密封环总成和安装方法技术

一种密封环总成和一种用于将一个密封环安装到一个用于电化学电容电压（ＥＣＶ）剖面测量的电化学电池中的改进方法。所述环位于一固持器内，所述固持器具有在所述固持器的正前面与所述环的中心孔之间提供流体流通的至少一个次级孔，所述次级孔被定向成平行于所述中心孔的内壁但相对于所述内壁在切线方向偏离，以便赋予通过该或每个次级孔进入所述密封环的电解质一定程度的旋流，其有效移除气泡并更新电解质。所述固持器促进了环的移除，并大大减少了损坏所述精密密封表面的风险。（*该技术在2023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密封环总成和一种用于将密封环安装到电化学电池中以改进电化学电容电压(ECV)测量的可重复性的改进方法。
技术介绍
半导体组件是通过将不同电学及/或光学特性的材料层夹在一起而制得。所述层是通过在基层晶圆上外延成长或离子植入或扩散到基层晶圆中而形成。正确的装置操作必需对包括载体浓度和厚度的层特性有精密控制。美国专利第4,028,207号与第4,168,212号描述了ECV剖面测量方法，其是用于测定作为进入所述层内的深度的函数的载体浓度并因此理想的适合以测量这些参数。ECV剖面测量使用当使一导电液体(电解质)与一半导体接触而放置时形成的二极管结构。通过所施加的偏压的量值和载体浓度-深度剖面来测定在所述反向偏压区域中的接合处的电容。可通过测量此作为偏压函数的电容来测定所述载体浓度深度剖面。在此操作模式下所述EVC剖面测量仪类似于使用金属化或水银替代电解质以形成二极管结构的工具。然而，这些工具通常因半导体-金属接合处的反向偏压击穿而限制于较浅深度剖面。通过使用电解质可克服此限制。所述电解质是用于以电化学方式蚀入样本，增加剖面深度而不增加测量偏压。此使EVC剖面测量成为一个用于特征化多层结构的强有力的方法。EVC剖面测量是使用为所属领域的技术人员所熟悉的设计的电化学电池来执行。所述电池提供了一个用于剖面测量程序的导电电解质容器且包括适当的参考及反电极。促使电解质与一受测半导体样本接触，所述半导体样本成为所述电池的工作电极。通常由一耐化学性塑料环(被称为一密封环)界定了所述电解质与所述半导体样本之间的接触区域。所述环的密封边缘的任何损坏对测量都有很大的影响。在极端情况下，所述密封将会渗漏且任何测量都不可能。通常将所述密封环压入所述电化学电池体部的埋头孔中。此一动作涉及靠近所述密封施加压力，且总是有可能会接触所述密封并对其造成损坏。准确的测量可取决于知道试验样本与电解质间的精确接触区域并确保其在所述测量过程中始终保持稳定。不可避免在所述环嘴下有一些渗漏且所述渗漏会引起分析中的误差，但设计所述环使其渗漏最小化且对任何给定电解质都是稳定的。所述密封环是由射出成形法制成且由于其小尺寸使处理困难并难以避免所述密封边缘的意外损坏。理想的密封边缘应与所述样本成一刀口接触，但是为允许轻微未对准或非刨床样本，所述密封边缘必需具有一定的柔顺度。然而，为了避免过度变形，所述边缘必须足够坚硬且此是通过采用一个其中材料朝着所述密封边缘逐渐变薄的类圆锥结构而达成。所述圆锥的孔也逐渐变尖以确保样本表面可透过电解质而均匀照明。在剖面测量期间气泡可影响测量。气泡是因在最初充填电化学电池时、或电解质循环期间截留的空气而造成，或是蚀刻样本的电化学反应的结果。气泡引起非刨床蚀刻，此可改变所述测量区域且可在剖面测量多层结构或具有变化的载体浓度的结构时严重影响测量品质。可通过在所述电池中循环电解质的方式移除气泡，但是密封环的形状使此困难，形成其中很少或无流动以允许气泡积累多个死角。在许多现有技术系统中垂直安装所述半导体样本。其有助于防止反应产物回落到样本的表面上，并使在测量结尾更容易排干电化学电池。然而，在此方位气泡更易于在环中聚集并影响EVC剖面测量。当样本是阳极(相对于反电极被正偏压)时发生电化学蚀刻。对于p-型材料此为正向偏压条件且易于发生电化学蚀刻。对于n-型材料此为反向偏压条件且只有当所述样本被能量高于所述材料的带隙的光照明时发生电化学蚀刻。要求照明n-型材料的样本表面意味着用以使电解质在所述环中循环的任何形式的泵汲系统必须不妨碍所述照明系统。已有描述若干用于移除气泡和反应产物的方案。德国专利第DE3103611号揭示了一种使用超音波来执行此任务的装置。一种改进的密封环设计见于半导体材料及装置的诊断技术的ECS论文集(ECS Symposium on DiagnosticTechniques for Semiconductor Materials and Devices)，1992，92-2期，第249-260页中《I.Mayes-硅的电化学伏-安测量》(I.Mayes-ElectrochemicalC-V Profiling of Silicon)。所述密封环使用间隔120度的三个切向喷管以在所述电解质中形成旋涡并从所述样本的表面扫除气泡和其它反应产物，在此案例中是水平安装所述样本。然而此设计不适合垂直安装的样本。气泡倾向于在所述喷管后聚集且除非电解质流动速率非常高否则气泡不会被移除。实际上难以达成高流动速率。蠕动泵及隔膜泵倾向于制造不合需要的压力波动。磁性耦合的离心泵符合泵在化学特性上呈惰性、无开口且容易排水的要求。此等泵易于高速空蚀且因此它们在此应用系统中的使用限制于减小的流动速率。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种密封环总成和一种用于将一密封环安装到一电化学电池的改进方法，所述电池减少了以上的一些或全部缺点，且特别地其更有效地移除气泡和反应产物且/或不那么容易损坏所述密封边缘。本专利技术的一个特殊目的是提供一种密封环和纳入电解质循环构件的密封环总成，使得任何受困空气或在蚀刻中形成的气体被扫除出所述系统且不干扰所述EVC剖面测量。本专利技术的一个特殊目的是提供一种可从电化学电池移除以用于检查和清理的密封环和密封环总成，其具有已减少的损坏其精密密封边缘的风险，因此改进了所述由ECV剖面测量完成的测量的可再现性。因此，根据本专利技术的第一方面，一配合一用于半导体样本的ECV剖面测量的电化学电池以界定所述半导体样本与所述电池内的电解质之间的一接触区域的密封环总成包括一具有一大致轴向中心孔的密封环和一适于与一电化学电池啮合且因此将所述密封环保持在一适当位置的密封环固持器，其中所述固持器具有提供在所述固持器的正前面与中心孔之间的流体流通的至少一个次级孔，所述次级孔被定向成平行于所述中心孔的内壁但相对于所述内壁在切线方向偏离，以便赋予穿过该等或每一次级孔进入所述密封环的电解质一定程度的旋流。在使用中，将所述密封环装配于一个电化学电池。所述(多个)次级孔充当(多个)喷嘴，通过所述喷嘴将所述电化学电池填满电解质。所述喷嘴平行于所述环的轴向方向但相对于所述环的轴向方向在切线方向偏离，以便赋予所述电解质一定程度的旋流。由此将截留于所述密封环的孔中的气体逐出。所述初级孔与一适当构造的电池特别是竖式(vertical)电池相结合，用以提供一允许气泡出现并从所述半导体样本的所述表面逃逸的构件。本专利技术具有两个胜过既有方法的优势。其大大降低了损坏所述精密密封边缘的风险使所述环更易变。所述新设计包括一个有效移除气泡并更新所述电解质的电解质循环机构。本专利技术的一个显著优势在于所述密封环可采用一般传统设计。