專利名稱：熱處理爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在半導(dǎo)體基片(通常為硅基片)的熱處理中使用的熱處理爐。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，半導(dǎo)體的熱處理通常在以下設(shè)計(jì)的爐中進(jìn)行，以便防止來自周圍空氣、加熱器等的任何污染。如圖4中所示，高純度石英等的爐芯管21 (該爐芯管21提供有在一端處的開口 22和在另一端處的氣體進(jìn)口導(dǎo)管23)布置在預(yù)先安裝于爐中的柱形加熱器24的內(nèi)部。高純度石英等的舟26 (具有置于其上的半導(dǎo)體基片25)通過開口 22而運(yùn)動(dòng)至爐芯管21中并設(shè)置就位。高純度石英等的蓋27關(guān)閉，以便建立基本緊密密封。高純度的氣體(例如氮?dú)饣驓鍤?從氣體進(jìn)口導(dǎo)管23供給，而氣體通過在芯管21和蓋27之間的較小間隙排出爐外。盡管爐內(nèi)大氣這樣保持清潔，但是仍然進(jìn)行用于摻雜劑擴(kuò)散或氧化的熱處理。圖7表示了使用包括這種芯管的熱處理爐的一個(gè)示例熱處理流程，圖10表示了熱處理的一個(gè)示例時(shí)間順序。將參考這些附圖來介紹現(xiàn)有技術(shù)的熱處理方法。(I)預(yù)定數(shù)目的半導(dǎo)體基片25擱置在舟26上，該舟26在舟站30處保持等待。見圖7 Ca)和圖10⑴。(2)打開芯管21的蓋27。使用高純度石英等的桿(未示出)來迫使上面擱置有半導(dǎo)體基片25的舟26從舟站30運(yùn)動(dòng)至爐中心的預(yù)定位置。見圖7 (a)和圖10 (ii)、(iii)。(3)關(guān)閉蓋27。根據(jù)預(yù)定熱型面對(duì)半導(dǎo)體基片25進(jìn)行熱處理。見圖7 (b)和圖10 (iv)o(4)在熱處理后 打開蓋27。使用桿等迫使上面擱置有半導(dǎo)體基片25的舟26從爐中的預(yù)定位置運(yùn)動(dòng)至舟站30,并在那里冷卻。見圖7 (c)和圖10 (V)至(vii)。在從舟插入至舟取出的期間，高純度氣體(例如氮?dú)?可以連續(xù)地從氣體進(jìn)口導(dǎo)管23供給，以便保持爐中清潔。在該方法中，在舟取出爐外之后，半導(dǎo)體基片必須在舟站冷卻，直到達(dá)到可處理溫度。當(dāng)希望連續(xù)進(jìn)行預(yù)定熱處理時(shí)，系統(tǒng)仍然沒有準(zhǔn)備插入下一批，從而在連續(xù)熱處理批次之間引入等待時(shí)間。除了上述爐芯管，還例如在JP-A H05-102054 (專利文獻(xiàn)1，Sony Corp.，擴(kuò)散爐)中提出了一種在半導(dǎo)體基片熱處理方法中使用的熱處理爐的結(jié)構(gòu)。熱處理爐在這里介紹為包括爐芯管，該爐芯管在一端開口 ；閘板，用于可操作地關(guān)閉開口端；以及隔板，該隔板布置在芯管中并在開口端內(nèi)部，以便確定在隔板和芯管的內(nèi)壁之間的間隙，該閘板提供有通氣孔。這種設(shè)計(jì)據(jù)說消除了由于環(huán)境空氣進(jìn)入而產(chǎn)生的任何不利影響。專利文獻(xiàn)I JP-A H05-10205
發(fā)明內(nèi)容
不過，在包括上述結(jié)構(gòu)的芯管的熱處理爐中，由于其結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體基片必須只通過芯管的一端來進(jìn)入和離開該爐。而且，如上所述，半導(dǎo)體基片在取出熱處理爐之后必須在舟站處進(jìn)行冷卻，直到達(dá)到可處理溫度。對(duì)于連續(xù)實(shí)施的熱處理，這在連續(xù)熱處理批次之間引入等待時(shí)間。特別是，當(dāng)受到相對(duì)較短熱處理持續(xù)時(shí)間的半導(dǎo)體裝置(通常為液晶硅太陽能電池)進(jìn)行熱處理時(shí)，等待時(shí)間在全部熱處理時(shí)間中占據(jù)較高比例，這成為限制熱處理方法的生產(chǎn)率的主要原因。