电阻加热一热处理系统用的装置和方法制造方法及图纸

一种电阻加热器，它包括部分地或全部地嵌入在一未掺杂的陶瓷材料的基体内的掺杂的陶瓷加热元件。该陶瓷可以是碳化硅，而掺杂物可以是氮。本加热器的许多优点源于这样的事实：包括加热元件的材料和包围那些加热元件的基体材料具有基本上相同的热膨胀系数。在一实施例中，加热器是一单一板，它表现为紧凑、强度大、耐用和低的热力质量，以能快速响应输入功率的变化。电阻加热器可被用于许多反应器和处理室，这些反应器和处理室用来制造集成电路，例如，沉积外延附生膜的集成电路，并实现快速热处理。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的诸实施例涉及用于加工半导体基片的装置和方法。具体说来，本专利技术的诸实施例涉及用。
技术介绍
在半导体基片上制造集成电路(IC)的过程可包括许多加工步骤，它们在范围、特性或用途上有很大的变化，但它们有一个共同的事实，即，这些步骤在高温下进行。具有一加热步骤的IC制造工艺的实例包括外延附生、绝缘和导电层的薄膜沉积、离子植入、退火、焊点成型等等。热处理可在一具有辐射热源的处理室内进行，而辐射热源有灯泡、热传导的RF源，或靠近基片支承的诸如加热器块或基座的电阻加热源。热处理室可以采用电阻加热。这种类型的热处理器可包括连接到一电源上的诸加热元件。当电压施加到加热元件时，元件对电流的电阻导致功率的消耗，功耗对处理室提供热流。电阻加热一处理室的传统方法是利用一包括涂复了碳化硅层的石墨芯的加热元件。由于石墨可能含有杂质，所以，用碳化硅来密封石墨芯。这些存在的杂质(可以是金属杂质)对于IC制造商来说是不需要的，因为它们可找到出路跑到正在处理的半导体基片上，并干涉器件的性能。碳化硅涂层提供一保护层，该保护层允许一包括带有杂质和污染物的石墨芯的加热元件插入到一反应室。传统的加热元件导致多种问题。一个问题是，芯和涂层材料可具有不同的热膨胀系数，其结果，石墨芯的膨胀率不同于碳化硅的膨胀率，当加热元件的温度变化时，加热元件可发生弯曲或形状遭受扭曲。第二个问题起因于构成加热元件的两种材料的厚度差。在某些系统中，碳化硅涂层的厚度可仅为约0.004英寸。再者，由于两种材料之间的热膨胀系数的差异，根据加热元件的加热和冷却，碳化硅会产生裂缝，所以，处理室的内部和正在处理的基片暴露于石墨中的杂质。石墨中的杂质可通过碳化硅涂层上的裂缝扩散，从电阻加热元件中出来，扩散到反应室内造成污染。如果反应室内存在有氧的环境，则该问题会加剧，如果光致抗蚀剂从基片上剥落，或如果热氧化过程在一快速热处理(RTP)室进行时，就会发生这种加剧的情形。此外，氧可通过隔绝处理室与外部环境的密封渗入处理室。氧通过碳化硅涂层上的裂缝扩散而与石墨芯反应。石墨与氧的反应生成一氧化碳和二氧化碳气体(该过程被称之为“灰化”)，而加热元件的内芯可很快地消蚀掉。由于加热元件的电阻在灰化发生的部位显著地增加，所以，导致热点的发生。这是侵蚀性很大的反应，加热元件的内芯可在不到10秒的时间内消耗掉。传统电阻加热元件会遇到的第三个问题是，芯材料的强度通常不是特别大。石墨就是这种情况。由于诸如石墨之类的芯材料的相对弱的机械强度，所以，通常以加热元件的大的截面来弥补强度的不足。大的加热元件也可具有较大的热容，它的温度相对于功率的改变而变化不大。滞后的温度变化会导致差的温度重复性。另一个后果是，当处理室达到理想的加工温度时，由于遇到滞后性，所以，每单位时间可加工的(“生产量”)基片的数量下降。传统的加热设计通过将加热元件封装在一外壳内(如图1所示)来解决上述的一些问题。在图1中示出的电阻加热器100，包括在一外壳内的四个加热元件101，102，103和104(它们是绕进和绕出图平面的相同的迹线绕组的一部分)，外壳包括一上护罩106和下护罩108。每个加热元件具有一石墨芯110和一碳化硅涂层112。外壳包括一石墨部分114和一碳化硅涂层116。加热元件可通过支承118连接到外壳。在该实例中，加热元件和外壳部分的厚度为约0.25英寸，而碳化硅涂层的厚度为约0.004英寸。诸如氮、氦或氩之类的惰性气体可流过空间122。再者，将加热元件封装在一涂复了SiC的石墨壳内的原因在于，由于两种材料的不同的热膨胀系数(CTE)，加热元件的SiC涂层易于产生裂缝。如果涂层开裂，则石墨芯易受灰化的损害，特别的是，如果加热元件暴露在一个氧化的环境中。