CN101329982B - 晶片热处理装置 - Google Patents

Abstract

一种晶片热处理装置，包括装载腔和供气管；所述供气管与装载腔连接，用于向所述装载腔中供给气体；该晶片热处理装置还包括至少两个与装载腔连接的排气管，用于将所述装载腔中的气体排出。本发明的晶片热处理装置排出气体的速度较快且空气残留较少。

Description

晶片热处理装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体制造工艺中的晶片热处理装置。

背景技术

半导体制造工艺中，晶片热处理装置用于在半导体晶片表面生长膜层或对半导体晶片进行热退火处理。目前，较为常用的为立式晶片热处理装置。专利号为US5562383的美国专利公开了一种晶片热处理装置。图1为该美国专利公开的晶片热处理装置的剖面示意图。

如图1所示，该晶片热处理装置包括热处理工艺腔206、位于该热处理工艺腔206下方的装载腔208以及所述热处理工艺腔206和装载腔208之间的隔离装置207；

在所述热处理工艺腔206中具有衬管(Process Vessel)241，在所述衬管241外围具有加热器242，该加热器242用于对所述衬管241中的半导体晶片进行热处理；

所述热处理工艺腔206还具有供气管246和排气管245，供气管246用于向衬管241中供给气体，例如，供给在半导体晶片表面生长薄膜的工作气体、对半导体晶片进行退火处理的保护气体等，排气管245用于将衬管241中的气体排出；

在装载腔208中具有塔形的晶舟(Wafer Boat)261和升降装置262。所述晶舟261材质为石英，可沿所述晶舟261的竖直方向按设定的间距水平放置多个半导体晶片，所述升降装置262支撑所述晶舟261，用于在竖直方向升降所述晶舟261；

所述装载腔208还具有供气管271和排气管272，所述供气管271的供气口和排气管272的排气口位于所述装载腔208的侧壁下方位置；该供气管271和排气管272用于替换装载腔208中的气体，例如，通过供气管271供给氮气，将装载腔208中的空气通过排气管272赶出；

所述隔离装置207使热处理工艺腔204和装载腔208之间气密封，所述隔离装置207中央具有开口241a和挡板256，所述挡板256用于打开和封闭开口241a；开口241a打开时，可使所述晶舟261通过该开口241a进入所述衬管241，所述晶舟261下端部的边缘261a与所述开口241a的边缘配合，将晶舟261密封于衬管241中，从而可以对半导体晶片进行热处理。

所述的晶片热处理装置工作时，首先，挡板256将开口241a密封，使得所述热处理工艺腔206和装载腔208之间气密封；将半导体晶片装载于晶舟261中；接着，通过排气管272将所述装载腔208之中的空气排出，同时通过供气管271向所述装载腔208中供给惰性气体或氮气，将所述装载腔208中的空气赶出，并充入惰性气体或氮气；然后，打开所述挡板256，通过升降装置262将晶舟261升入衬管241中，对所述晶舟261中的半导体晶片进行热处理。

然而应用所述的晶片热处理装置工作时，通过所述排气管272排出所述装载腔208中的空气需要较长的时间，且在晶舟261的靠近开口241a的端部具有空气残留；该空气残留在晶舟261上升时被带入衬管241，空气残留中的氧气会影响对半导体晶片的热处理；特别是对于工艺线宽较小的半导体晶片的制造，空气残留中的氧气在热处理工艺中会造成半导体晶片上器件的损伤，而使良率下降。

发明内容

本发明提供一种晶片热处理装置，本发明的晶片热处理装置排出气体的速度较快且空气残留较少。

本发明提供的一种晶片热处理装置，包括装载腔和供气管；所述供气管与装载腔连接，用于向所述装载腔中供给气体；该晶片热处理装置还包括至少两个与装载腔连接的用于将所述装载腔中的气体排出的排气管。

可选的，至少一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近底壁的位置；至少一排气管的排气口位于所述装载腔侧壁靠近顶壁的位置。

可选的，所述排气管为两个，其中一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近底壁的位置，另一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近顶壁的位置。

可选的，所述排气管为两个，其中一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近底壁的位置；另一排气管通过所述装载腔侧壁靠近底壁的位置伸入装载腔，并延伸至所述装载腔的内部，使该排气管的进气口靠近所述装载腔的顶壁。

