專利名稱：用于熱處理室的圓筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理，更具體地涉及用在諸如快速熱處理(RTP)室之類的熱處理室中的支撐圓筒。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)市場(chǎng)一直需要更大的存儲(chǔ)器容量、更快的切換速度以及更小的特征尺寸。工業(yè)上已采取的滿足這些要求的主要步驟之一是將在大爐子中批量處理多個(gè)襯底(例如硅晶片)的方法轉(zhuǎn)變?yōu)樵谛〉姆磻?yīng)室中處理單個(gè)襯底。
當(dāng)前，工程師們?cè)谠黾影雽?dǎo)體產(chǎn)率的同時(shí)，一直在努力增加半導(dǎo)體襯底的處理量。這里提及的半導(dǎo)體襯底通常包括用于超大規(guī)模集成(ULSI)電路的半導(dǎo)體晶片。
一般地，在這種反應(yīng)室中進(jìn)行四個(gè)基本的工藝過(guò)程，也就是分層、圖案化、摻雜和熱處理。熱處理指幾種不同的工藝過(guò)程，包括快速熱處理(RTP)、快速熱退火(RTA)、快速熱清洗(RTC)、快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、快速熱氧化(RTO)和快速熱氮化(RTN)。
在一種RTP工藝過(guò)程中，在氮?dú)?N2)氛圍中、在幾百攝氏度的溫度下將晶片裝載進(jìn)處理室內(nèi)。晶片溫度上升至反應(yīng)狀態(tài)，通常溫度在約850℃-1200℃范圍內(nèi)。使用大量熱源來(lái)升高溫度，例如鹵鎢燈，其用輻射的方式加熱晶片。反應(yīng)氣體可以在溫度上升之前、在溫度上升過(guò)程中或溫度上升之后導(dǎo)入。例如，可導(dǎo)入氧氣來(lái)生長(zhǎng)二氧化硅(SiO2)。
熱處理過(guò)程中在半導(dǎo)體襯底表面上的熱處理的均勻性對(duì)于生產(chǎn)均勻的半導(dǎo)體器件是至關(guān)重要的。例如，在通過(guò)RTO或RTN形成互補(bǔ)型金屬-氧化物-半導(dǎo)體(CMOS)柵電介質(zhì)的具體應(yīng)用中，柵電介質(zhì)的厚度、生長(zhǎng)溫度和均勻性都是影響整個(gè)器件性能和半導(dǎo)體產(chǎn)量的關(guān)鍵參數(shù)。目前，CMOS器件的介電層可制成僅60-80A(10-10m)厚，對(duì)于這樣的厚度，均勻性必須保持在幾個(gè)百分比以內(nèi)。這種水平的均勻性要求高溫處理過(guò)程中襯底上溫度的變化不能超過(guò)幾個(gè)攝氏度(℃)。因此，使溫度的非均勻性達(dá)到最小化的技術(shù)是非常重要的。
溫度均勻性為包括膜沉積、氧化物生長(zhǎng)和蝕刻的各種工藝步驟提供了襯底上均勻的工藝變量(例如，層厚度、電阻率和蝕刻深度)。此外，襯底中的溫度均勻性對(duì)于防止諸如翹曲、缺陷生成和滑移之類的熱應(yīng)力誘導(dǎo)的晶片損傷也是必要的。這種類型的損傷是由溫度梯度造成的，而溫度均勻性可使溫度梯度達(dá)到最小。在高溫處理過(guò)程中晶片經(jīng)常無(wú)法忍受即使是很小的溫差。例如，如果1200℃下允許溫差上升到1-2℃以上，則最終的應(yīng)力可能造成硅晶體中的滑移。所得的滑移平面將破壞它們穿過(guò)的任意器件。為達(dá)到這種水平的溫度均勻性，可靠的實(shí)時(shí)多點(diǎn)溫度測(cè)量對(duì)于閉環(huán)溫度控制是必須的。
達(dá)到溫度均勻性的一種方式是在處理過(guò)程中旋轉(zhuǎn)襯底。這樣消除了溫度對(duì)于方位自由度的依賴。由于垂直于晶片表面的襯底中心軸與旋轉(zhuǎn)軸128共線，所以沿著晶片的任意環(huán)(在任意半徑上)的所有點(diǎn)都暴露在同樣量的照度下。通過(guò)提供許多高溫計(jì)和反饋系統(tǒng)，甚至殘留的徑向溫度依賴性都能基本消除，并且在整個(gè)襯底上都能獲得并保持可接受的溫度均勻性。
