[发明专利]热处理系统、部件和方法

说明书

著作权公告和许可 

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相关申请 

本申请要求于2005年11月11日提交的美国临时专利申请60/735,382的优先权，且其内容以引用方式并入本文。 

技术领域

本发明的各种实施方式涉及集成电路的制造，尤其是用于加热晶片、集成电路组件和相关部件的系统、设备和方法。

背景技术

集成电路，数千电子和计算机产品中的关键部件，是在公共基础或基底上制造的电子部件的互连网络。制造者通常使用如沉积、掺杂、掩蔽和蚀刻的技术来逐层地构建这些电路，以在称为晶片的基底上形成并互连数千、数百万或甚至数十亿的微小的晶体管、电阻器和其它电子部件。晶片一般由半导体材料组成，例如硅。

在用于制造集成电路的各种各样的技术中，最普遍的技术之一是热处理。该技术通常需要在单个封闭的红外线加热室中放置一个或更多晶片 (或集成电路组件)，在特定压力下将惰性或反应气体注入室中，并接着将气体和晶片加热到特定的温度。在一些情况下，气体可与彼此和/或晶片表面起反应以形成期望的薄膜，例如氧化硅。在其它情况下，加热有效地固化晶片的不同部分，例如金属结构。有效的热处理有时需要不仅将晶片提高到特定的温度，而且使晶片在温度极限之间循环。

虽然常规的热处理系统对具有小至65纳米的特征的集成电路是有效的，但本发明人认识到，用较小和较快的电路处理晶片对这些系统造成至少两个问题。

首先，这些较小和较快的集成电路包括低熔点材料，例如在大于400C的温度熔化的镍硅化物。然而，常规的系统在650C以下是不实用的，因为这些温度落到常规电阻加热有效的辐射带以下。

其次，由于较小的特征和较复杂的几何结构(例如具有宽高(宽-高)比30∶1的槽)，避免在晶片中和在晶片上产生相对的热点和冷点的非均匀加热日益重要。这些点是成问题的，因为它们导致机械应力和张力，机械应力和张力反过来破坏晶片的复杂特征。然而，常规系统从外部向内部加热晶片，依赖热从晶片的外表面向内部部分的传送或传播。这种外部-内部传热内在是不均匀的，因而引起会损坏较小和较快的集成电路的精密特征的机械应力。

部分地响应于这些问题，一些制造商开发了一次处理一个晶片的快速热处理(RTP)室。虽然RTP室提供了比常规的批量加热室更均匀和更快的加热，但是均匀性和快速性仍然是不够理想的。而且，不能同时加热几批晶片减慢了晶片的处理，不仅增加了制造较快的集成电路的成本，而且提高了拥有装置的成本。

因此，本发明人认识到了对热处理晶片的可选系统和方法的需要。

发明内容

为了处理这些和/或其它需要，除其他以外，本发明人设计了热处理系统、部件和方法，其中一些提供了集成电路晶片和组件的快速和实质上均 匀的加热和冷却。一个示例性系统包括用于反射和容纳0.9 GHz-28 GHz的微波能的低体电阻率的外室、在外室内的内部的透微波的室、以及在内室中的透微波的晶片载体。示例性晶片载体配置成承载硅晶片的垂直的微波吸收的叠层，所述硅晶片不仅具有固定的物理几何结构，而且还具有已知的加热和介电特性。

在操作中，示例性系统均匀地加热垂直叠层，同时减少了与微波的已知使用相关的热点和电弧放电(arcing)的出现。

更具体地，采用例如正八边形柱体形式的外室不仅容纳并减少了加热圆晶片所需的微波功率，而且还将微波均匀地分布在晶片的垂直叠层上。微波以分子水平从里到外加热晶片，增强了每个晶片上以及叠层上的热处理均匀性。此外，使晶片堆叠允许在任何其它晶片之上和之下的晶片起到进一步促进每个晶片上的均匀加热的虚拟热板的作用。虚拟热板还起到促进晶片之间的均匀功率耗散的感热器板(susceptor plate)的作用。(一些实施方式可在晶片之间堆叠或放置其它微波吸收物体例如碳化硅板或结构，以获得类似的效果。)

此外，因为外室壁是反射微波的，而内室壁和晶片载体是透微波的，所以系统仅有效地加热晶片。这意味着示例性系统具有低的热质，在一些情况下比常规电阻加热室的热质小90％，这不仅允许快速、均匀的加热和温度稳定性，而且还允许快速的冷却。在一些情况下，冷却可比常规批量加热快多达50倍。