立式液相外延爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種立式液相外延爐，其特征在于它主要包括機架、升降機構(gòu)、工作桿、取放料腔、過渡腔、工藝腔；其中升降機構(gòu)固定在機架上，升降機構(gòu)通過軸承單元與工作桿相連；取放料腔、過渡腔、工藝腔通過真空閥門自上至下順次密封連接，形成密閉腔體；工作桿密封性通入取放料腔、過渡腔、工藝腔內(nèi)；取放料腔上設(shè)置取放料密封門；過渡腔上設(shè)置真空抽口和充氣口；其優(yōu)點在于進行外延膜生長的工藝腔相對為獨立空間，晶片進行放入、更換、取出時均在取放料腔內(nèi)進行，無需對工藝腔內(nèi)氣體做功，從而減少了能源消耗，縮短了產(chǎn)品制造時間，提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，且可使整個設(shè)備僅設(shè)置一處真空抽口，簡化設(shè)備。
【專利說明】立式液相外延爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶片表面外延膜生長的設(shè)備，尤其涉及特殊晶片及半導(dǎo)體類晶片表面外延膜生長的設(shè)備。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]對于半導(dǎo)體類晶片或其他特殊晶片，其表面外延膜生長需要在一定真空度及溫度的工藝氣體環(huán)境下進行。因此需要反復(fù)將晶片從外界大氣狀態(tài)送入該環(huán)境中，待工藝完成后，再從該環(huán)境送出外界。因此，晶片外延膜生長的空間便不可避免的需要在工藝狀態(tài)和大氣狀態(tài)之間不斷切換。這樣導(dǎo)致的后果是生產(chǎn)效率低、耗能大，從而使產(chǎn)品成本大幅提高。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高效、節(jié)能、可降低生產(chǎn)成本、適用于半導(dǎo)體類晶片或其他特殊晶片外延膜生長的立式液相外延爐。
[0006]本發(fā)明所述立式液相外延爐主要包括機架、升降機構(gòu)、工作桿、取放料腔、過渡腔、工藝腔；其中升降機構(gòu)固定在機架上，升降機構(gòu)通過軸承單元與工作桿相連；取放料腔、過渡腔、工藝腔通過真空閥門自上至下順次密封連接，形成密閉腔體；工作桿密封性通入取放料腔、過渡腔、工藝腔內(nèi)；取放料腔上設(shè)置取放料密封門；過渡腔上設(shè)置真空抽口和充氣□。
[0007]工作時，本發(fā)明所述立式液相外延爐按照以下步驟循環(huán)工作，首先保持放料腔、過渡腔、工藝腔連通且密閉，通過真空抽口抽真空到所需真空度，裝有晶片的工作桿上升至放料密封門處，關(guān)閉工藝腔與過渡腔之間的真空閥門，保持工藝腔的真空度，通過充氣口對過渡腔及取放料腔內(nèi)充保護氣體到大氣壓，打開取放料密封門進行裝取料，然后關(guān)閉取放料密封門，對取放料腔與過渡腔抽真空到所需真空度，打開過渡腔與工藝腔之間的真空閥門，對整個腔室內(nèi)部沖入工藝氣體，工作桿下降至工藝腔，經(jīng)過所需的工藝時間后即可實現(xiàn)在晶片表面生長了一層外延膜，最后工作桿連同晶片上升至取放料密封門處，關(guān)閉工藝腔與過渡腔之間的真空閥門，保持工作腔內(nèi)的工藝氣氛，通過充氣口對過渡腔及取放料腔內(nèi)充保護氣體到大氣壓，打開取放料密封門進行裝取料，關(guān)閉取放料密封門，重復(fù)上述過程，周而復(fù)始的進行下一輪工作。
[0008]本發(fā)明所述立式液相外延爐，其有益效果在于:進行外延膜生長的工藝腔相對為獨立空間，晶片進行放入、更換、取出時均在取放料腔內(nèi)進行，因而僅需對取放料腔及過渡腔進行抽真空及沖入保護氣體至大氣壓狀態(tài)，無需對工藝腔內(nèi)氣體做功，從而減少了不必要能源消耗，縮短了產(chǎn)品制造時間，提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本。而且，過渡腔的設(shè)計可以使整個設(shè)備僅設(shè)置一處真空抽口，簡化設(shè)備。