圖1示出了當(dāng)前使用的一種類型的機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例。這種類型的裝置類似于美國(guó)加利福尼亞州Santa Clara應(yīng)用材料公司使用并銷售的裝置。1992年10月13日授權(quán)、并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的題為“RapidThermal Heating Apparatus and Method”的美國(guó)專利No.5,155,336中提供了這種裝置的某些細(xì)節(jié)，這里引用該專利作為參考。在這種類型的機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置中，襯底支架可旋轉(zhuǎn)地裝在軸承組件上，而軸承組件耦合到真空密封的驅(qū)動(dòng)組件上。例如，圖1描繪了這利裝置的局部截面視圖。晶片102置于邊緣環(huán)104上，而邊緣環(huán)104通過(guò)摩擦裝配在圓筒106上。圓筒106坐在磁性的上軸承座圈108的凸緣上。上軸承座圈108設(shè)置在阱110內(nèi)，并相對(duì)于下軸承座圈118由許多軸承滾珠122(圖中僅示出了一個(gè))支撐著。下軸承座圈118裝在室基底120上。水冷卻反射體124置于室基底120上作為溫度測(cè)量裝置的一部分。溫度測(cè)量裝置依賴于在反射體124、晶片102、邊緣環(huán)104和圓筒106之間形成的反射體空腔122或黑體來(lái)精確地測(cè)量晶片102的溫度。這種黑體或反射體空腔的其他細(xì)節(jié)可在申請(qǐng)人的美國(guó)專利6,174,080；6,007,241；6,406,179；6,374,150；6,226,453；或6,183,130中找到，所有這些專利都在這里加以引用。溫度測(cè)量裝置通常包括嵌在室基底120中的許多高溫計(jì)。
磁鐵114的位置鄰近室基底120的對(duì)著上磁性軸承座圈108的部分。磁鐵114裝在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁環(huán)116上。磁鐵114通過(guò)室基底120與磁性軸承座圈108磁耦合。由于上軸承座圈108與磁鐵114磁耦合，所以通過(guò)機(jī)械地使磁鐵114繞著中心軸128旋轉(zhuǎn)，上軸承座圈108也可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。具體地，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩從電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁環(huán)116傳遞到上軸承座圈108。上軸承座圈108的這種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致通過(guò)圓筒106和邊緣環(huán)104而耦合到上軸承座圈的晶片102進(jìn)行所期望的旋轉(zhuǎn)。
最近的進(jìn)展是已引入了磁懸浮裝置來(lái)避免由于軸承滾珠122和座圈之間的接觸以及為軸承裝置使用潤(rùn)滑油而生成顆粒。Tietz等的美國(guó)專利No.6,157,106中描述了這種磁懸浮裝置，這里也引用了其內(nèi)容作為參考。
如上提到的，溫度測(cè)量裝置的精確的溫度測(cè)量值是關(guān)鍵的工藝參數(shù)。因此，將溫度測(cè)量裝置和上軸承座圈108與熱源(未示出)產(chǎn)生的輻射進(jìn)行熱隔離是重要的。因此，支撐圓筒106通常由陶瓷或石英材料制成，這是因?yàn)樗鼈兙哂袃?yōu)異的絕熱性能。已發(fā)現(xiàn)合適的導(dǎo)熱率值的一個(gè)范圍是約1.5到2.5(J-kg-m)/(m2-sec-℃)。此外，陶瓷和石英具有熱穩(wěn)定性，并且對(duì)于在熱處理中通常使用的化學(xué)物呈惰性。
但是，熱源產(chǎn)生的紅外輻射可透過(guò)這些材料(陶瓷和石英)。由此，在沒(méi)有不透光遮蓋物的情況下，紅外輻射將穿過(guò)支撐圓筒，并干擾溫度測(cè)量裝置正在進(jìn)行的高靈敏性的溫度測(cè)量。因此，支撐圓筒通常涂有紅外輻射無(wú)法透過(guò)的材料，例如多晶硅。
諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)之類的化學(xué)沉積工藝通常用來(lái)為圓筒涂布多晶硅。這種CVD工藝通常在包括熱源的CVD反應(yīng)室，或稱之為鐘罩室(bell jar chamber)中進(jìn)行。將多個(gè)支撐銷(通常為3個(gè))放置在熱源頂部上。再將圓筒面朝下地放置在這些銷上，也就是支撐圓筒的頂部接觸支撐銷。然后密封CVD室，將形成多晶硅的氣體泵入反應(yīng)室內(nèi)。本領(lǐng)域中公知，加熱該室，則隨后多晶硅層在支撐圓筒上形成。1100℃下，多晶硅沉積在支撐圓筒上的速度約為2.3μm/min。
