[发明专利]可控的退火方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及半导体工艺领域，更具体地，涉及半导体器件制造期间的热退火。 

背景技术

快速热处理(RTP)为在半导体制造期间用于退火衬底的工艺。在该工艺期间，热辐射用于在可控的环境中将衬底快速加热到超过室温的900度以上。根据该工艺，该温度可以保持在小于1秒到7分钟的任意时间。随后衬底冷却到室温，用于下一步工艺。高强度的钨灯或卤素灯用于作为热辐射源。可传导地将衬底连接到加热的基座提供额外的热量。 

半导体制造工艺具有几个RTP的应用。该类应用包括热氧化(衬底在氧气或氧气和氢气的化合物中加热，其使得硅衬底氧化以形成二氧化硅)；高温浸泡退火(使用诸如氮、氨或氧等不同的气体混合物)；低温浸泡退火(退火用金属沉积的衬底)；峰值退火(spike anneal)(用在衬底需要暴露在高温一段非常短时间的工艺)。 

在退火期间，利用灯阵列的热辐射加热衬底。衬底以高达250摄氏度/秒的上升速度加热到大于1000摄氏度的温度。随后利用诸如氦气的惰性气体将热衬底可传导地连接到冷的反射板来冷却衬底。这种强制性的冷却便于加快冷却速度，下降速度达到80摄氏度/秒。 

退火的目的在于使得整个衬底达到基本均匀的温度分布。高上升和下降速度需要用于控制在退火工艺期间控制均匀性的改进方法。 

发明内容

本发明提供一种快速热退火的方法，基于实时衬底温度测量，控制多个阵列和/或腔室中的灯的功率，达到均匀退火。在一个实施方式中，退火方法包括检测位于腔室内的多个灯下方的衬底上的温度变化，取决于检测到的温度变 化，通过控制从每一个灯上发出的热量来退火衬底，从而在整个衬底退火达到均匀的温度。 

在另一实施方式中，退火方法包括在腔室中多个灯下方的至少一个非径向方向、位于一边缘环上的衬底的至少一部分处检测具有非均匀温度的衬底，并通过控制从灯发出的热量退火衬底，从而将不均匀的热量施加到适当区域，以在整个衬底上达到均匀的温度。 

在又一实施方式中，退火方法包括，随着衬底插入到腔室在整个衬底上产生温度梯度，取决于温度梯度，通过控制从位于衬底上方的腔室中的多个灯中的每一个灯发出的热量来退火衬底，从而该退火在整个衬底达到均匀的温度。 

附图说明

因此为了更详细地理解本发明的以上所述特征，将参照附图中示出的实施方式对以上简要所述的本发明进行更具体描述。然而，应该注意，附图中只示出了本发明典型的实施方式，因此不能认为是对本发明范围的限定，本发明可以有其他等效的实施方式。 

图1示出了根据本发明一个实施方式的RTP腔室的部分垂直截面图； 

图2示出了使用灯阵列的RTP腔室的盖组件的底表面的局部视图； 

图3示出了移除灯阵列的图2的盖组件的底表面的局部视图； 

图4示出了根据本发明一个实施方式的退火处理的流程图； 

为了便于理解，尽可能，附图中相同的附图标记表示相同或相似的元件。可以认为一个实施方式中的元件和特征可以在不进行进一步修改的情况下引入到另一实施方式中。 

具体实施方式

本发明公开的实施方式可以在RADIANCE^TM腔室或VANTAGE^TM RadiancePlus RTP腔室中实现，二者都可以从California的Santa Clara应用材料公司购买到。可以认为，在此所描述的方法可以在其它适合的腔室中实现，包括来自其它制造商的腔室。 

图1示出了支撑在改进的RTP腔室100中的衬底112，腔室100具有设置在窗口132后面的灯阵列116。在一个实施方式中，窗口132可以是石英窗口。 在另一实施方式中，窗口可以由透射材料制成。在一个实施方式中，灯116可以在红外区域发出辐射。在另一个实施方式中，灯116可以在近红外区域发出辐射。在又一实施方式中，灯116可以包括钨卤素灯。衬底112停留在边缘环120上，在边缘环120和衬底112之间具有缝隙104以便于将衬底112放置在边缘环120上，以及从边缘环120上移除衬底112。控制器128接收来自高温计125、126和127的测量以向灯116输出控制信号。