用于半导体硅片快速退火的装置[发明专利]

*CN102877134A*

(10)申请公布号 CN 102877134 A(43)申请公布日 2013.01.16

(12)发明专利申请

(21)申请号 201210337165.9(22)申请日 2012.09.13

(71)申请人浙江长兴众成电子有限公司

地址313100 浙江省湖州市长兴县县前东街

1299号(72)发明人孙新利 万喜增 蒋伟达 郑六奎(74)专利代理机构杭州华鼎知识产权代理事务

所(普通合伙) 33217

代理人胡根良(51)Int.Cl.

C30B 33/02(2006.01)

权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(54)发明名称

用于半导体硅片快速退火的装置(57)摘要

本发明公开了一种用于半导体硅片快速退火的装置，包括承接热处理炉出来半导体硅片的支撑支架，与支撑支架固定相连的移动滑板，与移动滑板配合的滑动导轨，该装置还包括一设于滑动导轨上的接触式开关及受该接触式开关控制开关的冷却风扇，当半导体硅片随移动滑板移动到处于冷却风扇风流中部位置时，接触式开关控制冷却风扇开启，移动滑板由驱动机构驱动在滑动导轨上滑动。本发明提供的半导体硅片快速退火装置能够有效实现快速退火，能够用于实际半导体硅片的加工和制造过程中的热处理退火环节，具有结构简单，操作简便，效率较高的优点。

CN 102877134 ACN 102877134 A

权 利 要 求 书

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1.用于半导体硅片快速退火的装置，其特征在于：包括承接热处理炉（1）出来半导体硅片（2）的支撑支架（4），与支撑支架（4）固定相连的移动滑板（5），与移动滑板（5）配合的滑动导轨（6），该装置还包括一设于滑动导轨上的接触式开关（8）及受该接触式开关控制开关的冷却风扇（7），当半导体硅片随移动滑板移动到处于冷却风扇风流中部位置时，接触式开关控制冷却风扇开启，移动滑板由驱动机构驱动在滑动导轨上滑动。

2.根据权利要求1所述的用于半导体硅片快速退火的装置，其特征在于：所述支撑支架为横截面为圆弧形的板材且支撑支架与热处理炉的炉口下半部具有相同的弧度，支撑支架高度与热处理炉炉口高度一致。

3.根据权利要求2所述的用于半导体硅片快速退火的装置，其特征在于：所述支撑支架为高纯石英板或不锈钢板。

4.根据权利要求2所述的用于半导体硅片快速退火的装置，其特征在于：所述滑动导轨与支撑支架垂直，冷却风扇设于滑动导轨侧部且风流方向与滑动导轨垂直。

5.根据权利要求1所述的用于半导体硅片快速退火的装置，其特征在于：所述半导体硅片随石英舟（3）一起落在支撑支架上，半导体硅片高度可使该半导体硅片正好处于冷却风扇风流中心位置。

6.根据权利要求1所述的用于半导体硅片快速退火的装置，其特征在于：所述冷却风扇为直流风机。

7.根据权利要求1所述的用于半导体硅片快速退火的装置，其特征在于：所述驱动机构为一气缸（9），该气缸由接触式开关控制关闭。

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说 明 书

用于半导体硅片快速退火的装置

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技术领域

本发明属于半导体硅片制造加工领域，涉及一种适用于半导体硅片热处理工艺的

快速退火装置。

[0001]

