專利名稱：用于半導(dǎo)體爐的可旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)的加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體，更具體地涉及用于晶片加工的半導(dǎo)體爐中使用的加熱 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代半導(dǎo)體電子器件封裝如集成電路(IC)芯片通過在半導(dǎo)體襯底上構(gòu)建材料和 組件的多個(gè)疊層而形成在晶片上。單晶片將包括多個(gè)獨(dú)立的IC或管芯，其在制造之后將通 過切割工藝而被分開，本領(lǐng)域內(nèi)稱為切割或劃線。半導(dǎo)體器件一般包括多個(gè)電有源元件，其 形成在電絕緣或電介質(zhì)材料的多個(gè)層中。金屬導(dǎo)體互連，在一些實(shí)施方式中該金屬導(dǎo)體互 連可以由銅制成，通過各種附加的構(gòu)圖和淀積工藝如鑲嵌和雙鑲嵌而形成，以將各個(gè)層中 的有源元件連接在一起，并在電介質(zhì)材料的單層之內(nèi)創(chuàng)建電路通路或線路?，F(xiàn)代半導(dǎo)體制 造需要可重復(fù)的一系列步驟，這些步驟包括材料淀積(導(dǎo)電和非導(dǎo)電的電介質(zhì)材料)，電介 質(zhì)材料中的電路的光刻構(gòu)圖，以及材料移除如刻蝕和灰化，其逐漸構(gòu)建疊層的半導(dǎo)體器件 結(jié)構(gòu)。一些在前的用于制造半導(dǎo)體的半導(dǎo)體工藝步驟特別包括氧化、擴(kuò)散、摻雜、退火和 化學(xué)汽相淀積(CVD)。這些工藝一般在加熱控制的環(huán)境中在提高的溫度下進(jìn)行。CVD為用于 在晶片上生產(chǎn)或淀積材料的薄膜的化學(xué)汽相淀積工藝，包括但不限于金屬、二氧化硅、鎢、 氮化硅、氮氧化硅以及各種電介質(zhì)。CVD工藝需要在加熱反應(yīng)室中放置一個(gè)或多個(gè)晶片，并 將一種或多種反應(yīng)氣體引入室中。氣體包括各種化學(xué)前驅(qū)物(如，SiH2C12和NH3或硅烷 和NH3以形成氮化硅薄膜)，該化學(xué)前驅(qū)物在加熱的晶片表面反應(yīng)以在其上形成需要的半 導(dǎo)體材料和厚度的薄膜。通過調(diào)整和嘗試優(yōu)化CVD工藝參數(shù)以控制和影響CVD淀積在晶片 上的薄膜的均勻性，CVD工藝參數(shù)如晶片溫度、反應(yīng)室壓力、反應(yīng)氣體的流動(dòng)路徑和流量以 及淀積時(shí)間或持續(xù)時(shí)間。用于CVD工藝的加熱或熱反應(yīng)室的一種類型為垂直半導(dǎo)體爐。這些垂直的爐能在 進(jìn)行CVD批處理的同時(shí)保持多個(gè)垂直堆疊的半導(dǎo)體晶片。垂直爐包括熱反應(yīng)容器或室，其 可以裝載多個(gè)晶片，在一些實(shí)施例中將多個(gè)晶片保持在垂直可堆疊架中，本領(lǐng)域內(nèi)稱為晶 梯或晶舟。晶舟包括具有多個(gè)水平槽的框架，每個(gè)水平槽間隔開保持獨(dú)立的晶片，該晶片與 其他晶片為垂直關(guān)系堆疊。晶舟一般保持大約50-125個(gè)晶片。晶片之間具有垂直間隔以 使得CVD反應(yīng)氣體在其間流通從而在晶片的頂部淀積形成所需要的材料薄膜。熱反應(yīng)室一 般為圓柱形(也成為反應(yīng)管)，一般具有封閉的頂部和開放的底部，以便于嵌入保持垂直晶 片疊層的晶舟?？梢员┞对跓岬暮透g性氣體中的熱反應(yīng)室、晶舟或架以及其他組件一般由石英 或SiC制成，以抵擋在一些應(yīng)用中范圍大約為200-1200攝氏度的CVD加工溫度，該溫度依 據(jù)將要淀積在晶片上的半導(dǎo)體材料薄膜的類型。晶舟可以設(shè)置在可開/可關(guān)的蓋裝置上，其形成了封底和用于支撐晶舟的平臺。 將蓋裝置配置為并適于臨時(shí)附著至反應(yīng)室的底部并密封反應(yīng)室的底部，以在CVD工藝期間形成氣密的臨時(shí)連接。蓋裝置可以安裝在垂直升降機(jī)或電梯上，其可操作為將晶舟提升到反應(yīng)室中或?qū)⒕е蹚姆磻?yīng)室中降低。反應(yīng)室和關(guān)聯(lián)的裝置一般包括氣體艙，其具有用于從 反應(yīng)室中引入和排出CVD工藝反應(yīng)氣體的氣體入口和氣體出口。當(dāng)舟被置于反應(yīng)室中時(shí)， 可以提供一種用于旋轉(zhuǎn)晶舟和在其中保持的晶片的裝置，以促進(jìn)晶片整個(gè)疊層中的氣體流 動(dòng)和加熱均勻。傳統(tǒng)的垂直半導(dǎo)體爐和相關(guān)的配件的一些例子在美國專利6，538，237 ； 6，435，865 ；6, 187，102 ；6, 031，205和7，241，701中示出；通過參考將所有這些整體合并于此。垂直半導(dǎo)體爐包括加熱源，其在一些實(shí)施例中可以包括電阻型加熱器、輻射型加 熱器或其組合。電阻型加熱器的一些例子包括電阻線圈元件等等。輻射型加熱器的一些例 子包括噴燈或石英加熱元件。加熱器一般置于外部但接近于石英反應(yīng)室，以加熱該室并提 高其內(nèi)部的溫度。為了改進(jìn)制造效率并減少產(chǎn)品成本，晶片尺寸這些年來穩(wěn)定地增加。標(biāo)準(zhǔn)的硅晶 片尺寸從大約200mm(直徑大約為8英寸)穩(wěn)定地增加到300mm (直徑大約為12英寸)。下 一代的晶片標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)設(shè)置為450mm(直徑大約為18英寸)。450mm的下一代晶片尺寸對于 在希望改進(jìn)在每個(gè)晶片表面均勻的材料薄膜淀積的CVD工藝期間維持晶舟中垂直晶片疊 層的溫度的均勻性提出了挑戰(zhàn)。用在CVD熱反應(yīng)室中的現(xiàn)有的加熱設(shè)備已經(jīng)進(jìn)行了改進(jìn)，以不完全地提供所需要 的溫度均勻性，該溫度均勻性用于保持在每個(gè)獨(dú)立晶片全部表面上淀積的材料薄膜厚度的 希望的一致性，也要保持被更大的下一代晶片尺寸晶片處理的全部晶片批次或疊層的從晶 片到晶片的希望的一致性。理想地，為了滿足在獨(dú)立的晶片上和晶片與晶片之間基礎(chǔ)上的 可接受的工藝厚度變量公差，在熱反應(yīng)室中進(jìn)行CVD的整批晶片中的每個(gè)晶片應(yīng)當(dāng)具有一 致的薄膜厚度。一些用于傳統(tǒng)上較小的200-300mm直徑晶片的現(xiàn)有的加熱設(shè)備不提供維持 450mm晶片所需要的公差所必需的溫度控制和一致性。晶片的邊緣和中心的水平溫度變量 通常導(dǎo)致淀積在每個(gè)晶片上的層的厚度的不可接受的偏差。晶片中心的溫度一般低于邊緣 的溫度。