一種用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)，其包括源流量提供單元、載氣提供單元和壓力控制單元；載氣提供單元通過第一控制閥與源流量提供單元的氣體輸入端相連，壓力控制單元連接在源流量提供單元輸出端與負(fù)壓擴(kuò)散爐反應(yīng)腔室之間，其能感測(cè)所述源流量提供單元兩端的壓力值或所述源流量提供單元輸出端的壓力值，并通過控制內(nèi)部閥使壓力控制單元入口處的工藝氣體壓力達(dá)到預(yù)定值，其中，工藝氣體的壓力預(yù)定值小于等于大氣壓。因此，本發(fā)明通過精準(zhǔn)控制擴(kuò)散爐的源流量，使通入反應(yīng)腔室的源流量滿足硅片方阻及結(jié)深的需求，從而大大減少了源流量的干擾因素,并且,還提供有效縝密的防爆防護(hù)措施。
【專利說明】一種用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及加工制造領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]負(fù)壓擴(kuò)散爐是半導(dǎo)體、光伏生產(chǎn)線前道工序的最重要工藝設(shè)備，也可以說是半導(dǎo)體及太陽能行業(yè)較關(guān)鍵的設(shè)備。其可以用于大規(guī)模集成電路、分立器件、電力電子、光電器件和光導(dǎo)纖維等行業(yè)的擴(kuò)散、氧化、退火、合金及燒結(jié)等工藝。負(fù)壓擴(kuò)散工藝的主要用途是在高溫條件下對(duì)半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行摻雜，即將元素磷和硼擴(kuò)散進(jìn)入硅片，從而改變和控制半導(dǎo)體內(nèi)雜質(zhì)的類型、濃度和分布，以便建立起不同的電特性區(qū)域。
[0003]在負(fù)壓擴(kuò)散爐通過擴(kuò)散過程形成P-N結(jié)的過程中，工藝氣體三氯氧磷在高溫下分解生成五氯化磷(PC15)和五氧化二磷(P205)，生成的P205在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅(Si02)和磷原子，在有外來氧氣存在的情況下，PC15會(huì)進(jìn)一步分解成P205并放出氯氣(C12)，生成的P205又進(jìn)一步與硅作用，生成Si02和磷原子，P0C13分解產(chǎn)生的P205淀積在娃片表面，P205與娃反應(yīng)生成Si02和磷原子并在娃片表面形成一層磷-娃玻璃，然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散。
[0004]我們知道，負(fù)壓擴(kuò)散爐通常由控制系統(tǒng)、進(jìn)出舟系統(tǒng)、爐體加熱系統(tǒng)和氣體控制系統(tǒng)等組成。其中，氣體控制系統(tǒng)的優(yōu)劣，直接決定P-N結(jié)的生成質(zhì)量。例如，從工藝特性來看，硅片方阻及結(jié)深和源流量、溫度和壓力的均勻性直接相關(guān)。
[0005]目前市場(chǎng)上的負(fù)壓擴(kuò)散設(shè)備源流量控制較為粗獷，一般均致力于工藝氣體和載氣的流量和溫度控制，壓力均保持在大氣壓。然而，負(fù)壓擴(kuò)散設(shè)備的反應(yīng)腔體中所需負(fù)壓有時(shí)會(huì)很小，如果源流量是在大氣壓`下進(jìn)行工藝氣體和載氣輸入時(shí)，由于負(fù)壓擴(kuò)散設(shè)備源流量與大氣壓之間的差值較大，源流量會(huì)大幅增加，且源瓶受壓大幅增加，有爆裂危險(xiǎn)，這樣，就會(huì)產(chǎn)生很多影響磷源或硼源的干擾因素且不易控制。
[0006]另外，負(fù)壓擴(kuò)散設(shè)備載氣的流量、溫度和壓力的過載防護(hù)設(shè)計(jì)也不周全，這不僅直接導(dǎo)致在安全生產(chǎn)高方阻、高均勻性的硅片時(shí)顯得捉襟見肘，而且，會(huì)發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。因此，如何能如何精準(zhǔn)控制擴(kuò)散爐的源流量并提供有效縝密的防護(hù)措施，是目前業(yè)界急需解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)，通過精準(zhǔn)控制擴(kuò)散爐的源流量壓力、溫度、載氣流量、通氣時(shí)間和對(duì)各參數(shù)的檢測(cè)與判斷，使通入反應(yīng)腔室的源流量滿足硅片方阻及結(jié)深的需求，從而大大減少了源流量的干擾因素。