一種半導(dǎo)體熱處理設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其包括爐體、保溫層、加熱元件以及絕緣固定組件，所述爐體包括內(nèi)壁、外壁和頂蓋，所述保溫層設(shè)置在加熱元件和內(nèi)壁之間；所述加熱元件由若干段縱向分布的加熱絲構(gòu)成，且所述若干段縱向分布的加熱絲緊貼著所述爐體保溫層的內(nèi)壁面安裝；所述絕緣固定組件將加熱絲固定在所述保溫層的內(nèi)壁面上，并同時(shí)將所述保溫層固定在爐體的內(nèi)壁上。因此，本發(fā)明在晶圓熱處理工藝過(guò)程中，尤其是在晶圓熱處理低溫工藝過(guò)程中，即使在沒(méi)有附加輔助降溫系統(tǒng)(RCU)的條件下，也可以實(shí)現(xiàn)低溫下的高控溫精度，同時(shí)可以獲得較大的降溫速率。
【專利說(shuō)明】一種半導(dǎo)體熱處理設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種半導(dǎo)體熱處理設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體生產(chǎn)中，晶圓的熱處理設(shè)備起著重要作用，例如，在半導(dǎo)體熱處理設(shè)備中，立式擴(kuò)散/氧化爐，是集成電路生產(chǎn)線前工序的重要工藝設(shè)備半導(dǎo)體之一。半導(dǎo)體熱處理設(shè)備主要包括設(shè)置在外側(cè)的爐體外殼、爐體保溫層、加熱單元、爐體內(nèi)的反應(yīng)腔室(tube)、晶舟(boat)+晶圓(wafer)以及保溫筒。
[0003]在工藝過(guò)程中，晶圓放置在熱處理設(shè)備內(nèi)的晶圓支撐裝置(晶舟)上，通常在晶圓與加熱單元之間還設(shè)置有石英管，用來(lái)將晶圓與熱處理反應(yīng)腔室的壁分開(kāi)。加熱單元主要由加熱元件和保溫材料構(gòu)成，加熱絲用來(lái)給晶圓加熱。通常，加熱元件安裝在保溫層的內(nèi)表面上，給反應(yīng)腔室內(nèi)的晶圓加熱，以進(jìn)行硅片工藝中的擴(kuò)散、退火、合金、氧化、薄膜生長(zhǎng)等工藝，加熱元件與保溫材料安裝在一起，通過(guò)一定的手段，保溫材料將加熱元件按一定的布局支撐固定。保溫層中的保溫材料則起著絕熱的作用，將熱處理裝置內(nèi)部的熱與外部隔絕開(kāi)，以保證環(huán)境溫度不過(guò)高，同時(shí)，對(duì)熱處理裝置的能耗及控溫效果都有著不同程度的影響作用。
[0004]作為發(fā)熱體的加熱元件通常包括加熱絲和將加熱絲固定在保溫層上的絕緣件組成。最常用的安裝形式為，加熱絲繞成螺旋狀，貼著爐體外殼的保溫層內(nèi)壁面安裝，支撐絕緣件嵌入保溫層，并按一定的間距，將加熱絲安裝在保溫層的內(nèi)表面上。
[0005]本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，上述加熱元件在使用過(guò)程中，會(huì)存在如下缺點(diǎn):
[0006]①、針對(duì)晶圓低溫工藝，在沒(méi)有附加輔助降溫系統(tǒng)(RCU)的條件下，低溫控溫精度和降溫速率低；
[0007]②、加熱絲和保溫層內(nèi)壁面固定安裝，以及保溫層與爐體內(nèi)壁的固定安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
[0008]上述兩個(gè)缺陷，直接影響到了晶圓的熱處理的可靠性、生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本以及后期可維護(hù)性等問(wèn)題，成為目前業(yè)界急需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其針對(duì)晶圓工藝的熱處理工藝，尤其針對(duì)晶圓低溫工藝，在沒(méi)有附加輔助降溫系統(tǒng)(RCU)的條件下，實(shí)現(xiàn)低溫下控溫精度高，同時(shí)可以獲得較大的降溫速率。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]一種半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，包括爐體、保溫層、加熱元件以及絕緣固定組件；所述爐體包括內(nèi)壁、外壁和頂蓋，所述保溫層設(shè)置在加熱元件和內(nèi)壁之間；所述加熱元件由若干段縱向分布的加熱絲構(gòu)成，且所述若干段縱向分布的加熱絲緊貼著所述爐體保溫層的內(nèi)壁面安裝；所述絕緣固定組件將加熱絲固定在所述保溫層的內(nèi)壁面上，并同時(shí)將所述保溫層固定在爐體的內(nèi)壁上。
