[其他]一种双层结构的低压化学蒸汽淀积外延炉管装置

说明书

本发明属于电子工业中制备集成电路及其它半导体器件的薄膜工艺设备。

目前，半导体工业中使用的单晶硅外延层一般是采用常压化学蒸汽淀积（CVD）或减压冷壁CVD技术制得的。外延炉管用石英玻璃材料制成。常压或减压冷壁外延技术的加热是通过高频感应或红外直接对基板和硅衬底片加热的，炉管温度较低，但温度不易控制（尤其是后者），生产成本较高。并且前者由于每炉装片量小，外延层的厚度和掺杂分布均匀性差，影响了外延层的质量和生产效率;后者则由于是在减压系统中感应加热，使外延衬底片接触基板的一面（反面）同待外延的正面的上下温差较大，致使衬底因热应力而变形，不可避免地造成热应力滑移线，引起位错增殖等不良效应。

为了克服以上缺点，本发明将薄膜技术中已有的直立密集片方式的低压化学蒸汽淀积（LPCVD）薄膜技术应用到硅单晶外延中来。在热壁LPCVD多晶硅薄膜制备中，多晶硅薄膜除在衬底片上生长外，还将淀积在反应炉管内壁上。由于材料的不同，热膨胀系数的差异经常导致石英炉管发生裂损，因此在实际工作中需对炉管定期进行清洗处理。同样，若在LPCVD硅单晶外延中仍以单一石英玻璃管作为反应炉管，也将碰到这个问题，而且由于外延温度较高（～1100℃），这个问题显得更加突出。为此，本发明设计了双层炉管的装置。

双层结构的低压化学蒸汽淀积（LPCVD）外延炉管装置构造是：外层炉管〔1〕仍用石英玻璃等耐高温而密封性能好的材料做成，衬管〔2〕用石英管、硅管或其他耐高温的并且对半导体器件的性能不产生严重影响的材料（包括复合材料，包层材料）做成。衬管与外管一端彼此可以是游离的，也可以是不游离的，进气一端的夹层用密封圈封住或直接连接密封。

采用上述装置，制备单晶硅可降低生产成本，提高劳动生产率，改善淀积薄膜的膜厚和掺杂分布均匀性。由于双层结构能耐高温，即使有固态硅淀积于衬管内壁，甚至由于热膨胀导致衬管出现裂纹，但仍能维持炉管形状，不影响工作，不会对产品产生不利影响，而外层的石英管边壁也不会淀积上硅的膜层。

这样的装置用于硅烷（SiH₄）或氯硅烷（SiH₃Cl、SiHCl₃、SiCl₄、SiH₂Cl₂）为反应气源的热壁直立密集装片方式的LPCVD硅单晶的同质外延（在硅衬底上外延）或异质外延（在兰宝石、尖晶石等晶体材料上外延）以及采用其它气源生长其它外延材料的工艺中，都可以获得较为满意的效果。

附图1为外延炉管双层结构图

附图2为衬管与外层炉管分离图

附图3为衬管与外层管连接图

如图所示：本发明包括一个由石英玻璃等耐高温而密封性能好的材料做成的外层炉管〔1〕，由石英管、硅管或使用其他耐高温并且对半导体器件的性能不产生严重影响的材料做成的衬管〔2〕，衬管套在外层炉管里面可以是游离的，相应的进气口一端的夹层可由密封材料〔10〕封住，也可以是不游离的，即直接与外层炉管连接。保护气体〔5〕由进气孔〔9〕进入，反应气体〔4〕进入装有硅衬片〔8〕的衬管中，硅衬底片直接在舟〔7〕上，气体由出气口〔6〕排出，外延炉由扩散炉〔3〕加热。