一种用于5吋硅晶圆片磷预扩散的石英舟的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种石英舟的结构，尤其是一种用于5吋硅晶圆片磷预扩散的石英舟，属于半导体硅器件扩散工艺用工装具。
【背景技术】
[0002]制作半导体器件离不开扩散工艺，所谓扩散工艺也就是将半导体材料硅晶圆片用如图1所示的石英舟装载后进入高温扩散炉，石英舟是半导体器件制造不可或缺的扩散工艺工装具。
[0003]硅晶圆片进入高温扩散炉中(参见图2)以后，再将所需要的掺杂物(如硼原子、或磷原子)由携带气体通入高温扩散炉中，经过一定时间后，半导体材料硅晶圆片的表面薄层就得到所需杂质的浓度分布。
[0004]由于半导体的硅分立器件和硅集成电路都是建立在两次(或多次)扩散基础上的:一般硼扩散是制作npn三级管的基区，而磷扩散是制作npn三极管的发射区，要求获得一定放大倍数范围的三级管的性能，而磷扩散就显得特别重要，因为最后管子的放大特性是依靠磷扩散完成的。
[0005]正因为三极管的增益指标是由最终扩入三极管基区内的磷原子的总量和分布决定的，而这又与硅片上所有器件在扩散炉内的位置、温度、附近杂质气流的浓度和均匀性等工艺参数有关，虽然上述各工艺参数与扩散炉体及控制系统、气体控制系统、杂质源温度控制系统、机械推拉机构等设备有关。然而，工艺中所用的工装件石英舟的设计特点也有很大影响，磷预淀积制品磷原子浓度的准确性、均匀性和重复性以及量产能力有着直接的关系，本实用新型石英舟的创造就是提高磷预淀积工序的产能和质量。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种用于5吋硅晶圆片磷预扩散的石英舟，从而提高磷预淀积工序的产能和质量。
[0007]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:一种用于5吋硅晶圆片磷预扩散的石英舟，包括舟体，其特征是，所述舟体由四个舟节串联而成，每个舟节包括四根石英棒以及石英支撑架，四根石英棒平行而置，石英棒两端分别烧结在石英支撑架上，四根石英棒在同一平面内的横截面的圆心构成一个圆弧，该圆弧与5吋硅晶圆片的外圆周线重合；
[0008]所述石英棒上设有若干装载5吋硅晶圆片的置片槽，置片槽垂直于石英棒的轴线，四根石英棒之间的置片槽位置对应，四根石英棒在同一平面内的置片槽共同承载一片5吋娃晶圆片D
[0009]所述舟体总长为819mm。
[0010]所述石英棒的直径为12mm，长度为176.2mm。
[0011]所述舟体上共有70对置片槽。
[0012]相邻两对置片槽的间距为7.14mm，每对置片槽中，两个置片槽之间的距离为2.58mm0
[0013]所述置片槽的深度为3mm，宽度为0.70mmo
[0014]所述置片槽槽口设有60°的倒角，倒角深度为1mm。
[0015]每个石英支撑架底部设有两个支撑脚，两个支撑脚的底部为圆弧形，且沿舟体轴线对称，两个圆弧的圆心重合在石英扩散炉管的中心轴线上。
[0016]所述舟体两端的石英支撑架上分别烧结有石英把手。
[0017]本实用新型石英舟总长度819mm，分四个舟节，所承载加工硅晶圆片的总量为70对，S卩140片。(注:投料50片/每批)，由于考虑到在石英炉管恒温区内石英舟的头(进气端)、尾(出气端)的置片区域的温度和气氛多有不均衡性，常把这些区域考虑为非正式的产品工位，并用几何形状、尺寸与正片相同的硅片(所谓挡片)填充这些位置，因此最终该石英舟的载片能力为70对(140片)。
[0018]带槽石英棒由直径12_、长度176.2_相等的四根组成一组，按其轴线平行放置，石英棒的端头烧结在两块石英支撑架上，构成一个舟节，舟体一头一尾的支撑架称之为挡板。
[0019]用本实用新型装载待加工的硅晶圆片，将其送入内直径为165_的石英扩散炉管内，所有装载的待加工硅晶圆片的轴心线与石英扩散炉管的中心轴线几乎重合(参见图2)，如此设计使硅晶圆片周边到石英炉管内壁空间的气流得到最佳均匀性且稳定，这是硅片磷预扩散过程中磷的淀积浓度在同一片上以及片与片之间有较好均匀性的保障。
[0020]四根带槽石英棒在垂直轴线的方向刻有若干的置片槽，四组带槽石英棒的全部的置片槽共有70对。置片槽是硅晶圆片插入放置的位置，每个硅晶圆片由同一平面内的四根带槽石英棒的置片槽共同承载。因而(四根带槽石英棒的)任一组四个置片槽的中心线在石英棒垂直其轴线的方向都在同一平面上，这样才能保证每个硅圆片的重量由四根石英棒共同均衡承担。
[0021]硅晶圆片有两个面，正面是扩散杂质的面，在前置工艺中制作有选择扩散区(即光刻窗口)，而背面是禁止扩散杂质的面，在背面上制备有S12的掩蔽层。工艺设计要求为每个槽放置一片，且要求所有相邻近的硅圆片呈正面对正面或者是背面对背面放置，而且这两种情况的间距是不同的，相邻背面对背面放置槽的间距较小，为2.58mm，相邻正面对正面放置槽的间距较大，为7.14mm。目的是使正面(扩散面)所拥有的空间尽可能的大，以改善硅圆片与硅晶圆片之间扩散参数的均匀性。总的说来，一对硅晶圆片之间的间距(即两对相邻置片槽中，第一对左侧的置片槽与第二对左侧的置片槽之间的距离)是9.52_。
[0022]置片槽的深度是3mm，且设计有60°的倒角是为了操作装片方便，倒角深度为1mm。针对片厚0.526mm的硅晶圆片，将原有的槽宽0.85mm缩小为0.70mm，如图10所示，这能更好地使制品硅晶圆片垂直竖立在舟上，保证硅晶圆片正面各部位气流均匀，磷预淀积加工后结果参数的重复性好。
[0023]支撑架或挡板(舟体两端的支撑架为挡板)的两个支撑脚的底部，在沿着舟体或炉管轴线方向看为对称的圆弧，圆弧的圆心重合在石英扩散炉管的中心轴线上。本实用新型置入扩散炉管内，支撑脚的圆弧正好与扩散炉炉管内壁接触，支撑架和挡板的尺寸(图5)正好保证使硅晶圆片的中心与炉管的中心重合。装载硅晶圆片的石英舟不在炉管内，而在层流平面工作台上放置时，支撑脚可为带槽石英棒的最低点垫起一定高度，避免了硅晶圆片与层流平面工作台或炉管的擦碰而造成的不必要损失。
[0024]石英舟两头的挡板(支撑架)上还烧结有石英把手，以方便提拿以及工艺操作中与推拉机构的联机使加工硅晶圆片进出炉的速度和位移时间曲线自动化控制。
[0025]本实用新型具有以下优点:
[0026]1.首先增加了工序的流通通量，将原来一炉做I批(50片)提高到现在一炉做到140片(两批以上)的能力；
[0027]2.装片进炉后，所加工的硅晶圆片中心轴线与炉管中心轴线重合，所有硅晶圆片周边的气流稳定，有利于提高同一片以及片与片之间参数的一致性；
[0028]3.置片槽宽度降为0.7mm(晶圆片厚度0.525mm)，能更好的使晶圆片直立在舟上，是各部位气流均匀的又一保证；
[0029]4.将每对置片槽中的各硅晶圆片设计为背靠背放置，既扩大磷预产能，又减少了同样产出下的环境污染；
[0030]5.利用该石英舟加工不会产生偏磷酸沾污(目前未发现)，该磷预扩散工艺的新舟已使用5年，均未发现偏磷酸的沾污；
[0031]6.该石英舟加工出的制品参数均匀性更好。
[0032]采用该新型石英舟，不仅提高了磷预扩散工序的产能，还提高了磷预扩散的质量。
【附图说明】
[0033]图1为本实用新型中石英舟的结构示意图；
[0034]图2为图1的俯视图；
[0035]图3为图1的右视图；
[0036]图4为本实用新型装载5吋娃晶圆片后的结构不意图；
[0037]图5为图4的俯视图；
[0038]图6为图4中A向视图；
[0039]图7为图4中B-B剖视图；
[0040]图8为本实用新型中娃晶圆片的背面视图；
[0041]图9为本实用新型中硅晶圆片的正面视图；
[0042]图10为本实用新型中石英棒的结构示意图；
[0043