一种用于硅热氧反应的供应源装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于硅热氧反应的供应源装置，至少包括：分别用于输送氢气和氧气的第一、第二进气管道；所述第一、第二进气管道含有出口的部分为同心管道；气体反应腔；所述第一、第二进气管道的出口相齐平且相通于所述气体反应腔内部，该出口设有水蒸气形成装置；出口与所述气体反应腔内部相通且用于输送氮气的第三进气管道；一端与所述气体反应腔连接的出气管道。该装置将现有技术中位于下游的氮气进气管道改为将氮气输送入气体反应腔内，新装置将氮气在反应腔内与所述氢气及氧气在高温下一同预热，使氢气与氧气反应生成的水蒸气不至于在所述氮气的低温环境下凝结为水，提高了水蒸气的使用率同时提高了所述水蒸气与硅发生热反应的效率。
【专利说明】—种用于硅热氧反应的供应源装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种半导体制造设备，特别是涉及一种用于硅热氧反应的供应源装置。【背景技术】
[0002]在半导体制造工艺中，硅热氧化工艺是在硅片表面产生一层致密的二氧化硅薄膜。该工艺是硅平面技术中的一项重要的工艺。
[0003]硅热氧化工艺一般有干氧反应和湿氧反应。在集成电路制造工艺中，一般以湿氧反应为主。所谓的湿氧反应指的是以氧气和水蒸气的混合气氛作为反应的供应源并且和硅片反应形成二氧化硅薄膜。而生成水蒸气的装置为所述硅热反应的供应源装置。通常，氢气和氧气在温度为700°C至900°C的高温环境下反应生成水蒸气；再将水蒸气通入硅的反应装置中，使得水蒸气与硅反应生成二氧化硅。
[0004]一般情况下，生成的二氧化硅薄膜厚度小于20埃，因此水蒸气与硅反应的速度需要调节，同时水蒸气的量需要把握适当，因此一般将氮气作为稀释气体。如图1所示，该装置包含有用于输送氢气的第一进气管道10和用于输送氧气的第二进气管道100 ;所述第一、第二进气管道含有出口的部分为同心管道；气体反应腔11 ;所述第一、第二进气管道的出口相齐平且与所述气体反应腔内部相通，该出口设有水蒸气形成装置101 ;通常情况下，所述水蒸气形成装置为点火装置，该点火装置将氢气与氧气点燃，该反应腔为700°c至900°C之间的高温环境，而当反应生成水蒸气之后，所述水蒸气通过与所述反应腔11相连接的出气管道13被输送出。
[0005]为了调节水蒸气与硅的反应速度来达到控制生成二氧化硅薄膜的厚度的目的。所述水蒸气用氮气进行稀释，含有氮气的进气管道14与所述出气管道13的出口相连接，而通常情况下，温度为23°C左右的氮气被输送入该供应源装置的出气管道中。当在高温环境下生成的水蒸气在所述出气管道中遇到温度较低的氮气时，所述水蒸气则会预冷凝结为液体水，这些水则会流入硅热反应装置中，而硅热氧反应中水蒸气起着决定作用，水蒸气变为水后将严重影响其与硅进行热氧反应，使得反应过程极其不稳定。如果在该装置的基础上再增加一个预热氮气的装置则成本较高，同时保存氮气也不方便；另一方面现有技术也可以将高纯度的水加热生成水蒸气作为所述硅热氧化反应的供应源，但是虽然水的纯度较高，还是达不到硅表面形成高纯度二氧化硅薄膜的目的，在制造过程中会给用于制造器件的硅的表面带来杂质，从而降低产品的良率。因此有必要提出一种新的用于硅热氧反应的供应源装置来解决目前存在的问题。
实用新型内容
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于硅热氧反应的供应源装置，用于解决现有技术中由于高温环境中的水蒸气遇到温度较低的氮气而凝结为水，从而影响水蒸气与硅进一步发生热氧化反应的问题。[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于硅热氧反应的供应源装置，该装置至少包括:用于输送氢气的第一进气管道和用于输送氧气的第二进气管道；所述第一、第二进气管道含有出口的部分为同心管道；气体反应腔；所述第一、第二进气管道的出口相齐平且与所述气体反应腔内部相通，该出口设有水蒸气形成装置；出口与所述气体反应腔内部相通且用于输送氮气的第三进气管道；一端与所述气体反应腔连接的出气管道。
