DE60218690T2

DE60218690T2 - Blitztempering

Info

Publication number: DE60218690T2
Application number: DE60218690T
Authority: DE
Inventors: Woo Sik Palo Alto Yoo
Original assignee: WaferMasters Inc
Current assignee: WaferMasters Inc
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP4931833B2; US6376806B2; EP1410423B1; WO2003009350A3; WO2003009350A2; DE60218690D1; JP2008153680A; US20010047990A1; KR100809240B1; EP1410423A2; JP2004536457A; TWI270104B; ATE356430T1; KR20030051631A

Description

STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Halbleiterherstellungsanlagen und insbesondere ein System und Verfahren zur Schnellwärmeverarbeitung eines Halbleiterwafers.
2. Verwandte Technik
Um Halbleitervorrichtungen mit verringerten Abmessungen herzustellen, mussten neue Verarbeitungs- und Herstellungstechniken entwickelt werden. Eine wichtige Erfordernis für die neuen Techniken besteht in der Fähigkeit, die Zeitspanne zu verringern, während der ein Halbleiterwafer während der Verarbeitung hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Ein derartiges Verarbeitungsverfahren, das dafür ausgelegt ist, diese Erfordernis zu berücksichtigen, ist als Schnellwärmeverarbeitung (RTP) bekannt. Die Schnellwärmeverarbeitungstechnik umfasst typischerweise das rasche Erhöhen der Temperatur des Wafers und sein Halten auf dieser Temperatur für eine Zeit, die lang genug ist, um ein Herstellungsverfahren erfogreich auszuführen, während solche Probleme, wie beispielsweise eine unerwünschte Dotandendiffusion vermieden werden, die sonst bei den hohen Verarbeitungstemperaturen auftreten würden.
Im Allgemeinen verwenden herkömmliche RTP-Systeme eine Lichtquelle und Reflektoren, um die Masse des Halbleiterwafers zu erwärmen. Die Lichtquelle ist gewöhnlich eine Reihe von Halogenlampen, die Strahlungsenergie abgeben, die von den Reflektoren auf den Wafer fokussiert wird.
Herkömmliche RTP-Systeme, die auf Halogenlampen basieren, weisen beträchtliche Nachteile im Hinblick auf das Erreichen und Aufrechterhalten einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auf der gesamten aktiven Schicht der Waferoberfläche auf. Zum Beispiel weist die Halogenlampe ein Filament auf, das Breitbandstrahlung erzeugt. Durch Anlegen von mehr Strom an das Filament kann die Intensität der Lampe vergrößert werden. Jedoch werden Siliziumwafer unter Verwendung eines verwendbaren Bandes von kurzen Wellenlängen erwärmt und sind ansonten für Wellenlängen außerhalb dieses Bandes durchsichtig. Die Strahlung von der Lampe bleibt während des typischen Halogenlampenbetriebs hauptsächlich außerhalb des verwendbaren Wellenlängenbands. Als Folge davon wird ein Großteil des angelegten Stroms verschwendet.
Ein anderer Nachteil von Lampen des Filamenttyps besteht darin, dass sie im Allgemeinen eine breite Wellenlängenverteilung erzeugen, die nicht unabhängig kontrolliert werden kann. Folglich treten Temperaturschwankungen auf der Oberfläche des Wafers auf die bei hohen Temperaturen (z.B. ~1000°C) und unter verschiedenen Lampenkonfigurationen Kristallschäden und ein Verrutschen des Wafers verursachen können.
Eine spezifische Lösung für die Nachteile von Systemen auf Halogenlampen-Basis ist im U.S.-Patent Nr. 5,893,952 offenbart. In dem Patent'952 wird eine Vorrichtung zur Schnellwärmeverarbeitung eines Wafers unter Verwendung eines Schmalbandstrahls von elektromagnetischer Strahlung, die von einem Laser mit hoher Wattleistung erzeugt wird, beschrieben. Der Strahl wird auf den Wafer gerichtet, und zwar durch einen dünnen Absorptionsfilm, der im Wesentlichen die gesamte Energie von dem Strahl absorbiert, wodurch wiederum Wärme auf den Wafer gestrahlt wird. Leider weist die oben beschriebene Vorrichtung einige Beschränkungen und Nachteile auf. Zum Beispiel muss die Dicke des Dünnfilms exakt bestimmt werden. Wenn der Dünnfilm zu dünn ist, wird möglicherweise Energie von dem Strahl direkt auf den Wafer übertragen, oder wenn der Film zu dick ist, erwärmt sich der Film möglicherweise nicht schnell genug für eine Schnellwärmeverarbeitung. Es muss ein Film verwendet werden, der sich mit der Zeit nicht zersetzt, und er darf nicht zerstäuben, keine Blasen bilden oder ausgasen, wenn er sich erwärmt, sonst führt dies zu ungleichmäßiger Absorption. Aufgrund der Anforderungen an den Absorptionsdünnfilm sind die Materialien für diesen Film beschränkt. Als Folge davon erwärmt die selbe RTP-Vorrichtung Wafer möglicherweise unterschiedlich und nicht vorhersagbar, wodurch sowohl Zeit als auch Materialien verschwendet werden.
US-A-6 080 965 offenbart ein System zur Wärmeverarbeitung, das eine Strahlungsquelle umfasst, die Licht abgibt, das von einem Spiegel durch ein durchsichtiges Fenster auf ein Fenster reflektiert wird.
US-A-5 893 952 betrifft eine Vorrichtung zur Schnellwärmeverarbeitung eines Substrats mit einem Laser mit hoher Wattleistung als Energiequelle, das über einen optischen Schalter zu einem optischen Scanner übertragen wird, um die Oberfläche des Wafers abzutasten.
US-A-5 446 825 offenbart eine Vorrichtung zur Schnellwärmeverarbeitung mit mehreren Lampen und einem Reflektor zum Richten von Licht von den Lampen durch ein optisches Quarzfenster und auf die Oberfläche des Wafers.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung schafft ein System und Verfahren zur gleichmäßigen und steuerbaren Erwärmung der aktiven Oberfläche eines Halbleiterwafers oder Substrats während der Verarbeitung. Die vorliegende Erfindung kann, wie unten ausführlicher beschrieben, eine bereitgestellte Strahlungsenergiequelle umfassen, die von einer reflektierenden absorbierenden Oberfläche umhüllt oder im Wesentlichen umgeben ist, die die Strahlung, die von der Energiequelle abgegeben wird, sowohl reflektiert als auch absorbiert, so dass die resultierende Energieausgabe aus der Sicht des Wafers im Wesentlichen frei von Ungleichmäßigkeit ist. Vorteilhafterweise kann die resultierende Energie gleichmäßig über den Wafer ausgebreitet werden, um nur die aktive Schicht der Waferoberfläche zu erwärmen. Da die resultierende Energie über den Durchmesser des Wafers hinweg gleichmäßig ist, ist keine bedeutende Erwärmungsüberlappung vorhanden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die resultierende Energie mit einer sehr hohen Intensität bereitgestellt werden, so dass nur eine kurze Bestrahlungszeit notwendig ist, um die aktive Schicht des Substrats zu erwärmen. Daher kann das Verfahren als "Flash"-Glühverfahren bezeichnet werden, das das Kristallisieren der aktiven Schicht des Substrats, das Dotieren der aktiven Schicht oder eine anderweitige Wärmebehandlung der aktiven Schicht umfassen kann. Optional kann die vorliegende Erfindung eine ununterbrochene Wärmeeinwirkung bereitstellen, um das Erwärmen der Masse des Substrats zu ermöglichen.