可选的，所述排气管为两个，其中一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近底壁的位置；另一排气管通过所述装载腔侧壁靠近底壁的位置伸入装载腔，并延伸至所述装载腔的内部，使该排气管的进气口靠近所述装载腔的顶壁，该排气管的排气口连接至进气口位于装载腔侧壁靠近底壁位置的排气管。

可选的，所述排气管的进气口为圆形、椭圆形、半圆形、扇形、或多边形中的一种。

可选的，所述排气管的进气口的端部为喇叭型或桶形。

可选的，所述排气管靠近进气口的端部具有阀门。

可选的，所述排气管靠近进气口的端部具有排气装置。

可选的，所述排气装置为排风扇。

可选的，所述装载腔中还具有气体过滤装置，所述过滤装置与所述供气管连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的晶片热处理装置中至少有两个排气管与装载腔连接，提高了排气速率，增大了排气量，并减少装载腔中的空气残留；

与装载腔连接的排气管的进气口分布于所述装载腔的不同位置，能够尽可能的将所述装载腔中不同位置的空气排出，进一步减小在所述装载腔中的空气残留；从而避免残留的空气被带入热处理工艺腔中，影响对半导体晶片的热处理工艺；

此外，所述排气管的排气口为喇叭型，增大了排气量和排气速度，从而增强了排气的能力，减小了排气的时间，也减小了装载腔中的空气残留。

附图说明

图1为现有技术中的一种晶片热处理装置的剖面示意图；

图2为本发明的晶片热处理装置第一实施例的剖面示意图；

图3为图2所示的晶片热处理装置沿AA’的剖面示意图；

图4为本发明的晶片热处理装置的第二实施例的剖面示意图；

图5为本发明的晶片热处理装置的第三实施例的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图2为本发明的晶片热处理装置的第一实施例的剖面示意图，图3为图2沿AA’的剖面示意图。如图2所示，装载腔104位于热处理工艺腔102下方，且所述装载腔104和热处理工艺腔102之间通过隔离装置107气密封。

热处理工艺腔102中具有竖直放置的衬管106，所述衬管106为倒“U”型，上端封闭，下端与所述隔离装置107连接，该衬管106的材质为石英。在所述衬管106的侧壁分布有多组加热器108；所述加热器108可以是电阻丝。所述加热器108通过衬管106对该衬管106中的半导体晶片进行热处理；在所述加热器108的外围还具有保护罩(未标示)。

供气管112与排气管110与所述热处理工艺腔102连接；所述供气管112用于向衬管106中供给气体，例如，向所述衬管106中供给在半导体晶片表面生长薄膜的工作气体或对半导体晶片进行退火处理的保护气体等；供气管112的另一端与气源(图未示)连接；所述排气管110用于将所述衬管106中的气体排出，例如，排出在半导体晶片表面完成薄膜生长后的废气或对半导体晶片进行退火后的气体或在对半导体晶片进行热处理之前该衬管中的空气等；所述排气管110的另一端连接至废气处理装置(图未示)。

所述隔离装置107用于使所述热处理工艺腔102和装载腔104之间气密封。所述隔离装置107中央具有开口114和挡板116，所述开口114连通所述热处理工艺腔102和装载腔104，所述挡板116用于打开和封闭所述开口114。

装载腔104中竖直放置的塔形晶舟118和升降装置123，所述晶舟118和升降装置123位于所述开口114的正下方；所述晶舟118的材质为石英，在所述晶舟118中沿竖直方向具有多个支撑部，每一支撑部上都可放置半导体晶片；所述升降装置123位于所述晶舟118下面，支撑所述晶舟118，使所述晶舟可在竖直方向升降。

当所述隔离装置107的开口114打开时，通过升降装置123升起所述晶舟114，使所述晶舟穿过开口114进入到衬管106之中，所述晶舟118下端部的边缘118a刚好与所述开口114的边缘相配合，使所述晶舟118被密封于衬管106之中；也即在所述晶舟118移入所述衬管106后，通过晶舟118的下端部边缘118a可使所述衬管106和所述装载腔104之间气密封，通过加热器108对所述衬管106中的半导体晶片进行热处理时，所述衬管106和装载腔104之间相互不会有气体泄露。

供气管120与装载腔104连接，用于向所述装载腔104供给气体；所述供气管120穿过所述装载腔104的侧壁与该装载腔104中的气体循环通道129连接，经该供气管120供给的气体通过循环通道129、风扇131、第一过滤器132、冷却装置130、第二过滤器128后进入所述装载腔104的腔室之中(图2的装载腔104中的箭头表示气体流动方向)。

