CN113539893A - 一种用于半导体工艺腔室的加热装置和半导体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于半导体工艺腔室的加热装置和半导体设备，其中加热装置设置于半导体工艺腔室上方，该加热装置包括：多个加热元件，多个加热元件在同一平面上；反射屏组件，设置于加热元件的上方，反射屏组件用于将加热元件朝向反射屏组件发出的光进行反射后照向工艺腔室，反射屏组件包括固定部和可动部；调整机构，调整机构与可动部连接，且调整机构能够调整可动部与加热元件之间的相对位置，以调节半导体工艺腔室中不同区域位置的温度。本发明提高了温场的温度可调性，调节待加工件不同区域的温度，从而能够使温场的温度更均匀，或在温场的不同区域实现不同的温度，实现不同电阻率需求的外延片的制作。

Description

一种用于半导体工艺腔室的加热装置和半导体设备
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，更具体地，涉及一种用于半导体工艺腔室的加热装置和半导体设备。
背景技术
化学气相沉积外延生长是将反应气体输送到反应腔，通过加热等方式，使之反应，生长原子沉积在衬底上，长出单晶层。加热系统在硅外延设备中起着极为重要的作用，加热系统主要由红外卤素加热灯和反射屏组成，加热灯发射的红外线通过反射屏的反射作用，照射石墨托盘，对托盘上的晶圆加热，以生长一层外延层。
现有加热系统中，上反射屏整体为一个圆环型结构，上反射屏分为倾斜和平坦两种区域，其中平坦区反射灯管光到外延层的外区(外区为外延层距离外延层中心较远的区域)，倾斜区反射灯管光到外延层的内区(内区为外延层靠近外延层中心的区域)。上反射屏通过固定螺钉固定到外罩上，上反射屏的下方为加热灯。此种上反射屏通过固定螺钉安装之后位置固定，一旦灯管功率固定后，无法对外延层的各个区域的温度进一步调节，使外延层各区域温度不均或对不同区域设定不同的温度，导致一些特定电阻率需求的外延片无法制作。
因此，如何提高温场的温度可调性，调节外延层不同区域的温度，从而实现不同电阻率需求的外延片的制作，是目前研究的课题。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于半导体工艺腔室的加热装置和半导体设备，能够提高温场的温度可调性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于半导体工艺腔室的加热装置，所述加热装置设置于所述工艺腔室上方，所述所述加热装置包括：
多个加热元件，所述多个加热元件在同一平面上；
反射屏组件，设置于所述加热元件的上方，所述反射屏组件用于将所述加热元件朝向所述反射屏组件发出的光进行反射后照向所述工艺腔室，所述反射屏组件包括固定部和可动部；
调整机构，所述调整机构与所述可动部连接，且所述调整机构能够调整所述可动部与所述加热元件之间的相对位置，以调节所述半导体工艺腔室中不同区域位置的温度。
可选方案中，所述可动部位于所述固定部的下方，且所述可动部通过所述调整机构连接于所述固定部。
可选方案中，所述可动部具有第一表面和第二表面，所述第一表面用于与所述固定部连接，所述第二表面朝向多个所述加热元件所在的平面设置；
所述调整机构用于调节所述第一表面与多个所述加热元件所在的平面之间的夹角大小，和/或，
所述调整机构用于调节所述第二表面与多个所述加热元件所在的平面之间的距离。
可选方案中，所述第二表面包括至少一个子表面，每个所述子表面的纵向剖面均呈V形，且所述V形开口朝向多个所述加热元件所在的平面设置。
可选方案中，所述加热元件为加热灯管，多个所述加热灯管呈环状分布，且每个所述子表面下方设置有一个所述加热元件，所述V形的尖角所在的直线平行于位于所述子表面下方的所述加热灯管的长度方向。
可选方案中，所述固定部呈环状，所述可动部的数量为多个，且多个所述可动部沿所述固定部的周向间隔对称设置。
可选方案中，所述调整机构包括：
第一螺杆，一端穿过所述固定部的背离所述可动部的一面且与第一螺帽连接，另一端连接于所述可动部分的第一表面；
第一弹簧，位于所述可动部和所述固定部之间，且所述第一弹簧套设于所述第一螺杆外周；
第二螺杆，一端穿过所述固定部的背离所述可动部的一面与第二螺帽连接，另一端连接于所述可动部的第一表面；
