一种立式扩散炉的进气装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种立式扩散炉的进气装置及方法，包括：进气管、第一平衡管、第一流量阀以及第二流量阀。通过第一流量阀控制第一平衡管中反应气体的流速，第一平衡管输送至炉内管的反应气体，由于第一平衡管和第二平衡管反应气体在炉内管中扩散的方向相反，第一平衡管输送至炉内管的反应气体，可以均衡炉内管中不同位置处的气压，从而使得炉内管的管道内不同位置处的气压均相等，进而使得炉内管上的出气孔处的反应气体流速一致，反应气体均匀扩散至不同位置的晶圆表面，实现不同晶圆表面薄膜生长的厚度和质量保持一致。

Air intake device and method for vertical diffusion furnace

The invention discloses an air inlet device and a method for a vertical diffusion furnace, which comprises an air inlet pipe, a first balancing pipe, a first flow valve and a second flow valve. Through the first flow valve to control the first balance pipe gas flow velocity, the first reaction balance pipe gas to the furnace tube, because the first second balance balance pipe and tube reaction gas diffusion in the furnace tube in the opposite direction, the first reaction balance pipe gas to the furnace tube body, pressure balance furnace in different locations, so that the pressure pipe inside the furnace tube in different positions are equal, then the reaction gas flow in the furnace tube on the same gas outlet of the wafer surface reaction gas evenly spread to different locations, the different thickness and quality of the surface of the wafer thin film growth is consistent.

