半导体设备及其加热装置

技术领域

本发明总体来说涉一种半导体加工技术领域，具体而言，涉及一种半导体设备。

背景技术

在半导体制造过程中，化学气相沉积(CVD)作为薄膜制程已经被广泛使用。

化学气相沉积在半导体设备的反应腔室中进行。先将晶圆置于密闭的反应腔室中，再将反应气体输送至半导体设备内，反应气体与晶圆在高温环境下发生化学反应能在晶圆表面沉积一层薄膜。以氮化硅层的沉积为例，二氯硅烷(SiH

现有的半导体设备的反应腔室上设置有一开口，该开口用于供晶圆进出反应腔室。半导体设备在加工完一批晶圆后，需要向反应腔室内输入清洁气体以将反应腔室中的残余气体替换掉，避免在加工下一批晶圆时残余气体影响该批晶圆的质量。在此过程中，半导体设备上的隔热板封堵开口，以避免反应腔室内的温度下降。

由于隔热板封堵开口时，反应腔室内还具有残余反应气体，这些残余反应气体会在隔热板上生长出薄膜。同时，隔热板上也容易附着易挥发的反应产物，这些反应产物在加工下一批晶圆时容易混入至反应气体中造成污染。为保证反应腔室的洁净度，需要每隔一段时间将隔热板上的薄膜进行清除，两个人清理作业需要花4-6小时才能将隔热板上的薄膜清除干净。由于需要定期人工清理且清理时间较长，使得半导体设备的维护成本高，半导体设备的运行效率低。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种用于加热挡板的加热装置，其包括：加热部；

所述加热部包括用于与所述挡板相抵接的壳体以及设置在所述壳体内的电热丝；

其中，所述加热装置能将所述挡板加热至预设温度，所述预设温度大于或等于100℃。

根据本发明的一个实施例，所述壳体的外轮廓为平板状，所述电热丝在所述壳体内蜿蜒延伸。

根据本发明的一个实施例，所述壳体的外轮廓为半圆形的平板状，所述壳体的圆心处设置有一缺口；

所述加热装置包括两个加热部，在安装状态下两个所述加热部拼接成圆形，两个所述缺口形成供所述挡板上的支撑柱通过的通孔。

根据本发明的一个实施例，所述加热部还包括设置在所述壳体内的多条热管，所述热管内填充有毛细结构以及工作流体；

所述热管从所述缺口附近径向向外延伸，相邻两条所述热管之间的夹角相等。

根据本发明的一个实施例，所述壳体与所述挡板相抵接的表面设置成波浪状，以增大所述壳体与所述挡板之间的接触面积。

本发明的还提出了一种半导体设备，其包括：

反应腔室，设置有开口；

挡板，用于启闭所述开口；

如上所述的加热装置，安装于所述挡板。

根据本发明的一个实施例，所述预设温度的取值范围为110℃到130℃。

根据本发明的一个实施例，所述预设温度为120℃。

根据本发明的一个实施例，所述半导体设备还包括温度传感器和温度控制器；

所述温度控制器电连接于所述温度传感器和所述加热装置；

所述温度传感器用于测量所述挡板的温度并将测量结果发送至所述温度控制器，所述温度控制器用于根据所述测量结果与所述预设温度之间的偏差来来调节挡板温度以使得挡板温度达到所述预设温度。

