在减低压力的情况下掺杂、扩散及氧化硅片的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种对硅片（４）进行掺杂、扩散或氧化的方法，所述硅片置于炉子（１）的炉室（２）之中，炉室中至少引入一种气体以进行上述掺杂、扩散或氧化作业过程。本发明专利技术的特征在于，方法包括：在将气体引入和通过炉子（１）的炉室（２）中的同时，连续地使气体受到一恒定值的压力的降低。掺杂、扩散或氧化硅片（４）的装置包括一炉子（１），该炉子（１）具有一炉室（２），室中设置硅片，所述炉子至少包括一进气管（５ａ，５ｂ，５ｃ），用于将至少一种气体通入炉室（２）之中进行所述加工作业以及包括至少一个排气管（６）以排出通入室中的气体，该排气管与一抽气装置相连，以在炉室（２）中产生一恒定及受控制的压力的降低。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在半导体生产过程中对硅晶片或硅片的N及P型掺杂、扩散及氧化。
技术介绍
在生产电子器件中的集成电路的过程中，生产半导体的技术主要基于硅材料的原子的本征性能的改变。通过在硅晶格中加入具有多余电子的元素使在其中产生所谓n型过程以及通过加入元素使晶格中缺少电子产生空穴的所谓p型过程称为N型及P型掺杂。为了使硅成为半导体，必须在硅中加入所谓的掺杂元素。已知的掺杂元素例如是磷、砷、锑、硼、镓或铝。在用磷或硼掺杂的过程中，人们将硅晶片放入炉子之中并使炉温达到800℃到1200℃。此温度用以在硅晶片表面上形成磷或硼的一个表面浓度。固体、液体或气体掺杂剂源在炉室中从与掺杂剂源相接触的载体气体中汽化。载体气体的作用是加速掺杂气体在硅晶片表面上的掺杂。这种类型的沉积发生在具有大气压力的炉子中。为了完成在晶片之间的分布，载体气体必须以高的气体矢量流速提供，从而造成大量的气体消耗。人们通常使用的水平或垂直炉子具有一管状的室，硅片在此室中置在一石英或碳化硅支承件或支架上。管状炉室的一端具有一门以允许晶片的进入。另一端由一不能取下的端壁所封闭。掺杂气体，反应气体以及矢量气体通常都通过管状炉室的端壁上的一个开口注入。为了获得掺杂处理的良好的均匀性，须限制炉子中的硅片的数目，通常不多于50片，并在每一硅片之间留有一较大的空间。使用矢量气体还产生一个问题，即在炉子中及周围环境中形成显著的酸的凝聚。这种由掺杂剂产生的酸的沉积不但将对硅片的掺杂处理的可重复性产生影响而且也会对炉子的不同外部组成部分产生影响，因此要经常拆开来对炉子进行清洗，特别是要对其中设置硅片及石英或碳化硅支承架的石英进气管进行清洗。另一方面，为了提高效率必须使用石英扩散器，为此增加了使用成本及对石英部分控制的成本。清洗以后，放回去重新工作之前必须经过试验，这就造成了生产能力的损失。其他现象，例如硅片缺少一致性、负荷缺少一致性、以及负荷之间缺少一致性、掺杂的记忆效应、由于过量氧产生的硅片的晶格中掺杂剂的寄生夹杂、少数载流子或载体寿命的变化、对硅片直径的限制，也都是对设备作出选择的更困难的因素。专利技术的概述本专利技术的目的是通过提供一种新的掺杂、扩散和氧化的方法来克服上述已有技术的种种缺点。按照本专利技术的方法，其特征基本上在于，在将气体通入炉室的同时，使气体受到减压。这一措施可以提高室中的气体的流速而不再需要使用大量的矢量气体。在硅片掺杂室中只有反应气体存在。根据本专利技术的另一个特征，所述减低的压力(减压或低压)值是在100毫巴和800毫巴之间。此值的范围适于用较简易的装置来产生所述的低压。本专利技术还涉及一种注入氧的技术，此技术可以精确地掺杂氧的数量以限制掺杂剂裂解或裂化的速度，即限制分子分解的速度。本专利技术还涉及到对硅片进行掺杂、扩散或氧化的装置。该装置包括一具有一炉室的炉子，炉室由一门密封地关闭。在炉室中放入硅片。所述炉子至少包括一注入管用以至少把一种气体注入室中以进行上述操作中的一种操作。