CN2298265Y

CN2298265Y - 快速退火装置

Info

Publication number: CN2298265Y
Application number: CN 97209801
Authority: CN
Inventors: 杨盛笔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-03
Filing date: 1997-01-03
Publication date: 1998-11-25
Anticipated expiration: 2007-01-03

Abstract

本实用新型涉及一种快速退火装置,其具有一个对外界气体、温度及压力密封的反应室。该反应室包括一个冷却区,一个缓冲区及一个加热区。利用适当的传送装置及控制装置,将欲退火的样品在不同反应区间传送,并控制其内部气体的种类及进出,以及反应室之温度、压力,以提供各种不同退火之环境,达到快速退火的目的。

Description

快速退火装置

本实用新型是关于一种快速退火装置，特别是关于一种能够控制不同气体环境、不同压力、不同温度下对半导体材料作快速退火的装置。

退火是半导体以及其他相关材料制备时的必要过程。如何能够达到快速退火，乃是此种技术领域内的重要课题。

半导体材料在退火的过程中，因热效应而易使材料本身产生热分解。尤其在高温下做退火时，造成半导体材料的晶格破坏，进而导致半导体元件的效率低弱。所以必需有一个安定的退火装置。以往技术在退火过程中，把含易热分解元素的气体，或是其它的气体，充满退火的装置中，加以适当的压力，以减少半导体材料元素逸出，并防止半导体材料晶格破坏，在增进元件的效率上有其必要性。尤其在光电半导体材料时，若无一个安定的退火装置，冷激光的强度因而减弱。但要建立一个高压的退火环境，受限于加热的方式，达到快速退火的目的并非容易。

以往技术在提供快速退火的装置设计上，大多以灯泡(远红外线灯，IR灯)作为加热源。但灯泡无法在高压下操作，这是众所周知之事实。因此无法应用在高温高压退火。另一种提案乃是利用一高压系统，以加热器作为加热源，直接对半导体材料进行退火。但是这种设计受限于加热器的升温速度，无法达到快速退火的目的。

因此目前极须一种新颖的退火装置，该装置可提供快速的退火功能。

目前也必须有一种快速退火装置，该装置可提供不同压力、温度及气体环境下进行退火的功用。

本实用新型的目的在于提供一种新颖的快速退火装置。

本实用新型的目的也在于提供一种能在不同气体环境、不同压力、温度条件下进行快速退火的装置。

本实用新型的目的也在于提供一种全自动控制的快速退火装置。

本实用新型的目的也在于提供一种安定，能抑制半导体材料热分解的快速退火装置。

依据本实用新型的快速退火装置，系具有一个对外界气体、温度及压力密封的反应室，包括一个冷却区，一个缓冲区及一个加热区。利用适当的传送装置及控制装置，将欲退火的样品在不同区间传送，并控制其内部气体的种类及进出，以及反应室的温度、压力，以提供各种不同退火的环境，达到快速退火的目的。

上述及其他实用新型的目的及优点，可由以下说明并参照下列附图而更形清楚。

图1表示本实用新型快速退火装置的系统结构图。

图2表示本实用新型快速退火装置一实施例的控制流程图。

以下以实例说明本实用新型的快速退火装置。图1表示本实用新型快速退火装置之系统结构图。如图所示，本实用新型之快速退火装置，主体包括一外壳1，该外壳1形成一密闭的反应室10，并可以隔绝该反应室10，不受外界环境诸如气体、温度、压力等条件影响。该外壳1的材料可以使用各种适用的材料。于本实施例中，系使用不锈钢作为外壳1的材料。

在本实用新型中，反应室10包括三个区域，即在上方的冷却区11，中间的缓冲区12及下方的加热区13。其中冷却区11的作用是在退火作业之前或后，将样品保存在较低温之环境中。

