專利名稱：一種用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體硅片制造加工領(lǐng)域，涉及一種適用于半導(dǎo)體硅片熱處理工藝的快速退火裝置。
背景技術(shù)：
直拉硅單晶是將多晶硅放置在高純石英坩堝中高溫熔化，因?yàn)楦呒冔釄逯苯优c熔硅接觸并且處于1450攝氏度以上的高溫，高溫下Si02會(huì)與熔硅反應(yīng)生長(zhǎng)SiO，并部分溶于熔硅中，隨著晶體生長(zhǎng)進(jìn)入晶體內(nèi)部，形成硅中氧。同時(shí)，直接硅單晶的生長(zhǎng)是從高溫熔體中緩慢凝固生長(zhǎng)出來(lái)，晶體生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自于溫度梯度形成的過(guò)冷度，因此在晶體的生長(zhǎng)、冷卻過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)一段熱歷史。硅中的氧雜質(zhì)在低溫?zé)崽幚頃r(shí)，能產(chǎn)生施主效應(yīng)，使得η型硅晶體的電阻率下降，P型硅晶 體的電阻率上升，施主效應(yīng)嚴(yán)重時(shí)，能使P型硅晶體轉(zhuǎn)化為η型，這是氧的施主效應(yīng)。氧的施主效應(yīng)可以分為兩種情況，有不同的性質(zhì)，一種是在35(T500°C左右范圍生成的，稱為熱施主；一種是在55(T800°C左右溫度范圍形成的，稱為新施主。直接硅單晶在拉制到出爐經(jīng)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(rèn)為，450°C是硅中熱施主形成的最有效溫度，除了退火溫度，硅中的初始氧濃度對(duì)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(dá)最大值，和熱施主相比，它的形成速率比較慢，一般需要較長(zhǎng)的時(shí)間，其濃度也比熱施主低一個(gè)數(shù)量級(jí)。電阻率是半導(dǎo)體硅片的最重要參數(shù)，不同電阻率硅片可能會(huì)用于制作同一器件的不同規(guī)格器件，也可能用于制作不同規(guī)格的器件，比如有的硅片用于制作TVS器件，有的由于制作汽車整流管，有的用于制作普通二極管，有的用于制作節(jié)能燈芯片等。對(duì)于下游器件加工廠而言，電阻率對(duì)檔及電阻率真實(shí)性是至關(guān)重要的，它直接決定了硅片所能制作的器件工藝、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硅片，在器件制作時(shí)所得到的器件參數(shù)將完全偏離原有設(shè)定，造成嚴(yán)重的質(zhì)量異常。因此對(duì)硅片進(jìn)行熱處理并快速退火消除熱施主效應(yīng)是非常關(guān)鍵的。同時(shí)，真實(shí)電阻率對(duì)實(shí)際單晶生長(zhǎng)的摻雜控制也是至關(guān)重要的。對(duì)于直拉硅單晶而言，電阻率是呈現(xiàn)頭高尾低分布，由于單晶生長(zhǎng)電阻率連續(xù)分布的特殊性和客戶要求的單一性矛盾存在，如何設(shè)置單晶生長(zhǎng)的頭部電阻率是非常關(guān)鍵的，因此單晶頭尾樣片的真實(shí)電阻率也是硅片制造和加工行業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)和監(jiān)控點(diǎn)。對(duì)于直拉硅單晶而言，想要得到真實(shí)電阻率必須經(jīng)過(guò)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(yīng)，且不產(chǎn)生新施主效應(yīng)，熱處理工藝的關(guān)鍵是要使退火后的硅單晶或單晶片快速躍過(guò)35(T500°C溫度區(qū)域，特別是450°C溫度。如果不能快速躍過(guò)35(T500°C溫度區(qū)域，熱施主將重新形成，影響硅單晶恢復(fù)到真實(shí)電阻率。因此如何實(shí)現(xiàn)快速退火是熱處理環(huán)節(jié)的核心工藝。目前現(xiàn)有一般熱處理工藝是將硅片置于熱處理爐中550-800°C恒溫處理一段時(shí)間，然后快速取出并置于風(fēng)扇下，用空氣快速退火。在實(shí)際操作中，硅片離開(kāi)熱處理爐后溫度便開(kāi)始下降，這對(duì)操作人員轉(zhuǎn)移硅片時(shí)間提出了較高的要求，如果轉(zhuǎn)移較慢，硅片將在35(T500°C溫度區(qū)域停留，熱施主將重新形成，影響硅單晶恢復(fù)到真實(shí)電阻率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置，為半導(dǎo)體硅片熱處理退火提供了一種操作簡(jiǎn)便，可實(shí)施性強(qiáng)，效果明顯的快速退火裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置，其特征在于包括承接熱處理爐出來(lái)半導(dǎo)體硅片的支撐支架，與支撐支架固定相連的移動(dòng)滑板，與移動(dòng)滑板配合的滑動(dòng)導(dǎo)軌，該裝置還包括一設(shè)于滑動(dòng)導(dǎo)軌上的接觸式開(kāi)關(guān)及受該接觸式開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)的冷卻風(fēng)扇，當(dāng)半導(dǎo)體硅片隨移動(dòng)滑板移動(dòng)到處于冷卻風(fēng)扇風(fēng)流中部位置時(shí)，接觸式開(kāi)關(guān)控制冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟。作為優(yōu)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(yōu)選，所述支撐支架為高純石英板或不銹鋼板。作為優(yōu)選，所述滑動(dòng)導(dǎo)軌與支撐支架垂直，冷卻風(fēng)扇設(shè)于滑動(dòng)導(dǎo)軌側(cè)部且風(fēng)流方向與滑動(dòng)導(dǎo)軌垂直。作為優(yōu)選，所述半導(dǎo)體硅片隨石英舟一起落在支撐支架上，半導(dǎo)體硅片高度可使該半導(dǎo)體硅片正好處于冷卻風(fēng)扇風(fēng)流中心位置。作為優(yōu)選，所述冷卻風(fēng)扇為直流風(fēng)機(jī)。半導(dǎo)體硅片在熱處理爐熱處理完成后，將半導(dǎo)體硅片同石英舟一起推出爐口并轉(zhuǎn)移到支撐支架上，快速將移動(dòng)滑板通過(guò)滑動(dòng)導(dǎo)軌推向直流風(fēng)機(jī)，移動(dòng)滑板推到位時(shí)觸發(fā)接觸式開(kāi)關(guān)，直流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)硅片剛好處于直流風(fēng)機(jī)風(fēng)口，實(shí)現(xiàn)快速風(fēng)冷退火。因而本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明提供的半導(dǎo)體硅片快速退火裝置和方法能夠有效實(shí)現(xiàn)快速退火，能夠用于實(shí)際半導(dǎo)體硅片的加工和制造過(guò)程中的熱處理退火環(huán)節(jié)。2、本發(fā)明提供的半導(dǎo)體硅片快速退火裝置和方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，效率較高的優(yōu)點(diǎn)。3、本發(fā)明提供的半導(dǎo)體硅片快速退火裝置和方法具有強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)化操作性，有利于提聞生廣效率。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖I具體說(shuō)明本發(fā)明一種用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置的實(shí)施例，包括承接熱處理爐I出來(lái)半導(dǎo)體硅片2的支撐支架4，與支撐支架4固定相連的移動(dòng)滑板5，與移動(dòng)滑板5配合的滑動(dòng)導(dǎo)軌6，該裝置還包括一設(shè)于滑動(dòng)導(dǎo)軌上的接觸式開(kāi)關(guān)8及受該接觸式開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)的冷卻風(fēng)扇7，當(dāng)半導(dǎo)體硅片隨移動(dòng)滑板移動(dòng)到處于冷卻風(fēng)扇風(fēng)流中部位置時(shí)，接觸式開(kāi)關(guān)控制冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟。所述支撐支架4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。所述半導(dǎo)體硅片隨石英舟3 —起落在支撐支架上，半導(dǎo)體硅片高度可使該半導(dǎo)體硅片2正好處于冷卻風(fēng)扇風(fēng)流中心位置。即支撐支架高度略低于直流風(fēng)機(jī)中心，使得待退火半導(dǎo)體硅片處于直流風(fēng)機(jī)風(fēng)流中心，有利于退火。所述支撐支架為高純石英板或不銹鋼板。熱處理爐由溫控儀表控制熱處理溫度。所述滑動(dòng)導(dǎo)軌與支撐支架垂直，冷卻風(fēng)扇設(shè)于滑動(dòng)導(dǎo)軌側(cè)部且風(fēng)流方向與滑動(dòng)導(dǎo)軌垂直。當(dāng)然，滑動(dòng)導(dǎo)軌也可以與支撐支架平行，這樣冷卻風(fēng)扇可以設(shè)于滑動(dòng)導(dǎo)軌末端，冷卻風(fēng)扇正對(duì)支撐支架移動(dòng)靠近過(guò)來(lái)的方向。