[0008]作为本实用新型的一种用于硅热氧反应的供应源装置的一种优选方案，设置于所述第一、第二进气管道出口的所述水蒸气形成装置为点火装置，与所述气体反应腔内部相通的所述第三进气管道的出口与该点火装置具有一设定距离；所述设定距离满足防止点火熄灭。
[0009]作为本实用新型的一种用于硅热氧反应的供应源装置的一种优选方案，所述第三进气管道的出口到所述出气管道的距离小于所述第一、第二进气管道的出口到所述出气管道的距离。
[0010]作为本实用新型的一种用于硅热氧反应的供应源装置的一种优选方案，所述第一、第二进气管道的出口与所述第三进气管道的出口位于所述气体反应腔的同侧。
[0011]作为本实用新型的一种用于硅热氧反应的供应源装置的一种优选方案，所述气体反应腔内部的温度为600°C至900°C。
[0012]作为本实用新型的一种用于硅热氧反应的供应源装置的一种优选方案，所述出气管道的出口连接有一软管。
[0013]作为本实用新型的一种用于硅热氧反应的供应源装置的一种优选方案，所述出气管道与所述软管的连接端设有一密封圈。
[0014]如上所述，本实用新型的用于硅热氧反应的供应源装置，具有以下有益效果:将所述氮气在反应腔内与所述氢气以及氧气在高温下一同进行预热，使得氢气与氧气反应生成的水蒸气不至于在所述氮气的低温环境下凝结为水，提高了水蒸气使用率的同时也提高了所述水蒸气与硅发生热反应的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为现有技术中的用于硅热氧反应的供应源装置示意图。
[0016]图2为本实用新型的一种用于硅热氧反应的供应源装置示意图。
[0017]图3为本实用新型的另一种用于硅热氧反应的供应源装置示意图。
[0018]元件标号说明
[0019]10 第一进气管道
[0020]100第二进气管道
[0021]101水蒸气形成装置
[0022]11 气体反应腔
[0023]12 第三进气管道
[0024]121 出口
[0025]13 出气管道
[0026]131 软管[0027]132密封圈
[0028]14 氮气进气管道
【具体实施方式】
[0029]以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
[0030]请参阅图2?图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0031]如图2所示，本实用新型提供一种用于硅热氧反应的供应源装置，该装置中，所述第一进气管道10用来输送氢气，所述第二进气管道100用来输送氧气,所述第一、第二进气管道含有出口的部分为同心管道；如图2所示；该装置还包括气体反应腔11 ;所述第一、第二进气管道的出口相齐平且与所述气体反应腔11内部相通，也就是说，所述第一进气管道10的出口与所述第二进气管道100的出口都与所述气体反应腔内部相通，同时该俩个出口在所述气体反应腔内部的长度相同，氢气与氧气在进入所述气体反应腔内的同时在该两个出口处汇合。本实用新型中，所述第一、第二进气管道含有出口的部分为同心管道，即如图2或图3所示，含有氧气的第二进气管道包围在所述含有氢气的第一进气管道外，二者含有出口的部分相互穿套。
[0032]本实施例中，所述气体反应腔11的形状为圆柱形，所述第一进气管道10、所述第二进气管道100与所述气体反应腔11的连接端位于所述圆柱的一个底面；所述第一进气管道10和所述第二进气管道100的出口可以是恰好与所述气体反应腔的该底面相连接，也可是出口伸入所述气体反应腔内部。本实施例中，所述第一进气管道10和第二进气管道100的出口伸入所述气体反应腔内部。由于硅热氧反应的供应源为水蒸气，所述水蒸气的来源为氢气和氧气反应所形成，所述第一进气管道和第二进气管道100的出口设有水蒸气形成装置101，通常情况下，在硅的热氧反应过程中，所述水蒸气形成装置为点火装置，在所述点火装置的作用下，氢气与氧气在点燃的条件下反应生成水，由于硅的热氧反应需要的供应源为水蒸气，之所以用水蒸汽是因为高温下水蒸气与硅反应的氧化速率比硅与水的反应速率大。虽然水蒸气与硅反应生成二氧化硅能提高反应效率，但是为了控制反应生成的二氧化硅薄膜的厚度，还必须控制反应的速度，反应速度一般由通入所述气体反应腔11并且在高温下不易与氢气和氧气反应的气体作为稀释气体。
