半导体扩散设备的制作方法

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种半导体扩散设备。

背景技术：

扩散工艺是半导体芯片制造中最主要的掺杂工艺，它是在高温条件下，将磷、硼等原子扩散到晶圆内，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。现有的扩散工艺绝大部分都是以批次型处理方式进行的，即将多个批次的上百片乃至数百片晶圆同时放入扩散炉中进行扩散处理，由此可以极大提高生产效率。但潜在的风险是，一旦设备出现故障或工艺出现异常，受到影响的晶圆数量也是成倍增加，因而对半导体扩散设备的管理需格外严格，要尽力将潜在的易引起工艺不良的风险在事前予以排除。

扩散工艺进行过程中，扩散源除了扩散到晶圆表面外，还会扩散到扩散炉体内的各个角落，比如扩散炉体内壁上、晶舟上和炉门盖内表面等形成杂质污染源，这些杂质污染源可能以直接的颗粒形态或者因反应生成的副产物以不稳定的膜质状态存在于扩散炉体内，随时有继续飞散造成颗粒污染的可能，尤其是在像多晶硅扩散和氮化物扩散这类容易生成粉末状反应副产物，且反应气体本身易分解生成污染颗粒的扩散工艺中，扩散反应结束后会在扩散炉体内壁和晶舟上积聚较多的污染杂质，一旦扩散炉体发生震动或受到较强的外来气流的冲击，这些污染源就极易四处分散并掉到晶圆上，造成严重的颗粒污染。在扩散工艺完成后，需开启炉门以将装载有晶圆的晶舟从扩散炉体内移出，这个过程中，含有不纯物的外来气体10可能进入扩散炉体11内，如图1所示，造成扩散炉体11内部和晶舟上的污染源飞散掉落在晶圆上，而且外来气体还可能与扩散炉体11内残存的工艺气体反应生成新的污染掉至晶圆上，使得晶圆的颗粒污染进一步加剧，导致生产良率下降，造成严重的经济损失。为减少颗粒污染，各大半导体芯片制造厂都加强了清洗工艺，但这种在晶舟下降过程中造成的新污染一旦形成，很可能难以通过清洗工艺去除，因此需采取更有效的措施将此类污染问题在事前予以排除。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体扩散设备，用于解决现有技术中在开启炉门后，晶舟从扩散炉体内移出的过程，外来气体容易进入扩散炉体内，造成扩散炉体内壁和晶舟上原有的污染物飞散掉至晶圆上，造成晶圆的颗粒污染，导致生产良率下降，同时外来气体也容易对扩散炉体造成污染等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体扩散设备，包括扩散炉体、炉门及空气阻气门；所述扩散炉体用于容纳承载晶圆的晶舟，所述扩散炉体的炉管一端封闭，炉管另一端具有装卸通口；所述炉门设置于所述扩散炉体具有所述装卸通口的一端，且与所述扩散炉体活动连接，用于扩散制程中封闭所述装卸通口；所述空气阻气门与清洁气体管路的一端相连接，所述清洁气体管路的另一端连接至一清洁气体源，所述空气阻气门与所述装卸通口相邻，以避免外来气体进入所述扩散炉体内，当所述炉门打开，并使所述晶舟从所述扩散炉体内经过所述装卸通口下降的过程中，所述空气阻气门将从所述清洁气体管路喷出的清洁气体分散喷射到通过所述装卸通口的所述晶圆表面及周围，以保护所述晶圆不被污染。

可选地，所述空气阻气门的喷头上分布有多个非等向喷气的细孔，所述细孔的直径小于1cm。

可选地，所述空气阻气门具有呈圆弧形的喷射面，多个所述细孔在所述喷射面上均匀间隔分布。

在另一可选方案中，所述空气阻气门具有凹面形的喷射面，多个所述细孔在所述喷射面上均匀间隔分布。

可选地，所述细孔的数量大于1000个，所述细孔的直径介于0.1～0.5mm之间。

可选地，所述空气阻气门与所述清洁气体管路活动连接。

可选地，所述空气阻气门的喷头的材质包括石英。

可选地，所述清洁气体管路的气体流量介于5l/min～15l/min之间。

可选地，所述空气阻气门的数量为多个。

可选地，所述清洁气体管路包括多路。

可选地，所述空气阻气门位于所述扩散炉体内靠近所述装卸通口的一侧。

如上所述，本发明的半导体扩散设备，具有以下有益效果：本发明的半导体扩散设备，在炉门附近增设清洁气体管路，且采用具有多个细孔的空气阻气门，以使从所述清洁气体管路喷出的清洁气体能分散成微细的清洁气体流，使得在所述炉门打开后，晶舟从所述扩散炉体内下降的过程中，分散后的微细的清洁气体流能分散喷射到晶圆周围，避免外来气体进入所述扩散炉体内，避免外来气体将存在于扩散炉体内壁及晶舟上的污染源吹落掉至晶圆上，同时避免外来气体与扩散炉体内的残留反应气体反应生成新的污染物，保护位于所述晶舟上的所述晶圆不被污染。本发明结构简单，使用方便，能有效减少晶圆的颗粒污染，提高生产良率。