由晶舟所保持的晶片疊層中的垂直溫度變量通常導(dǎo)致在疊層中晶片與晶片之間淀 積的層的厚度的不可接受的偏差。需要一種改進(jìn)的用于垂直半導(dǎo)體爐的加熱設(shè)備，以滿足下一代晶片尺寸的難題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，適于化學(xué)汽相淀積晶片工藝的半導(dǎo)體爐包括垂直熱反應(yīng)室，其 具有限定高度的側(cè)壁、頂部、底部和用于可移動(dòng)地保持批量晶片的內(nèi)部腔。半導(dǎo)體爐還包括 設(shè)置于反應(yīng)室內(nèi)的晶舟，其被配置為并適于保持垂直堆疊關(guān)系的多個(gè)晶片，以及加熱系統(tǒng)， 加熱系統(tǒng)包括沿反應(yīng)室的高度間隔開的多個(gè)側(cè)壁加熱器，設(shè)置并運(yùn)行多個(gè)側(cè)壁加熱器以加 熱該室。加熱系統(tǒng)包括用戶可調(diào)整的側(cè)壁加熱器間隔和側(cè)壁加熱器旋轉(zhuǎn)，其具有可變的旋 轉(zhuǎn)速度和對于每個(gè)加熱器可調(diào)整的方向。加熱器旋轉(zhuǎn)的功能優(yōu)選為對于每個(gè)加熱器獨(dú)立， 在一些實(shí)施例中，加熱器間隔的調(diào)節(jié)或調(diào)整獨(dú)立進(jìn)行。有益地，通過提供更多靈活性來調(diào)節(jié) 溫度分布以獲得溫度和/或晶片的均勻性，上述的加熱器系統(tǒng)改進(jìn)了每個(gè)晶片上和在半導(dǎo) 體爐中加工的每批的晶片與晶片之間均勻的晶片薄膜淀積厚度。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體爐包括垂直熱反應(yīng)室，其具有限定高度的側(cè)壁和 用于可移動(dòng)地保持批量晶片的內(nèi)部腔。半導(dǎo)體爐還包括晶舟，其可置于反應(yīng)室中，并被配置 和適于保持垂直堆疊關(guān)系的多個(gè)晶片。提供了加熱系統(tǒng)，其包括沿反應(yīng)室的高度間隔開的 多個(gè)可旋轉(zhuǎn)的側(cè)壁加熱器。側(cè)壁加熱器可相對于反應(yīng)室圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。側(cè)壁加熱器限定 了反應(yīng)室中的多個(gè)側(cè)壁加熱器區(qū)，其沿反應(yīng)室的高度垂直間隔開，每個(gè)加熱器區(qū)的溫度通 過對應(yīng)的側(cè)壁加熱器控制。在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)壁加熱器區(qū)相對于反應(yīng)室的垂直位置是可 調(diào)整的。
根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體爐包括垂直熱反應(yīng)室，其具有限定高度的側(cè)壁和 用于可移動(dòng)地保持批量晶片的內(nèi)部腔。半導(dǎo)體爐還包括晶舟，其可置于反應(yīng)室中，被配置為 并適于保持垂直堆疊關(guān)系的多個(gè)晶片。提供了加熱系統(tǒng)，其包括沿反應(yīng)室的高度垂直間隔 開的多個(gè)側(cè)壁加熱器。在該實(shí)施例中，側(cè)壁加熱器間的間隔可調(diào)整，以優(yōu)化反應(yīng)室內(nèi)的溫度 分布。本發(fā)明提供了一種在半導(dǎo)體晶片上形成材料層的方法。該方法包括提供半導(dǎo)體 爐，其包括垂直熱反應(yīng)室，所述垂直熱反應(yīng)室包括限定高度的側(cè)壁和用于可移動(dòng)地保持批 量晶片的內(nèi)部腔。半導(dǎo)體爐還包括加熱系統(tǒng)，其包括沿反應(yīng)室的高度間隔開的多個(gè)可旋轉(zhuǎn) 的側(cè)壁加熱器。該方法還包括將保持多個(gè)垂直堆疊的晶片插入到反應(yīng)室中，至少相對于反 應(yīng)室旋轉(zhuǎn)側(cè)壁加熱器中的至少一個(gè)；和通過化學(xué)汽相淀積在每個(gè)晶片上形成材料薄膜。在 一些實(shí)施例中，該方法還包括相對于反應(yīng)室提升或降低至少一個(gè)側(cè)壁加熱器的步驟。


優(yōu)選的實(shí)施例的特征將參考下面的附圖進(jìn)行描述，其中相同的元件被相同地標(biāo) 注，其中，圖1為用于半導(dǎo)體爐的第一現(xiàn)有加熱設(shè)備的剖面示意圖；圖2為用于半導(dǎo)體爐的第二現(xiàn)有加熱設(shè)備的剖面示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于半導(dǎo)體爐的加熱設(shè)備的剖面示意圖；圖4為根據(jù)圖3的半導(dǎo)體爐的實(shí)施例的側(cè)壁加熱器的透視圖；圖5為根據(jù)圖3的半導(dǎo)體爐的實(shí)施例的側(cè)壁加熱器的透視圖；圖6為根據(jù)圖3的半導(dǎo)體爐的實(shí)施例的側(cè)壁加熱器的示意圖。所有的附圖都是示意性的，并且沒有按比例繪制。
具體實(shí)施例方式示出的實(shí)施例的說明是為了結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀，附圖視作整體說明書的一部分。 在此處公開的實(shí)施例的描述中，引用的方向或方位僅僅為了描述方便，并不是以任何方式 對本發(fā)明的范圍的限制。相關(guān)的術(shù)語如“提高”、“降低”、“水平”、“垂直”、“之上”、“之下”、 “上”、“下”、“頂部”和“底部”及其派生詞(如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)應(yīng)當(dāng)解 釋為是指下面的描述或描述之后的附圖所示。這些相關(guān)的術(shù)語僅僅是為了描述方便，不需 要裝置以特定的方向解釋或操作。除非另外進(jìn)行描述，術(shù)語例如“附加”、“粘附”、“連接”和 “互連”是指結(jié)構(gòu)被彼此直接或通過居間結(jié)構(gòu)間接地固定或附加，以及活動(dòng)的或剛性的連接 或關(guān)系。另外，本發(fā)明的特征和益處參考優(yōu)選的實(shí)施例示出。因此，顯然不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明限制為這些優(yōu)選的實(shí)施例，所述優(yōu)選的實(shí)施例示出了可能的非限制性的特征的組合，這些特 征可以單獨(dú)存在或存在于特征的其他組合中；本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求限定。圖1和圖2示出了兩種用于處理傳統(tǒng)的300mm或更小尺寸的晶片的半導(dǎo)體爐的傳 統(tǒng)的加熱設(shè)備的示意圖。