根据本发明的一个实施例，所述半导体设备还包括用于承载晶圆的晶舟；

所述晶舟从所述开口进出所述反应腔室，所述晶舟处于所述反应腔室外时所述挡板关闭所述开口。

根据本发明的一个实施例，仅当所述挡板关闭所述开口时，所述加热装置才对所述挡板加热。

根据本发明的一个实施例，所述半导体设备还包括感应开关；

所述感应开关能感应到所述挡板是否关闭所述开口，若感应到挡板关闭开口则所述感应开关打开所述加热装置，若感应到挡板没有关闭开口则所述感应开关关闭所述加热装置。

根据本发明的一个实施例，所述半导体设备还包括第一驱动机构，

所述第一驱动机构包括支撑架、与所述支撑架之间转动连接的摆杆以及用于驱动所述摆杆摆动的第一电机；

所述挡板安装在所述摆杆上，并随着所述挡板的摆动而启闭所述开口。

根据本发明的一个实施例，所述感应开关安装在所述支撑架与所述摆杆之间的连接处，根据测量所述摆杆摆动的角度来判断所述挡板是否关闭所述开口。

根据本发明的一个实施例，所述挡板为圆形板，所述挡板还包括从挡板的中心向背离反应腔室的方向延伸的支撑柱；

所述支撑柱的连接到所述摆杆上。

由上述技术方案可知，本发明的加热装置和半导体设备的优点和积极效果在于：

在挡板关闭开口期间，加热装置对挡板进行加热以将挡板的温度保持在预设温度以上，易挥发的副产物也不易附着在挡板的表面上，挡板表面不易生长出薄膜，清洁气体能将残余气体完全替换掉而不会残留在挡板上。由此，挡板的清洗周期可以极大的延长，降低了半导体设备的维护成本，提高了半导体设备的运行效率。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种半导体设备在挡板封闭开口状态下的剖视示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种半导体设备在挡板打开开口状态下的剖视示意图。

图3是根据一示例性实施方式示出的一种加热装置的俯视示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的加热装置和挡板的仰视示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的加热装置的俯视示意图。

图6是根据一示例性实施方式示出的加热装置和挡板的正视示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、半导体设备；11、反应腔室；110、腔体；111、开口；112、进气口；113、出气口；13、晶舟；131、基座；132、托架；133、托爪；14、挡板；141、支撑柱；15、加热装置；151、加热部；152、缺口；153、壳体；154、电热丝；155、热管；16、第一驱动机构；161、支撑架；162、摆杆；17、第二驱动机构；18、清洁气体气源；21、感应开关；22、温度控制器；23、气体气源；24、螺钉；3、晶圆。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参照图1，图1公开了本实施例中的一种半导体设备1。该半导体设备1包括反应腔室11、挡板14、第一驱动机构16、晶舟13、第二驱动机构17以及加热装置15。

反应腔室11内设置有一腔体110，反应腔室11上还设置有开口111、进气口112和出气口113。该开口111可以是设置在反应腔室11的底部。进气口112和出气口113可以是设置在反应腔室11的侧壁上。开口111、进气口112和出气口113均连通于反应腔室11的腔体110。

进气口112通过管道连通于气源，气源能通过进气口112向反应腔室11内输入气体。气源包括反应气体气源23和清洁气体气源18。反应气体气源23用于向反应腔室11内输入反应气体，该反应气体包括二氯硅烷(SiH

挡板14可以为一平板。挡板14可以是采用保温材料制成的隔热板。挡板14在晶舟13处于反应腔室11外时封闭反应腔室11的开口111。挡板14封堵该开口111时能避免反应腔室11内热量流失。挡板14由第一驱动机构16驱动，第一驱动机构16能驱动挡板14开启和封闭该开口111。

加热装置15可以是电热装置。加热装置15安装于挡板14，加热装置15与挡板14之间可以是螺钉连接。加热装置15可以是安装在挡板14背离反应腔体的一板面上。加热装置15也可以是安装在挡板14内部。加热装置15用于对挡板14进行加热。加热装置15能将挡板14加热至预设温度。该预设温度大于或等于100℃。

反应气体中的二氯硅烷(SiH

晶舟13用于承载晶圆3。晶舟13从反应腔室11的开口111进出反应腔室11。晶舟13由第二驱动机构17驱动，第二驱动机构17能驱动晶舟13穿过该开口111出入反应腔室11。

晶舟13包括基座131、托架132和多组托爪133。基座131可以为板状，例如圆板。基座131可以水平设置。托架132安装在基座131的上表面上。托架132从基座131的上表面向上延伸。沿着托架132的延伸方向依次布置有多组托爪133，每组托爪133能托住一块晶圆3。

参照图2，晶舟13承载待加工的晶圆3后，第一驱动机构16将挡板14从反应腔室11的开口111处移开以打开该开口111，第二驱动机构17驱动晶舟13进入到反应腔室11内部。晶舟13进入到反应腔室11后，反应气体气源23向反应腔室11内注入反应气体以在晶圆3上沉积薄膜。

