CN212725241U - 一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，包括自上而下设置的石英材质空腔和石英台，且石英材质空腔和石英台之间夹持有热电偶；其中，石英材质空腔上设置有石英空腔冷却气入口和石英空腔冷却气出口，石英台开设有冷却水腔体，该冷却水腔体设置有石英台冷却水入水口和石英台冷却水出水口，石英材质空腔的上表面以及石英台的下表面上均设置有若干石英灯加热器主体。本实用新型利用基于水冷的石英灯辐射加热，对位于加热区内的试样快速升温进行加热与精确控温，并对达到目标温度的试样进行快速气冷冷却，同时还具有精确控温、可大面积加热、工作寿命长等优点，可面向半导体晶圆材料开展快速热处理，提高半导体晶圆材料的性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，具有精确控温、快速升降温、可大面积加热、工作寿命长等优点，同时还能够在不同气氛环境下进行退火热处理，可面向集成电路、通信系统等领域中常用的半导体晶圆材料开展快速退火热处理，有效提高对半导体晶圆材料的快速热处理能力，对半导体元件的生产加工具有重要价值。
背景技术
集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明应用、大功率电源转换等领域发展，使半导体器件重要性越发凸显。在半导体生产工艺中，热处理是半导体晶圆片经过注入工艺后必不可少的工序之一，例如用于激活注入的掺杂剂或改变材料的状态(或相)来增强所需的属性(例如导电性能)。但与此同时，高温会使已经进入硅片的杂质发生不希望的再分布，这种分布对小尺寸器件的影响极其严重。而减小杂质再分布的方法是快速热处理，即在极短的时间内使硅片表面加热到极高的温度(1200℃以上)，从而在较短的时间(10–3～102s)内完成热处理。为了获得性能更好的半导体晶圆材料，需要对半导体晶圆进行快速热处理(RTP)，因此，快速热处理设备也成为半导体器件生产的关键设备之一。如今，RTP工艺的应用范围也已扩展到氧化、化学气相淀积和外延生长等领域。目前常见的RTP设备有：德国的RTP-100 设备、法国的Jetstar系列设备、日本的Advance RTP-6设备以及韩国的UTR设备。其中， RTP-100快速热处理设备虽然具有较高的升温速率，但降温速率仅有3-4K/s，容易导致晶圆中的杂质发生再分布，影响热处理后的性能。Jetstar系列设备同样存在类似的问题，升温速率较慢，在升温阶段也容易发生杂质的再分布。Advance RTP-6设备有多区的功率控制，可实现良好的温度分布和可重复性，但最高加热温度只有1000℃。UTR设备最高可以达到1500℃的高温，但其中的石英灯加热管由于冷却不足，工作寿命短，当被加热物体温度超过 1200℃时，石英灯加热管外壁已接近软化温度，会逐渐发生软化、鼓泡等现象，最终导致灯管失效。综上所述，目前的快速热处理设备存在工作温度低、升降温速率低、工作寿命短等问题，无法同时满足快速热处理的严格要求。因此，亟需开发一种面向半导体晶圆快速退火处理的，具有高升温速率、高降温速率，工作寿命长、可大面积加热等优点的快速热处理装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对目前的快速热处理设备存在工作温度低、升降温速率低、工作寿命短等问题，提供了一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，利用基于水冷的石英灯辐射加热，对位于加热区内的试样快速升温进行加热与精确控温，并对达到目标温度的试样进行快速气冷冷却，同时还具有精确控温、可大面积加热、工作寿命长等优点，可面向半导体晶圆材料开展快速热处理，提高半导体晶圆材料的性能。
本实用新型采用如下技术方案来实现的：
一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，包括自上而下设置的石英材质空腔和石英台，且石英材质空腔和石英台之间夹持有热电偶；其中，石英材质空腔上设置有石英空腔冷却气入口和石英空腔冷却气出口，石英台开设有冷却水腔体，该冷却水腔体设置有石英台冷却水入水口和石英台冷却水出水口，石英材质空腔的上表面以及石英台的下表面上均设置有若干石英灯加热器主体。
本实用新型进一步的改进在于，该加热装置设置在石英材质主体上。
本实用新型进一步的改进在于，每个石英灯加热器主体均包括石英灯主体，镶嵌在石英灯主体内的石英灯加热器以及开设在石英灯主体背部的水冷槽。
本实用新型进一步的改进在于，石英灯加热器靠近石英材质空腔或石英台设置。
本实用新型进一步的改进在于，使用时，待加热试样安装在石英台上。
本实用新型进一步的改进在于，石英灯加热器用于对待加热试样进行加热，短时最高加热温度可达1800℃；石英灯背部的水冷槽为石英灯提供及时冷却，保证石英灯加热器有较长的工作寿命；石英材质空腔在加热结束后通入冷却气体，为待加热试样提供快速冷却。
本实用新型进一步的改进在于，该加热装置的最大升降温速率达200℃/s，温控精度为±1℃。
本实用新型至少具有如下有益的技术效果：
本实用新型提供的一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，该装置主要由位于待加热试样两侧的基于水冷冷却的石英灯加热器组成，通过石英灯辐射加热，使位于加热区内的试样快速升温，同时能够对达到目标温度的试样进行快速气冷冷却，实现试样的快速降温，从而实现对半导体晶圆的快速退火热处理，同时还具有精确控温、可大面积加热、工作寿命长等优点，对此类半导体晶圆快速退火热处理具有重要价值。
进一步，石英材质空腔还可以通入惰性气体或抽真空，便于在不同气氛环境下进行热处理；石英台通过台上冷却水管道，对其进行加热中的降温冷却，防止因温度过高而软化。
综上所述，本实用新型是一种用于半导体晶圆快速退火热处理的大面积长寿命超高温高速加热装置，利用基于水冷的石英灯辐射加热，对位于加热区内的试样快速升温进行加热与精确控温，并对达到目标温度的试样进行快速的气冷冷却，同时还具有精确控温、快速升降温、可大面积加热、工作寿命长等优点，可面向半导体晶圆材料开展快速热处理，提高半导体晶圆材料的性能，对半导体元件的生产加工具有重要价值。
附图说明
图1为本实用新型的结构正视图。
图2为本实用新型的结构俯视图。
图3为本实用新型去掉石英材质主体后的等轴侧视图。