[0012]優(yōu)選地，所述保溫層的內(nèi)壁為圓環(huán)形，每段所述加熱絲為帶狀結(jié)構(gòu)，按所述保溫層的圓環(huán)形內(nèi)壁圓周繞成波紋狀；每段所述加熱絲設(shè)置兩個(gè)引出端，用于與相鄰加熱絲焊接或從所述保溫層的內(nèi)壁引出連接電纜，所述加熱絲彎曲的位置設(shè)置絕緣固定組件。
[0013]優(yōu)選地，固定所述加熱絲的絕緣固定組件包括固定輪和緊固安裝件；所述固定輪由固定輪擋片和固定輪主體構(gòu)成，所述固定輪擋片和固定輪主體中心具有同心的通孔，用于供所述緊固安裝件穿接所述爐體的內(nèi)壁，所述固定輪主體由固定輪擋片和加熱絲固定軸一體成型，兩個(gè)所述固定輪擋片之間用于安裝并限制所述加熱絲。
[0014]優(yōu)選地，所述固定輪擋片和固定輪主體由耐高溫絕緣材料制成。
[0015]優(yōu)選地，所述保溫層的材料為保溫棉，所述的緊固安裝件穿過(guò)所述保溫棉，將所述絕緣固定組件與所述爐體內(nèi)壁連接固定，同時(shí)所述固定輪將保溫棉壓緊固定在爐體的內(nèi)壁上，所述固定輪支撐所述加熱絲，并將所述加熱絲限制在兩個(gè)所述固定輪擋片之間。
[0016]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體熱處理設(shè)備還可以包括頂部連接環(huán)和底部連接環(huán)；所述頂部連接環(huán)設(shè)置在爐體頂部且位于內(nèi)壁外側(cè)，所述爐體頂部外壁與所述頂部連接環(huán)安裝固定；所述底部連接環(huán)與所述爐體的底部外壁安裝固定。
[0017]優(yōu)選地，所述頂蓋與所述頂部連接環(huán)連接固定。
[0018]優(yōu)選地，所述頂部連環(huán)設(shè)置有安裝孔，所述頂蓋上設(shè)置有相應(yīng)的連接孔，用于與頂部連接環(huán)的安裝孔安裝固定；所述爐體頂部外壁與所述頂部連接環(huán)焊接，所述爐體底部外壁與所述底部連接環(huán)焊接。
[0019]優(yōu)選地，所述頂蓋包括頂蓋板和保溫棉，所述頂蓋板具有中央凹陷的圓形區(qū)域，用于設(shè)置所述保溫棉，所述保溫棉與頂蓋板固定在一起，所述保溫棉設(shè)置在朝向所述爐體的內(nèi)側(cè)。
[0020]優(yōu)選地，所述保溫層的內(nèi)壁為圓環(huán)形，在所述爐體的內(nèi)壁與外壁之間設(shè)置有水冷單元，所述水冷單元由水冷管縱向繞成波紋狀，并按所述保溫層的圓環(huán)形內(nèi)壁圍成圓周。
[0021]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明在晶圓熱處理工藝過(guò)程中，尤其是在晶圓熱處理低溫工藝過(guò)程中，即使在沒(méi)有附加輔助降溫系統(tǒng)(RCU)的條件下，也可以實(shí)現(xiàn)低溫下的高控溫精度，同時(shí)可以獲得較大的降溫速率。因此，本發(fā)明在確保加熱絲的安全性、可靠性高和生產(chǎn)率高前提下，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低和后期可維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1所示為本發(fā)明立式熱處理設(shè)備的總裝結(jié)構(gòu)示意圖
[0023]圖2為圖1中所示立式熱處理設(shè)備中總裝剖面圖
[0024]圖3為圖2中所示立式熱處理設(shè)備中包括加熱絲單元和固定件的結(jié)構(gòu)圖
[0025]圖4為圖2中所示立式熱處理設(shè)備中加熱絲單元的結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖5為圖2中所示立式熱處理設(shè)備中加熱絲固定輪的結(jié)構(gòu)示意圖