還有，當(dāng)爐芯管為上述結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)更換爐芯管以便定期清潔和擱置儲(chǔ)存時(shí)，薄的管形氣體進(jìn)口導(dǎo)管可能破裂。因?yàn)楦呒兌仁⒌鹊男竟芎馨嘿F，因此修理和購買新芯管的費(fèi)用很高。這是使得熱處理方法的運(yùn)行成本增加的一個(gè)因素。而且，當(dāng)使用具有進(jìn)口和出口的連續(xù)模式的熱處理爐時(shí)(代表是皮帶傳送器或步進(jìn)梁系統(tǒng))，該爐由于存在皮帶或梁而具有較低的氣密性，即使在結(jié)構(gòu)中提供有在進(jìn)口和出口處的閘板，該爐也不能防止周圍空氣流入，從而產(chǎn)生這樣的問題，即半導(dǎo)體基片的承載裝置的壽命可能由于熱處理而明顯減少。皮帶傳送器或步進(jìn)梁系統(tǒng)的這種連續(xù)模式熱處理爐還有這樣的問題，即每單位面積包括較少的可同時(shí)處理工件，且具有較低的熱效率。在上述情況下，本發(fā)明的目的是提供一種熱處理爐，該熱處理爐用于在半導(dǎo)體基片的連續(xù)熱處理過程中減少在批次之間的等待時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率，并降低破壞氣體進(jìn)口導(dǎo)管的頻率，從而節(jié)省熱處理方法的運(yùn)行成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的進(jìn)行了大量研究，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在熱處理中使用的爐芯管構(gòu)成柱形管，該柱形管在相對(duì)端處提供有開口，該開口的尺寸足以允許半導(dǎo)體基片進(jìn)入和離開芯管，蓋可拆卸地安裝在芯管上，以便阻塞各開口，從而基本密封芯管，芯管或蓋提供有薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管，用于將氣體引入芯管中，因此，在熱處理過程中在爐內(nèi)的大氣能夠保持清潔，且半導(dǎo)體基片可以進(jìn)入和離開芯管以及在其中熱處理，同時(shí)在相對(duì)端處的蓋根據(jù)需要打開和關(guān)閉，因此，能夠減少在連續(xù)熱處理過程中在批次之間的等待時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率。因?yàn)樾竟軜?gòu)成為簡單的柱形形狀，因此氣體進(jìn)口導(dǎo)管的破壞頻率減小，且芯管自身的成本降低。因此能夠節(jié)省熱處理方法的運(yùn)行成本。本發(fā)明以這些發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)。因此，本發(fā)明提供了一種如下所述的熱處理爐。(I) 一種在半導(dǎo)體基片的熱處理中使用的熱處理爐，包括柱形芯管，該柱形芯管在相對(duì)端部處提供有開口，該開口的尺寸足以允許半導(dǎo)體基片進(jìn)入和離開芯管。(2)根據(jù)(I)的熱處理爐，還包括蓋，各蓋可拆卸地安裝在芯管上，以便阻塞開口，從而基本密封芯管。(3)根據(jù)(I)或(2)的熱處理爐，還包括薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管，該薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管穿過蓋，將氣體引入芯管中。(4)根據(jù)(I)至(3)中任意一個(gè)的熱處理爐，還包括薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管，該薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管布置在芯管的相對(duì)端部附近，將氣體引入芯管中。(5)根據(jù)(I)至(4)中任意一個(gè)的熱處理爐，還包括薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管，該薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管布置在芯管的縱向中心附近，將氣體引入芯管中。