专利名称：外燃式氢氧合成氧化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于半导体器件、集成电路制造前工序中在硅衬底上生成二氧化硅膜的氢氧合成氧化装置。
背景技术：
在半导体器件、集成电路制造前工序中，须在硅衬底上生长二氧化硅膜。二氧化硅一般分三次生长，即所谓的干、湿、干工艺；其为先送氧气，生长出第一层，再用氧气携带纯水生长出第二层，最后又送氧气生长第三层；这种用氧气携带纯水的工艺缺陷有生长出的二氧化硅膜品质不佳、杂质含量高，因水的提纯困难而不能满足目前器件的要求；膜厚均匀性不好，片内、片间、批间的均匀性只能达±5-±10％，这是现代VLSI工艺所不能接受的。
为了解决上述问题，曾经开发了内燃式氢氧合成氧化方式。在石英工序管尾部同时引入氢气和氧气，利用扩散炉炉膛的热点燃氢气，在反应室内部用氢氧合成生成水雾(代替纯水)，进行第二层二氧化硅膜的生长，这对于解决φ3″及以下尺寸的硅衬底的氧化是行之有效的。生长出的二氧化硅膜品质优良，均匀性能控制在±5％以内，满足了当时3μm线条工艺要求；其缺点是因为氢氧合成过程是在密闭的高温石英反应器内完成，合成开始，氢气是否点燃，情况看不到也不好检测；长时间合成是否因异常熄灭也难以掌握，这样易造成工艺失败，更危险的是会因氢气积累而出现，而造成更大的人员、设备事故。
技术内容本实用新型的目的是，设计一种外燃式氢氧合成氧化装置，它使氢氧合成氧化能受到控制，可安全地生长出品质优良、均匀性好的二氧化硅模，以满足现代化大规模集成电路生产线的工艺要求。
本实用新型的技术方案是，所述外燃式氢氧合成氧化装置有合成腔，所述合成腔的一端与工序管相连通，其结构特点是，所述合成腔的另一端为带氧气进气接咀的管式氧气进气腔，该腔中还设有一个带氢气进气接咀的管式氢气进气腔且该氢气进气腔的排气口位于所述管式氧气进气腔中，所述管式氢气进气腔中置有装在外壳中的热电偶，所述氧气进气腔外侧装有点火炉，在所述合成腔外侧装有火焰传感器。
以下做出进一步说明。
图1是本实用新型的一种实际结构。由图1可知，本实用新型有合成腔4，所述合成腔4的一端与工序管5连通，其设计特点是，所述合成腔4的另一端为带氧气进气接咀7的管式氧气进气腔2，该腔2中设有一个带氢气进气接咀8的管式氢气进气腔9且该进气腔9的排气口11位于所述管式氧气进气腔2中，所述管式氢气进气腔9中置有装在外壳10中的热电偶1，氧气进气腔2外侧装有点火炉3，在合成腔4外侧装有火焰传感器6。
本实用新型的设计原理是，其关键技术是将氢氧合成设置在反应室外部，这样做的优势有氢氧合成放出的热不冲击恒温区；不会在靠近进气口一端的硅片附近形成高密度的水蒸汽区域；氢氧合成是否一直在进行，不但能观察，而且是处于受监控状态中；更安全可靠。
如图1所示，在工序管5的尾端设置一个专门的氢氧合成腔4和点火炉3(可采用已有技术的电阻加热炉)，进气腔2与合成腔4均用高纯石英玻璃制成，锥形磨口密封连接。热电偶1的探点设置在氢气出口附近，用于监视位置的氢气发火温度(氢气着火点为585℃)，只有当该点温度高于600℃时，氢气才能导入，否则自锁，在合成腔4下部，装有火焰传感器6，当氢氧合成进行时，它采集到火焰信号，驱动显示面板上绿色发光二极管亮(否则是红色发光二极管亮，图中略去)，监视着氢气是否点燃及是否一直在燃烧。因为氢氧合成时体积急剧增加，故合成腔4可设计成柱面加球面(两端)构成，是一种防爆型设计，其长度是基于水分子聚合形成一定质量的水珠按氢气出口速度作平抛运动并落在该腔内，不进入工序管5，而只允许近乎分子态的水雾去参与氧化反应。