本专利技术在于使用下述固持器，所述固持器允许引入在使用中设计用来充当制造所述所要旋流的定向喷嘴的一个或多个次级孔。由于已使制造所要的旋流成为所述密封环总成的一个固有特征，不必将其它设计来制造旋流的泵汲机构并入到所述电池中。此外，现有技术密封环已被普遍采用用于以压入配合方式啮合一接收孔。因为可能会损坏所述精密密封边缘，其不利于容易的进行移除。本专利技术也提供容易的将所述密封环从所述电化学电池移除以用于替换、检查及清洁，且在一些例子中也容许与具有不同设计以生成替代流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种密封环总成，其配合一个用于半导体样本的ＥＣＶ剖面测量的电化学电池，以界定在所述半导体样本与所述电池内的电解质之间的一个接触区域，所述密封环总成包括一个具有一个大致轴向中心孔的密封环、和一个适合与电化学电池啮合并因此将所述密封环保持在一个适当位置的密封环固持器，其中所述固持器具有在所述固持器的正前面与所述中心孔之间提供流体流通的至少一个次级孔，所述次级孔被定向成平行于所述中心孔的内壁但相对于所述内壁在切线方向偏离，以便赋予通过所述或每个次级孔而进入所述密封环的电解质一定程度的旋流。

【技术特征摘要】
GB 2002-7-17 0216605.61.一种密封环总成，其配合一个用于半导体样本的ECV剖面测量的电化学电池，以界定在所述半导体样本与所述电池内的电解质之间的一个接触区域，所述密封环总成包括一个具有一个大致轴向中心孔的密封环、和一个适合与电化学电池啮合并因此将所述密封环保持在一个适当位置的密封环固持器，其中所述固持器具有在所述固持器的正前面与所述中心孔之间提供流体流通的至少一个次级孔，所述次级孔被定向成平行于所述中心孔的内壁但相对于所述内壁在切线方向偏离，以便赋予通过所述或每个次级孔而进入所述密封环的电解质一定程度的旋流。2.根据权利要求1所述的密封环总成，其中提供复数个次级孔，排列成环绕所述密封环的恰当阵列。3.根据权利要求2所述的密封环总成，其中所述次级孔被排列成以便将所述喷嘴放置成至少一个环形或弧形阵列。4.根据权利要求3所述的密封环，其中所述喷嘴被放置成一个弧形阵列，其延伸不超过一个在使用中适用于延伸越过所述密封环的下半部的圆的一半。5.一种密封环总成，其中所述密封环固持器具有与电化学电池啮合的电池啮合构件和用于接收所述密封环以当所述电池啮合构件啮合于其上时将所述密封环放置在相对于所述电池的正确位置的构件。6.根据权利要求5所述的密封环总成，其中所述密封环通过所述环所在的凹座的边缘倒转褶皱而固定于所述固持器。7.根据上述权利要求中任一权利要求所述的密封环总成，其中所述固持器具有一个可抓握部分且所述部分被设计成使得所述固持器可置入所述电化学电池或从其移除而不损坏所述密封。8.根据上述权利要求中任一权利要求所述的密封环总成，其中所述固持器在其后表面包括一个允许气泡出现并从所述环的所述内部孔移除的腔。9.根据上述权利要求中任一权利要求所述的密封环总成，其中所述环具有一个圆柱形、圆锥形或截头圆锥体的形状且具有一个中心轴初级孔。10.根据权利要求9所述的密封环总成，其中所述环具有一个截头圆锥形体部，所述环的内部孔朝着所述密封边缘逐渐变尖，而所述环内部孔最宽的部分远离所述环的后表面上的所述密封边缘。11.根据上述权利要求中任一权利要求所述的密封环总成，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱恩克里斯多夫玛亚思，詹姆士酷夫，爱恩吉尔柏特，哈维宝沟倪，
申请(专利权)人：AOTI营运公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]