本专利技术的所述装置的特征在于，它还包括至少一气体排气管，一与排气管相连的抽气装置以在室中形成一恒定的受控制的低的压力。这样，由于产生了低压，就不再需要使用大量氮气型的矢量气体。此外，周围酸的凝聚也大大减少，大部分酸都被吸入抽气装置。残余的凝聚将被添加的装置如瓦管、瓦筒等吸收掉。本专利技术还有一为其目的所用的对硅片进行掺杂、扩散或氧化的装置。此装置包括一由门密封地关闭的炉子。硅片置入于炉室中。所述炉子至少包括一进气管以在室中引入至少一种气体而进行上述的掺杂等加工处理。本专利技术的其他优点和特点将在阅读结合附图对一较佳实施例所作的叙述而变得更加清楚。该较佳实施例只是作为本专利技术而举的一个例子，本专利技术的范围并不限于此较佳实施例。附图的简要说明附图说明图1是根据本专利技术的用于对硅片进行掺杂、扩散或氧化的装置的示意图；图2是根据本专利技术的用于进行掺杂、扩散或氧化的装置的纵向剖视图。较佳实施例的描述如图所示，根据本专利技术的对硅片进行掺杂、扩散或氧化装置包括一炉子1，炉子1有一个密封室或炉室2及加热装置3，室中将放入要进行上述掺杂等加工操作的硅片。炉子1至少包括至少一根进气或引入管5a，5b，5c，至少有一种气体进入炉室2之中以实现上述诸操作。炉子1还包括一根气体排气管6，以及与所述气体排气管6相连的抽气装置7以在炉室中建立一恒定和有控制的低于大气压力的或低压压力。此抽气装置处于离开炉子1的温度区一段距离。炉室2例如是管状的，它的两端由一固定的端壁2a及一门2b所密封地关闭。在关闭位置时的门以及端壁垂直于对称的管状炉室的纵向轴线。加热装置3例如由电阻丝组成，电阻丝分布或围绕在管状炉室周围，并且与管状炉室隔离开或与管状炉室相接触均可。最好，管状炉室2具有一圆冠状的截面。当室的内部容积承受低压时，这种结构为炉室的壁提供对大氧压的良好的机械阻力或承受力。门2b固定在可滑动地啮合在一适当的支承件的安装支架上。门沿着管状炉室的纵向轴线作打开或关闭移动。门有一个伸出室外的盖子，其中安装着加载或运载硅片的一刃状部的轴。此刃状部接收硅片支座。最好，此盖具有可以调节刃状部的倾斜度的装置，而且此盖安装得可以绕垂直于刃状部纵向轴线的水平轴线作枢转运动。通过调节装置的作用，刃状部在真空或减压下是多少向上倾斜的。这样，当刃状部被加上荷载时，它可以进入沿着水平平面的位置。这种调节可以用放在刃状部上的一重物体来进行。重物的重量相当于要处理的负荷或荷载的重量。最好，炉室的门2b是用不透明的石英或者是遮光的石英制成的。并且有一以合适的氟化高弹性物为基础的材料制成的密封接头。这种材料的商品名称是“VITON”。这一材料是由DUPONT De NEMOURS公司生产的。不透明石英对红外线是一种有效的屏障，因此可以避免密封接头被烧坏。为了进一步增强对密封接头的保护，管状炉室2的终端部分(即接受门2b的部分)是用不透明的石英制成的。在实际中，此不透明部分可以用业内人士众所周知的任何方法与室的透明的门组装在一起。在较佳实施例中，这种组装是用焊接方法焊接在一起的。为了增强对接头部分的热保护，在炉室的面向门的一侧设置了一个热屏障。通过其密封接头，该门装在管状炉室的不透明的末端部的环形边上，此环形边也是不透明的。此边的面向门的接头的环状表面，形成一接合(接头)平面，并承受在低压力下的接合。此接头最好安装在门2b的挖空的环状喉管之中。为了吸收门和接合平面之间的平行度的缺陷，此门可浮动地安装在安装支架上。也就是说，围绕平行于接头的平面的两个正割及正交轴线以及沿垂直于此接合平面的轴线纬度或范围的移动受到一定的限制。最好在门和安装支架之间设置一个或几个弹性件，而盖则包括一个轴向可变形的部分。为了耐热，炉子的壁，即炉室2的管状壁以及端壁2a由石英制成。该管状炉室可以设有一管状的碳化硅的内覆盖层。此覆盖层可以抵制管状炉室2向内的径向变形，特别是当室2受到高温的时候。炉子1的室2中的气体从上游区域8向下游区域9形成一通道，下游区域9与上游区域8隔开一段距离，硅片4置于沿气体通道的这两个区域(上游和下游区域)之间。