附图标记说明：
1为石英灯加热器，2为水冷槽，3为石英灯加热器主体，4为石英材质空腔，5为石英空腔冷却气入口，6为石英空腔冷却气出口，7为石英台冷却水入水口，8为石英台冷却水出水口，9为石英台，10为石英材质主体，11为待加热试样，12为热电偶。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做出进一步说明。
如图1至图3所示，本实用新型提供的一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，主要由12个部分组成：石英灯加热器1，水冷槽2，石英灯加热器主体3，石英材质空腔4，石英空腔冷却气入口5，石英空腔冷却气出口6，石英台冷却水入水口7，石英台冷却水出水口8，石英台9，石英材质主体10，待加热试样11，以及热电偶12。
在该装置中，石英灯加热器1与水冷槽2安装在石英灯加热器主体3中，石英灯加热主体3的材质同样为透光性良好的石英玻璃。石英灯加热器1为加热试样的热源，背部的水冷槽2为石英灯加热器1提供冷却，保证石英灯加热器1可以长寿命工作，同时石英灯加热器1可以提供高达200℃/s的升温速率与1800℃的短时高温。待加热试样11固定在石英台9上。两排石英灯加热器1位于待加热试样11两侧，对待加热试样11进行辐射加热，同时待加热试样11的温度通过热电偶12测量。石英材质空腔4可在加热时抽真空或通入惰性气体，为试样提供不同的气氛环境。石英台9的冷却由石英台冷却水入水口7和石英台冷却水出水口 8提供。当试样达到目标温度后，石英材质空腔4内通入冷却气体，对待加热试样11进行快速降温(200℃/s)，以达到快速退火热处理的目的。
本实用新型提供的一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，利用基于水冷的石英灯辐射加热，对位于加热区内的待加热试样11快速升温进行加热与精确控温，并对达到目标温度的试样进行快速气冷冷却，同时还具有精确控温、可大面积加热、工作寿命长等优点，可面向半导体晶圆材料开展快速热处理，提高半导体晶圆材料的性能，对半导体元件的生产加工具有重要价值。
Claims (6)
1.一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，其特征在于，包括自上而下设置的石英材质空腔(4)和石英台(9)，且石英材质空腔(4)和石英台(9)之间夹持有热电偶(12)；其中，
石英材质空腔(4)上设置有石英空腔冷却气入口(5)和石英空腔冷却气出口(6)，石英台(9)开设有冷却水腔体，该冷却水腔体设置有石英台冷却水入水口(7)和石英台冷却水出水口(8)，石英材质空腔(4)的上表面以及石英台(9)的下表面上均设置有若干石英灯加热器主体(3)。
2.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，其特征在于，该加热装置设置在石英材质主体(10)上。
3.根据权利要求1所述的一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，其特征在于，每个石英灯加热器主体(3)均包括石英灯主体，镶嵌在石英灯主体内的石英灯加热器(1)以及开设在石英灯主体背部的水冷槽(2)。
4.根据权利要求3所述的一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，其特征在于，石英灯加热器(1)靠近石英材质空腔(4)或石英台(9)设置。
5.根据权利要求3所述的一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，其特征在于，使用时，待加热试样(11)安装在石英台(9)上。
6.根据权利要求5所述的一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置，其特征在于，石英灯加热器(1)用于对待加热试样(11)进行加热，短时最高加热温度可达1800℃；石英灯背部的水冷槽为石英灯提供及时冷却，保证石英灯加热器(1)有较长的工作寿命；石英材质空腔(4)在加热结束后通入冷却气体，为待加热试样(11)提供快速冷却。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021169436.0U CN212725241U (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置 |
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| CN202021169436.0U CN212725241U (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置 |
Publications (1)
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ID=74961106
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| CN202021169436.0U Active CN212725241U (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种用于半导体晶圆快速退火处理的加热装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN212725241U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113155895A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-23 | 中国飞机强度研究所 | 一种接触热阻测量结构及其测量方法 |
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2020
- 2020-06-22 CN CN202021169436.0U patent/CN212725241U/zh active Active
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