CN1188823A - 半导体圆片的热处理器 - Google Patents
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Abstract
一种用于处理至少一个半导体圆片的热处理器包括一能吸持至少一个半导体圆片的反应室,反应室材料基本能透射波长范围在200—800nm的光。涂层包括的基本上能反射红外辐射的材料可涂在至少一部分反应室上。光源通过涂层和反应室向至少一个半导体圆片提供辐射能。光源包括紫外光放电灯、卤素红外白炽灯或金属卤化物可见光放电灯。涂层位于反应室的内或外表面。如反应室有内和外壁,涂层可位于内壁,也可以在外壁。
Description
本发明涉及半导体圆片的热处理器，具体地说，本发明涉及一种用于处理至少有一个半导体圆片的热处理器。
硅圆片在传统上例如以一次二十至四十个圆片的批量分成诸如沉积、氧化和刻蚀等阶段进行处理的。该批量在石英管里处理，其中圆片在石英“圆片载架”上分隔固定，管子和圆片在炉中加热至约800℃至1200℃的温度。这些炉子一般是电阻加热炉结构，例如用通电金属线圈加热的炉子，处理时间达数小时。
近来开发的单圆片处理不是用带圆片载架的长管而是用较小的处理室，而处理一个圆片的时间为一分钟的数量级。一种最流行的单圆片处理使用一石英室，称为快速热处理(RTP)。RTP和其他类似的单圆片处理仍然将圆片加热为1000℃至1200℃；但使用的是卤钨灯而不是电阻加热。在些批量处理同样使用卤钨灯而不使用电阻加热。这种处理一般称为“快速批量处理”，因它们比单圆片处理需要更多的时间但较传统批量处理的时间少。
半导体制造中的常用RTP系统使用卤钨灯，以便将石英平行板反应器里水平放置的单硅圆片快速加热。在这种系统中，由于钉钨的光谱发射是朝红外区斜照的(此时硅吸收低)，并由于热硅表面所辐照的热透过反应器壁而在反应器外消失，故对效率有所损害。除了需考虑上述理由而要用大量热能外，圆片面上因圆片相对于灯的位置引起了热量变化。
半导体圆片的热处理器最好较常用处理器有较高的功效(从而灯的寿命较长而且功耗较低)。
半导体圆片热处理器的加热均匀性也最好较常用处理器有所改进，从而取得均匀的表面温度。
在本发明的一个最佳实施例中，通过以一波长选择层涂覆透明反应器壁以增加效率，使紫外光(UV)和可见光辐射可以从灯进入反应器，而将热半导体圆片所发射的红外辐射的出射堵住。将辐射陷俘在反应器里，由于需要较少的入射辐射进入处理室将增加处理效率，而通过增加非直接辐射的分量(它对灯的位置不敏感)来改进加热均匀性。
在另一实施例中，使用卤素红外白炽灯或波长较短的汞或金属卤化物放电灯，因它发射出硅吸收较高的波长，故较钨灯需用较少的功率。又因此灯无需钨灯丝故而更为可靠。
这两种实施例可在例如单圆片处理、批量处理、快速热处理例如快速批量处理中单独或结合使用。
本发明的特点据信是新颖的，因而特别在所附权利要求书中提出。但就本发明本身来说，无论是机构还是操作方法及其进一步的目的和优点都可从下面参考附图的说明得到良好的理解，其中，相同的编号表示相同的元件，附图中：
图1是本发明的最佳实施例的热处理器的截面侧视图。
图2是类似于图1的视图，其中在内室壁上有波长选择性涂层，并覆有钝化层。
图3-5是类似于图1的视图，但有双壁室。
图6是本发明垂直热处理器实施例的截面侧视图。
图1是本发热处理器实施例1的截面侧视图。半导体圆片10位于反应室12中并由小杆14支承。反应室有一波长选择涂层16，从灯的加热元件18和灯反射器20接收辐照能量。
图片10可包括任意数目的半导体材料，例如硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓等。需要时，这些半导体材料可以和薄绝缘体和/或金属层结合起来。反应室12可包括充分透光的材料，使紫外光和/或可见光(包括波长约200毫微米至800毫微米的光)的透射率高。反应室12的材料例如包括石英、掺氧化铝的石英、氧化铝和合成二氧化硅。
