一种轻掺外延片掺杂气体的混气装置及方法与流程

本发明设计半导体设备领域，尤其涉及一种轻掺外延片掺杂气体的混气装置及其混气方法。

背景技术：

1、对于集成电路的基础材料来说，晶格无缺陷的半导体晶体在绝对零度下为绝缘体，在室温下虽然会存在部分自由电子从价带顶跃迁至导带底，从而形成电子、空穴载流子，使得半导体具有一定的导电性，但由于载流子浓度有限，这类本征半导体的导电性能一般难以满足器件要求，因此，生产过程中通常需要进行掺杂来获取有目标性能的半导体材料。

2、就掺杂工艺来说，对于p型与n型片的不同，其引入的掺杂元素并不相同，不同的掺杂通过控制硅材料的载流子浓度与类型，从而控制硅材料的电导率，而轻掺杂可以通过改变硅材料的导带和价带能级，从而实现更精确的电子控制。

3、为实现轻掺工艺的高精密性，其原料的纯净与均匀性非常重要，以硼掺杂中的乙硼烷气体为例，对掺杂气体的要求为少量且低浓度，通常原料要求浓度为50ppm，以保证掺杂工艺对原料的基本要求，但是低浓度纯净的乙硼烷气体成本很高，因此现在需要一种自混气体的方法以降低成本。

技术实现思路

1、本发明涉及一种轻掺外延片掺杂气混气的装置与方法，利用高浓度掺杂原料气体，通过混气的方式将气体混合至目标浓度，同时保证气体纯净均匀，从而达到降低成本目的。

2、本专利所述一种轻掺外延片掺杂气体的混气装置，其结构特征如下：

3、混气装置设置有混合腔，所述混合腔为桶形，混合腔顶部设置有进气管a以及进气管b，底部还设置有单一出气管，混合腔底面设置有一涡轮；在混合腔外部设置有外部套筒，外部套筒内部包含有加热管；同时混气装置设置有温度计以及气压计，用以测量混合腔内部的温度及气压，此外混气装置同时还设置有抽气泵通过抽气管与混合腔内部相连。

4、所述进气管a、进气管b，其特征在于，进气管在混合腔外部设置有流量计、流量调节阀以及进气阀。

5、所述混合腔，其特征在于，混合腔材料优选为hdpe材料，容积为l，且50l≤l≤100l。

6、所述混气腔内涡轮，其特征在于，涡轮转速范围为r＞50r/min

7、所述加热管，其特征在于，加热管缠绕螺旋混合腔且等距均匀分布。

8、所述出气管，其特征在于，出气关口设置有单向阀以及出气阀门。

9、一种轻掺外延片掺杂气混气的方法，其特征在于，轻掺气体混气步骤如下：

10、1：先通过进气口b持续充入平衡气体b，直至瓶内气达到标准大气压后打开出气阀持续3-5min，随后关闭出气阀门，继续通入气体b直至瓶内气体略高于1标准大气压，随后关闭b管进气阀;

11、2：通过抽气泵抽出部分气体b，使其气压表读数范围保持在90-95kpa;

12、3：计算通入掺杂气体a的量w，通过进气口a通入1/3w掺杂气体a，同时打开涡轮使其转速r＞50r/min，并控制加热管温度至t，持续混气10-15min，重复进行三次，随后关闭a管进气阀;

13、4：完成掺杂气体a通入后，持续保持涡轮开启，关闭加热管，混气腔内部冷却至室温后，通入气体b至混合腔内部气压至标准大气压，随后关闭b管进气阀;

14、5：持续涡轮搅拌5-10分钟后关闭涡轮，混气完成，通过出气阀将混合后气体通入储气瓶内。

15、所属平衡气体b，其特征在于，由于应用与混合气掺杂气体a特性的不同，平衡气体b可以为氮气、氢气、氦气等。

16、所述加热温度t，其特征在于，t与混合气体特性有关，其范围为25-40℃。

技术特征：

1.一种轻掺外延片掺杂气体的混气装置，其特征在于，结构包括：

2.根据权利要求1所述掺杂气体的混气装置，其特征在于，所述进气管a、进气管b在混合腔外部设置有流量计、流量调节阀以及进气阀；所述出气管设置有单向阀以及出气阀门。

3.根据权利要求1所述掺杂气体的混气装置，其特征在于，所述混合腔材料优选为hdpe材料，混合腔内容积为l，且50l≤l≤100l。

4.根据权利要求1所述掺杂气体的混气装置，其特征在于，所述混气腔内涡轮，涡轮转速范围为r＞50r/min。

5.根据权利要求1所述掺杂气体的混气装置，其特征在于，所述加热管缠绕螺旋混合腔且等距均匀分布。

6.一种轻掺外延片掺杂气混气的方法，其特征在于，轻掺气体混气步骤如下：

7.根据权利要求6所述轻掺外延片掺杂气混气的方法，其特征在于，平衡气体b根据应用与混合气掺杂气体a特性的不同，平衡气体b可以为氮气、氢气、氦气等。

8.根据权利要求6所述轻掺外延片掺杂气混气的方法，其特征在于，所述加热温度t与混合气体特性有关，其范围为25-40℃。

技术总结
本发明提供了一种轻掺外延片掺杂气体的混气装置及方法，所述外延片掺杂气体的混气装置，包括混气腔，进气口，出气口、涡轮以及加热管等；应用此装置所进行的混气方法为，先利用平衡气体充满混气腔，在分布混合掺杂气体的方式，同时通过加热与搅拌等方式均匀混合气体，并根据气体特性调整加热温度，从而得到可使用的轻掺气体，降低轻掺外延片的生产成本。

技术研发人员：梁永立,陈杰,陈猛
受保护的技术使用者：上海超硅半导体股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8