(6)根據(jù)(I)至(5)中任意一個(gè)的熱處理爐，其中在芯管中的開口的內(nèi)徑為芯管在中心處的內(nèi)徑的至少95%。(7)根據(jù)(I)至(6)中任意一個(gè)的熱處理爐，還包括至少一個(gè)舟站，該舟站布置在芯管的外部，并在芯管的開口附近，該舟站在等待時(shí)承載上面擱置有半導(dǎo)體基片的舟。(8)根據(jù)(I)至(7)中任意一個(gè)的熱處理爐，其中熱處理用于使得P-或η-類型摻雜劑擴(kuò)散至硅基片中。(9)根據(jù)(I)至(7)中任意一個(gè)的熱處理爐，其中熱處理用于氧化硅基片。發(fā)明的有利效果本發(fā)明在半導(dǎo)體基片的連續(xù)熱處理過程中減少了在批次之間的等待時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)率。構(gòu)成為簡單柱形形狀的芯管降低了破壞氣體進(jìn)口導(dǎo)管的頻率，從而節(jié)省了熱處理方法的運(yùn)行成本。


圖1是包括爐芯管和蓋的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖，該蓋有氣體進(jìn)口導(dǎo)管。圖2是包括爐芯管和蓋的本發(fā)明另一實(shí)施例的示意剖視圖，該爐芯管有布置在它的相對(duì)端部附近并在底側(cè)處的氣體進(jìn)口導(dǎo)管。圖3是包括爐芯管和蓋的本發(fā)明還一實(shí)施例的示意剖視圖，該爐芯管有布置在它的中心附近的氣體進(jìn)口導(dǎo)管。圖4是普通爐芯管的一個(gè)示例結(jié) 構(gòu)的示意剖視圖。圖5是使用本發(fā)明的一個(gè)示例熱處理爐的熱處理流程的示意剖視圖。圖6是使用本發(fā)明的另一示例熱處理爐的熱處理流程的示意剖視圖。圖7是使用普通熱處理爐的熱處理流程的示意剖視圖。圖8表示了使用本發(fā)明的一個(gè)示例熱處理爐的熱處理的時(shí)間順序。圖9表示了使用本發(fā)明的另一示例熱處理爐的熱處理的時(shí)間順序。圖10表示了使用普通熱處理爐的熱處理的時(shí)間順序。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明并不局限于此。全部附圖用于表示實(shí)施例，具有相同功能的部件由相同的參考標(biāo)號(hào)表示，并省略它們的重復(fù)說明。圖1表示了包含在本發(fā)明的熱處理爐中的一個(gè)示例芯管的結(jié)構(gòu)。在圖1中，柱形芯管I具有在軸向或縱向相對(duì)端部處的開口 2a、2b，并由安裝在熱處理爐(未示出)中的柱形加熱器4同心地包圍。舟6 (半導(dǎo)體基片5擱置在該舟6上)可以通過任意一個(gè)開口 2a、2b而進(jìn)入和離開芯管。開口 2a、2b可以分別由蓋7a、7b來基本阻塞和密封。蓋7a、7b成一體地提供有薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a、8b，該薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a、8b以氣密方式穿過蓋7a、7b，用于將氣體引入芯管內(nèi)。在蓋7a、7b關(guān)閉的情況下，氣體能夠從選定的一個(gè)氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a、8b供給。氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a、8b并不必須與蓋7a、7b成一體或者從蓋7a、7b凸出。分離的結(jié)構(gòu)也可接受，該分離結(jié)構(gòu)包括在蓋7a、7b中的孔以及氣體進(jìn)口導(dǎo)管，這樣，該導(dǎo)管可以通過緊貼配合而牢固接合到孔中。圖2表示了包含在本發(fā)明的熱處理爐中的另一示例芯管的結(jié)構(gòu)。在圖2中，柱形芯管I’具有在軸向或縱向相對(duì)端處的開口 2a、2b以及布置在相對(duì)端部附近并在底側(cè)的薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管9a、％。芯管I’由安裝在熱處理爐(未示出)中的柱形加熱器4同心地包圍。舟6 (半導(dǎo)體基片5擱置在該舟6上)可以通過任意一個(gè)開口 2a、2b而進(jìn)入和離開芯管。