这些硅片是与气体在炉子的炉室2内的流动方向成横向地设置在炉室2之中。因而产生一比较大的压力降，由于这种压力降，气体可以在被处理的硅片的表面上扫过。硅片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂、扩散或氧化硅片（４）的方法，所述硅片置于一炉子（１）的炉室（２）内，在炉室（２）内至少引入一种气体以完成上述掺杂、扩散或氧化作业，其特征在于，在把硅片引入炉室（２）内及把气体通入炉子（１）的炉室（２）内的同时，使通入的气体连续地处于一定值的低于大气压力的低压之下。

【技术特征摘要】
FR 2001-5-14 01/068631.一种掺杂、扩散或氧化硅片(4)的方法，所述硅片置于一炉子(1)的炉室(2)内，在炉室(2)内至少引入一种气体以完成上述掺杂、扩散或氧化作业，其特征在于，在把硅片引入炉室(2)内及把气体通入炉子(1)的炉室(2)内的同时，使通入的气体连续地处于一定值的低于大气压力的低压之下。2.如权利要求1所述的掺杂、扩散或氧化硅片的方法，其特征在于，炉室中的低压值在100及800毫巴之间。3.一种掺杂、扩散或氧化硅片(4)的装置，该装置包括一炉子(1)，炉子(1)具有一由门(2b)密封的炉室(2)，硅片引置入室中，所述炉子至少包括一个进气管(5a，5b，5c)以让至少一种气体进入炉室(2)之中以进行上述作业，其特征在于，它还包括一个用于排除气体的排气管(6)以及一抽气装置(7)，该装置(7)与排气管(6)相连以在炉室(2)中形成一稳定的以及受控制的低压。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该抽气装置把包括一抽气泵(11)。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述泵(11)是膜式泵。6.如权利要求4或要求5所述的装置，其特征在于，至少泵(11)与气体接触的部件是用抗所述气体腐蚀的材料制成的。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述材料是由四氟乙烯组成的。8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，抽气装置(7)包括控制及调节炉室中低压的部件，这些控制及调节部件通过管道一方面与泵的吸气管相连通，另一方面与炉子的排气管(6)相连通。9.如权利要求4所述的装置，其特征在于，该控制与调节部件包括过压或压载物容积(12)，该过压或压载物容积通过管道一方面与泵(11)的吸气管相连，另一方面与从炉室排出气体的排气管(6)相连，所述过压容积(12)还与一低压的气源相连，该气源由一控制阀(13)控制，通过对炉子(1)的炉室(2)中的低压测量及控制电路打开或关闭控制阀(13)。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该低压的测量及控制电路包括一设置在炉室(2)外的一压力检测器(14)，该检测器在过压容积及来自炉子的排气管之间延伸的连接管道中，所述检测器(14)可以产生一其强度与低压值成正比的信号，所述信号加在一比较器(15)的入口处，该比较器将信号的值与参考或基准信号值进行比较，该比较器通过一电源电路与控制阀相连，根据低压值与基准值之差调节控制阀(13)打开的程度，或者控制阀(13)的关闭从而使泵(11)过压上升或下降或没有过压，以调节每一时刻炉子中炉室(2)的低压值。11.如权利要求3～10中任一项所述的装置，其特征在于，硅片...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y培勒格林，
申请(专利权)人：塞姆科工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]