在擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)置碳化硅長托防止石英管變形的方法
【專利摘要】在擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)置碳化硅長托防止石英管變形的方法屬于半導(dǎo)體襯底硅片加工【技術(shù)領(lǐng)域】?，F(xiàn)有技術(shù)未能有效防止石英管的彎曲變形，石英管使用壽命很短。本發(fā)明之在擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)置碳化硅長托防止石英管變形的方法其特征在于，在擴(kuò)散爐爐膛底部安放碳化硅長托，將石英管貫穿爐體放置，石英管底部與碳化硅長托頂部接觸，用把扣環(huán)將石英管兩端固定。在擴(kuò)散工藝過程中，由于碳化硅長托始終支撐著石英管，能夠完全保證石英管始終保持平直狀態(tài)，不會發(fā)生向下彎曲、管體變形的變化，石英管的使用壽命從3個月延長到15個月以上。
【專利說明】在擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)置碳化硅長托防止石英管變形的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)置碳化硅長托防止石英管變形的方法，屬于半導(dǎo)體襯底硅片加工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝用擴(kuò)散設(shè)備為擴(kuò)散爐，石英管I貫穿爐體2，如圖1所示，石英管I呈細(xì)長狀，兩端由把扣環(huán)3固定，中部懸空，石英管I的一端為工藝氣體入口 4。在工藝過程中，將若干硅片5載入石英舟6中，再將石英舟6送入石英管I中，自入口 4通入工藝氣體，在1000°C以上的擴(kuò)散溫度下完成擴(kuò)散工藝。石英管I重復(fù)使用，在下一次使用前需取出清洗，再一次放入爐體2中時，需要相對于上一次使用狀態(tài)扭轉(zhuǎn)一個角度放置，例如90°。這是因為在高溫下，在石英管I自重及載重的共同作用下，石英管I中部明顯向下彎曲，如圖2所示，伴隨這種彎曲還出現(xiàn)石英管I管體橫截面橢圓變形的現(xiàn)象，久而久之這種彎曲、變形會達(dá)到載有硅片5的石英舟6難以送入和取出的程度，甚至出現(xiàn)硅片5卡片現(xiàn)象，不得已就得報廢石英管I。如果每次借清洗機(jī)會扭轉(zhuǎn)一個度角放置，能夠在一定程度上矯正所述的彎曲、變形，延長石英管I的使用壽命。然而，這種扭轉(zhuǎn)措施的矯正效果有限，何況經(jīng)過多次矯正，石英管I的形狀變得非常不規(guī)則，不僅會出現(xiàn)無法預(yù)見的不利后果，而且管壁會在短時間內(nèi)快速變薄，使用不到3個月，石英管I處在擴(kuò)散爐爐膛恒溫區(qū)那部分的最薄處壁厚就降到要求厚度以下，石英管I使用壽命反而因此而縮短。例如，斷開使用了 3個月的石英管I，測量其壁厚，內(nèi)徑為Φ 130mm、原本壁厚為5mm的石英管I其壁厚減到3.5mm以下，接近報廢厚度。于是，現(xiàn)有技術(shù)還采取了其他一些力圖防止或者減輕石英管I彎曲、變形的措施。一是加厚石英管I的管壁。增加壁厚能夠提高耐變形溫度，間接表明這一加厚措施能夠提高石英管I抗彎曲能力。例如，內(nèi)徑為Φ140_、壁厚為2_的石英管I，當(dāng)石英管內(nèi)徑不變時，將壁厚增加到4mm，其耐溫溫度則從1030°C提高到1280°C，如圖3所示。在圖3中還包括內(nèi)徑分別為Φ160_、Φ200_的石英管I的壁厚與耐變形溫度的關(guān)系曲線，可見，內(nèi)徑不同的石英管I具有相同的耐變形溫度隨壁厚變化的規(guī)律。然而，加厚管壁一方面導(dǎo)致石英管I造價大幅升高，另一方面自重明顯增大，進(jìn)而抵消一部分抗彎曲能力。二是在石英管I外壁涂覆厚度約為20 μ m的Al2O3涂層，之后在該石英管I第一次使用時，在1150°C以上的高溫作用下，產(chǎn)生方石英轉(zhuǎn)變成核中心，Al2O3涂層最終轉(zhuǎn)變?yōu)橐粚泳鶆虻姆绞?，而方石英的熔點高達(dá)1720°C，這使得石英管I的耐溫性能有效提高，如圖4所示，曲線I為未做Al2O3涂層處理的石英管I其變形率與溫度的關(guān)系曲線，曲線2為做了 Al2O3涂層處理的石英管I其變形率與溫度的關(guān)系曲線，可見，做Al2O3涂層處理能夠提高石英管I的耐溫性能，可是，效果并不明顯，例如，同樣發(fā)生變形率為0.8的變形，做了 Al2O3涂層處理的石英管I對應(yīng)的溫度也僅僅提高了 30°C而已，在具體的生產(chǎn)過程中，做了 Al2O3涂層處理的石英管I的使用壽命也只有3個月，相對于未做Al2O3涂層處理的石英管I的I個多月的使用壽命來說，效果的確不明顯。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了避免半導(dǎo)體工藝中硅片擴(kuò)散用石英管發(fā)生彎曲變形，延長石英管使用壽命，降低成本，我們發(fā)明了一種在擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)置碳化硅長托防止石英管變形的方法。