Bei einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein System zur Schnellwärmeverarbeitung eines Substrats geschaffen. Das System umfasst eine Strahlungsenergiequelle, die von einem Reflektor umgeben ist, und einen Strahlungsauslasskanal, der die Strahlungsenergie konzentriert. Der Auslass ermöglicht, dass mindestens ein Teil der konzentrierten Strahlungsenergie von dem umgebenden Reflektor entweicht, was verursacht, dass Strahlungsenergie auf einer Oberfläche eines Substrats auftrifft, um eine aktive Schicht des Substrats zu erwärmen. Die Strahlungsenergie trifft für eine im Wesentlichen momentane Reaktionszeit auf die Oberfläche des Substrats auf. Vorzugsweise umfasst die Strahlungsenergiequelle eine Vielzahl von Lampen mit starker Intensität. Das Substrat ist vorzugsweise in einer nicht oxydierten Umgebung untergebracht.
Bei einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung umfasst der Reflektor eine Reflexionsfläche zum Fokussieren der Strahlungsenergie von der Strahlungsenergiequelle auf einen ersten Brennpunkt. Die Strahlungsenergie wird so fokussiert, dass sie auf die Oberfläche eines Substrats für eine Dauer von zwischen etwa 1 Nanosekunde und etwa 10 Sekunden auftrifft. Dies erhöht die Temperatur der aktiven Schicht des Substrats in einer im Wesentlichen momentanen Zeitspanne auf zwischen etwa 500°C und etwa 1400°C. Vorzugsweise trifft ein Energiefluss, der von dem ersten Brennpunkt ausgeht, auf die Oberfläche des Substrats auf. Die Strahlungsenergiequelle ist vorzugsweise eine Xe-Lichtbogenlampe.
Bei noch einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Schnellwärmeverarbeitung eines Substrats geschaffen. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Kammer, die Folgendes umfasst: eine Strahlungsenergiequelle, einen die Energiequelle umgebenden Reflektor, und einen Auslasskanal. Der Auslasskanal konzentriert die Strahlungsenergie durch einen Schlitz und flash-behandelt die Strahlungsenergiequelle, so dass sie auf eine Oberfläche eines Substrats auftrifft, um eine aktive Schicht des Substrats zu erwärmen.
Vorzugsweise liegt die Temperatur der aktiven Schicht zwischen etwa 500°C und 1400°C und die Dauer der Flash-Behandlung zwischen etwa 1 Nanosekunde und etwa 10 Sekunden. Die innere Oberfläche des Reflektors ist vorzugsweise mit einem Material beschichtet, das aus der Gruppe genommen wurde, die aus Gold und Silber besteht, und reflektiert vorzugsweise Wellenlängen von weniger als 900 nm.
Bei einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein alternatives Verfahren zur Schnellwärmeverarbeitung eines Substrats geschaffen. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Kammer, die Folgendes umfasst: eine Strahlungsenergiequelle, einen Reflektor, der die Energiequelle umgibt, und einen Auslasskanal. Der Auslasskanal konzentriert die Strahlungsenergie durch einen Schlitz. Der Leistungspegel der Strahlungsenergie wird auf einen Spitzenleistungspegel erhöht, um eine aktive Schicht eines Substrats für eine im Wesentlichen momentane Zeitdauer einer ersten Strahlungsenergie auszusetzen. Daraufhin wird ein zweiter Leistungspegel der Strahlungsenergiequelle aufrechterhalten, der niedriger als der erste Leistungspegel ist, um die Masse des Substrats für eine Zeitdauer einer zweiten Strahlungsenergie auszusetzen. Die erste Zeitdauer liegt zwischen etwa 1 Nanosekunde und etwa 10 Sekunden und die zweite Zeitdauer zwischen etwa null Sekunden und etwa 3600 Sekunden.
Vorzugsweise umfasst die Strahlungsenergiequelle eine Lampe mit hoher Energie und weist eine Energiedichte von zwischen etwa 0,5 J/cm² und etwa 100 J/cm² auf. Die aktive Schicht des Substrats liegt vorzugsweise zwischen 0,05 μm und etwa 1 mm unterhalb einer Oberfläche des Substrats, wobei die Lampe vorzugsweise entweder eine Strömungsröhre umfasst, die ein Kühlfluid enthält, oder eine Xe-Lichtbogenlampe ist.
Das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung können dazu verwendet werden, nur die aktive Schicht der Substratoberfläche zu erwärmen, daher ist das Verfahren vorteilhaft für Implantatglühanwendungen, wie beispielsweise Flachverbindung, Ultraflachverbindung und Source-Drain-Glühen.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der weiter unten dargestellten ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen leichter ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1A und 1B sind schematische Veranschaulichungen jeweils einer Seitenansicht und einer Draufsicht einer Ausführungsform eines Halbleiterwaferverarbeitungssystems, das eine repräsentative Umgebung der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A ist eine vereinfachte Veranschaulichung eines RTP-Reaktorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
2B ist eine vereinfachte Veranschaulichung eines RTP-Reaktorsystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2C ist eine vereinfachte Veranschaulichung eines RTP-Reaktorsystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2D ist eine vereinfachte Veranschaulichung der aktiven Schicht eines Halbleiterwafers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine vereinfachte Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Strahlungskammer gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine vereinfachte Veranschaulichung einer Abtastbaugruppe;
5A und 5B sind vereinfachte Veranschaulichungen eines Flash-Glühsystems;
6 ist eine vereinfachte Veranschaulichung einer Reflektorbaugruppe zur Verwendung mit dem Flash-Glühsystem aus 5;
7 ist eine vereinfachte Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform der Reflektorbaugruppe aus 6;
8 ist eine vereinfachte Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform der Reflektorbaugruppe aus 6;
9A–9D sind vereinfachte Schaltpläne einer Stromversorgung zum Zünden einer Lampe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10 ist eine Ausführungsform eines Stromversorgungskreises gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
11 ist eine Ausführungsform eines Stromversorgungskreises gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie hierin verwendet, umfasst das Wort "Flash" seine gewöhnliche Bedeutung, wie sie allgemein von Fachleuten verstanden wird. Diese Definition umfasst die Definition, dass Flash die plötzliche oder im Wesentlichen momentane Abgabe von Licht (oder die Abgabe von Licht in transienten Stößen) für eine Zeitspanne von zwischen etwa 1 Nanosekunde und etwa 10 Sekunden bedeutet.
