臥式爐與立式爐：半導(dǎo)體生產(chǎn)中的 “左右護(hù)法” 有何不同？

在半導(dǎo)體制造這一高精尖領(lǐng)域，臥式爐與立式爐都是至關(guān)重要的設(shè)備，承擔(dān)著氧化、擴(kuò)散、退火等熱處理工藝的重任，對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響巨大。然而，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理、性能特點(diǎn)等方面有著明顯差異，各自在半導(dǎo)體生產(chǎn)的不同環(huán)節(jié)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)看，臥式爐采用水平放置的爐管，硅片被放置在石英舟上，水平推進(jìn)爐管內(nèi)進(jìn)行處理。這種設(shè)計(jì)較為傳統(tǒng)，操作相對(duì)簡(jiǎn)便，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用和改進(jìn)，穩(wěn)定性極高，早期在半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用范圍廣。而立式爐則是將加熱爐體、反應(yīng)管及承載晶圓的石英舟采用垂直布局。比如立式擴(kuò)散爐，晶圓水平放置于由耐高溫?zé)o定形石英材料制成的石英舟上，通過(guò)自動(dòng)化機(jī)械臂在片架臺(tái)、爐臺(tái)、裝片臺(tái)和冷卻臺(tái)四個(gè)工位之間精確移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工藝腔中硅片的自動(dòng)裝卸，自動(dòng)化程度較高。

在熱傳遞與溫度均勻性上，兩者表現(xiàn)不同。臥式爐主要依靠輻射傳熱，在硅片長(zhǎng)度方向上可能會(huì)出現(xiàn)輕微的溫度變化。不過(guò)，現(xiàn)代先進(jìn)臥式擴(kuò)散爐通過(guò)一些技術(shù)手段，如反應(yīng)腔室配備壓差傳感器，并與專門控制裝置和氣路流量計(jì)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)腔室內(nèi)壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控，在一定程度上有助于穩(wěn)定反應(yīng)室氣流并提高工藝均勻性。相比之下，立式爐的熱量傳遞通過(guò)輻射和對(duì)流兩種方式進(jìn)行，因其垂直的方向和環(huán)繞導(dǎo)管的加熱元件設(shè)計(jì)，暖空氣自然向上流動(dòng)，有利于沿硅片長(zhǎng)度方向均勻分布溫度，能實(shí)現(xiàn)良好的溫度均勻性，可確保加熱的一致性和結(jié)果的可靠性，這對(duì)于一些對(duì)溫度精度要求極高的半導(dǎo)體工藝，如先進(jìn)制程中的高精度氧化工藝等，具有重要意義。

晶圓處理能力和適用場(chǎng)景也有所區(qū)別。臥式爐在過(guò)去常用于大規(guī)模生產(chǎn)，因?yàn)槠浼夹g(shù)成熟、穩(wěn)定性好，對(duì)于工藝要求不是特別極端的常規(guī)半導(dǎo)體制造場(chǎng)景，如早期的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)，能較好地滿足需求。但隨著半導(dǎo)體技術(shù)向更小尺寸、更高精度發(fā)展，立式爐逐漸嶄露頭角。立式爐可批量處理晶圓，且在保證溫度均勻性等方面表現(xiàn)出色，在當(dāng)前集成電路生產(chǎn)中占據(jù)越來(lái)越重要的位置，覆蓋邏輯、存儲(chǔ)、功率、先進(jìn)封裝及大硅片生產(chǎn)等關(guān)鍵領(lǐng)域。例如在 3D NAND 閃存生產(chǎn)中，間隙填充氧化硅原子層沉積立式爐就成為關(guān)鍵設(shè)備。

維護(hù)與成本方面，臥式爐由于可能存在溫度分布不均的情況，可能需要更頻繁地維護(hù)或優(yōu)化，以解決潛在的溫度變化問(wèn)題，確保性能穩(wěn)定。而立式爐因其能源效率高，在一些方面維護(hù)要求相對(duì)較低，從長(zhǎng)期來(lái)看，可能會(huì)節(jié)省成本。但立式爐的初始設(shè)備成本可能并不低于臥式爐，企業(yè)需要綜合自身生產(chǎn)需求、預(yù)算等多方面因素來(lái)選擇。

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)持續(xù)向更小制程、更高集成度邁進(jìn)，對(duì)臥式爐和立式爐的性能也提出了更高要求。未來(lái)，它們將如何進(jìn)一步改進(jìn)以滿足行業(yè)發(fā)展需求？歡迎業(yè)內(nèi)人士共同探討，為半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)革新出謀劃策。