[其他]一種雙層結構的低壓化學蒸汽淀積外延爐管裝置

無效

• 申請號: 85100531
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100531A
• 公開（公告）日: 1986-08-20
• 發明（設計）人: 王季陶;張世理
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/365
• 代理公司: 復旦大學專利事務所
• 代理人: 莊杏鳳

本發明屬于電子工業中制備集成電路及其它半導體器件的薄膜工藝設備。

目前，半導體工業中使用的單晶硅外延層一般是采用常壓化學蒸汽淀積（CVD）或減壓冷壁CVD技術制得的。外延爐管用石英玻璃材料制成。常壓或減壓冷壁外延技術的加熱是通過高頻感應或紅外直接對基板和硅襯底片加熱的，爐管溫度較低，但溫度不易控制（尤其是后者），生產成本較高。并且前者由于每爐裝片量小，外延層的厚度和摻雜分布均勻性差，影響了外延層的質量和生產效率;后者則由于是在減壓系統中感應加熱，使外延襯底片接觸基板的一面（反面）同待外延的正面的上下溫差較大，致使襯底因熱應力而變形，不可避免地造成熱應力滑移線，引起位錯增殖等不良效應。

為了克服以上缺點，本發明將薄膜技術中已有的直立密集片方式的低壓化學蒸汽淀積（LPCVD）薄膜技術應用到硅單晶外延中來。在熱壁LPCVD多晶硅薄膜制備中，多晶硅薄膜除在襯底片上生長外，還將淀積在反應爐管內壁上。由于材料的不同，熱膨脹系數的差異經常導致石英爐管發生裂損，因此在實際工作中需對爐管定期進行清洗處理。同樣，若在LPCVD硅單晶外延中仍以單一石英玻璃管作為反應爐管，也將碰到這個問題，而且由于外延溫度較高（～1100℃），這個問題顯得更加突出。為此，本發明設計了雙層爐管的裝置。

雙層結構的低壓化學蒸汽淀積（LPCVD）外延爐管裝置構造是：外層爐管〔1〕仍用石英玻璃等耐高溫而密封性能好的材料做成，襯管〔2〕用石英管、硅管或其他耐高溫的并且對半導體器件的性能不產生嚴重影響的材料（包括復合材料，包層材料）做成。襯管與外管一端彼此可以是游離的，也可以是不游離的，進氣一端的夾層用密封圈封住或直接連接密封。

采用上述裝置，制備單晶硅可降低生產成本，提高勞動生產率，改善淀積薄膜的膜厚和摻雜分布均勻性。由于雙層結構能耐高溫，即使有固態硅淀積于襯管內壁，甚至由于熱膨脹導致襯管出現裂紋，但仍能維持爐管形狀，不影響工作，不會對產品產生不利影響，而外層的石英管邊壁也不會淀積上硅的膜層。

這樣的裝置用于硅烷（SiH₄）或氯硅烷（SiH₃Cl、SiHCl₃、SiCl₄、SiH₂Cl₂）為反應氣源的熱壁直立密集裝片方式的LPCVD硅單晶的同質外延（在硅襯底上外延）或異質外延（在蘭寶石、尖晶石等晶體材料上外延）以及采用其它氣源生長其它外延材料的工藝中，都可以獲得較為滿意的效果。

附圖1為外延爐管雙層結構圖

附圖2為襯管與外層爐管分離圖

附圖3為襯管與外層管連接圖

如圖所示：本發明包括一個由石英玻璃等耐高溫而密封性能好的材料做成的外層爐管〔1〕，由石英管、硅管或使用其他耐高溫并且對半導體器件的性能不產生嚴重影響的材料做成的襯管〔2〕，襯管套在外層爐管里面可以是游離的，相應的進氣口一端的夾層可由密封材料〔10〕封住，也可以是不游離的，即直接與外層爐管連接。保護氣體〔5〕由進氣孔〔9〕進入，反應氣體〔4〕進入裝有硅襯片〔8〕的襯管中，硅襯底片直接在舟〔7〕上，氣體由出氣口〔6〕排出，外延爐由擴散爐〔3〕加熱。