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)，其包括源流量提供單元、載氣提供單元和壓力控制單元；源流量提供單元放置于源溫控制器中，其包括氣體輸入端和氣體輸出端，氣體輸入端和氣體輸出端分別由單向閥防止倒充；載氣提供單元的一端與載氣源相連，另一端通過第一控制閥與所述源流量提供單元的氣體輸入端相連；其中，所述源流量提供單元的氣體輸入端用于導(dǎo)入載氣，所述源流量提供單元的氣體輸出端用于導(dǎo)出載氣和源流量氣體的混合物，即工藝氣體；壓力控制單元連接在所述源流量提供單元輸出端與負(fù)壓擴(kuò)散爐反應(yīng)腔室之間，其能感測(cè)所述源流量提供單元兩端的壓力值或所述源流量提供單元輸出端的壓力值，并通過控制內(nèi)部閥使壓力控制單元入口處的工藝氣體壓力達(dá)到預(yù)定值，其中，所述工藝氣體的壓力預(yù)定值小于等于大氣壓。
[0010]優(yōu)選地,所述工藝氣體的壓力值取自500毫巴至I個(gè)大氣壓之間的一個(gè)值，或一個(gè)
范圍值。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述反應(yīng)腔體中的壓力值與所述工藝氣體的壓力值之比為1:5至1:2之間。
[0012]優(yōu)選地，所述的源流量控制系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述源流量提供單元的氣體輸入端的防爆壓力防護(hù)單元，所述壓力防護(hù)單元包括壓力采集子單元、判斷壓力是否超過閾值的判斷子單元和執(zhí)行排氣子單元，所述執(zhí)行排氣子單元為包括并聯(lián)在所述源流量提供單元兩端的第三閥門和排氣閥門，其中，所述排氣閥門為連接在第二閥門輸入端和大氣間的第四
閥門和/或第二閥門。
[0013]優(yōu)選地，所述壓力防護(hù)單元中的判斷子單元通過可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡(jiǎn)稱 PLC)模組控制。
[0014]優(yōu)選地，所述載氣提供單元和第一閥門之間還包括載氣流量控制單元。
[0015]優(yōu)選地,所述載氣流量控制單元通過PLC模組控制。
[0016]優(yōu)選地，所述的載氣為氮?dú)?，所述源氣為含磷或硼的氯化物或氧化物?br> [0017]優(yōu)選地，所述的源流量控制系統(tǒng)還包括管路清洗控制單元，在進(jìn)行管路清洗時(shí)，所述管路清洗控制單元控制第一閥門、第二閥門、第三閥門和排氣閥門打開，以使所述載氣提供單元輸出的氮?dú)馔ㄟ^第一閥門、第三閥門、壓力控制單元管路和排氣閥門排放出去。
[0018]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的裝置上述技術(shù)方案所提供的源流量控制與防護(hù)裝置，通過精確控制影響源流量的參數(shù)并排除其他干擾因素，加上縝密的安全防護(hù)與清洗措施，大大提高了源流量控制精度，節(jié)省了大量的工藝氣體，極大降低了源瓶爆裂的概率，減少了源對(duì)真空部件的腐蝕程度，提高了核心部件的使用壽命，減少了設(shè)備維護(hù)時(shí)間和周期，明顯提升了工藝效果，降低了設(shè)備綜合成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖【具體實(shí)施方式】
[0020]本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚 ，負(fù)壓擴(kuò)散爐中的反應(yīng)腔在進(jìn)行擴(kuò)散工藝時(shí)，一直處于負(fù)壓狀態(tài)下，例如，100毫巴。當(dāng)源流量(工藝氣體)在載氣的導(dǎo)引下，進(jìn)入反應(yīng)腔體時(shí)，如果是以常壓狀態(tài)下進(jìn)入的話，其壓差較大，因此，源流量會(huì)大幅增加，且源瓶受壓大幅增加，有爆裂危險(xiǎn)。本發(fā)明的一種用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)，是用于輔助負(fù)壓擴(kuò)散裝置的源控制部分。其主要思路是，通過精確控制新進(jìn)入反應(yīng)腔體的工藝氣體的壓力，在保證新進(jìn)入反應(yīng)腔體的工藝氣體以一定溫度和流速進(jìn)入前提下，通過減小新進(jìn)入的工藝氣體與腔體中的工藝氣體的壓力差，從而解決無法精準(zhǔn)控制源流量的問題和排除源瓶爆裂的危險(xiǎn)。
[0021]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，如圖1所示，該包括源流量提供單元、載氣提供單元和壓力控制單元。
