专利名称：半导体生产中掺杂剂的称量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于直拉硅单晶制造的掺杂剂类物质的称量系 统，特别适合需要使用多种类掺杂剂如磷、砷、锑的重掺单晶制造。
背景技术：
Czochralski方法首先将原料多晶硅熔化在石英坩埚中，在多晶硅已 完全熔化并且温度达到平衡之后，将一个被称为籽晶的晶种浸入熔体并且 随后慢慢提起，通常在提起的同时要不断地转动晶体，这样单晶就逐渐生 长成大的硅晶体。
重掺直拉硅单晶用来制做外延衬底(Substrate)。外延硅片一般是在 低电阻率的重掺衬底上生长一层高电阻率的外延层。使用外延片可以解决 双极晶体管要求的高击穿电压(要求高电阻率材料)与低集电极电阻(要 求低电阻率材料)的矛盾，可以降低双极晶体管的功率损耗，改善高频性 能。外延技术应用在CMOS工艺中可以有效的解决元件闭锁的问题。
制备高品质的外延衬底(Substrate)需要使用重掺杂的硅晶体，那 些影响晶体生长的条件比如温度、压力、提拉速度和熔体中的杂质必须小 心地加以控制。为了控制晶体材料的导电类型和导电能力， 一些特定的杂 质会被有意识地加到熔融态硅中做掺杂剂。
为了获得重掺杂的低电阻率硅晶体材料，低熔点的高纯(通常要求纯 度>99.9999%，6^元素如磷、砷、锑作为掺杂剂分别被导入熔融态硅中， 此过程称为掺杂。为了理想的低电阻率(掺磷0.0007-0.003 Q.cra;掺 砷O. 0015-0. 005 Q. cm;掺锑O. 007-0. 025 Q . cm)硅晶体材料，当直拉单 晶设备装料量达到60—80kg/炉时重掺的惨杂量在数十克一到数百克之 间，这个惨杂量比常规轻惨单晶品种需要的掺杂量要多1000-10000倍。 轻掺单晶品种一般使用合金(P型的硼-硅合金；N型的磷-硅合金)作为 掺杂剂， 一般情况合金掺杂剂在进行多晶硅原料装料时一起放入石英坩埚 中，在多晶硅原料熔化过程中进行掺杂。
重掺杂的低电阻率硅晶体材料由于使用低熔点(或升华点)的磷、砷、 锑惨杂元素做掺杂剂，因此在硅熔化后再分别加入掺杂剂，可以显著减少掺杂剂由于升华蒸发带来的损失，从而有利于改善晶锭的电阻率调控。当 掺杂剂加入熔融态的硅后进入引晶、放肩、转肩、等径的晶体生长过程， 在这个过程中熔融态的硅中的掺杂元素仍然再继续以气态的形式挥发。挥 发产生气态物质在晶体生长的空间区域形成颗粒，这类颗粒接触到生长中
晶体将产生位错使晶体生长失败；晶体产生位错后需要将已经成长固态部 分重新熔化，这个过程称为回熔。回熔过程中惨杂元素进一步挥发，挥发 使熔融态的硅中的掺杂元素含量减少、浓度降低。这时如果熔融态的硅中 的惨杂元素的浓度达不到低电阻率要求的浓度时，工艺要求进行再次掺 杂，是熔融态的硅中的掺杂元素的浓度恢复到低电阻率要求的浓度，然后 再入引晶、放肩、转肩、等径的晶体生长过程。再掺杂需要的掺杂量与已 经从熔融态的硅中挥发掉的掺杂元素重量相当， 一般为第一次掺杂重量的 四份之一到三分之一，这是重掺直拉硅单晶制备的另一个特点。
高纯度的掺杂元素如磷、砷、锑被存放在有惰性气体如氮气、氩气保 护的密闭容器中，在进行取用、称量等过程时将暴露在空气中，这些高纯 度的材料表面与氧气接触后将被缓慢的氧化，形成一层自然氧化膜影响掺
