掺杂气体缓冲装置、掺杂气体供给装置及方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种掺杂气体缓冲装置、掺杂气体供给装置及方法。

背景技术：

掺杂气体广泛应用于硅外延工艺中，来实现n型和p型硅层的制作。通常掺杂气体如b2h6和ph3等，其浓度通常由氢气稀释到百万分之一数量级，并存储于圆柱状不锈钢材料制成的气缸内。然而，硅外延沉积物中只需要十亿分之一数量级浓度的掺杂气体，这意味着掺杂气体在进入反应室之前需要进一步由氢气进行稀释。随着进一步的稀释，掺杂气体分子倾向于渗透到钢制的气缸内壁中，从而降低了掺杂气体在低浓度下的长期稳定性。

现有技术中通过在硅外延工艺中，实时稀释气体，然后立即供给硅外延反应室的方法来避免掺杂气体扩散到气缸中。如图1所示，图1是现有的掺杂气体供给装置结构图，掺杂气体供给装置1包括掺杂气体稀释装置20、反应室40及湿法尾气处理器50，其输入稀释气体10及掺杂气体11，稀释气体10及掺杂气体11进入掺杂气体稀释装置20混合稀释，然后排到反应室40与湿法尾气处理器50。

然而，现有技术的弊端为掺杂气体使用率较低，如图2所示，图2是现有的掺杂气体供给装置示意图，气体质量流速控制器mfc1与mfc3的气体质量流速为每分钟20升(标准大气压情况下)，气体质量流速控制器mfc2与mfc4的气体质量流速为每分钟200毫升(标准大气压情况下)，稀释气体10和掺杂气体11在掺杂气体稀释装置20中按照100比1的比例进行混合和稀释工艺，掺杂气体由百万分之一数量级浓度稀释到十亿分之一数量级浓度，然后十亿分之一数量级浓度的掺杂气体一部分通过气体质量流速控制器mfc5直接排到反应室40进行硅外延工艺，其余经过背压阀bpr1排到湿法尾气处理器50进行处理，然后排放到外部环境中，由于只有排到反应室40的掺杂气体是用于硅外延工艺的，其余的掺杂气体直接排放掉，气体质量流速控制器mfc5的气体质量流速为每分钟200毫升(标准大气压情况下)，掺杂气体在气体质量流速控制器mfc1与mfc2的气体质量总流速为每分钟20.2升(标准大气压情况下)，因此，掺杂气体的使用率低于1％。

因此，需要设计一种提高掺杂气体使用率的装置及提高掺杂气体使用率的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种掺杂气体缓冲装置、掺杂气体供给装置及方法，以解决现有的掺杂气体使用率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种掺杂气体缓冲装置，所述掺杂气体缓冲装置包括本体、加热装置、运动装置及密封装置，其中：

