CN117005035A - 半导体扩散设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于半导体芯片制造技术领域，具体涉及一种半导体扩散设备。本申请中的半导体扩散设备包括外管、内管、晶舟和气体供应管，外管的内部限定出反应腔，内管插接至反应腔内，内管的内周壁上设有多个环状凸起，任一个环状凸起均设有开口，且多个环状凸起的开口设于同一直线上，晶舟设于内管形成包容空间内并与内管沿同一方向设置，气体供应管设于多个开口内。根据本申请中的半导体扩散设备，通过在内管的内周壁上设置多个环状凸起，能够有效地减少晶舟与内管的内壁面间的间隙，从而保证晶圆表面的扩散均匀，提高晶圆的质量。

Description

半导体扩散设备

技术领域

本申请属于半导体芯片制造技术领域，具体涉及一种半导体扩散设备。

背景技术

扩散工艺是集成电路制造中最主要的掺杂工艺，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将晶圆至上而下逐个放入晶舟中，从而对大批量晶圆同时进行扩散，由此提高生产效率。

然而，晶舟与扩散炉的内壁间具有较大的间隙，从而导致晶圆表面的扩散不均匀，进而影响晶圆的质量。

申请内容

本申请的目的是至少解决晶舟与扩散炉的内壁面之间具有较大间隙的问题。该目的是通过以下方式实现的：

本申请提出了一种半导体扩散设备，所述半导体扩散设备包括：

外管，所述外管的内部限定出反应腔；

内管，所述内管插接至所述反应腔内，所述内管的内周壁上设有多个环状凸起，任一个所述环状凸起均设有开口，且多个所述环状凸起的开口设于同一直线上；

晶舟，所述晶舟设于所述内管形成的包容空间内并与所述内管沿同一方向设置；

气体供应管，所述气体供应管设于所述多个开口内。

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为本申请一实施方式中半导体扩散设备的内部结构示意图；

图2为图1中环状凸起与气体供应管的部分结构示意图；

附图中各标号表示如下：

100：半导体扩散设备；

10：外管、11：反应腔、12：排气通道；

20：内管、21：环形凸起、22：开口；

30：晶舟、31：插槽；

40：气体供应管；

50：加热构件；

60：支撑凸缘；

70：支撑台；

80：排气管道。

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。

结合图1和图2所示，本实施方式中的半导体扩散设备为立体式扩散炉100，主要用于对氮化物和/或氧化物与多晶硅的扩散及沉积工艺，其中包括外管10、内管20、晶舟30和气体供应管40。外管10的内部限定出反应腔11，内管20插接至反应腔11内，内管20的内周壁上设有多个环状凸起21，任一个环状凸起21均设有开口22，且多个环状凸起21的开口22设于同一直线上，晶舟30设于内管20形成的包容空间内并与内管20沿同一方向设置，气体供应管40设于多个开口22内。其中，为了清楚显示气体供应管40的结构，省去了图1中所示位置的内管20左侧内壁上的环状凸起21的结构。

根据本申请中的半导体扩散设备100，通过在内管20的内周壁上设置多个环状凸起21，能够有效地减少晶舟30与内管20的内壁面间的间隙，从而保证晶圆表面的扩散均匀，提高晶圆的质量，同时，由于在多个环状凸起21上均设有沿同一直线设置的开口22，并将气体供应管40置于开口22内，能够有效地避免晶舟30转动过程中对气体供应管40造成碰撞，提高设备使用的安全性。

如图1所示，本实施方式中的外管10的外观设置为倒杯形，其底部呈开口状且顶部闭合，内部设有用于晶圆进行扩散工艺的反应腔11。内管20设于反应腔11内，内管20的外壁面和外管10的内壁面间间隔一定距离设置，从而在内管20和外管10之间形成用于气流流出的排气通道12。内管20的上下端均呈开口状，晶舟40能够通过内管20的底部开口插入至内管20形成的包容空间内，并使置于晶舟40上的晶圆与内管20中的反应气体充分接触并反应，并最终将反应后的气体通过内管20的顶部开口流入至排气通道12内并排出反应腔11。本实施方式中外管10和内管20均为石英管，但不局限于石英管。

再如图1所示，本实施方式中外管10和内管20的底部设有支撑凸缘60，支撑凸缘60用于固定支撑外管10和内管20。支撑凸缘60同样呈上下两端开口的形状，以便将晶舟40设于反应腔11内。支撑凸缘60的顶部沿径向方向向外延伸，从而形成用于支撑外管10的外凸缘，支撑凸缘60上靠近底部位置的内壁面沿径向方向向内延伸，从而形成用于支撑内管20的内凸缘。气体供应管40从支撑凸缘60上处于内凸缘下方的侧壁穿入至内管20形成的包容空间内，从而进行气体供应。气体供应管40设有多个喷气孔(图中未示出)，多个喷气孔均朝向晶舟30设置，从而使供应气体直接流向晶圆并与晶圆相接触，避免造成供应气体的浪费。

