CN114381807A - 扩散炉 - Google Patents

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郭世根
李亭亭
蒋浩杰
田光辉
项金娟
熊文娟
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Zhenxin Beijing Semiconductor Co Ltd
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Abstract

本申请属于半导体制造技术领域,具体涉及一种扩散炉。本申请的扩散炉包括炉体、多个气体导出口和至少一个排气口,炉体内限定出反应腔,多个气体导出口沿炉体的轴向方向间隔设于反应腔的侧壁上,多个气体导出口与至少一个排气口相连通。根据本申请的扩散炉,通过设置与排气口相连通的多个气体导出口,且使多个气体导出口沿炉体的轴向方向间隔设置,能够使扩散炉内未参与反应的气体通过多个气体导出口及时排出,保证扩散炉内反应气体的分布均匀,防止由于炉体内的未反应气体堆积导致晶圆的扩散厚度不一致,从而有效地提高晶圆的扩散质量。

Description

扩散炉
技术领域
本申请属于半导体制造技术领域,具体涉及一种扩散炉。
背景技术
扩散工艺是集成电路制造中最主要的掺杂工艺之一,它是在高温条件下,将磷、硼等原子扩散到晶圆内,从而改变和控制半导体内杂质的类型、浓度和分布,以便建立起不同的电特性区域。现有的扩散工艺绝大部分都是以批次型处理方式进行的,即将多个批次的晶圆同时放入扩散炉中进行扩散处理,由此可以极大的提高生产效率。
扩散炉内会喷射气体与固定于晶舟上的晶片发生反应,以在晶片上形成薄膜,而未参与反应的气体则通过扩散炉下方的排气口排出。由于排气口设置于扩散炉高度方向的下方,从而导致反应气体在扩散炉内沿其高度方向的分布不均匀,进而导致沿晶舟轴线方向设置的晶圆的扩散厚度不一致,降低晶圆的质量。
发明内容
本申请的目的是至少解决扩散炉内反应气体分布不一致的问题。该目的是通过以下方式实现的:
本申请提出了一种扩散炉,所述扩散炉包括:
炉体,所述炉体内限定出反应腔;
多个气体导出口,多个所述气体导出口沿所述炉体的轴向方向间隔设于所述反应腔的侧壁上;
至少一个排气口,多个所述气体导出口与所述至少一个排气口相连通。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其它的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中,用相同的附图标记表示相同的部件。其中:
图1为本申请的实施方式的扩散炉的部分结构示意图。
附图中各标号表示如下:
100:扩散炉;
10:炉体、11:外管、12:内管、121:反应腔;
20:导气管、21:气体导入口;
30:气体导出口、31:导管;
40:排气口;
50:连接管;
60:排气管;
70:真空泵。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请,并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是,文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的,而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出,否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的,并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行,除非明确指出执行顺序。还应当理解,可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段,但是,这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出,否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此,以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述,可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系,这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如,如果在图中的装置翻转,那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此,示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1所示,本实施方式的扩散炉100包括炉体10、多个气体导出口30和多个排气口40。炉体10包括外管11和内管12,外管11套设于内管12的外部,外管11和内管12之间设有间隙,多个气体导出口30沿炉体10的轴向方向L间隔设于内管12的管壁上,多个排气口40设于外管11的管壁上,多个气体导出口30与多个排气口40相连通。其中,内管12限定出反应腔121,晶圆(图中未示出)设于反应腔121内并与反应腔121内的反应气体进行扩散,双向箭头的方向为扩散炉100的轴向方向。