這種工藝對(duì)于200mm半導(dǎo)體晶片所用的支撐圓筒效果相對(duì)較好。但是，由于工業(yè)界已轉(zhuǎn)向生產(chǎn)300mm半導(dǎo)體晶片，所以現(xiàn)有的圓筒和生產(chǎn)方法已具有許多缺陷。
一種這樣的缺陷在于難以在圓筒上涂布均勻的硅層。由于300mm支撐圓筒的大尺寸或體積，以及圓筒較好的絕熱性能，所以難以在CVD室內(nèi)均勻地加熱圓筒。的確，人們對(duì)如何均勻地加熱石英是缺乏了解的。使用1D熱源(例如感受器)將薄(0.3″)而高(1″)的石英圓筒(外徑13″)加熱至均勻的溫度是較難的，由于這種工藝的溫度依賴性，所以均勻地涂布圓筒也比較困難。這種對(duì)支撐圓筒的非均勻加熱導(dǎo)致在支撐圓筒的表面上形成不均勻的多晶硅層，如在圖2A中以放大的圓筒截面視圖所示的。這種不均勻的多晶硅層可能損害圓筒對(duì)紅外的非透過(guò)性。的確，圓筒的某些區(qū)域204可能具有較厚的多晶硅層，但是其他區(qū)域202則根本沒(méi)有多晶硅層。如上所提到的，如果圓筒允許紅外輻射透過(guò)反射體空腔124(圖1)，則可能測(cè)得錯(cuò)誤的溫度測(cè)量值，從而導(dǎo)致不準(zhǔn)確的溫度控制，最終造成有缺陷的半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體產(chǎn)量下降。
另一缺陷在于多晶硅層的破裂，如圖2B中所示的，即第二張放大的支撐圓筒截面視圖。石英和多晶硅的熱膨脹系數(shù)不同，因此，以不同的速度加熱和冷卻。石英和多晶硅的熱膨脹系數(shù)在室溫到1000℃之間分別為0.5和3.8(ppm/℃)或(10-6/in/in/℃)。
當(dāng)目前的多晶硅層以不同于石英的冷卻速度冷卻時(shí)，在多晶硅204中會(huì)形成裂縫206。裸眼會(huì)看到多晶硅中的這些裂縫206在圓筒表面上呈現(xiàn)蛇皮狀的外觀。具有這種蛇皮狀外觀的圓筒會(huì)被當(dāng)作有缺陷的部件而直接報(bào)廢。由此，生產(chǎn)可接受的圓筒的成本較高。
這利對(duì)支撐圓筒的不均勻加熱的另一個(gè)缺陷在于多晶硅可能在支撐圓筒的某個(gè)點(diǎn)處過(guò)度生長(zhǎng)，而在其他點(diǎn)處卻不這樣。這種過(guò)度生長(zhǎng)通常呈現(xiàn)樹(shù)突、凸出體或節(jié)瘤的形狀，如在圖2C中示出的支撐圓筒的第二張放大的截面視圖所示的。當(dāng)邊緣環(huán)104(圖1)置于圓筒上時(shí)，樹(shù)突或節(jié)瘤208可能造成邊緣環(huán)不適當(dāng)?shù)?，也就是沒(méi)有恰好地坐在支撐圓筒的頂部上。這可能導(dǎo)致邊緣環(huán)不穩(wěn)定地坐在圓筒上，以及/或者晶片不對(duì)稱地或偏心地旋轉(zhuǎn)。此外，樹(shù)突的形成可能影響晶片離熱源或燈的高度。這可能不利地影響到晶片上每個(gè)點(diǎn)所暴露的溫度和/或高溫計(jì)126(圖1)所測(cè)得的溫度測(cè)量值。此外，樹(shù)突或節(jié)瘤由于允許要阻擋的紅外輻射在支架環(huán)104(圖1)和支撐圓筒106(圖1)之間穿過(guò)，所以可能損害反射體空腔124(圖1)。換句話說(shuō)，樹(shù)突可能造成圓筒和支架環(huán)之間的裝配不嚴(yán)密，并/或破壞支架環(huán)與圓筒之間的絕熱。這些缺陷最終導(dǎo)致半導(dǎo)體器件存在缺陷以及半導(dǎo)體產(chǎn)量下降。
由此，迫切需要一種較容易制造的、具有均勻的多晶硅層、沒(méi)有樹(shù)突和/或節(jié)瘤、并且不含破裂的多晶硅層的紅外輻射無(wú)法透過(guò)的圓筒。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了用在諸如RTP室之類的半導(dǎo)體熱處理裝置中的圓筒。圓筒包括核心(core)和覆蓋大部分核心的涂層。核心由耐熱或絕熱材料制成。這個(gè)核心具有內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁以及相對(duì)的第一端和第二端。外側(cè)壁比內(nèi)壁更遠(yuǎn)離圓筒的中心縱向軸。第一端被成形為接觸支撐半導(dǎo)體襯底的邊緣環(huán)。涂層基本不能透過(guò)紅外輻射，并覆蓋核心的所有外表面，但不包括第一端。核心優(yōu)選由石英或陶瓷制成，而涂層優(yōu)選由多晶硅制成。