在图1的实施例中，圆片10平放在反应室里，由含石英的杆14支承，器件的表面面向反应室的对面(非杆子侧)和灯的加热元件。圆片在反应室中的位置不严格。例如，圆片可以倾斜或垂直支承或在反应室中部由石英架支承。
涂层16可以选自任意数目的能反射红外光的波长选择材料，例如氧化铟锡(ITO)、氧化锑锡(ATO)、氧化氟锡(FTO)、非掺杂的氧化锡、选色镜或金属薄膜例如银、铝或金属膜。选色镜可由叠层的氧化钛和二氧化硅层或氧化钽和二氧化硅层制得，优点是在高温下可长时间使用。和反应室材料相同，涂层材料也能透射波长在约200毫微米至800毫微米范围内的光。
红外选择反射涂层包括掺半导体的氧化物，称为Drude反射涂层，其对光和材料性质的特点见于T.Gerfin和M.Gratzel：“由光谱椭圆仪确定掺锡氧化铟的光学性质”(J.Appl.Phys.，Vol.79，pp 1722-1792，1 Feb.1996)中的讨论。Drude反射涂层曾用于暖房玻璃板上以降低因红外辐射引起的能量损耗，同时允许日光自由进入(见S.D.Silverstein“Effect of Infrared Transparency on the Heat Transfer ThroughWindows：A Clarification of the Greenhouse Effect”，Science，Vol.193，pp.229-31，16 July 1976)。氧化锑锡(ATO)膜以化学汽相沉积法沉积在氧化硅层上(见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膜可沉积在石英上。选色镜曾用于卤素、IR抛物形铝反射器(PAR)灯(可由General Electric Company，Cleveland，Ohio，买到)，以从灯罩反射红外辐射热，又允许可见光透射到外。本发明与这种卤素IR PAR灯不同之处在于光源是在涂层反应室里，因本发明的光源位于涂层反应室外。
灯的加热元件18可包括紫外(UV)放电灯，例如汞放电灯、金属卤化物可见光放电灯或卤素红外白炽灯。可见光谱的波长范围由约200毫微米至400毫微米，紫外光谱的波长范围由约400毫微米至800毫微米。因此，反应室12和涂层16最好能通过波长包括在范围约200毫微米至800毫微米的光。
如果灯的加热元件是圆柱形的，它们彼此以周期性距离并以等距离离开半导体圆片平行排齐。灯的反射器20可包括置于灯上的一组凹面镜22，它们有效地反射灯的背面照明。
使用UV放电灯来处理硅圆片，即使反应室上无涂层，也期望光的利用率能比常用钨灯设计时增加百分之三十以上。期望的效率增加是由于硅的吸收光谱和放电灯的发射光谱有较大的重叠。期望使用涂层能提供热量恢复，功率效率的改进约增加百分之六十五，总的改进可望达到约百分之九十五。
图2是与图1相类似的视图，其中波长选择涂层16a位于反应室壁12a的内侧，并覆以钝化层24。将涂层置于壁的内侧因室壁12a的吸收有助于减少IR辐射。本实施例中的涂层应是耐高温的材料，它不能在圆片上丢落任何颗粒，并且也不会污染。钝化层24可包括一种例如氧化硅(SiO2)的材料，厚度范围约0.1微米至0.2微米，并可加到图2的涂层16a或图1的16以保护涂层。
图3-5为类似于图1的视图，图中的双壁室用于气体冷却，这在单壁将导致室壁温度超过涂层的热能力时是有用，因硅圆片能达到例如超过1000℃的温度。在图3和4中，涂层16b和16c分别置于室壁12b和26及12c和26c之间。压力空气28和28c可泵入室壁之间。在图3中，涂层16b置于室壁12b的外表面上，而在图4中，涂层16c置于室壁28c的内表面中。在图5中，室壁12d和26d具有泵入其间的压力空气28d，涂层出现在室壁12d的内表面。此外，图5说明单反应室12d中的多个圆片10a和10b。
