TWI640034B - 摻雜氣體緩衝裝置、摻雜氣體供給裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種摻雜氣體緩衝裝置、摻雜氣體供給裝置及方法，所述摻雜氣體緩衝裝置包括本體、覆蓋本體外表面，用於為本體加熱的加熱裝置、安裝在所述加熱裝置外部，用於帶動本體及加熱裝置持續上下移動的運動裝置及安裝在所述本體的進氣口和出氣口端的密封裝置，對本體採用磁流體密封，以使摻雜氣體與外部環境隔離；摻雜氣體供給方法步驟為，摻雜氣體稀釋裝置向摻雜氣體緩衝裝置充入摻雜氣體，摻雜氣體緩衝裝置向反應室排出摻雜氣體。本發明加熱裝置以及運動裝置有助於摻雜氣體游離出鋼制的氣缸外，可以使摻雜氣體在低濃度下的長期穩定性，從而使摻雜氣體在送入反應室前可以儲存，而避免排放到濕式尾氣處理器中而造成浪費。

Description

摻雜氣體緩衝裝置、摻雜氣體供給裝置及方法

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種摻雜氣體緩衝裝置、摻雜氣體供給裝置及方法。

摻雜氣體廣泛應用於矽磊晶製程中，來實現N型和P型矽層的製作。通常摻雜氣體如B₂H₆和PH₃等，其濃度通常由氫氣稀釋到百萬分之一數量級，並儲存於圓柱狀不銹鋼材料製成的氣缸內。然而，矽磊晶沉積物中只需要十億分之一數量級濃度的摻雜氣體，這意味著摻雜氣體在進入反應室之前需要進一步由氫氣進行稀釋。隨著進一步的稀釋，摻雜氣體分子傾向于滲透到鋼制的氣缸內壁中，從而降低了摻雜氣體在低濃度下的長期穩定性。

現有技術中通過在矽磊晶製程中，即時稀釋氣體，然後立即供給矽磊晶反應室的方法來避免摻雜氣體擴散到氣缸中。如第1圖所示，第1圖是現有的摻雜氣體供給裝置結構圖，摻雜氣體供給裝置1包括摻雜氣體稀釋裝置20、反應室40及濕式尾氣處理器50，其輸入稀釋氣體10及摻雜氣體11，稀釋氣體10及摻雜氣體11進入摻雜氣體稀釋裝置20混合稀釋，然後排到反應室40與濕式尾氣處理器50。

然而，現有技術的弊端為摻雜氣體使用率較低，如第2圖所示，第2圖是現有的摻雜氣體供給裝置示意圖，氣體品質流速控制器MFC1與MFC3的氣體品質流速為每分鐘20升(標準大氣壓情況下)，氣體品質流速控制器MFC2與MFC4的氣體品質流速為每分鐘200毫升(標準大氣壓情況下)，稀釋氣體10和摻雜氣體11在摻雜氣體稀釋裝置20中按照100比1的比例進行混合和稀釋製程，摻雜氣體由百萬分之一數量級濃度稀釋到十億分之一數量級濃度，然後十億分之一數量級濃度的摻雜氣體一部分通過氣體品質流速控制器MFC5直接排到反應室40進行矽磊晶製程，其餘經過背壓閥BPR1排到濕式尾氣處理器50進行處理，然後排放到外部環境中，由於只有排到反應室40的摻雜氣體是用於矽磊晶製程的，其餘的摻雜氣體直接排放掉，氣體品質流速控制器MFC5的氣體品質流速為每分鐘200毫升(標準大氣壓情況下)，摻雜氣體在氣體品質流速控制器MFC1與MFC2的氣體品質總流速為每分鐘20.2升(標準大氣壓情況下)，因此，摻雜氣體的使用率低於1%。

因此，需要設計一種提高摻雜氣體使用率的裝置及提高摻雜氣體使用率的方法。

本發明的目的在於提供一種摻雜氣體緩衝裝置、摻雜氣體供給裝置及方法，以解決現有的摻雜氣體使用率低的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種摻雜氣體緩衝裝置，所述摻雜氣體緩衝裝置包括本體、加熱裝置、運動裝置及密封裝置，其中： 所述加熱裝置覆蓋所述本體外表面，用於為本體加熱；所述運動裝置安裝在所述加熱裝置外部，用於帶動本體及加熱裝置持續上下移動；所述密封裝置安裝在所述本體的進氣口和出氣口端，用於對本體內的摻雜氣體進行密封。

可選的，在所述的摻雜氣體緩衝裝置中，所述本體為不銹鋼罐。

可選的，在所述的摻雜氣體緩衝裝置中，所述加熱裝置為加熱套。

可選的，在所述的摻雜氣體緩衝裝置中，所述加熱裝置使本體外表面溫度保持在40℃~50℃。

可選的，在所述的摻雜氣體緩衝裝置中，所述運動裝置為電梯裝置。

可選的，在所述的摻雜氣體緩衝裝置中，所述密封裝置為磁流體密封裝置。

可選的，在所述的摻雜氣體緩衝裝置中，所述摻雜氣體緩衝裝置還包括氣體壓力測量裝置，用於測量所述摻雜氣體緩衝裝置內的氣體壓力。

本發明還提供一種摻雜氣體供給裝置，所述摻雜氣體供給裝置包括摻雜氣體稀釋裝置、摻雜氣體緩衝裝置及反應室，其中：所述摻雜氣體稀釋裝置連接所述摻雜氣體緩衝裝置；所述摻雜氣體緩衝裝置連接所述反應室。

可選的，在所述的摻雜氣體供給裝置中，所述摻雜氣體稀釋裝置與所述摻雜氣體緩衝裝置通過氣體壓縮機連接。

可選的，在所述的摻雜氣體供給裝置中，所述摻雜氣體緩衝裝置與所述反應室通過分流裝置連接。

本發明還提供一種摻雜氣體供給方法，所述摻雜氣體供給方法步驟如下：S1：摻雜氣體稀釋裝置向摻雜氣體緩衝裝置充入摻雜氣體；S2：摻雜氣體緩衝裝置向反應室排出摻雜氣體。

可選的，在所述的摻雜氣體供給方法中，所述步驟S1直至所述摻雜氣體緩衝裝置中的摻雜氣體的氣體壓力測量值等於第一極限值停止。

可選的，在所述的摻雜氣體供給方法中，所述第一極限值的範圍為100~150磅/平方英寸。

可選的，在所述的摻雜氣體供給方法中，所述步驟S2直至所述摻雜氣體緩衝裝置中的摻雜氣體的氣體壓力測量值等於第二極限值停止。

可選的，在所述的摻雜氣體供給方法中，所述第二極限值為50磅/平方英寸。

在本發明提供的摻雜氣體緩衝裝置中，通過加熱裝置對本體的加熱以及運動裝置帶動本體持續上下移動，有助於已經進入本體即不銹鋼罐分子的摻雜氣體游離出不銹鋼罐分子外，可以保持摻雜氣體在低濃度下的長期穩定性，從而使摻雜氣體在送入反應室前可以儲存，而避免排放 到外部環境中而造成浪費；同時，密封裝置對本體採用磁流體密封，以使運動裝置帶動本體上下移動而不影響本體與外部的密封性，使摻雜氣體與外部環境隔離。在本發明提供的摻雜氣體供給方法中，通過將已經稀釋的摻雜氣體全部輸入到摻雜氣體緩衝裝置中進行儲存和流量控制，可以對摻雜氣體隨用隨取，而不要排放到外部環境中，提高了摻雜氣體的使用率，避免浪費。

1‧‧‧摻雜氣體供給裝置

10‧‧‧稀釋氣體

11‧‧‧摻雜氣體

20‧‧‧摻雜氣體稀釋裝置

30‧‧‧摻雜氣體緩衝裝置

31‧‧‧本體

32‧‧‧加熱裝置

33‧‧‧運動裝置

34‧‧‧密封裝置

35‧‧‧測量裝置

40‧‧‧反應室

50‧‧‧濕式尾氣處理器

60‧‧‧氣體壓縮機

70‧‧‧分流裝置

第1圖是現有的摻雜氣體供給裝置結構圖；第2圖是現有的摻雜氣體供給裝置示意圖；第3圖是本發明實施例一中的摻雜氣體緩衝裝置示意圖；第4圖是本發明實施例二中的摻雜氣體供給裝置結構圖；第5圖是本發明實施例二中的摻雜氣體供給裝置示意圖；第6圖是本發明實施例三中的摻雜氣體供給裝置示意圖。

以下結合附第3圖~第6圖和四個具體實施例對本發明提出的摻雜氣體緩衝裝置、摻雜氣體供給裝置及方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

本發明的核心思想在於提供一種提高摻雜氣體使用率的裝 置及提高摻雜氣體使用率的方法，保持摻雜氣體在低濃度下的長期穩定性，從而使摻雜氣體在送入反應室前可以儲存，而避免排放到外部環境中而造成浪費。

為實現上述思想，本發明提供了一種摻雜氣體緩衝裝置，包括本體、覆蓋本體外表面的加熱裝置、安裝在加熱裝置外部，用於帶動本體及加熱裝置持續上下移動的運動裝置及安裝在本體的進氣口和出氣口端密封裝置，本發明還提供了一種摻雜氣體供給方法，包括：摻雜氣體稀釋裝置向摻雜氣體緩衝裝置充入摻雜氣體及摻雜氣體緩衝裝置向反應室排出摻雜氣體。

<實施例一>

如第3圖所示，第3圖是本發明實施例一中的摻雜氣體緩衝裝置示意圖。

本發明提供一種摻雜氣體緩衝裝置30，所述摻雜氣體緩衝裝置30包括本體31、加熱裝置32、運動裝置33及密封裝置34，其中：所述加熱裝置32覆蓋所述本體31外表面，用於為本體31加熱；所述運動裝置33安裝在所述加熱裝置32外部，用於帶動本體31及加熱裝置32持續上下移動；所述密封裝置34安裝在所述本體31的頂端的進氣口和出氣口端，用於對本體31內的摻雜氣體進行密封。

具體的，在所述的摻雜氣體緩衝裝置30中，所述本體31為不銹鋼罐。在所述的摻雜氣體緩衝裝置30中，所述加熱裝置32為加熱套。加熱裝置32使本體外表面溫度保持在40℃~50℃，由於摻雜氣體緩衝裝置30中的摻雜氣體是易爆燃的氣體，所以溫度不能過高。摻雜氣體緩衝裝置中的 運動裝置33為電梯裝置，運動裝置最好包裹住本體31和加熱裝置32的外表面和底板，使本體31和加熱裝置32穩固的固定在運動裝置33上，而不會在運動中出現傾倒，運動裝置33持續上下運動，保持一定的頻率不變。

進一步的，摻雜氣體緩衝裝置中，所述密封裝置34為磁流體密封裝置，磁流體密封技術是在磁性流體的基礎上發展而來的，當磁流體注入磁場的間隙時，它可以充滿整個間隙，形成一種“液體的O型密封圈”。磁流體密封裝置的功能是把旋轉或上下運動傳遞到密封容器內，常用於真空密封，密封裝置34可以使本體31在上下移動時，與其相連的氣體管道與本體31的氣體出入口之間的縫隙由密封裝置34內的磁流體充滿，使兩者保持緊密相接，氣體管道和本體31內的氣體不會洩露到外部環境中。

具體的，摻雜氣體緩衝裝置30還包括氣體壓力測量裝置35，用於測量所述摻雜氣體緩衝裝置30內的氣體壓力，即時監測的測量值可以回饋到氣體管路控制系統中，在摻雜氣體緩衝裝置30中的摻雜氣體壓力過高或過低時，及時充入和排出，或停止充入和排出。

本實施例的加熱裝置32以及運動裝置33有助於摻雜氣體游離出鋼制的氣缸即本體31外，可以使摻雜氣體在低濃度下的長期穩定性，從而使摻雜氣體在送入反應室40前可以儲存，而避免排放到濕式尾氣處理器50中而造成浪費。

<實施例二>

第4圖是本發明實施例二中的摻雜氣體供給裝置結構圖；本實施例中的摻雜氣體供給裝置1，包括摻雜氣體稀釋裝置20、摻雜氣體緩衝裝置30及反應室40，其中：所述摻雜氣體稀釋裝置20連 接所述摻雜氣體緩衝裝置30；所述摻雜氣體緩衝裝置30連接所述反應室40。與現有技術不同的是，本實施例中的摻雜氣體供給裝置1由摻雜氣體緩衝裝置30替代濕式尾氣處理器50，從而使摻雜氣體在送入反應室前可以儲存，而避免排放到外部環境中而造成浪費。

第5圖是本發明實施例二中的摻雜氣體供給裝置示意圖；本實施例中的摻雜氣體供給裝置1中，摻雜氣體稀釋裝置20與摻雜氣體緩衝裝置30通過氣體壓縮機60連接。氣體壓縮機60將摻雜氣體稀釋裝置20輸出的摻雜氣體壓縮為液體，方便儲存在摻雜氣體緩衝裝置30中，使摻雜氣體緩衝裝置30儲存的氣體量更大。

進一步的，在所述的摻雜氣體供給裝置中，摻雜氣體緩衝裝置30與反應室40通過分流裝置70連接。分流裝置70用於控制摻雜氣體緩衝裝置30輸出的摻雜氣體的流量，並按反應室40需要的流量，精確的送入到各個反應室40中。

