CN102751217A - 温度缓冲装置及炉管系统 - Google Patents

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王硕
许忠义
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Abstract

本发明公开了一种温度缓冲装置及炉管系统，通过一个能够调控水蒸气温度的温度调控装置，将水蒸气的温度尽可能地靠近或达到所需要的温度，使得反应腔内的反应状况可以得到控制，避免了现有技术中温度差异较大而无法有效控制反应，即避免了产生二氧化硅层时厚度过厚，平整度较差等问题，从而提高了形成的二氧化硅层厚度的准确性和平整度，也能够保证晶圆之间的平整度差异较小，大大的提高了产品的质量。

Description

温度缓冲装置及炉管系统
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种温度缓冲装置及炉管系统。
背景技术
在集成电路制造过程中，生成二氧化硅层是一项不可缺少的步骤。一个常用方法为借助消耗硅基底以反应形成二氧化硅层。
上述方法可以有如下反应：Si(s)+2H2O(g)→SiO2(s)+2H2(g)，业内称之为湿法氧化工艺。通常该工艺过程是在常压炉管（AP furnace）系统中进行。
现有的常压炉管系统包括一打火器和一反应腔，作为反应气体的水蒸气在打火器处由氢气（H2）和氧气（O2）反应制得。然而，打火器所产生的水蒸气温度范围是固定的，不同的厂商提供的设备其温度在800℃~900℃之间浮动，且该范围由于设备本身的限定不能够修改。
这就会出现一个很严重的问题，对于不同的工艺过程，在湿法氧化时所需要的水蒸气温度将会与打火器提供的温度相差较大，这种较大的温度差别虽然也能够使得反应进行，但其必然会影响反应过程，造成不必要的麻烦。比如在需要的水蒸气温度为650℃，但打火器生成的水蒸气在900℃，那么当900℃的水蒸气进入反应腔中，高温水蒸气将在硅基底表面发生非常激烈的反应，这将产生超出所需要的平均厚度的氧化层，并且由于反应激烈且生成的氧化层过厚，还将极大的破坏晶圆表面的平整度，甚至造成每片晶圆的平整度都相差较大，这在大规模生产中是极为不利的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种温度缓冲装置，以改进现有炉管系统中不能够得到具有较为理想的温度的水蒸气的状况，从而提高产品的质量。
为解决上述技术问题，本发明提供一种温度缓冲装置，包括：
一耐高温的管道、一温度调控装置及一温度监测器；
其中，所述温度调控装置紧靠并包围所述管道，所述温度监测器的探测部分位于所述管道内。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述管道的材料为石英、白云石等耐高温材料。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述管道的形状为蛇形。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述管道的形状为螺旋形。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述管道的容积为8×10-3m3~1m3。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述温度调控装置为冷却装置。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述冷却装置为水冷系统。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述冷却装置为风冷系统。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述温度调控装置为加热装置。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述加热装置为电热系统。
进一步的，对于所述的温度缓冲装置，所述温度监测器包括一热电偶。
本发明提供一种常压炉管系统，包括：
一如上所述的温度缓冲装置；
一打火器；及
一反应腔；
其中，所述打火器的出口与所述管道的一端相连，所述管道的另一端与所述反应腔的气体入口相连。
本发明提供的温度缓冲装置及炉管系统中，通过一个能够调控水蒸气温度的温度调控装置，将水蒸气的温度尽可能地靠近或达到所需要的温度，使得反应腔内的反应状况可以得到控制，避免了现有技术中温度差异较大而无法有效控制反应，即避免了产生二氧化硅层时厚度过厚，平整度较差等问题，从而提高了形成的二氧化硅层厚度的准确性和平整度，也能够保证晶圆之间的平整度差异较小，大大地提高了产品的质量。
附图说明
图1为本发明实施例的温度缓冲装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的常压炉管系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明温度缓冲装置和炉管系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，一种温度缓冲装置1，包括：一耐高温的管道2、一温度调控装置3及一温度监测器4；其中，所述温度调控装置3紧靠并包围所述管道2，所述温度监测器4的探测部分位于所述管道2内，所述管道2、温度调控装置3及温度监测器可置于一可封闭的结构5中，以方便搬运，并满足生产工厂所需要的6S要求。
由于所述温度缓冲装置1通入的气体温度较高，所述管道2的材料需要为耐高温材料，可以为石英、白云石等耐高温性能较佳的材料。