[0033]由于所述气体反应腔11中需要稀释气体来对氢气与氧气反应生成的水蒸气进行稀释，因此，该装置还包括出口与所述气体反应腔11内部相通的第三进气管道12，所述第三进气管道12与所述气体反应腔11的连接方式可以是出口恰好与所述气体反应腔的所述一个底面相连接，也可以是出口由所述一个底面伸入该气体反应腔11内部的连接方式，本实施例中，所述第三进气管道12的出口与所述气体反应腔的连接方式为伸入所述气体反应腔的内部。所述第三进气管道12用来输送氮气；所述氢气与氧气在点火的条件下反应并在所述气体反应腔11的高温环境中生成水蒸气，而所述第三进气管道12将纯净的氮气输送入所述气体反应腔的目的将氮气作为该反应的稀释气体，以此来控制所述气体反应腔中水蒸气的浓度从而达到控制最终生成的二氧化硅薄膜的厚度。本实用新型中，所述气体反应腔11中的温度为600°C至900°C，本实施例中，所述气体反应腔11中的温度为700°C。
[0034]由于该气体反应腔11作为所述硅热氧反应的供应源装置，因此该装置的作用是将硅热氧反应所需要的供应源气体最终送入硅的热氧反应装置中，因此，该气体反应腔有必要将氮气和生成的水蒸气等输出，因此该装置还包括一端与该所述气体反腔11连接的出气管道13。所述出气管道13与所述气体反应腔连接的一端可以是恰好与所述气体反应腔的另一个底面相连接，也可以是所述出气管道13的一端伸入所述气体反应腔11的所述另一个底面内部的连接方式。
[0035]作为本实用新型的用于硅热氧反应的供应源装置的一种优选方案，与所述气体反应腔11内部相通的所述第三进气管道12的出口与该点火装置101具有一设定距离；所述设定距离满足防止点火熄灭，当氮气通过所述第三进气管道12的入口进入该第三进气管道中后，再通过该第三进气管道出口 121进入所述气体反应腔内部，由于氮气在所述第三进气管道中的温度较低，一般为23°C左右，而该气体反应腔内部的温度高达700°C至900°C，因此如果当温度较低的氮气遇到点火装置的火焰时，并且当氮气的流速达到一定程度有可能将氢气在氧气中燃烧的火焰扑灭，因此所述第三进气管道12的出口 121与位于所述第一、第二进气管道10的出口处的点火装置101具有一设定距离，该设定距离需要满足防止点火熄灭的条件。
[0036]所述第一进气管道10中的氢气被输送至其出口处并与所述第二进气管道100中的氧气在该出口处混合，如图2中，氢气与氧气在所述点火装置处混合后被点燃。
[0037]本实用新型将现有装置中如图1所示的位于原装置出气管道13下游的氮气进气管道14改装为将输送氮气的管道与所述气体反应腔连接的目的是为了将温度较低的氮气利用所述气体反应腔中的高温环境来预热。因此为了达到较好的预热效果同时又不影响氢气与氧气反应生成水蒸气，因此作为本实用新型的用于硅热氧反应的供应源装置的一种优选方案，所述第三进气管道12的出口 121到所述出气管道13的距离小于所述第一、第二进气管道的出口到所述出气管道的距离，设置该优选方案的作用一是可以防止所述第一、第二进气管道出口处的点火装置的火焰被氮气扑灭，二是不影响氢气与氧气的反应效率，并同时使得所述第三进气管道中的氮气有更好的预热效果。
