[发明专利]立式炉设备

说明书

本申请实施例提供了一种立式炉设备。该立式炉设备用于对晶圆进行热处理工艺，包括：炉体结构、进气结构及排气结构；炉体结构包括壳体及炉管，壳体包覆于炉管的外侧，炉管内部自上至下依次划分为多个加热区域；进气结构设置于壳体的一侧，并且包括多个进气口，多个进气口分别对应多个加热区域设置，用于将冷却气体导入壳体内对炉管进行降温冷却；排气结构相对于进气结构设置于壳体的另一侧，并且包括多个排气口，多个排气口分别对应多个加热区域设置，用于将壳体内的冷却气体导出。本申请实施例，实现了每个加热区域都有冷却气体进入，使得各加热区域降温速率相同，提升了炉体结构整体冷却效率。

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种立式炉设备。

背景技术

目前，半导体器件的制作工艺中有许多热处理的工序，如热氧化、化学气相沉积、热扩散、金属合金化、杂质激活、介质膜致密化等。温度是影响半导体器件制备中的关键参数，更是对立式炉设备的重要考量指标，晶圆的成膜均匀性以及生长速度等特性均与温度均匀性有直接的联系。降温速率是考察降温能力的直接指标，目前降温速率要求达到20℃/min(摄氏度/分钟)。如何实现这样的高要求，尤其对热容较大的立式炉设备是一个很大的挑战。

常规的降温方式，通常将晶圆放置在立式炉设备的晶舟内，通过炉体结构的自然降温实现对晶圆进行降温。但是自然降温速率慢造成工艺时间长，从而影响工厂每小时流片数，且成膜质量不容易保证。这种处理方式还增加有害杂质的扩散提高金属污染几率，甚至可能造成半导体器件的结构变形和不必要的边缘效应，很难满足工艺需求，特别是对杂质扩散有严格限制的工艺。

立式炉设备一般将炉体分为五个加热区域，由上至下分别为第一加热区域、第二加热区域、第三加热区域、第四加热区域和底部的第五加热区域。炉体结构一般由加热丝及保温材料组成，其底部设计有开口，使用工艺门与开口配合保持工艺腔室密封，这样的构造使得炉体结构在降温过程中，底部的降温速率明显高于炉体其他部位的降温速率。如何解决立式炉设备在降温过程中各加热区域降温速率不等，导致工艺热处理效果不均匀的现象，是本领域值得研究的一个重要课题。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种立式炉设备，用以解决现有技术存在的各加热区域降温速率不等，以及炉体结构内部温度均匀性不佳的技术问题。

本申请实施例提供了一种立式炉设备，用于对晶圆进行热处理工艺，包括：炉体结构、进气结构及排气结构；所述炉体结构包括壳体及炉管，所述壳体包覆于所述炉管的外侧，所述炉管内部自上至下依次划分为多个加热区域；所述进气结构设置于所述壳体的一侧，并且包括多个进气口，多个所述进气口分别对应多个所述加热区域设置，用于将冷却气体导入壳体内，以对所述炉管进行降温冷却；所述排气结构相对于所述进气结构设置于所述壳体的另一侧，并且包括多个排气口，多个所述排气口分别对应多个所述加热区域设置，用于将所述壳体内的冷却气体导出。

于本申请的一实施例中，所述进气结构包括进气块，多个所述进气口均形成于所述进气块上；所述排气结构包括排气块，多个所述排气口均形成于所述排气块上；所述进气块及所述排气块均沿所述壳体的轴向延伸设置，并且所述进气块及所述排气块相对的侧面均与所述壳体的外壁贴合且密封设置。

于本申请的一实施例中，所述排气块内还设置有排气通道，所述排气通道沿所述排气块的高度方向延伸设置，并且与多个所述排气口连接，所述排气通道的出气口位于所述排气块的底部，其中，所述排气块的所述高度方向与所述壳体的轴向平行。

于本申请的一实施例中，所述进气块与所述壳体贴合的侧面上形成有多个进气腔，多个所述进气腔分别与多个所述进气口连接；所述壳体上对应于每个所述进气腔的位置贯穿有多个进气匀流孔，用于将所述进气腔内的冷却气体均匀导入所述壳体内。

于本申请的一实施例中，所述排气块与所述壳体贴合的侧面上形成有多个排气腔，多个所述排气腔分别与多个所述排气口连接；所述壳体上对应于每个所述排气腔的位置贯穿有多个排气匀流孔，用于将所述壳体内的冷却气体均匀导入所述排气腔内。