背景技术

直拉硅单晶是将多晶硅放置在高纯石英坩埚中高温熔化，因为高纯坩埚直接与熔

硅接触并且处于1450摄氏度以上的高温，高温下SiO2会与熔硅反应生长SiO，并部分溶于熔硅中，随着晶体生长进入晶体内部，形成硅中氧。[0003] 同时，直接硅单晶的生长是从高温熔体中缓慢凝固生长出来，晶体生长的驱动力主要来自于温度梯度形成的过冷度，因此在晶体的生长、冷却过程中需要经过一段热历史。硅中的氧杂质在低温热处理时，能产生施主效应，使得n型硅晶体的电阻率下降，p型硅晶体的电阻率上升，施主效应严重时，能使p型硅晶体转化为n型，这是氧的施主效应。氧的施主效应可以分为两种情况，有不同的性质，一种是在350~500℃左右范围生成的，称为热施主；一种是在550~800℃左右温度范围形成的，称为新施主。[0004] 直接硅单晶在拉制到出炉经历了一段热历史，不可避免的在350~500℃形成了热施主。一般认为，450℃是硅中热施主形成的最有效温度，除了退火温度，硅中的初始氧浓度对热施主的形成速率和浓度有最大影响，初始氧浓度越高，热施主浓度越高，其形成速率也越快。新施主在650℃左右浓度可达最大值，和热施主相比，它的形成速率比较慢，一般需要较长的时间，其浓度也比热施主低一个数量级。[0005] 电阻率是半导体硅片的最重要参数，不同电阻率硅片可能会用于制作同一器件的不同规格器件，也可能用于制作不同规格的器件，比如有的硅片用于制作TVS器件，有的由于制作汽车整流管，有的用于制作普通二极管，有的用于制作节能灯芯片等。对于下游器件加工厂而言，电阻率对档及电阻率真实性是至关重要的，它直接决定了硅片所能制作的器件工艺、类型、用途。如果在某一电阻率档位中存在热处理不完全或未热处理的硅片，在器件制作时所得到的器件参数将完全偏离原有设定，造成严重的质量异常。因此对硅片进行热处理并快速退火消除热施主效应是非常关键的。[0006] 同时，真实电阻率对实际单晶生长的掺杂控制也是至关重要的。对于直拉硅单晶而言，电阻率是呈现头高尾低分布，由于单晶生长电阻率连续分布的特殊性和客户要求的单一性矛盾存在，如何设置单晶生长的头部电阻率是非常关键的，因此单晶头尾样片的真实电阻率也是硅片制造和加工行业的关注重点和监控点。[0007] 对于直拉硅单晶而言，想要得到真实电阻率必须经过550-800摄氏度热处理加工，热处理加工的原理是消除热施主效应，且不产生新施主效应，热处理工艺的关键是要使退火后的硅单晶或单晶片快速跃过350~500℃温度区域，特别是450℃温度。如果不能快速跃过350~500℃温度区域，热施主将重新形成，影响硅单晶恢复到真实电阻率。因此如何实现快速退火是热处理环节的核心工艺。

[0002] [0008]

目前现有一般热处理工艺是将硅片置于热处理炉中550-800℃恒温处理一段时

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说 明 书

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间，然后快速取出并置于风扇下，用空气快速退火。在实际操作中，硅片离开热处理炉后温度便开始下降，这对操作人员转移硅片时间提出了较高的要求，如果转移较慢，硅片将在350~500℃温度区域停留，热施主将重新形成，影响硅单晶恢复到真实电阻率。发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于半导体硅片快速退火的装置，为半导体硅片热处理退火提供了一种操作简便，可实施性强，效果明显的快速退火装置。[0010] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于半导体硅片快速退火的装置，其特征在于：包括承接热处理炉出来半导体硅片的支撑支架，与支撑支架固定相连的移动滑板，与移动滑板配合的滑动导轨，该装置还包括一设于滑动导轨上的接触式开关及受该接触式开关控制开关的冷却风扇，当半导体硅片随移动滑板移动到处于冷却风扇风流中部位置时，接触式开关控制冷却风扇开启，移动滑板由驱动机构驱动在滑动导轨上滑动。[0011] 作为优选，所述支撑支架为横截面为圆弧形的板材且支撑支架与热处理炉的炉口下半部具有相同的弧度，支撑支架高度与热处理炉炉口高度一致。[0012] 作为优选，所述支撑支架为高纯石英板或不锈钢板。[0013] 作为优选，所述滑动导轨与支撑支架垂直，冷却风扇设于滑动导轨侧部且风流方向与滑动导轨垂直。[0014] 作为优选，所述半导体硅片随石英舟一起落在支撑支架上，半导体硅片高度可使该半导体硅片正好处于冷却风扇风流中心位置。[0015] 作为优选，所述冷却风扇为直流风机。

[0009]

