CN208923050U - 具有局部加热功能的炉管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有局部加热功能的炉管，适用于晶圆的炉管工艺，所述炉管在反应管的一端设置有晶舟门平台，设置在所述晶舟门平台上的晶舟包括平行于所述反应管的若干晶舟柱，在每个所述晶舟柱外侧设置有加热件，每个所述加热件紧靠于对应的晶舟柱。本申请通过设置若干晶舟柱，在每根晶舟柱上配备一个加热件，补偿晶圆的局部温度，以对晶圆上靠近晶舟柱的沉积膜偏薄处进行加热，提升靠近晶舟柱附近的反应气体的沉积速率，从而提升膜厚的均匀性。

Description

具有局部加热功能的炉管

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，尤其涉及一种具有局部加热功能的炉管。

背景技术

炉管是半导体制程中的基本设备，主要用于对晶圆进行沉积、氧化、掺杂及热处理等程序。使用过程中，晶圆放置在反应管内的晶舟(boat)上，通过反应管外部的加热系统对反应管进行加热、并向反应管通入工艺气体，以实现在晶圆上进行的沉积、氧化、掺杂和热处理等半导体工艺(以下简称炉管工艺)。

图1是现有的一种炉管的剖视图。图2是图1中晶舟的放大图。如图1和图2所示，在炉管的内管(即反应管)内设置有可旋转的晶舟，晶舟包括位于底部的晶舟门(boat cap)以及垂直于晶舟门设置的若干晶舟柱(boat pillar)，晶舟柱上设有刻槽位，以便一个或多个晶圆水平放置在晶舟上。通过向炉管中通入反应气体，并由反应管外的加热系统进行加热，以完成各种炉管工艺。

但是，发明人研究发现，在进行炉管工艺时，晶舟旋转，晶舟支撑柱会阻碍反应气流，进而会影响到该工艺在晶圆片内的均匀度。例如，在利用炉管进行化学气相沉积工艺时，会出现晶圆表面对应于晶舟柱附近的位置局部膜厚偏薄的现象，主要原因是由于晶舟柱对气流的阻挡。因此有必要对现有的炉管进行改进，以改善炉管工艺的片内均一性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有局部加热功能的炉管，以改善炉管工艺的片内均一性。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种具有局部加热功能的炉管，包括：

反应管，所述反应管的一端设置有晶舟门平台；

设置在所述晶舟门平台上的晶舟，所述晶舟包括平行于所述反应管的若干晶舟柱；以及设置于每个所述晶舟柱的朝向晶舟外侧表面的加热件，每个所述加热件紧靠于对应的晶舟柱。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述加热件包括套管和设置于套管内的加热单元，所述套管与对应的晶舟柱平行固定。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述套管与对应的晶舟柱焊接固定，所述套管的材料包括石英。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述加热单元包括绕线轴和加热丝，所述加热丝螺旋状缠绕在所述绕线轴上，所述绕线轴的材料包括陶瓷。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述绕线轴的外表面设置有等间距的多个绕线位，以固定所述加热丝。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，在所述套管朝向所述晶舟门平台一侧的端部，所述绕线轴与一固定装置连接，所述固定装置包括朝向所述晶舟门平台一侧引出的第一金属端子和第二金属端子，所述固定装置与所述套管密封固定；所述加热丝的一端与所述固定装置上的第一金属端子电连接，所述绕线轴中具有一通孔，所述加热丝的另一端穿过所述通孔并与所述固定装置上的第二金属端子电连接。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述第一金属端子和所述第二金属端子为弹性端子。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述炉管还包括一无线充电结构，以通过所述第一金属端子和所述第二金属端子向所述加热丝供电从而发热。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述无线充电结构为电磁充电式结构，包括在所述晶舟门平台与所述晶舟之间且从所述晶舟门平台一侧依次设置的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈设置在初级线圈平台上，所述次级线圈上设置在次级线圈平台上，所述次级线圈平台与所述固定装置固定连接，所述初级线圈平台和所述次级线圈平台互相平行。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述初级线圈电连接至一电源，所述初级线圈通过无线信号传输为所述次级线圈提供电能；所述次级线圈平台中设置有导线连接孔，以使所述次级线圈电连接至所述第一金属端子和所述第二金属端子。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述初级线圈平台和所述次级线圈平台之间设置有一旋转平台，在所述晶舟底部和所述次级线圈平台中设置有晶舟固定孔，以使所述晶舟和所述次级线圈平台与所述旋转平台固定。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，在所述初级线圈平台和所述晶舟门平台之间还设有一旋转平台供能结构。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，其特征在于，所述炉管还包括主加热系统，所述主加热系统设置在所述反应管外，以对所述反应管整体加热。

