一种无水冷的半导体晶圆低温处理设备的制作方法

1.本发明涉及半导体晶圆处理设备技术领域，具体而言，涉及一种无水冷的半导体晶圆低温处理设备。


背景技术：

2.目前，半导体晶圆在进行沉积处理时，一般是将其放置在一个密封的反应箱体中，然后通入气相前驱体源与其反应形成沉积膜。
3.现有技术中的半导体晶圆进行沉积处理时存在温度外泄，保温效果不佳的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种无水冷的半导体晶圆低温处理设备，其能够在进行保温处理的同时避免温度外泄，实现了箱体外壁的温度降低，有效提高了保温效果。
5.本发明的实施例可以这样实现：本发明的实施例提供了一种无水冷的半导体晶圆低温处理设备，其包括：反应箱，所述反应箱包括真空腔室和反应腔室，所述反应腔室内置于所述真空腔室内，所述反应腔室设有进气口和出气口；加热件，所述加热件设置于所述反应腔室；以及多个镜面反射板，所述多个镜面反射板均设置于所述真空腔室和所述反应腔室之间，且所述多个镜面反射板依次连接，每个所述镜面反射板均设有多个凸点，所述多个凸点间隔设置，且所述多个凸点均匀设置于所述镜面反射板；其中，所述凸点的凸起程度范围在0.5mm-5mm之间，在一平方厘米的范围内所述凸点的数量范围在5-15之间。
6.可选地，所述镜面反射板包括隔离垫板以及多个反射板，所述隔离垫板设置于相邻两个所述反射板之间。
7.可选地，所述隔离垫板的厚度范围在0.6mm-5.5mm之间。
8.可选地，所述隔离垫板的高度高于所述凸点的凸起程度。
9.可选地，所述无水冷的半导体晶圆低温处理设备还包括固定件，所述隔离垫板与所述固定件连接，所述固定件用于将所述镜面反射板固定设置在所述真空腔室和所述反应腔室之间。
10.可选地，所述镜面反射板包括多个反射板，多个所述反射板的边缘均设有凸起，所有所述凸起依次层叠设置，且相邻两个所述凸起的侧壁相互抵接以形成边缘自支撑结构，使相邻两个所述反射板之间具有间隙，所述间隙的高度高于所述凸点的凸起程度。
11.可选地，所述反射板还设有水平缓冲支撑结构，所述水平缓冲支撑结构与所述凸起相邻设置。
12.可选地，所述水平缓冲支撑结构至少包括上凹槽和下凹槽，所述上凹槽和所述下凹槽的边缘连接，且所述上凹槽和所述下凹槽的凹陷程度一致，所述上凹槽和所述下凹槽
的凹陷程度均小于所述凸起的凸起程度，所述上凹槽和所述下凹槽的凹陷程度均大于所述凸点的凸起程度。
13.可选地，所述凸起、所述上凹槽和所述下凹槽均为长条形结构，所述凸起开设有第一间断式缝隙，所述上凹槽和所述下凹槽的侧壁均开设有第二间断式缝隙。
14.可选地，所述第一间断式缝隙和所述第二间断式缝隙的宽度范围均在0.01mm-1mm之间。
15.可选地，所述第二间断式缝隙倾斜设置于所述上凹槽和所述下凹槽，所述第二间断式缝隙的倾斜角度范围在40度-65度之间。
16.可选地，所述第一间断式缝隙的倾斜角度范围在35度-55度之间。
17.本发明实施例的无水冷的半导体晶圆低温处理设备的有益效果包括，例如：该无水冷的半导体晶圆低温处理设备包括反应箱、加热件以及多个镜面反射板，反应箱包括真空腔室和反应腔室，反应腔室内置于真空腔室内，反应腔室设有进气口和出气口，加热件设置于反应腔室，多个镜面反射板均设置于真空腔室和反应腔室之间，且多个镜面反射板依次连接，每个镜面反射板均设有多个凸点，多个凸点间隔设置，且多个凸点均匀设置于镜面反射板，凸点的凸起程度范围在0.5mm-5mm之间，在一平方厘米的范围内凸点的数量范围在5-15之间。该无水冷的半导体晶圆低温处理设备在使用时，加热件对反应腔室内的半导体晶圆进行加热处理，同时通过进气口和出气口向反应腔室内流通气源进行反应，真空腔室和反应腔室之间设置镜面反射板，镜面反射板能够将热量进行反射，避免温度外泄，反应箱外壁温度低，实现对反应腔室的保温作用，有利于提高加热效率以及工艺温度的稳定性，同时镜面反射板上的多个凸点能够进一步提高保温效果，在进行保温处理的同时避免温度外泄，有效提高了保温效果。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