所述加热装置覆盖所述本体外表面，用于为本体加热；

所述运动装置安装在所述加热装置外部，用于带动本体及加热装置持续上下移动；

所述密封装置安装在所述本体的进气口和出气口端，用于对本体内的掺杂气体进行密封。

可选的，在所述的掺杂气体缓冲装置中，所述本体为不锈钢罐。

可选的，在所述的掺杂气体缓冲装置中，所述加热装置为加热套。

可选的，在所述的掺杂气体缓冲装置中，所述加热装置使本体外表面温度保持在40℃～50℃。

可选的，在所述的掺杂气体缓冲装置中，所述运动装置为电梯装置。

可选的，在所述的掺杂气体缓冲装置中，所述密封装置为磁流体密封装置。

可选的，在所述的掺杂气体缓冲装置中，所述掺杂气体缓冲装置还包括气体压强测量装置，用于测量所述掺杂气体缓冲装置内的气体压强。

本发明还提供一种掺杂气体供给装置，所述掺杂气体供给装置包括掺杂气体稀释装置、掺杂气体缓冲装置及反应室，其中：

所述掺杂气体稀释装置连接所述掺杂气体缓冲装置；

所述掺杂气体缓冲装置连接所述反应室。

可选的，在所述的掺杂气体供给装置中，所述掺杂气体稀释装置与所述掺杂气体缓冲装置通过气体压缩机连接。

可选的，在所述的掺杂气体供给装置中，所述掺杂气体缓冲装置与所述反应室通过分流装置连接。

本发明还提供一种掺杂气体供给方法，所述掺杂气体供给方法步骤如下：

s1：掺杂气体稀释装置向掺杂气体缓冲装置充入掺杂气体；

s2：掺杂气体缓冲装置向反应室排出掺杂气体。

可选的，在所述的掺杂气体供给方法中，所述步骤s1直至所述掺杂气体缓冲装置中的掺杂气体的气体压强测量值等于第一极限值停止。

可选的，在所述的掺杂气体供给方法中，所述第一极限值的范围为100～150磅/平方英寸。

可选的，在所述的掺杂气体供给方法中，所述步骤s2直至所述掺杂气体缓冲装置中的掺杂气体的气体压强测量值等于第二极限值停止。

可选的，在所述的掺杂气体供给方法中，所述第二极限值为50磅/平方英寸。

在本发明提供的掺杂气体缓冲装置中，通过加热装置对本体的加热以及运动装置带动本体持续上下移动，有助于已经进入本体即不锈钢罐分子的掺杂气体游离出不锈钢罐分子外，可以保持掺杂气体在低浓度下的长期稳定性，从而使掺杂气体在送入反应室前可以存储，而避免排放到外部环境中而造成浪费；同时，密封装置对本体采用磁流体密封，以使运动装置带动本体上下移动而不影响本体与外部的密封性，使掺杂气体与外部环境隔离。在本发明提供的掺杂气体供给方法中，通过将已经稀释的掺杂气体全部输入到掺杂气体缓冲装置中进行存储和流量控制，可以对掺杂气体随用随取，而不要排放到外部环境中，提高了掺杂气体的使用率，避免浪费。

附图说明

图1是现有的掺杂气体供给装置结构图；

图2是现有的掺杂气体供给装置示意图；

图3是本发明实施例一中的掺杂气体缓冲装置示意图；

图4是本发明实施例二中的掺杂气体供给装置结构图；

图5是本发明实施例二中的掺杂气体供给装置示意图；

图6是本发明实施例三中的掺杂气体供给装置示意图；

图中所示：1-掺杂气体供给装置；10-稀释气体；11-掺杂气体；20-掺杂气体稀释装置；30-掺杂气体缓冲装置；31-本体；32-加热装置；33-运动装置；34-密封装置；35-测量装置；40-反应室；50-湿法尾气处理器；60-气体压缩机；70-分流装置。

具体实施方式

以下结合附图3～6和四个具体实施例对本发明提出的掺杂气体缓冲装置、掺杂气体供给装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种提高掺杂气体使用率的装置及提高掺杂气体使用率的方法，保持掺杂气体在低浓度下的长期稳定性，从而使掺杂气体在送入反应室前可以存储，而避免排放到外部环境中而造成浪费。

为实现上述思想，本发明提供了一种掺杂气体缓冲装置，包括本体、覆盖本体外表面的加热装置、安装在加热装置外部，用于带动本体及加热装置持续上下移动的运动装置及安装在本体的进气口和出气口端密封装置，本发明还提供了一种掺杂气体供给方法，包括：掺杂气体稀释装置向掺杂气体缓冲装置充入掺杂气体及掺杂气体缓冲装置向反应室排出掺杂气体。

<实施例一>

如图3所示，图3是本发明实施例一中的掺杂气体缓冲装置示意图。

本发明提供一种掺杂气体缓冲装置30，所述掺杂气体缓冲装置30包括本体31、加热装置32、运动装置33及密封装置34，其中：所述加热装置32覆盖所述本体31外表面，用于为本体31加热；所述运动装置33安装在所述加热装置32外部，用于带动本体31及加热装置32持续上下移动；所述密封装置34安装在所述本体31的顶端的进气口和出气口端，用于对本体31内的掺杂气体进行密封。

具体的，在所述的掺杂气体缓冲装置30中，所述本体31为不锈钢罐。在所述的掺杂气体缓冲装置30中，所述加热装置32为加热套。加热装置32使本体外表面温度保持在40℃～50℃，由于掺杂气体缓冲装置30中的掺杂气体是易爆燃的气体，所以温度不能过高。掺杂气体缓冲装置中的运动装置33为电梯装置，运动装置最好包裹住本体31和加热装置32的外表面和底板，使本体31和加热装置32稳固的固定在运动装置33上，而不会在运动中出现倾倒，运动装置33持续上下运动，保持一定的频率不变。