待反应气体与晶舟13上的晶圆3发生反应后，第二驱动机构17再将晶舟13移出反应腔室11。晶舟13移出反应腔室11后，第一驱动机构16驱动挡板14关闭反应腔室11的开口111，同时加热装置15对挡板14进行加热以使得挡板14温度上升至预设温度。此时，由于挡板14的温度上升至预设温度，气相沉积过程中产生的氯化铵(NH

挡板14关闭反应腔室11的开口111后，清洁气体气源18向反应腔室11中输入清洁气体，同时通过出气口113进行排气，直至将反应腔室11内的残余反应气体和气态副产物排出反应腔室11。

当反应腔室11内的残余反应气体和气态副产物排出反应腔室11后，等待对下一批次待加工的晶圆3进行加工。

在挡板14关闭开口111期间，将挡板14的温度保持在预设温度以上，易挥发的副产物也不易附着在挡板14的表面上，挡板14表面不易生长出薄膜，清洁气体能将残余气体完全替换掉而不会残留在挡板14上。由此，挡板14的清洗周期可以极大的延长，降低了半导体设备1的维护成本，提高了半导体设备1的运行效率。

进一步地，晶舟13设置在开口111的正下方。第二驱动机构17为升降机构。第二驱动机构17可以驱动晶舟13上升和下降。反应腔室11上的开口111打开时，第二驱动机构17能驱动晶舟13上升并进入到反应腔室11内，第二驱动机构17也能驱动晶舟13下降至脱离反应腔室11。

第二升降机构包括丝杠副以及第二电机。丝杠副包括滚珠螺母和丝杆。丝杆竖直设置，且能绕自身的转轴转动。滚珠螺母套装在丝杠上。晶舟13与滚珠螺母固定连接。第二电机用于驱动丝杠副的丝杆转动。丝杆正向转动时能带动滚珠螺母和晶舟13上升，丝杆反向转动时能带动滚珠螺母和晶舟13下降。

进一步地，半导体设备1还包括温度控制器22以及温度传感器(未示出)。温度控制器22通过电缆分别连接于连接温度传感器和加热装置15。温度控制器22可以是可编程逻辑控制器(PLC)。温度传感器用于实时测量挡板14的温度，并将测量结果上传至温度控制器22。温度控制器22的对挡板14温度进行闭环调节。温度控制器22根据测量结果与预设温度之间的偏差来控制电热装置的发热功率以使得挡板14的温度达到预设温度。

这样设置后，温度控制器22能对挡板14上的温度进行自动控制。

进一步地，当挡板14关闭开口111时加热装置15对挡板14进行加热，当挡板14打开开口111时加热装置15停止加热。

在本实施例中，半导体设备1还包括感应开关21。感应开关21设置在加热装置15的供电线路上，能切断加热装置15的供电线路，也能接通加热装置15的供电线路。感应开关21的传感器能感应到挡板14是否关闭反应腔室11的开口111，若感应到挡板14关闭开口111则感应开关21将加热装置15的供电线路接通以打开加热装置15，若感应到挡板14没有关闭开口111则感应开关21将加热装置15的供电线路切断以关闭加热装置15。

进一步地，反应腔室11构造为竖直设置的直管状结构，其顶端封闭。反应腔室11可以是竖直布置的炉管。开口111设置在反应腔室11的底端。挡板14设置在反应腔室11的下方，且呈水平布置。

第一驱动机构16包括支撑架161、摆杆162、转轴(图中未示出)以及第一电机(图中未示出)。支撑架161可以是竖直设置的直杆。摆杆162设置在支撑架161的上端。摆杆162与支撑架161之间通过竖直的转轴转动连接在一起，摆杆162能绕竖直的转轴摆动。第一电机与摆杆162之间可以采用齿轮传动、链条传动、皮带传动等传动方式。第一电机用于驱动摆杆162摆动。挡板14设置在摆杆162的自由端上。摆杆162摆动时带动挡板14水平移动，挡板14移动到开口111的正下方时反应腔室11的开口111关闭，挡板14移动到与开口111相互错开时反应腔室11的开口111打开。