19.图1为本实施例提供的无水冷的半导体晶圆低温处理设备的结构示意图；图2为图1中a区域的局部放大图；图3为本实施例提供的固定件的结构示意图；图4为本实施例提供的凸起和第一间断式缝隙的结构示意图。
20.图标：10-反应箱；11-真空腔室；12-反应腔室；13-进气口；14-出气口；20-加热件；30-镜面反射板；31-隔离垫板；32-反射板；321-凸起；322-水平缓冲支撑结构；323-第一间断式缝隙；324-圆形凹点；325-第二间断式缝隙；40-固定件；100-无水冷的半导体晶圆低温处理设备；101-等效凹面。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
27.目前，半导体晶圆在进行沉积处理时，一般是将其放置在一个密封的反应箱体中，然后通入气相前驱体源与其反应形成沉积膜。
28.相关技术中的半导体晶圆进行沉积处理时存在温度外泄，保温效果不佳的问题，通过水冷冷却箱体，冷却效果好，但是需要复杂的供水管路、控制系统设计，设备复杂，高压水流通，损坏后设备无法运行，导致生产效率低等问题。
29.请参考图1-图4，本实施例提供了一种无水冷的半导体晶圆低温处理设备100，其可以有效改善上述提到的技术问题，能够在进行保温处理的同时避免温度外泄，实现了箱体外壁的温度降低，有效提高了保温效果，设备简化，维护成本大大降低。
30.请参考图1，本实施例提供了一种无水冷的半导体晶圆低温处理设备100包括反应箱10、加热件20以及多个镜面反射板30，反应箱10包括真空腔室11和反应腔室12，反应腔室12内置于真空腔室11内，反应腔室12设有进气口13和出气口14，加热件20设置于反应腔室12，多个镜面反射板30均设置于真空腔室11和反应腔室12之间，且多个镜面反射板30依次连接，每个镜面反射板30均设有多个凸点。
31.在本实施例中，加热件20为加热丝。
32.在本实施例中，真空腔室11和反应腔室12可为方形结构，多个镜面反射板30依次连接形成方形框架结构。
33.可以理解地，本实施例中的镜面反射板30的数量为四个。在其他实施例中，镜面反射板30的数量可以增加或减少，在此不做具体限定。
34.具体地，多个凸点间隔设置，且多个凸点均匀设置于镜面反射板30，凸点为圆形结构。
35.在本实施例中，凸点的凸起程度范围在0.5mm-5mm之间。具体地，凸点的凸起程度可以为0.5mm、1mm或1.5mm。在其他实施例中，凸点的凸起程度还可以为2mm、3mm或3.5mm。在此不做具体限定。
36.在本实施例中，在一平方厘米的范围内凸点的数量范围在5-15之间。具体地，在一
平方厘米的范围内凸点的数量可以为5个或6个。在其他实施例中，在一平方厘米的范围内凸点的数量可以为8个或10个。在此不做具体限定。
37.该无水冷的半导体晶圆低温处理设备通过设置凸点，可使反应腔室内部温度传导至外部时温度衰减率达80%以上；优选的温度衰减率达90%以上。温度衰减率为箱体内部温度与箱体外壁温度的差值/箱体内部温度，可反映箱体内部热量传导至外部时的保温效果，温度衰减率越高，保温效果越好。
38.在本实施例中设置实施例和对比例进行对比说明：实施例1：镜面反射板30上一平方厘米的范围内设置凸点的数量十个，将镜面反射板30设置在真空腔室11和反应腔室12之间，该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100对半导体晶圆进行处理后，反应腔室12内部温度传导至外部时温度衰减率为85%。
39.对比例1：镜面反射板30上不设置凸点，将镜面反射板30设置在真空腔室11和反应腔室12之间，该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100对半导体晶圆进行处理后，反应腔室12内部温度传导至外部时温度衰减率为71%。
40.对比例2：镜面反射板30上一平方厘米的范围内设置凸点的数量少于五个，将镜面反射板30设置在真空腔室11和反应腔室12之间，该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100对半导体晶圆进行处理后，反应腔室12内部温度传导至外部时温度衰减率为78%。
