[發(fā)明專(zhuān)利]直流或交流電場(chǎng)輔助退火

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01112158.0
• 申請(qǐng)日: 2001-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1323061A
• 公開(kāi)（公告）日: 2001-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·W·巴蘭蒂;J·J·埃利斯－莫納漢;古川俊治;J·D·吉伯特;G·R·米勒;J·A·斯林克曼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/326
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/326;H01L21/265
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司
• 代理人: 陳霽,傅康

本申請(qǐng)是2000年3月29日提交的名為“DC?Electric?FieldAssisted?Anneal”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09/538,309號(hào)的后續(xù)申請(qǐng)，該申請(qǐng)可供本文參考。

本發(fā)明涉及到用來(lái)控制半導(dǎo)體襯底中的摻雜物擴(kuò)散的一種方法和裝置。

隨著半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)尺寸的縮小，為了控制日益縮小的結(jié)構(gòu)必須采取越來(lái)越精密的控制。越來(lái)越小的結(jié)構(gòu)的位置和尺寸需要有精密的控制才能保證精確的布局。在尺寸很小的情況下，錯(cuò)位和/或結(jié)構(gòu)尺寸的微小誤差都會(huì)產(chǎn)生廢品或次品器件。半導(dǎo)體器件的制造工藝需要提高精度以產(chǎn)生理想的結(jié)構(gòu)。

快速熱處理被廣泛地用于在半導(dǎo)體襯底中擴(kuò)散摻雜物。在快速熱處理過(guò)程中，用一個(gè)諸如燈或是加熱板的輻射源將工件快速加熱到指定溫度。然后用輻射源將工件保持在這一溫度。再按照一定的控制程序用輻射源使工件快速冷卻。在這種典型工藝的每一個(gè)步驟中(利用一個(gè)檢測(cè)工件的紅外線輻射的高溫計(jì)或是熱電偶)檢測(cè)晶片溫度并且提供溫度的反饋控制。當(dāng)工件升溫到足夠的溫度時(shí)，開(kāi)始在工件內(nèi)擴(kuò)散某種物質(zhì)。進(jìn)而，擴(kuò)散的速度主要是工件溫度的函數(shù)。另外，擴(kuò)散的范圍是溫度值和這一溫度上的時(shí)間的因數(shù)。因此，如果工件是一個(gè)半導(dǎo)體晶片，而熱處理是用來(lái)執(zhí)行摻雜物退火的快速熱處理，為了在半導(dǎo)體晶片上的各個(gè)位置實(shí)現(xiàn)摻雜物原子的均勻擴(kuò)散，必須對(duì)晶片溫度進(jìn)行精確的控制。

按照先進(jìn)的絕緣體加硅片技術(shù)需要比3℃3-西格馬溫度控制更好地控制摻雜物的擴(kuò)散。然而，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的快速熱處理設(shè)備的限制，目前只能達(dá)到5-6℃3-西格馬溫度控制。許多因素對(duì)溫度控制問(wèn)題都有影響。這其中包括艙室氣流，艙室門(mén)和機(jī)械手，晶片定位中心，以及燈加熱速度慢的限制。

關(guān)于艙室氣流，由于加工氣體分布在晶片上存在熱梯度。在快速熱處理設(shè)備中引入一種(反應(yīng)或是惰性的)加工氣體。快速熱處理設(shè)備不是一個(gè)熱均衡系統(tǒng)(僅有工件及其支撐結(jié)構(gòu)被加熱)。因此，進(jìn)入的氣體是冷的，但是氣體在通過(guò)晶片時(shí)被進(jìn)入，再?gòu)呐撌抑信懦觥＿@種因素會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，靠近氣體入口處溫度較低，而靠近艙室的氣體出口處溫度較高。當(dāng)晶片被放入艙室時(shí)，這種梯度就會(huì)反映在晶片上。為了緩解這種影響而旋轉(zhuǎn)晶片。然而，在采用旋轉(zhuǎn)晶片的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，盡管緩解了梯度的影響，仍然遺留下一個(gè)特殊問(wèn)題，那就是晶片旋轉(zhuǎn)的溫度脈動(dòng)周期在固定的高溫計(jì)的信號(hào)中非常明顯。由于缺少對(duì)燈區(qū)的控制，無(wú)法降低這種脈動(dòng)，因而在晶片邊沿上會(huì)產(chǎn)生局部的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)。這些熱點(diǎn)和冷點(diǎn)會(huì)直接導(dǎo)致芯片不能滿(mǎn)足性能指標(biāo)。