1A und 1B sind schematische Veranschaulichungen jeweils einer Seitenansicht und einer Draufsicht einer Ausführungsform eines Halbleiterwaferverarbeitungssystems 10, das eine repräsentative Umgebung der vorliegenden Erfindung darstellt. Das repräsentative System ist vollständig in der mitangemeldeten U.S.-Patent-Anmeldung mit der Serien-Nr. 09/451,677, eingereicht am 30. November 1999 offenbart. Das Verarbeitungssystem 10 umfasst eine Ladestation 12, die mehrere Plattformen 14 zum Stützen und Bewegen einer Waferkassette 16 aufwärts und in eine Ladesperre 18 aufweist. Die Waferkassette 16 kann eine entfernbare Kassette sein, die entweder manuell oder mit automatisierten geführten Fahrzeugen (AGV) in eine Plattform 14 geladen wird. Die Waferkassette 16 kann ebenfalls eine feste Kassette sein, wobei in diesem Fall die Wafer unter Verwendung herkömmlicher atmosphärischer Roboter oder Ladevorrichtungen (nicht gezeigt) auf die Kassette 16 geladen werden. Sobald sich die Waferkassette 16 im Inneren der Ladesperre 18 befindet werden die Ladesperre 18 und die Transferkammer 20 auf atmosphärischem Druck gehalten oder ansonsten unter Verwendung einer Pumpe 50 auf Vakuumdruck heruntergepumpt. Ein Roboter 22 in der Transferkammer 20 dreht sich in Richtung der Ladesperre 18 und nimmt einen Wafer 24 aus der Kassette 16 auf. Ein Reaktor oder eine Wärmeverarbeitungskammer 26, die ebenfalls atmosphäerischen Druck aufweisen oder unter Vakuum stehen kann, nimmt den Wafer 24 von dem Roboter 22 durch ein Schieberventil 30 an. Optional können zusätzliche Reaktoren zu dem System hinzugefügt werden, zum Beispiel der Reaktor 28. Der Roboter 22 zieht sich daraufhin zurück und das Schieberventil 30 schließt sich, um mit der Verarbeitung des Wafers 24 zu beginnen. Nachdem der Wafer 24 verarbeitet worden ist, öffnet sich das Schieberventil 30, um dem Roboter 22 zu ermöglichen, den Wafer 24 aufzunehmen und in einer Kühlstation 60 anzubringen. Die Kühlstation 60 ermöglicht den neu verarbeiteten Wafern, die Temperaturen oberhalb von 100°C aufweisen können, abzukühlen, bevor sie wieder in einer Waferkassette in der Ladesperre 18 angeordnet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Reaktoren 26 und 28 RTP-Reaktoren wie beispielsweise solche, die beim Wärmeglühen, bei der Dotandendiffusion, Wärmeoxidation, Nitrierung, der chemischen Bedampfung und ähnlichen Verfahren verwendet werden. Die Reaktoren 26 und 28 werden im Allgemeinen horizontal verschoben, jedoch werden bei einer bevorzugten Ausführungsform die Reaktoren 26 und 28 vertikal verschoben (d.h. übereinander gestapelt), um die vom System 10 eingenommene Bodenfläche zu minimieren. Die Reaktoren 26 und 28 sind an die Transferkammer 20 geschraubt und werden des Weiteren von einem Stützrahmen 32 gestützt. Prozessgase, Kühlmittel und elektrische Anschlüsse können unter Verwendung von Schnittstellen 34 durch die Hinterseite der Reaktoren bereitgestellt werden.
2A ist eine vereinfachte Veranschaulichung einer Ausführungsform des RTP-Reaktorsystems 40 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Reaktorsystem 40 eine Prozesskammer 102 und eine Scannerbaugruppe 200. Die Scannerbaugruppe 200 kann in der Nähe der Prozesskammer 102 angeordnet sein, so dass die Scannerbaugruppe bei Betrieb so beschaffen sein kann, dass der in der Kammer angeordnete Wafer adequat abgetastet wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Prozesskammer 102 eine Röhre mit geschlossenem Ende 103 umfassen, die einen inneren Hohlraum 104 abgrenzt. Innerhalb der Röhre 103 befinden sich Waferstützpfosten 106, typischerweise drei (von denen zwei gezeigt sind), um einen einzelnen Wafer 108 zu stützen. Eine Öffnung oder ein Loch (nicht gezeigt) an einem Ende der Röhre 103 stellt einen Zugriff auf das Laden und Entladen des Wafers 108 vor und nach der Verarbeitung bereit. Das Loch kann eine relativ kleine Öffnung sein, jedoch groß genug, um einen Wafer mit einer Dicke von zwischen etwa 0,5 bis 0,8 mm und einem Durchmesser von bis zu 300 mm (~12 Zoll) und den Arm und Endeffektor des Roboters 22 aufzunehmen. Vorzugsweise ist das Loch nicht größer als zwischen etwa 18 mm und 22 mm, vorzugsweise 20 mm. Die relativ kleine Lochgröße unterstützt die Reduzierung eines Strahlungswärmeverlustes aus der Röhre 103.
Da der Wafer 108 unter Verwendung des Roboters 22 geladen und entladen wird, erfordert die Röhre 103 keine inneren beweglichen Teile zur Anordnung des Wafers 108, wie beispielsweise Hebestifte, Stellglieder und dergleichen. Daher kann die Röhre 103 mit einem Wafer 108 konstruiert sein, der ein minimales inneres Volumen umgibt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Volumen des inneren Hohlraums 104 gewöhnlich nicht größer als etwa 1,0 m³ und vorzugsweise ist das Volumen nicht größer als etwa 0,3 m³. Dementsprechend ermöglicht das kleine Röhrenvolumen, dass das Reaktorsystem 40 kleiner hergestellt wird und als Folge davon kann das System 10 kleiner hergestellt werden, wodurch es weniger Bodenfläche erfordert. Vorzugsweise ist die Röhre 103 aus einem durchsichtigen Quarz oder einem ähnlichen Material hergestellt.
2A veranschaulicht ebenfalls die Scannerbaugruppe 200, die in Zusammenhang mit einer Strahlungsenergiequelle 202 verwendet werden kann, um eine Schnellwärmeverarbeitung des Halbleiterwafers 108 bereitzustellen. Die Scannerbaugruppe 200 umfasst ein Gehäuse 216, das ein Stellglied 204, eine Reflexionskammer 212 und einen Strahlungsauslasskanal 214 stützt. Die äußeren Abmessungen des Gehäuses 216 werden von der Anwendung bestimmt. Zum Beispiel kann die Länge des Gehäuses 216 mindestens so groß wie oder größer als der Durchmesser des Wafers 108 sein.
Das Stellglied 204 stellt ein herkömmliches Mittel bereit, um die Scannerbaugruppe 200 für das Abtasten des Wafers 108 betriebsbereit zu machen. Das Stellglied 204 kann so konfiguriert sein, dass es entlang einer Abtastlänge der Röhre 103 eine abtastende Hin- und Herbewegung bereitstellt, wie in 2A durch Pfeil 206 und 208 angezeigt. Das Stellglied 204 kann herkömmliche Antriebe und Bewegungsübersetzungsmechanismen, wie beispielsweise Linearmotoren, Schrittmotoren, Hydraulikantriebe und dergleichen und Zahnräder, Riemenscheiben, Ketten und dergleichen, umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
In der in 2A gezeigten Ausführungsform kann die Scannerbaugruppe 200 äußerlich sowohl an der Prozesskammer 102 als auch an der Röhre 103 befestigt sein. Die Scannerbaugruppe 200 ist oberhalb eines optischen Fensters 210 angeordnet, das entlang der Abtastlänge der Kammer 102 (d.h. mindestens so groß wie der Durchmesser des Wafers 108) bereitgestellt ist, um zu ermöglichen, dass Strahlungsenergie, die von dem Gehäuse 216 abgegeben wird, in die Röhre 103 eindringt und auf den Wafer 108 auftrifft. Bei einer in 2B gezeigten alternativen Ausführungsform kann die Abtastbewegung der Scannerbaugruppe 200a im Inneren der Prozesskammer 102a, jedoch außerhalb der Röhre 103a stattfinden. Die Scannerbaugruppe 200a ist über dem optischen Fenster 210a angeordnet, das in der Röhre 103a entlang der Abtastlänge (d.h. mindestens so groß wie der Durchmesser des Wafers 108) gebildet ist, um zu ermöglichen, dass die Strahlungsenergie, die von dem Gehäuse 216a abgegeben wird, in die Röhre 103a eintritt und auf den Wafer 108 auftrifft.
