專利名稱:高效率快速熱退火設(shè)備的制作方法
本實(shí)用新型系一種半導(dǎo)體工藝設(shè)備，主要是對半導(dǎo)體材料進(jìn)行快速熱處理工藝。
近年來，出現(xiàn)了使用脈沖光源和高強(qiáng)度連續(xù)光對半導(dǎo)體材料進(jìn)行熱處理的技術(shù)。這些技術(shù)在美國專利US4，151，008以及US4，331，485中均有所反映。但采用這些技術(shù)的現(xiàn)有設(shè)備消耗功率較大，如美國EATON公司的產(chǎn)品NOVA ROA－400型快速光退火設(shè)備的功率為100KW，AG公司的產(chǎn)品210M型熱脈沖退火設(shè)備的功率為20KW。此外，對光照強(qiáng)度也無法監(jiān)視。
本實(shí)用新型的目的就是提高該類設(shè)備的光能利用率。為此，設(shè)計(jì)了全封閉多次反射高效聚光腔。輸入功率僅為5KW就可以使直徑為 75mm的硅片在10秒內(nèi)達(dá)到1250℃。而現(xiàn)有設(shè)備同樣時(shí)間達(dá)到同樣溫度則要20KW以上的功率。另外，從聚光腔內(nèi)引出一根光導(dǎo)纖維，可以監(jiān)視聚光腔內(nèi)光強(qiáng)，解決了光強(qiáng)度測量問題。
本設(shè)備由高效聚光腔、可控硅整流電源、數(shù)字式程序定時(shí)器、數(shù)字式測溫儀、數(shù)字式光強(qiáng)測量儀等部分組成。
本設(shè)備的工作原理結(jié)合設(shè)備的原理方框圖(附圖1)加以說明。數(shù)字式程序定時(shí)控制器〔2〕控制可控硅整流電源〔1〕輸出的大小和時(shí)間?？煽毓枵麟娫础?〕的輸出接到高效聚光腔〔3〕內(nèi)的管形鹵鎢燈上。數(shù)字式測溫儀〔4〕用于測量聚光腔內(nèi)參考硅片的溫度。數(shù)字式光強(qiáng)測量儀〔5〕用于測量高效聚光腔〔3〕內(nèi)的相對光強(qiáng)。
本設(shè)備的特點(diǎn)就是具有高效聚光腔。附圖2是高效聚光腔的結(jié)構(gòu)圖。高效聚光腔由上反光板、下反光板、前反射板、后反射板，上石英玻璃板、下石英玻璃板、管形鹵鎢燈，測溫參考硅片、測溫?zé)犭娕?、石英支架、光?qiáng)測量光導(dǎo)纖維等組成?，F(xiàn)結(jié)合附圖2對其工作原理加以說明。由管形鹵鎢燈〔6〕產(chǎn)生的光，一部分直接照射到上石英毛玻璃板〔11〕和下石英毛玻璃板〔12〕上。另一部分通過上反光板〔7〕和下反光板〔8〕反射到石英毛玻璃板上。水平方向的光，通過前反射板〔10〕和后反射板〔9〕，經(jīng)多次反射后也照射到石英毛玻璃板上。石英毛玻璃板有改善光照均勻性的作用。退火樣品〔13〕由石英支架〔14〕支起，以避免與石英玻璃板〔12〕間的熱傳導(dǎo)。退火樣品〔13〕可以是硅片、砷化鎵片或其它半導(dǎo)體材料。參考硅片〔15〕上有一小孔，孔內(nèi)裝有測溫?zé)犭娕肌?6〕通過測量參考硅片的溫度，間接測量退火樣品的溫度。前反射板上裝有一根光導(dǎo)纖維〔17〕。聚光腔內(nèi)的光強(qiáng)，由光導(dǎo)纖維〔17〕傳送到數(shù)字式光強(qiáng)測量儀〔5〕上，通過硅光電池，測量出腔內(nèi)的相對光強(qiáng)，用光強(qiáng)指數(shù)的形式反映出來。
退火樣品受到強(qiáng)光輻照后，溫度迅速升高，在管形鹵鎢燈加到全功率時(shí)，升溫速率可達(dá)350℃／秒以上。樣品在數(shù)秒鐘內(nèi)即可達(dá)到1350℃的高溫。當(dāng)光照功率密度與退火樣品本身向外輻射的功率相等時(shí)，達(dá)到熱平衡。
附圖3是本設(shè)備的時(shí)間－溫度曲線。從曲線中可以看出，樣品溫度在2.5秒的時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到1050℃。
附圖4是聚光腔內(nèi)光強(qiáng)指數(shù)與樣品溫度關(guān)系曲線。
高效聚光腔的上反光板和下反光板采用了圓弧形反射面，圓弧的曲率半徑是圓弧中心到鹵鎢燈燈絲距離的二倍。以保證有較高的聚光效率和較好的均勻性。聚光腔的上、下反光板和前、后反射板均通水冷卻，反光表面拋光并鍍金或鍍銀。
本設(shè)備的熱退火樣品的溫度范圍為700℃至1350℃。溫度控制精度可達(dá)1％，與現(xiàn)有設(shè)備相比，它具有效率高、耗能少、結(jié)構(gòu)簡單，成本低因而售價(jià)也較低的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，使用該設(shè)備，在大規(guī)模集成電路淺結(jié)工藝以及極薄基區(qū)制備工藝等方面都將有很好的效益。
權(quán)利要求
1.一種高效率熱退火設(shè)備，由聚光腔、可控硅整流電源、數(shù)字式程序定時(shí)控制器、數(shù)字式測溫儀、數(shù)字式光強(qiáng)測量儀組成，其特征是其聚光腔采用了全封閉多次反射結(jié)構(gòu)，由上反光板、下反光板、前反射板、后反射板以及石英毛玻璃板組成，并采用了光強(qiáng)測量光導(dǎo)纖維，以測量聚光腔內(nèi)光強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的上反光板和下反光板，其特征是采用了圓弧形反射面，圓弧的曲率半徑是圓弧中心到鹵鎢燈燈絲距離的二倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光強(qiáng)測量光導(dǎo)纖維，其特征是它的一端通到高效聚光腔內(nèi)，另一端接通到數(shù)字式光強(qiáng)測量儀的硅光電池上。
專利摘要
本實(shí)用新型是一種高效率熱退火設(shè)備，它采用了高效聚光腔，具有升溫速度快、功率消耗小、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的特點(diǎn)。該設(shè)備可用于超大規(guī)模集成電路淺結(jié)工藝以及高速和微波半導(dǎo)體器件工藝方面。
文檔編號H01L21/324GK86208776SQ86208776
公開日1987年10月31日 申請日期1986年11月7日
發(fā)明者賀令渝 申請人:國營第706廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan