CN216663301U - 一种半导体材料退火装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体材料退火装置，涉及半导体制造技术领域，包括：转移室，转移室内设有载样台，转移室上活动设有样品传送装置；第一加热室，第一加热室与转移室相连通；第二加热室，第二加热室与转移室相连通；冷却室，冷却室与转移室相连通，冷却室用于对第一加热室或者第二加热室处理后的样品进行冷却处理；旋转升降机构，旋转升降机构与载样台相连接，所述旋转升降机构用于带动载样台并带着样品在第一加热室、第二加热室和冷却室之间进行转换。本申请的退火装置不仅可以实现连续加热，无需进行重复升温降温操作，有效降低工作过程能耗以及提高退火效率，且每个室既可以配合工作，也可以单独工作，进一步降低了生产成本。

Description

一种半导体材料退火装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体材料退火装置。

背景技术

在半导体行业中，对半导体材料进行热处理必不可少，其主要目的是释放内应力、增加材料的延展性、减少变形和裂纹趋势，同时也可以改变半导体材料表面或内部的晶相组织结构、消除缺陷等，获得所需的特定性能。在实际生产中，退火处理是半导体材料热处理工艺中最常用的手段之一。

目前现有的退火装置，一般包括两个腔室，即一个加热腔室和一个冷却腔室；加热腔室用于对半导体材料加热升温并保温至特定时间做退火处理，而冷却腔室则用于对经过退火工艺的半导体材料做降温处理，两个腔室之间用传送装置进行位置变换。然而，采用所述现有退火装置进行退火处理时，每个工作制程只能对有限个单位的半导体材料进行退火处理，并且每个工作制程都需要经过多次升温降温操作，使得整个退火装置在使用中，能量消耗较多，退火效率较低。

实用新型内容

1、实用新型要解决的技术问题

针对现有退火装置在使用时，要经过多次升温降温操作，导致能量消耗较多，退火效率低的技术问题，本实用新型提供了一种半导体材料退火装置，它可以实现连续加热，无须重复升温降温操作，有效降低了能耗，并提高了退火效率。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种半导体材料退火装置，包括：转移室，所述转移室内设有载样台，所述转移室上活动设有样品传送装置，所述样品传送装置用于载样台上样品的放置与移出；第一加热室，所述第一加热室与所述转移室相连通，所述第一加热室用于对样品进行热解处理；第二加热室，所述第二加热室与所述转移室相连通，所述第二加热室用于对样品进行退火处理；冷却室，所述冷却室与所述转移室相连通，所述冷却室用于对所述第一加热室或者所述第二加热室处理后的样品进行冷却处理；旋转升降机构，所述旋转升降机构与所述载样台相连接，所述旋转升降机构用于带动所述载样台并带着样品在所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室之间进行转换。

在本申请中，通过样品传送装置将样品放置到转移室内的载样台上，此时，启动旋转升降机构进行旋转和升降操作，由于载样台与所述旋转升降机构相连接，故载样台在旋转升降机构的带动下带着样品由转移室进入到第一加热室内进行低温加热并进行热解处理；热解完成后，旋转升降机构将第一加热室内的样品转移到第二加热室内进行高温加热并进行退火处理；退火完成后通过旋转升降机构将样品再次转移到第一加热室内去除样品表面的碳膜；最后将样品转移到冷却室进行冷却处理，冷却处理后的样品则通过样品传送装置移出转移室。之后，可以继续重复上述步骤进行下一个样品的退火处理。同时，在本申请中，各个室可以单独进行工作，如第一加热室可以作为马弗炉使用，进行低温加热处理。由此可知，相比于现有的退火装置，本申请的退火装置不仅可以实现连续加热，无需进行重复升温降温操作，有效降低工作过程能耗以及提高退火效率，且每个室既可以配合工作，也可以单独工作，进一步降低了成本。

可选的，所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室的中心投射到同一平面上，所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室的中心之间以同心圆的方式均匀分布。

可选的，所述旋转升降机构包括竖直支撑结构和水平支撑结构，所述竖直支撑结构与所述水平支撑结构垂直连接，所述竖直支撑结构位于所述第一加热室、第二加热室和冷却室的中心之间所在同心圆的圆心位置，所述载样台设于所述水平支撑结构上，且所述载样台在所述水平支撑结构上的位置与所述第一加热室、第二加热室和冷却室的中心对应。