Bei noch einer anderen Ausführungsform, die in 2C gezeigt ist, kann die Scannerbaugruppe 200b ohne Prozessröhre äußerlich an der Prozesskammer 102b befestigt sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Scannerbaugruppe 200b oberhalb des optischen Fensters 210b angeordnet, das entlang der Abtastlänge der Kammer 102b (d.h. mindestens so groß wie der Durchmesser des Wafers 108) bereitgestellt ist, um der aus dem Gehäuse 216b abgegebenen Strahlungsenergie zu ermöglichen, auf den Wafer 108 aufzutreffen.
Das optische Fenster 210 (oder 210a) kann aus jedem Material hergestellt sein, das die Übertragung der Strahlungsenergie ermöglicht, vorzugsweise Quarz. Das Fenster 210 kann eine Dicke von zwischen etwa 1 mm und etwa 5 mm und einen Durchmesser, der mindestens so groß wie oder größer als der Wafer 108 ist, aufweisen.
Gleich ob die Scannerbaugruppe im Inneren oder außerhalb der Röhre angeordnet ist, der Abstand zwischen der Oberfläche des Wafers und der Scannerbaugruppe, in 2A als Spalt 213 angezeigt, sollte nicht größer als etwa 50 mm sein, vorzugsweise zwischen etwa 10 mm und 25 mm. Der relativ kleine Spalt 213 stellt sicher, dass eine angemessene Steuerung der Temperatur-Strahlungsenergie-Verteilung über den Wafer 108 hinweg aufrecht erhalten werden kann. Ein größerer Spalt 213 kann verursachen, dass ein Teil der Strahlungsenergie entweicht, bevor sie auf den Wafer 108 auftrifft.
Wie in 2A weitergehend veranschaulicht, sind die Reflexionskammer 212 und der Strahlungsauslasskanal 214 im Gehäuse 216 angeordnet. Die Strahlungsquelle 202 befindet sich in der Reflexionskammer 212 und ist typischerweise so angeordnet, dass im Wesentlichen die gesamte Breitbandstrahlung auf eine innere Oberfläche 218 der Kammer auftreffen kann. Bei einer Ausführungsform kann die Strahlungsenergiequelle 202 eine Lampe mit starker Intensität der Art sein, die herkömmlicherweise in Lampenerwärmungsvorgängen verwendet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsenergiequelle 202 eine filamentlose Lampe, wie beispielsweise eine Xe-Lichtbogenlampe. Typischerweise liegen die Stromanforderungen für die bevorzugte Lampe 202 der vorliegenden Erfindung zwischen etwa 500 W und etwa 50 kW.
Die von der Lampe 202 abgegebene Energie trifft auf die innere Oberfläche 218 der Kammer 212 auf, die bestimmte Wellenlängen stark reflektiert und andere absorbiert oder nicht reflektiert. Bei einer Ausführungsform ist die Oberfläche 218 mit einem Material beschichtet, das die reflektierende/absorbierende Eigenschaft aufweist. Zum Beispiel kann die Oberfläche 218 mit Gold oder Silber beschichtet sein, wobei das Silber des Weiteren mit einer Schutzschicht, wie beispielsweise SiN oder einer beliebigen transparenten Beschichtung, beschichtet ist, die die Oxidation des Silbers verhindert. Vorzugsweise reflektiert die Beschichtung in effizenter Weise Wellenlängen von weniger als 900 nm, um eine durchschnittliche Wellenlänge von zwischen etwa 900 nm und etwa 200 nm zu erzeugen.
Die Kammer 212, die in jede geeignete geometrische Form geformt sein kann [sic]. Zum Beispiel kann die Kammer 212, wie in 2A gezeigt, eine runde Kammer sein. Bei einer runden Kammer 212 kann Lichtenergie in der Mitte der Kammer 212 fokussiert werden und in Richtung des Strahlungsauslasskanals 214, der unten beschrieben ist, geleitet werden. Bei diesem Beispiel kann sich die Strahlungsenergiequelle 202 von der Mitte versetzt in der Kammer 212 befinden, um sicherzustellen, dass die fokussierte Lichtenergie die Energiequelle 202 nicht übermäßig erwärmt. 3 zeigt ein alternatives Beispiel der Kammer 212, die zu einer elliptischen Kammer geformt sein kann. Die elliptische Kammer 212 kann zwei Brennpunkte aufweisen. Die Energiequelle 202 kann an einem ersten Brennpunkt 203 angeordnet sein, so dass die Lichtenergie am zweiten Brennpunkt 205 fokussiert und zum Strahlungsauslasskanal 214 geleitet wird.
Wiederum unter Bezugnahme auf 2A entweicht die Schmalbandenergie durch den Strahlungsauslasskanal 214 aus der Kammer 212. Der Strahlungsauslasskanal 214 kann etwa 5 mm bis 20 mm, vorzugsweise etwa 10 mm lang sein, um die Strahlungsenergie in angemessener Weise den gewünschten Pfad entlang zu leiten. Der Stralilungsauslasskanal 214 weist eine Öffnung oder einen Schlitz 222 auf, der am Ende des Kanals gebildet ist und ermöglicht, dass ein Strahl 220 der Strahlungsenergie aus dem Gehäuse 216 entweicht. Der Schlitz 222 ist so konstruiert, dass er den Strahl 220 wie gewünscht formt, so dass eine optimale Energiemenge auf den Wafer 108 fokussiert werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schlitz 222 eine rechtwinklige Öffnung sein, die sich die Länge der Scannerbaugruppe 200 entlang erstreckt und so groß oder größer als der Durchmesser des Wafers 108 ist. Die Größe der Öffnung sollte klein genug sein, um die Energiemenge zu minimieren, die natürlich an der Schlitzöffnung dispergiert. Daher kann der Schlitz 222 eine Breite von zwischen etwa 1 mm und 10 mm, vorzugsweise von 2 mm aufweisen. Wenn der Strahl 222 den Wafer 108 abtastet, wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der gesamten Oberfläche des Wafers 108 erzeugt, die eine aktive Schicht 224 des Wafers erwärmt.
Unter Bezugnahme auf 2A und 2D ist die aktive Schicht oder Vorrichtungsschicht 224 ein Teil des Wafers 108, der sich von der Oberfläche 223 des Wafers 108 hinunter bis zu einer Tiefe α unterhalb der Oberfläche 223 erstreckt. Die Tiefe α liegt typischerweise zwischen etwa 0,05 μm und 1 mm, variiert jedoch abhängig von dem Verfahren und der Vorrichtungsmerkmalgröße. Die aktive Schicht 224 ist in der Halbleiterherstellungsindustrie als der Anteil des Wafers bekannt, in dem Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise Transistoren, Dioden, Wiederstände und Kondensatoren, gebildet werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Temperatur, auf die die aktive Schicht 224 erwärmt wird, eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Geschwindigkeit, mit der die Scannerbaugruppe 200 über den Wafer 108 hinweg bewegt wird, und dem Strom, der der Lampe 202 zugeführt wird, ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Temperatur der aktiven Schicht 224 im Bereich von zwischen etwa 500° C bis etwa 1200°C liegen. Um diese Temperaturen zu erreichen, kann die Abtastgeschwindigkeit zwischen etwa 1 mm/sek bis etwa 100 mm/sek bei 500 W bis 50 kW variieren. Je langsamer die Abtastgeschwindigkeit, desto weniger Strom ist erforderlich. Bei einer Ausführungsform kann der Wafer 108 zum Beispiel auf etwa 300°C vorgeheizt werden, so dass die Verarbeitung der aktiven Schicht 224 bei der höheren Temperatur beginnt, wodurch die Verarbeitungszeit verringert und Energie gespart wird.
