[发明专利]一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体PN结生产设备领域，尤其是一种在晶体硅表面以激光制备超浅结的设备。

背景技术

随着半导体器件越来越小型化，对制备PN结的技术要求也越来越高，要求制备横向尺寸及深度都越来越小的高质量的超浅结。快速汽相掺杂(RVD：rapid vapor-phase doping)是一种以汽相掺杂剂方式直接扩散到硅片中，以形成超浅结的快速热处理工艺。在该技术中，掺杂浓度通过气体流量来控制，对于硼掺杂，使用B2H6为掺杂剂；对于磷掺杂，使用PH₃为掺杂剂。

RVD的物理机制现在还不太清楚，但从汽相中吸附掺杂原子是实现掺杂工序的一个重要方面。另外，由实际工艺操作知，一般的RVD技术需要800℃以上的预烘培及退火处理，工序较为复杂。

现在发展出一种利用激光制备超浅结的工艺，工艺简单，但还没有针对这种工艺的专属生产设备。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对新技术RVD在晶体硅掺杂上的应用，提供一种工艺简单、质量可靠、可操作性强的使用激光制备超浅结的可以实现大规模生产的设备，便其工艺在实际生产过程中得以体现。

技术方案：本发明主要由连续真空室、气路控制系统、电控系统、真空抽气系统组成。

连续真空室与气路控制系统通过导气管、阀等，与电控系统通过各种电气元件，与真空抽气系统通过真空元器件分别连接。其中气路控制系统为连续真空室中的激乐掺杂真空室提供掺杂工艺气体；工艺气体通过阀门、质量流量计进入激光掺杂真空室。电控系统分别与连续真空室、气路控制系统、真空机组进行连接并实施控制，电控系统对连续真空室的控制主要是进出样片、激光器功率、工艺气体压力、样片加热温度、激光器照射样片时间等；电控系统对气路控制系统的控制主要是导气阀门的开闭时间、气体流量计的测量等；电控系统对真空机组的控制主要是机械泵启动、停止，真空阀门的开闭及互锁、抽气时间等。其中真空机组与连续真空室相连接，主要对连续真空室抽真空，为掺杂工艺气体提供本底真空度，保证掺杂质量；真空机组中前级泵排气口与废气管路相连接，废气经管道排出后经过处理至符合环保标准后排入大气。

连续真空室由进出片室和激光掺杂真空室组成，进出片室位于腔室的两侧，激光掺杂真空室处于中间位置。真空室材质为可耐酸碱的不锈钢，通常采用316L不锈钢，腔室整体外形为长方形，内部为多腔室结构。进出片室装有真空门，以方便取放样片，其余各室以真空阀门相联接，可采用真空翻板阀或者真空插板阀，可在样片在各室间传送时快速开闭。激光掺杂真空室顶部装有真空密封的玻璃窗，其尺寸面积大于样片面积，玻璃窗上方装有激光系统，可发出若干道横向线激光或者面激光，激光的横向长度大于待处理样片的长度，保证样片全部的面积可以得到激光照射。激光掺杂真空室的底部，均匀分布有带布气孔的布气室，布气室上有跟进气管道相连接的进气法兰，并与气路控制系统相连接。进片室及激光掺杂真空室装有加热器，可以对样片均匀加热。各腔室正面装有金属观察窗，后面由真空管道及真空阀门跟真空抽气系统相连接。各腔室内部装有可独立无级调速的传动系统及载片小车，传动系统为辊传动或者齿轮传动。其中载片小车由铝板及带有弹性的可耐高温不容易挥发的弹性压片组成，弹性片经定位销固定在铝板上适当位置。

真空机组由机械机组、高真空泵及真空管道组成。其中高真空泵可以采用低温泵、分子泵等，高真空泵与真空室之间以高真空阀门相连接。机械机组跟高真空泵通过前置阀相联接，跟真空室通过粗抽阀门相连接。真空管道采用不锈钢真空管和真空波纹管连接。

气路控制系统主要用于实现对掺杂气体的流量控制。主要部件包括质量流量计、单向阀、气动截止阀、导气管路、减压阀、气瓶。工艺气体由气瓶中流出，经过减压阀、质量流量计、单向阀、气动截止阀进入激光掺杂真空室并均匀布气；工艺所需的工艺气体可以先在激光掺杂真空室外的管道中混合再进入激光掺杂真空室，也可以先进入激光掺杂真空室再进行混合。气路控制系统各个部件间通过不锈钢管进行连接，气路控制系统控制信号由电控系统(PLC)提供。

电控系统主要由PLC控制器组成，PLC控制器本身带有基本操作程序，设有可变参数，可变参数由操作人员通过屏幕进行设定，设定的参数通过PLC对被控制部件进行控制。同时，PLC也可以跟个人电脑相连接，对工艺过程中的各项参数实行实时跟踪和记忆储存，将电脑连接上网，可以实现对工艺的远程控制及监控。