在本实施例中，反应室外壳1中埋设冷却水管3，通以低温冷却水，以将反应室10外壳1保存在低温。此种方式可以防止反应室10外壳1材料因高温而逸出污染粒子，在退火过程中进入反应室10，借以维持反应室10之洁净度。同时也可利用此装置将反应室维持于低温，使本实用新型之装置不但可提供快速退火的功能，也可提供退火的功能。

在本实用新型中，加热区13的加热源也可使用各种适当装置。而在实施例中，本实用新型是采用加热器4作为加热源。该加热器4以采用碳化矽、氮化硼、钨或石墨作为加热材料为最佳。使用其他加热材料也可达到相同效果。

为提高加热区13的加热效率，本实用新型在加热器4上方更设置一组反射板5，其形状可如半球形，或其他足以阻绝并集中热量的形状，并在上方设一开口5a。该反射板5是由一耐高温材料作成，例如石英；表面并涂以一层耐高温金属，例如铂、钼、金或氮化钛。也可仅将该涂层涂于反射板5内侧表面。如此，可进一步将加热器4的热量集中在加热器4附近，避免逸散到其他区域。

为控制反应室10的环境，本实用新型在外壳1采用特殊设计。在上方冷却区11的外壳1，设置冷却阀6，外接冷却气体，可依控制通入定量的冷却气体。在外壳1另设有外壳清净阀7，外接冷却气体。利用此种设计，除了加热区13外，保持反应室10的低温，并维持反应室10内的洁净度。

在外壳1下方可另设抽气阀8，接于抽气机(未图示)，可依控制将反应室10的气体抽出，甚至抽至真空。借此可提供真空退火的环境。泄气阀15可于反应室10达一定压力时，将气体泄放。在实施例中，清净阀7持续通入清净气体；而由泄气阀15释出反应室10内的气体，以维持反应室10内的压力及清洁度。

此外，在外壳1上另有样品进出阀9，以提供退火样品出入。压力探测计14系探测反应室内的压力，提供控制装置20(详下述)控制反应室10的压力。

在本实用新型快速退火装置之上方冷却区11内，设有一组样品传动系统。包括：两组马达21、22，分别由控制装置20控制，提供传动的动力；两组传动导引接头23、24，以将马达21、22的动力导引至反应室10内部，并能隔绝该马达21、22与反应室10之内部。该传动导引接头23、24可为一般市售的传动导引接头。

该传动系统尚包括位在反应室10内部的基座25，用以置放待退火之样品，并予固定。基座25是一主体为平板的底座，其底部表面经过表面处理，成为良好的反射面，以防止基座25本身遭不当的加热，影响退火。表面处理的方式可以利用各种已知的方法，不再赘述。

基座25可于设在该冷却区11下方的导轨11a上作水平移动。基座25与水平传动导引接头23间，系以一螺旋连杆26连结，以提供基座25作水平移动之动力。

为提高退火的效率，本实用新型另提供一个供容纳待退火样品的空槽28。空槽28可以是一个浅盘或一圆盒。该空槽28可以使用各种耐高温材料制作。例如石英、过氢化的铂及钼均适用。为提高效果，如空槽28为石英材料，则可于其上盖的下方镀以一层耐高温材料。适用的材料包括铂、钼、金或氮化钛。如此，也可利用辐射热进行退火。

传动缆线27系连结于该空槽28。当该基座25移动至该加热器4上方的位置后，控制装置20可控制垂直移动马达21，将该空槽28吊起。随后又控制该水平移动马达22将该基座25移动至该冷却区11一侧。此时，控制装置20控制该垂直移动马达21将该空槽28缓缓通过该反射板5的间隙，达到该加热区13内。如有必要，该控制装置20可控制该测试样品(连同该空槽28)，深入该加热区，甚至与该加热源直接接触。

以下以实施例说明本实用新型快速退火装置在高压高温退火处理中的应用。图2表示本实用新型快速退火装置应用在高压高温退火时的流程图。

进行高压高温退火时，在101将测试样品置于空槽28中，由样品进出阀9置于基座25上。于102控制装置20控制真空压缩机，将反应室1抽成真空，再于103控制通入氮气，于104再度抽成真空，完成清净处理。接着，于105再度通入氮气，直到反应室1达到一定气压(例如：90atm)为止。其后并持续通入氮气，同时由泄气阀8流出反应室的气体，以维持该气压，并保持反应室1的洁净度。

