一种石英炉管 |
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| 申请号 | CN201511024733.X | 申请日 | 2015-12-31 | 公开(公告)号 | CN106929923A | 公开(公告)日 | 2017-07-07 |
| 申请人 | 无锡华润华晶微电子有限公司; | 发明人 | 崔严匀; 王训辉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种 石英 炉管，包括炉管本体，所述炉管本体的第一端面开设有炉口，所述炉管本体的第二端面设置为炉尾，所述炉管本体内设有炉腔；所述炉腔内靠近所述炉尾的一端设置有气室，所述炉尾上开设有至少一个进气口和至少一个出气口，所述至少一个进气口与所述气室相连通，所述出气口与所述炉腔相连通；所述气室的顶板上设置有向所述炉口方向延伸的至少一根支管，所述至少一根支管与所述气室相通，所述至少一根支管的支管壁上开有多个支管透气孔。本发明解决了工艺气体从炉尾直接向炉口流动导致气流分布不均匀的问题，使得工艺气体可从 晶圆 片的四周均匀流入，进而与晶圆片均匀 接触 ，确保了晶圆片片内参数的一致性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种石英炉管，其特征在于，包括炉管本体，所述炉管本体的第一端面开设有炉口，所述炉管本体的第二端面设置为炉尾，所述炉管本体内设有炉腔； |
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| 说明书全文 | 一种石英炉管技术领域[0001] 本发明属于炉管制造技术领域，涉及一种石英炉管。 背景技术[0002] 石英炉管是集成电路生产线前工序的重要工艺设备之一，它的主要用途是对半导体进行掺杂，即在高温条件下将掺杂材料扩散入硅片，从而改变和控制半导体内杂质的类型、浓度和分布，以建立不同的电特性区域。 [0003] 三氯氧磷预淀积是半导体晶圆片制造过程中的重要工序，其工艺过程在石英炉管中实现。目前生产线上普遍使用的石英炉管只有炉尾进气口，生产作业时携带液态三氯氧磷源的氮气直接从炉尾的进气口进入炉管反应，但由于石英炉管恒温区距离进气口有一段距离，使得晶圆片片间的气流分布不均匀，造成晶圆片片内参数不一致。 发明内容[0004] 鉴于此，本发明提供了一种石英炉管，以提高晶圆片片间气流分布的均匀性，提升晶圆片片内参数的一致性。 [0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： [0006] 本发明实施例提供一种石英炉管，包括炉管本体，所述炉管本体的第一端面开设有炉口，所述炉管本体的第二端面设置为炉尾，所述炉管本体内设有炉腔； [0007] 所述炉腔内靠近所述炉尾的一端设置有气室，所述炉尾上开设有至少一个进气口和至少一个出气口，所述至少一个进气口与所述气室相连通，所述出气口与所述炉腔相连通； [0008] 所述气室的顶板上设置有向所述炉口方向延伸的至少一根支管，所述至少一根支管与所述气室相通，所述至少一根支管的支管壁上开有多个支管透气孔。 [0009] 进一步地，所述多个支管透气孔的相邻孔孔距向所述炉口延伸方向依次减小。 [0010] 进一步地，所述多个支管透气孔的孔径向所述炉口沿延伸方向依次增大。 [0011] 进一步地，所述多个支管透气孔包括多个第一支管透气孔、多个第二支管透气孔和多个第三支管透气孔；所述多个第一支管透气孔、多个第二支管透气孔和多个第三支管透气孔向所述炉口延伸方向依次分布；所述多个第一支管透气孔等间距分布，所述多个第二支管透气孔等间距分布，所述多个第二支管透气孔等间距分布；相邻第一支管透气孔的第一间距、相邻第二支管透气孔的第二间距和相邻第三支管透气孔的第三间距依次减小。 [0012] 进一步地，所述第一支管透气孔的第一孔径、第二支管透气孔的第二孔径和第三支管透气孔的第三孔径依次增大。 [0013] 进一步地，所述气室顶板非设置所述至少一个支管的区域开设有多个内板透气孔。 [0014] 进一步地，所述多个内板透气孔分布在所述气室顶板的上半部。 [0015] 进一步地，所述至少一根支管固定于所述炉管本体的上管壁上，所述至少一根支管朝向所述炉腔内部的方向上设置有多个支管透气孔。 [0016] 进一步地，所述至少一个进气口包括第一进气口和第二进气口，所述第一进气口和第二进气口位于所述炉尾中部或上部，所述出气口位于所述炉尾的下部。 [0017] 进一步地，所述支管为三根，所述三根支管均匀固定在所述炉管本体的上管壁上。 [0018] 与现有技术相比，本发明技术方案的优点是： [0019] 本发明提供的石英炉管，在炉腔内沿炉管长度方向设置至少一根支管，每根支管朝向炉内的支管壁上开有多个支管透气孔，从炉尾进气口进入的工艺气体可透过至少一根支管的多个支管透气孔，均匀流向晶圆片，解决了工艺气体从炉尾直接向炉口流动导致气流分布不均匀的问题，使得工艺气体可从晶圆片的四周均匀流入，进而与晶圆片均匀接触，确保了晶圆片片内参数的一致性。附图说明 [0020] 下面将通过参照附图详细描述本发明或现有技术的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中： [0021] 图1为本发明实施例提供的石英炉管的主视剖视图； [0022] 图2为本发明实施例提供的支管结构示意图； [0023] 图3为本发明实施例提供的气室顶板的结构示意图； [0024] 图4为本发明实施例提供的石英炉管的侧视图。 具体实施方式[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0026] 本发明的描述中，需要理解的是，属于“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0027] 图1给出了本发明实施例提供的石英炉管的主视剖视图。如图1所示，该石英炉管包括炉管本体1，炉管本体1的第一端面开设有炉口(图示的左端)，炉管本体1的第二端面设置为炉尾2，炉管本体1内设有炉腔3； [0028] 其中，炉腔3内靠近炉尾2的一端设置有气室4，炉尾2上开设有至少一个进气口5和至少一个出气口6，至少一个进气口5与气室4相连通，出气口6与炉腔3相连通； [0029] 气室4的顶板7上设置有向炉口方向延伸的至少一根支管8，至少一根支管8与气室4相通，至少一根支管8的支管壁上开有多个支管透气孔10(如图2所示)。 [0030] 本实施例中，石英炉管的外部整体结构呈圆筒状，炉尾2的部分圆形区域可以作为气室4的底板，以减少石英材料，简化制作工艺，且至少一个进气口5位于该底板上；气室4的顶板7与该底板相对设置，且呈圆形(如图3所示)。 [0031] 示例性的，参见图1，炉管本体1的长度a可为2280mm，炉管本体1的内径b可为225mm，炉管本体1的管壁厚度c可为5mm，至少一根支管8的长度d可为1220mm，气室4的长度e可为220mm，至少一个进气口5和至少一个出气口6向外凸出的长度f可为100mm，相邻进气口 5的间距可为15mm。 [0032] 需要说明的是，炉管本体1的整体参数可根据扩散炉的型号进行设计，至少一根支管8的长度d可视推拉舟置于炉管中的位置及晶圆片位于推拉舟的位置而定。 [0033] 进一步的，参见图2，上述方案中，多个支管透气孔的相邻孔孔距向炉口延伸方向依次减小。 [0034] 进一步的，多个支管透气孔10的孔径向所述炉口沿延伸方向依次增大。 [0035] 优选的，多个支管透气孔10包括多个第一支管透气孔11、多个第二支管透气孔12和多个第三支管透气孔13；多个第一支管透气孔11、多个第二支管透气孔12和多个第三支管透气孔13向炉口延伸方向依次分布；多个第一支管透气孔11等间距分布，多个第二支管透气孔12等间距分布，多个第二支管透气孔13等间距分布；相邻第一支管透气孔的第一间距、相邻第二支管透气孔的第二间距和相邻第三支管透气孔的第三间距可依次减小。 [0036] 另外，第一支管透气孔11的第一孔径、第二支管透气孔12的第二孔径和第三支管透气孔13的第三孔径可依次增大。 [0037] 示例性的，多个第一支管透气孔11离气室顶板7最近的距离h可为10mm，多个第三支管透气孔13离支管8延伸端的最近距离i可为6mm，多个第一支管透气孔11可设为10个，第一孔径可为4mm，相邻孔的孔距j可为40mm，多个第二支管透气孔12可设为16个，第二孔径可为6mm，相邻孔的孔距k可为20mm，多个第三支管透气孔13可设为21个，第三孔径可为8mm，相邻孔的孔距l可为12mm。 [0038] 由此，设置不同数量的支管透气孔，不同的孔距和/或孔径，可以使支管8各处流出的工艺气体的流量基本相同，进而使气流分布均匀。 [0039] 进一步的，参见图3，上述方案中，气室顶板7非设置至少一个支管8的区域开设有多个内板透气孔14，以使工艺气体可从气室顶板7均匀流出，提高工艺效率。 [0040] 优选的，多个内板透气孔14分布在气室顶板7的上半部，以防止气室顶板7的下部开孔后，大量沉积于气室的气体较多地从气室顶板7的下部流出，导致气流分布不均匀。 [0041] 示例性的，气室顶板7的直径可为130mm，多个内板透气孔14的个数可为10个，且均匀分布，每个内板透气孔14的孔径可为4mm，相邻内板透气孔14的孔距m可为10mm。 [0042] 优选的，上述方案中，至少一根支管8固定于炉管本体1的上管壁上，以防止至少一根支管8高温下弯曲下垂；至少一根支管8朝向炉腔3内部的方向上设置有多个支管透气孔10，以使从多个支管透气孔10流出的工艺气体可直接快速地到达晶圆片处。至少一根支管8的延伸端封闭，以免大量气体从延伸端流出，降低气流分布的均匀性。 [0043] 进一步的，参见图4，至少一个进气口包括第一进气口15和第二进气口16，第一进气口15和第二进气口16位于炉尾中部或上部，出气口6位于炉尾的下部。 [0044] 优选的，上述支管8为三根，三根支管8均匀固定在炉管本体的上管壁上。 [0045] 示例性的，第二进气口16可设置在炉尾的中心，第一进气口15设置在第二进气口16的正上方，其中一个支管8在炉尾上的投影可位于第一进气口15的正上方，且与第一进气口15之间的孔距n可为25mm，其他两个支管8在炉尾上的投影可对称分布于第一进气口15的两边，每个支管8的内径可为13mm，支管壁的厚度可为4mm。 [0047] 本实施例的石英炉管适用于三氯氧磷预淀积掺杂工艺。具体的，石英炉管水平放置于扩散炉中，扩散炉的炉门正好封住石英炉管的炉口，通过温控口对石英炉管炉腔内的温度进行控制，保证炉腔内的温度范围在950℃～1100℃，利用高纯氮气携带三氯氧磷液态源从第一进气口进入气室，同时，从第二进气口压入一定量的氧气，三氯氧磷高温分解后的产物与氧气反应生成五氧化二磷气体(五氧化二磷在360℃时升华)，五氧化二磷气体在气流的推动下可以从多个内板透气孔和多个支管透气孔流出，从而使五氧化二磷气体不仅从中间区域均匀进入，而且同时从晶圆片的四周均匀进入，提高了炉腔内气流分布的均匀性，最后，未与晶圆片反应的五氧化二磷气体和其他气体从出气口流出。 [0048] 本发明实施例提供的石英炉管，在炉腔内沿炉管长度方向设置至少一根支管，每根支管朝向炉内的支管壁上开有多个支管透气孔，从炉尾进气口进入的工艺气体可透过至少一根支管的多个支管透气孔，均匀流向晶圆片，解决了工艺气体从炉尾直接向炉口流动导致气流分布不均匀的问题，使得工艺气体可从晶圆片的四周均匀流入，进而与晶圆片均匀接触，确保了晶圆片片内参数的一致性。 [0049] 上述仅对本发明中的具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。 |
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