CN208954949U - 立式扩散炉 - Google Patents

Abstract

一种立式扩散炉，包括竖向设置的炉体，所述炉体的内腔中安装有隔板，所述隔板位于炉体的顶部，并将内腔分隔为位于其上方的扩散腔和位于其下方的工作腔；所述炉体底部设置有与工作腔相连通出气管，所述炉体上安装有进气管，所述进气管内端伸入到炉体内的扩散腔中；所述隔板为设置有连通孔的孔板。立式扩散炉的炉体竖向设置，高温的工艺气体先进入扩散腔中水平分散，再通过隔板上的连通口向下流动到工作腔中，对工作腔中的硅片进行掺杂处理。工艺气体由隔板阻挡，再扩散腔中水平分散，能够消除气体自身重力对气体扩散的影响，使气体在扩散腔中能够扩散均匀，从而使工艺气体均匀的通过隔板的连通孔，对硅片进行掺杂作业，提高硅片的加工质量。

Description

立式扩散炉

技术领域

本实用新型属于半导体制造领域，尤其涉及一种用于硅片加工的立式扩散炉。

背景技术

随着电子信息产业的持续高速发展，激励和带动了集成电路产业的发展，这就为微电子产业发展提供了空前广阔的发展空间，也为半导体专用设备提供了巨大的市场潜力。从微电子行业发展看，半导体器件设计向高密度、高集成度的方向迅速发展，对半导体集成电路新工艺、新技术、新设备提出了越来越高的要求。当前硅片的尺寸由直径150mm发展到300mm，超大规模集成电路ULSI的特征尺寸已从0.5μm、0.35μm发展到0.25μm，集成密度高达1千万个元件。

在所有半导体专用设备中，扩散炉是集成电路生产线前工序的重要工艺设备之一，它的主要用途是对半导体进行掺杂，即在高温条件下将掺杂材料扩散入硅片，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。

随着硅片直径的增大，传统扩散炉在满足工艺要求方面面临很大困难，因此出现了卧式扩散炉。卧式扩散炉虽然能够应用在大尺寸硅片的，但也存在以下缺点：

1.扩散炉的炉口因硅片尺寸的变大而变大，使卧式扩散炉恒温区的横截面上下温度差大；

2.由于工艺气体相比于空气更容易下沉，卧室扩散炉的炉体结构，很难控制氧气浓度和保证进气的均匀性；

3.工艺过程中硅片在高温状态易变形,卧式扩散炉立式放置硅片，仅底部对硅片有支撑，容易产生较大变形；

4.高温扩散时由于温度不均容易发生硅片破碎，破碎后卧式扩散炉反应部位的粘附物、颗粒多，需要清洗反应管、石英舟或碳化硅舟。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有扩散炉存在的问题，提出一种气体和温度分布均匀、硅片不易变形和破碎的立式扩散炉。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种立式扩散炉，包括竖向设置的炉体，所述炉体的内腔中安装有隔板，所述隔板位于炉体的顶部，并将内腔分隔为位于其上方的扩散腔和位于其下方的工作腔；

所述炉体底部设置有与工作腔相连通出气管，所述炉体上安装有进气管，所述进气管内端伸入到炉体内的扩散腔中；

所述隔板为设置有连通孔的孔板。

作为优选，所述炉体顶端的炉壁中心向下凹陷，在扩散腔中形成环状空间。

作为优选，所述进气管的内端位于环状空间中。

作为优选，所述隔板水平设置。

作为优选，所述连通孔设置多个，分为多个通气组，每个通气组中的连通孔都位于同一圆周上，通气组均同心设置。

作为优选，相邻通气组之间的间距由外向内逐渐增大。

作为优选，相邻通气组的连通孔交错设置。

作为优选，所述进气管的内端对准隔板的上表面，与隔板上设置的连通孔交错。

作为优选，所述进气管的外端位于炉体的底部。

作为优选，所述进气管位于扩散腔内的内段为水平设置。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、立式扩散炉的炉体竖向设置，高温的工艺气体先进入扩散腔中水平分散，再通过隔板上的连通口向下流动到工作腔中，对工作腔中的硅片进行掺杂处理。工艺气体由隔板阻挡，再扩散腔中水平分散，能够消除气体自身重力对气体扩散的影响，使气体在扩散腔中能够扩散均匀，从而使工艺气体均匀的通过隔板的连通孔，对硅片进行掺杂作业，提高硅片的加工质量；均匀流入工作腔的工艺气体，也是其携带的热量在工作腔内均匀分布，避免工作腔内横截面上存在温度差，保证硅片加工质量；工艺气体自上而下流动，为了使硅片表面与气体充分接触，硅片水平放置在工作腔中，硅片两端均通过工作腔内设置的工装搭接固定，提高了硅片固定的稳定性，降低了硅片变形的概率；硅片在高温的工艺气体处理过程中发生破裂，其碎片也容易下落到炉体底部，难以残留在炉体内部，便于清理。