<實施例三>

第6圖是本發明實施例三中的摻雜氣體供給裝置示意圖；與實施例二的區別在於：本實施例的摻雜氣體供給裝置1分兩路供給管路，每一路各有一個摻雜氣體稀釋裝置20及摻雜氣體緩衝裝置30，其中，兩個摻雜氣體緩衝裝置30共用一個運動裝置33，運動裝置33相比上一實施例，優選地，有更大的容積和功率，並且在兩個本體31之間有隔離裝置，以防止兩個本體31發生機械干涉或互相碰撞。

總之，上述實施例一至三摻雜氣體緩衝裝置的不同質性進行了詳細說明，當然，本發明包括但不局限於上述實施中所列舉的構型，任 何在上述實施例提供的構型基礎上進行變換的內容，均在本發明的保護範圍之內。

<實施例四>

本實施例提供的摻雜氣體供給方法，步驟如下：S1：摻雜氣體稀釋裝置向摻雜氣體緩衝裝置充入摻雜氣體；S2：摻雜氣體緩衝裝置向反應室排出摻雜氣體。

在所述的摻雜氣體供給方法中，步驟S1直至所述摻雜氣體緩衝裝置中的摻雜氣體的氣體壓力測量值等於第一極限值停止。第一極限值的範圍為100~150磅/平方英寸。摻雜氣體緩衝裝置30中的測量裝置35對摻雜氣體緩衝裝置30中的摻雜氣體的氣體壓力進行測量和實施監測，由於摻雜氣體易燃易爆且有毒性，如果氣體壓力過大，易發生爆燃和洩漏，造成安全事故和人身傷害。

在所述的摻雜氣體供給方法中，步驟S2直至所述摻雜氣體緩衝裝置中的摻雜氣體的氣體壓力測量值等於第二極限值停止。第二極限值為50磅/平方英寸。如果氣體壓力過小，並且容易沉澱在本體31底部，氣體不易被排出，氣體流量不能達到反應室40的流量要求，造成供給不足。另外，氣體量過少，氣體活性變低，進入本體31內壁後不易游離出，也會使進入本體31內壁的摻雜氣體對總氣體濃度的精度影響較大，對後續製程不利。

本說明書中各個實施例採用遞增的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參考即可。對於實施例公開的系統而言，由於與實施例公開的方法相 對應，所以描述得比較簡單，相關之處請參閱方法部分的說明即可。

上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。

Claims (10)

1. 一種摻雜氣體緩衝裝置，所述摻雜氣體緩衝裝置包括本體、加熱裝置、運動裝置及密封裝置，其中：所述加熱裝置覆蓋所述本體外表面，用於為所述本體加熱；所述運動裝置安裝在所述加熱裝置外部，用於帶動所述本體及所述加熱裝置持續上下移動；所述密封裝置安裝在所述本體的進氣口和出氣口端，用於對所述本體內的摻雜氣體進行密封。
2. 如請求項1所述的摻雜氣體緩衝裝置，其中所述本體為不銹鋼罐。
3. 如請求項1所述的摻雜氣體緩衝裝置，其中所述加熱裝置為加熱套。
4. 如請求項1所述的摻雜氣體緩衝裝置，其中所述加熱裝置使所述本體外表面溫度保持在40℃~50℃。
5. 如請求項1所述的摻雜氣體緩衝裝置，其中所述運動裝置為電梯裝置。
6. 如請求項1所述的摻雜氣體緩衝裝置，其中所述密封裝置為磁流體密封裝置。
7. 如請求項1所述的摻雜氣體緩衝裝置，其中所述摻雜氣體緩衝裝置還包括氣體壓力測量裝置，用於測量所述摻雜氣體緩衝裝置內的氣體壓力。
8. 一種包含如請求項1之所述摻雜氣體緩衝裝置的摻雜氣體供給裝置，還包括摻雜氣體稀釋裝置及反應室，其中：所述摻雜氣體稀釋裝置連接所述摻雜氣體緩衝裝置；所述摻雜氣體緩衝裝置連接所述反應室。
9. 如請求項8所述的摻雜氣體供給裝置，其中所述摻雜氣體稀釋裝置與所述摻雜氣體緩衝裝置通過氣體壓縮機連接。
10. 如請求項8所述的摻雜氣體供給裝置，其中所述摻雜氣體緩衝裝置與所述反應室通過分流裝置連接。