另外，艙室門(mén)和晶片保持設(shè)備也會(huì)在晶片上造成熱梯度。與上述的情況類(lèi)似，因?yàn)樵诩庸づ撌抑斜仨氂幸粋€(gè)門(mén)，并且需要將機(jī)械手通過(guò)艙門(mén)插入工件，在艙門(mén)處對(duì)艙室內(nèi)部有冷卻的影響。來(lái)自輸送艙室的冷氣或是室溫空氣會(huì)使門(mén)的區(qū)域冷卻；機(jī)械手的端部零件具有散熱作用，也會(huì)使門(mén)的區(qū)域冷卻。因此就會(huì)產(chǎn)生熱點(diǎn)和冷點(diǎn)，從而導(dǎo)致芯片不能滿(mǎn)足性能指標(biāo)。

在現(xiàn)有技術(shù)的目前狀態(tài)下，快速熱處理設(shè)備用一個(gè)(完全邊沿接觸的)套環(huán)支撐著晶片。如果支撐“邊沿環(huán)”內(nèi)的晶片中心不能精確到0.010-0.015英寸以?xún)?nèi)，就會(huì)在晶片邊沿上產(chǎn)生熱點(diǎn)和冷點(diǎn)。采用晶片旋轉(zhuǎn)來(lái)校正不均勻的受熱，達(dá)到一種準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，晶片的任何充分的擾動(dòng)都會(huì)使晶片向心加速直至其脫離中心。因此就會(huì)由于晶片定位而產(chǎn)生熱點(diǎn)和冷點(diǎn)。同樣會(huì)導(dǎo)致芯片不能滿(mǎn)足性能指標(biāo)。

關(guān)于燈加熱旋轉(zhuǎn)速度的限制，因?yàn)閃-鹵素?zé)舳佳b有包含氣體的外罩，外罩會(huì)儲(chǔ)存大量的熱量。儲(chǔ)存的熱量會(huì)衰減進(jìn)入燈內(nèi)的高頻信號(hào)。另外，隨著艙室旋轉(zhuǎn)速度按照熱處理設(shè)備設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速(200mm工具的轉(zhuǎn)速是90RPM；300mm工具的轉(zhuǎn)速可達(dá)150到300RPM)的增加，越來(lái)越難以通過(guò)對(duì)燈的控制來(lái)衰減與溫度波動(dòng)有關(guān)的旋轉(zhuǎn)。

目前狀態(tài)下的快速熱處理技術(shù)在摻雜物擴(kuò)散和熱積聚匹配上存在限制。關(guān)于擴(kuò)散的限制，許多技術(shù)是采用大量和膚淺的摻雜物注入并隨之退火來(lái)實(shí)現(xiàn)激勵(lì)和擴(kuò)散，獲得一種淺薄均勻的摻雜物剖面圖。由于擴(kuò)散范圍的要求，需要使用高溫的分批處理爐。然而，隨著晶片尺寸的增大，這些現(xiàn)有技術(shù)有一個(gè)特殊的問(wèn)題，因?yàn)橛酶邷胤峙幚頎t生產(chǎn)晶片產(chǎn)量下降。這樣就需要有一種能夠從整體上提高擴(kuò)散速度的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)單一晶片的快速熱處理退火。