2、炉体顶部的炉壁中心下凹，形成环状空间，使进气管送入扩散腔的工艺气体，迅速分布在环状空间中，在炉体横截面整个圆周上都充分分布，从而保证气体能够迅速在扩散腔中均匀扩散，再通过隔板上的连通孔向下流入工作腔，能够加快气体的扩散速度，从而防止气体未充分扩散就通过连通孔流入工作腔，保证工作腔中气体分布的均匀性。

3、进气管的内端位于环状空间，使刚进入的工艺气体先进入环状空间进行周向扩散，从而加快气体扩散的速度，保证气体分布的均匀性。

4、隔板水平设置，避免气体自身重力遇到倾斜表面下滑，防止因此造成气体分布不均，引导气体水平方向上扩散，消除气体本身重力对扩散的影响，保证气体在扩散腔中能够均匀分散。

5、隔板上的连通孔分布在圆周上，使扩散后的气体能够从隔板的各个角度位置的连通孔均匀通过，使在扩散腔内均匀分散的气体进入工作腔后，仍保持均匀分布。相邻通气组的连通孔交错，进一步保证隔板上各个角度位置均分布有连通孔，从而保证气体均匀通过隔板。相邻通气组的间距外向内逐渐增大，使位于隔板外侧的通气组分布集中，进而使连通孔较为集中的分布在环状空间的下方，使环状空间中快速分散的气体通过下方连通孔进入到工作腔中，在保证气体均匀分布的同时，使气体能够快速的进入到工作腔中，提高掺杂作业的工作效率。

6、进气管的内端对准隔板表面没有连通孔的位置，使进入的工艺气体先碰到隔板表面，使隔板直接阻挡气体流动，加快气体的分散，使气体均匀分布。

7、进气管内段水平分布，不会阻碍气体流动，使工艺气体的流动顺畅，从而能够保证气体能够以较高的流速进入到扩散腔，从而快速扩散均匀。

附图说明

图1为立式扩散炉的竖向剖视结构示意图；

图2为图1中A部位的局部放大图；

图3为立式扩散炉的横向剖视结构示意图；

以上各图中：1、炉体；11、扩散腔；12、工作腔；13、炉壁；14、环状空间；2、隔板；21、连通孔；3、出气管；4、进气管。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至3所示，立式扩散炉包括竖向设置的炉体1，即炉体1的轴线竖直设置。

炉体1的内腔中安装有隔板2，将炉体1的内腔分隔为扩散腔11和工作腔12。

扩散腔11和工作腔12分别位于隔板2的上方和下方。

炉体1上安装有进气管4，进气管4内端伸入到炉体1内的扩散腔11中。

隔板2为设置有连通孔21的孔板。

炉体1底部设置有与工作腔12相连通出气管3。

工作时，将硅片水平放置到工作腔12中，通过进气管4向炉体1内通入工艺气体。

工艺气体先进入扩散腔11，由于隔板2的阻挡，工艺气体先充满扩散腔11，并在扩散腔1内均匀分散，然后通过隔板2的连通孔21向下流入到工作腔12中。

进入到工作腔12的工艺气体自上而下流动，水平放置的硅片，其表面正对上方的隔板，使自上而下流动的工艺气体直接吹到硅片表面上，对硅片进行掺杂处理，然后流动到工作腔12底板，通过出气管3排出到炉体1外。

进入扩散腔11工艺气体由隔板2阻挡，在扩散腔12中水平分散，能够消除气体自身重力对气体扩散的影响，使气体在扩散腔12中能够扩散均匀，从而使工艺气体均匀的通过隔板2的连通孔21，对硅片进行掺杂作业，使硅片接触的工艺气体浓度均匀，提高硅片的加工质量。

均匀进入工作腔12的工艺气体，其自身携带的热量也随之分布均匀，避免工作腔12内横截面上存在温度差，保证硅片加工质量。

由于工艺气体自上而下流动，为了使硅片表面与气体充分接触，硅片水平放置在工作腔12中，硅片两端均通过工作腔12内设置的工装搭接固定，提高了硅片固定的稳定性，降低了硅片变形的概率。