杂剂的纯度和品质。例如，6N的砷暴露在空气中经过一定的时间，金属光
泽的表面将逐渐变成黑色，这就是砷的表面被氧化的结果。因此生产工艺 要求备好的掺杂剂要及时的加入到熔融态的硅中。
重掺杂的低电阻率硅晶体材料要求掺杂元素在熔融态的硅中具备高
的掺杂浓度外，对掺杂元素的唯一性的要求也非常苛刻。如果N型重掺杂 的低电阻率硅晶体材料被硼(P型)沾污，该材料的导电型号仍然为N型， 沾污的硼将在衬底与外延层间扩散，与N型材料补偿后造成导电能力极大 的降低导致材料报废。重掺杂的低电阻率硅晶体材料对同为N型导电类 型的掺杂元素的唯一性要求也非常严格，原因是磷、砷、锑掺杂元素在器 件的高温工艺中同样要发生扩散，磷、砷、锑元素在硅晶格中的扩散能力 不同，例如在同样的温度条下磷在硅中的扩散能力比砷在硅中的扩散能力 要高一个量级。如果N型重掺的砷低电阻率硅晶体材料被磷沾污，在器件 的高温工艺过程中，沾污的磷将在衬底与外延层间扩散，由于磷在硅中的 扩散比砷在硅中的扩散要快，扩散使磷进入外延层而降低了器件的耐电压 能力，使器件性能恶化，严重时再次造成器件报废。
发明内容
针对上述的重掺直拉硅单晶材料制备的特点和工艺技术对掺杂元素 的唯一性的苛刻要求，本发明的目的是提供一种用于直拉硅单晶制备的掺 杂剂的智能称量系统，用于重掺杂的低电阻率硅晶体材料制备中对掺杂元 素磷、砷、锑的分别称取，该系统称量准确、快速，可避免不同掺杂剂在 称量时产生的交叉污染。
为达到上述发明的目的，本发明釆用以下技术方案这种半导体生产 中掺杂剂的称量系统，它包括多台电子秤，计算机，打印机，所述的电 子秤与计算机之间接串口扩张卡，卡的一端为接口，该接口接电子秤数据 传输线，另一端为输出端，该输出端接电脑主机，电子秤与电脑的数据传 输采用标准的TCP/IP协议，计算机接带不干胶带的打印机。
本系统的优点是称量准确、快速，可避免不同掺杂剂在称量时产生 的交叉污染。
图1:本系统结构示意图
图2:软件界面设置示意图
图3:胶贴条(标签)样式图
图4:本系统程序流程图
图1中，1、 2、 3为三台1500g/0. lg电子秤(天平)，它们分别对应 于磷、锑、砷三种掺杂元素的称量；4为串口扩张卡(RS232)，它的一端为 9孔接口，该接口接电子秤数据传输线缆(屏蔽线)C0M1、 COM2、及C0M3， 另一端为输出端，该输出端接计算机5主机，电子秤与计算机的数据传输 采用标准的TCP/IP协议，计算机接打印机6。
图2中，计算机界面有以下显示最上方为菜单区；其下方为称量
数值显示区、产品类型-名称(以不同颜色、形状显示)、预览区(标签样
式)、称量范围预警区(重量不合格有声音报警或合格显示；样品放错秤 台有声音手艮警。如果重量超过某一范围，软件系统会觉察报警；再下方为产品 信息输入区和产品用途输入区，以及测量范围设定值；最下方为记录区。
数据经接收后，合格则保存数据同时向打印机发出 令打印标签，不 合格则保存该条称重数据，以便分析处理。
具体实施方式
实施例1
系统开机自检完成后，操作人员在电脑(PC-586以上兼容机)上操 作，在三个称量系统(电子秤JZC-TAC-1.5) (As、 Sb、 Rp)中选择一个 称量系统，在"产品类型"里选择称量的种类，选择种类时，界面上会出 现相对应的标签样式，更有颜色和形状等加以区分，杜绝误选。例如选择 As。在"产品名称"的空白框输入掺杂剂的编号；在"产品用途"中填写 要掺杂的炉号和第几次掺杂；在"正常值范围"里输入称量的范围，即 允许误差的范围，例如要称量240克，误差土5,即最小值为235，最大值245; 将待称量的掺杂剂放在对应电子称上，按目标重量进行掺杂剂的增减直到 数值稳定在误差的范围，按"保存/打印"，打出标签；退出系统。
