[其他]半导体快速热处理系统的石英腔

说明书

本实用新型属于集成电路和半导体器件制造技术的工艺设备。

随着超大规模集成电路的迅速发展，对其制造工艺的要求越来越高。为解决瞬时热处理这一技术关键，我们在1985年研制了“离子注入半导体瞬时退火设备”，该设备的石英退火腔包括矩形石英管①、固定于该管中的石墨板②、石英导轨③、可在石英导轨上滑动的石英片架④、石英托盘⑤、推动石英片架的石英杆⑥、及矩形石英管外的高频线圈⑦，如附图1所示。石墨板和矩形石英管外的高频线圈组成红外辐射光源；石英导轨和石英片架、石英托盘及石英杆组成半导体片的传动系统，可使被处理半导体片快速推至石墨板上方和拉出退火区，以达到瞬时退火之目的，整个退火过程是在充    保护气体条件下进行的（中国专利申请号为85100131）。该设备的主要优点是：（1）被处理半导体片升温快；（2）电激活率高和注入离子再扩散小；（3）设备简单、操作方便，生产效率高；（4）一设备具有多种用途，除用于瞬时退火外，还可用于红外再结晶、硅化物的形成等瞬时热处理。但此设备仍有不完备之处，如石墨板的辐射能量有相当部分白白散失掉了，这不仅浪费能源，也影响了半导体片的升温速率。

本实用新型的目的是设计一种半导体快速热处理用的石英腔，加快半导体片升温速率、提高半导体片的加热均匀性，减小能源消耗。

本实用新型的技术特点在于红外辐射源是感应加热的双层石墨板，两层石墨板之间有能使载有半导体片的石英片架顺利进出的距离，除半导体片进出口处外，双层石墨板用涂有介质膜的红外反射板包封后固定在矩形石英腔内，在上层石墨板和红外反射板上开一测温孔，此孔应开在陪片上方，通过测量陪片温度来确定被处理半导体片的温度。

本实用新型的结构示意图如附图2所示，双层石墨板⑧由石英支架⑨固定在涂有介质膜的红外反射板⑩内，半导体片可沿石英导轨③送至或拉出两层石墨板之间的加热区（11）。涂有介质膜的红外反射板⑩固定在矩形石英管①内。上层石墨板和红外反射板上开测温孔（12）。作为红外辐射源的双层石墨板对半导体片两面加热，不仅提高了半导体片的升温速率，也降低了对石墨板的温度要求；为不使测温孔影响被处理半导体片温度的均匀性，测温孔应开在陪片上方，通过校正，由测得的陪片温度可准确地推算出被处理半导体片的温度；包封在双层石墨板四周（除半导体片进出口处外）的涂有介质膜的红外反射板，既可回收辐射能量，又可防止温度较低的保护气体直接吹石墨板和被处理半导体片，保证半导体片温度的均匀性。

本实用新型可用于瞬时退火、红外再结晶和硅化物形成等半导体瞬时热处理设备。其优点是（1）半导体片升温速度快，在与“离子注入半导体瞬时退火设备”其它条件相同的情况下使用本石英腔，半导体片从室温升至1000℃，所需时间由3秒钟缩短到2秒钟以下，（2）大大降低了能耗，如对6吋硅片加热到1000℃，在单石墨板情况下，石墨板需加热到1138℃，而在双石墨板情况下，石墨板只需加热到1034℃，单    石墨板辐射能消耗就可降低约38％；又如6吋硅片的退火设备，不采用红外反射板包封，硅片退火温度为1000℃时，能耗为22KW，而采用红外反射板包封后，只需6.6KW，能耗降低了70％。而且硅片温度越高，节能效果越显著。

实施例：石墨板的尺寸要大于被处理半导体片的直径加陪片尺寸之和，两层石墨板之间要留有使载有半导体片的石英片架顺利进出的距离，在陪片上方的石墨板和红外反射板上开一测温孔。红外反射板的基片可以采用耐高温的高纯石英板（此材料是半导体工艺设备中常用材料，在高温下不会沾污半导体片），在石英板两面先用低压化学汽相沉积法（LPCVD）长上一层多晶硅，然后用氧化法使一部份硅氧化成二氧化硅（或者是用LPCVD再在两面生长氧化硅），最后在二氧化硅上再生长一层多晶硅。

介质膜也可为氮化硅等。介质膜的制作也可采用蒸发、溅射等半导体工艺中的常规方法。

石墨板的外表面也可涂多晶硅或碳化硅。

附图说明：

附图（1）是“离子注入半导体瞬时退火设备”的石英退火腔的结构示意图

①是矩形石英管

②是石墨板

③是石英导轨

④是石英片架

⑤是石英托盘

⑥是石英杆

⑦是高频线圈

附图（2）是本实用新型的结构示意图

①是矩形石英管

③是石英导轨

⑦是高频线圈

⑧是双层石墨板

⑨是石英支架

⑩是涂有介质膜的红外反射板

（11）是加热区

（12）是测温孔