垂直扩散氧化炉石英工艺管的结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种垂直扩散氧化炉石英工艺管，其工艺气体分流室的高度与直径的比值在0.054以上，工艺气体分流室的体积在0.725升以上。本发明通过增加工艺气体分流室的高度和体积，减少了工艺气体对气体分流板向下的压力，同时也避免了工艺气体分流室顶部石英层在高温条件下向下变形接触工艺气体引导管，从而减缓了气体分流板的向下塌陷变形，延长了石英工艺管在1200℃高温下的连续使用寿命。
【专利说明】垂直扩散氧化炉石英工艺管的结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及垂直扩散氧化炉石英工艺管的结构。
【背景技术】
[0002]在半导体工艺中需要掺杂高温推阱工艺，有些半导体器件要求在1200° C高温下推阱工艺长时间。目前，用于垂直扩散氧化炉的高温氧化工艺管的材料是石英，该石英工艺管的结构如图1-4所示，主要包括工艺气体引导管I和工艺气体分流室2。其中，工艺气体分流室2的顶部为石英层，底部为工艺气体分流板4。常规工艺气体分流室的高度为14mm，直径为257mm。
[0003]石英工艺管安装在垂直扩散氧化炉上的正常工作状态如图5所示，进入石英工艺管的工艺气体首先被导入工艺气体分流室2，然后垂直向下流向石英工艺管内的各块硅片。
[0004]由于石英的最大持续工作温度为1160° C (即高温疲劳温度)，在此温度下工作会加快石英玻璃的疲劳，因此，石英工艺管在垂直扩散氧化炉上连续工作超过12小时左右后，工艺气体分流室顶部石英层3就会开始向下塌陷变形而接触到气体引导管1，导致工艺气体分流板4中心区域向下塌陷变形。另一方面，工艺气体导入工艺气体分流室2，会对工艺气体分流室2的内壁产生压力，加速工艺气体分流板4在高温疲劳条件下向下塌陷变形的趋向。在上述两方面因素的协同作用下，垂直扩散氧化炉石英工艺管很容易发生顶部工艺气体分流板4中心区域向下塌陷变形(见图6)，改变工艺气体垂直向下的气流方向，影响硅片氧化膜生长的均匀性(见图7、8)，无法确保氧化膜生长的技术参数要求，从而必须更换石英工艺管，所以长时间在1200° C高温下进行推阱工艺的石英工艺管的使用寿命较短(一般只有6个月)，更换频率高，导致石英工艺管的维护成本高昂。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种垂直扩散氧化炉石英工艺管的结构，它可以延长石英工艺管在1200° C高温下的连续使用寿命。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的垂直扩散氧化炉石英工艺管，其工艺气体分流室的高度与直径的比值在0.054以上，工艺气体分流室的体积在0.725升以上。
[0007]本发明通过增加工艺气体分流室的高度，增大工艺气体分流室的体积，减少了工艺气体对气体分流板的向下压力，同时也避免了工艺气体分流室顶部石英层高温条件时中心区域向下塌陷变形接触到工艺气体引导管，如此减缓了气体分流板中心区域向下的塌陷变形，使垂直扩散氧化炉石英工艺管在1200°C高温下的连续使用寿命延长了 I到2倍，从而降低了石英工艺管的耗损量和更换频率，节省了维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是垂直扩散氧化炉石英工艺管的主视图。
[0009]图2是垂直扩散氧化炉石英工艺管的剖面图。[0010]图3是垂直扩散氧化炉石英工艺管工艺气体分流室的俯视图。
[0011]图4是垂直扩散氧化炉石英工艺管工艺气体分流室的侧视图。
[0012]图5是石英工艺管在垂直扩散氧化炉上正常使用状态示意图。
[0013]图6是石英工艺管的气体分流板发生向下塌陷变形的示意图。
[0014]图7是在垂直扩散炉上用常规石英工艺管在1200°C进行10小时硅片干氧化的氧化膜厚控制图。
[0015]图8是在垂直扩散炉上用常规石英工艺管在950°C进行0.5小时氢氧合成氧化膜的膜厚控制图。
[0016]图9是本发明实施例的石英工艺管的工艺气体分流室侧视图。
[0017]图10是在垂直扩散炉上使用本发明实施例的石英工艺管在1200°C下进行10小时硅片干氧化的氧化膜厚控制图。
[0018]图11是在垂直扩散炉上使用本发明实施例的石英工艺管在950 V下进行0.5小时氢氧合成氧化膜的膜厚控制图。
[0019]图12是本发明另一实施例的石英工艺管的工艺气体分流室侧视图。
[0020]图中附图标记说明如下:
[0021]1:工艺气体引导管
[0022]2:工艺气体分流室
[0023]3:工艺气体分流室顶部石英层
[0024]4:工艺气体分流板
【具体实施方式】
[0025]为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下:
[0026]本发明对垂直扩散氧化炉石英工艺管的结构进行了改进，增大了工艺气体分流室的高度，如图9所示，本实施例的工艺气体分流室的高度为24mm，直径为257mm，工艺气体分流室的体积为1.244升。
[0027]在垂直扩散氧化炉上使用本实施例的石英工艺管，在1200°C下进行10小时硅片的干氧化工艺，得到如图10所示的干氧化膜图；在9501:下进行0.5小时氢氧合成氧化膜工艺，得到如图11所示的膜厚控制图。
[0028]从图10可以看到，本发明实施例的石英工艺管在1200°C高温下的使用次数(44次以上)远远大于常规石英工艺管在1200°C高温下的使用次数(9次)，使用寿命延长了 I倍以上，这大大节约了垂直扩散氧化炉石英工艺管的更换费用(华虹一厂13台高温设备，每年可节约石英工艺管更换费用32000 X 13=416000元)。
[0029]另一方面，由于工艺气体分流室体积的增大，导入石英工艺管的工艺气体对工艺气体分流室内壁和工艺气体分流板的压力得以减少，工艺气体分流板在高温疲劳条件下的向下塌陷变形被减缓；同时也能避免工艺气体分流室顶部石英层中心区域在高温下向下变形，接触到工艺气体引导管而加速工艺气体分流板向下变形，因此，使用本实施例的石英工艺管进行的氢氧合成氧化膜工艺的膜厚控制图(图11)和硅片氧化膜的膜厚均匀性(图10)都明显优于使用常规石英工艺管进行的氧化膜工艺(参见图7、8)。[0030]在其他实施例中，还可以进一步将工艺气体分流室上层优化设计为弓形，如图12所示，以减轻工艺气体分流室上层在高温环境下的塌陷变形，保证硅片氧化膜生长的均匀性。
【权利要求】
1.一种垂直扩散氧化炉石英工艺管，其特征在于，工艺气体分流室的高度与直径的比值在0.054以上，工艺气体分流室的体积在0.725升以上。
2.根据权利要求1所述的石英工艺管，其特征在于，所述工艺气体分流室的上层为弓形。
3.根据权利要求1所述的石英工艺管，其特征在于，所述工艺气体分流室的高度为24mm，直径为 257mm。
【文档编号】H01L21/67GK103871927SQ201210529564
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月10日 优先权日:2012年12月10日
【发明者】刘波, 董颖 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司