[发明专利]测温装置及扩散炉

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种测温装置及扩散炉。

背景技术

半导体器件及集成电路的制造就是在硅片上进行一系列复杂的化学或物理操作。炉体设备在半导体器件及集成电路的制造过程中起着至关重要的作用。炉体设备通常被用于热生长氧化物，如栅氧的形成；离子注入后硅表面的热退火，薄膜的沉积等。

炉体设备一般分为卧式炉、立式炉及快速热处理。卧式炉用于早期的半导体产业，其由于放置和加热硅片的石英管是水平放置的，故称其为卧式炉。

从上世纪90年代初期开始，由于立式炉更易自动化、可改善操作者的安全以及减少颗粒玷污、更好地控制温度和均匀性，卧式炉开始逐渐被立式炉取代。

扩散炉作为立式炉的一种主要用于对硅片进行扩散、氧化、退火、合金及烧结等工艺。扩散炉的主要控制系统分为五部分：工艺腔、硅片传输系统、气体分配系统、尾气系统和温控系统。对于上述的工艺，精确的控制炉管的温度在整个工艺过程中至关重要。

请参见图1，图1为现有技术扩散炉的示意图(图中仅给出了扩散炉的温度控制系统)包括：加热器1、腔室2、晶舟3、置于腔室2内的侧热电偶4及置于腔室2外部的外部热电偶5、微控制器10、温度控制器11、可控硅整流器(SCR)12、能量供给单元13。对于扩散炉的温控系统而言，微控制器10会将晶圆需要加热的温度控制信号发送至温度控制器11，温度控制器11控制SCR12的打开与关闭，当SCR12打开时，能量供给单元13提供相应的能量给加热器1，以供加热器1加热腔室2。需要说明的是图1中所标识的加热器1，实际上是由五个独立的加热器组成，每一个加热器都为缠绕在腔室外部的金属电阻丝，图1中的扩散炉具有五个加热区，每个加热区对应一个加热器。实际生产过程中，加热器的个数可以为3～7不等，即加热区的个数也从3～7不等。

设置于腔室2内部的侧热电偶4用于检测腔室2内部的温度并且将其传送给温度控制器11，设置于腔室2外部的外部热电偶5用于检测加热器1的温度并且将其传送给温度控制器11。温度控制器11根据侧热电偶4与外部热电偶5之间的温度差来实时的控制SCR12，调节能量供给单元13供给加热器1的能量，进而调节腔室2内的温度。举例来说，如果侧热电偶4与外部热电偶5之间的温度差为15摄氏度，若腔室2内的温度想达到800摄氏度，则只需要调节能量供给单元13供给加热器1的能量，使得外部热电偶5的温度达到785摄氏度既可。

此外，由于侧热电偶一直放在扩散炉中，时间长了测量温度会不准，因此需要通过拉(pull)恒温区(flat zone)的方式来校准侧热电偶的温度以及各个加热区之间温度的差异，通常用flat zone热电偶来实现。请参见图2，图2是现有技术采用flat zone热电偶测量腔室温度的扩散炉示意图。通常情况下，为了能够校正腔室2内的温度，在扩散炉的初装过程中，会安装有flat zone热电偶6，所述flat zone热电偶6设置在靠近晶舟3的位置。

对于上述采用外部热电偶、侧热电偶及flat zone热电偶的组合来测量扩散炉腔室内的温度，侧热电偶与外部热电偶之间温度的差异，实际上并不等于外部热电偶与晶圆表面温度之间的差异，因此通过将上述外部热电偶、侧热电偶及flat zone热电偶测量得到的温度反馈给温度控制器，通过温度控制器控制能量供给单元调节加热器的温度而获得的腔室的温度实际上并不等同于微控制器欲将晶圆加热到的目标温度，而实际生产过程中，则需要能够更准确的控制晶圆的温度，也既外部热电偶和侧热电偶之间的温度差应更接近外部热电偶与晶圆之间的温度差。

因此，采用上述的侧热电偶和flat zone热电偶仍然不能精确的获得位于晶舟内的晶圆的温度，另外由于flat zone热电偶通常用于来校准侧热电偶的温度，将其初始安装在扩散炉的腔室内时拉所述flat zone热电偶需要耗费一定的时间，在高温制程中拉所述flat zone热电偶仍然会耗费时间。故采用flat zone热电偶测量晶圆温度时，拉flat zone热电偶比较麻烦，费时又费力。

申请号为200620042768.6中国专利申请提供了一种双向装、卸晶体硅片的石英管式扩散炉，其硅片的载入和载出可同时、同方向完成、结构简单、效率高、成本低。但是对于上述问题并未涉及。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种结构简单且能够精确获得晶圆温度的测温装置。