置相对应。不仅能够进一步提高反应腔室100内晶圆300受热的均匀性。同时，能够进一步确保反应腔室100的边缘处能够预热均匀，从而能够避免由于反应腔室100预热不均所导致的晶圆300受热不均匀，防止造成工艺参数不合格，甚至晶圆300翘曲变形等产品品质问题。
示例性地，该机台10还包括：至少一个冷却管700，贯穿反应腔室100的底部，且冷却管700的出气端口位于反应腔室100内。
具体地，参图2和图3所示，为了使得反应腔室100能够快速降温，需要通过冷却管700向反应腔室100中通入降温的气体，该降温的气体同样为惰性气体，为了与上文中的惰性气体进行区分，也为了便于描述，将该用于降温的惰性气体优选为氦气。氦气通过冷却管700通入到反应腔室100中，对晶圆300进行快速降温。在该实施例中，冷却管700既可以为一个，也可以两个，三个，以及三个以上，在本实施例中，对冷却管700的数量，并不做具体的要求。在该实施例中，优选冷却管700为两个，且两个冷却管700沿边缘环200的中轴线f对称。通过将两个冷却管700设置成对称分布，能够使得反应腔室100内各个区域降温的速率一致，避免由于反应腔室100温度不均所导致的晶圆300受热不均匀，防止造成工艺参数不合格，甚至晶圆300翘曲变形等产品品质问题。
综上可见，在本发明实施例提供的机台10中，通过将进气管400以及排气口500设置于反应腔室100的内壁上，并且将排气口500设置为环状，通过更改进气口和排气口500的排布方式，以及排气口500的形状，能够提高反应腔室100内气氛的均匀性，从而能够解决反应腔室100内出现加热不充分或者局部过热的问题，避免出现晶圆300外圈良率损失的问题。
通过将多个进气管400呈环状间隔设置于反应腔室100的内壁上。不仅实现了对晶圆300快速预热的目的，同时，也能够进一步提高反应腔室100内气氛的均匀性，解决了反应腔室100内加热不充分或者局部过热的问题，防止出现晶圆外圈良率损失的问题。
通过将多个灯泡600呈多层环状设置于反应腔室100的顶部，灯泡600加热的正下方区域都能够充分预热。通过将进气管400和排气口500设置于反应腔室100内，能够使得处于进气口和排气口500的区域也能够得到充分预热。通过将排气口500设置于形成环形间隙的反应腔室100的侧壁上或者将排气口500设置于反应腔室100的底部，能够使得承载晶圆300的边缘环200的边缘处也能够得到充分的预热，从而能够避免由于反应腔室100预热不均所导致的晶圆300受热不均匀，防止造成工艺参数不合格，甚至晶圆300翘曲变形等产品品质问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种快速热退火机台，其特征在于，包括：
反应腔室；
边缘环，配置于所述反应腔室中，用于承载晶圆，所述边缘环与所述反应腔室的内壁之间形成供气体流经的环形间隙；
多个气体引流件，配置于所述反应腔室内壁上；
排气口，呈环状设置于所述反应腔室的内壁上；
其中，所述排气口分布在形成所述环形间隙的反应腔室的内壁上。
2.如权利要求1所述的一种快速热退火机台，其特征在于，所述排气口设置于所述反应腔室的底部。
3.如权利要求1所述的一种快速热退火机台，其特征在于，所述排气口设置于所述反应腔室的侧壁，所述排气口分布在形成所述环形间隙的反应腔室的侧壁上。
4.如权利要求1所述的一种快速热退火机台，其特征在于，多个所述气体引流件沿所述反应腔室的内壁呈环状间隔设置。
5.如权利要求1所述的一种快速热退火机台，其特征在于，所述气体引流件包括：
至少一个进气管，设置于所述反应腔室的内壁上。
6.如权利要求5所述的一种快速热退火机台，其特征在于，所述进气管沿垂直于所述边缘环所在的平面的第一方向倾斜向上延伸。
7.如权利要求2所述的一种快速热退火机台，其特征在于，该快速热退火机台还包括：
灯源，用于对晶圆进行加热，所述灯源由多个灯泡组成，多个所述灯泡呈多层环状设置于所述反应腔室的顶部。
8.如权利要求7所述的一种快速热退火机台，其特征在于，所述排气口与最外圈的多个所述灯泡组成的环状位置相对应。
9.如权利要求1所述的一种快速热退火机台，其特征在于，该快速热退火机台还包括：
至少一个冷却管，贯穿所述反应腔室的底部，且所述冷却管的出气端口位于所述反应腔室内。
10.如权利要求9所述的一种快速热退火机台，其特征在于，所述冷却管设置有两个，且两个所述冷却管沿所述边缘环的中轴线对称分布。
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