[0004]本發(fā)明之方法其特征在于，在擴(kuò)散爐爐膛底部安放碳化硅長托7，如圖5所示，將石英管I貫穿爐體2放置，石英管I底部與碳化硅長托7頂部接觸，如圖6所示，用把扣環(huán)3將石英管I兩端固定。
[0005]本發(fā)明其技術(shù)效果在于，將載有若干硅片5的石英舟6送入石英管I中，自入口 4通入工藝氣體，在1000°c以上的擴(kuò)散溫度下完成擴(kuò)散工藝，在所述工藝過程中，由于碳化硅長托7始終支撐著石英管1，而碳化硅材料具有耐腐蝕、耐高溫、強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)高等特點，所述材料特點決定了工藝氣體不會致使碳化硅長托7發(fā)生化學(xué)變化，能夠抗拒因反復(fù)使用所遭受的熱沖擊，本身幾乎不發(fā)生變形，一般的機(jī)械沖擊不會對其造成破壞。這樣的碳化硅長托7的引入能夠完全保證石英管I始終保持平直狀態(tài)，不會發(fā)生向下彎曲、管體變形的變化，與此同時，既沒有加厚石英管I管壁，也沒有對石英管I做Al2O3涂層處理。為擴(kuò)散爐配備碳化硅長托7屬于一次性投入，只要不發(fā)生意外損傷，可以永久使用，因此，幾乎沒有引起硅片擴(kuò)散摻雜成本的提高。在具體的生產(chǎn)過程中，當(dāng)使用了碳化硅長托7，石英管I實際使用15個月后仍完好如初。石英管I使用壽命的大幅延長，使得硅片擴(kuò)散摻雜成本大幅降低。
[0006]采用本發(fā)明之方法后，對使用了 15個月的石英管I測量其壁厚，內(nèi)徑為Φ 130mm、原本壁厚為5_的石英管I其壁厚還在3.5mm以上，仍然能夠滿足在最高擴(kuò)散溫度條件下的使用要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是現(xiàn)有半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝石英管在擴(kuò)散爐中的形態(tài)示意圖。圖2是現(xiàn)有半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝石英管在高溫下以及在自重及載重的共同作用下其中部明顯向下彎曲形態(tài)示意圖。圖3是說明現(xiàn)有技術(shù)通過加厚石英管管壁提高石英管抗彎曲能力的曲線圖。圖4是說明現(xiàn)有技術(shù)通過對石英管做Al2O3涂層處理提高石英管抗彎曲能力的曲線圖。圖5是本發(fā)明在擴(kuò)散爐爐膛底部安放碳化硅長托支撐石英管形態(tài)示意圖，該圖同時作為摘要附圖。圖6是本發(fā)明在擴(kuò)散爐爐膛底部安放碳化硅長托支撐石英管從橫截面觀察到的形態(tài)示意圖。

【具體實施方式】
[0008]本發(fā)明之方法在擴(kuò)散爐爐膛底部安放碳化硅長托7，如圖5所示，同時，碳化硅長托7位于擴(kuò)散爐爐膛恒溫區(qū)，將石英管I貫穿爐體2放置，石英管I底部與碳化硅長托7頂部接觸，如圖6所示，用把扣環(huán)3將石英管I兩端固定。所述碳化硅長托7采用含95% SiC的黑碳化硅制作，其韌性高于綠碳化硅，適合制作高溫結(jié)構(gòu)件。所述碳化硅長托7的微觀形態(tài)為陶瓷。
[0009]下面通過實例說明本發(fā)明之方法。
[0010]第一階段:單根石英管I內(nèi)裝入硅片5的數(shù)量為192片，多管作業(yè)，每根石英管I均由一個碳化硅長托7支撐；擴(kuò)散溫度1200°C，每爐工藝周期為7小時；每天做三爐，該組石英管I與擴(kuò)散爐一同連續(xù)工作12個月時間。第二階段:將單根石英管I內(nèi)裝入的硅片5的數(shù)量增加到240片；擴(kuò)散溫度1100°C。其他工藝過程與條件與第一階段相同。連續(xù)使用3個月。該組石英管I總共連續(xù)使用15個月，石英管I外觀無明顯變形和其他缺陷。
【權(quán)利要求】
1.一種在擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)置碳化硅長托防止石英管變形的方法，其特征在于，在擴(kuò)散爐爐膛底部安放碳化硅長托(7)，將石英管(I)貫穿爐體(2)放置，石英管(I)底部與碳化硅長托(7)頂部接觸，用把扣環(huán)(3)將石英管(I)兩端固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)置碳化硅長托防止石英管變形的方法，其特征在于，碳化硅長托(7)位于擴(kuò)散爐爐膛恒溫區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在擴(kuò)散爐內(nèi)設(shè)置碳化硅長托防止石英管變形的方法，其特征在于，所述碳化硅長托(7)采用含95% SiC的黑碳化硅制作；所述碳化硅長托(7)的微觀形態(tài)為陶瓷。
【文檔編號】C30B31/06GK104233472SQ201410466031
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】商亞峰, 滕躍, 陶巍, 郭慶, 關(guān)凱月 申請人:吉林華微電子股份有限公司