CN218893764U - 一种应用于立式成膜设备的热场 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种应用于立式成膜设备的热场，涉及半导体生产设备技术领域，包括进气室、反应室和基座；进气室底部设有反应室，且进气室与反应室相连通；基座位于反应室内下部，且基座位于进气室正下方；基座顶部用于承托晶片；基座内设有基座热场，基座热场用于对晶片加热；反应室底部设置有排气口；反应室内设置有套筒，套筒与反应室的侧壁之间设置有上部热场。通过上部热场对原料气体进行加热，通过基座热场对晶片的外圈和内圈进行加热，配合辐射温度计和温度控制模块，使晶片表面温度差处于合理范围内，避免由于内外圈温差使晶片发生形变甚至可能导致晶片破损影响成膜质量，并且，能够缩短晶片装载恢复至反应温度所需时间，以提高生产效率。

Description

一种应用于立式成膜设备的热场

技术领域

本实用新型涉及半导体生产设备技术领域，特别是涉及一种应用于立式成膜设备的热场。

背景技术

成膜装置进行半导体晶片制备时腔室内部处于常压或负压状态。依据化学气相沉积，对工艺气体和晶圆衬底进行加热至反应温度，气体与晶圆表面接触反应形成气相生长外延薄膜。晶片制备过程中基板随基座高速旋转，基板支撑晶圆温度保持均匀，工艺气体稳定供给。

尺寸较大的晶片生长过程中需使各阶段晶片内外区域温度保持均匀，内外圈温差在热应力影响下容易使晶片发生形变甚至可能导致晶片破损影响成膜质量。

碳化硅晶片成膜工艺时腔室内部需要加热至1500℃以上的高温，晶片连续制备与搬运系统相连，转运时晶片温度需降低至规定的转运温度。晶片冷却转运过程中腔室温度降低，晶片装载恢复至反应温度所需时间较长，降低生产效率。

发明内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种应用于立式成膜设备的热场，通过控制不同阶段时发热体的输出功率，使成膜设备内的温度变化处于可控制范围内，既能够防止晶片破裂，也能够提高生产效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种应用于立式成膜设备的热场，包括进气室、反应室和基座；所述进气室底部设置有所述反应室，且所述进气室与所述反应室相连通；所述基座位于所述反应室内下部，且所述基座位于所述进气室正下方；所述基座顶部用于承托晶片；所述基座内设置有基座热场，所述基座热场用于对所述晶片加热；所述反应室底部设置有排气口；所述反应室内设置有套筒，所述套筒与所述反应室的侧壁之间设置有上部热场。

可选的，所述上部热场包括石墨电极、供电模块和外周加热体；所述外周加热体设置于所述套筒与所述反应室的内侧壁之间，所述外周发热体通过所述石墨电极与所述供电模块相连接。

可选的，所述外周加热体包括由上至下依次设置的多个发热体，每个所述发热体分别通过一所述石墨电极与各自的所述供电模块电连接。

可选的，所述外周发热体与所述反应室的内侧壁之间设置有保温组件。

可选的，所述基座热场包括外圈发热体和中心发热体；所述外圈发热体与所述中心发热体同高度设置，所述外圈发热体设置于所述中心发热体周围。

可选的，所述外圈发热体和所述中心发热体上方设置有基板，所述基板用于装载所述晶片。

可选的，所述进气室顶部设置有辐射温度计，所述外圈发热体和所述中心发热体分别与外圈供电模块和中心供电模块电连接，所述辐射温度计、所述外圈供电模块和所述中心供电模块均与温度控制模块相连接。

可选的，所述反应室外侧与所述晶片高度相对应的设置有搬运系统，所述搬运系统与所述反应室之间设置有闸阀，所述反应室侧壁与所述闸阀相对应的设置有搬运通道。

可选的，所述搬运系统包括机械臂。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型中的应用于立式成膜设备的热场，通过上部热场对原料气体进行加热并控制温度，通过基座热场中的外圈发热体和中心发热体分别对晶片的外圈和内圈进行加热，配合辐射温度计和温度控制模块，使晶片表面温度差处于合理范围内，避免由于内外圈温差使晶片发生形变甚至可能导致晶片破损影响成膜质量，并且，能够通过冷却和升温过程中对发热功率的控制，缩短晶片装载恢复至反应温度所需时间，以提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为立式成膜设备内部结构和热场分布剖视图；