開口 2a、2b可以分別由蓋7a、7b來基本阻塞和密封。在蓋7a、7b關(guān)閉的情況下，氣體能夠從選定的一個(gè)氣體進(jìn)口導(dǎo)管9a、9b供給。氣體進(jìn)口導(dǎo)管9a、9b并不必須與芯管I’成一體或者從芯管I’凸出。分離的結(jié)構(gòu)也可接受，該分離結(jié)構(gòu)包括孔以及氣體進(jìn)口導(dǎo)管，這樣，該導(dǎo)管可以通過緊貼配合而牢固接合到孔中。圖3表示了包含在本發(fā)明的熱處理爐中的還一示例芯管的結(jié)構(gòu)。在圖3中，柱形芯管I”具有在軸向或縱向相對(duì)端處的開口 2a、2b以及布置在縱向中心附近并在上側(cè)的氣體進(jìn)口導(dǎo)管8c。芯管I”由安裝在熱處理爐(未示出)中的柱形加熱器4同心地包圍。舟6(半導(dǎo)體基片5擱置在該舟6上)可以通過任意一個(gè)開口 2a、2b而進(jìn)入和離開芯管。開口2a、2b可以分別由蓋7a、7b來基本阻塞和密封。蓋7a、7b成一體地提供有薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a、8b，該薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a、8b以氣密方式穿過蓋7a、7b，用于將氣體引入芯管內(nèi)。在蓋7a、7b關(guān)閉的情況下，氣體能夠從選定的一個(gè)氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a、8b、8c供給。當(dāng)氣體從氣體進(jìn)口導(dǎo)管8c供給芯管中，且蓋7a、7b保持打開時(shí)，氣體可以流向開口 2a、2b。氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a、8b、8c并不必須與蓋7a、7b或芯管I”成一體或者從其上凸出。分離的結(jié)構(gòu)也可接受，該分離結(jié)構(gòu)包括孔以及氣體進(jìn)口導(dǎo)管，這樣，該導(dǎo)管可以通過緊貼配合而牢固接合到孔中。這里使用的芯管、蓋和氣體進(jìn)口導(dǎo)管通常由高純度石英、高純度碳化硅(SiC)或類似材料制造，以便使得部件抗熱處理的高溫，并能夠保持爐內(nèi)部清潔。芯管的尺寸并不特別限制。在芯管的相對(duì)端部處的開口的內(nèi)徑尺寸可以設(shè)置成允許承載半導(dǎo)體基片的舟進(jìn)入和離開芯管，且優(yōu)選是芯管在中心處的內(nèi)徑的至少95%，通常等于芯管在中心處的內(nèi)徑。氣體進(jìn)口導(dǎo)管的外徑優(yōu)選是5至25mm,更優(yōu)選是10至20mm,內(nèi)徑優(yōu)選是3至20mm,更優(yōu)選是5至15mm,凸出長度優(yōu)選是50至200mm,更優(yōu)選是100至150mm。當(dāng)氣體進(jìn)口導(dǎo)管提供于相對(duì)端部附近并在芯管的底側(cè)時(shí)，如圖2中所示，氣體進(jìn)口導(dǎo)管優(yōu)選是向內(nèi)間隔開10至200mm的距離，更優(yōu)選是離開口 20至150mm。盡管圖1至3中未示出，除了芯管，優(yōu)選還有至少一個(gè)舟站提供于芯管的外部并在開口近側(cè)，上面擱置有基 片5的舟6在該舟站處等待。更優(yōu)選是，至少一個(gè)舟站提供于離各開口預(yù)定距離處。舟站可以由與芯管、蓋和氣體進(jìn)口導(dǎo)管相同的材料來制造。舟站的尺寸并不特別限制，只要它允許舟等待。例如，可以使用這樣的舟站，它的壁厚為4mm，長度為1000mm，寬度為200mm，并確定了具有IOOmm半徑和60°角度的弓形彎曲表面。下面介紹使用本發(fā)明的熱處理爐的熱處理方法。半導(dǎo)體基片在包括如圖1至3中所示結(jié)構(gòu)的芯管的熱處理爐中進(jìn)行熱處理。優(yōu)選是，高純度氣體例如氬氣、氮?dú)饣蜓鯕鈴臍怏w進(jìn)口導(dǎo)管引入，同時(shí)高純度氣體可以通過在蓋和芯管之間的較小間隙從爐中逸出。氣體流防止周圍空氣進(jìn)入該爐，并在熱處理過程中保持爐內(nèi)大氣清潔。然后，在位于芯管中心處的舟上的一組半導(dǎo)體基片能夠進(jìn)行熱處理，而不會(huì)使得半導(dǎo)體基片的承載裝置的壽命有較大的損失。下面將介紹特定熱處理方法。圖5表示了使用包括根據(jù)本發(fā)明的芯管的熱處理爐的示例熱處理流程，圖8表示了該熱處理的時(shí)間順序。圖5中的芯管與圖1中的相同。(I)預(yù)定數(shù)目的半導(dǎo)體基片5擱置在舟6上，該舟在舟站IOa處等待(圖5 Ca)和圖8 (i))。這里使用的基片可以是P-或η-型硅基片等。(2)在芯管I的蓋7a打開的情況下，迫使上面擱置有半導(dǎo)體基片5的舟6從舟站IOa到達(dá)在爐中心的預(yù)定位置(圖5 (a)和圖8 (ii))。