在圖1中，在CVD反應(yīng)室的側(cè)壁上提供有五個(gè)側(cè)壁加熱器區(qū)。每個(gè) 加熱器區(qū)由加熱器限定并包括加熱器，其在一些實(shí)施例中為電阻型加熱器線圈或元件。圖2 示出的可選擇的傳統(tǒng)的加熱設(shè)備包括提供在反應(yīng)室側(cè)壁上的三個(gè)側(cè)壁加熱器區(qū)，一個(gè)頂部 加熱器區(qū)以及一個(gè)底部加熱器區(qū)。上述的兩種加熱設(shè)備中都具有傳統(tǒng)的電或電子加熱控制 器，其允許通過變化從電源輸入的能量來調(diào)整從每個(gè)加熱器輸出的溫度。圖1和圖2示出的用于現(xiàn)有的加熱設(shè)備而設(shè)置的側(cè)壁加熱器區(qū)是固定的，因?yàn)閭?cè)壁加熱器是固定的或與反應(yīng)室的位置關(guān)系固定。因此，側(cè)壁加熱器之間的垂直間隔不能被 調(diào)整。另外，雖然在CVD工藝期間可在半導(dǎo)體爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)晶舟和保持在其上的晶片，但是側(cè)壁 加熱器本身通常是固定的，是不能被旋轉(zhuǎn)的。因此，使用這些現(xiàn)有的加熱設(shè)備，不能精細(xì)調(diào) 節(jié)反應(yīng)室之內(nèi)的側(cè)壁溫度區(qū)和溫度分布。當(dāng)使用用于更大的下一代450mm尺寸晶片的CVD加工的上述任一種設(shè)備時(shí)，可根 據(jù)本發(fā)明通過加熱器旋轉(zhuǎn)和/或側(cè)壁加熱器之間的加熱器間隔調(diào)整，改善和優(yōu)化溫度分 布。精細(xì)調(diào)節(jié)側(cè)壁加熱器旋轉(zhuǎn)速度和加熱器的間隔提供了更多參數(shù)來調(diào)節(jié)和獲得反應(yīng)室20 所需要的加工溫度分布。圖3為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體加工爐10或包括CVD熱反應(yīng)室20的設(shè)備的示意圖。 半導(dǎo)體爐10可以包括傳統(tǒng)的隔離支架12(圖3中示出了部分)，其可被配置為并適于提供 基本圍繞全部反應(yīng)室20的熱封閉，以為反應(yīng)室20創(chuàng)造溫度控制的環(huán)境。CVD反應(yīng)室20包 括內(nèi)部腔21，其限定了用于可移動(dòng)地接收傳統(tǒng)的晶舟22的空間，該晶舟22可被配置為并適 于以傳統(tǒng)方式支撐和保持多個(gè)垂直堆疊的晶片W。在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)室20可以具有密 封的頂部23、側(cè)壁24和開放的底部25，以使得晶舟22插入室中和從室中移除，該室用于晶 片W的批處理。在一個(gè)實(shí)施例中，晶舟22包括傳統(tǒng)的開放架構(gòu)結(jié)構(gòu)如梯型設(shè)計(jì)，其具有多 個(gè)水平槽用于支撐晶片W，并使得反應(yīng)氣體在晶片W的表面之上水平流動(dòng)，以在其上構(gòu)造所 需要的材料薄膜。在一些實(shí)施例中，晶舟22的尺寸可以設(shè)置為保持50-125個(gè)或更多的晶 片W ；然而，依賴于所提供的反應(yīng)室20的高度，晶舟可以保持的任何適合的晶片數(shù)目。在一 些代表性的實(shí)施例中，晶舟22中的晶片W的典型的垂直間隔可以是大約6-10mm。晶舟22 可以由石英或本領(lǐng)域常用的任何其他適合的材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)室20可以具有傳統(tǒng)的圓柱形，并且可以由石英或SiC制成。 反應(yīng)室20可以包括涂層，如多晶硅，或另外的根據(jù)室中進(jìn)行的工藝的類型所使用的典型的 涂層材料。根據(jù)每批加工的晶片的數(shù)目，反應(yīng)室20可以具有任何適合的高度或長度。在一 些示例性的實(shí)施例中，反應(yīng)室20可以具有代表性的100-150cm的高度或長度；然而，也可 以使用任何適合的高度或長度。在一些代表性的實(shí)施例中，用于加工450mm晶片的反應(yīng)室 20的尺寸可以設(shè)置為直徑大于450mm，根據(jù)室中同時(shí)加工的晶片的數(shù)目，室的長度為大約 50-200cmo提供了可密封和可打開的底部密封蓋26，其可以密封反應(yīng)室20的底部25，以為晶 片W的加工形成氣密室密封。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖所示，底部25可以具有用于接收蓋26 的法蘭。底部密封蓋26可以包括支撐結(jié)構(gòu)以為晶舟22提供支撐，可以以傳統(tǒng)的方式將晶舟22連接到蓋上。 可以提供典型地用于與CVD反應(yīng)室20加工設(shè)備相配合的另外一種傳統(tǒng)的設(shè)備。例 如，可以裝備反應(yīng)氣體供應(yīng)進(jìn)口接頭30和出口接頭31，以使得將一種或多種加工氣體引入 反應(yīng)室20和將其從反應(yīng)室20中排出。氣體艙和注入器、爐冷卻以允許晶片批次快速變化， 外部的隔離支架密封反應(yīng)室20，晶舟升降機(jī)或電梯和用于定位、提高、降低晶舟22到室20 中/從室20中的自動(dòng)控制臂等等(未示出)?？梢员惶峁┑倪@些設(shè)備中的一些在，例如，美 國專禾Ij 6，538，237 ；6, 435，865 ；6, 031，205 ；以及7，241，701中進(jìn)行了描述；通過參考將其 全文合并在此。在一些實(shí)施例中，晶舟20可以具有傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)，以使得晶片W 的疊層在CVD工藝期間旋轉(zhuǎn)(參見圖3中的旋轉(zhuǎn)箭頭)，以提高淀積在晶片上的材料層的厚 度的均勻性。可以通過適合的商業(yè)上可用的溫度控制器來控制半導(dǎo)體爐10的運(yùn)行和晶片W的 批處理，如本領(lǐng)域內(nèi)傳統(tǒng)上用于調(diào)整爐加熱系統(tǒng)的熱輸出的，包括溫度上升率和下降率的 溫度控制器。繼續(xù)參考圖3，半導(dǎo)體爐10包括多個(gè)加熱器，其優(yōu)選為沿CVD反應(yīng)室20的側(cè)壁24、 頂部23和底部25分布。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器包括側(cè)壁加熱器40A-40F、頂部加熱器41 和底部加熱器42，如圖所示。