一種半導體熱處理設備的製作方法
2023-06-21 02:54:16
一種半導體熱處理設備的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種半導體熱處理設備，其包括爐體、保溫層、加熱元件以及絕緣固定組件，所述爐體包括內壁、外壁和頂蓋，所述保溫層設置在加熱元件和內壁之間；所述加熱元件由若干段縱向分布的加熱絲構成，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壁面上，並同時將所述保溫層固定在爐體的內壁上。因此，本發明在晶圓熱處理工藝過程中，尤其是在晶圓熱處理低溫工藝過程中，即使在沒有附加輔助降溫系統(RCU)的條件下，也可以實現低溫下的高控溫精度，同時可以獲得較大的降溫速率。
【專利說明】一種半導體熱處理設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路製造【技術領域】，更具體地說，涉及一種半導體熱處理設備。
【背景技術】
[0002]在半導體生產中，晶圓的熱處理設備起著重要作用，例如，在半導體熱處理設備中，立式擴散/氧化爐，是集成電路生產線前工序的重要工藝設備半導體之一。半導體熱處理設備主要包括設置在外側的爐體外殼、爐體保溫層、加熱單元、爐體內的反應腔室(tube)、晶舟(boat)+晶圓(wafer)以及保溫筒。
[0003]在工藝過程中，晶圓放置在熱處理設備內的晶圓支撐裝置(晶舟)上，通常在晶圓與加熱單元之間還設置有石英管，用來將晶圓與熱處理反應腔室的壁分開。加熱單元主要由加熱元件和保溫材料構成，加熱絲用來給晶圓加熱。通常，加熱元件安裝在保溫層的內表面上，給反應腔室內的晶圓加熱，以進行矽片工藝中的擴散、退火、合金、氧化、薄膜生長等工藝，加熱元件與保溫材料安裝在一起，通過一定的手段，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，將熱處理裝置內部的熱與外部隔絕開，以保證環境溫度不過高，同時，對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壁面安裝，支撐絕緣件嵌入保溫層，並按一定的間距，將加熱絲安裝在保溫層的內表面上。
[0005]本領域技術人員清楚，上述加熱元件在使用過程中，會存在如下缺點:
[0006]①、針對晶圓低溫工藝，在沒有附加輔助降溫系統(RCU)的條件下，低溫控溫精度和降溫速率低；
[0007]②、加熱絲和保溫層內壁面固定安裝，以及保溫層與爐體內壁的固定安裝結構複雜。
[0008]上述兩個缺陷，直接影響到了晶圓的熱處理的可靠性、生產率、生產成本以及後期可維護性等問題，成為目前業界急需解決的問題。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在於提供一種半導體熱處理設備，其針對晶圓工藝的熱處理工藝，尤其針對晶圓低溫工藝，在沒有附加輔助降溫系統(RCU)的條件下，實現低溫下控溫精度高，同時可以獲得較大的降溫速率。
[0010]為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0011]一種半導體熱處理設備，包括爐體、保溫層、加熱元件以及絕緣固定組件；所述爐體包括內壁、外壁和頂蓋，所述保溫層設置在加熱元件和內壁之間；所述加熱元件由若干段縱向分布的加熱絲構成，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壁面上，並同時將所述保溫層固定在爐體的內壁上。
[0012]優選地，所述保溫層的內壁為圓環形，每段所述加熱絲為帶狀結構，按所述保溫層的圓環形內壁圓周繞成波紋狀；每段所述加熱絲設置兩個引出端，用於與相鄰加熱絲焊接或從所述保溫層的內壁引出連接電纜，所述加熱絲彎曲的位置設置絕緣固定組件。