图6是本发明一种垂直热处理实施例2的截面侧视图，其中反应室612涂覆有波长选择涂层616，并封入3多个又例如使用石英杆(未示出)以叠放的圆片610。反应室由可包括例如石英材料的盖罩630密封。气体，例如N2、O2或热分解产生的蒸汽可通过气体入口632供应，并通过气体出口634释放。辐照能量由灯装置619的灯加热元件618提供。
尽管这里只解释和叙述了本发明的某些最佳特点。本领域的一般技术人员可有许多改型和变化。因此，应理解所附的权利要求是要覆盖所有这种改型和变化，使其适用于本发明的真实特点。
Claims (10)
1.一种用于处理至少有一个半导体圆片的热处理器，包括：
-反应室，用以吸持至少一个半导体圆片，该反应室包括的一种材料基本上能透射波长范围在200毫微米至800毫微米的光：
-至少在一部分反应室上的涂层，该涂层包括的材料基本上能透射波长范围在200毫微米至800毫微米的光；并基本上能反射红外辐射；以及
-光源，通过涂层和反应室向至少一个半导体图片提供辐射能。
2.根据权利要求1的处理器，其特征在于光源是一紫外放电灯、卤素红外白炽灯或金属卤化物可见光放电灯。
3.根据权利要求1的处理器，其特征在于反应室包括石英、掺氧化铝石英、氧化铝或金属薄膜。
4.根据权利要求1的处理器，其特征在于涂层包括由氧化铟锡、氧化锑锡、氧化氟锡、未掺杂的氧化锡、选色镜或金属薄膜。
5.一种用于处理至少有一个半导体圆片的热处理器，包括：
-反应室，用以吸持至少一个半导体圆片，该反应室包括的一种材料基本上能透射波长范围在200毫微米至800毫微米的光；以及
-光源灯，包括紫外放电灯、卤素红外白炽灯或金属卤化物可见光放电灯，该灯通过反应室向至少一个半导体圆片提供辐射能。
6.根据权利要求5的处理器，其特征在于该反应室包括石英、掺氧化铝石英、氧化铝或合成氧化硅。
7.一种用于处理至少一个半导体圆片的热处理器，包括
-基本上透光的反应室，用以吸持至少一个半导体圆片；
-涂层，包括一至少覆盖一部分反应室的选择红外反射材料；以及
-紫外光放电灯，通过涂层和反应室向至少一个半导体圆片提供辐射能。
8.根据权利要求7的处理器，其特征在于该反应室包括石英、掺氧化铝石英、氧化铝或合成氧化硅，而涂层包括氧化铟锡、氧化锑锡、氧化氟锡、未掺杂氧化锡、选色镜或金属薄膜。
9.一种用于热处理器的设备，该设备包括：
-反应室，用于吸持至少一个半导体圆片，该反应室包括的一种材料基本上能透射波长范围在200毫微米至800毫微米的光；以及
-涂层，至少在一部分反应室上，该涂层包括的材料基本上能透射波长范围在200毫微米至800毫微米的光，并基本上能反射红外辐射。
10.根据权利要求9的设备，其特征在于该反应室包括石英、掺氧化铝石英、氧化铝或合成氧化硅。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN97122443A CN1188823A (zh) | 1996-11-04 | 1997-11-04 | 半导体圆片的热处理器 |
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
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| CN1188823A true CN1188823A (zh) | 1998-07-29 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN1188823A (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1997
- 1997-11-04 CN CN97122443A patent/CN1188823A/zh active Pending
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