[0009]為了達到更好的技術(shù)效果，本發(fā)明所述立式液相外延爐還可以采用以下措施:1、所述取放料腔上還設(shè)置一個充氣口。這樣在進行取放料之前可關(guān)閉過渡腔與取放料腔之間的真空閥門，從而僅需對取放料腔單獨沖入保護氣體至大氣壓，從而避免了對過渡腔進行充氣一抽真空的程序，不僅節(jié)省了時間，提高了效果，而且降低了能耗，節(jié)約了能源。
[0010]2、本發(fā)明所述立式液相外延爐還包括加熱爐體、坩堝及液相材料，其中加熱爐體固定在機架上，其位于工藝腔的正下方；坩堝安裝于工藝腔內(nèi)，液相材料裝于坩堝內(nèi)。加熱爐體加熱、恒溫，當(dāng)坩堝內(nèi)的液相液體加熱到所需要的溫度后，帶有晶片的工作桿也下降至工藝腔內(nèi)，工作桿下降至晶片完全浸入坩堝內(nèi)的液相液體中，然后工作桿上升將晶片脫離開液面、離開坩堝，再經(jīng)過所需要工藝時間的停留后，即實現(xiàn)了在晶片表面生長了一層外延膜。[0011]3、所述取放料腔、過渡腔、工藝腔相互之間及其與真空閥門、取放料密封門、各充氣口和真空抽口之間均設(shè)有密封及水冷防護。從而使整個腔室保持密封狀態(tài)，且密封效果不因溫度升高而產(chǎn)生影響。
[0012]4、所述升降機構(gòu)包括升降驅(qū)動電機、減速器、驅(qū)動絲杠、絲杠母、滑塊、導(dǎo)軌、安裝平板、剛性支撐件；其中固定在機架上的驅(qū)動電機與減速器連接，減速器與驅(qū)動絲杠連接；驅(qū)動絲杠與絲杠母配合，絲杠母及滑塊均固定在安裝平板上；滑塊同時與導(dǎo)軌滑動配合，導(dǎo)軌固定在機架上，導(dǎo)軌方向與驅(qū)動絲杠平行；剛性支撐件一端固定在安裝平板上，另一端通過軸承組成與工作桿相連。工作桿的升降動作由升降驅(qū)動電機及減速器驅(qū)動，驅(qū)動絲杠通過絲杠母、經(jīng)導(dǎo)軌導(dǎo)向?qū)㈦姍C旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線位移，從而使安裝平板上的剛性支撐件帶動工作桿動作，正向驅(qū)動電機實現(xiàn)上升，反向驅(qū)動電機實現(xiàn)下降。
[0013]5、本發(fā)明所述立式液相外延爐還包括工作桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述工作桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機、減速器、軸承單元、齒形帶、齒形帶輪；其中軸承單元包括軸承盒與軸承，軸承位于軸承盒內(nèi)部與之固定連接；旋轉(zhuǎn)電機與軸承盒均固定在剛性支撐件上；旋轉(zhuǎn)電機與減速器連接，減速器與工作桿通過齒形帶相連；齒形帶輪與齒形帶配合；軸承與工作桿配合。旋轉(zhuǎn)電機啟動，通過減速器在齒形帶的傳動下帶動工作桿旋轉(zhuǎn)。
[0014]6、所述工作桿為底端密閉的空心桿，其內(nèi)部安裝有熱電偶。當(dāng)晶片運行到坩堝上端時，停止下降，在加熱爐內(nèi)對晶片進行預(yù)熱；到達預(yù)熱溫度后，利用工作桿內(nèi)部的熱電偶測溫，工作桿則繼續(xù)下降，直至晶片全部浸入坩堝內(nèi)部的液相材料中。
[0015]7、本發(fā)明所述立式液相外延爐還包括一個轉(zhuǎn)換滑環(huán)，所述轉(zhuǎn)換滑環(huán)固定在工作桿頂部，并與工作桿內(nèi)部的熱電偶通過導(dǎo)線連接。轉(zhuǎn)換滑環(huán)隨工作桿進行旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)熱電偶接線的轉(zhuǎn)換。
[0016]8、所述加熱爐體可單段或多段控溫。
[0017]9、所述加熱爐體的頂端爐口處還設(shè)置保溫層。這樣可防止熱量的損失及爐體內(nèi)部熱產(chǎn)生對流而對工藝過程造成影響。