可选的，所述第一加热室与所述转移室之间设有隔板阀，所述第二加热室与所述转移室之间设有隔板阀，所述冷却室与所述转移室之间设有隔板阀。

可选的，还包括等离子体发生器，所述第一加热室和所述第二加热室上均设有所述等离子体发生器。

可选的，所述冷却室与所述样品传送装置位于同一侧，且所述样品传送装置位于所述冷却室的上方。

可选的，还包括抽真空装置，所述转移室、所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室均与所述抽真空装置相连通。

可选的，还包括第一供气装置，所述第一供气装置用于向所述第一加热室和所述第二加热室提供保护气体。

可选的，还包括第二供气装置，所述第二供气装置用于向所述第一加热室和所述第二加热室提供反应气氛。

可选的，还包括驱动机构，所述驱动机构用于驱动旋转升降机构进行旋转、升降操作。

3、有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本申请实施例提出的一种半导体材料退火装置，结构简单，在本申请中，通过样品传送装置将样品放置到转移室内的载样台上，此时，启动旋转升降机构进行旋转和升降操作，由于载样台与所述旋转升降机构相连接，故载样台在旋转升降机构的带动下带着样品由转移室进入到第一加热室内进行低温加热并进行热解处理；热解完成后，旋转升降机构将第一加热室内的样品转移到第二加热室内进行高温加热并进行退火处理；退火完成后，通过旋转升降机构将样品再次转移到第一加热室内去除样品表面的碳膜；最后将样品转移到冷却室进行冷却处理，冷却处理后的样品则通过样品传送装置移出转移室。之后，可以继续重复上述步骤进行下一个样品的退火处理。同时，在本申请中各个室可以单独进行工作，如第一加热室可以作为马弗炉使用，进行低温加热处理。由此可知，相比于现有的退火装置，本申请的退火装置不仅可以实现连续加热，无需进行重复升温降温操作，有效降低工作过程能耗以及提高退火效率，且每个室既可以配合工作，也可以单独工作，进一步降低了成本。

(2)本申请实施例提出的一种半导体材料退火装置，通过设置所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室的中心投射到同一平面上，所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室的中心之间以同心圆的方式均匀分布，使得旋转升降机构在每相邻两个室之间的旋转角度可以固定为120°，从而确保旋转升降机构旋转定位的精确性、降低定位误差；且该设置使得各个室之间保持一定的有效间距，有效避免了各个室工艺的相互干扰。

(3)本申请实施例提出的一种半导体材料退火装置，通过设置竖直支撑结构和水平支撑结构，可以以竖直支撑结构为圆心，以水平支撑结构作为该圆心到第一加热室、第二加热室和冷却室的中心之间的延伸距离，所述第一加热室、第二加热室和冷却室的中心之间投射在同一平面上并以同心圆的方式均匀分布，该设置可以保证竖直支撑结构在旋转作用下，旋转 120°便可实现水平支撑结构上载样台上样品在相邻室之间的转移，且旋转到每个室的样品所在位置正好与每个室内的中心对应，然后，通过升降将载样台上的样品置于相应室内，保证了样品在每个室内的处理效果，进而提高整个退火效果。

(4)本申请实施例提出的一种半导体材料退火装置，通过设置隔板阀(图中未示出)可以实现第一加热室、第二加热室和冷却室与所述转移室之间的连通与隔开，既可以保证各个室之间的配合工作，又可以保证各个室的单独工作，避免各个室之间工艺的相互影响。

(5)本申请实施例提出的一种半导体材料退火装置，通过设置冷却室与所述样品传送装置位于同一侧，且所述样品传送装置位于所述冷却室的上方，当旋转升降机构带动载样台转移到冷却室上方时，便于样品传送装置将载样台上的样品快速的放入到冷却室内进行冷却，冷却完成后，可以快速的将样品从冷却室内移出，进一步提高退火效率。

(6)本申请实施例提出的一种半导体材料退火装置，通过设置抽真空装置用于向所述转移室、第一加热室、第二加热室和冷却室提供真空环境，可以保证整个退火装置内部的清洁度，也可以防止后续向第一加热室和第二加热室内通入的反应气氛(如CH4等工艺气体)高温氧化而发生爆炸；同时，设置第一供气装置，使保护气体充满整个退火装置，可以有效防止样品在退火过程中氧化。