[0013]優選地，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成，所述固定輪擋片和固定輪主體中心具有同心的通孔，用於供所述緊固安裝件穿接所述爐體的內壁，所述固定輪主體由固定輪擋片和加熱絲固定軸一體成型，兩個所述固定輪擋片之間用於安裝並限制所述加熱絲。
[0014]優選地，所述固定輪擋片和固定輪主體由耐高溫絕緣材料製成。
[0015]優選地，所述保溫層的材料為保溫棉，所述的緊固安裝件穿過所述保溫棉，將所述絕緣固定組件與所述爐體內壁連接固定，同時所述固定輪將保溫棉壓緊固定在爐體的內壁上，所述固定輪支撐所述加熱絲，並將所述加熱絲限制在兩個所述固定輪擋片之間。
[0016]優選地，所述半導體熱處理設備還可以包括頂部連接環和底部連接環；所述頂部連接環設置在爐體頂部且位於內壁外側，所述爐體頂部外壁與所述頂部連接環安裝固定；所述底部連接環與所述爐體的底部外壁安裝固定。
[0017]優選地，所述頂蓋與所述頂部連接環連接固定。
[0018]優選地，所述頂部連環設置有安裝孔，所述頂蓋上設置有相應的連接孔，用於與頂部連接環的安裝孔安裝固定；所述爐體頂部外壁與所述頂部連接環焊接，所述爐體底部外壁與所述底部連接環焊接。
[0019]優選地，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域，用於設置所述保溫棉，所述保溫棉與頂蓋板固定在一起，所述保溫棉設置在朝向所述爐體的內側。
[0020]優選地，所述保溫層的內壁為圓環形，在所述爐體的內壁與外壁之間設置有水冷單元，所述水冷單元由水冷管縱向繞成波紋狀，並按所述保溫層的圓環形內壁圍成圓周。
[0021]從上述技術方案可以看出，本發明在晶圓熱處理工藝過程中，尤其是在晶圓熱處理低溫工藝過程中，即使在沒有附加輔助降溫系統(RCU)的條件下，也可以實現低溫下的高控溫精度，同時可以獲得較大的降溫速率。因此，本發明在確保加熱絲的安全性、可靠性高和生產率高前提下，還具有結構簡單、生產成本低和後期可維護性強等優勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1所示為本發明立式熱處理設備的總裝結構示意圖
[0023]圖2為圖1中所示立式熱處理設備中總裝剖面圖
[0024]圖3為圖2中所示立式熱處理設備中包括加熱絲單元和固定件的結構圖
[0025]圖4為圖2中所示立式熱處理設備中加熱絲單元的結構示意圖
[0026]圖5為圖2中所示立式熱處理設備中加熱絲固定輪的結構示意圖
[0027]圖6所示為本發明加熱絲固定輪的爆炸結構示意圖
[0028]圖7所示為本發明實施例加熱絲固定輪剖面結構示意圖
[0029]圖8為圖5中所示本發明實施例中加熱絲固定輪頂蓋爆炸結構示意圖
[0030]圖9為圖5中所示本發明實施例中加熱絲固定輪頂蓋剖面結構示意圖[0031]圖10所示為所示本發明實施例中頂部連接環的結構示意圖
[0032][附圖編號說明]:
[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:內壁；5:頂部連接環；6:底部安裝環；
[0036]7:頂蓋；71:頂蓋板；72:頂蓋保溫棉；
[0037]8:外壁；9:水冷管
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖1至9，對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0039]請參閱圖1，圖1所示為本發明立式熱處理設備的總裝結構示意圖；如圖所示，半導體熱處理設備包括爐體、保溫層3、加熱元件I以及絕緣固定組件2。爐體包括內壁4、外壁8和頂蓋7，保溫層3設置在加熱元件I和內壁4之間；加熱元件I由若干段縱向分布的加熱絲構成，且該若干段縱向分布的加熱絲緊貼著爐體保溫層3的內壁面安裝；絕緣固定組件2將加熱絲固定在保溫層3的內壁面上，並同時將保溫層3固定在爐體的內壁4上。
