一种卧式扩散炉快速降温炉体

摘要

本发明公开了一种卧式扩散炉快速降温炉体，包括反应石英管和套设于反应石英管外的电阻炉体，反应石英管外壁与所述电阻炉体内壁之间具有横截面为环形的柱状间隙，柱状间隙的两端均设有密封件以使所述柱状间隙形成封闭的通风通道，电阻炉体上设有向所述通风通道送风的进风口和将所述通风通道内的热风排出的出风口。本发明具有可快速降温功能并可以减少温度波动对半导体制件影响的优点。

权利要求

1.一种卧式扩散炉快速降温炉体，其特征在于：包括反应石英管（2）和套设于反应石英管（2）外的电阻炉体（1），所述反应石英管（2）外壁与所述电阻炉体（1）内壁之间具有横截面为环形的柱状间隙，所述柱状间隙的两端均设有密封件（6）以使所述柱状间隙形成封闭的通风通道（16），所述电阻炉体（1）上设有向所述通风通道（16）送风的进风口（14）和将所述通风通道（16）内的热风排出的出风口（15），所述电阻炉体（1）包括壳体（8）、筒状保温层（9）和呈多圈螺旋状的电阻炉丝（7），所述壳体（8）套设于筒状保温层（9）上，所述筒状保温层（9）套设于电阻炉丝（7）上，所述电阻炉丝（7）套设于反应石英管（2）外，所述反应石英管（2）与电阻炉丝（7）之间构成所述柱状间隙，所述电阻炉丝（7）两端均位于壳体（8）内，所述进风口（14）和出风口（15）位于壳体（8）外壁的两端，所述进风口（14）与所述电阻炉丝（7）的一端部之间具有一定的轴向间距，所述出风口（15）与所述电阻炉丝（7）的另一端部之间具有一定的轴向间距，所述壳体（8）两端分别设有多晶莫来石保温棉圈（12），每个所述多晶莫来石保温棉圈（12）套于壳体（8）内，与所述进风口（14）对应的多晶莫来石保温棉圈（12）外表面上设有多个进风通风小孔（17），所述多个进风通风小孔（17）与进风口（14）连通，与所述出风口（15）对应的多晶莫来石保温棉圈（12）外表面上设有多个出风通风小孔（18），所述多个出风通风小孔（18）与出风口（15）连通，所述多晶莫来石保温棉圈（12）的外侧通过固定压环（13）固定在壳体（8）上。

2.根据权利要求1所述的卧式扩散炉快速降温炉体，其特征在于：所述密封件（6）位于多晶莫来石保温棉圈（12）的内壁与反应石英管（2）的外壁之间，且所述密封件（6）的外侧通过保温压圈（21）压紧。

3.根据权利要求1或2所述的卧式扩散炉快速降温炉体，其特征在于：所述出风口（15）设置为两个且对称设置，每个出风口（15）与所述电阻炉体（1）的水平面的夹角为30°。

4.根据权利要求1或2所述的卧式扩散炉快速降温炉体，其特征在于：所述柱状间隙的底部设有用于托住反应石英管（2）以使反应石英管（2）的中心线与电阻炉体（1）的中心线重合的保温棉垫片（20）。

5.根据权利要求1或2所述的卧式扩散炉快速降温炉体，其特征在于：所述进风口（14）上连有进风连接管（3），所述出风口（15）上连有排风连接管（4），所述进风连接管（3）与进风口（14）之间设有匀流板（5），所述排风连接管（4）与出风口（15）之间设有匀流板（5）。

6.根据权利要求1或2所述的卧式扩散炉快速降温炉体，其特征在于：所述反应石英管（2）的尾部通过保温堵头（22）压住以避免所述反应石英管（2）轴向移动。

说明书

一种卧式扩散炉快速降温炉体

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体电子元器件制造技术领域，尤其涉及一种卧式扩散炉快速降温炉体。