(7)本申请实施例提出的一种半导体材料退火装置，通过设置第二供气装置，向对应加热室内充入反应气氛，使得样品可以在第一加热室内进行热解反应，在样品表面形成碳膜以及在第二加热室内进行退火处理，进一步提高退火效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提出的一种半导体材料退火装置的结构框架图。

图2为本实用新型实施例提出的一种半导体材料退火装置中第一加热室、第二加热室、冷却室与旋转升降机构之间的俯视图。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。本实用新型中所述的第一、第二等词语，是为了描述本实用新型的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本实用新型的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本实用新型要求保护的范围内。

实施例1

结合附图1-2，本实施例提供一种半导体材料退火装置，包括：转移室1，所述转移室1 内设有载样台3，所述转移室1上活动设有样品传送装置2，所述样品传送装置2用于载样台3上样品9的放置与移出；第一加热室4，所述第一加热室4与所述转移室1相连通，所述第一加热室4用于对样品9进行热解处理；第二加热室5，所述第二加热室5与所述转移室1相连通，所述第二加热室5用于对样品9进行退火处理；冷却室6，所述冷却室6与所述转移室1相连通，所述冷却室6用于对第一加热室4或者第二加热室5处理后的样品9进行冷却处理；旋转升降机构，所述旋转升降机构与所述载样台3相连接，所述旋转升降机构用于带动所述载样台3并带着样品9在第一加热室4、第二加热室5和冷却室6之间进行转换。

在本申请中，通过样品传送装置2将样品9放置到转移室1内的载样台3上，此时，启动旋转升降机构进行旋转和升降操作，由于载样台3与所述旋转升降机构相连接，故载样台3在旋转升降机构的带动下带着样品9由转移室1进入到第一加热室4内进行低温加热并进行热解处理；热解完成后，旋转升降机构将第一加热室4内的样品9转移到第二加热室5内进行高温加热并进行退火处理；退火完成后，通过旋转升降机构将样品9再次转移到第一加热室4内去除样品9表面的碳膜；最后将样品9转移到冷却室6进行冷却处理，冷却处理后的样品9则通过样品传送装置2移出转移室1。之后，可以继续重复上述步骤进行下一个样品的退火处理。同时，在本申请中，各个室可以单独进行工作，如第一加热室4可以作为马弗炉使用，进行低温加热处理。由此可知，相比于现有的退火装置，本申请的退火装置不仅可以实现连续加热，无需进行重复升温降温操作，有效降低工作过程能耗以及提高退火效率，且每个室既可以配合工作，也可以单独工作，进一步降低了成本。

实际运用中，所述样品传送装置2为样品传送杆。实际运用中，所述第一加热室4和所述第二加热室5内均设有加热装置。

实际运用中，所述冷却室6设于所述转移室1内，所述冷却室6内设有制冷剂10，该设置使得整个装置更加的紧凑，减小占用空间；同时，设置制冷剂10用于样品9的冷却。

实际运用中，所述第一加热室4的温度低于第二加热室5的温度，所述第一加热室4内的加热温度为300～1200℃；所述第二加热室5内的加热温度为600～2500℃。

实际运用中，样品9可以为SiC晶片或晶锭。

实施例2

结合附图2，本实施例的一种半导体材料退火装置，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述第一加热室4、所述第二加热室5和所述冷却室6的中心投射到同一平面上，所述第一加热室4、所述第二加热室5和所述冷却室6的中心之间以同心圆的方式均匀分布。

如图2所示，由上向下俯视，第一加热室4、第二加热室5和冷却室6的中心投射在同一平面上并以同心圆的方式均匀分布，使得旋转升降机构在每相邻两个室之间的旋转角度可以固定为120°，从而确保旋转升降机构旋转定位的精确性、降低定位误差；且该设置使得各个室之间保持一定的有效间距，有效避免了各个室工艺的相互干扰。

实施例3

结合附图1-2，本实施例的一种半导体材料退火装置，与实施例2的技术方案相比，可改进如下：所述旋转升降机构包括竖直支撑结构7和水平支撑结构8，所述竖直支撑结构7与所述水平支撑结构8垂直连接，所述竖直支撑结构7位于所述第一加热室4、第二加热室5和冷却室6的中心之间所在同心圆的圆心位置，所述载样台3设于所述水平支撑结构8上，且所述载样台3在所述水平支撑结构8上的位置与所述第一加热室4、第二加热室5和冷却室6的中心对应。