附图说明

图1显示为现有技术中的炉门开启后外来气体进入扩散炉体内的示意图。

图2显示为本发明的半导体扩散设备的结构示意图。

图3显示为本发明的半导体扩散设备的空气阻气门的结构示意图。

图4显示为本发明的半导体扩散设备的清洁气体管路喷射清洁气体的截面示意图。

图5显示为本发明的清洁气体管路喷射清洁气体的平面示意图。

元件标号说明

10外来气体

11扩散炉体

111装卸通口

12炉门

13空气阻气门

131清洁气体

141清洁气体管路

142清洁气体源

143阀门

151细孔

152喷头主体

16加热器

21晶舟

22晶圆

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图2至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2至图5所示，本发明提供一种半导体扩散设备，包括扩散炉体11、炉门12及空气阻气门13；所述扩散炉体11用于容纳承载晶圆22的晶舟21，所述扩散炉体11的炉管一端封闭，炉管另一端具有装卸通口111；所述炉门12设置于所述扩散炉体11具有所述装卸通口111的一端，且与所述扩散炉体11活动连接，用于扩散制程中封闭所述装卸通口111；所述空气阻气门13与清洁气体管路141的一端相连接，所述清洁气体管路141的另一端连接至一清洁气体源142，所述空气阻气门13与所述装卸通口111相邻，以避免外来气体10进入所述扩散炉体11内，当所述炉门12打开，并使所述晶舟21从所述扩散炉体11内经过所述装卸通口111下降的过程中，所述空气阻气门13将从所述清洁气体管路141喷出的清洁气体131分散喷射到通过所述装卸通口111的所述晶圆22表面及周围，以保护所述晶圆22不被污染。

作为示例，所述空气阻气门13的喷头上分布有多个非等向喷气的细孔151，以在所述炉门12打开后，所述晶舟21从所述扩散炉体11内下降的过程中，从所述清洁气体管路141喷出的清洁气体131能分散喷射到所述晶圆22表面及周围，避免外来气体10流入所述扩散炉体11内，保护位于所述晶舟21上的所述晶圆22不被污染。即通过增设的所述空气阻气门13，且在清洁气体管路141的末端设置具有多个细孔151的所述喷头，以使从所述清洁气体管路141喷出的清洁气体131能分散成微细的清洁气体流，该清洁气体流在所述晶舟21下降的过程中，能够对位于所述晶舟21上的所述晶圆22形成良好的保护，避免颗粒污染。

作为示例，所述扩散炉体11的材质可以是石英或碳化硅，具体的规格尺寸根据需要设置。所述晶舟21的材质亦可以根据具体的扩散工艺的不同而选用碳化硅材质或石英材质，比如在多晶硅扩散工艺中，优选石英材质。且为便于温度的控制，在实际的扩散工艺中，可以在所述晶舟21的下方放置一定数量的伪片(dummywafer)，当然在所述晶圆22的数量不足时，也可以用为伪片填充到所述晶舟21的其他空余处，以利于所述晶舟21的重量平衡及各处的均匀受热，有利于提高扩散均匀性。所述半导体扩散设备一般还包括加热器16，用于在扩散反应中对所述晶圆22进行加热以便于扩散反应的进行。所述加热器16一般位于所述扩散炉体11的外围。作为示例，所述炉门12设置于所述扩散炉体11具有所述装卸通口111的炉管一端，且与所述扩散炉体11活动连接，在扩散工艺进行前，将所述炉门12开启，将装载有所述晶圆22的所述晶舟21送入所述扩散炉体11，之后将所述扩散炉体11封闭。在扩散工艺进行过程中，扩散源除了扩散到所述晶圆22表面外，不可避免地会扩散到所述扩散炉体11内的各个角落，比如扩散到所述扩散炉体11内壁上和所述晶舟21上等，成为杂质污染源；在扩散工艺结束后，开启所述炉门12，将所述晶舟21从所述扩散炉体11内移出，由于所述晶舟21通常比较大，移动过程也比较缓慢，因而这个移出的过程需要一定的时间，在这个过程中，含有不纯物的外来气体10极容易进入所述扩散炉体11内，造成所述扩散炉体11内壁上和所述晶舟21上的污染源分散掉落在所述晶圆22上，而且外来气体10还可能与所述扩散炉体11内残存的工艺气体反应生成新的污染物掉至所述晶圆22上，或者对所述晶圆22表面造成氧化污染，使得所述晶圆22的颗粒污染进一步加剧，导致生产良率下降，造成严重的经济损失，因而必须对所述外来气体10进行严格管控。当然，为避免对所述晶舟21的上下移动造成干扰，所述空气阻气门13不能位于所述扩散炉体11的正下方区域，而优选位于所述扩散炉体11的侧下方。本实施例中，所述空气阻气门13位于所述扩散炉体11内靠近所述装卸通口111的一侧，且位于其斜下方。