氢气和氧气分别导入，由点火炉3提供的热使氢气达到发火温度燃烧。这样，产生的过热水蒸汽，在氢气不断燃烧中，均匀地送入工序管5内，不形成沿工序管5轴线高速运行的水蒸汽流束，对恒温区冲击甚微；也不会在靠近进气口一端的硅片附近形成高密度水蒸汽区域。在常用的1000℃以上进行氧化工艺，膜厚的均匀性片内达±1％，片间、批间达±2％；最佳时间达±0.7％，片间、批间达±1.5％，没有产生过像纯水氧化中那种水珠打出的厚膜斑。更重要的是，在800-1000℃进行氧化时，生长出的二氧化硅膜，均匀性达±3％。而这一低温氧化工艺，正是现代VLSI工艺中经常要用到的。
由以上可知，本实用新型为外燃式氢氧合成氧化装置，它使氢氧合成氧化能在控制下进行，可安全地生长出品质优良、均匀性好的二氧化硅膜，由此满足现代化大规模集成电路生产线的工艺要求。
图1是本实用新型的一种实际结构。在图中1-热电偶，5-工序管，2-管式氧气进气腔，6-火焰传感器，3-点火炉，7-氧气进气接咀，4-合成腔，8-氢气进气接咀，9-管式氢气进气腔，11-排气口。
10-外壳，具体实施方式
按照附图和上述结构的本实用新型装置，进气腔2和合成腔4用高纯石英玻璃制成，合成腔4的主体为柱形而两端为球面，点火炉3采用已有的电阻加热炉技术，热电偶1和传感器6亦采用市售产品。实际生产中，应控制氢气与氧气的反应比例，按H2∶O2＝1.8为供气比例上限，超上限无法送气或自动切断氢气，并控制氢气着火点温度不低于600℃，确保导入氢气点燃；设置传感器6监视氢气点燃后是否一直在燃烧，此外，在合成腔4部位加不锈钢罩，在反应室进口部位设不锈钢门；在合成腔4所在的源柜顶部装氢气报警器，以保证生产的安全性。
权利要求1.一种外燃式氢氧合成氧化装置，有合成腔(4)，所述合成腔(4)的一端与工序管(5)连通，其特征是，所述合成腔(4)的另一端为带氧气进气接咀(7)的管式氧气进气腔(2)，该腔(2)中设有一个带氢气进气接咀(8)的管式氢气进气腔(9)且该进气腔(9)的排气口(11)位于所述管式氧气进气腔(2)中，所述管式氢气进气腔(9)中置有装在外壳(10)中的热电偶(1)，氧气进气腔(2)外侧装有点火炉(3)，在合成腔(4)外侧装有火焰传感器(6)。
专利摘要本实用新型涉及外燃式氢氧合成氧化装置，其主要结构是，合成腔4的一端与工序管5连通而另一端为带接嘴7的管式氧气进气腔2，该腔2中有带接嘴8的管式氢气进气腔9且腔9的排气口11位于腔2中，腔9中置有装在外壳10中的热电偶1，腔2外侧装有点火炉3，腔4一侧有火焰传感器6。本装置用于半导体器件或集成电路制造前工序中在硅衬底上生长二氧化硅膜，它能使氢氧合成氧化在控制下进行，可安全生长品质优、均匀性好的膜层。
文档编号H01L21/02GK2552161SQ0222409
公开日2003年5月21日 申请日期2002年5月23日 优先权日2002年5月23日
发明者袁章其 申请人:信息产业部电子第四十八研究所