[发明专利]一种碳材料加热器

说明书

本发明涉及半导体器件技术领域，提出一种碳材料加热器，包括：碳材料柔性基底，其在电流方向上的电阻率被配置为恒定，因此可以较好地满足化学气相沉积反应器或者快速热退火反应器中的均质加热需求，具有较好的实用性。

技术领域

本发明总的来说涉及半导体制造技术领域。具体而言，本发明涉及一种碳材料加热器。

背景技术

快速热退火或者快速热处理(RTP)是一种常见的半导体工艺。即硅片需要以很高的升温曲线进行升温，通常来说60℃/s或者更高。

现有的RTP设备的挑战包括：

1.快速升温的能力：足够大的功率且加热器的热质量不能太高，过高的热惯性会降低加温速率；

2.尖峰退火(spike-anneal)同时需要硅片快速降温的能力，以便快速将热量从硅片带走，因此反应腔体的热质量不能太高；

3.实现温度均一性的能力，即，多区控制，高温测量的能力。

图6示出了现有技术的RTP设备。如图6所示，该RTP设备的特点包括：大量卤素灯，分区控制，灯丝细，热质量小，升温速率快。该RTP设备的缺点包括：1.卤素灯的形状受灯管充填和加工技术限制。发热面积小，热流heat flux分部呈现大量的峰谷。通常通过多区控制，在单位空间内设计尽可能多的点光源或者线光源，并且对这些光源进行分区控制。这些线光源或者点光源，受到灯管外径以及灯座限制(灯管的石英封头的工作温度不能高于400℃，必须强制冷或者远离高温区域)。一般来说，由于灯管的直径原因灯丝之间的距离大于15mm。因此还需要通过很高的硅片自转转速来抹平这种不均匀性。

目前半导体工业中常见的高转速约为240rpm，即每秒四转。(即通过拉长空间轴，获得围绕轴心更多的运动，将heat flux在运动方向积分平均来获得更为平均的加热。)高转速，对硅片的自转机构设计提出了很高的要求。

碳碳复合材料(CFC carbon fiber Composite)由于具有各向异性的特点，因此当使用CFC构造电阻式加热器时，所述电阻式加热器在不同的方向上会具有不同的电阻率。而电阻式发热器的发热量由电阻率决定，对于曲线形状、例如半圆形或者弧线形的电阻式加热器，所述电阻式加热器的电流方向会随着与经纬线之间的夹角持续发生变化，因此所述电阻式加热器的电阻率也会不停发生变化，所述电阻式加热器上的不同部位的发热功率也会随着电阻率的变化而发生变化，而这在工程设计上是无法接受的。

此外常见的各向同性加热器材料石墨属于体材料，其机械强度远低于金属等材料，也没有延展性和柔性，无法加工成金属加热器常见的各种螺旋，蜿蜒，薄片(厚度＜2mm)和丝(直径1mm)的形状。过厚或者过粗的材料导致电阻过低，无法满足电阻和功率的电学要求。同时也往往带来机械设计布局上的巨大问题，同时对系统的快速响应也造成了迟滞。

发明内容

为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种碳材料加热器，包括：

碳材料柔性基底，其在电流方向上的电阻率被配置为恒定。

在本发明一个实施例中规定，所述碳材料柔性基底包括：

第一纤维，所述电流沿第一纤维流动；以及

第二纤维，其与所述电流方向垂直。

在本发明一个实施例中规定，所述第一纤维包括碳纤维；和\或

所述第二纤维包括碳纤维或者玻璃纤维。

在本发明一个实施例中规定，所述第一和第二纤维包括平铺纤维、针织纤维或者梭织纤维。

在本发明一个实施例中规定，所述碳材料加热器包括单层或者多层所述碳材料柔性基底。

在本发明一个实施例中规定，所述碳材料柔性基底具有开孔。