[0040]具體地，在本實施例中，加熱元件I由若干段獨立的加熱絲構成，每段加熱絲繞圓周逞波紋狀成型，在波峰和波谷處設置有加熱絲的絕緣固定組件2，通常，絕緣固定組件2耐高溫的絕緣材質製作，例如，陶瓷。
[0041]通過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壁4安裝固定。在加熱絲和爐體內壁4之間設置有保溫層3，保溫層3可以由單層保溫棉構成，並安裝固定在爐體內壁4上。較佳地，保溫層3可以由保溫棉製成。
[0042]在本發明的一些實施例中，爐體外壁8通過頂部連接環5和底部連接環6安裝固定，安裝固定的方式可以用焊接的方式。在爐體內壁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壁4表面,頂蓋7與頂部安裝環5連接固定。
[0043]同時，根據熱處理裝置的實際使用溫度及使用環境對爐體外壁8的溫度要求，可以對內壁4和外壁8之間的空隙尺寸進行調節，當熱處理裝置的實際使用溫度較高，且外壁8溫度不能過高時，可以加大內壁4和外壁8之間的空隙，並將水冷管9安裝在外壁8的內表面，反之，可減小內外壁之間的空隙尺寸，並將水冷管貼近安裝在內壁的外表面上。熱處理裝置頂蓋7通常安裝在熱處理裝置的頂部，對熱處理裝置頂部的保溫性具有一定的作用。
[0044]請參閱圖2，圖2為圖1中所示立式熱處理設備中總裝剖面圖。如圖所示，保溫層3的內壁為圓環形，加熱絲在熱處理裝置即保溫層3內壁上縱向分布，每段加熱絲為帶狀結構，按保溫層3的圓環形內壁圓周繞成波紋狀。每段加熱絲設置兩個引出端，用於與相鄰加熱絲焊接或從保溫層3的內壁引出連接電纜，加熱絲彎曲的位置設置絕緣固定組件2。
[0045]需要說明的是，每段加熱絲之間的間隔根據熱處理裝置的實際使用需求確定。每段加熱絲的高度尺寸及波長可以不同，根據熱理裝置的實際使用需求而定。另外，用來安裝固定加熱絲的絕緣固定組件2對保溫層3中的保溫棉也具有固定的作用，所以，在本發明的實施例中，保溫層3的單獨固定件的用量可以降低。
[0046]請參閱圖3，圖3為圖2中所示立式熱處理設備中包括加熱絲單元和固定件的結構圖。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構成。每段加熱絲包括兩個引線端12，引線端12可以是與加熱絲相同材質或相近材質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]請參閱圖4，圖4為圖2中所示立式熱處理設備中加熱絲單元的結構示意圖。如圖所示，熱處理裝置的加熱絲繞圓周逞波紋狀成型，根據實際需要，每段加熱絲的高度及波長可不同。加熱絲為帶狀材料。
[0048]請參閱圖5和圖6，圖5為圖2中所示立式熱處理設備中加熱絲固定輪的結構示意圖，圖6所示為本發明加熱絲固定輪的爆炸結構示意圖。圖中的加熱絲的固定輪，是屬於加熱絲絕緣固定組件2的一部分，由耐高溫絕緣材質製成，由兩部分構成，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]請參閱圖7,圖7所示為本發明實施例加熱絲固定輪剖面結構示意圖。如圖所示，在固定輪擋片21和固定輪主體22上設置有同心的通孔，用於通過安裝緊固件，如螺釘，將固定輪擋片21和固定輪主體22安裝固定在爐體內壁4上，同時將保溫棉壓在爐體內壁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，兩個固定輪擋片21之間用於安裝並限制加熱絲。較佳地，加熱絲的波峰或波谷限制在固定輪的兩輪之間，以達到加熱絲的安裝和固定。
[0050]請參閱圖8,圖8為圖5中所示本發明實施例中頂蓋爆炸結構示意圖。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設置在熱處理裝置腔室的一側。頂蓋板71的外側設置有安裝環，安裝環上設置有安裝孔，用於與頂部連接環5安裝固定。
