一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构制造技术

本发明专利技术涉及快速热处理技术领域，具体涉及一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构，包括外反应腔体及内反应腔体；外反应腔体内部构造有冷却水路、冷却气路及升温组件；内反应腔体用于放置晶圆，并通入工艺气体；其中，所述冷却水路包括若干直通路径及转角路径，所述直通路径与转角路径形成于密封拼合而成的分体结构上；所述冷却气路形成于所述外反应腔体上，包括进气端及出气端；所述升温组件设置于所述内反应腔体上、下端，包括若干阵列分布的灯管。本发明专利技术在满足小于等于8英寸晶圆的RTP 0.13μm工艺节点的要求,在内反应腔体在不采用晶圆旋转机构的前提下,通过设计改善了光照,水冷，风冷均匀性达到最终产品晶圆的加热均匀度提升。升。升。

【技术实现步骤摘要】
一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构


[0001]本专利技术涉及快速热处理
，特别涉及一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构。

技术介绍

[0002]集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等领域发展，使半导体器件重要性愈发突显。在半导体生产工艺中，热处理是半导体晶圆片经过注入工艺后必不可少的工序之一，例如用于激活注入的掺杂剂或改变材料的状态(或相)来增强所需的属性(例如导电性能)。但与此同时，高温会使已经进入硅片的杂质发生不希望的再分布，这种分布对小尺寸器件的影响极其严重。而减小杂质再分布的方法是快速热处理，即在极短的时间内使硅片表面加热到极高的温度(1200℃以上)，从而在较短的时间(10
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3～102s)内完成热处理。为了获得性能更好的半导体晶圆材料，需要对半导体晶圆进行快速热处理(RTP)，因此，快速热处理设备也成为半导体器件生产的关键设备之一。
[0003]如今，RTP工艺的应用范围也已扩展到氧化、化学气相淀积和外延生长等领域。目前常见的RTP设备有：德国的RTP
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100设备、法国的Jetstar系列设备、日本的Advance RTP
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6设备以及韩国的UTR设备。其中，RTP
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100快速热处理设备虽然具有较高的升温速率，但降温速率仅有3
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4K/s，容易导致晶圆中的杂质发生再分布，影响热处理后的性能。Jetstar系列设备同样存在类似的问题，升温速率较慢，在升温阶段也容易发生杂质的再分布。Advance RTP
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6设备有多区的功率控制，可实现良好的温度分布和可重复性，但最高加热温度只有1000℃。UTR设备最高可以达到1500℃的高温，但其中的石英灯加热管由于冷却不足，工作寿命短，当被加热物体温度超过1200℃时，石英灯加热管外壁已接近软化温度，会逐渐发生软化、鼓泡等现象，最终导致灯管失效。再结合现有技术中公开的RTP反应设备，目前的快速热处理设备存在的缺陷在于：升降温速率低、工作温度低、光照不均匀、工作寿命短等问题，无法同时满足快速热处理的严格要求。因此，亟需开发一种面向半导体晶圆快速退火处理的，具有高升温速率、高降温速率，工作寿命长、可大面积加热等优点的快速热处理装置，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是：提供一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构，以解决现有技术中晶圆热处理设备存在的升降温速率低、工作温度低、光照不均匀、工作寿命短的问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构，包括：外反应腔体，并在内部构造有冷却水路、冷却气路及升温组件；内反应腔体，用于放置晶圆，并通入工艺气体；其中，所述冷却水路至少形成于所述外反应腔体的顶部及底部，包括若干直通路径及转角路径；所述直通路径与转角路径形成于密封拼合而成的分体结构上；
所述冷却气路形成于所述外反应腔体上，包括进气端及出气端，所述进气端与所述出气端的气体流通方向垂直；所述升温组件设置于所述内反应腔体上、下端，包括若干阵列分布的灯管。
[0006]优选的，所述转角路径具有两组转角点，进而形成相连通的第一路径及第二路径，所述第一路径具有两个，沿竖直方向与所述直通路径垂直；所述第二路径连通一对所述第一路径，沿水平方向与所述直通路径垂直。
[0007]优选的，设定所述直通路径沿第一方向设置，所述外反应腔体沿第一方向的两端具有端板，所述端板上、下端连接有密封构件；所述冷却水路的进水端与出水端分别设置在所述密封构件及所述端板上；连通所述直通路径与所述第一路径的转角点形成于所述端板内，连通所述第一路径与所述第二路径的转角点形成于所述端板与密封构件之间。