数据经软件接收后，合格则保存数据同时向打印机(Zebra 888-TT) 发出指令打印标签，不合格则保存该条称重数据，以便分析处理。
一、 准备工作
启动计算机进入计算机桌面后，启动软件即将进入以下登陆画面 在软件运行前，计算机操作人员先预置好当次电子秤所称物品的相关 信息(信息包含名称、规格、等级、班次等)，如每台秤所称物品的名称 或规格不同， 一定要在对应的秤台上称重，操作人员并在对应的秤台上设 定上先限范围。
备注以上功能需管理员授权方可设定及修改。
二、 系统操作
操作人员把物品放在对应的秤台上(根据设定的掺杂剂种类打开相对 应的秤(天平)，否则称量时不会被计算机识别)，待数据稳定几秒钟后， 秤台声音提示物品是否属于对应产品的正常值范围，软件系统也将同步与 预置产品正常值范围比对，屏幕信号灯将提示是否"超重"或"偏轻"， 并有声音报警。
如产品在正常值范围，操作人员将手动点击界面上的确认打印按钮， 系统将打印一张设定好格式的不干胶标签，并记录这次计量的重量及称重 日期及时间，如产品不合格，有声音报警，系统将自动保存这条记录，并 备注产品和合格的类型是"超重"还是"偏轻"，(此时不打印标签)。
当需要切换秤台时，可在系统中选中所需秤台号如(砷、锑、磷)， 即可进入该秤台界面。(此时其他两台秤所有称重数据均视为无效，若"砷"正在操作时，操作人员误把所称物品错放在"锑"或"磷"上时系统将出
现声音报警。
注每台秤只允许称重指定产品，如在该秤台输入其他品名时，系统 将出现操作错误提示。
査询分析时期末企业管理人员可以根据需要提取不同规格、批号的 产品的汇总统计资料，也可以图形分析某一时间段的合格率等情况，方便 决策者对生产的响应时间，提高管理效率，促进企业信息化管理。
权利要求
1、一种半导体生产中掺杂剂的称量系统，其特征在于它包括多台电子秤，计算机，打印机，所述的电子秤与计算机之间接串口扩张卡，卡的一端为接口，该接口接电子秤数据传输线，另一端为输出端，该输出端接电脑主机，电子秤与电脑的数据传输采用标准的TCP/IP协议，计算机接带不干胶带的打印机。
2.根据权利要求1所述的一种半导体生产中掺杂剂的称量系统，其特征 在于所述的电子秤为三台。
全文摘要
一种半导体生产中掺杂剂的称量系统，它包括多台电子秤，计算机，打印机，所述的电子秤与计算机之间接串口扩张卡，卡的一端为接口，该接口接电子秤数据传输线，另一端为输出端，该输出端接电脑主机，电子秤与电脑的数据传输采用标准的TCP/IP协议，计算机接带不干胶带的打印机。本系统的优点是称量准确、快速，可避免不同掺杂剂在称量时产生的交叉污染。
文档编号G01G17/00GK101625253SQ200810116568
公开日2010年1月13日 申请日期2008年7月11日 优先权日2008年7月11日
发明者楠 张, 峰 方, 邓德辉, 沉 郑, 恺 高 申请人:北京有色金属研究总院;有研半导体材料股份有限公司;国泰半导体材料有限公司