CN114582714A - 一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，本发明在高温硼扩散工艺中，工艺温度980℃及以上氧化条件下，分阶段通入氧气及携氧水汽，能够在高温较短时间内实现生长工艺所需的氧化层厚度，有效控制硅片表面掺杂浓度，提升电池转换效率。与传统硼扩工艺相比，本发明增加了降温步骤后，氧气携水汽混合进炉管工艺的步骤，与传统硼扩干氧工艺相比，本发明能有效缩短整个工艺时间，产能得到提升；相对于传统硼扩工艺，本发明使工艺在1000℃以上的高温段时间缩短，能间接提升密封备件及热场的使用寿命。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺。
背景技术
目前，硅片热氧化，是在硅片表面生长一层优质的氧化层对整个半导体集成电路制造过程具有极为重要的意义。它不仅作为离子注入或热扩散的掩蔽层，而且也是保证器件表面不受周围气氛影响的钝化层，它不光是器件与器件之间电学隔离的绝缘层，而且也是MOS工艺以及多层金属化系统中保证电隔离的主要组成部分。因此了解硅氧化层的生长机理，控制并重复生长优质的硅化层方法对保证高质量的集成电路可靠性是至关重要的；在硅片衬底加工过程中，为了检验衬底内部的微缺陷，同样需要对硅片进行热氧化工艺模拟，以验证衬底硅片的热稳定性。
传统硼扩高温推进生长氧化层，是在高温下持续通入氧气流量实现，不仅生长速度较慢，需要较高温度和长时间才能达到理想厚度，耗费大量时间和产出，而且长时间高温工艺，对炉体加热场使用寿命均有不同程度的影响。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术发明：
一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，包括以下步骤：
(1)将装有硅片的小舟放进炉管内，炉管内温度750℃-780℃；
(2)炉管进行抽真空，同时斜率升温至790℃-850℃；
(3)检漏；
(4)通源沉积，通入BCl3/O2/N2进行扩散，压力100-300mbar，温度790℃-850℃；
(5)通入氮气，同时升温至970℃-990℃，进行无氧推进；
(6)通入氮气，同时通入氧气，同步升温至1040℃，管内压力设置为400-800mbar，进行后氧化工艺；
(7)工艺温度降温至960℃-980℃，降温期间保持通入氧气；
(8)保持通入大氧，同时通入小氧，流经纯水瓶携带水汽，炉内工艺温度960℃-980℃；
(9)停止通入大氧及携水汽小氧，通入氮气，同时工艺进行降温，设定温度800℃；
(10)通入氮气进行破真空，将装有硅片的石英舟拉出，工艺完成。
进一步地，步骤(2)中，斜率升温至790℃-850℃所用时间为20-30min。
进一步地，步骤(3)中，将炉管压力抽至100-150mbar后，关闭进气/抽气阀，进行炉管真空检漏。
进一步地，步骤(4)中，通入0.1-0.3slm BCl3，0.3-1slm O2，2-5slm N2，时间10-30min。
进一步地，步骤(5)中，通入2L-5L氮气，同时升温至970℃-990℃，进行无氧推进20-25min。
进一步地，步骤(6)中，通入1L-2L氮气，同时通入10L-20L氧气，同步升温至1040℃，管内压力设置为400-800mbar，进行后氧化工艺40-60min。
进一步地，步骤(7)中，降温期间保持通入10L-20L氧气，工艺时间10-15min。
进一步地，步骤(8)中，保持通入2L-5L大氧氧气，同时通入1L-2L小氧，流经纯水瓶携带水汽，炉内工艺温度960℃-980℃，时间8-10min。
进一步地，步骤(9)中，通入氮气10L-15L，时间40-60min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明在高温硼扩散工艺中，工艺温度980℃及以上氧化条件下，分阶段通入氧气及携氧水汽，能够在高温较短时间内实现生长工艺所需的氧化层厚度，有效控制硅片表面掺杂浓度，提升电池转换效率。
(2)与传统硼扩工艺相比，本发明增加了降温步骤后，氧气携水汽混合进炉管工艺的步骤，与传统硼扩干氧工艺相比，本发明能有效缩短整个工艺时间，产能得到提升；相对于传统硼扩工艺，本发明使工艺在1000℃以上的高温段时间缩短，能间接提升密封备件及热场的使用寿命。
