专利名称:高效率快速热退火设备的制作方法
本实用新型系一种半导体工艺设备，主要是对半导体材料进行快速热处理工艺。
近年来，出现了使用脉冲光源和高强度连续光对半导体材料进行热处理的技术。这些技术在美国专利US4，151，008以及US4，331，485中均有所反映。但采用这些技术的现有设备消耗功率较大，如美国EATON公司的产品NOVA ROA－400型快速光退火设备的功率为100KW，AG公司的产品210M型热脉冲退火设备的功率为20KW。此外，对光照强度也无法监视。
本实用新型的目的就是提高该类设备的光能利用率。为此，设计了全封闭多次反射高效聚光腔。输入功率仅为5KW就可以使直径为 75mm的硅片在10秒内达到1250℃。而现有设备同样时间达到同样温度则要20KW以上的功率。另外，从聚光腔内引出一根光导纤维，可以监视聚光腔内光强，解决了光强度测量问题。
本设备由高效聚光腔、可控硅整流电源、数字式程序定时器、数字式测温仪、数字式光强测量仪等部分组成。
本设备的工作原理结合设备的原理方框图(附图1)加以说明。数字式程序定时控制器〔2〕控制可控硅整流电源〔1〕输出的大小和时间。可控硅整流电源〔1〕的输出接到高效聚光腔〔3〕内的管形卤钨灯上。数字式测温仪〔4〕用于测量聚光腔内参考硅片的温度。数字式光强测量仪〔5〕用于测量高效聚光腔〔3〕内的相对光强。
本设备的特点就是具有高效聚光腔。附图2是高效聚光腔的结构图。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、管形卤钨灯，测温参考硅片、测温热电偶、石英支架、光强测量光导纤维等组成。现结合附图2对其工作原理加以说明。由管形卤钨灯〔6〕产生的光，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。另一部分通过上反光板〔7〕和下反光板〔8〕反射到石英毛玻璃板上。水平方向的光，通过前反射板〔10〕和后反射板〔9〕，经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匀性的作用。退火样品〔13〕由石英支架〔14〕支起，以避免与石英玻璃板〔12〕间的热传导。退火样品〔13〕可以是硅片、砷化镓片或其它半导体材料。参考硅片〔15〕上有一小孔，孔内装有测温热电偶〔16〕通过测量参考硅片的温度，间接测量退火样品的温度。前反射板上装有一根光导纤维〔17〕。聚光腔内的光强，由光导纤维〔17〕传送到数字式光强测量仪〔5〕上，通过硅光电池，测量出腔内的相对光强，用光强指数的形式反映出来。
退火样品受到强光辐照后，温度迅速升高，在管形卤钨灯加到全功率时，升温速率可达350℃／秒以上。样品在数秒钟内即可达到1350℃的高温。当光照功率密度与退火样品本身向外辐射的功率相等时，达到热平衡。
附图3是本设备的时间－温度曲线。从曲线中可以看出，样品温度在2.5秒的时间内即可达到1050℃。
附图4是聚光腔内光强指数与样品温度关系曲线。
高效聚光腔的上反光板和下反光板采用了圆弧形反射面，圆弧的曲率半径是圆弧中心到卤钨灯灯丝距离的二倍。以保证有较高的聚光效率和较好的均匀性。聚光腔的上、下反光板和前、后反射板均通水冷却，反光表面抛光并镀金或镀银。
本设备的热退火样品的温度范围为700℃至1350℃。温度控制精度可达1％，与现有设备相比，它具有效率高、耗能少、结构简单，成本低因而售价也较低的特点。实验数据表明，使用该设备，在大规模集成电路浅结工艺以及极薄基区制备工艺等方面都将有很好的效益。
权利要求
1.一种高效率热退火设备，由聚光腔、可控硅整流电源、数字式程序定时控制器、数字式测温仪、数字式光强测量仪组成，其特征是其聚光腔采用了全封闭多次反射结构，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组成，并采用了光强测量光导纤维，以测量聚光腔内光强。
2.根据权利要求
1所述的上反光板和下反光板，其特征是采用了圆弧形反射面，圆弧的曲率半径是圆弧中心到卤钨灯灯丝距离的二倍。
3.根据权利要求
1所述的光强测量光导纤维，其特征是它的一端通到高效聚光腔内，另一端接通到数字式光强测量仪的硅光电池上。
专利摘要
本实用新型是一种高效率热退火设备，它采用了高效聚光腔，具有升温速度快、功率消耗小、结构简单、成本较低的特点。该设备可用于超大规模集成电路浅结工艺以及高速和微波半导体器件工艺方面。
文档编号H01L21/324GK86208776SQ86208776
公开日1987年10月31日 申请日期1986年11月7日
发明者贺令渝 申请人:国营第706厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan