[发明专利]用于半导体晶片的退火模块

说明书

用于退火半导体材料晶片和类似基板的退火模块降低颗粒污染和氧气进入，同时提供包括对于500℃的工艺的均匀加热。退火模块可包括形成在金属主体中的工艺腔室，所述金属主体具有内部冷却管线。热板具有基座，所述基座被支撑在主体上的热扼流器上。在热板之上的盖中的气体分布器将气体在晶片之上均匀地流动。传送机构移动环箍以将晶片在热板和冷板之间移位。

技术领域

本发明的实施方式一般涉及退火设备，更特别地，涉及用于半导体晶片的退火模块。

背景技术

微电子电路和其他微尺度装置通常是由基板或晶片制成，所述基板或晶片诸如是硅或其他半导体材料晶片。多个金属层被施加于基板上以形成微电子或其他微尺度部件，或以提供电互连。这些通常是铜的金属层被电镀到基板上，且以光刻、电镀、蚀刻、抛光或其他步骤的顺序形成部件和互连。

为了获得所需的材料性质，一般使基板经受退火工艺，在所述工艺中，基板被迅速地加热，通常被加热至约200℃至500℃且更通常被加热至300℃至400℃的温度。基板可被保持在这些温度下达相对短的时间，例如，60至300秒。基板然后被快速地冷却，其中整个工艺通常仅花费几分钟。退火可用于改变基板上的层的材料性质。退火也可用于激活掺杂剂、驱动基板上的薄膜之间的掺杂剂、改变薄膜至薄膜界面或薄膜至基板界面、致密化沉积膜，或用以修复来自离子注入的损害。

随着微电子装置和互连的特征尺寸变得较小，可允许的缺陷大体上减少。缺陷由污染物颗粒产生，以便在退火腔室中减少颗粒产生元素将降低缺陷。晶片的温度均匀性是另一显著设计因素，因为温度均匀性影响晶片上的铜或其他材料的晶体结构。另一考虑之处是可维修性。能够尽可能快速且有效地恢复和维护腔室是非常重要的。

过去已使用各种退火腔室。在单片式处理设备中，这些退火腔室一般地将基板定位在加热和冷却元件之间或之上，以控制基板的温度分布。然而，获得精确和可重复的温度分布可带来工程挑战。

此外，在超过约70℃的温度下，诸如铜的某些材料当暴露于氧气时将快速地氧化。如果铜或其他材料氧化，那么基板可能不再可用，或者氧化层必须在进一步处理之前被去除。在高效的制造中，这些都是不能接受的选择。因此，另一设计因素是当基板温度超过约70℃时，将基板与氧气隔离。因为氧气一定存在于环境空气中，所以避免在退火期间的铜的氧化也可能带来工程挑战。需要改进的退火方法和设备。

发明内容

本文提供退火模块的实施方式。在某些实施方式中，一种退火设备，所述退火设备可包括：金属主体；盖，所述盖在所述金属主体上，其中工艺腔室在所述金属主体和所述盖之间形成；一或多个冷却管线，所述一或多个冷却管线在所述金属主体中或所述金属主体上；热板，所述热板具有在所述主体上的热扼流器上支撑的基座；气体分布器，所述气体分布器在所述热板之上的所述盖中；冷板，所述冷板在所述金属主体上；装载槽，所述装载槽邻近于所述冷板在所述金属主体中；传送机构，所述传送机构具有环箍，所述环箍可移动到所述冷板之上的第一位置和移动到所述热板之上的第二位置，其中所述传送机构还具有用于上升和下降所述环箍的升降机构；和至少一个电子组件，所述至少一个电子组件附接于所述金属主体。

所述热扼流器可包括凸出环，所述凸出环具有小于2mm的宽度。

所述热板的上表面和所述冷板的上表面可共面。

所述热板可在所述主体中的第一圆形槽中，且所述冷板可在所述主体中的第二圆形槽中，且所述第一圆形槽与所述第二圆形槽相交。

所述退火设备可包括在所述主体上的第一和第二电子组件，所述第一电子组件控制所述传送机构，且所述第二电子组件控制所述热板中的加热器。

所述传送机构可具有：包围滚珠花键的外壳和附接于所述环箍的花键螺母；和空间交换通道，所述空间交换通道连接所述外壳中的上部腔室和下部腔室。