作为优选，所述驱动机构为一气缸，该气缸由接触式开关控制关闭。[0017] 半导体硅片在热处理炉热处理完成后，将半导体硅片同石英舟一起推出炉口并转移到支撑支架上，快速将移动滑板通过滑动导轨推向直流风机，移动滑板推到位时触发接触式开关，直流风机启动，此时硅片刚好处于直流风机风口，实现快速风冷退火。因而本发明具有以下优点：[0018] 1、本发明提供的半导体硅片快速退火装置和方法能够有效实现快速退火，能够用于实际半导体硅片的加工和制造过程中的热处理退火环节。[0019] 2、本发明提供的半导体硅片快速退火装置和方法具有结构简单，操作简便，效率较高的优点。[0020] 3、本发明提供的半导体硅片快速退火装置和方法具有强的产业化操作性，有利于提高生产效率。

[0016]

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

[0022] 图1为本发明结构示意图。

[0021]

具体实施方式

[0023] 下面结合图1具体说明本发明一种用于半导体硅片快速退火的装置的实施例，包括承接热处理炉1出来半导体硅片2的支撑支架4，与支撑支架4固定相连的移动滑板5，

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与移动滑板5配合的滑动导轨6，该装置还包括一设于滑动导轨上的接触式开关8及受该接触式开关控制开关的冷却风扇7，当半导体硅片随移动滑板移动到处于冷却风扇风流中部位置时，接触式开关控制冷却风扇开启，移动滑板5由驱动机构驱动在滑动导轨上滑动。所述驱动机构为一气缸9，该气缸由接触式开关8控制关闭。

[0024] 所述支撑支架为横截面为圆弧形的板材且支撑支架与热处理炉炉口下半部具有相同的弧度，支撑支架高度与热处理炉口高度一致。所述半导体硅片随石英舟3一起落在支撑支架4上，半导体硅片2高度可使该半导体硅片正好处于冷却风扇风流中心位置。即支撑支架高度略低于直流风机中心，使得待退火半导体硅片处于直流风机风流中心，有利于退火。

[0025] 所述支撑支架为高纯石英板或不锈钢板。热处理炉由温控仪表控制热处理温度。[0026] 所述滑动导轨与支撑支架垂直，冷却风扇设于滑动导轨侧部且风流方向与滑动导轨垂直。当然，滑动导轨也可以与支撑支架平行，这样冷却风扇可以设于滑动导轨末端，冷却风扇正对支撑支架移动靠近过来的方向。

[0027] 所述冷却风扇为直流风机。当然也可以采用普通风扇。直流风机退火效果更好。[0028] 该装置的使用方法：①将装置放置在热处理炉边上，并调整高度，确认支撑支架与热处理炉口高度一致；②热处理时间到后，将支撑支架连同移动滑板置于热处理炉口；③用高纯石英棒将热处理完毕的石英舟快速拉出并放置在支撑支架上；④启动气缸，气缸快速推动移动滑板，使其带着待退火硅片快速滑向直流风机；⑤移动滑板触发接触式开关，直流风机开始工作，此时待退火硅片处于直流风机风流中部，有利于快速退火，同时接触式开关控制气缸停止动作；⑥待硅片温度到达环境温度时，一般约需要30分钟，即可取下硅片，放置在指定位置；⑦重复3-7步骤可以实现多次热处理快速退火。

[0029] 采用上述实施实例的装置及使用方法进行单晶头部样片热处理快速退火，N<111>，3寸单晶生长时的头部目标电阻率为33.0欧姆厘米（掺杂浓度约为1.32E14atoms/cm3），未热处理前测试其电阻率为9.2欧姆厘米，与真实电阻率相差较大。按照恒温650摄氏度45分钟惰性气体保护处理45分钟后采用该装置取出并快速退火30分钟，待达到测试条件后进行电阻率测试，得到测试值32.6欧姆厘米，与目标电阻率基本接近，与实际掺杂浓度基本一致。备注：测试条件为23摄氏度，60%RH。[0030] 采用上述实施例方案，根据头部样片及实际电阻率分布情况，在电阻率范围为（30-35欧姆厘米）中选取100pcs样片，其中第一组50pcs热处理后采用该退火装置，第二组50pcs热处理后自然冷却，分别测试平均电阻率，得到如下结果：第一组平均电阻率为32.94欧姆厘米；第二组平均电阻率为23.62欧姆厘米。

[0031] 从对比结果可以看出本发明提供的快速退火装置及退火方法能够有效的消除硅中氧施主效应，得到硅片真实电阻率。

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说 明 书 附 图

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图1

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