CN220672524U - 一种半导体设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种半导体设备，包括：腔体；基座；加热装置，用于在工艺期间为所述晶圆提供热辐射；测温组件，用于测量工艺期间的工艺温度；控制器，所述控制器包括温控模块和电气控制模块，所述温控模块与加热装置和测温组件相连，用于在工艺期间根据所述测温组件获取的工艺温度实时控制加热装置的功率输出；所述电气控制模块和所述温控模块集成在一起，用于控制半导体设备内的电气器件。本实用新型的半导体设备将温控模块设置在上位机中，及与电气控制模块进行集成，克服了由硬件导致的成本增加或硬件故障风险增加的问题，并减少了温度控制周期，便于实现快速温度控制。

Description

一种半导体设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，特别涉及一种用于半导体设备的温控模块。

背景技术

在半导体工艺中，在半导体设备的腔室中对晶圆进行处理时，需要向腔室内通入工艺气体，在一定的工艺温度下，工艺气体与晶圆表面发生反应，完成晶圆表面预设的工艺过程。在整个工艺过程中，工艺温度对晶圆表面的工艺质量有很大的影响，因此需要时刻关注工艺温度，将工艺温度的实时变化情况传输到控制装置，并通过所述控制装置实时调控加热装置的输出功率，使晶圆表面发生理想的工艺反应。

在现有的调节控制过程中，一般选择使用硬件装置如欧陆表等来实现对加热装置的输出功率的控制，即使用相应的温度控制硬件装置对测温组件测得的实时工艺温度进行分析计算，得到每个加热装置调节的加热功率并输出到对应的加热装置。但是现有技术在使用硬件装置对工艺温度进行调解时，仍存在以下的问题：

随着半导体领域技术的突破，对于不同的工艺生长材料，进行的工艺反应所需的工艺温度也不同，相应的也需要对其进行不同的分析计算，而有限的温度控制硬件装置难以完成对不同的分析计算方法切换或组合，只能通过增加温度控制硬件装置数量来实现，但这样会导致成本增加或硬件故障风险增加；同时，在整个温度控制的环路中，增加温度控制硬件装置的数量会增加温度控制的周期，导致响应的时间长，不利于实现快速温度控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种半导体设备，将温控模块与电气控制模块进行集成，降低了成本和硬件故障风险，并减少了温度控制周期，便于实现快速温度控制。

为了实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

提供一种半导体设备，包括：

腔体；

基座，设于所述腔体内，用于承载晶圆；

加热装置，设置于所述腔体的上方和/或下方，用于在工艺期间为所述晶圆提供热辐射；

测温组件，用于测量工艺期间的工艺温度；

控制器，所述控制器包括温控模块和电气控制模块，所述温控模块与加热装置和测温组件相连，用于在工艺期间根据所述测温组件获取的工艺温度实时控制加热装置的功率输出；所述电气控制模块和所述温控模块集成在一起，用于控制半导体设备内的电气器件。

进一步，还包括气体入口和排气口，所述气体入口设置在腔体的一侧，所述排气口设置在与腔体的一侧相对的另一侧，所述气体入口用于输入工艺气体，所述排气口用于将用过的工艺气体排出所述腔体。

进一步，还包括泵，其与所述排气口连接，用于将用过的工艺气体抽出。

进一步，所述电气器件包括流量控制器、压力检测器、泵，所述流量控制器用于控制工艺气体的流量，压力检测器用于检测腔体的压力。

进一步，所述加热装置包括上加热装置和下加热装置，所述上加热装置和下加热装置均包括内圈加热装置和外圈加热装置，所述内圈加热装置和外圈加热装置均由多个加热灯环形排列组成。

进一步，所述温控模块包括PID模块、MBTC模块、MPC模块、AI模块中的至少一种。

进一步，所述测温组件为高温计。

进一步，所述控制器为上位机。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型的半导体设备将温控模块设置在上位机中，即与电气控制模块进行集成，克服了由使用硬件(如欧陆表)控制工艺温度而带来的成本增加或硬件故障风险增加的问题，并且在整个温度控制周期中减少了硬件响应时间，便于实现更快速的温度控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一个实施例，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为本实用新型提供的半导体设备的腔室结构示意图；

图2为本实用新型提供的控制器的控制原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图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方式的目的。为了使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1示出了本实用新型提供的半导体设备的结构示意图，所述半导体设备用于对晶圆进行所需工艺处理。本实用新型半导体设备以外延腔室为例，所述外延腔室用于在晶圆表面沉积外延层，所述外延层可以是硅外延层、硅锗外延层或掺杂的硅锗外延层。

如图1所示，本实用新型提供的半导体设备主要包括腔体100、基座105、加热装置115、测温组件102和控制器200；所述腔体100由上穹顶116、下穹顶108、侧壁120、上内衬113和下内衬112密封连接组成，所述腔体大致沿所述工艺腔的中心线130对称设置。所述上穹顶116为大致的凸起的圆形，所述上穹顶116包括圆形的透光部分和设置在透光部分四周的凸缘，所述下穹顶108为大致的伞状，上穹顶116、下穹顶108均为石英材质；上内衬113、下内衬112均为大致的环形，设置在侧壁120的内表面，该腔体100通过上法兰106、下法兰107分别将上穹顶116和下穹顶108固定在所述侧壁120上。