此时，控制装置20于106控制加热器4开始预加热，直到加热器4周围达到一定温度，例如1200℃。

接着，控制装置20于107控制水平马达21，将基座移动至加热器4位置，于108控制垂直马达22，拉起空槽28，于109再度控制水平马达21，将基座28移开，于110控制垂直马达22将空槽28吊下到加热区13内，达到加热器4上方。

于此环境下，测试样品于111开始进行预退火。预退火可以利用控制样品(空槽)与加热器4间的距离，例如在适当距离，周围温度为800℃的位置，进行45秒的预退火。在某些实施例中，更可在周围温度为1000℃的位置进行45秒的预退火。接着，在112进行主退火，约为60秒。主退火时可以将样品置于加热器4的正上方或与之直接接触，以快速将样品升温。

主退火完成之后，于113，控制装置20复将样品吊起，进行次退火。此时可将样品定位于离加热器4一定距离，周围温度约为800℃的位置，进行45秒的次退火。

于114，控制装置20将加热器4关闭，并由冷却阀6通入大量低温气体，同时由泄气阀8抽出热气，使样品快速降温，完成快速退火。

其后，控制装置20于115控制马达21、22将空槽28吊上至冷却区11。于116将样品置于基座25上，并送至冷却区11的侧边。即完成高压高温快速退火。

如上所述，本实用新型的快速退火装置具有完全与外界隔离的反应室，且具有效率良好的冷却区、缓冲区及加热区，能够以有效的加压、加热及降压、抽真空、冷却等步骤，并利用通入不同气体，提供各种退火环境需求。且本实用新型设计简单，制作容易，更足以降低装置成本。

Claims

1.一种快速退火装置，其特征在于包括：

一外壳，以维持一密封的反应室；

一样品置放装置，用以置放一待退火的样品；

一加热装置，利用一加热源产生热能，以对该样品加热；

一冷却装置，利用一冷却手段以使该样品降温；

一加压装置，利用控制至少一气体进出阀，以使该反应室维持于所需的压力；

一传送装置，利用一与反应室外隔绝的功力传送手段，可将该样品置放装置移近、移入、及移离该加热装置；及

一控制装置，用以控制该加热装置、冷却装置、加压装置及传送装置。

2.按照权利要求1的一种快速退火装置，其特征在于该加热装置系包括选自碳化矽、氮化硼、钨或石墨中的至少一种作为加热材料。

3.按照权利要求1的一种快速退火装置，其特征在于该冷却装置所利用的冷却手段系冷却气体。

4.按照权利要求1的一种快速退火装置，其特征在于该冷却装置所利用的冷却手段系冷却液体。

5.按照权利要求1、2、3或4的一种快速退火装置，其特征在于另包括一反射板，以将加热装置产生的热能集中在该加热装置附近。

6.按照权利要求1、2、3或4的一种快速退火装置，其特征在于该传送装置包括：

二马达，设于该外壳之外；

二导引接头，以将该马达的功率传送至该外壳内的机构；

一螺丝连杆，连结一导引接头，并利用一马达的功率，控制该样品置放装置的水平移动；及

二传动缆线，连接于另一导引接头，以另一马达的功率控制该样品置放装置的垂直移动。

7.按照权利要求1、2、3或4的一种快速退火装置，其特征在于其中该样品置放装置系一云母材料制成的空槽，且其上盖的下方涂有反射金属层。

8.按照权利要求1、2、3或4的一种快速退火装置，其特征在于其中该样品置放装置系一石英材料制成的空槽，且其上盖的下方涂有反射金属层。

9.按照权利要求1、2、3或4的一种快速退火装置，其特征在于其中该样品置放装置系一耐高温金属材料制成的空槽，且其上盖的下方涂有反射金属层。