附图说明
图1是实施例1与对比例1的扩散工艺对比示意图。
图2是实施例1与对比例1的方阻和BSG测试对比结果。
图3是实施例1与对比例1的ECV测试结果图。
图4是采用实施例1与对比例1中方法，最终制得的产品电池的性能对比图。
图5是实施例1采用的装置。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术发明及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
以下实施例中采用的气体、仪器等均能够通过商业途径购买得到。
实施例1
如图1所示，一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，包括以下步骤：
(1)进舟工艺，将装有硅片的小舟放进炉管内，炉管内温度750℃；
(2)炉管进行抽真空，同时斜率升温至790℃，时间20min；
(3)检漏，炉管压力抽至100mbar后，关闭进气/抽气阀，进行炉管真空检漏；
(4)通源沉积，通入0.2slm BCl3，0.5slm O2，2slm N2，进行扩散，时间15min，压力200mbar，温度800℃；
(5)通入2L氮气，同时升温至980℃，进行无氧推进20min；
(6)通入1L氮气，同时打开大氧流量计阀门通入15L氧气，同步升温至1040℃，管内压力设置400mbar，进行后氧化工艺45min；
(7)工艺温度降温至980℃，降温期间保持通入15L氧气，工艺时间10min；
(8)保持通入2L大氧氧气，同时打开小氧流量阀门，通入1L小氧，流经纯水瓶携带水汽，纯水瓶恒温槽温度为40℃，炉内工艺温度980℃，时间10min；
(9)停止通入大氧及携水汽小氧，通入10L氮气，时间40min，同时工艺进行降温，设定温度800℃；
(10)通入破真空氮气进行破真空，将装有硅片的石英舟拉出，工艺结束完成。
本实施例中，如图5所示，在原机台进气机构上，增加一路进气管路，加入纯水瓶及加热槽装置(即加热恒温装置)，在其他实施方式中，可以采用其他加热恒温装置。本实施例中，在高温推进步通过干氧氧气流经水浴瓶，携带水汽进入炉管，水浴瓶底部有固定加热恒温装置。
实施例2
一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，包括以下步骤：
(1)进舟工艺，将装有硅片的小舟放进炉管内，炉管内温度760℃；
(2)炉管进行抽真空，同时斜率升温至800℃，时间25min；
(3)检漏，炉管压力抽至100mbar后，关闭进气/抽气阀，进行炉管真空检漏；
(4)通源沉积，通入0.3slm BCl3，1slm O2，4slm N2，进行扩散，时间20min，压力250mbar，温度850℃；
(5)通入4L氮气，同时升温至980℃，进行无氧推进20min；
(6)通入2L氮气，同时打开大氧流量计阀门通入15L氧气，同步升温至1040℃，管内压力设置600mbar，进行后氧化工艺50min；
(7)工艺温度降温至980℃，降温期间保持通入15L氧气，工艺时间10min；
(8)保持通入3L大氧氧气，同时打开小氧流量阀门，通入1.5L小氧，流经纯水瓶携带水汽，纯水瓶恒温槽温度为50℃，炉内工艺温度980℃，时间8min；
(9)停止通入大氧及携水汽小氧，通入15L氮气，时间50min，同时工艺进行降温，设定温度800℃；
(10)通入破真空氮气进行破真空，将装有硅片的石英舟拉出，工艺结束完成。
对比例1
本对比例1中，步骤(6)为：通入1L氮气，同时打开大氧流量计阀门通入15L氧气，同步升温至1040℃，管内压力设置400mbar，进行后氧化工艺85min；
步骤(7)为：停止通入大氧氧气，通入10L氮气，时间40min，同时工艺进行降温，设定温度800℃；
步骤(8)为：通入破真空氮气进行破真空，将装有硅片的石英舟拉出，工艺结束完成。
本对比例中其他实施方式与实施例1一致。
如图1所示，对比例1的工艺是在高温900℃以上，通入氧气的方式进行氧化工艺，而本发明实施例1在高温900℃以上，采用通入分步干氧+水氧+干氧相结合的方式，保证氧化层生长厚度的条件下，缩短工艺时间，提升转换效率，如图4所示。