炉体1竖直设置，当硅片在高温的工艺气体处理过程中发生破裂时，其碎片也容易下落到炉体底部，难以残留在炉体1内部，便于清理。

隔板2位于炉体1的顶部，使扩散腔11空间较小，进入的工艺气体能够快速充满扩散腔11，从而迅速扩散均匀，提高了气体扩散的速度。

为了进一步加快气体的扩散速度，炉体1顶端的炉壁13中心向下凹陷，在扩散腔11中形成环状空间14。

进气管4的内端位于环状空间14中，通过进气管4送入扩散腔11的工艺气体，迅速分布在环状空间14中，从而在炉体1横截面整个圆周上都充分分布，从而保证气体能够迅速在扩散腔中均匀扩散，再通过隔板2上的连通孔21向下流入工作腔12，能够加快气体的扩散速度，从而防止气体未充分扩散就通过连通孔21流入工作腔12，保证工作腔12中气体分布的均匀性。

为了消除气体自身重力对扩散的影响，隔板2水平设置。

隔板2位于扩散腔11的上表面呈水平状态，气体接触隔板2后，不会因隔板2倾斜形成下滑集中，从而水平方向流动，均匀扩散到扩散腔11中，保证气体在扩散腔11中能够均匀分散.

连通孔21设置多个，分为多个通气组。每个通气组中的连通孔21都位于同一圆周上，使通气组呈环状，并且通气组均同心设置。

相邻通气组的连通孔交错设置，使连通孔21分布到隔板2周向上各个角度位置，使隔板2周向各个位置都能够向工作腔12送入工艺气体，保证进入工作腔12内气体的均匀性。

相邻通气组所述圆环之间的间距，由隔板2外侧向中心，间距逐渐增大，使位于隔板2外侧的通气孔21分布较为密集。

并且隔板2外侧分布密集的通气孔21与上方环状空间14对齐，使环状空间14中快速分散的气体通过下方连通孔21进入到工作腔12中，在保证气体均匀分布的同时，使气体能够快速的进入到工作腔12中，提高掺杂作业的工作效率。

进气管4的外端位于炉体1的底部，使进气管4中段竖直设置，工艺气体进入扩散腔11之前，先充分向上流动，气流使其完全向上流入扩散腔11，避免气体自身重力使其一部分沉积在进气管4底部。

进气管4位于扩散腔11内的内段为水平设置，使进气管4内端与中段之间的弯折程度适中，连接部不会对气流的流动形成阻碍。并且水平的进气管4内端也不会阻碍气体的流动，使工艺气体的流动顺畅，从而能够保证气体能够以较高的流速进入到扩散腔11，从而快速扩散均匀。

Claims (10)

1.一种立式扩散炉，其特征在于，包括竖向设置的炉体(1)，所述炉体(1)的内腔中安装有隔板(2)，所述隔板(2)位于炉体(1)的顶部，并将内腔分隔为位于其上方的扩散腔(11)和位于其下方的工作腔(12)；

所述炉体(1)底部设置有与工作腔(12)相连通出气管(3)，所述炉体(1)上安装有进气管(4)，所述进气管(4)内端伸入到炉体(1)内的扩散腔(11)中；

所述隔板(2)为设置有连通孔(21)的孔板。

2.根据权利要求1所述的立式扩散炉，其特征在于，所述炉体(1)顶端的炉壁(13)中心向下凹陷，在扩散腔(11)中形成环状空间(14)。

3.根据权利要求2所述的立式扩散炉，其特征在于，所述进气管(4)的内端位于环状空间(14)中。

4.根据权利要求1所述的立式扩散炉，其特征在于，所述隔板(2)水平设置。

5.根据权利要求1所述的立式扩散炉，其特征在于，所述连通孔(21)设置多个，分为多个通气组，每个通气组中的连通孔(21)都位于同一圆周上，通气组均同心设置。

6.根据权利要求5所述的立式扩散炉，其特征在于，相邻通气组之间的间距由外向内逐渐增大。

7.根据权利要求5所述的立式扩散炉，其特征在于，相邻通气组的连通孔交错设置。

8.根据权利要求1所述的立式扩散炉，其特征在于，所述进气管(4)的内端对准隔板(2)的上表面，与隔板(2)上设置的连通孔(21)交错。

9.根据权利要求1所述的立式扩散炉，其特征在于，所述进气管(4)的外端位于炉体(1)的底部。

10.根据权利要求1所述的立式扩散炉，其特征在于，所述进气管(4)位于扩散腔(11)内的内段为水平设置。