CN103663457B - 多晶硅反应炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅反应炉，在该反应炉内壁的垂直方向设置有多个进气口，本发明通过改变反应炉进气口的口径大小或者改变气体流速，进而改善图形密集区和图形疏松区的厚度差异，提升了生产工艺；同时发明不需要大幅度调整更换现有的反应炉设备，也无需变动工艺制程，实现成本较低，适合在各领域广泛推广。

Description

多晶硅反应炉

技术领域

本发明涉及半导体制备领域，确切的说，涉及一种多晶硅反应炉。

背景技术

随着芯片特征尺寸进入40纳米以下，对栅多晶硅生长的片内厚度均匀性的要求越来越高；不仅如此，工艺集成对于图形密集区和图形疏松区的多晶硅生长厚度的差异，也有一定的考量。传统上，40纳米的多晶硅制备机台使用1:1:1（上中下三个进气口）的口径比例用以通入硅烷（SiH₄），在620度的炉管中进行热分解反应。在日常的工艺维护中，一般只通过微调热分解时间和炉内区间温度，来控制整炉的产品质量。

但是本领域技术人员发现，在这种艺条件下的产品图形密集区和图形疏松区的多晶硅结构约有4%的厚度差异，通过硅片断面切片并分析得出：在通入气体过程中，随着反应的不断进行，气体随着重力原因会在反应炉底部沉积，因而造成反应炉上下不同位置处的硅片所处的反应气体浓度有所不同，进而反应程度有所差异，最终造成同一腔室内的硅片规格存在较大差异。而这种差异，是由于硅烷气体在炉内分布不均衡所致，很难通过日常工艺维护来进行改进和消除。

发明内容

本发明涉及一种反应炉，可很好改善同一批次硅片的厚度差异性，同时无需变动工艺制程，实现成本较低。

本发明采用的技术方案为：

一种多晶硅反应炉，所述反应炉内自下而上放置有硅片，其中，所述反应炉内壁在垂直方向上设置有多个进气口，且所述进气口的气体流速相同；其中，自下而上的进气口的口径逐渐递增。

上述的多晶硅反应炉，其中，所述反应炉为立式反应炉管，且该反应炉应用于栅多晶硅的制备工艺中。

上述的多晶硅反应炉，其中，所述反应炉在垂直方向上设置有3个进气口。

上述的多晶硅反应炉，其中，所述的3个进气口上中下口径的比例为9：3.5：2.5。

上述的多晶硅反应炉，其中，所述反应炉顶部设置有出气口。

一种多晶硅反应炉，所述反应炉内自下而上放置有硅片，其中，所述反应炉内壁在垂直方向上设置有多个进气口，每个进气口的口径相等；其中，自下而上的进气口的气体流速逐渐递增。

上述的多晶硅反应炉，其中，所述反应炉为立式反应炉管，且该反应炉应用于栅多晶硅的制备工艺中。

上述的多晶硅反应炉，其中，所述反应炉在垂直方向上设置有3个进气口。

上述的多晶硅反应炉，其中，流经所述的3个进气口气的体流速比例为9：3.5：2.5。

上述的多晶硅反应炉，其中，所述反应炉顶部设置有出气口。

由于本发明采用了以上技术方案，通过改变反应炉进气口的口径大小或者改变气体流速，进而改善图形密集区和图形疏松区的厚度差异，提升了生产工艺。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为现有技术中反应炉的侧视图；

图2为本发明提供的反应炉的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

实施例一：

如图2所示为本发明提供的一种立式反应炉，如图所示，该反应炉为立式反应炉，在该反应炉内设置有以呈塔状的晶舟，在该晶舟上设置有多个插槽用以放置硅片；在该反应炉的顶部设置有一出气口，用于将反应后的废气排出。

该反应炉在垂直方向上设置有多个进气口，在本发明的实施例中，设置有上中下3个进气口，每个进气口皆连接一与该进气口具有相同口径大小的进气管，通过进气管输送反应气体至反应炉内进行反应；其中，上进气口、中进气口、下进气口之间的口径比为9：3.5：2.5。

在反应过程中，通过进气口向反应炉内输送反应气体，如SiH₄，且流经每个进气口的气体流速均相同；气体进入到反应炉内与晶舟上放置的硅片在高温条件下产生反应，以制备形成栅多晶硅，反应结束后，通过反应炉顶部的出气口将反应炉内的剩余气体排出。