41.对比例3：镜面反射板30上一平方厘米的范围内设置凸点的数量大于十五个，将镜面反射板30设置在真空腔室11和反应腔室12之间，该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100对半导体晶圆进行处理后，反应腔室12内部温度传导至外部时温度衰减率为81%。
42.由此可说明：镜面反射板30上设置过密的凸点，实际上对保温效果提升并非一定提升。
43.请参考图2，还需要进行说明的是，镜面反射板30包括隔离垫板31以及多个反射板32，隔离垫板31设置于相邻两个反射板32之间。
44.在本实施例中，反射板32的数量为十九个，相邻两个反射板32间隔设置，隔离垫板31设置在两个反射板32之间，隔离垫板31用于将两个反射板32隔开，以防止两个反射板32受热变形之后粘接在一起。
45.在本实施例中，反射板32主要由不锈钢304的双镜面板组成，反射板32的厚度为0.5mm，镜面板上布有均匀的凸点，同时在两个反射板32之间使用隔离垫片隔开，这样可以有效的防止两块反射板32粘在一起，同时镜面板的发射率低，在真空辐射传热中，可以有效的隔绝热量的传播，设置凸点，可有效增加热辐射的反射路径，从而达到更优的隔绝热量的传播的效果。
46.在本实施例中，隔离垫板31的厚度范围在0.6mm-5.5mm之间。具体地，隔离垫板31的厚度可以为0.6mm或1.2mm。在其他实施例中，隔离垫板31的厚度可以为2.3mm或5.5mm。在此不做具体限定。
47.需要进行说明的是，为了避免凸点受到挤压变形从而影响镜面反射板30的反射效果，隔离垫板31的高度高于凸点的凸起程度。
48.更多地，无水冷的半导体晶圆低温处理设备100还包括固定件40，隔离垫板31与固定件40连接，固定件40用于将镜面反射板30设置在真空腔室11和反应腔室12之间。
49.具体地，镜面反射板30通过设置多个固定件40支撑在在真空腔室11和反应腔室12
之间，多个固定件40间隔设置。在本实施例中，每个镜面反射板30的边缘处设置的固定件40的数量为十六个。在其他实施例中，每个镜面反射板30的边缘处设置的固定件40的数量可以增加或减少，在此不做具体限定。
50.在另一种实施例中，提供了一种无需固定件40支撑，且不设置隔离垫板31能够实现自支撑长寿命低变形的镜面反射板30。具体结构如下描述。
51.请参考图3和图4，镜面反射板30包括多个反射板32，多个反射板32的边缘均设有凸起321，所有凸起321依次层叠设置，且相邻两个凸起321的侧壁相互抵接以形成边缘自支撑结构，使相邻两个反射板32之间具有间隙，间隙的高度高于凸点的凸起程度。
52.具体地，凸起321朝向真空腔室11的外壁凸起。
53.需要进行说明的是，镜面反射板30通过固定件40固定在真空腔室11和反应腔室12之间，由于固定件40无法对温度进行反射，会导致固定件40所在的区域温度高于其他区域，从而导致反应腔室12的外壁局部温度异常升高，腔室内的温度不均匀有影响腔室的工作条件，进而有可能降低半导体晶圆沉积时成膜均匀性、去胶时可能会导致有胶残留以及蚀刻时可能会降低蚀刻不均匀等，同时隔离垫片也会传导热量，高于真空镜面反射的传导热量，会加剧温度不均匀的问题，更多地，局部温度过高会增大反射板32的变形，使得多个反射板32之间发生接触，随着使用时间的增加最终会显著影响反射效果。因此为了避免上述这些问题出现，本实施例提供的反射板32的边缘均设有凸起321，所有凸起321依次层叠设置，且相邻两个凸起321的侧壁相互抵接以形成边缘自支撑结构，相邻两个凸起321之间具有间隙。通过相邻侧壁之间的相互抵接进行叠加，从而在反射板32的边缘形成边缘自支撑结构，无需外接支撑结构，依靠侧壁的相互抵接使得各个反射板32之间形成间隔，从而防止反射板32受热后变形相互粘接在一起，凸起321的存在也可增加反射路径，长时间使用不易变形不会影响镜面反射板30的反射效果，实现镜面反射板30自支撑长寿命低变形。