為了給下一代450mm直徑或更大晶片的CVD工藝提供更好的溫度控制和均勻化反 應(yīng)室20中的熱分布，在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)壁加熱器40A-40F優(yōu)選為可相對于反應(yīng)室20圍繞 旋轉(zhuǎn)軸RA旋轉(zhuǎn)，如圖3所示和在此進(jìn)一步描述的。在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)軸RA可以軸向?qū)?準(zhǔn)反應(yīng)室20的垂直軸或中心線。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁加熱器40A-40F可以獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)， 在其他的實(shí)施例中，可以統(tǒng)一地旋轉(zhuǎn)。側(cè)壁加熱器40A-40F可在一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向以變化的旋 轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。側(cè)壁加熱器40A-40F的旋轉(zhuǎn)速度和方向優(yōu)選為用戶可手動(dòng)地或通過計(jì)算機(jī)控制 器調(diào)整。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制器和來自于電機(jī)編碼器和閉環(huán)控制 的旋轉(zhuǎn)控制信號來控制加熱器旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制器可以執(zhí)行適當(dāng)配置的可編程控制邏輯 或軟件，以自動(dòng)調(diào)整側(cè)壁加熱器40A-40F的旋轉(zhuǎn)方向和速度。優(yōu)選地，側(cè)壁加熱器40A-40F 是可旋轉(zhuǎn)的，該旋轉(zhuǎn)獨(dú)立于一些實(shí)施例中提供的旋轉(zhuǎn)晶舟22和其中的晶片W的能力。在其他的實(shí)施例中，每個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F之間的垂直間隔或距離D也可以是 可調(diào)整的，如在此進(jìn)一步描述的，以提供進(jìn)一步精細(xì)調(diào)節(jié)反應(yīng)室20中溫度分布更接近于所 需要的目標(biāo)溫度分布的能力。每個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F限定了相應(yīng)的加熱器區(qū)Z，如圖3所 示。因此，在一些實(shí)施例中，根據(jù)CVD加工溫度控制的需求，側(cè)壁加熱器40A-40F可以是可 旋轉(zhuǎn)的或垂直距離D可調(diào)整的，或其組合。側(cè)壁加熱器40A-40F之間的間距優(yōu)選為用戶可手動(dòng)地或通過計(jì)算機(jī)控制器調(diào)整 的。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過間距電機(jī)控制器和來自于電機(jī)編碼器和閉環(huán)控制的間 距控制信號來控制加熱器間距。間距電機(jī)控制器可以執(zhí)行適當(dāng)配置的可編程控制邏輯或軟 件，以自動(dòng)調(diào)整側(cè)壁加熱器40A-40F之間的間距，以及每個(gè)加熱器相對于反應(yīng)室20的相應(yīng)
垂直位置。在一個(gè)實(shí)施例中，可以選擇安裝的側(cè)壁加熱器40A-40F的固定數(shù)目，這樣每個(gè)側(cè)壁加熱器控制小于或等于每個(gè)加熱器不多于十(10)個(gè)垂直堆疊的晶片W的溫度，以提供更 好的溫度均勻性和相應(yīng)的每個(gè)晶片W(如從晶片的中心到其邊緣)和從晶舟22所支撐的晶 片W的垂直疊層的晶片與晶片之間的晶片級厚度的均勻性。該設(shè)備可以進(jìn)一步增強(qiáng)控制反 應(yīng)室中CVD加工溫度分布接近于需要的目標(biāo)分布的能力。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁加熱器40A-40F和加熱器區(qū)Z可以接近于沿反應(yīng)室的垂直 高度平均分布，優(yōu)選為每個(gè)加熱器控制各自的具有不多于10個(gè)垂直堆疊的晶片W的加熱器 區(qū)內(nèi)的溫度。
繼續(xù)參考圖3，在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)壁加熱器40A-40F可以為電阻型加熱器，其具 有可控制的熱輸出，可以通過調(diào)整通過可變的電阻控制如可變電阻器或本領(lǐng)域常用的其他 適合的類似的電控制器件輸入到每個(gè)加熱器的能量來調(diào)整熱輸出。側(cè)壁加熱器40A-40F優(yōu) 選地設(shè)置為接近于外部側(cè)壁24，且被排列為沿反應(yīng)室20的高度垂直關(guān)系彼此間隔開。因 此，側(cè)壁加熱器40A-40F限定了反應(yīng)室20內(nèi)的多個(gè)垂直加熱器區(qū)Z，每個(gè)區(qū)的溫度由加熱器 40A-40F 控制。側(cè)壁加熱器40A-40F的熱輸出可以被調(diào)整和精細(xì)調(diào)節(jié)，以控制每個(gè)加熱器區(qū)Z的 溫度。優(yōu)選地，可獨(dú)立于其他的側(cè)壁加熱器調(diào)整每個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F的熱輸出?？梢?通過用戶手動(dòng)或通過加熱器控制器或計(jì)算機(jī)自動(dòng)地調(diào)整每個(gè)側(cè)壁加熱器的熱輸出設(shè)置，力口 熱器控制器或計(jì)算機(jī)結(jié)合由設(shè)置在半導(dǎo)體爐10中的溫度傳感器生成的控制信號和/或基 于預(yù)定的加熱器溫度輸出設(shè)置生成的控制信號，該預(yù)定的加熱器溫度輸出設(shè)置來自于相關(guān) 于被加工的晶片的尺寸和/或淀積在晶片W上的材料薄膜的類型的經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)壁加熱器40A-40F每個(gè)可以包括一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)的電阻線圈 或元件，如在此進(jìn)一步描述的，電阻線圈或元件在反應(yīng)室20的外圓周，沿反應(yīng)室20的側(cè)壁 圓周地設(shè)置。側(cè)壁加熱器40A-40F優(yōu)選地沿反應(yīng)室20的整個(gè)圓周延伸。