[0018]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述立式液相外延爐實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中編號說明:1-機架；2-驅(qū)動電機及減速器；3_滑塊；4_剛性支撐件；5_旋轉(zhuǎn)電機；6_軸承單元；7-工作桿；8_密封盒；9_取放料腔；10-取放料密封門；11-過渡腔；12_真空閥門A ;13_絲杠母；14_真空閥門B ;15_保溫層；16_工藝腔體；17_晶片；18_爐體；19_液相材料；20_坩堝；21_下行程開關(guān)；22_上形成開關(guān)；23_齒形帶；24_真空抽口 ；25_充氣口 ；26_驅(qū)動絲杠、27-導(dǎo)軌；28_安裝平板；29_轉(zhuǎn)換滑環(huán)。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]實施例一。
[0023]結(jié)合圖1對本發(fā)明所述立式液相外延爐進行詳細(xì)說明 。
[0024]本實施例所述立式液相外延爐包括:
升降機構(gòu)，包括驅(qū)動電機及減速器2、驅(qū)動絲杠26、導(dǎo)軌27、滑塊3、絲杠母13、安裝平板28、剛性支撐件4 ;其中絲杠母13和滑塊3固定在安裝平板28上。升降動作由驅(qū)動電機及減速器2驅(qū)動，驅(qū)動絲杠26通過絲杠母13進而帶動安裝平板28、經(jīng)過導(dǎo)軌27的導(dǎo)向，將電機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線位移，連接于安裝平板28上的剛性支撐件4帶動工作桿旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)上升；反向驅(qū)動電機實現(xiàn)下降。
[0025]工作桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，包括旋轉(zhuǎn)電機及減速機5、軸承單元6、工作桿7 (空心-可帶熱電偶)、齒形帶(含齒形帶輪)23 ;其中軸承單元6包括軸承盒與軸承，軸承位于軸承盒內(nèi)部與之固定連接。安裝于剛性支撐件4上的旋轉(zhuǎn)電機及減速機5和軸承單元6之間經(jīng)過齒形帶(含齒形帶輪)23帶動工作桿7 (通過軸承單元6中的軸承)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作，同時帶動安裝于工作桿7下端的晶片17與工作桿7同時移動和轉(zhuǎn)動。
[0026]腔體總成，包括密封盒8、取放料腔9、取放料密封門10 (帶觀察口)、過渡腔11、真空閥門A12、真空閥門B14、真空抽口 24、充氣口 25、工藝腔16、坩堝20 (帶支腿)、液相材料19。其中，取放料腔9、過渡腔11、工藝腔16通過真空閥門A12及真空閥門B14自上至下順次密封連接，取放料腔9上端為密封盒8，用于對工作桿7實現(xiàn)密封；取放料腔9設(shè)置取放料密封門10并通過真空閥門A12與過渡腔11密封連接，再通過真空閥門B14與工藝腔16密封連接；工藝腔16內(nèi)安裝坩堝20，坩堝20內(nèi)添加液相材料19 ;過渡腔11上設(shè)置真空抽口 24實現(xiàn)與真空系統(tǒng)的連接，過渡腔11及取放料腔9上分別設(shè)置充氣口 25實現(xiàn)與工藝氣體的連接；腔體總成所有連接均為密封連接，實現(xiàn)腔體內(nèi)為密閉腔體；各密封接口處將配置有水冷，保護密封圈不受熱量的影響。根據(jù)工藝要求進行真空閥門A12、真空閥門B14的順序關(guān)閉和打開，實現(xiàn)工藝過程中對局部小環(huán)境內(nèi)實現(xiàn)抽真空或充工業(yè)氣體的需求。
[0027]加熱爐體總成，包括加熱爐體18和保溫層15。加熱爐體18通過外部控制部分提供的電流和電壓的輸入，實施加熱功能，實現(xiàn)對工藝腔室內(nèi)放置的坩堝20內(nèi)添加的液相材料19進行加熱和溫度恒定的功能；保溫層15對爐口進行保溫，防止熱量的損失和爐體內(nèi)部熱對流的產(chǎn)生，對工藝過程造成影響。