所述冷卻風(fēng)扇為直流風(fēng)機(jī)。當(dāng)然也可以采用普通風(fēng)扇。直流風(fēng)機(jī)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，并調(diào)整高度，確認(rèn)支撐支架與熱處理爐口高度一致；②熱處理時(shí)間到后，將支撐支架連同移動(dòng)滑板置于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并放置在支撐支架上；④單手快速推動(dòng)移動(dòng)滑板，使其帶著待退火硅片快速滑向直流風(fēng)機(jī)；⑤移動(dòng)滑板觸發(fā)接觸式開(kāi)關(guān)，直流風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，此時(shí)待退火硅片處于直流風(fēng)機(jī)風(fēng)流中部，有利于快速退火；⑥待硅片溫度到達(dá)環(huán)境溫度時(shí)，一般約需要30分鐘，即可取下硅片，放置在指定位置；⑦重復(fù)3-7步驟可以實(shí)現(xiàn)多次熱處理快速退火。采用上述實(shí)施實(shí)例的裝置及使用方法進(jìn)行單晶頭部樣片熱處理快速退火，N〈lll>，3寸單晶生長(zhǎng)時(shí)的頭部目標(biāo)電阻率為33. O歐姆厘米(摻雜濃度約為I. 32E14atoms/cm3),未熱處理前測(cè)試其電阻率為9. 2歐姆厘米，與真實(shí)電阻率相差較大。按照恒溫650攝氏度45分鐘惰性氣體保護(hù)處理45分鐘后采用該裝置取出并快速退火30分鐘，待達(dá)到測(cè)試條件后進(jìn)行電阻率測(cè)試，得到測(cè)試值32. 6歐姆厘米，與目標(biāo)電阻率基本接近，與實(shí)際摻雜濃度基本一致。備注測(cè)試條件為23攝氏度，60%RH。采用上述實(shí)施例方案，根據(jù)頭部樣片及實(shí)際電阻率分布情況，在電阻率范圍為(30-35歐姆厘米)中選取lOOpcs樣片，其中第一組50pcs熱處理后采用該退火裝置，第二組50pcs熱處理后自然冷卻，分別測(cè)試平均電阻率，得到如下結(jié)果第一組平均電阻率為32. 94歐姆厘米；第二組平均電阻率為23. 62歐姆厘米。從對(duì)比結(jié)果可以看出本發(fā)明提供的快速退火裝置及退火方法能夠有效的消除硅中氧施主效應(yīng)，得到硅片真實(shí)電阻率。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置，其特征在于包括承接熱處理爐(I)出來(lái)半導(dǎo)體硅片(2 )的支撐支架(4 )，與支撐支架(4 )固定相連的移動(dòng)滑板(5 )，與移動(dòng)滑板(5 )配合的滑動(dòng)導(dǎo)軌(6)，該裝置還包括一設(shè)于滑動(dòng)導(dǎo)軌上的接觸式開(kāi)關(guān)(8)及受該接觸式開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)的冷卻風(fēng)扇(7)，當(dāng)半導(dǎo)體硅片隨移動(dòng)滑板移動(dòng)到處于冷卻風(fēng)扇風(fēng)流中部位置時(shí)，接觸式開(kāi)關(guān)控制冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置，其特征在于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(jù)權(quán)利要求2所述的用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置，其特征在于所述支撐支架為高純石英板或不銹鋼板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置，其特征在于所述滑動(dòng)導(dǎo)軌與支撐支架垂直，冷卻風(fēng)扇設(shè)于滑動(dòng)導(dǎo)軌側(cè)部且風(fēng)流方向與滑動(dòng)導(dǎo)軌垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體硅片隨石英舟(3)—起落在支撐支架上，半導(dǎo)體硅片高度可使該半導(dǎo)體硅片正好處于冷卻風(fēng)扇風(fēng)流中心位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置，其特征在于所述冷卻風(fēng)扇為直流風(fēng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于半導(dǎo)體硅片快速退火的裝置，包括承接熱處理爐出來(lái)半導(dǎo)體硅片的支撐支架，與支撐支架固定相連的移動(dòng)滑板，與移動(dòng)滑板配合的滑動(dòng)導(dǎo)軌，該裝置還包括一設(shè)于滑動(dòng)導(dǎo)軌上的接觸式開(kāi)關(guān)及受該接觸式開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)的冷卻風(fēng)扇，當(dāng)半導(dǎo)體硅片隨移動(dòng)滑板移動(dòng)到處于冷卻風(fēng)扇風(fēng)流中部位置時(shí)，接觸式開(kāi)關(guān)控制冷卻風(fēng)扇開(kāi)啟。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體硅片快速退火裝置能夠有效實(shí)現(xiàn)快速退火，能夠用于實(shí)際半導(dǎo)體硅片的加工和制造過(guò)程中的熱處理退火環(huán)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，效率較高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C30B33/02GK102912448SQ20121033712
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者孫新利, 萬(wàn)喜增, 蔣偉達(dá), 鄭六奎 申請(qǐng)人:浙江長(zhǎng)興眾成電子有限公司