[发明专利]半导体批量加热组件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年3月17日提出的U.S.60/788,861的优先权，在此合并引用其专利申请全文。

技术领域

本发明涉及主要用于半导体晶片处理设备中的加热器件。

背景技术

对于制造现代微电子器件来说硅晶片的高温处理是重要的。包括硅化物形成、注入退火、氧化、扩散引入(diffusion drive-in)和化学气相沉积(CVD)的此类工艺可以在大约300℃到1200℃的温度范围内在多晶片批量炉或单晶片快速热处理器内进行。这些步骤一般要求非常精确的温度、压力和腔室内气流的控制。在现有技术的一个实施方案中，为了增加产量，在其中以批量方式处理晶片的管式炉中执行处理步骤。

在现有技术的传统批量炉内，一般使用电加热元件。通常用比如烧结氧化铝或氮化铝的陶瓷材料隔离比如金属线圈元件的电加热元件，当进行热循环时其易受产生裂缝和颗粒的装置的固有影响。这些系统的热量很高并且导致低加热率和低冷却率。而且，由于传统线圈元件的不连续表面，穿越待加热区域的功率密度也显著不同。此外，在热量循环期间由于在金属加热元件和陶瓷隔离体之间的不同热膨胀，在现有技术中使用的加热器可以导致产生颗粒或失效。在处理过程期间施加能量时，颗粒一般不产生处理问题，因为它们通常悬浮在半导体衬底的上面。然而，因为在处理循环结束时功率降低，所以耗尽悬浮颗粒的力使他们落到半导体衬底表面而产生污染。下落行为可以是重力和对半导体衬底的静电引力的结果。使用包含烧结陶瓷材料的加热器的传统批量炉时除了颗粒污染问题外，也有可靠性问题和在加热率和冷却率方面的固有限制。当烧结陶瓷经受高温梯度时，易受热冲击的影响并趋于损坏。

为了减少掺杂物扩散或颗粒从加热器落到半导体衬底表面上引起污染的不期望问题，在一些传统半导体批量处理腔室中使用高强度灯。因为它们极低的热质量和由于它们能瞬间关闭而快速冷却，辐射灯能非常快速的加热。然而，使用高强度灯会遇到问题，因为它们是局域性能量源。在加热和冷却瞬间，如在传统批量炉中，不仅出现温度差异，而且在处理期间还有持续的非均一性。基于RTP系统的一般灯的内壁通常是相对凉的并且不加热到如传统批量炉中的均一平衡工艺温度。对于更大直径的晶片，很难保持晶片上的均一温度。对于其他系统，其不能提供均一的晶片到晶片的加热给多晶片舟皿。许多灯使用线形灯丝，这使得它们在向圆形晶片提供均一加热时效率低。在处理期间必须动态地检测温度的不一致性并积极地调整加热。反过来，这也要求复杂的温度测量系统。由于灯及其他部件的老化和退化，一些基于灯的系统中也遇到额外问题。这样，难于保持可重复的性能并且必须频繁地替换部件。

除了污染和均一性问题，在现有技术的批量系统中也有适合度(conformity)限制。半导体晶片处理的批量系统常常具有由圆形晶片驱动的圆柱几何形状。加热系统的几何形状经常试图与衬底的几何形状一致。在现有技术的电阻加热器中，嵌入在陶瓷隔离体中的金属线圈元件不提供连续的加热表面。采用灯阵列的系统一般不能提供圆柱加热表面。

本发明涉及可以提供快速、均一、高能量效率和无污染加热及冷却多个晶片的半导体处理系统，同时允许批量处理设备中希望的适应性设计。

发明内容

在一个实施方案中，本发明涉及批量处理装置，其包括具有放置处理多个晶片的晶片舟皿的内部的腔室；位于外部并与用于在300-800℃的范围内以至少40℃/分钟的加热器斜率(ramp rate)加热包含在其中的多个晶片的腔室外部一致的至少一个辐射加热器，加热器具有至少一个电阻加热元件，其用多条限定至少一个区域可以独立控制所述至少一个区域加热的电路图形化，电阻加热元件表面的至少一部分涂有介电隔离层，该层包括从由B、Al、Si、Ga、难熔硬金属、过渡金属和稀土金属、或其络合物和/或组合组成的组中选出的元素的氮化物、碳化物、氮碳化物或氮氧化物中至少之一，至少一个挡热板设置在加热器外侧上与加热器侧相反，该侧面面向包含晶片舟皿和设置在挡热板外侧的隔离外壳。