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半导体晶片退火炉 管式加热炉炉结构与配置

更新时间:2026-09-12      浏览次数:11

 结构与配置(实验室小样款)

1. **炉管与载具**

   - 炉管:**高纯熔融石英管**(半导体,低金属析出、洁净,最高 1200℃;更高温第三代半导体可选高纯刚玉管)

   - 样品托架:**石英舟 / 石英样品架**,专门放置晶圆片,不污染晶片表面

   - 两端 KF 真空法兰、高纯氟胶密封,低漏气率,严控水汽、氧杂质

2. **加热系统**

   - 常规款:电阻丝加热,最高 1200℃;第三代半导体高温工艺可选硅碳棒 / 硅钼棒到 1400~1600℃

   - 温控:PID 可编程多段程序控温,**温场均匀度 ±1℃**,B 型 / S 型热电偶,超温、断偶保护;半导体工艺对温场均匀性要求高

   - 可选 RTP 快速热退火版本:红外卤素灯加热,秒级升温(几十℃/s),减少热预算,抑制杂质过度扩散

3. **真空与气路系统(半导体重点)**

   - 真空:机械泵,可选分子泵高真空;多次抽真空 + 高纯气体置换,把氧、水汽降到极低水平

   - 进气:**高纯 N₂、高纯 Ar**(99.999%),MFC 质量流量控制器精准控气体流量;可选 O₂用于氧化工艺

   - 气路全部采用不锈钢洁净管路,配过滤器,减少粉尘污染晶片

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4. **炉体**:双层风冷炉壳,氧化铝轻质保温棉,无掉粉污染样品;卧式台式,放实验室台面,单次放少量晶圆小样(1~ 几片)

工作原理与退火目的

 原理

晶片放入石英舟送入恒温区,密封法兰;多次**抽真空→充高纯保护气**置换,消除管内氧气水汽;加热元件升温,在**真空 / 高纯惰性气氛**下恒温热处理;PID 闭环控制温度,按工艺曲线升温保温降温。

### 半导体退火核心目的

1. **离子注入后晶格修复**:离子轰击造成硅晶格损伤,退火热能让硅原子重排,修复单晶缺陷

2. **掺杂激活**:注入的掺杂原子移动到晶格替位位置,具备导电能力,形成 PN 结

3. **薄膜晶化、应力释放**:多晶硅、氧化硅、氮化硅薄膜退火,释放薄膜内应力,防止晶片翘曲开裂

4. **金属硅化物合金化**:降低金属与硅接触面的接触电阻

5. **晶圆除气、界面优化**:去除晶片表面吸附杂质,优化薄膜与衬底界面

> 工艺特点:传统管式炉属于**长时间等温退火**;RTP 快速管式退火,短时高温,抑制掺杂原子过度扩散,适合浅结工艺


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