[0028]機架1，為上述升降機構(gòu)、工作桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、腔體總成、加熱爐體18等提供剛性支承和穩(wěn)固安裝的功能，實現(xiàn)精確安裝的要求。機架I上還設(shè)置有下行程開關(guān)21與上形成開關(guān)22，以實現(xiàn)對工作桿7上下極限行程的控制。
[0029]此外，轉(zhuǎn)換滑環(huán)29固定在工作桿7頂部，與工作桿7內(nèi)的熱電偶接線，并隨工作桿7 一起旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)熱電偶的接線的轉(zhuǎn)換。
[0030]進行工作時，通過以下步驟實現(xiàn):
1、腔體總成密閉，抽真空到所需要的真空度。
[0031]2、裝、取料:開啟設(shè)備，將驅(qū)動電機及減速器2通電，驅(qū)動絲杠26通過安裝平板28、經(jīng)過導(dǎo)軌27導(dǎo)向、將電機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線位移，連接于安裝平板28上的剛性支撐件4帶動工作桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)總成實現(xiàn)上升(反向驅(qū)動電機實現(xiàn)下降動作)，當(dāng)工作桿7下端的晶片17到達取放料密封門10的位置時停止上升，用上行程開關(guān)22實現(xiàn)定位。。
[0032]3、關(guān)閉真空閥門B14，保持加熱區(qū)內(nèi)的工藝腔16的真空度(或工藝氣氛)。
[0033]4、關(guān)閉真空閥門A12，保持過渡腔11內(nèi)部為真空狀態(tài)(或工藝氣氛)。
[0034]5、對取放料腔9內(nèi)充保護氣體到大氣壓，使取放料密封門10內(nèi)外壓力平衡。
[0035]6、打開取放料密封門10，進行裝、取料，即對晶片17上的晶片進行取、放、更換。
[0036]7、關(guān)閉取放料密封門10，打開真空閥門A12，對過渡腔11和取放料腔9進行抽真空到要求。
[0037]8、打開真空閥門B14，對腔體總成內(nèi)部沖入工藝氣體到要求。
[0038]9、對加熱爐體18通電，坩堝20內(nèi)部的液相材料19到所需的溫度要求。
[0039]10、開啟設(shè)備，將驅(qū)動電機及減速器2反轉(zhuǎn)，驅(qū)動絲杠26通過安裝平板28、經(jīng)過導(dǎo)軌27導(dǎo)向、將電機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線位移，連接于安裝平板28上的剛性支撐件4帶動工作桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)總成實現(xiàn)下降動作，當(dāng)運行到坩堝20上端時，停止下降，在加熱爐內(nèi)對晶片17進行預(yù)熱。
[0040]11、到達預(yù)熱溫度后，用工作桿7內(nèi)部的熱電偶測溫，升降機構(gòu)繼續(xù)下降，將晶片17全部浸入坩堝20內(nèi)部的液相材料19，由下行程開關(guān)21控制位置。
[0041]12、升降機構(gòu)上升，使晶片17脫離開坩堝20停止，停留所需的工藝時間。
[0042]13、將升降驅(qū)動電機及2通電，驅(qū)動絲杠26通過安裝平板28、經(jīng)過導(dǎo)軌27導(dǎo)向、將電機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線位移，連接于安裝平板28上的剛性支撐件4帶動工作桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)總成繼續(xù)上升，當(dāng)工作桿7下端的晶片17到達取放料密封門10的位置時停止上升，用上行程開關(guān)22實現(xiàn)定位。
[0043]14、關(guān)閉真空閥門B14，保持加熱區(qū)內(nèi)的工藝腔室的氣氛。
[0044]15、關(guān)閉真空閥門A12，保持過渡腔11內(nèi)部的工藝氣氛。