圖3示意性地示 出了每個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F的左和右部分。電阻線圈通過傳統(tǒng)的導(dǎo)體電連接到電源， 其可以通過行業(yè)內(nèi)典型使用的適合的傳統(tǒng)的可變電阻電控制來布線，以調(diào)整每個(gè)加熱器 40A-40F的熱輸出(如Btuh)。圖4和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的側(cè)壁加熱器40A-40F的一種可能的實(shí)施例。在該 圖中，示出了具有三個(gè)側(cè)壁加熱器40A、40B和40C的半導(dǎo)體爐10的部分。每個(gè)側(cè)壁加熱器 40A-40F包括環(huán)形的或圓柱形的旋轉(zhuǎn)的加熱器基底50，其可以包括一個(gè)或多個(gè)電阻加熱線 圈或元件51，優(yōu)選地安裝在面向旋轉(zhuǎn)基底的內(nèi)側(cè)的內(nèi)部。每個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F限定了 各自的加熱器區(qū)Z (參見圖3)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，如此處進(jìn)一步所描述的，旋轉(zhuǎn)的加熱基底50可以可旋 轉(zhuǎn)地安裝在外部支撐基底60中，該外部支撐基底60在位置上為垂直可調(diào)整的，以允許調(diào)整 每個(gè)旋轉(zhuǎn)的基底50之間的間距或距離D。在優(yōu)選的實(shí)施例中，優(yōu)選為從半導(dǎo)體爐10的任何 部分如支架12支持支撐基底60。優(yōu)選地，支撐基底60相對于反應(yīng)室20或支架12是不可 旋轉(zhuǎn)的，但是相對于室20其垂直位置是可調(diào)的。現(xiàn)在參考圖4，側(cè)壁加熱器40A、40B和40C每個(gè)可以包括獨(dú)立的環(huán)形線圈或元件 51，環(huán)形線圈或元件51水平朝向垂直的反應(yīng)室20。只要提供充分的熱分布和溫度控制，就 可以使用電加熱器線圈51的任何適合的配置、數(shù)目和排列。因此，電加熱器線圈51的配 置、數(shù)目和排列將通過反應(yīng)室20的工藝加熱需求和尺寸而確定。因此，在一些其他可能的實(shí)施例中(未示出)，電加熱器線圈51可以被配置為單個(gè)的螺旋形元件，其在旋轉(zhuǎn)加熱器基底50的內(nèi)側(cè)上從加熱器基底的底部螺旋形地向上延伸到頂部。在另一種可能的實(shí)施例中 (未示出)，加熱器線圈51可以包括多個(gè)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)加熱器基底50的內(nèi)側(cè)上的垂直排列的 獨(dú)立的元件?？梢酝ㄟ^任何適合的傳統(tǒng)的連接方法將電加熱器線圈51安裝在旋轉(zhuǎn)加熱器基底 50上。優(yōu)選地，將旋轉(zhuǎn)加熱器基底50非剛性地安裝在爐支架10上，以使得基底相對于反應(yīng) 室20和半導(dǎo)體爐支架10旋轉(zhuǎn)，如此處進(jìn)一步描述的。參考圖4和圖5，在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)加熱器基底50優(yōu)選為圓柱形，且其具有大 于反應(yīng)室20的直徑以使得加熱器基底圍繞反應(yīng)室圓周地延伸。在優(yōu)選的實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)加 熱器基底50包括設(shè)置在其外表面上的外部齒圈72，用于旋轉(zhuǎn)加熱器基底。齒圈72是環(huán)形 的，其圍繞旋轉(zhuǎn)加熱器基底50的圓周延伸，垂直朝向旋轉(zhuǎn)軸RA(參見圖3)。在一個(gè)可能的實(shí)施例中，可以直接在旋轉(zhuǎn)加熱器基底50的外表面上形成齒圈72。 在另一個(gè)實(shí)施例中，可以在獨(dú)立的軸環(huán)上形成齒圈72，所述軸環(huán)可以通過本領(lǐng)域常用的任 何方式如機(jī)械扣件、粘和劑、焊接、收縮或壓力裝置等等連接到旋轉(zhuǎn)加熱器基底50的外表 面。齒圈72可以包括傳統(tǒng)的輪齒的任何適合的形式或類型，在一些示例性的實(shí)施例 中可以為例如直齒輪或斜齒輪。齒圈72被配置為并適于通過互補(bǔ)配置的電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪傳 動(dòng)裝置73來驅(qū)動(dòng)。齒輪傳動(dòng)裝置73包括電機(jī)71和連接到電機(jī)軸的齒輪70。齒輪70被配 置為并適于在旋轉(zhuǎn)加熱器基底50上與齒圈72嚙合。這樣在優(yōu)選的實(shí)施例中，齒輪70和齒 圈72具有匹配的輪齒形式(如直齒輪或斜齒輪)。齒輪傳動(dòng)73可以使用任何商業(yè)上可用 的具有適合的馬力和輸出扭矩的驅(qū)動(dòng)單元以旋轉(zhuǎn)側(cè)壁加熱器40A-40F。 在一個(gè)可能的實(shí)施例中，可以將齒輪傳動(dòng)裝置73安裝在外部支撐基底60上，如圖 4和圖5所示。在另一個(gè)可能的實(shí)施例中，可以將齒輪傳動(dòng)裝置73安裝在半導(dǎo)體爐10的任 何部分。在任一種實(shí)施例中，提供的窗口 61完全延伸穿過支撐基底60，以使得齒輪70在旋 轉(zhuǎn)加熱器基底50上與齒圈72嚙合，如圖5所示。窗口 61的垂直長度依賴于齒輪傳動(dòng)裝置 73是否安裝到支撐基底60或爐10的部分上。在第一實(shí)施例中，參考圖5，其中將齒輪傳動(dòng)裝置73直接安裝到支撐基底60上，窗 口 61僅僅需要具有足夠使齒輪70的厚度Tl延伸穿過窗口與齒圈72嚙合的高度。當(dāng)垂直 向上或向下移動(dòng)支撐基底以調(diào)整側(cè)壁加熱器40A-40F之間的間距或距離D的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)加 熱器基底50和齒輪傳動(dòng)裝置73都保持在相同的相對垂直位置。在這種情況下，齒圈72僅 僅需要具有約等于齒輪傳動(dòng)73的齒輪70的垂直厚度T2的垂直厚度Tl。在第二實(shí)施例中，將齒輪傳動(dòng)裝置73安裝到爐10 (未示出)上，窗口 61需要足夠 大的高度以容納用于調(diào)整支撐基底60的垂直位置所提供的最大距離。在這種情況下，因?yàn)?齒輪傳動(dòng)不隨著支撐基底60和旋轉(zhuǎn)加熱器基底50的向上/向下而移動(dòng)，因此齒圈72必須 具有大于齒輪傳動(dòng)73的齒輪70的厚度T2的厚度Tl。