[0008]优选的，所述转角路径具有一组转角点，设定所述直通路径沿第一方向设置，所述外反应腔体沿第一方向的两端具有端板，所述冷却水路的进水端与出水端设置在所述端板上，所述转角路径形成与所述端板内。
[0009]优选的，所述冷却水路还形成于所述外反应腔体的侧壁上，进而形成侧流路径；所述侧流路径通过沿竖直方向开设于所述端板上的第一过渡路径与所述转角路径连通，并通过沿水平方向开设于所述端板上的第二过渡路径与所述出水端连通。
[0010]优选的，构造于所述外反应腔体顶部及侧壁处的冷却水路对称设置，与之连通的所述进水端设置于一侧所述外反应腔体的上端中部，水流由所述进水端进入后沿反方向对称流动，并由对应侧的出水端流出；构造于所述外反应腔体底部及侧壁处的冷却水路对称设置，与之连通的所述进水端设置于一侧所述外反应腔体的下端中部，水流由所述进水端进入后沿反方向对称流动，并由对应侧的出水端流出；所述出水端处安装有用于监测各组连通的进水端与出水端之间液体流量的流量监测仪。
[0011]优选的，所述外反应腔体顶部及底部分别开设有若干均布的进气孔，所述外反应腔体的两侧壁分别开设有若干均布的出气孔；处于所述外反应腔体顶部的所述进气孔上方以及处于所述外反应腔体底部的所述进气孔下方均设置有密封板，所述进气端开设于所述密封板上。
[0012]优选的，所述外反应腔体内壁镀金处理；和/或，所述内反应腔体上、下方的所述灯管的设置方向垂直，设定所述内反应腔体上方的所述灯管的轴线处于第一高度，所述内反应腔体下方的所述灯管的轴线处于第二高度；放置于所述内反应腔体内的晶圆与第一高度及第二高度之间的距离相等。
[0013]优选的，处于同一高度的相邻所述灯管之间的距离为X，放置于所述内反应腔体内的晶圆与第一高度或第二高度之间的距离为Y，X与Y满足的关系为：1.2≤X/Y≤1.5。
[0014]优选的，一侧所述端板上开设有入料口，所述入料口与所述内反应腔体连通，所述内反应腔体还连通有工艺气体入口及工艺气体出口。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点是：（1）本专利技术在满足小于等于8英寸晶圆的RTP 0.13μm工艺节点的要求, 在内反应
腔体在不采用晶圆旋转机构的前提下, 通过设计改善了光照, 水冷，风冷均匀性达到最终产品晶圆的加热均匀度提升。
[0016]（2）针对冷却水路设计，采用直通路径与转角路径构成，并构造于可拆卸结构内，便于后期维护更换；转角点位置可形成于一体结构内侧，也可形成于分体式结构之间，在实际使用阶段，转角点位置处更易引发水流通道堵塞进而影响流量及冷却均匀性，因此分体式结构的快速拆装能够实现问题及时发现与解决；再者，流道越长堵塞风险越大，通过将冷却水路设计为多组对称式结构，既减小各水路长度，又能根据流量判定堵塞的具体区域；同时对称式的冷却水路实现水冷更均匀。
[0017]（3）针对冷却气路设计，实现气体由上下方向进入，并由侧壁水平流出，由于气体的流入与流出分别经过若干均布的孔体结构，具有匀分气流的作用，进而实现冷却均匀。
[0018]（4）将处于内反应腔体上下方的灯管呈十字分布，光照直射区域形成正方形分布，并控制相邻灯管之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构，其特征在于，包括：外反应腔体，并在内部构造有冷却水路、冷却气路及升温组件；内反应腔体，用于放置晶圆，并通入工艺气体；其中，所述冷却水路至少形成于所述外反应腔体的顶部及底部，包括若干直通路径及转角路径；所述直通路径与转角路径形成于密封拼合而成的分体结构上；所述转角路径具有两组转角点，进而形成相连通的第一路径及第二路径，所述第一路径具有两个，沿竖直方向与所述直通路径垂直；所述第二路径连通一对所述第一路径，沿水平方向与所述直通路径垂直；所述冷却气路形成于所述外反应腔体上，包括进气端及出气端，所述进气端与所述出气端的气体流通方向垂直；所述升温组件设置于所述内反应腔体上、下端，包括若干阵列分布的灯管，所述内反应腔体上、下方的所述灯管的设置方向垂直。2.根据权利要求1所述的一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构，其特征在于：设定所述直通路径沿第一方向设置，所述外反应腔体沿第一方向的两端具有端板，所述端板上、下端连接有密封构件；所述冷却水路的进水端与出水端分别设置在所述密封构件及所述端板上；连通所述直通路径与所述第一路径的转角点形成于所述端板内，连通所述第一路径与所述第二路径的转角点形成于所述端板与密封构件之间。3.根据权利要求2所述的一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构，其特征在于：所述冷却水路还形成于所述外反应腔体的侧壁上，进而形成侧流路径；所述侧流路径通过沿竖直方向开设于所述端板上的第一过渡路径与所述转角路径连通，并通过沿水平方向开设于所述端板上的第二过渡路径与所述出水端连通。4.根据权利要求3所述的一种集成电路退火工艺的RTP反应腔体结构，其特征在于：构造于所述外反...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱炜泉，陈永红，王文寿，
申请(专利权)人：苏州热传道集成电路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：