[0027]圖6所示為本發(fā)明加熱絲固定輪的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖
[0028]圖7所示為本發(fā)明實(shí)施例加熱絲固定輪剖面結(jié)構(gòu)示意圖
[0029]圖8為圖5中所示本發(fā)明實(shí)施例中加熱絲固定輪頂蓋爆炸結(jié)構(gòu)示意圖
[0030]圖9為圖5中所示本發(fā)明實(shí)施例中加熱絲固定輪頂蓋剖面結(jié)構(gòu)示意圖[0031]圖10所示為所示本發(fā)明實(shí)施例中頂部連接環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0032][附圖編號(hào)說(shuō)明]:
[0033]1:加熱絲；12:引線端；2:加熱絲絕緣固定部件；
[0034]21:固定輪擋片；22:固定輪主體
[0035]3:保溫層；4:內(nèi)壁；5:頂部連接環(huán)；6:底部安裝環(huán)；
[0036]7:頂蓋；71:頂蓋板；72:頂蓋保溫棉；
[0037]8:外壁；9:水冷管
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖1至9，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0039]請(qǐng)參閱圖1，圖1所示為本發(fā)明立式熱處理設(shè)備的總裝結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示，半導(dǎo)體熱處理設(shè)備包括爐體、保溫層3、加熱元件I以及絕緣固定組件2。爐體包括內(nèi)壁4、外壁8和頂蓋7，保溫層3設(shè)置在加熱元件I和內(nèi)壁4之間；加熱元件I由若干段縱向分布的加熱絲構(gòu)成，且該若干段縱向分布的加熱絲緊貼著爐體保溫層3的內(nèi)壁面安裝；絕緣固定組件2將加熱絲固定在保溫層3的內(nèi)壁面上，并同時(shí)將保溫層3固定在爐體的內(nèi)壁4上。
[0040]具體地，在本實(shí)施例中，加熱元件I由若干段獨(dú)立的加熱絲構(gòu)成，每段加熱絲繞圓周逞波紋狀成型，在波峰和波谷處設(shè)置有加熱絲的絕緣固定組件2，通常，絕緣固定組件2耐高溫的絕緣材質(zhì)制作，例如，陶瓷。
[0041]通過(guò)加熱絲絕緣部件即絕緣固定組件2，可以將每段加熱絲分別與爐體內(nèi)壁4安裝固定。在加熱絲和爐體內(nèi)壁4之間設(shè)置有保溫層3，保溫層3可以由單層保溫棉構(gòu)成，并安裝固定在爐體內(nèi)壁4上。較佳地，保溫層3可以由保溫棉制成。
[0042]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，爐體外壁8通過(guò)頂部連接環(huán)5和底部連接環(huán)6安裝固定，安裝固定的方式可以用焊接的方式。在爐體內(nèi)壁4和外壁8之間安裝有水冷管9，水冷管9可以安裝固定在爐體內(nèi)壁4表面,頂蓋7與頂部安裝環(huán)5連接固定。
[0043]同時(shí)，根據(jù)熱處理裝置的實(shí)際使用溫度及使用環(huán)境對(duì)爐體外壁8的溫度要求，可以對(duì)內(nèi)壁4和外壁8之間的空隙尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)熱處理裝置的實(shí)際使用溫度較高，且外壁8溫度不能過(guò)高時(shí)，可以加大內(nèi)壁4和外壁8之間的空隙，并將水冷管9安裝在外壁8的內(nèi)表面，反之，可減小內(nèi)外壁之間的空隙尺寸，并將水冷管貼近安裝在內(nèi)壁的外表面上。熱處理裝置頂蓋7通常安裝在熱處理裝置的頂部，對(duì)熱處理裝置頂部的保溫性具有一定的作用。
[0044]請(qǐng)參閱圖2，圖2為圖1中所示立式熱處理設(shè)備中總裝剖面圖。如圖所示，保溫層3的內(nèi)壁為圓環(huán)形，加熱絲在熱處理裝置即保溫層3內(nèi)壁上縱向分布，每段加熱絲為帶狀結(jié)構(gòu)，按保溫層3的圓環(huán)形內(nèi)壁圓周繞成波紋狀。每段加熱絲設(shè)置兩個(gè)引出端，用于與相鄰加熱絲焊接或從保溫層3的內(nèi)壁引出連接電纜，加熱絲彎曲的位置設(shè)置絕緣固定組件2。
