臥式爐與立式爐：半導體生產中的 “左右護法” 有何不同？

在半導體制造這一高精尖領域，臥式爐與立式爐都是至關重要的設備，承擔著氧化、擴散、退火等熱處理工藝的重任，對半導體器件性能影響巨大。然而，它們在結構設計、工作原理、性能特點等方面有著明顯差異，各自在半導體生產的不同環節發揮優勢。

從結構設計來看，臥式爐采用水平放置的爐管，硅片被放置在石英舟上，水平推進爐管內進行處理。這種設計較為傳統，操作相對簡便，經過長期的使用和改進，穩定性極高，早期在半導體行業應用范圍廣。而立式爐則是將加熱爐體、反應管及承載晶圓的石英舟采用垂直布局。比如立式擴散爐，晶圓水平放置于由耐高溫無定形石英材料制成的石英舟上，通過自動化機械臂在片架臺、爐臺、裝片臺和冷卻臺四個工位之間精確移動，實現工藝腔中硅片的自動裝卸，自動化程度較高。

在熱傳遞與溫度均勻性上，兩者表現不同。臥式爐主要依靠輻射傳熱，在硅片長度方向上可能會出現輕微的溫度變化。不過，現代先進臥式擴散爐通過一些技術手段，如反應腔室配備壓差傳感器，并與專門控制裝置和氣路流量計聯動，實現對腔室內壓力的實時監測與調控，在一定程度上有助于穩定反應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輻射和對流兩種方式進行，因其垂直的方向和環繞導管的加熱元件設計，暖空氣自然向上流動，有利于沿硅片長度方向均勻分布溫度，能實現良好的溫度均勻性，可確保加熱的一致性和結果的可靠性，這對于一些對溫度精度要求極高的半導體工藝，如先進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景也有所區別。臥式爐在過去常用于大規模生產，因為其技術成熟、穩定性好，對于工藝要求不是特別極端的常規半導體制造場景，如早期的半導體器件生產，能較好地滿足需求。但隨著半導體技術向更小尺寸、更高精度發展，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出色，在當前集成電路生產中占據越來越重要的位置，覆蓋邏輯、存儲、功率、先進封裝及大硅片生產等關鍵領域。例如在 3D NAND 閃存生產中，間隙填充氧化硅原子層沉積立式爐就成為關鍵設備。

維護與成本方面，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或優化，以解決潛在的溫度變化問題，確保性能穩定。而立式爐因其能源效率高，在一些方面維護要求相對較低，從長期來看，可能會節省成本。但立式爐的初始設備成本可能并不低于臥式爐，企業需要綜合自身生產需求、預算等多方面因素來選擇。

隨著半導體制造技術持續向更小制程、更高集成度邁進，對臥式爐和立式爐的性能也提出了更高要求。未來，它們將如何進一步改進以滿足行業發展需求？歡迎業內人士共同探討，為半導體設備技術革新出謀劃策。