54.通过设置对比例得到数据，在每个反射板32的边缘均设有凸起321后，该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100对半导体晶圆进行处理后，反应腔室12内部温度传导至外部时温度衰减率为88%。
55.除此之外，凸起321没有抵接的部分仍然可以实现真空反射，且抵接部分位于凸起321的侧壁，不会对反射板32的平面造成影响，从而避免反射板32出现温度不均匀，避免反射板32局部温度过高的现象。
56.更多地，凸起321的侧壁处的相互抵接部分的接触面设置有波浪花纹或凸点，以增加相互之间的摩擦力，避免各层之间的分离。
57.在本实施例中，形成的相邻两个反射板32之间的间隙，可参考隔离垫板31的厚度设置。在此不做具体限定。
58.还需要进行说明的是，反射板32设有多个圆形凹点324，多个圆形凹点324依次间隔设置。
59.在本实施例中，为了避免圆形凹点324受到挤压发生变形从而降低热发射效果，相邻两个反射板32之间的间隙的宽度大于圆形凹点324的凹陷程度。
60.更多地，反射板32还设有水平缓冲支撑结构322，水平缓冲支撑结构322与凸起321相邻设置，水平缓冲支撑结构322相比凸起321更远离反射板32的边缘。水平缓冲支撑结构322至少包括上凹槽和下凹槽，上凹槽和下凹槽的边缘连接，上凹槽和下凹槽的凹陷程度一
致，上凹槽和下凹槽的凹陷程度均小于凸起321的凸起程度，上凹槽和下凹槽的凹陷程度均大于凸点的凸起程度。
61.在本实施例中，凸起321、上凹槽和下凹槽均为长条形结构。
62.需要说明的是，反射板32上设置的水平缓冲支撑结构322能够解决反射板32在平行于反射板32平板的平面的方向的受热变形，水平缓冲支撑结构322具有弯折的部分（通过上凹槽和下凹槽的配合形成），具有较大的可变形能力，在平行于反射板32平板的平面的方向的受热变形时反射板32产生的变形可在弯折的部分抵消，在平行于反射板32平板的平面的方向热胀冷缩导致反射板32变形的可能大大降低，从而使得该方向上的变形可控，从而增加镜面反射板30整体的使用寿命，避免反射板32发生塌陷的问题，同时增大了反射面积以及路径，提高了反射效果。
63.在本实施例中，圆形凹点324的凹设方向和凸起321的凸设方向相反。
64.具体地，上凹槽和下凹槽的凹陷程度均小于凸起321的凸起程度，上凹槽和下凹槽的凹陷程度均大于凸点的凸起程度。由此在靠近沉积腔室的最内层的反射板32处形成等效凹面101（图中示意体现凸起321的凸起程度、上凹槽和下凹槽的凹陷程度的相对关系）。使得反射热量朝向腔室中心汇集，从而进一步减少向腔室外侧的热量输出，提高热量利用效率。
65.通过设置对比例得到数据，在反射板32设置水平缓冲支撑结构322后，在靠近沉积腔室的最内层的反射板32处形成等效凹面101，该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100对半导体晶圆进行处理后，反应腔室12内部温度传导至外部时温度衰减率为92%。
66.请参考图4，还需要进行说明的是，为了避免反应箱10抽真空时镜面反射板30的相邻反射板32之间间距过小气体无法充分抽出，以及相互堆叠的凸起321，和/或水平缓冲支撑结构322以及圆形凹点324等结构的阻隔导致气体无法充分抽出等原因导致部分气体残留，使得相邻反射板32之间的真空度不高从而影响隔热效果，本实施例中的凸起321的侧壁上设有第一间断式缝隙323，上凹槽和下凹槽的侧壁上均设有第二间断式缝隙325，第一间断式缝隙323和第二间断式缝隙325能够形成流动通道，抽真空时气体能够从第一间断式缝隙323和第二间断式缝隙325中流出，使得反射板32之间的真空度和反应箱10内的真空度基本保持一致，从而提高隔热效果。
67.通过设置对比例得到数据，在凸起321的侧壁上设有第一间断式缝隙323，上凹槽和下凹槽的侧壁上均设有第二间断式缝隙325后，该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100对半导体晶圆进行处理后，反应腔室12内部温度传导至外部时温度衰减率为90%。
