[发明专利]在扩散炉内设置碳化硅长托防止石英管变形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在扩散炉内设置碳化硅长托防止石英管变形的方法，属于半导体衬底硅片加工技术领域。

背景技术

现有半导体扩散工艺用扩散设备为扩散炉，石英管1贯穿炉体2，如图1所示，石英管1呈细长状，两端由把扣环3固定，中部悬空，石英管1的一端为工艺气体入口4。在工艺过程中，将若干硅片5载入石英舟6中，再将石英舟6送入石英管1中，自入口4通入工艺气体，在1000℃以上的扩散温度下完成扩散工艺。石英管1重复使用，在下一次使用前需取出清洗，再一次放入炉体2中时，需要相对于上一次使用状态扭转一个角度放置，例如90°。这是因为在高温下，在石英管1自重及载重的共同作用下，石英管1中部明显向下弯曲，如图2所示，伴随这种弯曲还出现石英管1管体横截面椭圆变形的现象，久而久之这种弯曲、变形会达到载有硅片5的石英舟6难以送入和取出的程度，甚至出现硅片5卡片现象，不得已就得报废石英管1。如果每次借清洗机会扭转一个度角放置，能够在一定程度上矫正所述的弯曲、变形，延长石英管1的使用寿命。然而，这种扭转措施的矫正效果有限，何况经过多次矫正，石英管1的形状变得非常不规则，不仅会出现无法预见的不利后果，而且管壁会在短时间内快速变薄，使用不到3个月，石英管1处在扩散炉炉膛恒温区那部分的最薄处壁厚就降到要求厚度以下，石英管1使用寿命反而因此而缩短。例如，断开使用了3个月的石英管1，测量其壁厚，内径为Φ130mm、原本壁厚为5mm的石英管1其壁厚减到3.5mm以下，接近报废厚度。于是，现有技术还采取了其他一些力图防止或者减轻石英管1弯曲、变形的措施。一是加厚石英管1的管壁。增加壁厚能够提高耐变形温度，间接表明这一加厚措施能够提高石英管1抗弯曲能力。例如，内径为Φ140mm、壁厚为2mm的石英管1，当石英管内径不变时，将壁厚增加到4mm，其耐温温度则从1030℃提高到1280℃，如图3所示。在图3中还包括内径分别为Φ160mm、Φ200mm的石英管1的壁厚与耐变形温度的关系曲线，可见，内径不同的石英管1具有相同的耐变形温度随壁厚变化的规律。然而，加厚管壁一方面导致石英管1造价大幅升高，另一方面自重明显增大，进而抵消一部分抗弯曲能力。二是在石英管1外壁涂覆厚度约为20μm的Al₂O₃涂层，之后在该石英管1第一次使用时，在1150℃以上的高温作用下，产生方石英转变成核中心，Al₂O₃涂层最终转变为一层均匀的方石英层，而方石英的熔点高达1720℃，这使得石英管1的耐温性能有效提高，如图4所示，曲线1为未做Al₂O₃涂层处理的石英管1其变形率与温度的关系曲线，曲线2为做了Al₂O₃涂层处理的石英管1其变形率与温度的关系曲线，可见，做Al₂O₃涂层处理能够提高石英管1的耐温性能，可是，效果并不明显，例如，同样发生变形率为0.8的变形，做了Al₂O₃涂层处理的石英管1对应的温度也仅仅提高了30℃而已，在具体的生产过程中，做了Al₂O₃涂层处理的石英管1的使用寿命也只有3个月，相对于未做Al₂O₃涂层处理的石英管1的1个多月的使用寿命来说，效果的确不明显。

发明内容

为了避免半导体工艺中硅片扩散用石英管发生弯曲变形，延长石英管使用寿命，降低成本，我们发明了一种在扩散炉内设置碳化硅长托防止石英管变形的方法。

本发明之方法其特征在于，在扩散炉炉膛底部安放碳化硅长托7，如图5所示，将石英管1贯穿炉体2放置，石英管1底部与碳化硅长托7顶部接触，如图6所示，用把扣环3将石英管1两端固定。