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，在內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁的涂層累積厚度在約60μm-100μm之間，更優(yōu)選在約70μm-90μm之間，最優(yōu)選在約75μm-85μm之間。所述累積厚度是涂層在內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁的總厚度，也就是A+B(圖3)。涂層優(yōu)選具有基本均勻的厚度。而且在優(yōu)選的實(shí)施例中，內(nèi)側(cè)壁在第一端附近至少部分地向外側(cè)壁傾斜。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種制造用在諸如RTP室之類的熱處理裝置中的圓筒的方法。首先，提供反應(yīng)室和耐熱的圓筒狀核心。核心具有內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁以及相對(duì)的第一端和第二端。第一端被成形為支撐邊緣環(huán)。核心放置在反應(yīng)室內(nèi)的環(huán)上，并且第一端接觸該環(huán)。密封反應(yīng)室并將其加熱至約1100℃。然后將生成涂層的氣體注入反應(yīng)室內(nèi)。這樣在核心的幾乎所有外表面上都沉積出涂層，但不包括第一端。涂層是對(duì)紅外輻射是基本不透明的。控制這種加熱和注入，從而使得涂層的沉積以約1.6μm/min-1.8μm/min的速度進(jìn)行。核心是石英或陶瓷，涂層是多晶硅。
由此，以上所述的圓筒具有足以阻擋紅外輻射的均勻的多晶硅涂層。這種均勻的多晶硅涂層沒(méi)有樹(shù)突和/或節(jié)瘤，從而允許邊緣環(huán)穩(wěn)定地坐在圓筒的第一端上。這樣還解決了由于邊緣環(huán)不恰當(dāng)?shù)刈趫A筒上而可能造成的任意偏心旋轉(zhuǎn)問(wèn)題。而且，這種圓筒防止了輻射通過(guò)圓筒和邊緣環(huán)之間的界面而進(jìn)入反射體空腔內(nèi)。最后，這種均勻的多晶硅涂層不會(huì)破裂，從而避免了部件報(bào)廢。
由此，均勻的涂層提供了更好的晶片溫度均勻性，允許更好的溫度測(cè)量和溫度控制，以及更好的可重現(xiàn)性。


結(jié)合附圖，從下面詳細(xì)的描述和所附權(quán)利要求中可更清楚地理解本發(fā)明的其他方面和特征，其中圖1是熱處理室的局部截面視圖；圖2A是具有不均勻多晶硅層的現(xiàn)有技術(shù)的圓筒的放大截面視圖；圖2B是多晶硅層中有裂縫的現(xiàn)有技術(shù)的圓筒的放大截面視圖；圖2C是具有由多晶硅層形成的樹(shù)突或節(jié)瘤的現(xiàn)有技術(shù)的圓筒的放大截面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓筒的截面視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的沉積裝置的截面視圖；圖5是利用圖4的沉積裝置制造圖3的圓筒的方法的流程圖；圖6A示出了使用非均勻圓筒的溫度對(duì)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)曲線；以及圖6B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，使用具有均勻的、更薄的涂層的圓筒的溫度對(duì)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)曲線。
所有視圖中類似的標(biāo)號(hào)表示相應(yīng)的部件。為方便表述，任何標(biāo)號(hào)的第一個(gè)數(shù)字一般表示標(biāo)號(hào)首次在其中示出的圖的序號(hào)。例如，102可在圖1中找到，而308可在圖3中找到。
具體實(shí)施例方式
圖3是圓筒300的截面視圖。完整的圓筒是筒形或環(huán)狀。支撐晶片的邊緣環(huán)104在圓筒300的上方示出。使用時(shí)，邊緣環(huán)104置于圓筒300上。圓筒300包括由涂層302覆蓋的核心304。核心304優(yōu)選由具有較好的絕熱性能的陶瓷或石英材料制成。圓筒300還優(yōu)選由對(duì)在熱處理環(huán)境中通常使用的化學(xué)物呈化學(xué)惰性的材料制成。
涂層302不能透過(guò)紅外輻射。在優(yōu)選的實(shí)施例中，涂層是多晶硅。涂層302還優(yōu)選具有基本均勻的厚度，也就是說(shuō)，厚度A等于厚度B。