[0038]本实用新型的用于硅热氧反应的供应源装置是尽量降低原有技术中装置的复杂度的情况下将原装置进行改进，因此作为本实用新型的用于硅热氧反应的供应源装置的一种优选方案，所述第一、第二进气管道的出口与所述第三进气管道12的出口位于所述气体反应腔的同侧。本实施例中，由于所述气体反应腔的形状为圆柱形，如图2所示，因此所述第一、第二进气管道的出口与所述第三进气管道12的出口都位于所述圆柱形的气体反应腔的一个所述底面上。除此以外，所述第一、第二进气管道与所述第三进气管道12与所述气体反应腔11的连接端的相对位置在不影响该装置正常工作的情况下可以任意变动，如图3所示，所述第三进气管道12也可是位于所述形状为圆柱形的所述气体反应腔的侧壁，同时只要保持所述第三进气管道12的出口 121与所述第一、第二进气管道出口处的水蒸气形成装置101的距离大于或等于所述设定距离即可，以防止点火装置的火焰被所述氮气扑灭。所述第一、第二进气管道的出口与所述第三进气管道12的出口都是通过所述圆柱形的气体反应腔的所述一个底面进入所述气体反应强内部的作用的是为了减小该装置设计的复杂程度，同时所述第一、第二进气管道与所述第三进气管道12的出口都位于所述气体反应腔的同一侧可以使得氢气、氧气以及氮气的流向一致以减小氮气扑灭火焰的可能性。所述设定距离不为定值，当该装置工作时，所述第三进气管道12通入氮气的过程中，根据氮气的流速来适当调节所述出口 121与所述点火装置101的距离使得火焰不被扑灭。
[0039]作为本实用新型的一种优选方案，所述出气管道的出口将用于连接硅热氧反应装置，为了便于调节本实用新型的供应源装置与硅热氧反应装置之间的相对位置，因此所述出气管道13的出口连接有一软管131，该软管将本实用新型的用于硅热氧反应的供应源装置与硅热氧反应装置连接，将本实用新型装置中生成的水蒸气输送入所述硅热氧反应装置中。
[0040]为使本实用新型装置中生成的水蒸气及其他气体在输送入所述硅热氧反应装置的过程中不产生泄漏，所述软管131与所述出气管道13的连接端设有一密封圈132，所述密封圈132的设置使得输送的气体在硅热氧化反应中达到很高的利用率，节省了大量资源。
[0041]综上所述，本实用新型的用于硅热氧反应的供应源装置将现有技术的位于所述出气管道下游的所述输送氮气的进气管道改为与所述气体反应腔相通，作用是将温度较低的氮气利用所述高温环境的气体反应腔进行预热，使得氢气与氧气生成的作为硅的热氧反应源的水蒸气不至于遇冷凝结为液态水而影响硅的热氧化反应，在提高反应效率的同时也节省使氮气预热的能源。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0042]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种用于硅热氧反应的供应源装置，其特征在于，该装置至少包括: 用于输送氢气的第一进气管道和用于输送氧气的第二进气管道；所述第一、第二进气管道含有出口的部分为同心管道； 气体反应腔；所述第一、第二进气管道的出口相齐平且与所述气体反应腔内部相通，该出口设有水蒸气形成装置； 出口与所述气体反应腔内部相通且用于输送氮气的第三进气管道； 一端与所述气体反应腔连接的出气管道。
2.根据权利要求1所述的用于硅热氧反应的供应源装置，其特征在于:设置于所述第一、第二进气管道出口的所述水蒸气形成装置为点火装置，与所述气体反应腔内部相通的所述第三进气管道的出口与该点火装置具有一设定距离；所述设定距离满足防止点火熄灭。
3.根据权利要求2所述的用于硅热氧反应的供应源装置，其特征在于:所述第三进气管道的出口到所述出气管道的距离小于所述第一、第二进气管道的出口到所述出气管道的距离。
4.根据权利要求1所述的用于硅热氧反应的供应源装置，其特征在于:所述第一、第二进气管道的出口与所述第三进气管道的出口位于所述气体反应腔的同侧。
5.根据权利要求1所述的用于硅热氧反应的供应源装置，其特征在于:所述气体反应腔内部的温度为600°C至900°C。
6.根据权利要求1所述的用于硅热氧反应的供应源装置，其特征在于:所述出气管道的出口连接有一软管。
7.根据权利要求6所述的用于硅热氧反应的供应源装置，其特征在于:所述出气管道与所述软管的连接端设有一密封圈。
【文档编号】H01L21/67GK203787395SQ201420169765
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】赵星 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司