[发明专利]用于半导体晶片处理的光腔炉

说明书

契约由来

根据美国能源部与国家可再生能源实验室的管理者与经营者一可持续能源联盟，LLC之间的DE-AC36-08GO28308号合同，美国政府对本发明享有权利。

背景技术

半导体晶片制造涉及许多高温步骤，例如磷扩散、铝合金化、涂层沉积、氢钝化、前触点形成和其他处理。当前，半导体晶片通常在传统电热炉或红外线(IR)炉中处理。电烤炉或电炉通常是昂贵的且使用起来很缓慢，而且可能导致半导体晶片扭曲变形。在传统处理烤炉中也会发生杂质重新分布，因为杂质可从炉或烤炉的热壁渗透进晶片或穿过上述热壁渗透进晶片。

快速热退火炉是已知的，这些退火炉利用光能量源(光能源)快速升高半导体晶片的温度。然而，这些退火炉在提高加热速度的同时，也可能增加正被处理的晶片的非均一加热。传统的光辅助快速热退火炉通常在晶片上产生非均一光能，这可能在晶片中产生热应力，从而导致可能的破裂和不期望的残余电特性。举例来说，不均匀加热或其他处理变化可能导致非均一的电活化、缺陷或晶片变形。另外，若可在晶片上获得非均一光通量，则上述非均一光通量通常由于晶片表面多个区域上的不同辐射热损失量而导致不均匀的晶片加热。

已知改进的光处理炉，所述光处理炉可利用光子效应增强热反应。然而，已知的光炉通常是不适用于诸如在商用炉中期望的高生产量或连续操作的单批实验室炉。另外，设计成处理单批或小批晶片的已知光实验室炉可能以非常高的光能损耗率有效操作，因而比商业生产炉中所期望的效率低。

这里公开的实施例意欲解决上述问题中的一个或多个。现有技术的上述实例和与其相关的局限仅仅是示例性的，而不是排他性的。本领域技术人员在阅读说明书并研究附图后将很容易了解现有技术的其他局限。

发明内容

结合仅仅是示例性且示意性而不限制范围的系统、工具和方法描述和举例说明下面的实施例和其方面。在多个实施例中，已减少或消除了上述问题中的一个或多个，而其他实施例则针对其他改进。

这里公开的一个实施例是具有与光腔(optical cavity)相关联的多个光能量源的光腔炉。所述多个光能量源可以是灯或适用于产生适当级光能的其他装置。光腔炉也可包括与所述光能量源相关联的一个或多个反射器或者一个或多个壁，以使得反射器和壁限定光腔。壁可具有任何期望的构造或形状，以增强炉作为光腔的操作。光能量源可相对于限定光腔的反射器和壁设置(或定位)于任何位置。举例来说，能量源可设置于顶壁、侧壁或底壁中。光能量源可设置成在光腔内的不同位置处获得所期望的通量级。举例来说，选定光能量源可安置成更靠近晶片边缘，以补偿可能的晶片边缘冷却效应。

反射器可制造成壁内或壁上的结构。另外，光能量源可相对于炉的光腔横向、平行或成一定角度地定向。光能量源因而相对于光腔位于任何期望位置处。光腔炉可进一步包括用于输送一个或多个半导体晶片通过光腔的半导体晶片输送系统。半导体晶片输送系统可以是任何合适类型的输送系统，包括但不限于机械托架(车架)、机动输送或传送带系统。

限定光腔的反射器和壁可具有漫反射表面。漫反射光腔表面有利于确保光能在腔内高效且均匀地反射并具有最小的光能损失。光腔炉也可包括位于光腔内在输送系统与漫反射表面之间的透射包覆件。

可独立控制与光腔炉相关的不同处理参数。举例来说，可提供通量控制器，该通量控制器控制输入每个光能量源的功率，上述光能量源可与选定的能量源安置一起获得沿选定维度或通过光腔炉的选定区域的选择通量分布。通量分布可变化或可完全调节。可提供输送速率控制器，该输送速率控制器控制半导体晶片输送通过光腔炉的速率。类似地，可提供处理物质控制器，该处理物质控制器控制可通过特定入口或出口引入光腔内的诸如处理气体的处理物质的引入或排出。处理物质出口可位于输送系统平面下方或远离输送系统平面，以最小化处理物质与光能量源的相互作用。

另一个实施例是处理半导体晶片的方法，其包括输送半导体晶片通过上述光腔炉。该方法可包括使晶片经受来自光能量源的通量。可根据选定或控制的通量分布(图)提供通量。类似地，也可控制半导体晶片输送通过光腔炉的速率或者添加或提取处理物质。

除了上述示例性方面和实施例外，参照附图并研究下文的描述后将很容易了解其他方面和实施例。

附图说明

在附图中举例图解了示例性实施例。应理解，所公开的实施例和附图是示意性而非限制性的。

图1是光腔炉的透视图。

图2是图1中的光腔炉的横截面图。

图3是选定的均匀加热晶片的光通量分布的图形表示。

图4是替换光腔炉的透视图。

图5是替换光腔炉的透视图。