圓筒300具有為了與邊緣環(huán)104接觸而設(shè)計(jì)的第一端306，和遠(yuǎn)離所述第一端306而在末端的第二端308。第一端和第二端優(yōu)選都與圓筒的旋轉(zhuǎn)軸128(圖1)垂直。圓筒300還包括內(nèi)側(cè)壁310和相對(duì)的外側(cè)壁312。內(nèi)側(cè)壁310比外側(cè)壁312更靠近旋轉(zhuǎn)軸128(圖1)。內(nèi)側(cè)壁310和外側(cè)壁312都從第一端306延伸至第二端308。
沿著第一端和第二端之間的圓筒的長(zhǎng)度方向，圓筒優(yōu)選包括第一區(qū)314和第二區(qū)316。第一區(qū)314更靠近第一端306，而第二區(qū)316更靠近第二端308。在第二區(qū)316，內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁優(yōu)選為彼此平行。但是，在第一區(qū)，內(nèi)側(cè)壁310優(yōu)選為從與第二區(qū)的接點(diǎn)處逐漸向外側(cè)壁312傾斜至第一端306。這樣允許外側(cè)壁保持筆直/平直以與邊緣環(huán)匹配。
在另一個(gè)實(shí)施例中，外側(cè)壁312從與第二區(qū)的接點(diǎn)處逐漸向內(nèi)側(cè)壁310傾斜至第一端306。在另一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)側(cè)壁310和外側(cè)壁312從與第二區(qū)的接點(diǎn)處互相向?qū)Ψ絻A斜至第一端306。在任意結(jié)構(gòu)中，垂直于旋轉(zhuǎn)軸128(圖1)的第一端306處的區(qū)域優(yōu)選為小于垂直于旋轉(zhuǎn)軸128(圖1)的第二端308處的區(qū)域。這樣允許邊緣環(huán)104與圓筒300之間更好地絕熱。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，涂層308覆蓋核心304的外表面，但不包括圓筒300的垂直于旋轉(zhuǎn)軸128(圖1)的第一端306。第一端306沒(méi)有涂層從而為邊緣環(huán)104置于其上準(zhǔn)備了一個(gè)平面。由于涂層302沒(méi)有施加在第一端306上，所以第二端306和邊緣環(huán)104之間的配合可更好地控制。而且，核心304的第一端306優(yōu)選為機(jī)械加工的，這樣允許形成更精確的與旋轉(zhuǎn)軸基本垂直的邊緣。邊緣環(huán)104優(yōu)選由不透過(guò)紅外輻射的碳化硅(SiC)制成。由此，第一端306不必涂布不透明的涂層302，因?yàn)榈谝欢?06和邊緣環(huán)104之間形成的邊界不允許輻射穿過(guò)而進(jìn)入反射體空腔124內(nèi)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，涂層厚度A加上涂層厚度B，或稱之為累積厚度，在約60μm-100μm之間，也就是60μm≤A+B≤100μm。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，厚度A加上厚度B在約70μm-90μm之間，也就是70μm≤A+B≤90μm。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，厚度A加上厚度B在約75μm-85μm之間，也就是75μm≤A+B≤85μm。已發(fā)現(xiàn)這些厚度足以阻止輻射進(jìn)入反射體空腔124內(nèi)。
以前認(rèn)為如以上描述的較薄的涂層不能對(duì)要阻擋的輻射提供足夠的隔離。但是，已發(fā)現(xiàn)更薄的均勻涂層可以對(duì)要阻擋的輻射提供滿意的隔離。例如，圖6A示出了使用涂層累積厚度大于約100微米(μm)的非均勻圓筒的溫度—時(shí)間的實(shí)驗(yàn)曲線600。圖6B是使用具有70μm的均勻涂層的圓筒的溫度—時(shí)間的實(shí)驗(yàn)曲線602。獲得這些曲線的實(shí)驗(yàn)測(cè)量了RTP室中300mm裸晶片的溫度。裸晶片是其上沒(méi)有形成任何半導(dǎo)體的晶片。T1-T7代表從晶片中心徑向排開(kāi)的7個(gè)高溫計(jì)所測(cè)得的溫度測(cè)量值。由標(biāo)號(hào)604和606所標(biāo)記的區(qū)域表明溫度讀數(shù)最初的猛增，意味著輻射泄漏通過(guò)圓筒。根據(jù)每個(gè)高溫計(jì)的位置及室的不同，各高溫計(jì)的超出(overshoot)程度并不相同。從曲線中可以看到，區(qū)域604和606中高溫計(jì)所測(cè)得的溫度讀數(shù)幾乎沒(méi)有差異(如果有的話，差異也極小)。由此，具有70μm的均勻涂層的圓筒防止輻射泄漏的能力等同于具有100μm的非均勻涂層的圓筒。