可选的，在所述具有局部加热功能的炉管中，所述反应管和所述主加热系统之间还设置有外管，所述外管包括第一端和第二端，所述第一端密封，所述第二端用于气体交换；所述反应管包括第三端和第四端，所述第三端靠近所述第一端，所述第四端靠近所述第二端，所述第三端设置有排气孔，所述第四端设置有所述晶舟门平台。

本实用新型提供的具有局部加热功能的炉管，包括：反应管，所述反应管的一端设置有晶舟门平台；设置在所述晶舟门平台上的晶舟，所述晶舟包括平行于所述反应管的若干晶舟柱；以及设置于每个所述晶舟柱外侧的加热件，每个所述加热件紧靠于对应的晶舟柱。本申请通过设置若干晶舟柱，在每根晶舟柱上配备一个加热件，补偿晶圆的局部温度，以对晶圆上靠近晶舟柱的沉积膜偏薄处进行加热，提升靠近晶舟柱附近的反应气体的沉积速率，从而提升膜厚的均匀性。

附图说明

图1为现有的一种炉管的剖视图。

图2为图1中炉管内晶舟的放大图。

图3为本实用新型实施例提供的炉管中加热件安装示意图。

图4为本实用新型实施例提供的炉管中加热件的剖视图。

图5为本实用新型实施例提供的炉管的分解图。

图6为本实用新型实施例提供的初级线圈和次级线圈示意图。

其中，10-晶圆；11-外管；12-反应管；13-排气孔；14-主加热系统；21-晶舟；22-晶舟柱；23-刻槽位；24-连接节点；25-晶舟固定孔；26-晶舟门平台；31-套管；32-金属端子；33-密封圈；34-固定装置；41-加热件；42-绕线位；43-加热丝；44-绕线轴；51-次级线圈；52-初级线圈；53-旋转平台；54-旋转平台供能结构；55-线圈密封组件；56-导线连接孔。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的炉管的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型中炉管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且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参考图1-图3，图1为现有的一种炉管的剖视图。图2为图1中晶舟的放大图。图3为本实用新型实施例提供的炉管中加热件安装示意图。

本实用新型提供了一种具有局部加热功能的炉管，包括：

反应管12，所述反应管12的一端设置有晶舟门平台26；

设置在所述晶舟门平台26上的晶舟21，所述晶舟21包括平行于所述反应管12的若干晶舟柱22；

以及设置于每个所述晶舟柱22外侧的加热件41，每个所述加热件41紧靠于对应的晶舟柱22。

本申请通过设置若干晶舟柱22，并在每根晶舟柱22上设置有若干刻槽位23，以承载晶圆10，使晶圆10进行炉管工艺时上下表面沉积的膜的厚度均匀；通过在每根晶舟柱22上配备一个加热件41，补偿晶圆10的局部温度，以对晶圆10上靠近晶舟柱22的沉积膜偏薄处进行加热，提升靠近晶舟柱22附近的反应气体的沉积速率，从而提升膜厚的均匀性。

具体的，所述加热件41包括套管31和设置于套管31内的加热单元，所述套管31与对应的晶舟柱22平行固定。所述套管31与对应的晶舟柱22固定连接，所述套管31的材料包括石英。优选的，所述加热件41配备于每根所述晶舟柱22上，每个所述加热件41紧靠于所述晶舟柱22，通过套管31外的连接节点24与所述晶舟柱22固定连接，所述连接节点24可以为焊接的节点。

进一步的，所述加热单元包括绕线轴44和加热丝43，所述加热丝43螺旋状缠绕在所述绕线轴44上，所述绕线轴44的材质包括陶瓷。较佳的，所述加热单元包括一绕线轴44，所述绕线轴44的一侧设置多个绕线位42，用于固定所述加热丝43，优选所述绕线位42等间距设置。

请参考图4，图4为本实用新型实施例提供的炉管中加热件局部示意图。在所述套管31朝向所述晶舟门平台26一侧的端部，所述绕线轴44与一固定装置34连接，所述固定装置34上包括朝向所述晶舟门平台26一侧引出的第一金属端子32和第二金属端子32，所述固定装置34与所述套管31密封固定；所述加热丝43的一端与所述固定装置34上的第一金属端子32电连接，所述绕线轴44中具有一通孔，所述通孔可以沿所述绕线轴44的延伸方向设置，所述加热丝43的另一端穿过所述通孔并与所述固定装置34上的第二金属端子32电连接。所述加热丝43的两端分别与所述第一金属端子32和所述第二金属端子32连接，从而形成电回路。优选的，所述第一金属端子32和所述第二金属端子32可以为弹性端子。通过加热件41对晶舟柱22局部进行均匀加温，使晶圆10靠近晶舟柱22的凹槽处反应速率提升，从而弥补了晶舟柱22对反应气流的阻挡造成局部膜偏薄的缺陷，从而提升膜厚的均匀性。

