[發明專利]可控的退火方法

有效

• 申請號: 200810098037.7
• 申請日: 2008-05-20
• 公開（公告）號: CN101431005A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 約瑟夫·邁克爾·拉內什;巴拉蘇布若門尼·拉馬錢德倫;拉維·加勒巴利;森德·拉馬默蒂;韋達普蘭姆·S·阿楚坦拉曼;布賴恩·埃絲;亞倫·亨特;沃爾夫岡·阿德霍爾德
• 申請（專利權）人: 應用材料股份有限公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/316;H01L21/324;G05B19/04
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐金國

技術領域

本發明的實施方式涉及半導體工藝領域，更具體地，涉及半導體器件制造期間的熱退火。?

背景技術

快速熱處理(RTP)為在半導體制造期間用于退火襯底的工藝。在該工藝期間，熱輻射用于在可控的環境中將襯底快速加熱到超過室溫的900度以上。根據該工藝，該溫度可以保持在小于1秒到7分鐘的任意時間。隨后襯底冷卻到室溫，用于下一步工藝。高強度的鎢燈或鹵素燈用于作為熱輻射源。可傳導地將襯底連接到加熱的基座提供額外的熱量。?

半導體制造工藝具有幾個RTP的應用。該類應用包括熱氧化(襯底在氧氣或氧氣和氫氣的化合物中加熱，其使得硅襯底氧化以形成二氧化硅)；高溫浸泡退火(使用諸如氮、氨或氧等不同的氣體混合物)；低溫浸泡退火(退火用金屬沉積的襯底)；峰值退火(spike?anneal)(用在襯底需要暴露在高溫一段非常短時間的工藝)。?

在退火期間，利用燈陣列的熱輻射加熱襯底。襯底以高達250攝氏度/秒的上升速度加熱到大于1000攝氏度的溫度。隨后利用諸如氦氣的惰性氣體將熱襯底可傳導地連接到冷的反射板來冷卻襯底。這種強制性的冷卻便于加快冷卻速度，下降速度達到80攝氏度/秒。?

退火的目的在于使得整個襯底達到基本均勻的溫度分布。高上升和下降速度需要用于控制在退火工藝期間控制均勻性的改進方法。?

發明內容

本發明提供一種快速熱退火的方法，基于實時襯底溫度測量，控制多個陣列和/或腔室中的燈的功率，達到均勻退火。在一個實施方式中，退火方法包括檢測位于腔室內的多個燈下方的襯底上的溫度變化，取決于檢測到的溫度變?化，通過控制從每一個燈上發出的熱量來退火襯底，從而在整個襯底退火達到均勻的溫度。?

在另一實施方式中，退火方法包括在腔室中多個燈下方的至少一個非徑向方向、位于一邊緣環上的襯底的至少一部分處檢測具有非均勻溫度的襯底，并通過控制從燈發出的熱量退火襯底，從而將不均勻的熱量施加到適當區域，以在整個襯底上達到均勻的溫度。?

在又一實施方式中，退火方法包括，隨著襯底插入到腔室在整個襯底上產生溫度梯度，取決于溫度梯度，通過控制從位于襯底上方的腔室中的多個燈中的每一個燈發出的熱量來退火襯底，從而該退火在整個襯底達到均勻的溫度。?

附圖說明

因此為了更詳細地理解本發明的以上所述特征，將參照附圖中示出的實施方式對以上簡要所述的本發明進行更具體描述。然而，應該注意，附圖中只示出了本發明典型的實施方式，因此不能認為是對本發明范圍的限定，本發明可以有其他等效的實施方式。?

圖1示出了根據本發明一個實施方式的RTP腔室的部分垂直截面圖；?

圖2示出了使用燈陣列的RTP腔室的蓋組件的底表面的局部視圖；?

圖3示出了移除燈陣列的圖2的蓋組件的底表面的局部視圖；?

圖4示出了根據本發明一個實施方式的退火處理的流程圖；?

為了便于理解，盡可能，附圖中相同的附圖標記表示相同或相似的元件。可以認為一個實施方式中的元件和特征可以在不進行進一步修改的情況下引入到另一實施方式中。?

具體實施方式

本發明公開的實施方式可以在RADIANCE^TM腔室或VANTAGE^TM?RadiancePlus?RTP腔室中實現，二者都可以從California的Santa?Clara應用材料公司購買到。可以認為，在此所描述的方法可以在其它適合的腔室中實現，包括來自其它制造商的腔室。?

圖1示出了支撐在改進的RTP腔室100中的襯底112，腔室100具有設置在窗口132后面的燈陣列116。在一個實施方式中，窗口132可以是石英窗口。?在另一實施方式中，窗口可以由透射材料制成。在一個實施方式中，燈116可以在紅外區域發出輻射。在另一個實施方式中，燈116可以在近紅外區域發出輻射。在又一實施方式中，燈116可以包括鎢鹵素燈。襯底112停留在邊緣環120上，在邊緣環120和襯底112之間具有縫隙104以便于將襯底112放置在邊緣環120上，以及從邊緣環120上移除襯底112。控制器128接收來自高溫計125、126和127的測量以向燈116輸出控制信號。?