背景技术

[0002] 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(CVD)、热扩散、金属合金化、杂质激活、介质膜致密化等。这些热处理工艺对温度非常敏感，尤其是对快速降温能力的控制非常重要。常规的降温方式，通常将晶圆放置在炉体的晶舟内，通过炉体的自然降温对晶圆进行降温，但存在的问题是，自然降温速率慢，造成工艺时间长，成膜质量不容易保证。这种处理方式将增加有害杂质的扩散提高金属污染几率，甚至可能造成器件的结构变形和不必要的边缘效应。很难满足半导体工艺的要求，特别是对杂质扩散有严格限制的环节。

[0003] 温度是影响半导体器件制备中的关键参数，晶圆的成膜均匀性以及生长速度等特性均与温度有直接的联系。半导体器件的热处理工艺温度通常在1100℃以上，常规的石英管不能承受长期的高温热处理工艺，即使设备本身具有快速热处理功能，石英管也会受到自身材料限制而发生软化现象。在提高设备使用寿命的同时，也需要着重热处理工艺温度的有效控制。传统的水散热快速降温方式，存在散热量大，消耗功率过高等问题；而传统的风冷方式会受到外界环境的影响，而导致温度的波动，炉体内温度的可重复性差。因此，如何有效吸除金属离子，提高器件的成品率，确保设备能够长期稳定工作，并满足快速降温工艺的需求，研发出性价比较高的晶片快速降温炉体，是本领域值得研究的一个重要课题。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可快速降温并减少温度波动对半导体制件的影响的卧式扩散炉快速降温炉体。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种卧式扩散炉快速降温炉体，包括反应石英管和套设于反应石英管外的电阻炉体，所述反应石英管外壁与所述电阻炉体内壁之间具有横截面为环形的柱状间隙，所述柱状间隙的两端均设有密封件以使所述柱状间隙形成封闭的通风通道，所述电阻炉体上设有向所述通风通道送风的进风口和将所述通风通道内的热风排出的出风口。

[0007] 作为上述技术方案的进一步改进：

[0008] 所述电阻炉体包括壳体、筒状保温层和呈多圈螺旋状的电阻炉丝等，所述壳体套设于筒状保温层上，所述筒状保温层套设于电阻炉丝上，所述电阻炉丝套设于反应石英管外，所述反应石英管与电阻炉丝之间构成所述柱状间隙。

[0009] 所述电阻炉丝两端均位于壳体内，所述进风口和出风口位于壳体外壁的两端，所述进风口与所述电阻炉丝的一端部之间具有一定的轴向间距，所述出风口与所述电阻炉丝的另一端部之间具有一定的轴向间距。

[0010] 所述壳体两端分别设有多晶莫来石保温棉圈，每个所述多晶莫来石保温棉圈套于壳体内，与所述进风口对应的多晶莫来石保温棉圈外表面上设有多个进风通风小孔，所述多个进风通风小孔与进风口连通，与所述出风口对应的多晶莫来石保温棉圈外表面上设有多个出风通风小孔，所述多个出风通风小孔与出风口连通，所述多晶莫来石保温棉圈的外侧通过固定压环固定在壳体上。

[0011] 所述密封件位于多晶莫来石保温棉圈的内壁与反应石英管的外壁之间，且所述密封件的外侧通过保温压圈压紧。

[0012] 所述出风口设置为两个且对称设置，每个出风口与电阻炉体的水平面的夹角为30°。

[0013] 所述柱状间隙的底部设有用于托住反应石英管以使反应石英管的中心线与电阻炉体的中心线重合的保温棉垫片。

[0014] 所述进风口上连有进风连接管，所述出风口上连有排风连接管，所述进风连接管与进风口之间设有匀流板，所述排风连接管与出风口之间设有匀流板。

[0015] 所述反应石英管的尾部通过保温棉堵头压住以避免所述反应石英管轴向移动。

[0016] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0017] （1）本发明的卧式扩散炉快速降温炉体，反应石英管外壁与电阻炉体内壁之间具有横截面为环形的柱状间隙，柱状间隙的两端均设有密封件以使柱状间隙形成封闭的通风通道，电阻炉体上设有向通风通道送风的进风口和将通风通道内的热风排出的出风口，冷却风不断从进风口吹入电阻炉体和石英管的通风通道内，并经出风口将高温热量带走，可对设备进行快速降温，从而减少温度波动对半导体制件的影响，能长期进行高温热处理工艺，为反应石英管提供一个稳定可靠地工作环境。

