用於半導體矽片快速退火的裝置的製作方法

2023-06-15 16:01:06 1

專利名稱：用於半導體矽片快速退火的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於半導體矽片製造加工領域，涉及一種適用於半導體矽片熱處理工藝的快速退火裝置。
背景技術：
直拉矽單晶是將多晶矽放置在高純石英坩堝中高溫熔化，因為高純坩堝直接與熔矽接觸並且處於1450攝氏度以上的高溫，高溫下Si02會與熔矽反應生長SiO，並部分溶於熔矽中，隨著晶體生長進入晶體內部，形成矽中氧。同時，直接矽單晶的生長是從高溫熔體中緩慢凝固生長出來，晶體生長的驅動力主要來自於溫度梯度形成的過冷度，因此在晶體的生長、冷卻過程中需要經過一段熱歷史。矽中的氧雜質在低溫熱處理時，能產生施主效應，使得η型矽晶體的電阻率下降，P型矽晶體的電阻率上升，施主效應嚴重時，能使P型矽晶體轉化為η型，這是氧的施主效應。氧的施主效應可以分為兩種情況，有不同的性質，一種是在35(T500°C左右範圍生成的，稱為熱施主；一種是在55(T800°C左右溫度範圍形成的，稱為新施主。直接矽單晶在拉制到出爐經歷了一段熱歷史，不可避免的在35(T500°C形成了熱施主。一般認為，450°C是矽中熱施主形成的最有效溫度，除了退火溫度，矽中的初始氧濃度對熱施主的形成速率和濃度有最大影響，初始氧濃度越高，熱施主濃度越高，其形成速率也越快。新施主在650 V左右濃度可達最大值，和熱施主相比，它的形成速率比較慢，一般需要較長的時間，其濃度也比熱施主低一個數量級。電阻率是半導體矽片的最重要參數，不同電阻率矽片可能會用於製作同一器件的不同規格器件，也可能用於製作不同規格的器件，比如有的矽片用於製作TVS器件，有的由於製作汽車整流管，有的用於製作普通二極體，有的用於製作節能燈晶片等。對於下遊器件加工廠而言，電阻率對檔及電阻率真實性是至關重要的，它直接決定了矽片所能製作的器件工藝、類型、用途。如果在某一電阻率檔位中存在熱處理不完全或未熱處理的矽片，在器件製作時所得到的器件參數將完全偏離原有設定，造成嚴重的質量異常。因此對矽片進行熱處理並快速退火消除熱施主效應是非常關鍵的。同時，真實電阻率對實際單晶生長的摻雜控制也是至關重要的。對於直拉矽單晶而言，電阻率是呈現頭高尾低分布，由於單晶生長電阻率連續分布的特殊性和客戶要求的單一性矛盾存在，如何設置單晶生長的頭部電阻率是非常關鍵的，因此單晶頭尾樣片的真實電阻率也是矽片製造和加工行業的關注重點和監控點。對於直拉矽單晶而言，想要得到真實電阻率必須經過550-800攝氏度熱處理加工，熱處理加工的原理是消除熱施主效應，且不產生新施主效應，熱處理工藝的關鍵是要使退火後的矽單晶或單晶片快速躍過35(T500°C溫度區域，特別是450°C溫度。如果不能快速躍過35(T500°C溫度區域，熱施主將重新形成，影響矽單晶恢復到真實電阻率。因此如何實現快速退火是熱處理環節的核心工藝。目前現有一般熱處理工藝是將矽片置於熱處理爐中550-800°C恆溫處理一段時間，然後快速取出並置於風扇下，用空氣快速退火。在實際操作中，矽片離開熱處理爐後溫度便開始下降，這對操作人員轉移矽片時間提出了較高的要求，如果轉移較慢，矽片將在35(T500°C溫度區域停留，熱施主將重新形成，影響矽單晶恢復到真實電阻率。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題就是提供一種用於半導體矽片快速退火的裝置，為半導體矽片熱處理退火提供了一種操作簡便，可實施性強，效果明顯的快速退火裝置。