(3)在蓋7a關(guān)閉的情況下，半導(dǎo)體基片5根據(jù)預(yù)定熱型面來進(jìn)行熱處理(圖5 (b)和圖8 (iii))。例如在摻雜劑擴(kuò)散處理中，大氣可以是惰性氣體，例如氮?dú)饣驓鍤?，或者是氧氣、三氯氧化磷、乙硼烷等。處理溫度和時(shí)間并不特別限制，因?yàn)樗鼈冸S著需要的擴(kuò)散型面、氧化膜厚度和其它因素而變化。在簡短的熱處理型面的情況下，本發(fā)明更有效。在舟插入和熱處理的過程中，高純度氣體例如氮?dú)?、氬氣或氧氣可以從氣體進(jìn)口導(dǎo)管Sb供給，以便保持爐內(nèi)部清潔。(4)在熱處理之后，蓋7d打開，上面擱置有半導(dǎo)體基片5的舟6從爐內(nèi)的預(yù)定位置運(yùn)動(dòng)至舟站IOb并冷卻10至30分鐘(圖5 (c)和圖8 (iv) - (v))。在舟進(jìn)入和離開芯管的過程中，高純度氣體例如氮?dú)?、氬氣或氧氣可以從氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a以5至50L/min的流速來供給，以便保持爐內(nèi)部清潔。包括兩個(gè)舟站的本實(shí)施例具有減少等待時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，其中，當(dāng)舟從芯管取出和在一個(gè)舟站IOb冷卻時(shí)，下一批次的舟可以從另一舟站IOa進(jìn)入芯管。這些舟可以同時(shí)進(jìn)入和離開芯管。應(yīng)當(dāng)知道，高純度石英桿(未示出)可以用于使得舟進(jìn)入和離開芯管。圖6表示了根據(jù)本發(fā)明使用包括芯管的熱處理爐的另一示例熱處理流程，圖9表示了該熱處理的時(shí)間順序。圖6中的芯管與圖3中的芯管相同。(I)預(yù)定數(shù)目的半導(dǎo)體基片5擱置在舟6上，該舟6在舟站IOa處等待(圖6 (a)和圖9⑴)。(2)在芯管I”的 蓋7a打開的情況下，上面擱置有半導(dǎo)體基片5的舟6被迫從舟站IOa運(yùn)動(dòng)至在爐中心的預(yù)定位置(圖6 (a)和圖9 (iii))。(3)在蓋7a關(guān)閉的情況下，半導(dǎo)體基片5根據(jù)預(yù)定熱型面來進(jìn)行熱處理(圖6 (b)和圖9 (iii))。處理?xiàng)l件可以與上述相同。(4)在熱處理之后，蓋7a、7b同時(shí)打開。上面擱置有半導(dǎo)體基片5的舟6從爐中的預(yù)定位置運(yùn)動(dòng)至舟站10b，同時(shí)上面擱置有新基片的另一舟從舟站IOa運(yùn)動(dòng)至在爐中的預(yù)定位置。在蓋7a、7b關(guān)閉的情況下，如上所述進(jìn)行熱處理。見圖6 (a)和圖9 (iv)和
(i)- (iii)。上述操作可以重復(fù)，以便處理更多基片。在舟進(jìn)入和離開芯管的過程中，爐內(nèi)部通過在芯管I”的縱向中心附近從氣體進(jìn)口導(dǎo)管Sc供給高純度氣體(例如氮?dú)?、氬氣或氧?以及通過在芯管的相對(duì)端部處在蓋7a、7b和開口 2a、2b之間的小間隙來排出氣體。在本實(shí)施例中也可以通過使得熱處理舟離開芯管和同時(shí)使得下一舟進(jìn)入芯管而進(jìn)一步減少等待時(shí)間。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，容納這里所述的芯管的熱處理爐的結(jié)構(gòu)并不特別限制，只要它是具有包圍芯管的柱形加熱器的水平爐。