因此，齒輪70將在齒圈72上向上/ 向下滑動(dòng)，齒圈72連接到旋轉(zhuǎn)加熱器基底50并相對于旋轉(zhuǎn)加熱器基底50保持固定。支撐基底60優(yōu)選為可旋轉(zhuǎn)地支撐旋轉(zhuǎn)加熱器基底50，這樣可以相對于支撐基底 60和反應(yīng)室20旋轉(zhuǎn)基底50。參考圖4-6，支撐基底60可以為圓柱形，其具有環(huán)繞旋轉(zhuǎn)加熱 器基底50的類似套筒的結(jié)構(gòu)。支撐基底60優(yōu)選為與設(shè)置在其中的旋轉(zhuǎn)加熱器基底50和設(shè)置在基底50內(nèi)部的室20同心排列。足夠尺寸的環(huán)形間隙將支撐基底60、旋轉(zhuǎn)加熱器基 底50和反應(yīng)室20分隔開，以使得基底50自由旋轉(zhuǎn)，不約束支撐基底50或反應(yīng)室20。在一 個(gè)可能的實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)加熱器基底50安裝有外部支撐基底60，且基底50和60之間的界 面為金屬流體密封(環(huán)形密封)；能夠通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)73自身獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)基底50。
參考圖3-5，為了提供精細(xì)調(diào)節(jié)或調(diào)整側(cè)壁加熱器40A-40F之間的間距或距離D的 能力，在一個(gè)實(shí)施例中，支撐基底60的外表面可以包括設(shè)置在其上的直齒輪或斜齒輪螺紋 或齒82。斜齒82以全360度角圍繞支撐基底60的外圓周的傾斜形式延伸，并沿外部支撐 套筒60的高度的至少部分縱向延伸。斜齒82的垂直長度將決定對于每個(gè)支撐基底60和相 應(yīng)的每個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F的垂直調(diào)整的最大范圍。斜齒82組成圍繞支撐基底60外圓 周的蝸輪，并與圖4-5所示的第二齒輪傳動(dòng)裝置83上的齒輪80互補(bǔ)配置的輪齒嚙合。根 據(jù)提供的斜齒82的尺寸和傾斜度，齒輪傳動(dòng)裝置83的齒輪80可以是任何類型的齒輪，例 如包括但不限于，斜齒輪或直齒輪。優(yōu)選地，當(dāng)斜齒輪用于齒輪80時(shí)，齒輪80上的齒與外 部支撐基底60上的斜齒82具有相同的手或朝向(即，右手或左手齒)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，可將齒輪傳動(dòng)裝置83支撐并安裝于半導(dǎo)體爐10，更優(yōu)選 地，可將齒輪傳動(dòng)裝置83支撐并安裝于支架12或爐的另一部分或其相關(guān)的設(shè)備和結(jié)構(gòu)。外 部支撐基底60優(yōu)選為非剛性安裝到半導(dǎo)體爐10上，以使得支撐基底60 (具有設(shè)置在其中 的旋轉(zhuǎn)加熱器基底50)相對于爐上升或下降移動(dòng)。在一個(gè)可能的實(shí)施例中，可將斜齒82直接形成在支撐基底60的外表面上。在其 他的實(shí)施例中，斜齒82可以形成在獨(dú)立的軸環(huán)上，其可以以本領(lǐng)域內(nèi)常用的任何適合的方 式，如機(jī)械扣件、粘和劑、焊接、收縮或壓力裝配等等，將其連接至支撐基底60的外表面。在其他可能的可選擇的實(shí)施例(未示出)中，支撐基底60可以包括齒條和副齒輪 機(jī)構(gòu)代替使用斜輪齒82。因此，可將拉長的齒條垂直排列在支撐基底的外表面上，其與旋 轉(zhuǎn)軸RA并行延伸(參見圖3)，并其與齒輪傳動(dòng)83提供的適當(dāng)配置的齒輪80嚙合。在一 個(gè)可能的實(shí)施例中，齒輪80可以是直齒輪。齒輪傳動(dòng)83提供上升和下降移動(dòng)，以支持套筒 60允許調(diào)整和定位側(cè)壁加熱器40A-40F之間的距離D，從而精細(xì)調(diào)節(jié)反應(yīng)室20內(nèi)部的溫度 分布。外部支撐基底60優(yōu)選為由爐或設(shè)備支架12支撐，并通過此處所述的外部旋轉(zhuǎn)電機(jī) 齒輪傳動(dòng)裝置83旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)加熱器基底50可以由能夠抵擋連接到其上的加熱器線圈產(chǎn)生的溫度的任何 適合的材料。在一些代表性的實(shí)施例中，加熱器基底50可以優(yōu)選為由不銹鋼制成。外部支 撐基底60可以由能夠抵擋半導(dǎo)體爐10內(nèi)部產(chǎn)生的溫度的任何適合的材料制成。在一些代 表性的實(shí)施例中，支撐基底60可以優(yōu)選為由不銹鋼制成?，F(xiàn)在將提供運(yùn)行半導(dǎo)體爐10和側(cè)壁加熱器40A-40F的一種示例性的方法。參考 圖3-6，該方法的一種可能是包括將支撐多個(gè)晶片W的晶舟22插入到反應(yīng)室20中(參見圖 3)，和關(guān)閉底部密封蓋26以密封反應(yīng)室。繼續(xù)參考圖3-6，可以以任何適合的順序進(jìn)行后面的步驟。側(cè)壁加熱器40A-40F與 功率電線圈或元件51接通，產(chǎn)生熱量并加熱反應(yīng)室20。齒輪傳動(dòng)裝置73可以接通旋轉(zhuǎn)側(cè) 壁加熱器40A-40F，更具體地，旋轉(zhuǎn)加熱器基底50與齒輪傳動(dòng)裝置73的齒輪70嚙合。優(yōu)選 地，對于每個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F，可獨(dú)立調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度和/或旋轉(zhuǎn)方向。對于正在進(jìn)行的給定的CVD工藝，根據(jù)反應(yīng)室20中通過溫度傳感器或運(yùn)行半導(dǎo)體爐10的過去的經(jīng)驗(yàn)而監(jiān)控的實(shí)際加工溫度，該方法可以包括調(diào)整一些或全部的側(cè)壁加熱器40A-40F之間的垂直間距或距離D，以精細(xì)調(diào)節(jié)和優(yōu)化反應(yīng)室20內(nèi)的溫度分布。這可 以通過接通齒輪傳動(dòng)83，以及提升或降低一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F的外部支撐基底 60 (在其中支撐和固定旋轉(zhuǎn)加熱器基底50)來實(shí)現(xiàn)；支撐基底60與這些齒輪傳動(dòng)的齒輪80 嚙合。