Das Erwärmen der aktiven Schicht 224 unter Verwendung des Reaktorsystems 40 erhöht die Diffusionsgeschwindigkeit und Löslichkeit der aktiven Schicht 224. Daher kann ein flacher dotierter Bereich in der aktiven Schicht 224 erzeugt werden. Das Dotieren der aktiven Schicht umfasst das Abtasten der aktiven Schicht 224 auf eine Prozesstemperatur, zum Beispiel von zwischen etwa 500°C bis etwa 1200°C, in einer Umgebung einer Dotierverbindung, wie beispielsweise Bor, Phosphor, Stickstoff, Arsen, B₂H₆, PH₃, N₂O, NO, AsH₃ und NH₃. Die Konzentration der Verbindung kann im Bereich von etwa 0,1% bis etwa 100% im Verhältnis zu einem Trägergas, wie beispielsweise H₂, N₂ und O₂, oder einem nicht reaktiven Gas, wie beispielsweise Argon oder Helium, liegen. Höhere Konzentrationen der Verbindung können das Dotierungsverfahren beschleuningen und/oder die Dotandenkonzentration in der aktiven Schicht erhöhen.
4 ist eine vereinfachte Veranschaulichung einer Scannerbaugruppe 300, die einen Impuls- oder Endloswellenlaser 302 mit hoher Intensität umfasst, um eine Schnellwärmeverarbeitung des Halbleiterwafers 304 bereitzustellen. Die Scannerbaugruppe 300 umfasst ebenfalls eine Laserenergiefokussierbaugruppe 306 und ein Stellglied 308. Die Komponenten der Scannerbaugruppe 300 können in einem einzigen Gehäuse enthalten sein, das in ähnlicher Weise wie bei den oben in 2A beschriebenen Ausführungsformen an einer Prozesskammer 320 befestigt werden kann.
Die Laserfokussierbaugruppe 306 umfasst eine erste Fokussierlinse 310, eine zweite Fokussierlinse 312 und einen Spiegel 314. Die Fokussierbaugruppe arbeitet in bekannter herkömmlicher Weise, um die Laserenergie 301 von dem Laser 302 auf den Wafer 304 zu fokussieren. Die Laserenergie 301 von dem Laser 302 kann eine Wellenlänge von weniger als 1 μm aufweisen.
Das Stellglied 308 stellt ein herkömmliches Mittel bereit, um die Scannerbaugruppe 300 für die Abtastung des Wafers 304 betriebsbereit zu machen. Das Stellglied 308 kann so konfiguriert werden, dass es den Laser 302 und die Fokussierbaugruppe 306 so bewegt, dass eine abtastende Hin- und Herbewegung über den Wafer 304 hinweg bereitgestellt wird, wie in 4 durch Pfeil 316 angezeigt. Alternativ kann nur der Spiegel 314 bewegt werden, um das Laserabtasten des Wafers 304 zu verursachen. Bei noch einer anderen alternativen Ausführungsform kann der Wafer 304 so beschaffen sein, dass er sich bewegt, so dass ein stillstehender Strahl 301 so beschaffen sein kann, dass er die Waferoberfläche abtastet. Das Stellglied 308 kann herkömmliche Antriebe und Bewegungsübersetzungsmechanismen, wie beispielsweise Linearmotoren, Schrittmotoren, Hydraulikantriebe und dergleichen sowie Zahnräder, Riemenscheiben, Ketten und dergleichen, umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei einer Ausführungsform ist die Scannerbaugruppe 300 oberhalb eines optischen Fensters 318 angeordnet, das entlang der Abtastlänge der Prozesskammer 320 bereitgestellt ist, um zu ermöglichen, dass die Laserenergie in die Prozesskammer 320 eindringt und auf den Wafer 304 auftrifft. Das Fenster 318 kann aus jedem Material hergestellt sein, das die Übertragung von Laserenergie 301 ermöglicht; vorzugsweise aus durchsichtigem Quarz. Das Fenster 318 kann eine Dicke von zwischen etwa 1 und etwa 5 mm und einen Durchmesser aufweisen, der mindestens so groß wie oder größer als der Wafer 304 ist.
5A ist eine vereinfachte Veranschaulichung eines RTP-Reaktorsystems 500. Das Reaktorsystem 500 umfasst eine Prozesskammer 502 und eine Reflektorbaugruppe 504. Die Reflektorbaugruppe 504 kann einen Reflektor 506 und eine Strahlungsenergiequelle 508 umfassen. Die Reflektorbaugruppe 504 kann in der Prozesskammer 502 in der Nähe eines Wafers 510 angeordnet sein, so dass die Reflektorbaugruppe 504 in Betrieb so beschaffen sein kann, dass sie den Wafer 510 in angemessener Weise verarbeitet. Die Strahlungsenergiequelle 508 kann eine Lampe mit starker Intensität der Art sein, die herkömmlicherweise bei Lampenerwärmungsvorgängen verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Strahlungsenergiequelle 508 eine filamentlose Lampe, wie beispielsweise eine Xe-Lichtbogenlampe (im Folgenden die "Lampe 508"). Die Lampe 508 kann jede in geeigneter Weise geformte Lampe sein, zum Beispiel eine röhrenförmige Lampe mit einer Länge, die mindestens so lang wie der Durchmesser des Wafers 510 ist. Die Lampe 508 kann von einer Strömungsröhre 512 umgeben sein. Die Strömungsröhre 512 kann ein Kühlfluid 522, zum Beispiel deionisiertes Wasser, enthalten. Das Kühlfluid 522 wird dazu verwendet, ein Überhitzen der Lampe 508 während des Betriebs zu vermeiden. Zum Beispiel kann das Kühlfluid die Temperatur der Lampe 508 unter 100°C halten, um das Schmelzen von Quarzkomponenten der Lampe 508 zu verhindern. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Kühlfluid 522 mit einer nicht leitenden Farbe gemischt sein. Die nicht leitende Farbe kann als Filter dienen, um zu verhindern, dass nur bestimmte Wellenlängen durch die Strömungsröhre 512 aus der Lampe 508 herausstrahlen.
5B ist eine vereinfachte Veranschaulichung einer Vielzahl von Lampen 508, die in der Nähe des Reflektors 506 angeordnet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass jede Anzahl von Lampen 508 verwendet werden kann, um die gewünschten Wärmepegel zu erreichen, die für ein spezifisches Verfahren benötigt werden.
Wiederum unter Bezugnahme auf 5A befindet sich die Reflektorbaugruppe 504 in betriebsfähiger Anordnung mit dem Wafer 510. Der Reflektor 506 umfasst eine innere Oberfläche 514, die bestimmte Wellenlängen stark reflektieren kann und andere absorbieren oder nicht reflektieren kann. Bei einer Ausführungsform kann die innere Oberfläche 514 mit einem Material beschichtet sein, das die reflektierende/absorbierende Eigenschaft aufweist. Zum Beispiel kann die innere Oberfläche 514 mit Gold oder Silber beschichtet sein, wobei das Silber des Weiteren mit einer Schutzschicht, wie beispielsweise SiN oder einer beliebigen transparenten Beschichtung, beschichtet ist, die die Oxidation des Silbers verhindert. Die Beschichtung reflektiert in effizenter Weise Wellenlängen von weniger als 900 nm, um eine durchschnittliche Wellenlänge von zwischen etwa 900 nm und etwa 200 nm zu erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform ist die innere Oberfläche über das gesamte Spektrum von Ultraviolett (UV), Infrarot (IR) und sichtbare Wellenlängen hinweg stark reflektierend.
