[发明专利]热处理设备和用于热处理的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于热处理的方法和应用该方法的热处理设备。特别地，本发明涉及通过已加热气体加热一衬底或在该衬底上的已形成物质的热处理设备，以及用于使用该设备的热处理的方法。

发明背景

在半导体设备的制造过程中，针对有关半导体或半导体衬底的氧化、扩散、吸气以及离子注入之后再结晶的热处理被设计。进行这些热处理的设备的一典型实例为被广泛使用的水平型或垂直型热壁型退火炉。

该水平型或垂直型退火炉为一块全部处理许多衬底的批量型设备。例如，垂直型退火炉在由石英水平或平行形成的接受器上安装一衬底，并且通过一升降机抬高和压低来进行到反应管的放入和放出。在一钟罩型反应管的外周部分，提供一加热器以通过该加热器加热衬底。由于其构造，花费比较长的时间用于到达预定加热温度的上升的时间和冷却至可能取出温度的下降的时间。

顺便提及，在被用于集成电路的MOS晶体管中，随着元件变得精细，需要非常高的工艺精度。特别地，需要以最小来扩散杂质以形成薄结。然而，由于退火炉使得形成薄结困难，工艺花费长的时间用于升温和降温。

快速热退火(以下描述为RTA)方法被发展为进行快速加热和快速冷却的热处理技术。RTA设备使用红外线灯快速加热一衬底或在该衬底上的一已形成物质以在短时间内进行热处理。

薄膜晶体管(以下描述为TFT)为众所周知的另一形式的晶体管。

TFT作为可能形成直接在玻璃衬底上的集成电路的技术被注意。该技术对于用于新电子设备如液晶显示设备的应用开发来说是先进的。特别地，在形成于玻璃衬底上的多晶半导体膜上形成杂质域如源域和漏域的FET需要用于激活和畸变减轻的热处理。然而，该玻璃衬底具有其畸变点只有600到700℃和容易被热冲击损坏的缺点。

在相关领域的垂直或水平型退火炉中，当衬底尺寸大获得加热温度的均匀变得困难，无论形成集成电路的衬底是半导体还是绝缘材料如玻璃或陶瓷。为了获得衬底表面上和衬底之间温度的均匀，由于在反应管中象流体一样流动的气体的特征，需要使得水平和平行安装的被处理衬底的间距宽。例如，当衬底的一侧超过500mm时，该衬底的间距有必要大于30mm。

因此，由于被处理衬底大，该设备必须有大的尺寸。因为许多衬底一块全部处理，所以衬底自身的重量增加，并且安装被处理衬底的接受器需要强度。由于那样，重量增加，并且携带被处理衬底进出的机器的操作变慢。进一步，该装置不仅影响到该热处理设备占据地板面积的增加，而且影响到用于具有承受地板负荷的建筑的建筑费用。这样，大尺寸设备形成一恶性循环。

另一方面，作为前提，RTA方法一件一件处理以使该设备的负荷不急剧增加。然而，由于被处理衬底和其上的已形成物质的特性，对用于加热单元的灯的光的吸收产生了差别。例如，当一金属线路的图形在玻璃衬底上形成时，金属线路被较早加热和玻璃衬底被局部畸变而损坏的现象产生。由于那样，需要诸如调节上升速度的复杂控制。

本发明针对该问题的解决，即，本发明的目标是提供一种通过短时间热处理激活加到半导体的杂质元素并进行吸气过程的方法，以及一种可能进行这样热处理的热处理设备。

发明概述

为了解决以上所提问题，本发明的热处理设备构造包括进行热处理的n段(n＞2)的处理室、预热室和冷却室，并且用由n段的加热单元加热的气体作为加热源来加热衬底，其中气体供应单元被连接到冷却室的充气口，冷却室的排气口通过热交换器被连接到第一气体加热单元，第m(1≤m≤(n-1))处理室的充气口被连接到第m气体加热单元的排气口，第n处理室的充气口被连接到第n气体加热单元的排气口，第n处理室的排气口被连接到热交换器，并且热交换器的排气口被连接到预热室的充气口。

与气体管道连接的处理室的数量是可选的。即，本发明的热处理设备的另一构造包括n段(n＞2)的气体加热室和处理室，其中第m(1≤m≤(n-1))处理室的充气口被连接到第m气体加热单元的排气口，第n处理室的充气口被连接到第n气体加热单元的排气口，第n处理室的排气口被连接到热交换器，并且用由加热单元加热的气体作为加热源加热衬底。

通过由已加热气体加热被处理衬底，该衬底被均匀加热，不为在被处理衬底上的已形成物质的材料所影响。这样，不产生局部畸变进行热处理是可能的，并且通过快速加热，获得如玻璃的易损坏衬底的均匀热处理是容易的。