优选的，所述套管31上设置有密封圈33，以使所述绕线轴44和所述加热丝43等密封于所述套管31内。通常的，所述套管31可以由两部分组成，靠近所述加热丝43获取电能的一部分上设置金属端子32，两部分通过密封圈33密封结合，可以有效的避免加热丝43上的金属杂质参与反应，吸附于晶圆10上。

进一步的，在所套管31内可以设置一固定装置34，从而可以从底部固定所述绕线轴44和所述加热丝43等，使所述绕线轴44和所述加热丝43等得到所述连接节点24和所述固定装置34两方面的固定保障，避免所述套管31和所述绕线轴44等在晶舟21旋转的过程中脱落等。

在本实用新型实施例所提供的所述炉管中，如图5所示，图5为本实用新型实施例提供的炉管拆分图。所述炉管还包括一无线充电结构，所述无线充电结构例如为电磁共振式WPT(即Wireless Power Transmission)无线充电结构，以通过所述第一金属端子32和所述第二金属端子32向所述加热丝43供电从而发热。

进一步的，如图6所示，图6为本实用新型实施例提供的初级线圈和次级线圈示意图。所述无线充电结构包括在所述晶舟门平台26与所述晶舟21之间且从所述晶舟门平台26一侧依次设置的初级线圈52和次级线圈51，所述初级线圈52设置在初级线圈52平台上，所述次级线圈51上设置在次级线圈51平台上，所述次级线圈51平台与固定所述套管31的所述固定装置34固定连接，可以理解为所述套管31可以通过所述固定装置34与所述次级线圈51上固定连接，所述初级线圈52平台和所述次级线圈51平台互相平行。较佳的，在所述次级线圈51和所述晶舟21之间设置有线圈密封组件55，以密封所述次级线圈51等。

以WPT无线充电为例，所述初级线圈52与电源连接，可作为传输线圈，所述初级线圈52通过无线信号传递恒定电能给所述次级线圈51，将初级线圈52的工作频率设置在兆赫范围，次级线圈51可作为接收线圈，在非辐射性磁场内与初级线圈52发生谐振，并以相同的频率振荡，然后有效地利用磁感应为加热丝供电。

本实施例的炉管中，采用无线充电结构为加热件供电，无需导线进行传递，不影响晶舟21的旋转，相较于电刷方式，可以避免炉管内受到颗粒污染。

在所述无线充电结构中，所述初级线圈52通过导线连接孔56电连接至电源，所述初级线圈52通过无线信号传递恒定电能给所述次级线圈51；所述次级线圈51平台中设置有导线连接孔56，以使所述次级线圈51电连接至所述第一金属端子32和所述第二金属端子32，以使所述第一金属端子32和所述第二金属端子32导电，从而为所述加热丝43电供电。

在本实用新型实施例所提供的所述炉管中，所述初级线圈52平台和所述次级线圈51平台之间设置有一旋转平台53，在所述晶舟21底部和所述次级线圈51平台中设置有晶舟固定孔25，以使所述晶舟21、所述套管31以及所述次级线圈51和所述旋转平台53可以通过预先设置的晶舟固定孔25，组合固定在一起。因此，所述旋转平台53承载所述次级线圈51、所述晶舟21和所述加热件41，并带动其旋转。

进一步的，在所述初级线圈52平台和所述晶舟门平台26之间还设有一旋转平台供能结构54。所述旋转平台供能结构54可以为磁流体单元，所述磁流体单元通过将磁能转化为机械能，促使旋转平台53进行旋转，无需导线进行传递，所述磁流体单元提供晶舟21的旋转动能。

较佳的，所述晶舟21门上设置有阀门。通常的，在进行工艺时，打开阀门，并持续充入反应气体；当工艺结束后，关闭阀门，避免污染物进入。

在本实用新型实施例所提供的所述炉管中，所述炉管还包括主加热系统14，所述主加热系统14设置在所述反应管12外，以对所述反应管12整体加热。

进一步的，所述反应管12和所述主加热系统14之间还设置有外管11，所述外管11包括两端，分别为第一端和第二端，所述第一端密封，所述第二端为气体交换的出入口；所述反应管12包括两端，分别为第三端和第四端，所述第三端靠近所述第一端，所述第四端靠近所述第二端，所述第三端设置有排气孔13，所述第四端设置有所述晶舟门平台26。通常的，向所述晶舟21门通入反应气体，所述反应气体在一定的温度下进行反应，并沉积于晶圆10的表面，然后经过所述排气孔13进入外管11，从所述反应管12外的两侧排出所述外管11。