如图2所示，由上向下俯视，以竖直支撑结构7所在位置为圆心，以水平支撑结构8作为该圆心到第一加热室4、第二加热室5和冷却室6的中心之间的延伸距离(也就是半径)，所述第一加热室4、第二加热室5和冷却室6的中心之间投射在同一平面上并以同心圆的方式均匀分布，该设置可以保证竖直支撑结构7在旋转作用下，旋转120°便可实现水平支撑结构8上载样台3上样品9在相邻室之间的转移，且旋转到每个室的样品9所在位置正好与每个室内的中心对应，然后，通过升降将载样台3上的样品9置于相应室内，保证了样品9 在每个室内的处理效果，进而提高整个退火效果。实际运用中，所述竖直支撑结构7和水平支撑结构8一体成型。所述水平支撑结构8由竖直支撑结构7端部向外延伸而成，该设置便于生产。

实际运用中，竖直支撑结构7可以为竖直支撑轴，所述水平支撑结构8可以为水平支撑轴，所述载样台3在所述水平支撑轴上的中心位置与所述第一加热室4、第二加热室5和冷却室6的中心对应。

实施例4

本实施例的一种半导体材料退火装置，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述第一加热室4与所述转移室1之间设有隔板阀，所述第二加热室5与所述转移室1之间设有隔板阀，所述冷却室6与所述转移室1之间设有隔板阀。通过设置隔板阀(图中未示出)可以实现第一加热室4、第二加热室5和冷却冷却室6与所述转移室1之间的连通与隔开，具体的，首次抽真空时，打开所有隔板阀，可以保证所述第一加热室4、第二加热室6、冷却室 6与所述转移室1之间共同构成一个整体贯通的腔室，实现整个腔室抽真空的目的；自下个样品进行退火流程开始，只需要关闭隔板阀，即可保持所述第一加热室4、第二加热室5和冷却室6的真空度，在转移室1内装载有样品之后，只需要对转移室1内抽真空就可以开始后续的工作流程。由此可知，隔板阀的设置，既可以保证各个室之间的配合工作，又可以保证各个室的单独工作，避免各个室之间工艺的相互影响。

实施例5

本实施例的一种半导体材料退火装置，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：还包括等离子体发生器，所述第一加热室4和所述第二加热室5上均设有所述等离子体发生器，通过设置等离子体发生器(图中未示出)可以对样品9进行等离子体工艺处理。实际运用中，所述第一加热室4和第二加热室5均通过隔板阀与对应的所述等离子体发生器实现连通与隔开。

实施例6

本实施例的一种半导体材料退火装置，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：所述冷却室6与所述样品传送装置2位于同一侧，且所述样品传送装置2位于所述冷却室6的上方。实际运用中，所述冷却室6与所述样品传送装置2位于转移室1的同一侧，当旋转升降机构带动载样台3转移到冷却室2上方时，便于样品传送装置2将载样台3上的样品快速的放入到冷却室6内进行冷却，冷却完成后，可以快速的将样品从冷却室6内移出，然后移出转移室1，进一步提高退火效率。

实施例7

本实施例的一种半导体材料退火装置，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：还包括抽真空装置，所述转移室1、所述第一加热室4、所述第二加热室5和所述冷却室6均与所述抽真空装置相连通。通过设置抽真空装置用于为所述转移室1、第一加热室4、第二加热室 5和冷却室6所构成的退火装置提供真空环境，可以保证整个退火装置内部的清洁度，也防止后续向第一加热室4和第二加热室5内通入的反应气氛(如CH4等工艺气体)高温氧化而发生爆炸。

实际运用中，所述抽真空装置包括真空泵、抽气管道、排气管道和真空检测仪，所述抽气管道的一端与转移室1相连通，所述抽气管道的另一端与所述真空泵相连接，所述排气管道与所述真空泵相连接，所述抽气管道上设有预抽阀、前级阀、开度调节阀和插板阀，所述真空检测仪用于检测所述转移室1、第一加热室4、第二加热室5和冷却室6所构成的退火装置内部的真空度。该设置便于对整个退火装置内部的真空度进行监测和控制。