石墨的灰化可导致立即“烧毁”以及加热器的丧失，并导致杂质释放到处理室内。通过将加热元件封装在一壳(或护罩)内，可以使惰性气体涌入元件周围的空间，以将这些杂质清除出处理室。惰性气体还起到阻止反应室内的氧接近石墨芯的作用。因此，示范的传统加热器可考虑有三部分1)包括涂复了碳化硅的石墨的加热元件，2)包括涂复了碳化硅的石墨的封装外壳，以及3)用来净化在加热元件外但在外壳内的空间的惰性气体。上和下护罩106和108用来通过分配来自各个加热元件的热流，提供更加均匀的加热环境。尽管护罩成功地扩散各元件发出的热而使热输出更均匀，但它们也增加了加热器的热容，使加热器对功率的变化响应不大。使用传统加热器的护罩也导致硬件的庞大。图2示出一示范的处理室200，它包含分别位于一基座上方和下方的传统的加热器202、204以及侧加热器206。该图示出使用传统电阻加热器的处理室内所占据的大的空间量。希望有一种半导体加工的电阻加热用的装置和方法，尤其要求这种装置和方法能提供紧凑且较小的结构，抗氧环境，污染或降质可能较小，在热膨胀和收缩过程中，可预测形状变化。
技术实现思路
本专利技术的诸方面包括一包含掺杂质的陶瓷加热元件的电阻加热器，该陶瓷加热元件可部分地嵌入或全部地嵌入未掺杂质陶瓷材料的基体(matrix)内。在一示范的实施例中，陶瓷可以是碳化硅，掺杂物可以是氮。对于加热元件和包围诸元件的基体材料来说，使用具有大致相同的热膨胀系数的材料，这样做法是有利的。因此，当电功率施加到电阻加热器上时，每个部分(元件和基体)基本上一致地膨胀和收缩。鉴于可预料到板受热会膨胀，因此允许相对于其它硬件(诸如基片支承销或晶片提升销)的紧的公差。在一实施例中，加热器是整块的板，该板紧凑，基本上纯和无污染，与氧化或腐蚀气体或材料无反应，强度大，耐用，以及快速响应功率输入变化的低的热容。该加热器可用于许多反应器和处理室，它们广泛地被用来制造诸如外延附生膜沉积的集成电路、化学蒸发沉积膜(CVD)的集成电路以及实施快速热处理的集成电路。附图说明参照附图，从下面的详细描述中，本
内的技术人员将会更加明白本专利技术的上述的和其它的特征及优点。在下面的附图中图1是传统的三部分组成的电阻加热器的剖视图，包括涂复了碳化硅的石墨加热元件和护罩部分；图2是带有顶部和底部传统电阻加热器的热处理室的剖视图；图3A-3E示出根据本专利技术的一实施例制造加热器的示范的加工流程；图3F-3H示出根据本专利技术的一实施例制造加热器的第二示范的加工流程；图3I-3O示出根据本专利技术的一实施例制造加热器的第三示范的加工流程；图4是根据本专利技术的另一实施例的加热器的剖视图； 图5是根据本专利技术的一示范的实施例的单块加热器板的平面图；图6是包括一示范的单块加热器板和基片提升/支承销的处理室的剖视图；图7是一简化示意图，示出一基片支承销孔在加热器迹线(heater trace)设计上的效果；图8是一简化示意图，示出单块加热板相对于基片提升/支承销膨胀的方式；图9是根据本专利技术的一实施例的具有单块板加热器的示范的处理室的侧剖视图；图10是通过包含两个顶平板加热器的水平平面的双基片处理室的平面图；图11是通过包含两个底平板加热器的水平平面的双基片处理室的平面图。具体实施例方式本专利技术的诸方面提供加工半导体基片用的装置和方法。下面所提供的描述使本
内的技术人员能够制造和利用本专利技术。所提供的具体应用的描述仅是作为示例。对于本
内的技术人员来说，较佳实施例的各种改型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在高温条件下处理半导体基片用的系统，该系统包括：一处理半导体基片用的处理室；一气体供应装置，构造成将气体注入到处理室；一加热单元，构造成在处理过程中向半导体基片提供热量，该加热单元包括一掺杂的陶瓷加热元件，该元件至少部分嵌入 一未掺杂的陶瓷材料中；以及其中，掺杂的陶瓷加热元件的热膨胀系数基本上与未掺杂的陶瓷材料的热膨胀系数相同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：KE约翰斯加尔德，DL梅西尼奥，DE萨洛斯，
申请(专利权)人：麦特逊技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]