至少两个排气管与所述装载腔104连接，排气管用于将所述装载腔104中的气体排出，例如，在将晶舟118上升入热处理工艺腔102，对晶舟118中的半导体晶片进行热处理工艺之前，需要将装载腔104中的空气排出。在其中的一个实施例中，所述排气管为两个，分别为第一排气管122和第二排气管124，所述第一排气管122和第二排气管124的进气口可以是圆形、半圆形、扇形、椭圆形或多边形中的一种；其中，所述第一排气管122的进气口位于所述装载腔104侧壁靠近底壁位置，所述第二排气管124的进气口位于所述装载腔104侧壁靠近顶壁的位置(也即靠近隔离装置107的位置)。

如图3所示的剖面示意图，第一排气管122和第二排气管124位于所述装载腔104侧壁，其中，所述第一排气管122的进气口与所述第二排气管124的进气口位于所述装载腔104的不同位置，所述第一排气管122的进气口位于所述装载腔104侧壁靠近底壁位置，所述第二排气管124的进气口位于所述装载腔104侧壁靠近顶壁的位置；从而使两个排气管的进气口分别位于与晶舟118上端部和下端部附近的位置。此外，所述第一排气管122的进气口和第二排气管124的进气口在竖直方向不必在一条直线方向，也即，所述第一排气管122的进气口和第二排气管124的进气口在水平方向可以具有一定的距离。

所述第一排气管122上靠近进气口的端部具有阀门122a，用于打开和关闭第一排气管122；

所述第二排气管124上靠近进气口的端部具有阀门124a和排气装置124b，在其中的一个实施例中，所述排气装置为124b为排风扇；所述阀门124a用于打开和关闭所述第二排气管124，排气装置124b用于将所述装载腔104中的气体抽出；

所述第二排气管124的进气口的端部为喇叭型，即进气口部分的面积大于所述第二排气管124的截面，从而可以增大排气速度和排气量；在其它的实施例中，所述端部可以为直桶型；所述第二排气管124的排气口连接至废气处理装置。

在其它的实施例中，所述第一排气管122靠近进气口的端部也可以为喇叭型。

应用所述的晶片热处理装置工作时，首先，挡板116将开口114封闭；通过传送装置(未示出)将半导体晶片传送至晶舟118的支撑部上，然后将该装载腔104气密封；

接着，打开第一排气管122的阀门122a和第二排气管124的阀门124a，同时打开第二排气管124上的排气装置124b，对所述装载腔104进行排气，使所述装载腔104中的空气排出；同时打开所述供气管120的阀门，按一定的流量向所述装载腔104中供给惰性气体或氮气；所述惰性气体充入所述装载腔104中，可将所述装载腔104中的空气赶出，提高排气速率，减少排气时间；同时将惰性气体或氮气充入装载腔104作为保护气体；

由于所述的装载腔104具有至少两个排气管，例如第一排气管122和第二排气管124，使得所述装载腔104中的空气能够较快的被排出；

同时由于所述第一排气管122和第二排气管124的进气口分布于所述装载腔104的不同位置，能够尽可能的将所述装载腔104中不同位置的空气排出，减小在所述装载腔104中的空气残留；例如，所述第二排气管124的进气口位于所述晶舟118的上端部附近，可将所述晶舟118上端部附近的空气排出，避免空气残留；从而避免残留的空气被带入热处理工艺腔102中，影响对半导体晶片的热处理工艺；

此外，所述排气管的进气口为喇叭型，增大了排气量和排气速度，从而增强了排气的能力，减小了排气的时间，也减小了装载腔104中的空气残留；

然后，打开所述挡板116，通过升降装置123将所述晶舟118升入衬管106中，所述晶舟118下端部的边缘118a与所述开口114的边缘配合将所述晶舟118封闭于衬管106中；通过加热器108对所述半导体晶片进行热处理，例如，可以是生长薄膜或退火处理；在进行生长薄膜时，通过供气管112供给工作气体。