[0045]16、對取放料腔9內(nèi)充保護氣體到大氣壓，打開取放料腔9的取放料密封門10，進行取料，然后重新放新料，關(guān)閉取放料密封門10，重復(fù)上述過程進行下一輪工作。
【權(quán)利要求】
1.一種立式液相外延爐，其特征在于它主要包括機架、升降機構(gòu)、工作桿、取放料腔、過渡腔、工藝腔；其中升降機構(gòu)固定在機架上，升降機構(gòu)通過軸承單元與工作桿相連；取放料腔、過渡腔、工藝腔通過真空閥門自上至下順次密封連接，形成密閉腔體；工作桿密封性通入取放料腔、過渡腔、工藝腔內(nèi)；取放料腔上設(shè)置取放料密封門；過渡腔上設(shè)置真空抽口和充氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙腔室真空制膜設(shè)備，其特征在于所述取放料腔上還設(shè)置一個充氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述雙腔室真空制膜設(shè)備，其特征在于所述雙腔室真空制膜設(shè)備還包括加熱爐體、坩堝及液相材料，其中加熱爐體固定在機架上，其位于工藝腔的正下方；坩堝安裝于工藝腔內(nèi)，液相材料裝于坩堝內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述雙腔室真空制膜設(shè)備，其特征在于所述取放料腔、過渡腔、工藝腔相互之間及其與真空閥門、取放料密封門、各充氣口和真空抽口之間均設(shè)有密封及水冷防護。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述雙腔室真空制膜設(shè)備，其特征在于所述升降機構(gòu)包括升降驅(qū)動電機、減速器、驅(qū)動絲杠、絲杠母、滑塊、導(dǎo)軌、安裝平板、剛性支撐件；其中固定在機架上的驅(qū)動電機與減速器連接，減速器與驅(qū)動絲杠連接；驅(qū)動絲杠與絲杠母配合，絲杠母及滑塊均固定在安裝平板上；滑塊同時與導(dǎo)軌滑動配合，導(dǎo)軌固定在機架上，導(dǎo)軌方向與驅(qū)動絲杠平行；剛性支撐件一端固定在安裝平板上，另一端通過軸承組成與工作桿相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述雙腔室真空制膜設(shè)備，其特征在于所述工作桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機、減速器、軸承單元、齒形帶、齒形帶輪；其中軸承單元包括軸承盒與軸承，軸承位于軸承盒內(nèi)部與之固定連接；旋轉(zhuǎn)電機與軸承盒均固定在剛性支撐件上；旋轉(zhuǎn)電機與減速器連接，減速器與工作桿通過齒形帶相連；齒形帶輪與齒形帶配合；軸承與工作桿配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述雙腔室真空制膜設(shè)備，其特征在于所述工作桿為底端密閉的空心桿，其內(nèi)部安裝有熱電偶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述雙腔室真空制膜設(shè)備，其特征在于所述雙腔室真空制膜設(shè)備還包括一個轉(zhuǎn)換滑環(huán)，所述轉(zhuǎn)換滑環(huán)固定在工作桿頂部，并與工作桿內(nèi)部的熱電偶通過導(dǎo)線連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述雙腔室真空制膜設(shè)備，其特征在于所述加熱爐體可單段或多段控溫。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述雙腔室真空制膜設(shè)備，其特征在于所述加熱爐體的頂端爐口處還設(shè)置保溫層。
【文檔編號】C30B19/00GK103526281SQ201310453348
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】張海林, 崔慧敏, 臧一平 申請人:青島賽瑞達電子裝備股份有限公司