【技术实现步骤摘要】
一种立式扩散炉的进气装置及方法
本专利技术涉及半导体芯片制造领域，特别是涉及一种立式扩散炉的进气装置及方法。
技术介绍
随着半导体工艺技术的飞跃发展，半导体芯片被广泛应用于电子设备(例如计算机、手机、平板电脑等)中。在制造半导体芯片的过程中，需要在晶圆(即硅晶片)上进行薄膜生长，而常用的薄膜生长设备为扩散炉。目前，一些主流的薄膜生长设备为基于立式设计的立式扩散炉。如图1所示，沿着竖直方向在该立式扩散炉中，堆叠式放置数十片甚至是数百片的晶圆，并由进气管从立式扩散炉的底部输送反应气体。其中，进气管包括炉内管和炉外管，炉内管为在立式扩散炉内的竖直管道，炉外管为立式扩散炉外部的管道。在炉内管上设有均匀分布、大小相同的出气孔，反应气体依次通过炉外管和炉内管，从出气孔进入立式扩散炉中，扩散到立式扩散炉内放置的晶圆表面，从而所有晶圆表面同时进行薄膜生长。基于这种立式设计，可以很大程度上节约扩散炉的占地面积，并且在一个立式扩散炉内可以进行大量晶圆表面的薄膜生长，非常适用于大规模半导体芯片。但是，在半导体的生产工艺中，要求同一扩散炉中所有晶圆表面薄膜生长的厚度和质量尽可能保持一致，即要求立式扩散炉中，扩散至各个晶圆表面的反应气体均匀分布。若放置立式扩散炉中的晶圆较多时，相应的，进气管在立式扩散炉内的长度也会增加。当进气管存在于立式扩散炉内的竖直管道较长时，进气管内的反应气体从所有出气孔进入立式扩散炉中的流量很难保持一致，因此造成立式扩散炉内不同位置的晶圆表面的反应气体分布不均匀，从而不同晶圆表面薄膜生长的厚度和质量不一样。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种立式扩散炉的进气装置及方法，从而能够使得反应气体在立式扩散炉内部气压都相等，均匀的扩散至该立式扩散炉内不同晶圆表面，进而使得所有晶圆表面薄膜生长的厚度和质量保持一致。为此，第一方面，本申请提供了一种立式扩散炉的进气装置，所述装置包括：进气管，所述进气管包括炉内管和炉外管，所述炉内管的底端与所述炉外管相连通；第一平衡管，所述第一平衡管的第一端与所述炉内管顶端相连通，所述第一平衡管的第二端与气体输送管相连通，所述气体输送管位于所述立式扩散炉外部，用于输送反应气体；第一流量阀，设置在所述第一平衡管的第一位置处，所述第一位置位于所述立式扩散炉外部，第二流量阀，设置在所述炉外管上，所述第一流量阀控制所述第一平衡管中所述反应气体流速，所述第二流量阀控制从所述炉外管输送至所述炉内管的所述反应气体流速，以使得所述炉内管的管道内部气压都相等。可选的，所述气体输送管与所述炉外管是同一个管。可选的，所述装置还包括：第二平衡管，所述第二平衡管的第一端与所述炉内管相连通，所述第二平衡管的第二端与所述气体输送管相连通；第三流量阀，设置在所述第二平衡管的第二位置处，所述第二位置位于所述立式扩散炉外部，用于控制从所述第二平衡管输送至所述立式扩散炉内的所述反应气体流速。可选的，所述第二平衡管的第一端位于所述炉内管正中间。可选的，所述第一平衡管的管径小于或者等于进气管管径。可选的，所述装置还包括：气体压力传感器，用于测量所述炉内管顶端管道内部的气体压力，以及所述炉内管底端管道内部的气体压力。可选的，所述装置还包括：气体流速传感器，用于测量所述炉内管顶端的出气孔处的反应气体流速以及所述炉内管底端的出气孔处的反应气体流速。第二方面，本申请还提供了一种立式扩散炉的进气装置的进气方法，所述方法包括：第一流量阀控制第一平衡管中反应气体流速；第二流量阀控制炉外管输送至炉内管的所述反应气体流速；所述第一流量阀和所述第二流量阀通过上述控制，使得所述炉内管的管道内部气压都相等。可选的，第一流量阀根据所述炉内管的管道内部压力，控制第一平衡管中反应气体流速；第二流量阀根据所述炉内管的管道内部压力，控制炉外管输送至炉内管的所述反应气体流速。可选的，第一流量阀根据所述炉内管的出气孔的反应气体流速，控制第一平衡管中反应气体流速；第二流量阀根据所述炉内管的出气孔的反应气体流速，控制从炉外管输送至炉内管的所述反应气体流速。通过上述技术方案可知，本专利技术有如下有益效果：本专利技术实施例中，立式扩散炉的进气装置包括：进气管、第一平衡管、第一流量阀以及第二流量阀。其中，进气管包括位于立式扩散炉外部的炉外管以及位于立式扩散炉内部的炉内管，该炉内管的底端与炉外管相连通；第一平衡管的第一端与炉内管顶端相连通，第一平衡管的第二端与气体输送管相连通，该气体输送管位于立式扩散炉外部，用于输送反应气体；第一流量阀设置在第一平衡管的第一位置处，该第一位置位于立式扩散炉的外部，第二流量阀设置在炉外管上，第一流量阀控制第一平衡管中反应气体的流速，第二流量阀控制炉外管输送至炉内管的反应气体流速，以使得炉内管的管道内部气压都相等。可见，通过第一流量阀控制第一平衡管中反应气体的流速，第一平衡管输送至炉内管的反应气体，在炉内管中自上而下扩散；第二流量阀控制炉外管输送至炉内管的反应气体流速，由炉外管输送至炉内管的反应气体，在炉内管中自下而上扩散。由于第一平衡管输送至炉内管的反应气体在炉内管中扩散的方向，与由炉外管输送至炉内管的反应气体在炉内管中扩散的方向相反，由第一平衡管输送至炉内管的反应气体，可以均衡炉内管中不同位置处的气压，从而使得炉内管的管道内不同位置处的气压均相等，进而使得炉内管上的出气孔处的反应气体流速一致，反应气体均匀扩散至不同位置的晶圆表面，实现不同晶圆表面薄膜生长的厚度和质量保持一致。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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他的附图。图1为现有技术中立式扩散炉的结构示意图；图2为现有技术中立式扩散炉内出气孔输出的反应气体流速不均匀的原理示意图；图3为本申请实施例提供的一种立式扩散炉的进气装置的结构示意图；图4为本申请实施例提供的一种立式扩散炉的进气装置的结构示意图；图5为本申请实施例提供的一种立式扩散炉的进气装置的结构示意图；图6为本申请实施例提供的一种立式扩散炉的进气装置的进气方法的流程示意图。具体实施方式为了给出使反应气体均匀的到达立式扩散炉内不同晶圆表面的实现方案，本专利技术实施例提供了一种立式扩散炉的进气装置和方法，以下结合说明书附图对本专利技术的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。申请人经研究发现，现有技术中在立式扩散炉内，在垂直方向上堆叠式的放置多个晶圆，并通过进气管向立式扩散炉中输送反应气体，但是当立式扩散炉中的晶圆较多时，进气管在立式扩散炉内的炉内管长度也会增加。当进气管存在于立式扩散炉内的炉内管较长时，由于重力原因，该炉内管内顶端和底端的反应气体容易存在较大的压力梯度，即炉内管内顶端和底端的压力变化较大，如图2所示。并且，对于炉内管不同位置的出气孔而言，由于管道内部的气压和管道外部的气压的压差不一致，使得炉内管不同位置的出气孔输出的反应气体流速不一致，炉内管顶端管道内部的气体压力相对较小，炉内管顶端管道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立式扩散炉的进气装置，其特征在于，所述装置包括：进气管，所述进气管包括炉内管和炉外管，所述炉内管的底端与所述炉外管相连通；第一平衡管，所述第一平衡管的第一端与所述炉内管顶端相连通，所述第一平衡管的第二端与气体输送管相连通，所述气体输送管位于所述立式扩散炉外部，用于输送反应气体；第一流量阀，设置在所述第一平衡管的第一位置处，所述第一位置位于所述立式扩散炉外部，第二流量阀，设置在所述炉外管上，所述第一流量阀控制所述第一平衡管中所述反应气体流速，所述第二流量阀控制从所述炉外管输送至所述炉内管的所述反应气体流速，以使得所述炉内管的管道内部气压都相等。

【技术特征摘要】
1.一种立式扩散炉的进气装置，其特征在于，所述装置包括：进气管，所述进气管包括炉内管和炉外管，所述炉内管的底端与所述炉外管相连通；第一平衡管，所述第一平衡管的第一端与所述炉内管顶端相连通，所述第一平衡管的第二端与气体输送管相连通，所述气体输送管位于所述立式扩散炉外部，用于输送反应气体；第一流量阀，设置在所述第一平衡管的第一位置处，所述第一位置位于所述立式扩散炉外部，第二流量阀，设置在所述炉外管上，所述第一流量阀控制所述第一平衡管中所述反应气体流速，所述第二流量阀控制从所述炉外管输送至所述炉内管的所述反应气体流速，以使得所述炉内管的管道内部气压都相等。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体输送管与所述炉外管是同一个管。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第二平衡管，所述第二平衡管的第一端与所述炉内管相连通，所述第二平衡管的第二端与所述气体输送管相连通；第三流量阀，设置在所述第二平衡管的第二位置处，所述第二位置位于所述立式扩散炉外部，用于控制从所述第二平衡管输送至所述立式扩散炉内的所述反应气体流速。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二平衡管的第一端位于所述炉内管正中间。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子琪，李超，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42