為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案用於半導體矽片快速退火的裝置，其特徵在於包括承接熱處理爐出來半導體矽片的支撐支架，與支撐支架固定相連的移動滑板，與移動滑板配合的滑動導軌，該裝置還包括一設於滑動導軌上的接觸式開關及受該接觸式開關控制開關的冷卻風扇，當半導體矽片隨移動滑板移動到處於冷卻風扇風流中部位置時，接觸式開關控制冷卻風扇開啟，移動滑板由驅動機構驅動在滑動導軌上滑動。作為優選，所述支撐支架為橫截面為圓弧形的板材且支撐支架與熱處理爐的爐口下半部具有相同的弧度，支撐支架高度與熱處理爐爐口高度一致。作為優選，所述支撐支架為高純石英板或不鏽鋼板。作為優選，所述滑動導軌與支撐支架垂直，冷卻風扇設於滑動導軌側部且風流方向與滑動導軌垂直。作為優選，所述半導體矽片隨石英舟一起落在支撐支架上，半導體矽片高度可使該半導體矽片正好處於冷卻風扇風流中心位置。作為優選，所述冷卻風扇為直流風機。作為優選，所述驅動機構為一氣缸，該氣缸由接觸式開關控制關閉。半導體矽片在熱處理爐熱處理完成後，將半導體矽片同石英舟一起推出爐口並轉移到支撐支架上，快速將移動滑板通過滑動導軌推向直流風機，移動滑板推到位時觸發接觸式開關，直流風機啟動，此時矽片剛好處於直流風機風口，實現快速風冷退火。因而本實用新型具有以下優點I、本實用新型提供的半導體矽片快速退火裝置和方法能夠有效實現快速退火，能夠用於實際半導體矽片的加工和製造過程中的熱處理退火環節。2、本實用新型提供的半導體矽片快速退火裝置和方法具有結構簡單，操作簡便，效率較高的優點。3、本實用新型提供的半導體矽片快速退火裝置和方法具有強的產業化操作性，有利於提聞生廣效率。
以下結合附圖
和具體實施方式
對本實用新型作進一步描述圖I為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
下面結合圖I具體說明本實用新型一種用於半導體矽片快速退火的裝置的實施
4例，包括承接熱處理爐I出來半導體矽片2的支撐支架4，與支撐支架4固定相連的移動滑板5，與移動滑板5配合的滑動導軌6，該裝置還包括一設於滑動導軌上的接觸式開關8及受該接觸式開關控制開關的冷卻風扇7，當半導體矽片隨移動滑板移動到處於冷卻風扇風流中部位置時，接觸式開關控制冷卻風扇開啟，移動滑板5由驅動機構驅動在滑動導軌上滑動。所述驅動機構為一氣缸9，該氣缸由接觸式開關8控制關閉。所述支撐支架為橫截面為圓弧形的板材且支撐支架與熱處理爐爐口下半部具有相同的弧度，支撐支架高度與熱處理爐口高度一致。所述半導體矽片隨石英舟3 —起落在支撐支架4上，半導體矽片2高度可使該半導體矽片正好處於冷卻風扇風流中心位置。即支撐支架高度略低於直流風機中心，使得待退火半導體矽片處於直流風機風流中心，有利於退火。所述支撐支架為高純石英板或不鏽鋼板。熱處理爐由溫控儀表控制熱處理溫度。所述滑動導軌與支撐支架垂直，冷卻風扇設於滑動導軌側部且風流方向與滑動導軌垂直。當然，滑動導軌也可以與支撐支架平行，這樣冷卻風扇可以設於滑動導軌末端，冷卻風扇正對支撐支架移動靠近過來的方向。所述冷卻風扇為直流風機。當然也可以採用普通風扇。直流風機退火效果更好。該裝置的使用方法①將裝置放置在熱處理爐邊上，並調整高度，確認支撐支架與熱處理爐口高度一致；②熱處理時間到後，將支撐支架連同移動滑板置於熱處理爐口用高純石英棒將熱處理完畢的石英舟快速拉出並放置在支撐支架上；④啟動氣缸，氣缸快速推動移動滑板，使其帶著待退火矽片快速滑向直流風機移動滑板觸發接觸式開關，直流風機開始工作，此時待退火矽片處於直流風機風流中部，有利於快速退火，同時接觸式開關控制氣缸停止動作待矽片溫度到達環境溫度時，一般約需要30分鐘，即可取下矽片，放置在指定位置；⑦重複3-7步驟可以實現多次熱處理快速退火。