[發明專利]一種用于半導體晶圓快速退火處理的加熱裝置

在審

• 申請號: 202010574947.9
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111900104A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 王鐵軍;江鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種用于半導體晶圓快速退火處理的加熱裝置，包括自上而下設置的石英材質空腔和石英臺，且石英材質空腔和石英臺之間夾持有熱電偶；其中，石英材質空腔上設置有石英空腔冷卻氣入口和石英空腔冷卻氣出口，石英臺開設有冷卻水腔體，該冷卻水腔體設置有石英臺冷卻水入水口和石英臺冷卻水出水口，石英材質空腔的上表面以及石英臺的下表面上均設置有若干石英燈加熱器主體。本發明利用基于水冷的石英燈輻射加熱，對位于加熱區內的試樣快速升溫進行加熱與精確控溫，并對達到目標溫度的試樣進行快速氣冷冷卻，同時還具有精確控溫、可大面積加熱、工作壽命長等優點，可面向半導體晶圓材料開展快速熱處理，提高半導體晶圓材料的性能。

技術領域

本發明涉及一種用于半導體晶圓快速退火處理的加熱裝置，具有精確控溫、快速升降溫、可大面積加熱、工作壽命長等優點，同時還能夠在不同氣氛環境下進行退火熱處理，可面向集成電路、通信系統等領域中常用的半導體晶圓材料開展快速退火熱處理，有效提高對半導體晶圓材料的快速熱處理能力，對半導體元件的生產加工具有重要價值。

背景技術

集成電路、消費電子、通信系統、光伏發電、照明應用、大功率電源轉換等領域發展，使半導體器件重要性越發凸顯。在半導體生產工藝中，熱處理是半導體晶圓片經過注入工藝后必不可少的工序之一，例如用于激活注入的摻雜劑或改變材料的狀態(或相)來增強所需的屬性(例如導電性能)。但與此同時，高溫會使已經進入硅片的雜質發生不希望的再分布，這種分布對小尺寸器件的影響極其嚴重。而減小雜質再分布的方法是快速熱處理，即在極短的時間內使硅片表面加熱到極高的溫度(1200℃以上)，從而在較短的時間(10^–3～10²s)內完成熱處理。為了獲得性能更好的半導體晶圓材料，需要對半導體晶圓進行快速熱處理(RTP)，因此，快速熱處理設備也成為半導體器件生產的關鍵設備之一。如今，RTP工藝的應用范圍也已擴展到氧化、化學氣相淀積和外延生長等領域。目前常見的RTP設備有：德國的RTP-100設備、法國的Jetstar系列設備、日本的Advance RTP-6設備以及韓國的UTR設備。其中，RTP-100快速熱處理設備雖然具有較高的升溫速率，但降溫速率僅有3-4K/s，容易導致晶圓中的雜質發生再分布，影響熱處理后的性能。Jetstar系列設備同樣存在類似的問題，升溫速率較慢，在升溫階段也容易發生雜質的再分布。Advance RTP-6設備有多區的功率控制，可實現良好的溫度分布和可重復性，但最高加熱溫度只有1000℃。UTR設備最高可以達到1500℃的高溫，但其中的石英燈加熱管由于冷卻不足，工作壽命短，當被加熱物體溫度超過1200℃時，石英燈加熱管外壁已接近軟化溫度，會逐漸發生軟化、鼓泡等現象，最終導致燈管失效。綜上所述，目前的快速熱處理設備存在工作溫度低、升降溫速率低、工作壽命短等問題，無法同時滿足快速熱處理的嚴格要求。因此，亟需開發一種面向半導體晶圓快速退火處理的，具有高升溫速率、高降溫速率，工作壽命長、可大面積加熱等優點的快速熱處理裝置。

發明內容

本發明的目的是針對目前的快速熱處理設備存在工作溫度低、升降溫速率低、工作壽命短等問題，提供了一種用于半導體晶圓快速退火處理的加熱裝置，利用基于水冷的石英燈輻射加熱，對位于加熱區內的試樣快速升溫進行加熱與精確控溫，并對達到目標溫度的試樣進行快速氣冷冷卻，同時還具有精確控溫、可大面積加熱、工作壽命長等優點，可面向半導體晶圓材料開展快速熱處理，提高半導體晶圓材料的性能。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種用于半導體晶圓快速退火處理的加熱裝置，包括自上而下設置的石英材質空腔和石英臺，且石英材質空腔和石英臺之間夾持有熱電偶；其中，石英材質空腔上設置有石英空腔冷卻氣入口和石英空腔冷卻氣出口，石英臺開設有冷卻水腔體，該冷卻水腔體設置有石英臺冷卻水入水口和石英臺冷卻水出水口，石英材質空腔的上表面以及石英臺的下表面上均設置有若干石英燈加熱器主體。

本發明進一步的改進在于，該加熱裝置設置在石英材質主體上。