根据本申请的扩散炉100,通过设置与排气口40相连通的多个气体导出口30,且使多个气体导出口30沿炉体10的轴向方向L间隔设置,能够使扩散炉100内未参与反应的气体通过多个气体导出口30及时排出,保证扩散炉100内反应气体的分布均匀,从而防止由于炉体10内的未反应气体堆积导致晶圆的扩散厚度不一致,进而有效地提高晶圆的扩散质量。
本实施方式的扩散炉100为立式扩散炉,沿竖直方向设置,反应腔121内设有沿炉体10的轴向方向L设置的晶舟(图中未示出)和导气管20。其中,晶舟用于承载晶圆,导气管20用于向反应腔121内通入气体,其中通入的气体中包括但不限于与晶圆进行扩散的反应气体。外管11和内管12的底部均设有开口,用于承载晶圆的晶舟从内管12的底部开口插入至反应腔121内,从而进行晶圆的扩散工艺。外管11的底部侧壁设有与反应腔121相连通的进气口,导气管20通过进气口从外管11的底部插入至反应腔121的内部。导气管20上设有多个气体导入口21,通过气体导入口21将反应气体导入至反应腔121的内部,并与晶圆发生扩散。本实施方式中将多个气体导入口21与多个气体导出口30相对设置,气体导入口21导入的反应气体能够与晶圆充分接触后随气流流动至气体导出口30处,并最终通过气体导出口30和排气口40排出至炉体10的外部,反应气体在从气体导入口21朝向气体导出口30的流动过程中,与晶圆表面充分反应接触,从而有效地保证反应腔内晶圆的扩散过程。在本申请的其他实施方式中,扩散炉100也可以为卧式扩散炉,同样沿扩散炉100的轴向方向间隔设置多个气体导出口30,从而将反应腔121内未参与反应的气体及时排出,保证反应腔121内反应气体的分布均匀。
本实施方式的外管10的管壁上设有多个排气口40,多个排气口40与多个气体导出口30的数量相等且一一对应设置,且多个排气口40间通过连接管50相连,并最终与排气管60相连。通过设置多个排气口40和多个气体导出口30,能够将反应腔121内未参与反应的气体及时排出至反应腔121的外部,从而有效地防止未反应的气体在反应腔121内堆积,造成晶圆扩散厚度的不均匀。同时,由于外管11和内管12间存在间隙,气流从气体导出口30向排气口40流动的过程中,为了防止气流流入至外管11和内管12之间的间隙中,气体导出口30与排气口40之间设有导管31,气体导出口30通过导管31与排气口40相连通,从而有效地保证将未参与反应的气体及时地排出至反应腔121的外部。本实施方式中,通过一根连接管50将多个排气口40与排气管60共同连接,从而保证气流的排出。在本申请的其他实施方式中,还可以取消连接管50的设置,通过设置多根排气管60分别与多个排气口40相连通,从而实现对反应腔121内气体的排出过程。为防止外管11和内管12与反应气体间发生化学反应,腐蚀或污染管壁,本实施方式的外管11和内管12分别为碳化硅管、硅管、陶瓷管和石英管中的一种。
再如图1所示,本实施方式的扩散炉100还包括真空泵70,真空泵70设于炉体10的外部,并通过排气管60与多个排气口40相连通。当需要排出反应腔121内多余的反应气体时,开启真空泵70。真空泵70产生负压,反应腔121内未参与反应的气体依次通过气体导出口30、导管31、排气口40和排气管60吸出,从而防止反应腔121内未反应气体的堆积,保整反应腔121内反应气体分布的均匀性,提高晶圆的扩散质量。
本实施方式中,为了保证未参与反应的气体及时排出反应腔121,气体导出口40的尺寸大于等于25πmm,其中π为圆周率,从而保证用于气体排出的通道具有足够的流通面积。
以上所述,仅为本申请较佳的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种扩散炉,其特征在于,包括:
炉体,所述炉体内限定出反应腔;
多个气体导出口,多个所述气体导出口沿所述炉体的轴向方向间隔设于所述反应腔的侧壁上;
至少一个排气口,多个所述气体导出口与所述至少一个排气口相连通。
2.根据权利要求1所述的扩散炉,其特征在于,所述至少一个排气口的数量为多个,多个所述排气口与多个所述气体导出口的数量相等且一一对应设置。
3.根据权利要求2所述的扩散炉,其特征在于,多个所述排气口间通过连接管相连。
4.根据权利要求2所述的扩散炉,其特征在于,所述扩散炉还包括导气管,所述导气管上设有多个气体导入口,多个所述气体导入口与多个所述气体导出口相对设置。
5.根据权利要求1所述的扩散炉,其特征在于,所述炉体包括外管和内管,所述外管套设于所述内管的外部,所述外管和所述内管间设有间隙,多个所述气体导出口设于所述内管的管壁上,所述至少一个排气口设于所述外管的管壁上,所述气体导出口和所述排气口之间通过导管相连通。
6.根据权利要求5所述的扩散炉,其特征在于,所述外管和所述内管分别为碳化硅管、硅管、陶瓷管和石英管中的一种。
7.根据权利要求1所述的扩散炉,其特征在于,所述扩散炉还包括晶舟,所述晶舟沿所述炉体的轴向方向设于所述反应腔内。
8.根据权利要求1所述的扩散炉,其特征在于,所述扩散炉还包括真空泵,所述真空泵通过排气管与所述至少一个排气口相连通。
9.根据权利要求1所述的扩散炉,其特征在于,所述气体导出口的尺寸大于等于25πmm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的扩散炉,其特征在于,所述扩散炉为立式扩散炉。
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