[发明专利]挡板晶圆及其所用的随机定向多晶硅

说明书

技术领域

本发明涉及晶圆的热处理。特别是，本发明涉及用在生产晶圆的批次热处理中的非生产晶圆。本发明还涉及用于这样非生产晶圆与其它应用的多晶硅之一型式。

背景技术

批次热处理持续地用于硅集成电路制造的一些阶段中。一低温热制程是通过化学气相沉积(典型地使用氯硅烷与氨做为前驱物气体)在约700℃范围内来沉积一层氮化硅。其它执行于高温的制程包括氧化、退火、硅化以及其它典型地使用高温(例如介于1000℃至1350℃)的制程。

对于大量商业生产而言，通常使用如图1的截面图所绘示的结构的垂直炉管以及用于支撑炉管中大量晶圆而垂直设置的晶圆塔。炉管10包括热绝缘加热筒12，其支撑由电源供应(未显示)所供给功率的电阻式加热线圈。钟状罐16(典型地是由石英所制成)包括有顶盖，且内嵌于加热线圈14内。末端开放的衬里18内嵌于钟状罐16内。支撑塔20设置在台座22上，并且支撑塔20大致上由衬里18所环绕。支撑塔20包括垂直设置的沟槽以固持多个水平放置的晶圆，其中这些晶圆将要以批次模式进行热处理。原则上，气体注射器24设置在衬里18之间，且具有在其顶端的出口以在衬里18内注射处理气体。真空泵(未显示)经由钟状罐16的底部而移除处理气体。虽然在一些实施例中，加热筒12、钟状罐16与衬里18是保持固定的，而升降梯升高与降低台座22且将支撑塔20加载与送出炉管10的底部，但是它们可以垂直地升高以传送晶圆至支撑塔20或自支撑塔20传送晶圆。

钟状罐16在其顶端是密闭的，倾向于使炉管10的中间与顶部部份呈现大致上均匀的热温度。这即是所谓的热区，热区的温度被控制以用于最佳的热制程。然而，钟状罐16的开放的底端与台座22的机械支撑件会使炉管的底端具有较低的温度，常常是温度低到使热制程(例如化学气相沉积)没有效果。该热区是不包括支撑塔20的一些较低的沟槽。

传统上，在低温应用中，支撑塔、衬里与注射器是由石英或熔硅(fusedsilica)所制成。然而，石英支撑塔与注射器已经被硅支撑塔与注射器所取代。由美国加州森尼维耳市的Integrated Materials，Inc.所取得的硅支撑塔的结构绘示于图2中。其包括有黏接至三或四个硅脚34的基底30、32，这些硅脚柱34具有形成于其内的沟槽以用于支撑多个晶圆38。沟槽之间的指件的形状与长度可以随着应用与制程温度而改变。授让给Boyle等人的美国专利US6,455,395描述有这样一个支撑塔的制造。硅注射器亦可以由Integrated Materials，Inc取得，其是揭示于授让给Zehavi等人而于公元2005年7月8日申请的美国专利申请案11/177,808中。硅衬里则是由授让给Boyle等人而于公元2001年5月18日申请的美国专利公开案2002/170,486中。

塔高可以根据炉管的高度而修改，且可以包括有超过100个晶圆的沟槽。这样一个大数目的晶圆促使了热缓冲晶圆与挡用晶圆(dummy wafer)的使用，以确保生产晶圆处于均匀的热环境中。在支撑塔中，晶圆迭堆的顶部与底部两者在热制程期间遭受有热末端效应。尤其，底部晶圆被加热至明显较低的温度，且该温度可能低到足以使氮化物CVD制程或其它热制程失效。因此，将热缓冲晶圆(而非实质上单晶硅生产晶圆)置放在最顶端与最底端的沟槽，以热缓冲该迭堆的末端，并且对置放在其之间的生产晶圆提供更均匀的温度分布。热缓冲晶圆也用以清除来自炉管周围的杂质，其中这些杂质倾向于在炉管的顶部与底部是较多的。通常是需要在每一末端使用多达六或十二个热缓冲晶圆。缓冲晶圆可被回收以用于多个周期，但是目前的缓冲晶圆通常限制在不超过四或五个周期。

硅生产晶圆常常是以约25个晶圆的批次而被处理，其是对应于在制造工具之间传送晶圆的携带卡匣的容量。大数目的晶圆沟槽使得能够同时处理多个批次。然而，也有小于批次的最大数目需要热处理的情况存在。在该些情况中，通常是通过插入挡用晶圆于空的沟槽中，以完全填满支撑塔。

热缓冲晶圆与挡用晶圆将于以下一起被称为挡板晶圆。