其中，所述基座105设置在所述腔体100内，用于承载晶圆104，所述基座105连接到旋转支撑轴109，通过所述旋转支撑轴109旋转及上下移动所述基座105，进而带动基座105和晶圆104绕旋转支撑轴109的中心轴旋转或带动基座105上下移动。所述加热装置115设置在所述腔体100的上方和/或下方，用于在工艺期间为所述晶圆104提供热辐射，同时，为方便了解腔体内晶圆104的工艺温度情况，所述工艺腔100还设置了测温仪102透过上穹顶116与下穹顶108实时测量晶圆104的工艺温度，以便调控工艺温度。

图2示出了本实用新型提供的控制器的控制原理示意图，如图1和图2所示，所述控制器200包括温控模块201和电气控制模块202，所述温控模块201与加热装置115和测温组件102相连，用于在工艺期间根据所述测温组件102获取的工艺温度实时控制加热装置115的功率输出；所述电气控制模块202和所述温控模块201集成在一起，用于控制半导体设备内的电气器件。

通过将温控模块201与电气控制模块202进行集成，本实用新型的半导体设备摒弃了传统的使用温度控制硬件装置来实现温度控制的方式，通过控制器200同时实现对温度的控制和对电气器件的控制，克服了由使用温控硬件控制工艺温度而带来的成本增加或硬件故障风险增加的问题，并且在整个温度控制周期中减少了硬件响应时间，便于实现更快速的温度控制。

可选的，所述腔体100的一端设置有进气口103，与所述进气口103相对的另一端设置有排气口114，工艺气体由所述进气口103流入到腔体的内部，到达晶圆104的表面，并在腔体内执行所需工艺后，再经由所述排气口114排出腔体。在进气口103和排气口114连线的垂直方向，所述腔体还设置晶圆传输口，用于将晶圆104传送至腔体内和传出所述腔体。

可选的，所述半导体设备还包括泵150，所述泵150与所述排气口114连接，用于将用过的工艺气体抽出腔体100外。

可选的，所述电气器件包括流量控制器、压力检测器、泵150，所述流量控制器用于控制工艺气体的流量，压力检测器用于检测腔体100的压力。所述电气器件与所述控制器的电气控制模块202连接，所述电气控制模块202用于检测并调控半导体设备内电气器件的工作状态。

可选的，所述加热装置115包括上加热装置和下加热装置，如图1所示，所述上加热装置设置在所述腔体100的上方，所述下加热装置设置在所述腔体100的下方。所述上加热装置和下加热装置均包括内圈加热装置和外圈加热装置，所述内圈加热装置和外圈加热装置均由多个加热灯环形排列组成。

可选的，所述温控模块201包括PID模块、MBTC模块、MPC模块、AI模块中的至少一种。优选的，所述温控模块为PID模块。

可选的，所述测温组件102为高温计。

可选的，所述控制器200为上位机。

本实用新型提供的半导体设备，通过将温控模块201与电气控制模块202进行集成，通过控制器200同时实现对温度的控制和对电气器件的控制，克服了由使用温控硬件控制工艺温度而带来的硬件成本增加或硬件故障风险增加的问题，并且在整个温度控制周期中减少了硬件响应时间，便于实现更快速的温度控制。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本文中术语“连接”表示A和B直接连接，或表示A和B间接连接，间接连接如A和B通过C，甚至通过C和D等更多的部件连接，A和B连接可以是一体的，也可以分体的，可以是可拆卸的，也可以是固定的。本文中术语“可选的”表示该技术特征能和文中任意特征进行组合或不组合。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种半导体设备，其特征在于，包括：

腔体；

基座，设于所述腔体内，用于承载晶圆；

加热装置，设置于所述腔体的上方和/或下方，用于在工艺期间为所述晶圆提供热辐射；

测温组件，用于测量工艺期间的工艺温度；

控制器，所述控制器包括温控模块和电气控制模块，所述温控模块与加热装置和测温组件相连，用于在工艺期间根据所述测温组件获取的工艺温度实时控制加热装置的功率输出；所述电气控制模块和所述温控模块集成在一起，用于控制半导体设备内的电气器件。

2.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，还包括气体入口和排气口，所述气体入口设置在腔体的一侧，所述排气口设置在与腔体的一侧相对的另一侧，所述气体入口用于输入工艺气体，所述排气口用于将用过的工艺气体排出所述腔体。

3.如权利要求2所述的半导体设备，其特征在于，还包括泵，其与所述排气口连接，用于将用过的工艺气体抽出。

4.如权利要求3所述的半导体设备，其特征在于，所述电气器件包括流量控制器、压力检测器、泵，所述流量控制器用于控制工艺气体的流量，压力检测器用于检测腔体的压力。

5.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述加热装置包括上加热装置和下加热装置，所述上加热装置和下加热装置均包括内圈加热装置和外圈加热装置，所述内圈加热装置和外圈加热装置均由多个加热灯环形排列组成。

6.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述温控模块包括PID模块、MBTC模块、MPC模块、AI模块中的至少一种。

7.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述测温组件为高温计。

8.如权利要求1所述的半导体设备，其特征在于，所述控制器为上位机。