所述管道2的容积为8×10-3m3~1m3，优选的，所述管道2的容积为1.25×10--2m3，以使得热量能有较好的得到处理。另一方面，从节省空间和利于热量处理的角度出发，所述管道2的形状优选为蛇形，螺旋形等，本实施例为蛇形，在容积较小的情况下，也可以设计成一条直的细长管道。
在本实施例中，所述温度调控装置3为冷却装置。即可使得进入管道2内的气体冷却。这将在所需要的反应气体温度低于气体发生装置（如打火器）产生的气体温度时使用，使得气体发生装置产生的气体的温度尽可能地降低以靠近或达到反应所需要的温度。在温度调控装置3为冷却装置时，具体的，可选用现有的水冷系统，也可以选用风冷系统等。
在其他实施例中，所述温度调控装置3可以为加热装置。如电热系统等。即可使得进入管道2内的气体升温。这将在所需要的反应气体温度高于气体发生装置（如打火器）产生的气体温度时使用，使得气体发生装置产生的气体的温度尽可能地接近或达到反应所需要的温度。这将提高反应时的速度，以避免由于气体温度较低而反应过慢的问题，从而提高了效率。
所述温度监测器4包括一温度探测部分和一显示屏，所述温度探测部分可以为热电偶，其位于管道2内，以较为灵敏地探测出管道2内气体的温度，并通过显示屏显示，从而借此控制温度调控装置3对管道2内气体温度的影响程度。
在其他实施例中，所述温度监测器4还可以包括与度调控装置3相连接的导线及一控制面板。控制面板可以输入气体发生装置产生的气体温度应当被处理到的数值或范围，并能够结合显示屏显示出的管道2内的气体温度进行分析，将其所得到的分析结果反馈给温度调控装置3，进而温度调控装置3将有目的性的改变其提供的制冷效果或加热效果，如增强制冷效果或降低制冷效果等，达到自动控制温度调控装置3对管道2内气体温度的影响的目的。
请参考图2，本发明实施例提供一种炉管系统，具体的，可以为常压炉管系统，用于形成二氧化硅层，包括：一如上所述的温度缓冲装置1；一打火器6；及一反应腔7；其中，所述打火器6与所述温度缓冲装置1的一端通过一阀门8相连，所述温度缓冲装置1的另一端与所述反应腔7通过另一阀门8相连。即在打火器6所产生的水蒸气有着高于与硅基底进行反应时所需要的温度，则水蒸气通入温度缓冲装置1后，经如上所述的温度降低的方式（采用水冷系统并结合温度监控器的反馈以降低温度）将水蒸气的温度限制在一个更优的范围（如反应腔7中需要的反应气体温度为650℃，而打火器6产生的水蒸气温度为900℃，经本发明的温度缓冲装置1处理后达到水蒸气温度为700℃），之后使得水蒸气进入反应腔7内，所述反应腔7内载入待处理晶圆。如此便可有效的控制二氧化硅层的形成，避免过厚和晶圆整体的不平整。
本发明所提供的温度缓冲装置不限于使用在炉管系统中，也不限于对水蒸气的处理和二氧化硅层的形成，所有的所产生的气体具有的温度与在反应腔内进行反应时需要的温度不相同时皆可使用本装置，以达到优化反应气体的温度（升高或降低）的目的，从而使得所需反应更加顺利、有效、可控的进行。
综上所述，本发明提供的温度缓冲装置及炉管系统中，通过一个能够调控水蒸气温度的温度调控装置，将水蒸气的温度尽可能地靠近或达到所需要的温度，使得反应腔内的反应状况可以得到控制，避免了现有技术中温度差异较大而无法有效控制反应，即避免了产生二氧化硅层时厚度过厚，平整度较差等问题，从而提高了形成的二氧化硅层厚度的准确性和平整度，也能够保证晶圆之间的平整度差异较小，大大的提高了产品的质量。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种温度缓冲装置，其特征在于，包括：
一管道、一温度调控装置及一温度监测器；
其中，所述温度调控装置紧靠并包围所述管道，所述温度监测器的探测部分位于所述管道内。
2.如权利要求1所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述管道的材料为石英或白云石。
3.如权利要求1所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述管道的容积为8×10-3m3~1m3。
4.如权利要求1所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述管道的形状为蛇形。
5.如权利要求1所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述管道的形状为螺旋形。
6.如权利要求1所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述温度调控装置为冷却装置。
7.如权利要求6所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述冷却装置为水冷系统。
8.如权利要求6所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述冷却装置为风冷系统。
9.如权利要求1所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述温度调控装置为加热装置。
10.如权利要求9所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述加热装置为电热系统。
11.如权利要求1所述的温度缓冲装置，其特征在于，所述温度监测器包括一热电偶。
12.一种炉管系统，其特征在于，包括：
一如权利要求1~11任一项所述的温度缓冲装置；
一打火器；及
一反应腔；
其中，所述打火器与所述温度缓冲装置的一端相连，所述温度缓冲装置的另一端与所述反应腔相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5625020B2 (zh) * 1976-08-31 1981-06-10
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