氢氧合成氧化炉管改POCL3掺杂炉管

2022-09-11

引言

掺杂工艺就是将可控数量的所需杂质掺入硅片中的特定区域内, 从而改变半导体的电学性能, 利用掺杂工艺, 可以制作PN结、晶体管的源漏区、电阻、欧姆接触等, 这些是制造大规模集成电路的基础。扩散和离子注入是半导体掺杂的两种主要工艺。两者都被用来制作分离器件与集成电路, 互补不足, 相得益彰。扩散是较早时期采用的参杂工艺, 并沿用至今, 离子注入是20世纪60年代发展起来的在很多方面都优于扩散的掺杂工艺。扩散的优点在于设备简单, 工艺简单, 操作方便, 成本低。由于生产线上POCL3液态源掺杂设备产量不能满足生产的需求, 故对较为空闲的氢氧合成炉管进行了改造, 使其满足POCL3液态源掺杂工艺, 以解决该工序产量不足的问题。

一、系统配置

1. 原氢氧合成氧化工艺炉管配置

原氢氧合成氧化工艺炉管配置有四种气体六路管道。四种气体包括有:氮气、氧气、氢气以及氯化氢气体;六路管道包括有:针阀调节的氮气一路、20SLM的氮气一路、20SLM的氢气一路、20LSM的氧气一路、2SLM的氧气一路以及500SCCM的氯化氢一路, 其气路图如图一所示。由于原炉管做氢氧合成工艺故该炉管还包括有外点火系统以及氢氧合成工艺时需要的多种保护措施。

2. 新POCL3工艺炉管配置

POCL3工艺配置需要三种气体六路管道。三种气体包括有:氮气、氧气以及氯化氢气体;六路管道包括有:针阀调节的氮气一路、20SLM的氮气一路、2SLM氮气一路、20LSM的氧气一路、2SLM的氧气一路以及500SCCM的氯化氢一路。由于新系统要做POCL3液态源掺杂工艺故该新系统还包括源瓶温度控制系统。

二、系统机械结构改造

1. 部件拆除

拆除系统中不需要的部件:主要包括20SLM的氢气质量流量计和外点火系统。在拆除氢气质量流量计后要用堵头把氢气管道出气口堵了, 防止有人误开氢气阀从而引起氢气泄漏事故。

2. 气路改造

从20SLM的氮气管道进口, 通过加装一个三通阀分一路氮气用作POCL3液态源的携带气体源。由于设备所用POCL3液态源瓶为石英件, 其可长期忍耐的压力为15PSI左右, 而设备总氮气压力一般调节在25PSI左右, 故在POCL3液态源的携带氮气管路加装一调压阀, 控制其输出压力5~7PSI。

在原氢气MFC处配置一个2SLM的氮气MFC, 其进气端与经过调压的POCL3液态源携带N2相连, 出气端经过一常闭气动阀V3与POCL3液态源瓶的进气端相连。考虑到POCL3的腐蚀性, 防止由于意外情况POCL3倒灌而引起其携带N2的管路、阀门以及MFC的损坏, 故在POCL3液态源的进气端加一聚四氟乙烯单向阀门CV3。该携带氮气MFC的控制线路用原氢气MFC的控制线路。

为了保证工艺的稳定性和重复性需要确保POCL3液态源的温度受控, 不能受环境的温度变化而影响。选用UHL系列源瓶恒温冷阱UHL-2型, 控温精度±0.5℃, 对源瓶温度进行控制。

在液态源瓶出气口与石英管进气连接管道间接一常闭、常开组合聚四氟乙烯阀门V9, 常闭阀门接于石英管进气管路, 常开阀门接于源瓶VENT管道。由于POCL3液态源要吸潮, 故在VENT管路接一路常通的吹扫N2, 用针阀控制流量, 并且在源瓶出气口和阀组间接一个聚四氟乙烯单向阀门CV4, 防止气体倒压进源瓶。V9阀的控制气体与POCL3液态源携带气体的V3阀的控制气体并接。改造后的气路如图2所示。

三、系统软件及电气线路改造

系统软件及电气线路改造主要是对控制系统的配置进行新的设置并屏蔽掉原氢氧合成工艺中的互锁。

1. 系统配置的更改

在系统软件根目录下点开Configuration setting文件T88KZ3.int:把其中Gas_3的Name=H2 Rang=20 Units=改为Name=POCL3 Rang=2000 Units=sccm, 如图3所示。

改完后保存并关闭该文件, 然后进入系统控制软件Process Mandger页面点击Send New Config.命令, 配置文件更改完成。

2. 系统电气线路的改造

系统电气线路的改造主要包括下面几个方面:一、屏蔽掉LO O2 ALARM的互锁;二、屏蔽外点火UNDER TEMP ALARM的互锁;三、屏蔽氢氧比例互锁;四、屏蔽外点火NO TORCH的互锁。

产生LO O2 ALARM信号的电路如图4所示, 氧气流量传感器采集的电信号加于比较器LM339的反相端U3-6, 在其正向端U3-7加一比较电压。当U3-6的电压低于U3-7的电压时比较器输出管截止, 则Q1三极管导通, 继电器K2动作, 触发LO O2 ALARM信号。为了屏蔽该信号则断开J7-3即可。

产生UNDER TEMP ALARM信号的电路原理与产生LO O2 ALARM信号的电路原理类似, 屏蔽该信号则在气体控制板上断开J7-5即可。

在气体控制板中氢氧比例互锁电路如图5所示。屏蔽该信号则需断开跳线J34 1-2, 短接跳线J28 1-2

该系统采用的火焰探测器为LFE10, 屏蔽NO TORCH信号即需要火焰探测器一直检测到火焰的存在, 则短接LFE10控制器的3脚和7脚即可。

结论

氢氧合成炉管经过改造后, 完全满足了POCL3液态源掺杂工艺。经过一年多的运行, 设备平稳定可靠。

摘要：三氯氧磷预淀积是半导体制造过程中常用的掺杂工艺, 使用的掺杂源是三氯氧磷液态源, 它在工艺过程中分解产生的P2O5淀积在硅片表面, P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子, 并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃, 然后磷原子再向硅中进行扩散。本文介绍了SLC99控制系统的氢氧合成炉管改造成POCL3液态氧掺杂炉管的具体步骤及方法。

关键词：POCL3,掺杂,改造