综上，本实用新型提供的具有局部加热功能的炉管，包括：反应管，所述反应管的一端设置有晶舟门平台；设置在所述晶舟门平台上的晶舟，所述晶舟包括平行于所述反应管的若干晶舟柱；以及设置于每个所述晶舟柱外侧的加热件，每个所述加热件紧靠于对应的晶舟柱。本申请通过设置若干晶舟柱，并在每根晶舟柱上设置有若干刻槽位，以承载晶圆，使晶圆进行炉管工艺时上下表面沉积的膜的厚度均匀；通过在每根晶舟柱上配备一个加热件，补偿晶圆的局部温度，以对晶圆上靠近晶舟柱的沉积膜偏薄处进行加热，提升靠近晶舟柱附近的反应气体的沉积速率，从而提升膜厚的均匀性。

上述实施例仅用于示例性地说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何所属技术领域的技术人员，在不违背本实用新型的精神及范畴下，均可对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，而仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种具有局部加热功能的炉管，其特征在于，包括：

反应管，所述反应管的一端设置有晶舟门平台；

设置在所述晶舟门平台上的晶舟，所述晶舟包括平行于所述反应管的若干晶舟柱；以及

设置于每个所述晶舟柱的朝向晶舟外侧表面的加热件，每个所述加热件紧靠于对应的晶舟柱。

2.如权利要求1所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述加热件包括套管和设置于套管内的加热单元，所述套管与对应的晶舟柱平行固定。

3.如权利要求2所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述套管与对应的晶舟柱焊接固定，所述套管的材料包括石英。

4.如权利要求2所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述加热单元包括绕线轴和加热丝，所述加热丝螺旋状缠绕在所述绕线轴上，所述绕线轴的材料包括陶瓷。

5.如权利要求4所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述绕线轴的外表面设置有等间距的多个绕线位，以固定所述加热丝。

6.如权利要求4所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，在所述套管朝向所述晶舟门平台一侧的端部，所述绕线轴与一固定装置连接，所述固定装置包括朝向所述晶舟门平台一侧引出的第一金属端子和第二金属端子，所述固定装置与所述套管密封固定；所述加热丝的一端与所述固定装置上的第一金属端子电连接，所述绕线轴中具有一通孔，所述加热丝的另一端穿过所述通孔并与所述固定装置上的第二金属端子电连接。

7.如权利要求6所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述第一金属端子和所述第二金属端子为弹性端子。

8.如权利要求6所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述炉管还包括一无线充电结构，以通过所述第一金属端子和所述第二金属端子向所述加热丝供电从而发热。

9.如权利要求8所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述无线充电结构为电磁充电式结构，包括在所述晶舟门平台与所述晶舟之间且从所述晶舟门平台一侧依次设置的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈设置在初级线圈平台上，所述次级线圈上设置在次级线圈平台上，所述次级线圈平台与所述固定装置固定连接，所述初级线圈平台和所述次级线圈平台互相平行。

10.如权利要求9所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述初级线圈电连接至一电源，所述初级线圈通过无线信号传输为所述次级线圈提供电能；所述次级线圈平台中设置有导线连接孔，以使所述次级线圈电连接至所述第一金属端子和所述第二金属端子。

11.如权利要求9所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述初级线圈平台和所述次级线圈平台之间设置有一旋转平台，在所述晶舟底部和所述次级线圈平台中设置有晶舟固定孔，以使所述晶舟和所述次级线圈平台与所述旋转平台固定。

12.如权利要求11所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，在所述初级线圈平台和所述晶舟门平台之间还设有一旋转平台供能结构。

13.如权利要求1-12中任一项所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述炉管还包括主加热系统，所述主加热系统设置在所述反应管外，以对所述反应管整体加热。

14.如权利要求13所述的具有局部加热功能的炉管，其特征在于，所述反应管和所述主加热系统之间还设置有外管，所述外管包括第一端和第二端，所述第一端密封，所述第二端用于气体交换；所述反应管包括第三端和第四端，所述第三端靠近所述第一端，所述第四端靠近所述第二端，所述第三端设置有排气孔，所述第四端设置有所述晶舟门平台。