[0018] （2）本发明所述的卧式扩散炉快速降温炉体，本发明采用控制方式为PLC和工控机的控制方式，采用双回路快速控温系统，冷风系统和热风系统，通过PLC控制冷风系统的离心风机开启，冷却风不断从进风连接管吹入通风通道内，将高温热量从排风连接管带走；同时，热排风系统也相应的开启，通过两个排风管道（排风连接管），能够迅速的将热风排出，从而达到快速降温的目的，该双回路快速控温系统，可以及时跟踪和控制温度，最大程度的减少温度波动对半导体制件的影响，可以使卧式扩散炉设备能长期进行高温热处理工艺。

附图说明

[0019] 图1是本发明卧式扩散炉快速降温炉体的结构示意图。

[0020] 图2是本发明卧式扩散炉快速降温炉体局部剖视图。

[0021] 图3是图2的右视图。

[0022] 图4是本发明卧式扩散炉快速降温炉体中多晶莫来石保温棉圈的结构示意图。

[0023] 图5是本发明卧式扩散炉快速降温炉体中匀流板的结构示意图。

[0024] 图中各标号表示：

[0025] 1、电阻炉体；2、反应石英管；3、进风连接管；4、排风连接管；5、匀流板；6、密封件；7、电阻炉丝；8、壳体；9、筒状保温层；10、主控引线；11、绝缘磁座；12、多晶莫来石保温棉圈；
13、固定压环；14、进风口；15、出风口；16、通风通道；17、进风通风小孔；18、出风通风小孔；
20、保温棉垫片；21、保温压圈；22、保温堵头。

具体实施方式

[0026] 以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0027] 图1至图5示出了本发明卧式扩散炉快速降温炉体的一种实施例，该卧式扩散炉快速降温炉体包括反应石英管2和套设于反应石英管2外的电阻炉体1，反应石英管2外壁与电阻炉体1内壁之间具有横截面为环形的柱状间隙，柱状间隙的两端均设有密封件6以使柱状间隙形成封闭的通风通道16，电阻炉体1上设有向通风通道16送风的进风口14和将通风通道16内的热风排出的出风口15。当工艺进行到快速降温工艺步骤时，通过PLC控制离心风机开启，冷却风不断从进风口14吹入电阻炉体1和反应石英管2的通风通道16内，并经出风口15将高温热量带走，可对设备进行快速降温，从而减少温度波动对半导体制件的影响，能长期进行高温热处理工艺，为反应石英管2提供一个稳定可靠地工作环境。

[0028] 本实施例中，电阻炉体1包括壳体8、筒状保温层9和呈多圈螺旋状的电阻炉丝7，壳体8套设于筒状保温层9上，筒状保温层9套设于电阻炉丝7上，电阻炉丝7套设于反应石英管2外，反应石英管2与电阻炉丝7之间构成柱状间隙。电阻炉体1采用多圈螺旋状电阻炉丝7在壳体8内侧缠绕而成，电阻炉丝7采用整根加粗进口一级康泰尔电阻丝制成，炉丝表面能够承受1425℃的高温。壳体8和电阻炉丝7之间为筒状保温层9，采用进口三层摩根保温棉毯压实制成，可有效的减少温度的热量的散失。电阻炉丝7通过多根主控引线10相连接，并通过绝缘磁座11固定在壳体8上。反应石英管2置于筒状电阻炉体1内，采用的是GE214气炼石英制成；为了提高石英管的耐温性能及稳定性，防止因为高温热处理工艺造成的反应管疲软变形，反应石英管2的内壁涂覆有三氧化二铝涂层。