图2为上部热场和基座热场分别与外部供电控制模块连接示意图；

图3为基板转运阶段立式成膜设备内部结构示意图。

附图标记说明：1、进气室；2、反应室；3、套筒；4、上部热场；5、保温组件；6、晶片；7、基板；8、基座；9、基座热场；10、排气口；11、闸阀；12、搬运系统；13、辐射温度计；14、石墨电极；15、供电模块；16、上部发热体；17、中部发热体；18、下部发热体；19、外圈发热体；20、中心发热体；21、温度控制模块；22、外圈供电模块；23、中心供电模块；24、机械臂。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至3所示，本实施例提供一种应用于立式成膜设备的热场，包括进气室1、反应室2和基座8；进气室1底部设置有反应室2，且进气室1与反应室2相连通；基座8位于反应室2内下部，且基座8位于进气室1正下方；基座8顶部用于承托晶片6；基座8内设置有基座热场9，基座热场9用于对晶片6加热；反应室2底部设置有排气口10；反应室2内设置有套筒3，套筒3与反应室2的侧壁之间设置有上部热场4。

于本具体实施中，上部热场4包括石墨电极14、供电模块15和外周加热体；外周加热体设置于套筒3与反应室2的内侧壁之间，外周发热体通过石墨电极14与供电模块15相连接。

外周加热体至少包括由上至下依次设置的上部发热体16和下部发热体18，本具体实施例中，外周加热体包括上部发热体16、中部发热体17和下部发热体18，上部发热体16、中部发热体17和下部发热体18分别通过一石墨电极14与各自的供电模块15电连接。

外周发热体与反应室2的内侧壁之间设置有保温组件5。该保温组件5包括由保温材料组成的保温层。

基座热场9包括外圈发热体19和中心发热体20；外圈发热体19与中心发热体20同高度设置，外圈发热体19设置于中心发热体20周围。

外圈发热体19和中心发热体20上方设置有基板7，基板7用于装载晶片6。

进气室1顶部设置有辐射温度计13，外圈发热体19和中心发热体20分别与外圈供电模块22和中心供电模块23电连接，辐射温度计13、外圈供电模块22和中心供电模块23均与温度控制模块21相连接。

反应室2外侧与晶片6高度相对应的设置有搬运系统12，搬运系统12与反应室2之间设置有闸阀11，反应室2侧壁与闸阀11相对应的设置有搬运通道。搬运系统12包括机械臂24。

反应室2顶部安装有两个辐射温度计13分别监测晶片6的内、外圈温度。成膜过程中上部发热体16采用固定百分比输出的形式，下部发热体18可辅助晶片6加热。基座8内部多区热场根据辐射温度计13测得的温度实时调整输出，使整个工艺过程中晶片6内外区域保持温度均匀。当基座8内部热场发热体输出功率可调范围过小，短暂停止上部热场4发热体输出，避免腔室内部温度过高。

成膜工艺过程中反应气扩散至热场内部沉积影响发热体使用寿命，通过向热场内填充保护气体进行隔离，保护气体也作为导热的介质加快热量传递。热场使用过程中为确保稳定可靠，一般发热功率输出比例不超过90％。由室温开始工艺时，升温前段逐渐增大输出功率使发热体预热，预热完成后以可设定的最大功率快速升温。基座热场9以设定的温度为目标保持允许的最高输出功率，同时自行调整内外区域发热体使升温过程中晶片6表面温差处于合理范围内。