第二弹簧，位于所述可动部和所述固定部之间，且所述第二弹簧套设于所述第二螺杆外周。
可选方案中，所述调整机构包括：
第一导轨，一端与所述可动部的第一表面连接，另一端延伸出所述固定部背离所述可动部的一面，且所述另一端套设有第一滑块，所述第一滑块能够调整位于所述可动部与所述固定部之间的所述第一导轨的长度；
第二导轨，一端与所述可动部的第一表面连接，另一端延伸出所述固定部背离所述可动部的一面，且所述另一端套设有第二滑块，所述第二滑块能够调整位于所述可动部与所述固定部之间的所述第二导轨的长度。
可选方案中，所述第一导轨和所述第二导轨上均设有刻度。
本发明还提供了一种半导体设备，包括半导体工艺腔室和上述任一项所述的半导体工艺腔室的加热装置，所述加热装置设置于所述半导体工艺腔室上方。
本发明的有益效果在于：
反射屏组件包括可动部和固定部，可动部与加热元件之间的相对位置能够调节，从而调节反射到工艺腔室内的光线强度，提高了温场的温度可调性；调节待加工件不同区域的温度，从而能够使温场的温度更均匀，或在温场的不同区域实现不同的温度，实现不同电阻率需求的外延片的制作。
本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1示出了根据本发明一实施例的加热装置的剖视图。
图2为图1沿B-B方向的视图。
图3示出了根据本发明一实施例的加热装置的固定部和可动部照射区域的示意图。
图4示出了根据本发明一实施例的加热装置的可动部的剖视图。
图5示出了根据本发明一实施例的加热装置的可动部的俯视图。
图6示出了根据本发明一实施例的调整机构的示意图。
图7示出了根据本发明另一实施例的调整机构的示意图。
图8为图7沿B-B方向第一滑块与第一导轨的截面视图。
标号说明
1-固定部；2-可动部；3-罩体；4-加热元件；5-安装座；6-固定螺钉；7-V形；8-第二表面；10-1-第一螺杆；11-1-第一弹簧；12-1-第一螺帽；10-2-第二螺杆；11-2-第二弹簧；12-2-第二螺帽；20-1-第一导轨；21-1-第一滑块；20-2-第二导轨；21-2-第二滑块；22-螺钉；100-工艺腔室；101-基座；102-待加工件；30-内区；31-外区。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明。虽然本发明提供了优选的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明一实施例提供了一种用于半导体工艺腔室的加热装置，该加热装置设置于半导体工艺腔室上方，请参照图1、图2和图3，该加热装置包括：
多个加热元件4，多个加热元件4在同一平面上；
反射屏组件，设置于加热元件4的上方，反射屏组件用于将加热元件4朝向反射屏组件发出的光进行反射后照向工艺腔室100，反射屏组件包括固定部1和可动部2；
调整机构，调整机构与可动部2连接，且调整机构能够调整可动部2与加热元件4之间的相对位置，以调节半导体工艺腔室100中不同区域位置的温度。
具体地，本实施例中，加热装置外部可设置罩体3，加热装置位于罩体3内，罩体3位于工艺腔室100的上方。罩体3的设置可进一步提高加热效率，且有利于对加热装置整体结构的保护。工艺腔室100用于进行半导体工艺，如沉积、溅射、外延工艺。工艺腔室100中设置有基座101，待加工件102设置在基座101上。加热装置用于对工艺腔室100进行加热，以使待加工件102达到工艺所需的温度。多个加热元件4位于同一水平面内，水平设置，与基座101的上表面平行。本实施例中，加热元件4的安装座5安装在罩体3的内顶面上。其他实施例中，加热元件4的安装座5也可以安装在罩体3的内侧面上。反射屏组件设置于加热元件4的上方，反射屏组件的表面均镀有金属反射层，能够将加热元件4发出的光反射到工艺腔室100。反射屏组件包括两部分，固定部1和可动部2，固定部1为固定不动的，与加热元件4的距离不变，可动部2与调整机构连接，调整机构能够调整可动部2与加热元件4之间的相对位置，以调节半导体工艺腔室100中不同区域位置的温度。可动部2的表面能够反射光线，可选方案中，可动部2的材料为铝镀金。
本实施例的反射屏组件包括可动部2和固定部1，可动部2与加热元件4之间的相对位置能够调节，从而调节反射到工艺腔室100内的光线强度，提高了温场的温度可调性；调节待加工件102不同区域的温度，从而能够使温场的温度更均匀，或在温场的不同区域实现不同的温度，实现不同电阻率需求的外延片的制作。