Der Reflektor 506 kann in jede geeignete geometrische Form geformt sein. Zum Beispiel kann der Reflektor 506 flach, kugelförmig, elliptisch oder parabolisch sein. Die Lichtenergie von der Lampe 508 kann in der Mitte oder am Brennpunkt des Reflektors 506 fokussiert werden, um in Richtung des Wafers 510 geleitet zu werden. Die von der Lampe 508 abgegebene und von der inneren Oberfläche 514 des Reflektors 506 reflektierte Strahlung trifft auf den Wafer 510 auf, wie einfach und repräsentativ durch die Strahlen 516, 518 und 520 veranschaulicht, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der gesamten Oberfläche des Wafers 510 bereitzustellen, wodurch die aktive Schicht 224 des Wafers erwärmt wird (wie oben unter Bezugnahme auf 2D beschrieben).
Die Temperatur, auf die die aktive Schicht 224 erwärmt wird, ist eine Funktion des Verhältnisses zwischen der an die Lampe 508 angelegten Leistung und der Zeitspanne, während der der Strahlungsenergie ermöglicht wird, auf den Wafer 510 aufzutreffen. Bei einer Ausführungsform kann die Temperatur der aktiven Schicht 224 auf einen Bereich von zwischen etwa 500°C bis etwa 1400°C erhöht werden.
Um diese Temperaturen zu erreichen, kann der Wafer 510 einem Blitzen der Lampe 508 ausgesetzt werden, wobei die Lampe 508 plötzlich oder im Wesentlichen momentan beispielsweise für eine Zeitspanne zwischen etwa 1 Nanosekunde und etwa 10 Sekunden bei einem Energiepegel von zwischen etwa 0,5 J/cm² und etwa 100 J/cm² Lichtenergie abgibt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Lampenleistung, nachdem der Wafer 510 dem Blitzen der Lampe 508 ausgesetzt worden ist, auf einem zweiten Leistungspegel gehalten werden, zum Beispiel zwischen etwa 1000 W bis etwa 500 kW. Der Wafer 510 kann dem zweiten Leistungspegel für jede Zeitspanne ausgesetzt werden, die notwendig ist, um die Verarbeitung des Wafers 510 abzuschließen. Bei einem Beispiel kann die ununterbrochene Aussetzung von zwischen etwa 0,05 Sekunden und etwa 3600 Sekunden dauern. Die ununterbrochene Aussetzung kann das Volumen des Wafers 510 zusätzlich zu der Erwärmung der aktiven Schicht während des Flash-Glühens erwärmen.
Der Wafer 510 kann zum Beispiel auf etwa 300°C vorgewärmt werden, so dass die Verarbeitung der aktiven Schicht 224 bei der höheren Temperatur beginnt, wodurch die Verarbeitungszeit verkürzt und Energie gespart wird.
6 ist eine vereinfachte Veranschaulichung einer Reflektorbaugruppe 504. Der Reflektor 506 kann zu einer Ellipse geformt sein, die zwei Brennpunkte F₁ und F₂ aufweist. Die Lampe 508 kann am Brennpunkt F₁ angeordnet sein, so dass die Energie von der inneren Oberfläche 514 reflektiert wird, wie von Strahl 524 und 525 beispielhaft dargestellt, und am zweiten Brennpunkt F₂ fokussiert wird. Der Wafer 510 kann am Brennpunkt F₂ angeordnet sein, so dass die Energie verwendet werden kann, um den Wafer 510 zu verarbeiten.
Hier kann die gesamte Waferoberfläche der Energie ausgesetzt werden, die bei F₂ fokussiert wird, indem der Wafer 510 im Verhältnis zum Brennpunkt F₂ bewegt wird. Zum Beispiel kann das Stellglied 526 dazu verwendet werden, ein herkömmliches Mittel bereitzustellen, um zu verursachen, dass die Reflektorbaugruppe 504 den Wafer 510 abtastet. Das Stellglied 526 kann entweder zur Bewegung des Wafers 510 oder der Reflektorbaugruppe 504 konfiguriert werden, um eine Vor- und Zurück- Abtastbewegung über den Wafer 510 hinweg bereitzustellen, wie durch Pfeil 528 angezeigt.
7 ist eine vereinfachte Veranschaulichung der Reflektorbaugruppe 504. Bei dieser Ausführungsform ist der Reflektor 506 zu einer Ellipse mit zwei Brennpunkten F₁ und F₂ geformt. Die Lampe 508 ist am Brennpunkt F₁ angeordnet, so dass die Energie von der inneren Oberfläche 514 reflektiert wird und am Brennpunkt F₂ fokussiert wird. Der Wafer 510 ist um einen Abstand d₁ von der Reflektorbaugruppe 504 und/oder um einen Abstand d₂ vom Brennpunkt F₂ zurück versetzt. Die Abstände d₁ und d₂ werden so ausgewählt, dass sich der Wafer 510 vollständig in einem Strahl 533 befindet ist, der vom Brennpunkt F₂ ausgeht. Der Strahl 533, der von den Strahlen 530 und 532 umrissen wird, bedeckt den gesamten Oberflächenbereich des Wafers 510, so dass die gesamte Oberfläche des Wafers 510 gleichzeitig im Wesentlichen der gesamten reflektierten Energie von der Lampe 508 ausgesetzt ist, um den Wafer 510 zu verarbeiten.
8 ist eine Veranschaulichung einer Reflektorbaugruppe 504. Bei dieser Ausführungsform kann die Prozesskammer 502, einschließlich der Reflektorbaugruppe 504, extern an einer zweiten Prozesskammer 536 befestigt sein. Die Reflektorbaugruppe 504 kann oberhalb eines optischen Fensters 538 angeordnet sein, das zwischen den Kammern 502 und 536 bereitgestellt ist, um der Strahlungsenergie, die von der Lampe 508 abgegeben wird, zu ermöglichen, in die zweite Prozesskammer 536 einzutreten und auf den Wafer 510 aufzutreffen. Das optische Fenster 538 kann aus jedem Material hergestellt sein, das die Übertragung der Strahlungsenergie ermöglicht, vorzugsweise Quarz. Das Fenster 538 kann eine Dicke von zwischen etwa 1 und etwa 5 mm und einen Durchmesser, der mindestens so groß wie oder größer als der Wafer 510 ist, aufweisen.
Die zweite Prozesskammer 536 kann beispielsweise unter Verwendung einer Pumpe 540 auf Vakuum gebracht werden. Die zweite Kammer 536 kann ebenfalls durch den Einlass 542 mit einem Gas, das kein Sauerstoff ist, wie beispielsweise N₂, gefüllt werden. Während der Verarbeitung des Wafers 510 stellt die Vakuumumgebung bzw. die Umgebung, die kein Sauerstoff ist, sicher, dass die Übertragung der ultravioletten (UV) Wellenlängen von der Lampe 508 den Wafer 510 erreichen kann.
9A–9D sind vereinfachte Schaltpläne einer Stromversorgung 600 für eine Lampe 602 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 9A gezeigt, umfasst die Stromversorgung 600 einen Hauptschaltkreis 604 und einen Zündschaltkreis 606. Bei einer Ausführungsform umfasst der Hauptschaltkreis 604 einen Zündtransformator 608, an dessen Primärwicklung 610 eine Spannung V₁ angelegt werden kann und dessen Sekundärwicklung 612 die Lampe 602 mit dem erhöhten Wert der Spannung V₁ zündet. Bei dieser Ausführungsform ist ein Kondensator 614 parallel zu einer Reihenschaltung der Primärwicklung 610 und einem steuerbaren Schalter 618 bereitgestellt. Der Kondensator 614 kann jede gewünschte Kapazität, beispielsweise zwischen etwa 10 μF und 100 F, aufweisen. Der Schalter 618 kann beispielsweise jeder geeignete manuelle Schalter, jedes geeignete elektromagnetische Relais oder jede geeignete Festkörpervorrichtung sein.
