[发明专利]用于减少的制造环境占用空间的竖直多批次磁性退火系统

说明书

描述了关于使用竖直多批次直立磁性退火系统来处理微电子工件的退火系统和相关方法的实施方式，该磁性退火系统允许多个退火系统的并排配置以满足减小的占用空间要求。

相关申请

本申请涉及并要求于2017年5月8日提交的美国专利申请序列第15/589,613号的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

背景

本公开内容涉及用于处理微电子工件的退火系统和方法，具体地，涉及用于对微电子工件上包含磁性材料的一个或更多个层进行退火的系统和方法。

半导体器件的形成涉及与基板上的多个材料层的形成、图案化和移除有关的一系列制造技术。磁性退火是制造与常规的基于互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑的微电子工件兼容的磁阻随机存取存储器(MRAM)器件所需的三种工艺之一。为了对工件成功地退火，必须在预定温度下将铁磁层保持在磁场中达足够长的一段时间，以便晶体在冷却时使它们自身在共同的方向上取向。也被称为“浸泡”的该工艺在惰性、还原或真空环境中被执行，以防止当工件被保持在预定温度时工件的氧化。

磁性退火设备通常以成批模式进行操作，即，多个工件同时被退火，并且磁性退火设备执行一系列步骤。作为示例，这些步骤包括在磁场存在的情况下加热、浸泡和冷却工件，磁场通常在0.02T与7.0T(特斯拉)之间。MRAM器件制造的成本与磁性退火工具有关，其中，生产率(每小时生产的可接受器件)是密度(每个工件的器件数量)、生产量(每小时的工件)和合格率(可接受器件与加工的器件总数的比率)的乘积，由整个热/退火循环决定。

通常，用于平面内和平面外磁体取向的磁性退火系统是水平取向或竖直取向。此外，由于制造设施占用面积是额外费用，因此如上面提到的工具占用空间和工件生产量对成功的实现是至关重要的。

发明内容

描述了关于使用竖直多批次直立磁性退火系统处理微电子工件的退火系统和方法的实施方式，该磁性退火系统允许多个退火系统的并排配置以满足减小的占用空间要求。

对于一个实施方式，公开了对多批次工件进行退火的制造系统，该制造系统包括被定位在制造底板上的第一退火系统和被定位在制造底板上的第二退火系统。第一退火系统包括：竖直熔炉，其具有处理空间；工件船，其承载至少一百个工件；船装载器，其被布置在竖直熔炉下方并且被配置成竖直平移工件船并将工件定位在处理空间内；以及磁体，其被定位在竖直熔炉外部并且被配置成在处理空间内产生磁场。第二退火系统包括：竖直熔炉，其具有处理空间；工件船，其承载至少一百个工件；船装载器，其被布置在竖直熔炉下方并且被配置成竖直地平移工件船并将工件定位在处理空间内；以及磁体，其被定位在竖直熔炉外部并且被配置成在处理空间内产生磁场。此外，对于制造系统，第一退火系统和第二退火系统被定位在制造底板上，以具有小于9.5m²(平方米)的组合占用空间。

在另外的实施方式中，用于第一退火系统的磁体和用于第二退火系统的磁体各自包括竖直无源磁体。在又一实施方式中，第一退火系统和第二退火系统还被配置成：具有小于3.5米至4.2米之间的高度限制的组合竖直占用空间。

在另外的实施方式中，用于第一退火系统的磁体和用于第二退火系统的磁体各自具有在距磁体的中间竖直轴的距离(X)内减小到5高斯的磁场，其中，0.4米≤X≤1.1米。在又一些实施方式中，用于第一退火系统的磁体和用于第二退火系统的磁体各自在用于每个退火系统的处理空间内提供高达水平(M)的磁场，其中，M≥1特斯拉。在再一些实施方式中，与第二退火系统相关联的5高斯场线与和第一退火系统相关联的5高斯场线不交叠，或者与第二退火系统相关联的5高斯场线与和第一退火系统相关联的5高斯场线交叠小于或等于距离(X)的10％。在另外的一些实施方式中，与第二退火系统相关联的5高斯场线与和第一退火系统相关联的5高斯场线不交叠，或者与第二退火系统相关联的5高斯场线与和第一退火系统相关联的5高斯场线交叠小于或等于距离(X)的0.2％。