本發(fā)明的熱處理爐有利于進(jìn)行半導(dǎo)體基片的熱處理，且特別是當(dāng)半導(dǎo)體基片是將用于制造太陽能電池的硅基片時(shí)很有利，具體地說用于P-或η-型摻雜劑擴(kuò)散至硅基片中的擴(kuò)散處理以及硅基片的氧化處理。除了摻雜劑擴(kuò)散處理和基片氧化處理，該爐還可以有利地用于在水平爐中進(jìn)行的任意熱處理。實(shí)例下面的實(shí)例和對(duì)比實(shí)例用于進(jìn)一步示例說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于此。實(shí)例I提供通過CZ方法制備的重疊硼摻雜P-類型硅晶片(電阻率為1-3 Ω -cm),該硅晶片的直徑為100mm，厚度為200 μ m，并有面方位(100)。10個(gè)重疊晶片人工布置在高純度石英的舟上，該舟的長度為540mm，寬度為100mm,高度為30mm，并有節(jié)距為2. 5mm的100個(gè)槽道。本發(fā)明的熱處理爐包括(如圖1中所示)石英芯管1，該石英芯管I的外徑為150mm,內(nèi)徑為142mm，長度為3000mm，在相對(duì)端部處提供有內(nèi)徑為142mm的開口 ；蓋7&、713，各蓋7a、7b包括直徑為170mm、厚度為4mm的石英盤和外徑為141. 5mm、寬度為50mm的柱形石英盒，該柱形石英盒熔合粘接在盤上；以及氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a或Sb，該氣體進(jìn)口導(dǎo)管8a或8b的內(nèi)徑為5mm,穿過盤和盒。當(dāng)舟在熱處理之前和之后處于等待位置時(shí)，提供有高純度石英的舟站，各舟站有4mm的壁厚、1000mm的長度和200mm的寬度,并確定了半徑為IOOmm和角度為60°的弓形彎曲表面。各舟站與芯管中的開口間隔開250mm。從在舟站中心處的舟等待位置至在芯管中心處的熱處理位置的距離是2250mm。對(duì)于各熱處理批次，用于將舟設(shè)置在舟站上花費(fèi)的插入準(zhǔn)備時(shí)間(等待時(shí)間)為大約I分鐘每批次，且在熱處理的舟取出后的冷卻時(shí)間為15分鐘每批次。石英桿用于使得舟進(jìn)入和離開芯管，該石英桿的長度為2000mm，外徑為15mm，并有30mm高度的凸出部，該凸出部垂直于縱向方向凸出。桿安裝在完全自動(dòng)的舟裝載器上，因此舟以200mm/min的恒定速度進(jìn)入和離開芯管。熱處理爐正常設(shè)置在830°C，舟進(jìn)入其中。磷沉積40分鐘，然后在830°C下擴(kuò)散17分鐘，用于進(jìn)行更深的磷擴(kuò)散。然后取出舟。在磷沉積過 程中，用于熱處理的氣體組分是20L/min氮?dú)?、O. 3L/min氧氣和O. 45L/min三氯氧化磷(POCl3)的氣體混合物，在其它步驟中(包括等待、蓋打開/關(guān)閉、舟的插入和取出以及擴(kuò)散進(jìn)入)是20L/min氮?dú)夂蚈. 3L/min氧氣的氣體混合物。在這些條件下，根據(jù)圖5的熱處理流程和圖8的時(shí)間順序進(jìn)行擴(kuò)散熱處理。實(shí)例2提供石英芯管,該石英芯管的外徑為150mm,內(nèi)徑為142mm,長度為3000mm,具有在相對(duì)端部處的、內(nèi)徑為142mm的開口以及在與芯管的縱向相對(duì)端部間隔開1500mm距離的位置處的、內(nèi)徑為5mm的氣體進(jìn)口導(dǎo)管，如圖3中所示。使用與實(shí)例I中相同的半導(dǎo)體基片和熱處理爐(除了上述結(jié)構(gòu)的芯管)根據(jù)圖6的熱處理流程和圖9的時(shí)間順序進(jìn)行擴(kuò)散熱處理。對(duì)比實(shí)例I如圖4中所示，提供普通石英芯管，該普通石英芯管的外徑為150mm，內(nèi)徑為142mm,長度為3000mm,具有在一端處的、內(nèi)徑為142mm的開口以及在另一端處的、內(nèi)徑為5mm的氣體進(jìn)口導(dǎo)管，還提供蓋，該蓋包括直徑為170mm、厚度為4mm的石英盤和外徑為141. 5mm、寬度為50mm的柱形石英盒，該柱形石英盒熔化粘接在盤上。使用與實(shí)例I中相同的半導(dǎo)體基片和熱處理爐(除了上述結(jié)構(gòu)的芯管和蓋)來根據(jù)圖7的熱處理流程和圖10的時(shí)間順序進(jìn)行擴(kuò)散熱處理。