優(yōu)選地，因?yàn)椴皇窃诿糠N情況下都需要調(diào)整所有的側(cè)壁加熱器以優(yōu)化反應(yīng)室20中的 溫度分布，因此設(shè)置半導(dǎo)體爐10和齒輪傳動(dòng)，使得每個(gè)相對于一個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F的 加熱器基底50的垂直位置與其他的加熱器基底50相比是可獨(dú)立調(diào)整的。然后，可以通過 將適合的反應(yīng)氣體注入到反應(yīng)室20中而對晶片W進(jìn)行所需要的CVD工藝。在一些實(shí)施例 中，可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的傳統(tǒng)的舟驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)晶舟22，以進(jìn)一步增強(qiáng)晶片溫度分 布和淀積在晶片上的材料薄膜的均勻性。有益地，上述的方法和側(cè)壁加熱器機(jī)構(gòu)改進(jìn)了反應(yīng)室20內(nèi)的溫度分布控制，且提 高了淀積在每個(gè)晶片上薄膜的均勻性和在CVD工藝期間批處理的晶片與晶片之間的薄膜 的均勻性。在重復(fù)使用一段時(shí)間之后，每個(gè)加熱器線圈或元件51的電阻位置之間會(huì)發(fā)生變 化，從而造成每個(gè)線圈的功率和熱量輸出不均勻，可能造成對反應(yīng)室20加工環(huán)境的加熱不 均勻。旋轉(zhuǎn)加熱器基底50用于改進(jìn)反應(yīng)室20中的溫度均勻性，和要求淀積在晶片上均勻 薄膜的每個(gè)晶片上的溫度均勻性。因?yàn)槊總€(gè)加熱器線圈51可以表現(xiàn)不同水平的電阻變化， 所以本發(fā)明有益地提供了對于每個(gè)側(cè)壁加熱器40A-40F獨(dú)立調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度和/或方向的能 力。參考圖3，頂部加熱器41可以為塊形電阻線圈或元件，加熱器形狀可以基于溫度 需求而變化。優(yōu)選地，提供至少兩個(gè)頂部加熱器，更優(yōu)選的提供至少三個(gè)頂部加熱器，以均 勻化反應(yīng)室20的頂部的CVD加工溫度。底部加熱器42可以是塊形電阻線圈或元件，加熱 器形狀基于溫度需求而變化。優(yōu)選地，提供至少兩個(gè)底部加熱器42，更優(yōu)選地至少三個(gè)底部 加熱器，以均勻化反應(yīng)室20的底部的CVD加工溫度。在一些實(shí)施例中，頂部和底部加熱器 不能旋轉(zhuǎn)。每個(gè)頂部和底部加熱器41、42中的熱量輸出優(yōu)選為以類似于此處對側(cè)壁加熱器 40A-40F的描述的傳統(tǒng)的方式獨(dú)立可控的，以使得反應(yīng)室20的頂部和底部加熱器區(qū)的溫度 被精細(xì)調(diào)節(jié)，以優(yōu)化CVD工藝和晶片上的薄膜厚度的最小變化。晶片薄膜厚度淀積率與CVD加工溫度和反應(yīng)氣體比率成正比。因此，最大可能限 度的精確控制反應(yīng)室20內(nèi)的加工溫度是對于最小化由CVD淀積在單個(gè)晶片上和晶片與晶 片之間基底上的薄膜厚度的變化所需要的。優(yōu)選地，需要均勻化薄膜厚度，這樣每個(gè)晶片上 制造的所有管芯和批次中晶片與晶片之間的所有管芯處理相同的機(jī)械特性、電特性和可靠 性。如果薄膜厚度的變化太大，隨后的半導(dǎo)體加工步驟會(huì)受到不良影響，如管芯通過一系列 進(jìn)一步的材料淀積和移除步驟的逐層制造，以及最后的管芯集成度也會(huì)受到不良影響。另 夕卜，管芯失效率在后續(xù)的晶片級別和已知的好管芯檢測中可能增加。典型的CVD加工溫度可以根據(jù)淀積在晶片W上的材料的類型而在大約200-800攝 氏度之間變化。在CVD工藝期間，將反應(yīng)氣體通過氣體進(jìn)口接頭30引入到反應(yīng)室20中，循 環(huán)穿過反應(yīng)室和多個(gè)晶片的疊層，通過氣體出口接頭31離開反應(yīng)室，如圖3所示?？赡苄枰谶M(jìn)入反應(yīng)室之前預(yù)加熱一些氣體。在一些實(shí)施例中，可以通過使用氣 體進(jìn)口管道上的帶加熱器而提供傳統(tǒng)的氣體預(yù)加熱。帶加熱器的熱量輸入優(yōu)選為可控的。 這些實(shí)踐是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。
本發(fā)明的側(cè)壁加熱器的實(shí)施例不同于傳統(tǒng)的加熱器，傳統(tǒng)的加熱器一般位置固 定，不能相對于反應(yīng)室旋轉(zhuǎn)或調(diào)整垂直位置。因此本發(fā)明有益地提供了旋轉(zhuǎn)和間距調(diào)整功 能，以獲取更多的可以進(jìn)行調(diào)整以將溫度調(diào)節(jié)到所需要的加工分布的參數(shù)。
雖然以上的描述和附圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選的或示例的實(shí)施例，但是可以理解的 是，在不偏離附加的權(quán)利要求的精神和等同范圍的情況下，其中可以做出各種附加、改進(jìn)和 替換。特別地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，在不偏離其中的精神和實(shí)質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明 可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、排列、比例、尺寸，以及使用其他的元件、材料和組件而實(shí)施。另外， 在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，可以做出此處所描述的可應(yīng)用的方法/工藝和/或控制 邏輯的多種變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一步理解，本發(fā)明可以使用在不偏離本發(fā)明的原理 的情況下特別適于特定的環(huán)境和操作需求的結(jié)構(gòu)、排列、比例、尺寸、材料和組件等等的很 多改進(jìn)，用于本發(fā)明的實(shí)踐。