[0023]源流量提供單元即源瓶8放置于源溫控制器中，源瓶8包括氣體輸入端和氣體輸出端，氣體輸入端和氣體輸出端分別由單向閥防止倒充。源溫控制器可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任何方式，例如，使用水冷或油冷方式。在本實(shí)施例中，源溫控制器與工控機(jī)10相連，工控機(jī)10輸入的指令，通過源溫控制器對(duì)水溫或油溫進(jìn)行精確控制，在此不再贅述。
[0024]載氣提供單元的一端與載氣源相連，另一端通過第一控制閥2與源流量提供單元8的氣體輸入端相連；其中，源流量提供單元8的氣體輸入端用于導(dǎo)入載氣，源流量提供單元8的氣體輸出端用于導(dǎo)出載氣和源流量氣體的混合物，即工藝氣體。在本實(shí)施例中，載氣提供單元和第一閥門2之間還包括載氣流量控制單元，即載氣由氣體流量控制器I來控制，流量控制器I可以由PLC模組9控制，PLC模組的設(shè)定值由工控機(jī)10來發(fā)送。
[0025]如圖1所示，壓力控制單元4連接在源流量提供單元8輸出端與負(fù)壓擴(kuò)散爐反應(yīng)腔室11之間，也就是說，壓力控制單元4的入口與源瓶8出口相連，壓力控制單元4的出口與反應(yīng)腔室11的進(jìn)氣口相連，所有真空接口采用密封圈方式緊固連接。壓力控制單元4可以通過感測(cè)所述源流量提供單元兩端的壓力值或源流量提供單元輸出端的壓力值，并通過控制內(nèi)部閥使壓力控制單元入口處的工藝氣體壓力達(dá)到預(yù)定值。在本實(shí)施例中，壓力控制單元4位于源瓶8出口處，壓力控制系單元4不限于模擬量控制或RS232/485控制方式。
[0026]需要說明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，工藝氣體的壓力預(yù)定值通常小于等于大氣壓。較佳地，所述工藝氣體的壓力值取自500毫巴至I個(gè)大氣壓之間的一個(gè)值，或一個(gè)范圍值。在其他一些實(shí)施例中，反應(yīng)腔室11`中的壓力值與工藝氣體的壓力值之比為1:2至1:5之間。
[0027]總之，氣體流量控制器I控制通入源瓶8的載氣流量，壓力控制單元4控制其入口處的壓力值；再加上源瓶8放置于源溫控制器中，控制源流量的溫度。由于整個(gè)控制系統(tǒng)為密閉系統(tǒng)且不受外界干擾，因此，源流量被精準(zhǔn)控制，并根據(jù)算法可以精確計(jì)算并控制源流量大小、溫度、稀釋程度和壓力值了。
[0028]再請(qǐng)參閱圖1，在本發(fā)明的一些較優(yōu)實(shí)施例中，源流量控制系統(tǒng)可以采用設(shè)置在源流量提供單元的8氣體輸入端的防爆壓力防護(hù)單元7，輸入到對(duì)源流量提供單元的8氣體進(jìn)行壓力監(jiān)控，如果檢測(cè)到的壓力大于預(yù)設(shè)閾值，壓力防護(hù)單元7可以采取措施，防止壓力進(jìn)一步增大。
[0029]壓力防護(hù)單元7通常包括壓力采集子單元、判斷壓力是否超過閾值的判斷子單元和執(zhí)行排氣子單元，在本實(shí)施例中，執(zhí)行排氣子單元為包括并聯(lián)在源流量提供單元8兩端的第三閥門3和排氣閥門，其中，排氣閥門為連接在第二閥門6輸入端和大氣間的第四閥門5和/或第二閥門6。
[0030]也就是說，防爆壓力采集裝置7實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)載氣壓力，在位于正常值之外時(shí)，一個(gè)可以執(zhí)行的實(shí)施例為，通過關(guān)閉第一閥門2，開啟第三閥門3、第四閥門5將管道中的部分或全部氣體排放出去；另一個(gè)實(shí)施例可以通過關(guān)閉第一閥門2，開啟第三閥門3、第二閥門6將管道中的部分或全部氣體排放出去；再有一個(gè)實(shí)施例可以通過關(guān)閉第一閥門2，開啟第三閥門3、第二閥門6和第四閥門5將管道中的部分或全部氣體排放出去。這樣，可以防止源瓶爆裂或?qū)⒁蛟雌勘旧碣|(zhì)量問題造成的損害降至最低。
[0031 ] 在本發(fā)明的一些較優(yōu)實(shí)施例中，源流量控制系統(tǒng)可以包括管路清洗控制單元，在進(jìn)行管路清洗時(shí)，管路清洗控制單元控制第一閥門2、第二閥門6、第三閥門3和排氣閥門打開，以使載氣提供單元輸出的氮?dú)馔ㄟ^第一閥門2、第三閥門3、壓力控制單元4管路和排氣閥門排放出去。排氣閥門可以是上述實(shí)施例中的第二閥門6和第四閥門5的一個(gè)或它們的開啟和關(guān)閉組合，在此不再贅述。在工藝完畢后清洗控制系統(tǒng)管路，可以延長(zhǎng)各部件的使用壽命。