参考图2，本实施例中，反射屏组件的固定部1呈环状，可动部2位于固定部1的下方，可动部2通过调整机构连接于固定部1的下方，且可动部2在工艺腔室100表面方向上的投影位于固定部1在工艺腔室100表面方向的投影范围内。具体地，可动部2的两个端部为弧形，两个弧形端部之间的宽度与固定部圆环的宽度一致。在其他实施例中，可动部2的表面形状可以矩形，圆形等。
继续参考图2，加热元件4为圆柱形加热灯管，成圆环状分布，加热元件4的一端指向圆环的中心，相邻两个加热元件4的端部之间等距离设置。如本实施例中，加热元件为20个，相邻两个加热元件4之间的夹角为18度。本实施例中，可动部2的数量为多个，图中示出了4个可动部2，每个可动部对应2个加热元件(带有虚线的加热元件4为可动部2对应的灯管)。在其他实施例中，可动部2的数量可以是1个、2个或者多个，多个可动部2沿固定部1的周向间隔对称或非对称设置。可以理解，对称设置更有利于温场的均匀性，如果对待加工件的某部分区域都特殊的要求可以非对称设置。
参考图3，图3示出了本实施例的加热装置的固定部1和可动部2照射区域的示意图。可动部2反射的光照射在待加工件102的内区30，固定部反射的光照射在待加工件的外区31。由于可动部2与加热元件4之间的相对位置能够调节，使可动部2下方的加热元件4照射到可动部2上的光经反射后照到待加工件102的区域位置能够调节，进而能够按照设定的需求实现不同区域的不同温度或者提高温场的均匀性。
参考图4和图5，可动部2具有第一表面(图4中的下表面)和第二表面(图4中的上表面)，第一表面用于与固定部1连接，第二表面朝向多个加热元件4所在的平面设置；所述调整机构用于调节第一表面与多个加热元件4所在的平面之间的夹角大小，和/或，调整机构用于调节第二表面与多个加热元件4所在的平面之间的距离。
本实施例中，第二表面8包括至少一个子表面，每个子表面的纵向剖面均呈V形，且V形开口朝向多个加热元件4所在的平面设置。本实施例中，固定部1的表面为平面，与加热元件4所在的平面平行。可动部2的纵向剖面为W形(两个V形7)，具有2个子表面。V形的夹角可以根据反射光线的要求设定，如30度、45度，60度等。在其他实施例中，可动部2的子表面的数量也可以是多个。本实施例中，W形的两个尖角所在的直线平行于位于其下方的加热元件4的长度方向。可以参照图2，虚线为W形的两个尖角所在的直线，以更好地调节反射到外延层内区接收到的光线强度，从而改变外延层内区的温度。
本实施例中，可动部2位于固定部1的下方，可动部2通过调整结构连接于固定部1。参考图6，调整结构包括：第一螺杆10-1，一端穿过固定部1的背离可动部2的一面且与第一螺帽12-1连接，另一端连接于可动部2的第一表面；第一弹簧11-1，位于可动部2和固定部1之间，且第一弹簧11-1套设于第一螺杆10-1外周；第二螺杆10-2，一端穿过固定部1的背离可动部2的一面与第二螺帽12-2连接，另一端连接于可动部2的第一表面；第二弹簧11-2，位于可动部2和固定部2之间，且第二弹簧11-2套设于第二螺杆10-2外周。第一螺杆10-1和第二螺杆10-2的结构相同，第一螺帽12-1和第二螺帽12-2的结构相同，第一弹簧11-1和第二弹簧11-2的结构相同，以下简称螺杆、螺帽和弹簧。螺帽在使用过程中可以悬拧不同的深度，从而改变位于可动部2与固定部1之间的高度，当两个螺帽悬拧的深度相同时，可动部2处于水平状态，可以调整可动部2与加热元件4之间的距离L，当两个螺帽悬拧的深度不同时，位于可动部2和固定部1之间的螺杆的长度不一致，此时可动部2产生倾斜，从而改变了可动部2与加热元件4之间的角度。本实施例中，螺杆、弹簧和螺帽为两个，其他实施例中，螺杆、弹簧和螺帽的数量也可以为多个。