Bei dieser Ausführungsform kann der Kondensator 614 parallel zu einem Widerstand 616 und einer Diode 620, die in Reihe mit dem Widerstand 616 bereitgestellt ist, angeschlossen sein. Beim Laden des Kondensators 614 wirkt der Widerstand 616 als Strombegrenzer und/oder Blindlast. Der Kondensator 614 wird aufgeladen, wenn die Versorgungsspannung V₁ an den Knoten N₁ und N₂ aktiviert ist. Die Spannung V₁ kann eine Wechselspannung sein, die über eine Direktleitung oder eine Transformatorausgabe angelegt wird. Die Spannung V₁ kann einstellbar sein und im Bereich von zwischen etwa 200 VAC und 1000 VAC liegen.
Der Zündschaltkreis 606 stellt die Zündenergie mit Hilfe eines Impulsschalters 622 bereit. Zu diesem Zweck ist der Zündschaltkreis 606 mit der Sekundärwicklung 612 des Zündtransformators 608 versehen. Ein Widerstand 624, der mit der Diode 626 in Reihe geschaltet ist, ist mit der Sekundärwicklung 612 und dem Impulsschalter 622 in Reihe bereitgestellt. Ein Kondensator 628, der parallel zu einem Nebenschlusswiderstand 630 angeordnet ist, befindet sich in Reihenschaltung mit der Sekundärwicklung 612. Der Kondensator 628 kann jede gewünschte Kapazität aufweisen, zum Beispiel zwischen etwa 0,5 μF und 100 μF. Der Kondensator 628 kann von einer Spannung V₂ geladen werden, die an die Knoten N₃ und N₄ angelegt wird. Die Spannung V₂ kann eine Wechselspannung sein, die über eine Direktleitung oder eine Transformatorausgabe angelegt werden kann. Die Spannung V₂ kann einstellbar sein und im Bereich von zwischen etwa 500 VAC und 1000 VAC liegen. Alternativ können die Knoten N₁ und N₂ der Einfachheit halber elektrisch mit den Knoten N₃ und N₄ gekoppelt sein, so dass sie dieselbe Stromquelle gemeinsam nutzen.
9B zeigt eine Ausführungsform des Primärschaltkreises 604 und des Zündschaltkreises 606, wobei die Schalter 618 und 619 geschlossen sind, um zu ermöglichen, dass die Versorgungsspannung V₁ zwischen den Knoten N₁ und N₂ angelegt wird, um mit dem Laden über den Widerstand 616 des Kondensators 614 zu beginnen. Gleichzeitig wird der Kondensator 628 des Zündschaltkreises 606 über den Widerstand 624 geladen, wobei die Spannung V₂ zwischen den Knoten N₃ und N₄ angelegt wird.
9C zeigt eine Ausführungsform, bei der, wenn der Kondensator 614 auf eine gewünschte Kapazität geladen wird, der Schalter 618 geöffnet werden kann und der Schalter 619 geöffnet werden kann, wodurch die Wirkung der Versorgungsspannung V₁ auf den Kondensator 614 entfernt wird und einer Spannung V_c ermöglicht wird, vom Kondensator 614 an die Primärwicklungen 610 angelegt zu werden. Der Impulsschalter 622 kann geschlossen werden, um dem Kondensator 628 zu ermöglichen, sich zu entladen, so dass eine Spannung V_t an die Sekundärwicklungen 612 angelegt wird. Gemäß dem Übertragungsverhältnis des Zündtransformators 608 erzeugt ein Stromfluss eine erhöhte Spannung in den Primärwicklungen 610, die groß genug ist, um die Lampe 602 mit Energie zu versorgen.
Wie in 9D gezeigt, kann der Schalter 622, nachdem die Lampe 602 wie gewünscht mit Strom versorgt worden ist, freigegeben (d.h. geöffnet) werden und der Schalter 619 kann geschlossen werden, um dem Kondensator 614 zu ermöglichen, fortzufahren, sich über die Blindlast zu entladen, die durch den Widerstand 616 angelegt wird. Bei dieser Konfiguration beginnt der Kondensator 628 des Zündschaltkreises 606, wieder aufgeladen zu werden, sobald der Schalter 622 geöffnet ist. Der Primärschaltkreis 604 kann beim Schließen des Schalters 618 wieder aufgeladen werden.
10 ist eine Ausführungsform eines Stromversorgungskreises 700, der unter Verwendung der unter Bezugnahme auf 9A–9D beschriebenen Prinzipien konfiguriert ist. Diese Ausführungsform veranschaulicht die Vielseitigkeit des Stromversorgungskreises 700. Wie am besten unter Bezugnahme auf 10 verständlich, können Kondensatoren 708 von einer Vielzahl von Primärschaltkreisen 706 aufeinander gestapelt werden, um in Verbindung miteinander verwendet zu werden, um die Ladungsspeicherkapazität der Stromversorgung 700 zu erhöhen. Die gestapelten Kondensatoren 708 bilden eine erste Baugruppe 709. Alle Primärschaltkreise 706 können beim Schließen der Schalter oder Relais 707 miteinander verbunden werden. Wenn die Kapazität der Spannung erhöht wird, kann eine Vielzahl von Kondensatorbaugruppen, wie beispielsweise eine zweite Baugruppe 711 und eine dritte Baugruppe 713, mit Hilfe eines Satzes von Schaltern 714 mit der ersten Baugruppe 709 parallel geschaltet werden. Die Baugruppen 709, 711 und 713 können zusammen verwendet werden, um die Kapazität und damit den an die Lampe 602 angelegten Strompegel zu variieren.
10 veranschaulicht eine zusätzliche Vielseitigkeit der Stromversorgung 700. Zum Beispiel kann die Wechselstromquelle 702 so konfiguriert sein, dass sie eine variable Spannung bereitstellt, die zum Beispiel im Bereich zwischen etwa 200 VAC und etwa 1000 VAC liegt. Zudem kann der Widerstand 704 des Primärschaltkreises eine Halogenlampe oder eine ähnliche Vorrichtung sein, die verwendet werden kann, um Wärmeenergie abzugeben und ebenfalls eine visuelle Anzeige bereitzustellen, dass der Kondensator in dem Schaltkreis geladen oder entladen wird.
11 ist eine Ausführungsform eines Stromversorgungskreises 800, der die unter Bezugnahme auf 9A–9D beschriebenen Prinzipien mit der zusätzlichen Fähigkeit, eine ununterbrochene Stromversorgung der Lampe 602 zu ermöglichen, verwendet. Dementsprechend kann der Stromversorgungskreis 800 eine Flash-Einwirkung der Strahlungsenergie der Lampe 602 bereitstellen, gefolgt von einer ununterbrochenen Komponente der Einwirkung der Strahlungsenergie der Lampe 602. Der Stromversorgungskreis 800 umfasst den Stromkreis 802, wobei die Schalter 804 und 806 in geschlossenem Zustand ermöglichen, dass eine Versorgungswechselspannung V₁ zwischen den Knoten N₁ und N₂ angelegt wird, um mit dem Laden des Kondensators 810 über den Widerstand 808 zu beginnen.