[0032]需要說明的是，圖1中的PLC模組9是控制可以用于本發(fā)明的溫度控制，壓力控制和管道清洗的核心部件，而工控機(jī)10則是自動(dòng)運(yùn)行工藝人機(jī)交互的一個(gè)重要接口。
[0033]綜上所述，本發(fā)明提供的裝置上述技術(shù)方案所提供的源流量控制與防護(hù)裝置，通過精確控制影響源流量的參數(shù)并排除其他干擾因素，加上縝密的安全防護(hù)與清洗措施，大大提高了源流量控制精度，節(jié)省了大量的工藝氣體，極大降低了源瓶爆裂的概率，減少了源對(duì)真空部件的腐蝕程度，提高了核心部件的使用壽命，減少了設(shè)備維護(hù)時(shí)間和周期，明顯提升了工藝效果，降低了設(shè)備綜合成本。即本發(fā)明的用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制和防護(hù)系統(tǒng)很好地解決了源流量控制和安全防護(hù)的問題。
[0034]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是 運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 源流量提供單元，放置于源溫控制器中，其包括氣體輸入端和氣體輸出端，氣體輸入端和氣體輸出端分別由單向閥防止倒充； 載氣提供單元，其一端與載氣源相連，另一端通過第一控制閥與所述源流量提供單元的氣體輸入端相連；其中，所述源流量提供單元的氣體輸入端用于導(dǎo)入載氣，所述源流量提供單元的氣體輸出端用于導(dǎo)出載氣和源流量氣體的混合物，即工藝氣體； 壓力控制單元，連接在所述源流量提供單元輸出端與負(fù)壓擴(kuò)散爐反應(yīng)腔室之間，其能感測(cè)所述源流量提供單元兩端的壓力值或所述源流量提供單元輸出端的壓力值，并通過控制內(nèi)部閥使壓力控制單元入口處的工藝氣體壓力達(dá)到預(yù)定值，其中，所述工藝氣體的壓力預(yù)定值小于等于大氣壓。
2.如權(quán)利要求1所述的源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述工藝氣體的壓力值取自500毫巴至I個(gè)大氣壓之間的一個(gè)值，或一個(gè)范圍值。
3.如權(quán)利要求2所述的源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)腔體中的壓力值與所述工藝氣體的壓力值之比為1:2至1:5之間。
4.如權(quán)利要求1所述的源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述源流量提供單元的氣體輸入端的防爆壓力防護(hù)單元，所述壓力防護(hù)單元包括壓力采集子單元、判斷壓力是否超過閾值的判斷子單元和執(zhí)行排氣子單元，所述執(zhí)行排氣子單元為包括并聯(lián)在所述源流量提供單元兩端的第三閥門和排氣閥門，其中，所述排氣閥門為連接在第二閥門輸入端和大氣間的第四閥門和 /或第二閥門。
5.如權(quán)利要求4所述的源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力防護(hù)單元中的判斷子單元通過PLC模組控制。
6.如權(quán)利要求1所述的源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述載氣提供單元和第一閥門之間還包括載氣流量控制單元。
7.如權(quán)利要求6所述的源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述載氣流量控制單元通過PLC模組控制。
8.如權(quán)利要求1所述的源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的載氣為氮?dú)?，所述源氣為含磷或硼的氯化物或氧化物?br> 9.如權(quán)利要求1所述的源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括管路清洗控制單元，在進(jìn)行管路清洗時(shí)，所述管路清洗控制單元控制第一閥門、第二閥門、第三閥門和排氣閥門打開，以使所述載氣提供單元輸出的氮?dú)馔ㄟ^第一閥門、第三閥門、壓力控制單元管路和排氣閥門排放出去。
【文檔編號(hào)】C30B31/18GK103696020SQ201310752569
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】孫朋濤, 桂曉波 申請(qǐng)人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司