[发明专利]快速热处理设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种快速热处理设备及使用该设备进行快速热处理的方法。

背景技术

快速热处理(RTP)是半导体制造中的关键工艺之一，在工艺过程中可以快速升至高温，工作温度范围涵盖500～1100℃，且退火时间通常不超过1分钟。该工艺目前已在载流子热激活、热氧化、金属硅化物形成等深亚微米制程中广泛应用。

传统的RTP处理工艺流程如图1所示：从承片室传片至工艺腔进行退火处理；然后由传送臂将圆片移载至冷却腔，在N₂气氛围中降温至常温；之后再由传送臂将圆片送回至承片室(LOADLOCK)中的载片台；最后，承片室经历一次抽放N₂的程序后打开，完成全部流程。每批次晶圆的产出效率主要受以下几个因素影响：退火工艺时间、传片时间、冷却时间和承片室中的抽放N₂时间。

RTP设备，如图2所示，通常包括3个工艺腔、2个冷却腔和2个承片室，承片室内有载片台，载片台承接圆片的位置，即片槽，采用特氟龙材料，如图3所示。由于特氟龙材料不耐高温，因此，经过高温退火处理后的晶圆片必须先在冷却腔内进行降温，到达常温后，才可传回载片台上。为了保证降至常温，晶圆片通常需要在冷却腔内停留约45秒，相比于每片晶圆不超过1分钟的退火工艺时间，退火过程后的冷却时间明显限制了晶圆产出的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种快速热处理设备，它具有较高的晶圆产出效率。

为解决上述技术问题，本发明的快速热处理设备，主要由工艺腔和承片室两部分构成，工艺腔用于进行晶圆片的高温退火处理；承片室内有用于承载晶圆片的载片台，该载片台采用耐高温材料制成。

较佳的，所述载片台为石英材质。

本发明要解决的另一技术问题是提供使用上述设备进行快速热处理的方法。

为解决上述技术问题，本发明的快速热处理方法，主要包括以下工艺步骤：

1)将晶圆片从承片室传至工艺腔，进行高温退火处理；

2)将晶圆片从工艺腔直接传回承片室，并放置在载片台上；

3)在承片室内抽放氮气2～3次；

4)打开承片室，取出晶圆片。

本发明通过采用石英等耐高温材料制作载片台，使经过高温退火处理后的晶圆片能够直接传回承片室，然后通过延长承片室内N₂抽放时间的方法，在不增加总的作业时间的情况下，达到了晶圆片自然降温的目的，从而突破了RTP设备原有的作业方式，省略了晶圆片进冷却腔降温的步骤，减少了每批次产品的RTP作业时间，提高了产出的效率。

附图说明

图1是传统的RTP处理工艺流程示意图。

图2是RTP设备平面布局图。

图3是载片台示意图。

图4是本发明实施例的RTP处理工艺流程。

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：

本实施例采用全石英材料加工制作RTP设备的载片台(载片台的片槽和框架均为石英材质)，该石英载片台可耐1000℃以上高温，且不会产生形变，也不会引入污染。

由于载片台采用了耐高温的石英材料，可以直接承接高温的晶圆片，因此，本实施例的RTP处理流程省略掉了冷却腔内的降温步骤。如图4所示，一批(25片)晶圆从承片室传至工艺腔，在1150℃高温下，连续进行30秒钟的快速热退火处理(RTA)，然后直接返回承片室，放置在承片室内的石英载片台上，接着对承片室进行两次抽放N₂气的程序，让晶圆片在N₂气氛下自然冷却，最后打开承片室，取出晶圆片，完成RTP流程。

为了测试晶圆片在承片室内的自然降温情况，我们对两批晶圆(每批25片)分别进行1次和2次抽放N₂气的程序，然后用红外测温方法，测定相同位置处的晶圆的表面温度，得到如表1所示的结果：

表1晶圆表面温度测试结果

由表1可见，RTP处理流程中增加一次N₂气抽放程序(约3分钟)，可以使晶圆片在承片室内充分降温，达到搬回片盒时的温度要求。而由于两次N₂抽放程序(总共6分钟)和快速热退火处理是可以同时进行的，因此，每批次产品的总作业时间不会因为N₂气抽放程序的增加而延长。统计表明，采用本实施例的RTP工艺流程，比传统的双冷却腔RTP工作方式，每批次(25片)的作业时间平均能节省6分钟左右，按照原来每批40分钟作业时间计算，生产效率提高了15％。