[0051]請參閱圖9,圖9為圖5中所示本發明實施例中頂蓋剖面結構示意圖。如圖所示，頂蓋板71設置成幾字形，在中央凹陷的區域設置有頂部保溫棉72。
[0052]請參閱圖10,圖10所示為所示本發明實施例中頂部連接環的結構示意圖。如題所示，頂部連接環5分為縱向環和橫向環，在橫向環上設置有安裝孔，用於與頂蓋7連接固定。縱向環套在爐體的內壁4外側，並與內壁4焊接固定，橫向環與外壁8焊接。
[0053]綜上所述，本發明實施例中結構，可以在晶圓熱處理工藝過程中，尤其是在晶圓熱處理低溫工藝過程中，即使在沒有附加輔助降溫系統(RCU)的條件下，能實現低溫下的高控溫精度，同時還可以獲得較大的降溫速率。
[0054]以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例並非用以限制本發明的專利保護範圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種半導體熱處理設備，包括爐體、保溫層、加熱元件以及絕緣固定組件，其特徵在於，所述爐體包括內壁、外壁和頂蓋，所述保溫層設置在加熱元件和內壁之間；所述加熱元件由若干段縱向分布的加熱絲構成，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壁面上，並同時將所述保溫層固定在爐體的內壁上。
2.如權利要求1所述的半導體熱處理設備，其特徵在於，所述保溫層的內壁為圓環形，每段所述加熱絲為帶狀結構，按所述保溫層的圓環形內壁圓周繞成波紋狀；每段所述加熱絲設置兩個引出端，用於與相鄰加熱絲焊接或從所述保溫層的內壁引出連接電纜，所述加熱絲彎曲的位置設置絕緣固定組件。
3.如權利要求1所述的半導體熱處理設備，其特徵在於，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成，所述固定輪擋片和固定輪主體中心具有同心的通孔，用於供所述緊固安裝件穿接所述爐體的內壁，所述固定輪主體由固定輪擋片和加熱絲固定軸一體成型，兩個所述固定輪擋片之間用於安裝並限制所述加熱絲。
4.如權利要求3所述的半導體熱處理設備，其特徵在於，所述固定輪擋片和固定輪主體由耐高溫絕緣材料製成。
5.如權利要求3所述的半導體熱處理設備，其特徵在於，所述保溫層的材料為保溫棉，所述的緊固安裝件穿過所述保溫棉，將所述絕緣固定組件與所述爐體內壁連接固定，同時所述固定輪將保溫棉壓緊固定在爐體的內壁上，所述固定輪支撐所述加熱絲，並將所述加熱絲限制在兩個所述固定輪擋片之間。
6.如權利要求1所述的半導體熱處理設備，其特徵在於，還包括頂部連接環和底部連接環；所述頂部連接環設置在爐體頂部且位於內壁外側，所述爐體頂部外壁與所述頂部連接環安裝固定；所述底部連接環與所述爐體的底部外壁安裝固定。
7.如權利要求1所述的半導體熱處理設備，其特徵在於，所述頂蓋與所述頂部連接環連接固定。
8.如權利要求7所述的半導體熱處理設備，其特徵在於，所述頂部連環設置有安裝孔，所述頂蓋上設置有相應的連接孔，用於與頂部連接環的安裝孔安裝固定；所述爐體頂部外壁與所述頂部連接環焊接，所述爐體底部外壁與所述底部連接環焊接。
9.如權利要求1所述的半導體熱處理設備，其特徵在於，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域，用於設置所述保溫棉，所述保溫棉與頂蓋板固定在一起，所述保溫棉設置在朝向所述爐體的內側。
10.如權利要求1所述的半導體熱處理設備，其特徵在於，所述保溫層的內壁為圓環形，在所述爐體的內壁與外壁之間設置有水冷單元，所述水冷單元由水冷管縱向繞成波紋狀，並按所述保溫層的圓環形內壁圍成圓周。
【文檔編號】H01L21/67GK103928373SQ201410174552
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】孫少東, 王艾, 周厲穎 申請人:北京七星華創電子股份有限公司