CN102737969A

CN102737969A - 一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备

Info

Publication number: CN102737969A
Application number: CN2011100998067A
Authority: CN
Inventors: 刘莹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明公开了一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备。设备包括连续式真空室、气路控制系统、电控系统、加热系统、激光系统、抽气系统。其中真空腔室1为进片腔室，腔室3为出片腔室，进出片室装有可手动开关装下片的真空门，进片室设有对基片加热的预热系统。腔室2为激光掺杂真空室，具有可透过玻璃窗垂直射到硅片上的激光系统。真空室之间以高真空阀门相联接，并具有可独立无级调速的传动系统。真空机组由机械泵组、废气处理装置、阀门及管道系统等组成。电控系统的PLC控制器控制气体的压强、加热温度、传动系统。本发明可实现激光制备超浅结新技术的量化生产应用，可操作性强。

Description

一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备

技术领域

本发明涉及一种半导体PN结生产设备领域，尤其是一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备。

背景技术

随着半导体器件越来越小型化，对制备PN结的技术要求也越来越高，要求制备横向尺寸及深度都越来越小的高质量的超浅结。快速汽相掺杂(RVD：rapid vapor-phasedoping)是一种以汽相掺杂剂方式直接扩散到硅片中，以形成超浅结的快速热处理工艺。在该技术中，掺杂浓度通过气体流量来控制，对于硼掺杂，使用B2H6为掺杂剂；对于磷掺杂，使用PH₃为掺杂剂。

RVD的物理机制现在还不太清楚，但从汽相中吸附掺杂原子是实现掺杂工序的一个重要方面。另外，由实际工艺操作知，一般的RVD技术需要800℃以上的预烘培及退火处理，工序较为复杂。

现在发展出一种利用激光制备超浅结的工艺，工艺简单，但还没有针对这种工艺的专属生产设备。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对新技术RVD在晶体硅掺杂上的应用，提供一种工艺简单、质量可靠、可操作性强的使用激光制备超浅结的可以实现大规模生产的设备，便其工艺在实际生产过程中得以体现。

技术方案：本发明主要由连续真空室、气路控制系统、电控系统、真空抽气系统组成。

连续真空室与气路控制系统通过导气管、阀等，与电控系统通过各种电气元件，与真空抽气系统通过真空元器件分别连接。其中气路控制系统为连续真空室中的激乐掺杂真空室提供掺杂工艺气体；工艺气体通过阀门、质量流量计进入激光掺杂真空室。电控系统分别与连续真空室、气路控制系统、真空机组进行连接并实施控制，电控系统对连续真空室的控制主要是进出样片、激光器功率、工艺气体压力、样片加热温度、激光器照射样片时间等；电控系统对气路控制系统的控制主要是导气阀门的开闭时间、气体流量计的测量等；电控系统对真空机组的控制主要是机械泵启动、停止，真空阀门的开闭及互锁、抽气时间等。其中真空机组与连续真空室相连接，主要对连续真空室抽真空，为掺杂工艺气体提供本底真空度，保证掺杂质量；真空机组中前级泵排气口与废气管路相连接，废气经管道排出后经过处理至符合环保标准后排入大气。

连续真空室由进出片室和激光掺杂真空室组成，进出片室位于腔室的两侧，激光掺杂真空室处于中间位置。真空室材质为可耐酸碱的不锈钢，通常采用316L不锈钢，腔室整体外形为长方形，内部为多腔室结构。进出片室装有真空门，以方便取放样片，其余各室以真空阀门相联接，可采用真空翻板阀或者真空插板阀，可在样片在各室间传送时快速开闭。激光掺杂真空室顶部装有真空密封的玻璃窗，其尺寸面积大于样片面积，玻璃窗上方装有激光系统，可发出若干道横向线激光或者面激光，激光的横向长度大于待处理样片的长度，保证样片全部的面积可以得到激光照射。激光掺杂真空室的底部，均匀分布有带布气孔的布气室，布气室上有跟进气管道相连接的进气法兰，并与气路控制系统相连接。进片室及激光掺杂真空室装有加热器，可以对样片均匀加热。各腔室正面装有金属观察窗，后面由真空管道及真空阀门跟真空抽气系统相连接。各腔室内部装有可独立无级调速的传动系统及载片小车，传动系统为辊传动或者齿轮传动。其中载片小车由铝板及带有弹性的可耐高温不容易挥发的弹性压片组成，弹性片经定位销固定在铝板上适当位置。

真空机组由机械机组、高真空泵及真空管道组成。其中高真空泵可以采用低温泵、分子泵等，高真空泵与真空室之间以高真空阀门相连接。机械机组跟高真空泵通过前置阀相联接，跟真空室通过粗抽阀门相连接。真空管道采用不锈钢真空管和真空波纹管连接。

气路控制系统主要用于实现对掺杂气体的流量控制。主要部件包括质量流量计、单向阀、气动截止阀、导气管路、减压阀、气瓶。工艺气体由气瓶中流出，经过减压阀、质量流量计、单向阀、气动截止阀进入激光掺杂真空室并均匀布气；工艺所需的工艺气体可以先在激光掺杂真空室外的管道中混合再进入激光掺杂真空室，也可以先进入激光掺杂真空室再进行混合。气路控制系统各个部件间通过不锈钢管进行连接，气路控制系统控制信号由电控系统(PLC)提供。

电控系统主要由PLC控制器组成，PLC控制器本身带有基本操作程序，设有可变参数，可变参数由操作人员通过屏幕进行设定，设定的参数通过PLC对被控制部件进行控制。同时，PLC也可以跟个人电脑相连接，对工艺过程中的各项参数实行实时跟踪和记忆储存，将电脑连接上网，可以实现对工艺的远程控制及监控。

