[发明专利]使用二次工艺平面快速传导冷却

说明书

技术领域

本发明实施方式主要涉及一种用于处理半导体衬底的方法和装置。更具体地，涉及一种用于热处理半导体衬底的方法和装置。

背景技术

集成电路已发展成可在单个芯片上包含数百万个晶体管、电容器和电阻器的复杂器件。芯片设计的发展不断需要更快的电路和更大的电路密度，其要求不断增加的精确的制造工艺。常采用的一个制造工艺是离子注入。

离子注入对在半导体衬底上形成晶体硅结构尤其重要并且可以在芯片制造期间重复多次。在离子注入期间，典型地包括硅材料和/或含硅膜的半导体衬底通常称为掺杂剂的带电离子束轰击。离子注入改变材料的属性，其中将掺杂剂注入该材料中从而获得特定级别的电学性能。掺杂浓度可以通过控制投射在衬底上的能量束中的离子数量和衬底经过所述能量束的次数来确定。将掺杂剂加速至能使掺杂剂进入硅材料或注入到膜预设深度的能量级别。束的能量级别典型地确定放置掺杂剂的深度。

在离子注入期间，所注入的膜可以形成高级别的内应力。为了消除该应力并进一步控制所注入的膜的生成属性，该膜通常经受诸如退火的热处理。通常在快速热处理(RTP)腔室中实施过离子注入退火，使衬底经受非常短暂的、但高度可控的热循环，该热循环能将衬底从室温加热到大约450℃到约1400℃。RTP通常最小化或消除注入过程中产生的应力，并可以用于进一步修改膜属性，诸如通过控制掺杂扩散而改变该膜的电性。

RTP加热机制一般包括来自诸如灯和/或电阻加热元件的辐射热源的加热。在传统的RTP系统中，将衬底加热至预期温度，并然后关闭该辐射热源，使得衬底冷却。在一些系统中，可以将气体流入到衬底上以加速冷却。然而，由于处理参数持续衍变，RTP期间温度上升和加热均匀性需要更紧密的监控和控制。虽然传统的RTP腔室依赖于热源来将衬底快速地加热至预期温度，但当衬底需要冷却以改善加热均匀性时，和/或当衬底需要快速冷却时，将面临挑战。例如，如果整个衬底存在明显的温度梯度，衬底可能塑性形变或弯曲，其可能不利于在衬底上实施的后续工艺。况且，衬底的更快的冷却和/或改善的温度控制可以得到更高的产量和增强的掺杂剂均匀性。

因此，需要一种具有改善的热均匀性控制的一种用于半导体衬底的快速加热和冷却的装置和方法。

发明内容

本发明主要描述一种用于处理衬底的装置和方法。该装置包括具有有源加热装置的腔室和设置在其中的有源冷却装置。该腔室还包括在加热装置和冷却装置之间可移动的衬底支架。在一个实施方式中，有源冷却装置是具有其中设置有至少一个流体管道的冷却板。在另一实施方式中，有源冷却装置包括与入口连接的冷却剂源，该入口用于将冷却气体提供给腔室的内容积。在一个实施方式中，加热装置是与冷却装置相对设置的多个加热灯。

在一个实施方式中，描述了一种衬底处理装置。该装置包括腔室，设置在腔室中的磁驱动衬底支架，该支架包括配置为在其上表面上支撑衬底的环形体，以及与环形体相连的窗口，其中该窗口设置在衬底下方并透光和透热。

在另一实施方式中，描述了一种衬底处理装置。该装置包括具有内容积的腔室，该内容积包括上部分和下部分，设置在内容积中的冷却板和热源，该冷却板与热源相对，以及配置为使衬底在上部分和下部分之间移动的悬浮衬底支架。

在另一实施方式中，描述了一种用于热处理衬底的方法。该方法包括提供具有其中设置悬浮衬底支架的腔室，朝第一位置移动衬底，加热位于第一位置的衬底，将衬底移动至与有源冷却装置相邻的第二位置，并冷却位于第二位置的衬底，其中第一和第二位置设置在腔室中。

在另一实施方式中，描述了一种用于热处理衬底的方法。该方法包括在第一温度下将衬底提供给腔室，在第一时间周期将衬底加热至第二温度，在第二时间周期将衬底加热至第三温度，在第二时间周期将衬底冷却至第二温度，以及在第三时间周期将衬底冷却至第一温度，其中第二时间周期小于约2秒。

附图说明

因此为了可以详细理解本发明的以上所述特征，将参照附图中示出的实施例对以上简要所述的本发明进行更具体描述。然而，应该注意，附图中只示出了本发明典型的实施例，因此不能认为是对本发明范围的限定，本发明可以允许其他等同的有效实施例。

图1是快速热处理(RTP)腔室的一个实施方式的简化等角视图；

图2是衬底支架的一个实施方式的等角视图；

图3是RTP腔室的另一实施方式的示意性等角视图；

图4是RTP腔室的另一实施方式的部分示意性侧视图。