Gleichzeitig wird der Kondensator 812 des Zündschaltkreises 814 über den Widerstand 816 geladen. Ein Satz Dioden 818 ist bereitgestellt, um die Wechselspannungsversorgung in eine Gleichspannungsversorgung umzuwandeln. Wenn die Kondensatoren 810 und 812 auf gewünschte Kapazitäten geladen sind, wird der Schalter 820 geschlossen, wodurch einer Spannung V₂ ermöglicht wird, vom Kondensator 810 an die Primärwicklungen 822 angelegt zu werden. Der Impulsschalter 824 kann geschlossen werden, um zu ermöglichen, dass sich der Kondensator 812 entlädt, so dass eine Spannung V₃ an die Sekundärwicklungen 826 angelegt wird. Gemäß dem Übersetzungsverhältnis des Zündtransformators 826 erzeugt ein Stromfluss eine erhöhte Spannung in den Primärwicklungen 822, die groß genug ist, um die Lampe 602 mit Strom zu versorgen. Wenn der Zündschalter 824 geöffnet wird, bleibt die Spannung V₂ an den Primärwicklungen, um der Lampe 602 zu ermöglichen, mit Strom versorgt zu bleiben und damit eine Strahlungsenergieausgabe zu erzeugen. Auf diese Weise kann die Entladezeit gesteuert werden.
Die vorliegende Erfindung überwindet viele der Nachteile von RTP-Systemen unter Verwendung von Halogenlampen für die Erwärmung. Zum Beispiel erzeugen Halogenlampen des Filament-Typs Breitbandenergie, von der ein großer Anteil nicht verwendet werden kann, um die aktive Schicht des Wafers zu erwärmen. Um die Menge an verwendbaren Wellenlängen bei der Lampe des Filament-Typs zu erhöhen, wird der der Lampe zugeführte Strom erhöht. Leider verschiebt dieser Anstieg des Stroms die Spitzenintensität. Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Bogenlampe verschiebt die Spitzenintensität bei einem Anstieg des Stroms nicht und kann daher so beschaffen sein, dass sie bei einer Spitzenintensität arbeitet, die in dem verwendbaren Band von Wellenlängen liegt. Als Folge wird der hinzugefügte Strom an der aktiven Schicht effizienter verbraucht.
Daher ist die Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims

System zur Schnellwärmeverarbeitung eines Substrats (108), wobei das System Folgendes umfasst: eine Strahlungsenergiequelle (202); dadurch gekennzeichnet, dass das System des Weiteren Folgendes umfasst: eine Reflexionskammer (212), die die Strahlungsenergiequelle (202) umgibt; einen Strahlungsauslasskanal (214), der dafür konfiguriert ist, Strahlungsenergie darin zu konzentrieren und zu ermöglichen, dass mindestens ein Teil der konzentrierten Strahlungsenergie aus der Reflexionskammer (212) entweichen kann und auf eine Oberfläche des Substrats (108) auftreffen kann, wobei die Strahlungsenergiequelle (202) dafür konfiguriert ist, einer Flash-Behandlung unterzogen zu werden, um eine aktive Schicht (224) des Substrats (108) zu erwärmen.
System nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsenergiequelle (202) eine Vielzahl von Lampen mit starker Intensität umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das Substrat in einer nicht oxydierten Umgebung untergebracht ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Reflexionskammer (212) eine Reflexionsfläche zum Fokussieren von Strahlungsenergie von der Strahlungsenergiequelle (202) auf einen ersten Brennpunkt (203) umfasst, damit die Strahlungsenergie auf eine Oberfläche eines Substrats (108) für eine Dauer von zwischen etwa 1 Nanosekunde und 10 Sekunden auftrifft, um die Temperatur einer aktiven Schicht (224) des Substrats (202) während der im Wesentlichen momentanen Dauer auf zwischen 500°C und etwa 1400°C zu erhöhen.
System nach Anspruch 4, wobei ein Energiefluss, der von dem ersten Brennpunkt (203) ausgeht, auf die Oberfläche des Substrats (108) auftrifft.
System nach Anspruch 4, wobei die Strahlungsenergiequelle (108) eine Xe-Lichtbogenlampe umfasst.
Verfahren zur Schnellwärmeverarbeitung eines Substrats (108), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Kammer (216), die Folgendes umfasst: eine Strahlungsenergiequelle (202), eine die Energiequelle (212) umgebende Reflexionskammer, und ein Strahlungsauslasskanal (214), der so konfiguriert ist, dass er Strahlungsenergie darin konzentriert, wobei der Auslasskanal einen Schlitz (222) abgrenzt; Konzentrieren der Strahlungsenergie durch den Schlitz (222); und Flash-Behandeln der Strahlungsenergiequelle (202), damit diese auf eine Oberfläche eines Substrats (108) auftrifft, um eine aktive Schicht (224) des Substrats zu erwärmen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Temperatur der aktiven Schicht (224) zwischen 500°C und 1400°C liegt.
System nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Flash-Behandlung eine Dauer von zwischen 1 Nanosekunde und 10 Sekunden aufweist.
System nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Reflexionskammer (212) eine innere Fläche umfasst, die mit einem Material beschichtet wurde, das aus der Gruppe genommen wurde, die aus Gold und Silber besteht.
System nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Reflexionskammer (212) Wellenlängen von weniger als 900 nm reflektiert.
Verfahren zur Schnellwärmeverarbeitung eines Substrats (108), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Kammer (216), die eine Strahlungsenergiequelle (202) umfasst, wobei eine Reflexionskammer die Energiequelle (212) umgibt, und ein Strahlungsauslasskanal (214) so konfiguriert ist, dass er Strahlungsenergie darin konzentriert, wobei der Auslasskanal einen Schlitz (222) abgrenzt; Bereitstellen einer Kammer (216), die Folgendes umfasst: eine Strahlungsenergiequelle (202), eine die Energiequelle (212) umgebenende Reflexionskammer, und ein Strahlungsauslasskanal (214), der so konfiguriert ist, dass er Strahlungsenergie darin konzentriert, wobei der Auslasskanal einen Schlitz (222) abgrenzt; Konzentrieren der Strahlungsenergie durch den Schlitz (222); Erhöhen des Leistungspegels der Strahlungsenergiequelle (202) auf einen Spitzenleistungspegel, um eine aktive Schicht (224) eines Substrats (108) für eine erste im Wesentlichen momentane Zeitdauer einer ersten Strahlungsenergie auszusetzen; und danach Aufrechterhalten eines zweiten Leistungspegels der Strahlungsenergiequelle (202), der niedriger als der erste Leistungspegel ist, um ein Volumen des Substrats (108) für eine zweite Zeitdauer einer zweiten Strahlungsenergie auszusetzen, wobei die erste Zeitdauer zwischen 1 Nanosekunde und 10 Sekunden und die zweite Zeitdauer zwischen null Sekunden und 3600 Sekunden liegt.
System nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 7 oder 12, wobei die Strahlungsenergiequelle (202) eine Lampe mit starker Intensität umfasst.
System nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 7 oder 12, wobei die Strahlungsenergie eine Energiedichte von zwischen 0,5 J/cm² und 100 J/cm² umfasst.
System nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 7 oder 12, wobei die aktive Schicht (224) einen Teil des Substrats (108) zwischen 0,05 μm und 1 mm unterhalb einer Oberfläche des Substrats (108) umfasst.
System oder Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Lampe mit starker Intensität eine Strömungsröhre (512) umfasst, die ein Kühlfluid enthält.
System oder Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Lampe mit starker Intensität eine Xe-Lichtbogenlampe umfasst.