有益成果：本发明是针对现有半导体器件生产过程中，采用激光照射制备超浅结的新工艺而设计的激光制备晶体硅超浅结设备。可以在晶体硅上实现快速、高效的制备超浅结过程。本设计方案可以完全满足这种新技术的各种工艺条件，三个真空室将进片、掺杂和出片室的功能分离开来，使之可以同时工作，缩短了工艺时间，适合于大批量规模生产。由于激光掺杂真空室不会直接曝露于大气之中，使掺杂过程中的气氛条件保持良好状态，有利于保证工艺质量。载片小车充分考虑了硅片的脆性及不同生产线条件下产量的不同，设计简单而且可以根据产量不同调节每车的载片量。三个真空室的传动系统可以独立无级调速，可以充分保证在不同的工艺阶段，对传动系统的不同要求，如工艺条件需求发生变化，传动系统也可以有弹性地满足其要求，增加其设备的兼容性。由于并不采用复杂的结构，精密的配合，本方案容易实现重复性好且成本较低，非常适用于量化生产。

附图说明

附图1为系统模块图

附图2为系统结构图

附图3为布气室正视图

附图4为布气室俯视图

附图5为传动辊示意结构正视图

附图6为传动辊示意结构俯视图

附图7为硅片载片托板正视图

附图8为硅片载片托板俯视图

具体实施例

如图1所示，本发明主要由激光掺杂真空室、气路控制系统、电控系统、真空抽气系统组成。其中电控系统对激光掺杂真空室，气路控制系统、真空抽气系统实行控制。

激光掺杂真空室与真空抽气系统的连接方式如图2所示，其中真空室1，3分别为进片室，出片室，真空室2为激光激光掺杂真空室。高真空泵42、机械机组43由真空阀门41联接。置于激光掺杂室2上方的激光发射系统由支架6固定于玻璃窗正上方。观察窗7位于真空室侧面，每个真空室皆有一个。激光掺杂室2两端与进出片室以高真空阀门8相连接，进片室1入口和出片室3出口配置可手动开关的真空室门9实现密封。如图3、4、5所示布气箱10位于激光掺杂室的底部，其中心位置与玻璃窗中心位置位于一条竖直线上，与玻璃窗所在平面相平行，传动辊下方。11为传动辊系统，如图5所示，包括动密封套11a及辊棒11b，位于真空室下方，三个真空室可以分别实现不同的传动速度。图7、图8为载片架，由铝板15、塑料王压片14、开口销12及定位销13组成。

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。

设对156×156的P型硅片进行超浅结磷掺杂，载片小车载片量为10片，生产节拍10分钟一炉。根据载片小车尺寸计算出各真空室尺寸，由真空室大小及生产节拍和工艺需要达到的真空度确定真空抽气系统的配置。其生产过程如下，对进片室放气，打开真空室门，将载片架放入真空室内传动系统辊上。关闭真空室门，对进片室、激光掺杂真空室、出片室进行抽真空，同时，开启进片室及激光掺杂真空室内预热系统。当真空度达到本底真空度时，向激光掺杂真空室内通入掺杂气体，当预热温度，加热时间及激光掺杂真空室内压强符合工艺条件时，打开进片室与激光掺杂真空室之间的真空阀门，将载片小车传送到激光掺杂真空室，然后关闭真空阀门，同时开启激光器对硅片进行掺杂。当激光器为面激光器时，载片小车相对激光器静止，当掺杂进行一定时间，满足工艺掺杂要求时，关闭激光器及工艺气体，打开激光掺杂真空室与出片室之间的阀门，将载片架用传动系统送入出片室。同时关闭真空阀门。然后对出片室放气，打开出片室真空阀门，取出载片小车。

本设计方案可以完全满足这种新技术的各种工艺条件，三个真空室将进片、掺杂和出片室的功能分离开来，使之可以同时工作，缩短了工艺时间。由于激光掺杂真空室不会直接曝露于大气之中，使掺杂过程中的气氛条件保持良好状态，有利于保证工艺质量。载片小车充分考虑了硅片的脆性及不同生产线条件下产量的不同，设计简单而且可以根据产量不同调节每车的载片量。三个真空室的传动系统可以独立无级调速，可以充分保证在不同的工艺阶段，对传动系统的不同要求，如工艺条件需求发生变化，传动系统也可以有弹性地满足其要求，增加其设备的兼容性。如在本实施例中，采用线性激光器，掺杂室在掺杂过程中则需要考虑传动速度的设置及激光功率和掺杂深度的要求。独立调速，可以在不影响其它工艺环节的情况下实现，使这种改变变得容易。

本发明提供了一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备的设计方案，是一种对应于新技术的新设备方案，依据本设计方案的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径还有很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术方案原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备，包括连续式真空室、气路控制系统，电控系统、真空抽气系统、激光系统等，其特征在于

连续式真空室为三室，将进片、出片、掺杂三个工艺环节分离开来；

激光系统位于激光掺杂真空室正上方，可透过玻璃窗对晶硅片进行激光加热；

分段可独立无级调速的传动系统，适应各段工艺不同的传送速度。

2.如权利要求1所述的一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备，其特征在于，进片室中有加热装置，可对基片进行预加热。

3.如权利要求1所述的一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备，其特征在于激光掺杂真空室中有加热装置，在工艺过程中可保持基片的本底温度。

4.如权利要求1所述的一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备，其特征在于布气室位于激光掺杂真空室的正下方，实现均匀分布掺杂气体。

5.如权利要求1所述的一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备，其特征在于传动系统与载片小车间为磨擦式传输，保证传送速度平稳均匀。