[發(fā)明專利]增強(qiáng)型快速熱處理設(shè)備和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680042256.2
• 申請日: 2006-06-26
• 公開（公告）號: CN101304660A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴夫·卡姆;邁克·克拉斯尼克;米登·巴巴洛維克;瑟吉·德茨;史蒂夫·麥科伊
• 申請（專利權(quán)）人: 馬特森技術(shù)公司
• 主分類號: A21B2/00
• 分類號: A21B2/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 葛青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及快速熱處理領(lǐng)域，更具體地說涉及用于在快速熱處理中提高均勻性的技術(shù)和設(shè)備。

背景技術(shù)

為了生產(chǎn)最新發(fā)展的設(shè)備，在快速熱處理(RTP)的使用中，現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)了大量的方法。這樣的設(shè)備例如包括半導(dǎo)體芯片、太陽能電池以及納米材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在基底或工件受到離子注入處理后RTP非常有用，在所述基底或工件中被注入的摻雜原子處于空位中，在該位置摻雜原子是電性質(zhì)不活動的(electrically?inactive)。RTP被應(yīng)用以便修復(fù)對晶格結(jié)構(gòu)的損壞并將摻雜物移動到晶格結(jié)點以電激活這些摻雜物。

一種形式的RTP實質(zhì)上使用等溫加熱，其中輻射能以協(xié)作強(qiáng)度(cooperating?intensity)施加一持續(xù)時間以便于使工件的溫度至少在工件的整個厚度上大致均勻地升高。由此，這種形式的等溫RTP也可以稱為“等溫RTP”并一般具有處理持續(xù)時間約為幾秒的特征。

由于設(shè)備尺寸和結(jié)深度(junction?depth)隨著一代代的發(fā)展日益降低，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)關(guān)于使用等溫RTP的困難。具體地說，在引起所期望的摻雜物激活的高溫下，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散機(jī)理開始起作用，這使得摻雜的雜質(zhì)和其他物質(zhì)從它們的預(yù)期位置擴(kuò)散到整個設(shè)備結(jié)構(gòu)。由于降低的特征尺寸方面，這樣的擴(kuò)散導(dǎo)致設(shè)備的功能受損。

對不期望的擴(kuò)散效應(yīng)的關(guān)注促進(jìn)了被稱為毫秒或閃速RTP的開發(fā)。這個更新的RTP方法的特征在于其加熱工件從而故意地在晶片或者工件的厚度上產(chǎn)生溫度梯度。一個極其有益的方法在標(biāo)題為“HEAT?TREATINGMETHODS?AND?SYSTEMS”(“熱處理方法和系統(tǒng)”)的美國專利No.6594446中描述，其全部內(nèi)容通過參考方式在此并入。為了實現(xiàn)毫秒RTP，其持續(xù)時間為0.1ms到20ms。毫秒RTP的前提在于短時間地急驟加熱工件的設(shè)備側(cè)，因此工件的主體保持冷卻。如此，在急驟加熱工件的設(shè)備側(cè)之后，工件的主體用作蓄熱器。當(dāng)急驟加熱的時間周期遠(yuǎn)快于工件的熱傳導(dǎo)時間時，這樣的實施是有效的。

由此，毫秒RTP通過限制溫度足夠高使得擴(kuò)散可以發(fā)生的時間以及限制工件被加熱到如此高溫度的體積，從而降低了摻雜物擴(kuò)散。當(dāng)然脈沖RTP可以通過加熱工件到中間溫度然后施加脈沖能量來使用，脈沖RTP可以視為與等溫RTP的混合形式，如美國專利No.6849831中所教導(dǎo)的那樣，其內(nèi)容通過參考在此并入。

除了上述關(guān)于擴(kuò)散效果的差異，每一種形式的RTP都會引入其他獨特的問題以及與其應(yīng)用相關(guān)的機(jī)會。例如，對于等溫RTP，熱均勻性是所關(guān)注的，特別是由于工件的外周邊緣一般比工件的中央部分更快速的流失能量的原因。因此，邊緣區(qū)域往往保持比工件的中心更涼。例如對于毫秒RTP，表面加熱被規(guī)定為基本上是瞬間的。因此，脈沖參數(shù)必須預(yù)先仔細(xì)地確定以產(chǎn)生所要的結(jié)果，一旦脈沖被開始，這基本沒有機(jī)會去影響處理結(jié)果。相反，在毫秒RTP中，邊緣冷卻往往被認(rèn)為并不是很重要，因為加熱速度與從工件到處理室周圍氣體的輻射損失或傳導(dǎo)和對流熱損失相比往往十分高。

考慮到上述問題，美國專利No.4981815(后文中的’815專利)提供了等溫RTP的一個例子，其試圖解決邊緣冷卻問題，在’815專利的圖7示出的一個方法中，使用了這樣一個加熱裝置，其采用了一個熱源與工件的主要表面成面對面的關(guān)系(confronting?relationship)，而另一個獨立熱源與工件的外周邊緣成面對面的關(guān)系。該方法由于它對需要精確控制的附加熱源的需要而被認(rèn)為過于復(fù)雜。作為替代，在’815專利的圖6示出了位于工件周圍的反射器用于將從工件的外周邊緣輻射的熱能返回。在這點上，應(yīng)該注意到現(xiàn)有技術(shù)包含很多基于將從工件輻射的熱能反射回其周緣的例子。這種方法被認(rèn)為有問題是因為被返回的輻射能完全不足以補(bǔ)償由輻射、傳導(dǎo)和對流熱損失組合而導(dǎo)致的邊緣冷卻效果。

在’815專利的圖10示出了另一等溫RTP方法，其使用與工件的主要表面成面對面的關(guān)系的熱源，所述工件被容納在反射盒中。該工件可相對于反射盒的底部壁面移動地定位在支撐銷上，由此改變工件相對于底部反射壁面的高度，以允許變化的反射熱源能量抵達(dá)工件的底部外周邊緣區(qū)域。’815專利的圖11示出了另一RTP方法，其與該專利的圖10的方法相關(guān)，至少與工件可移動地支撐在支撐柱上的范圍相關(guān)。該移動據(jù)說被用于在加熱期間改變工件邊緣的加熱。申請人認(rèn)為，遺憾的是，在等溫RTP中這些支撐柱往往在工件的相對表面上產(chǎn)生冷卻點。然而，該專利并沒有致力于這個問題，這將在下文中適當(dāng)位置進(jìn)一步討論。此外，反射表面在晶片的下方延伸，而且該反射器被認(rèn)為會干擾雙面加熱裝置。