圖4是用于在圓筒300的核心304上沉積不透明涂層302的沉積裝置400的截面視圖，而圖5是向核心304上沉積涂層302的方法的流程圖500。合適的裝置是最初由GEMINI制造并由CIBE SYSTEMS維護(hù)的Gemini III反應(yīng)器。裝置400包括基座402、嵌在基座402內(nèi)的熱源(未示出)和蓋子404。熱源優(yōu)選為石墨感受器(graphite receptor)和/或電阻式加熱器。蓋子404固定在基座402上以在其內(nèi)形成反應(yīng)室414。
應(yīng)用時(shí)，在步驟502，將固定環(huán)406放進(jìn)反應(yīng)室414內(nèi)。固定環(huán)優(yōu)選由碳化硅制成(邊緣環(huán)也優(yōu)選由同樣的材料制成)。在步驟504，將核心304的第一端306(圖3)與邊緣環(huán)接觸，也就是圓筒300的第一端朝下放置。在步驟506，密封反應(yīng)室414。然后在步驟508，熱源將反應(yīng)室414加熱至所希望的處理溫度。在優(yōu)選的實(shí)施例中，反應(yīng)室被加熱至約1100℃-1250℃。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，該室被加熱至1220℃+/-5℃。接著在步驟510，形成涂層302的沉積氣體412被注入反應(yīng)室414內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，這種氣體是氦(He)載氣中的三氯硅烷(TCS)。在步驟512，注入氣體與熱的反應(yīng)使得多晶硅層沉積在核心304的所有暴露表面上，但不包括被固定環(huán)406所掩蓋的核心的第一端306(圖3)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，涂層302在約1220℃+/-5℃下以約1.6μm/min-1.8μm/min的沉積速度沉積在核心304上。這種沉積速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)，從而允許更好地控制沉積。這種可控性的增加允許在核心上形成厚度基本均勻的涂層。而且，這種增加的可控性減少或基本消除了樹(shù)突和節(jié)瘤的形成。這種更薄的涂層還減少或消除了多晶硅的破裂。
前面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例的描述是為說(shuō)明和描述的目的而提供的。它們并非意在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明恰好限制在所公開(kāi)的形式。顯然，根據(jù)以上的教導(dǎo)，許多改進(jìn)和變化都是可能的。例如，可使用不同的涂布技術(shù)。所選擇并描述的實(shí)施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)施應(yīng)用，由此使得本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠最好地利用本發(fā)明和各種實(shí)施例，而且可以根據(jù)具體應(yīng)用對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種改進(jìn)。而且，方法中的步驟順序并不必按設(shè)計(jì)的次序發(fā)生。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等同物限定。此外，本專利包含了以上所引用的所有文獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用在半導(dǎo)體熱處理裝置中的圓筒，包括具有內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁以及相對(duì)的第一端和第二端的耐熱圓筒狀核心，其中所述第一端被成形為與支撐半導(dǎo)體襯底的邊緣環(huán)接觸；基本不能透過(guò)紅外輻射的涂層，其中所述涂層覆蓋所述核心的所有外表面，但不包括所述第一端。
2.如權(quán)利要求1所述的圓筒，其中所述涂層的累積厚度在約60μm至約100μm之間。