实施例1的湿氧工艺相比传统硼扩工艺，工艺时间缩短15-20min，产能得到提升。
扩散方阻&外观BSG如图2所示，实施例1与对比例1中制得硅片的方阻均匀性无明显差异，BSG均匀性差异在1％以内，无明显恶化的趋势。
对采用对比例1与实施例1工艺制得的电池进行结型表征，ECV&电性能数据如图3所示，由图3可知，实施例1中产品结型测试表面源保持较低浓度(和对比例1硼扩散工艺相比，差异不明显)，结深较对比例1常规干氧工艺略深。
图4是采用实施例1与对比例1中方法，最终制得的产品电池的性能对比图；图中，Eta表示转化效率，Voc表示开路电压，Isc表示短路电流，FF表示填充因子，Rs表示太阳电池的串联电阻，Rsh表示太阳电池的并联电阻；表2中的电性能数据为平均值。电性能数据如图4所示，与对比例1常规干氧工艺相比，实施例1中，表面浓度的降低使Voc有提升，FF略低，Rs接触有上升，整体电池转换效率提升0.05％。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例的所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，其特征是，包括以下步骤：
(1)将装有硅片的小舟放进炉管内，炉管内温度750℃-780℃；
(2)炉管进行抽真空，同时斜率升温至790℃-850℃；
(3)检漏；
(4)通源沉积，通入BCl3/O2/N2进行扩散，压力100-300mbar，温度790℃-850℃；
(5)通入氮气，同时升温至970℃-990℃，进行无氧推进；
(6)通入氮气，同时通入氧气，同步升温至1040℃，管内压力设置为400-800mbar，进行后氧化工艺；
(7)工艺温度降温至960℃-980℃，降温期间保持通入氧气；
(8)保持通入大氧氧气，同时通入小氧，流经纯水瓶携带水汽，炉内工艺温度960℃-980℃；
(9)停止通入大氧及携水汽小氧，通入氮气，同时工艺进行降温，设定温度800℃；
(10)通入氮气进行破真空，将装有硅片的石英舟拉出，工艺完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，其特征是，步骤(2)中，斜率升温至790℃-850℃所用时间为20-30min。
3.根据权利要求1所述的一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，其特征是，步骤(3)中，将炉管压力抽至100-150mbar后，关闭进气/抽气阀，进行炉管真空检漏。
4.根据权利要求1所述的一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，其特征是，步骤(4)中，通入0.1-0.3slm BCl3，0.3-1slm O2，2-5slm N2，时间10-30min。
5.根据权利要求1所述的一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，其特征是，步骤(5)中，通入2L-5L氮气，同时升温至970℃-990℃，进行无氧推进20-25min。
6.根据权利要求1所述的一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，其特征是，步骤(6)中，通入1L-2L氮气，同时通入10L-20L氧气，同步升温至1040℃，管内压力设置为400-800mbar，进行后氧化工艺40-60min。
7.根据权利要求1所述的一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，其特征是，步骤(7)中，降温期间保持通入10L-20L氧气，工艺时间10-15min。
8.根据权利要求1所述的一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，其特征是，步骤(8)中，保持通入2L-5L大氧氧气，同时通入1L-2L小氧，流经纯水瓶携带水汽，炉内工艺温度960℃-980℃，时间8-10min。
9.根据权利要求1所述的一种基于硼扩散的湿氧氧化扩散工艺，其特征是，步骤(9)中，通入氮气10L-15L，时间40-60min。
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