[0045]需要說(shuō)明的是，每段加熱絲之間的間隔根據(jù)熱處理裝置的實(shí)際使用需求確定。每段加熱絲的高度尺寸及波長(zhǎng)可以不同，根據(jù)熱理裝置的實(shí)際使用需求而定。另外，用來(lái)安裝固定加熱絲的絕緣固定組件2對(duì)保溫層3中的保溫棉也具有固定的作用，所以，在本發(fā)明的實(shí)施例中，保溫層3的單獨(dú)固定件的用量可以降低。
[0046]請(qǐng)參閱圖3，圖3為圖2中所示立式熱處理設(shè)備中包括加熱絲單元和固定件的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，加熱元件I由加熱絲、引線端12、加熱絲絕緣固定組件2構(gòu)成。每段加熱絲包括兩個(gè)引線端12，引線端12可以是與加熱絲相同材質(zhì)或相近材質(zhì)的金屬片與加熱絲端部焊接，也可以是加熱絲末端彎曲引出。
[0047]請(qǐng)參閱圖4，圖4為圖2中所示立式熱處理設(shè)備中加熱絲單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，熱處理裝置的加熱絲繞圓周逞波紋狀成型，根據(jù)實(shí)際需要，每段加熱絲的高度及波長(zhǎng)可不同。加熱絲為帶狀材料。
[0048]請(qǐng)參閱圖5和圖6，圖5為圖2中所示立式熱處理設(shè)備中加熱絲固定輪的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6所示為本發(fā)明加熱絲固定輪的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的加熱絲的固定輪，是屬于加熱絲絕緣固定組件2的一部分，由耐高溫絕緣材質(zhì)制成，由兩部分構(gòu)成，分別是固定輪擋片21和固定輪主體22。固定輪擋片21和固定輪主體22之間不存在連接固定。
[0049]請(qǐng)參閱圖7,圖7所示為本發(fā)明實(shí)施例加熱絲固定輪剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，在固定輪擋片21和固定輪主體22上設(shè)置有同心的通孔，用于通過(guò)安裝緊固件，如螺釘，將固定輪擋片21和固定輪主體22安裝固定在爐體內(nèi)壁4上，同時(shí)將保溫棉壓在爐體內(nèi)壁4上。固定輪主體22由固定輪擋片21和加熱絲固定軸一體成型，兩個(gè)固定輪擋片21之間用于安裝并限制加熱絲。較佳地，加熱絲的波峰或波谷限制在固定輪的兩輪之間，以達(dá)到加熱絲的安裝和固定。
[0050]請(qǐng)參閱圖8,圖8為圖5中所示本發(fā)明實(shí)施例中頂蓋爆炸結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，頂蓋7包括頂蓋板71、頂蓋保溫棉72，頂蓋保溫棉72與頂蓋板71固定在一起，頂蓋保溫棉72設(shè)置在熱處理裝置腔室的一側(cè)。頂蓋板71的外側(cè)設(shè)置有安裝環(huán)，安裝環(huán)上設(shè)置有安裝孔，用于與頂部連接環(huán)5安裝固定。
[0051]請(qǐng)參閱圖9,圖9為圖5中所示本發(fā)明實(shí)施例中頂蓋剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，頂蓋板71設(shè)置成幾字形，在中央凹陷的區(qū)域設(shè)置有頂部保溫棉72。
[0052]請(qǐng)參閱圖10,圖10所示為所示本發(fā)明實(shí)施例中頂部連接環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。如題所示，頂部連接環(huán)5分為縱向環(huán)和橫向環(huán)，在橫向環(huán)上設(shè)置有安裝孔，用于與頂蓋7連接固定?？v向環(huán)套在爐體的內(nèi)壁4外側(cè)，并與內(nèi)壁4焊接固定，橫向環(huán)與外壁8焊接。
[0053]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例中結(jié)構(gòu)，可以在晶圓熱處理工藝過(guò)程中，尤其是在晶圓熱處理低溫工藝過(guò)程中，即使在沒(méi)有附加輔助降溫系統(tǒng)(RCU)的條件下，能實(shí)現(xiàn)低溫下的高控溫精度，同時(shí)還可以獲得較大的降溫速率。