因此，目前所公開的實(shí)施例應(yīng)當(dāng)在示出和未限制的所有方面進(jìn) 行考慮，本發(fā)明的范圍通過附加的權(quán)利要求及其等同限定，不限于以上的描繪或?qū)嵤├?。?dāng) 然，附加的權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)較寬的解釋，包括本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的范圍和等同 范圍的情況下做出的本發(fā)明的其他變體和實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體爐，包括垂直熱反應(yīng)室，其具有限定高度的側(cè)壁和用于移動(dòng)地保持批量晶片的內(nèi)部腔；晶舟，其置于所述反應(yīng)室中，并被配置以并適于保持垂直堆疊關(guān)系的多個(gè)晶片；以及加熱系統(tǒng)，其包括沿所述反應(yīng)室的高度間隔開的多個(gè)可旋轉(zhuǎn)的側(cè)壁加熱器，所述側(cè)壁加熱器可相對于所述反應(yīng)室圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體爐，其中所述側(cè)壁加熱器限定了所述反應(yīng)室中的多個(gè) 側(cè)壁加熱器區(qū)，所述多個(gè)側(cè)壁加熱器區(qū)沿所述反應(yīng)室的高度垂直間隔開，每個(gè)加熱器區(qū)的 溫度通過對應(yīng)的側(cè)壁加熱器控制，所述側(cè)壁加熱器區(qū)相對于所述反應(yīng)室的垂直位置是可調(diào) 整的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體爐，其中每個(gè)側(cè)壁加熱器具有與其他側(cè)壁加熱器相獨(dú) 立的可調(diào)整的旋轉(zhuǎn)速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體爐，其中每個(gè)側(cè)壁加熱器具有與其他側(cè)壁加熱器相獨(dú) 立的可調(diào)整的熱量輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體爐，還包括至少一個(gè)頂部加熱器和至少一個(gè)底部加熱
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體爐，其中所述側(cè)壁加熱器之間的間距為用戶可調(diào)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體爐，其中每個(gè)側(cè)壁加熱器包括安裝在環(huán)形旋轉(zhuǎn)加熱器 基底中的電阻型元件，其中通過外部環(huán)形支撐基底旋轉(zhuǎn)支撐所述旋轉(zhuǎn)加熱器基底，所述外 部環(huán)形支撐基底相對于所述反應(yīng)室在垂直位置上是可調(diào)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體爐，其中每個(gè)側(cè)壁加熱器包括環(huán)形可旋轉(zhuǎn)的加熱器基 底，其具有設(shè)置在其上的齒圈，所述齒圈與互補(bǔ)配置的用于旋轉(zhuǎn)所述加熱器基底的齒輪傳 動(dòng)裝置嚙合。
9.一種半導(dǎo)體爐，包括垂直熱反應(yīng)室，其具有限定高度的側(cè)壁和用于可移動(dòng)地保持批量晶片的內(nèi)部腔；晶舟，其可置于所述反應(yīng)室中，被配置為并適于保持垂直堆疊關(guān)系的多個(gè)晶片；以及加熱系統(tǒng)，其包括沿所述反應(yīng)室的高度垂直間隔開的多個(gè)側(cè)壁加熱器，所述側(cè)壁加熱 器之間的間距是可調(diào)整的以優(yōu)化所述反應(yīng)室內(nèi)的溫度分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體爐，還包括，每個(gè)側(cè)壁加熱器具有置于所述加熱器的 外表面上的斜齒輪，通過齒輪傳動(dòng)裝置嚙合所述輪齒，所述齒輪傳動(dòng)裝置運(yùn)行為所述側(cè)壁 加熱器提供上升和下降移動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體爐，其中每個(gè)側(cè)壁加熱器包括圓柱旋轉(zhuǎn)加熱器基底，其同心地對準(zhǔn)所述反應(yīng)室，且具有安裝在其上的電阻線圈；和圓柱支撐基底，其容納在其中的旋轉(zhuǎn)加熱器基底，支撐用于相對于所述支撐基底和反 應(yīng)室旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)加熱器基底。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體爐，還包括第一齒輪傳動(dòng)裝置，其運(yùn)行以旋轉(zhuǎn)所述 旋轉(zhuǎn)加熱器基底，其中所述旋轉(zhuǎn)加熱器基底包括設(shè)置在其上的齒圈，所述齒圈與所述第一 齒輪傳動(dòng)裝置嚙合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體爐，還包括第二齒輪傳動(dòng)裝置，可運(yùn)行為所述支撐 基底提供上升和下降移動(dòng)，其中所述圓柱支撐基底包括置于其外表面上的斜輪齒，其與所述第二齒輪傳動(dòng)裝置嚙合。
14.一種在半導(dǎo)體晶片上形成材料層的方法，包括提供半導(dǎo)體爐，所述半導(dǎo)體爐包括垂直熱反應(yīng)室，其具有限定高度的側(cè)壁和用于可移 動(dòng)地保持批量晶片的內(nèi)部腔，所述半導(dǎo)體爐還包括加熱系統(tǒng)，其包括多個(gè)沿所述反應(yīng)室的 高度間隔開的可旋轉(zhuǎn)的側(cè)壁加熱器；將保持多個(gè)垂直堆疊的晶片的晶舟插入到所述反應(yīng)室中； 相對于所述反應(yīng)室旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)所述側(cè)壁加熱器；以及 在每個(gè)晶片上形成材料薄膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括相對于所述反應(yīng)室提升或降低至少一個(gè)所述 側(cè)壁加熱器的步驟。
全文摘要
一種適于晶片的化學(xué)汽相淀積工藝的半導(dǎo)體爐。該爐包括熱反應(yīng)室，其具有頂部、底部、側(cè)壁和用于可移動(dòng)地保持批量垂直堆疊的晶片的內(nèi)部腔。提供了加熱系統(tǒng)，包括多個(gè)可旋轉(zhuǎn)的加熱器，其設(shè)置并運(yùn)行以加熱該室。在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)壁加熱器之間的間距是可調(diào)整的。加熱系統(tǒng)控制該室內(nèi)的溫度變化，并改進(jìn)均勻的晶片上的薄膜淀積厚度。
文檔編號F27B17/00GK101846451SQ20101013340
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者吳欣賢, 張鈞琳, 魏正泉 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司