实施例8

本实施例的一种半导体材料退火装置，与实施例7的技术方案相比，可改进如下：还包括第一供气装置，所述第一供气装置用于向所述第一加热室4和所述第二加热室5提供保护气体。实际运用中，保护气体可以为惰性气体，如氩气，设置第一供气装置(图中未示出) 用于提供保护气体，可以有效防止样品9在退火过程中氧化。

实施例9

本实施例的一种半导体材料退火装置，与实施例7的技术方案相比，可改进如下：还包括第二供气装置，所述第二供气装置用于向所述第一加热室4和所述第二加热室5提供反应气氛。

实际运用中，反应气氛可以为N₂、H₂、CH₄、SiH₄，通过设置第二供气装置，向对应加热室内充入反应气氛，使得样品9可以在第一加热室4内进行热解反应，在样品表面形成碳膜以及在第二加热室5内进行退火处理，进一步提高退火效率。

实际运用中，所述第二供气装置(图中未示出)包括进气管和多个分支管，所述进气管的一端与所述第一加热室4或者第二加热室5相连通，所述进气管的另一端分别与多个分支管相连通，每个分支管通入不同类型的反应气氛，所述进气管和多个分支管之间分别对应设有控制阀和气体质量流量控制器，通过控制阀的开关，来实现分支管与进气管的通断，进而可以根据实际需求选择不同类型的反应气氛；同时，通过气体质量流量控制器可以监测和控制反应气氛的质量和流量，可以根据需求进行调节和控制，进而提高退火效率。

实施例10

本实施例的一种半导体材料退火装置，与实施例1的技术方案相比，可改进如下：还包括驱动机构，所述驱动机构用于驱动旋转升降机构进行旋转、升降操作。

实际运用中，还包括控制系统，所述控制系统用于控制整个退火装置中各个部件的工作。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体材料退火装置，其特征在于，包括：

转移室，所述转移室内设有载样台，所述转移室上活动设有样品传送装置，所述样品传送装置用于载样台上样品的放置与移出；

第一加热室，所述第一加热室与所述转移室相连通，所述第一加热室用于对样品进行热解处理；

第二加热室，所述第二加热室与所述转移室相连通，所述第二加热室用于对样品进行退火处理；

冷却室，所述冷却室与所述转移室相连通，所述冷却室用于对所述第一加热室或者所述第二加热室处理后的样品进行冷却处理；

旋转升降机构，所述旋转升降机构与所述载样台相连接，所述旋转升降机构用于带动所述载样台并带着样品在所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室之间进行转换。

2.根据权利要求1所述的半导体材料退火装置，其特征在于，所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室的中心投射到同一平面上，所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室的中心之间以同心圆的方式均匀分布。

3.根据权利要求2所述的半导体材料退火装置，其特征在于，所述旋转升降机构包括竖直支撑结构和水平支撑结构，所述竖直支撑结构与所述水平支撑结构垂直连接，所述竖直支撑结构位于所述第一加热室、第二加热室和冷却室的中心之间所在同心圆的圆心位置，所述载样台设于所述水平支撑结构上，且所述载样台在所述水平支撑结构上的位置与所述第一加热室、第二加热室和冷却室的中心对应。

4.根据权利要求1所述的半导体材料退火装置，其特征在于，所述第一加热室与所述转移室之间设有隔板阀，所述第二加热室与所述转移室之间设有隔板阀，所述冷却室与所述转移室之间设有隔板阀。

5.根据权利要求1所述的半导体材料退火装置，其特征在于，还包括等离子体发生器，所述第一加热室和所述第二加热室上均设有所述等离子体发生器。

6.根据权利要求1所述的半导体材料退火装置，其特征在于，所述冷却室与所述样品传送装置位于同一侧，且所述样品传送装置位于所述冷却室的上方。

7.根据权利要求1所述的半导体材料退火装置，其特征在于，还包括抽真空装置，所述转移室、所述第一加热室、所述第二加热室和所述冷却室均与所述抽真空装置相连通。

8.根据权利要求7所述的半导体材料退火装置，其特征在于，还包括第一供气装置，所述第一供气装置用于向所述第一加热室和所述第二加热室提供保护气体。

9.根据权利要求7所述的半导体材料退火装置，其特征在于，还包括第二供气装置，所述第二供气装置用于向所述第一加热室和所述第二加热室提供反应气氛。

10.根据权利要求1所述的半导体材料退火装置，其特征在于，还包括驱动机构，所述驱动机构用于驱动旋转升降机构进行旋转、升降操作。

Images