[0054]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，包括爐體、保溫層、加熱元件以及絕緣固定組件，其特征在于，所述爐體包括內(nèi)壁、外壁和頂蓋，所述保溫層設(shè)置在加熱元件和內(nèi)壁之間；所述加熱元件由若干段縱向分布的加熱絲構(gòu)成，且所述若干段縱向分布的加熱絲緊貼著所述爐體保溫層的內(nèi)壁面安裝；所述絕緣固定組件將加熱絲固定在所述保溫層的內(nèi)壁面上，并同時(shí)將所述保溫層固定在爐體的內(nèi)壁上。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其特征在于，所述保溫層的內(nèi)壁為圓環(huán)形，每段所述加熱絲為帶狀結(jié)構(gòu)，按所述保溫層的圓環(huán)形內(nèi)壁圓周繞成波紋狀；每段所述加熱絲設(shè)置兩個(gè)引出端，用于與相鄰加熱絲焊接或從所述保溫層的內(nèi)壁引出連接電纜，所述加熱絲彎曲的位置設(shè)置絕緣固定組件。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其特征在于，固定所述加熱絲的絕緣固定組件包括固定輪和緊固安裝件；所述固定輪由固定輪擋片和固定輪主體構(gòu)成，所述固定輪擋片和固定輪主體中心具有同心的通孔，用于供所述緊固安裝件穿接所述爐體的內(nèi)壁，所述固定輪主體由固定輪擋片和加熱絲固定軸一體成型，兩個(gè)所述固定輪擋片之間用于安裝并限制所述加熱絲。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其特征在于，所述固定輪擋片和固定輪主體由耐高溫絕緣材料制成。
5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其特征在于，所述保溫層的材料為保溫棉，所述的緊固安裝件穿過(guò)所述保溫棉，將所述絕緣固定組件與所述爐體內(nèi)壁連接固定，同時(shí)所述固定輪將保溫棉壓緊固定在爐體的內(nèi)壁上，所述固定輪支撐所述加熱絲，并將所述加熱絲限制在兩個(gè)所述固定輪擋片之間。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其特征在于，還包括頂部連接環(huán)和底部連接環(huán)；所述頂部連接環(huán)設(shè)置在爐體頂部且位于內(nèi)壁外側(cè)，所述爐體頂部外壁與所述頂部連接環(huán)安裝固定；所述底部連接環(huán)與所述爐體的底部外壁安裝固定。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其特征在于，所述頂蓋與所述頂部連接環(huán)連接固定。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其特征在于，所述頂部連環(huán)設(shè)置有安裝孔，所述頂蓋上設(shè)置有相應(yīng)的連接孔，用于與頂部連接環(huán)的安裝孔安裝固定；所述爐體頂部外壁與所述頂部連接環(huán)焊接，所述爐體底部外壁與所述底部連接環(huán)焊接。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其特征在于，所述頂蓋包括頂蓋板和保溫棉，所述頂蓋板具有中央凹陷的圓形區(qū)域，用于設(shè)置所述保溫棉，所述保溫棉與頂蓋板固定在一起，所述保溫棉設(shè)置在朝向所述爐體的內(nèi)側(cè)。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體熱處理設(shè)備，其特征在于，所述保溫層的內(nèi)壁為圓環(huán)形，在所述爐體的內(nèi)壁與外壁之間設(shè)置有水冷單元，所述水冷單元由水冷管縱向繞成波紋狀，并按所述保溫層的圓環(huán)形內(nèi)壁圍成圓周。
【文檔編號(hào)】H01L21/67GK103928373SQ201410174552
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】孫少東, 王艾, 周厲穎 申請(qǐng)人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司