專利名稱：一種新型的晶片快速退火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于半導(dǎo)體晶片的快速退火裝置，特別涉及半導(dǎo)體制造高溫退火工 藝中所用的快速退火爐，屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，離子注入是現(xiàn)代大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的關(guān)鍵工序之一，其 最大優(yōu)點(diǎn)是摻雜劑量精確和摻雜分布可控。但離子注入會將原子撞擊出晶格結(jié)構(gòu)而損傷晶 片晶格，如果注入的劑量很大，被注入層將變成非晶結(jié)構(gòu)。另外，被注入離子基本不占據(jù)硅 的晶格點(diǎn)，而是停留在間隙位置。這些間隙雜質(zhì)只有經(jīng)過高溫退火過程才能被激活。退火 能夠加熱被注入硅片，修復(fù)晶格缺陷，還能使雜質(zhì)原子移動(dòng)到晶格點(diǎn)，將其激活。雜質(zhì)的激 活與時(shí)間和溫度有關(guān)。常規(guī)熱退火一般在環(huán)繞加熱電阻絲的石英爐管內(nèi)進(jìn)行，處理時(shí)間較 長(數(shù)十分鐘)，它是將硅片加熱到800至100(TC，并保持30分鐘左右，在此溫度下，硅原 子重新返回晶格位置，雜質(zhì)原子也能替代硅原子位置進(jìn)入晶格。但是，在這種溫度和時(shí)間 下，會導(dǎo)致雜質(zhì)的擴(kuò)散，從而破壞離子注入工藝的優(yōu)良結(jié)果，是現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝制造技術(shù)所 不容許的。我們最新研制的晶片快速退火裝置如附圖1所示，采用紅外輻射熱源的方式對晶 片直接加熱，該裝置設(shè)計(jì)上下兩排正交的專用燈管對位于其中間的晶片加熱。其中石英腔 體位于一個(gè)金屬腔體內(nèi)，金屬腔體四周通水冷卻，而石英腔體和燈管通壓縮空氣冷，為了增 加對紅外的反射，腔體的內(nèi)壁涂復(fù)特殊材料，同時(shí)也使熱輻射到達(dá)晶片時(shí)呈均勻狀態(tài)，保證 晶片表面溫度的均勻性。晶片的溫度測量采用兩個(gè)非接觸式的紅外高溫計(jì)測量，它們安裝在裝置的底板 上，其中正對晶片中心的高溫計(jì)1測量晶片的溫度，高溫計(jì)2測量石英腔體及環(huán)境溫度，這 兩個(gè)溫度值經(jīng)過處理得到晶片表面的實(shí)際溫度值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術(shù)中對晶片退火后晶片表面薄層電阻均勻性要求，通過加熱 燈管的適當(dāng)排列，腔體內(nèi)壁的特殊涂復(fù)以及加熱燈管的分區(qū)，使晶片表面溫度達(dá)到均勻。該裝置由以下部分構(gòu)成工藝氣體進(jìn)氣板1、密封圈2、金屬腔體3、加熱燈管4、石 英腔體5、石英托架6、爐門7、測晶片表面溫度高溫計(jì)8、紅外通道9、安裝板10、測石英腔體 表面及環(huán)境溫度的高溫計(jì)11。如附圖1所示。所述的工藝氣體進(jìn)氣板1是退火時(shí)所需氣體的通道，使氣體通過時(shí)呈均勻分布狀 態(tài)進(jìn)入石英腔體內(nèi)；所述的密封圈2是用來密封石英腔體，使石英腔體內(nèi)外高純工藝氣體與冷卻氣體 隔開。所述的金屬腔體3是用來安裝石英腔體、加熱燈管并提供穩(wěn)定的工藝外部環(huán)境；所述的加熱燈管4為晶片加熱提供熱源；
所述的石英腔體5是晶片退火的地方，石英托架安裝在它的內(nèi)部；所述的石英托架6用于支撐晶片；所述的爐門7是用于使石英腔體與外界隔開；同時(shí)是晶片進(jìn)出石英腔體的通道；所述的測晶片表面溫度高溫計(jì)8是用來測量晶片背面中心的溫度；所述的紅外通道9是一個(gè)長條形的小孔，是紅外輻射進(jìn)入高溫計(jì)的通道；所述的安裝板10是用于固定兩個(gè)高溫計(jì)；所述的測石英腔體表面及環(huán)境溫度的高溫計(jì)11是用來測量石英腔體及金屬腔體 內(nèi)環(huán)境的溫度值；本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)1、與傳統(tǒng)的管式高溫爐比較，晶片升溫和降溫速度極快；2、較小的腔體體積能夠提供晶片干凈的熱處理環(huán)境；3、熱預(yù)算小；4、由于采用直接輻射加熱的方式，因此能夠節(jié)約能源；5、大大縮短生產(chǎn)周期，減少制造耗時(shí)；


圖1為本發(fā)明的晶片快速退火裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步介紹，但不作為對本發(fā)明的限定。在本裝置中，晶片放置在一石英腔中，加熱燈管安裝在石英腔體的上下方。用氮?dú)?來冷卻燈管和石英腔體的外表面。反應(yīng)腔內(nèi)壁鍍金，金的表面被糙化，以確保實(shí)現(xiàn)漫反射， 其目的是使光路隨機(jī)化，從而使輻射在整個(gè)晶片上均勻地分布。同時(shí)為減少系統(tǒng)中的熱不 均勻性，在該裝置中把加熱燈管設(shè)計(jì)為數(shù)個(gè)可以獨(dú)立控制的加熱區(qū)，通過選擇合適的功率 設(shè)定組合保證在較寬的工藝條件范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相對來說近似均勻的溫度分布。本發(fā)明的特定實(shí)施例已對本發(fā)明的內(nèi)容做了詳盡說明。對本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而 言，在不背離本發(fā)明精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動(dòng)，都構(gòu)成對本發(fā)明專利 的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求
1.利用上下正交的兩排燈管做為紅外輻射熱源，燈管的排列設(shè)計(jì)為數(shù)個(gè)可以獨(dú)立控制 的加熱區(qū)域。
2.石英腔體和燈管采用壓縮空氣冷卻，金屬腔體的四周用水冷卻保持腔體的冷壁環(huán)境。
3.腔體的內(nèi)壁涂復(fù)一層金膜，金膜的表面進(jìn)行粗糙化處理。
4.晶片的表面溫度由位于金屬腔體下面的兩個(gè)高溫計(jì)測量。
全文摘要
本發(fā)明是一種新型的晶片快速退火裝置，應(yīng)用上下兩排正交的加熱燈管對位于石英腔體內(nèi)的晶片快速加熱，通過燈管的適當(dāng)排列和分區(qū)控制來調(diào)節(jié)熱場的分布，利用加熱金屬腔體的內(nèi)壁涂復(fù)特殊涂層增加對紅外的反射，涂層的粗糙化處理其目的是使光路隨機(jī)化，從而使輻射在整個(gè)晶片上均勻地分布。該發(fā)明特別適用于快速退火爐這類熱處理裝置，屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。
文檔編號C30B33/02GK102002758SQ200910090660
公開日2011年4月6日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者伍三忠, 袁衛(wèi)華, 金則軍, 鐘新華, 龍會躍 申請人:北京中科信電子裝備有限公司