图4为本发明的晶片热处理装置的第二实施例的剖面示意图。

如图4所示，晶片热处理装置包括有装载腔104，第一排气管122和第二排气管124与装载腔104连接，用于将装载腔104中的气体排出。

所述第一排气管122和第二排气管124的进气口可以是圆形、半圆形、扇形、椭圆形或多边形中的一种；其中，所述第一排气管122的进气口位于所述装载腔104侧壁靠近底壁位置，所述第二排气管124通过所述装载腔104侧壁靠近底壁的位置伸入装载腔104，并沿着所述装载腔104的竖直侧壁延伸至所述装载腔104的内部，从而使所述第二排气管124的进气口靠近所述装载腔104的顶壁；使所述的两个排气管的进气口分别位于与晶舟118上端部和下端部附近的位置。此外，所述第一排气管122的进气口和第二排气管124的进气口在竖直方向不必在一条直线方向，也即，所述第一排气管122的进气口和第二排气管124的进气口在水平方向可以具有一定的距离。

所述第一排气管122上靠近进气口的端部具有阀门122a，用于打开和关闭第一排气管122；

所述第二排气管124上靠近进气口的端部具有阀门124a和排气装置124b，在其中的一个实施例中，所述排气装置为124b为排风扇；所述阀门124a用于打开和关闭所述第二排气管124，排气装置124b用于将所述装载腔104中的气体抽出；

所述第二排气管124的进气口的端部为喇叭型，即进气口部分的面积大于所述第二排气管124的截面，从而可以增大排气速度和排气量；在其它的实施例中，所述端部可以为直桶型；所述第二排气管124的排气口连接至废气处理装置。

在其它的实施例中，所述第一排气管122靠近进气口的端部也可以为喇叭型。

应用所述的晶片热处理装置工作时，首先，挡板116将开口114封闭；通过传送装置(未示出)将半导体晶片传送至晶舟118的支撑部上，然后将该装载腔104气密封；

接着，打开所述第一排气管122的阀门122a和第二排气管124的阀门124a，同时打开所述第二排气管124上的排气装置124b，对所述装载腔104进行排气，使所述装载腔104中的空气排出；同时打开所述供气管120的阀门，按一定的流量向所述装载腔104中供给惰性气体或氮气；所述惰性气体充入所述装载腔104中，可将所述装载腔104中的空气赶出，提高排气速率，减少排气时间；同时将惰性气体或氮气充入装载腔104作为保护气体；

由于所述的装载腔104具有至少两个排气管，例如第一排气管122和第二排气管124，使得所述装载腔104中的空气能够较快的被排出；

同时由于所述第一排气管122和第二排气管124的进气口分布于所述装载腔104的不同位置，能够尽可能的将所述装载腔104中不同位置的空气排出，减小在所述装载腔104中的空气残留；例如，所述第二排气管124的进气口位于所述晶舟118的上端部附近，可将所述晶舟118上端部附近的空气排出，避免空气残留；从而避免残留的空气被带入热处理工艺腔102中，影响对半导体晶片的热处理工艺；

此外，所述排气管的进气口为喇叭型，增大了排气量和排气速度，从而增强了排气的能力，减小了排气的时间，也减小了装载腔104中的空气残留；

然后，打开所述挡板116，通过升降装置123将所述晶舟118升入衬管106中，所述晶舟118下端部的边缘118a与所述开口114的边缘配合将所述晶舟118封闭于衬管106中；通过加热器108对所述半导体晶片进行热处理，例如，可以是生长薄膜或退火处理；在进行生长薄膜时，通过供气管112供给工作气体。

图5为本发明的晶片热处理装置的第三实施例的剖面示意图。

如图5所示，晶片热处理装置包括有装载腔104，第一排气管122和第二排气管124与装载腔104连接，用于将装载腔104中的气体排出。

所述第一排气管122和第二排气管124的进气口可以是圆形、半圆形、扇形、椭圆形或多边形中的一种；其中，所述第一排气管122的进气口位于所述装载腔104侧壁靠近底壁位置，所述第二排气管124通过所述装载腔104侧壁靠近底壁的位置伸入装载腔，并沿着所述装载腔104的竖直侧壁延伸至所述装载腔104的内部，从而使所述第二排气管124的进气口靠近所述装载腔104的顶壁；从而使所述的两个排气管的进气口分别位于与所述晶舟118上端部和下端部附近的位置。此外，所述第一排气管122的进气口和第二排气管124的进气口在竖直方向不必在一条直线方向，也即，所述第一排气管122的进气口和第二排气管124的进气口在水平方向可以具有一定的距离。