由于上中下进气口的口径逐渐递减，且上中下进气口口径比为9：3.5：2.5，所以通过上进气口流入至反应腔室的SiH₄气体流量＞中进气口流入至反应腔室的SiH₄气体流量＞下进气口流入至反应腔室的SiH₄气体流量，随着反应的不断进行，通入的反应气体在重力影响下会逐渐在反应炉下方产生堆积，导致反应炉内上方的气体浓度会逐渐减小，而本发明通过改变上下位置处的进气口的口径大小，并保证上下位置处的进气口口径的比例，进而最大程度减小随着工艺的不断进行而导致反应炉上下位置处气体浓度差异性较大的问题，使得反应炉内的各位置处的硅片所处气体浓度不会随着反应时间的变化而产生较大差异，进而改善了同一批次制备的栅多晶硅厚度的差异性，提升了生产工艺；同时，本发明不需要大幅度调整更换现有的反应炉设备，只需要改变进气口的大小即可，无需变动工艺制程，实现成本较低。

实施例二：

如图2所示为本发明提供的一种立式反应炉，如图所示，该反应炉为立式反应炉，在该反应炉内设置有以呈塔状的晶舟，在该晶舟上设置有多个插槽用以放置硅片；在该反应炉的顶部设置有一出气口，用于将反应后的废气排出。

该反应炉在垂直方向上设置有多个进气口，在本发明的实施例中，设置有上中下3个口径相同的进气口，每个进气口皆连接一与该进气口具有相同口径大小的进气管，通过进气管输送反应气体至反应炉内进行反应；其中，在通入反应气体至反应炉进行反应室时，流经上进气口、中进气口、下进气口的气体流速为9：3.5：2.5。

在反应过程中，通过进气口向反应炉内输送反应气体，如SiH₄，气体进入到反应炉内与晶舟上放置的硅片产生反应，生成栅多晶硅，反应结束后，通过反应炉顶部的出气口将反应炉内的剩余气体排出。

由于上中下进气口的气体流速逐渐递减，且流经上中下进气口的气体流速比为9：3.5：2.5，随着反应的不断进行，通入的反应气体在重力影响下会逐渐在反应炉下方产生堆积，导致反应炉内上方的气体浓度会逐渐减小，而本发明通过改变上下位置处的进气口的气体流速，进而使得流通至反应炉上方的气体浓度要大于下方的气体浓度，即使随着工艺的进行而导致反应气体逐渐在下方形成堆积，但是随着反应炉上方源源不断通入较多的反应气体，进而最大程度减小随着工艺的不断进行而导致反应炉上下位置处气体浓度差异性较大的问题，使得反应炉内的各位置处的硅片所处气体浓度不会随着反应时间的变化而产生较大差异，进而改善了同一批次制备的栅多晶硅厚度的差异性，提升了生产工艺；同时，本发明不需要大幅度调整更换现有的反应炉设备，只需要改变各进气口的气体流速即可，无需变动工艺制程，实现成本较低。

综上所述，由于本发明采用了以上技术方案，通过改变反应炉进气口的口径大小或者改变气体流速，进而改善图形密集区和图形疏松区的厚度差异，提升了生产工艺；同时发明不需要大幅度调整更换现有的反应炉设备，也无需变动工艺制程，实现成本较低，适合在各领域广泛推广。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种多晶硅反应炉，所述反应炉内自下而上放置有硅片，其特征在于，所述反应炉内壁在垂直方向上设置有多个进气口，且所述进气口的气体流速相同；其中，自下而上的进气口的口径逐渐递增；

每个所述进气口均连接一与该进气口的口径大小相同的进气管。

2.如权利要求1所述的多晶硅反应炉，其特征在于，所述反应炉为立式反应炉管，且该反应炉应用于栅多晶硅的制备工艺中。

3.如权利要求1所述的多晶硅反应炉，其特征在于，所述反应炉在垂直方向上设置有3个进气口。

4.如权利要求3所述的多晶硅反应炉，其特征在于，所述的3个进气口上中下口径的比例为9：3.5：2.5。

5.如权利要求1所述的多晶硅反应炉，其特征在于，所述反应炉顶部设置有出气口。

6.一种多晶硅反应炉，所述反应炉内自下而上放置有硅片，其特征在于，所述反应炉内壁在垂直方向上设置有多个进气口，每个进气口的口径相等；其中，自下而上的进气口的气体流速逐渐递增；

每个所述进气口均连接一与该进气口的口径大小相同的进气管。

7.如权利要求6所述的多晶硅反应炉，其特征在于，所述反应炉为立式反应炉管，且该反应炉应用于栅多晶硅的制备工艺中。

8.如权利要求6所述的多晶硅反应炉，其特征在于，所述反应炉在垂直方向上设置有3个进气口。

9.如权利要求8所述的多晶硅反应炉，其特征在于，所述3个进气口包括上进气口、中进气口、下进气口，流经所述的3个进气口中上进气口、中进气口、下进气口的气体流速比例为9：3.5：2.5。

10.如权利要求6所述的多晶硅反应炉，其特征在于，所述反应炉顶部设置有出气口。