感应开关21设置在转轴处。感应开关21可以是通过感应摆杆162转动的角度来判断挡板14启闭开口111的情况。例如，感应开关21的传感器可以是编码器，编码器能检测到摆杆162摆动的角度。将摆杆162设置成摆动到第一预设角度时挡板14关闭反应腔室11的开口111。若编码器检测到摆杆162摆动到第一预设角度时则认为挡板14关闭，若编码器检测到摆杆162没有摆动到第一预设角度时则认为挡板14打开。

感应开关21的传感器还可以是光电传感器。可以将该光电传感器设置成只有当挡板14关闭开口111时才能触发该光电传感器。这样就可以通过是否触发该光电传感器来判断挡板14是否打开。

当然，感应开关21的传感器并不限于编码器和光电传感器。

进一步地，参照图3，加热装置15包括两个加热部151。加热部包括壳体153以及电热丝154。壳体153与挡板14相抵接，壳体153例如是覆盖在挡板14的底面。壳体153可以是与挡板14螺钉连接。电热丝154设置在壳体153内，电热丝154导电后能将电能转化成热能。电热丝154的制作材料可以是铁铬铝合金或镍铬合金。壳体153采用耐高温材料制成。壳体153可以是金属壳体153，电热丝154与壳体153之间可以设置绝缘层，金属壳体153导热快。壳体153还可以是陶瓷壳体153，绝缘性能好。

进一步地，壳体153的外轮廓为大致的平板状。电热丝154在壳体153内蜿蜒延伸延伸，例如电热丝154呈连续的S形。电热丝154的延伸方向平行于壳体153。电热丝154可以是布满壳体153。

电热丝154在壳体153类蜿蜒延伸可以增大电热丝154在壳体153内的密度，从而提升发热功率，使得挡板14升温较快。

进一步地，参照图4，反应装置的开口111为圆形，挡板14为圆形板。挡板14背离反应腔室11的一侧还设置有支撑柱141。支撑柱141从挡板14的中心向背离反应装置方向延伸。支撑柱141的底端连接于摆杆162。

加热部151的壳体153为半圆形的平板状。壳体153的圆心位置设置有一缺口152。在安装状态下两个加热部151拼接成一个圆，两个缺口152能形成一用于通过支撑柱141的通孔。

两个加热部151均通过螺钉24连接到挡板14上。螺钉24的数量可以是六颗，每个加热部151上设置三颗螺钉24，六颗螺钉24均匀地分布在加热装置15的外缘上。

加热装置15分成两个加热部151安装到挡板14上，更便于安装和检修。

进一步地，参照图5，加热部还包括多条热管155。热管155可以是直条形。多条热管155均设置在壳体153内。热管155从壳体153的缺口附近径向向外延伸。多条热管155呈辐射状分布。相邻两条热管155之间的夹角相等。每条热管155内均填充有毛细结构和工作流体。毛细结构沿热管155的延伸方向延伸。工作流体不填充满热管155的内腔。毛细结构可以是细微的金属丝编织物。

工作流体在壳体153温度较高的区域气化并在壳体153温度较低的区域液化以将热能从壳体153温度较高的区域带到温度较低的区域，从而使得壳体153上各处的温度更加接近，进而加热部均匀地对挡板14加热，挡板14上的温度分布更均匀。依据毛细现象，毛细结构将液态的工作流体从温度较低的区域运输至温度较高的区域。

进一步地，参照图6，壳体153与挡板14相抵接的表面设置成波浪形，挡板14与壳体153相抵接的表面也设置成对应的波浪形。这样就增大了壳体153与挡板14之间的接触面积，从而提升了热传导速度。

尽管已经参照某些实施例公开了本发明，但是在不背离本发明的范围和范畴的前提下，可以对所述的实施例进行多种变型和修改。因此，应该理解本发明并不局限于所阐述的实施例，其保护范围应当由所附权利要求的内容及其等价的结构和方案限定。