CN2793916Y - 快速高温处理的装置 - Google Patents

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杨铭和
李资良
陈世昌
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Abstract

本实用新型是一种半导体基板的快速高温处理的装置，该装置包括一热源与一反射器，该热源提供快速高温处理的辐射热能，该反射器将该辐射热能予以反射，并将反射的辐射热能导至半导体基板的背面。本实用新型的效果在于热源发出的辐射热能被导至半导体基板的背面，而半导体基板的正面未被辐射热能所照射，于是，半导体基板正面的图案不会影响到热流的均匀性，再者，由于热源并未安置于半导体基板的正面，便可在半导体基板的正面设置一高温计，由此可以准确地量测半导体基板正面的实际温度，以对热源的个别加热灯管所发射的辐射热能进行实时控制，而达成热能均匀分布。

Description

快速高温处理的装置
技术领域
本实用新型有关于半导体制程，且特别是有关于快速高温处理(rapid thermal processing)，具体是一种半导体基板的快速高温处理的装置。
背景技术
快速高温处理已被广泛的使用于半导体制程的不同步骤中，举例而言，快速高温处理可被用于在半导体晶圆上沉积不同的薄膜，快速高温处理亦可被用于对布植于半导体晶圆中的离子或掺杂物进行退火(annealing)，由于快速高温处理的操作温度可快速地上升或下降，所需的制程时间很短，且处理效率也很高。
在许多快速高温处理的应用中，经常需要在特定气压下以特定成分气体注入处理晶圆的反应室以进行热处理，图1绘示一传统的快速高温处理反应器(RTP reactor)，用以于一气体中对半导体晶圆进行热处理，反应器10包括一可以对半导体晶圆进行热处理的反应室11，一可旋转的基座12设于反应室11内，待处理的晶圆13被基座12固定承载，并可随基座12而旋转，此外，此装置还包括气体供应装置，于反应室11的一端有一气体注入口14，并于反应室11的另一端有一排气口15，一气体组合于室温流入反应室11，但反应室内的实际操作温度会非常高(如：500℃至1200℃)，一热源16位于反应室11的上方，使得晶圆13的前方表面可被热源16所发出的热能所加热，热源16包括多数个加热单元，每一个都含有一个卤素灯17在内。
一般而言，会有一些半导体元件图案在半导体基板的前方表面，假若这些图案面对热源，热传导便会不均匀，而进一步造成电性的变异，举例而言，局部OD区域(active region；主动区域)的密度越高，非金属硅化的区域的片电阻(sheet resistance)越高。
在晶圆进行快速高温处理时，均匀的对晶圆的整个表面加热是很重要的，晶圆表面的温度分布不均会造成晶圆的错位(dislocation)与变形(distortion)，然而，于传统的快速高温处理中，经常很难达成晶圆表面的温度均匀分布，如图1所示，很难调整个别加热单元与晶圆的相对位置，使得晶圆表面每一点所接收的热能量都完全相同，因此，便形成从晶圆边缘到中心的温度梯度变化，特别是，晶圆的边缘经常会接收到最少的热能，如图2A与图2B所示，对加热温度峰值为1075℃而言，于加热周期中，内圈范围的温度T1-T3明显地比外圈高，内外图的温度分布差异达12℃。此外，快速高温处理通常操作时间都很短，举例而言，约为2-15分钟，晶圆会快速地加热到一非常高的温度，并迅速地冷却下来，晶圆表面不同点的细微热能差异会造成明显的温度变异，因此，晶圆表面不同点的热应力(thermal stress)会改变，造成晶圆的变形，在快速高温化学气相沉积(rapid thermalchemical vapor deposition；RTCVD)中，晶圆表面不同点的沉积速率会因温度不均匀而改变，因而造成沉积薄膜的厚度不均。
此外，有许多人致力于对个别灯管的辐射热能的实时控制，以达成热能均匀分布，于其一方式中，有一光测高温计(opticalpyrometer)以2-3微米的波长，监控晶圆背面表面不同点的温度，监控的温度参数经过处理器(如：计算机)的处理以产生一组新的参数，个别加热单元的能量再根据新的参数加以调整，以补偿晶圆表面不同点的温度差异，而达成温度均匀分布，然而，为了以此方式达成温度均匀分布，需要以光测高温计非常准确地撷取温度量测值，而实际上，光测高温计的温度量测经常会因为不同因素的干扰而造成扭曲与误差，这些干扰因素包括晶圆反射系数、加热灯管的辐射量，晶圆附近所通过的辐射热能、反应室壁所反射回来的热辐射与沉积步骤的化学反应所产生的热能。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种半导体基板的快速高温处理的装置。
为实现上述目的，本实用新型揭露一种用于半导体基板的快速高温处理的装置。该装置包括一热源与一反射器，该热源位于半导体基板的背面的一侧，并距该半导体基板的背面具有一定距离，提供快速高温处理的辐射热能，该反射器位于半导体基板的背面的一侧，并距该半导体基板的背面具有一定距离，将该辐射热能予以反射，并将反射的辐射热能导至半导体基板的背面，尤有甚者，一高温计(pyrometer)可设于半导体基板的正面，以准确地量测半导体基板的温度，而不会被该热源的温度或其辐射热能直接影响。
本实用新型亦揭露一种用于半导体基板的快速高温处理的装置，该装置包括一热源与一基座(susceptor)，该热源位于半导体基板的背面的一侧，并距该半导体基板的背面具有一定距离，提供快速高温处理的辐射热能，该基座可承载该半导体基板，该半导体基板背面朝向该热源，此外，一高温计(pyrometer)可设于半导体基板的正面，以准确地量测半导体基板的温度，而不会被该热源的温度或其辐射热能直接影响。
本实用新型提供用于半导体基板的快速高温处理的装置，热源发出的辐射热能被导至半导体基板的背面，而半导体基板的正面未被辐射热能所照射，于是，半导体基板正面的图案不会影响到热流的均匀性，再者，由于热源并未安置于半导体基板的正面，便可在半导体基板的正面设置一高温计，由此可以准确的量测半导体基板正面的实际温度，以对热源的个别加热灯管所发射的辐射热能进行实时控制，而达成热能均匀分布。
附图说明
图1绘示一传统的快速高温处理反应器于一气体中对半导体晶圆进行热处理的示意图。
图2A与图2B所绘示为以图1所示传统的快速高温处理反应器对半导体基板进行热处理的峰值温度与温度分布图。
图3绘示依据本实用新型一实施例对半导体基板进行快速高温处理的方法。
图4绘示依据本实用新型另一实施例对半导体基板进行快速高温处理的方法。
图5为使用图4所示方法以每秒上升250℃的快速高温处理操作于温度1055℃的情况下的可重制性与均匀度。
具体实施方式
为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
由于假若半导体基板正面的图案面对热源，热传导便与图案有关，所以最好能够避免图案受到热源所产生的热辐射直接照射。
本实用新型提供用于半导体基板的快速高温处理的装置。于本实用新型的某些实施例中，辐射热能被导至半导体基板的背面，而半导体基板的正面未被辐射热能所照射，于是，半导体基板正面的图案不会影响到热流的均匀性，再者，由于热源并未安置于半导体基板的正面，便可在半导体基板的正面设置一高温计，由此可以准确地量测半导体基板正面的实际温度，以对热源的个别加热灯管所发射的辐射热能进行实时控制，而达成热能均匀分布。
一种半导体基板的快速高温处理的装置实施例绘示于图3，如图3所示，本实施例包括一热源32与一反射器34。该热源32提供快速高温处理的辐射热能，半导体基板30的正面未受到热源32的直接照射，该反射器34将热源32发出的辐射热能予以反射，并将反射的辐射热能导向半导体基板30的背面，再者，至少一高温计(pyrometer)36可设于半导体基板30的正面，以准确地量测半导体基板30正面的温度，且该量测不会被该热源的温度或其辐射热能直接影响。
另一种半导体基板的快速高温处理的装置实施例绘示于图4，该装置包括一热源与一基座46，该热源可以是一加热灯管42，该热源42提供半导体基板40进行快速高温处理所需的辐射热能，基座46可乘载半导体基板40，并将半导体基板40的背面朝向热源42。由于半导体基板40的正面未受到热源42的直接照射，至少一高温计(pyrometer)44可设于半导体基板40的正面。
快速高温处理的可重制性(repeatability)对于量产非常的重要，图5分别绘示传统的快速高温处理与本实用新型实施例方法以每秒上升250℃的快速高温处理操作于温度1055℃，如图5所示，三角与菱形数据点分别为传统的快速高温处理与本实用新型实施例方法的峰值温度，传统的快速高温处理的峰值温度飘动比本实用新型的实施例方法来的较为严重，将晶圆反转进行加热的峰值温度显示出较传统的快速高温处理为佳的可重制性。圆形与方形数据点分别为传统的快速高温处理与本实用新型实施例方法的温度分布范围，传统的快速高温处理的温度分布范围比本实用新型的实施例方法来的较广，将晶圆反转进行加热的温度分布范围显示出较传统的快速高温处理为佳的均匀度，其因为背面几乎没有图案，而使得热流的吸收与反射较为均匀。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视后附的本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
10：反应器
11：反应室
12：基座
13：晶圆
14：气体注入口
15：排气口
16：热源
17：卤素灯
30：半导体基板
32：热源
34：反射器
36：高温计
40：半导体基板
42：加热灯管
44：高温计
46：基座

