一种热电偶及半导体设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造领域，特别涉及一种热电偶及半导体设备。


背景技术：

2.在半导体器件的生产中，使半导体设备内温度保持较高的精确性是获得优质芯片的最基本保证，而温度的精确性依赖于热电偶测温。因此，确保使用的热电偶保持较高的测量精度是非常必要的。
3.半导体设备内使用的热电偶，因需要配合设备内部的结构进行安装，部分位置处会将热电偶的导线进行弯折布置。现有的热电偶正、负极两根导线套在同一个保护套管内(如图1的a部分所示)，导线在弯折处会有一部分裸露出来(如图1中的b部分所述)。在高温工艺时，导线受热会发生一定的膨胀，弯折处裸露出来的导线因膨胀变形(如图1中的c部分所述)，容易出现正、负极导线相接造成短路的现象(如图1中的d部分所述)，从而导致热电偶测温失效，则导致设备内温度监测失效，后续控温工艺也失效，影响产品良率和质量。
4.因此，如何优化热电偶的设计，能较好地保护弯折处的导线，是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种热电偶及半导体设备，以解决现有技术中热电偶导线在弯折处裸露出来的部分因受热变形，易出现正、负极导线相接的问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种热电偶，包括：
7.至少一个导线组，所述导线组包括并排设置的第一导线和第二导线，所述第一导线和所述第二导线的一端部相互连接而构成连接端；保护套管组，包括相互独立的第一保护套管和第二保护套管，所述第一保护套管套设在所述第一导线远离连接端的部分，所述第二保护套管套设在所述第二导线远离连接端的部分。
8.可选的，所述第一保护套管和第二保护套管均包括多个套管分段，所述多个套管分段依次套设在所述第一导线和所述第二导线上。
9.可选的，所述套管分段的长度为2.5mm-4.5mm。
10.可选的，所述第一保护套管的管口和所述第二保护套管的管口均为圆环状或者多边形环状。
11.可选的，所述第一保护套管的内径比所述第一导线的直径大0.1mm-0.3mm，所述第二保护套管的内径比所述第二导线的直径大0.1mm-0.3mm。
12.可选的，所述第一保护套管的内径和所述第二保护套管的内径均为0.7mm-0.9mm。
13.可选的，所述第一保护套管的外径和所述第二保护套管的外径均为1.1mm-1.3mm。
14.可选的，所述第一保护套管和所述第二保护套管均为陶瓷材质。
15.可选的，所述第一导线和所述第二导线其中之一的材料为第一铂铑合金，构成正极导线；另一导线的材料为第二铂铑合金或铂，构成负极导线。
16.可选的，还包括接线盒，所述接线盒具有正极接口和负极接口，所述正极导线电连接至所述正极接口，所述负极导线电连接至所述负极接口。
17.可选的，还包括绝缘保护管，所述至少一个导线组的连接端及与之连接的部分均安装于所述绝缘保护管内。
18.可选的，包括多个导线组，各个导线组的连接端在导线的延伸方向上分别位于不同的位置。
19.本实用新型还提供了一种半导体设备，包括如上所述的热电偶。
20.在本实用新型提供的热电偶中，导线组中的第一导线和第二导线分别采用相互独立的保护套管而独立保护，使得导线组中的各个导线远离连接端的部分相互独立，减小导线在弯折处裸露出来的部分因受热变形后发生接触的几率，有助于提升热电偶的精确性。并且，用于保护第一导线和第二导线的第一保护套管和第二保护套管相互独立且可以相互分离，从而可以独立的摆放第一导线和第二导线，提高第一导线和第二导线的摆放灵活性。
21.进一步的，通过限制套管分段的尺寸，减小导线弯折处裸露出来的面积，增大相邻导线之间的距离，进一步降低导线弯折处裸露的部分在受热变形后发生接触的几率。同时，在绝缘保护管中，设置多个导线组的连接端沿着导线的延伸方向分布在不同的位置，便于测量多个位置处的温度，以提高测量的均匀性。因此，将该热电偶用于半导体设备中时，可有效确保设备内温度保持较高精确性和均匀性，从而有助于提升产品良率和质量。
附图说明
22.图1为现有技术中热电偶导线变化示意图；
23.图2为本实用新型一实施例提供的热电偶的结构图。
24.附图中：
25.100-导线组；110-第一导线；120-第二导线；130-连接端；210-第一保护套管；220-第二保护套管；300-接线盒；310-正极接口；320-负极接口。
具体实施方式
26.如背景技术所述，安装在半导体设备中的热电偶，导线在弯折处裸露出来的部分因受热发生膨胀变形，容易出现正、负极导线相接的现象，造成正、负极导线短路，导致热电偶测温失效，从而导致设备内温度监测失效。