所述第一排气管122上靠近进气口的端部具有阀门122a，用于打开和关闭第一排气管122；

所述第二排气管上靠近进气口的端部具有阀门124a和排气装置124b，在其中的一个实施例中，所述排气装置为124b为排风扇；所述阀门124a用于打开和关闭所述第二排气管，排气装置124b用于将所述装载腔104中的气体抽出；

所述第二排气管124的进气口的端部为喇叭型，即进气口部分的面积大于所述第二排气管124的截面，从而可以增大排气速度和排气量；在其它的实施例中，所述端部可以为直桶型；所述第二排气管124的排气口连接至所述第一排气管122的阀门122a外侧(远离所述装载腔104的一侧)。在其它的实施例中，所述第二排气管124的排气口可连接至所述第一排气管122的阀门122a的内侧(靠近所述装载腔104的一侧)。

在其它的实施例中，所述第一排气管122的进气口的端部也可以为喇叭型。

应用所述的晶片热处理装置工作时，首先，挡板116将开口114封闭；通过传送装置(未示出)将半导体晶片传送至晶舟118的支撑部上，然后将该装载腔104气密封；

接着，打开所述第一排气管122的阀门122a和第二排气管124的阀门124a，同时打开所述第二排气管124上的排气装置124b，对所述装载腔104进行排气，使所述装载腔104中的空气排出；同时打开所述供气管120的阀门，按一定的流量向所述装载腔104中供给惰性气体或氮气；所述惰性气体充入所述装载腔104中，可将所述装载腔104中的空气赶出，提高排气速率，减少排气时间；同时将惰性气体或氮气充入装载腔104作为保护气体；

由于所述的装载腔104具有至少两个排气管，例如第一排气管122和第二排气管124，使得所述装载腔104中的空气能够较快的被排出；

同时由于所述第一排气管122和第二排气管124的进气口分布于所述装载腔104的不同位置，能够尽可能的将所述装载腔104中不同位置的空气排出，减小在所述装载腔104中的空气残留；例如，所述第二排气管124的进气口位于所述晶舟118的上端部附近，可将所述晶舟118上端部附近的空气排出，避免空气残留；从而避免残留的空气被带入热处理工艺腔102中，影响对半导体晶片的热处理工艺；

此外，所述排气管的进气口为喇叭型，增大了排气量和排气速度，从而增强了排气的能力，减小了排气的时间，也减小了装载腔104中的空气残留；

然后，打开所述挡板116，通过升降装置123将所述晶舟118升入衬管106中，所述晶舟118下端部的边缘118a与所述开口114的边缘配合将所述晶舟118封闭于衬管106中；通过加热器108对所述半导体晶片进行热处理，例如，可以是生长薄膜或退火处理；在进行生长薄膜时，可通过供气管112供给工作气体。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种晶片热处理装置，包括装载腔和供气管；所述供气管与装载腔连接，用于向所述装载腔中供给气体；其特征在于：还包括至少两个与装载腔连接的用于将所述装载腔中的气体排出的排气管，其中，至少一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近底壁的位置，至少一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近顶壁的位置，且所述排气管的进气口为喇叭型。

2.如权利要求1所述的晶片热处理装置，其特征在于：所述排气管为两个，其中一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近底壁的位置，另一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近顶壁的位置。

3.如权利要求1所述的晶片热处理装置，其特征在于：所述排气管为两个，其中一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近底壁的位置；另一排气管通过所述装载腔侧壁靠近底壁的位置伸入装载腔，并延伸至所述装载腔的内部，使该排气管的进气口靠近所述装载腔的顶壁。

4.如权利要求1所述的晶片热处理装置，其特征在于：所述排气管为两个，其中一排气管的进气口位于所述装载腔侧壁靠近底壁的位置；另一排气管通过所述装载腔侧壁靠近底壁的位置伸入装载腔，并延伸至所述装载腔的内部，使该排气管的进气口靠近所述装载腔的顶壁，该排气管的排气口连接至进气口位于装载腔侧壁靠近底壁位置的排气管。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的晶片热处理装置，其特征在于：所述排气管靠近进气口的端部具有阀门。

6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的晶片热处理装置，其特征在于：所述排气管靠近进气口的端部具有排气装置。

7.如权利要求6所述的晶片热处理装置，其特征在于：所述排气装置为排风扇。

8.如权利要求1所述的晶片热处理装置，其特征在于：所述装载腔中还具有气体过滤装置，所述过滤装置与所述供气管连接。

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