[0029] 本实施例中，进风口14上连有进风连接管3，出风口15上连有排风连接管4，各连接处放置耐高温的氟橡胶密封垫圈进行密封；为提高排风效率，出风口15设置为两个且对称设置，每个出风口15与电阻炉体1的水平面的夹角为30°；进风连接管3的末端连接离心风机，通过离心风机的冷风来达到降温的目的。排风连接管4末端与设备的热排风系统相连接，便于热风的快速排出。进风连接管3与进风口14之间设有匀流板5，排风连接管4与出风口15之间设有匀流板5，匀流板5上设有多个匀流小孔（图5所示），这样通过从离心风机吹过来的冷风，经过匀流板5时其运动状况会发生变化，保证冷风均匀通过匀流板5进入通风通道16内，可以避免离心风机启动阶段风速过急造成温度的强烈波动。

[0030] 本发明采用控制方式为PLC和工控机的控制方式，采用双回路快速控温系统，冷风系统和热风系统，在半导体器件的制作过程中，当工艺进行到快速降温工艺步骤时，通过PLC控制冷风系统的离心风机开启，冷却风不断从进风连接管3吹入电阻炉体1和反应石英管2的间隙形成的通风通道16内（图1箭头所示），将高温热量从排风连接管4带走；此外，热排风系统也相应的开启，通过两个排风管道（排风连接管4），能够迅速的将热风排出，从而达到快速降温的目的。本实施例的双回路快速控温系统，可以及时跟踪和控制温度，最大程度的减少温度波动对半导体制件的影响，可以使卧式扩散炉设备能长期进行高温热处理工艺。

[0031] 本实施例中，电阻炉丝7两端均位于壳体8内，进风口14和出风口15位于壳体8外壁的两端，进风口14与电阻炉丝7的一端部之间具有一定的轴向间距，出风口15与电阻炉丝7的另一端部之间具有一定的轴向间距。进风口14和出风口15均位于电阻炉丝7的外侧，恒温区外边，这样可以很大程度上减少温度波动对工艺的影响。

[0032] 本实施例中，壳体8两端分别设有多晶莫来石保温棉圈12，每个多晶莫来石保温棉圈12套于壳体8内，与进风口14对应的多晶莫来石保温棉圈12外表面上设有多个进风通风小孔17，多个进风通风小孔17与进风口14连通，与出风口15对应的多晶莫来石保温棉圈12外表面上设有多个出风通风小孔18，多个出风通风小孔18与出风口15连通，多晶莫来石保温棉圈12的外侧通过固定压环13固定在壳体8上。通过在多晶莫来石保温棉圈12上进风通风小孔17和出风通风小孔18，与匀流板5的作用相同，对冷风风速进行了两次调整，降温过程中，通过电阻炉体1与反应石英管2之间风道的冷风会变得相对平缓，到达降温目的的同时，也能稳定控温，同时，能避免过急的风速对多晶莫来石保温棉圈12的冲击，降低其使用寿命。本实施例中，进风通风小孔17和出风通风小孔18采用的是直径为4mm的通孔，均布在多晶莫来石保温棉圈12上，均布范围大小为直径为80mm的圆内，位置与进风口14、出风口15的位置相对应。壳体8两端采用多晶莫来石保温棉圈12填制，且为了防止断裂，棉圈安装时与壳体8之间留有间隙，并用保温棉塞紧，多晶莫来石保温棉圈12外侧通过固定压环13固定在不锈钢壳体8上。

[0033] 本实施例中，柱状间隙的底部设有用于托住反应石英管2以使反应石英管2的中心线与电阻炉体1的中心线重合的保温棉垫片20。在安放反应石英管2前，需要在电阻炉体1内侧放置保温棉垫片20，用来托住反应石英管2，使得反应石英管2的中心与电阻炉体1的中心处于同一轴线上，便于后续的调节。密封件6位于多晶莫来石保温棉圈12的内壁与反应石英管2的外壁之间，且密封件6的外侧通过保温压圈21压紧，防止石英密封件6的滑动。反应石英管2的尾部用保温堵头22堵住，晶舟放入反应石英管2后，炉门机构带动石英炉门压紧反应石英管2，从而可以防止反应石英管2轴向移动。

[0034] 本发明的卧式扩散炉快速降温炉体，也可应用于普通的炉体上，不会增加设备的额定功率，具有节能效果。

[0035] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。