採用上述實施實例的裝置及使用方法進行單晶頭部樣片熱處理快速退火，N〈lll>，3寸單晶生長時的頭部目標電阻率為33. O歐姆釐米(摻雜濃度約為I. 32E14atoms/cm3),未熱處理前測試其電阻率為9. 2歐姆釐米，與真實電阻率相差較大。按照恆溫650攝氏度45分鐘惰性氣體保護處理45分鐘後採用該裝置取出並快速退火30分鐘，待達到測試條件後進行電阻率測試，得到測試值32. 6歐姆釐米，與目標電阻率基本接近，與實際摻雜濃度基本一致。備註測試條件為23攝氏度，60%RH。採用上述實施例方案，根據頭部樣片及實際電阻率分布情況，在電阻率範圍為(30-35歐姆釐米)中選取lOOpcs樣片，其中第一組50pcs熱處理後採用該退火裝置，第二組50pcs熱處理後自然冷卻，分別測試平均電阻率，得到如下結果第一組平均電阻率為32. 94歐姆釐米；第二組平均電阻率為23. 62歐姆釐米。從對比結果可以看出本實用新型提供的快速退火裝置及退火方法能夠有效的消除矽中氧施主效應，得到矽片真實電阻率。
權利要求1.用於半導體矽片快速退火的裝置，其特徵在於包括承接熱處理爐(I)出來半導體矽片(2 )的支撐支架(4 )，與支撐支架(4 )固定相連的移動滑板(5 )，與移動滑板(5 )配合的滑動導軌(6)，該裝置還包括一設於滑動導軌上的接觸式開關(8)及受該接觸式開關控制開關的冷卻風扇(7)，當半導體矽片隨移動滑板移動到處於冷卻風扇風流中部位置時，接觸式開關控制冷卻風扇開啟，移動滑板由驅動機構驅動在滑動導軌上滑動。
2.根據權利要求I所述的用於半導體矽片快速退火的裝置，其特徵在於所述支撐支架為橫截面為圓弧形的板材且支撐支架與熱處理爐的爐口下半部具有相同的弧度，支撐支架高度與熱處理爐爐口高度一致。
3.根據權利要求2所述的用於半導體矽片快速退火的裝置，其特徵在於所述支撐支架為高純石英板或不鏽鋼板。
4.根據權利要求2所述的用於半導體矽片快速退火的裝置，其特徵在於所述滑動導軌與支撐支架垂直，冷卻風扇設於滑動導軌側部且風流方向與滑動導軌垂直。
5.根據權利要求I所述的用於半導體矽片快速退火的裝置，其特徵在於所述半導體矽片隨石英舟(3)—起落在支撐支架上，半導體矽片高度可使該半導體矽片正好處於冷卻風扇風流中心位置。
6.根據權利要求I所述的用於半導體矽片快速退火的裝置，其特徵在於所述冷卻風扇為直流風機。
7.根據權利要求I所述的用於半導體矽片快速退火的裝置，其特徵在於所述驅動機構為一氣缸(9)，該氣缸由接觸式開關控制關閉。
專利摘要本實用新型公開了一種用於半導體矽片快速退火的裝置，包括承接熱處理爐出來半導體矽片的支撐支架，與支撐支架固定相連的移動滑板，與移動滑板配合的滑動導軌，該裝置還包括一設於滑動導軌上的接觸式開關及受該接觸式開關控制開關的冷卻風扇，當半導體矽片隨移動滑板移動到處於冷卻風扇風流中部位置時，接觸式開關控制冷卻風扇開啟，移動滑板由驅動機構驅動在滑動導軌上滑動。本實用新型提供的半導體矽片快速退火裝置能夠有效實現快速退火，能夠用於實際半導體矽片的加工和製造過程中的熱處理退火環節，具有結構簡單，操作簡便，效率較高的優點。
文檔編號C30B33/02GK202730308SQ20122046468
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者孫新利, 萬喜增, 蔣偉達, 鄭六奎 申請人:浙江長興眾成電子有限公司