作为示例，所述空气阻气门13的所述喷头上分布有多个非等向喷气的细孔。所述空气阻气门13包括一喷头主体152以及设置在所述喷头主体152一端的喷射面，该喷射面靠近所述扩散炉体11的所述装卸通口处，具体如图3所示。作为示例，所述空气阻气门13具有圆形或圆弧形的喷射面，多个所述细孔151在所述喷射面上均匀间隔分布。设置成圆弧形一方面便于所述喷头与所述清洁气体管路141相匹配，另一方面在同样的面积上，圆弧形的喷射面也适宜形成更多的所述细孔151，有利于所述细孔151的均匀分布，且在加工上也更加方便。作为示例，所述细孔151的直径小于1cm，更优的选择是小于1mm，比如介于0.1～0.5mm之间(包括端点值)。理论上所述细孔151的直径越小越好，但考虑到机械加工上的难易度，以及所述细孔151如果过小的话，有可能在喷射处形成较大的压力，易造成所述喷头的不稳定，万一所述清洁气体源142因为故障导致所述清洁气体131的流量突然增大，而过小的细孔151无法应对突然增大的气体流量的话，可能导致所述喷头炸裂，造成安全事故，因此综合而言，优选所述细孔151的直径介于0.1～0.5mm之间。当然，所述细孔151也是有一定深度，具体的深度与所述喷射面的厚度相关。所述细孔151的数量除与所述细孔151的直径相关，还与所述空气阻气门13的喷射面的面积相关，根据不同的设备及工艺需要，所述空气阻气门13的喷射面的面积可以有不同选择，比如如果是12寸工艺，则所述喷射面的面积宜大一些。作为示例，本实施例中，所述喷头上的所述细孔151的数量大于1000个。

所述空气阻气门13可以与所述清洁气体管路141固定连接，也可以是活动连接，优选活动连接，即所述空气阻气门13可以从所述清洁气体管路141上拆卸，这样便于所述空气阻气门13的更换，同时也便于根据不同的需要选用不同规格的所述空气阻气门13。所述空气阻气门13的喷头的材质可以是石英或陶瓷，优选石英，因为透明的石英材质不仅便于加工出所述细孔151，而且一旦所述细孔151出现堵塞等现象，便于第一时间观察到。作为示例，所述清洁气体管路141的气体流量介于5l/min～15l/min之间。为便于控制所述清洁气体131的流量，作为示例，在位于所述半导体扩散设备的外部，在靠近所述清洁气体源142的所述清洁气体管路141上设置有阀门143，且可以将所述阀门143进一步连接至所述半导体扩散设备的控制端，以根据工艺进程打开或者关闭所述阀门143以实现所述清洁气体131的供应或者关闭，当然，还可以在所述清洁气体管路141上设置流量计(未图示)，以对所述清洁气体131的流量进行监控。作为示例，所述清洁气体131可以是氮气或惰性气体，从成本的角度考量，优选氮气。

在另一示例中，所述空气阻气门13的喷射面呈凹面形，即所述喷射面的中间相较于边缘向内凹进的形状，多个所述细孔151在所述喷射面上均匀间隔分布。凹面形的结构设计可以在所述喷头主体152的直径相同的情况下，使所述空气阻气门13的喷射面的面积更大，可以形成更多的所述细孔151，而且凹面形的结构下，便于形成一些开口方向不与水平面平行的细孔151，换而言之，将一些所述细孔151的开口方向形成相较于水平面具有的一定程度的倾斜角度，以增大所述清洁气体131的喷射范围，此外，凹面形结构下，位于所述喷头的喷射面的中间的所述细孔151虽然是将所述清洁气体131水平直射到所述晶圆22周围，但因为距所述晶圆22的位置较远，因而不用担心所述清洁气体131会对所述扩散炉体11的内壁造成冲击；而位于所述喷头的喷射面的边缘的所述细孔151虽然喷出的所述清洁气体131不是水平直射式的，但因为距所述晶圆22较近，因而仍然能够对所述晶圆22形成良好的保护，即将所述空气阻气门13的喷射面设置为凹面形，能使位于不同位置处的所述细孔151喷射出的清洁气体131实现更加均衡的保护效果，进一步避免所述外来气体10进入所述扩散炉体11内，保护所述晶圆22不被污染。

