高效率快速熱退火設備的製作方法

2023-07-15 17:18:31 1

專利名稱:高效率快速熱退火設備的製作方法
本實用新型系一種半導體工藝設備，主要是對半導體材料進行快速熱處理工藝。
近年來，出現了使用脈衝光源和高強度連續光對半導體材料進行熱處理的技術。這些技術在美國專利US4，151，008以及US4，331，485中均有所反映。但採用這些技術的現有設備消耗功率較大，如美國EATON公司的產品NOVA ROA－400型快速光退火設備的功率為100KW，AG公司的產品210M型熱脈衝退火設備的功率為20KW。此外，對光照強度也無法監視。
本實用新型的目的就是提高該類設備的光能利用率。為此，設計了全封閉多次反射高效聚光腔。輸入功率僅為5KW就可以使直徑為 75mm的矽片在10秒內達到1250℃。而現有設備同樣時間達到同樣溫度則要20KW以上的功率。另外，從聚光腔內引出一根光導纖維，可以監視聚光腔內光強，解決了光強度測量問題。
本設備由高效聚光腔、可控矽整流電源、數字式程序定時器、數字式測溫儀、數字式光強測量儀等部分組成。
本設備的工作原理結合設備的原理方框圖(附圖1)加以說明。數字式程序定時控制器〔2〕控制可控矽整流電源〔1〕輸出的大小和時間。可控矽整流電源〔1〕的輸出接到高效聚光腔〔3〕內的管形滷鎢燈上。數字式測溫儀〔4〕用於測量聚光腔內參考矽片的溫度。數字式光強測量儀〔5〕用於測量高效聚光腔〔3〕內的相對光強。
本設備的特點就是具有高效聚光腔。附圖2是高效聚光腔的結構圖。高效聚光腔由上反光板、下反光板、前反射板、後反射板，上石英玻璃板、下石英玻璃板、管形滷鎢燈，測溫參考矽片、測溫熱電偶、石英支架、光強測量光導纖維等組成。現結合附圖2對其工作原理加以說明。由管形滷鎢燈〔6〕產生的光，一部分直接照射到上石英毛玻璃板〔11〕和下石英毛玻璃板〔12〕上。另一部分通過上反光板〔7〕和下反光板〔8〕反射到石英毛玻璃板上。水平方向的光，通過前反射板〔10〕和後反射板〔9〕，經多次反射後也照射到石英毛玻璃板上。石英毛玻璃板有改善光照均勻性的作用。退火樣品〔13〕由石英支架〔14〕支起，以避免與石英玻璃板〔12〕間的熱傳導。退火樣品〔13〕可以是矽片、砷化鎵片或其它半導體材料。參考矽片〔15〕上有一小孔，孔內裝有測溫熱電偶〔16〕通過測量參考矽片的溫度，間接測量退火樣品的溫度。前反射板上裝有一根光導纖維〔17〕。聚光腔內的光強，由光導纖維〔17〕傳送到數字式光強測量儀〔5〕上，通過矽光電池，測量出腔內的相對光強，用光強指數的形式反映出來。
退火樣品受到強光輻照後，溫度迅速升高，在管形滷鎢燈加到全功率時，升溫速率可達350℃／秒以上。樣品在數秒鐘內即可達到1350℃的高溫。當光照功率密度與退火樣品本身向外輻射的功率相等時，達到熱平衡。
附圖3是本設備的時間－溫度曲線。從曲線中可以看出，樣品溫度在2.5秒的時間內即可達到1050℃。
附圖4是聚光腔內光強指數與樣品溫度關係曲線。
高效聚光腔的上反光板和下反光板採用了圓弧形反射面，圓弧的曲率半徑是圓弧中心到滷鎢燈燈絲距離的二倍。以保證有較高的聚光效率和較好的均勻性。聚光腔的上、下反光板和前、後反射板均通水冷卻，反光表面拋光並鍍金或鍍銀。
本設備的熱退火樣品的溫度範圍為700℃至1350℃。溫度控制精度可達1％，與現有設備相比，它具有效率高、耗能少、結構簡單，成本低因而售價也較低的特點。實驗數據表明，使用該設備，在大規模集成電路淺結工藝以及極薄基區製備工藝等方面都將有很好的效益。
權利要求
1.一種高效率熱退火設備，由聚光腔、可控矽整流電源、數字式程序定時控制器、數字式測溫儀、數字式光強測量儀組成，其特徵是其聚光腔採用了全封閉多次反射結構，由上反光板、下反光板、前反射板、後反射板以及石英毛玻璃板組成，並採用了光強測量光導纖維，以測量聚光腔內光強。
2.根據權利要求
1所述的上反光板和下反光板，其特徵是採用了圓弧形反射面，圓弧的曲率半徑是圓弧中心到滷鎢燈燈絲距離的二倍。
3.根據權利要求
1所述的光強測量光導纖維，其特徵是它的一端通到高效聚光腔內，另一端接通到數字式光強測量儀的矽光電池上。
專利摘要
本實用新型是一種高效率熱退火設備，它採用了高效聚光腔，具有升溫速度快、功率消耗小、結構簡單、成本較低的特點。該設備可用於超大規模集成電路淺結工藝以及高速和微波半導體器件工藝方面。
文檔編號H01L21/324GK86208776SQ86208776
公開日1987年10月31日 申請日期1986年11月7日
發明者賀令渝 申請人:國營第706廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan