氢焰炬制造技术

一种将两种反应流体混合起来的流体输送系统，它包括内部流体输送管和外部流体输送管，其中：ａ）外管由第一种材料构成，以及ｂ）内管由第二种材料构成。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件制造业中使用的氢焰炬，具体而言，涉及一种用来在硅基片表面形成二氧化硅层的氢焰炬。
技术介绍
在半导体器件制造工业中，经常必须使硅基片的表面氧化从而在表面形成二氧化硅层。通常的一种处理方法是将基片放置于加热的无沾污容器(称为工艺管)内并将高纯度的水蒸气注入工艺管。纯净的水蒸气与基片表面接触和反应从而形成所需的二氧化硅层。纯净的水蒸气一般由安装在工艺管内部或者外部的氢焰炬系统产生。附图说明图1和2表示带有氢气人口A和出口B以及氧气人口C和出口D的已有技术整体式焰炬。该系统沿不同的气路将氢气和氧气充人工艺管(或者外部燃烧室)，管内气体在600℃以上的高温下混合。高温混合气体产生了可燃烧，燃烧温度最高可达1200℃从而形成水蒸气。有些普通的氢焰炬是复杂的整体式石英管。但是，氢气输送管出口处的温度常常达到1200℃以上。这样高的温度再加上燃烧室内的蒸气气氛会引起一般石英输送管的解体，一开始是释放二氧化硅微粒(这会造成半导体制造工艺中的沾污)而最终会使管体的尺寸发生变化、结构遭到破坏(从而影响了氢气的正常输送)。已经研制出另外一类氢焰炬，它们能在以上极端环境下使用。特别是已经出现的商用碳化硅焰炬，它可以经受水蒸气腐蚀性环境和高温。但是与石英相比，碳化硅要加工成复杂的形状更加困难，从而使造价更为昂贵。因此，需要一种价格合理并且加工简便而又能在极端环境下使用的氢焰炬。
技术实现思路
按照本专利技术，提供了一种将两种反应流体混合起来的流体输送系统，它包括内部流体输送管和外部流体输送管，其中； a)外管由第一种材料构成，以及b)内管由第二种材料构成。在较佳实施例中，第一种和第二种材料分别用熔融石英和碳化硅，并且两者通过逆向球形接头连接起来。附图的简要说明图1为一般用于整体式石英管的已有技术氢焰炬的样式；图2为另一种一般用于整体式石英管的已有技术氢焰炬的样式；图3表示本专利技术氢焰炬的一个实施例；图4表示与工艺管相连的本专利技术的氢焰炬；图5表示逆向球形接头的一个实施例。实施专利技术的较佳方式本专利技术的焰炬对系统中耐高温性能要求较高的区域用耐热材料(例如碳化硅)，而对加工要求较高的区域石英。因此，与整体式碳化硅焰炬相比，加工比较容易(因而也比较便宜)而与石英整体式焰炬相比更为耐用，从而克服两者的缺点。组成内管的第二种材料至少应能经受1200℃下含水蒸气的环境而在性能上无明显的退化。该材料应是气密性的并且主要由浸渍硅的高纯碳化硅、涂覆有CVD碳化硅的高纯碳化硅或者整体式CVD碳化硅组成。比较好的碳化硅是CRYSTAR(TM)牌碳化硅，这可以从位于Worcester，MA的Norton公司购得。也可以考虑用其它的耐热陶瓷材料(例如氮化硅和氮氧化硅)做成整个内管或者作为内管涂层。在有些实施例中，内管由陶瓷基体材料和基体材料上的涂层组成，其中涂层与陶瓷基体材料相比，纯度更高或者耐高温性能更佳。构成外管的第一种材料可以是任何易于成形的高纯度石英，并且能够经受至少600℃下含水蒸气的环境而在性能上无明显的下降。比较好的第一材料是玻璃。更好的是熔融石英。在由图3表示的一个较佳实施例中，焰炬包括一根碳化硅管1和两根石英管2和3。利用双面球形接头4将这些管道连接在一起，该接头将碳化硅管1固定在相对于石英管2和3的合适位置上并将流过系统的不同气体隔绝开来。球形接头4包括固定在两个相对的内石英插座6和7(它们与碳化硅管2和3连为一体)之间的碳化硅球形部分5(与碳化硅管1连为一体)。第一石英管2带有一个容纳氧气气流经过的人口14，该石英管留出了足够的空隙使碳化硅管1通过，而氧气可以流过由第一石英管2的内径和碳化硅管2的外径限定的环形空间。在第一石英管2的相对一端是另一个可以与将要进行所需燃烧的工艺管(未画出)连接起来的内插座。第二石英管3带有一个容纳氢气气流通过的人口12。在有些实施例中，还在焰炬内部安装了热电偶13。现在参见图4，碳化硅管1的长度能使其穿过第一石英管2并进人工艺管11，从而使得从碳化硅管1尖端9出来的氢气位于工艺管11内合适的位置上。为了方便安装，碳化硅管1的外径和尖端9应能穿过第一石英管2。尖端9可以采用各种通用的结构来控制和引导出来的氢气气流。由于引向球形接头的石英管尺寸较小且气体是在室温下流经球形接头4的两侧，所以球形接头4上碳化硅球的温度一般低于300℃。在有些实施例中，碳化硅管1的外径为13毫米，内径为8毫米而长度为300毫米；石英管2和3的外径为20毫米，内径为15毫米而长度为50毫米；并且球形接头4为28/15，即内径公隙为15毫米而直径为28毫米的球形。本专利技术中的连接端(例如图3中的部件5、6、7、8、12和14)可以设计成在半导体制造工业中普遍使用的连接样式。例如接头可以是球形的、插座型的、圆锥形或者法兰型的，并且可以采用通常的方法制造。比较好的是球形接头与标准的金属夹固定在一起。虽然图3和4中的SiC球和石英插座之间看上去有空隙，但应理解为，这些接头是精确配合的，因而不会有流体流出接头。如果需要，可以采用O形圈来加强球形接头的密封。图3和4揭示了一种将不同材料的SiC管1和石英管2连接起来的新型装置(称为“逆向球形接头”)。因此，按照本专利技术，还提供了一种用于多种流体输送系统的逆向球形接头。现在参见图5，该逆向球形接头包括a)第一部件50，它包括i)带有第一端口53的第一管51，和ii)由第一端口53朝外开口的第一空心半球凸起52，以及b)第二部件54，它包括i)具有第一端口56的第二管55， ii)由第二管55的第一端口56向外开口的第二空心半球凸起58，以及iii)与第二管55流通的第三管57，所述第二管55的直径大于第一管52并基本上与其同心，第一管52装配在第二管55内从而使第一凸起55的凸面与第二凸起58的凹面形成合适的密封配合。与普通的球形接头相反，本专利技术的逆向球形接头在两根管道之间限定出一适合于第二流体在其中流动而与内管中流体隔绝开来的环形空间。任何普通的方法都适合于本专利技术的石英和碳化硅部件的加工。例如，美国专利No.3,951,587中揭示的石膏模型内双峰碳化硅注浆法(“Alliegro工艺”)可以用来制造硅化碳化硅管。但是当所需的SiC管较小时(即直径小于20毫米和/或壁厚小于3毫米)，实践证明应采用新技术以确保加工质量。特别的是，现在有一种适合于本专利技术的脱水浇注重结晶碳化硅陶瓷的方法，其壁厚在0.75-3毫米之间，在室温下4点挠曲强度至少为250MPa，比较好的至少为290MPa。更好的是该陶瓷在1200℃下的4点挠曲强度至少为290MPa，而最好的情况是至少为375MPa。在一些较佳实施例中，这种新型陶瓷的制造工艺包括以下的步骤a)制作石膏模具b)在模具上涂覆浇注阻滞剂，c)在涂覆过的模具内填充呈双峰粒度分布的碳化硅注浆，d)使模具内的注浆脱水以形成厚度在0.75-3毫米左右的浇注件。就本专利技术的用途而言，“脱水浇注”SiC陶瓷包括通过脱水浇注、注浆成型或者压力浇注方法制造的产品，这些产品的表面较为光滑并且具有各向同性的颗粒取向。因此，“脱水浇注”产品不包括沿挤压表面带有条纹并且颗粒具有选择性取向的注模SiC陶瓷。同样，“重结晶”SiC陶瓷基本上都为非游离碳并且不含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将两种反应流体混合起来的流体输送系统，其特征在于包括内部流体输送管和外部流体输送管，其中：ａ）外管由第一种材料构成，以及ｂ）内管由第二种材料构成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BD福斯特，WJ埃里奥特，JT斐达，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]