作为示例，所述空气阻气门13可以为多个，比如为2个或2个以上，多个所述空气阻气门13可以并排设置在所述清洁气体管路141上，以增大喷射范围，当然，多个所述空气阻气门13还可以以其他方式设置，具体不做限制。所述清洁气体管路141也可以为多路，比如为2路或2路以上，多路所述清洁气体管路141均匀间隔设置在与所述扩散炉体11的所述装卸通口相邻的区域，以从不同的方向上朝下降过程中的所述晶舟21喷洒所述清洁气体131，以全方位保护所述晶圆22。所述空气阻气门13和所述清洁气体管路141的设置还可以有其他选择，比如可以设置有多个所述空气阻气门13的多路所述清洁气体管路141，本实施例中不做具体限制。

作为示例，所述清洁气体管路141在扩散工艺完成，所述炉门12打开的同时开始工作，此时装载有所述晶圆22的晶舟21从所述扩散炉体11内缓慢下降，从所述清洁气体管路141内喷射出的所述清洁气体131喷向所述晶舟21方向，喷射过程的示意图如图4及图5所示，可以看到，采用具有多个所述细孔151的所述空气阻气门13，使得从所述清洁气体管路141内喷出的所述清洁气体131被分散成微细的清洁气体流，这些微细的清洁气体流分散喷射到所述晶圆22的表面及周围，对所述晶圆22形成良好的保护，有效避免外来气体10进入所述扩散炉体11内，避免所述外来气体10将存在于所述扩散炉体11内壁及所述晶舟21上的污染源吹落掉至所述晶圆22上而造成所述晶圆22污染，同时避免外来气体10与所述扩散炉体11内的残留反应气体反应生成新的污染物或所述外来气体10本身对所述晶圆22造成的污染，比如如果所述外来气体10中如果含有氧气，则一旦所述外来气体10混入所述扩散炉体11内，就有可能在所述晶圆22表面造成氧化污染。本实施例中，因为分散后的清洁气体131气流比较微弱，不会喷射到所述扩散炉体11的内壁上，也不足以将所述扩散炉体11内壁上及所述晶舟21上积聚的杂质源吹落，因而可以完全避免杂质源对所述晶圆22造成污染。当然，在需要时，也可以在炉门12开启前就开始所述清洁气体131的供应，以提前对所述炉门12附近进行清洁净化。通常地，从所述扩散炉体11内移出的所述晶舟21将转移到加载互锁区(loadlock)进行冷却降温，之后所述晶圆22将被卸载。由于此部分内容为业内常识且与本申请的发明内容无关，故对后续操作不做具体展开。

本实施例的所述半导体扩散设备尤其适用于多晶硅扩散工艺和氮化物扩散工艺，因为多晶硅扩散工艺和氮化物扩散工艺过程中极容易生成较多的粉末状反应副产物，且反应气体本身易分解生成污染颗粒，扩散反应结束后会在所述扩散炉体11的内壁和所述晶舟21上积聚较多的杂质，一旦扩散炉体11发生震动或受到较强的外来气流的冲击，这些污染源就极易四处飞散并掉到所述晶圆22上，造成严重的颗粒污染，而采用本实施例的所述半导体扩散设备，通过增设的所述清洁气体管路141，且采用带有多个所述细孔151的所述空气阻气门13，能够有效避免此类污染问题，提高生产良率。

综上所述，本发明提供一种半导体扩散设备，包括扩散炉体、炉门及空气阻气门；所述扩散炉体用于容纳承载晶圆的晶舟，所述扩散炉体的炉管一端封闭，炉管另一端具有装卸通口；所述炉门设置于所述扩散炉体具有所述装卸通口的炉管一端，且与所述扩散炉体活动连接，用于扩散制程中封闭所述装卸通口；所述空气阻气门与清洁气体管路的一端相连接，所述清洁气体管路的另一端连接至一清洁气体源，所述空气阻气门与所述装卸通口相邻，以避免外来气体进入所述扩散炉体内，当所述炉门打开，并使所述晶舟从所述扩散炉体内经过所述装卸通口下降的过程中，所述空气阻气门将从所述清洁气体管路喷出的清洁气体分散喷射到通过所述装卸通口的所述晶圆表面及周围，以保护所述晶圆不被污染。本发明结构简单，使用方便，能有效减少晶圆的颗粒污染，提高生产良率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。