27.本实用新型提供了一种热电偶，通过保护套管组使得热电偶的导线组中各个导线的远离连接端的部分相互独立，减小导线在弯折处裸露出来的部分因受热变形后发生接触的几率，有助于提升热电偶的精确性。因此，将该热电偶用于半导体设备中时，可提高设备内温度的测量精确性，有助于保证设备内温度的精确性，从而有助于提升产品良率和质量。
28.以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的热电偶及半导体设备作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
29.图2为本实用新型一实施例提供的热电偶的结构图。如图2所示，热电偶包括：至少一个导线组100和保护套管组。
30.如图2所示，每个所述导线组100包括并排设置的第一导线110和第二导线120，所述第一导线110和所述第二导线120的一端部相互连接而构成连接端130。所述连接端130构成热电偶的测温点。其中，第一导线110和第二导线120的直径例如可为0.5-0.6mm。
31.继续参考图2所示，保护套管组包括相互独立的第一保护套管210和第二保护套管220，所述第一保护套管210套设在所述第一导线110远离连接端的部分，所述第二保护套管220套设在所述第二导线120远离连接端的部分。
32.本实施例中，每个导线组中的第一导线110远离连接端的部分上套设有第一保护套管210，第二导线120远离连接端的部分上套设有第二保护套管220，可保护导线组中的各个导线远离连接端的部分相互独立并可以更大程度的相互分离，减小导线在弯折时裸露出来的部分因受热变形后发生接触的几率，从而减小热电偶失效的几率，提升热电偶的精确性。并且，用于保护第一导线和第二导线的第一保护套管和第二保护套管相互独立且可以相互分离，从而可以独立的摆放第一导线和第二导线，提高第一导线和第二导线的摆放灵活性。
33.进一步的，所述第一保护套管210和第二保护套管220均包括多个套管分段，所述多个套管分段依次套设在所述第一导线110和所述第二导线120上。即第一导线110远离连接端的部分上连续地套设有多个套管分段，第一导线110上的多个套管分段构成第一保护套管210；第二导线120的远离连接端的部分上连续地套设有多个套管分段，第二导线120上的多个套管分段构成第二保护套管220。具体的，所述套管分段为单孔结构。其中，热电偶中利用保护套管组保护的导线部分，用于将热电偶固定在生产设备中。这部分导线在固定时，因需贴合设备的内部结构进行安装，部分位置处会将导线进行弯折设置，则在弯折处会有部分导线裸露出来。本实施例中，通过在第一导线和第二导线上分别设置多个套管分段，将第一导线和第二导线独立保护，从而在实现第一导线和第二导线可弯折设置的情况下，能够减小裸露部分的导线在受热膨胀后发生接触的几率。
34.进一步的，所述套管分段的长度为2.5mm-4.5mm。本实施例中，通过限制套管分段的长度，可使得导线弯折较大弧度时才会有导线裸露出来，即在弯折弧度一定时，有助于减小导线在弯折处裸露出来的面积，进一步减小导线裸露的部分受热变形后发生接触的几率。
35.进一步的，所述第一保护套管210的管口和所述第二保护套管220的管口均为圆环状或者多变形环状。相应的，第一保护套管210和第二保护套管220中的各个套管分段的管口也为圆环状或者多变形环状，其中，多边形环例如可为四边形环、五边形环或六边形环等形状。
36.进一步的，所述第一保护套管210的内径比所述第一导线110的直径大0.1mm-0.3mm，所述第二保护套管220的内径比所述第二导线120的直径大0.1mm-0.3mm。即，套管分段的内径比导线的直径大0.1mm-0.3mm。本实施例中，设置保护套管的内径略大于导线的内径，从而可以为导线预留出一定空间，防止导线受热膨胀而将保护套管撑破。具体的，所述第一保护套管210的内径和所述第二保护套管220的内径例如可均设置为0.7mm-0.9mm。即，套管分段的内径为0.7mm-0.9mm。
37.进一步的，所述第一保护套管210的外径和所述第二保护套管220的外径均为1.1mm-1.3mm。即，套管分段的外径为1.1mm-1.3mm。本实施例中，可通过优化保护套管的外
径尺寸，以增大相邻导线之间的距离，进一步减小导线裸露部分受热变形后发生接触的几率。
38.进一步的，所述第一保护套管210和所述第二保护套管220可均为陶瓷材质，对导线进行绝缘保护。