进一步的，掺杂气体缓冲装置中，所述密封装置34为磁流体密封装置，磁流体密封技术是在磁性流体的基础上发展而来的，当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“液体的o型密封圈”。磁流体密封装置的功能是把旋转或上下运动传递到密封容器内，常用于真空密封，密封装置34可以使本体31在上下移动时，与其相连的气体管道与本体31的气体出入口之间的缝隙由密封装置34内的磁流体充满，使两者保持紧密相接，气体管道和本体31内的气体不会泄露到外部环境中。

具体的，掺杂气体缓冲装置30还包括气体压强测量装置35，用于测量所述掺杂气体缓冲装置30内的气体压强，实时监测的测量值可以反馈到气体管路控制系统中，在掺杂气体缓冲装置30中的掺杂气体压强过高或过低时，及时充入和排出，或停止充入和排出。

本实施例的加热装置32以及运动装置33有助于掺杂气体游离出钢制的气缸即本体31外，可以使掺杂气体在低浓度下的长期稳定性，从而使掺杂气体在送入反应室40前可以存储，而避免排放到湿法尾气处理器50中而造成浪费。

<实施例二>

图4是本发明实施例二中的掺杂气体供给装置结构图；

本实施例中的掺杂气体供给装置1，包括掺杂气体稀释装置20、掺杂气体缓冲装置30及反应室40，其中：所述掺杂气体稀释装置20连接所述掺杂气体缓冲装置30；所述掺杂气体缓冲装置30连接所述反应室40。与现有技术不同的是，本实施例中的掺杂气体供给装置1由掺杂气体缓冲装置30替代湿法尾气处理器50，从而使掺杂气体在送入反应室前可以存储，而避免排放到外部环境中而造成浪费。

图5是本发明实施例二中的掺杂气体供给装置示意图；

本实施例中的掺杂气体供给装置1中，掺杂气体稀释装置20与掺杂气体缓冲装置30通过气体压缩机60连接。气体压缩机60将掺杂气体稀释装置20输出的掺杂气体压缩为液体，方便储存在掺杂气体缓冲装置30中，使掺杂气体缓冲装置30储存的气体量更大。

进一步的，在所述的掺杂气体供给装置中，掺杂气体缓冲装置30与反应室40通过分流装置70连接。分流装置70用于控制掺杂气体缓冲装置30输出的掺杂气体的流量，并按反应室40需要的流量，精确的送入到各个反应室40中。

<实施例三>

图6是本发明实施例三中的掺杂气体供给装置示意图；

与实施例二的区别在于：本实施例的掺杂气体供给装置1分两路供给管路，每一路各有一个掺杂气体稀释装置20及掺杂气体缓冲装置30，其中，两个掺杂气体缓冲装置30共用一个运动装置33，运动装置33相比上一实施例，优选地，有更大的容积和功率，并且在两个本体31之间有隔离装置，以防止两个本体31发生机械干涉或互相碰撞。

总之，上述实施例一至三掺杂气体缓冲装置的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均在本发明的保护范围之内。

<实施例四>

本实施例提供的掺杂气体供给方法，步骤如下：

s1：掺杂气体稀释装置向掺杂气体缓冲装置充入掺杂气体；

s2：掺杂气体缓冲装置向反应室排出掺杂气体。

在所述的掺杂气体供给方法中，步骤s1直至所述掺杂气体缓冲装置中的掺杂气体的气体压强测量值等于第一极限值停止。第一极限值的范围为100～150磅/平方英寸。掺杂气体缓冲装置30中的测量装置35对掺杂气体缓冲装置30中的掺杂气体的气体压强进行测量和实施监测，由于掺杂气体易燃易爆且有毒性，如果气体压强过大，易发生爆燃和泄漏，造成安全事故和人身伤害。

在所述的掺杂气体供给方法中，步骤s2直至所述掺杂气体缓冲装置中的掺杂气体的气体压强测量值等于第二极限值停止。第二极限值为50磅/平方英寸。如果气体压强过小，并且容易沉淀在本体31底部，气体不易被排出，气体流量不能达到反应室40的流量要求，造成供给不足。另外，气体量过少，气体活性变低，进入本体31内壁后不易游离出，也会使进入本体31内壁的掺杂气体对总气体浓度的精度影响较大，对后续工艺不利。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。