Claims (6)

1.一种半导体基板的快速高温处理的装置，其特征在于所述半导体基板的快速高温处理的装置包括：
一可发出辐射热能的热源，位于半导体基板的背面的一侧，并距该半导体基板的背面具有一定距离；
一反射器，位于半导体基板的背面的一侧，并距该半导体基板的背面具有一定距离，该反射器将该热源发出的辐射热能导至该半导体基板的背面。
2.根据权利要求1所述半导体基板的快速高温处理的装置，其特征在于更包括：
一装置，位于该半导体基板的该正面，该装置量测该半导体基板的该正面的温度。
3.根据权利要求1所述半导体基板的快速高温处理的装置，其特征在于更包括：
一高温计，位于该半导体基板的该正面，该高温计量测该半导体基板的该正面的温度。
4.一种半导体基板的快速高温处理的装置，其特征在于所述半导体基板的快速高温处理的装置包括：
一可发出辐射热能的热源，位于半导体基板的背面的一侧，并距该半导体基板的背面具有一定距离；
一基座，承载该半导体基板；
该半导体基板的该背面朝向该热源。
5.根据权利要求4所述半导体基板的快速高温处理的装置，其特征在于更包括：
一高温计，位于该半导体基板的该正面，该高温计量测该半导体基板的正面的温度。
6.根据权利要求4所述半导体基板的快速高温处理的装置，其特征在于更包括：
一装置，位于该半导体基板的正面，该装置量测该半导体基板的该正面的温度。
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