39.具体的实施例中，所述第一导线110和所述第二导线120其中之一构成正极导线，另一导线则构成负极导线。此时，可设置所述第一导线110和所述第二导线120其中之一的材料为第一铂铑合金，用于构成正极导线；以及，另一导线的材料为第二铂铑合金或铂，用于构成负极导线。可选的方案中，第一导线110采用第一铂铑合金，构成正极导线，第二导线120采用纯铂，构成负极导线；其中，第一铂铑合金例如为铂铑10，即含10％铑的铂铑合金，可测温范围为0-1300℃。其他方案中，第一导线110采用第一铂铑合金，构成正极导线，第二导线120采用第二铂铑合金，构成负极导线；其中，第一铂铑合金例如为铂铑30，即含铑30％的铂铑合金，第二铂铑合金为铂铑6，即含铑6％的铂铑合金，可测温范围为0-1600℃。
40.继续参考图2所示，热电偶还包括接线盒300，所述接线盒300具有正极接口310和负极接口320，所述正极导线电连接至所述正极接口，所述负极导线电连接至所述负极接口。其中，所述第一导线110和所述第二导线120远离连接端130的另一端均连接至所述接线盒300。即每个导线组中的正极导线远离连接端的另一端与正极接口电连接，负极导线远离连接端的另一端与负极接口电连接。然后，接线盒可与显示仪表或配套仪表连接，用于读取热电偶测量的温度值。
41.进一步的，本实施例提供的热电偶还包括绝缘保护管，所述至少一个导线组的连接端及与之连接的部分均安装于所述绝缘保护管内。
42.具体的，在绝缘保护管内，可通过填充剂将导线组相互隔离绝缘并固定在绝缘保护管内。其中，绝缘保护管例如可采用蓝宝石材质，使得热电偶可用于1000℃以上的环境中，最高工作温度甚至可达2000℃，且蓝宝石材质具有较高的导热率，有助于提高热电偶的灵敏性和响应时间，从而提高热电偶的精确性。然后，填充剂例如可采用氧化镁，耐高温，在高温下不易汽化电离成导线介质，从而确保绝缘保护管内维持较高的绝缘性，有助于提高热电偶的可靠性。
43.此外如上所述，每个导线组中，第一导线110和第二导线120其中一根导线为正极导线，另一根导线为负极导线，第一导线110和第二导线120一端相互连接的连接端则构成热电偶的测温点。即，每个导线组具有一个测温点。具体实施例中，热电偶中可设置有一个导线组；或者，热电偶中也可设置两个或者两个以上的导线组，并可使各个导线组的连接端在导线的延伸方向上分别位于不同的位置。如此，即可利用热电偶同时测量不同位置的温度。
44.例如，图2中即示意出了两个导线组，两个导线组的连接端(即，测温点)在导线的延伸方向上分别位于不同的位置。或者，其他实施例中，热电偶内例如有5个导线组，5个导线组的连接端及与之连接的部分均安装在绝缘保护管内。在绝缘保护管内，5个导线组的连接端在导线的延伸方向上分别位于不同的位置。即，在绝缘保护管内，5个导线组的连接端沿着绝缘保护管的长度方向，分别位于不同的位置。则该热电偶可以同时测量5个不同位置处的温度，便于了解生产设备中的温度分布情况，以提高测量的均匀性。
45.本实施例还提供了一种半导体设备，包括上述的热电偶。其中，半导体设备例如可
为扩散炉，炉内温度可达1000℃以上。
46.在扩散工艺中，扩散温度是影响芯片质量的重要因素。因此，需要使扩散炉内的温度保持较高的精确性和均匀性。在对扩散内的温度进行监测时，常将炉内空间划分成多个区域，通过监测每个区域的温度变化，监测炉内整体温度是否保持一致，以确保炉内温度的均匀性。例如，对于竖向扩散炉，可将炉内区域从顶端至底部依次划分为：顶部区域、中上部区域、中间区域、中下部区域、底部区域5个部分。
47.将本实施例提供的热电偶应用在扩散炉中，可采用具有5个导线组的热电偶进行测量。其中，绝缘保护管的长度和5个测温点的位置，与炉内的高度和每个区域的位置相对应，则可通过该热电偶测量炉内5个不同高度处的温度，从而有效检测扩散炉内整体温度，确保设备内温度保持较高精确性和均匀性。
48.综上可见，本实用新型实施例提供的热电偶，导线组中的第一导和第二导线分别采用相互独立的保护套管而独立保护，使得导线组中的各个导线远离连接端的部分相互独立，减小导线安装段在弯折处裸露出来的部分因受热变形后发生接触的几率，提升热电偶的精确性。并且，用于保护第一导线和第二导线的第一保护套管和第二保护套管相互独立且可以相互分离，从而可以独立的摆放第一导线和第二导线，提高第一导线和第二导线的摆放灵活性。进一步的，通过限制套管分段的尺寸，减小导线弯折处裸露出来的面积，增大相邻导线之间的距离，进一步降低导线弯折处裸露的部分在受热变形后发生接触的几率。同时，在绝缘保护管中，设置多个导线组的连接端沿着导线的延伸方向分布在不同的位置，便于测量多个位置处的温度，以提高测量的均匀性。因此，将该热电偶用于半导体设备中时，可有效确保设备内温度保持较高精确性和均匀性，从而有助于提升芯片的质量和性能。
49.上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。