3.如權(quán)利要求1所述的圓筒，其中所述涂層的累積厚度在約70μm至約90μm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的圓筒，其中所述涂層的累積厚度在約75μm至約85μm之間。
5.如權(quán)利要求1所述的圓筒，其中所述涂層的厚度是基本均勻一致的。
6.如權(quán)利要求1所述的圓筒，其中所述內(nèi)側(cè)壁在所述第一端附近至少部分地逐漸向所述外側(cè)壁傾斜。
7.如權(quán)利要求1所述的圓筒，其中所述內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁具有在所述第一端附近的第一區(qū)和在所述第二端附近的第二區(qū)，其中所述外側(cè)壁具有共線的第一區(qū)和第二區(qū)，且所述內(nèi)側(cè)壁的所述第二區(qū)在所述第一端附近逐漸向所述外側(cè)壁傾斜。
8.如權(quán)利要求1所述的圓筒，其中所述核心由石英或陶瓷制成。
9.如權(quán)利要求1所述的圓筒，其中所述涂層是多晶硅。
10.一種用在熱處理裝置中的圓筒，包括由于其絕熱性能而被選擇的圓筒狀核心，其具有內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁以及相對(duì)的第一端和第二端，其中所述第一端被成形為支撐著邊緣環(huán)；基本覆蓋除了所述第一端之外的所述核心的所有外表面的多晶硅涂層，其中所述涂層對(duì)紅外輻射是基本不透明的，其中所述涂層覆蓋了除了所述第一端之外的所述核心的所有外表面。
11.如權(quán)利要求10所述的圓筒，其中所述核心是石英。
12.如權(quán)利要求10所述的圓筒，其中所述涂層的累積厚度在約60μm至約100μm之間。
13.如權(quán)利要求10所述的圓筒，其中所述涂層的累積厚度在約70μm至約90μm之間。
14.如權(quán)利要求10所述的圓筒，其中所述涂層的累積厚度在約75μm至約85μm之間。
15.如權(quán)利要求10所述的圓筒，其中所述涂層的厚度是基本均勻一致的。
16.如權(quán)利要求10所述的圓筒，其中所述內(nèi)側(cè)壁在所述第一端附近至少部分地逐漸向所述外側(cè)壁傾斜。
17.一種制造用在熱處理裝置中的圓筒的方法，包括提供耐熱的、具有內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁以及相對(duì)的第一端和第二端的圓筒狀核心，其中所述第一端被成形為支撐著邊緣環(huán)；將所述核心放置在反應(yīng)室內(nèi)的環(huán)上，其中所述第一端與所述環(huán)接觸；密封所述反應(yīng)室；加熱所述反應(yīng)室；將氣體注入所述反應(yīng)室內(nèi)；在除了所述第一端之外的所述核心的幾乎所有外表面上沉積出涂層，其中所述涂層對(duì)紅外輻射是基本不透明的。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述核心是石英或陶瓷，并且所述涂層是多晶硅。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述加熱步驟包括將所述反應(yīng)室加熱至約1100℃至約1250℃之間。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述加熱和所述注入步驟被控制，從而使得所述涂層的沉積以約1.6μm/min至約1.8μm/min之間的速度進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種包括核心和覆蓋大部分核心的涂層的圓筒。核心由耐熱或絕熱材料制成。這個(gè)核心具有內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁以及相對(duì)的第一端和第二端。外側(cè)壁比內(nèi)壁更遠(yuǎn)離圓筒的中心縱向軸。第一端被成形為接觸支撐半導(dǎo)體襯底的邊緣環(huán)。涂層基本不能透過(guò)紅外輻射，并覆蓋核心的所有外表面，但不包括第一端。核心優(yōu)選由石英或陶瓷制成，而涂層優(yōu)選由多晶硅制成。
文檔編號(hào)C23C16/04GK1574208SQ20041004815
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
發(fā)明者孫達(dá)爾·拉馬穆?tīng)柕? 韋達(dá)普倫姆·阿楚塔拉曼, 賀·T·方 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司