68.在本实施例中，第一间断式缝隙323和第二间断式缝隙325的宽度范围均在0.01mm-1mm之间，在此范围内第一间断式缝隙323和第二间断式缝隙325不会影响反射热量的效果。若第一间断式缝隙323和第二间断式缝隙325的宽度小于此范围，会导致气体残留多；若第一间断式缝隙323和第二间断式缝隙325的宽度大于此范围，会导致缝隙过大，影响反射效果。
69.更多地，凸起321上的第一间断式缝隙323倾斜设置，其倾斜角度范围在35度-55度之间，水平缓冲支撑结构322上的第二间断式缝隙325倾斜设置，其倾斜角度范围在40度-65度。上述角度范围能够确保气体有序流过第一间断式缝隙323和第二间断式缝隙325，同时不会影响反射热量的效果。
70.具体地，如图3和图4所示，凸起321上的第一间断式缝隙323沿凸起321的径向倾斜，也就是说，相邻两个凸起321上的第一间断式缝隙323错位设置，且多个凸起321上的第一间断式缝隙323依次连成一条直线，该直线倾斜于多个凸起321的顶点或底点依次连成的直线。
71.一个凸起321上的第一间断式缝隙323沿凸起321的长度方向呈阵列设置。
72.一个上凹槽以及一个下凹槽上的第二间断式缝隙325均沿凹槽的长度方向呈阵列设置。
73.具体地，同一个水平缓冲支撑结构322上的上凹槽和下凹槽的侧壁上的第二间断式缝隙325连成一条直线，该直线倾斜于反射板32的平板方向。
74.需要说明的是，对该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100进行实验验证，分别在加热丝和箱体外壁的各个面上设置热电偶，将加热丝加热到一定程度后进行保温，然后进行数据记录。
75.本实施例提供的一种无水冷的半导体晶圆低温处理设备100至少具有以下优点：该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100包括镜面反射板30，镜面反射板30包括多个反射板32，反射板32上设置的水平缓冲支撑结构322能够解决反射板32上的平板部分的受热变形，水平缓冲支撑结构322具有弯折的部分（通过上凹槽和下凹槽的配合形成），具有较大的可变形能力，在平行于反射板32平板的平面的方向的受热变形时反射板32产生的变形可在弯折的部分抵消，在平行于反射板32平板的平面的方向热胀冷缩导致反射板32变形的可能大大降低，从而使得该方向上的变形可控，从而增加镜面反射板30整体的使用寿命，避免反射板32发生塌陷的问题，同时增大了反射面积以及路径，提高了反射效果。
76.综上所述，本发明实施例提供了一种无水冷的半导体晶圆低温处理设备100，该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100包括反应箱10、加热件20以及多个镜面反射板30，反应箱10包括真空腔室11和反应腔室12，反应腔室12内置于真空腔室11内，反应腔室12设有进气口13和出气口14，加热件20设置于反应腔室12，多个镜面反射板30均设置于真空腔室11和反应腔室12之间，且多个镜面反射板30依次连接，每个镜面反射板30均设有多个凸点，多个凸点间隔设置，且多个凸点均匀设置于镜面反射板30，凸点的凸起程度范围在0.5mm-5mm之间，在一平方厘米的范围内凸点的数量范围在5-15之间。该无水冷的半导体晶圆低温处理设备100在使用时，加热件20对反应腔室12内的半导体晶圆进行加热处理，同时通过进气口13和出气口14向反应腔室12内流通气源进行反应，真空腔室11和反应腔室12之间设置镜面反射板30，镜面反射板30能够将热量进行反射，避免温度外泄，反应箱10外壁温度低，实现对反应腔室12的保温作用，有利于提高加热效率以及工艺温度的稳定性，同时镜面反射板30上的多个凸点能够进一步提高保温效果，在进行保温处理的同时避免温度外泄，有效提高了保温效果。
77.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。