参考图7和图8，在另一个实施例中，调整结构包括：第一导轨20-1，一端与可动部2的第一表面连接，另一端延伸出固定部1的背离可动部2的一面，且另一端套设有第一滑块21-1，第一滑块21-1能够调整位于可动部2与固定部2之间的第一导轨20-1的长度；第二导轨20-2，一端与可动部2的第一表面连接，另一端延伸出固定部1背离可动部2的一面，且另一端套设有第二滑块21-2，第二滑块21-2能够调整位于可动部2与固定部1之间的第二导轨20-2的长度。第一导轨20-1和第二导轨20-2结构相同，第一滑块21-1和第二滑块21-2结构相同，以下简称导轨和滑块。滑块套设在导轨上，能沿导轨滑动，在使用时，滑动滑快，使位于可动部2和固定部1之间的导轨长度为设定值，当位于可动部2和固定部1之间的两个导轨长度相同时，可动部2处于水平状态，可调整可动部2与加热元件4之间的距离L。当位于可动部2和固定部1之间的两个导轨的长度不一致，此时可动部2产生倾斜，从而改变了可动部2与加热元件4之间的角度。滑块与导轨之间通过螺钉22连接，调整时将螺钉拧松，滑动滑快，调整好后，将螺钉拧紧，将滑快固定在导轨上。可选方案中，第一导轨20-1和第二导轨20-2上均设有刻度，以此可以精确调整所需的距离和角度。
本发明一实施例还提供了一种半导体设备，如外延设备。该设备包括：半导体工艺腔室和上述的半导体工艺腔室的加热装置，加热装置设置于半导体工艺腔室上方。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于半导体工艺腔室的加热装置，其特征在于，所述加热装置设置于所述半导体工艺腔室上方，所述加热装置包括：
多个加热元件，所述多个加热元件在同一平面上；
反射屏组件，设置于所述加热元件的上方，所述反射屏组件用于将所述加热元件朝向所述反射屏组件发出的光进行反射后照向所述工艺腔室，所述反射屏组件包括固定部和可动部；
调整机构，所述调整机构与所述可动部连接，且所述调整机构能够调整所述可动部与所述加热元件之间的相对位置，以调节所述半导体工艺腔室中不同区域位置的温度。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室的加热装置，其特征在于，所述可动部位于所述固定部的下方，且所述可动部通过所述调整机构连接于所述固定部。
3.根据权利要求2所述的半导体工艺腔室的加热装置，其特征在于，所述可动部具有第一表面和第二表面，所述第一表面用于与所述固定部连接，所述第二表面朝向多个所述加热元件所在的平面设置；
所述调整机构用于调节所述第一表面与多个所述加热元件所在的平面之间的夹角大小，和/或，
所述调整机构用于调节所述第二表面与多个所述加热元件所在的平面之间的距离。
4.根据权利要求3所述的半导体工艺腔室的加热装置，其特征在于，所述第二表面包括至少一个子表面，每个所述子表面的纵向剖面均呈V形，且所述V形开口朝向多个所述加热元件所在的平面设置。
5.根据权利要求4所述的半导体工艺腔室的加热装置，其特征在于，所述加热元件为加热灯管，多个所述加热灯管呈环状分布，且每个所述子表面下方设置有一个所述加热元件，所述V形的尖角所在的直线平行于位于所述子表面下方的所述加热灯管的长度方向。
6.根据权利要求1所述的半导体工艺腔室的加热装置，其特征在于，所述固定部呈环状，所述可动部的数量为多个，且多个所述可动部沿所述固定部的周向间隔对称设置。
7.根据权利要求3-6任一所述的半导体工艺腔室的加热装置，其特征在于，所述调整机构包括：
第一螺杆，一端穿过所述固定部的背离所述可动部的一面且与第一螺帽连接，另一端连接于所述可动部分的第一表面；
第一弹簧，位于所述可动部和所述固定部之间，且所述第一弹簧套设于所述第一螺杆外周；
第二螺杆，一端穿过所述固定部的背离所述可动部的一面与第二螺帽连接，另一端连接于所述可动部的第一表面；
第二弹簧，位于所述可动部和所述固定部之间，且所述第二弹簧套设于所述第二螺杆外周。
8.根据权利要求3-6任一所述的半导体工艺腔室的加热装置，其特征在于，所述调整机构包括：
第一导轨，一端与所述可动部的第一表面连接，另一端延伸出所述固定部背离所述可动部的一面，且所述另一端套设有第一滑块，所述第一滑块能够调整位于所述可动部与所述固定部之间的所述第一导轨的长度；
第二导轨，一端与所述可动部的第一表面连接，另一端延伸出所述固定部背离所述可动部的一面，且所述另一端套设有第二滑块，所述第二滑块能够调整位于所述可动部与所述固定部之间的所述第二导轨的长度。
9.根据权利要求8所述的半导体工艺腔室的加热装置，其特征在于，所述第一导轨和所述第二导轨上均设有刻度。
10.一种半导体设备，其特征在于，包括：半导体工艺腔室和如权利要求1-9中任一项所述的半导体工艺腔室的加热装置，所述加热装置设置于所述半导体工艺腔室上方。
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