其中，气体供应管路40能够向反应腔11内分别提供反应气体和净化气体。反应气体用对晶圆进行扩散，净化气体用于对扩散后的内管20进行清洁。相应的，本实施方式中的半导体扩散设备100还包括排气管道80，排气管道80设于支撑凸缘60上与气体供应管路40所在侧壁相对设置的另一侧壁上，从而使反应气体和净化气体分别与反应腔11内的晶圆充分接触后再通过排气管道80排出。

本实施方式中的晶舟30从支撑凸缘60的底部插入至反应腔11内，并通过将支撑台70支撑固定，支撑台70的顶面与支撑凸缘60的底面贴合设置，从而保证反应腔11的密封性，防止气体泄漏现象的产生。其中，支撑台70能够带动晶舟30沿竖直方向运动，从而使置于晶舟30上晶圆完全处于内管20形成的包容空间内。同时，支撑台70还能够带动晶舟30做旋转运动，从而使反应气体和净化气体分别与反应腔11内的晶圆充分接触，保证晶圆的扩散均匀。其中，反应气体可以是BCl₃或BF₃，净化气体为O₂。为便于半导体扩散设备100的整体结构设计以及扩散的均匀性，本实施方式中的外管10、内管20和晶舟30同轴设置。

本实施方式中的半导体扩散设备100还包括加热构件50，加热构件50套设于外管10的外部，用于对反应腔11进行加热，从而使反应腔11内的温度达到晶圆扩散工艺的需求。

再结合图1和图2所示，本实施方式中的多个环状凸起11各自所在的平面分别与内管20的轴向方向相垂直，即本实施方式中的环状凸起11沿水平方向设置，从而能够便于根据晶圆的数量调节相邻两个环状凸起11间的间距，进而有效地减小晶圆与内管20的内壁间的间隙。多个环状凸起11的开口12处于同一直线上并沿竖直方向设置，从而限定了气体供应管40沿竖直方向设置。在本申请的其他实施方式中，多个环状凸起11各自所在的平面也可与水平方向成一定夹角设置。

本实施方式中的晶舟30设有多个用于装载晶圆的插槽31，插槽31沿水平方向设置，从而使设于插槽31上的晶圆水平设置，并与环状凸起11的设置方向相一致，从而便于对晶圆与内管20的内壁面间的间隙的控制。由于插槽31的数量代表了晶圆的数量，因此环状凸起11的数量与插槽31的数量对应设置。本实施方式中，插槽31的数量与环状凸起11的数量相一致，即每一个晶圆的外部都环设有一个环状凸起11，从而有效地减小晶圆与内管20的内壁面间的间隙。

具体地，本实施方式中的环状凸起11的轴向厚度尺寸为1mm～3mm，即环状凸起11在竖直方向内的厚度为1mm～3mm。环状凸起11的径向厚度尺寸为3mm～10mm，即环状凸起11在水平方向内由内管20的内壁面朝向晶舟30的延伸尺寸为3mm～10mm。

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)

1.一种半导体扩散设备，其特征在于，包括：

外管，所述外管的内部限定出反应腔；

内管，所述内管插接至所述反应腔内，所述内管的内周壁上设有多个环状凸起，任一个所述环状凸起均设有开口，且多个所述环状凸起的开口设于同一直线上；

晶舟，所述晶舟设于所述内管形成的包容空间内并与所述内管沿同一方向设置；

气体供应管，所述气体供应管设于所述多个开口内。

2.根据权利要求1所述的半导体扩散设备，其特征在于，所述晶舟设有多个用于装载晶圆的插槽，所述环状凸起的数量与所述插槽的数量对应设置。

3.根据权利要求1所述的半导体扩散设备，其特征在于，所述环状凸起的轴向厚度尺寸为1mm～3mm。

4.根据权利要求1所述的半导体扩散设备，其特征在于，所述环状凸起的径向厚度尺寸为3mm～10mm。

5.根据权利要求1所述的半导体扩散设备，其特征在于，多个所述环状凸起各自所在的平面分别与所述内管的轴向方向相垂直。

6.根据权利要求1所述的半导体扩散设备，其特征在于，多个所述环状凸起的开口沿所述内管的轴向方向设置。

7.根据权利要求1所述的半导体扩散设备，其特征在于，所述气体供应管设有多个喷气孔，所述喷气孔朝向所述晶舟设置。

8.根据权利要求1所述的半导体扩散设备，其特征在于，所述半导体扩散设备还包括加热构件，所述加热构件套设于所述外管的外部。

9.根据权利要求1所述的半导体扩散设备，其特征在于，所述外管、所述内管和所述晶舟同轴设置。

10.根据权利要求1所述的半导体扩散设备，其特征在于，所述半导体扩散设备为立式扩散炉或卧式扩散炉中的一种。