晶片6生长保温段持续稳定向反应腔室中通入原料气体，原料气体经上部多区热场预热后与晶片6接触反应进行外延生长。为提高气体预热效率，上部热场4输出功率自上而下逐渐递增,各个发热体由单独的供电模块15进行控制。以目标温度1650℃为例，上部发热体16为1620℃，中部发热体17为1650℃，下部发热体18为1680℃。晶片6生长阶段整个过程气体通入的流量流速较为稳定，上部热场4根据工艺需要设定固定输出，工艺过程中达到热平衡状态。

基座8内部热场设定为反应目标温度，辐射温度计13测得的实际温度反馈至温度控制模块21实时将信号分别传递至中心供电模块23和外圈供电模块22调整发热体输出功率，促使外延生长过程晶片6内外圈温度保持一致。

工艺冷却段通入氩气置换腔体内部的氢气，置换完成后保持工艺压强氩气气氛加快冷却速率。上部热场4发热体停止输出，基座8内部发热体以设定温度速率进行冷却，中心发热体20和外圈发热体19保留适当的热量输出使晶片6内外圈以相同速率冷却。防止晶片6冷却段温差过大因热应力影响导致晶片6破损。

为实现晶片6连续制备，反应室2与外部搬运系统12相连并用闸阀11分隔两个腔室。冷却段晶片6表面温度需要降低至700℃至900℃区间内才能满足转运条件，闸阀11开启机械臂24伸入反应腔内部搬运晶片6和基板7，晶片6转运过程也存在一定程度上的热量流失。连续生产时待成膜晶片6装载后腔室重新回升至反应温度需要大量时间。于冷却段前段采用降低上部热场4距晶片6上部发热体16输出功率，并在转运阶段提前恢复至升温输出功率，以缩短腔室内再次加热至反应温度所需的时间。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种应用于立式成膜设备的热场，其特征在于，包括进气室、反应室和基座；所述进气室底部设置有所述反应室，且所述进气室与所述反应室相连通；所述基座位于所述反应室内下部，且所述基座位于所述进气室正下方；所述基座顶部用于承托晶片；所述基座内设置有基座热场，所述基座热场用于对所述晶片加热；所述反应室底部设置有排气口；所述反应室内设置有套筒，所述套筒与所述反应室的侧壁之间设置有上部热场。

2.根据权利要求1所述的应用于立式成膜设备的热场，其特征在于，所述上部热场包括石墨电极、供电模块和外周加热体；所述外周加热体设置于所述套筒与所述反应室的内侧壁之间，所述外周加热体通过所述石墨电极与所述供电模块相连接。

3.根据权利要求2所述的应用于立式成膜设备的热场，其特征在于，所述外周加热体包括由上至下依次设置的多个发热体，每个所述发热体分别通过一所述石墨电极与各自的所述供电模块电连接。

4.根据权利要求2所述的应用于立式成膜设备的热场，其特征在于，所述外周加热体与所述反应室的内侧壁之间设置有保温组件。

5.根据权利要求1所述的应用于立式成膜设备的热场，其特征在于，所述基座热场包括外圈发热体和中心发热体；所述外圈发热体与所述中心发热体同高度设置，所述外圈发热体设置于所述中心发热体周围。

6.根据权利要求5所述的应用于立式成膜设备的热场，其特征在于，所述外圈发热体和所述中心发热体上方设置有基板，所述基板用于装载所述晶片。

7.根据权利要求5所述的应用于立式成膜设备的热场，其特征在于，所述进气室顶部设置有辐射温度计，所述外圈发热体和所述中心发热体分别与外圈供电模块和中心供电模块电连接，所述辐射温度计、所述外圈供电模块和所述中心供电模块均与温度控制模块相连接。

8.根据权利要求1所述的应用于立式成膜设备的热场，其特征在于，所述反应室外侧与所述晶片高度相对应的设置有搬运系统，所述搬运系统与所述反应室之间设置有闸阀，所述反应室侧壁与所述闸阀相对应的设置有搬运通道。

9.根据权利要求8所述的应用于立式成膜设备的热场，其特征在于，所述搬运系统包括机械臂。

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