在實(shí)例I和2以及對(duì)比實(shí)例I中獲得的基片通過以下測試進(jìn)行評(píng)估。I)片材電阻測量基片浸沒在25wt%的HF中4分鐘，以便除去玻璃涂層，用去離子水來清洗并干燥。在晶片中心處通過四探針分析測量片材的電阻。2)本體壽命測量基片在70°C下在25wt%的KOH中浸沒10分鐘，用于除去擴(kuò)散層，并用去離子水來清洗，在lwt%的HF中浸沒I分鐘以便防水，且通過碘甲醇方法來進(jìn)行化學(xué)鈍化。本體壽命通過微P⑶方法來測量。3)當(dāng)連續(xù)進(jìn)行擴(kuò)散熱處理時(shí)，測量每批次熱處理花費(fèi)的時(shí)間。表權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體基片的熱處理中使用的熱處理爐，包括柱形芯管，該柱形芯管在相對(duì)端部處提供有開口，該開口具有足夠的尺寸以允許半導(dǎo)體基片進(jìn)入和離開芯管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理爐，還包括蓋，各蓋可拆卸地安裝在芯管上，以便阻塞開口，從而基本密封芯管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱處理爐，還包括薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管，該薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管穿過蓋，將氣體引入芯管中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的熱處理爐，還包括薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管，該薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管布置在芯管的相對(duì)端部附近，將氣體引入芯管中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的熱處理爐，還包括薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管，該薄氣體進(jìn)口導(dǎo)管布置在芯管的縱向中心附近，將氣體引入芯管中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的熱處理爐，其中在芯管中的開口具有內(nèi)徑，該內(nèi)徑為芯管在中心處的內(nèi)徑的至少95%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的熱處理爐，還包括至少一個(gè)舟站，該舟站布置在芯管的外部，并在芯管的開口附近，舟站在等待時(shí)承載上面擱置有半導(dǎo)體基片的舟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的熱處理爐，其中熱處理用于使得P-或n-類型摻雜劑擴(kuò)散至硅基片中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的熱處理爐，其中熱處理用于氧化硅基片。
全文摘要
這里公開的熱處理爐，用于半導(dǎo)體基片的熱處理步驟中，其特征在于提供了柱形芯管，該柱形芯管的兩端部有開口，該開口的尺寸設(shè)置成允許半導(dǎo)體基片插入芯管和從芯管中取出。這在連續(xù)的半導(dǎo)體熱處理過程中減少了在批次之間的等待時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率。而且，使用芯管結(jié)構(gòu)的簡單柱形降低了氣體引入管部分失效的頻率，從而降低了熱處理方法的運(yùn)行成本。
文檔編號(hào)H01L21/22GK103038865SQ201180035789
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者村上貴志, 渡部武紀(jì), 大塚寬之 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社